专利名称：照明元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED (发光二极管)照明元件，更特别地，涉及OLED (有机发光二极管)照明片(lighting tile)以及设计和制造这种照明片的方法。
背景技术：
有机发光二极管对于照明而言特别有用，因为它能相对容易且廉价地制造为覆盖各种衬底上的大面积。它还是明亮的且可以根据需要而是彩色或白色的(红、绿和蓝)。在本说明书中，对有机LED的提及包括有机金属LED、利用聚合物或小分子制造的0LED。基于聚合物的OLED的示例描述于W090/13148、W095/06400和W099/48160中，基于所谓小分子的器件的示例描述于US4，539，507中。
为了帮助理解本发明的实施例，描述OLED照明片的示例性结构是有用的。因此，参照图la，其示出穿过OLED照明片10的一部分的垂直横截面，OLED照明片10包括玻璃衬底12，金属例如铜轨道14沉积在玻璃衬底12上以提供第一电极连接，在所示例子中为阳极连接。空穴注入层16沉积在阳极电极轨道上，例如为导电的透明聚合物，诸如PED0T:PSS(聚苯乙烯磺酸盐掺杂的聚乙烯二氧噻吩)。接着是发光聚合物(LEP)堆叠18，例如包括PPV(聚对苯乙炔)类材料。空穴注入层有助于将该层的空穴能级匹配到阳极金属。接着是阴极层20，例如包括低功函数金属诸如钙或钡，带有任选的电子注入层(未示出)诸如氟化锂以用于能级匹配，其上沉积例如铝或银的反射性背(阴极)电极22。图Ia的例子是“底发射器”器件，其中光穿过透明玻璃或塑料衬底发射。然而，也可以制造“顶发射器”器件，其中器件的上电极是基本透明的，例如由铟锡氧化物(ITO)或阴极金属薄层(比如小于100 厚)制成。现在参照图lb，其示出透过衬底12朝向LEP堆叠看时图Ia的发光片10的视图，也就是透过器件的“底部”看到器件的发光面内。该视图示出阳极电极轨道14在该示例中配置为六边形栅格或网，以避免遮挡太多来自LEP堆叠的光。(阳极)电极轨道连接到实心铜汇流条30，其基本延伸围绕器件的整个周边，任选地具有一个或更多开口，开口可通过电连接器而被桥接，从而促进到器件的阴极层的连接。一般期望减少轨道遮挡的光量，更精确来说，期望改善跨片电压降对开口率(epiture ratio)之比，轨道使开口率有所损失。本发明人测定了图Ib的示例网格的沿器件平面中的不同方向的电阻并且确定，对于各种不同类型的网格，三角形、六边形、方形等，表面电阻(sheetresistance)沿所有方向基本相同。已知OLED 电极结构描述于 W02009/127175 和 US2004/0263085 中。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种如权利要求I所述的LED照明元件。一种LED照明元件可包括承载LED结构的衬底，该LED结构横向延伸在所述衬底上且夹置于第一和第二电极层之间，其中所述第一电极层定义多个导电轨道，所述第二电极层包括基本连续的导电层，所述LED照明元件具有连接到所述导电轨道的电汇流条，所述汇流条基本完全沿所述照明元件的侧边缘或者每个侧边缘延伸，其中所述轨道在所述照明元件内从横向中心位置基本径向地朝向沿着所述照明元件的所述侧边缘的所述汇流条延伸。泛言之，本发明人已经认识到在器件的横向平面尤其是电极轨道所位于的平面中流动的电流定义矢量场并且，泛言之，连接相等电位的导电轨道不传输电流且没什么用处。在上述六边形网格的例子中，其效果是大约铜的一半未被有效使用(至少对于薄的轨道)，通过使轨道沿电流流动的方向延伸可以更有效地使用铜。在其中汇流条绕片的侧边缘或周边(片可以是圆形或椭圆形)延伸的片的情况下，电流大致径向向内或从发光元件(片)内的中心位置向外到汇流条流动。可以设想一布置，其中两个方形或矩形片概念上横向彼此抵靠毗接，在该情况下对于此类型的片可以有两个有效中心。在该方案的实施例中优选的是，轨道层的横向表面电阻应近似或基本上独立于沿半径离中心的距离。实现此的一种途径是沿径向改变轨道的横截面或宽度以随着离中心的距离而增大电导。然而，更佳的方案是随着离中心的距离增大而将轨道再分，从而随着径向·距离增大，轨道以树结构呈扇形散开。因此在实施例中，绕以轨道从其发散的中心位置为中心的(假想)圆或椭圆的每单位圆周长度的轨道的数目密度对于多个不同半径的此(假想)圆或椭圆而言是基本相同的。于是，照明元件或照明片可以绕该中心以规则的半径增量细分成一组带(band)或环(ring)，轨道数量布置成使得在每个带内存在有环，在环上有相同的每单位圆周长度轨道数。例如，可以布置轨道从而如果半径增倍则(每单位圆周长度的)轨道数增倍。然而，本领域技术人员将意识到，其他关系是可行的，虽然有一些潜在的径向图案变形。该方案提供一些显著的优点，但是还有进一步的优化，其也可被采用。因此，本发明人已经认识到，因为电流从轨道穿过LEP堆叠流到相反电极，所以沿基本径向的轨道的长度在不同点处流动的电流发生变化。因此，当流过轨道的电流减小时，轨道电阻的增大应有一范围。于是，在实施例中，平均表面电阻可以与电流成反比，更特别地，与电流密度(其可定义为与电流流动方向垂直的每单位长度的电流)成反比。因此在实施例中，经过OLED结构的电流密度是基本恒定的每平方米安培数，表面电流密度是基本恒定的每米安培数。因此，在实施例中，沿径向测量的第一(轨道)电极层的平均表面电导(在足够大以涵盖多个轨道的面积上平均)依照电流密度而发生变化，该电流密度效果上是第二基本连续的电极层中的电流密度。可以实现此的一种途径是改变轨道的宽度和/或厚度，但是在一些优选实施例中，这是通过改变轨道间距来实现的。于是在实施例中，第一轨道电极层中绕(假想)圆的圆周的编号轨道实体根据第二连续电极层中圆的半径限定的位置(环或带)处的电流密度而变化。因此在实施例中，轨道是弯曲的。更特别地，在实施例中，每单位面积的轨道数目密度在中心位置附近比在照明元件的侧边缘附近更低。于是考虑热电流密度的效果是使轨道的图案发生畸变以将图案的中心部分有效地在更大面积上展开，在效果上采用前面描述的图案且使图案的中心区域沿径向基本均匀地伸展。在实施例中，在中心位置处，至少一些径向轨道彼此电连接以减小OLED结构的中心区域中的点到附近的轨道的距离。将理解，如上所述的LED照明元件或照明片不需要是方形或矩形的，而是可以具有其他重对称性。尽管所描述的技术尤其适用于有机LED，因为有机LED易于大面积制造，但是原理上它们也可以应用于无机LED照明片。类似地，尽管已经参考了平面结构，但是将理解，上述技术不限于平坦平面结构，而是可以用于弯曲横向延伸结构和用于制造在柔性衬底诸如塑料上的OLED照明元件。因此，“平面”将在广义上理解。本领域技术人员还将意识到，上述技术可用于顶部发射器或底部发射器的器件。上述使轨道电极层的表面电阻适应于该层内的电流的技术也可应用到其他类型的LED照明元件。因此，在相关方面，提供一种LED照明元件，包括承载LED结构的衬底，所述LED结构横向延伸于所述衬底上且夹置在第一和第二电极层之间，其中所述第一电极层限定多个导电轨道，所述第二电极层包括基本连续的导电层，所述LED照明元件具有连接到所述导电轨道的第一电汇流条，所述第一汇流条沿所述照明元件的第一侧边缘延伸，所述照明元件具有连接到所述第二电极层且沿所述照明元件的第二侧边缘延伸的第二电汇流条，其中从所述第一电汇流条朝向所述第二电汇流条的电流方向限定纵向，其中所述轨道从所述第一汇流条延伸离开，且其中所述第一电极层的横跨所述发光元件的与所述纵向垂直的宽度 的平均表面电导沿所述纵向发生变化以随着离所述第一汇流条的距离增大而减小。上述方案的实施例允许横跨所述照明元件的宽度(例如，与第一汇流条的长度基本相等的宽度)所述轨道的表面电阻或电导随着沿照明元件的电流方向而变化，且因此改善金属(铜)的使用。在一方案中，平均值(沿电流方向)随着离第一汇流条的距离而线性增大，尽管更佳的方案是表面电导线性降低；因为电导是电阻的倒数，一个的线性变化是另一个的非线性变化。实现此的一种途径是随着轨道从第一汇流条延伸离开而改变轨道的厚度和/或宽度，但是更容易的方案是布置轨道使得横跨照明元件宽度的轨道数随着离第一汇流条的距离增大而减小。因此在实施例中，与电流方向垂直的每单位长度的轨道数随着离第一汇流条的距离增大而减小。减小可以是线性的，以提供表面电阻的线性增大，或者减小可以提供表面电导的线性增大，其导致弯曲的轨道。因此在实施例中，轨道定义至少一个扇图案，从而在扇内，轨道之间的间距随着离第一汇流条的距离增大而增大。有用的是提供交联扇的分支的交叉轨道(在轨道中断等情况下)，实现此的一种方便途径是布置轨道使得轨道定义一对交叠的扇。再次地，本领域技术人员将意识到，大的LED照明元件可包括多个更小的元件，每个元件为如上所述。再次地，可采用顶部或底部发射器(或者甚至非有机LED结构)且照明元件无需是平坦的，衬底可以是弯曲或柔性的。在又一方面，提供一种LED照明元件，其中所述照明元件是OLED照明片。在又一方面，提供一种OLED照明片，该照明片包括衬底；0LED结构，横向延伸于所述衬底上；第一和第二电极层，垂直于所述OLED结构的任一侧设置以电连接到所述OLED结构；第一和第二电连接，分别电连接到所述第一和第二电极层以提供用于使所述OLED照明片发光的电力，其中所述电连接中的至少一个包括沿所述OLED照明片的至少两个相邻边缘延伸的边缘电连接；其中连接到所述边缘电连接的所述第一电极层定义多个导电轨道；且其中所述导电轨道布置成基本沿所述第二电极层中的横向电流的方向延伸。当第二电极层是基本连续的时，可以配置所述导电轨道从而所述第一电极层的平均表面电导取决于所述第二电极层中的平均电流密度。
在相关方面中，本发明还提供一种制造OLED照明片的方法，该方法包括提供承载OLED结构的衬底，该OLED结构横向延伸于所述衬底上且夹置在电连接到所述OLED结构的第一和第二电极层之间，其中所述第一电极层定义多个导电轨道，所述第二电极层包括基本连续的导电层；且其中该方法还包括以下中的一个或多个使所述轨道沿所述第一电极层中电流流动的方向取向；以及配置所述轨道的物理横截面或数目密度使得所述第一电极层沿与所述第二电极层中电流流动的方向垂直的方向的平均表面电导随着在所述第二电极层中流动的所述电流的电流密度而变化，从而所述平均表面电导在所述电流密度相对更高处更高且在所述电流密度相对更低处更低。本发明还提供根据上述方法制造的OLED照明片。在实施例中，平均表面电导包括包含多个轨道的区域上的每单位区域表面电导。
现在将参照附图仅以示例方式进一步描述本发明的这些和其他方面，附图中
图Ia和Ib分别示出穿过OLED照明片的横截面和片的正发光面的视图；图2a_2c分别示出在任一端连接的OLED照明片、该片的截面图以及LED照明片的视图，该片的截面图示出片内的电流和片的电极，该LED照明片的每个电极在片的两端被连接从而电连接处于成对的相反侧上；图3a和3b分别示出图I所示类型的照明片中的横向电流的方向和根据本发明一实施例用于这种照明片的改善的轨道布局；图4a和4b示出根据本发明任一方面的实施例的用于图2a所示类型的照明片的轨道布局的示例，分别示出表面电阻基本线性增大的片和表面电导基本线性降低的片；以及图5示出根据本发明一方面的一实施例，图3b的轨道图案的变型，其中表面电导根据电流的大小而改变以在照明片的中心区域内降低。
具体实施例方式一种提升大面积OLED照明片的阳极连接的电导率的方法是使用轨道矩阵。可采用六边形或方形片矩阵。然而，在片的任何给定区域中，流经阳极的电流将具有单个主导方向。例如，在从所有侧供给电流的片中，电流将从边缘朝向中心流动。对于沿一个或两个相反边缘连接的片，电流将沿直线跨越片流动。传导将由与该电流方向一致地良好排列的轨道提供，相反，垂直于电流流动方向排列的轨道提供非常小的贡献，因此是浪费的。对于常规片平均而言，所获得的表面电导仅是用给定量的导体可获得的一半，换言之，一半轨道是不需要的。还有一个问题是电流密度。与电流流动方向无关，当从片的连接点旁边沿电流流动方向跟踪时，由于电流流过OLED器件本身，电流密度将降低(大致线性地)。因此，连接点旁边需要最大量的轨道，在离开最远的点处需要最少量的轨道。现在参照图2a，示出OLED照明片200的简化示意图，具有第一阳极连接202和第二阴极连接204，箭头206示出照明片内电流流动的方向。参照图2b，还示出了穿过OLED结构的厚度的电流208，其基本是均匀的。在截面图中可以看出，如箭头206的长度所示，表面电流密度在阳极汇流条203附近的阳极连接中最大和在阴极汇流条205附近的阴极中最大，随着离各自汇流条的距离增大而大致线性地减小。图2c (其中，相似的元件由相似的附图标记指示)示出替选的连接/汇流条布置，其中，再一次地，边缘电流更大，且其中在汇流条处比在片的中心有稍微更高的电压，尽管跨越照明片电流大小更均匀。现在参照图3a，示出图I所示类型的片10，箭头300叠加在其上，示出器件内横向电流的方向，注意，在所示的例子中，汇流条绕照明片的周边延伸。图3a的图案示出轨道的更佳设计是轨道与电流方向一致地排列。因此，图3b示意性示出具有汇流条352的OLED照明片350，汇流条352绕片的周边延伸，并且有多个基本径向的导电轨道354从片的中心区域朝向周边处的汇流条延伸。在图3b中，单条线示出导电轨道，轨道不是线之间的区域。
在图3b的布置中，目的是导电轨道定义的电极层中基本均匀的表面电阻(尽管如后面进一步说明的那样，在这种布置中，仍然在器件的周边附近与期望的相比有更大电压降)。可以看出，每个轨道具有多个分支点356，轨道在分支点356处分支，在所示的例子中分成两支。考虑以片的中心为中心的假想圆358，在图3b中轨道布置成(大致上)随着该圆的半径加倍，圆的圆周交叉的轨道数也加倍(绕圆周的每单位长度的轨道数大致保持恒定)。这并不是精确的实际情况，因为轨道数是“量子化”的，在分支点前后轨道数有台阶变化，而如果圆358视为定义一个带(band),则在该带内的连续更大的多个带中，有一个圆，基本相同数量的轨道穿过该圆。本领域技术人员将意识到，对于具有绕边缘的汇流条的矩形照明片，圆变得更像椭圆。基本上，这种圆或椭圆的圆周的每单位长度的轨道数无需随着离中心的距离而线性变化，但是在该情况下效果是将图3b的图案变形为更复杂的布置，其中一个轨道是“特殊”的，其他轨道随着离片中心的距离增大而朝向它弯曲。本领域技术人员将意识到，尽管为了方便图3b示出方形的片，但是所描述的方案对于其他形状的片包括三角形、矩形和六边形的片也是适用的。任选地，交叉轨道(图3b未不出)可设置在导电轨道354之间。在一些优选实施例中，在片的中心处轨道354被轨道360连接，主要作为预防措施以链接图案的象限，但是也使得片中心点的电流无需流得离轨道太远。已经参照图3b描述了片的示例，其中电流从片的每个横向侧面注入。然而，其他片构造是可行的，例如电流大体上从一侧朝向另一侧流动的片，如图2所示。因此可以想至IJ，用于这样的片的最佳方案是使用水平轨道，偶尔有交叉轨道以防备轨道断裂。然而，通过考虑导电层中流动的电流密度，并配置轨道图案以在电流密度更高的地方使用更厚的轨道和/或更紧密的轨道间距，可以获得改善的布局。下面参照图4a，其示出OLED照明片400上的轨道，在片的一横向侧面有汇流条连接404。导电轨道402从汇流条404扇出离开，以提供变化的轨道密度，在该示例中，轨道是直的以提供基本线性改变的表面电阻。在图4b的例子中，根据从汇流条414离开电流下降，布置照明片410使得导电轨道412从汇流条414延伸离开以提供基本线性下降的表面电导。(箭头420示出电流方向，电流大小示意性示于图2b中)在图4b中，轨道412再次扇出，但是轨道是弯曲的。再次参照图4a，优选实施例包括耦接基本纵向延伸的轨道402的交叉轨道406。在图4b的布置中，这些交叉轨道能通过交叠两组扇形散开的导体，在它们之间定义伸长的菱形而方便地提供。在所示例子中，每组弯曲轨道中的仅一半有效传输主电流。插图示出一个弯曲扇的例子，其上有效地叠置第二弯曲扇的两个半部。表面电阻/电导的改变可以以其他方式实现，例如，如前面参照图3b描述的那样使用分支轨道以减小远离汇流条404/414的平均表面电导。替选地，轨道可以基本平行于电流方向延伸，但是宽度随着远离汇流条404/414而改变。本领域技术人员将意识到，许多变化是可行的。类似地，这里描述的方案可以延及不同形状的片和/或汇流条配置。例如，对于图2c所示类型的片，可采用一对导电轨道扇(或两个交叠的对)，其每个从各自的汇流条203/205叉开，其中汇流条位于片的相反两侧(侧边缘)。于是图5示出与图3b所示类型基本相同类型的在每个侧边缘上具有汇流条502的OLED照明片500的示意图，但是其中导电轨道的图案被修改以考虑器件的横向平面内电流的大小，更特别地，减小片的中心区域的表面电导，在中心区域中电流大小是最小的。因 此，图5的轨道布置示出径向轨道密度与电极(轨道)层中的表面电流密度成比例。再次地，该方案可以延及其他形状的片，例如三角形、矩形或六边形的片。如前所述，轨道优选在中心区域交联。本领域技术人员将意识到，图5的轨道布置仍是对电流的近似，尤其是邻近照明片的边缘。这可以通过考虑等位线而意识到，朝向照明片的边缘处等位线遵循照明片的边缘，电流垂直于这些线流动。通常，可以计算机模拟等位线和表面电流密度以确定轨道布局。已经描述了 OLED照明片轨道的示例，轨道被设计来优化沿电流方向的传导。轨道取向在大多数电流的方向上，且任选地轨道密度与电流密度成比例。将理解，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的对本领域技术人员而言显然的修改。
权利要求
1.一种LED照明元件，包括承载LED结构的衬底，该LED结构横向延伸在所述衬底上且夹置于第一和第二电极层之间，其中所述第一电极层定义多个导电轨道，所述第二电极层包括基本连续的导电层，所述LED照明元件具有连接到所述导电轨道的电汇流条，所述汇流条基本完全沿所述照明元件的侧边缘或者每个侧边缘延伸，其中所述轨道在所述照明元件内从中心位置基本径向地朝向所述汇流条延伸，且其中一所述轨道随着离所述中心位置的距离增大而再分成多个轨道。
2.如权利要求I所述的LED照明元件，其中，绕所述照明元件内以所述中心位置为中心的圆或椭圆的每单位圆周长度的所述轨道的数目密度对于离所述中心位置多个不同距离的所述圆或椭圆的圆周而言是基本相同的。
3.如权利要求I或2所述的LED照明元件，其中，从所述中心位置起，所述第一电极层的沿径向方向的平均表面电导依照所述第二电极层中的电流密度而变化。
4.如权利要求2或3所述的LED照明元件，其中，在所述第一电极层中绕所述圆或椭圆的所述圆周的所述轨道的所述数目密度根据所述第二电极层中由所述第二电极层中的所述圆或椭圆的所述圆周的限定的位置处的电流密度而变化。
5.如权利要求I至4中的任一项所述的LED照明元件，其中，所述轨道是弯曲的，其中每单位面积的所述轨道的数目密度在所述中心位置附近比在所述照明元件的侧边缘附近更低。
6.如前述权利要求中的任一项所述的LED照明元件，其中，在所述中心位置处所述轨道相互电连接。
7.—种LED照明元件，包括承载LED结构的衬底，所述LED结构横向延伸于所述衬底上且夹置在第一和第二电极层之间，其中所述第一电极层限定多个导电轨道，所述第二电极层包括基本连续的导电层，所述LED照明元件具有连接到所述导电轨道的第一电汇流条，所述第一汇流条沿所述照明元件的第一侧边缘延伸，所述照明元件具有连接到所述第二电极层且沿所述照明元件的第二侧边缘延伸的第二电汇流条，其中从所述第一电汇流条朝向所述第二电汇流条的电流方向限定纵向，其中所述轨道从所述第一汇流条延伸离开，且其中所述第一电极层的横跨所述发光元件的与所述纵向垂直的宽度的平均表面电导沿所述纵向发生变化以随着离所述第一汇流条的距离增大而减小。
8.如权利要求7所述的LED照明元件，其中，横越所述宽度的所述轨道的数目随着离所述第一汇流条的距离增大而减小。
9.如权利要求7或8所述的LED照明元件，其中，所述轨道限定至少一个扇图案，使得在包括所述扇的所述轨道中所述轨道之间的间隔随着离所述第一汇流条的距离增大而增大。
10.如权利要求9所述的LED照明元件，其中，所述轨道限定一对交叠的所述扇。
11.如权利要求7至10中的任一项所述的LED照明元件,其中所述轨道包括一个或更多组弯曲的轨道，其随着离所述第一汇流条的距离增大而弯曲得彼此远离。
12.如权利要求7至11中的任一项所述的LED照明元件，其中，所述轨道还包括与从所述第一汇流条延伸的所述轨道交联的多个交联轨道。
13.如权利要求7至12中的任一项所述的LED照明元件，其中，所述第二汇流条沿其延伸的所述第二侧边缘对着所述第一侧边缘，其中所述轨道从所述第一汇流条朝向所述第二汇流条延伸。
14.如权利要求I至13中的任一项所述的LED照明元件，其中，所述照明元件是OLED照明片。
全文摘要
一种OLED照明元件包括承载OLED结构的衬底，该OLED结构在该衬底上横向延伸且夹置在第一和第二电极层之间。该第一电极层限定多个导电轨道，该第二电极层包括基本连续的导电层。该OLED照明元件具有连接到所述导电轨道且基本完全沿所述照明元件的侧边缘或每个侧边缘延伸的电汇流条。所述导电轨道从所述发光元件内的横向中心位置沿径向朝向沿所述发光元件的所述侧边缘的所述汇流条延伸。一所述轨道随着离所述中心位置的距离增大而再分成多个轨道。该布置根更有效地使用了导电轨道。
文档编号H01L51/52GK102971884SQ201180033178
公开日2013年3月13日 申请日期2011年7月4日 优先权日2010年7月5日
发明者E·史密斯 申请人:剑桥显示技术有限公司