ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ УСТРОЙСТВО, ИМЕЮЩЕЕ ТОЧКУ ПЕРЕМЕННОГО ЦВЕТА Российский патент 2012 года по МПК H05B33/14 

Изобретение относится к электролюминесцентному устройству для излучения света, имеющему регулируемую точку цвета, а также способу настройки и изменения точки цвета.

Электролюминесцентные устройства используются для большого количества применений, например, таких как системы комнатного освещения, системы разметки и сигнализации, задняя подсветка дисплеев или экранов и многие другие. Они обычно содержат электролюминесцентную структуру в виде слоя (EL-структуру), которая нанесена на подложку и которая имеет светоизлучающий слой, который скомпонован между двумя электродами для приложения рабочего напряжения. Когда приложенное напряжение выше минимума, электролюминесцентное устройство излучает свет, чей спектр зависит от свойств светоизлучающего материала. Для некоторых из упомянутых применений, например, таких как системы комнатного освещения, светильники и задняя подсветка экранов, является существенным, чтобы излучался белый свет, имеющий заданную точку цвета. Белые электролюминесцентные устройства могут изготавливаться различными способами, например, такими как посредством светоизлучающего слоя, состоящего из смеси материалов, которые, когда объединяются в один слой, излучают белый свет, или посредством светоизлучающего слоя, который излучает, например, ультрафиолетовый свет, каковой ультрафиолетовый свет преобразуется слоем преобразования цвета в белый свет. Электролюминесцентные устройства этого вида имеют недостаток, что точка цвета света не может изменяться. Другие электролюминесцентные устройства, которые предоставляют точке цвета белого света возможность меняться, требуют дорогостоящих и сложных средств управления, включающих в себя контуры обратной связи.

Например, документ US 20030111533 раскрывает компоновку неорганических светоизлучающих диодов (СИД, LED) красного, зеленого и синего свечения, где свет, излучаемый разноцветными СИД, измеряется посредством датчиков и с помощью электроники анализа и возбуждения отдельные СИД разных цветов работают под разными напряжениями, соответствующими желаемой точке цвета. Так как разноцветные СИД возбуждаются по отдельности, данные электролюминесцентные устройства очень сложны для работы, поскольку это касается их возбуждения, и они также являются дорогостоящими для производства вследствие дополнительных требуемых чувствительных компонентов, и, таким образом, они нежелательны.

В качестве альтернативы электролюминесцентным устройствам, имеющим неорганические СИД для настройки точки цвета, документ US 20040164671 раскрывает органическое электролюминесцентное устройство для излучения белого света, где светоизлучающий слой содержит области разных светоизлучающих материалов, которые скомпонованы друг за другом в плоскости слоя. Напряжение, требуемое для излучения света, прикладывается через прозрачный первый электрод между подложкой и светоизлучающим слоем и отражательный второй электрод, который нанесен на сторону светоизлучающего слоя, отдаленную от подложки. Устойчивый белый свет получается посредством использования процессов химического или физического травления или технологии трафаретов для структурирования двух электродов в ходе изготовления слоев, таким образом, чтобы разные отдельные области светоизлучающего слоя могли возбуждаться независимо одна от другой, и желаемая точка цвета могла настраиваться для белого света посредством интенсивностей света, который излучается разными областями в разных полосах спектра, каковые интенсивности, таким образом, могут настраиваться независимо одна от другой. Так же как и сложное отдельное возбуждение отдельных светоизлучающих областей, эта конструкция устройства к тому же требует дополнительной и дорогостоящей технологии для изготовления структурированных электродов, а потому, так же нежелательна.

Документ WO 01/88990 A1 раскрывает светоизлучающее устройство, содержащее первый электролюминесцентный элемент для излучения света первого цвета, когда запитан, и второй электролюминесцентный элемент для излучения света второго цвета, когда запитан, отличающееся тем, что размеры первого и второго элементов и любой промежуток между ними выбираются для создания общего впечатления единого источника света, когда, как подразумевается, они запитаны и просматриваются одновременно (см. реферат к D1).

Документ US 2004/0161632 A1 раскрывает органическое электролюминесцентное устройство и способ для изготовления такового.

Документ US 6515314 B1 раскрывает светоизлучающее устройство, включающее в себя анод, катод и, по меньшей мере, один органический электролюминесцентный материал, расположенный между анодом и катодом.

Документ US 2004/0096570 A1 раскрывает способы изготовления органических устройств, которые могут иметь предусмотренные смешанные низкомолекулярные органические слои.

Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить электролюминесцентное устройство, которое пригодно для излучения света, имеющего переменную точку цвета, чье возбуждение и изготовление требуют малого по затратам и сложности.

Эта цель достигается электролюминесцентным устройством по пункту 1 формулы изобретения. Под полосой спектра в данном случае подразумевается спектральное распределение интенсивности излучаемого света. Полосы спектра могут отличаться по длине волны излучаемого света или по своей интенсивности в качестве функции заданной длины волны, которая становится видимой, в качестве разных точек цвета для данных полос спектра.

Первый и второй электролюминесцентные материалы излучают свет, когда рабочее напряжение выше минимального напряжения приложено к электролюминесцентному материалу. Это минимальное напряжение обычно составляет несколько вольт. Выше минимального напряжения ток протекает через электролюминесцентный материал и побуждает его излучать свет интенсивности (количества квантов света), которая зависит от величины протекающего тока. Так же как от интенсивности, яркость, видимая наблюдателем, к тому же зависит от чувствительности глаза, которая различна для разных длин волн, и эта яркость указывается ссылкой как яркость (измеряемая в канделах [кд]). Термин характеристика яркости в зависимости от напряжения в данном случае означает количество света, излучаемого рассматриваемой областью, взвешенное для чувствительности глаза, в качестве функции напряжения в вольтах [В], которое приложено к области. Яркость, с одной стороны, зависит от электролюминесцентного материала и количества света, излучаемого на единицу тока, а с другой, от величины тока, который протекает через область при заданном напряжении. Разные электролюминесцентные материалы могут иметь разные минимальные напряжения и/или характеристики яркости в зависимости от напряжения L[кд] = f(U[В]) с разной крутизной (углом наклона). Подобным образом, разные электролюминесцентные материалы могут иметь разные соотношения пропорциональности между протеканием тока и яркостью излучаемого света. Протекание тока через электролюминесцентный материал может меняться в первой и/или второй областях, независимо от свойств электролюминесцентных материалов посредством дополнительных резисторов, например слоев материалов заданного электрического сопротивления, между электродами и электролюминесцентным материалом. Если поэтому две области из электролюминесцентных материалов, имеющих разные характеристики яркости в зависимости от напряжения, скомпонованы в электролюминесцентной компоновке и эти электролюминесцентные материалы работают под рабочим напряжением, которое выше минимальных рабочих напряжений электролюминесцентных материалов и которое в результате всех областей, соединяемых электрически параллельно, является одинаковым для обоих электролюминесцентных материалов, то оба электролюминесцентных материала, а отсюда, и обе области, излучают свет в разных полосах спектра с яркостями, которые, как правило, различны. Относительный показатель яркостей из первой и второй областей может изменяться переменой рабочего напряжения.

Если когда есть конкретное отношение между их площадями, глядя в направлении, в котором электролюминесцентное устройство излучает свет, первая и вторая области излучают свет заданной точки цвета при заданном напряжении, то точка цвета может смещаться в направлении полосы спектра области, имеющей более крутую характеристику яркости в зависимости от напряжения, посредством повышения напряжения. Смещение точки цвета в противоположном направлении получается снижением рабочего напряжения. Чтобы получать желаемую точку цвета, просто должно устанавливаться рабочее напряжение, требуемое для нее. Если, например, первый электролюминесцентный материал излучает свет в желтой полосе спектра, а второй электролюминесцентный материал излучает свет в синей полосе спектра, то отсутствие желтого и синего света интенсивностей, пригодных для этой цели, создает белый свет. Например, если это первая область из первого электролюминесцентного материала, которая имеет более крутую характеристику яркости в зависимости от напряжения, и если электролюминесцентное устройство излучает белый свет при рабочем напряжении U_W, то при рабочих напряжениях, больших, чем U_W, электролюминесцентное устройство будет излучать свет, чья точка цвета смещена к желтому, а при рабочих напряжениях, меньших, чем U_W, точка цвета белого света будет смещена к синему. Если разность между градиентами характеристик яркости в зависимости от напряжения находится в противоположном состоянии, то полученное поведение является обратным.

При одинаковом рабочем напряжении точка цвета зависит не только от характеристик яркости в зависимости от напряжения электролюминесцентных материалов, но также и от отношения площадей первой и второй областей относительно друг друга, глядя в направлении, в котором электролюминесцентное устройство излучает свет. Если в примере, приведенном выше, общая площадь всех первых областей является меньшей в другом варианте осуществления, чем в вышеприведенном примере, то точка цвета белого света будет смещаться к желтому, только когда рабочие напряжения, большие, чем прикладываемые U_W, являются соответствующими отношению площадей. Соответствующим образом, белый свет, имеющий точку цвета, которая смещена к синему, может быть получен даже при рабочих напряжениях, которые выше, чем U_W (но не слишком высоки).

В качестве альтернативы или в дополнение к настройке отношения площади между первой и второй областями изменение в протекании тока через один из электролюминесцентных материалов при том же рабочем напряжении имело бы следствием смещение в точке цвета света, излучаемого электролюминесцентным устройством. Например, это может достигаться посредством дополнительного электрически резистивного слоя между электролюминесцентным материалом и прилегающим электродом. Например, если при постоянном отношении площади и постоянном рабочем напряжении требуется повысить яркость первой области относительно таковой у второй области, то посредством дополнительного резистивного слоя протекание тока через второй материал может снижаться, и может соответственно снижаться яркость второй области относительно таковой у первой области, а отсюда, точка цвета может смещаться по направлению к полосе спектра света, излучаемого первой областью.

В зависимости от области применения также возможно, чтобы другие комбинации электролюминесцентных материалов использовались, когда для конкретных применений желателен небелый свет. В одном из вариантов осуществления первый и второй электролюминесцентные материалы являются органическими материалами. Органические электролюминесцентные материалы могут изготавливаться недорогим образом большой площадью любых желаемых форм, таким образом, давая возможность размерам и формам очертаний первой и второй областей выбираться, чтобы иметь в значительной степени отличающиеся разновидности для удовлетворения требований области применения.

В альтернативном варианте осуществления первый и второй электролюминесцентные материалы являются неорганическими материалами, например, будучи обычными материалами, такими как GaN, InGaN, GaAsP или AlGaInN. В дополнительном варианте осуществления первая и вторая области содержат один или более неорганических СИД, в которых скомпонованы соответствующие неорганические материалы. Эти неорганические СИД, например, являются коммерчески доступными СИД, где есть множество СИД в каждой отдельной области, которые электрически соединены вместе в пределах отдельной области последовательно или предпочтительно параллельно друг с другом.

В дополнительном варианте осуществления электролюминесцентное устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, третью область из третьего электролюминесцентного материала для излучения света в третьей полосе спектра при интенсивности, которая придерживается третьей характеристики яркости в зависимости от напряжения. В одном из вариантов осуществления первый материал излучает свет в красной полосе спектра, второй материал излучает свет в зеленой полосе спектра, а третий материал излучает свет в синей полосе спектра, в силу чего белый свет может создаваться смешением красного света, зеленого света и синего света. Однако в зависимости от области применения также возможно, чтобы другие комбинации электролюминесцентных материалов использовались, когда для конкретного применения желателен небелый свет.

Изобретение также относится к способу настройки точки цвета света, который излучается электролюминесцентным устройством, заявленным в пункте 1 формулы изобретения, согласно пункту 9 формулы изобретения. Изменение напряжения для настройки точки цвета, например, может выполняться вручную, посредством поворотного переключателя, или электронным образом, посредством внутренней или внешней схемы возбуждения.

В одном из вариантов осуществления способ также содержит предшествующие этапы:

- выбора желаемой точки цвета для излучаемого света,

- вычисления, посредством блока управления, рабочего напряжения, требуемого для снабжения желаемой точки цвета, опираясь на вольт-амперные характеристики, хранимые в блоке управления,

- управления операционным блоком посредством блока управления для приложения требуемого рабочего напряжения.

Если в дополнение осветительный блок содержит блок управления для управления рабочим напряжением, значения последнего из которых могут вычисляться по желаемой точке цвета и характеристикам яркости в зависимости от напряжения, хранимым в блоке управления, все, что должно быть сделано, состоит в том, чтобы выбрать желаемую точку цвета, надлежащие значения для рабочего напряжения, в таком случае, определяются блоком управления, и операционный блок управляется надлежащим образом. Ввод желаемой точки цвета может выполняться вручную, например, посредством ввода цветовых координат или посредством поворотного переключателя, либо, например, задаваться в блоке управления. Значения могут отличаться, как продиктовано областью применения электролюминесцентного устройства, и могут быть настраиваемыми таким образом, чтобы быть переменными, когда есть изменения в сущности применения.

В дополнительном варианте осуществления способа рабочее напряжение является импульсным напряжением, имеющим амплитуду импульса и длительность импульса, а способ в дополнение приложению импульсов амплитуды, требуемой для обеспечения желаемой точки цвета, содержит приложение импульсов длительности, требуемой для обеспечения света желаемой яркости. Посредством независимой настройки амплитуды импульса и длительности импульса можно настраивать не только точку цвета электролюминесцентного устройства, но также и его яркость. Эта настройка еще раз может выполняться вручную или электронным образом.

В дополнительном варианте осуществления способ содержит предшествующие этапы

- выбора желаемой точки цвета и желаемой яркости для излучаемого света,

- вычисления, посредством блока управления, амплитуды, требуемой, чтобы импульсы рабочего напряжения обеспечивали желаемую точку цвета, и длительности, требуемой, чтобы импульсы рабочего напряжения обеспечивали желаемую яркость, опираясь на вольт-амперные характеристики, хранимые в блоке управления,

- управления операционным блоком посредством блока управления, приложения рабочего напряжения, имеющего импульсы требуемой амплитуды и длительности.

Если также в этом случае электролюминесцентное устройство имеет блок управления для управления рабочим напряжением, значения последнего из которых могут вычисляться по желаемой точке цвета и характеристикам яркости в зависимости от напряжения, хранимым в блоке управления, все, что должно быть сделано, состоит в том, чтобы выбрать желаемую точку цвета, надлежащие значения для рабочего напряжения затем определяются блоком управления, и операционный блок управляется надлежащим образом. Длительность импульса для обеспечения желаемой интенсивности также может вычисляться и настраиваться блоком управления отдельно от этого. Ввод желаемой точки цвета и желаемой яркости (яркости света) может выполняться вручную, или электрически, или, например, может задаваться в блоке управления. Значения могут отличаться, как продиктовано областью применения электролюминесцентного устройства, и могут быть настраиваемыми таким образом, чтобы быть переменными, когда есть изменения в сущности применения. Посредством регулирования амплитуды импульса, например, в блоке управления может предоставляться возможность, чтобы яркость (яркость света) удерживалась постоянной, когда изменяется точка цвета.

Эти и другие аспекты изобретения очевидны из и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.

На чертежах:

Фиг.1 - вид сверху варианта осуществления электролюминесцентного устройства, показывающий плоскость сечения A-B.

Фиг.2 - вид сверху дополнительного варианта осуществления электролюминесцентного устройства согласно изобретению, показанного на Фиг.1, показывающий плоскость сечения A-B.

Фиг.3 показывает дополнительный вариант осуществления электролюминесцентного устройства согласно изобретению.

Фиг.4 - вид сбоку в разрезе одного из вариантов осуществления электролюминесцентного устройства согласно изобретению в плоскости сечения A-B, показанной на Фиг.1, 2 и 3.

Фиг.5 показывает характеристики яркости в зависимости от напряжения первой и второй областей на графике яркости в зависимости от напряжения, на котором напряжение V нанесено по оси абсцисс, а яркость L нанесена по оси ординат.

Фиг.6 показывает изменение, которое возможно в точке цвета посредством электролюминесцентного устройства согласно особенному варианту осуществления.

Фиг.7 показывает вариант осуществления электролюминесцентного устройства согласно изобретению, имеющего операционный блок и блок управления.

Фиг.8 показывает две разные формы импульса для импульсного рабочего напряжения (V), нанесенного на график в зависимости от времени (t).

Фиг.9 - вид сверху дополнительного варианта осуществления электролюминесцентного устройства, содержащего неорганические СИД, формирующие первую и вторую области.

Фиг.10 показывает характеристики яркости в зависимости от напряжения двух разных неорганических СИД по варианту осуществления, показанному на Фиг.9, на графике яркости в зависимости от напряжения, на котором напряжение V нанесено по оси абсцисс, а яркость L нанесена по оси ординат.

Фиг.1 - вид сверху, глядя со стороны, удаленной от подложки, варианта осуществления электролюминесцентного устройства 9 согласно изобретению, имеющего подложку 1 и первый электрод 2, первые области 41 для излучения света в первой полосе спектра в соответствии с первой характеристикой яркости в зависимости от напряжения (LVC) и вторые области 42 для излучения света во второй полосе спектра в соответствии со второй характеристикой яркости в зависимости от напряжения (LVC), каковые первые и вторые области 41, 42 скомпонованы на первом электроде 2. В направлении просмотра (в плоскости) второй электрод, требуемый для приложения рабочего напряжения, был бы скомпонован впереди первой и второй областей, и по причинам прозрачности он не был показан на Фиг.1. Линия A-B указывает плоскость сечения для вида в разрезе сбоку электролюминесцентного устройства 9 согласно изобретению, которое показано на Фиг.4.

В качестве примера, первая и вторая области 41 и 42 выложены шахматным узором на Фиг.1. Геометрическое расположение первых и вторых областей может быть таким, как желательно, и не существенно для изобретения. Первые и вторые области 41 и 42 могут быть скомпонованы рядом друг с другом в электролюминесцентном слое 4, как здесь показано. Они, однако, также могут быть скомпонованы, чтобы быть отделенными друг от друга в горизонтальном направлении, а также в вертикальном направлении. Первый и второй электролюминесцентные материалы в первых и вторых областях 41 и 42 могут быть органическими или неорганическими материалами в этом случае. Однако также возможно, например, чтобы первые области 41 содержали органический материал, тогда как вторые области 42 содержали неорганический материал. Если (в противоположность тому, что здесь показано) первые и вторые области 41 и 42 не являются непосредственно прилегающими друг к другу, то зазоры должны заполняться материалом, который является электрически непроводящим, так что никакие электрические короткие замыкания не могут возникать между первым электродом 2 и вторым электродом (не показан в этом случае). В этом варианте осуществления общая площадь, как показано на Фиг.1, всех первых областей является такой же, как общая площадь всех вторых областей 42. Относительные размеры также могут выбираться, чтобы быть заметно разными, для удовлетворения требований комбинации электролюминесцентных материалов, которые применяются. Отношение площадей должно выбираться пользователем подходящим образом по исходным данным определенных характеристик яркости в зависимости от напряжения и желаемой области применения (точки цвета) электролюминесцентного устройства 9. То же самое справедливо у третьих и любых дополнительных областей в случаях, где имеется не только первый и второй электролюминесцентные материалы, которые используются в органическом электролюминесцентном слое, но также третий и дополнительные электролюминесцентные материалы.

Посредством смешения белый свет, например, может вырабатываться из первой области 41, которая излучает в желтом цвете, и второй области 42, которая излучает в синем цвете. Вместо этого также было бы можно использовать три области, из которых первая область излучала синий свет, вторая область излучала зеленый свет, а третья область излучала красный свет. Смешение света, излучаемого разными областями, может улучшаться подходящими рассеивающими слоями, которые, глядя в направлении, в котором излучается свет, скомпонованы над электролюминесцентным устройством, таким образом, создавая для наблюдателя однородно воспринимаемый свет, даже только на коротких расстояниях от электролюминесцентного слоя. Для этой цели есть большое количество мер, описанных в предшествующем уровне техники, для улучшения смешивания (наложения) света из разных областей, например, посредством использования пригодных светорассеивающих слоев, которые, глядя в направлении, в котором излучается свет, скомпонованы на подложке 1 или в других вариантах осуществления между подложкой 1 и первым электродом 2. Для улучшения смешения света полезно, чтобы протяженность отдельных первых и вторых областей 41 и 42 (и, где требуется, также третьей и других областей) выбиралась, достаточно малой по сравнению с общей площадью излучения света. Термин «достаточно малый» также зависит от того, предпринимаются ли, и если так, то какие, дополнительные этапы для обеспечения улучшенного смешения света. Специалисты в данной области техники могут предпочесть, чтобы отдельные области были больше, например, когда рассеивающий слой, имеющий определенные рассеивающие свойства, используется в точках вдоль оставшейся части траектории пучка. Такие же соображения также применяются к электролюминесцентным устройствам 9, которые должны излучать не белый свет, а свет отличного цвета для обеспечения однородно воспринимаемого цвета одновременно с возможностью наличия способности изменять точку цвета.

Схематичные виды сверху других вариантов осуществления электролюминесцентного устройства 9 показаны на Фиг.2 и Фиг.3. В этом случае первая и вторая области 41 и 42 наложены не шахматным узором, а полосами (Фиг.3) или кольцами (Фиг.4). В этом случает также возможны подобные изменения в связи с компоновкой первых и вторых областей 41 и 42, как было пояснено выше в связи с Фиг.1.

В качестве примера, Фиг.4 - вид сбоку в разрезе по плоскости сечения A-B, указанной на Фиг.1, варианта осуществления электролюминесцентного устройства 9 согласно изобретению, имеющего первый электролюминесцентный материал 41 и второй электролюминесцентный материал 42, каковые материалы скомпонованы друг за другом в плоскости слоя для формирования электролюминесцентного слоя 4. Электролюминесцентное устройство в этом случае содержит подложку 1, первый электрод 2, который нанесен на подложку 1, электролюминесцентный слой 4 и второй электрод 6, который нанесен на сторону электролюминесцентного слоя 4, удаленную от подложки. В этом варианте осуществления первый электрод 2 сделан прозрачного вида, например, из ITO (оксидов индия и олова), который должен быть анодом, в то время как второй электрод 6, который формирует катод, является отражающим, будучи изготовленным, например, из металла, такого как алюминий, что означает, что электролюминесцентное устройство излучает свет 7 через подложку.

В других вариантах осуществления электрод 2 может быть изготовлен отражающим, а электрод 6 прозрачным, что означает, что излучение света в таком случае имело бы место через электрод 6. В принципе, полная последовательность слоев также может наноситься в обратном порядке, так что электрод 2 действует в качестве катода, а электрод 6 - в качестве анода. Слои переноса дырок и переноса электронов в таком случае также чередовались бы подобным образом. Эти варианты осуществления, которые представляют альтернативные компоновки электродов 2 и 6, также возможны в электролюминесцентных устройствах, имеющих области 41 и 42 из неорганического материала.

В соответствии с изобретением органический электролюминесцентный слой 4 содержит два разных различных органических материала для излучения света в двух разных полосах спектра. В варианте осуществления, показанном на Фиг.4, эти органические материалы скомпонованы друг за другом в плоскости органического светоизлучающего слоя 4 в двух разных областях 41 и 42. Существенным для изобретения является использование различных материалов, из которых первый электролюминесцентный материал, который скомпонован во всех первых областях 41, имеет первую вольт-амперную характеристику, которая не является такой же, как вторая вольт-амперная характеристика второго электролюминесцентного материала, который скомпонован во всех вторых областях 42.

Первые и вторые области 41 и 42, как показано на Фиг.4, могут быть скомпонованы друг за другом в непосредственном контакте друг с другом. Структурирование органического электролюминесцентного слоя может достигаться обычными процессами структурирования, например, такими как технологии трафаретов и/или литографические обработки. Однако в других вариантах осуществления также возможно, чтобы первые и вторые области компоновались разделенными друг от друга в пространстве, например, посредством технологии трафаретов, когда материалы наносятся пароосаждением, или посредством подходящих процессов для нанесения материалов из суспензий, например, таких как процессы печати. Для избежания коротких замыканий между катодом и анодом пространства между первыми и вторыми областями в таком случае были бы должны заполняться, до того как был нанесен второй электрод, материалом, который, по сравнению с системой слоя, расположенной между электродами, был бы плохим проводником, например, таким как беспримесный связующий материал, такой как TCTA.

В одном из вариантов осуществления электролюминесцентное устройство 9 согласно изобретению, имеющее стеклянную подложку 1, имеет структуру слоя, как показано на Фиг.4, имеющую первые и вторые области 41 и 42, скомпонованные друг за другом полосами в единой плоскости, как показано на Фиг.2, со слоями и материалами и соответствующими толщинами d слоев, скомпонованных, как изложено ниже.

Вариант осуществления

Первый электрод 2, действующий в качестве анода: ITO, d=120 нм

Слой 3 переноса дырок: α-NPD между первым электродом и первой областью и MTDATA, измененный с помощью 1% F4-TCNQ, между первым электродом и второй областью, d=80 нм для обоих материалов

Первая область 41:

Слой красного свечения: α-NPD, измененный с помощью 10% ADSO76, d=17 нм

Слой зеленого свечения: TCTA, измененный с помощью 8% Ir(ppy)₃, d=3 нм

Слой блокировки дырок: Balq, d=10 нм

Вторая область 42:

Слой синего свечения: Матрица Идемицу-Косана с флуоресцентными синими излучателями, d= 30 нм

Слой 5 переноса электронов: Alq₃, d=20 нм

Слой инжекции электронов: LiF, d=1 нм

Второй электрод 6, действующий в качестве катода: Al, d=100 нм

В вышеприведенном варианте осуществления слой 3 переноса дырок, который проходит по обеим областям на Фиг.4, имеет разный материал в зонах первой и второй областей. В дополнение к тому, что показано на Фиг.4, первая область 41 на одной стороне, на которой расположен катод 6, имеет дополнительный слой блокировки дырок из Balq. В дополнение к тому, что показано на Фиг.4, в этом случае также есть слой инжекции электронов из LiF, расположенный между катодом 6 и слоем 5 переноса электронов, для улучшения свойств переноса заряда. В этом варианте осуществления первая область 41 не состоит из однородного электролюминесцентного материала, но содержит двойной слой электролюминесцентного материала, который излучает в красной полосе спектра, и электролюминесцентного материала, который излучает в зеленой полосе спектра. Результирующее излучение из этой первой области 41 находится в желтой полосе спектра. Преимущество этой конструкции для первой области заключается в более широком спектре излучения, обеспечиваемом смешением спектра красного и зеленого излучения, который вместе со второй областью 42, которая излучает в синей полосе спектра, дает излучаемый белый свет, имеющий более высокий индекс цветопередачи, чем был бы в том случае, если бы для первой области 41 использовался однородный электролюминесцентный материал, излучающий в желтой полосе спектра. Также было бы возможным, чтобы смешанные электролюминесцентные материалы, состоящие из двух или более материалов, имеющих разные спектры излучения, использовались в каждой области. Все, что существенно, состоит в характеристике яркости в зависимости от напряжения, отличной от таковой у другой светоизлучающей области.

То, что может в качестве альтернативы использоваться как материал синего излучения, является двойным слоем, содержащим 10 нм Spiro-TAD (2,2',7,7'-тетракис(дифеноламин)спиро-9,9'-бифлюрена) и 20 нм Spiro-DBVBi (2,2',7,7'-тетракис(дифенилвинил)спиро-9,9'-бифлюрена). В качестве альтернативы двойному слою красного/зеленого излучения, может использоваться электролюминесцентный материал желтого свечения, например, такой как α-NPD, измененный с помощью 4% Рубена, или любой флуоресцентный или фосфоресцентный электролюминесцентный материал.

Что касается предыдущего варианта осуществления, Фиг.5 показывает соответствующие различные характеристики яркости в зависимости от напряжения (LVC), которые измерялись на электролюминесцентном устройстве 9. Измерение яркости для определения яркости в [кд/м²] является широко используемым способом измерения и выполнялось в настоящем случае с помощью LMT L1009 (изготовленного Lichtmesstechnik GmbH, Берлин). В этом случае измерялись первая характеристика 81 яркости в зависимости от напряжения для первой области 41, которая излучает в желтой полосе спектра (первой полосе спектра) в результате смешения красного и зеленого излучений, и вторая характеристика 82 яркости в зависимости от напряжения для второй области 42 для излучения света в синей полосе спектра (второй полосе спектра). В случае LVC здесь нанесена яркость L области электролюминесцентного устройства в качестве функции напряжения V, которое прикладывается к этой области в качестве рабочего напряжения. Минимальное напряжение, от которого ток протекает через электролюминесцентный материал электролюминесцентного слоя 4, а отсюда, начинается излучение света, показано для первой LVC 81 как U_G, а для второй LVC 82 как U_B. Первая LVC 81 имеет более низкое минимальное напряжение U_G<U_B, от которого происходит излучение света, чем вторая LVC 82, но выше минимального напряжения U_B для второго электролюминесцентного материала, она является менее крутой, чем вторая LVC 82. Так как излучение света из области 41 желтого свечения начинается при минимальном напряжении U_G<U_B, яркость желтого света из первой области преобладает вплоть до напряжения U₀, при котором две характеристики яркости в зависимости от напряжения пересекаются. Яркость области определялась в настоящем случае для полных площадей, глядя в направлении, в котором электролюминесцентное устройство излучает свет, которое выбиралось в случае настоящего варианта осуществления, которые в этом случае составляли 200 см² для первых областей и 10 см² для вторых областей. Для других комбинаций материалов или других областей применения, где желательны другие точки цвета, кривые LVC могут смещаться относительно друг друга, посредством отношения между размерами площадей излучения, которые приспособлены, чтобы быть надлежащим образом разными, таким образом, что кривые LVC пересекаются при различных напряжениях или вообще не пересекаются. Эти зависимости, в принципе, применяются к обоим, органическим и неорганическим, электролюминесцентным материалам. Чтобы предоставить белому свету возможность получаться из этого варианта осуществления при номинальных напряжениях, ширина полос в компоновке, где первые и вторые области скомпонованы полосами, выбиралась, чтобы отличаться таким образом, что первые области имели общую площадь, глядя в направлении, в котором электролюминесцентное устройство излучает свет, в 200 см², а вторые области имели общую площадь в 10 см².

Если, например, электролюминесцентное устройство 9 работает при напряжении U₁, где U_G<U₁<U₀, то область 41 желтого излучения как единое целое излучает свет яркости L_G>L_B. Свет, излучаемый электролюминесцентным устройством 9 при рабочем напряжении <U₀, таким образом, имеет точку цвета, которая смещена к желтой полосе спектра. При рабочем напряжении U₀ яркости двух областей одинаковы, и электролюминесцентное устройство излучает белый свет. Вследствие меньшей крутизны LVC 81 по сравнению с LVC 82, при рабочих напряжениях, больших, чем U₀, получается соответственно обратная ситуация. Если, например, электролюминесцентное устройство работает при напряжении U₂>U₀, то область 42 синего излучения как единое целое излучает свет яркости L_B>L_G. Точка цвета света, излучаемого электролюминесцентным устройством, таким образом, была смещена к синей полосе спектра. Посредством изменения рабочего напряжения между U₁ и U₂ точка цвета этого органического электролюминесцентного устройства может смещаться от желтоватого через белый свет к синеватому свету. Для других материалов излучателя зависимости, подобные показанным на Фиг.5, могут задаваться выполнением подходящей регулировки в отношении площадей излучения света и электрических сопротивлений по системе слоя, выполненной из отдельных областей между электродами, что означает, что схема поведения, описанная выше, также будет применяться к материалам красного и зеленого излучателя или материалам, которые излучают на других цветах.

В случае электролюминесцентного устройства 9 согласно изобретению, имеющего более чем две области, состоящие из разных электролюминесцентных материалов, которые излучают свет в разных полосах спектра, точка цвета излучаемого света может настраиваться подобным образом. Например, когда есть три электролюминесцентных материала, которые нанесены в трех областях, то есть три вольт-амперные характеристики, которые должны позиционироваться относительно друг друга, которые дают более широкое многообразие возможных точек цвета. Когда точка цвета изменяется, она смещается в пределах треугольника цвета вдоль линии, которая зависит от электролюминесцентных материалов.

Фиг.6 показывает схему цветности МКО (Международной комиссии по освещению) с введенными в нее точками F-41 и F-42 цвета для первой и второй областей 41 и 42 в варианте осуществления, обсужденном выше, и линию L, по которой точка цвета света, излучаемого электролюминесцентным устройством 9 согласно изобретению, может смещаться посредством изменения рабочего напряжения.

Фиг.7 показывает электролюминесцентное устройство 9, которое содержит операционный блок 10 для приложения рабочего напряжения и блок 11 управления для управления операционным блоком, а отсюда, рабочим напряжением и для хранения характеристик яркости в зависимости от напряжения областей, состоящих из электролюминесцентного материала, для целей настройки желаемой точки цвета для света, излучаемого электролюминесцентным устройством 9. Так же как и предоставление рабочему напряжению возможности, например, настраиваться вручную, вольт-амперные характеристики, которые хранятся в блоке 11 управления для используемых материалов, также дают желаемой точке цвета возможность настраиваться автоматически. Посредством характеристик яркости в зависимости от напряжения может вычисляться, какие значения напряжения и дают какие относительные пропорции полос спектра, излучаемых областями 41 и 42, в свете, излучаемом электролюминесцентным устройством 9, в силу чего фиксируется точка цвета света. Блок 11 управления затем устанавливает значения, требуемые для рабочего напряжения, которое затем прикладывается операционным блоком 10 к областям 41 и 42. Блок управления также может использоваться для компенсации эффектов, имеющих отношение к старению и/или имеющих отношение к температуре (измеряемых датчиком температуры, расположенным поблизости от электролюминесцентного слоя или включенного в электролюминесцентный слой), и возможных изменений, которые могут возникать в характеристиках яркости в зависимости от напряжения. Известная кривая характеристики старения может корректироваться с помощью времени в работе (измеряемого внутренним таймером) посредством хранимой таблицы компенсации. Подобным образом, внутреннее измерение тока при заданном напряжении может использоваться для сравнения со значениями тока в начале времени в работе, чтобы компенсировать изменения в характеристиках яркости в зависимости от напряжения, обусловленных эффектами, имеющими отношение к старению и/или имеющими отношение к температуре. Характеристики яркости в зависимости от напряжения, которые скорректированы с учетом конкретных рабочих условий (времени в работе, рабочей температуры), затем могут использоваться для настройки точки цвета.

Если в качестве рабочего напряжения используется импульсное напряжение (см. Фиг.8), то желаемая яркость (яркость света) может вычисляться и настраиваться блоком 11 управления посредством длительности 13 импульсов в импульсном рабочем напряжении 14, 15. Так же как и настраивается вручную, желаемая точка цвета и желаемая яркость к тому же могут настраиваться электрически посредством блока 11 управления или, например, могут заранее устанавливаться в блоке 11 управления. Значения могут быть разными в зависимости от области применения электролюминесцентного устройства 9, и они могут быть настраиваемыми таким образом, чтобы быть изменяемыми, когда есть изменения в сущности применения. Посредством подстройки длительности импульса, например, блок 11 управления может быть предназначен для удержания интенсивности постоянной, когда изменяется точка цвета.

Фиг.8 схематически показывает два примера импульсного рабочего напряжения, которое посредством операционного блока 10 может прикладываться к областям в качестве альтернативы напряжению постоянного тока. Это импульсное напряжение может иметь импульсы разных форм, например, такие как квадратные импульсы, треугольные импульсы, синусоидальные импульсы, пилообразные импульсы или импульсы некоторой другой формы. Для любой желаемой формы то, что называется амплитудой импульса, является максимальным значением в пределах импульса, а то, что называется длительностью импульса, является длительностью эквивалентного прямоугольного импульса такой же амплитуды, как импульс, прикладываемый фактически, и такой же интегральной площади под кривой напряжения. В случае варианта осуществления, проиллюстрированного на Фиг.7, показаны два разных напряжения 14, 15 прямоугольной волны. Посредством амплитуды 12 импульса устанавливаются относительные пропорции спектральных диапазонов света, излучаемого первыми и вторыми (и любыми дополнительными) областями 41 и 42 в свете 7, излучаемом электролюминесцентным устройством 9, а отсюда, определяется точка цвета света 7. Общая яркость света электролюминесцентного устройства 9 настраивается посредством длительности 13 импульса независимо от настройки точки цвета. Для того же электролюминесцентного устройства 9 прямоугольные рабочие напряжения 14 и 15, таким образом, заставляют свет 7 излучаться с разными точками цвета (разными амплитудами 12 импульсов) и разными яркостями (длительностями 13 импульсов), которые могут настраиваться независимо друг от друга. Значения точки цвета и яркости излучаемого света 7 от интересующего электролюминесцентного устройства зависят от электролюминесцентных материалов, используемых для областей 41 и 42, а также соответствующих характеристик 81 и 82 яркости в зависимости от напряжения.

Фиг.9 показывает дополнительный вариант осуществления электролюминесцентного устройства 9 согласно изобретению. В этом случае первые и вторые области 41 и 42 содержат неорганические СИД, которые соединены электрически параллельно. СИД в первых областях 41 излучают, например, желтый свет, а СИД во вторых областях - синий свет, но, если выбирались другие неорганические СИД, первые и вторые области, например, также могли бы излучать красный или зеленый свет либо свет некоторого другого цвета. Так как СИД содержат неорганические электролюминесцентные материалы, зависимости, описанные выше, также применяются в настоящем случае. СИД, например, могут компоноваться, чтобы быть отделенными друг от друга оптически отражающими и/или неотражающими стенками 16. Компоновка в виде матрицы на Фиг.9 является только одним из примеров возможной компоновки. Некоторое количество СИД также может быть скомпоновано в компоновке, иной, чем матрица. Так как СИД обычно являются точечными источниками света, для целей однородно воспринимаемой яркости по всей площади излучения света электролюминесцентного устройства согласно изобретению полезно, если светорассеивающий слой 17, такой как лист рассеивателя, расположен на пути луча излучаемого света 7.

Взяв в качестве примеров первые и вторые области 41 и 42 красного свечения и синего излучения, Фиг.10 показывает для неорганических электролюминесцентных материалов соответствующую характеристику 81 яркости в зависимости от напряжения (LVC) для первой области 41 и соответствующую характеристику 82 яркости в зависимости от напряжения (LVC) для второй области 42, причем кривые для этих характеристик подобны показанным для первых и вторых областей на Фиг.5, когда используются органические электролюминесцентные материалы. Первые и вторые области согласно изобретению в варианте осуществления, показанном на Фиг.9, в настоящем случае образованы коммерчески доступными СИД, имеющими характеристики яркости в зависимости от напряжения (LVC), соответствующие показанным на Фиг.10, а именно LSV 81 LUXEON 1W, LXHL-PD01 красного свечения, произведенные компанией Lumileds, которые используют InGaP в качестве электролюминесцентного материала, и LVC 82 для LUXEON 1W, LXHL-PB01 синего свечения, произведенных Lumileds, которые используют InGaN в качестве электролюминесцентного материала.

Варианты осуществления, которые были разъяснены посредством ссылки на чертежи и в описании, являются всего лишь примерами электролюминесцентного устройства согласно изобретению для излучения света, имеющего переменную точку цвета, чьи возбуждение и производство требует малого по затратам и сложности, и не должны истолковываться в качестве ограничивающих формулу изобретения этими примерами. Альтернативные варианты осуществления также постижимы специалистом в данной области техники, и таковые также покрыты объемом формулы изобретения.

Изобретение относится к области светотехники. Электролюминесцентное устройство (9) для излучения света (7), чья точка цвета способна настраиваться переменным образом, содержит, по меньшей мере, две электролюминесцентные области (41, 42), которые для предоставления возможности приложения одинакового рабочего напряжения скомпонованы соединенными электрически параллельно, при этом электролюминесцентные области (41, 42) содержат, по меньшей мере, одну первую электролюминесцентную область (41) из первого электролюминесцентного материала для излучения света в первой полосе спектра в соответствии с первой характеристикой (81) яркости в зависимости от напряжения и, по меньшей мере, одну вторую электролюминесцентную область (42) из второго электролюминесцентного материала для излучения света во второй полосе спектра, которая не является такой же, как первая полоса спектра, в соответствии со второй характеристикой (82) яркости в зависимости от напряжения, которая не является такой же, как первая характеристика (81) яркости в зависимости от напряжения. Технический результат - упрощение электролюминесцентного устройства, обеспечивающего регулируемую точку цвета и яркость. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Электролюминесцентное устройство (9) для излучения света (7), чья точка цвета способна настраиваться переменным образом, содержащее, по меньшей мере, две электролюминесцентных области (41, 42), которые для предоставления возможности приложения одинакового рабочего напряжения скомпонованы соединенными электрически параллельно, при этом электролюминесцентные области (41, 42) содержат
- по меньшей мере, одну первую электролюминесцентную область (41) из первого электролюминесцентного материала для излучения света в первой полосе спектра в соответствии с первой характеристикой (81) яркости в зависимости от напряжения, и
- по меньшей мере, одну вторую электролюминесцентную область (42) из второго электролюминесцентного материала для излучения света во второй полосе спектра, которая не является такой же, как первая полоса спектра, в соответствии со второй характеристикой (82) яркости в зависимости от напряжения, которая не является такой же, как первая характеристика (81) яркости в зависимости от напряжения,
при этом рабочее напряжение может изменяться посредством операционного блока (10) для настройки точки цвета излучаемого света, и при этом рабочее напряжение является импульсным напряжением (14, 15), имеющим амплитуду импульса и длительность импульса, для которого посредством операционного блока (10) амплитуда (12) импульса может изменяться для настройки точки цвета, а длительность (13) импульса может изменяться для настройки яркости света (7), независимо друг от друга.

2. Электролюминесцентное устройство (9) по п.1, отличающееся тем, что электролюминесцентное устройство (9) также содержит блок (11) управления для хранения, по меньшей мере, первой и второй характеристик (81, 82) яркости в зависимости от напряжения и для управления операционным блоком (10).

3. Электролюминесцентное устройство (9) по п.1, отличающееся тем, что первый и второй электролюминесцентные материалы скомпонованы рядом друг с другом в плоскости слоя для формирования электролюминесцентного слоя (4).

4. Электролюминесцентное устройство (9) по п.3, отличающееся тем, что электролюминесцентный слой (4) скомпонован между первым электродом (2) и вторым электродом (6) и по существу полностью покрыт двумя электродами (2, 6).

5. Электролюминесцентное устройство (9) по любому одному из пп.1-4, отличающееся тем, что первый и второй электролюминесцентные материалы являются органическими материалами.

6. Электролюминесцентное устройство (9) по любому одному из пп.1-4, отличающееся тем, что первый и второй электролюминесцентные материалы являются неорганическими материалами.

7. Электролюминесцентное устройство (9) по п.6, отличающееся тем, что первая и вторая электролюминесцентные области (41, 42) содержат один или более неорганических СИД (светоизлучающие диоды), в которых скомпонованы соответствующие неорганические материалы.

8. Электролюминесцентное устройство (9) по п.1, отличающееся тем, что электролюминесцентное устройство (9) дополнительно содержит, по меньшей мере, третью область для излучения света в третьей полосе спектра, которая не является такой же, как первая и/или вторая полосы спектра, с интенсивностью, которая является следствием третьей характеристики яркости в зависимости от напряжения, которая не является такой же, как первая и/или вторая характеристика (81, 82) яркости в зависимости от напряжения.

9. Способ настройки точки цвета света (7), который излучается электролюминесцентным устройством (9) по п.1, содержащий следующие этапы, на которых:
- прикладывают рабочее напряжение, требуемое для снабжения желаемой точки цвета, также содержащий предшествующие этапы, на которых
- выбирают желаемую точку цвета для излучаемого света (7),
- вычисляют посредством блока (11) управления рабочее напряжение (14, 15), требуемое для снабжения желаемой точки цвета, опираясь на вольтамперные характеристики (81, 82), хранимые в блоке управления,
- управляют операционным блоком (10) посредством блока (11) управления для приложения требуемого рабочего напряжения,
при этом рабочее напряжение является импульсным напряжением (14, 15), имеющим амплитуду (12) импульса и длительность (13) импульса, и тем, что способ дополнительно к приложению импульсов амплитуды (12), требуемой для снабжения желаемой точки цвета, содержит приложение импульсов длительности (13), требуемой для снабжения света (7) желаемой яркости.

10. Способ настройки точки цвета света (7) по п.9, также содержащий предшествующие этапы, на которых
- выбирают желаемую точку цвета и желаемую яркость для излучаемого света (7),
- вычисляют посредством блока (11) управления амплитуду (12), требуемую для импульсов рабочего напряжения для снабжения желаемой точки цвета, и длительность (13), требуемую для импульсов рабочего напряжения для снабжения желаемой яркости, опираясь на вольтамперные характеристики (81, 82), хранимые в блоке (11) управления,
- управляют операционным блоком (10) посредством блока (11) управления, чтобы заставить прикладываться рабочее напряжение, имеющее импульсы требуемой амплитуды (12) и длительности (13).