CN102044635B - 发光装置、显示装置和图像拾取设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光装置、显示装置和图像拾取设备。该发光装置包含基板上的：发光元件；会聚透镜，用于会聚从所述发光元件发射的光；反射层，覆盖所述会聚透镜；和光吸收层，覆盖所述反射层，其中，所述反射层和所述光吸收层具有露出所述会聚透镜的中央部分的开口。通过在抑制外部光反射的同时维持光提取效率而不加速发光层的劣化，在室内和室外环境中均确保高可视性。
Description
技术领域
本发明涉及发光装置、使用发光装置的显示装置以及使用发光装置的图像拾取设备。
背景技术
用于移动应用(诸如蜂窝电话或个人数字助理(PDA))的显示装置或者图像拾取设备(诸如数字照相机)被要求具有液晶显示装置和有机发光元件的高图像质量，并且对于室内和室外使用均具有高可视性。为了实现诸如具有高图像质量和高可视性的显示装置之类的产品，同时实现光提取效率的提高和对外部光反射的防止是重要的。
特别地，已知有机发光元件在室内环境下具有高图像质量，但是受到阳光影响，在室外环境下引起图像质量对比度的降低。因此，期望进一步提高光提取效率。
在此，作为一种提高发光装置中所包括的发光元件的光提取效率的技术，例如提出一种有机EL装置，其中，在成对的电极中，与观察表面相反的侧的电极被配置为反射层，而透镜结构被设置在观察表面侧(见日本专利申请特开No.H09-171892)。
日本专利申请特开No.H09-171892中公开的有机EL装置具有如下的问题。即，因为与观察表面相反的侧的电极被用作反射层而透镜结构被设置在观察表面侧，所以，在室外环境下，外部光被反射层反射，这导致图像质量对比度的降低。
另一方面，当只追求发光元件的光提取效率的提高时，存在发光层劣化加速的问题。
如上所述，在常规技术中，难以同时实现光提取效率的提高和对外部光反射的防止以便实现发光元件的高图像质量以及室内和室外使用的高可视性。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种发光元件、使用发光元件的显示装置以及使用发光元件的图像拾取设备，该发光元件能够通过抑制外部光反射，同时维持光提取效率，而不加速发光层的劣化，确保室内和室外环境中的高可视性。
用于实现上述目的的本发明的结构如下。
一种发光装置，包括基板上的：发光元件；会聚透镜，用于会聚从所述发光元件发射的光；反射层，覆盖所述会聚透镜；和光吸收层，覆盖所述反射层，其中，所述反射层和所述光吸收层具有露出所述会聚透镜的中央部分的开口。
根据本发明，具有开口的所述反射层和所述光吸收层形成在所述会聚透镜上，并且，借助会聚透镜和反射层的功能而通过该开口提取光。因此，可以获得如下的有益效果：通过以光吸收部分抑制外部光反射，同时维持光提取效率，而不加速发光层的劣化，能够在室内和室外环境中均确保高可视性。
从参照附图对示例性实施例的以下描述中，本发明的其他特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的发光装置的结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施例。然而，本发明不限于此实施例。
(发光装置)
首先，参照附图，描述根据本发明的实施例的发光装置的结构。图1是示出根据本发明的实施例的发光装置的结构的示意图。
如图1中所示，根据此实施例的发光装置1包含形成在基板2上的发光元件。该发光元件至少包括一对电极(反射电极层3、透明电极5)和设置在所述电极之间的电致发光(EL)层4。
在此实施例中，将玻璃用作基板2的材料，但是这不是限制。例如，可以使用塑料等。
在基板2上形成反射电极层3。一般地，反射电极层3是由铝、铝合金、银或银合金制成的金属薄膜的单层，但是这不是限制。例如，反射电极层3可以是通过在诸如金属薄膜或绝缘体之类的反射膜上形成透明电极层获得的层叠体。
EL层4可以是由作为发光材料或电荷注入/传输材料的有机化合物制成的薄膜有机EL层，但是这不是限制。例如，EL层4可以是由作为发光材料或电荷注入/传输材料的无机化合物制成的薄膜无机EL层。在此实施例中示例的有机EL层具有这样的结构：其中，适当地组合阳极侧的空穴注入/传输层、阴极侧的电子注入/传输层、以及发光层等。空穴注入/传输层或电子注入/传输层可以是在从电极的空穴或电子的注入效率及其传输特性(迁移率)较好的材料的组合层。
以这种方式，在此实施例中示例的有机EL层例如包括三个层，所述三个层包括空穴传输层、发光层和电子传输层，但是这不是限制。换言之，有机EL层可以仅包括发光层的单层或者诸如两层或者四层之类的多层。
在空穴传输层中，例如使用N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-(1，1’-联苯基)-4，4’-二胺(N，N’-di(1-naphthyl)-N，N’-diphenyl-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine，NPD)作为构成材料。然而，不限于此，可使用其它材料。
为每种发光颜色布置发光层，并且通过荫罩部件对发光层分别进行着色。当形成具有RGB的发光颜色的显示装置时，例如使用掺杂有Ir(piq)3的4，4’-N，N’-二咔唑联苯(4，4’-N，N’-dicarbazolebiphenyl，CBP)作为红色发光层。此外，作为绿色发光层，例如使用掺杂有香豆素(coumarin)的Alq3。另一方面，作为蓝色发光层，例如使用掺杂有芘(perylene)的B-Alq3。然而，不限于此，可以使用以上描述的材料之外的其他材料。
作为电子传输层，例如使用能够接收电子的4，7-二苯基邻菲咯啉(bathophenantroline)。然而，不限于此，可使用其它材料。
透明电极层5形成在EL层4上，所述一对电极(反射电极层3、透明电极5)夹着含有有机发光材料等的EL层4，从而形成自发光元件。作为此实施例中的透明电极层5，例如使用作为无机导电体层的铟锡氧化物(ITO)膜。不限于此，作为无机导电体层，也可以使用含有铟锌氧化物、ZnO、SnO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、SiN、AlN、Nb2O5、Ta2O5、或In2O3等的膜。此外，透明电极层5可以由银或银合金等制成的金属薄膜形成。
一般地，通过使用气相沉积工艺形成电极层(反射电极层3、透明电极5)和EL层4。当电极层(3，5)和EL层4由气相沉积工艺形成时，希望在基板2上设置用于分离像素的分隔壁6。分隔壁6通常被设置用于防止由于反射电极层3和透明电极层5之间的短路而引起的显示缺陷。在采用没有短路的结构的情况下或者不必分离像素的情况下，不必设置分隔壁6。
在发光元件和分隔壁6上，即在透明电极层5和分隔壁6上，形成密封层7。密封层7由能够遮挡外部水分或异物的透明材料制成就足够了。例如，可以使用诸如丙烯酸树脂(acrylic resin)之类的透明合成树脂。
此外，在密封层7上，即，在发光元件的光提取表面侧，设置会聚从EL层4发射的光的会聚透镜8。会聚透镜8由与上述的密封层7相同或者不同的透明材料制成。例如，会聚透镜8可由诸如丙烯酸树脂之类的聚合物材料或者含有Si的氮化物或Si的氧化物的无机材料形成。
会聚透镜8可以由如下方法形成：其中，形成用于制造会聚透镜8的透明材料膜，然后，令该透明材料膜经受使用半曝光掩模等以便获得期望的透镜形状的光刻工艺或者使用模具的模制成型工艺，使得在密封层7上直接形成会聚透镜8。作为替换方案，可在密封层7上直接设置现存的会聚透镜8。
更优选地，为了防止由于在元件上直接形成而对元件造成损坏，会聚透镜8可以形成在与形成有该元件的基板2不同的另一基板上，然后，将形成有该元件的基板2与会聚透镜8进行胶合。所布置的会聚透镜8以能够覆盖有机发光层的尺寸形成，并且该尺寸取决于显示像素区域的尺寸。特别地，会聚透镜8的尺寸可以与形成在分隔壁6的斜坡部分上的EL层的宽度相同或者大于该宽度，并且，小于截面中的左右分隔壁6的宽度。
会聚透镜8被覆盖有反射层9。该反射层9可优选地为例如由铝、铝合金、银或银合金等制成的金属薄膜，但是这不是限制。此外，反射层9被覆盖有光吸收层10。此光吸收层10可以由已知的黑矩阵材料制成。
开口11形成在反射层9和光吸收层10中，使得会聚透镜8的中央部分被露出。开口11指的是其中光不被遮蔽的区域，使得会聚光穿过开口11。开口11被形成为比发光元件的发光部分12小的区域。因此，反射层9和光吸收层10例如可以由光刻工艺进行图案化。
在基板2的平面内方向上，开口11的面积与发光部分12的面积的比率(开口率)可优选为大于或等于70％并且小于100％。更优选地，该比率可以为大于或等于75％并且小于90％。再更优选地，会聚透镜8的曲率可以为大于或等于5.5并且小于或等于6.5，并且，开口率可为大于或等于75％并且小于85％。之后在示例的描述中详细地描述这些数值范围的根据。
根据此实施例的发光装置1，设置有开口11的反射层9和光吸收层10形成在会聚透镜8上，使得借助于会聚透镜8和反射层9的功能，经由开口11提取光。因此，通过光吸收层10抑制外部光反射，同时维持光提取效率，而不加速发光功能层4的劣化。因而，可以在室内和室外环境中均确保高可视性。
(显示装置)
上述的发光装置1可以被形成为蜂窝电话或个人数字助理(PDA)等的显示装置。这种类型的显示装置包括显示部分和用于驱动各发光装置1的驱动单元，在该显示部分中，各由上述发光装置1形成的像素以二维方式布置。注意，除了会聚透镜8、反射电极层4和发光层之外的形成发光装置1的部件可与相邻的发光装置(像素)的那些部件一体地形成。
通过使用此实施例的发光装置1以便形成显示装置，通过光吸收层10抑制外部光反射，同时维持光提取效率，而不加速发光功能层4的劣化。因而，能够实现如下的显示装置：该显示装置包括自发光元件，该自发光元件能够确保室内和室外环境中的高可视性。
(图像拾取设备)
上述的发光装置1能够被形成为诸如数字照相机之类的图像拾取设备。这种类型的图像拾取设备包括显示部分、用于驱动各发光装置1的驱动单元、以及诸如电荷耦合器件(CCD)之类的成像部分，在该显示部分中，各由上述发光装置1形成的像素以二维方式布置。注意，除了会聚透镜8、反射电极层4和发光层之外的形成发光装置1的部件可与相邻的发光装置(像素)的那些部件一体地形成。
通过使用此实施例的发光装置1以便形成图像拾取设备，通过光吸收层10抑制外部光反射，同时维持光提取效率，而不加速发光功能层4的劣化。因而，能够实现如下的图像拾取设备：该图像拾取设备包括自发光元件，该自发光元件能够确保室内和室外环境中的高可视性。
以上描述了本发明的优选实施例，但是这是用于描述本发明的一个例子。本发明可以在不偏离其本质思想的范围内以不同于上述实施例的各种形式实施。
例如，在上述实施例中，显示装置和图像拾取设备被示例作为使用发光装置1的设备。然而，发光装置1可以被应用于使用发光元件的任何其他设备。
(示例)
此后，参照示例进一步描述根据本发明的显示模块，但是本发明不限于这些示例。
(示例1)
在示例1中，形成图1中所示的发光装置1，该发光装置1包括形成在发光元件上的会聚透镜8、反射层9和光吸收层10。
作为会聚透镜8，使用了由折射率为1.5的丙烯酸树脂制成的透镜。此外，发光部分12的直径被设为2mm，会聚透镜8的膜厚被设为1mm。此外，在会聚透镜8上形成300nm的厚度的铝膜作为反射层9，然后，在反射层9上形成黑矩阵材料的膜，作为厚度为2000nm的光吸收层10。然后，通过光刻工艺，在反射层9和光吸收层10中形成直径为1.6mm的开口11。开口11的面积与发光部分12的面积的比率(开口率)为80％。
(比较例1)
作为比较例1，形成不具有会聚透镜8、反射层9和光吸收层10的发光装置。其他条件与示例1中的相同。
(比较例2)
作为比较例2，形成具有会聚透镜8并且不具有反射层9和光吸收层10的发光装置。其他条件与示例1中的相同。
(驱动测试)
驱动在示例1、比较例1和比较例2中形成的发光装置。结果，在示例1中，与比较例1和比较例2相比，光提取效率提高为1.4倍，同时，外部光反射降低为20％。
(比较研究和结果)
为了在示例1与比较例1和比较例2之间执行比较研究，对于示例1以及比较例1和比较例2进行了光提取效率和外部光反射的仿真计算。
(光提取效率)
首先关于比较例1和比较例2执行了光提取效率的计算，其中，将会聚透镜8的折射率设为1.5，将发光部分12的直径设为100mm，同时，改变会聚透镜8上的开口11的直径和会聚透镜8的曲率，用于计算。会聚透镜8上的开口11的直径分别改变为99mm、90mm、85mm、80mm、75mm、70mm、60mm和50mm。会聚透镜8的曲率分别改变为4.0、5.0、5.5、6.0、6.5、8.0和10。
在以下的表1中示出计算的结果。在表1中，光提取效率低于比较例1中的光提取效率的情况被定义为“差”，而光提取效率高于比较例1中的光提取效率的情况被定义为“很好”、“好”或“尚可”。注意，相同曲率并且开口率为100％的情况，即比较例2，被设为基准。与基准的光提取效率基本相同的光提取效率(大于或等于95％并且小于100％的效率)的情况被定义为“很好”，光提取效率略低(大于或等于70％并且小于95％)的情况被定义为“好”，光提取效率大大降低(大于或等于50％并且小于70％)的情况被定义为“尚可”。光提取效率低于比较例2的光提取效率的50％的情况被定义为“差”。
表1
从表1所示的结果可以理解，开口11的面积与发光部分12的面积的比率(开口率)可优选地为大于或等于70％并且小于100％。此外，能够理解，会聚透镜8的曲率可优选为大于或等于5.0并且小于或等于6.5。
此外，能够理解，通过将会聚透镜8的曲率设置为大于或等于5.5并且小于或等于6.5的值并且将开口率设置为大于或等于75％并且小于85％的值，可以期望更多的效果。换言之，在此范围中，会聚透镜8的曲率和开口率两者均被定义为“很好”。
(外部光反射)
在外部光反射的计算中，如示例1中那样，反射层9和光吸收层10被设置在会聚透镜8上，并且，在反射层9和光吸收层10中将开口11形成为比发光部分12的面积小。其他条件与上述的计算光提取效率时确定的优选范围的条件相同。作为相对于来自元件的发光的正反射峰值的入射角为45°的外部光与比较例1或2的该外部光的比率，计算外部光反射。
在此，外部光反射总是小于比较例1中的外部光反射。外部光反射较小的情况被定义为“很好”、“好”或“尚可”。此外，比较例2被设置为基准，外部光反射与基准外部光反射基本上相同(大于或等于75％并且小于100％的效率)的情况被定义为“尚可”，外部光反射略低(大于或等于50％并且小于75％)的情况被定义为“好”，外部光反射大大降低(小于50％)的情况被定义为“很好”。
表2
从表2所示的结果可以理解，与比较例1和2相比，可以获得抑制外部光反射的更多效果。此外，开口率可优选地小于90％。更进一步地，考虑光提取效率的计算和外部光反射的计算两者，会聚透镜8的曲率可优选被设置为大于或等于5.5并且小于或等于6.5的值，开口率可优选被设置为大于或等于75％并且小于或等于85％的值。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被给予最宽的解释，以包含所有这些变型以及等同结构和功能。
Claims (4)
1.一种发光装置，包含基板上的：
发光元件；
会聚透镜，用于会聚从所述发光元件发射的光；
反射层，覆盖所述会聚透镜；和
光吸收层，覆盖所述反射层，其中，所述反射层和所述光吸收层具有露出所述会聚透镜的中央部分的开口，
其中，所述会聚透镜的曲率为大于或等于5.5并且小于或等于6.5，并且，所述基板的面内方向上的所述开口的面积与所述发光元件的发光部分的面积的比率为大于或等于75％并且小于85％。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述发光元件是有机EL层。
3.一种显示装置，包含：
显示部分，包含如权利要求1所述的发光装置，所述发光装置以二维方式布置；和
驱动单元，用于驱动所述发光装置。
4.一种图像拾取设备，包含：
显示部分，包含如权利要求1所述的发光装置，所述发光装置以二维方式布置；
驱动单元，用于驱动所述发光装置；和
图像拾取部分。
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