CN117750840A - 发光装置、显示装置、光电转换装置和电子设备 - Google Patents

发光装置、显示装置、光电转换装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供发光装置、显示装置、光电转换装置和电子设备。提供了一种发光装置，该发光装置包括基板、布置在基板的主面上的折射率为n的透镜、以及布置在主面和透镜之间的发光区域。透镜的表面是凸出的，并且包括顶点和端部。在h表示顶点和端部之间的高度、r表示与主面的正交投影中的顶点和端部之间的距离、H表示端部和发光区域之间的高度、并且2a表示发光区域的宽度的情况下，满足下面的表达式的关系：h<r、γ<55°、且a>r‑Htanβ，其中，2rh/(r2+h2)＝sinθ，sinθ＝nsinα，θ–α＝β，以及nsinβ＝sinγ。

Description

发光装置、显示装置、光电转换装置和电子设备
技术领域
本发明涉及发光装置、显示装置、光电转换装置和电子设备。
背景技术
日本特开2017-017013描述了一种技术，该技术用于在发光区域上布置透镜并调整透镜的直径以及透镜和发光区域之间的距离，以提高有机发光显示器中的光提取效率。
发明内容
为了提高发光装置的性能，需要进一步有效地提取从发光区域发射的光。
本发明的一些实施例提供了有利于提高光提取效率的技术。
根据一些实施例，提供了一种发光装置，包括：基板；透镜，其具有折射率n，并且布置在所述基板的主面上；以及发光区域，其布置在所述主面和所述透镜之间，其中，所述透镜的上表面包括在远离所述主面的方向上凸出的曲面，所述曲面包括顶点和与所述主面平行的方向上的端部，以及在h[μm]表示所述主面的法线方向上的所述顶点和所述端部之间的高度差、r[μm]表示与所述主面的正交投影中的所述顶点和所述端部之间的距离、H[μm]表示所述法线方向上的所述端部和所述发光区域之间的高度差、并且2a[μm]表示与所述主面平行的方向上的所述发光区域的宽度的情况下，满足下面的表达式(1)、(2)和(3)的关系：
h < r ... (1)
γ < 55° ... (2)
a > r - H·tanβ ... (3)
其中，2rh/(r2+h2)＝sinθ，sinθ＝n·sinα，θ-α＝β，以及n·sinβ＝sinγ。
通过(参考附图)对以下示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据实施例的发光装置的透镜的布置的示例的图；
图2是示出根据比较例的发光装置的透镜的布置的示例的图；
图3是示出根据比较例的发光装置的透镜的布置的示例的图；
图4是示出根据比较例的发光装置的透镜的布置的示例的图；
图5是示出根据实施例的发光装置的透镜的布置的示例的图；
图6是示出根据实施例的发光装置的布置的示例的图；
图7A至图7C是各自示出图6所示的发光装置的发光元件的布置的示例的图；
图8是示出根据实施例的发光装置的布置的示例的图；
图9是示出根据实施例的发光装置的布置的示例的图；
图10是示出根据实施例的发光装置的布置的示例的图；
图11是示出根据实施例的发光装置的布置的示例的图；
图12是示出使用根据实施例的发光装置的显示装置的示例的图；
图13是示出使用根据实施例的发光装置的光电转换装置的示例的图；
图14是示出使用根据实施例的发光装置的电子设备的示例的图；
图15A和图15B是各自示出使用根据实施例的发光装置的显示装置的示例的图；
图16是示出使用根据实施例的发光装置的照明装置的示例的图；
图17是示出使用根据实施例的发光装置的移动体的示例的图；以及
图18A和图18B是各自示出使用根据实施例的发光装置的可穿戴装置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，以下实施例不旨在限制所要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不限制为需要全部这样的特征的发明，并且可以适当地组合多个这样的特征。此外，在附图中，相同的附图标记被赋予相同或类似的配置，并且省略其冗余描述。
将参照图1至图11描述根据本公开的实施例的发光装置。图1是示出根据本实施例的发光装置10中所布置的透镜的布置的示例的截面图。图2和图3是各自示出根据比较例的布置在发光装置10’中的透镜的示例的截面图。发光装置10包括基板8、布置在基板8的主面34上的折射率为n的透镜17、以及布置在透镜17和基板8的主面34之间的发光区域32。发光区域32可以布置在介质层35中，该介质层35布置在透镜17和基板8的主面34之间。将参照图1至图3详细描述透镜17的形状，因此图1至图3没有示出除上述组件之外的组件。稍后将描述发光装置10的详细布置。
在与基板8的主面34的正交投影中，可以将发光区域32的中心部和透镜17的中心部以彼此重叠的方式进行布置。如图1所示，在与基板8的主面34的正交投影中，可以将发光区域32的中心和透镜17的中心以彼此重叠的方式进行布置。在这种情况下，在与基板8的主面34的正交投影中，发光区域32(透镜17)的中心可以是发光区域32(透镜17)的几何重心的位置。此外，发光区域32(透镜17)的中心部可以被定义为如下位置的集合内侧的区域，其中，各个位置将用于连接发光区域32(透镜17)的中心和发光区域32(透镜17)的外缘的虚拟线进行二等分。
透镜17可以被称为微透镜等。透镜17的上表面具有在远离基板8的主面34的方向上凸出的曲面40。本实施例假设曲面40是球面的一部分。凸出的曲面40包括顶点41和与主面平行的方向上的端部42。曲面40的顶点41是用于形成透镜17的上表面的曲面40中的离基板8的主面34最远的部分。在图1所示的布置的情况下，曲面40的端部42是透镜17的用于接触介质层35的部分。可替代地，例如，如果透镜17的外缘部是平缓的，则曲面40的端部42可以是透镜17的上表面从凸出的曲面40改变为凹形的拐点的集合。图1至图3各自示出基板8的主面34的法线方向上的通过用于形成透镜17的上表面的曲面40的顶点41的截面。
如图1所示，基板8的主面34的法线方向上的顶点41和端部42之间的高度差用h[μm]表示(在下文中有时将被称为“距离h”)。与基板8的主面34的正交投影中的顶点41和端部42之间的距离由r[μm]表示(在下文有时将被称为“距离r”)。基板8的主面34的法线方向上的端部42和发光区域32之间的高度差由H[μm]表示(在下文中有时将被称为“距离H”)。与基板8的主面34平行的方向上的发光区域32的宽度为2×a[μm](在下文中，与基板8的主面34平行的方向上的发光区域32的宽度的1/2有时将被称为“距离a”)。
在图1和图3所示的透镜17中，曲面40形成球面的一部分，并且距离h和r具有h<r的关系。更具体地，距离h和r具有h＝0.7r的关系。另一方面，在图2所示的透镜17中，曲面40是半球面。因此，距离h和r具有h＝r的关系。
如果不设置透镜17，当假设发光区域32的形状为半径a(直径2a)的圆形时，则有助于在基板8的主面34的法线方向上提取(在下文中有时将被称为“正面提取”)光的面积为πa2。另一方面，在图1所示的设置有透镜17的布置中，有助于正面提取的面积为πr2。距离r和a具有r>a的关系。因此，如果设置了透镜17，则有助于正面提取的区域变大，从而提高光提取效率。
接下来，考虑从发光区域32发射的光在折射率为n的透镜17和折射率为1的空气之间的界面处被折射并被提取的路径。在实施例中，假设从发光区域32到透镜17的介质层35的折射率也是n。
在曲面40的端部42中，与透镜17的表面接触的切线的倾斜度(倾斜角θ)在曲面40上最大。如果曲面40是球面，则使用距离h和r利用sinθ＝2rh/(r2+h2)来获得倾斜角θ。考虑到被透镜17的上表面(曲面40)以倾斜角θ折射并在正面方向(基板8的主面34的法线方向)被提取的光束，基于斯内尔(Snell)定律，向透镜17的曲面40的入射角α由n·sinα＝sinθ表示。此外，光束相对于正面方向的角度β通过β＝θ–α而获得。另一方面，如果没有设置透镜17，即，如果在空气中提取由θ＝0°的面折射的光，则在折射率为n的介质中具有角度β的光束向空气的发射角γ由sinγ＝n·sinβ表示。
在图1和图3所示的布置中，如果h＝0.7r和n＝1.4，则获得θ＝70.0°、α＝42.2°、β＝27.8°、以及γ＝40.8°。也就是说，如果没有设置透镜17，则发现在相对于正面方向40.8°的方向上出射的光被透镜17的端部42折射并在正面方向上被提取。在从透镜17的曲面40的顶点41到端部42为止的各个点处，曲面40的倾斜角在0和70.0°之间。利用该透镜17，在没有设置透镜17的情况下，在相对于正面方向0到40.8°的方向上出射的光在正面方向上被提取。另一方面，在图2所示的布置中，如果h＝4和n＝1.4，则获得θ＝90°、α＝45.6°、β＝44.4°、以及γ＝78.5°。
在本实施例中，在正面方向上从发光区域32发射光的照射强度表示为照射强度I0。此外，在角度β的方向上从发光区域32发射光的照射强度表示为照射强度Iβ。在不依赖照射角度而以相同照射强度从发光区域32发射光的情况下(即在Iβ＝I0的情况下)，由于在正面方向上提取的光的立体角随着根据透镜17的距离r和h计算出的发射角γ的增加而增加，因此正面提取光量较大。另一方面，在用于发光区域32的有机发光元件中，来自发光区域32的照射强度在正面方向上最高，并且随着照射角度越大可能会越低。特别地，可以在0<β<γ的范围内满足Iβ<I0·cosβ。如果满足Iβ<I0·cosβ，则发现随着根据透镜17的距离r和h计算出的发射角γ越大，正面提取光量越小。这可能是因为使用接近正面方向的角度的具有相对大的光量的光(小角度β区域中的光)的效果大于增加光提取角的效果。
此外，在用于发光区域32的有机发光元件中，随着照射角度越大，光的色纯度可能会劣化。随着相对于正面方向的角度越大，从发光区域32发射的光的色纯度的劣化越大。也就是说，随着发射角γ越大，正面方向上的色纯度劣化。也就是说，通过将图1所示的布置和图2所示的布置进行比较，可以增加正面提取光量，并且可以在图1所示的发射角γ小的布置中提取具有高色纯度的光。随着发射角γ越小，该效果越大。如果有机发光元件的发光层中的光束角度变为29°以上，则照射强度和色纯度可能突然降低，因此发光层中的角度小于29°的光可以在正面方向上被适当地提取。当发光层中的折射率为1.7时，如果不使用微透镜，则发光层中29°的光束在空气中具有55.5°的光束角。也就是说，当设置sinγ<sin55°时，可以获得大的正面提取光量并抑制光纯度的劣化。通过本发明人的实验发现，当γ<55°时，可以抑制色纯度的劣化，并在提高光提取效率(正面提取光量)的同时获得适当的图像质量的图像。
此外，将图1所示的布置与图3所示的布置进行比较。在图1和图3所示的布置中，透镜17和发光区域32的形状相同。另一方面，作为基板8的主面34的法线方向上的、发光区域和透镜17的曲面40的端部42之间的高度差的距离H是不同的。在图1所示的布置中，满足a>r-H·tanβ的关系。然而，在图3所示的布置中，不满足a>r-H·tanβ的关系。如果考虑到透镜17的曲面40的折射，在正面方向上提取的光在发光区域32的方向上被追踪，则在图1所示的布置中，由透镜17的曲面40的端部42折射的光到达发光区域32。与之相对，在图3所示的布置中，由透镜17的曲面40的端部42折射的光不会到达发光区域32。也就是说，在图3所示的布置中，透镜17的外缘部对正面方向上的光的提取没有贡献，并且透镜17中的有助于正面提取的面积为πr’2。由于r’<r，因此在图1所示的布置中，提取光量较大。也就是说，当满足a>r-H·tanβ的关系时，可以提高正面提取光量。
如上所述，考虑到从发光区域32发射的光的照射强度在正面方向上高的情况，当满足下面的表达式(1)、(2)和(3)所给出的关系时，可以增加正面提取光量并提取具有高色纯度的光。
h < r ... (1)
γ < 55° ... (2)
a > r - H·tanβ ... (3)
这使得能够有效地提取从发光区域32发射的光，并且还抑制色纯度的劣化，从而提高发光装置10的性能。
在本实施例中，如果在发光区域32和透镜17之间设置多个不同折射率的介质层(构件)，则代替满足a>r-H·tanβ的关系，考虑到不同折射率的层之间的界面处的折射，可以设置距离r、h、a和h，使得从正面方向进入透镜17的曲面40的端部42的光到达发光区域32。该布置可以提高提取光量。例如，在发光区域32和透镜17之间设置折射率比透镜17的折射率高的层的情况下，满足a>r-H·tanβ的关系是从正面方向进入并已经被微透镜的端部折射的光束到达发光部的充分条件。
将参照图4和图5描述在发光区域32和透镜17之间设置折射率与透镜17的折射率不同的介质层的情况下的布置。图4和图5是各自示出在发光区域32和透镜17之间设置不同折射率的介质层35a和35b的情况下的布置示例的图。假设介质层35a的折射率为n1，并且介质层35b的折射率为n2。例如，介质层35a可以是滤色器。例如，介质层35b可以是用于保护发光区域32免受大气中的水分的影响的保护层。
在图4所示的布置中，折射率具有n1<n<n2的大小关系。考虑到在倾斜方向上从发光区域32发射的光束的折射，根据折射率之间的大小关系，角度a、b和c具有a<c<b的大小关系。当c<b时，光束在介质层35a和透镜17之间的界面处在接近正面方向的方向上弯曲。因此，如图4所示，从发光区域32发射的光可以在接近正面方向的方向上从相邻发光元件的透镜17出射。因此，在发光元件之间可能发生串扰，从而劣化图像质量。此外，由于来自发光区域32的照射角度大，并且具有低色纯度的光可以容易地在视觉上被感知，因此色纯度可能劣化。
另一方面，在图5所示的布置中，折射率具有n<n1<n2的大小关系。因此，角度a、b和c具有a<b<c的大小关系，并且在倾斜方向上从发光区域32发射的光在广角侧在介质层35a和透镜17之间的界面处被折射，并且难以在正面方向上出射。因此，可以抑制色纯度的劣化。
如上所述，当在发光区域32和透镜17之间没有布置折射率比透镜17的折射率n低的层时，可以抑制发光元件之间的串扰以及色纯度的劣化。例如，在图5所示的布置中，透镜17的折射率n和介质层35a的折射率n1可以满足n≤n1的关系。此外，布置在介质层35a和发光区域32之间的介质层35b的折射率n2可以满足n≤n2的关系。另外，介质层35b的折射率n2可以满足n1≤n2的关系。
在图1所示的布置中，发现由透镜17右侧的端部42折射并在正面方向上提取的光是来自发光区域32的中心部右侧的点P的位置的光。另一方面，在图2所示的布置中，由透镜17右侧的端部42折射并在正面方向上提取的光从发光区域32的中心部左侧的点P发射。在点P位于发光区域32的中心部的左侧的情况下，与点P位于发光区域32的中心部的右侧的情况相比，在正面方向上提取大的发射角γ的光。结果，正面提取光量变小，并且色纯度劣化。为了应对这种情况，透镜17的曲面40的端部42与通过端部42的光被发射的位置在发光区域32的同一侧的条件是满足r-H·tanβ>0。也就是说，当透镜17的形状、发光区域32的形状、以及透镜17和发光区域32的位置被设置为满足r-H·tanβ>0时，可以增加正面提取光量并提取具有高色纯度的光。
上面已经描述了用于形成透镜17的上表面的曲面40是球面的一部分的示例。曲面40不需要与球面的一部分一致，并且可以是非球面的一部分。在这种情况下，通过将透镜17的上表面近似为球面的一部分所获得的面可以被视为曲面40。在透镜17中，例如，在微透镜表面的倾斜度从曲面40到除曲面40之外的部分缓慢变化的情况下，曲面40和除曲面40之外的部分之间的边界可能是模糊的。在这种情况下，例如，倾斜角θ最大的部分可以被设置为曲面40的端部42。上述拐点等对应于端部42。在透镜17的曲面40不是球面的一部分并且端部42的曲率小于球面的曲率的情况下，或者在曲面40是非球面的一部分的情况下，通过将实际形状近似为球面的一部分所获得的面可以被设置为曲面40。例如，可以导出通过透镜17的顶点41以及在基板8的主面34的法线方向上距顶点41的距离为h/2的透镜17上的位置的虚拟球面，并且可以基于该虚拟球面来定义距离r。在与基板8的主面34的正交投影中，当r2表示透镜17的顶点41和在法线方向上距透镜17的顶点41的距离为h/2的点之间的距离时，距离r可以由r＝(2×r2 2-h2/2)1/2来定义。
将参照图6描述发光装置10的布置的更详细的示例。图6是通过透镜17的曲面40的顶点41的截面图。现在将描述也被称为有机电致发光元件(有机EL元件)的有机发光元件(在发光区域32中包含有机发光材料的发光元件)的示例，但是发光装置10的布置不限于此。例如，发光元件可以是在发光区域32中包含无机发光材料的无机EL元件。例如，发光二极管等可以用于发光区域32。
如图6所示，发光装置10可以包括基板8、电极9、有机层20、电极11、绝缘层12、保护层13、平坦化层14、滤色器15、平坦化层16和透镜17。电极9布置在基板8上。电极9也可以被称为下部电极。有机层20包括包含发光材料的发光层。有机层20(发光层)的一部分用作上述发光区域32。有机层20布置在基板8和透镜17之间以覆盖电极9。电极11布置在有机层20上。电极11也可以被称为上部电极。有机层20(发光层)通过电极9和11之间的电位差来发光。绝缘层12布置在电极9之间，以使相邻的电极9彼此绝缘。绝缘层12也可以被称为堤(bank)。绝缘层12布置在电极9上的外缘部。各个电极9的没有被绝缘层12覆盖的中心部与有机层20接触。有机层20的与电极9接触的部分可以是上述发光区域32。因此，如图6所示，可以在发光装置10中设置分别与多个电极9相对应的多个发光区域32。保护层13布置在电极11上，并且平坦化层14布置在保护层13上。滤色器15可以布置在平坦化层14上，以分别对应于多个发光区域32。平坦化层16布置在滤色器15上。透镜17布置在平坦化层16上。将透镜17分别以与多个发光区域32相对应的方式进行布置。
用于基板8的材料没有特别限制，只要该材料能够支撑发光装置10的诸如电极9、有机层20和电极11等的各组件即可。例如，玻璃、塑料或硅可以用作基板8的材料。诸如晶体管等的开关元件、配线图案和层间绝缘膜等可以设置在基板8中。
电极9可以是透明的或不透明的。如果电极9是不透明的，则电极9的材料可以是从发光区域32发射的光的波长的反射率为70％以上的金属材料。例如，作为电极9的材料，可以使用诸如Al或Ag等的金属或者通过向Al或Ag添加Si、Cu、Ni或Nd等所获得的合金。作为电极9的材料，可以使用ITO、IZO、AZO或IGZO等。电极9可以是具有由诸如Ti、W、Mo或Au或者其合金等的金属制成的势垒电极(barrier electrode)的堆叠电极(stacked electrode)、具有由ITO或IZO等制成的透明氧化膜电极的堆叠电极、等等，只要反射率高于预定(期望)反射率即可。
如果电极9是透明的，则可以在电极9和基板8之间设置反射层。作为透明电极9的材料，例如可以使用ITO、IZO、AZO或IGZO等。为了优化光学距离(将在后面描述)，可以采用在反射层和透明导电膜之间设置绝缘膜的布置作为电极9的布置。
电极11是可透射的。电极11可以是具有透射已经到达电极11表面的光的一部分并反射光的剩余部分的特性(即半透反射性)的半透射电极。作为电极11的材料，例如可以使用诸如透明导电氧化物等的透明材料。作为电极11的材料，可以使用单一金属(Al、Ag或Au等)、碱金属(Li或Cs等)、碱土类金属(Mg、Ca或Ba等)或包含这些金属材料的合金材料的半透射材料。如果使用半透射材料作为电极11的材料，则可以使用包含Mg或Ag作为主要成分的合金作为半透射材料。电极11可以具有包括由上述材料制成的多个层的堆叠结构，只要该堆叠结构具有适当的透射率即可。在图6所示的布置中，设置了与多个发光区域32共用的电极11。然而，本发明不限于此，并且可以布置分别与多个发光区域32相对应的多个电极11。
电极9和电极11其中之一用作阳极，并且电极9和电极11中的另一个用作阴极。例如，电极9可以用作阳极，并且电极11可以用作阴极。可替代地，电极9可以用作阴极，并且电极11可以用作阳极。
有机层20可以通过诸如沉积法或旋涂法等的已知技术来形成。有机层20可以由多个层形成。如果有机层20是有机化合物层，则除发光层之外，有机层20还包括空穴注入层、空穴输送层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子输送层和电子注入层等中的至少一个。
当从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在发光层中再结合时，发光层发光。发光层可以包括单层或多层。例如，如果将包含红色发光材料的发光层、包含绿色发光材料的发光层、以及包含蓝色发光材料的发光层进行组合，则来自各发光层的光束(红色光、绿色光和蓝色光)可以被混合以获得白光。可以组合发光颜色具有互补颜色关系的两种发光层(例如，包含蓝色发光材料的发光层和包含黄色发光材料的发光层)。在图6所示的发光装置10中，各个发光区域32发射白光，并且该光在滤色器15中被着色。然而，本发明不限于此。对于各个发光区域32，包含在发光层中的材料和发光层的布置可以不同，使得发光层针对各个发光区域32来发射不同颜色的光。在这种情况下，发光层可以针对各个发光区域32来进行图案化。
发光装置10可以包括第一反射层和第二反射层，其中，第一反射层布置在基板8的主面34和包括发光层的有机层20之间，第二反射层布置在透镜17和包括发光层的有机层20之间。第一反射层可以是电极9，或者是布置在电极9和基板8之间的金属层。第二反射层可以是电极11，或者是布置在电极11和透镜17之间的半透射反射层，并且具有透射已经到达表面的光的一部分并反射光的剩余部分的特性(即半透反射性)。
为了相对于发光层中的期望角度θeml优化第一反射层和包括发光层的有机层20的发光区域32之间的光学距离，满足下面的式(4)。在式(4)中，Lr[nm]表示从第一反射层的上表面到有机层20的发光位置为止的光路长度(光学距离)，Φr[rad]表示当波长λ[nm]的光被第一反射层反射时的相移，并且m表示0以上的整数。将电极9的膜厚度、第一反射层的膜厚度、以及有机层20的膜厚度进行调整以满足式(4)。
Lr ＝ (2m - Φr/π)) × (λ/4) × (1/cosθeml) ... (4)
类似地，为了相对于发光层中的期望角度θeml优化第二反射层和包括发光层的有机层20的发光区域32之间的光学距离，满足下面的式(5)。在式(5)中，Ls[nm]表示从第二反射层的下表面到有机层20的发光位置为止的光路长度(光学距离)，Φs[rad]表示当波长λ[nm]的光被第二反射层反射时的相移，并且m表示0以上的整数。
Ls＝(2m-(Φs/π))×(λ/4)×(1/cosθeml)＝-(Φs/π)×(λ/4)…(5)
第一反射层和第二反射层之间的光路长度L[nm]可以满足下面的式(6)。在式(6)中，Φ是相位位移Φr和Φs的和。
L＝Lr+Ls
＝(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)…(6)
在本实施例中，即使光路长度Ls、Lr和L各自偏离式(4)至(6)中的各个式约±λ/8或约20nm，这也落在允许范围内。可能难以指定有机层20的发光层中的发光位置。因此，在以上式(4)至(6)中，可以使用有机层20的发光层的第一反射层侧或第二反射层侧的界面来代替发光位置。考虑到上述允许范围，即使使用界面来代替，也可以获得在正面方向上增强光的效果。
如果不设置透镜17，则可以通过将发光层的光学距离设置在正面方向上(即θeml＝0°)并优化膜厚度以满足式(4)至(6)来提高正面方向上的光量。另一方面，如果如本实施例那样设置透镜17，则如上所述，在没有设置透镜17的情况下，通过将空气中的光束角度落在0°至γ°范围内的光相加来获得由透镜17的曲面40折射并在正面方向上提取的光。因此，当neml表示发光层的折射率时，认为与针对θeml＝0°优化膜厚度相比，通过针对满足0<sinθeml<sinγ/neml的角度θeml优化膜厚度能够更好地提高正面方向上的提取光量。
因此，如本实施例所述，如果设置了透镜17，考虑到上述允许范围，第一反射层和第二反射层之间的光路长度L[nm]可以满足：
(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)-λ/8<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8其中λ[nm]表示通过透镜17的光的峰值波长，m表示0以上的整数，Φ[rad]表示当波长λ的光被第一反射层和第二反射层反射时的相移的和，并且θeml[°]表示当neml表示发光层的折射率时满足0<sinθeml<sinγ/neml的角度。例如，第一反射层和第二反射层之间的光路长度L[nm]可以满足：
(2m-Φ/π)×(λ/4)<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
这提高了从发光层发射的光的提取效率。在这种情况下，θeml可以任意地设置在满足0<sinθeml<sinγ/neml的范围内，以优化色纯度和视角特性。
保护层13、平坦化层14、滤色器15和平坦化层16形成上述介质层35。保护层13是电介质层。保护层13是可透射的。此外，保护层13可以包含对来自发光装置10外部的氧和水分具有低透过性的无机材料。例如，保护层13可以使用诸如氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化硅(SiOx)、氧化铝(Al2O3)或氧化钛(TiO2)等的无机材料来形成。就保护性能而言，保护层13可以由诸如SiN、SiON或Al2O3等的无机材料制成。可以使用化学气相沉积(CVD)法、原子层沉积(ALD)法或溅射法等来形成保护层13。
保护层13可以具有使用上述材料的单层结构或者组合使用上述材料的堆叠结构，只要保护层13具有足够的水分阻挡性能即可。例如，保护层13可以具有使用CVD方法形成的氮化硅层和使用ALD方法形成的具有高密度的其他层(例如Al2O3)的堆叠结构。此外，保护层13可以包括有机层，只要该有机层具有水分阻挡性能即可。例如，聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂等可用于有机层。另外，在图6所示的布置中，布置了多个发光区域32共同的保护层13，但是可以布置分别与多个发光区域32相对应的多个保护层13。
透镜17可以通过曝光处理和显影处理来形成。更具体地，形成透镜17的材料膜(例如，光致抗蚀剂膜)，并且使用包括连续的灰度级变化的掩模来对光致抗蚀剂膜进行曝光并显影。作为用于形成透镜17的掩模，可以使用灰度掩模。面积灰度掩模可以用作用于形成透镜17的掩模，其中，该面积灰度级掩模用于通过以等于或小于曝光装置的分辨率改变遮光膜的点的密度分布，来使得能够进行在摄像面上具有连续的灰度级变化的光照射。可以通过回蚀由曝光处理和显影处理形成的透镜17来调整透镜形状。如上所述，透镜17的上表面仅需要具有满足表达式(1)至(3)的曲面40，并且曲面40可以是球面或非球面的一部分。
发光元件由发光区域32和透镜17的曲面40等的组合形成。如果设置多个发光元件，则多个发光元件的平面布置(当从基板8的主面34的法线方向观察时的布置)可以是条纹布置、正方形布置、三角布置、Pentile布置和拜尔布置中的任何一个布置。图7A至图7C是从透镜17的侧面观看发光装置10时的平面图，并且各个图示出多个发光元件的平面布置的示例。图7A示出三角布置的示例。图7B示出条纹布置的示例。图7C示出拜尔布置的示例。在本实施例中，考虑如下情况：发光装置10用作显示面板，并且一个像素(主像素)包括具有不同相应颜色成分的多个子像素(例如，用于进行红色显示的子像素、用于进行绿色显示的子像素、以及用于进行蓝色显示的子像素)。在这种情况下，如图7B所示，可以在一个子像素中布置多个发光元件。透镜17的曲面40的大小和形状可以根据多个发光元件的平面布置来适当地设置。例如，如果采用三角布置，则透镜17的曲面40相对于子像素所占据的面积可以被设置为大，从而提高光提取效率。
在图7A至图7C所示的布置中，发光区域32的平面形状(从基板8的主面34的法线方向观看时的形状)是圆形，但是发光区域32的平面形状不限于此。发光区域32的平面形状例如可以是诸如矩形或六边形等的多边形形状。然而，如果发光区域32的平面形状是圆形，则在由通过曲面40的顶点41的基板8的主面34的法线方向上的平面获得的所有截面中，从发光区域32的端部到透镜17的曲面40的端部42的方向上的倾斜角的关系是相同的。因此，可以容易地设计发光装置10。
如图8所示，可以以用于形成各个透镜17的上表面的曲面40的端部42具有厚度的方式(相邻透镜17的部分彼此重叠)来形成透镜17。在这种情况下，曲面40的端部42可以是相邻透镜17之间的倾斜度为0°(与基板8的主面34平行)的部分的集合。在这种情况下，也可以通过满足表达式(1)至(3)来提高光提取效率，并且提取具有高色纯度的光。
如上所述，可以采用透镜17透射不同颜色的光束的布置。发光装置10允许全色显示。作为实现全色显示的方法，可以采用使用用于发射白光的发光层和滤色器15的方法。由于多个发光区域32可以共享发光层，因此与发光层被图案化以针对各个发光区域32来发射不同颜色的光的情况相比，发光层的制造工艺更容易。然而，可以将发光层以多个发光区域32发射不同颜色的光束的方式进行图案化。此外，对于用于发射不同颜色的光束的各个发光区域32，第一反射层和第二反射层之间的上述光路长度L(光学光长度Lr或Ls)可以不同。
在本实施例中，滤色器15设置在平坦化层14上。然而，滤色器15可以设置在保护层13上。例如，在不布置平坦化层14的情况下，滤色器15和保护层13可以是连续的。可替代地，滤色器15和保护层13可以成为一体。滤色器15可以形成在与基板8不同的支撑基板上，并且可以将该基板以与保护层13相对的方式进行接合，从而形成发光装置10的滤色器15。
设置平坦化层14以使保护层13的上表面的凹凸平坦化。通过布置平坦化层14，可以使用光刻工艺以与各发光区域32精确地对准的方式来形成滤色器15。如上所述，通过在没有布置平坦化层14的情况下使滤色器15和保护层13成为一体，可以使用光刻工艺以与各发光区域32精确地对准的方式来形成滤色器15。
在图6所示的布置中，滤色器15r、15g和15b可以是被配置为透射不同颜色的光束的滤色器。例如，滤色器15r可以透射红色光，滤色器15g可以透射绿色光，并且滤色器15b可以透射蓝色光。不需要布置多个滤色器15中的一部分或全部。在这种情况下，当针对各个发光元件来形成有机层20的发光层、并且发光区域32发射不同颜色的光束时，可以进行全色显示。
此外，在本实施例中，透镜17设置在平坦化层16上。设置平坦化层16以使滤色器15的上表面的凹凸平坦化。然而，透镜17可以设置在滤色器15上。在这种情况下，不需要布置平坦化层16。可替代地，透镜17和滤色器15可以成为一体。
此外，在没有布置滤色器15和平坦化层14和16的情况下，透镜17可以设置在保护层13上。例如，透镜17和保护层13可以成为一体。如果透镜17和保护层13成为一体，则与透镜17形成在其他基板上并且将该基板以与保护层13相对的方式进行接合的情况相比，从透镜17到发光区域32为止的距离可以缩短。结果，可以增加从发光区域32进入透镜17的光的立体角，从而提高光提取效率。通过使透镜17和保护层13成为一体，各个透镜17的曲面40可以与相应的发光区域32精确地对准。例如，通过使滤色器15、透镜17和保护层13成为一体，可以分别精确地对准发光区域32、滤色器15和透镜17。
可以适当地选择滤色器15和透镜17的堆叠顺序。在图6所示的布置中，滤色器15设置在发光区域32相对于透镜17的侧面。在这样的布置中，从发光区域32发射的光在进入透镜17之前通过滤色器15。因此，导致色纯度劣化的光(来自发光部分的具有大的发射角的光)在相对长的距离内通过滤色器15。因此，当从倾斜方向观察发光装置10时，可以抑制色纯度的劣化。
可以通过在与基板8不同的支撑基板上形成滤色器15和透镜17并以与包括发光区域32的基板8相对的方式接合基板来制造发光装置10。当滤色器15和透镜17与有机层20(发光层)分开形成时，形成滤色器15和透镜17时的处理方法(例如，温度等)的自由度增加，从而能够增加滤色器15和透镜17的设计的自由度。滤色器15和透镜17可以连续形成在一个支撑基板上，或者滤色器15和透镜17可以形成在不同的支撑基板上。可以使用诸如粘合剂等的耦接构件来将透镜17和滤色器15耦接到基板8。耦接构件可以布置在平坦化层14上，或者可以在没有布置平坦化层14的情况下布置在保护层13上。
如果透镜17形成在与基板8不同的支撑基板上，并且以与包括发光区域32的基板8相对的方式来接合基板，则在发光装置10的端部中，可以通过诸如的粘合剂等的耦接构件来将透镜17固定到基板8，以在透镜17和保护层13(或滤色器15)之间提供空间。在这种情况下，空间可以用树脂填充。在这种情况下，与上述布置不同，各个透镜17可以向下凸出。在这种情况下，树脂的折射率可以低于透镜17的折射率n。
下面将描述发光装置10的示例。
示例1
首先，铝形成在基板8上并被图案化，从而形成多个电极9。接下来，形成膜厚度为65nm的氧化硅作为绝缘层12的材料膜，以覆盖各个电极9。在所形成的材料膜中，开口部形成在各个电极9的中心部中以暴露电极9，从而形成绝缘层12。用于暴露电极9的开口部的形状是半径为3.0μm的圆形。如上所述，形成在绝缘层12中的开口部最终对应于发光区域32。也就是说，在与基板8的主面34的正交投影中，开口部的大小和形状可以与发光区域32的大小和形状一致。
在形成绝缘层12之后，在电极9和绝缘层12上形成有机层20。更具体地，利用化合物1(参见下图)(这同样适用于其他化合物)以3nm的厚度形成空穴注入层。在空穴注入层上，利用化合物2以15nm的厚度形成空穴输送层。在空穴输送层上，利用化合物3以10nm的厚度形成电子阻挡层。接下来，以10nm的厚度形成第一发光层，使得以97％的重量比来包含用作主体材料的化合物4，并且以3％的重量比来包含用作发光掺杂剂的化合物5。以10nm的厚度形成第二发光层，使得以98％的重量比来包含用作主体材料的化合物4，并且分别以1％的重量比来包含用作发光掺杂剂的化合物6和7。在第二发光层上，利用化合物8以110nm的厚度形成电子输送层。在电子输送层上，利用氟化锂以1nm的厚度形成电子注入层。
[化学式1]
在形成有机层20之后，以10nm的厚度形成Mg/Ag合金作为电极11。Mg和Ag的比率为1：1。之后，利用CVD方法在电极11上以1.5μm的厚度形成折射率为1.97的SiN作为保护层13。接下来，通过旋涂法在保护层13上以300nm的厚度形成折射率为1.55的平坦化层14。
接下来，在平坦化层14上以1.6μm的厚度形成折射率为1.65的滤色器15。滤色器15r是被配置为透射红色光的滤色器，滤色器15g是被配置为透射绿色光的滤色器，并且滤色器15b是被配置为透射蓝色光的滤色器。在形成滤色器15之后，通过旋涂法在滤色器15上以200nm的厚度形成折射率为1.55的平坦化层16。
接下来，通过曝光处理和显影处理在平坦化层16上形成折射率为1.52的透镜17。透镜17的曲面40是球面的一部分。此外，作为在基板8的主面34的法线方向上的、顶点41和曲面40的端部42之间的高度差的距离h为2.3μm，并且在与基板8的主面34的正交投影中的、顶点41和曲面40的端部之间的距离r为3.4μm。
在以这种方式制造的发光装置10中，透镜17(曲面40)的端部42的倾斜角θ和入射角α通过sinθ＝2rh/(r2+h2)以及n·sinα＝sinθ来计算，并且获得θ＝68.2°、以及α＝37.6°。另外，角度β为β＝θ–α＝30.5°，并且发射角γ为通过sinγ＝n·sinβ所获得的50.5°。因此，所制造的发光装置10满足h<r和γ<55°的关系。
此外，作为在基板8的主面34的法线方向上的、发光区域32和透镜17的曲面40的端部42之间的高度差的距离H为3.6μm。因此，计算出r-H·tanβ＝1.28μm。作为发光区域32的在与基板8的主面34平行的方向上的宽度的1/2的距离a为3.0μm。因此，所制造的发光装置10满足a>r-H·tanβ的关系。结果，所制造的发光装置10能够增加正面提取光量并提取具有高色纯度的光。
示例2
接下来将描述根据示例2的发光装置10。在示例1中，在与基板8的主面34的正交投影中，发光区域32的形状是半径为3.0μm的圆形，并且平坦化层16的厚度为200nm。本示例假设在与基板8的主面34的正交投影中，发光区域32的形状是半径为1.0μm的圆形，并且平坦化层16的厚度为2.0μm。剩余组件与示例1中的组件相同。图9是示出根据本示例的发光装置10的布置的示例、并通过透镜17的曲面40的顶点41的截面图。
由于透镜17的距离h、距离r和折射率n与示例1相同，因此倾斜角θ、入射角α、角度β和发射角γ如示例1那样为θ＝68.2°、α＝37.6°、β＝30.5°、以及γ＝50.5°。因此，所制造的发光装置10满足h<r和γ<55°的关系。
此外，作为在基板8的主面34的法线方向上的、发光区域32和透镜17的曲面40的端部42之间的高度差的距离H为5.4μm。因此，计算出r-H·tanβ＝0.22μm。作为发光区域32的在与基板8的主面34平行的方向上的宽度的1/2的距离a为1.0μm。因此，所制造的发光装置10满足a>r-H·tanβ的关系。
在实施例中，在满足表达式(1)至(3)所指示的关系的同时获得a＝1.0μm，并且可以在维持正面提取光量的同时减小发光区域32。也就是说，由于可以在维持实现期望亮度所需的电流密度的同时减小发光区域32的面积，因此可以减小各个发光元件的输入电流量。也就是说，可以通过使用示例2中所描述的布置来进一步提高电流利用效率，从而获得抑制功耗的效果。
示例3
接下来，将描述根据示例3的发光装置10。在示例1中，在基板8的主面34的法线方向上的、透镜17的曲面40的顶点41和端部42之间的距离h为2.3μm。然而，在本示例中，距离h是1.8μm。剩余组件与实施例1中的组件相同。图10是示出根据本示例的发光装置10的布置的示例、并通过透镜17的曲面40的顶点41的截面图。
当计算本示例中的发光装置10的倾斜角θ、入射角α、角度β和发射角γ时，获得θ＝55.8°、α＝33.0°、β＝22.8°、以及γ＝36.1°。因此，所制造的发光装置10满足h<r和γ<55°的关系。
类似于示例1，作为在基板8的主面34的法线方向上的、发光区域32和透镜17的曲面40的端部42之间的高度差的距离H为3.6μm。因此，计算出r-H·tanβ＝1.88μm。作为在与基板8的主面34平行的方向上的、发光区域32的宽度的1/2的距离a为3.0μm。因此，所制造的发光装置10满足a>r-H·tanβ的关系。
在本示例中，在满足表达式(1)至(3)所指示的关系的同时γ减小。因此，可以进一步提高正面提取光量。例如，从获得这样的效果的观点来看，γ可以是45°或更小，或者35°或更小。
示例4
接下来，将描述根据示例4的发光装置10。在本示例中，针对各个发光区域32，使第一反射层和第二反射层之间的距离不同。此外，在与基板8的主面34的正交投影中，发光区域32的形状是半径为2.0μm的圆形。剩余组件与示例1中的组件相同。图11是示出根据本示例的发光装置10、并通过透镜17的曲面40的顶点41的截面图。
将描述根据本示例的发光装置10的制造方法。首先，铝形成在基板8上并被图案化，从而形成多个反射层18。接下来，通过使用氧化硅重复形成绝缘层并对其进行图案化，来形成用于各个发光元件(发光区域32)的具有不同膜厚度的绝缘膜19，以覆盖反射层18。更具体地，具有75nm的膜厚度的绝缘膜19形成在设置有被配置为透射红色光的滤色器15r的部分中。具有130nm的膜厚度的绝缘膜19形成在设置有被配置为透射绿色光的滤色器15g的部分中。具有190nm的膜厚度的绝缘膜19形成在设置有被配置为透射蓝色光的滤色器15b的部分中。接下来，形成ITO膜并对其进行图案化，从而在绝缘膜19上形成电极9。作为在绝缘膜19上形成电极9之后的步骤，使用与示例1相同的步骤来形成发光装置10。然而，在与基板8的主面34的正交投影中，形成在绝缘层12中以暴露电极9的开口部的形状(即发光区域32的形状)是半径为2.0μm的圆形。此外，在有机层20中，空穴输送层具有36nm的膜厚度，并且电子输送层具有45nm的膜厚度。另外，保护层13具有1.5μm的厚度。
在本示例中，反射层18对应于上述第一反射层，并且电极11对应于上述第二反射层。包括发光区域32的各个发光元件的第一反射层和第二反射层之间的光路长度L根据所期望的颜色成分(从外部提取的光的颜色成分)来设置。因此，可以提高从发光装置10在正面方向上发射的光的强度和色纯度。在示例4中所描述的布置中，可以进一步提高发光区域32的电流利用效率，并提取具有高色纯度的光。
这里将参照图12至图18A和图18B描述将本实施例的发光装置10应用于显示装置、光电转换装置、电子设备、照明装置、移动体和可穿戴装置的应用示例。
图12是示出使用本实施例的发光装置10的显示装置的示例的示意图。显示装置1000在上部盖1001和下部盖1009之间可以包括触摸面板1003、显示面板1005、框架1006、电路板1007和电池1008。柔性印刷电路(FPC)1002和1004分别连接到触摸面板1003和显示面板1005。诸如晶体管等的有源元件布置在电路板1007上。如果显示装置1000不是便携式设备，则电池1008是不必要的。即使当显示装置1000是便携式设备时，也不需要在该位置处设置电池1008。发光装置10可以应用于显示面板1005。用作显示面板1005的发光装置10连接到诸如布置在电路板1007上的晶体管等的有源元件并进行操作。
图12所示的显示装置1000可以用于光电转换装置(摄像装置)的显示单元，该光电转换装置包括具有多个透镜的光学单元、以及用于接收已经通过光学单元的光并将该光光电转换为电信号的图像传感器。光电转换装置可以包括用于显示由图像传感器获取的信息的显示单元。另外，显示单元可以是暴露在光电转换装置外部的显示单元，或者是布置在取景器中的显示单元。光电转换装置可以是数字照相机或数字摄像机。
图13是示出使用本实施例的发光装置10的光电转换装置的示例的示意图。光电转换装置1100可以包括取景器1101、后显示器1102、操作单元1103和壳体1104。光电转换装置1100也可以被称为摄像装置。根据本实施例的发光装置10可以应用于作为显示单元的取景器1101或后显示器1102。在这种情况下，发光装置10不仅可以显示要拍摄的图像，还可以显示环境信息和摄像指令等。环境信息的示例是外部光的强度和方向、被摄体的移动速度、以及被摄体被障碍物覆盖的可能性。
在许多情况下，适于摄像的定时是非常短的时间，因此信息应该尽快显示。因此，布置有诸如使用有机发光材料的有机EL元件等的有机发光元件的发光装置10可以用于取景器1101或后显示器1102。这是因为有机发光材料具有高响应速率。与液晶显示装置相比，使用有机发光材料的发光装置10可以更适合用于需要高显示速率的设备。
光电转换装置1100包括光学单元(未示出)。该光学单元具有多个透镜，并且在用于接收已经通过光学单元的光并容纳在壳体1104中的光电转换元件(未示出)上形成图像。可以通过调整多个透镜的相对位置来调整多个透镜的焦点。该操作也可以自动进行。
发光装置10可以应用于电子设备的显示单元。此时，显示单元可以具有显示功能和操作功能这两者。便携式终端的示例是诸如智能电话、平板电脑和头戴显示器等的便携式电话。
图14是示出使用本实施例的发光装置10的电子设备的示例的示意图。电子设备1200包括显示单元1201、操作单元1202和壳体1203。壳体1203可以容纳电路、具有该电路的印刷板、电池和通信单元。操作单元1202可以是按钮或触摸面板型反应单元。操作单元1202也可以是用于通过认证指纹来进行解锁等的生物认证单元。包括通信单元的便携式设备也可以被视为通信设备。根据本实施例的发光装置10可以应用于显示单元1201。
图15A和图15B是示出使用本实施例的发光装置10的显示装置的示例的示意图。图15A示出诸如电视监视器或PC监视器等的显示装置。显示装置1300包括框架1301和显示单元1302。根据本实施例的发光装置10可以应用于显示单元1302。显示装置1300可以包括用于支撑框架1301和显示单元1302的基座1303。基座1303不限于图15A所示的形式。例如，框架1301的下侧也可以用作基座1303。另外，框架1301和显示单元1302可以弯曲。在这种情况下的曲率半径可以是5000nm(含)到6000nm(含)。
图15B是示出使用本实施例的发光装置10的显示装置的另一示例的示意图。图15B所示的显示装置1310可以折叠，并且是所谓的可折叠显示装置。显示装置1310包括第一显示单元1311、第二显示单元1312、壳体1313和弯曲点1314。根据本实施例的发光装置10可以应用于第一显示单元1311和第二显示单元1312中的各个显示单元。第一显示单元1311和第二显示单元1312也可以是一个无缝显示装置。第一显示单元1311和第二显示单元1312可以被弯曲点分开。第一显示单元1311和第二显示单元1312可以显示不同的图像，并且也可以一起显示一个图像。
图16是示出使用本实施例的发光装置10的照明装置的示例的示意图。照明装置1400可以包括壳体1401、光源1402、电路板1403、光学膜1404和光扩散单元1405。根据本实施例的发光装置10可以应用于光源1402。光学膜1404可以是用于提高光源的演色性的滤光器。当进行点亮等时，光扩散单元1405可以通过有效地扩散光源的光来将光投射到宽范围。根据需要，照明装置还可以在最外层部分包括盖。照明装置1400可以包括光学膜1404和光扩散单元1405其中之一或这两者。
照明装置1400例如是用于照明房间内部的装置。照明装置1400可以发射白光、自然白光或从蓝色到红色的任何颜色的光。照明装置1400还可以包括用于控制这些光成分的光控制电路。照明装置1400还可以包括连接到用作光源1402的发光装置10的电源电路。电源电路是用于将AC电压转换为DC电压的电路。白色具有4200K的色温，并且自然白具有5000K的色温。照明装置1400还可以包括滤色器。另外，照明装置1400可以包括热辐射单元。热辐射单元将装置的内部热辐射到装置外部，并且示例为具有高比热的金属以及液态硅。
图17是具有作为使用本实施例的发光装置10的车辆灯具的示例的尾灯的汽车的示意图。汽车1500具有尾灯1501，并且可以具有当进行制动操作等时开启尾灯1501的形式。本实施例的发光装置10可以用作充当车辆灯具的前灯。汽车是移动体的示例，并且移动体可以是船、无人机、飞机、铁路车辆或工业机器人等。移动体可以包括主体和设置在该主体中的灯具。灯具可用于通知主体的当前位置。
根据本实施例的发光装置10可以应用于尾灯1501。尾灯1501可以包括用于保护用作尾灯1501的发光装置10的保护构件。保护构件的材料不受限制，只要该材料是具有高到一定程度的强度的透明材料即可，并且示例为聚碳酸酯。保护构件可以由通过在聚碳酸酯中混合呋喃二甲酸衍生物或丙烯腈衍生物等所获得的材料制成。
汽车1500可以包括车体1503和附接到该车体1503的窗口1502。该窗口可以是用于检查汽车前方和后方的窗口，并且也可以是诸如平视显示器等的透明显示器。对于该透明显示器，可以使用根据本实施例的发光装置10。在这种情况下，发光装置10的电极等的构成材料由透明构件形成。
将参照图18A和图18B描述根据本实施例的发光装置10的进一步的应用示例。发光装置10可以应用于可以作为诸如智能眼镜、头戴式显示器(HMD)或智能隐形眼镜等的可穿戴装置进行佩戴的系统。用于这样的应用示例的摄像显示装置包括能够对可见光进行光电转换的摄像装置以及能够发射可见光的发光装置。
将参照图18A描述根据一个应用示例的眼镜1600(智能眼镜)。诸如CMOS传感器或SPAD等的摄像装置1602设置在眼镜1600的透镜1601的表面侧。另外，根据本实施例的发光装置10设置在透镜1601的背面侧。
眼镜1600还包括控制装置1603。控制装置1603用作向摄像装置1602和根据各个实施例的发光装置10供给电力的电源。另外，控制装置1603控制摄像装置1602和发光装置10的操作。被配置为将光集光到摄像装置1602的光学系统形成在透镜1601上。
将参照图18B描述根据一个应用示例的眼镜1610(智能眼镜)。眼镜1610包括控制装置1612，并且与摄像装置1602相对应的摄像装置以及发光装置10安装在控制装置1612上。控制装置1612中的摄像装置以及被配置为投影从发光装置10发射的光的光学系统被形成在透镜1611中，并且图像被投射到透镜1611。控制装置1612用作用于向摄像装置和发光装置10供给电力的电源，并且控制摄像装置和发光装置10的操作。控制装置1612可以包括用于检测佩戴者的视线的视线检测单元。视线的检测可以使用红外线来完成。红外线发射单元向正在注视所显示图像的用户的眼球发射红外线。包括光接收元件的摄像单元检测来自眼球的所发射的红外线的反射光，从而获得眼球的拍摄图像。设置了用于在平面观看时减少从红外线发射单元到显示单元的光的减少单元，从而减少图像质量的劣化。
从通过拍摄红外线所获得的眼球的拍摄图像中检测用户对显示图像的视线。任意的已知方法可以应用于使用眼球的拍摄图像的视线检测。作为示例，可以使用基于通过角膜的照射光的反射所获得的Purkinje图像的视线检测方法。
更具体地，进行基于瞳孔中心角膜反射的视线检测处理。使用瞳孔中心角膜反射，基于包括在眼球的拍摄图像中的瞳孔图像和Purkinje图像来计算用于表示眼球方向(旋转角度)的视线矢量，从而检测用户的视线。
根据本公开的实施例的发光装置10可以包括具有光接收元件的摄像装置，并且可以基于来自摄像装置的用户的视线信息来控制显示图像。
更具体地，发光装置10基于视线信息来确定用户正在注视的第一视场区域和除第一视场区域之外的第二视场区域。第一视场区域和第二视场区域可以由发光装置10的控制装置来确定，或者可以接收由外部控制装置确定的区域。在发光装置10的显示区域中，第一视场区域的显示分辨率可以被控制为高于第二视场区域的显示分辨率。也就是说，第二视场区域的分辨率可以低于第一视场区域的分辨率。
另外，显示区域包括第一显示区域和与第一显示区域不同的第二显示区域，并且基于视线信息从第一显示区域和第二显示区域中来确定优先级较高的区域。第一显示区域和第二显示区域可以由发光装置10的控制装置确定，或者可以接收由外部控制装置确定的区域。较高优先级的区域的分辨率可以被控制为高于除较高优先级的区域之外的区域的分辨率。也就是说，优先级相对低的区域的分辨率可能低。
注意，AI可以用于确定第一视场区域或较高优先级的区域。AI可以是如下模型，该模型被配置为使用眼球的图像和该图像中的眼球的实际观看方向作为监督数据，来根据眼球的图像估计视线的角度以及到视线前方的目标的距离。AI程序可以由发光装置10、摄像装置或外部装置来保持。如果外部装置保持AI程序，则将该AI程序经由通信发送到发光装置10。
当基于视线检测来进行显示控制时，可以应用还包括被配置为拍摄外部的摄像装置的智能眼镜。智能眼镜可以实时显示所拍摄到的外部信息。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求书的范围应符合最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (16)

1.一种发光装置，包括：
基板；
透镜，其具有折射率n，并且布置在所述基板的主面上；以及
发光区域，其布置在所述主面和所述透镜之间，
其中，所述透镜的上表面包括在远离所述主面的方向上凸出的曲面，
所述曲面包括顶点和与所述主面平行的方向上的端部，以及
在h[μm]表示所述主面的法线方向上的所述顶点和所述端部之间的高度差、r[μm]表示与所述主面的正交投影中的所述顶点和所述端部之间的距离、H[μm]表示所述法线方向上的所述端部和所述发光区域之间的高度差、并且2a[μm]表示与所述主面平行的方向上的所述发光区域的宽度的情况下，满足下面的表达式(1)、(2)和(3)的关系：
h < r ... (1)
γ < 55° ... (2)
a > r - H·tanβ ... (3)
其中，2rh/(r2+h2)＝sinθ，sinθ＝n·sinα，θ-α＝β，以及n·sinβ＝sinγ。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述发光区域包括：
发光层，其包含发光材料；
第一反射层，其布置在所述发光层和所述主面之间；以及
第二反射层，其布置在所述发光层和所述透镜之间。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述第一反射层和所述第二反射层中的至少一者用作电极。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述第一反射层和所述第二反射层之间的光路长度L[nm]满足：
(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)-λ/8<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8其中，λ[nm]表示通过所述透镜的光的峰值波长，m表示不小于0的整数，Φ[rad]表示在波长λ[nm]的光被所述第一反射层和所述第二反射层反射时的相移的和，并且θeml[°]表示在neml表示所述发光层的折射率的情况下满足0<sinθeml<sinγ/neml的角度。
5.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述第一反射层和所述第二反射层之间的光路长度L[nm]满足：
(2m-Φ/π)×(λ/4)<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
其中，λ[nm]表示通过所述透镜的光的峰值波长，m表示不小于0的整数，Φ[rad]表示在波长λ[nm]的光被所述第一反射层和所述第二反射层反射时的相移的和，并且θeml[°]表示在neml表示所述发光层的折射率的情况下满足0<sinθeml<sinγ/neml的角度。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，还满足r-H·tanβ>0。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
在所述发光区域和所述透镜之间布置有折射率为n1的介质层，以及
满足n≤n1的关系。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，所述介质层包括滤色器。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其中，
所述介质层用作第一介质层，
在所述第一介质层和所述发光区域之间布置有折射率为n2的第二介质层，以及
满足n1≤n2的关系。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中，在所述发光区域和所述透镜之间不布置折射率低于n的层。
11.根据权利要求1所述的发光装置，其中，在与所述主面的正交投影中，所述发光区域的中心部和所述透镜的中心部以彼此重叠的方式被布置。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其中，还满足r>a。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述曲面是球面的一部分。
14.一种显示装置，包括：
根据权利要求1至13中任一项所述的发光装置；以及
有源元件，其连接到所述发光装置。
15.一种光电转换装置，包括：
光学单元，其包括多个透镜；
图像传感器，其被配置为接收已经通过所述光学单元的光；以及
显示单元，其被配置为显示图像，
其中，所述显示单元显示所述图像传感器所拍摄的图像，并且包括根据权利要求1至13中任一项所述的发光装置。
16.一种电子设备，包括：
壳体，其设置有显示单元；以及
通信单元，其设置在所述壳体中并被配置为进行外部通信，
其中，所述显示单元包括根据权利要求1至13中任一项所述的发光装置。
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