CN1969223A - 采用垂直腔激光阵列的直观显示器 - Google Patents
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Abstract
一种用于生成彩色像素化光的显示设备,包括用于提供泵浦光束光的背光单元(220)。该设备还包括响应于泵浦光束光并具有多个像素微腔发光阵列(100),其中每个像素包括透明衬底,能反射预定波长范围内的光线的底介电叠层,响应于泵浦光束用于生成显示光线的有源区,以及与所述底介电叠层隔开并能反射预定波长范围内的光线的顶介电叠层。该设备进一步包括允许来自微腔发光阵列的选定显示光线通过其中的光阀(310),设置在所述微腔发光阵列和所述光阀之间的偏振层(305),以及设置在所述光阀上方用于增加所述显示光线的视角锥度的扩束器(320)。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用微腔器件阵列来产生彩色光的显示器。
背景技术
为了帮助阅读说明书,定义了以下术语。本文中光轴指的是传播的光线不会发生双折射的方向。本文中偏振器和分析器指的是使电磁波发生偏振的元件。不过,靠近光源的一个被称为偏振器,而靠近观察者的一个被称为分析器。本文中的偏振元件指的是偏振器和分析器二者。本文中方位角和倾斜角θ用于说明光轴的方向。对于偏振器和分析器的透射轴来说,由于其倾斜角θ为零,只采用方位角。
图1表示了方位角和倾斜角θ的定义用以说明光轴1相对于x-y-z坐标系统3的方向。x-y平面平行于显示器表面5,z轴平行于显示器的法线方向7。方位角是y轴与光轴在x-y平面上的投影9之间的角度。倾斜角θ是光轴1与x-y平面之间的角度。
有很多方法可以产生用于显示器应用的像素化彩色光,例如,利用常规的无源或有源矩阵有机发光二极管(OLED)器件。另一种方法是采用液晶显示器(LCD)。在典型的LCD系统中,液晶单元设置在一对偏振器之间。进入显示器的光通过初始偏振器发生偏振。当光通过液晶单元时,液晶材料的分子取向会影响偏振光,使其要么通过分析器要么被分析器所阻断。通过在所述单元上施加电压可以改变液晶分子的取向,因而能够改变通过LCD像素的光强量。利用该原理,只需最少的能量来转换LCD。该转换能量通常远小于采用阴极射线发光材料的阴极射线管(CRT)所需要的转换能量,因而使得利用液晶材料的显示器非常引人关注。
典型的液晶单元包括由红、绿和蓝透射像素组成的滤色器阵列(CFA)。为了透过来自背光单元(BLU)的大部分光,每个CFA像素的透射光谱必须具有较大的半峰全宽(FWHM)。由于所述较大的FWHM,LCD的色域最好的是大约0.7的NTSC色域标准。此外,当光打在CFA上时,三分之二以上的光被该CFA所吸收,允许透过的光少于三分之一。相应地,对在各像素透射光谱以外的光的这种吸收造成了整个显示效率的损失。
透射式LCD由背光单元照亮,包括光源、光导板(LGP)、反射器、漫射器、准直薄膜、以及反射偏振器。所述反射偏振器用于循环利用和反射不希望的偏振光。然而,不是所有的不希望的偏振光都进行循环利用,也并非所有的循环光都以正确的偏振态从BLU中射出。因而,只有少部分被反射偏振器反射的光线循环进入正确的偏振态。结果,未偏振的BLU光源在通过底偏振器后造成了几乎二分之一的效率损失。
LCD迅速取代了CRT以及用于计算机监示器、电视和其它办公和家用显示器的其它类型电子显示器。然而,LCD存在较大视角下对比度不佳的问题。除非大视角下的对比度得以改善,否则LCD进军某些市场将受到限制。对比度不佳通常是由于显示器的暗态的亮度增加的缘故。对LCD进行优化,使显示器在汇聚于轴(视角为零度)的狭窄视角锥体内具有最高对比度。由于显示器是在较大视角下进行偏轴观看的,暗态的亮度增加,因而降低了对比度。当偏轴向观看全彩色显示器时,不仅暗态的亮度增加,而且暗态和亮态的颜色都有所偏移。过去,人们尝试了各种方法来改善这种色调偏移和对比度损失,例如在显示器中引入补偿膜,或者分割像素甚至进一步采用多畴。然而,这些方法仅仅能微微且对有限的视角锥体提高色调偏移和对比度。而且,制造补偿膜和多畴液晶单元通常很昂贵,因此增加了显示器的总成本。
其它的平板显示器试图通过在LCD前面加入光致发光(PL)屏来解决所述视角问题,其被称为PL-LCD,如W.Crossland,SID Digest 837,(1997)中所描述。该显示器采用了窄带频率的背光单元、液晶调制器、用于生成色彩的光致发光输出屏。该PL-LCD光源利用了处于UV中的波长,它会加速液晶材料的降解。而且,该PL-LCD光源的效率大大低于典型LCD显示器中使用的标准冷阴极荧光灯(CCFL)。
总之,制造不受典型LCD显示器问题困扰的显示器是有利的。如上面所讨论,这些缺点有效率损失(由于非偏振的背光和使用CFA的缘故)、色域不佳、以及在较大视角下对比度和色彩的损失。OLED显示器克服了这些缺点中的一些,然而,它们当前受到寿命短和生产成本较高的困扰。较高的制造成本中有部分是OLED设计中固有的,例如需要像素化OLED的发光体区域,以及用于电流驱动器件的薄膜晶体管(TFT)具有较大的复杂度。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种显示器,其克服了典型LCD显示器的固有缺陷,例如效率损失、色域较差、以及在较大视角下对比度和颜色较差。
该目的是通过一种用于生成彩色像素化光的显示设备来实现的,该设备包括:
a用于提供泵浦光束(pump-beam)光的背光单元;
b响应泵浦光束光并具有多个像素的微腔发光阵列,其中每个像素包括:
i)透明衬底;
ii)能反射预定波长范围内的光线的底介电叠层;
iii)响应于泵浦光束用于生成显示光线的有源区;以及
iv)与所述底介电叠层隔开并能反射预定波长范围内的光线的顶介电叠层;
c允许来自微腔发光阵列的选定显示光线通过其中的光阀(light shutter);
d设置在所述微腔发光阵列和所述光阀之间的偏振层;以及
e设置在所述光阀上方用于增加所述显示光线的视角锥度的扩束器。
优点
本发明的一个优点在于使用了一种像素化二维微腔器件阵列作为液晶显示器的光源。微腔器件具有实用的特征,其通过适当地设计器件的式样而可以将输出光的发散角减小到10-15°以下。这种小发散角能够使微腔的颜色元件与液晶显示器的颜色元件之间成1∶1的对应关系。相应地,其不再需要包含滤色器阵列作为LCD薄膜组件之一。
由于微腔光线靠近轴向通过LC开关,所以使大视角带来的对比度和颜色偏移问题有限。光源的近准直性的另一个特点是可以从所述显示器构造中去掉液晶视角补偿膜。其通常还包括准直薄膜作为LCD组件的一部分,然而,由于来自二维阵列的微腔器件输出被自然的准直化(发散角<10-15°),因而也可以去掉这些薄膜。
本发明的其它优点归因于来自各个颜色元件的光输出具有狭窄的光谱范围。这种性质导致了液晶显示器色域的大幅提高。在优选有限视角的应用中,例如独自观赏,光源的近准直性使得相对典型显示器来说,所述显示器的轴向观察亮度大幅提高。这种提高要么可以大大增加显示器的亮度,要么转换为大幅提高的显示器功率效率(能够大幅提高电池寿命)。
附图说明
图1表示用于理解倾斜角和方位角定义以便说明光轴方向的透视图;
图2表示光学泵浦的二维微腔器件阵列光源的侧面横截面示意图;
图3表示包括红、绿和蓝色发光元件的二维微腔器件阵列光源的顶视图;
图4是含有微腔器件阵列光源的显示器的简化示意图;
图5是泵浦微腔器件阵列光源的线性LED阵列驱动的背光单元的简化示意图;
图6是泵浦微腔器件阵列光源的平面LED阵列驱动的背光单元的简化示意图;
图7是泵浦微腔器件阵列光源的冷阴极荧光灯驱动的背光单元的简化示意图;
图8是泵浦微腔器件阵列光源的冷阴极荧光灯驱动的背光单元的另一实施方案的简化示意图;
图9是液晶单元及其组件的简化示意图,包括分析器;以及
图10是含有微腔器件阵列光源的显示器的另一实施方案的简化示意图。
具体实施方式
本发明通过既具有近准直性又具有狭窄光谱性的光源实现。此外,所述光源必须在尺寸为80×240μm的常规衬底上包含红、绿和蓝色发光元件。满足这些标准的光源为二维微腔阵列器件100,如图2中所示意性示出。图3表示该微腔阵列器件100的顶视图,其中在微腔器件的表面上需要划定红、绿和蓝色(RGB)发光元件205。为了从常规衬底上产生红、绿和蓝色微腔光线,有源区130可以由基于有机物的增益介质构成。另外,最近的研究R.N.Bhargava,Phys.Stat.Sol.229,897(2002)中指出,由基于无机物的纳米颗粒获得可见波长的发射光具有可能性。一种可能性是掺杂或未掺杂杂质如Mn2+或Eu2+的ZnO纳米颗粒(优选直径小于10nm)。作为另一个实例,胶体CdSe/CdS的异质结构量子点表现出高于80%的量子产率,参见A.P.Alivisatos,MRSBulletin 18(1998)。
回到图2,衬底110应为透光性的。因此,衬底110可以是透明玻璃或者塑料。该衬底110上淀积有底介电叠层120,它由折射率高低交替的介电材料组成。一般来说,底介电叠层120设计成能反射预定范围波长内的微腔光线。典型的高和低折射率材料分别有TiO2和SiO2。底介电叠层120可以通过等离子体增强的化学蒸汽淀积法、电子束(e-beam)淀积法、或溅射法进行淀积。其它的方法有聚合物挤出成型、溶胶-凝胶和胶体淀积法,如本领域所常用。
有源区130淀积在底介电叠层120之上。图2表示有源区130不是一个厚层而是多层的复合物。有源区130包含一个或多个周期增益区160,其被间隔层170所隔开。所述周期增益区160的厚度通常小于50nm,优选厚度为5到30nm。间隔层170的厚度选择成使得所述周期增益区与微腔驻波电磁场(e场)的波腹对齐。在有源区130采用周期增益区160使其具有较大的功率转换效率并且使不想要的自发发射大幅减少。总之,有源区130包括一个或多个周期增益区160和设置在所述周期增益区的任何一侧的间隔层170,并且设置成使所述周期增益区与所述器件的驻波电磁场的波腹对齐。
周期增益区160由小分子量有机材料、聚合物有机材料、或者基于无机物的纳米颗粒组成,其能发出高量子效率的荧光。小分子有机材料通常通过高真空(10-6Torr)热蒸发法进行淀积,而共轭聚合物和无机纳米颗粒通常通过旋模法制成。
除非另外说明,使用的术语“取代的”或“取代基”是指除了氢以外的任何基团或原子。另外,当使用术语“基团”时,它是指当取代基含有可取代的氢时,它还意在不仅包括取代基的未取代形式,而且包括被本文提及的任一个或多个取代基进一步取代的形式,只要所述取代基不损害器件实用性所必须的性能。合适地,取代基可以是卤素,或者可通过碳、硅、氧、氮、磷、硫、硒或硼原子结合到该分子的其余部分。所述取代基可以是,例如卤素,如氯、溴或氟;硝基;羟基;氰基;羧基;或者是可以被进一步取代的基团,如烷基,包括直链或支链或环烷基,例如甲基、三氟甲基、乙基、叔丁基、3-(2,4-二叔戊基苯氧基)丙基、以及十四烷基;烯基,如乙烯、2-丁烯;烷氧基,如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、2-甲氧基乙氧基、仲丁氧基、己氧基、2-乙基己氧基、十四烷氧基、2-(2,4-二叔戊基苯氧基)乙氧基和2-十二烷氧基乙氧基;芳基,如苯基、4-叔丁基苯基、2,4,6-三甲基苯基、萘基;芳氧基,如苯氧基、2-甲基苯氧基、α-或β-萘氧基、和4-甲苯氧基;碳酰胺基,如乙酰胺基、苯甲酰胺基、丁酰胺基、十四烷酰胺基、α-(2,4-二叔戊基苯氧基)乙酰胺基、α-(2,4-二叔戊基苯氧基)丁酰胺基、α-(3-十五烷基苯氧基)-己酰胺基、α-(4-羟基-3-叔丁基苯氧基)-十四烷酰胺基、2-氧-吡咯烷-1-基、2-氧-5-十四烷基吡咯啉-1-基、N-甲基十四烷酰胺基、N-琥珀酰亚胺基、N-邻苯二甲酰亚胺基、2,5-二氧-1-唑烷基、3-十二烷基-2,5-二氧-1-咪唑基,和N-乙酰基-N-十二烷基氨基、乙氧基羰基氨基、苯氧基羰基氨基、苄氧基羰基氨基、十六烷氧基羰基氨基、2,4-二叔丁基苯氧基羰基氨基、苯基羰基氨基、2,5-(二叔戊基苯基)羰基氨基、对十二烷基-苯基羰基氨基、对甲苯基羰基氨基、N-甲基脲基、N,N-二甲基脲基、N-甲基-N-十二烷基脲基、N-十六烷基脲基、N,N-二(十八烷基)脲基、N,N-二辛基-N’-乙基脲基、N-苯基脲基、N,N-二苯基脲基、N-苯基-N-对甲苯基脲基、N-(间十六烷基苯基)脲基、N,N-(2,5-二叔戊基苯基)-N’-乙基脲基、和叔丁基碳酰胺基;亚磺酰氨基,如甲基亚磺酰氨基、苯亚磺酰氨基、对甲苯亚磺酰氨基、对十二烷基苯亚磺酰氨基、N-甲基十四烷基亚磺酰氨基、N,N-二丙基-氨磺酰基氨基和十六烷基亚磺酰氨基;氨磺酰基,如N-甲基氨磺酰基、N-乙基氨磺酰基、N,N-二丙基氨磺酰基、N-十六烷基氨磺酰基、N,N-二甲基氨磺酰基、N-[3-(十二烷氧基)丙基]氨磺酰基、N-[4-(2,4-二叔戊基苯氧基)丁基]氨磺酰基、N-甲基-N-十四烷基氨磺酰基和N-十二烷基氨磺酰基;氨基甲酰基,如N-甲基氨基甲酰基、N,N-二丁基氨基甲酰基、N-十八烷基氨基甲酰基、N-[4-(2,4-二叔戊基苯氧基)丁基]氨基甲酰基、N-甲基-N-十四烷基氨基甲酰基和N,N-二辛基氨基甲酰基;酰基,如乙酰基、(2,4-二叔戊基苯氧基)乙酰基、苄氧基羰基、对十二烷氧基苯氧基羰基、甲氧基羰基、丁氧基羰基、十四烷氧基羰基、乙氧基羰基、苄氧基羰基、3-十五烷氧基羰基和十二烷氧基羰基;磺酰基,如甲氧基磺酰基、辛氧基磺酰基、十四烷氧基磺酰基、2-乙基己氧基磺酰基、苯氧基磺酰基、2,4-二叔戊基苯氧基磺酰基、甲基磺酰基、辛基磺酰基、2-乙基己基磺酰基、十二烷基磺酰基、十六烷基磺酰基、苯基磺酰基、4-壬基苯基磺酰基、和对甲苯基磺酰基;磺酰氧基,如十二烷基磺酰氧基和十六烷基磺酰氧基;亚磺酰基,如甲基亚磺酰基、辛基亚磺酰基、2-乙基己基亚磺酰基、十二烷基亚磺酰基、十六烷基亚磺酰基、苯基亚磺酰基、4-壬基苯基亚磺酰基和对甲苯基亚磺酰基;硫基,如乙硫基、辛硫基、苄硫基、十四烷基硫基、2-(2,4-二-叔戊基苯氧基)乙硫基、苯硫基、2-丁氧基-5-叔辛基苯硫基和对甲苯基硫基;酰氧基,如乙酰氧基、苯甲酰氧基、十八烷酰氧基、对十二烷基酰氨基苯甲酰氧基、N-苯基氨基甲酰氧基、N-乙基氨基甲酰氧基和环己基羰氧基;胺,如苯基苯胺基、2-氯代苯胺基、二乙胺、十二烷基胺;亚氨基,如1-(N-苯基酰亚氨基)乙基、N-琥珀酰亚氨基或3-苄基乙内酰脲基;磷酸酯,如磷酸二甲酯和磷酸乙基丁基酯;亚磷酸酯,如亚磷酸二乙酯和亚磷酸二己酯;杂环基团、杂环氧基或杂环硫基,其每一个都可以被取代并且含有由碳原子和至少一个选自氧、氮、硫、磷或硼的杂原子构成的3-7元杂环,如2-呋喃基、2-噻吩基、2-苯并咪唑氧基或2-苯并噻唑基;季铵盐,如三乙基铵;季,如三苯基;和甲硅烷氧基,如三甲基甲硅烷氧基。
如果希望的话,取代基自身可以进一步被所述取代基取代一次或多次。所用的具体取代基可以由本领域技术人员选择,以获得针对特定用途所希望的性能,并且可以包括例如吸电子基团、供电子基团和立体基团。除非另外提供,当分子可以具有两个或多个取代基时,所述取代基可以结合在一起形成环,如稠合环。一般来说,上述基团及其取代基可以包括具有多至48个碳原子,典型地为1-36个碳原子并且通常少于24个碳原子的那些,但是根据所选择的特定取代基,也可能有更多的碳原子数。取代可包括稠合环衍生物,例如但不限于苯并基、联苯并基、萘并基、或二萘并稠环衍生物。这些稠环衍生物也可以进一步被取代。
基于有机物的周期增益区160(或发光材料)可由单独的主体材料构成,但更常见的是包括掺杂一种或多种客体化合物(掺杂剂)的主体材料,其中光发射主要来自掺杂剂并且可以是任何颜色。这些主体-掺杂剂组合由于使基于有机物的增益介质具有非常小的非泵浦散射/吸收损耗(可以小于1cm-1)从而非常有利。掺杂剂通常从高荧光性染料中选择,但磷光化合物,例如WO 98/55561、WO 00/18851、WO 00/57676和WO 00/70655中描述的用于OLED的过渡金属络合物也很有用。掺杂剂通常以0.01重量%到10重量%涂覆到主体材料中,它们被加以选择以便发红、绿或蓝色调的光。用于发红光层的实用主体-掺杂剂组合是Alq作为主体材料,以及1%的L39[4-(双氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃]作为掺杂剂。
选择染料作为掺杂剂的重要关系是比较掺杂剂材料的吸光和主体材料的发光。为从主体向掺杂剂分子高效的传递能量(通过Froster能量传递),必需的条件是掺杂剂的吸光与主体材料的发光重叠。本领域技术人员熟知Froster能量传递的概念,它涉及主体和掺杂剂分子之间的无辐射能量传递。选择主体材料的重要关系是主体材料的吸光显著重叠于泵浦光束180的发射光谱。另外,优选主体材料或者主体材料加掺杂剂的吸光在微腔阵列器件100的微腔发射波长处很小。适合的吸光水平是,主体加掺杂剂组合的吸光系数在微腔发射波长处小于1000cm-1。
实用的发荧光材料包括多环芳基化合物,如I.B.Berlman的“Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules”,AcademicPress,New York,1971和EP 1009041中所述。可以使用具有两个以上胺基的芳族叔胺,包括低聚物材料。
另一类有用的发光材料(用于主体或掺杂剂)含有芳族叔胺类,其中后者应理解为含有至少一个只结合到碳上的三价氮原子的化合物,其中所述碳原子的至少之一为芳环的组元。在一种形式中,芳族叔胺可以是芳基胺如单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺、或低聚芳基胺。单体三芳基胺的实例在Klupfel等的US 3,180,730有所说明。用一个或多个乙烯基取代的和/或包含至少一个含活性氢基团的其它合适的三芳基胺由Brantley等的美国专利3,567,450和US 3,658,520公开。
一类更优选的芳族叔胺是包括至少两个芳族叔胺部分的那些,如美国专利4720432和US 5061569中所述。这些化合物包括结构式A表示的那些。
其中:
Q1和Q2是分别独立选择的芳族叔胺部分;
G是连接基团,如碳-碳键的亚芳基、环亚烷基或亚烷基。
在一个实施方案中,Q1或Q2中的至少一个含有多环的稠环结构,例如萘。当G是芳基时,优选亚苯基、亚联苯基或萘基部分。
满足结构式A并含有两个三芳胺基部分的一类实用的三芳胺基表示为结构式B:
其中:
R1和R2分别独立地代表氢原子、芳基或烷基,或者R1和R2一起表示构成环烷基的原子;以及
R3和R4分别独立地代表芳基,其进而被二芳基取代的氨基所取代,如结构式C所示:
其中,R5和R6是分别独立选择的芳基。在一个实施方案中,R5或R6中的至少一个含有多环的稠环结构,例如萘。
主体材料可包括取代或未取代的三芳基胺。另一类芳族叔胺是四芳基二胺。合乎需要的四芳基二胺包括两个如结构式C所示的二芳基氨基基团,其通过亚芳基连接。实用的四芳基二胺包括结构式D表示的那些化合物。
其中:
每个Are是分别独立选择的亚芳基,例如亚苯基或蒽基部分;
n是1-4的整数;以及
Ar、R7、R8和R9是分别独立选择的芳基。
在一个典型的实施方案中,Ar、R7、R8和R9中的至少一个是多环的稠环结构,例如萘。
上述结构式A、B、C、D中的各种烷基、亚烷基、芳基和亚芳基部分各自可以进一步被取代。典型的取代基包括烷基、烷氧基、芳基、芳氧基,和卤素,如氟、氯和溴。各种烷基和亚烷基部分通常含有大约1-6个碳原子。环烷基部分可以含有大约3-10个碳原子,但是通常含有五个、六个或七个环碳原子,例如是环戊基、环己基和环庚基的环状结构。芳基和亚芳基部分通常是苯基和亚苯基部分。
发光材料可以由单个或混合的芳族叔胺化合物构成。具体来说,可以将三芳基胺(例如满足结构式B的三芳基胺)与四芳基二胺(例如结构式D所示的四芳基二胺)相结合使用。主体材料可包括取代或未取代的二咔唑-联苯化合物。实用的芳族叔胺的说明性例子如下:
4,4’-N,N’-二咔唑-1,1’-联苯(CBP)(D1)
4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(D2)
4,4’-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]联苯(D3)
4,4’-双[N-(2-萘基)-N-对甲苯基氨基]联苯(D4)
1,1-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)环己烷
1,1-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)-4-苯基环己烷
4,4’-双(二苯基氨基)四苯基
双-(4-二甲氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷
N,N,N-三(对-甲苯基)胺
4-(二-对-甲苯基氨基)-4’-[4(二-对-甲苯基氨基)-苯乙烯基]茋
N,N,N’,N’-四-对-甲苯基-4,4’-二氨基联苯
N,N,N’,N’-四苯基-4,4’-二氨基联苯
N,N,N’,N’-四-1-萘基-4,4’-二氨基联苯
N,N,N’,N’-四-2-萘基-4,4’-二氨基联苯
N-苯基咔唑
4,4”-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对-三联苯
4,4’-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯
1,5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘
4,4’-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4,4”-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]对-三联苯
4,4’-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯
4,4’-双[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]联苯
2,6-双(二-对-甲苯基氨基)萘
2,6-双[二-(1-萘基)氨基]萘
2,6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘
N,N,N’,N’-四(2-萘基)-4,4”-二氨基-对-三联苯
4,4’-双{N-苯基-N-[4-(1-萘基)苯基]氨基}联苯
4,4’-双[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]联苯
2,6-双[N,N-二(2-萘基)胺]芴
1,5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘
4,4’,4”-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯胺
主体材料可包括取代或未取代的氮杂芳族化合物。例如,主体材料可包括取代或未取代的吖啶、喹啉、嘌呤、吩嗪、吩嗪、或菲咯啉化合物。咔唑衍生物是实用的主体。菲咯啉材料的实用实例包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲和4,7-二苯基-1,10-菲咯啉。
主体和掺杂剂分子的包括,但不限于,在美国专利4768292、5141671、5150006、5151629、5405709、5484922、5593788、5645948、5683823、5755999、5928802、5935720、5935721和6020078中公开的那些。
8-羟基喹啉的金属络合物以及类似的衍生物(通式E)构成了一类能够支持电致发光的实用主体化合物,并且其特别适用于发射波长大于500nm的光,如绿光、黄光、橙色光和红光。
其中
M代表金属;
n是1-3的整数;以及
Z在各个具体场合分别独立地代表组成具有至少两个稠合芳环的核的原子。
由上所述,显然该金属可以是单价的,二价的,三价的或四价的金属。该金属可以为,例如碱金属,如锂、钠或钾;碱土金属,如镁或钙;土金属,如铝或镓;或过渡金属如锌或锆。一般来说,可以采用任何公知作为实用螯合金属的单价、二价、三价或四价金属。
Z构成了含有至少两个稠合芳环的杂环核,其中至少一个是吡咯环或吖嗪环。其它的环,包括脂环和芳环,如果需要的话,都可以与所述两个必需的环稠合。为避免加入的分子体积太大而不能改进功能,环原子的数目通常保持在18或以下。
主体材料可包括取代或未取代的螯合喔星(oxinoid)化合物。
实用的螯合喔星化合物如下:
CO-1:三喔星铝[别名,三(8-喹啉醇)铝(III)]
CO-2:双喔星镁[别名,双(8-喹啉醇)镁(II)]
CO-3:双[苯并{f}-8-喹啉醇]锌(II)
CO-4:双(2-甲基-8-喹啉醇)铝(III)-μ-氧代-双(2-甲基-8-喹啉醇)铝(III)
CO-5:三喔星铟[别名,三(8-喹啉醇)铟]
CO-6:三(5-甲基喔星)铝[别名,三(5-甲基-8-喹啉醇)铝(III)]
CO-7:喔星锂[别名,(8-喹啉醇)锂(I)]
CO-8:喔星镓[别名,三(8-喹啉醇)镓(III)]
CO-9:喔星锆[别名,四(8-喹啉醇)锆(IV)]
主体材料可包括取代或未取代的蒽化合物。
9,10-二-(2-萘基)蒽的衍生物(结构式F)构成了一类能够支持电致发光的实用主体化合物,并且其特别适用于发射波长大于400nm的光,例如蓝光、绿光、黄光、橙色光或红光。
其中:R1、R2、R3、R4、R5和R6代表在每个环上的一个或多个取代基,其中每个取代基分别选自如下的基团:
基团1:氢,或具有1到24个碳原子的烷基;
基团2:具有5-20个碳原子的芳基或取代芳基;
基团3:形成蒽基、芘基和苝基的稠合芳环所需的4-24个碳原子;
基团4:形成呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基或其它杂环体系的稠合杂环芳环所必需的、具有5-24个碳原子的杂环芳基或取代的杂环芳基;
基团5:具有1-24个碳原子的烷氧基氨基、烷基氨基、或芳基氨基;以及
基团6:氟、氯、溴和氰基。
说明性实例包括9,10-二-(2-萘基)蒽(F1)和2-叔丁基-9,10-二-(2-萘基)蒽(F2)。其它蒽衍生物可用作主体,包括9,10-双[4-(2,2’-二苯基乙烯基)苯基]蒽的衍生物。
吲哚衍生物(结构式G)构成了另一类能够支持电致发光的实用主体材料,并且其特别适用于发射波长大于400nm的光,例如蓝光、绿光、黄光、橙色光或红光。
其中:
n是3-8的整数;
Z是O、NR或S;以及
R和R’分别独立地为氢;1-24个碳原子的烷基,例如丙基、叔丁基、庚基等等;具有5到20个碳原子的芳基或杂原子取代的芳基,例如苯基和萘基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基以及其它的杂环体系;或者卤素如氯代、氟代;或者形成稠合芳环所需的原子;
L是由烷基、芳基、取代的烷基或取代的芳基所构成的连接单元,其共轭或非共轭地将多个吲哚连接在一起。实用吲哚实例有2,2’,2”-(1,3,5-亚苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。
主体材料可包括取代或未取代的苯并唑化合物、取代或未取代的苯并噻唑化合物、或者取代或未取代的苯并咪唑化合物。主体材料可包括取代或未取代的坐化合物、取代或未取代的三唑化合物、或者取代或未取代的二唑化合物。唑化合物的实用实例包括1,4-双(5-苯基唑-2-基)苯、1,4-双(4-甲基-5-苯基唑-2-基)苯和1,4-双(5-(对联苯基)唑-2-基)苯。二唑化合物的实用实例包括2-(4-联苯基)-5-苯基-1,3,4-二唑和2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-二唑。三唑化合物的实用实例包括3-(4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1,2,4-三唑。
二苯乙烯衍生物也可用作主体材料或掺杂剂材料。美国专利5121029中记载了许多实例。实用的发光材料(主体和掺杂剂)可具有通式(H)或(I):
X-CH=CH-Y-CH=CH-Z (H)
X-(CH=CH)n-Z (I)
其中:
X和Z分别独立地为取代或未取代的芳基或者是具有一个氮原子的取代或未取代的芳族络合物环基;
n等于1、2或3;以及
Y是二价芳基或者具有一个氮原子的二价芳族络合物环基。实用的实例包括1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯,4,4’-(9,10-蒽二基二-2,1-亚乙烯二基)双(N,N-双(4-甲基苯二基)苯胺,4,4’-(1,4-萘二基二-2,1-亚乙烯二基)双(N,N-(4-甲苯基))苯胺。
选择基于有机物的掺杂剂以提供300-1700nm之间的光发射。所述掺杂剂可选自荧光或磷光染料。实用的荧光掺杂剂包括如上面作为主体材料所描述的材料。其它实用的荧光掺杂剂包括但不限于,取代或未取代的蒽、并四苯、呫吨、苝、红荧烯、香豆素、若丹明、喹吖啶酮,二氰亚甲基吡喃化合物,噻喃化合物、聚甲炔化合物、吡喃(pyrilium)和噻喃(thiapyrilium)化合物,芴衍生物、二荧蒽嵌苯衍生物、茚并苝衍生物、二(吖嗪基)胺硼化合物、二(吖嗪基)甲烷化合物、萘啶、荧蒽、呋喃、吲哚、thiaphene、苯并呫吨、芘、靴二蒽、三联苯、四联苯、五联苯、六联苯、蒽嵌蒽、二蒽烯化合物、N,N,N’,N’-四取代的联苯胺衍生物、N,N,N’,N’-四芳基联苯胺衍生物以及喹诺酮(carbostyryl)化合物或其组合。这类材料的衍生物也可以用作实用的主体材料或其组合。主体材料通常为含有至少三个亚苯基部分的化合物。
实用掺杂剂的说明性实例包括但不限于以下结构式:
其它发光材料包括各种杂环光学增亮剂,如美国专利4539507中所述。
发光材料也可以是聚合物材料,两种或多种聚合物材料的混合物,或者掺杂的聚合物或聚合物混合物。所述发光材料也可以包括一种以上有或无掺杂剂的非聚合物和聚合物材料。用于非聚合物分子的典型掺杂剂在前面列出。非聚合物掺杂剂可以分子分散到聚合物主体中,或者掺杂剂可以通过少量成分共聚到主体聚合物中而加入。典型的聚合物材料包括但不限于,取代和未取代的聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)衍生物,取代和未取代的聚(对苯撑)(PPP)衍生物,取代和未取代的聚芴(PF)衍生物,取代和未取代的聚(对吡啶),取代和未取代的聚(对吡啶乙亚烯基)衍生物,以及取代、未取代的聚(对苯撑)梯型和梯凳型聚合物,以及其共聚物,如Diaz-Garcia等人在美国专利5881083及其参考文献中所述。所述取代基包括但不限于烷基、环烷基、烯基、芳基、杂环芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、硝基、硫代、卤代、羟基以及氰基。典型的聚合物为聚(对亚苯基亚乙烯基)、二烷基、二芳基、二氨基、或者二烷氧基取代的PPV、单烷基单烷氧基取代的PPV、单芳基取代的PPV、9,9’-二烷基或二芳基取代的PF、9,9’-单烷基单芳基取代的PF、9-单烷基或芳基取代的PF、PPP、二烷基、二氨基、二芳基、或二烷氧基取代的PPP、单烷基、芳基、烷氧基、或氨基取代PPP。此外,可以使用聚合物材料例如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺,以及共聚物例如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸盐),也称为PEDOT/PSS。
上述有机材料可通过升华过程适当地进行淀积,但也可以由具有光学粘合剂的溶剂淀积而成以提高成膜性。如果所述材料为聚合物,通常优选溶剂淀积法。将要通过升华过程淀积的材料可以从通常由钽材料构成的升华“舟”中气化,如美国专利6237529中所述,或者可以首先涂覆在供体薄片上,然后在接近衬底处升华。带有混合物材料的层可以采用分别的升华舟,或者可以将材料预先混合,然后通过单个舟或供体薄片进行涂覆。
如图3所示并且如上面所讨论,微腔器件阵列包括红、绿、和蓝色发光像素,尺寸在80×240μm左右。发光颜色由发光路径的长度和包含在周期增益区160内的增益介质的荧光光谱所决定。利用荫罩、整体荫罩(美国专利5294870)、从供体薄片上转移空间限定热染料(美国专利5688551,5851709,和6066357)以及喷墨方法(6066357)可以实现包含在周期增益区160内的增益介质的图案化淀积。如果周期增益区160多于一层,则所述图案化沉积需要相应地重复进行。
大多数基于有机物的微腔器件对湿气或氧气、或二者都敏感,因此它们通常密封于惰性气氛如氮气或氩气中。干燥剂例如氧化铝、铁铝氧石、硫酸钙、粘土、硅胶、沸石、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硫酸盐或金属卤化物和高氯酸盐可以加入所述密封器件中。封装和干燥的方法包括,但不限于在美国专利6226890中描述的那些方法。此外,阻挡层,如SiOx、Teflon和交替的无机/聚合物层是密封技术领域公知的。
对于间隔层170来说,优选利用能同时透过微腔发射光190和泵浦光束180的材料。在该实施方式中,通常选择1,1-双-(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)环己烷(TAPC)作为间隔材料,因为其在整个可见光和近UV光谱内具有非常低的吸光并且其折射率略低于大多数有机主体材料。由于有助于使驻波电磁场波腹与周期增益区160之间的重叠最大化,故这种折射率的差异很有用。除了有机间隔材料之外,所述间隔层170也可以由无机材料组成,例如SiO2,因为其具有较低的吸光并且其折射率小于有机主体材料。当使用基于无机物的间隔层时,所述材料可以通过热蒸发、低淀积温度电子束(70℃左右)、或者胶体法进行淀积。
在有源区130产生之后,进行顶介电叠层140的淀积。顶介电叠层140与底介电叠层120间隔开,并能够反射预定范围波长的光。其组成类似于底介电叠层。由于顶介电叠层140淀积在含有有机物(对于基于有机物的增益介质的情况)的有源区130上,其应当保持较低的淀积温度以避免熔化所述有机物以及热膨胀错位(在有机物和无机介电叠层材料之间),这种错位发生在使样品冷却回到室温时。这样,顶介电叠层140的典型淀积温度在100℃或更低。所述顶介电叠层可以通过常规的方法淀积,例如电子束、低能溅射法、或者胶体淀积法。为了获得高效的微腔器件性能,优选底介电叠层120的反射率峰值大于99%,而顶介电叠层140的反射率峰值小于90%。
微腔阵列器件100通过入射泵浦光束光源180进行光学驱动,并发出微腔发射光190。所述泵浦光束光180可以是非相干LED光。图2表示的是微腔发射光190通过顶介电叠层140。或者,所述微腔结构可以任选通过顶介电叠层140进行光学泵浦,其中通过适当地设计介电叠层反射系数性质而使微腔发射光190穿过衬底110。微腔阵列器件100通过以下方式操作。泵浦光束180透过衬底110和底介电叠层120,被周期增益区160吸收,其中泵浦光束能量的某些部分作为较长波长的微腔光线而再次发出。当泵浦光束180进入衬底110时,为了确保微腔发射光190主要通过顶介电叠层140射出,需要选择顶介电叠层的峰值反射率,使其小于底介电叠层120的峰值反射率。为了提高器件的功率转换效率,通常的做法是在两个介电叠层中都加入其它的介电层,使得顶介电叠层140对泵浦光束180高度反射而底介电叠层120对泵浦光束180高度透射。
利用本发明的包括微腔阵列器件100的显示器,可以制成简化的液晶显示器。更为简化的LCD,如图4所示,通常包括背光单元220、微腔阵列器件100、偏振器305、光阀层310、以及扩束器320。背光单元220向所述微腔阵列器件100提供泵浦光束光180。微腔阵列器件100与偏振器305一同向光阀层310提供彩色像素化偏振光源。光阀层310或者透过或者阻断了像素化结构中的光线。扩束器320拾取从光阀层310出来的光线并扩大其视角锥体。
用于生成泵浦光束光180的背光单元220,如图5-8所示,由漫射器240和发光二极管(LED)230或者冷阴极荧光灯(CCFL)280构成。漫射器240使入射在微腔阵列器件100上的光线均匀化。LED 230通常要么成线性阵列250,其照亮波导260的边缘,该波导则使光线改向以使其照亮微腔阵列器件100,要么成平面阵列270,其直接照亮微腔阵列器件100。CCFL 280通常要么照亮波导260的边缘,该波导使光线改向使其照亮微腔阵列器件100,要么在漫射器下方排列成行300并直接照亮微腔阵列器件100。
微腔阵列器件100的较小发散角使得微腔阵列的发光元件205与光阀层310的颜色元件之间成1∶1的对应关系。相应地,其不再需要包含滤光器阵列作为光阀层310的组件之一。光阀层310只需要调制来自微腔阵列器件100的彩色光的入射角;因此,限制了与滤光器阵列相关的效率损失。来自微腔阵列器件100的近准直性光输出的另一个特征是视角补偿膜可以从显示器结构中去掉。同样,由于微腔阵列器件100的光输出的自然准直性(发散角<10-15°),通常包括在背光单元220中的准直薄膜也可以去掉。由于显示器结构中去掉了视角补偿膜和准直薄膜,可以降低液晶显示器的成本。然而,为了防止光线从相邻像素中漏出,微腔阵列器件100的光输出必须造成很小的发散度。为了防止不当色彩的光从相邻像素中逸出,微腔阵列发光元件205的尺寸应当稍微减小以便在微腔光线横穿入光阀层310时,其对应大约80×240μm的适当像素尺寸。发光元件的尺寸可以通过在底介电叠层120与衬底110之间选择性地淀积金属而进行调节。优选的金属是Al或Ag,其可以通过公知的蒸发技术而选择性地淀积。这些金属能够高度反射泵浦光束光180并使得泵浦光束光180循环利用直到其通过金属淀积层之间。
光阀层310,如图9中所示,通常为液晶单元330,其在最远离微腔阵列器件100的一侧具有分析器340。液晶单元330类似于常规的液晶单元,只不过其没有包含CFA。液晶单元330不需要CFA,因为来自微腔阵列器件100的光输出被像素化成红、绿和蓝色的微腔发射光。液晶单元330包括顶部和底部的液晶衬底350。液晶单元330内的液晶衬底350可包括玻板或塑料衬底。液晶衬底350的厚度应当足够薄,以防止视差,这种视差将导致光线通过附近的像素泄漏。液晶衬底350的厚度应当优选小于0.5mm。两个液晶衬底350都涂布有图案化的透明导体层360。典型的透明导体是氧化铟锡。在各透明导体层360的顶部涂布有校准层370。最后,在两个校准层370之间涂布有液晶材料380。液晶单元330通过选择性地施加电压使液晶分子定向来调节从微腔阵列器件100输出的光强。液晶单元330还可以在各像素位置包括薄膜晶体管,使得显示器被有源驱动。然而,本发明不需要特别的驱动方案。光阀层310还包括分辨从液晶单元330输出的偏振光的分析器340。
本领域技术人员应当明白,其它光阀也可用于本发明。一个实例是通过电润湿法制成的光阀。在这种光开关中,如Hayes等人,Nature,425,383(2003)中所展示,应用了电场来改变含有染料的油滴覆盖各个像素表面的程度。电场有效地改变了像素表面的疏水性。Hayes等人,Nature,425,383(2003)中预期其开关可用于反射式显示器,其中通过油滴后面的白光发射器产生反射。电润湿开关也可用于透射过程,如果底板是透明的而不是反射式的。
由于微腔阵列器件100的光输出是近准直性的,其需要包括扩束器320作为图4的LCD器件的最终元件,以便增加彩色光输出的锥形角度。构成扩束器320的可能元件可以是漫射器元件或者微棱镜阵列。所述元件应当可以增加视角锥度同时保持显示图像的清晰度。更具体来说,在射出扩束器320后,各个像素应当如同进入扩束器320之前那样能够清晰地分辨出。根据预期的观察应用,视角锥度可以通过扩束器320来相应地调大。
液晶显示器的另一种实施方式,如图10中所示,包括背光单元220、发蓝光微腔阵列器件105、偏振器305、光阀层310、红/绿介电叠层315,以及色彩转换层325。背光单元220向所述发蓝光微腔阵列器件105提供泵浦光束光180。发蓝光微腔阵列器件105与偏振器一道向光阀层310提供蓝色偏振化的光源。至于发蓝光微腔阵列器件105,其组成和操作类似于上面所述,只不过其只输出蓝色微腔光线。光阀层310或者透过或者阻断了像素化结构中的蓝光。色彩转换层325选择性地吸收蓝色微腔光线并在红色和绿色显示像素的位置处将其降频变换成红色和绿色光。红/绿介电叠层315设置在色彩转换层325和光阀层310之间以使得红色和绿色光线只沿观察者的方向传播。在蓝色显示像素的位置处,没有降频变换。结果,在蓝色显示像素的位置处,色彩转换层325包括向前散射元件以增大准直化蓝色微腔光线的发射锥体角度。
对于从发蓝光微腔阵列器件105只发出蓝光的情况来说,光阀层310可以稍微改进以优化其操作性。更具体来说,液晶单元330通过选择性地外加电压使得液晶分子定向而调节来自发蓝光微腔阵列器件105的蓝光强度输出。应当调整液晶单元330使得对于来自发蓝光微腔阵列器件105的蓝色入射微腔光线的中心波长的暗态得以优化。通过这种方式可以提高显示器的对比度。
色彩转换层325选择性地吸收经过调制的蓝色微腔光线并在红色和绿色显示像素的位置处将其降频变换成红色和绿色光。为了将蓝光降频转换成红色和绿色光,所述层的固体基质中可分别包括红色和绿色发光的有机荧光染料。有机荧光染料具有高荧光量子效率和高吸光横截面的优点。此外,它们可以通过成本效率高的淀积技术如旋涂法进行淀积。候选的红色和绿色高量子效率有机染料分别有[4-(双氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃](DCJTB)和[10-(2-苯并噻唑基)-2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1]苯并吡喃并[6,7,8-ij]喹嗪-11-酮](香豆素545T)。其荧光量子效率都接近100%(在固态薄膜中),并在460-480nm波长范围内具有较大吸光横截面,发蓝光微腔阵列器件105将在该范围内发光。除了利用有机荧光染料作为降频转换剂之外,最近的研究成果指出了利用无机量子点作为色彩转换层325中的荧光化合物的可能性。例如,胶体CdSe/CdS异质结构量子点显示出量子产量在80%以上,参见A.P.Alivisatos,MRS Bulletin 18(1998)。含有有机或无机荧光材料的固体基质应当对可见波长的光透明并能够通过低廉的处理过程进行淀积。优选的固体基质有透明塑料,如聚乙酸乙烯酯或PMMA。在用有机染料掺杂基质的过程中,染料浓度需要保持在正好低于浓缩猝灭开始出现的地方。这样,对于DCJTB和香豆素545T来说掺杂浓度在0.5-2%的范围内。
即使对于所选的荧光染料来说内部量子效率接近100%,外部量子效率由于固体基质中捕获了光的结果仍可能受到限制。提高外部量子效率的优选方式是,当随同固体基质材料一起淀积时使其包含具有染料颗粒的散射中心。散射颗粒的直径应当是发射波长(红色和绿色)一半左右,折射率与固体基质的不同,并且在整个可见光谱范围内透明。优选的颗粒为TiO2,因为其在整个可见光谱内具有透明度并且其折射率较大。
由于需要使显示光线导向观察者,红/绿介电叠层315设置在色彩转换层325和光阀层310之间。红/绿介电叠层315应当反射大于80%的红色和绿色发射光并通过至少90%的蓝色微腔光线。优选红/绿介电叠层315通过低廉的方法进行淀积,例如聚合物挤出成型法、胶体淀积法、或者等离子增强的化学气相淀积法。也可以采用本领域的其它常规方法。
如上所述,色彩转换层325包含能通过蓝色激光而无降频变换的蓝色像素。由于蓝色微腔光线的发散角较窄,所以蓝色像素需要加入能增大蓝光发射角的材料。如本领域所公知,可以选择优选以向前的方向散射蓝色微腔光线的散射颗粒。至于绿色和红色像素,散射颗粒的折射率应当不同于固体基质并且是透明的。散射颗粒的尺寸和折射率都可根据公知的增强向前散射的配方选择。除了通过在蓝色像素基质中包括散射颗粒来增大发射角之外,也可以使用本领域中的其它常规方法。
色彩转换层325的蓝色、绿色、和红色像素的大小需要根据显示应用来确定(给定显示面积和分辨率),并可利用成本效率高的步骤来选择性地进行淀积。一种方法是在光刻胶配方中加入荧光颗粒和散射颗粒。这类方法已被用于制造染色的光成像光刻胶(CFA通常通过该技术淀积),其中将染色的颗粒加入光刻胶配方中。利用该方法,色彩转换层325的蓝色、绿色和红色部分可以通过利用本领域公知的光刻技术进行选择性地淀积。除了通过光刻法选择性地淀积色彩转换层325之外,也可以使用本领域中的其它常规方法。
除了由于从光阀层310去掉CFA而获得效率增大之外,用具有较大的面积的发蓝光微腔阵列器件作为光源还具有其它的优点。由于蓝色微腔发光是近准直性的,因此视角补偿膜和准直薄膜(通常存在于背光单元220中)都可以从显示器结构中去掉。由于显示器结构中去掉了视角补偿膜和准直薄膜,所以降低了液晶显示器的成本。
部件列表
1 光轴
3 x-y-z坐标系统
5 显示器表面
7 显示器法线方向
9 光轴
100 微腔阵列器件
105 发蓝光微腔阵列器件
110 衬底
120 底介电叠层
130 有源区
140 顶介电叠层
160 周期增益区
170 间隔层
180 泵浦光束光
190 微腔发射光
205 发光元件
220 背光单元
230 发光二极管
240 漫射器
250 线性阵列
260 波导
270 平面阵列
280 冷阴极荧光灯
300 行
305 偏振器
310 光阀层
315 红/绿介电叠层
320 扩束器
325 色彩转换层
330 液晶单元
340 分析器
350 液晶衬底
360 透明导体层
370 液晶分子的校准层
380 液晶材料
方位角
θ 倾斜角
Claims (32)
1.一种用于生成彩色像素化光的显示设备,包括:
a用于提供泵浦光束光的背光单元;
b响应泵浦光束光并具有多个像素的微腔发光阵列,其中每个像素包括:
i)透明衬底;
ii)能反射预定波长范围内的光线的底介电叠层;
iii)响应于泵浦光束用于生成显示光线的有源区;以及
iv)与所述底介电叠层隔开并能反射预定波长范围内的光线的顶介电叠层;
c允许来自微腔发光阵列的选定显示光线通过其中的光阀;
d设置在所述微腔发光阵列和所述光阀之间的偏振层;以及
e设置在所述光阀上方用于增加所述显示光线的视角锥度的扩束器。
2.权利要求1所述的显示设备,其中不同像素的有源区为响应所述泵浦光束而产生不同颜色的显示光。
3.权利要求1所述的显示设备,其中泵浦光束光透过至少一个介电叠层并通过其引入有源区。
4.权利要求1所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层具有液晶的层,它响应外加场以使选定的显示光线通过,以及用于向所述液晶层的选定部分施加场的器件。
5.权利要求1所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层偏振膜。
6.权利要求1所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层具有电润湿开关的层。
7.权利要求1所述的显示设备,其中所述背光单元包括发光二极管或冷阴极荧光灯。
8.权利要求1所述的显示设备,其中有源区包含一个或多个周期增益区以及设置在所述周期增益区的任何一侧的间隔层,所述间隔层设置成使得所述周期增益区与所述器件的驻波电磁场的波腹对齐。
9.权利要求8所述的显示设备,其中不同像素的周期增益区产生红、绿或蓝色光。
10.权利要求8所述的显示设备,其中所述周期增益区包括有机主体材料和掺杂剂。
11.权利要求8所述的显示设备,其中所述间隔层对泵浦光束光和微腔光基本上透明。
12.权利要求11所述的显示设备,其中所述间隔层包括1,1-双(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)环己烷或者二氧化硅。
13.权利要求10所述的显示设备,其中所述产生绿光的周期增益区部分包括三(8-羟基喹啉)铝主体材料,以及[10-(2-苯并噻唑基)-2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1]苯并吡喃并[6,7,8-ij]喹嗪-11-酮]掺杂剂。
14.权利要求10所述的显示设备,其中所述产生红光的周期增益区部分包括三(8-羟基喹啉)铝主体材料,以及[4-(双氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃]掺杂剂。
15.权利要求10所述的显示设备,其中所述产生蓝光的周期增益区部分包括2-叔丁基-9,10-二萘基-2-基-蒽主体材料,以及2,5,8,11-四(1,1-二甲基乙基)-苝掺杂剂。
16.权利要求8所述的显示设备,其中所述周期增益区包括聚合物材料。
17.权利要求8所述的显示设备,其中所述周期增益区包括无机纳米颗粒。
18.一种用于生成彩色像素化光的显示设备,包括:
a用于提供泵浦光束光的背光单元;
b响应泵浦光束光并具有多个像素的微腔发光阵列,其中每个像素包括:
i)透明衬底;
ii)能反射预定波长范围内的光线的底介电叠层;
iii)响应于泵浦光束用于生成蓝光的有源区;以及
iv)与所述底介电叠层隔开并能反射预定波长范围内的光线的顶介电叠层;
c允许来自微腔发光阵列的选定显示光线通过其中的光阀;
d设置在所述微腔发光阵列和所述光阀之间的偏振层;
e包括不同部分的色彩转换层,其中所选的不同部分为响应于蓝光而产生不同颜色的光,并适于增大所选定的彩色光的视角锥度。
19.权利要求18所述的显示设备,其中所述色彩转换层包括不同的变色材料以便生成红色和绿色显示光线。
20.权利要求18所述的显示设备,进一步包括设置在光阀顶部用于反射来自色彩转换层的红光和绿光的第三介电叠层。
21.权利要求18所述的显示设备,其中泵浦光束光透过至少一个介电叠层并通过其引入有源区。
22.权利要求18所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层具有液晶的层,它响应外加场以使选定的显示光线通过,以及用于向所述液晶层的选定部分施加场的器件。
23.权利要求18所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层偏振膜。
24.权利要求18所述的显示设备,其中所述光阀包括至少一层具有电润湿开关的层。
25.权利要求18所述的显示设备,其中所述背光单元包括发光二极管或冷阴极荧光灯。
26.权利要求18所述的显示设备,其中有源区包含一个或多个周期增益区以及设置在所述周期增益区的任何一侧的间隔层,所述间隔层设置成使得所述周期增益区与所述器件的驻波电磁场的波腹对齐。
27.权利要求26所述的显示设备,其中所述周期增益区包括有机主体材料和掺杂剂。
28.权利要求26所述的显示设备,其中所述间隔层对泵浦光束光和微腔光基本上透明。
29.权利要求28所述的显示设备,其中所述间隔层包括1,1-双(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)环己烷或者二氧化硅。
30.权利要求27所述的显示设备,其中所述产生蓝光的周期增益区部分包括2-叔丁基-9,10-二萘基-2-基-蒽主体材料,以及2,5,8,11-四(1,1-二甲基乙基)-苝掺杂剂。
31.权利要求26所述的显示设备,其中所述周期增益区包括聚合物材料。
32.权利要求26所述的显示设备,其中所述周期增益区包括无机纳米颗粒。
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