CN1602650A - 对比度提高的电致发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电致发光显示装置(10)，其包括透光前基板(11)和至少第一与第二发光元件(12，15b)，其中所述第一元件(12)用于发射第一波长(λ1)的光，所述第二元件(15b)用于发射第二波长(λ2)的光。此外，在所述第一发光元件(12)与所述前基板(11)之间设置一第一吸收层(18)，其用于吸收所述第二波长(λ2)的光，并透过所述第一波长(λ1)的光。

Description

对比度提高的电致发光装置
本发明涉及一种电致发光显示装置，其包括一透光前基板和至少第一和第二发光元件，其中所述第一元件用于发射第一波长的光，所述第二元件用于发射第二波长的光。
上述电致发光装置主要包括多个发光元件或像素，每个发光元件包括夹在阳极结构与阴极结构之间的一薄层电致发光材料。所述像素排列在透光基板上，形成显示器。上述电致发光材料可以为例如构成PolyLED显示器的聚合物材料。
用于聚合物发射显示器如上述PolyLED显示器的材料领域的进步，近年来首次实现了这种类型的全彩色显示装置。通过喷墨打印，红、绿和蓝发射材料可以通过受控方式沉积在基板上，而且通过正确驱动所产生的适当像素，可以实现实用全彩色显示器，其中每个像素包含一定量的夹在阳极与阴极之间的发射材料。
或者，可通过使用小分子(OLED)有机电致发光材料来实现相应的全彩色显示，其中有机电致发光材料通过汽相沉积而沉积在基板上。就功能而言，这些有机电致发光显示器与上述的聚合物发光显示器类似。
图1中表示出根据现有技术的基本彩色显示器。在基板1上构成该显示器，在基板1上通过例如喷墨打印或汽相沉积设置单独可寻址像素2、5a、5b、5c，如上所述。为了清楚起见，图1中未示出寻址阳极和阴极，不过如本领域技术人员所知，其可以为无源或有源型。在图1所示的例子中，对一个像素2进行寻址，同时其余像素是无效的。因此，所述像素2将发光，之后将通过基板1，并且部分地离开基板成为光束3，光束3可入射到观察者的眼睛中。不过，如图1中所示，所产生的一部分光在基板表面处反射。该部分反射光在基板内被波导(wave-guided)，成为例如两个传播光束4a和4b，如图1中所示。因为入射在基板-空气界面上、入射角大于临界角(对于玻璃基板而言近似为42度)的光，被全内反射，将入射到相邻像素5b和5c上。给定空间几何限制条件，可以设想在被寻址像素与不希望被内部反射光照射的周围像素之间存在一个最小距离。主要由基板的厚度以及上述临界角，控制该距离。在图1所示例子中，像素5a处于没有被来自上述寻址像素2的反射光照射的暗区中。
在某些情况下，入射到周围像素的这种反射光可以导致从被照射像素光激发出荧光发射。图1中以光束6和7示意出这种情形。这种光激发荧光发射是由于，入射到像素的光比相同像素产生的光具有更高能量含量。
从而，当点亮像素发光时发生光晕效应。这表明，由于上述的发射效应，在被点亮的像素周围产生荧光光晕。例如，对于本申请人测试的一种显示装置而言，当点亮蓝色像素时，在周围的黄-绿像素中产生光晕。光晕的半径和颜色例如取决于基板厚度，分布和构成像素的材料。
虽然荧光光晕视在亮度相当低，不过应当注意例如在上述被点亮的蓝色像素中所产生的大约50％的光，通常在基板内被捕获，从而可能产生上述的荧光光晕效应。此外，被照射区域远大于光源面积，并且在上面的试验中仅激励一个光源，即蓝色像素，而实际应用中实质上所有源都打开，使所产生的所有得到光晕重叠，从而增加其他激励或未激励像素的亮度。当然不希望发生这种效应，因为这会降低显示图像的对比度。另外，荧光的量取决于几何上的重叠，并且取决于源发射与被照射像素中所使用材料的吸收之间的重叠。
从而，上述显示器的问题在于对比度，即由于光晕效应，显示器的日光及暗对比度会急剧下降。
已经提出了一种克服该问题的方法，其基于从基板抽取出大部分乃至全部光，从而减少在基板内传输的光这一原理。Horikx等人在专利文献US-5955837(PHN 16014)中提出了这种方法。不过，非常难以提取出所有的光，由此需要一种更加强健的方法。
从而，本发明的一个目的在于提供一种用于防止产生上述光晕效应的装置，从而避免现有技术的上述缺陷。
本发明的另一目的在于提供这样一种装置，其通过使用相对简单的制造方法，可以避免或减小像素之间的内部光学串扰。
通过本文开头段落中描述的装置实现上述和其他目的，该装置的特征在于，在所述第一发光元件与所述前基板之间设置一用于吸收所述第二波长光并透过所述第一波长光的第一吸收层。应当注意，所述第一与第二波长彼此不同。从而，由于点亮一个发光元件时产生的内部反射光不能到达其他发光元件，从而可避免光学激发出荧光或光学串扰。最好，所述发光元件包括有机电致发光材料，如有机聚合物材料或小分子材料。
根据本发明一个实施例，在所述第二发光元件与所述前基板之间设置一相应的第二吸收层，其用于吸收所述第一波长的光并透过所述第二波长的光。从而可避免光激发荧光。
根据本发明一优选实施例，至少一个所述吸收层用于吸收某一波长带内的光，相应的发光元件具有一吸收带。从而仅吸收可导致光激发荧光的光。
此外，所述吸收层用于仅透过相应发光元件产生的波长。从而，传输所有其他波长，因此消除了由于从显示器外部入射的光如日光产生的荧光。
最好，所述第一和第二吸收层其中至少一个包括一光学滤色片。目前的光学滤色片已经应用于其他显示技术中，从而是经过良好测试的可靠的批量生产元件，能直接实现所述吸收层。
或者，所述第一和第二吸收层其中至少一个由包括吸收材料和导电聚合物材料的混合物层构成。这种导电聚合物层例如PEDOT层，已经应用于大多数有机电致发光显示器中，从而这种解决方案可以实现上述吸收层，没有为显示装置增加额外的单独部件。此外，由于导电聚合物层中包含吸收材料，该层可以通过一个制造步骤制造而成，从而节省制造时间。比较适宜的是，所述吸收层包含作为有机聚合物和小分子材料或者其混合物的吸收材料。最好，所述吸收层通过喷墨打印分布在所述基板上，其中喷墨打印是一种将这些层，例如聚合物发光层涂覆在基板上的直接方法。或者，对于小分子有机发光材料而言，可通过蒸发将所述吸收层分布在所述基板上。
根据本发明一优选实施例，该显示装置还包括第三发光元件，其用于发射第三波长的光，其中所述第一吸收层用于分别吸收所述第一和第二波长的光。通过这种方法，可以获得多色显示器。如上所述，仅需要吸收相应发光元件的具有吸收带的波长，从而不必形成例如具有吸收红光的吸收层的绿色发光像素，因为绿色发光像素没有红光吸收带。
下面将参照附图更详细地描述本发明目前优选的实施方式。
图1为根据现有技术的有机电致发光显示器的剖面示意图，表示有机电致发光显示器中的内部反射。
图2为根据本发明的有机电致发光显示装置横剖面示意图。
图3的曲线图举例说明绿色材料的激励和发射。
图4的曲线图举例说明蓝色材料的激励和发射。
图5的曲线图举例说明红色材料的激励和发射。
图6的曲线图表示现有技术滤色片材料的透射光谱。
图2中表示根据本发明的显示装置10。该显示装置包括具有内侧与外侧的基板11。外侧与观察者面对。多个发光像素12，15a，15b，15c设置在内侧上。每个像素必须包括一层发光材料，如通过已知方式夹在两电极(未具体示出)之间的聚合物或小分子有机发光材料。而且，在内表面与各发光像素12，15a，15b，15c之间设置相应的吸收层18，19，20，21。各吸收层用于透过相应发光像素所产生的波长间隔内的光，并吸收该间隔外部的光，具体而言吸收发射波长的短波长侧的波带内的光，即吸收与相同像素产生的光相比具有更高能量含量的光。
下面举例说明上述显示装置的功能。
控制单元(未示出)将控制信号发送给发光像素12，此处为蓝色发光像素，用于点亮所述像素。从而发光像素12发射蓝光λ1，该光穿过吸收层18进入基板11中，在此情形中吸收层为透过蓝光的蓝色滤色片。在基板中，一部分光垂直传播，并射出基板11成为光束13，部分地入射到潜在观察者眼睛中。不过如上所述，一部分发射光在基板内成为引导波，在图2中将其示意的表示为光束14a和14b。
此外，在本例中，像素15b是黄绿发光像素，相应的吸收层20用于透过黄绿光λ2，并吸收该波长间隔外部的光例如蓝光λ1。象素15c是红色发光像素，相应的吸收层21用于透过红光，并吸收该波长间隔外部的光例如蓝光。使吸收层吸收比相应像素所发射的光具有更高能量含量的光，就足以满足需要，因为只有这种高能量的光会引起光激发荧光。
图2中示意地表示为光束14a的由蓝色发光像素12发射的内部波导(wave-guided)的光的一部分，将入射到黄绿吸收层20，在黄绿吸收层20中将吸收蓝光。从而，相邻像素发射的蓝光不会入射到黄绿发光像素15b，从而在所述像素15b中不会产生任何光激发荧光。相应地，图2中示意地表示为光束14a的由蓝色发光像素12发射出的内部波导光的第二部分，将入射到红色吸收层20，红色吸收层20通过相应方式吸收蓝光。因此，相邻像素发射出的蓝光不会入射到红色发光像素15c，从而不会产生光激发荧光。
因此，上述发明构造防止产生光激发荧光，从而总体上会产生所需的显示器性质。
可由常规的光学滤色片制造吸收层18，19，20，21，而常规光学滤色片也用于例如现有技术的液晶显示器中。在此情形中，在基板与相应一个所述发光元件之间插入一片或一层滤色片材料。
根据本发明获得吸收层的另一种方法，是将吸收材料与导电聚合物层如现有技术PolyLED装置中现存的PEDOT层混合。显示装置的PEDOT层起两个作用。首先，其用作缓冲层，用于减小像素中发生电短路时的改变；其次，对于电致发光层中最佳注入的载流子其提供稳定的电功函数。与这种特殊混合物结合的喷墨打印或蒸发的引入，将产生所需光学性质，并且可以在基板上具有局部不同的滤色片。此外，最后提到的这种方法并没有引入除制造现有技术装置必须需要以外的任何其他技术或方法。还可以调整吸收材料，即材料的颜色坐标，以便提高各像素的色纯度和发射稳定性。为了极大地增强性能，需要窄带光纤。
作为上述发明构造的一个例子，可以实现一种全彩色显示器。在此情形中，用于发射三种不同颜色例如红(R)、绿(G)和蓝(B)的三组像素分布构成显示器。从而，在各像素与基板之间设置实质上透过该像素发射的颜色的滤色片。不过，在此情形中，每个滤色片用于吸收该显示器所产生的除上述透射波长以外的所有波长。因此，蓝色滤色片例如将透过蓝光，并吸收红色和绿色波长带内的光，相应地绿色和红色滤色片也是如此。
在滤色片材料作为添加剂与PEDOT层混合时，如上所述，滤色片材料应当满足下述要求。
添加剂必须不改变至关重要的PEDOT性质，象电阻性和加工性(粘性)，以及可溶于水。
在发光显示器的处理和驱动环境下具有稳定性。这表明电化学稳定性，因为在发光显示结构中PEDOT输送空穴，并且实际上作为有机电致发光材料的空穴注入电极。在PEDOT介质即酸性水溶液(处理过程中)以及PEDOT聚合物层中也必须稳定。
为了实现光学滤波片的功能，对于上面所述的全彩色应用而言，其必须吸收照亮其他两种颜色的像素波长的光，并且所吸收的光不应当发射荧光。
为了保证像素的效率足够大，上面例子中所有现有颜色如红、绿和蓝色的光，必须能离开显示器，入射到可能的观察者的眼睛。
下面更详细地说明3)和(4)中提到的要求。
作为一个例子，可以使用蓝色染料、绿色染料和红色染料表示满足上述要求的三种颜色的材料。图3(绿色)，图4(蓝色)和图5(红色)中表示所述颜色材料其中相应一种的激励和发射谱。
用于现有技术LCD的滤色片材料的发射谱表示在图6中，在寻找用于有机电致发光显示器的适当的滤色材料时其是良好的起始材料，因为其透射性允许红色、绿色和蓝色材料的电致发射光离开显示器，同时保护像素不受光的更高能量光子内部反射光的影响，因为这些光子被滤色片吸收。通过比较图4、5和6的吸收性质与图6中的透射性质易于得出这一点。通过图3至6，本领域技术人员易于选取适用于本发明的彩色材料。
应当注意，虽然前面就本发明目前优选的实施方式描述了本发明，不过在不偏离所附权利要求限定的本发明范围和精神的条件下可以有不同的结构。例如，应当注意本发明的重要方面在于将吸收层设置在基板与发光层之间。其它层如用于驱动显示器的电极层相对基板和发光层的位置，对于本发明而言并不重要。
本领域技术人员显然还可以想到，所指的波长还意在包括所定义的波长间隔或所定义的波长间隔组。
还应注意，本发明不仅可以如上所述用于使用有机聚合物或小分子材料的显示器中，而且实际上可以用于使用荧光材料的所有显示器中。
简言之，本发明涉及一种电致发光显示器(10)，其包括透光前基板(11)和至少第一与第二发光元件(12，15b)，其中所述第一元件(12)用于发射第一波长(λ1)的光，所述第二元件(15b)用于发射第二波长(λ2)的光。此外，在所述第一发光元件(12)与所述前基板(11)之间设置一第一吸收层(18)，其用于吸收所述第二波长(λ2)的光，并透过所述第一波长(λ1)的光。

Claims (10)

1、一种电致发光显示装置(10)，其包括透光前基板(11)和至少第一与第二发光元件(12，15b)，其中所述第一元件(12)用于发射第一波长(λ1)的光，所述第二元件(15b)用于发射第二波长(λ2)的光，其特征在于，在所述第一发光元件(12)与所述前基板(11)之间设置一第一吸收层(18)，其用于吸收所述第二波长(λ2)的光，并透过所述第一波长(λ1)的光。
2、如权利要求1所述的显示装置，其中所述发光元件包括有机电致发光材料，如有机聚合物材料或小分子材料。
3、如权利要求1或2所述的显示装置，其中在所述第二发光元件(15b)与所述前基板(11)之间设置相应的第二吸收层(20)，其用于吸收所述第一波长(λ1)的光并透过所述第二波长(λ2)的光。
4、如权利要求1，2或3所述的显示装置，其中至少一个所述吸收层(18，20)用于吸收在某一波长带内的光，在该波长带内相应的发光元件(12，15b)具有吸收带。
5、如前面任一权利要求所述的显示装置，其中所述吸收层(18，20)用于仅透过相应发光元件(12，15b)发射的波长。
6、如前面任一权利要求所述的显示装置，其中所述第一和第二吸收层(18，20)其中至少之一包括光学滤色片。
7、如前面任一权利要求所述的显示装置，其中所述第一和第二吸收层(18，20)的至少之一由包含吸收材料和导电聚合物材料的混合层构成。
8、如权利要求7所述的显示装置，其中所述吸收层(18，20)通过喷墨打印分布在所述基板上。
9、如权利要求7所述的显示装置，其中所述吸收层(18，20)包括吸收材料，该吸收材料为有机聚合物和小分子材料或者其混合物。
10、如前面任一权利要求所述的显示装置，还包括用于发射第三波长(λ3)的光的第三发光元件(15c)，其中所述第一吸收层用于分别吸收所述第一和第二波长(λ1，λ2)的光。
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