CN102272974A - 具有边缘光提取的拼接oled装置 - Google Patents

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Abstract

一种区域发射发光二极管(LED)装置(10)包括：基板(30)，该基板(30)具有内基板表面(34)、与该内基板表面相对的外基板表面(35)、以及基板边缘(36)；在所述内基板表面(34)上形成的区域发射LED像素(14)的阵列，并且在所述基板边缘(36)与所述内基板表面(34)上最靠近所述基板边缘(36)的LED像素(14A)之间具有边缘间隙(20)；以及被形成在所述边缘间隙(20)中并且至少部分地在所述LED像素(14、14A)外部的光提取结构(60)。

Description

具有边缘光提取的拼接OLED装置
技术领域
本发明涉及有机发光二极管(OLED)装置的拼接(tiled)阵列，更具体地说，涉及具有用于隐藏装置之间的拼接缝的光提取结构的OLED装置。
背景技术
诸如液晶显示器、等离子体显示器和发光二极管显示器的平板显示器常常用于信息显示。然而，液晶显示器和发光二极管显示器的面板尺寸被所采用的制造工艺所限制。为了克服这种尺寸限制，从业者(practitioner)采用了拼接策略来制造超大幅面(very-large-format)平板显示器。这些超大幅面平板显示器采用边缘与边缘对齐的多个独立的显示器来给出单个较大的显示器的外观。参照现有技术的图10至图12，超大幅面平板显示器8包括按照阵列边缘与边缘对齐的多个独立的显示拼块(displaytile)10。显示像素元件14的有源区域12位于各个显示拼块10内。显示像素元件14在空间上按照规则的阵列分布在显示基板30上，并且取决于显示器设计和制造工艺限制，具有形成在像素14之间的像素间间隙(inter-pixel gap)22。
然而，通常的平板显示器在各个显示拼块10的周界具有诸如电连接器和边缘密封的周界元件以提供到外部控制器80(在图10中示出)的连接性或保护包括显示拼块10的材料。此外，独立的拼块10不能完美地毗邻(butt)在一起。这些周界元件和拼块间隔形成边缘间隙20，并且通常占用比像素间间隙22大的空间。因此，当多个显示拼块按照矩阵毗邻在一起时，存在形成各个显示拼块10的边缘处的像素之间的可见的不连续的边缘缝24。此外，边缘缝24通常具有不同的颜色和间隔，并且可以反射与像素14或像素间间隙22不同的光，使得该边缘缝24对于观察者可见且令人讨厌。图12例示具有基板30和盖32的OLED装置的截面图。
本领域中已经提出各种方法来克服这种可见的令人讨厌的边缘缝。在一种方法中，边缘缝24被制造得足够小，使得在像素布局中不存在中断。然而，这实现起来非常困难和昂贵。另一种方法依靠采用光纤面板来可视地扩展各个显示拼块10中的有源区域12以匹配显示拼块10的尺寸。然而，这种方法需要笨重和昂贵的光纤阵列。另一种方法采用透明显示拼块，其中一个显示拼块在边缘交叠第二显示拼块以将像素定位在合适的位置。例如，美国公开No.2007/0001927描述了具有交叠的显示元件的拼接显示器。然而，仍然存在可视的伪影(artifact)并且在边缘实现完全透明的拼块是困难的。例如Matthies等人的名为“PROVIDING OPTICAL ELEMENTS OVEREMISSIVE DISPLAYS”的美国专利公开No.2003/0011303的其它技术讨论了在显示拼块10的阵列上形成一层，包括覆盖与所毗邻的显示拼块10相邻的像素之间的间隔的吸收部分以遮蔽穿过显示器的边缘发射且被使得对于用户可见的光。这种方法还通过减小边缘缝24的区域内的亮度来增加边缘缝24相对于有源区域12的对比度。
有机发光二极管(OLED)是用于平板显示器和区域照明灯的有前途的技术。该技术依赖于涂敷在基板上的薄膜材料层。然而，众所周知，由于这些装置内的漫发射(diffuse emission)以及在显示器内或前显示表面与周围环境中的空气之间的材料边界处发生的内反射而导致从OLED中的发光层输出的很多光被捕获(trap)。因为光沿所有方向从OLED的内部发光层发射，所以一些光以几乎垂直于显示器的前表面的角度发射。这种光的一部分向显示器的前表面传播并穿过该显示器的前表面发射，形成常规OLED显示器中的有用光。这种光的第二部分几乎垂直于该装置的前表面发射并且可以被显示装置的背面反射或吸收。这种反射光中的很大部分通常能够穿过显示器的前表面传播以成为有用光。然而，在沿不足够接近于与该显示器的前表面垂直的方向发射的光在多个材料边界中的一个处被反射并且不能从该装置逸出(escape)。这种光最终在该装置中被吸收或者沿着该装置的长度传播并穿过该装置的边缘逸出，并且不能穿过该显示器的正面发射，因此不能提供有用光。通常，由发光层发射的光中的高达80％可以被吸收或不穿过该显示器的正面发射，因此被损失。
OLED装置通常可以具有被公知为诸如美国专利No.4,769,292中公开的小分子装置和诸如美国专利No.5,247,190中公开的聚合物OLED装置的两种形式。任一种类型的OLED装置可以顺次包括阳极、有机EL元件和阴极。设置在阳极与阴极之间的有机电致发光(EL)元件通常包括有机空穴传输层(HTL)、发射层(EL)和有机电子传输层(TEL)。空穴和电子在EL层中重新结合并发射光。Tang等人(Appl.Phys.Lett.，51，913(1978)，Journal of Applied Physics，65，3610(1989)以及美国专利No.4,769,292)展示了使用这种层结构的高效OLED。从那时起，具有包括聚合物材料的交替层结构的很多OLED被公开并且装置性能被改进。无机材料和光发射器(例如多晶基体中的量子点)也是公知的并且经历同样的光学困难。
当分别从阴极和阳极注入的电子和空穴流经电子传输层和空穴传输层并在发射层中重新结合时，在OLED装置中产生光。很多因素决定了这种光产生过程的效率。例如，阳极和阴极材料的选择可以决定多有效地将电子和空穴注入到该装置中；ETL和HTL的选择可以决定电子和空穴多有效地在该装置中传输，并且EL的选择可以决定电子和空穴多有效地重新结合并且导致光的发射。然而，已经发现，限制OLED装置的效率的多个关键因素中的一个是在将通过电子空穴重新结合所产生的光子提取出OLED装置方面的低效率。由于所使用的有机材料的高的光学指数，通过该重新结合过程所产生的大多数光子由于全内反射而导致实际被捕获在这些装置中。这些被捕获的光子绝不会离开这些OLED装置并且对于从这些装置输出的光没有贡献。
通常的OLED装置使用玻璃基板、诸如铟锡氧化物(ITO)的透明导电阳极、有机层的叠层(stack)以及反射阴极层。从该装置产生的光穿过该玻璃基板发射。这通常被称为底部发射装置。另选地，装置可以包括基板、反射阳极、有机层的叠层以及顶部透明阴极层。从该装置产生的光穿过该顶部透明电极发射。这通常被称为顶部发射装置。在这些通常的装置中，ITO层、有机层和玻璃的指数分别是大约2.0、1.7和1.5。已经估计出，所产生的光中的接近60％被ITO/有机EL元件中的内反射捕获，20％在玻璃基板中被捕获，并且所产生的光中的仅约20％实际从该装置发射并执行有用的功能。
参照图13，现有技术的底部发射OLED具有透明基板30、透明第一电极42、一个或更多个有机材料层44(这些有机材料层44中的一个发光)以及反射第二电极46。该透明第一电极42、一个或更多个有机材料层44以及反射第二电极46形成OLED40，该OLED 40可以是在有源矩阵元件或无源矩阵元件以及控制器(未示出)的控制下的像素14。从多个有机材料层44中的一个发射的光可以穿过基板30直接从该装置发射出来，如光线50所示。光还可以被发射且在基板30和OLED 40中被内部引导，如光线52所示。另选地，光可以被发射且在OLED 40中被内部引导，如光线54所示。朝向反射第二电极46发射的光线被反射第二电极46朝向基板30反射，然后沿着光线路径50、52或54中的一个前进。
已经提出各种技术来改进来自薄膜发光装置的光的萃取(out-coupling)。例如，已经提出衍射光栅(diffraction grating)以通过导致穿过发射层横向引导的光的布拉格散射(Bragg scattering)来控制来自薄聚合物膜的光发射的属性；见Safonov等人的“Modification of Polymer Light Emission by Lateral Microstructure”(Synthetic Metals116，2001，pp.145-148)以及Lupton等人的“Bragg Scattering From PeriodicallyMicrostructured Light Emitting Diodes”(Applied Physics Letters，Vol.77，No.21，November 20，2000，pp.3340-3342)。2002年5月10公开的Chou等人的名为“BRIGHTNES S AND CONTRAST ENHANCEMENT OF DIRECT VIEW EMISSIVEDISPLAYS”的国际公开No.WO 02/37568中描述了具有衍射特性以及表面和体漫射器的亮度增强膜。微腔技术的使用也是公知的；例如，参见Tsutsui等人的“SharplyDirected Emission in Organic Electroluminescent Diodes With an Optical-MicrocavityStructure”(Applied Physics Letters 65，No.15，October 10，1994，pp.1868-1870)。
1998年11月10日授权给Bulovic等人的美国专利No.5,834,893中提到了包围发光区域或像素的反射结构，并描述了在各个像素的边缘使用有角度的或倾斜的反射壁。类似地，Forrest等人在2000年7月18日授权的美国专利No.6,091，195中描述了具有倾斜壁的像素。这些方法使用位于发光区域的边缘的反射器。
光散射技术也是公知的。Chou(国际公开No.WO 02/37580)和Liu等人(美国公开No.200I/0026124)教导了使用体或表面散射层来改进光提取。光散射层被紧邻有机层应用或被应用在玻璃基板的外表面上，并且具有与这些层匹配的光学指数。以高于临界的角度从OLED装置发射的、否则将被捕获的光可以穿透到该散射层中并且从该装置散射出来。
2004年9月7日授权的Do等人的名为“ORGANIC ELECTROLUMINESCENTDISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME”的美国专利No.6,787,796描述了一种有机电致发光(EL)显示装置及其制造方法。该有机EL装置包括基板层、形成在该基板层上的第一电极层、形成在该第一电极层上的有机层以及形成在该有机层上的第二电极层，其中具有不同折射率(refractive index)区域的光损失防止层被形成在有机EL装置的各个层当中的在折射率方面具有大差异的层之间。Garner等人的美国专利公开No.2004/0217702和Cok的美国专利No.6,831,407类似地公开了使用微结构来提供用于干扰OLED内的内波导模式的传播的内折射率变化或内部或表面物理变化。当在顶部发射器实施方式中采用时，公开了在封装盖附近使用指数匹配的聚合物。
在Shiang的名为“ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES HAVINGIMPROVED LIGHT EXTRACTION”的美国公开No.2005/0018431和Horikx等人的名为“ELECTROLUMINESCENT ILLUMINATION SYSTEM WITH AN ACTIVELAYER OF A MEDIUM HAVING LIGHT-SCATTERING PROPERTIES FORFLAT-PANEL DISPLAYDEVICES”的美国专利No.5,955,837中描述了在OLED装置外部使用的光散射层。这些公开详细描述和限定了位于基板上的散射层的特性。同样地，Duggal等人的名为“ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES WITHENHANCED LIGHT EXTRACTION”的美国专利No.6,777,871描述了使用包括具有特定折射率和散射特性的复合层的输出萃取器(output coupler)。
然而，所公开的光提取技术中没有一种用于减小拼接显示系统中的边缘缝的尺寸或可见性。因此，存在针对拼接显示系统中的经改进的发射装置结构的需要。
发明内容
根据一个实施方式，一种区域发射发光二极管(LED)装置包括：
a)基板，其具有内基板表面、与该内基板表面相对的外基板表面、以及基板边缘；
b)形成在所述内基板表面上的区域发射LED像素阵列，并且在所述基板边缘与所述内基板表面上最靠近所述基板边缘的所述LED像素之间具有边缘间隙；以及
c)光提取结构，其被形成在所述边缘间隙中并且至少部分地在所述LED像素的外部。
优点
本发明的优点在于通过从边缘缝引导光来减小拼接的发射显示系统中的边缘缝的可见性。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的具有边缘间隙光提取的LED装置的截面图；
图2是根据本发明的另选实施方式的具有反射光散射边缘表面的LED装置的截面图；
图3是根据本发明的另一个实施方式的具有形成在边缘间隙中的多个表面上的光提取结构的LED装置的截面图；
图4是根据本发明的另一个实施方式的具有在边缘像素之间的光提取结构的LED装置的顶视图；
图5是根据本发明的实施方式的具有滤色器和黑底(black matrix)的LED装置的截面图；
图6是根据本发明的另一个实施方式的具有边缘间隙光提取的LED装置的拼接阵列的顶视图；
图7是根据本发明的一个实施方式的具有边缘间隙光提取膜的LED装置的截面图；
图8是根据本发明的实施方式的底部发射器LED装置的截面图，例示了各种光线的路径；
图9是根据本发明的实施方式的顶部发射器LED装置的截面图，例示了各种光线的路径；
图10是显示装置的现有技术拼接阵列的顶视图；
图11是显示装置的现有技术拼接阵列的更详细的顶视图；
图12是现有技术装置的截面图；
图13是发射OLED装置中的光捕获的现有技术例示；
图14是用于展示根据本发明的实施方式的光提取结构的示例装置的截面图；
图15是用于展示根据本发明的实施方式的有角度表面光提取结构的示例装置的截面图；
图16是用于展示根据本发明的实施方式的部分有角度表面光提取结构的示例装置的截面图；
图17是用于展示根据本发明的实施方式的具有有角度表面光提取结构的两个显示装置的示例装置的截面图；
图18是用于展示根据本发明的另选实施方式的具有有角度表面光提取结构的两个显示装置的示例装置的截面图；
图19是没有边缘光提取的OLED显示装置的图像；
图20是根据本发明的另选实施方式的具有边缘光提取的OLED显示装置的图像；
图21是根据本发明的另选实施方式的具有边缘光提取的OLED显示装置的图像；
图22是根据本发明的另选实施方式的具有边缘光提取的OLED显示装置的图像；
图23是根据本发明的一个实施方式的具有边缘间隙光提取的LED装置的截面图；
图24是根据本发明的另一个实施方式的具有边缘间隙光提取的LED装置的截面图。
应当理解，没有按比例图示这些附图，因为独立的层太薄并且各个层的厚度差异太大而使得不能够按比例图示。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的一个实施方式，区域发射发光二极管(LED)装置10包括基板30，该基板30具有内基板表面34、与该内基板表面34相对的外基板表面35、以及基板边缘36。区域发射LED像素14的阵列被形成在内基板表面34上，并且在基板边缘36与内基板表面34上最靠近该基板边缘36的LED像素14A之间具有边缘间隙20。像素14、14A被像素间间隙22分离。光提取结构60被形成在边缘间隙20中并且至少部分地在LED像素14、14A的外部。可选的盖32保护并封装像素14、14A。像素14、14A发射的光的一部分从装置10发射并且该光的另一部分通过全内反射在装置10中被捕获。装置10可以用作拼接阵列中的显示拼块并且也被称为显示拼块。该拼接阵列形成大幅面显示器或者大幅面照明装置。
边缘间隙20内的光提取结构60的形成使得能够从区域发射发光二极管装置10提取在区域发射发光二极管装置10的层内被捕获的光并将该光传送到观察者。当该区域发射发光二极管装置10被应用为平板显示器8内的显示拼块10时，尤其当显示器的LED像素14、14A发射高亮度时，所提取的光减小了边缘间隙20的对比度。在理想的实施方式中，该光提取结构60将被调节为提取由非常靠近基板边缘36的像素14A所产生的光，而较少地提取由非常远离基板边缘36的像素14所产生的光。当满足该条件时，由光提取结构60所提取的光的相对强度和颜色将与由靠近基板边缘36的像素14A所产生的光高度相关，确保了所提取的光将减小边缘间隙20与区域发射发光二极管装置10的包括像素14的部分的亮度之间的对比度。当该对比度减小时，相邻显示拼块10之间的边界的可见度减小，并且当该可见度充分减小时，相邻显示拼块之间的边界变得不能辨别。
区域发射发光二极管像素14、14A是由涂敷在基板的区域上的有机材料或无机材料或这两者的层形成的发光二极管，例如，如现有技术的图13所示。当电流经过该发光二极管时，在所涂敷的区域的范围上发射光。具体地说，区域发射发光二极管不被形成为使用嵌入在半导体上或嵌入在半导体中的掺杂无机材料的固态晶体半导体基板中的点发光器，并且本发明不包括或不应用于这些点源LED。
如图13所示，区域发射发光二极管装置10可以包括基板30，该基板30上涂敷有用作阳极或阴极的第一导电材料层42。该层可以被沉积为薄片(sheet)并且可以被构图以形成电极阵列。电致发光层44然后被沉积在该电极阵列上并且通常包括至少一个发光层和至少一个空穴阻断(blocking)层或电子阻断层。该电致发光层44可以附加地包括空穴注入层或电子注入层以及空穴传输层、电子传输层或其它电荷控制层。最后，第二导电层46被沉积在该电致发光层44上。与第一导电层42的情况一样，第二电致发光层44可以被构图或被用作薄片。然而，第一导电层42或第二导电层46中的至少一个通常被构图以形成像素14、14A的阵列。在底部发射区域发射发光二极管装置10中，第二导电层46可以是反射性的或者可以是透明或半透明的。第一导电层42可以是透明或半透明的。然而，可以提出透明的、反射性的或半透明的导电材料层的其它构造，只要这些导电材料层中的至少一个是透明或半透明的即可。基板边缘36还可以包括盖32的固定到基板30的边缘以封装和保护像素14、14A。尽管在图1中例示为底部发射装置，但是本发明也可应用于顶部发射装置，尤其是在基板30与盖32之间的间隙填充有具有与盖32或基板30类似的光学指数的材料(例如，聚合物)以使得光在盖32中也被捕获的情况下。
光提取结构60是以光学方式提取在基板或LED层40或这两者中通过全内反射波导机制捕获的光(如图13所示)的任意结构。光提取结构60可以包括光漫射(光散射)表面(如图1所示的光提取结构60)。另选地，光提取结构60可以包括光散射层(例如，在聚合物粘合剂(binder)中包括诸如二氧化钛的折射颗粒(如图3所示)作为光提取结构60)，可以包括一个或更多个小透镜(lenslet)(例如，包括成形的结构(如图8所示)作为光提取结构60)，可以包括亮度增强过滤器(例如，商业可获得并且如图24所示的元件60)，可以包括光栅或其它光子晶体(photonic crystal)(例如，物理学、形貌学(topographical)元件的规则系列，如图23所示的元件60)，或者可以包括有角度的反射镜或折射元件39(例如，如图15所示与基板法向成45度角的表面)。光提取结构60可以被构建在基板30或盖32中，或者作为附加层或元件(例如，应用于表面的膜(例如，漫射膜，如图7所示的元件60))被应用到该基板30或盖32。这些结构中的每一个在光学技术中是公知的。
光提取结构60位于边缘间隙20中并且可以位于边缘间隙20中的任意表面上，例如位于基板30、盖32或者该盖32或基板30中的任意一个的边缘36上。光提取结构60可以位于基板表面34上。另选地，光提取结构60可以位于相对的基板表面35上，即，位于该基板的与基板表面34相对的表面上。LED像素14、14A的阵列可以被形成在基板表面34上，并且光提取结构60可以被形成在相对的基板表面35上(如图1所示)。具体地说，光提取结构60可以被形成在多个表面上或多个表面中或者被形成在多个位置上或多个位置中，如图2所示，其中，该光提取结构60被形成在基板30的相对基板表面35和边缘表面37这两者上，只要该光提取结构60提取边缘间隙20内的光即可。图3例示包括在该装置内并在包括边缘的外表面上粘接到盖32和基板30这两者的折射颗粒的光提取结构。
在本发明的另一实施方式中，光提取结构60可以包括反射表面。再次参照图2，例如通过在边缘表面37上蒸发金属(诸如银或铝)或者通过向边缘表面37应用膜，边缘表面37可以涂敷有反射膜38。反射表面还可以被形成在基板30与盖32之间以在边缘间隙20的区域内捕获该盖或该基板内的光。在如顶视图图4所示的本发明的另选实施方式中，光提取结构60可以延伸出边缘间隙20以包括最靠近基板边缘36的像素14之间的区域，从而增加靠近边缘间隙20的区域中的区域发射LED装置10的亮度输出。
在图5和图9所示的另一个另选实施方式中，滤色器16可被用于过滤由形成各个像素14、14A的LED所发射的光。如果LED发射白光，例如，就像OLED技术中公知的RGBW构造一样，则该结构尤其有用。如图5所示，在底部发射器实施方式中，滤色器16可以位于LED 14与基板30之间。在另选的顶部发射器实施方式中，如图9所示，滤色器16可以位于盖32上。黑底18可以被形成在像素14之间并且在边缘间隙20的至少一部分的外部。在本发明中，滤色器可以具有超出现有技术中所教导的那些益处的其它益处，并且无论LED发射彩色(例如，红色、绿色或蓝色)光还是白光，这些益处同样地适用。具体地说，当由远离基板边缘36的像素14产生光时，在基板、导电层和电致发光层内被捕获的很大比例的光将在装置内的材料表面被反射，并且有机会多次通过这些滤色器传播并通过多种颜色的滤色器。因为这些滤色器是吸收性的(尤其对于特定波长的光)，所以由足够远离基板边缘的像素所产生的光中的大多数将通过多种颜色的滤色器，并且该光中的大多数将被这些滤色器吸收。然而，由非常靠近基板边缘36的像素14A所产生的光将不必多次通过滤色器16。而且，由非常靠近基板边缘36的像素14A所产生的光不通过多种颜色的滤色器。因此，与针对远离基板边缘36的像素14而被滤色器吸收的光相比，由非常靠近基板边缘36的像素14A所产生的光中的相对小的比例被这些滤色器吸收。这样，具有滤色器的装置中的光提取结构60将被调节为提取由非常靠近基板边缘36的像素所产生的光而很少地提取或不提取由非常远离基板边缘36的像素所产生的光。因此，当应用滤色器时，由光提取结构60所提取的光的相对强度和颜色将与由靠近基板边缘36的像素14所产生的光高度相关。
还通过参照图8来例示该概念，图8包括被示出为光提取结构60的小透镜阵列。如图8所示，远离基板边缘36的像素14也发射在基板30中被捕获的光。在本发明的一个实施方式中，所发射的光通过滤色器16。在具有白光反射器的显示装置中，不同的滤色器被用于提供不同颜色的像素(例如，红色、绿色、蓝色)。因此，通过蓝色滤色器过滤的所发射的光可以穿过基板30传播并被相邻的绿色滤色器吸收，例如，如光线56所示。另选地，所发射的光可以穿过基板30传播并被黑底18吸收，例如，如光线58所示。按照这种方式，由远离的像素所发射的光可以在该装置内被吸收并且不在边缘间隙20中被提取，由此保持显示器的清晰度(sharpness)。应当注意，尽管滤色器减小了所捕获的光能够在该装置内传播的距离，但是该装置内的其它层也执行类似的功能。例如，第一导电层42或第二导电层46中的一个通常由具有小于90％的反射率的诸如铝的材料形成。因此，在远离基板边缘36的像素内形成的光子的很大一部分在每次遇到该导电层时被吸收，该导电层还限制光能够在该装置内传播的距离。应当注意，仅遇到边缘间隙20且通过光提取层60出射(exit)的光线59对在边缘间隙的区域内输出的光有贡献。
在如图6所示的本发明的另一个实施方式中，基板30具有多个边缘36，各个边缘36与像素14的阵列的边缘36相对应并形成针对各个边缘36的边缘间隙20，并且光提取结构60被形成在LED像素14外部的各个边缘间隙20中。该结构形成了由多个区域发射LED装置10形成的拼接阵列8。邻接拼块的基板边缘36毗邻。
在操作中，本发明在减小采用区域发射发光二极管来形成像素14的区域发射LED装置10的拼接阵列中的边缘缝24的可见性方面是有效的。参照图8，在底部反射器构造中，区域发射发光二极管14响应于通过LED电极(图8中未示出)提供的电流来发射光。该光可以沿任意方向发射。由于全内反射，所发射的光的大部分在高光学指数基板30中被捕获。具体地说，从像素14A发射的光可以在基板30中被捕获并传播到边缘间隙20中。当该光在边缘间隙20中时，该光可以被光提取结构60提取和发射，例如，如光线59所示。将光提取结构设置在边缘以及基板表面上通过提取原本不遇到该光提取结构的高角度光改进了光提取的效率。所发射的光接着看上去形成针对像素14A的经延伸的发光区域，由此遮掩(obscure)了边缘间隙20，改进了边缘的视觉均匀性。
光提取结构60可以可选地延伸到像素14A区域中但不应完全覆盖该像素14A，也就是说，该像素14A的至少一部分在光提取结构60的外部。例如，如果每个像素具有光提取(如现有技术中所教导的)，则所有像素14、14A可以具有较大的亮度。然而，简单地使该装置更亮不能有效地改进边缘的视觉均匀性。另选地，如果像素14A完全被光提取结构覆盖而其它像素14没有完全被光提取结构覆盖，则像素14A看上去具有比其它像素14更大的亮度，使得发射区域上的像素亮度不均匀。相反，根据本发明的实施方式，光提取结构60延伸到边缘间隙20中并且可选地仅在像素14A的一部分上，使得像素14A以及边缘间隙20的任意光发射部分的总亮度与其它像素14的亮度相同。实际上，边缘间隙20中被捕获的光被用于明显地将像素14A扩大到边缘间隙20中。如果光提取结构增加了由像素14A(或任意像素)输出的总光，则该像素本身的亮度例如可以通过采用控制器80(如图6所示)来减小以进行补偿，该控制器80用于通过与阵列中的其它LED像素相比经减小的电流来驱动基板表面上的最靠近基板边缘的至少一个LED像素。
因为观察者通常不能区分独立的像素，所以改变像素阵列中的独立像素的表观(apparent)尺寸是不能被察觉的。按照这种方式，维持了视觉亮度均匀性。如上所述，光提取结构60将不延伸到区域发射LED装置10的超出最靠近边缘间隙20的像素14A的区域中。然而，这不排除将不同的光提取结构应用在区域发射LED装置10的其余区域上。然而，如果不同的光提取结构被应用在区域发射LED装置10的其余区域上，则当针对远离区域发射LED装置10上的发光区域的距离与边缘间隙20相等的区域提取光时，该不同的光提取结构比光提取结构60更低效，并且该不同的光提取结构将提取该光中的较小比例。
边缘间隙的可见部分中的光提取结构的存在遮掩了边缘间隙20。在边缘间隙20的不直接可见的其它部分中，具有将光引导到边缘间隙的观察部分中的反射元件的光提取结构增加了从该边缘间隙发射的光的量并且有助于隐藏边缘缝。因此，参照图9，在盖是透明的本发明的顶部发射器实施方式中，边缘间隙20A的可见部分具有在边缘间隙20中的盖上的光提取结构60(例如，光漫射涂层)。边缘36上的光提取结构60优选地是反射性的，例如是具有反射涂层的漫射表面。这样将遇到该边缘的光引导回该装置，为光提取结构60在边缘间隙20内提取该光提供了另外的机会。这种层的附加的益处在于：它排除了来自区域发射LED装置10的边缘的光，其中当从大视角观看显示器时，这些光有可能(potentially)被观察到。基板30上的光提取结构优选地具有在基板表面34或相对的基板表面35上的反射器。该反射器可以延伸到边缘间隙20中以进一步便于边缘间隙20中的光提取。
在边缘间隙中提供光发射的效益被建模，并且展示了在边缘间隙中形成的与OLED装置中的像素相邻并且至少部分地在该OLED装置中的像素外部的光提取结构。在第一组实验中，模拟具有各种尺寸的边缘间隙和各种边缘间隙亮度值的显示器。这些基准实验假设边缘间隙的亮度主要受到与该边缘间隙相邻的几个像素影响。已经利用这些实验展示了：当区域发射LED装置10被应用在拼接显示装置中时，随着边缘间隙内的亮度增加，边缘间隙20的感知(perceive)宽度和边缘间隙20相对于通常的图像内容的对比度减小。而且，随着边缘间隙20内的区域的亮度接近区域发射LED装置10的包括像素14、14A的区域内的平均区域亮度，边缘间隙20变得不可见。然而，当区域发射LED装置10被用作拼接显示装置中的拼块时，随着边缘间隙的亮度变得比区域发射LED装置10的包括像素14、14A的区域的平均亮度高，边缘间隙20变得作为明亮的线而可见。针对具有与4个正方形像素14、14A的宽度或高度一样大的边缘间隙的装置，已经观察到：在具有发射区域发射LED装置10的包括像素14、14A的区域的平均区域亮度的50％至120％之间的边缘间隙20的拼接显示器中，该边缘间隙20变得不可见。对于较小的边缘间隙，边缘间隙20甚至对于更宽范围的亮度值变得不可见。然而，对于边缘间隙区域有用的亮度值可以包括区域发射LED装置10的包括像素14、14A的区域内的平均区域亮度的5％至150％之间的值。
为了展示从区域发射LED装置10的边缘间隙20的光提取，使用有源矩阵底部发射区域发射LED装置来执行实验，图14中示出了该装置的一些重要元件。在玻璃基板102上构建该装置。如本领域所公知的，在该基板102上沉积多个层以形成通常的非晶硅TFT驱动层104。在该TFT驱动层104内形成与这些TFT电连接的透明ITO阳极106的阵列。在这些ITO阳极106上形成包括多个光发射层的EL层108，该EL层108在电激励时发射白光。沉积铝片阴极110以形成反射背电极。最后，通过在整个装置上附接玻璃罩(cover glass)112来封装该装置。为了形成本发明的光提取结构60，指数匹配流体114(尤其是苯甲醇(Benzyl Alcohol))被应用于玻璃基板102的外部的一部分，并且漫射膜116被应用在该显示器的该相同区域上。该漫射膜是商业可获得的LCD背光漫射膜。
为了展示光提取，仅照射区域118内的像素。光度测量指示在该区域的1.3mm的圆形孔径内产生的亮度是500cd/m2。视觉检查表明：当仅区域118内的像素被激活(activate)时，在代表本发明的区域发射EL装置内的边缘间隙20的区域120内发射光。视觉检查还表明：当区域118内的像素被激活时，被光提取结构(具体地说，漫射膜116)提取的亮度在区域120的最靠近区域118的边缘附近最高。而且，亮度看上去随着与该边缘的距离增加而快速下降。无论该不均匀性如何，使用具有1.3mm圆形孔径的光度计来估计亮度，并且该亮度被示出为大约50cd/m2或大约是区域118内产生的亮度的10％。区域118内的像素然后被去激活(deactivate)，并且最靠近的边缘与区域118和区域120之间的边缘相距4.5mm的区域122内的像素被激活到500cd/m2的亮度。视觉检查表示了：响应于区域122内的像素的激活来在区域120中发射一些光。然后使用相同的圆形孔径来测量区域120中的亮度，并且发现区域120中的该亮度提供大约5cd/m2或大约由区域122内的像素发射的亮度的0.1％。这样，应用光提取层(具体地说，LCD漫射膜)展示了：在代表边缘间隙区域的没有光发射的区域内提取所捕获的光。来自该光提取层的亮度被示出为在光由靠近所激励的边缘间隙的像素产生时较大而在光由远离所激励的边缘间隙的像素产生时较小。
参照图15，在本发明的一个实施方式中，基板边缘36通过一斜面而具有角度，以形成有角度表面39，该有角度表面39相对于内基板表面34或外基板表面35中的任一个具有除0度角或90度角以外的角度的表面。该有角度表面39可以包括整个基板边缘36(如图15所示)或者可以如图16所示通过采用部分斜面来仅包括边缘36的一部分，在任一种情况中，该有角度表面39可以提供将边缘像素14A反映(image)到边缘间隙20中的光学表面。在任一种情况中，从像素14A(如果其它像素14发射的光不被诸如黑底或滤色器的其它装置结构吸收，则可能从这些像素14)发射的所捕获的光15被有角度表面39折射到观察者，由此从边缘36提取光并增加像素14A的亮度。该边缘角度可以相对于基板30具有低角度或高角度(例如，55-60度角)。在较高的角度，边缘间隙20变得较小，使得制造变得更加困难，但是根据光学建模，边缘缝24的被所提取的光15遮掩的百分比更大，因而更有效地隐藏了边缘缝24。另选地，形成该光提取结构的基板边缘还可以被弯曲以形成光学表面，该光学表面形成折射透镜的至少一部分。该有角度表面可以是粗糙的，以形成部分散射元件，或者是平滑的，以形成将边缘间隙20附近的光发射元件14A反映到该边缘间隙20中的光学元件。然而，优选地，该边缘是平滑的，这可以通过多种方式获得；包括抛光或应用聚合物平滑层以填充可能由于用于产生斜面的工艺所导致的任意表面不平整(regularity)。很多工艺可以被假设用来产生该斜面；包括磨光(grind)平坦的基板或者通过铸造(casting)或冲压(stamping)来形成具有倾斜边缘的基板。
根据本发明的另一个实施方式并参照图15，在内基板表面34上形成与外基板表面35的有角度的一部分相对的反射表面47。圆偏光器(如图17所示)可以位于该外基板表面35上以吸收入射的环境光。该反射层47通过反射环境光来增强在该外基板表面35上采用的任意圆偏光器的效果。参照图17，在区域发射发光装置的拼接阵列中，各个拼块的基板边缘的至少一部分具有相对于该拼块的内基板表面或外基板表面以除90度角以外的角度形成的有角度表面，并且这些拼块的毗邻的基板边缘具有以该相同的角度形成的有角度表面。如图17所示，有角度表面39在相邻的边缘上是相同的。显示拼块10的阵列被层叠(laminate)到圆偏光器70，并且反射层47(被形成在内基板表面34上)和反射层48(被形成在外盖表面上)反射环境光以增强圆偏光器70的环境光吸收。为了清楚起见，示出拼块基板30之间的间隙；实际上，该间隙被制造得尽可能小或者被完全去除。
参照图18，在本发明的另一个实施方式中，各个拼块的基板边缘39A、39B的至少一部分具有相对于该拼块的内基板表面或外基板表面以除90度角以外的角度形成的有角度表面，并且这些拼块的毗邻的基板边缘具有平行的表面。因此，拼块10A、10B的邻接的基板边缘可以成角度以彼此互补，使得这些有角度表面平行，由此遮掩该边缘间隙中的任意结构。
为了进一步减小拼块的边缘处的像素之间的边缘间隙的可见性，图像信号可以指定各个装置中的多个像素中的每一个的期望亮度。图像信号可以被调节，使得最靠近一个装置的边缘的LED的亮度被控制为最靠近该一个装置的边缘的像素的期望亮度与最靠近另一相邻装置的边缘的对应像素的期望亮度相结合的组合。例如，边缘缝隙的任一侧上的边缘像素14A可以被平均以减小该边缘间隙的可见性。
构建图15至图18中描述的有角度结构。参照图19，单色OLED装置的正垂视图(normal view)示出了该图像的上半部中的宽的垂直间隙和该图像的下半部中的窄的垂直间隙。图19的图像是控制(control)。相反，图20是具有所捕获的光所发射到的60度角的有角度表面的图19的装置的正垂视图图像。类似地，图21是具有所捕获的光所发射到的60度角的有角度表面的图19的装置的以45度角观看的图像。如图20和图21这两个图所示，该边缘缝的明显的、可见的宽度被减小。参照图22，当仅与该垂直缝相邻的像素有效时，该边缘缝同样被遮掩。实际上，在图22的图像的下半部中，较窄的边缘缝被完全遮掩。在上半部中，较宽的边缘缝看上去大约是实际边缘缝宽度的三分之一。
可以通过以下步骤来构建根据本发明的区域发射发光二极管(LED)装置：提供具有基板表面和基板边缘的基板；在该基板表面上形成区域发射LED像素的阵列，并且在该基板边缘与该基板表面上最靠近该基板边缘的LED像素之间具有边缘间隙；以及在所述LED像素外部的所述边缘间隙中形成光提取结构。可以通过机械工艺、化学工艺或者向所述基板表面、与所述基板表面相对的相对基板表面或所述基板边缘应用膜来形成所述光提取结构。另选地，可以在基板表面、与该基板表面相对的相对基板表面、或者基板或被设置为保护和封装区域发射发光二极管的盖的基板边缘中的任意一个或全部上形成光提取结构。例如可以通过应用氢氟酸、使用激光的快速温度循环或喷砂以通过蚀刻或研磨基板表面或基板边缘来形成该光提取结构。可以通过蚀刻基板边缘的至少一部分并且例如通过在所蚀刻的基板边缘上蒸发金属以在该基板边缘的一部分上沉积反射膜来形成该光提取结构的至少一部分。边缘也可以接地以形成有角度结构。
本发明的LED装置在必要时可以采用各种公知的光学效应以增强它们的特性。这包括优化层的厚度以增加光传输、提供电介质镜结构、通过光吸收电极代替反射电极、在显示器上提供防眩光涂层或防反射涂层、在显示器上提供偏振介质或者在显示器上提供彩色过滤器、中性密度过滤器或颜色转换过滤器。过滤器、偏光器以及防眩光涂层或防反射涂层具体可以被设置在盖上或者作为该盖的一部分。
本发明可被用于有源矩阵OLED装置或无源矩阵OLED装置。本发明还可被用于显示装置或区域照明装置。在优选的实施方式中，本发明被用于由小分子或聚合物OLED构成的平板OLED装置中，如1988年9月6日授权给Tang等人的美国专利No.4,769,292和1991年10月29日授权给Van Slyke等人的美国专利No.5,061,569中所公开的，但不限于这些。有机发光显示器的很多组合和变型可用于制造这种装置，该装置包括具有顶部发射器构造或底部发射器构造的有源矩阵OLED显示器和无源矩阵OLED显示器。另选地，可以采用无机材料，例如，多晶半导体基体中的磷光颗粒。其它有机层或有机层可被用于控制针对有机发光层或无机发光层的电荷注入、传输或阻断。
部件列表
8             显示拼块阵列
10、10A、10B  显示拼块
12            有源(显示)区域
14            像素
14A           边缘像素
15            所发射的光
16            滤色器
18            黑底
20            边缘间隙
20A           边缘间隙的可见部分
22            像素间间隙
24            边缘缝
30            基板
32            盖
34             内基板表面
35             外基板表面
36             边缘
37             边缘表面
38             反射膜
39、39A、39B   有角度表面
40             OLED
42             透明电极
44             (多个)有机层
46             反射电极
47             反射层
48             反射层
50、52、54     光线
56、58、59     光线
60             光提取结构
70             圆偏光器
80             控制器
102            玻璃基板
104            驱动层
106            阳极
108            EL层
110            阴极
112            玻璃罩
114            指数匹配流体
116            漫射膜
118            区域
120            区域
122            区域

Claims (19)

1.一种区域发射发光二极管(LED)装置，该区域发射发光二极管装置包括：
a)基板，其具有内基板表面、与该内基板表面相对的外基板表面、以及基板边缘；
b)形成在所述内基板表面上的区域发射LED像素的阵列，在所述基板边缘与所述内基板表面上最靠近所述基板边缘的LED像素之间具有边缘间隙；以及
c)光提取结构，其被形成在所述边缘间隙中并且至少部分地在所述LED像素的外部。
2.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述光提取结构是漫射器、散射层、一个或更多个小透镜、亮度增强过滤器、光栅、反射或折射元件或者光子晶体。
3.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，与所述光提取结构相组合地形成有反射表面。
4.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述光提取结构位于所述外基板表面上或所述外基板表面中、位于所述内基板表面上或所述内基板表面中，或者位于所述基板边缘上或所述基板边缘中。
5.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述像素穿过所述基板发射光，并且该区域发射发光二极管装置还包括附接到所述外基板表面的圆偏光器。
6.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述光提取结构还被形成在最靠近所述基板边缘的像素之间。
7.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，该区域发射发光二极管装置还包括在所述LED像素中的至少一些与所述内基板表面之间的层中形成的滤色器，或者还包括在所述LED像素中的至少一些的与所述内基板表面相对的一侧上的层中形成的滤色器。
8.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述边缘间隙大于相邻像素之间的距离。
9.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，该区域发射发光二极管装置还包括控制器，该控制器用于通过与所述阵列中的其它LED像素相比经减小的电流来驱动最靠近所述基板边缘的至少一个LED像素。
10.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述基板边缘的至少一部分是相对于所述内基板表面或所述外基板表面以除90度角以外的角度形成的有角度表面。
11.根据权利要求10所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述有角度表面是倾斜的或部分倾斜的，以形成相对于所述内基板表面或所述外基板表面具有0度角至90度角之间的角度的平坦表面。
12.根据权利要求10所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述有角度表面具有55度角至65度角之间的角度。
13.根据权利要求10所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述有角度表面是光学表面，使得所述LED像素中的至少一些被成像在所述边缘间隙的区域中。
14.根据权利要求10所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述有角度表面是弯曲的。
15.根据权利要求1所述的区域发射发光二极管装置，该区域发射发光二极管装置还包括盖，该盖具有粘接到所述内基板表面的内盖表面、与所述内盖表面相对的外盖表面，并具有盖边缘，并且其中，所述光提取结构位于所述内盖表面、所述外盖表面或盖边缘上。
16.根据权利要求15所述的区域发射发光二极管装置，其中，所述盖是透明的，并且所述像素穿过所述盖发射光，并且该区域发射发光二极管装置还包括粘接到所述外盖表面的圆偏光器。
17.一种区域发射发光装置，该区域发射发光装置具有由权利要求1所述的多个区域发射发光二极管形成的拼块，并且其中，邻接拼块的基板边缘毗邻。
18.根据权利要求17所述的区域发射发光装置，其中，各个拼块的所述基板边缘的至少一部分具有相对于该拼块的所述内基板表面或所述外基板表面以除90度角以外的角度形成的有角度表面，并且这些拼块的毗邻的基板边缘具有平行的表面。
19.根据权利要求17所述的区域发射发光装置，其中，各个拼块的所述基板边缘的至少一部分具有相对于所述拼块的所述内基板表面或所述外基板表面以除90度角以外的角度形成的有角度表面，并且这些拼块的所述毗邻的基板边缘具有以该相同的角度形成的有角度表面。
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