CN101601137A - 可调色照明光源和可控照明方法 - Google Patents

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Abstract

一种照明光源，该照明光源包括能够发射具有第一种颜色的光的第一OLED层(110)、设置在第一OLED层上能够发射具有第二种颜色的光的第二OLED层(112)，所述第一和第二OLED层各自包括交替的有源发光区域(117)和无源不发光区域(119)；所述第一OLED层包括第一基底(118)、设置在基底上的第一透明电极层(116)、设置在第一透明电极层上能够发射具有第一种颜色的光的第一电致发光层(133)、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第一图案化金属电极层(135)；所述第二OLED层(112)包括第二基底(122)、设置在基底上的第二透明电极层、设置在第二透明电极层上能够发射具有第二种颜色的光的第二电致发光层、形成交替的有源发光区域(136)和无源发光区域(138)的第二图案化金属电极层；其中第一OLED层的有源发光区域所发射的光透过第二OLED层的无源不发光区域。还披露了对照明光源的光输出进行颜色和/或强度调节的方法。

Description

可调色照明光源和可控照明方法
相关申请的交叉引用
本申请和与其同时提交的名称为“COLOR TUNABLE OLEDILLUMINATION DISPLAY AND METHOD FOR CONTROLLED DISPLAYILLUMINATION”的美国专利申请(代理人档案号205592)相关，在此引入其全部内容作为参考。
发明背景
本发明总体上涉及有机照明光源。本发明具体涉及具有可控照度的有机照明光源。
传统光源例如白炽光源、荧光光源的发光颜色落在预定的光谱范围内，单个光源的颜色不能够随意调节。为了获得可调色发光装置，必须组装大量光源，并控制这些光源的发光强度。由此可能产生不实用、体积庞大的装置且所产生的颜色通常对于人眼而言空间上不均匀。此外，对于包括显示装置用面照明光源和背照明光源的各种照明应用，期望获得照度可调即颜色或强度或者两者可控的照明光源。
提供特定的彩色OLED照明光源的现有方法包括使用包含发光波长不同的多种电致发光材料的OLED光源或使用具有彩色OLED元件(例如发射红光、蓝光和绿光的OLED元件)阵列的平面显示装置。这些方法可能不能够提供达到所需照明效果所要求的光强和混色。
因而非常期望提供这样的面照明光源，该照明光源可调，以提供所需的强度、色度和显色指数。
发明内容
本发明的一种实施方案是可调色OLED照明光源，该可调色OLED照明光源包括能够发射具有第一种颜色的光的第一OLED层、设置在第一OLED层上能够发射具有第二种颜色的光的第二OLED层，所述第一和第二OLED层各自包括交替的有源发光区域和无源不发光区域；所述第一OLED层包括第一基底、设置在基底上的第一透明电极层、设置在第一透明电极层上能够发射具有第一种颜色的光的第一电致发光层、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第一图案化金属电极层；所述第二OLED层包括第二基底、设置在基底上的第二透明电极层、设置在第二透明电极层上能够发射具有第二种颜色的光的第二电致发光层、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第二图案化金属电极层；其中第一OLED层的有源发光区域所发射的光透过第二OLED层的无源不发光区域。
本发明的另一实施方案是一种系统，该系统包括：可调色OLED照明光源，该可调色OLED照明光源包括在不同的基底上制造并以堆叠结构组装的多个OLED层，其中多个OLED层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域，且其中多个OLED层中每一层的无源不发光区域经配置透过入射于其上的其它OLED装置各自的多个OLED元件所发射的光；控制装置，该控制装置用于选择性地向多个OLED层中的每一层提供电能。
本发明的再一实施方案是照明光源的颜色和/或强度调节的方法，所述方法包括选择性地向可调色OLED照明光源的多个OLED层中一个或多个OLED层提供电能，以对照明光源的光输出进行颜色和/或强度调节，其中多个OLED层中的每一层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域，且其中多个OLED层中每一层的无源不发光区域经配置透过下面的OLED层所发射的光。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中在附图中相同的标记始终表示相同的部分，其中
图1是本发明一种实施方案中的照明光源的截面示意图。
图2是本发明一种实施方案中的照明光源的截面示意图。
图3是本发明一种实施方案中的照明光源的截面示意图。
图4是本发明一种实施方案中的照明光源的截面示意图。
图5是本发明一种实施方案中的照明光源的截面示意图。
图6是本发明一种实施方案中的照明光源的前视图。
图7是本发明一种实施方案中红光、蓝光和绿光无源不发光区域的波长与透光百分率的关系曲线图。
图8是本发明一种实施方案中发射红光、蓝光和绿光的各OLED层的波长与强度分布的关系曲线图。
图9是本发明一种实施方案中照明光源的波长与强度分布的关系曲线图，该照明光源包括发射红光、蓝光和绿光的OLED层。
图10是本发明一种实施方案中照明光源的元件尺寸与漫射距离的关系曲线图，该照明光源包括产生均匀强度和颜色的发射红光、蓝光和绿光的OLED层。
图11是具有本发明一种实施方案的OLED照明光源的显示装置的示意图。
具体实施方式
本发明涉及用于可控照明的有机照明光源、包括该有机照明光源的系统和受控照明的方法。
如本文所用，术语“有机照明光源”是指有机发光器件(OLED)照明光源。如本文所用，术语“OLED”是指通常包括有机发光材料的器件，且包括但不限于有机发光二极管。如本文所用，术语“OLED元件”是指本发明的面照明光源的基本发光单元，其包括至少两个电极且两个电极之间设置有发光有机材料。如本文所用，术语“OLED层”是指包括至少一个OLED元件的发光单元。
将参考定义为具有下述含义的大量术语。单数形式“一”、“一种”等包括复数对象，除非文中另作明确规定。
如本文所用，术语“电活性”是指材料(1)能够传输、阻挡或存储电荷(正电荷或负电荷)，(2)能够吸收或发射光，通常为荧光，但不是必需的，和/或(3)用于生成光致电荷，和/或(4)施加偏压时具有变化的颜色、反射率、透射率。
如本文所用，术语“设置在......之上”或“沉积在......之上”是指设置或沉积在......之上并且接触......，或者设置或沉积在......之上但之间具有中间层，或者设置或沉积在......之上并与下面的层具有有限的间隔。
如本文所用，术语“透明”是指在电磁谱的可见区内大于10％的平均透光率。在一些实施方案中，“透明”是指大于50％的平均透光率。在另一些实施方案中，“透明”是指大于80％的平均透光率。
如本文所用，术语“可控照明”是指照明光源的强度、色度和/或显色指数(CRI)的控制。
本领域技术人员应当认识到，OLED元件通常包括夹在两个电极之间的至少一个有机层，通常为电致发光层。在向OLED元件施加合适的电压时，所注入的正电荷和负电荷在电致发光层中复合而产生光。
在本发明的一种实施方案中，OLED照明光源包括多个OLED层。OLED层包括有源发光区域和无源不发光区域。设置OLED层，以使OLED层的有源发光区域所发射的光透过随后一个或多个OLED层的无源不发光区域并从照明光源中射出。
在图1所示的照明光源100的截面图中，第一OLED层110设置在第二OLED层112上，第二OLED层112顺次设置在第三OLED层114上。第一OLED层110包括器件区域116和透明基底118。器件区域116包括交替的有源发光区域117和无源不发光区域119。类似地，第二OLED层包括具有交替的有源发光区域和无源不发光区域的器件区域120和透明基底122，第三OLED层114包括器件区域124和透明基底126。照明光源还可包括反射层128。在非限制性实例中，反射层为铝层。在一种实施方案中，使用粘结层130将OLED层110、112、114层叠在一起。
在图1所示的实施方案中，第一OLED层110的有源发光区域117包括一个或多个有源OLED元件132，第一OLED层110的无源不发光区域119包括一个或多个无源OLED元件134。有源元件132和无源元件134各自包括设置在透明基底上的第一透明电极层131和设置在第一透明电极131上的第一电致发光层133。第一图案化金属电极层135设置在第一电致发光层133上以形成有源OLED元件。包括134的无源OLED元件缺少金属电极层。
类似地，第二OLED层112包括有源发光区域(包括有源元件136)和无源不发光区域(包括无源OLED元件138)。第三OLED层114包括有源发光区域(包括有源元件140)和无源不发光区域(包括无源OLED元件142)。在工作过程中，第一OLED层110的有源发光区域所发射的光透过第二OLED层112的无源不发光区域和第三OLED层114的无源不发光区域。第二OLED层112的有源区域所发射的光透过第三OLED层114的无源区域。包括第一、第二和第三OLED层所发射的光的复合光144穿过透明基底126射出。
在一些实施方案中，OLED层中的至少两个发射不同颜色的光。在包括三个OLED层的一种实施方案中，OLED层分别发射红光、蓝光和绿光。在本发明的一种实施方案中，照明光源是可调色照明光源。在另一实施方案中，照明光源是白光装置。
在本发明的一种实施方案中，各OLED层中的OLED元件的布置互不相同，以便产生光强、色度和显色指数的所需组合。例如，在图2所示的实施方案中，照明光源200包括具有器件区域216的第一OLED层210和透明基底218。光源200还包括具有器件区域220的第二OLED层212和透明基底222。第一OLED层210中的有源发光区域和无源不发光区域的图案或布置不同于第二层212中的布置。在图2所示的截面图中，第一OLED层包括与一个无源OLED元件交替的两个有源OLED元件，而在第二OLED层212中，两个无源OLED元件与一个有源OLED元件交替。可根据发光颜色不同的OLED元件的发光强度和颜色，采用类似的布置，以使组合产生所需的混色。第一OLED层和第二OLED层以一定的方式设置于彼此之上，以便允许第一OLED层的两个有源OLED元件发出的光从第二OLED层的两个无源OLED元件射出。应当指出的是，第一层的元件的尺寸和形状可不同于第二层中的元件的尺寸和形状。此外，第一层的元件可能相对于第二层的无源区域尺寸较大，或者部分地隐藏在第二层的有源区域之后。
在图3所示的实施方案中，照明光源包括三个OLED层310、312、314，所述三个层各自分别包括器件区域316、320、324和透明基底318、322、326。在所示实施方案中，OLED层例如OLED层310包括有源发光区域332和无源不发光区域334。如图3所示，无源不发光区域334包括没有任何无源OLED元件设置于其上的基底区域。一个或多个OLED层发出的光334透过透明基底326射出。在其它实施方案中，无源区域可仅仅包含有源结构的透明层的一部分。
电致发光层可包括发光聚合物或非聚合物小分子材料。可用于照明光源的电致发光层材料的非限制性实例包括：聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)及其衍生物；聚芴及其衍生物和共聚物例如聚(烷基芴)，如聚(9，9-二己基芴)、聚(二辛基芴)或聚{9，9-二(3，6-二噁庚基)-芴-2，7-二基}；聚(对亚苯基)(PPP)及其衍生物，例如聚(2-癸基氧-1，4-亚苯基)或聚(2，5-二庚基-1，4-亚苯基)；聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)及其衍生物，例如二烷氧基取代的PPV和氰基取代的PPV；聚噻吩及其衍生物，例如聚(3-烷基噻吩)、聚(4，4’-二烷基-2，2’-二噻吩)、聚(2，5-亚噻吩基亚乙烯基)(poly(2，5-thienylene vinylene))；聚(吡啶亚乙烯基)(poly(pyridine vinylene))及其衍生物；聚喹喔啉及其衍生物；聚喹啉及其衍生物。在一种具体实施方案中，适宜的发光材料为N，N-二(4-甲基苯基)-4-苯胺封端的聚(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)。还可使用基于这些聚合物中一种或多种的这些聚合物的混合物或共聚物。
用于电致发光器件的另一类适宜的材料为聚硅烷。通常，聚硅烷是被各种烷基和/或芳基侧基取代的线形硅主链聚合物。聚硅烷为沿聚合物主链具有离域σ共轭电子的准一维材料。聚硅烷的实例包括聚(二正丁基硅烷)、聚(二正戊基硅烷)、聚(二正己基硅烷)、聚(甲基苯基硅烷)和聚{双(对丁基苯基)硅烷}。
在一种实施方案中，金属图案化电极层包括但不限于具有低功函值的材料。在另一实施方案中，金属图案化层为阴极层。阴极层材料的非限制性实例包括诸如下列材料：K，Li，Na，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ag，Au，In，Sn，Zn，Zr，Sc，Y，Mn，Pb，镧系元素，它们的合金(特别是Ag-Mg合金、Al-Li合金、In-Mg合金、Al-Ca合金和Li-Al合金)，以及它们的混合物。阴极材料的其它实例可包括碱金属氟化物或碱土金属氟化物或氟化物的混合物。其它阴极材料例如氧化铟锡、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、氧化锌铟锡、氧化锑、碳纳米管及其混合物也是适宜的。可供选择地，阴极可由两层制成以增强电子注入。非限制性实例包括但不限于LiF或NaF作为内层以及铝或银作为外层，或者钙作为内层以及铝或银作为外层。
在一种实施方案中，透明电极包括例如但不限于高功函材料。阳极材料的非限制性实例包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、镍、金和类似材料以及它们的混合物。在一些实施方案中，透明基底与透明电极组合构成。例如，可使用氧化铟锡/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)组合层形成OLED层。
透明基底的非限制性实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺、丙烯酸酯、聚烯烃、玻璃、非常薄的金属层及其组合。在一些实施方案中，透明基底为赋予照明光源柔性的柔性基底。
OLED层还可包括其它电活性层，例如但不限于，空穴传输层、空穴注入层、电子传输层、电子注入层和光致发光层。
可采用例如但不限于下列的技术设置或沉积OLED元件中的各层：旋涂、浸涂、逆向辊涂、绕线或迈尔棒涂、直接或照相凹版式涂布、狭缝式口模涂布、刮涂、热熔体涂布、帘涂、刀辊涂、挤出、气刀涂、喷涂、旋转筛涂布(rotary screen coating)、多层坡流涂布(mutilayer slide coating)、共挤出、液面涂布(meniscus coating)、Comma涂步和微凹版式涂布、平版印刷法、朗缪尔法、闪蒸、热或电子束辅助蒸镀、气相沉积、等离子增强化学气相沉积(“PECVD”)、射频等离子增强化学气相沉积(“RFPECVD”)、膨胀热等离子化学气相沉积(“ETPCVD”)、溅射(包括但不限于反应溅射)、电子回旋共振等离子增强化学气相沉积(“ECRPECVD”)、感应耦合等离子增强化学气相沉积(“ICPECVD”)等方法和它们的组合。
本发明的照明光源可包括附加层，例如但不限于下列层中的一种或多种：耐磨层、抗化学腐蚀层、光致发光层、辐射反射层、阻挡层、平滑层、光散射层、光漫射层、光增强层及其组合。
在本发明的一种实施方案中，照明光源为整个视见区域提供均匀的光强，其中光强的变化在平均光强的10％以内。
在图4所示的照明光源400的截面图中，示出了OLED层410、412和414。照明光源400包括设置于光源一端的反射器428以使OLED层发出的任意光朝向装置的光出射端反射回去。照明光源400还包括光控制层446，该光控制层446为安装在OLED层上的漫射元件的形式，以使从两个或更多个OLED层射出的光漫射。在非限制性实例中，可通过使透明材料表面纹理化制成表面漫射体来形成漫射元件。其它适用于本发明实施方案的光控制元件的实例包括利用正或负透镜结构和菲涅耳透镜结构以及这些结构的任意组合使一个或两个表面纹理化的透明材料。还可使用其它波导和光弯曲元件。在一种实施方案中，光控制元件为曲面层。在另一实施方案中，光控制元件如散射元件可安装在OLED层上，以使从两个或更多个OLED层射出的光散射。可通过使具有高折射率的粒子悬浮在折射率较低的介质中构成体散射系统(volumetric scattering system)来形成散射元件。这种体漫射元件还可与其它光控制元件组合使用。
在照明光源的一种实施方案中，光控制元件如漫射元件与OLED层相距有限的距离安装/设置在OLED层上。图5示出了这种照明光源500的截面图，其中漫射元件514与OLED层相距距离512。安装漫射元件的距离可取决于OLED元件的尺寸、布置和发射光谱，以形成所需的外观，例如在整个视见区域中均匀的外观。
在各种实施方案中，可根据有源OLED元件的发光强度和颜色以及所需的混色，对有源和无源OLED元件进行不同地布置。此外，有源和无源OLED元件可具有各种形状和尺寸，例如规则的几何形状或不规则的形状。几何形状包括但不限于方形、矩形、三角形、五边形、六边形等。OLED元件可具有直边或曲边。在一种实施方案中，OLED元件是边长为约1.25cm的正方形。在另一实施方案中，OLED元件是边长为约1.25cm和约0.625cm的矩形。在另一实施方案中，OLED元件是边长为约1.25cm和约0.3125cm的矩形。
在本发明的一些实施方案中，照明光源中的OLED层是物理模块化的(physically modular)。如本文所用，术语“物理模块化”是指各层可独立地移出或更换。在另一实施方案中，使用快速拆卸连接件安装各层。
在本发明的一些实施方案中，照明光源中的OLED层是“电学模块化的”。如本文所用，术语“电学模块化”是指层的属性，其中层可独立地电学控制。例如，设置在本发明的照明光源中的层的“电学模块化”在于施加在各自独立的层上的电压可独立改变。
图6示出了照明光源550的前视图，该照明光源550包括各自的发光颜色不同的三个OLED层552、554和556。所述各层分别通过连接体558、566、562独立地配线。在一种实施方案中，三个OLED层的阳极触点可连接在一起，而阴极触点电学上独立，从而仍能够实现三个OLED层的独立电学控制。在一种实施方案中，两个或更多个OLED层可串联连接。在另一实施方案中，两个或更多个OLED层可并联连接。
在本发明的一种实施方案中，照明光源还可包括为OLED层控制和输送电能的电路元件。在再一实施方案中，照明光源经配置选择性地向一个或多个OLED层提供电能。包括在OLED层中的一个或多个OLED元件还可与能够控制各OLED元件的光发射的电路元件连接。照明光源可包括诸如串联布置的交流-直流转换器和二极管等电路元件，以将可获得的交流电转换为所需的直流电。在另一实施方案中，照明光源可直接由交流电供电。照明光源中可能存在的其它电路元件的非限制性实例包括齐纳二极管、电阻器、变阻器、分压器和电容器。在一种实施方案中，同一OLED层中的OLED元件连接在一起属于串联连接OLED构造。
可参考U.S.7,049,757、US 6,566,808、US 6,800,999、US 2002/0190661、US 2004/0251818和US 2006/0125410，更加清楚地理解串联连接OLED构造的一般原理和为一个或多个OLED层或OLED元件控制和输送电能的电路元件的使用，在此引入上述各专利作为参考。应当指出的是，对于本发明中术语的解释和含义，在本申请与任意上述所引用的文献之间存在冲突的情况下，以支持本申请提供的定义或解释的方式化解冲突。
在本发明的一种实施方案中，照明光源的发射是可调色的。在非限制性实例中，照明光源产生白光。在一种实施方案中，白光具有约5500°K至约6500°K的色温。如本申请所用，照明光源的“色温”是指与所关注的照明光源的色匹配最接近的黑体光源的温度。色匹配通常在常规CIE(Commission International de l′Eclairage)色度图上表达和比较。例如参见″Encyclopedia of Physical Science and Technology″，vol.7，230-231(Robert A.Meyers ed，1987)。通常，随着色温升高，光更加发蓝。随着色温降低，光更加发红。在本发明的另一实施方案中，照明光源发射色温为约2800°K至约5500°K的白光。在一些实施方案中，照明光源发射色温为约2800°K至约3500°K的白光。在一些实施方案中，照明光源具有约4100°K的色温。
在一种实施方案中，色温为约5500°K至约6500°K的照明光源具有约60至约99的显色指数。如本文所用，显色指数(CRI)是与标准光源相对使用所关注的光源测量时一组标准颜料的表观颜色的失真度的量度。CRI通过计算色偏来确定，例如量化为与标准光源相比所关注的光源产生的三色激励值。通常，对于低于5000°K的色温，所使用的标准光源是具有合适温度的黑体。对于高于5000°K的色温，通常使用太阳光作为标准光源。具有相对连续的输出光谱的光源例如白炽灯通常具有高的CRI例如等于或将近100。具有多线输出光谱的光源例如高压放电灯通常具有约50至约90的CRI。荧光灯通常具有大于约60的CRI。
在另一实施方案中，色温为约5500°K至约6500°K的照明光源具有约75至约99的显色指数。在再一实施方案中，色温为约5500°K至约6500°K的照明光源具有约85至约99的显色指数。在再一实施方案中，色温为约2800°K至约5500°K的照明光源具有至少约60的显色指数。在再一实施方案中，色温为约2800°K至约5500°K的照明光源具有至少约75的显色指数。在再一实施方案中，色温为约2800°K至约5500°K的照明光源具有至少约85的显色指数。
在一种实施方案中，照明光源可安装在结构体上。在非限制性实例中，照明光源适于壁面安装。可供选择地，照明光源可安装在天花板上或从天花板上悬吊下来，在可供选择的实施方案中，照明光源是独立的。
本发明的一种实施方案是包括OLED照明光源的系统，该OLED照明光源包括以堆叠结构制造在不同基底上的多个OLED层。所述多个OLED层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域，以使所述多个OLED层的无源不发光区域经配置透过下面的OLED层所发射的光。该系统还包括选择性地向所述多个OLED层的各层输送电能的控制装置。控制装置可包括强度选择和/或颜色选择的控制。在一种实施方案中，该系统用于采用内部照明的运输系统，例如但不限于飞机。
在另一实施方案中，本发明涉及控制包括多个OLED层的照明光源的光输出的颜色和/或强度的方法。如本文所用，术语“颜色”是指色度和/或CRI。该方法包括提供包括至少一个OLED层的照明光源。该方法还包括向所述至少一个OLED层提供电能，从而调节照明光源的光输出的颜色和/或强度。在非限制性实例中，强度调节通过向两个或更多个层施加一致或不同的电压来实现。如本文所用，术语“调节”用于表示对值进行选择和/或从一个值调节到另一个值。在另一实例中，强度通过改变施加在一个或多个OLED层上的电压水平来调节。在非限制性实例中，包括多个OLED层的照明光源的颜色调节通过选择性地向发光波长相同或不同的一个或多个OLED层提供电能来实现。在再一实例中，颜色调节通过改变用于驱动一个或多个OLED层的功率水平来实现。该方法还可包括使用安装在OLED层上的漫射元件，以使多个OLED层所发射的光漫射。
另一方面，本发明涉及彩色显示装置，该装置包括调光元件以及经配置对调光元件照明的可调色OLED照明光源。照明光源包括制造在不同基底上的多个OLED层。所述多个OLED层中的每一层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域并以堆叠结构组装，以使所述多个OLED层中每一层的无源不发光区域经配置透过下面的OLED层所发射的光。
在一种实施方案中，调光元件为LCD元件，但应当理解的是，其它形式的调光元件例如但不限于电致变色器件、衍射器件、可变形反射镜落在本发明的范围内。
在工作过程中，可从背面对液晶装置照明(背照明)，以使大多数光直接通过液晶并向外传播进入观察者的眼睛，或者可从前面利用接近LCD的光对液晶装置前照明并使光朝向观察者的眼睛反射回去。对于背照明LCD系统，该装置具有透光型元件；对于前照明系统，装置具有反光型液晶元件。
在一种实施方案中，LCD显示器使用白光OLED背照明光源，该光源包括多个OLED层和其上布置有滤色(例如RGB)片的液晶元件。通过调节通过液晶元件的透光率，借助于过滤透射的白光，获得所需的发光颜色。
在另一实施方案中，液晶显示器没有滤色片。显示器具有可调色OLED照明光源。在该实施方案中，显示颜色通过使发射红光、绿光和蓝光的OLED层或其它适宜的颜色组合作为背照明来实现。通过以适当的方式与液晶元件的电子控制同步地将红色、绿色和蓝色(场序制彩色)顺次应用于背照明，在不使用滤色片的情况下由显示器发射出所需的颜色，且所需的颜色由于持续可见而被人眼察觉。该实施方案由于免于通过滤色片滤光而避免了能量损失。
在一种实施方案中，OLED层以至少3倍帧速的速度频闪。对于奇偶帧(odd and even frame)，通常采用30帧/秒。在一种实例中，对于单独考虑的奇偶帧，OLED层以90fps或180fps的速度频闪，以允许颜色显现在观察者眼中。
在一种实施方案中，将OLED输出脉宽调制成仅为独立帧周期的约1/3以减少运动模糊(motion blur)。运动模糊是LCD像素的有限响应时间引起的并通过跨越多个像素的光拖尾显现出来。在一种实例中，采用约1/540秒(～1.8ms)的时间帧。
在图11所示的实施方案中，彩色显示装置800包括透光型LCD元件810和作为LCD元件的背照明的OLED照明光源812。在一种实施方案中，LCD元件包括多个像素，像素起到光阀的作用，来调制透过像素的透光率。在一种实施方案中，LCD元件改变透过该元件的光的偏振轴。偏振随透过各像素的透光率而改变的程度可外部控制。
在一些实施方案中，彩色显示装置还包括一个或多个光控制膜，例如但不限于漫射元件、偏振片和散射元件。在一种实施方案中，彩色显示装置包括设置于OLED照明光源和LCD元件的第一面之间的第一偏振片814，以使从OLED照明光源射出的光偏振。在另一实施方案中，彩色显示装置还包括设置于OLED照明光源和LCD元件的第二面之间的第二偏振片816。在一种实施方案中，第一偏振片和第二偏振片的偏振轴相互垂直。因而，各像素引起的偏振旋转可决定透射强度。
在另一实施方案中，彩色显示装置还包括驱动器，该驱动器用于在瞬时改变背照明颜色的同时改变透光型LCD各像素的透光率，以产生彩色显示。在再一实施方案中，彩色显示装置还包括控制器，该控制器用于选择性地向OLED照明光源的各层提供电能，以产生瞬时改变的平面背照明颜色，并以高于人眼视觉反应频率的频率循环经历多个OLED层产生的不同颜色。在图11所示的实施方案中，LCD的驱动器和OLED照明光源的控制器显示为集成的驱动器和控制器818。在其它实施方案中，驱动器和控制器可以是独立的并独立操作。
在一种实施方案中，彩色显示装置包括有机照明光源，该有机照明光源包括具有交替的有源区域和无源区域的三个有机发光层，其中OLED层的无源不发光区域经配置透过下面的OLED层发射的光。三个OLED层中的各层能够以时序模式发射带宽不同的光例如绿光、蓝光和红光，以提供全色显示。通过改变例如在红、绿和蓝波长范围内发光的各OLED层的透射光强度，产生彩色LCD显示。
在另一实施方案中，OLED背照明812能够通过调节红光发射、绿光发射和绿光发射的比例来产生白光光谱。因而，通过根据彩色OLED层激活期间所需的各颜色(红、绿或蓝)的量激活各OLED层，对于三个OLED板的各循环产生完整的全色图像，或者产生白光。应当理解的是，如果需要多个OLED层来提供全色均匀照明，则可使用多个具有各颜色的OLED层。
本发明的另一实施方案是背照明显示器的照明方法。该方法包括：选择性地向可调色OLED照明光源的多个OLED层中一个或多个OLED层提供电能，以对照明光源的光输出进行颜色和/或强度调节；瞬时改变背照明颜色；以高于人眼视觉响应频率的频率循环经历一个OLED层或者两个或更多个OLED层的组合产生的不同颜色；在瞬时改变平面背照明颜色的同时同步改变透光型LCD的各像素的透光率，以产生彩色显示。
本发明的实施方案可提供薄且紧凑的白光和可调色光源。此外，本发明的实施方案还可提供用于例如显示器背照明等应用的柔性可调色光源。通过分别制造各OLED层，可针对特定的OLED层优化各种沉积工艺。通过免除在一个平面(一个基底)上布有复杂电学线路的需求，可实现极高的总填充因数(有源发光区域)。此外，还可采用组合串并联电互连构造，将这种装置制成容错光源(fault-tolerant light source)。另外，用于背照明的本发明的OLED照明光源的实施方案可提供明显减轻的重量、减小的厚度、显示器的柔性和改善的大面积亮度均匀性。
在没有进一步详细说明的情况下，应当认为本领域技术人员可利用本文的说明最大程度地使用本发明。包括下述实施例以为本领域技术人员实施要求保护的发明提供额外的指导。所提供的实施例仅仅代表贡献于本申请教导的工作。因而，这些实施例不以任意方式限制由所附权利要求限定的本发明。
实施例1
制造了OLED照明光源。该OLED照明光源包括独立制造的三个物理和电学模块化OLED层。各OLED层包括通过串并联电连接的组合电学上互连的多个矩形OLED元件。US 7,049,757已描述了这种所谓的容错OLED构造及其制造方法。
在ITO/PET基底上制造第一OLED层。采用标准光刻法和湿刻蚀法对ITO层进行图案化，从而形成设置在PET基底上的多个矩形电绝缘ITO元件。将PEDOT:PSS溶液(获自H.C.Starck.Inc.，商品名为Bayton P VP CH 800)旋涂在ITO图案之上，从而形成约70nm厚的连续层。将获自Dow ChemicalCompany的发射红光的聚合物RP 145的溶液旋涂在基底上，从而在PEDOT:PSS层上形成约70nm厚的发光层。在随后的步骤中，在将建立阴极-阳极互连的区域中除去两种聚合物的一部分。然后，通过具有矩形开口的荫罩进行蒸镀，将图案化金属阴极层沉积在发光聚合物层上。金属图案适当地与ITO图案对准，从而形成与无源不发光元件交替的尺寸为1.25cm×0.625cm的有源发光元件。以相同的方式在图案化ITO/PET基底上制造第二OLED层。将发射绿光的聚合物LUMATION 1304(获自Dow Chemical)的约70nm厚的层旋涂在先前沉积的PEDOT:PSS层上。然后将图案化金属层设置在发光聚合物层上，从而形成与无源不发光元件交替的尺寸为1.25cm×0.625cm的有源发光元件。在第三图案化ITO/PET基底上制造第三OLED层。将聚芴基发射蓝光的聚合物BP 105(获自Dow Chemical)的约70nm的层旋涂在具有PEDOT:PSS层的ITO/PET基底上。然后将图案化金属层设置在发光聚合物层上，从而形成与无源不发光元件交替的尺寸为1.25cm×0.625cm的有源发光元件。
图7是本发明一种实施方案中红618、蓝614和绿616无源不发光聚合物层的波长与透光百分率的关系曲线图。可见光透射分布曲线(根据实测吸收率计算)显示出在可见光区大于50％的平均透光率。因而，各层的不发光元件能够透过其它层发射的大部分光，而无需从这些区域除去聚合物。
当单独操作时(即未组装成三色装置)，各OLED层发射预定光谱范围内的光，这主要取决于所使用的发光聚合物的化学结构。图8是本发明一种实施方案中发射红光、蓝光和绿光的各OLED层的波长与强度分布的关系曲线图。强度峰656、658和660给出发射蓝光、绿光和红光的各OLED层的发射分布。
堆叠三个独立制造的OLED层，并使用0.0762mm厚的光学胶带(获自3M)将它们粘结在一起，使得一个层的有源OLED元件设置在另外两个层的无源元件上。将铝反射层设置在第一OLED层的背面。装置以这种堆叠构造单独操作，采集三个装置各自的发射光谱。图9是照明光源的波长712与强度710分布的关系曲线图。各光谱的强度按照比例，以使它们的峰值相对强度接近1。与图8的发射曲线相比，堆叠OLED层的蓝光714、绿光716和红光718波长的强度峰与独立的OLED层的特性相当，并在堆叠OLED层中保持了单色的高纯度。当调节各颜色的强度使得所产生的光为白光时，实测显色指数(CRI)为约90。复合白(红、蓝和绿)光的总流明输出在一种情况下测得为20流明，但可通过调节供给各OLED层的电能来容易地调节。这种照明结构等同于图1所示的结构。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制造了三个不同的OLED照明光源。三个OLED装置具有尺寸为1.25cm×0.3125cm的元件并组装成如上所述的照明光源，使得全部三种发光颜色可见。按照图5所示的构造，将棱形漫射元件安装在该照明光源上。改变漫射元件与照明光源的距离，记录获得视觉上均匀的颜色和强度时所处的距离并与完全模糊的预测数据进行比较。图10是本发明一种实施方案中元件的较小尺寸754(在此情况下将其它尺寸固定为1.25cm)与产生均匀强度和颜色的漫射元件距离752的关系曲线图。图10示出了实测数据756和预测数据758之间的良好重合并且当元件尺寸足够小时可随着元件尺寸的减小缩短漫射元件距离，从而在更紧凑的封装体中产生均匀的颜色和强度。
尽管本文仅示例和描述了本发明的一些特征，但本领域技术人员可作出多种改进和改变。因而，应当理解的是，所附权利要求意图覆盖落在本发明的真正构思内的所有改进和改变。

Claims (28)

1.一种可调色OLED照明光源，包括能够发射具有第一种颜色的光的第一OLED层、设置在所述第一OLED层上能够发射具有第二种颜色的光的第二OLED层，所述第一和第二OLED层各自包括交替的有源发光区域和无源不发光区域；
所述第一OLED层包括第一基底、设置在所述基底上的第一透明电极层、设置在所述第一透明电极层上能够发射具有第一种颜色的光的第一电致发光层、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第一图案化金属电极层；以及
所述第二OLED层包括第二基底、设置在所述基底上的第二透明电极层、设置在所述第二透明电极层上能够发射具有第二种颜色的光的第二电致发光层、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第二图案化金属电极层；
其中所述第一OLED层的有源发光区域所发射的光透过所述第二OLED层的无源不发光区域。
2.权利要求1的可调色OLED照明光源，还包括第三OLED层，其中所述第三OLED层包括第三基底、设置在所述基底上的第三透明电极层、设置在所述第三透明电极层上能够发射具有第三种颜色的光的第三电致发光层、形成交替的有源发光区域和无源发光区域的第三图案化金属电极层；
其中所述第一OLED层的有源发光区域所发射的光透过所述第二和第三OLED层的无源不发光区域，所述第二OLED层的有源区域所发射的光透过所述第三OLED层的无源区域。
3.权利要求1的照明光源，其中所述有源发光区域包括一个或多个有源OLED元件。
4.权利要求1的照明光源，其中所述无源不发光区域包括一个或多个无源OLED元件。
5.权利要求1的照明光源，其中所述无源不发光区域对下面的有源发光区域所发射的属于电磁谱可见区的光的透射百分率大于50％。
6.权利要求1的照明光源，其中所述无源不发光区域包括没有OLED元件的基底区域。
7.权利要求1的照明光源，其中所述第一电致发光层为聚合物层。
8.权利要求1的照明光源，其中所述第二电致发光层为聚合物层。
9.权利要求1的照明光源，其中所述多个OLED层可独立地电操作。
10.权利要求1的照明光源，还包括位于所述第一OLED层和所述第二OLED层之间的粘结层。
11.权利要求1的照明光源，还包括设置在所述第一图案化金属电极层上的反射层。
12.权利要求1的照明光源，还包括至少一个光控制元件。
13.权利要求12的照明光源，其中所述至少一个光控制元件选自漫射元件、散射元件、高对比度图案化元件、透明白光发射元件、透镜及其组合。
14.权利要求12的照明光源，其中所述至少一个光控制元件包括高对比度图案。
15.权利要求1的照明光源，其中所述OLED层中的OLED元件以串联互连构造连接。
16.权利要求1的照明光源，其中所述第一、第二和第三基底是柔性的。
17.权利要求1的照明光源，其中所述照明光源产生色温为约5500°K至约6500°K的白光。
18.权利要求17的照明光源，其中所述白光具有约60至约99的显色指数。
19.权利要求1的照明光源，其中所述照明光源产生色温为约3000°K至约5500°K的白光。
20.权利要求19的照明光源，其中所述白光具有至少60的显色指数。
21.权利要求1的照明光源，还包括电路元件，所述电路元件用于控制供给所述多个OLED装置中每个装置的电能。
22.一种系统，包括
可调色OLED照明光源，其包括在不同的基底上制造并以堆叠结构组装的多个OLED层，其中所述多个OLED层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域，且其中所述多个OLED层中每一层的无源不发光区域经配置透过下面的OLED层所发射的光；和
控制装置，该控制装置用于选择性地向所述多个OLED层中的每一层提供电能。
23.权利要求22的系统，其中所述系统经配置用于运输系统。
24.权利要求23的系统，其中所述可调色照明经配置用于飞机的内部照明。
25.权利要求22的系统，其中所述控制装置包括对强度选择的控制。
26.权利要求22的系统，其中所述控制装置包括对颜色选择的控制。
27.照明光源的颜色和/或强度调节的方法，所述方法包括：
选择性地向可调色OLED照明光源的多个OLED层中一个或多个OLED层提供电能，其中所述多个OLED层中的每一层包括交替的有源发光区域和无源不发光区域，且其中所述多个OLED层中每一层的所述无源不发光区域经配置透过下面的OLED层所发射的光。
28.权利要求27的方法，还包括通过在所述多个OLED层上设置漫射元件，使所述多个OLED层所发射的光漫射。
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