專利名稱：有全色oled背光的半反半透顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置，具體涉及用于液晶顯示器中的OLED背光的封裝和照明。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)用在各種直視型顯示器和虛像顯示器中。利用LCD的直視型顯示器例子包括數(shù)字式鐘表，電話，膝上型計(jì)算機(jī)等。利用LCD的虛像顯示器例子包括攝錄像機(jī)取景器，頭戴顯示器，或便攜式電子設(shè)備中的虛像顯示器，例如，便攜式通信設(shè)備。液晶顯示器有三種基本模式透射型，反射型和半反半透型(transfletive)。在透射模式下，LCD像素是從后面照明(即，與觀察者相反的一側(cè))，通常利用冷陰極熒光燈(CCFL)或LED。透射型LCD在從完全黑暗到辦公室環(huán)境的照明條件下具有最佳的性能。在非常明亮的戶外環(huán)境下，透射型LCD容易“消失”，除非它們有高亮度背光。透射型LCD有很寬的彩色范圍，然而，它們通常需要用于全色顯示的彩色濾波器。在反射型LCD中，像素是從“前面”照明(即，與觀察者相同的一側(cè))。反射型LCD像素反射源自周圍環(huán)境或前燈的入射光。反射型LCD具有非常低的功率消耗(特別是沒有前燈的情況)，因此，它往往用在小型便攜式裝置中，例如，手持游戲機(jī)，PDA或其他便攜式設(shè)備。在辦公室環(huán)境照明和更明亮的條件下，反射型LCD具有最佳的性能。在黑暗照明條件下，反射型LCD通常需要前燈。“半反半透型”顯示器能夠工作在透射模式和反射模式。半反半透型顯示器的例子是在Lueder et al.“The Combination of aTransflective FLCD for Daytime Use With An OLED for Darkness”，2000 Society for Information Display(SID)Symposium Digest，1025-1027，和Lee et al.“Development of the new structure oftransflective LCD”，Korean Information Display Society(KIDS)International Meeting on Information Display Digest(IMID)2001，Session A8.3中公開。在反射模式下，被顯示器內(nèi)元件反射回到觀察者眼睛的環(huán)境光提供圖像給觀察者。反射模式在某些應(yīng)用中可能是特別有利的，例如，膝上型顯示器，它可用在日光下室外，日光可以使沒有反射模式的顯示器產(chǎn)生的圖像變得模糊。透射模式對于在不同環(huán)境下的這種顯示器是有利的，例如，在有很少環(huán)境光的情況下。一般地說，在透射模式下工作時(shí)，半反半透型液晶裝置是利用相對大和分開安裝的光源照明，最好是從后面照射(背光)，因此，大部分的光直接傳輸通過液晶裝置并向外到達(dá)觀察者的眼睛。為了在輸出端提供適當(dāng)?shù)墓饬炕蛄炼?，LCD要求相對明亮和大的背光源。一般地說，其結(jié)果是制作相對大和笨重的包裝，通常利用多個(gè)離散的元件，這些離散元件可能很難合并在便攜式電子設(shè)備中。一般地說，紅，綠和藍(lán)光發(fā)光裝置(LED)對于開發(fā)小型LCD背光是非常重要的。在過去，熒光燈用于照明這些小型LCD。熒光燈適合于照明大的直視LCD，但對于包括虛像顯示器的小尺寸裝置是個(gè)問題。通常，當(dāng)燈的長度和直徑減小時(shí)，其效率也降低，從而使小型燈缺乏足夠的功率。此外，不能分別控制從熒光燈發(fā)射的紅光，綠光和藍(lán)光，因此，場序制彩色是很困難的。例如，在諸如電話，雙向無線電通信裝置，尋呼機(jī)等的便攜式電子設(shè)備中，顯示器局限于只有少量字母數(shù)字顯示的直視圖像。一般地說，若我們需要小型便攜式裝置，則顯示必須減小到有非常少的數(shù)字，因?yàn)轱@示器的尺寸決定集成到該裝置的最小尺寸。US Patent No.5,965,907建議使用疊層式OLED背光，它能夠在透射型LCD顯示器中場序顯示彩色，然而，為了滿足半反半透顯示器的要求并仍然保持小的尺寸，需要提高為此目的使用的OLED效率。由于裝置中各層之間折射率的失配，在從該裝置射出之前，從典型OLED激活區(qū)中產(chǎn)生的大部分光發(fā)生全內(nèi)反射和損失。此外，在典型的半反半透顯示器中，從背光射出的大量光在透射模式下被部分透射/部分反射的“半反半透”層吸收，半反半透層是在背光與觀察者之間。此外，由于需要適應(yīng)兩種模式的工作，部分透射/部分反射的半反半透層降低反射模式的反射率。由于存在許多損耗機(jī)構(gòu)，在透射模式下提供足夠的照明，與此同時(shí)優(yōu)化半反半透顯示器中的反射模式，這種要求仍然是一個(gè)嚴(yán)重的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明把有一個(gè)反射電極的常規(guī)有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和至少一個(gè)透明OLED組合成疊層式結(jié)構(gòu)，其功能作為半反半透顯示器設(shè)備的背光照明，例如，液晶顯示器(LCD)。最好是，至少兩個(gè)透明OLED與一個(gè)常規(guī)OLED安排成疊層式結(jié)構(gòu)，三個(gè)OLED中的每個(gè)OLED發(fā)射不同帶寬的光。這種結(jié)構(gòu)在透射模式下可以按時(shí)序發(fā)射彩色，從而允許全色顯示器的所有分量(即，紅，綠，藍(lán))發(fā)射通過相同的像素而無需彩色濾波器。由于每個(gè)像素不需要再分成紅，綠和藍(lán)子像素，孔徑比約增大3倍。因此，三個(gè)OLED疊層包含全色背光，其中透明OLED設(shè)置在常規(guī)的OLED與相鄰的光調(diào)制元件之間，光調(diào)制元件最好是液晶顯示器(LCD)。在背光(backlight)之后的反射電極(最好是不透明)的功能是作為半反半透顯示器的反射板。這種結(jié)構(gòu)在背光與觀察者之間的LCD中不再需要部分透射部分反射層。有預(yù)定表面粗糙度的粗糙面并能散射光的光散射基片包含在疊層式OLED背光中。光散射基片在反射模式和透射模式下可以增強(qiáng)輸出耦合。此外，在至少常規(guī)OLED沉積到光散射基片的粗糙面上時(shí)，從而使粗糙圖形轉(zhuǎn)移到反射電極的表面上，則可以提高反射電極的反射比。


圖1表示按照本發(fā)明實(shí)施例包含分開OLED元件制成的半反半透裝置，其中常規(guī)OLED的有機(jī)層制作在光散射基片的粗糙面上。圖2表示另一個(gè)實(shí)施例，其中常規(guī)OLED的有機(jī)層制作在與光散射基片粗糙面相對的表面上。圖3表示圖1所示半反半透式裝置的另一種結(jié)構(gòu)。圖4表示按照本發(fā)明制作的另一個(gè)實(shí)施例半反半透式裝置，它包括在光散射基片上沉積有多個(gè)發(fā)光層的單個(gè)OLED。
具體實(shí)施例方式當(dāng)電壓加到該裝置上時(shí)，OLED利用有機(jī)薄膜發(fā)射光。在諸如平面裝置顯示器，照明和背景光的應(yīng)用中，OLED成為人們十分滿意的技術(shù)。在US Patent No.5,844,363，6,303,238，和5,707,745中描述幾種OLED材料和結(jié)構(gòu)，全文合并在此供參考。如此處使用的“常規(guī)OLED”裝置是一種僅僅通過一個(gè)電極發(fā)射光的裝置。因此，僅僅一個(gè)電極是透明電極，而另一個(gè)電極是反射電極，最好是不透明電極。在僅僅通過底層電極發(fā)射光的裝置中，頂層電極(即，陰極)是反射型而不是透射型，并可以由高電導(dǎo)率的不透明金屬層構(gòu)成。透明導(dǎo)電材料可以用作底層電極，例如，氧化銦錫(ITO)。類似地，在僅僅通過頂層電極發(fā)射光的裝置中，底層電極(即，陽極)可以是不透明的和/或反射型。透明電極材料，例如，在US Patent No.5,703,436和5,707,745中所公開的透明電極材料，可以用作頂部發(fā)光裝置的頂層電極，全文合并在此供參考。在電極不需要是透明的情況下，利用較厚的一層可以具有較高的導(dǎo)電率。此外，利用高反射電極作為非透明電極，如在本發(fā)明中所描述的，由于反射的入射光返回到透明電極，可以增加通過透明電極發(fā)射的光量。如此處使用的，透明OLED是一種兩個(gè)電極都是透明電極的裝置。例如，在US Patent No.5,703,436，5,707,745，和6,469,437中公開透明OLED的例子，全文合并在此供參考。如此處使用的，“頂層”意味著最遠(yuǎn)離基片，而“底層”意味著最接近基片。例如，在有兩個(gè)電極的裝置中，底層電極是最接近基片的電極，且通常是制作的第一電極。底層電極有兩個(gè)表面，最接近基片的下表面，和最遠(yuǎn)離基片的上表面。在第一層描述為“設(shè)置在”第二層上的情況下，第一層設(shè)置成遠(yuǎn)離基片。在第一層與第二層之間可能有其他的各層，除非具體說明第一層與第二層“實(shí)際接觸”。例如，陰極可以描述為“設(shè)置在”陽極之上，即使在這兩層之間有各種有機(jī)層。LCD，特別是全色LCD，往往受到現(xiàn)有背光源模塊的限制。典型的是，采用紅波長，綠波長和藍(lán)波長作為全色顯示的基色分量(RGB)。常規(guī)的背光模塊提供單個(gè)光源，它需要彩色濾波器過濾白光并提供RGB光源以實(shí)現(xiàn)全色顯示。然而，彩色濾波器吸收大部分的光。此外，半反半透顯示器中背光發(fā)射的大部分光可能被在背光與觀察者之間設(shè)置的“半反半透層”吸收，因?yàn)槌税l(fā)射來自背光的光到觀察者之外，半反半透層必須能夠反射來自環(huán)境光源的入射光返回到觀察者。在本發(fā)明的半反半透顯示器中，疊層式OLED單元放置在與光調(diào)制元件(例如，LCD)相鄰，其功能是顯示器設(shè)備中的背光模塊。把透明光散射基片合并在疊層式OLED背光中，其中光散射基片有粗糙的表面，用于沿光調(diào)制元件的方向散射和會(huì)聚反射光，可以增強(qiáng)本發(fā)明的光提取。因此，在透射模式和反射模式下該裝置的效率可以大大高于常規(guī)的半反半透裝置。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，三個(gè)有機(jī)發(fā)光層互相重疊設(shè)置，每個(gè)有機(jī)發(fā)光層能夠按照時(shí)序方式發(fā)射不同帶寬的光，從而形成全色顯示器。這就不需要彩色濾波層，導(dǎo)致增大的孔徑比。在背光之后的反射電極的功能是作為反射層。這就不需要在背光與觀察者之間有部分透射/部分反射層，并可以優(yōu)化反射模式，而不會(huì)降低透射模式的效率。反射層本身可以有高達(dá)100％的反射率，因?yàn)樗恍枰獜谋彻獍l(fā)射的光傳輸通過該反射層。在一個(gè)實(shí)施例中，疊層式OLED背光包括常規(guī)OLED與至少一個(gè)透明OLED的組合，每個(gè)OLED發(fā)射不同顏色的光。最好是，兩個(gè)透明OLED與常規(guī)OLED形成疊層組合，可以提供利用三個(gè)不同彩色帶寬的全色。常規(guī)OLED放置成最遠(yuǎn)離光調(diào)制元件，并有高反射的電極，該電極的功能是整個(gè)顯示器設(shè)備的反射器。常規(guī)OLED可以是頂層發(fā)射或底層發(fā)射裝置，只要它的反射電極是在這樣的位置，入射光被反射通過相鄰的透明OLED并允許背光模塊沿觀察者的方向射出光到光調(diào)制元件。例如，疊層式OLED包含發(fā)紅光OLED，發(fā)綠光OLED和發(fā)藍(lán)光OLED，利用時(shí)序彩色技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)完全彩色而無需使用彩色濾波器。時(shí)序彩色技術(shù)包括有機(jī)發(fā)光層交替地頻繁發(fā)射光，從而給觀察者提供彩色視覺暫留。把至少有一個(gè)粗糙面的透明光散射基片包含在疊層式OLED背光中，用于沿光調(diào)制元件的方向散射和會(huì)聚光，可以增強(qiáng)本發(fā)明的光提取。光散射基片的取向可以有兩種方式1)粗糙面是在OLED沉積的相反側(cè)，或2)粗糙面是在OLED沉積的相同側(cè)。兩種取向可以增強(qiáng)光的輸出耦合。當(dāng)光散射基片的粗糙面用于OLED沉積時(shí)，可以進(jìn)一步提高反射電極的反射率，這是由于凸出和凹陷部分被以下的粗糙面轉(zhuǎn)移到反射電極的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，半反半透顯示器包含光調(diào)制元件和背光模塊，其中背光模塊包含分開的OLED裝置，即，常規(guī)OLED裝置與至少一個(gè)分開透明OLED裝置形成疊層組合，因此，從常規(guī)OLED發(fā)射的光透射通過透明OLED并射向光調(diào)制元件。最好是，第二透明OLED裝置與第一透明OLED裝置相鄰以形成三裝置疊層。常規(guī)OLED制作在有粗糙面的透明光散射基片上。它可以沉積在光散射基片的粗糙面上或沉積在相反的表面上，該表面可以是光滑面。常規(guī)OLED有透明基片材料上設(shè)置的透射第一電極層，第一電極上設(shè)置的有機(jī)發(fā)光層，和有機(jī)發(fā)光層上設(shè)置的反射電極，反射電極最好是不透明的。每個(gè)透明OLED包括透射第一電極，在透射第一電極上設(shè)置的有機(jī)發(fā)光層，和在有機(jī)發(fā)光層上設(shè)置的第二透射電極。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括三裝置疊層，其中每個(gè)單獨(dú)的裝置發(fā)射不同的光譜(例如，紅，綠和藍(lán))以形成全色。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種有背光模塊的半反半透LCD，該模塊包括全部有機(jī)發(fā)光層疊層成單個(gè)裝置的OLED。這種疊層式OLED是已知的，例如，在US Patent No.5,703,436，5,917,280，和6,198,091中描述，全文合并在此供參考。在本發(fā)明單個(gè)裝置的實(shí)施例中，多個(gè)有機(jī)發(fā)光層可以沉積在光散射基片的粗糙面或相反表面上。圖1是利用三個(gè)分開的OLED裝置的優(yōu)選實(shí)施例示意剖面圖，這三個(gè)裝置互相重疊以產(chǎn)生全色。圖1表示半反半透型裝置100，其中在光散射基片元件112的粗糙面113上按順序沉積透射型導(dǎo)電電極層118，有機(jī)發(fā)光層119，和反射型導(dǎo)電電極層117。粗糙面113的不規(guī)則性也出現(xiàn)在反射電極117的金屬面上。導(dǎo)電電極層117和118與有機(jī)層119一起構(gòu)成有不透明金屬陰極(導(dǎo)電反射電極層117)和透明陽極(導(dǎo)電透射電極層118)的常規(guī)OLED156。陽極層(透射電極層118)通常是由氧化銦錫(ITO)制成，其典型的厚度約為150nm和折射率約為1.8。有機(jī)發(fā)光層119的典型厚度約為100nm和折射率約為1.6至1.8。應(yīng)當(dāng)明白，這些層中的每一層可以包含多個(gè)子層。有機(jī)發(fā)射層119可以包含多個(gè)子層，其中包括運(yùn)輸層，阻擋層，注入層和其他各層。有機(jī)發(fā)射層119至少包含一種發(fā)光材料，在電極117與118之間加上電壓時(shí)能夠發(fā)光，例如，折射率約為1.72的三8(羥基喹啉)鋁(Alq3)。其他的發(fā)光材料包括熒光材料和磷光材料。透明OLED152和154設(shè)置在常規(guī)OLED156與光調(diào)制元件180之間。每個(gè)透明OLED152，154包含基片元件(172，173)，在它的上面設(shè)置透射第一導(dǎo)電電極(114，115)，例如，包括氧化銦錫(ITO)層。在這個(gè)實(shí)施例中，基片元件172，173有光滑的平表面，雖然在其他的實(shí)施例中也可以有不同的表面特征。在第一電極(114，115)上設(shè)置的是有機(jī)發(fā)光層(111，116)，在此之后是透射第二導(dǎo)電電極(106，107)。在一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)層119發(fā)射藍(lán)光，有機(jī)層116發(fā)射綠光，和有機(jī)層111發(fā)射紅光。同樣地，應(yīng)當(dāng)明白，這些層中的每一層包含多個(gè)子層。例如，在圖1中，每個(gè)透明OLED可以有包含金屬層(120，121)的透射復(fù)合物陰極(電極106和107)，例如，Mg或Li-Ag，最后的ITO層(122，123)設(shè)置在金屬層上。在復(fù)合物陰極中，層122，123的優(yōu)選材料包括ITO，IZO，和其他的材料。US Patent No.5,703,436和5,707,745公開包含復(fù)合物陰極的陰極例子，全文合并在此供參考，復(fù)合物陰極有薄的金屬層，例如，Mg:Ag，在它上面覆蓋透明導(dǎo)電的濺射沉積ITO層。在US Patent No.6,420,031中公開合適的高度透明低反射率非金屬陰極，全文合并在此供參考。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，有粗糙面113的光散射基片112和平面基片元件172，173的厚度約為1mm，其平均折射率約為1.5，并可以是提供所需結(jié)構(gòu)性質(zhì)的任何合適材料。平面基片元件172，173和光散射基片元件112可以是柔性或剛性材料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所有的基片都是透射的。塑料和玻璃是優(yōu)選剛性基片材料的例子。塑料和透射金屬箔片是優(yōu)選柔性基片材料的例子。還可以利用其他的基片材料。在各個(gè)實(shí)施例中，可以選取任一基片元件的材料，厚度，形狀和表面特征以獲得所需的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。在制成之后，OLED152，154和156形成疊層并與能夠調(diào)制光傳輸?shù)墓庹{(diào)制元件180相鄰。常規(guī)OLED156是在疊層中最遠(yuǎn)離光調(diào)制元件180的位置。常規(guī)OLED156的取向是它的透射面(不管是“頂層發(fā)射”裝置或“底層發(fā)射”裝置)面向透明OLED154。OLED152，154和156組合在一起構(gòu)成背光160。通過改變所含偏振器的方向，光調(diào)制元件180可以制作成這樣，它在沒有電場時(shí)可以傳輸光，而在加上電場時(shí)阻塞光(“常亮”元件)。改變偏振器到不同的方向，光調(diào)制元件180可以制作成這樣，它在加上電場時(shí)可以傳輸光，而在沒有電場時(shí)阻塞光(“常暗”元件)，“常暗”元件與“常亮”元件相反。許多光調(diào)制元件包含液晶和偏振器，但其他一些光調(diào)制元件不含液晶和偏振器。本發(fā)明的實(shí)施例包含光調(diào)制元件，即使沒有具體地說明或描述。例如，按照本發(fā)明的照明裝置可以與空間光調(diào)制器(SLM)組合使用，它的功能是有放大光學(xué)系統(tǒng)的圖像源。投影顯示器有這樣的形式，其中調(diào)制光被光學(xué)系統(tǒng)投影到漫射屏，或者它可以是虛像顯示器的形式，其中光學(xué)系統(tǒng)建立照明裝置與SLM組合產(chǎn)生小圖像的大虛像。使用的SLM可以是LCD，但是應(yīng)當(dāng)明白，其他形式的SLM也是可能的，例如，微型機(jī)械加工硅，衍射裝置，可變形反射鏡等。在組合時(shí)，多個(gè)OLED裝置和光調(diào)制元件形成完全的全色顯示器。光調(diào)制元件180可以分成多個(gè)像素，因此，利用專業(yè)人員知道的技術(shù)，可以分別控制各個(gè)像素傳輸光或阻塞光以形成顯示。在所示的實(shí)施例中，背光160與光調(diào)制元件180形成疊片結(jié)構(gòu)。在這些實(shí)施例中，密封劑195在這種疊片過程中可以保護(hù)背光160的有機(jī)層，并允許有機(jī)發(fā)光的背光160與光調(diào)制元件180實(shí)現(xiàn)更緊密的耦合。不利用隨后的密封，密封劑可以延長裝置的壽命。利用密封劑，顯示器100可以實(shí)現(xiàn)的總厚度約為1000微米或更小。圖1的裝置是“半反半透型”，因?yàn)樗梢怨ぷ髟谕干淠Ｊ胶头瓷淠Ｊ健＜^161R，161G和161B說明透射模式，其中不同的波長(分別是紅，綠和藍(lán))是按照時(shí)間排序。在兩個(gè)電極之間加上電壓時(shí)，OLED160發(fā)射光。粗糙面113有助于引導(dǎo)光到光調(diào)制元件180。專業(yè)人員知道，光調(diào)制元件180可以包括液晶顯示模塊，它至少包含液晶層，偏振器和開關(guān)電路等，用于控制從有機(jī)發(fā)光背光裝置160發(fā)射的光是否傳輸通過液晶顯示模塊到達(dá)觀察者的眼睛。若光調(diào)制元件180是透射型，則光透射通過光調(diào)制元件180到達(dá)觀察者。若光調(diào)制元件180不是透射型，則光被阻塞。因?yàn)楣庹{(diào)制元件180確定光是透射或被阻塞，即使疊層式OLED背光160沒有圖形，可以形成圖像的顯示器是可能的。疊層式結(jié)構(gòu)可以使不同的波長(在這個(gè)實(shí)施例中分別是紅，綠和藍(lán))按時(shí)序的方式傳輸通過相同的像素。在電極連接到驅(qū)動(dòng)電路(未畫出)的情況下，利用順序彩色技術(shù)，顯示器100能夠產(chǎn)生全范圍的彩色，從而形成全色圖像。每個(gè)有機(jī)發(fā)光層的發(fā)射頻率是這樣的，它可以給觀察者產(chǎn)生動(dòng)態(tài)彩色視覺暫留。此外，通過調(diào)整發(fā)紅光，綠光和藍(lán)光的比例，顯示器裝置100能夠產(chǎn)生白光譜。通過激活每個(gè)OLED，其中按照在激活對應(yīng)OLED時(shí)間內(nèi)所需的每種顏色(紅色，綠色，或藍(lán)色)量，在三色發(fā)射OLED的每個(gè)循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生完整的全色圖像，或產(chǎn)生白光。應(yīng)當(dāng)明白，如果需要提供完全和均勻的照明，則每種顏色可以使用多個(gè)OLED。箭頭162和163說明反射模式。箭頭162表示入射到該裝置上的環(huán)境光。粗糙面113與傳遞給反射電極117的非平整面組合有助于引導(dǎo)反射光到光調(diào)制元件180。若光調(diào)制元件180是透射型，則光傳輸通過光調(diào)制元件180到達(dá)反射電極117。然后，該光被反射，并傳輸返回通過光調(diào)制元件180到達(dá)觀察者。若光調(diào)制元件180是非透射型，則入射光被阻塞。最好是，若OLED100工作在反射模式下，則該裝置不發(fā)射光。然而，若OLED100同時(shí)工作在反射模式和透射模式下，則該裝置可以發(fā)射光。圖2表示顯示器101，其中背光181包括在光散射基片元件112上沉積的常規(guī)OLED156，它是在與粗糙面113相對的平坦表面上。相同的部分是用與圖1相同的數(shù)字表示。若不使用密封劑，則在光散射基片元件112與平面基片元件172，173結(jié)合時(shí)，可以使用環(huán)氧樹脂材料198以形成密封。圖3表示另一個(gè)實(shí)施例，其中如圖1所示，常規(guī)OLED制作在光散射基片的粗糙面上，但是電極與圖1所示的情況是相反的。相同的部分是用與圖1相同的數(shù)字表示。如在圖2中，環(huán)氧樹脂材料198可用于形成密封。常規(guī)OLED159是有反射導(dǎo)電電極129，有機(jī)發(fā)射層119和透射導(dǎo)電電極131的頂層發(fā)射裝置，它們按照以上順序沉積在與粗糙面圖形113相同側(cè)的光散射基片元件112上。因此，粗糙面113的不規(guī)則性也出現(xiàn)在反射電極117的金屬面上。圖4表示本發(fā)明實(shí)施例顯示器200的示意剖面圖，包括光調(diào)制元件280和單個(gè)OLED背光裝置285，其中多個(gè)有機(jī)發(fā)光層沉積在有粗糙面的光散射基片上。優(yōu)選的裝置材料類似于圖1中所描述的。參照圖4，有機(jī)發(fā)光背光裝置285包含透明的光散射基片元件212。第一透射電極210形成在光散射基片元件212的粗糙面213上。發(fā)光層222，224，226分別夾在第一透射電極210，第二透射電極220，第三透射電極230，和反射電極240之間。有機(jī)發(fā)光層222，224，226可以由有機(jī)發(fā)光材料或聚合物發(fā)光材料制成，但不限于這些材料。疊層式有機(jī)發(fā)光層222，224，226分別發(fā)射至少三個(gè)不同帶寬的光。該至少三個(gè)不同帶寬的光是構(gòu)成全色視覺的分量，例如，紅，綠，和藍(lán)(RGB)帶寬的光，或全色視覺的其他分量組合。透射電極210，220，230的功能分別是有機(jī)發(fā)光層222，224，226的電極，并可以由透明的導(dǎo)電材料制成。所以，發(fā)光層222，224，226發(fā)射的光可以傳輸通過透明的導(dǎo)電層210，220，230到達(dá)光調(diào)制元件280。因此，背光285包括第一OLED區(qū)250(由不透明反射電極240，有機(jī)發(fā)光層226和透明電極230構(gòu)成)，第二OLED區(qū)252(由透明電極230，發(fā)光層224和透明電極220構(gòu)成)，和第三OLED區(qū)254(由透明電極220，發(fā)光層222和透明電極210構(gòu)成)。反射電極240和透明電極210，220，230在電路上連接到驅(qū)動(dòng)電路(未畫出)。在透射模式下，加偏壓使有機(jī)發(fā)光層222，224，226依次發(fā)射所需顏色的光，即，按照R，G，B，R，G，B的順序。箭頭261R，261G和261B類似于圖1中的161R，161G和161B，并表示透射模式，其中不同波長(分別是紅，綠，和藍(lán))是按照時(shí)序排列。箭頭262和263類似于圖1中的162和163，并表示反射模式。若不使用密封劑，則最好按照其他方式保護(hù)有機(jī)發(fā)光背光裝置285，例如，在有機(jī)發(fā)光背光裝置285和光調(diào)制元件280的周圍的環(huán)氧樹脂密封228。即使它不是密封劑，可以利用改變光學(xué)性質(zhì)的一層。在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，利用有粗糙面的光散射基片元件，可以增強(qiáng)從背光中的光提取。在一個(gè)典型OLED中，裝置中各層之間折射率的失配可以導(dǎo)致大部分產(chǎn)生的光被吸收，這是因?yàn)榘l(fā)生全內(nèi)反射。僅僅以小于臨界角的角度入射到裝置各個(gè)界面上的光傳輸通過該界面。以大于臨界角的角度入射到裝置各個(gè)界面上的光是沿橫向被引導(dǎo)，該光可以在裝置結(jié)構(gòu)中被吸收或在邊緣之外損失。當(dāng)裝置中各層之間的折射率失配增大時(shí)，臨界角損失也增大。為了減小全內(nèi)反射和增強(qiáng)輸出耦合，在裝置基片的外表面上可以采用隨機(jī)紋理或有序微透鏡陣列。參閱Lai et al.CLEO Conference Proceedings，PacificRim 99，WL6，p.246-47(1999)。也可參閱US Published patentapplication 2001/0033135。在本發(fā)明中，背光結(jié)構(gòu)內(nèi)光散射基片的粗糙面可以減小平均的光子程長和減小內(nèi)吸收效應(yīng)，從而提高光的提取。如上所述，光散射基片元件可以有兩種取向1)粗糙面是在與OLED沉積的相反面上，或2)粗糙面是在OLED沉積的相同面上。兩種取向都可以增強(qiáng)輸出耦合。最好是，光散射基片元件的粗糙面用于OLED沉積。例如，如圖1所示，沿光散射基片元件112的粗糙表面圖形113形成預(yù)定厚度的常規(guī)OLED156的電極和有機(jī)層。反射電極117包含有高反射比的金屬材料，例如，銀，鋁或其合金。當(dāng)常規(guī)OLED154沉積在光散射基片元件112的粗糙面113上時(shí)，以下的粗糙面113形狀傳遞給包括反射電極117的裝置各層。眾所周知，反射面的起伏控制反射光的散射，為的是會(huì)聚某個(gè)區(qū)域內(nèi)的反射光，并增強(qiáng)相對于特定觀察方向的反射光強(qiáng)度。粗糙面的作用是散射和反射從背光發(fā)射或從周圍環(huán)境進(jìn)入的光。沿該裝置發(fā)射面的方向提高反射比主要取決于傳遞給反射電極的凸凹輪廓斜率。因此，可以增強(qiáng)反射面的反射性質(zhì)，并可以減小對顯示器亮度沒有貢獻(xiàn)的反射分量。在本發(fā)明中，凸凹輪廓包括有表面粗糙度的隨機(jī)圖形，其特征是，它的平均輪廓單元寬度(Rs，Rsm)為3λ～200λ和平均斜率(Δa)為4～30度。增強(qiáng)的反射率可以導(dǎo)致提高的亮度，均勻性，和顯示質(zhì)量?；蛘?，在基片面上可以形成規(guī)則圖形，最好是，可以控制給觀察者提供更多的反射光。參照上述圖1中的例子，形成光散射基片元件112粗糙面圖形113的不規(guī)則性間隙和高度可以優(yōu)化成規(guī)定值，用于散射和會(huì)聚光到光調(diào)制元件，并給觀察者提供很大的視角。在這個(gè)實(shí)施例中，形成的粗糙面圖形113有不均勻和隨機(jī)的間隙。考慮到疊層式OLED和光調(diào)制元件的對準(zhǔn)特性，最好是控制平均間隙到小于100微米，更好的是小于10微米。在這種安排下，以下光散射基片元件傳遞的粗糙面形狀可以增強(qiáng)反射金屬電極的反射率比率，從而減小或消除在反射模式下需要補(bǔ)償背光能量消耗，盡管在反射器與LCD之間存在多個(gè)疊層式有機(jī)層。形成粗糙面的方法沒有特別的限制。利用在基片面上形成精細(xì)非均勻結(jié)構(gòu)的已知方法，例如，利用噴砂或壓花或復(fù)合透明微粒的方法，可以使光散射基片元件變得粗糙。此外，還可以按照這樣的方法形成粗糙面層，在光透射高分子基片的表面上形成有極高硬度和滑動(dòng)性質(zhì)的固化樹脂薄膜，例如，含硅酮UV射線可固化樹脂。此外，還可以采用這樣一種形成粗糙面薄膜的方法，其中在光透射高分子基片上涂敷混合微粒制備的溶液，例如，石英與變化樹脂薄膜形成材料，在此之后干燥涂敷的薄膜。專業(yè)人員知道形成粗糙面的各種方法，例如，在Japanese Patent Application Number 10-207810和63-004669中公開的方法。
本發(fā)明的顯示器可以包含各種附加特征以提高OLED的性能。這樣的一種特征是總線。在有大OLED電極的實(shí)施例中，總線是優(yōu)選的，因?yàn)檫@種跨越大距離的電極橫向?qū)щ娐什蛔阋詡鬟f所需的電流。總線可以解決這個(gè)問題，它是在橫向形成另一條電流路線。密封劑可用在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，保護(hù)有機(jī)層使元件免受曝光。密封劑可以是薄膜。優(yōu)選的密封劑包括交替的聚合物層，例如，聚丙烯酸酯和諸如氧化鋁的介質(zhì)材料，并可以從San Jose，CA.的Vitex Systems，Inc.購買。例如，通過折射率的匹配，選取的密封劑可以增強(qiáng)該裝置的光學(xué)性質(zhì)。
采用三個(gè)OLED發(fā)射區(qū)的上述所有實(shí)施例有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它們都可用于時(shí)序彩色顯示器以產(chǎn)生彩色圖像，其中每個(gè)OLED發(fā)射區(qū)發(fā)射不同帶寬(即，紅，綠，和藍(lán))的光。利用脈沖源可以尋址不同的OLED，使不同彩色的接通和斷開是與顯示器同步。例如，在US PatentNo.5,642,129，6,097,352，和6,392,620中進(jìn)一步描述時(shí)序彩色，全文合并在此供參考。因此，本發(fā)明公開一種具有增強(qiáng)亮度的新穎和改進(jìn)的集成全色半反半透顯示器，包括疊層式OLED背光和光調(diào)制元件，光調(diào)制元件與背光形成密封或光調(diào)制元件放置成與背光相鄰。最好是，反射電極與光調(diào)制元件之間的距離約小于5000微米，或小于4000微米，或小于2000微米或甚至小于1000微米，它取決于裝置的結(jié)構(gòu)。重疊多個(gè)OLED可以方便地集成各個(gè)電路的連接并配置與外部的連接線。附加的光學(xué)元件可以放置在小型緊縮包裝之外，它可以容易地集成到便攜式電子設(shè)備中。雖然本發(fā)明的描述是借助于具體例子和優(yōu)選實(shí)施例，但是我們應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不局限于這些例子和實(shí)施例。所以，專業(yè)人員顯然知道，申請的本發(fā)明應(yīng)當(dāng)包括對此處描述例子和實(shí)施例的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種半反半透顯示器裝置，包括第一OLED裝置，包含常規(guī)OLED裝置，其特征是發(fā)射第一預(yù)定帶寬的光；第二OLED裝置，包含透明OLED裝置，其特征是發(fā)射第二預(yù)定帶寬的光，第二OLED裝置是與第一OLED裝置的發(fā)射面相鄰；和光調(diào)制元件，與第二OLED裝置發(fā)射面相鄰，其中至少一個(gè)OLED裝置制作在光散射基片元件上，光散射基片元件至少有一個(gè)粗糙面，且其中第一帶寬和第二帶寬是不同的。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其中第一帶寬和第二帶寬的發(fā)射時(shí)序互相組合。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，其中第一OLED裝置制作在光散射基片元件的粗糙面上，有反射電極的第一OLED裝置是在這樣的定位，使從反射電極反射面上反射的光傳輸通過第二OLED裝置的發(fā)射面。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，還包括包含透明OLED裝置的第三OLED裝置，其特征是發(fā)射第三預(yù)定帶寬的光，第三OLED裝置是在第一OLED裝置的發(fā)射面和第二OLED裝置之間，其中第一帶寬，第二帶寬和第三帶寬的發(fā)射時(shí)序互相組合。
5.按照權(quán)利要求1的裝置，還包括密封劑。
6.按照權(quán)利要求1的裝置，其中光調(diào)制元件是液晶顯示器。
7.按照權(quán)利要求4的裝置，其中第一OLED，第二OLED和第三OLED以及光調(diào)制元件制作成密封的包裝。
8.一種半反半透顯示器裝置，包括放置成與OLED背光發(fā)射面相鄰的光調(diào)制元件，所述OLED背光包括在光散射基片元件上制作的第一OLED，光散射基片元件至少有一個(gè)有預(yù)定表面粗糙度的表面，第一OLED包括在光散射基片元件上設(shè)置的第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上設(shè)置的第一有機(jī)層，第一有機(jī)層包含發(fā)射第一帶寬光的發(fā)射材料；在該有機(jī)層上設(shè)置的第二導(dǎo)電層，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層中的一個(gè)導(dǎo)電層是反射層，而另一個(gè)導(dǎo)電層是透射層；放置成與第一OLED發(fā)射面相鄰的第二OLED，第二OLED包括第三導(dǎo)電層；在第三導(dǎo)電層上設(shè)置的第二有機(jī)層，第二有機(jī)層包含發(fā)射第二帶寬光的發(fā)射材料，第二帶寬不同于第一帶寬；在該有機(jī)層上設(shè)置的第四導(dǎo)電層，其中第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層包括透射層。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其中第一帶寬和第二帶寬的發(fā)射時(shí)序互相組合。
10.按照權(quán)利要求8的裝置，還包括放置成與第二OLED發(fā)射面相鄰的第三OLED，第三OLED包括第五導(dǎo)電層；在第五導(dǎo)電層上設(shè)置的第三有機(jī)層，第三有機(jī)層包含發(fā)射第三帶寬光的發(fā)射材料，第三帶寬不同于第一帶寬和第二帶寬；和在第三有機(jī)層上設(shè)置的第六導(dǎo)電層，其中第五導(dǎo)電層和第六導(dǎo)電層包括透射層。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其中第一帶寬，第二帶寬和第三帶寬的發(fā)射時(shí)序互相組合。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其中第一帶寬，第二帶寬和第三帶寬分別是紅，綠和藍(lán)。
13.按照權(quán)利要求8的裝置，其中光調(diào)制元件和OLED背光制作成密封的包裝。
14.按照權(quán)利要求8的裝置，其中至少一個(gè)透射導(dǎo)電層包含氧化銦錫(ITO)。
15.按照權(quán)利要求14的裝置，其中至少一個(gè)透射導(dǎo)電層包含錳(Mg)材料和鋰銀(Li-Ag)材料。
16.按照權(quán)利要求8的裝置，其中反射導(dǎo)電層包括不透明金屬電極層。
17.按照權(quán)利要求8的裝置，其中預(yù)定表面粗糙度的特征是S，Sm3λ和Δ4～30。
18.按照權(quán)利要求8的裝置，其中第一OLED沉積在有預(yù)定表面粗糙度的光散射基片元件表面上。
19.一種發(fā)光顯示器裝置，包括光調(diào)制元件；第一電極，包含在光調(diào)制元件上設(shè)置的透射材料層；第二電極，包含在第一電極上設(shè)置的透射材料層；第三電極，包含在第二電極上設(shè)置的反射材料層；第一有機(jī)層，包含在第一電極與第三電極之間設(shè)置的發(fā)射材料；第一基片元件，所述第一基片元件設(shè)置在第一有機(jī)層與光調(diào)制元件之間，第一基片元件至少有一個(gè)有預(yù)定表面粗糙度的表面。
20.按照權(quán)利要求19的裝置，其中預(yù)定的表面粗糙度增強(qiáng)從發(fā)射材料沿光調(diào)制元件的方向發(fā)射光的光輸出耦合。
21.按照權(quán)利要求20的裝置，其中有預(yù)定表面粗糙度的表面面向第三電極。
22.按照權(quán)利要求21的裝置，其中第三電極有反射面，其表面粗糙度分布對應(yīng)于預(yù)定的表面粗糙度。
23.按照權(quán)利要求19的裝置，還包括包含發(fā)射材料的第二有機(jī)層，其中第一有機(jī)層設(shè)置在第一電極與第二電極之間，而第二有機(jī)層設(shè)置在第二電極與第三電極之間。
24.按照權(quán)利要求23的裝置，其中第一有機(jī)層和第二有機(jī)層發(fā)射不同波長的光。
25.按照權(quán)利要求23的裝置，還包括在第二有機(jī)層與第三電極之間設(shè)置的第四電極，第四電極包括透射材料層。
26.按照權(quán)利要求25的裝置，還包括第三有機(jī)層，第三有機(jī)層包含在第四電極與第三電極之間設(shè)置的發(fā)射材料。
27.按照權(quán)利要求26的裝置，其中第一有機(jī)層，第二有機(jī)層和第三有機(jī)層各自發(fā)射不同波長的光。
28.按照權(quán)利要求27的裝置，其中不同的波長是預(yù)定的第一波長，第二波長和第三波長，它們在互相組合發(fā)射時(shí)能夠產(chǎn)生全色光。
29.按照權(quán)利要求28的裝置，其中第一波長，第二波長和第三波長在時(shí)序上互相組合發(fā)射。
30.按照權(quán)利要求25的裝置，其中第一預(yù)定波長，第二預(yù)定波長和第三預(yù)定波長分別是藍(lán)，綠和紅。
31.按照權(quán)利要求19的裝置，還包括在第一電極與光調(diào)制元件之間設(shè)置的第二基片。
32.按照權(quán)利要求31的裝置，還包括在第三電極與第二基片之間設(shè)置的第三基片。
33.按照權(quán)利要求26的裝置，其中反射電極與光調(diào)制元件之間的距離小于2000微米。
34.按照權(quán)利要求32的裝置，其中反射電極與光調(diào)制元件之間的距離小于5000微米。
35.一種半反半透顯示器裝置，包括光調(diào)制元件和OLED背光，所述OLED背光包括有上表面和下表面的基片，上表面和下表面中至少之一有預(yù)定的表面粗糙度；第一電極，包含在基片上設(shè)置的反射材料；在第一電極上設(shè)置的第二電極，第二電極包含透射材料；第一有機(jī)層，包含在第一電極與第二電極之間設(shè)置的發(fā)射材料；在第二電極上設(shè)置的第三電極，第三電極包含透射材料；第二有機(jī)層，包含在第二電極與第三電極之間設(shè)置的發(fā)射材料；其中第一電極是該裝置中唯一有效的反射層。
36.按照權(quán)利要求35的裝置，其中第一有機(jī)層包含能夠發(fā)射第一光譜的第一發(fā)射材料；和第二有機(jī)層包含能夠發(fā)射第二光譜的第二發(fā)射材料，第二光譜不同于第一光譜。
37.按照權(quán)利要求36的半反半透裝置，還包括在第三電極上設(shè)置的第四電極，第四電極包含透射材料；和第三有機(jī)層，包含在第三電極與第四電極之間設(shè)置的第三發(fā)射材料；其中第三發(fā)射材料能夠發(fā)射不同于第一光譜和第二光譜的第三光譜。
38.按照權(quán)利要求37的半反半透裝置，其中第一發(fā)射材料包含在第一有機(jī)發(fā)光二極管中，第二發(fā)射材料包含在第二有機(jī)發(fā)光二極管中，和第三發(fā)射材料包含在第三有機(jī)發(fā)光二極管中，其中所述第一有機(jī)發(fā)光二極管，第二有機(jī)發(fā)光二極管和第三有機(jī)發(fā)光二極管包括分開的OLED裝置。
39.按照權(quán)利要求37的半反半透裝置，其中第一發(fā)射材料，第二發(fā)射材料和第三發(fā)射材料包含在單個(gè)OLED裝置中。
40.按照權(quán)利要求39的半反半透裝置，其中單個(gè)OLED裝置包括疊層式發(fā)光二極管。
41.按照權(quán)利要求35的半反半透裝置，其中OLED背光被密封。
42.按照權(quán)利要求38的半反半透裝置，其中OLED背光被密封。
43.按照權(quán)利要求35的半反半透裝置，其中OLED背光和光調(diào)制元件制作成密封的裝置。
全文摘要
公開一種有一個(gè)反射電極的常規(guī)有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)(156)與至少一個(gè)透明OLED組合的疊層式結(jié)構(gòu)，其功能是作為半反半透顯示器設(shè)備中的背光，例如，液晶顯示器(LCD)(180)。最好是，至少兩個(gè)透明OLED(154，152)與一個(gè)常規(guī)OLED(156)形成疊層式結(jié)構(gòu)，三個(gè)OLED中的每個(gè)OLED發(fā)射不同帶寬(161R，161G，161B)的光。形成在背光之后的反射電極(117)還作為顯示器的反射板。這種結(jié)構(gòu)可以提高反射率并在透射模式下形成彩色時(shí)序傳送，從而允許全色顯示器的所有分量(即，紅，綠，藍(lán))發(fā)射通過相同的像素而無需彩色濾波器。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1910768SQ200480040674
公開日2007年2月7日 申請日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者伊藤日藝, 小出直孝, 葉海-吉恩·通, 邁克爾·?？? 朱莉·布朗 申請人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī), 通用顯示公司