专利名称：具有改善对比度的oled显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机发光二极管(OLED)显示器，特别涉及改善该显示器的对比度。
背景技术：
在很多计算和通讯应用当中提出使用各种尺寸的平板显示器，例如有机发光二极管(OLED)显示器。特别地，建议在周围照明环境大范围变化条件下的室内和室外应用中使用OLED显示器。室内应用具有相对低的环境照明，因而要求较低水平的显示亮度。相反地，室外应用可能具有较高的环境亮度，因而可能要求较高水平的显示亮度和低显示反射率。并且，大多数OLED显示器被建议在高环境照明或者低至不存在环境照明条件下使用，即从白天的室外到夜间的黑暗室内均可使用。
目前的照明和显示可见度标准采用75,000勒克斯作为在晴朗明亮的白天的室外照明的标准。多云而明亮白天具有16,000勒克斯的照明，多云而阴暗的白天具有6,000勒克斯的亮度，多云而非常阴暗的白天具有1,000勒克斯的亮度。室内的照明范围是从0到1,000勒克斯。显示设备的可见性能标准将能够在显示器上阅读文字的最小显示对比度标准设定为3。其它类型的显示信息，如图象，需要更高的对比度，例如10。
给定用于OLED显示器设定的可视条件变化的宽范围，设计具有合适对比度的OLED显示器是困难的。OLED显示器依赖于使用导电电极向有机材料发射层提供电流，通常一些导电电极是由高反射金属形成的。反射金属反射环境光至显示器的观看者，因而使得显示器难以观看。并且，OLED显示设备包括光发射区和非光发射区。非光发射区通常由电路组成，例如薄膜晶体管、电容器、驱动装置和信号线。
一种改善OLED显示设备对比度的方法是在显示器上采用一个圆形偏振器。圆形偏振器包括一个偏振器和一四分之一波片。该偏振器使得落在显示器上的环境光线偏振化，而四分之一波片将偏振光的偏振方向旋转45度。随后通过四分之一波片反射回去的任何偏振光进一步旋转45度从而它的偏振方向垂直于偏振器，因此基本上完全为偏振器所吸收。圆形偏振器吸收约60％的一次通过偏振器的光。通过圆形偏振器被镜面反射回去的环境光有约99.5％被吸收。由此，OLED显示设备发射的光通过圆形偏振器大约有60％损失掉，而落在OLED显示设备表面的环境光有99.5％被吸收。合适的圆形偏振器可以从例如3M买到，并在专利文献中描述。参见Trapani等公开于2002年2月7日的WO0210845A2，其中描述了一个高耐久性圆形偏振器，其包括一个非保护的K-型偏振器和一个设计为与例如有机发光二极管或者等离子体显示设备这样的发射显示模块一起使用的四分之一波长延迟器。但是，尽管使用了圆形偏振器，OLED设备的对比度还是不足以在室外使用。
改善OLED显示设备对比度的第二种方法是在设备背面的空腔中设置一个例如光吸收材料或者破坏性干涉层这样的光吸收层，例如在基底或者一个电极上。参见Hofstra等出版于2002年6月25日的US6411019B1。该吸收层除吸收任何从有机材料的发射层中发射的光以外还吸收环境光。但是，这个方法存在一个问题，就是大部分从OLED发射的朝向吸收层的光损失掉了，因此严重地降低了显示器的亮度。
改善OLED显示设备的对比度的第三种方法是在光发射元件之间和显示设备边缘周围设置一个称做黑色基质(black matrix)的光吸收材料基质。参见Matthies等公开于2002年5月2日的美国专利申请2002/0050958A1。该方法能够明显减少显示器的反射率，但是仍然有大量的环境光由于从光发射元件的反射阳极的反射，而从显示器被反射。
因此需要一种具有改善对比度的OLED显示器设备。
发明内容
通过提供一种OLED显示设备来满足这一需求，该OLED显示设备包括一个基底，一个安置在基底的一侧上以便在一个方向发射光的OLED元件阵列，处于基底上的OLED元件阵列旁边的驱动OLED元件的电路；处于电路之上在光发射方向的光吸收材料；和一个处于电路、OLED元件和光吸收材料之上的在光发射方向的圆形偏振器。
本发明具有的优点是在很宽的环境照明范围内提高了OLED显示设备的对比度。
附图1是具有圆形偏振器的现有技术OLED显示器设备的部分横截面示意图；附图2是具有黑色基质和反射阳极的现有技术OLED显示器设备的部分横截面示意图；附图3是一个根据本发明的OLED显示器设备的部分横截面示意图。
可以理解，由于各层太薄、各层之间的厚度差太大，不能按比例描绘，所以示意图不是按比例绘制的。
具体实施例方式
参照附图1，现有技术中，具有一个用于提高对比度的圆形偏振器的OLED显示器设备，包括一个上面形成有电路22的基底20。其中一些电路处于由与电路22连接的电极16所限定的光发射区域之下。OLED发射层12置于该设备上并与电极16接触，并且可以包括本领域中公知的其它层。也与电路22连接的第二电极14置于OLED发射区域12之上并且可以在电路层22上延伸。当由电路22产生的电流在电极16和14之间流动时，光从处于电极16之上的区域中的发射层12发射。盖36封装该设备并包括一个圆形偏振器50以改善显示器的环境对比度。
圆形偏振器吸收落在该显示器上的大约99.5％的环境光，并且显示器发射的约60％的光被圆形偏振器吸收。在多云的情况下时，在每平方米100堪德拉的发射条件下驱动，并假定填充因子为50％，并且整个显示区域反射率为100％，则可以期望得到大约为5的环境对比度。填充因子定义为显示器光发射区域的百分比(即，对于50％的填充因子，显示器的一半区域为电极16所占据(即光发射层12的光发射部分)。环境对比率被计算为反射的环境光加上发射光的和与反射的环境光的比率。
参考附图2，现有技术中，具有提高显示设备环境对比度的黑色基质的OLED显示设备，包括一个在设备的非光发射区上的光吸收层。黑色基质54覆盖象素间的任何非光发射区，并且能围绕显示器设备的周边延伸。黑色基质54吸收落在掩模(mask)上的大约97％的光，但是落在OLED元件上的约97％的环境光被反射。在多云的情况下，具有每平方米100堪德拉的发射和50％填充因子的显示器可以期望达到典型的约1.1的环境光对比率。
可以预期，通过在具有黑色基质的显示器上加上一个圆形偏振器，能够达到大约为5的对比度，这是由于黑色基质会干扰落在显示器黑色基质部分上的光的偏振，导致落在黑色基质上的大约0.5％的光从显示器反射(这是40％，40％和3％的乘积)。这样，可以预期，通过在一个给具有黑色基质的显示器上提供一个圆形偏振器，将不会得到对比度的改善。
但是，申请人进行的实验令人吃惊且意外地表明，当一个圆形偏振器加在具有黑色基质的OLED显示器设备上时，由于黑色基质对偏振状态的干扰大大低于所期望的值，并且从显示器的黑色基质部分获得的实际反射率大约是0.015％，而不是0.5％，导致对环境对比率带来没有预想到的改善。在多云条件下，对具有每平方米100堪德拉的发射和50％填充因子的显示器来说，采用本发明的黑色基质和圆形偏振器的组合，发现环境对比率是9，几乎是单独使用偏振器的对比率的两倍，大约是单独使用黑色基质的对比度的8倍。
参考附图3，本发明的一个实施例包括具有第一反射电极16的基底，OLED光发射层12，和第二电极14。一个任选的电极保护层(未示出)可以置于第二电极14上。一个黑色基质54置于显示器非光发射区内的第二电极14上。一个封装盖36固定在基底20的上方。圆形偏振器50置于封装盖上。可替代地，圆形偏振器50可以置于封装盖36之内。
用于作为黑色基质的合适的光吸收材料可以从包括染料和颜料的材料组中选择。颜料可以包括例如碳黑、石墨、金属氧化物、金属硫化物和例如酞菁这样的金属络合物。黑色树脂材料、黑色铬和抗反射层也可以用于提供黑色基质。在本发明的另一个实施例中，光吸收剂可以具有干燥特性，因而提高了有机层的寿命。
在工作中，从OLED光发射层12发射的光通过盖36和圆形偏振器50发射。朝向该设备的背面发射的光被第一电极16反射后，通过盖36和圆形偏振器50射出。没有光从不处于电极16和14之间的区域发射。任何从盖36内部反射到黑色基质54上的光被吸收，因而改善了设备的清晰度和对比度。
环境光通过圆形偏振器50。黑色基质54吸收落在光发射区域之间的大部分环境光。已经发现，从黑色基质54反射的光被圆形偏振器50所吸收。通过黑色基质54并反射回来的光大部分被黑色基质54所吸收。已经发现，通过黑色基质54的反射光被圆形偏振器所吸收。从电极16反射的环境光为圆形偏振器所吸收，这与现有技术中的情况一样。由于填充因子(光发射面积和非光发射面积的比率)远远小于100％(通常是50％或更低)，由黑色基质54提供的附加的光吸收明显降低了设备的全部反射率，而对于发射的光没有有害影响，因此改善了设备的对比度。
本发明可以适用于顶和底发射器OLED显示器这两者。在底发射器的情况下，黑色基质可以设置在电路22和基底20之间，圆形偏振器50设置在基底的外面。平面化和导电层可以设置在黑色基质54之上或之下。
一个可选的透明保护层(未示出)可以设置为与第二电极14直接接触。当设置该保护层时，该保护层可以包括如SiOx或者SiNx的无机材料，例如JP2001126864中公开的那样。或者，保护层可以包括如聚合物这样的有机材料，包括但不限于例如JP11-162634中公开的Teflon，聚酰亚胺和聚合物。保护层可以包括多层的有机或者无机材料，或者它们的组合。交替的无机和有机层，例如Ohta等在2001年7月31日公开的US6268295和Graff等在2000年6月22日公开的WO00/36665中所描述的，可作为保护层。在所有的情况中，保护层应该具有高光学透明性，最好具有大于70％的透射率。
可以采用本领域中公知的光刻技术将黑色基质54淀积成图案。例如，光吸收材料可以以液体涂覆在整个表面上并通过一个掩模暴露在照射中以便聚合涂层部分。材料暴露于照射中的部分被固化，而剩余部分被洗掉。也可以采用干膜光刻的方法。另外，可以采用图案化热转移方法，例如，通过将材料涂覆在施体基底上，将该施体基底与OLED基底接触或者紧密接近，采用激光选择性地加热该施体以便将光吸收材料转移到OLED基底上。黑色基质54可以包括通过顺序淀积光吸收材料而形成的多个薄层。
在一个替代的实施例中，黑色基质54可以应用在透明盖36的内部而不是OLED基底的顶层。因此，带有黑色基质的盖可以与OLED基底分开制备。如上所述的类似掩模技术可以用于将黑色基质54淀积在盖36上。当盖36附着在基底上时，盖36与OLED基底对准以保证光吸收光栅不会遮蔽来自象素的光。
根据另一个实施例，黑色基质54与包括有机EL层的一个或者多个层共同被图形化，使得图形化的层设置在象素区域之间。黑色基质可以包括一个或者多个层的全部或者一部分，即，它可以包括该层或者置于其中一个层的内部。在这样的情况下，制作设备的工艺是常规的工艺；唯一的区别是用于填充象素区域之间缝隙的材料具有光吸收特性。
本发明的各个实施例不是互相排斥的，而是可以组合在一个设备中。例如，黑色基质54可以在基底的顶层上、在盖上和在其它层的内部被图形化。结合各个实施例以在显示器设备中提供光吸收和对比度的进一步提高。
通过设置发射不同颜色光的光发射材料12的阵列可以得到一个彩色OLED显示器。替代地，通过与提供彩色显示器的彩色滤光片阵列一起设置的发射白光的OLED层，可以得到一个彩色OLED显示器。在这个实施例中，光吸收材料可以通过例如红和蓝色的彩色滤光片的交叠产生，以提供黑色基质。
当透明盖36是典型的玻璃或者塑料片时，该盖可以包括以适当的方式淀积在一个处于基底之上的材料表面的材料，例如，淀积在带有黑色基质54的OLED基底之上。
本发明可有利地应用于顶或者底发射器OLED有源或者无源矩阵设备。
权利要求
1.一种OLED显示器设备，包括a)基底；b)置于基底的一侧上的OLED元件阵列，用于在一个方向上发光；c)设置在基底上的OLED元件阵列旁边的驱动OLED元件的电路；d)设置在电路上的在光发射方向的黑色基质；和e)设置在电路、OLED元件和黑色基质上的在光发射方向的圆形偏振器。
2.如权利要求1所述的显示器设备，其中该OLED显示器进一步包括封装盖，其置于该OLED元件之上并附着在该基底上，以及该圆形偏振器设置在该封装盖的外部。
3.如权利要求1所述的显示器设备，其中该OLED显示器进一步包括封装盖，其置于该OLED元件之上并附着在该基底上，并且该圆形偏振器设置在封装盖的内部。
4.如权利要求1所述的显示器设备，其中该OLED元件是多个元件并且其中该多个元件包括多个颜色。
5.如权利要求4所述的显示器设备，其中OLED元件包括具有彩色滤光器阵列的白光发射器。
6.如权利要求5所述的显示器设备，其中黑色基质包括彩色滤光器的组合。
7.如权利要求5所述的显示器设备，其中黑色基质具有干燥特性。
8.如权利要求1所述的显示器设备，其中OLED元件进一步包括第一电极，OLED光发射元件，和第二电极，并且其中光发射通过第二电极。
9.如权利要求8所述的显示器设备，其中第一电极是反射的电极或者具有邻接于它的反射层。
10.如权利要求1所述的显示器设备，其中显示器设备是一个顶发射器。
11.如权利要求1所述的显示器设备，其中显示器设备是一个底发射器。
12.如权利要求11所述的显示器设备，其中圆形偏振器设置在基底上。
13.如权利要求1所述的显示器设备，其中OLED显示器进一步包括置于OLED元件之上并附着在基底上的封装盖，并且黑色基质置于盖的内部。
14.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质是黑色的。
15.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质从包括染料和颜料的组中选取。
16.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质是从由碳黑、石墨、金属氧化物和金属硫化物构成的组中选择。
17.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质还设置在设备的周边周围。
18.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质包括多个层。
19.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质是厚膜层。
20.如权利要求1所述的显示器设备，其中黑色基质与淀积在基底上的材料的表面相适合。
21.如权利要求1所述的显示器设备，进一步包括与淀积在基底上的材料的表面相适合的透明盖。
全文摘要
一个OLED显示器设备，包括一个基底；一个置于基底的一侧上以便在一个方向发光的OLED元件阵列；设置在基底上的OLED元件阵列旁边的驱动OLED元件的电路；设置在电路上的在光发射方向的光吸收材料；和一个设置在电路、OLED元件和黑色基质上在光发射方向的圆形偏振器。
文档编号H01L51/50GK1551095SQ200410003850
公开日2004年12月1日 申请日期2004年1月9日 优先权日2003年1月10日
发明者R·S·科克, R S 科克 申请人:伊斯曼柯达公司