[发明专利]具有改善的光输出的LED设备

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)设备，更具体地，涉及用于改善光 输出、环境对比度和可制造性的LED设备结构。

背景技术

发射型平板显示设备广泛地与计算设备(尤其是便携式设备)共同 使用。这些显示器经常用于具有显著环境照明的公共区域中，并且从宽 范围的角度被观看。

有机发光二极管(OLED)在平板显示设备中有很多优点，并且在光 学系统中非常有用。在2002年5月7日授权给Tang等人的美国专利 No.6,384,529示出了包括OLED发光元件(像素)阵列的OLED彩色显 示器。当电流流过有机材料时，从像素发出光，光的频率取决于所使用 的有机材料的性质。将有机材料放置在电极之间的基板上，该基板具有 封装覆盖层或板。在这样的显示器中，通过基板(底部发射体)或通过 封装覆盖物(顶部发射体)，或这两者可以发光。发射的光是朗伯光 (Lambertian)，即，其在各方向等同地被发射。因为LED设备采用高光 学指数发射材料，所以由于全内反射，在设备中捕获发射光的大部分(例 如，多于50％)，因而降低了设备效率。

增加从OLED设备结构发射的光的光学腔结构是已知的。在薄膜中 形成时，这样的光学腔结构也已知为微腔或光学微腔。当在LED设备中 形成时，不同颜色的发光有机材料是在反射电极和半透明电极之间并在 基板之上沉积的图案(pattern-wise)。因而，在光学腔内形成具有不同颜 色的光发射体，该光学腔被调到期望的光峰值波长，其通常对应于由被 构图的发光材料发射的光的颜色。美国专利6,680,570描述了一种采用间 隔层以形成光学腔的具有改进的颜色控制的有机发光设备。图9示出了 这样的现有技术：有源矩阵型底部发射光学腔设备采用了具有有源矩阵 薄膜部件30、平整化结构32和34以及半透明电极16的基板10。在发 光层14中沉积提供红、绿和蓝光发射的被构图的有机材料14R、14G和 14B。采用光学间隔体26R、26G和26B以形成被调到红、绿和蓝光的期 望峰值波长的光学腔60、62和64，以分别发射红光80、绿光82和蓝光 84。可以采用盖20以保护并且封装设备。虽然这样的设计是有用的，但 是它们需要难以与大型基板成比例的被构图的有机材料的沉积技术(例 如，通过金属荫罩的真空沉积)。而且，光学腔设备通常遭受非可接受的 角度颜色依赖性。还已知的是，可以采用具有光学腔结构的滤色器，例 如美国专利7,189,238号中所教导的。然而，虽然有用，但这样的方法无 法提高设备的可制造性，并且在某些照明条件下提供不适当的环境对比 度。而且，滤色器吸收了从发光层发射的光，由此降低了设备效率。

题为“Light-emitting elements”的美国专利5,554,911号描述了具有 至少两个光学腔结构的多颜色发光元件，该至少两个光学腔结构分别具 有确定它们的发射波长的不同光学长度。各光学腔结构包括有机材料作 为发光区域，该有机材料可以是元件中均匀厚度的单膜。题为“Tuned microcavity color OLED display”的美国专利6,861,800号描述了一种具有 像素阵列的微腔OLED设备，该像素阵列被分为至少两种不同颜色的像 素组，各颜色像素组在公共基板之上发射不同的预定颜色光，其中，阵 列中的各像素包括设置在基板之上的金属底部电极层，和与金属底部电 极层隔开的金属电极层。用于半透明金属电极层的材料包括Ag、Au或 其合金。对半透明金属电极层的厚度、有机层和透明导电相位层的组合 厚度、以及发光层的放置进行选择，使得显示器中的各像素形成调整后 的微腔OLED设备，该微腔OLED设备具有的发射输出效率高于可比较 的没有微腔的OLED设备。美国专利5,949,187号描述了一种OLED，其 具有包括第一透明间隔体和位于第一间隔体上的第一镜叠层(mirror stack)，以将光反射回OLED中并且限定第一微腔的光学长度。第一微腔 的光学长度使得从第一微腔发射的光具有第一光谱。第二微腔包括与第 一微腔相邻的第二透明间隔体，并且位于第二间隔体上的第二镜叠层将 光朝向第二OLED反射，并且限定第二微腔的光学长度。第二微腔的光 学长度使得从第二微腔发射的光具有第二光谱。附加微腔可以被放置在 该结构中以进一步增强并改变光谱。但是，由于用于在相对于法线的多 个角度行进的光的有效光学路径长度的变化，这样的设计可能具有增加 的制造成本，比期望低的光输出，和比期望大的反射率，以及在不同视 角的显著颜色变化。