CN106299150B - 具有提高的效率的oled装置和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及具有提高的效率的OLED装置和其制造方法。提供了用于提高OLED显示器的效率的装置、组件和制造方法。例如微透镜阵列MLA的出耦组件连接到OLED，所述MLA与所述OLED之间的距离相对较小。交叉干扰和反向散射通过使用有色透镜、聚焦层和其它方法而减少。

Description

具有提高的效率的OLED装置和其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是2015年6月26日提交的美国临时专利申请第62/185,263号的非临时申请并且要求所述临时专利申请的优先权益，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
联合研究协议的各方
所要求的本发明是由达成联合大学公司研究协议的以下各方中的一或多者，以以下各方中的一或多者的名义和/或结合以下各方中的一或多者而作出：密歇根大学董事会、普林斯顿大学、南加州大学和环宇显示器公司(Universal Display Corporation)。所述协议在作出所要求的本发明的日期当天和之前就生效，并且所要求的本发明是因在所述协议的范围内进行的活动而作出。
技术领域
本发明涉及用于提高基于OLED的显示器的效率的布置和技术，其使用安置得接近所述OLED的出耦组件；和包括其的装置，例如有机发光二极管和其它装置。
背景技术
出于若干原因，利用有机材料的光学电子装置变得越来越受欢迎。用以制造这样的装置的材料中的许多材料相对便宜，因此有机光学电子装置具有获得相对于无机装置的成本优势的潜力。另外，有机材料的固有性质(例如其柔性)可以使其非常适合具体应用，例如在柔性衬底上的制造。有机光学电子装置的实例包括有机发光装置(OLED)、有机光电晶体管、有机光伏打电池和有机光检测器。对于OLED，有机材料可以具有相对于常规材料的性能优点。举例来说，有机发射层发射光的波长通常可以容易地用适当的掺杂剂来调整。
OLED利用有机薄膜，其在电压施加于装置上时发射光。OLED正变为用于例如平板显示器、照明和背光应用中的越来越引人注目的技术。美国专利第5,844,363号、第6,303,238号和第5,707,745号中描述若干OLED材料和配置，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
磷光性发射分子的一个应用是全色显示器。用于这种显示器的行业标准需要适于发射具体色彩(称为“饱和”色彩)的像素。具体地说，这些标准需要饱和的红色、绿色和蓝色像素。可以使用本领域中所熟知的CIE坐标来测量色彩。
绿色发射分子的一个实例是三(2-苯基吡啶)铱、表示为Ir(ppy)3，其具有以下结构：
Figure GDA0002641662970000021
在此图和本文后面的图中，将从氮到金属(此处，Ir)的配价键描绘为直线。
如本文所用，术语“有机”包括聚合材料以及小分子有机材料，其可以用以制造有机光学电子装置。“小分子”是指不是聚合物的任何有机材料，并且“小分子”可能实际上相当大。在一些情况下，小分子可以包括重复单元。举例来说，使用长链烷基作为取代基不会将分子从“小分子”类别中去除。小分子还可以并入到聚合物中，例如作为聚合物主链上的侧基或作为主链的一部分。小分子还可以充当树枝状聚合物的核心部分，所述树枝状聚合物由建立在核心部分上的一系列化学壳层组成。树枝状聚合物的核心部分可以是荧光或磷光小分子发射体。树枝状聚合物可以是“小分子”，并且据信当前在OLED领域中使用的所有树枝状聚合物都是小分子。
如本文所用，“顶部”意指离衬底最远，而“底部”意指离衬底最近。在将第一层描述为“安置”在第二层“上”的情况下，第一层被安置为距衬底较远。除非规定第一层“与”第二层“接触”，否则第一与第二层之间可以存在其它层。举例来说，即使阴极和阳极之间存在各种有机层，仍可以将阴极描述为“安置在”阳极“上”。
如本文所用，“溶液可处理”意指能够以溶液或悬浮液的形式在液体介质中溶解、分散或输送和/或从液体介质沉积。
当据信配位体直接促成发射材料的光敏性质时，配位体可以称为“光敏性的”。当据信配位体并不促成发射材料的光敏性质时，配位体可以称为“辅助性的”，但辅助性的配位体可以改变光敏性的配位体的性质。
如本文所用，并且如本领域技术人员一般将理解，如果第一能级较接近真空能级，那么第一“最高占用分子轨道”(HOMO)或“最低未占用分子轨道”(LUMO)能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级。由于将电离电位(IP)测量为相对于真空能级的负能量，因此较高HOMO能级对应于具有较小绝对值的IP(负得较少的IP)。类似地，较高LUMO能级对应于具有较小绝对值的电子亲和性(EA)(负得较少的EA)。在常规能级图上，真空能级在顶部，材料的LUMO能级高于同一材料的HOMO能级。“较高”HOMO或LUMO能级表现为比“较低”HOMO或LUMO能级靠近这个图的顶部。
如本文所用，并且如本领域技术人员一般将理解，如果第一功函数具有较高绝对值，那么第一功函数“大于”或“高于”第二功函数。因为通常将功函数测量为相对于真空能级的负数，因此这意指“较高”功函数负得较多。在常规能级图上，真空能级在顶部，将“较高”功函数说明为在向下方向上距真空能级较远。因此，HOMO和LUMO能级的定义遵循与功函数不同的惯例。
可以在以全文引用的方式并入本文中的美国专利第7,279,704号中找到关于OLED和上文所述的定义的更多细节。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种有机发光显示器，其包括在衬底上的宽度为2r的第一发射区域；和安置在所述发射区域上并且具有水平基底表面的出耦组件，其中所述基底表面安置得距所述第一发射区域垂直距离t并且光学耦合到所述第一发射区域，并且所述出耦组件的折射率为nlens并且在所述基底表面上的宽度为2R；其中0＜t＜
Figure GDA0002641662970000031
从所述第一发射区域的侧边缘到所述出耦组件的边缘到所述衬底上的投影的距离d可以大于或等于(nlens-1)r。对于宽度2r，r可以小于20μm或更小。间隔层可以安置在所述第一发射区域与所述出耦组件之间，所述层可以包括折射率在nlens的0.02内的材料。距离t可以相对较小，例如80μm或更小、27μm或更小、15μm或更小。宽度2R可以大于宽度2r。所述出耦组件可以包括总半径为R的出耦组件阵列，每个出耦组件至少部分安置在所述发射区域上，在此情况下d是从所述发射区域的边缘到所述出耦组件阵列的最外出耦组件的边缘的投影的距离。光吸收材料可以放置在安置得最接近所述发射区域的所述出耦组件的边缘上。散焦层可以放置在所述出耦组件与所述发射区域之间。所述散焦层的折射率ndef可以小于nlens。折射率ndef可以小于
Figure GDA0002641662970000032
所述出耦组件可以包括其它组件或特征，例如着色剂。此类着色剂可以经选择以具有与由所述发射区域发射的光的峰值波长相同的色彩。圆形偏光器可以安置在所述出耦组件与所述发射区域之间。所述出耦组件可以具有大致圆形基底或任何其它合适的形状。其最大厚度可以比r大至少10％。其可以具有多种结构形状，例如沿着垂直于所述发射区域的线并且在移动远离所述发射区域的方向上的截面积减小。举例来说，所述出耦组件可以是微透镜或角锥、平顶微透镜或角锥等。
所述显示器的总有效面积可以不超过所述显示器的总面积的50％。所述显示器可以包括多个像素，其中的每一者可以包括多个子像素。所述发射区域可以发射待由所述多个子像素之一发射的光。所述显示器可以包括用于所述多个子像素中的每一者的至少一个出耦组件。所述显示器可以包括多个色彩的子像素，但可以包括用于所述多个色彩中的仅特定色彩的子像素的出耦组件。所述出耦组件可以包括匹配所述特定色彩的染料。所述显示器中的每个发射区域可以可个别寻址。
在一个实施例中，提供了一种有机发光显示器，其包括在衬底上的宽度为2r的第一发射区域；安置在所述发射区域上并且宽度为2R的散射层；和厚度为t并且平均折射率为nsp的间隔层，所述间隔层安置在所述第一发射区域与所述散射层之间并且光学耦合到所述第一发射区域和所述散射层；其中
Figure GDA0002641662970000041
所述散射层可以是所述衬底上的环或任何其它合适的形状。在其它方面所述显示器的通式结构、组成和布置可以与本文所公开的其它显示器布置类似或一致。
在一个实施例中，提供了一种制造有机发光显示器的方法，其包括获得多个OLED；制造出耦组件阵列；和使所述出耦组件阵列光学耦合到所述多个OLED；其中，对于每个OLED、和与所述OLED呈堆叠方式安置并且光学耦合到所述OLED的至少一个出耦组件，
Figure GDA0002641662970000042
其中2r是所述每个OLED的宽度，t是从所述OLED的发射层到所述至少一个出耦组件的垂直距离，nlens是所述至少一个出耦组件的折射率，并且R是所述至少一个出耦组件的总半径。所述方法还可以包括使所述出耦组件阵列连接到所述多个OLED。制造所述出耦组件阵列可以包括在所述多个OLED上制造所述出耦组件和/或借助喷墨技术沉积所述出耦组件阵列。通过所提供方法产生的显示器可以具有本文所公开的显示器结构、组成和布置中的任一者。
附图说明
图1展示了有机发光装置。
图2展示了不具有单独电子输送层的倒转的有机发光装置。
图3展示了根据本发明的实施例的例示性像素配置，其中每个子像素具有相应透镜。
图4展示了适用于本发明的实施例情况的例示性像素布局。
图5展示了根据本发明的实施例，半球面透镜的增强的距离(t)依赖性。
图6展示了根据本发明的实施例，不同t值下图5中展示的配置的角发射分布图。图7展示了适用于本发明的实施例情况的圆锥形透镜的实例。
图8展示了根据本发明的实施例，圆锥形透镜的增强的距离(t)依赖性。
图9展示了根据本发明的实施例，圆锥形透镜的角发射分布图。
图10展示了根据本发明的实施例，多个透镜对应于一个像素的配置。
图11展示了根据本发明的实施例，引起交叉干扰和校正黑色矩阵的示意图。
图12展示了根据本发明的实施例，散焦层的工作原理的说明。
图13展示了根据本发明的实施例制造有色透镜的例示性工艺。
图14展示了根据本发明的实施例，涂布填充模具上的每个孔的仅一部分的有色透镜的示意图。
图15展示了根据本发明的实施例，在脱模之前在微透镜阵列(MLA)的顶部上制造的OLED。
图16展示了根据本发明的实施例，MLA的折射率的影响的模拟结果。
图17展示了根据本发明的实施例，由圆形孔结构界定的像素的显微图像，微透镜喷墨在像素上，顶行无微透镜。
图18展示了根据本发明的实施例，将接近显示像素的散射层用于出耦的配置。
图19展示了根据本发明的实施例，具有环图案的散射层。
图20展示了根据本发明的实施例，使用具有平顶表面的半球面透镜的出耦结构。
具体实施方式
一般来说，OLED包含安置在阳极与阴极之间并且电连接到阳极和阴极的至少一个有机层。当施加电流时，阳极注入空穴并且阴极注入电子到有机层中。所注入的空穴和电子各自朝带相反电荷的电极迁移。当电子和空穴局限于同一分子上时，形成“激子”，其为具有激发能量状态的局部化电子-空穴对。当激子经由光电发射机制弛豫时，发射光。在一些情况下，激子可以局限于激元或激态复合物上。非辐射机制(例如热弛豫)也可能发生，但通常被视为不合需要的。
最初的OLED使用从单态发射光(“荧光”)的发射分子，如例如美国专利第4,769,292号中所公开，所述专利以全文引用的方式并入。荧光发射通常在小于10纳秒的时间范围中发生。
最近，已经论证了具有从三重态发射光(“磷光”)的发射材料的OLED。巴尔多(Baldo)等人的“从有机电致发光装置的高效磷光发射(Highly EfficientPhosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices)”，自然(Nature)，第395卷，第151-154页，1998；(“巴尔多-I”)和巴尔多等人的“基于电致磷光的非常高效绿色有机发光装置(Very high-efficiency green organic light-emittingdevices based on electrophosphorescence)”，应用物理学报(Appl.Phys.Lett.)，第75卷，第3期，第4-6页(1999)(“巴尔多-II”)，其以全文引用的方式并入。以引用的方式并入的美国专利第7,279,704号第5-6列中更详细地描述磷光。
图1展示了有机发光装置100。图不一定按比例绘制。装置100可以包括衬底110、阳极115、空穴注入层120、空穴输送层125、电子阻挡层130、发射层135、空穴阻挡层140、电子输送层145、电子注入层150、保护层155、阴极160和屏障层170。阴极160是具有第一导电层162和第二导电层164的复合阴极。装置100可以通过依序沉积所描述的层来制造。在以引用的方式并入的US 7,279,704的第6-10列中更详细地描述这些各种层的性质和功能以及实例材料。
这些层中的每一者有更多实例。举例来说，以全文引用的方式并入的美国专利第5,844,363号中公开柔性并且透明的衬底-阳极组合。经p掺杂的空穴输送层的实例是以50:1的摩尔比率掺杂有F4-TCNQ的m-MTDATA，如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的颁予汤普森(Thompson)等人的美国专利第6,303,238号中公开发射材料和主体材料的实例。经n掺杂的电子输送层的实例是以1:1的摩尔比率掺杂有Li的BPhen，如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的美国专利第5,703,436号和第5,707,745号公开了阴极的实例，其包括具有例如Mg:Ag等金属薄层与上覆的透明、导电、经溅镀沉积的ITO层的复合阴极。以全文引用的方式并入的美国专利第6,097,147号和美国专利申请公开案第2003/0230980号中更详细地描述阻挡层的原理和使用。以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中提供注入层的实例。可以在以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中找到保护层的描述。
图2展示了倒转的OLED 200。所述装置包括衬底210、阴极215、发射层220、空穴输送层225和阳极230。装置200可以通过依序沉积所描述的层来制造。因为最常见OLED配置具有安置在阳极上的阴极，并且装置200具有安置在阳极230下的阴极215，所以装置200可以称为“倒转”OLED。在装置200的对应层中，可以使用与关于装置100所描述的材料类似的材料。图2提供了可以如何从装置100的结构省略一些层的一个实例。
图1和2中所说明的简单分层结构是作为非限制实例而提供，并且应理解，可以结合各种各样的其它结构使用本发明的实施例。所描述的具体材料和结构本质上是示范性的，并且可以使用其它材料和结构。可以基于设计、性能和成本因素，通过以不同方式组合所描述的各个层来实现功能性OLED，或可以完全省略若干层。还可以包括未具体描述的其它层。可以使用不同于具体描述的材料的材料。尽管本文所提供的实例中的许多实例将各种层描述为包含单一材料，但应理解，可以使用材料的组合(例如主体与掺杂剂的混合物)或更一般来说，混合物。并且，所述层可以具有各种子层。本文中给予各个层的名称不意欲具有严格限制性。举例来说，在装置200中，空穴输送层225输送空穴并且将空穴注入到发射层220中，并且可以被描述为空穴输送层或空穴注入层。在一个实施例中，可以将OLED描述为具有安置在阴极与阳极之间的“有机层”。此有机层可以包含单个层，或可以进一步包含如例如关于图1和2所描述的不同有机材料的多个层。
还可以使用未具体描述的结构和材料，例如包含聚合材料的OLED(PLED)，例如以全文引用的方式并入的颁予弗兰德(Friend)等人的美国专利第5,247,190号中所公开。作为另一实例，可以使用具有单个有机层的OLED。OLED可以堆叠，例如如以全文引用的方式并入的颁予福利斯特(Forrest)等人的第5,707,745号中所描述。OLED结构可以脱离图1和2中所说明的简单分层结构。举例来说，衬底可以包括有角度的反射表面以改进出耦(out-coupling)，例如如颁予福利斯特等人的美国专利第6,091,195号中所述的台式结构，和/或如颁予布利维克(Bulovic)等人的美国专利第5,834,893号中所述的凹点结构，所述专利以全文引用的方式并入。
除非另外规定，否则可以通过任何合适方法来沉积各种实施例的层中的任一者。对于有机层，优选方法包括热蒸发、喷墨(例如以全文引用的方式并入的美国专利第6,013,982号和第6,087,196号中所述)、有机气相沉积(OVPD)(例如以全文引用的方式并入的颁予福利斯特等人的美国专利第6,337,102号中所述)和通过有机蒸气喷射印刷(OVJP)的沉积(例如以全文引用的方式并入的美国专利第7,431,968号中所述)。其它合适沉积方法包括旋涂和其它基于溶液的工艺。基于溶液的工艺优选在氮或惰性气氛中进行。对于其它层，优选方法包括热蒸发。优选的图案化方法包括通过掩模的沉积、冷焊(例如以全文引用的方式并入的美国专利第6,294,398号和第6,468,819号中所述)和与例如喷墨和OVJD等沉积方法中的一些方法相关联的图案化。还可以使用其它方法。可以改进待沉积的材料，以使其与具体沉积方法相容。举例来说，可以在小分子中使用具支链或无支链并且优选含有至少3个碳的例如烷基和芳基等取代基，来增强其经受溶液处理的能力。可以使用具有20个或更多个碳的取代基，并且3-20个碳是优选范围。具有不对称结构的材料可以比具有对称结构的材料具有更好的溶液可处理性，因为不对称材料可以具有较低的再结晶倾向性。可以使用树枝状聚合物取代基来增强小分子经受溶液处理的能力。
根据本发明实施例制造的装置可以进一步任选地包含屏障层。屏障层的一个用途是保护电极和有机层免于因暴露于环境中的有害物质(包括水分、蒸气和/或气体等)而受损。屏障层可以沉积在衬底、电极上，沉积在衬底、电极下或沉积在衬底、电极旁，或沉积在装置的任何其它部分(包括边缘)上。屏障层可以包含单个层或多个层。屏障层可以通过各种已知的化学气相沉积技术形成，并且可以包括具有单一相的组合物以及具有多个相的组合物。任何合适材料或材料组合都可以用于屏障层。屏障层可以并入有无机化合物或有机化合物或两者。优选的屏障层包含聚合材料与非聚合材料的混合物，如以全文引用的方式并入本文中的美国专利第7,968,146号、PCT专利申请案第PCT/US2007/023098号和第PCT/US2009/042829号中所述。为了被视为“混合物”，构成屏障层的前述聚合材料和非聚合材料应在相同反应条件下和/或在同时沉积。聚合材料对非聚合材料的重量比率可以在95:5到5:95的范围内。聚合材料和非聚合材料可以由同一前体材料产生。在一个实例中，聚合材料与非聚合材料的混合物基本上由聚合硅和无机硅组成。
根据本发明的实施例而制造的装置可以并入到各种各样的电子组件模块(或单元)中，所述电子组件模块可以并入到多种电子产品或中间组件中。此类电子产品或中间组件的实例包括可以为终端用户产品制造商所利用的显示屏、照明装置(如离散光源装置或照明面板)等。此类电子组件模块可以任选地包括驱动电子装置和/或电源。根据本发明的实施例而制造的装置可以并入到各种各样的消费型产品中，所述消费型产品具有一或多种电子组件模块(或单元)并入于其中。此类消费型产品将包括含一或多个光源和/或某种类型的视觉显示器中的一或多者的任何种类的产品。此类消费型产品的一些实例包括平板显示器、计算机监视器、医疗监视器、电视机、告示牌、用于内部或外部照明和/或发信号的灯、平视显示器、全透明或部分透明的显示器、柔性显示器、激光印刷机、电话、手机、平板计算机、平板手机、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、数码相机、摄录像机、取景器、微型显示器、3-D显示器、交通工具、大面积墙壁、剧院或体育馆屏幕，或指示牌。可以使用各种控制机制来控制根据本发明而制造的装置，包括无源矩阵和有源矩阵。意欲将所述装置中的许多装置用于对人类来说舒适的温度范围中，例如18C到30C，并且更优选在室温下(20-25C)，但可以在此温度范围外(例如-40C到+80C)使用。
众所周知，并非所有在OLED中产生的光都可以逸出到空气中。这主要由于全内反射作用：当光到达从高折射率介质(nh)到低折射率介质(nl)的界面时，当入射角大于定义为以下的临界角时，光将全反射：
Figure GDA0002641662970000091
举例来说，在所有在折射率为约1.8的EML层产生的光当中，仅约20到25％可以到达空气。近年来，已经开发了两种主要技术来将滞留的光提取到空气中：一种使用散射作用并且另一种使用微透镜阵列(MLA)。两种方法典型地都仅用于OLED照明装置中，不用于例如全色显示器的显示器中。所述技术通常由于在接通状态期间的光学交叉干扰和/或降低对比度的反向散射而不适合于显示器。
显示器中的光学交叉干扰是指预期由一个像素或子像素发射的光也从一或多个相邻像素或子像素发射的现象。这将损害像素清晰度并且导致显示器分辨率损失。在此方面使用散射膜通常尤其成问题，当从一个像素发射的光遇到散射介质时，其可能随机传播，因此得到比初始像素大小大得多的轮廓。
反向散射起因于以下事实，散射膜和MLA膜两者都在反向方向上重定向光。如本文所用，“反向散射”在一般意义上用以指反向再定向的任何光。不同于来自光滑表面的镜面反射，从MLA或散射膜反向散射的光通常具有随机分布并且难以消除。因此，为了将光提取技术应用于显示器，需要解决光学交叉干扰和归因于反向散射的低对比度。
MLA典型地代表了一种更合乎需要的控制交叉干扰和反向散射的方法，因为发光轮廓得到更好控制。举例来说，其公开内容以全文引用的方式并入的美国专利第6,984,934号公开了一种用于发光二极管的微透镜布置，其中微透镜的最大平面尺寸小于任一OLED的最小的最小平面尺寸。作为另一实例，美国专利第8,125,138号公开了布置在微透镜的接收角内以产生准直光的间隔开的OLED。然而，两种方法都没有彻底解决光学交叉干扰和归因于反向散射的低对比度的挑战。金正范(Jung-Bum Kim)等人描述了使用真空热蒸发(VTE)方法在顶部发射OLED装置的顶部上构建微透镜阵列(有机电子装置(OrganicElectronics)17(2015)115-120)。然而，此类技术限于顶部发射OLED，并且用以制造MLA的相关方法不可缩放并且通过VTE方法所得的MLA的品质极其有限。
相比之下，本文公开了用于提高OLED显示器的效率的装置、组件和制造方法，其中微透镜阵列可以连接到OLED显示器，MLA与OLED之间的距离相对较小。交叉干扰和反向散射问题也可以通过如本文所公开的有色透镜、聚焦层和其它方法而解决。
具体来说，本文所公开的实施例提供了一种有机发光显示器，其包括第一有机发射区域，例如显示器的像素的子像素内的发射区域，其在衬底上的宽度是2r。一般来说，r可以是任何适合大小。然而，在一些实施例中，例如在发射区域对应于个别子像素时，r可以是约20μm或更小。出耦组件(例如微透镜阵列的透镜)可以安置在发射区域上，其中出耦组件具有水平基底表面，所述水平基底表面安置得距第一发射区域垂直距离t，并且所述水平基底表面光学耦合到发射区域。布置满足如下条件：
Figure GDA0002641662970000101
Figure GDA0002641662970000102
其中出耦组件的折射率为nlens并且在基底表面上的宽度为2R。在一些实施例中，可能优选的是发射区域与出耦组件相比相对较小，例如出耦组件的宽度2R大于OLED的宽度2r。类似地，在一些实施例中，显示器的有效面积(即，显示器的在面积内包括发射区域的面积)可以是显示器的总面积的50％或更小。在一些实施例中，可能优选的是出耦组件直接安置在发射区域的顶部上，基底尺寸的中心定位在垂直于发射区域绘制的同一线上。
本文关于个别OLED所公开的布置和技术可以应用于全色显示器内的子像素。举例来说，典型显示器布置包括多个像素，其中的每一者包括一或多个子像素。作为特定实例，显示器的全色像素通常将包括至少红色、绿色和蓝色子像素。因此，在一些实施例中，如本文所公开的发射区域和OLED可以是全色显示器中的对于每个子像素产生光的子像素组件。明显地，在典型显示器布置中，每个子像素可个别寻址或以其它方式可受显示器控制，以使得显示器的每个像素发射任何所要光色彩。
图3展示了每个像素在微透镜阵列中具有相应透镜的配置。为了实现光提取益处，满足以下条件：
Figure GDA0002641662970000103
其中t是发光层与MLA的基底之间的距离。在简化之后，方程式2变为
Figure GDA0002641662970000104
其中r和R是像素大小的一半和微透镜的半径，并且R＝r+d，如图3中所示。在此方程式中，n、r和d由显示器分辨率和衬底材料指定。基于显示器配置，可以针对所要光提取益处，计算最大t需求。对于具有红/绿/蓝(RGB)条带配置的显示器，这可以进一步简化为：
Figure GDA0002641662970000111
其中Re是显示器的以每一英寸的像素为单位的分辨率。
图4展示了三星(Samsung)Galaxy S6手机的像素布局，如由laptopmedia.com/reviews/samsung-galaxy-s6-review-a-bunch-of-innovations-in-a-beautiful-body提供。基于图像，估算像素尺寸大致对于红色子像素是13.5μm，对于绿色子像素是11.3-13.5μm，并且对于蓝色子像素是15.8μm。等效于2d的蓝色与相邻绿色像素边缘之间的间隔是约18μm。这产生r＝7.9μm和d＝9μm的近似值。使用方程式3，为了具有归因于覆盖每个子像素的微透镜(n＝1.5)的光提取作用，t应小于27.7μm。作为另一实例，50"4k TV的分辨率是约100ppi，大致对应于约80μm的(2r+d)值。当使用玻璃衬底时，这给出t<89μm的条件。
如方程式3中所示，参数t、r和d都是相关的。一般来说，r是预定的。优选的是，t相对较薄，例如制造工艺所允许的薄，并且d应尽可能较大，并且使用相邻像素之间可用的所有空间。其公开内容以全文引用的方式并入的美国专利公开案第2015/0171374号提供了如下设计d的指南：
d≥(n-1)r
其中n是透镜的折射率。假定t＝0推导此方程式。因此，在具有折射率为nlens的出耦组件的一些实施例中，可能优选的是，从发射区域的侧面到出耦组件的边缘到衬底上的投影的距离d是至少(nlens-1)*r。这可以应用于本文所公开的在每一发射区域或子像素中不使用单一出耦组件的配置中，d是指发射区域的边缘与出耦组件、出耦组件阵列、散射层或其它功能类似结构的最外边缘的投影之间的相应测量值，如图3、10、11、12和18中所示。
为了展现这些性质，基于三星Galaxy S6中的红色子像素的近似尺寸，如图4中所展示使用r＝6.75μm和d＝8.75μm，使用半球面微透镜阵列，来进行模拟；其中一个微透镜作为与每个子像素相关的出耦组件。半径(R＝r+d)是15.5μm。透镜紧密堆积并且透镜的材料的折射率为n＝1.52并且不具有吸收。朗伯(Lambertian)发射图案应用到像素。像素与微透镜之间的空间填充有相同折射率材料(n＝1.52)，并且取决于空间距离(t)模拟增强。图5中具有闭合方形符号的曲线展示了增强的距离(t)依赖性。对于单一半球透镜，如所展示，光提取效率随距离t减小而提高。如果距离大于27μm，那么不存在增强。此阈值匹配方程式(4)的计算。随着距离减小，可以提取更多光。举例来说，对于5μm的距离，实现了126％增强。图6展示了不同t值下此配置的角发射分布图。
其它类型的出耦组件也可以用于本文所公开的布置。举例来说，圆锥形透镜可以用作子像素的出耦组件，如图7中所示。圆锥形透镜的结果容易适用于其它类似特征，例如稜镜。图8中具有闭合方形符号的曲线展示了增强的距离依赖性。对于单一圆锥，光提取效率随距离减小而提高。圆锥的阈值是34μm，其大于半球面透镜。随着距离减小，可以提取更多光。举例来说，可以在5μm的距离下实现120％增强。当距离大于阈值时，发射的光具有强正向发射，导致提取增强有极小不同或没有显著的不同，如图8中所示。更一般来说，在一些实施例中，可能优选的是使用类似于半球、但形状不完全是半球面的出耦组件(例如微透镜)来进一步改进从发射区域的出耦。举例来说，可以使用如图7中所示的平顶圆锥或如图20中所示的“扁平”半球面出耦组件。在一些实施例中，可能优选的是出耦组件沿着垂直于发射区域的线并且在移动远离发射区域的方向上的截面积减小。图7中的平顶圆锥和图20中的扁平半球是此类几何构型的特定实例，但可以使用其它形状。
在一些实施例中，间隔层可以安置在发射区域与出耦组件之间。举例来说，再次参考图3，距离t可以包括安置在OLED发射区域上的间隔层和微透镜的与发射区域相关的基底。在一些情况下，间隔层可以是出耦组件的物理整体部分，例如其中微透镜片用以提供多个出耦组件用于多个子像素，并且微透镜片的透镜部分安置在相同材料的层上。在其它情况下，间隔层可以包括与出耦组件相同或类似的材料。可能优选的是间隔层光学上类似于出耦组件。具体来说，可能优选的是间隔层的折射率与出耦组件相同或类似，例如在出耦组件的折射率的0.02内。
使用微特征(例如微透镜阵列或类似组件)的益处是发光的角依赖性的可调节性，如图5和9中所示。角依赖性可以通过在出耦组件中使用不同大小和类型的特征来调节。举例来说，当使用半球面微透镜时，对于较小t值，大角发射更大。当使用圆锥形透镜时，产生大的偏离朗伯的发射图案，如图9中的虚线所展示。作为另一实例，如果使用平顶圆锥，那么如图9中的短虚线所展示，实现接近的朗伯发射轮廓。此实例假定圆锥的基底半径是15.5μm，顶部的半径是10μm，并且高度是15.5μm。在这些实例中，所有圆锥的距离都是10μm。
值得注意的是，距离t涵盖EML与出耦组件的水平基底(例如微透镜阵列的基底)之间的任何和所有层。因为层(例如透明电极、有机发射层等)的厚度典型地相对极薄，所以t可能极准确近似为OLED电极的表面与出耦组件的基底之间的距离。因此，如本文关于t或另外关于相对于OLED或OLED的发射层或区域测量的距离所用，术语“OLED”和“发射区域”可以互换使用。类似地，为了清楚起见，本文呈现的图可以展示OLED，本领域的技术人员将容易将所述OLED理解为包括一或多个发射区域，而不展示如图1和2中所示的OLED的内部结构。
在微透镜阵列层压到玻璃上构建的OLED的配置中，t至少包括玻璃衬底、MLA基底膜和层压胶粘剂的厚度。在OLED直接安置在MLA膜的背面上的配置中，t包括MLA基底膜、平面化层(如果存在的话)、屏障层(如果存在的话)和OLED与MLA膜之间的任何其它功能层的厚度。在两种例示性配置中，在不存在本文所公开的技术的情况下，可能难以实现小于89μm的t，并且可能难以或不可能实现小于27.7μm的t。然而，在许多配置中，为了得到足够的光提取益处，可能需要远小于那些例示性值的t。本文所公开的实施例提供了相对极小的t值，例如80μm、27μm、15μm或更小。
上文所述的例示性配置包括对应于每个子像素的一个微透镜。在一些实施例中，多个出耦组件(例如来自微透镜阵列的多个微透镜)可以对应于一个子像素，如图10中所示。还可能在一个方向上具有一个透镜并且对于其它尺寸具有多个透镜。举例来说，如图10中所示，出耦组件可以是包括总半径为R的多个特征的出耦组件阵列。举例来说，出耦组件阵列可以是如先前所描述的微透镜阵列(多个角锥、矩形、半球面或扁平半球面透镜)的全部或一部分，或出耦组件特征的任何其它组合。出耦组件阵列可以至少部分安置在发射区域上，和/或阵列中的与特定发射区域相关的每个组件可以至少部分安置在发射区域上。在此类配置中，d是指从发射区域的边缘到出耦组件阵列的最外出耦组件的边缘的投影的距离。
因为t典型地将不是0，所以不是所有由发射区域发射的光都可以由微透镜收集。这说明于图11中。光线1通过透镜发射到空气中。然而，光线3进入相邻透镜并且将从相邻透镜发射，因此导致非所要的交叉干扰。
为了解决此潜在的交叉干扰，出耦组件的基底(即，出耦组件的安置得最接近发射区域的表面)可以涂布有光吸收材料(例如黑色染料)以吸收杂散光线。染料可以防止归因于杂散光的交叉干扰，对以其它方式出耦的光具有最小影响。光线3代表了最差情况情境，其中光线将达到距透镜基底平面最远(定义为b)。使用小角近似：
Figure GDA0002641662970000131
举例来说，为了防止b大于0.2R，t应小于0.1d。在例示性Galaxy S6装置中，其中d＝9μm，t因此将小于0.9μm。可以涂覆黑色染料以便仅吸收将进入相邻出耦组件的光。此类方法的一个潜在缺点可能是，归因于光由染料的吸收，增强受损。
此类结构可以通过将黑色染料溶液在透镜侧上分配到出耦组件的基底上、例如微透镜阵列上而制造。在固化之后，黑色染料将保持在透镜的底部部分。所得黑色矩阵的高度由所分配溶液的量决定。
根据本文所公开的实施例可以减少或防止光学交叉干扰的另一技术是使用插入在出耦组件的基底与EML之间的散焦层，其中散焦层的折射率小于出耦组件基底材料的折射率。因为此层具有较小折射率，所以基于斯涅尔定律(Snell's law)，进入透镜材料中的光将具有窄得多的轮廓。净效果是光更聚焦进入透镜基底，如图12中所示。在此类配置中，杂散光限制在散焦层与EML层之间。优选地，出耦组件基底中的光聚焦到足以完全或基本上完全由出耦组件收集。假定散焦层极接近EML层并且透镜配置如图12中所定义，散焦层的折射率ndef应满足以下条件：
Figure GDA0002641662970000141
再次使用具有d＝8.75μm的例示性三星Galaxy S6装置，并且假定t＝5μm和nlens＝1.7，ndef小于1.47。因此，如果SiO2层用作散焦层并且出耦组件是折射率为1.7的材料，那么减少或防止显示像素和子像素中的交叉干扰。可能优选的是散焦层的厚度至少与由相关发射区域发射的光的波长相当，但小于由方程式3和4定义的t值。
根据本文所公开的实施例消除/减少交叉干扰的另一新颖方式是将“着色剂”与出耦组件整合。一般来说，每个出耦组件(例如微透镜阵列中的每个透镜)可以包括一或多种着色剂。着色剂可以是具有选择性透射或发射具有所要色彩(例如如本文所公开的所要波长范围)的光的性质的任何材料。着色剂的一些实例是染料、色彩转换材料、量子点等。举例来说，可以使用当前用作LCD中的彩色滤光片的材料和LED背光中的色彩转换材料。典型地，着色剂将是红色、绿色和蓝色，但本文所公开的实施例不限于那些色彩。
在使用个别红色、绿色和蓝色子像素的显示器架构中，有色透镜(具有着色剂)可以经布置，以使得每个透镜的色彩与OLED像素的色彩相同，例如红色透镜用于红色像素。因此，当红光进入相邻像素透镜时，其将被相邻像素中的绿色或蓝色染料吸收。其通过具有相同色彩的透镜时具有极少/不具有损失。这也是提高对比度的有效方式。
在彩色滤光片放置在白色OLED子像素的顶部上的显示器架构中，有色出耦组件可以直接代替具有相同色彩和/或位置的彩色滤光片。举例来说，红色透镜可以代替红色滤光片，黄色透镜代替黄色滤光片等，无有色透镜安置在白色装置的顶部上或透明透镜安置在白色装置的顶部上，所述白色装置预期发射白光。
进行模拟以估算有色透镜方法的光提取效率。考虑两种情形。首先，光线通过波导耦合到下一透镜(例如，图11中的射线3)。这些光线的性质将取决于距离，OLED与出耦组件之间的距离越近，耦合的机率越小。在从一个出耦组件中出来的大角发射光线到达相邻组件的表面时，其也可能发生交叉干扰(例如，图11中的光线2)。因此，考虑两种类型的交叉干扰并且假定相邻有色透镜的100％吸收，新增强曲线图产生于图5中。在此情况下，光提取效率较低。当距离大于阈值时，发射光具有强正向发射。因此，提取增强不存在显著不同。在阈值之后，大角发射将被下一像素透镜吸收，导致增强较低。然而，如果距离减小到5μm，那么仍可以实现82％增强。在圆锥透镜的情况下也产生相同曲线图，如图8中的空心圆的曲线所展示。
OLED显示器与其它类型的显示器相比的一个优势是可用的极高对比率。在一些实施例中，这可以通过在显示器前面放置圆形偏光器而实现。当所有界面都是平面时，此方法尤其有效。当使用出耦组件(例如微透镜)时，此方法可能不再有效，因为光线在进入并且然后离开微透镜之后可能改变方向。另一问题是，出耦组件(例如MLA)可能是良好的环境光收集器，因此导致强反向散射，导致对比度较低。
此问题的解决方案可以通过若干方法中的一或多者来解决。首先，有色透镜减少交叉干扰的相同原理也起作用以减少反向散射。那些反向散射的光线倾向于行进通过多个透镜，并且有色透镜可以通过此工艺有效地吸收光。值得注意的是，有色透镜本身对于对比率性能可能足够好，使得不需要圆形偏光器。这可以单独加倍MLA或类似出耦组件的出耦性能，例如图5中的82％增强变为164％。
作为另一方法，如先前所公开使用黑色染料也可以减少出耦组件(例如MLA)的散射。黑色染料可以涂覆在透镜基底处或OLED内部非发射区域中。
在一些实施例中，仍可以使用圆形偏光器。举例来说，其可以放置在出耦组件与OLED之间。如先前所公开，此结构的厚度优选服从方程式3和4。在一些实施例中，圆形偏光器可以放置在出耦组件的顶部上。在此情况下，圆形偏光器的厚度不受方程式3和4限制。
当出耦组件的顶部表面扁平时，圆形偏光器可以安置在出耦组件(包括组件的任何微特征)的顶部上。可能优选的是，顶部扁平面积的大小大于发射区域的有效面积的大小。这导致对光的偏振的破坏最小，并且观看者可以看到透明图像。举例来说，图20展示了具有平顶表面的半球面透镜的实例。圆形偏光器放置在顶部上，此类结构可以提供良好出耦和对比度。或者或另外，抗反射(AR)涂层可以安置在出耦组件表面的顶部上以减少界面反射。
包括其基底的出耦组件的折射率也可能影响本文所公开的实施例的光学性质。使用半球面透镜进行模拟以比较具有1.52和1.7的不同折射率的MLA的出耦效率。有色透镜的配置用于不同色彩的100％吸收的情况。结果展示于图16中。在较高折射率材料的情况下，可以提取较多光。在5μm距离的距离下，对于较高的1.7折射率，实现137％增强。相比之下，对于较低的1.52折射率，实现82％增强。
各种技术可以用以制造如本文所公开的装置。现在将关于RGB有色像素和对应于一个微透镜的每个显示子像素描述两个实例。其它配置可以使用类似工艺制造，包括不同类型和布置的发射区域、子像素和/或出耦组件。
图13展示了制造具有有色透镜的MLA的例示性技术。在1310，制备或获得具有对应于显示像素布局的所要微透镜放置布局(例如，如先前所公开，具有对应于子像素的发射区域的一或多个微透镜)的模具。孔的形状可以是半球、圆锥、稜镜或其它形状。
在1320，与着色染料混合的透镜材料可以喷墨或以其它方式沉积到预定模具位置中。当不同色彩像素的大小不同时，相应孔也具有不同大小。举例来说，与红色染料混合的材料可以放置到模具上的预指定用于红色显示像素的透镜位置中，如所展示。这可以如所展示在1330、1340重复直到制备好所有有色透镜。尽管展示了总共三种色彩，但可以使用更多或更少着色染料和透镜。透镜可以固化或部分固化以防止不同色彩之间的混合。如在1350所展示，透明基底材料可以涂布或以其它方式沉积在有色透镜的顶部上以整合所有透镜。可能优选的是将相同基底材料用于出耦组件，例如透镜和基底膜，因此其可以充分混合。一个实例是溶解于溶剂中的PMMA。为了防止有色透镜再溶解和与其它色彩混合，如图14中所展示，可能不需要有色透镜涂层完全填充模具上的每个孔，即，图14中的结构可以代替在1340展示的结构。在基底膜固化之后，可以在1360使膜从模具脱离。或者，如图15中所示并且如本文更详细地描述，可以在装置和其它层沉积在膜的顶部上之后使膜脱离。基底的厚度优选应服从方程式3和4中描述的需求。
作为另一实例，MLA可以通过在每个子像素的顶部上直接喷墨透镜而制造。这可以在制备显示器之后进行，并且可以应用于底部发射和顶部发射OLED两者。
图15展示了在MLA从模具脱离之前在MLA上制造的OLED的实例。1510展示了如先前关于1350所描述的布置。在一个实施例中，如图15中的1520所展示，可以在MLA基底的顶部上形成OLED装置。显示子像素可以在微透镜阵列的顶部上形成，每个色彩的OLED子像素直接在相同色彩的微透镜的顶部上形成。此工艺类似于标准OLED显示器制造工艺。可以在模具上制造对准标记以确保显示子像素与有色透镜之间的恰当对准。屏障层可以沉积在MLA基底的顶部上以防止任何释气。在屏障的顶部上，可以制造TFT背板，接着进行OLED装置制造。如先前关于图1和2所描述，OLED装置可以包括两个电极和一或多个安置在电极之间的有机层。RGB像素的图案可以使用遮蔽掩模实现。可能优选的是，另一薄膜钝化或屏障层应用在OLED装置的顶部上。还可以使用玻璃封装。为了促进下一工艺步骤，膜可以层压在装置的顶部上以便进行保护和易于处置。在1530，可以从模具分离有OLED显示子像素安置在其上的MLA。额外层可以添加到脱模的装置。此类层的实例包括AR涂层、耐划涂层、硬涂层等。硬涂层可以包括一或多个塑料膜、屏障涂布塑料膜或薄玻璃。
在如本文所公开的各种实施例中，出耦组件可以连接到顶部或底部发射装置。现在将描述使MLA连接到顶部发射OLED的实例；类似工艺可以用以使出耦组件连接到底部发射OLED。举例来说，MLA基底可以连接到底部发射OLED的底部衬底。
可以单独地制造或获得顶部发射OLED显示器。薄膜钝化或屏障层可以沉积在OLED显示器的顶部上。为了将OLED与MLA表面之间的距离t减到最小，薄膜层可能是优选的。如先前所描述，可能优选的是此距离尽可能小。
例如在图13中的1350展示的结构的结构可以放置在MLA背对OLED的顶部发射OLED的顶部上。MLA与OLED装置之间的对准可以例如通过在显示器和MLA/模具上放置对准标记来实现，以确保右子像素与右透镜对准，即，相同色彩和位置。
MLA基底可以例如借助薄粘合层或溶剂涂层连接到OLED装置。举例来说，如果MLA基底材料可以溶解于特定溶剂中，那么此溶剂的薄涂层可以涂覆在OLED顶部钝化层上，接着连接MLA。在溶剂被从系统中驱出之后，MLA可以自动连接到显示器。
如先前关于其它实例所描述，模具可以在使MLA连接到OLED之后拆除，重点是保持使MLA连接到OLED显示器。如先前所公开，然后可以添加额外功能层。将OLED放置在MLA基底上和使MLA基底连接到OLED的步骤可以在MLA已经从模具脱离的情况下进行，如在图13中的1360所展示。
在一个实施例中，有色出耦组件(例如有色MLA)也可以通过在OLED显示器的发射表面上直接喷墨印刷在显示器上制造。透镜与像素的对准可以通过在喷墨印刷工艺期间在显示器上使用对准特征来实现。通用工艺包括将染料与透镜材料混合和借助喷墨沉积溶液。在分配之后，可能优选的是使溶液固化以形成透镜。固化工艺可以包括烘烤、UV辐照以将溶剂驱出或使前驱体交联等。可以使用其它着色剂，例如量子点。所印刷MLA的大小、形状和纵横比可以通过油墨体积、油墨材料、表面处理和印刷中表面的表面形状特征来调节。微透镜的大小可以与油墨体积成比例。通过改变油墨材料和使用不同表面处理，可以调节接触角和表面张力以及因此微透镜的形状和纵横比。此外，印刷中表面的表面形状也影响印刷工艺和微透镜的性质。在底部发射装置中，印刷中表面是扁平的。因此，微透镜性质取决于接触角和表面张力。在顶部发射装置中，归因于背板工艺，不具有平面化层的发射表面可能是不均匀的。通常，应用绝缘栅极以在OLED生长之前分隔每个子像素。在此情况下，子像素有效面积小于绝缘栅极，形成孔结构。当分配油墨材料时，此孔结构可以影响微透镜的最终形状。良好控制的工艺和精密选择的油墨材料可以在每个孔上形成界限分明的微透镜，如图17中所示。第一顶行是空像素；剩余行是IJP MLA。
前述实例使用微透镜阵列作为说明性出耦组件以提高显示器效率。在一些实施例中，可以使用散射层代替微透镜阵列。举例来说，图18展示了直接应用在显示子像素的顶部上(即，与子像素的一或多个发射区域呈堆叠方式)的散射层。当间隔t较小并且散射层面积相对大时，散射层可以提取否则的话将归因于波导效应而滞留于衬底和有机层中的光。本文先前公开的相同计算可以用以设计散射层尺寸。一般来说，较薄的t提供了较好的提取效率。在一些实施例中，间隔层可以安置在发射区域与散射层之间，如图18中所示。在此情况下，可能需要间隔层的厚度t服从与先前关于出耦组件的使用所公开类似的规则：
Figure GDA0002641662970000181
其中nsp是间隔层的平均折射率，并且r和R如先前所定义并且如图18中所展示，但相对于散射层而非出耦组件。
在另一实施例中，可以使用散射环代替圆形OLED像素的圆，如图19中所示。在此配置中，对应于具有相当或更大面积的OLED像素的中心区域保持光滑。大部分从OLED到达此中心区域的光具有小入射角，因此其可以在无散射层的帮助下离开。实际上，在一些实施例中，可能优选的是在此区域中没有散射。从OLED到达散射环的光典型地具有大得多的入射角并且将在无散射层的情况下全内反射。当使用散射层时，此光可以重定向出衬底，因此提高装置的效率。用于提高对比度的常规圆形偏光器仍可以使用，因为散射层对OLED像素的有效面积中的偏振不存在破坏。为了改进对交叉干扰和对比度性能的影响，可以使用有色散射材料。举例来说，可以在红色子像素的顶部上使用红色散射材料，在蓝色子像素的情况下使用蓝色散射材料，等等。
有色散射材料可以例如通过将散射剂(例如纳米粒子)混合于有色材料中而制备。印刷或涂布工艺可以用以在装置的顶部上涂覆此类涂层。表面处理也可以用于将散射层精确图案化。举例来说，环图案可以使用光刻工艺用高表面能处理。当涂覆散射有色溶液时，其含于环内。使材料固化将使材料固体化并且使材料永久保持在同一位置处。其它方法也可以用以产生散射层。举例来说，散射层可以通过在显示子像素的顶部上使所要面积中的表面粗糙化而非通过沉积额外层或材料来形成。
本文所公开的实施例还可以与其它出耦方法组合。举例来说，具有亚微米节距的波纹结构可以提取OLED中的等离子模式光。此类装置可以与本文所公开的其它结构结合用以进一步提高效率。
如本文所公开的出耦组件可以应用于任何或所有显示子像素。其也可以取决于例如以下的因素而仅应用到选择性显示子像素：像素布局、效率和每个色彩分量的寿命，并且人类眼睛或透镜对仅一种色彩的敏感度可以应用到显示器。如先前所描述，无关于在小距离t处多少子像素使用出耦组件，通常将在效率与对比度/分辨率之间进行权衡。然而，在由出耦结构提供的提高的效率下，对比度和像素清晰度可能(由于交叉干扰)降低。在一些配置中，可能优选的是仅将出耦特征应用到所选像素、色彩或子像素。举例来说，出耦结构可以仅应用到显示器中的蓝色子像素。因为人类眼睛通常相对于红光、绿光和尤其黄光对蓝光的分辨率不大敏感，所以归因于光学交叉干扰的分辨率降低不大明显或不成问题。同时，蓝色发射装置通常最多地获益于光输出和寿命的增加。使用如本文所公开的出耦特征典型地将增加应用有其的每个子像素的寿命和/或光输出，这可以使得这些技术尤其适用于蓝色子像素。
在一个实施例中，可以遍及显示器地使用蓝色的出耦组件(例如微透镜)，即，用于显示器中的一些或全部子像素。在此类配置中，蓝色的透镜可以在显示器上连续应用，但将仅增强从蓝色子像素的输出。这将具有仅需要在显示器上沉积一种类型的微透镜或其它出耦组件而无需使不同有色透镜图案化的益处。蓝色的透镜可以或可以不物理放置在其它有色子像素上，但将对交叉干扰没有影响，但其可以减少非蓝色子像素的输出。在一些实施例中，可能优选的是蓝色的出耦组件仅放置在蓝色发射子像素上或在蓝色发射子像素上图案化。仅将出耦组件应用到选择性像素的另一实例是在如下配置中，其中子像素布置和/或尺寸阻止将出耦组件应用到所有个别子像素，例如其中某些子像素对于待应用的出耦组件来说太小或太接近。
在一些情况下，可能优选的是如先前所描述，多个像素或子像素共用相同的出耦特征。一个实例是当子像素对于出耦特征的精密放置来说太小时。多个子像素则可以共用同一出耦特征。举例来说，微透镜覆盖或散射环围绕多个子像素。
如本文所用，“出耦组件”是指使光从OLED出耦的组件。为了进行出耦，当直接或间接光学耦合到OLED的发射区域时，组件必须导致与原本将在不存在出耦组件下离开OLED的光相比更多光离开OLED。出耦组件的实例包括任何大小、形状和布置的微透镜阵列。
如本文所用，“红色”层、材料、区域或装置是指发射约580-700nm范围内的光的层、材料、区域或装置；“绿色”层、材料、区域或装置是指发射光谱的峰值波长在约500-600nm范围内的层、材料、区域或装置；“蓝色”层、材料或装置是指发射光谱的峰值波长在约400-500nm范围内的层、材料或装置；并且“黄色”层、材料、区域或装置是指发射光谱的峰值波长在约540-600nm范围内的层、材料、区域或装置。在一些布置中，单独的区域、层、材料、区域或装置可以提供单独的“深蓝色”和“浅蓝色”光。如本文所用，在提供单独的“浅蓝色”和“深蓝色”的布置中，“深蓝色”分量是指峰值发射波长比“浅蓝色”分量的峰值发射波长小至少约4nm的分量。典型地，“浅蓝色”分量的峰值发射波长在约465-500nm范围内，并且“深蓝色”分量的峰值发射波长在约400-470nm范围内，但对于一些配置来说这些范围可以变化。类似地，变色层是指将另一色彩的光转换或修改成具有关于所述色彩指定的波长的光的层。举例来说，“红色”滤光片是指形成波长在约580-700nm范围内的光的滤光片。一般来说，存在两类变色层：通过去除光的非所需波长修改光谱的彩色滤光片，以及将较高能量的光子转换成较低能量的变色层。如本文所公开，如果两个组件(例如两个发射区域、层、材料或装置)发射峰值波长在相同范围内的光，那么其视为具有“相同色彩”。举例来说，如果两个发射区域发射峰值波长在约580-700nm范围内的光，那么两个区域可以都描述为“红色”并且因此描述为具有“相同色彩”。
应理解，本文所述的各种实施例仅作为实例，并且无意限制本发明的范围。举例来说，本文所述的材料和结构中的许多可以用其它材料和结构来取代，而不脱离本发明的精神。如所要求的本发明因此可以包括本文所述的具体实例和优选实施例的变化，如本领域技术人员将明白。应理解，关于本发明为何起作用的各种理论无意为限制性的。

Claims (20)

1.一种有机发光显示器，其包含：
在衬底上的宽度为2r的第一发射区域；
安置在所述第一发射区域上并且具有水平基底表面的出耦组件，所述基底表面安置得距所述第一发射区域垂直距离t并且光学耦合到所述第一发射区域，所述出耦组件的折射率为nlens并且在所述基底表面上的宽度为2R，其中
Figure FDA0002615071590000011
Figure FDA0002615071590000012
以及
安置在所述出耦组件与所述第一发射区域之间的散焦层，其中所述散焦层具有折射率ndef，其中
Figure FDA0002615071590000013
其中d是从所述第一发射区域的边缘到所述出耦组件的边缘的投影的距离。
2.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中d≥(nlens-1)r，其中d是从所述第一发射区域的侧边缘到所述出耦组件的边缘到所述衬底上的投影的距离。
3.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其进一步包含安置在所述第一发射区域与所述出耦组件之间的间隔层，其中所述间隔层包含折射率在nlens的0.02内的材料。
4.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中t不大于80μm。
5.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中t不大于27μm。
6.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中t不大于15μm。
7.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中所述出耦组件包含总宽度为2R的出耦组件阵列，其中所述出耦组件阵列中的每个出耦组件至少部分安置在所述第一发射区域上，并且其中d是从所述第一发射区域的边缘到所述出耦组件阵列的最外出耦组件的边缘的投影的距离。
8.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其进一步包含安置在所述出耦组件的边缘上的光吸收材料，所述出耦组件安置于最接近所述第一发射区域。
9.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中所述出耦组件包含着色剂。
10.根据权利要求9所述的有机发光显示器，其中所述着色剂的色彩与由所述第一发射区域发射的光的峰值波长的色彩相同。
11.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其进一步包含安置在所述出耦组件与所述第一发射区域之间的圆形偏光器。
12.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中所述显示器包含多个像素，每个像素包含多个子像素，并且其中所述第一发射区域发射待由所述多个子像素中的一者发射的光。
13.根据权利要求12所述的有机发光显示器，其中所述显示器包含用于所述多个子像素中的每一者的至少一个出耦组件。
14.根据权利要求12所述的有机发光显示器，其中所述显示器包含多个色彩的子像素，并且所述显示器包含用于所述多个色彩中的仅一个色彩的子像素的出耦组件。
15.根据权利要求12所述的有机发光显示器，其中每个发射区域可个别寻址。
16.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中所述出耦组件的最大厚度比r大至少10％。
17.根据权利要求1所述的有机发光显示器，其中所述出耦组件沿着垂直于所述第一发射区域的线并且在移动远离所述第一发射区域的方向上的截面积减小。
18.根据权利要求17所述的有机发光显示器，其中所述出耦组件包含至少一个平顶的微透镜。
19.一种有机发光显示器，其包含：
在衬底上的宽度为2r的第一发射区域；
安置在所述第一发射区域上并且宽度为2R的散射层；
平均折射率为nsp的间隔层，所述间隔层安置在所述第一发射区域与所述散射层之间并且光学耦合到所述第一发射区域和所述散射层，其中
Figure FDA0002615071590000031
Figure FDA0002615071590000032
其中t为从所述第一发射区域到所述间隔层的垂直距离；以及
安置在所述间隔层与所述第一发射区域之间的散焦层，其中所述散焦层具有折射率ndef，其中
Figure FDA0002615071590000033
其中d是从所述第一发射区域的边缘到所述散射层的边缘的投影的距离。
20.一种制造有机发光显示器的方法，所述方法包含：
获得多个OLED；
制造出耦组件阵列；和
使所述出耦组件阵列光学耦合到所述多个OLED；
其中，对于所述多个OLED的每个OLED、和所述出耦组件阵列的与所述每个OLED呈堆叠方式安置并且光学耦合到所述每个OLED的至少一个出耦组件，
Figure FDA0002615071590000034
其中2r是所述每个OLED的宽度，t是从所述OLED的发射层到所述至少一个出耦组件的垂直距离，nlens是所述至少一个出耦组件的折射率，并且R是所述至少一个出耦组件的总半径；且
其中散焦层被安置在所述至少一个出耦组件与相应的OLED之间，其中所述散焦层具有折射率ndef，其中
Figure FDA0002615071590000035
其中d是从所述相应的OLED的边缘到所述至少一个出耦组件的最外出耦组件的边缘的投影的距离。
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