CN1191490C - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光装置，它具有这样一种结构，在这种结构中，一个具有螺旋结构的光学活性介质、一个四分之一波片以及一线性偏振片被放置在发光元件的上方，此发光元件是通过将一个镜面反射电极、一有机EL层以及一透明电极堆叠起来而被形成的。

Description

显示装置

发明领域

本发明涉及一种在诸如便携式信息终端、便携式电话、个人电脑或电视的设备上使用的平板式显示装置，特别涉及一种使用具有厚度薄、亮度高以及制造成本低等特点的光导元件的显示器。

本发明还涉及一种使用光导元件的显示器，当不使用时，它可被装入一个小的箱子中。

背景技术

诸如液晶显示器(LCD)的显示器已被实际用作诸如便携式信息终端、游戏设备、便携式电话、个人电脑或电视的设备的显示器。

具体来说，含有可利用为象素所设置的多个TFT来驱动各液晶元件的结构的薄膜晶体管(TFT)LCD具有很多优点，例如，它能够以高清晰度和快速的响应来显示图象，因而其用途也日益广泛。

但是，制造包括TFT在内的液晶显示元件的工艺非常复杂。更具体地说，显示区域越大，制造成本就变得越高。由于溅射设备、CVD设备、曝光设备以及用于制造TFT的类似设备的性能的原因，使可制造的显示区域受到了限制。

为了解决上述问题，本发明的发明人曾经提出了这样一种显示器，它由一个一维发光元件阵列、一个光导元件阵列或类似结构组成。

首先参考图13和14对这种使用光导元件的传统显示器进行说明。

图13是显示一种传统显示器的主要构成部件的分解透视图。

如图13所示，这种显示器由以下部分组成：发光装置110，它具有多个发光元件111；光导装置120，其中的多个光导元件121被排列在一个支撑衬底122上；光取出装置130，它是通过将一液晶层131与一其上形成有多个电极134的透明衬底133以及液晶密封材料132密封在一起而形成的；以及反光装置140。

发光元件111的光轴112被安排成可使光从光导元件121的一个端面进入，而且反光装置140被放置成可使反射光到达光导元件121的另一个端面。

电极134被形成于透明衬底133的面上，它们与液晶层131相接触，而且在透明衬底133的两个周边部分中设置有用于和外部连接的终端组138，如图13所示。

以下将参考图14a和14b，对光导装置120和光取出装置130的操作进行说明。

从发光装置110的各发光元件111发出的光进入被放置成面对发光元件111的光导元件121，并且在光导元件121的高折射率区121a中传播。

如图14a所示，当电极134a与134b之间未给出电势差时，液晶分子沿几乎平行于衬底的取向，并且用于使光穿过高折射率区121a的液晶层131的折射率低于高折射率区121a的折射率。

因此，光就会留在高折射率区121a中且不会泄漏到液晶层131中。如图14b所示，当因电极134a与134b之间的电势差而产生电场时，液晶分子将按照图中所示取向，并且使折射率增大。

此时，液晶层131与高折射率区121a的交界面上的全反射条件被破坏。因而光会从高折射率区121a泄漏出来，泄漏出来的光将传播至液晶层131。光将以一锐角进入一个光散射层136。

当光被光散射层136漫散射之后，光将顺序穿过透明衬底133和一个抗反射膜层137并到达观察者(用户)的眼中。在图14a和14b中，标号135代表了一个用于液晶层的对准层。

显示图象的操作按以下步骤进行。首先，对应于待显示图象的第一条线的一个图形中的光被从发光装置110发出并进入和沿着与各个发光元件相对应的光导元件121传播。与此同时，控制信号被提供给位于显示区域的第一列之中的电极134a和134b，其目的是改变相应区域中液晶分子的取向。

按照这种方式，从发光装置110发出的光只能从显示区域的第一条线中获取。通过对全部的线重复上述操作，就可显示出任意图象。只有从显示区域的一条线中，光才会在显示操作期间的任何时刻都漏过。就像在使用CRT、激光显示器、惑类似设备时的情况一样，由于图象的暂留现象，所以在观察者的大脑中形成了图象。

为了显示出彩色图象，使用可输出R(红)、G(绿)和B(蓝)三元色的发光装置就已足够。这种发光装置的例子包括：通过将滤色片与白光发射材料组合起来而获得的发光装置；通过将蓝光发射材料与彩色转换材料组合起来而获得的发光装置；以及通过平行放置三种颜色的发光材料而获得的发光装置；等等。

采用上述光导元件的各种传统显示器具有以下问题。

首先，在图14中，对其电场在平行于纸面的方向中振动的偏振分量来说，如上所述，通过控制液晶分子的取向，就可允许光泄漏到光导元件的外部。

但是，对电场在垂直于纸面的方向中振动的偏振分量来说，由于液晶层131的折射率总保持不变而与分子的排列状态无关，所以光就不能被泄漏到光导元件的外部。由于光导元件的表面形状不规则或类似原因而造成的散射现象，所以被限制在光导元件之中的光会产生损失。

这也就意味着有一半的光不能被用于图象的显示。

为了在需要低功耗的设备(如：便携式信息终端和笔记本电脑)中使用这种显示器，需要有这样一种结构，它能够同时使用处于上述两种偏振状态(即，电场在平行于纸面的方向中振动的偏振和电场在垂直于纸面的方向中振动的偏振)的光。

其次，为了使光穿过光导元件传播，光必须以小于一确定角的角度进入光导元件。因此，在发光元件的定向性较宽(不窄)的情况下，不能穿过光导元件传播的光子数会随发光元件与光导元件端面之间距离的增大而增加。就是说，不能用于显示用途的光的比例会增大，所以光的利用率将会下降，而这在需要低功耗的设备中是更加不利的。

第三，在使用可输出R、G和B三元色以实现彩色显示的发光装置的情况下，发光装置可以至少采用上述结构(如：滤色片与白色发光材料的结合)之一。但是，制造任何一种发光装置的成本都较高。因此，需要通过减少部件数目来降低制造成本。

发明内容

本发明是针对上述情况而产生的，其目的是提供一种具有较高光利用率的显示器，它可用低功耗驱动，并且可以用低成本实现。

为了实现上述目的，本发明基本上采用了以下的技术构成。

本发明的第一个方面是一种显示装置，它包括：多个光导装置；发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与第一偏振分量不同的第二偏振分量。该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；液晶层，它被设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及一偏振再循环装置，它被设置于发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成第一偏振分量；其中，上述第二偏振分量被上述偏振再循环装置反射，并且进一步地在上述发光装置的反射电极上反射。

在本发明的第二个方面中，偏振再循环装置通过将胆固醇型液晶聚合物与四分之一波片以及线性偏振片堆叠在一起而被形成。

在本发明的第三个方面中，发光装置含有由形成在衬底之上的反射材料制成的底部电极，以及由透明材料制成的顶部电极，而且在底部电极与顶部电极之间设置了有机电致发光层。

在本发明的第四个方面中，发光装置是一个边沿发光型发光元件。

在本发明的第五个方面是一种显示装置，它包括：多个光导装置；发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；液晶层，设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及偏振再循环装置，设置于上述发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成上述第一偏振分量；其中，发光装置输出白光，并且滤色片被放置在液晶层的上方。

在本发明的第六个方面中，滤色片包括一用于散射通过液晶层析取的光的组件。

在本发明的第七个方面是一种显示装置，它包括：多个光导装置；发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；液晶层，设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及偏振再循环装置，设置于上述发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成上述第一偏振分量；其中，发光装置输出白光，滤色片被放置在发光装置和多个光导装置之间。

附图说明

图1是显示本发明的第一实施例的分解透视图；

图2是图1中光导装置与发光装置之间的结合部的截面图；

图3是显示对本发明第一实施例的一种修改的分解透视图；

图4是图3中光导装置与发光装置之间的结合部的截面图；

图5是显示本发明的第二实施例的分解透视图；

图6是图5中光导装置与发光装置之间的结合部的截面图；

图7是用于解释本发明所述显示器的第二实施例的操作图；

图8是另一个用于解释本发明所述显示器的第二实施例的操作的图；

图9是另一个用于解释本发明所述显示器的第二实施例的操作的图；

图10是另一个用于解释本发明所述显示器的第二实施例的操作的图；

图11是显示对本发明第二实施例的一种修改的分解透视图；

图12是图11中光导装置与发光装置之间的结合部的截面图；

图13是显示一种使用光导元件的传统显示器的分解透视图；

图14a和14b显示了使用光导元件的传统显示器的操作原理图。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明进行详细说明。

(第一实施例)

传统技术的第一个问题在于，由于只有一个偏振分量的光被用于显示目的，所以其光的利用率只有(大约)一半。

为了解决这个问题，第一实施例是基于上述动机而被实现的。

以下将对结构、操作实例、使用的材料、制造方法、设计中的数值例子等等依次进行说明。

图1是显示在本发明所述显示器中使用的发光装置10和光导装置30的结构的分解透视图。

发光装置10具有多个在绝缘衬底11的一个表面上规则排列的发光元件20以及一个由薄膜晶体管(TFT)构成的用于驱动发光元件20的驱动电路12。在发光装置10的表面上形成有一保护层。

所设置的保护层13被用来保护发光元件20，以防止水和诸如杂质的其它材料进入发光元件20。

光导装置30含有多个规则排列的芯31、放置在芯31的底部并与其紧密粘合在一起的盖层32、以及紧密粘合在芯31上的光取出部分33。光取出部分33含有液晶层。另外，在光取出部分33上还紧密粘合有三元色的滤色片34、35和36以及一保护层37。三元色的滤色片34、35和36通过光取出装置33被形成在芯31上。

图2是光导装置30与发光装置10之间的结合部的截面图。发光元件20是通过将一底部(反射)电极21、一有机EL层22以及一顶部电极23顺序堆叠在绝缘衬底11的一个表面上而形成的。另外，在顶部(透明)电极23上通过保护层13放置有偏振再循环装置40。如图2所示，该偏振再循环装置40是通过将胆固醇型液晶聚合物41、四分之一波片42以及线性偏振片43顺序堆叠在一起而形成的。

含有偏振再循环装置40的发光装置10通过一个粘结层50被固定在光导装置30上。

以下将参考图1和图2对实施例的操作进行说明。

发光元件20包括由反射材料制成的底部电极以及由透明材料制成的顶部电极。通过在两个电极之间加载一个偏置电压，光就通过透明电极23被发射出来。

所发出的光的波长在很大程度上取决于有机EL材料的选择。在本实施例中采用的是发出白光的材料。

光包括左旋偏振(左边方向的圆偏振)和右旋偏振(右边方向的圆偏振)。圆偏振之一(为方便起见，下面以左旋偏振为例进行说明)穿过胆固醇型液晶聚合物41(它具有右旋螺旋结构)。另一方面，右旋偏振被胆固醇型液晶聚合物41有选择性地反射。即，被液晶反射的光只是右旋偏振。它与诸如镜面反射的反射的不同之处在于，在镜面反射中，两个圆偏振分量都被反射，并且旋转的方向被反转。

反射光的右旋偏振依次穿过保护层13、透明电极23和有机EL层22，到达底部电极21。由于底部电极21起到镜子的作用，所以反射光变成了左旋偏振。当光到达胆固醇型液晶聚合物层41时，它将穿过液晶层。胆固醇型液晶聚合物层的选择性反射现象取决于波长。例如，在使用白光的情况下，具有与待发出的光的波长相对应的螺距的胆固醇型液晶聚合物层的结构如下。即，它具有三层(例如，通过将具有R、G和B螺距的胆固醇型液晶层堆叠起来而形成)。

本实施例中，通过将胆固醇型液晶聚合物层41和发光元件20的底部电极组合起来，就可以使右旋和左旋偏振光都能使用。穿过胆固醇型液晶聚合物层41的左旋偏振光被四分之一波片42转换成线性偏振光，并且穿过线性偏振片43。

如上所述，进入光导装置30的芯31的光被在一个方向线性偏振化，并且可以利用这个光来显示图象。例如，在液晶的取向如图14所示的情况下，线性偏振片43的光轴被调整为可使平行于纸面方向的线性偏振光进入芯31。到达芯31的所需线性偏振光被光取出部分有选择地取出并且到达滤色片34、35和36。各个滤色片都含有使光散射的粒子。选定颜色的光经过滤色片上的保护层37被发出。

如上所述，在本实施例中，发光装置所发出的光被转换成处于所需偏振状态的光，并且转换之后的光被允许进入光导装置，这样就可使光得到有效的利用，作为结果，显示器的亮度可以增加约两倍。换句话说，与传统技术所需的功耗相比，获得相同亮度所需的功耗可被减少一半。

由于具有光漫射功能的滤色片被形成作为光导装置的一部分，所以传统结构中所需用于单独形成一个光散射层的过程就不再是必需的。因此，制造过程得到了缩短，并且制造成本也可以得到降低。

以下将对上述结构中的各个元件所使用的各类材料、尺寸、制造方法等的具体实例进行说明。

首先对发光装置10进行说明。

(发光装置的形成实例)

发光装置10中的发光元件20的排列间隔被设定为32μm，与具有200ppi(每英寸象素数)分辨率的彩色显示器的象素间隔相对应。对绝缘衬底11来说，所采用的是通常在TFT过程中使用的衬底，如：厚度为0.7mm的无碱玻璃衬底。通过采用多晶硅TFT技术的工艺，来形成驱动电路12。在工艺和材料方面，也可以采用各种其它的已知方法。

接下来，对发光元件的阴极来说，诸如铝-锂合金的材料通过经由用金属制成的掩蔽罩进行真空镀膜，从而形成了厚度约为200nm的底部电极21。

在底部电极21上形成有机EL层22。有机EL层22可以采用以下的结构，如：由发光层和孔注入及迁移层构成的双层结构、在双层结构中增加一个电子注入及迁移层而形成的三层结构、以及通过在由金属制成的底部电极21与有机EL层22之间的界面上设置一绝缘薄膜而形成的结构，等等。

在图2所示的结构实例中，有机EL层22是单层。但是，有机EL层22也可具有上述多种层结构中的任何一种。有机EL层22可利用旋涂、真空镀膜、喷墨打印或类似方法而被制造出来。根据制造方法，可以选择聚合物有机EL材料或者是低分子量有机EL材料。例如，可以选择三烷基胺衍生物、二唑衍生物、紫菜碱衍生物或类似物质中的至少一种以作为孔注入及迁移层的材料。作为用于发光层的材料，可以选择例如8-羟基喹啉、8-烃基喹啉衍生物(具体来说，衍生物的金属复合物)、四苯基丁二烯衍生物、烯丙基衍生物或类似物质中的至少一种。这些材料的每一种都可利用诸如真空镀膜的技术而被形成厚度约为50nm的层。

接下来，诸如氧化铟锡(ITO)合金或类似物质的材料通过溅射被淀积在整个表面上，从而形成了用作阳极的透明电极23。在采用ITO作为阳极材料的情况下，片电阻变成约为20Ω/□，并且所形成的薄膜的厚度约为100nm。

最后，为了保护这些堆叠的层以使其避免氧化和潮湿，通过利用氧化硅或氮化硅而在其整个表面上形成了一个薄膜，这样就形成了保护层13。发光装置就是按照这种方式被制造出来的。

(偏振再循环装置的形成实例)

以下将对用于形成偏振再循环装置40的一个实例进行说明。

偏振再循环装置40被按照以下步骤设置在发光装置10的上表面上。胆固醇型液晶聚合物层具有一个三层结构，在此结构中，螺距对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)三元色。在叠放三层时，还可以逐渐改变液晶的螺距，以使胆固醇型液晶聚合物在总体上适用于整个可见光的波长范围。

其中螺距逐渐改变的层可通过利用如以下的材料和方法而形成，例如，R.Mauer，D.Andrejewski，F-H.Kreuzer和A.Miller，在SID 90DIGEST，第110-112页(1990)中所述的材料和方法。我们可将按照上述方法形成的偏振再循环装置40粘在发光装置10的上表面上。也可以通过对上述材料进行旋涂或类似技术而将偏振再循环装置40直接形成在发光装置10的上表面上。

四分之一波片和线性偏振片所用的传统薄膜可被直接粘在胆固醇型液晶聚合物层的上表面上。也可通过旋涂和类似技术而将四分之一波片和线性偏振片的液晶材料直接喷涂在胆固醇型液晶聚合物层的上表面上。这种情况下的薄膜厚度可被设定成约为图2中所示的厚度，而且薄膜可被制成远薄于芯31。

(光导装置的形成实例)

对光导装置30来说，其芯31的排列间隔被设定为与象素间隔相对应的32μm。

制造芯31和盖层32的方法如下。

首先，利用旋涂或类似技术在支撑衬底(它由厚度为25μm至750μm的聚合物材料制成)的整个表面上涂敷一层聚合物材料I(如：光敏聚丙烯树脂)。然后，通过符合光刻方法的曝光工艺和蚀刻工艺，就可形成以32μm间隔排列的芯31。之后，利用旋涂再于其整个表面上涂敷一层聚合物材料II，聚合物材料II的成分与聚合物材料I有轻微不同，其折射率低于图2所示的聚合物材料I的折射率。通过对表面进行抛光，芯31的上表面被暴露出来。芯31中材料的折射率约为1.7，而盖层32中的折射率则约为1.5。

按照与图14所示传统结构相类似的方式，液晶层33被由聚丙烯树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸脂、聚醚砜或类似材料制成的塑料衬底夹在中间，进而形成了光取出装置33。

对带有光漫射功能的滤色片34、35和36来说，用作反射型液晶显示器(LCD)或背光型LCD的内部散射部件的光漫射材料的聚合物材料被混合到一种彩色滤色材料中。通过利用溅射喷镀或类似技术在整个表面上淀积诸如Al或Cr的金属材料或是诸如ITO的透明电极材料或者是通过在ITO中添加Sn，In或类似元素而得到的材料并利用光刻技术进行构图，就可形成电极。

通过利用旋涂或类似技术将聚酰胺或作为聚酰胺的母体物质的聚酰胺酸涂敷在整个表面上，并在一个热板或类似物上对该层进行加热和烧结，然后再对其进行打磨，就可形成对准层。

在形成液晶层33时，通过利用向列型液晶材料、铁电液晶材料、或是通常用于TFT-LCD的抗铁电液晶材料中的一种，就可利用通常在TFT-LCD的液晶组成过程中使用的隔片将液晶层的厚度设定在2至5μm的范围之内。当显示器的显示区域较小时，仅通过液晶密封材料的厚度而无需隔片就可将液晶层33的厚度固定在与上述范围相类似的范围内。

本发明所述显示器的制造方法和尺寸并不局限于上述数值和制造方法，也可采用其它已知的制造方法。实现本发明所述效果范围内的数值是属于本发明的事情。即使数值或类似值超出了上述范围，这个范围也只是设计的范围。

如上所述，根据本发明第一实施例所述的显示装置包括：多个光导装置30；发光装置10，它所发出的光含有第一偏振分量以及其偏振方向与第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置30之内；液晶层33，它被设置于上述多个光导装置30之上，用于使从上述多个光导装置30发出的光泄漏到外部；以及一偏振再循环装置40，它被设置于发光装置10与上述多个光导装置30之间，用于将上述第二偏振方向转换成第一偏振分量。

(第一实施例的修改)

在上述说明中，具有使光漫射的功能的滤色片被放置在光导装置的芯之上。也可以使用不含滤色片的光导装置并在发光装置与光导装置之间放入普通的滤色片。

图3和图4中显示出了这种结构的一个例子。图3是显示出了诸如发光装置和光导装置的组件的分解透视图。图4的截面图则显示出了它们之间的结合部的详细情况。这种修改与图1和图2所示结构的不同之处仅在于滤色片的放置位置。具体来说，如图3和图4所示，滤色片15、16和17被紧密地附着在置于发光装置20的上表面之上的偏振再循环装置40的上表面上。光导装置30b需要一个光散射层38。

虽然在本修改中对由白光发光装置和滤色片所构成的彩色显示器的例子进行了说明，但是，例如，也可用蓝光发光装置替代白光发光装置，并且可用一彩色转换层来替代滤色片。在用彩色转换层替代滤色片的情况下，发光装置所发出的光的波长被限制在一个很窄的范围之内。因此，可以采用一个只具有一类螺距(例如，只具有与蓝光相对应的间隔的液晶)的层来作为胆固醇型液晶聚合物层。用于将颜色从蓝色转换成绿色的层的位置以及用于将颜色从蓝色转换成红色的层的位置可被安排在光导装置的芯之上，或者以类似于滤色片的方式被置于发光装置与光导装置之间。

如上所述，在本修改中，可对组件进行各种替换而不脱离本发明的宗旨。因此，在不脱离本发明范围的情况下所作出的组件替换也包含在本发明的修改当中。

(第二实施例)

传统技术的第二个问题在于，当发光元件的角分布较宽时，不能穿过光导装置传播的光子数将随着发光元件与光导元件的端部之间距离的变大而增加，从而使光的利用效率会相应地下降。为了解决这个问题，需要采用一种具有窄小角分布的发光元件。

本发明的第二实施例就是基于上述动机而被实现的。

以下将对第二实施例的结构和操作依次进行说明。

对具有窄小角分布的发光元件来说，边缘发光型EL发光元件和其中含有一个介质镜的有机EL发光元件已经是众所周知的。在本实施例中，通过将这类元件形成一阵列，就可以构成一个发光装置。

像普通有机EL发光元件一样，其中含有一个介质镜的有机EL发光元件也从其表面上发出光。因此，按照与图1或图3中所示的第一实施例所述的结构相类似的方式，我们可以将这样一种发光元件阵列与光导装置安装在一起。

边缘发光型EL元件阵列从其边缘发出光。在采用这种元件作为发光装置的情况下，我们可以按照图5和图6来安装这些组件。

在图5和6中，与第一实施例中相同的组件由相同的参考标号指示。如图5所示，通过在一绝缘衬底11c上形成多个发光元件20c以及一个用于驱动发光元件20c的驱动电路12c，并且经由一粘结层19固定一个支撑片18，就可构成发光装置10c。

如图6所示，发光元件20c是通过将底部电极21c、有机EL层22c以及顶部电极23c顺序堆叠起来而被形成的。作为电极的材料，可以采用诸如含有Mg、Li之类元素的Al的反射型金属。

在本实施例中，按照与第一实施例相类似的方式，有机EL层可以具有以下结构之一，如：由孔迁移材料和发光层构成的双层结构、通过在双层结构中增加一个电子迁移层而得到的三层结构。

光导装置30具有与第一实施例中相同的结构。发光装置10c和光导装置30被粘结层50固定。

为了有效地生产出边缘发光型有机EL发光元件阵列，必须采取先在大面积衬底上形成多个发光元件阵列和驱动电路，然后再将衬底切割成小片的过程。但是，由于需要一定的切割裕度以用于切割衬底，并且由于切割裕度的存在，所以发光元件的边缘以及衬底的边缘就不能被做得实际相符。因此，发光装置的发光边缘就不能被紧密地附着在光导装置的芯上。

将发光元件20c的边缘面与芯的边缘面之间的距离用“d”表示，将芯的高度表示为“w”，并且用θ来表示液晶层交界面上使光能够经过芯传播的最小入射角(将在后面得到说明)。当粘结层19、支撑片18、绝缘衬底11c以及粘结层50的折射率都相同时，可以获得以下的表达式。当各层的折射率相互不同时，通过对各个界面使用Snell(斯涅尔)公式，就可以获得类似的表达式。

$d<\frac{w}{2}\tan \mathrm{\&theta;}$ (式1)

以下将对本实施例的操作进行说明。

从发光元件20c的边缘发出的光穿过粘结层19、支撑片18或绝缘衬底11c和粘结层50进入光导装置30的芯31。由于通过公式1可以保证，使从发光元件20c的边缘发出的光全部传播进入芯，所以在发光装置10c与光导装置30之间的光学结合部中不会出现光的损失。光进入芯之后的操作与第一实施例中的操作相类似。

与液晶层界面之间的最小入射角θ(光以该角度传播进入芯)是一个非常重要的设计参数，因为它决定了在出现光损失之前光导装置30与发光装置10c的发光边缘之间的最大距离，即，可允许的切割裕度。为了获取该值，需要进行以下所述的分析。具体来说，通过用一些具体的数值作为例子，可对穿过光导元件的高折射率区域传播的光进入液晶层的现象进行分析。

液晶被认为是一种单轴晶体，其寻常光线和非常光线的折射率分别用n_o和n_e表示。根据是否加载有外部电场，可考虑如图14所示的两种取向状态。液晶层的法线方向与光的入射方向之间所形成的角度被表示为θ。

对其电场沿平行于纸面的方向振动的偏振分量来说，液晶层折射率的变化取决于角度θ，并且可以根据取向状态而用下面的公式(公式2)给出。

在竖直取向的情况下：

$n=\frac{n_e{n}_o}{\sqrt{{n_e}^2{\cos }^2\mathrm{\&theta;}+{n_o}^2{\sin }^2\mathrm{\&theta;}}}$ (式2)

在水平取向的情况下：

$n=\frac{n_e{n}_o}{\sqrt{{n_e}^2{\sin }^2\mathrm{\&theta;}+{n_o}^2{\cos }^2\mathrm{\&theta;}}}$ (式3)

为了使光穿过光导元件传播，就必须满足在光导元件的高折射率区域(折射率＝n_core)与低折射率区域(折射率＝n_clad)之间的交界面上的全反射条件。

通过利用一个临界角θ_c，可将此全反射条件表示如下。

光不被泄漏到低折射率区域中的条件为：θ_c＜θ

${\mathrm{\&theta;}}_c={\sin }^{-1}\frac{n_{\mathrm{clad}}}{n_{\mathrm{core}}}$ (式4)

类似地，到达液晶层的光是否经历全反射是由全反射的临界角来决定的。与取向状态相对应的临界角θ_c ^v和θ_c ^h是通过用(公式2)和(公式3)的表达式替代(公式4)中的n_clad而被获得的。θ_c ^v和θ_c ^h分别代表了在临界角θ_c的取向状态中的竖直和水平分量。

以下将假设三类实际液晶并且对用于将光取出至光导元件的外部的条件进行考虑。

表1显示了用于以下所用液晶的数据。

[表1]

所研究的液晶参数如下；

液晶	ne	No	Δn
				ZLI-45	1.6328	1.5026	0.1302
ZLI-4619	1.5634	1.4811	0.0823
				ML-1007	1.7188	1.5138	0.205

首先，对液晶ZLI-45来说，n_core和n_clad被分别设定为1.70和1.50，而且通过差值Δn(＝n_core-n_clad)就可计算出三类临界角。其结果作为入射角θ的函数被显示在图7中。

θ_c ^v和θ_c ^h取决于入射角θ，根据它们与θ的关系，可以考虑以下几种情况。

(1)θ＜θ_c：光泄漏到低折射率区域中。

(2)θ_c＜θ＜θ_c ^h：光***漏到低折射率区域中，而是泄漏至液晶层中。

(3)θ_c ^h＜θ＜θ_c ^v：根据取向，即，水平取向(θ_c ^h中的h代表了水平)或竖直取向(θ_c ^v中的v代表了竖直)，可控制泄漏到液晶层中的光。

(4)θ_c ^v＜θ：光被限制在高折射率区域之中。

为了增加可控制的光量，需要使θ_c ^h＜θ＜θ_c ^v的角度范围变得更宽。就是说，图7中的点A必须位于点B的左侧，而且点C必须尽可能地接近θ＝90°。

当n_core被设定至液晶的n_e时，点C就可被做得符合θ＝90°。图8至图10显示出了当n_core被设定至n_e时，对临界角θ_c ^v和θ_c ^h的计算结果。

如图8至图10所示，光从液晶层泄漏至外部的入射角θ的范围可被控制在69°＜θ＜90°(在液晶ZLI-45的情况下)，73°＜θ＜90°(在液晶ZLI-4619的情况下)，以及65°＜θ＜90°(在液晶ML-1007的情况下)。因此，可以明白，在这三类液晶中，在液晶ML-1007的情况下，光可得到最高效率的利用。在这种情况下，当粘结层50的折射率为1.5时，光从光源至芯的入射角φ处于-29°＜φ＜29°的范围之内。所以，如果使用定向性小于该角度范围的光源，则所有发出的光都可得到利用。

边缘发光型有机EL发光元件的定向性在(例如)M.Hiramoto等人的“Directed beam emission from film edge in organicelectroluminescent diode(有机电致发光二极管中薄膜边缘的定向光束发射)”(Appl.Phys.Lett.(应用物理报告Vol.62，No.7，第666-668页，1993)一文中已得到过说明。在这个例子中，全部光都被以±10°的角度范围发射。

在具有用于在本发明所述实例中进行分析的数值的光导装置中，从边缘发光型有机EL元件发出的光的定向性远远窄于使光穿过芯传播所需的入射角范围。因此，只要当光到达芯时，从理论上讲，所有发出的光都可被用于显示用途。

在上述分析的实例中，为了使光几何地到达芯，当w＝30时，利用公式(式1)可以得到d＜30/2×tan(90°-10°)＝85μm。这个数值“d”被立刻采纳作为当批量生产发光元件阵列时的衬底切割裕度。即，易于批量生产的边缘发光型元件可被安装在光导装置上。按照这种方式构筑出的显示器可以利用发光元件所发出的光中的绝大部分。

边缘发光型有机EL发光元件的输出在(例如)A.Fujii等人的“Anisotropic optical properties of an organic electroluminescent diodewith a periodic multilayer structure(带有周期性多层结构的有机电致发光二极管的各向异性光学特性)”(Thin Solid Film 273薄固态膜273)，第199-201页，1996)一文中已得到过说明。

如上述文章所述，在有机材料层具有由孔迁移层和发光层构成的简单的双层结构的情况下，可以知道，具有沿平行于堆叠方向振动的电场的偏振分量变成几乎为100％。因此，在如本实施例中所述的使用边缘发光型元件的情况下，就不再需要第一实施例中所用的偏振再循环装置。

(第二实施例的修改)

在对第二实施例的修改中，按照与对第一实施例的修改相类似的方式，在不脱离本发明的宗旨的情况下，其组件可以作各种替换。

例如，在上述说明中，具有光漫射功能的滤色片被置于光导装置的芯的上方。但是，传统滤色片也可被置于光导装置和发光装置之间。这种结构的一个例子如图11和图12所示。图11是显示出了诸如发光装置和光导装置的组件的分解透视图。图12的截面图显示出了这两个装置之间的结合部的详细情况。

这种修改与图5和图6所示第二实施例的不同点在于，用于放置滤色片的光学装置60得到使用，而且设置光散射层38代替滤色片被用于光导装置30b。

如图11所示，光导装置60是通过将滤色片62、63和64紧密附着在光纤粘合件61的表面上而形成的。在滤色片被直接形成在发光装置10c的边缘上的情况下，就无需制造光学装置60。

光纤粘合件是一种厚度约为1mm的光学组件，它是通过将多个光纤粘合在一起而形成的。它通过各个光纤将入射光引导至其它的表面上。因此，光在沿这种组件传播期间就不会分散。由于其厚度约为1mm，所以在组装时也容易操作。如图12所示，光学装置60被粘结层50和70分别与发光装置10c和光导装置30b固定在一起。光导装置30b具有与图3所示相同的结构。

虽然在图12中光学装置60的滤色片64正对着发光装置10c，但是，也可将滤色片64放置在组件61的其它表面上以正对光导装置30b。

按照与第一实施例相类似的方式，可用蓝光发光装置替换白光光源，并且可用彩色转换层替换滤色片。

尽管以上对本发明的说明是根据具体实施例来进行的，但本领域的普通技术人员应该明白，对本发明的上述及各种其它变换、省略和添加都不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不应被理解为仅限于上述特定的实施例，而是应该包括所有可能在符合所附的权利要求中所提出的特征的本发明的范围及其等价内容内的所体现出来的实施例。

以下将基于实施例对本发明的效果进行说明。

在第一实施例中，在传统情况下会丢失的偏振分量可得到再循环使用，并且光的利用效率几乎被加倍。因此，可以获得两倍于传统情况的亮度。另外，发光装置的功耗可被减少至传统情况下的一半。所以，将本发明应用于诸如便携式信息终端和笔记本电脑的需要低功耗的设备是十分有益的。通过采用将具有光漫射功能的滤色片置于光导装置上方的结构，形成传统的光散射层的制造过程就可被省略，由此使制造成本得到了降低。

在第二实施例中，作为对显示器操作的详细分析结果，就可使能够容易批量生产的边缘发光型元件被安装在光导装置上。因此，发光元件所发出的光中的绝大部分都可被有效地用于显示。利用包含着其中形成有滤色片的光纤粘合片的结构，组装过程也变得更加简单。

Claims (7)

1.一种显示装置，其特征在于包括：

多个光导装置；

发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；

液晶层，设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及

偏振再循环装置，设置于上述发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成上述第一偏振分量；

其中，上述第二偏振分量被上述偏振再循环装置反射，并且进一步地在上述发光装置的反射电极上反射。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述偏振再循环装置是通过将胆固醇型液晶聚合物层、四分之一波片以及线性偏振片堆叠而形成的。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述发光装置含有由形成在衬底之上的反射材料制成的底部电极，以及由透明材料制成的顶部电极，而且在上述底部电极与上述顶部电极之间设置有有机电致发光层。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述发光装置是边沿发光型发光元件。

5.一种显示装置，其特征在于包括：

多个光导装置；

发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；

液晶层，设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及

偏振再循环装置，设置于上述发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成上述第一偏振分量；

其中，上述发光装置输出白光，并且滤色片被放置在上述液晶层的上方。

6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，上述滤色片包括用于对经由上述液晶层分离出来的光进行散射的组件。

7.一种显示装置，其特征在于包括：

多个光导装置；

发光装置，它所发出的光含有第一偏振分量和其偏振方向与上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，该装置所发出的光进入上述多个光导装置之内；

液晶层，设置于上述多个光导装置之上，用于使从上述多个光导装置发出的光泄漏到外部；以及

偏振再循环装置，设置于上述发光装置与上述多个光导装置之间，用于将上述第二偏振方向转换成上述第一偏振分量；

其中，上述发光装置输出白光，并且上述滤色片被放置在上述发光装置与上述多个光导装置之间。

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