用于OLED显示器的光提取装置和方法以及使用该光提取装置和方法的OLED显示器与流程

本公开涉及有机发光二极管(oled)，并且具体地涉及oled显示器和用于从oled显示器提取光的装置和方法，包括利用该光提取装置和方法的oled显示器。

背景技术：

oled通常包括基板、第一电极、一个或多个oled发光层和第二电极。oled可以是顶部发射或底部发射。顶部发射oled包括基板、第一电极、具有一个或多个oled层的oled结构、以及第二透明电极。oled结构的一个或多个oled层包括发射层，并且还可以包括电子和空穴注入层以及电子和空穴传输层。

薄阻挡层通常位于第二电极的顶上。阻挡层用于保护oled层免受氧和水的污染。阻挡层通常由高折射率材料制成，例如氮化硅，其折射率为2.03。由于oled结构的折射率通常在1.7至1.8的范围内，因此由oled结构发射的光被阻挡层的顶部边界(外表面)处的全内反射(tir)捕获。由于阻挡层相对于与阻挡层的上表面接触的材料(通常为空气或玻璃)的大折射率，该tir相对较强(即，覆盖相对大的角度范围)。

为了形成显示器，oled布置在显示器基板上并且用封装层覆盖。然而，即使封装层和oled之间的空间填充有固体材料，从oled顶部发射的光也将再次从封装层的上表面经受tir。这进一步减少了可用于oled显示器的oled产生的光的量。

技术实现要素：

公开了用于oled显示器的光提取的装置和方法该装置和方法利用以下事实：用作oled显示器的像素(例如，彩色像素，也称为子像素)的oled通常间隔开并以已知图案布置并且仅占据显示基板顶表面的相对一小部分。本文公开的光提取装置和方法利用锥形反射器的阵列，该锥形反射器的阵列可以例如通过复制来制造，以作为封装层的一部分，使得锥形反射器面具有与支撑在基板上的oled相同的尺寸和间距。然后可以使用折射率匹配材料将锥形反射器设置在oled基板和该oled基板上的oled的顶上，该折射率匹配材料可以具有粘合性。在示例中，锥形反射器由实心棱镜限定，该实心棱镜通过全内反射(tir)操作或者具有带反射涂层的侧面。

示例性锥形反射器具有倒置和截头金字塔或锥体的形式，该截头金字塔的宽端是发光的顶部，窄端是底部。底端(底表面)与oled的发光表面光学耦合(即，光学地对接)。该光学耦合优选地通过折射率匹配材料来优化光学耦合效率。优选地，锥形反射器材料和折射率匹配材料双方都具有相对高的折射率，例如，高达oled的发光层的折射率。oled、折射率匹配材料和锥形反射器的组合构成发光装置。锥形反射器和折射率匹配材料(如果使用的话)的组合构成光提取装置。

本文公开的oled显示器包括多个发光装置或者发光装置的阵列。发光装置还可以包括封装层的一部分，光通过该部分被透射。

由于在锥形反射器侧壁处的tir，原本落在锥形反射器的顶表面处的逃逸锥体外部的光线被成角度的或倾斜的侧壁重新引导以便位于逃逸锥体内并因此能够从锥形反射器的顶表面向外耦合。结果，与不使用锥形反射器时相比，光提取效率提高了至少25％或至少50％或至少100％或至少150％或至少200％。

由于可以由玻璃制成的封装层的尺寸稳定性，锥形反射器在合理的操作/存储温度范围(例如，0℃至60℃)内保持对准并牢固地附接到相应的oled。

本公开的一个方面是一种用于oled的光提取装置，该光提取装置具有顶表面，光通过该顶表面发射。该装置包括：锥形反射器，该锥形反射器具有折射率np、至少一侧、顶表面和底表面，顶表面大于底表面；折射率匹配层，该折射率匹配层设置在oled的顶表面和锥形反射器的底表面之间，并且具有等于或大于锥形反射器折射率np的折射率nim；并且其中从oled顶表面发射的光穿过折射率匹配层并进入锥形反射器，并且锥形反射器的至少一侧具有斜率，该斜率被配置为通过全内反射将光重新引导到逃逸锥体中并且引导到锥形反射器顶表面之外。

本公开的另一方面是oled显示器，其包括：如上所述的光提取装置的阵列；支撑基板，该支撑基板支撑oled的阵列，其中oled间隔开并相对于相应的光提取装置可操作地布置；以及封装层，该封装层位于锥形反射器的顶表面附近。

本公开的另一方面是一种发光装置，其包括如上所述的光提取装置和oled。

本公开的另一方面是一种电子设备，其包括如上所述的oled显示器和电连接到oled显示器的控制电子器件。

本公开的另一方面是oled显示器，其包括：支撑基板，该支撑基板具有表面；oled的阵列，该oled的阵列周期性地布置在支撑基板表面上，每个oled包括用于发射光的顶表面；锥形反射器的阵列，每个锥形反射器包括至少一个侧表面、顶表面和底表面，该顶表面大于该底表面，每个锥形反射器的底表面光学耦合到oled的阵列中对应的一个oled，该至少一个侧表面包括斜率，该斜率被配置为全内反射来自对应的oled并从底表面进入锥形反射器的光并引导光通过锥形反射器的顶表面；以及封装层，该封装层设置在锥形反射器的阵列的顶表面的顶上，用于透射离开锥形反射器的顶表面的光。

本公开的另一方面是一种电子设备，其包括如上所述的oled显示器和电连接到oled显示器的控制电子器件。

以下的详细描述将阐述附加的特征和优点，这些特征和优点部分地对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施例可认识到，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概览或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图图示一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。

附图说明

图1a是采用本文公开的光提取装置和方法的示例oled显示器的俯视图；

图1b是四个oled的阵列的俯视特写图，图示出oled和由oled形成的oled阵列的示例尺寸；

图1c是图1a的oled显示器的截面的特写x-z横截面图。

图1d是图1c中所示的oled显示器的截面的更近视图并且包括示出基本分层oled结构的特写插图；

图2是由oled、折射率匹配材料和锥形反射器形成的示例发光装置的高分解图，其中锥形反射器和折射率匹配材料构成光提取装置；

图3是在每个oled上布置一个的四个oled和四个锥形反射器的俯视图；

图4a和图4b是锥形反射器的示例形状的侧视图；

图4c是锥形反射器的侧面的示例复杂表面形状的曲线图，其中该形状确保由oled发射到锥形反射器的主体中并且未直接击中顶表面的所有光在锥形反射器的侧表面处经受全内反射；

图4d是锥形反射器的有利形状的示意图，其中该形状确保在用于锥形反射器材料的逃逸锥体外部的由oled发射的光线不会在没有首先被锥形反射器的侧壁反射的情况下直接击中锥形反射器的顶表面。

图5a是基于显微照片的示意图，该显微照片图示出用于移动电话的oled显示器的示例红-绿-蓝(rgb)像素几何形状，并且示出了布置在oled像素上方的锥形反射器的阵列；

图5b是图5a的oled显示器的一部分的特写横截面图，示出了具有不同尺寸的蓝色oled像素和绿色oled像素；

图6a是锥形反射器的阵列中的中心锥形反射器的光提取效率le(％)与折射率np的关系图；

图6b是来自锥形反射器的阵列中的第一对角锥形反射器相对于中心锥形反射器的光输出ll与锥形反射器阵列中的中心锥形反射器的折射率np的关系图。

图6c是来自锥形反射器的阵列中的相邻锥形反射器相对于中心锥形反射器的光输出与锥形反射器阵列中的中心锥形反射器的折射率np的关系的曲线图；

图6d是使用大检测器(菱形)和小检测器(正方形)测量到的耦合效率ce(％)与oled相对于锥形反射器的底表面的偏移dx(mm)的关系的曲线图；

图7a是在60℃温度变化时作为胶层的弹性模量eg(mpa)的函数计算出的胶层中的剪切应力τmax的曲线图；

图7b是在与图7a同样的60℃温度变化时作为锥形反射器材料的弹性模量ep(mpa)的函数计算出的胶层中的剪切应力τmax的曲线图；

图8是填充锥形反射器的阵列中的锥形反射器之间的空间的材料的光提取效率le(％)与折射率ns的关系的曲线图；

图9a和图9b是oled显示器的截面的侧视图，图示出本文公开的光提取装置的不同配置；

图9c是本文公开的光提取装置的侧视图，其中在封装层的顶部添加另外的微透镜以便进一步帮助光提取；

图10a是包括本文公开的oled显示器的通用电子设备的示意图；以及

图10b和图10c是图10a的通用电子设备的示例。

具体实施方式

现在详细参照实施例，在附图中示出了这些实施例的示例。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。附图中的组件并不必须是按比例的，而是将重点放在展示示例性实施例的原理上。

为参考起见且便于讨论，在一些附图中使用了笛卡尔坐标，但是笛卡尔坐标并不旨在对取向或方向进行限制。

与oled有关的术语“光提取”是指用于使用不存在于实际oled分层结构内的特征来增加从oled发射的光量的装置和方法。

以下使用的单位缩写mpa代表“兆帕斯卡”。

oled的折射率no是有效折射率，该有效折射率包括来自构成oled结构的各个层的贡献，并且在一个示例中在1.6至1.85的范围内，而在另一个示例中，在1.7至1.8的范围内，并且在另一个示例中，在1.76至1.78的范围内。

图1a是如本文所公开的示例顶部发射oled显示器(“oled显示器”)10的俯视图。图1b是oled显示器10的截面的俯视特写图，而图1c是oled显示器的截面的特写x-z横截面图。图1d是图1c中所示的oled显示器10的截面的更近视图。

参考图1a至图1d，oled显示器10包括具有上表面22的基板20。在示例中，基板20由玻璃制成。oled显示器10还包括顶部发射oled32的阵列30，该阵列30位于基板20的上表面22上。每个oled32具有上表面或顶表面34以及侧面36。如图1d的特写插图所示，oled32包括被电极层33el夹在中间的发光层33ex。在示例中，上电极层33el是基本上透明的阳极，而下电极层是金属阴极。为了便于说明，未示出其它层，诸如电子和空穴注入和传输层、以及衬底层。

oled32在x方向上具有长度lx并且在y方向上具有长度ly。在示例中，lx＝ly。oled阵列30中的oled32在x方向和y方向上通过边对边间距sx和sy彼此间隔开，如在图1a的特写插图中最佳所见。在示例中，sx＝sy。oled32从顶表面34发射光37。下面示出并讨论两条光线37a和37b。在一个示例中，所有oled32具有相同的尺寸并且等距间隔开。在其它示例中，oled并非都具有相同的尺寸lx、ly，并且间距sx、sy并非都相同。

oled显示器30还包括锥形反射器52的阵列50，该锥形反射器52可操作地设置有相应的oled32，即，一个锥形反射器可操作地设置(即，光学耦合或光学对接)有一个oled。每个锥形反射器52包括主体51、顶表面54、至少一个侧表面56和底表面58。顶表面54包括至少一个外边缘54e，并且底表面58包括至少一个外边缘58e。锥形反射器主体51由具有折射率np的材料制成。

图2是由锥形反射器52、折射率匹配材料70和oled32形成的示例发光装置60的高分解图。锥形反射器52的顶表面54比底表面58大(即，具有更大的表面积)，即，顶表面是锥形反射器的“基部”。在示例中，顶表面54和底表面58是矩形的，例如正方形，使得总共有四个侧表面56。在锥形反射器52旋转对称的示例中，可以认为仅具有一个侧表面56。侧表面56每个可以是单个平面表面或由多个分段平面表面制成，或者可以是连续弯曲表面。

因此，在一个示例中，锥形反射器52具有不完整的梯形金字塔的形式，也称为不完整或截头的基于矩形的金字塔。如下所述，也可以有效地采用锥形反射器52的其它形状。锥形反射器52具有沿z方向延伸的中心轴ac。在顶表面54和底表面58具有正方形形状的示例中，顶表面具有宽度尺寸wt，并且底表面具有宽度尺寸wb。更一般地，顶表面54具有(x，y)宽度尺寸wtx和wty，并且底表面58具有(x，y)宽度尺寸wbx和wby(图2)。锥形反射器52还具有高度hp，该高度hp被定义为顶表面54和底表面58之间的轴向距离。

如图1d中最佳所见，锥形反射器52的底表面58布置在oled32上，并且底表面58位于oled的顶表面34附近。折射率匹配材料70具有折射率nim并且用于将锥形反射器52对接到oled32。在示例中，锥形反射器折射率np优选地尽可能接近oled折射率no。在示例中，np和no之间的差不大于0.3，更优选地不大于0.2，更优选地不大于0.1，最优选地不大于0.01。在另一个示例中，折射率匹配材料折射率nim不低于锥形反射器折射率np，并且优选地具有np和no之间的值。在示例中，锥形反射器折射率np在1.6和1.8之间。

在示例中，折射率匹配材料70具有粘合特性并且用于将锥形反射器52附接到oled32。在示例中，折射率匹配材料70包括胶水、粘接剂、粘合剂等。如上所述，oled32、锥形反射器52和折射率匹配材料70的组合限定发光装置60。锥形反射器52和折射率匹配材料70限定光提取装置64。

在示例中，通过将锥形反射器52的底表面58布置成与oled32的顶表面34紧密接触，例如光学接触，可以省略折射率匹配材料70。

oled显示器10还包括具有上表面104和下表面108的封装层100。在示例中，封装层100是玻璃板的形式。锥形反射器52的顶表面54紧邻封装层100的下表面108并与该下表面108接触。在图1c中最佳图示出的示例中，锥形反射器52的顶表面54平铺封装层100的下表面108，且在顶部边缘54e之间没有任何实质空间。

在示例中，封装层100和锥形反射器52形成为由单一材料制成的单一的整体结构。这可以使用模塑工艺或类似工艺完成，诸如使用树脂基材料的微复制工艺。

外部环境120紧邻封装层100的上表面104而存在。外部环境120通常是空气，但外部环境120当然可以是在其中可以使用显示器的另一环境，诸如真空，惰性气体等。图3类似于图1b，并且是俯视图，示出了四个oled32以及它们的相应的四个具有顶表面54的锥形反射器。注意，相邻锥形反射器52的顶表面54的外边缘54e彼此紧邻。在示例中，外边缘54e彼此接触。底表面58示出为分别在相邻底表面边缘58e之间具有sbx和sby的(x，y)边缘间距。在示例中，底表面58是oled32的顶表面34的尺寸的至少90％。

再次参考图1c，锥形反射器52的阵列在相邻的锥形反射器、基板上表面22和封装层100的下表面108之间限定了受限空间130。在示例中，空间130填充有诸如空气之类的介质，而在其它示例中，空间填充有介电材料形式的介质。下面更详细地讨论用给定的具有折射率ns的介质填充空间130。

锥形反射器52通常由具有相对高折射率的材料制成，即，优选地与oled发光层33el的折射率一样高。利用上文提到的折射率匹配材料70，锥形反射器52以倒置配置可操作地布置在相应的oled32上。每个oled32可以被认为是oled阵列10中的像素，并且oled32、折射率匹配材料70和金字塔50的每个组合是发光装置60，其中发光装置的组合限定用于oled显示器10的发光装置的阵列。

由于锥形反射器52的相对高的折射率np和折射率匹配材料70的折射率nim，在oled32的oled发光层33el中产生的光线37能够直接地或在被下电极33el反射而未被tir捕获时从oled顶表面34逃逸(图1d)。在通过锥形反射器52直接传播到顶表面54(光线37a)之后或在通过tir被至少一个侧表面56(光线37b)反射之后，光逃逸到封装层100中并从中穿过到达外部环境120。

如图所示，在示例中，侧表面56具有由相对于垂直(例如，相对于平行于中心轴ac延伸的垂直参考线rl)的倾斜角θ限定的斜率。如果侧面56的斜率不是太陡(即，如果倾斜角θ足够大)，则对于从oled顶表面34发出的光线37的任何原点将满足tir条件，并且不会因穿过侧面56并进入紧邻锥形反射器侧面的空间130而损失光线。

此外，如果锥形反射器52的高度hp足够大，则入射在顶表面54上的所有光线37将在由锥形反射器52的折射率np和封装层100的折射率ne限定的tir逃逸锥体59(图4d)内并且因此逃逸到封装层中。另外，光线37也将位于由封装层100的材料的折射率ne和紧邻封装层的上表面104的外部环境的折射率ne限定的tir逃逸锥体内。

因此，忽略oled32的oled结构中的以其它方式透明的上电极33el的光吸收，由oled产生的光37的100％原则上可以传递到位于封装层100上方的外部环境120中。实质上，构成锥形反射器52的主体51的折射率匹配材料允许锥形反射器52用作完美(或接近完美)的内部光提取器，而反射性侧面56允许锥形反射器成为完美(或接近完美)的外部光提取器。

tir条件的解释

在分别具有折射率n1和n2的任何两种不同透明材料(诸如空气和玻璃)的边界处，如果从高折射率材料的方向入射到边界上的光线以高于临界角θc的与表面法线所成的角度入射到该边界处，则该光线将在该边界处经历100％反射并且将无法退出到较低折射率的材料中。该临界角由sin(θc)＝n1/n2定义。

能够从较高折射率材料逃逸并且在其中不经受tir的所有光线将位于具有锥角为2θc的锥体内。该锥体被称为逃逸锥体，并且在下文结合图4d进行讨论。

可以示出，对于具有任意折射率的任何层序列，临界角θc和逃逸锥体59仅由作为光线来源的层的折射率和该光线逃逸到的层或介质的折射率来限定。因此，抗反射涂层不能用于改变tir条件，并且不能用于通过克服tir条件来辅助光提取。

对于具有各向同性发射到半球并且对于任何角度具有相同强度的点源，能够从源材料逃逸的光量等于逃逸锥体59的立体角的比率由2π(1-cos(θc))给出并且半球的全立体角(2π)等于1-cos(θc)。以折射率n2＝1.76的oled材料和折射率n1＝1.0的空气为例，临界角为θc＝arcsin(1/1.76)＝34.62°。

对于oled材料顶部上的不同材料层的任何序列(即，与光输入相比的光输出)将离开进入空气的光量等于1-cos(34.62°)＝17.7％。这被称为光提取效率le。该结果假设oled是各向同性发射器，但是基于该假设的光提取效率的估计非常接近通过更严格的分析获得的实际结果以及在实践中观察到的结果。

锥形反射器形状考虑因素

锥形反射器52的侧表面56的确切形状对于锥形反射器52的功能并不重要，只要存在整体锥形配置即可。图4a是示例锥形反射器52的侧视图，其包括至少一个弯曲侧表面56。图4b是示例锥形反射器52的侧视图，其包括至少一个分段的平面侧表面56。在示例中，一个或多个侧表面56可以由单个弯曲表面限定，例如圆柱形、抛物线形、双曲线形或除了平面之外的任何其它形状，只要锥形反射器52在顶表面54处比在底表面58处宽。在示例中，锥形反射器52是旋转对称的并且因此包括单个侧面56。

尽管不是严格要求，但是如果在锥形反射器52的侧表面56上的任何点处对于oled32的oled发射层33el内的任何可能的光37的原点观察到tir条件，则发光装置60的性能得到优化。图4c是使用简单数值模型计算的侧表面56的示例复杂表面形状的z坐标对x坐标(相对单位)的曲线图。z轴和x轴表示各个方向上的归一化长度。假设oled32在x方向上从[-1,0]延伸到[1,0]，并且存在在[-1,0]位置开始但是未示出在图4c的曲线图中的另一侧面56。计算侧面56的形状，使得源自[-1,0]的光线总是以与表面法线恰好成45°的方式入射在表面上。源自z＝0且x介于-1和1之间的任何其它光线将在侧面56上具有比源自[-1,0]的光线更高的入射角。

如果锥形反射器52的高度hp使得由oled32发射的直接进入封装层100的所有光线37都在逃逸锥体59内，则可以进一步改善发光装置60的性能，如在图4d的示意图中图示出。图4d包括由锥形反射器52的顶表面54限定的平面tp。当锥形反射器52的顶表面54完全位于限定逃逸锥体59的界限的线59l内(即，不与线59l相交)时满足条件。逃逸锥体线59l源自底表面58的边缘58e并且相对于顶表面54以临界角θc与平面tp相交，其中θc的值由锥形反射器材料np和空气na的折射率定义为sin(θc)＝na/np。

在一般情况下，锥形反射器52存在最佳高度hp，该最佳高度hp取决于oled32的几何形状(尺寸和间距)和锥形反射器52的折射率np。如果高度hp太小，则从oled32发射的所有光线37将在锥形反射器52的侧表面56处经历tir，但是一些光线将直接到达顶表面54并且以大于临界角的角度入射在顶表面54上，并因此将被显示器中的空气捕获在第一边界处。如果高度hp太大，则直接到达顶表面54的所有光线37将在逃逸锥体59内，但是落在侧表面56上的一些光线将在用于侧表面的逃逸锥体内并因此离开侧表面。在示例中，锥形反射器hp的最佳高度hp通常在(0.5)wb和2wt之间，更通常在wb和wt之间。同样在示例中，侧壁56的局部斜率可以在2°和50°之间，或者甚至在10°和45°之间。

锥形反射器阵列

如上所述，多个锥形反射器52限定锥形反射器阵列50。锥形反射器52的底表面58分别与oled32的顶表面34对准并光学耦合到oled32的顶表面34。由于锥形反射器52的顶表面54大于底表面58，因此在一个示例中(参见图1c)，顶表面的尺寸被设计成基本上覆盖封装玻璃的封装层100的整个下表面108，或如所采用的特定制造技术允许的那样接近。

图5a是基于显微照片的示意图，其示出了用于移动电话的oled显示器10的示例红-绿-蓝(rgb)像素几何形状。图5b是oled显示器10的一部分的横截面图，其示出绿色oled32g和蓝色oled32b。像素由以菱形图案布置的oled32限定，使得oled也称为oled像素。可以认为x轴和y轴顺时针旋转45°，如图5a所示。

oled32发射彩色光，并分别用32r、32g和32b表示红色发光、绿色发光和蓝色发光。实线描绘了与所示的八个彩色oled32相关联的八个锥形反射器52的轮廓。锥形反射器52的顶表面54彼此接触，而底表面58完全覆盖它们各自的oled32r、32g和32b。由于绿色oled32g小于蓝色oled32b并且仍然优选完美的周期性阵列，因此各个锥形反射器52的底表面58的尺寸被设计为适合蓝色oled并且相对于绿色oled略微过大。

在另一示例中，锥形反射器52的阵列50的配置被配置为匹配oled的阵列30的配置。因此，在示例中，锥形反射器52并非都具有相同的尺寸wbx、wby，并且不是都具有相同的底边缘间距sbx、sby。

示例oled显示器10可以被认为具有位于oled32正上方的固体材料层，其厚度等于锥形反射器52的高度hp并且具有切割到固体材料层中的相交v形槽空间130的矩形网格。这种结构可以在合适的树脂或可光固化或可热固化的材料的层中微复制，其中母版复制工具被配置为限定三角形横截面脊的矩形网格。例如，这种工具可以通过首先对看起来与锥形反射器阵列完全相同的图案进行金刚石加工，然后通过复制反向图案来制造母版来制造。可以将母版金属化以获得耐久性。

如图5a和图5b所示，在示例中，彩色oled32r、32g和32b之间的间距sx和sy近似等于最大oled(即，蓝色oled32b)的尺寸lx、ly。如果锥形反射器顶表面54是底表面58的两倍大，并且锥形反射器的高度hp是底表面宽度的1.5倍，并且侧壁是平坦的，那么侧表面56的倾斜角θ是arctan(1/3)＝18.4°。制造锥形反射器52或具有该倾斜角的锥形反射器52的阵列50在金刚石加工技术的能力范围内。

如果v形槽的底部更圆，则对于相同的倾斜角θ，锥形反射器52的高度hp可以小于底表面58的尺寸(大小)的1.5倍。对于oled显示器10的不同配置，或者用于制造复制母版的不同技术，可以应用对锥形反射器的几何形状的不同限制。

如上所述，为了形成锥形反射器52的周期性阵列50，复制工具或模具是结构的复制阴模，其可以被认为是截头凹陷或“碗”的阵列。当使用这种工具以用于形成锥形反射器阵列50时，当工具被压入液体或可模制复制材料的层时，可能优选避免将空气捕获在碗中。避免这种空气捕获的一种技术是将复制工具或模具制造成完整且未截头的金字塔形碗的阵列。在该情况下，锥形反射器的高度可以由复制材料层的厚度控制。将工具压入复制材料中直至与玻璃基板20接触。气穴将故意留在所复制的锥形反射器的每一个的上方。可以注意避免锥形反射器顶部因表面张力而变圆。

光提取效率

为了估计oled显示器10中的锥形反射器52的光提取效率，使用用于建模的oled显示器的标准光学设计软件来执行光线跟踪。考虑了锥形反射器52的5×5阵列50。每个锥形反射器52的底表面尺寸为2×2单位，顶表面尺寸为4×4单位，高度hp为3个单位。这些无量纲单位有时被称为“透镜单位”，并且在建模结果线性缩放时被使用。锥形反射器52夹在两块玻璃之间，每块玻璃的折射率为1.51。在每个锥形反射器52的底表面58的正下方放置有非常薄的折射率为1.76的材料层。该薄层起oled的作用，因此称为oled层。最上面的一块玻璃用作oled显示器10的封装层100。

oled层的底表面被设定为完全反射以表示反射底部电极33el。将光源放置在oled层内并且仅在5×5阵列中的中心锥形反射器52下方。光源是各向同性的(即，相对于角度的均匀强度)并且具有与锥形反射器52的底表面58相同的横向尺寸。然后计算从顶部(封装)层输出的光。在使用和不使用锥形反射器50的情况下对来自建模的oled显示器的发光进行建模，以确定发光效率le。通过选择虚拟检测器的放置来确定光输出。

在没有锥形反射器52的阵列50的情况下，光输出约为源输出的16.8％，这非常接近于上面基于逃逸锥体的尺寸的简化计算而计算的17.7％值。

具有锥形反射器52的光提取效率le(％)示出于图6a和图6c的曲线图中。水平轴是锥形反射器的折射率np。在图6a中，纵轴是光提取效率le(％)。应当注意，对相邻的锥形反射器52存在一些光溢出。通过在给定锥形反射器的顶表面54处放置小矩形(虚拟)检测器，可以在模型中容易地估计锥形反射器阵列50中的每个锥形反射器52的功率输出。为简单起见，光提取效率le(％)在此定义为中心锥形反射器的功率输出除以光源所发射的总功率。

从图6a中可以看出，如果锥形反射器的折射率np与oled层的折射率匹配，即1.76，则光提取效率le达到57.2％，或者比17.7％高3.2倍(220％)。然而，即使对于np＝1.62，光提取效率le也提高了2.57倍(即157％)，即从17.7％提高到45.8％。这没有考虑由于锥形反射器52的锥形形状引起的“聚焦”效应，因此取决于oled结构的细节以及锥形反射器的精确形状和高度，法线方向上的亮度增益可能甚至略高。

在各种示例中，光提取效率le大于15％或大于20％或大于25％或大于30％或大于40％或大于50％，这取决于发光装置60的部件的各种参数和配置。

再次参考图5a和图5b，在用于oled显示器10的菱形布置的情况下，对于绿色oled32g，相同颜色的最近相邻oled在下一个对角锥形反射器下方，而对于蓝色oled32b和红色oled32r，相同颜色的最近相邻oled在到四个侧面中的任何一侧的第二个锥形反射器下方。漏光ll被定义为侧锥形反射器的光输出除以中心锥形反射器的光输出，在图6b和图6c中绘出，还作为锥形反射器折射率np的函数。图6b是最接近的对角锥形反射器52，而图6c是用于到中心锥形反射器右侧的第二个相邻锥形反射器。从图6b可以明显看出，对于相同的np＝1.62的锥形反射器材料，到与相同颜色oled相关联的下一个锥形反射器的漏光对于绿色oled32g仅为约0.6％，对于蓝色oled32b和红色oled32r仅为约0.2％。

如上所述的建模是使用几何光学原理执行的，因此不考虑由波动光学更好地描述的其它效果。几何光学模型也没有考虑oled32内部的效应。考虑这些其它因素预计仅略微增加计算出的发光效率并且仅影响内部光提取，即，从oled结构内提取光，使得更多的光从oled顶表面34射出。本文公开的装置和方法涉及光提取，即，使用oled32外部的结构提取光。

本文公开的改进的光发射装置和方法完全依赖于光反射而不是光散射。因此，由反射电极33el反射的环境光的偏振在反射时不变，这意味着该方法与圆偏振器的使用完全兼容。此外，反射中没有雾度，因此显示对比度没有降低，这是使用散射技术改善光提取的几乎所有其它方法的问题特征。

对准考虑因素

上文引用的所有光提取效率值假定oled32源和锥形反射器52的底表面58之间的完美对准。如上所使用的相同类型的建模也被用于估计对oled32和锥形反射器52之间的未对准的灵敏性。图6d绘制了锥形反射器的折射率np与oled32的折射率相同的情况下的耦合效率ce与x偏移dx(mm)的关系曲线。

结果显示输出功率(并且因此耦合效率ce)与偏移dx线性地成比例，其中10％的偏移导致光输出下降约8％。将模型中的虚拟检测器放置在封装玻璃的外表面(与空气的边界)处。在图6d中，曲线s用于“小检测器”并且指的是与锥形反射器的顶部尺寸相同的虚拟检测器。类似地，曲线l用于“大检测器”并且指的是稍微更大的虚拟检测器，该虚拟检测器被设计成捕获离开发光oled的顶部上的锥形反射器的所有光线。

还对锥形反射器52的10×10阵列50进行建模，以便估计由于漏光到相邻锥形反射器而导致的oled显示器10的锐度或对比度的可能降低。建模表明这种漏光对对比度没有实质性影响。

cte不匹配考虑因素

在传统的oled显示器中，封装层的热膨胀系数(cte)与oled玻璃基板的热膨胀系数相同或非常相似。然而，锥形反射器52的cte可以是显著不同，尤其是在使用聚合物或混合(有机填料与无机填料)树脂形成锥形反射器的情况下。

使用w.t.chen和c.w.nelson的标题为“粘合接头中的热应力(thermalstressinbondedjoints)”的出版物(ibm研究与发展期刊(ibmjournalofresearchanddevelopment)，卷23,第2期,第179-188页(1979))(以下称“ibm出版物”，其通过引用并入本文)中描述的方法，对环境温度变化时将在发光装置60中引起的机械应力的大小进行简单估计。

图1d的发光装置60被建模为由树脂制成的锥形反射器52、呈胶层形式的折射率匹配材料70和由玻璃制成的oled32的三层系统。使用来自ibm出版物的以下等式计算胶层70中的最大剪切应力τmax：

其中g是胶层的剪切模量，l是从中心到边缘的最大粘合尺寸(在正方形子像素和锥形反射器底部的情况下是半对角线)，t是胶层的厚度，α1和α2是被粘合材料的热膨胀系数(即，对于锥形反射器的树脂和对于玻璃，以ppm/℃为单位)，δt是温度(℃)的变化，e1和e2是杨氏模量，h1和h2分别是被粘合材料、即树脂和玻璃的厚度。注意，h1与锥形反射器高度hp相同。

该计算假设锥形反射器52的底表面58具有16×16μm的尺寸，并且还假设l＝11.3μm并且t＝2μm，锥形反射器的高度hp＝h1＝24μm，并且取α1-α2＝70ppm/℃，δt＝60°，而且胶的泊松比为0.33(环氧树脂的典型值)。

图7a是在60℃温度变化时作为胶层的弹性模量eg(mpa)的函数计算出的胶层70中的剪切应力τmax的曲线图，而图7b是在相同的60℃温度变化时作为锥形反射器的树脂材料的弹性模量ep(mpa)的函数计算出的胶层70中的剪切应力τmax曲线图。剪切模量g值由弹性模量ep和泊松比ν并使用g＝ep/(2(1+ν))计算。胶层70中的剪切应力τmax的计算值在1至11mpa的范围内。有许多市售胶的剪切强度高于11mpa。此外，60℃的温度波动是非常极端的，考虑到如果零应力点在20℃的室温下，这将意味着将该设备带到-40℃或80℃。

通常认为最小化可能的温度引起的应力是有益的，因为温度循环可能导致设备的逐渐失效。图7a和图7b中示出的结果表明这可以通过降低用于形成截头棱镜的材料的弹性模量和/或通过使用较软的胶(即具有较低弹性模量的胶)来实现。

树脂锥形反射器

如上所述，在示例中，锥形反射器52的阵列50可以使用树脂形成，因为树脂适合于模制过程以及类似的质量复制技术。当使用树脂形成阵列50时，优选的是，封装层100的边缘不含树脂，使得封装层100可以通过玻璃料涂覆以进行边缘密封。此外，优选树脂能够经受制造触摸传感器的典型150℃的加工温度。此外，优选树脂在操作温度范围内不显示或具有极低的释气性，至少是对oled材料最有害的类型，即氧气和水。

用于锥形反射器之间的空间的材料

如上所述，锥形反射器52的阵列50、oled32和封装层100限定了填充有折射率为ns的介质的受限空间130。在示例中，受限空间130填充有空气，空气具有ns＝na＝1的折射率。在其它示例中，空间130可以填充有固体材料。通常优选的是，空间130内的介质具有尽可能低的折射率，使得逃逸锥体59保持尽可能大。

图8是假设锥形反射器52的折射率np＝1.7时光提取效率le(％)与填充空间130的材料的折射率ns的关系的曲线图。该曲线图示出，即使当用于空间130的填充材料的折射率ns高达1.42(这是有机硅粘合剂的典型值)时，光提取效率(与不使用锥形反射器52相比)的改善大于2倍(100％)。

为了获得尽可能好的光提取益处，优选填充材料的折射率ns为1.2或更小。具有这种低折射率的材料的示例是气凝胶，气凝胶是填充有空气或其它合适的干燥和无氧气体的多孔有机或无机基质。基于二氧化硅的气凝胶还可以起到吸收任何残留水污染的额外作用，从而增加oled材料的寿命。

如果构成锥形反射器的主体51的材料具有1.7的折射率np并且气凝胶的折射率为1.2，则临界角θc将为约45°，这是可接受的临界角。

锥形反射器变型

可以以多种方式修改锥形反射器52，以便提高整体光提取效率。例如，参考图9a，在一个实施例中，侧表面56可包括反射涂层56r。由于锥形反射器不再使用tir操作，因此该配置允许基本上任何透明材料填充空间130。

在图9b的侧视图中图示出另一种修改，其示出了形成在锥形反射器的底表面58上并且延伸到锥形反射器的主体51中的微透镜140。微透镜140的折射率nm高于锥形反射器的主体的折射率np。可以通过形成在底表面58处具有凹槽(例如，半球形、非球形等)的锥形反射器，然后用高折射率材料填充凹槽来产生图9b所示的结构。

图9c示出示例实施例，该实施例中，透镜元件150被添加到锥形反射器52上方的封装层100的上表面104，即沿着中心轴ac。透镜元件150可以被配置为为离开封装层的光37提供额外的准直。在示例中，透镜元件150被认为是发光装置60以及光提取装置64的一部分。

利用oled显示器的电子设备

本文公开的oled显示器可用于各种应用，包括例如利用显示器的消费或商业电子设备。示例电子设备包括计算机监视器、自动柜员机(atm)、便携式电子设备，包括例如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑/膝上型计算机。其它电子设备包括汽车显示器、电器显示器、机械显示器等。在各种实施例中，电子设备可以包括消费电子设备，诸如智能手机、平板设备/膝上型电脑、个人计算机、计算机显示器、超极本、电视和相机。

图10a是包括本文公开的oled显示器10的通用电子设备200的示意图。通用电子设备200还包括电连接到oled显示器10的控制电子器件210。控制电子器件210可包括存储器212、处理器214和芯片组216。控制电子器件210还可以包括为了便于说明而未示出的其它已知部件。

图10b是膝上型计算机形式的示例电子设备200的立视图。图10c是智能手机形式的示例电子设备200的正视图。

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