TWI714604B - 具有改良效率之有機發光二極體裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於改良有機發光二極體(OLED)顯示器之效率的裝置、組件及製造方法。諸如微透鏡陣列(MLA)之光萃取組件連接至OLED，該MLA與該OLED之間的距離相對較小。藉由使用有色透鏡、聚焦層及其他方法而減少交叉干擾及反向散射。

Description

具有改良效率之有機發光二極體裝置 [相關申請案之交叉引用]
本申請案為2015年6月26日申請之美國臨時專利申請案第62/185,263號的非臨時申請案且主張該臨時專利申請案之優先權益，該臨時專利申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。
聯合研究協議之各方
所主張之本發明由達成聯合大學公司研究協議的以下各方中之一或多者，以以下各方中之一或多者的名義及/或結合以下各方中之一或多者而作出：密歇根大學董事會、普林斯頓大學、南加州大學及環宇顯示器公司(Universal Display Corporation)。該協議在作出所主張之本發明的日期當天及之前即生效，且所主張之本發明因在該協議之範疇內進行的活動而作出。
本發明係關於用於改良基於有機發光二極體(OLED)之顯示器之效率的佈置及技術，其使用安置得接近該等OLED之光萃取組件；及包括其之裝置，諸如有機發光二極體及其他裝置。
出於若干原因，利用有機材料之光學電子裝置變得愈來愈受歡迎。用以製造該等裝置之材料中的許多材料相對便宜，因此有機光學電子裝置具有獲得相對於無機裝置之成本優勢的潛力。另外，有機材料之固有性質(諸如其可撓性)可使其非常適合具體應用，諸如在可撓 性基板上之製造。有機光學電子裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體、有機光伏打電池及有機光偵測器。對於OLED，有機材料可具有相對於習知材料之效能優點。舉例而言，有機發射層發射光之波長通常可容易地用適當摻雜劑來調整。
OLED利用有機薄膜，其在電壓施加於裝置上時發射光。OLED正變為用於諸如平板顯示器、照明及背光應用中之愈來愈引人注目的技術。美國專利第5,844,363號、第6,303,238號及第5,707,745號中描述若干OLED材料及組態，該等專利以全文引用的方式併入本文中。
磷光性發射分子之一個應用為全色顯示器。用於該種顯示器之行業標準需要適於發射具體色彩(稱為「飽和」色彩)之像素。具體而言，此等標準需要飽和的紅色、綠色及藍色像素。可使用此項技術中所熟知的CIE座標來量測色彩。
綠色發射分子之一個實例為參(2-苯基吡啶)銥、表示為Ir(ppy)3，其具有以下結構：
Figure 105120037-A0305-02-0004-24
在此圖及本文後面之圖中，將自氮至金屬(此處，Ir)之配價鍵描繪為直線。
如本文所用，術語「有機」包括聚合材料以及小分子有機材料，其可用以製造有機光學電子裝置。「小分子」係指不為聚合物之任何有機材料，且「小分子」可能實際上相當大。在一些情況下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基不會將分子自「小分子」類別中移除。小分子亦可併入至聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或作為主鏈之一部分。小分子亦可充當樹枝狀聚合物之核心部分，該樹枝狀聚合物由建立在核心部分上之一系列化學 殼層組成。樹枝狀聚合物之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹枝狀聚合物可為「小分子」，且據信當前在OLED領域中使用之所有樹枝狀聚合物均為小分子。
如本文所用，「頂部」意指離基板最遠，而「底部」意指離基板最近。在將第一層描述為「安置於」第二層「上」之情況下，第一層安置為距基板較遠。除非規定第一層「與」第二層「接觸」，否則第一與第二層之間可存在其他層。舉例而言，即使陰極及陽極之間存在各種有機層，仍可將陰極描述為「安置於」陽極「上」。
如本文所用，「溶液可處理」意指能夠以溶液或懸浮液之形式在液體介質中溶解、分散或傳輸及/或自液體介質沈積。
當據信配位體直接促成發射材料之光敏性質時，配位體可稱為「光敏性的」。當據信配位體並不促成發射材料之光敏性質時，配位體可稱為「輔助性的」，但輔助性的配位體可改變光敏性的配位體之性質。
如本文所用，且如熟習此項技術者一般將理解，若第一能級較接近真空能級，則第一「最高佔用分子軌域」(HOMO)或「最低未佔用分子軌域」(LUMO)能級「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能級。由於將電離電位(IP)量測為相對於真空能級之負能量，因此較高HOMO能級對應於具有較小絕對值之IP(負得較少之IP)。類似地，較高LUMO能級對應於具有較小絕對值之電子親和性(EA)(負得較少之EA)。在習知能級圖上，真空能級在頂部，材料之LUMO能級高於同一材料之HOMO能級。「較高」HOMO或LUMO能級表現為比「較低」HOMO或LUMO能級靠近此圖之頂部。
如本文所用，且如熟習此項技術者一般將理解，若第一功函數具有較高絕對值，則第一功函數「大於」或「高於」第二功函數。因為通常將功函數量測為相對於真空能級之負數，因此此意指「較高」 功函數負得較多。在習知能級圖上，真空能級在頂部，將「較高」功函數說明為在向下方向上距真空能級較遠。因此，HOMO及LUMO能級之定義遵循與功函數不同之慣例。
可在以全文引用的方式併入本文中之美國專利第7,279,704號中找到關於OLED及上文所述之定義的更多細節。
根據一個實施例，提供一種有機發光顯示器，其包括在基板上之寬度為2r的第一發射區域；及安置於該發射區域上且具有水平基底表面之光萃取組件，其中該基底表面安置得距該第一發射區域垂直距離t且光學耦合至該第一發射區域，且該光萃取組件之折射率為n lens 且在該基底表面上之寬度為2R；其中0<t<
Figure 105120037-A0305-02-0006-3
* (r+R)。自該第一發射區域之側邊緣至該光萃取組件之邊緣至該基板上的投影之距離d可大於或等於(n lens -1)r。對於寬度2r，r可小於20μm或更小。間隔層可安置於該第一發射區域與該光萃取組件之間，該層可包括折射率在n lens ±0.02之範圍內的材料。距離t可相對較小，例如80μm或更小、27μm或更小、15μm或更小。寬度2R可大於寬度2r。該光萃取組件可包括總半徑為R之光萃取組件陣列，各光萃取組件至少部分安置於該發射區域上，在此情況下d為自該發射區域之邊緣至該光萃取組件陣列之最外光萃取組件之邊緣的投影之距離。光吸收材料可置放於安置得最接近該發射區域的該光萃取組件之邊緣上。散焦層可置放於該光萃取組件與該發射區域之間。該散焦層之折射率n def 可小於n lens 。折射率n def 可小於n lens Sin(arcTan(
Figure 105120037-A0305-02-0006-4
))。該光萃取組件可包括其他組件或特徵，諸如著色劑。該種著色劑可經選擇以具有與由該發射區域發射之光的峰值波長相同之色彩。圓形偏光器可安置於該光萃取組件與該發射區域之間。該光萃取組件可具有大致圓形基底或任何其他適合形狀。其最大厚度可比r大至少10%。其可具有多種結構形狀，諸如沿 垂直於該發射區域之線且在移動遠離該發射區域之方向上的截面積減小。舉例而言，該光萃取組件可為微透鏡或角錐、平頂微透鏡或角錐、或其類似物。
該顯示器之總有效面積可不超過該顯示器之總面積的50%。該顯示器可包括多個像素，其中之每一者可包括多個子像素。該發射區域可發射待由該複數個子像素之一發射的光。該顯示器可包括用於該複數個子像素中之每一者的至少一個光萃取組件。該顯示器可包括多個色彩之子像素，但可包括用於該複數個色彩中之僅特定色彩的子像素之光萃取組件。該光萃取組件可包括匹配該特定色彩之染料。該顯示器中之各發射區域可個別定址。
在一個實施例中，提供一種有機發光顯示器，其包括在基板上之寬度為2r的第一發射區域；安置於該發射區域上且寬度為2R之散射層；及厚度為t且平均折射率為nsp之間隔層，該間隔層安置於該第一發射區域與該散射層之間且光學耦合至該第一發射區域及該散射層；其中0<t<
Figure 105120037-A0305-02-0007-7
* (r+R)。該散射層可為該基板上之環或任何其他適合形狀。在其他方面該顯示器之通式結構、組成及佈置可與本文所揭示之其他顯示器佈置類似或一致。
在一個實施例中，提供一種製造有機發光顯示器之方法，其包括獲得複數個OLED；製造光萃取組件陣列；及使該光萃取組件陣列光學耦合至該複數個OLED；其中，對於各OLED、及與該OLED呈堆疊方式安置且光學耦合至該OLED之至少一個光萃取組件，0<t<
Figure 105120037-A0305-02-0007-8
* (r+R)，其中2r為該各OLED之寬度，t為自該OLED之發射層至該至少一個光萃取組件之垂直距離，n lens 為該至少一個光萃取組件之折射率，且R為該至少一個光萃取組件之總半徑。該方法亦可包括使該光萃取組件陣列連接至該複數個OLED。製造該光萃取組件陣列可包括在該複數個OLED上製造該光萃取組件及/或藉助噴墨 技術沈積該光萃取組件陣列。由所提供方法產生之顯示器可具有本文所揭示之顯示器結構、組成及佈置中之任一者。
100:有機發光裝置
110:基板
115:陽極
120:電洞注入層
125:電洞傳輸層
130:電子阻擋層
135:發射層
140:電洞阻擋層
145:電子傳輸層
150:電子注入層
155:保護層
160:陰極
162:第一導電層
164:第二導電層
170:障壁層
200:倒轉的有機發光二極體(OLED)
210:基板
215:陰極
220:發射層
225:電洞傳輸層
230:陽極
圖1展示有機發光裝置。
圖2展示不具有單獨電子傳輸層之倒轉的有機發光裝置。
圖3展示根據本發明之實施例的例示性像素組態，其中各子像素具有相應透鏡。
圖4展示適用於本發明之實施例情況的例示性像素佈局。
圖5展示根據本發明之實施例，半球面透鏡之增強的距離(t)相依性。
圖6展示根據本發明之實施例，圖5中展示之組態針對不同t值的角發射分佈圖。
圖7展示適用於本發明之實施例情況的圓錐形透鏡之實例。
圖8展示根據本發明之實施例，圓錐形透鏡之增強的距離(t)相依性。
圖9展示根據本發明之實施例，圓錐形透鏡之角發射分佈圖。
圖10展示根據本發明之實施例，多個透鏡對應於一個像素之組態。
圖11展示根據本發明之實施例，引起交叉干擾及校正黑色矩陣之示意圖。
圖12展示根據本發明之實施例，散焦層之工作原理的說明。
圖13展示根據本發明之實施例製造有色透鏡之例示性製程。
圖14展示根據本發明之實施例，塗佈填充模具上之各孔之僅一部分的有色透鏡之示意圖。
圖15展示根據本發明之實施例，在脫模之前在微透鏡陣列(MLA)之頂部上製造的OLED。
圖16展示根據本發明之實施例，MLA之折射率的影響之模擬結果。
圖17展示根據本發明之實施例，由圓形孔結構界定之像素之顯微圖像，微透鏡噴墨在像素上，頂列無微透鏡。
圖18展示根據本發明之實施例，將接近顯示像素之散射層用於光萃取之組態。
圖19展示根據本發明之實施例，具有環圖案之散射層。
圖20展示根據本發明之實施例，使用具有平頂表面之半球面透鏡之光萃取結構。
一般而言，OLED包含安置於陽極與陰極之間且電連接至陽極及陰極的至少一個有機層。當施加電流時，陽極注入電洞且陰極注入電子至有機層中。所注入之電洞及電子各自朝帶相反電荷之電極遷移。當電子及電洞侷限於同一分子上時，形成「激子」，其為具有激發能量狀態之局部化電子-電洞對。當激子經由光電發射機制弛豫時，發射光。在一些情況下，激子可侷限於激元或激態複合物上。非輻射機制(諸如熱弛豫)亦可能發生，但通常視為不合需要的。
最初的OLED使用自單態發射光(「螢光」)之發射分子，如例如美國專利第4,769,292號中所揭示，該專利以全文引用的方式併入。螢光發射通常在小於10奈秒之時間範圍中發生。
最近，已論證具有自三重態發射光(「磷光」)之發射材料的OLED。Baldo等人之「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」,Nature，第395卷，第151-154頁，1998(「Baldo-I」)及Baldo等人之「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」,Appl.Phys.Lett.，第75卷，第3期，第4-6頁(1999)(「Baldo-II」)，其以全文引用 的方式併入。以引用的方式併入之美國專利第7,279,704號第5-6行中更詳細地描述磷光。
圖1展示有機發光裝置100。圖不一定按比例繪製。裝置100可包括基板110、陽極115、電洞注入層120、電洞傳輸層125、電子阻擋層130、發射層135、電洞阻擋層140、電子傳輸層145、電子注入層150、保護層155、陰極160及障壁層170。陰極160為具有第一導電層162及第二導電層164之複合陰極。裝置100可藉由依序沈積所描述之層來製造。在以引用的方式併入之US 7,279,704的第6-10行中更詳細地描述此等各種層之性質及功能以及實例材料。
此等層中之每一者有更多實例。舉例而言，以全文引用的方式併入之美國專利第5,844,363號中揭示可撓性且透明的基板-陽極組合。經p摻雜之電洞傳輸層的實例為以50：1之莫耳比率摻雜有F4-TCNQ之m-MTDATA，如以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。以全文引用的方式併入之頒予Thompson等人的美國專利第6,303,238號中揭示發射材料及主體材料之實例。經n摻雜之電子傳輸層的實例為以1：1之莫耳比率摻雜有Li之BPhen，如以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。以全文引用的方式併入之美國專利第5,703,436號及第5,707,745號揭示陰極之實例，其包括具有諸如Mg：Ag之金屬薄層與上覆之透明、導電、經濺鍍沈積之ITO層的複合陰極。以全文引用的方式併入之美國專利第6,097,147號及美國專利申請公開案第2003/0230980號中更詳細地描述阻擋層之原理及使用。以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2004/0174116號中提供注入層之實例。可在以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2004/0174116號中找到保護層之描述。
圖2展示倒轉的OLED 200。該裝置包括基板210、陰極215、發射 層220、電洞傳輸層225及陽極230。裝置200可藉由依序沈積所描述之層來製造。因為最常見OLED組態具有安置於陽極上之陰極，且裝置200具有安置於陽極230下之陰極215，所以裝置200可稱為「倒轉」OLED。在裝置200之對應層中，可使用與關於裝置100所描述之材料類似的材料。圖2提供可如何自裝置100之結構省略一些層的一個實例。
圖1及圖2中所說明之簡單分層結構作為非限制實例而提供，且應理解，可結合各種各樣的其他結構使用本發明之實施例。所描述之具體材料及結構本質上為例示性的，且可使用其他材料及結構。可基於設計、效能及成本因素，藉由以不同方式組合所描述之各個層來實現功能性OLED，或可完全省略若干層。亦可包括未具體描述之其他層。可使用不同於具體描述之材料的材料。儘管本文所提供之實例中的許多實例將各種層描述為包含單一材料，但應理解，可使用材料之組合(諸如主體與摻雜劑之混合物)或更一般而言，混合物。此外，該等層可具有各種子層。本文中給予各個層之名稱不意欲具有嚴格限制性。舉例而言，在裝置200中，電洞傳輸層225傳輸電洞且將電洞注入習知發射層220中，且可描述為電洞傳輸層或電洞注入層。在一個實施例中，可將OLED描述為具有安置於陰極與陽極之間的「有機層」。此有機層可包含單個層，或可進一步包含如例如關於圖1及圖2所描述之不同有機材料的多個層。
亦可使用未具體描述之結構及材料，諸如包含聚合材料之OLED(PLED)，例如以全文引用的方式併入之頒予Friend等人的美國專利第5,247,190號中所揭示。作為另一實例，可使用具有單個有機層之OLED。OLED可堆疊，例如如以全文引用的方式併入之頒予Forrest等人的第5,707,745號中所描述。OLED結構可脫離圖1及圖2中所說明之簡單分層結構。舉例而言，基板可包括有角度的反射表面以改良光萃 取(out-coupling)，諸如如頒予Forrest等人之美國專利第6,091,195號中所述的台式結構，及/或如頒予Bulovic等人之美國專利第5,834,893號中所述的凹點結構，該等專利以全文引用的方式併入。
除非另外規定，否則可藉由任何適合方法來沈積各種實施例之層中的任一者。對於有機層，較佳方法包括熱蒸發、噴墨(諸如以全文引用的方式併入之美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中所述)、有機氣相沈積(OVPD)(諸如以全文引用的方式併入之頒予Forrest等人的美國專利第6,337,102號中所述)及藉由有機蒸氣噴射印刷(OVJP)之沈積(諸如以全文引用的方式併入之美國專利第7,431,968號中所述)。其他適合沈積方法包括旋塗及其他基於溶液之製程。基於溶液之製程較佳在氮氣或惰性氛圍中進行。對於其他層，較佳方法包括熱蒸發。較佳之圖案化方法包括通過遮罩之沈積、冷焊(諸如以全文引用的方式併入之美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中所述)及與諸如噴墨及OVJD之沈積方法中的一些方法相關聯之圖案化。亦可使用其他方法。可改良待沈積之材料，以使其與具體沈積方法相容。舉例而言，可在小分子中使用具支鏈或無支鏈且較佳含有至少3個碳之諸如烷基及芳基之取代基，來增強其經受溶液處理之能力。可使用具有20個或更多個碳之取代基，且3-20個碳為較佳範圍。具有不對稱結構之材料可比具有對稱結構之材料具有更好的溶液可處理性，因為不對稱材料可具有較低之再結晶傾向性。可使用樹枝狀聚合物取代基來增強小分子經受溶液處理之能力。
根據本發明實施例製造之裝置可進一步視情況包含障壁層。障壁層之一個用途為保護電極及有機層免於因暴露於環境中之有害物質(包括水分、蒸氣及/或氣體等)而受損。障壁層可沈積於基板、電極上，沈積於基板、電極下或沈積於基板、電極旁，或沈積於裝置之任何其他部分(包括邊緣)上。障壁層可包含單個層或多個層。障壁層可 藉由各種已知的化學氣相沈積技術形成，且可包括具有單一相之組合物以及具有多個相之組合物。任何適合材料或材料組合均可用於障壁層。障壁層可併入有無機化合物或有機化合物或兩者。較佳之障壁層包含聚合材料與非聚合材料之混合物，如以全文引用的方式併入本文中之美國專利第7,968,146號、PCT專利申請案第PCT/US2007/023098號及第PCT/US2009/042829號中所述。為視為「混合物」，構成障壁層之前述聚合材料及非聚合材料應在相同反應條件下及/或在同時沈積。聚合材料對非聚合材料之重量比率可在95：5至5：95之範圍內。聚合材料及非聚合材料可由同一前體材料產生。在一個實例中，聚合材料與非聚合材料之混合物基本上由聚合矽及無機矽組成。
根據本發明之實施例而製造之裝置可併入至各種各樣的電子組件模組(或單元)中，該等電子組件模組可併入至多種電子產品或中間組件中。該等電子產品或中間組件之實例包括可為終端用戶產品製造商所利用之顯示屏、照明裝置(諸如離散光源裝置或照明面板)等。該等電子組件模組可視情況包括驅動電子裝置及/或電源。根據本發明之實施例而製造之裝置可併入至各種各樣的消費型產品中，該等消費型產品具有一或多種電子組件模組(或單元)併入於其中。該等消費型產品將包括含一或多個光源及/或某種類型之視覺顯示器中之一或多者的任何種類之產品。該等消費型產品之一些實例包括平板顯示器、電腦監視器、醫療監視器、電視機、告示牌、用於內部或外部照明及/或發信號之燈、抬頭顯示器、全透明或部分透明之顯示器、可撓性顯示器、雷射印表機、電話、行動電話、平板電腦、平板手機、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、數位相機、攝錄影機、取景器、微型顯示器、3-D顯示器、交通工具、大面積牆壁、劇院或體育館螢幕，或指示牌。可使用各種控制機制來控制根據本發明而製造之裝置，包括被動矩陣及主動矩陣。意欲將該等裝置中之許多裝置用於對人類而 言舒適之溫度範圍中，諸如18C至30C，且更佳在室溫下(20-25C)，但可在此溫度範圍外(例如-40C至+80C)使用。
眾所周知，並非所有在OLED中產生之光均可逸出至空氣中。此主要由於全內反射作用：當光到達自高折射率介質(n h )至低折射率介質(n l )之界面時，當入射角大於定義為以下之臨界角時，光將全反射：
Figure 105120037-A0305-02-0014-25
舉例而言，在所有在折射率為約1.8之EML層產生的光當中，僅約20至25%可到達空氣。近年來，已開發兩種主要技術來將滯留之光提取至空氣中：一種使用散射作用且另一種使用微透鏡陣列(MLA)。兩種方法典型地均僅用於OLED照明裝置中，不用於諸如全色顯示器之顯示器中。該等技術通常由於在接通狀態期間之光學交叉干擾及/或降低對比度之反向散射而不適合於顯示器。
顯示器中之光學交叉干擾係指預期由一個像素或子像素發射之光亦自一或多個相鄰像素或子像素發射之現象。此將損害像素清晰度且導致顯示器解析度損失。在此方面使用散射膜通常尤其成問題，當自一個像素發射之光遇到散射介質時，其可能隨機傳播，因此得到比初始像素大小大得多之輪廓。
反向散射起因於以下事實，散射膜及MLA膜兩者均在反向方向上重定向光。如本文所用，「反向散射」在一般意義上用以指反向再定向之任何光。不同於來自光滑表面之鏡面反射，自MLA或散射膜反向散射之光通常具有隨機分佈且難以消除。因此，為將光提取技術應用於顯示器，需要解決光學交叉干擾及歸因於反向散射之低對比度。
MLA典型地代表一種更合乎需要的控制交叉干擾及反向散射之 方法，因為發光輪廓得到更好控制。舉例而言，其揭示內容以全文引用的方式併入之美國專利第6,984,934號揭示一種用於發光二極體之微透鏡佈置，其中微透鏡之最大平面尺寸小於任一OLED之最小的最小平面尺寸。作為另一實例，美國專利第8,125,138號揭示佈置於微透鏡之接收角內以產生準直光之間隔開的OLED。然而，兩種方法均未澈底解決光學交叉干擾及歸因於反向散射之低對比度的挑戰。Jung-Bum Kim等人描述使用真空熱蒸發(VTE)方法在頂部發射OLED裝置之頂部上構建微透鏡陣列(Organic Electronics 17(2015)115-120)。然而，該種技術限於頂部發射OLED，且用以製造MLA之相關方法不可縮放且藉由VTE方法所得之MLA的品質極其有限。
相比之下，本文揭示用於改良OLED顯示器之效率的裝置、組件及製造方法，其中微透鏡陣列可連接至OLED顯示器，MLA與OLED之間的距離相對較小。交叉干擾及反向散射問題亦可藉由如本文所揭示之有色透鏡、聚焦層及其他方法而解決。
具體而言，本文所揭示之實施例提供一種有機發光顯示器，其包括第一有機發射區域，諸如顯示器之像素的子像素內之發射區域，其在基板上之寬度為2r。一般而言，r可為任何適合大小。然而，在一些實施例中，諸如在發射區域對應於個別子像素時，r可為約20μm或更小。光萃取組件(諸如微透鏡陣列之透鏡)可安置於發射區域上，其中光萃取組件具有水平基底表面，該水平基底表面安置得距第一發射區域垂直距離t，且該水平基底表面光學耦合至發射區域。佈置滿足如下條件：0<t<
Figure 105120037-A0305-02-0015-10
* (r+R)，其中光萃取組件之折射率為nlens且在基底表面上之寬度為2R。在一些實施例中，可能較佳地，發射區域與光萃取組件相比相對較小，例如光萃取組件之寬度2R大於OLED之寬度2r。類似地，在一些實施例中，顯示器之有效面積(亦即，顯示器之在面積內包括發射區域之面積)可為顯示器之總面積的 50%或更小。在一些實施例中，可能較佳地，光萃取組件直接安置於發射區域之頂部上，基底尺寸之中心定位於垂直於發射區域繪製之同一線上。
本文關於個別OLED所揭示之佈置及技術可應用於全色顯示器內之子像素。舉例而言，典型顯示器佈置包括多個像素，其中之每一者包括一或多個子像素。作為特定實例，顯示器之全色像素通常將包括至少紅色、綠色及藍色子像素。因此，在一些實施例中，如本文所揭示之發射區域及OLED可為全色顯示器中之對於各子像素產生光的子像素組件。明顯地，在典型顯示器佈置中，各子像素可個別定址或以其他方式可受顯示器控制，以使得顯示器之各像素發射任何所要光色彩。
圖3展示各像素在微透鏡陣列中具有相應透鏡之組態。為實現光提取益處，滿足以下條件：
Figure 105120037-A0305-02-0016-11
其中t為發光層與MLA之基底之間的距離。在簡化之後，方程式2變為
Figure 105120037-A0305-02-0016-26
其中r及R為像素大小之一半及微透鏡之半徑，且R=r+d，如圖3中所示。在此方程式中，n、r及d由顯示器解析度及基板材料指定。基於顯示器組態，可針對所要光提取益處，計算最大t需求。對於具有紅/綠/藍(RGB)條帶組態之顯示器，此可進一步簡化為：
Figure 105120037-A0305-02-0016-13
其中Re為顯示器之以每一英吋之像素為單位的解析度。
圖4展示三星(Samsung)Galaxy S6手機之像素佈局，如由laptopmedia.com/reviews/samsung-galaxy-s6-review-a-bunch-of-innovations-in-a-beautiful-body提供。基於圖像，估算像素尺寸大致對 於紅色子像素為13.5μm，對於綠色子像素為11.3-13.5μm，且對於藍色子像素為15.8μm。等效於2d之藍色與相鄰綠色像素邊緣之間的間隔為約18μm。此產生r=7.9μm及d=9μm之近似值。使用方程式3，為具有歸因於覆蓋各子像素之微透鏡(n=1.5)之光提取作用，t應小於27.7μm。作為另一實例，50" 4k TV之解析度為約100ppi，大致對應於約80μm之(2r+d)值。當使用玻璃基板時，此給出t<89μm之條件。
如方程式3中所示，參數t、r及d均為相關的。一般而言，r為預定的。較佳地，t相對較薄，例如製造製程所允許之薄，且d應儘可能較大，且使用相鄰像素之間可用之所有空間。其揭示內容以全文引用的方式併入之美國專利公開案第2015/0171374號提供如下設計d之指南：
Figure 105120037-A0305-02-0017-14
其中n為透鏡之折射率。假定t=0推導此方程式。因此，在具有折射率為nlens之光萃取組件的一些實施例中，可能較佳地，自發射區域之側面至光萃取組件之邊緣至基板上的投影之距離d為至少(nlens-1)* r。此可應用於本文所揭示之在每一發射區域或子像素中不使用單一光萃取組件之組態中，d係指發射區域之邊緣與光萃取組件、光萃取組件陣列、散射層或其他功能類似結構之最外邊緣之投影之間的相應量測值，如圖3、圖10、圖11、圖12及圖18中所示。
為展現此等性質，基於三星Galaxy S6中之紅色子像素之近似尺寸，如圖4中所展示使用r=6.75μm及d=8.75μm，使用半球面微透鏡陣列，來進行模擬；其中一個微透鏡作為與各子像素相關之光萃取組件。半徑(R=r+d)為15.5μm。透鏡緊密堆積且透鏡之材料之折射率為n=1.52且不具有吸收。朗伯(Lambertian)發射圖案應用至像素。像素與微透鏡之間的空間填充有相同折射率材料(n=1.52)，且視空間距離 (t)而模擬增強。圖5中具有閉合方形符號之曲線展示增強之距離(t)相依性。對於單一半球透鏡，如所展示，光提取效率隨距離t減小而改良。若距離大於27μm，則不存在增強。此閾值匹配方程式(4)之計算。隨距離減小，可提取更多光。舉例而言，對於5μm之距離，實現126%增強。圖6展示不同t值下此組態之角發射分佈圖。
其他類型之光萃取組件亦可用於本文所揭示之佈置。舉例而言，圓錐形透鏡可用作子像素之光萃取組件，如圖7中所示。圓錐形透鏡之結果容易適用於其他類似特徵，諸如稜鏡。圖8中具有閉合方形符號之曲線展示增強之距離相依性。對於單一圓錐，光提取效率隨距離減小而改良。圓錐之閾值為34μm，其大於半球面透鏡。隨距離減小，可提取更多光。舉例而言，可在5μm之距離下實現120%增強。當距離大於閾值時，發射之光具有強正向發射，導致提取增強有極小不同或無顯著的不同，如圖8中所示。更一般而言，在一些實施例中，可能較佳地，使用類似於半球、但形狀不完全為半球面之光萃取組件(諸如微透鏡)來進一步改良自發射區域之光萃取。舉例而言，可使用如圖7中所示之平頂圓錐或如圖20中所示之「扁平」半球面光萃取組件。在一些實施例中，可能較佳地，光萃取組件沿垂直於發射區域之線且在移動遠離發射區域之方向上的截面積減小。圖7中之平頂圓錐及圖20中之扁平半球為該種幾何構型之特定實例，但可使用其他形狀。
在一些實施例中，間隔層可安置於發射區域與光萃取組件之間。舉例而言，再次參考圖3，距離t可包括安置於OLED發射區域上之間隔層及微透鏡的與發射區域相關之基底。在一些情況下，間隔層可為光萃取組件之物理整體部分，諸如其中微透鏡片用以提供多個光萃取組件用於多個子像素，且微透鏡片之透鏡部分安置於相同材料之層上。在其他情況下，間隔層可包括與光萃取組件相同或類似之材 料。可能較佳地，間隔層光學上類似於光萃取組件。具體而言，可能較佳地，間隔層之折射率與光萃取組件相同或類似，諸如在光萃取組件之折射率±0.02之範圍內。
使用微特徵(諸如微透鏡陣列或類似組件)之益處為發光之角相依性的可調節性，如圖5及圖9中所示。角相依性可藉由在光萃取組件中使用不同大小及類型之特徵來調節。舉例而言，當使用半球面微透鏡時，對於較小t值，大角發射更大。當使用圓錐形透鏡時，產生大的偏離朗伯之發射圖案，如圖9中之虛線所展示。作為另一實例，若使用平頂圓錐，則如圖9中之短虛線所展示，實現接近的朗伯發射輪廓。此實例假定圓錐之基底半徑為15.5μm，頂部之半徑為10μm，且高度為15.5μm。在此等實例中，所有圓錐之距離均為10μm。
值得注意地，距離t涵蓋EML與光萃取組件之水平基底(諸如微透鏡陣列之基底)之間的任何及所有層。因為層(諸如透明電極、有機發射層及其類似物)之厚度典型地相對極薄，所以t可能極準確近似為OLED電極之表面與光萃取組件之基底之間的距離。因此，如本文關於t或另外關於相對於OLED或OLED之發射層或區域量測的距離所用，術語「OLED」及「發射區域」可互換使用。類似地，為清楚起見，本文呈現之圖可展示OLED，熟習此項技術者將容易將該OLED理解為包括一或多個發射區域，而不展示如圖1及圖2中所示之OLED之內部結構。
在微透鏡陣列層壓至玻璃上構建的OLED之組態中，t至少包括玻璃基板、MLA基底膜及層壓膠黏劑之厚度。在OLED直接安置於MLA膜之背面上之組態中，t包括MLA基底膜、平面化層(若存在的話)、障壁層(若存在的話)及OLED與MLA膜之間的任何其他功能層之厚度。在兩種例示性組態中，在不存在本文所揭示之技術之情況下，可能難以實現小於89μm之t，且可能難以或不可能實現小於27.7μm之 t。然而，在許多組態中，為得到足夠的光提取益處，可能需要遠小於彼等例示性值之t。本文所揭示之實施例提供相對極小之t值，諸如80μm、27μm、15μm或更小。
上文所述之例示性組態包括對應於各子像素之一個微透鏡。在一些實施例中，多個光萃取組件(諸如來自微透鏡陣列之多個微透鏡)可對應於一個子像素，如圖10中所示。亦可能在一個方向上具有一個透鏡且對於其他尺寸具有多個透鏡。舉例而言，如圖10中所示，光萃取組件可為包括總半徑為R之多個特徵的光萃取組件陣列。舉例而言，光萃取組件陣列可為如先前所描述之微透鏡陣列(多個角錐、矩形、半球面或扁平半球面透鏡)之全部或一部分，或光萃取組件特徵之任何其他組合。光萃取組件陣列可至少部分安置於發射區域上，及/或陣列中之與特定發射區域相關之各組件可至少部分安置於發射區域上。在該種組態中，d係指自發射區域之邊緣至光萃取組件陣列之最外光萃取組件之邊緣的投影之距離。
因為t典型地將不為0，所以並非所有由發射區域發射之光均可由微透鏡收集。此說明於圖11中。光線1經由透鏡發射至空氣中。然而，光線3進入相鄰透鏡且將自相鄰透鏡發射，因此導致非所要的交叉干擾。
為解決此潛在的交叉干擾，光萃取組件之基底(亦，光萃取組件之安置得最接近發射區域之表面)可塗佈有光吸收材料(諸如黑色染料)以吸收雜散光線。染料可防止歸因於雜散光之交叉干擾，對以其他方式光萃取之光具有最小影響。光線3代表最差情況情境，其中光線將達至距透鏡基底平面最遠(定義為b)。使用小角近似：
Figure 105120037-A0305-02-0020-27
舉例而言，為防止b大於0.2R，t應小於0.1d。在例示性Galaxy S6裝置中，其中d=9μm，t因此將小於0.9μm。可塗覆黑色染料以便僅 吸收將進入相鄰光萃取組件之光。該種方法之一個潛在缺點可能為，歸因於光由染料之吸收，增強受損。
該種結構可藉由將黑色染料溶液在透鏡側上分配至光萃取組件之基底上、諸如微透鏡陣列上而製造。在固化之後，黑色染料將保持在透鏡之底部部分。所得黑色矩陣之高度由所分配溶液之量決定。
根據本文所揭示之實施例可減少或防止光學交叉干擾之另一技術為使用***於光萃取組件之基底與EML之間的散焦層，其中散焦層之折射率小於光萃取組件基底材料之折射率。因為此層具有較小折射率，所以基於斯涅爾定律(Snell's law)，進入透鏡材料中之光將具有窄得多的輪廓。淨效果為光更聚焦進入透鏡基底，如圖12中所示。在該種組態中，雜散光限制於散焦層與EML層之間。較佳地，光萃取組件基底中之光聚焦至足以完全或基本上完全由光萃取組件收集。假定散焦層極接近EML層且透鏡組態如圖12中所定義，散焦層之折射率ndef應滿足以下條件：
Figure 105120037-A0305-02-0021-16
再次使用具有d=8.75μm之例示性三星Galaxy S6裝置，且假定t=5μm及nlens=1.7，ndef小於1.47。因此，若SiO2層用作散焦層且光萃取組件為折射率為1.7之材料，則減少或防止顯示像素及子像素中之交叉干擾。可能較佳地，散焦層之厚度至少與由相關發射區域發射之光之波長相當，但小於由方程式3及方程式4定義之t值。
根據本文所揭示之實施例消除/減少交叉干擾之另一新穎方式為將「著色劑」與光萃取組件整合。一般而言，各光萃取組件(諸如微透鏡陣列中之各透鏡)可包括一或多種著色劑。著色劑可為具有選擇性透射或發射具有所要色彩(諸如如本文所揭示之所要波長範圍)的光之性質之任何材料。著色劑之一些實例為染料、色彩轉換材料、量子點及其類似物。舉例而言，可使用當前用作LCD中之彩色濾光片之材 料及LED背光中之色彩轉換材料。典型地，著色劑將為紅色、綠色及藍色，但本文所揭示之實施例不限於彼等色彩。
在使用個別紅色、綠色及藍色子像素之顯示器架構中，有色透鏡(具有著色劑)可經佈置，以使得各透鏡之色彩與OLED像素之色彩相同，例如紅色透鏡用於紅色像素。因此，當紅光進入相鄰像素透鏡時，其將由相鄰像素中之綠色或藍色染料吸收。其通過具有相同色彩之透鏡時具有極少/不具有損失。此亦為改良對比度之有效方式。
在彩色濾光片置放於白色OLED子像素之頂部上之顯示器架構中，有色光萃取組件可直接替代具有相同色彩及/或位置之彩色濾光片。舉例而言，紅色透鏡可替代紅色濾光片、黃色透鏡替代黃色濾光片及其類似情況，無有色透鏡安置於白色裝置之頂部上或透明透鏡安置於白色裝置之頂部上，該白色裝置預期發射白光。
進行模擬以估算有色透鏡方法之光提取效率。考慮兩種情形。首先，光線藉由波導耦合至下一透鏡(例如，圖11中之射線3)。此等光線之性質將視距離而定，OLED與光萃取組件之間的距離愈近，耦合之機率愈小。在自一個光萃取組件中出來之大角發射光線到達相鄰組件之表面時，其亦可能發生交叉干擾(例如，圖11中之光線2)。因此，考慮兩種類型之交叉干擾且假定相鄰有色透鏡之100%吸收，新增強曲線圖產生於圖5中。在此情況下，光提取效率較低。當距離大於閾值時，發射光具有強正向發射。因此，提取增強不存在顯著不同。在閾值之後，大角發射將由下一像素透鏡吸收，導致增強較低。然而，若距離減小至5μm，則仍可實現82%增強。在圓錐透鏡之情況下亦產生相同曲線圖，如圖8中之空心圓之曲線所展示。
OLED顯示器與其他類型之顯示器相比的一個優勢為可用之極高對比率。在一些實施例中，此可藉由在顯示器前面置放圓形偏光器而實現。當所有界面均為平面時，此方法尤其有效。當使用光萃取組件 (諸如微透鏡)時，此方法可能不再有效，因為光線在進入且隨後離開微透鏡之後可能改變方向。另一問題為，光萃取組件(諸如MLA)可能為良好的環境光收集器，因此導致強反向散射，導致對比度較低。
此問題之解決方案可藉由若干方法中之一或多者來解決。首先，有色透鏡減少交叉干擾之相同原理亦起作用以減少反向散射。彼等反向散射之光線傾向於行進通過多個透鏡，且有色透鏡可藉由此製程有效地吸收光。值得注意地，有色透鏡本身對於對比率效能可能足夠好，使得不需要圓形偏光器。此可單獨加倍MLA或類似光萃取組件之光萃取效能，例如圖5中之82%增強變為164%。
作為另一方法，如先前所揭示使用黑色染料亦可減少光萃取組件(諸如MLA)之散射。黑色染料可塗覆於透鏡基底處或OLED內部非發射區域中。
在一些實施例中，仍可使用圓形偏光器。舉例而言，其可置放於光萃取組件與OLED之間。如先前所揭示，此結構之厚度較佳服從方程式3及方程式4。在一些實施例中，圓形偏光器可置放於光萃取組件之頂部上。在此情況下，圓形偏光器之厚度不受方程式3及方程式4限制。
當光萃取組件之頂部表面扁平時，圓形偏光器可安置於光萃取組件(包括組件之任何微特徵)之頂部上。可能較佳地，頂部扁平面積之大小大於發射區域之有效面積之大小。此導致對光之偏振之破壞最小，且觀看者可看到透明圖像。舉例而言，圖20展示具有平頂表面之半球面透鏡之實例。圓形偏光器置放於頂部上，該種結構可提供良好光萃取及對比度。或者或另外，抗反射(AR)塗層可安置於光萃取組件表面之頂部上以減少界面反射。
包括其基底之光萃取組件之折射率亦可能影響本文所揭示之實施例之光學性質。使用半球面透鏡進行模擬以比較具有1.52及1.7之不 同折射率之MLA的光萃取效率。有色透鏡之組態用於不同色彩之100%吸收之情況。結果展示於圖16中。在較高折射率材料之情況下，可提取較多光。在5μm距離之距離下，對於較高之1.7折射率，實現137%增強。相比之下，對於較低之1.52折射率，實現82%增強。
各種技術可用以製造如本文所揭示之裝置。現將關於RGB有色像素及對應於一個微透鏡之各顯示子像素描述兩個實例。其他組態可使用類似製程製造，包括不同類型及佈置之發射區域、子像素及/或光萃取組件。
圖13展示製造具有有色透鏡之MLA之例示性技術。在1310，製備或獲得具有對應於顯示像素佈局之所要微透鏡置放佈局(例如，如先前所揭示，具有對應於子像素之發射區域之一或多個微透鏡)的模具。孔之形狀可為半球、圓錐、稜鏡或其他形狀。
在1320，與著色染料混合之透鏡材料可噴墨或以其他方式沈積至預定模具位置中。當不同色彩像素之大小不同時，相應孔亦具有不同大小。舉例而言，與紅色染料混合之材料可置放至模具上的預指定用於紅色顯示像素之透鏡位置中，如所展示。此可如所展示在1330、1340重複直至製備好所有有色透鏡。儘管展示總共三種色彩，但可使用更多或更少著色染料及透鏡。透鏡可固化或部分固化以防止不同色彩之間的混合。如在1350所展示，透明基底材料可塗佈或以其他方式沈積於有色透鏡之頂部上以整合所有透鏡。可能較佳地，將相同基底材料用於光萃取組件，諸如透鏡及基底膜，因此其可充分混合。一個實例為溶解於溶劑中之PMMA。為防止有色透鏡再溶解及與其他色彩混合，如圖14中所展示，可能不需要有色透鏡塗層完全填充模具上之各孔，亦即，圖14中之結構可替代在1340展示之結構。在基底膜固化之後，可在1360使膜自模具脫離。或者，如圖15中所示且如本文更詳細地描述，可在裝置及其他層沈積於膜之頂部上之後使膜脫離。基底 之厚度較佳應服自方程式3及方程式4中描述之需求。
作為另一實例，MLA可藉由在各子像素之頂部上直接噴墨透鏡而製造。此可在製備顯示器之後進行，且可應用於底部發射及頂部發射OLED兩者。
圖15展示在MLA自模具脫離之前在MLA上製造的OLED之實例。1510展示如先前關於1350所描述之佈置。在一個實施例中，如圖15中之1520所展示，可在MLA基底之頂部上形成OLED裝置。顯示子像素可在微透鏡陣列之頂部上形成，各色彩之OLED子像素直接在相同色彩之微透鏡之頂部上形成。此製程類似於標準OLED顯示器製造製程。可在模具上製造對準標記以確保顯示子像素與有色透鏡之間的恰當對準。障壁層可沈積於MLA基底之頂部上以防止任何釋氣。在障壁之頂部上，可製造TFT背板，隨後進行OLED裝置製造。如先前關於圖1及圖2所描述，OLED裝置可包括兩個電極及一或多個安置於電極之間的有機層。RGB像素之圖案可使用遮蔽遮罩實現。可能較佳地，另一薄膜鈍化或障壁層應用於OLED裝置之頂部上。亦可使用玻璃封裝。為促進下一製程步驟，膜可層壓於裝置之頂部上以便進行保護及易於處置。在1530，可自模具分離有OLED顯示子像素安置於其上之MLA。額外層可添加至脫模之裝置。該等層之實例包括AR塗層、耐劃塗層、硬塗層及其類似物。硬塗層可包括一或多個塑膠膜、障壁塗佈塑膠膜或薄玻璃。
在如本文所揭示之各種實施例中，光萃取組件可連接至頂部或底部發射裝置。現將描述使MLA連接至頂部發射OLED之實例；類似製程可用以使光萃取組件連接至底部發射OLED。舉例而言，MLA基底可連接至底部發射OLED之底部基板。
可單獨地製造或獲得頂部發射OLED顯示器。薄膜鈍化或障壁層可沈積於OLED顯示器之頂部上。為將OLED與MLA表面之間的距離t 減至最小，薄膜層可能為較佳的。如先前所描述，可能較佳地，此距離儘可能小。
諸如在圖13中之1350展示之結構的結構可置放於MLA背對OLED之頂部發射OLED之頂部上。MLA與OLED裝置之間的對準可例如藉由在顯示器及MLA/模具上置放對準標記來實現，以確保右子像素與右透鏡對準，亦即，相同色彩及位置。
MLA基底可例如藉助薄黏合層或溶劑塗層連接至OLED裝置。舉例而言，若MLA基底材料可溶解於特定溶劑中，則此溶劑之薄塗層可塗覆於OLED頂部鈍化層上，隨後連接MLA。在溶劑自系統中驅出之後，MLA可自動連接至顯示器。
如先前關於其他實例所描述，模具可在使MLA連接至OLED之後拆除，重點為保持使MLA連接至OLED顯示器。如先前所揭示，隨後可添加額外功能層。將OLED置放於MLA基底上及使MLA基底連接至OLED之步驟可在MLA已自模具脫離之情況下進行，如在圖13中之1360所展示。
在一個實施例中，有色光萃取組件(諸如有色MLA)亦可藉由在OLED顯示器之發射表面上直接噴墨印刷在顯示器上製造。透鏡與像素之對準可藉由在噴墨印刷製程期間在顯示器上使用對準特徵來實現。通用製程包括將染料與透鏡材料混合及藉助噴墨沈積溶液。在分配之後，可能較佳地，使溶液固化以形成透鏡。固化製程可包括烘烤、UV輻照以將溶劑驅出或使前驅體交聯或其類似製程。可使用其他著色劑，諸如量子點。所印刷MLA之大小、形狀及縱橫比可藉由油墨體積、油墨材料、表面處理及印刷中表面之表面形狀特徵來調節。微透鏡之大小可與油墨體積成比例。藉由改變油墨材料及使用不同表面處理，可調節接觸角及表面張力以及因此微透鏡之形狀及縱橫比。此外，印刷中表面之表面形狀亦影響印刷製程及微透鏡之性質。 在底部發射裝置中，印刷中表面為扁平的。因此，微透鏡性質視接觸角及表面張力而定。在頂部發射裝置中，歸因於背板製程，不具有平面化層之發射表面可能為不均勻的。通常，應用絕緣柵極以在OLED生長之前分隔各子像素。在此情況下，子像素有效面積小於絕緣柵極，形成孔結構。當分配油墨材料時，此孔結構可影響微透鏡之最終形狀。良好控制之製程及精密選擇之油墨材料可在各孔上形成界限分明之微透鏡，如圖17中所示。第一頂列為空像素；剩餘列為IJP MLA。
前述實例使用微透鏡陣列作為說明性光萃取組件以改良顯示器效率。在一些實施例中，可使用散射層替代微透鏡陣列。舉例而言，圖18展示直接應用於顯示子像素之頂部上(亦即，與子像素之一或多個發射區域呈堆疊方式)之散射層。當間隔t較小且散射層面積相對大時，散射層可提取否則的話將歸因於波導效應而滯留於基板及有機層中之光。本文先前揭示之相同計算可用以設計散射層尺寸。一般而言，較薄之t提供較好之提取效率。在一些實施例中，間隔層可安置於發射區域與散射層之間，如圖18中所示。在此情況下，可能需要間隔層之厚度t服從與先前關於光萃取組件之使用所揭示類似之規則：0<t<
Figure 105120037-A0305-02-0027-29
* (r+R)
其中nsp為間隔層之平均折射率，且r及R如先前所定義且如圖18中所展示，但相對於散射層而非光萃取組件。
在另一實施例中，可使用散射環替代圓形OLED像素之圓，如圖19中所示。在此組態中，對應於具有相當或更大面積之OLED像素之中心區域保持光滑。大部分自OLED到達此中心區域之光具有小入射角，因此其可在無散射層之幫助下離開。實際上，在一些實施例中，可能較佳地，在此區域中無散射。自OLED到達散射環之光典型地具 有大得多的入射角且將在無散射層之情況下全內反射。當使用散射層時，此光可重定向出基板，因此改良裝置之效率。用於改良對比度之習知圓形偏光器仍可使用，因為散射層對OLED像素之有效面積中之偏振不存在破壞。為改良對交叉干擾及對比度效能之影響，可使用有色散射材料。舉例而言，可在紅色子像素之頂部上使用紅色散射材料，在藍色子像素之情況下使用藍色散射材料，等等。
有色散射材料可例如藉由將散射劑(諸如奈米粒子)混合於有色材料中而製備。印刷或塗佈製程可用以在裝置之頂部上塗覆該種塗層。表面處理亦可用於將散射層精確圖案化。舉例而言，環圖案可使用微影製程用高表面能處理。當塗覆散射有色溶液時，其含於環內。使材料固化將使材料固體化且使材料永久保持在同一位置處。其他方法亦可用以產生散射層。舉例而言，散射層可藉由在顯示子像素之頂部上使所要面積中之表面粗糙化而非藉由沈積額外層或材料來形成。
本文所揭示之實施例亦可與其他光萃取方法組合。舉例而言，具有亞微米節距之波紋結構可提取OLED中之電漿子模式光。該種裝置可與本文所揭示之其他結構結合用以進一步改良效率。
如本文所揭示之光萃取組件可應用於任何或所有顯示子像素。其亦可視諸如以下之因素而僅應用至選擇性顯示子像素：像素佈局、效率及各色彩分量之壽命，且人類眼睛或透鏡對僅一種色彩之敏感度可應用至顯示器。如先前所描述，無關於在小距離t處多少子像素使用光萃取組件，通常將在效率與對比度/解析度之間進行權衡。然而，在由光萃取結構提供之改良效率下，對比度及像素清晰度可能(由於交叉干擾)降低。在一些組態中，可能較佳地，僅將光萃取特徵應用至所選像素、色彩或子像素。舉例而言，光萃取結構可僅應用至顯示器中之藍色子像素。因為人類眼睛通常相對於紅光、綠光及尤其黃光對藍光之解析度不大敏感，所以歸因於光學交叉干擾之解析度降 低不大明顯或不成問題。同時，藍色發射裝置通常最多地獲益於光輸出及壽命之增加。使用如本文所揭示之光萃取特徵典型地將增加應用有其之各子像素之壽命及/或光輸出，此可使得此等技術尤其適用於藍色子像素。
在一個實施例中，可遍及顯示器地使用藍色之光萃取組件(諸如微透鏡)，亦即，用於顯示器中之一些或全部子像素。在該種組態中，藍色之透鏡可在顯示器上連續應用，但將僅增強自藍色子像素之輸出。此將具有僅需要在顯示器上沈積一種類型之微透鏡或其他光萃取組件而無需使不同有色透鏡圖案化的益處。藍色之透鏡可或可不物理置放於其他有色子像素上，但將對交叉干擾無影響，但其可減少非藍色子像素之輸出。在一些實施例中，可能較佳地，藍色之光萃取組件僅置放於藍色發射子像素上或在藍色發射子像素上圖案化。僅將光萃取組件應用至選擇性像素之另一實例為在如下組態中，其中子像素佈置及/或尺寸阻止將光萃取組件應用至所有個別子像素，諸如其中某些子像素對於待應用之光萃取組件而言太小或太接近。
在一些情況下，可能較佳地，如先前所描述，多個像素或子像素共用相同的光萃取特徵。一個實例為當子像素對於光萃取特徵之精密置放而言太小時。多個子像素則可共用同一光萃取特徵。舉例而言，微透鏡覆蓋或散射環圍繞多個子像素。
如本文所用，「光萃取組件」係指使光自OLED光萃取之組件。為進行光萃取，當直接或間接光學耦合至OLED之發射區域時，組件必須導致與原本將在不存在光萃取組件下離開OLED之光相比更多光離開OLED。光萃取組件之實例包括任何大小、形狀及佈置之微透鏡陣列。
如本文所用，「紅色」層、材料、區域或裝置係指發射約580-700nm範圍內之光之層、材料、區域或裝置；「綠色」層、材料、區域或 裝置係指發射光譜之峰值波長在約500-600nm範圍內之層、材料、區域或裝置；「藍色」層、材料或裝置係指發射光譜之峰值波長在約400-500nm範圍內之層、材料或裝置；且「黃色」層、材料、區域或裝置係指發射光譜之峰值波長在約540-600nm範圍內之層、材料、區域或裝置。在一些佈置中，單獨的區域、層、材料、區域或裝置可提供單獨的「深藍色」及「淺藍色」光。如本文所用，在提供單獨的「淺藍色」及「深藍色」之佈置中，「深藍色」分量係指峰值發射波長比「淺藍色」分量之峰值發射波長小至少約4nm之分量。典型地，「淺藍色」分量之峰值發射波長在約465-500nm範圍內，且「深藍色」分量之峰值發射波長在約400-470nm範圍內，但對於一些組態而言此等範圍可變化。類似地，變色層係指將另一色彩之光轉換或修改成具有關於該色彩指定之波長之光的層。舉例而言，「紅色」濾光片係指形成波長在約580-700nm範圍內之光之濾光片。一般而言，存在兩類變色層：藉由移除光之非所需波長修改光譜之彩色濾光片，以及將較高能量之光子轉換成較低能量之變色層。如本文所揭示，若兩個組件(諸如兩個發射區域、層、材料或裝置)發射峰值波長在相同範圍內之光，則其視為具有「相同色彩」。舉例而言，若兩個發射區域發射峰值波長在約580-700nm範圍內之光，則兩個區域可均描述為「紅色」且因此描述為具有「相同色彩」。
應理解，本文所述之各種實施例僅作為實例，且無意限制本發明之範疇。舉例而言，本文所述之材料及結構中之許多可用其他材料及結構來取代，而不脫離本發明之精神。如所主張之本發明因此可包括本文所述之具體實例及較佳實施例之變化，如熟習此項技術者將明白。應理解，關於本發明為何起作用之各種理論無意為限制性的。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞傳輸層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發射層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子傳輸層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一導電層
164‧‧‧第二導電層
170‧‧‧障壁層

Claims (22)

  1. 一種有機發光顯示器，其包含：在基板上之寬度為2r的第一發射區域；及安置於該發射區域上且具有水平基底表面之光萃取組件，該基底表面安置得距該第一發射區域垂直距離t且光學耦合至該第一發射區域，該光萃取組件之折射率為n lens 且在該基底表面上之寬度為2R；其中0
    Figure 105120037-A0305-02-0032-33
    t<
    Figure 105120037-A0305-02-0032-30
    * (r+R)。
  2. 如請求項1之有機發光顯示器，其中d
    Figure 105120037-A0305-02-0032-34
    (n lens -1)r，其中d為自該第一發射區域之側邊緣至該光萃取組件之邊緣至該基板上的投影之距離。
  3. 如請求項1之有機發光顯示器，其進一步包含安置於該第一發射區域與該光萃取組件之間的間隔層，其中該間隔層包含折射率在n lens ±0.02之範圍內的材料。
  4. 如請求項1之有機發光顯示器，其中t不大於80μm。
  5. 如請求項4之有機發光顯示器，其中t不大於27μm。
  6. 如請求項5之有機發光顯示器，其中t不大於15μm。
  7. 如請求項1之有機發光顯示器，其中該光萃取組件包含總寬度為2R之光萃取組件陣列，其中該光萃取組件陣列中之各光萃取組件至少部分安置於該發射區域上，且其中d為自該發射區域之邊緣至該光萃取組件陣列之最外光萃取組件之邊緣的投影之距離。
  8. 如請求項1之有機發光顯示器，其進一步包含安置於安置得最接近該發射區域之該光萃取組件的邊緣上之光吸收材料。
  9. 如請求項1之有機發光顯示器，其進一步包含安置於該光萃取組 件與該發射區域之間的散焦層，其中該散焦層之折射率n def 小於n lens 。
  10. 如請求項9之有機發光顯示器，其中n def <n lens Sin(arcTan(
    Figure 105120037-A0305-02-0033-35
    ))，其中d為自該發射區域之邊緣至光萃取組件陣列之最外光萃取組件之邊緣的投影之距離。
  11. 如請求項1之有機發光顯示器，其中該光萃取組件包含著色劑。
  12. 如請求項11之有機發光顯示器，其中該著色劑之色彩與由該發射區域發射之光的峰值波長之色彩相同。
  13. 如請求項1之有機發光顯示器，其進一步包含安置於該光萃取組件與該發射區域之間的圓形偏光器。
  14. 如請求項1之有機發光顯示器，其中該顯示器包含複數個像素，各像素包含複數個子像素，且其中該發射區域發射待由該複數個子像素中之一者發射的光。
  15. 如請求項14之有機發光顯示器，其中該顯示器包含用於該複數個子像素中之每一者的至少一個光萃取組件。
  16. 如請求項14之有機發光顯示器，其中該顯示器包含複數個色彩的子像素，且該顯示器包含用於該複數個色彩中之僅一個色彩的子像素之光萃取組件。
  17. 如請求項14之有機發光顯示器，其中各發射區域可個別定址。
  18. 如請求項1之有機發光顯示器，其中該光萃取組件之最大厚度比r大至少10%。
  19. 如請求項1之有機發光顯示器，其中該光萃取組件沿垂直於該發射區域之線且在移動遠離該發射區域之方向上的截面積減小。
  20. 如請求項19之有機發光裝置，其中該光萃取組件包含至少一個平頂的微透鏡。
  21. 一種有機發光顯示器，其包含：在基板上之寬度為2r的第一發射區域；及安置於該發射區域上且寬度為2R之散射層；及厚度為t且平均折射率為nsp之間隔層，該間隔層安置於該第一發射區域與該散射層之間且光學耦合至該第一發射區域及該散射層；其中0<t<
    Figure 105120037-A0305-02-0034-32
    * (r+R)。
  22. 一種製造有機發光顯示器之方法，該方法包含：獲得複數個OLED；製造光萃取組件陣列；及使該光萃取組件陣列光學耦合至該複數個OLED；其中，對於該複數個OLED之各OLED、及該光萃取組件陣列之與該各OLED呈堆疊方式安置且光學耦合至該各OLED的至少一個光萃取組件，0<t<
    Figure 105120037-A0305-02-0034-23
    * (r+R)；其中2r為該各OLED之寬度，t為自該OLED之發射層至該至少一個光萃取組件之垂直距離，n lens 為該至少一個光萃取組件之折射率，且R為該至少一個光萃取組件之總半徑。
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