平板显示器的制作方法

专利名称：平板显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如平板显示器。更具体地，本发明涉及例如，可以改善发光器件的光耦合效率并有助于防止图像清晰度(sharpness)降低的平板显示器。
背景技术：
从发光层到平板显示器外部的各层的折射率，决定了使用发光器件的平板显示器的光耦合效率。当光线从具有高折射率的透明衬底传播到具有低折射率的空气时，如果光不是沿理想的方向出射，光耦合效率较低。同样地，当光以大于临界角的角度入射到衬底和空气之间的边界面时，光耦合效率也较低，光被全部反射(不向外传播)。
在如图1所示的、使用发光器件的传统平板显示器中，当发光器件1发射的光传输到透明衬底2内的空气时，光耦合效率是基于公式1/2(Nout/Nin)2，其中N为折射率。
对于使用透明玻璃衬底的情形，根据上述公式计算光耦合效率时，光耦合效率为约21.64％。这是因为，透明玻璃衬底和空气的折射率分别为约1.52与1.00。因此入射在透明衬底2上光线的70％或更多损失在透明衬底2内。同样地，由于发光器件发射的光不沿理想的方向传播，因此已经有各种不同的解决该问题的研究计划。
这些研究计划之一是通过提高电源电压，从而改善亮度。然而，这要求提高电池的容量或者缩短使用时间(如果该器件使用电池供电)。如果提高电池的容量，可能会增加器件的总体重量。因此，某些参考资料已经尝试着在降低电源电压的同时改善亮度。
日本专利公开No.hei 9-73983公开了一种电致发光(EL)器件，其中在EL薄板的发光表面上安装了丙烯酸树脂基棱镜透镜片(在该透镜片上形成多个纵轴相互平行的棱镜)。由于允许以大于临界角的角度入射到透明衬底与空气之间界面的光线在棱镜透镜各个侧面具有小于临界角的入射角，所以降低了全反射。通过允许光线沿预定方向出射，提高了预定方向的亮度。然而，由于在棱镜透镜内的全反射，损失了部分光线。此外，由于图像的重叠，图像清晰度退化。
为了解决棱镜透镜内的全反射这个问题，韩国专利公开No.2003-0096509公开了一种棱镜片。该棱镜片包括第一表面，光源发射出的光线入射到该表面上；第二表面，从第一表面入射的光线通过该表面出射。第二表面包括纵轴互相平行的多个多边形凸起部件。各个凸起部件，含有至少一个与垂直第一表面的直线形成约65°至75°夹角的第一侧面，并含有至少一个与第一侧面相邻并与垂直第一表面的直线形成约40°至60°夹角的第二侧面。该配置有助于降低棱镜内的全反射。
然而，上述发明不是用于发光器件，而是用于背光。当本发明用于使用发光器件的平板显示器时，由于图像重叠会恶化图像清晰度。

发明内容
本发明提供了一种平板显示器，该平板显示器不仅可以改善光耦合效率与亮度，而且可以防止发光器件产生的图像通过棱镜片时出现的清晰度的恶化。
本发明提供了例如平板显示器，它包括在透明衬底第一表面上形成的发光器件，以及在透明衬底第二表面上形成的棱镜片。棱镜片含有纵轴相互平行的多个多边形凸起部件。这些部件的作用为，把从发光器件输出的光线引导到预定方向。透明衬底厚度与不包括多边形凸起部件的棱镜片厚度之和为约0.1mm至约0.5mm。


图1为阐明了使用发光器件的传统平板显示器的光传播状态的截面图。
图2与图3为产生重叠图像的棱镜操作的视图。
图4为本发明一个实施例的平板显示器的截面视图。
图5为在厚度为0.1mm的衬底上施加棱镜片后的图像。
图6为在厚度为0.1mm的衬底上施加棱镜片后一个字符的显微图像。
图7为在厚度为0.15mm的衬底上施加棱镜片后的图像。
图8为在厚度为0.15mm的衬底上施加棱镜片后一个字符的显微图像。
图9为在厚度为0.3mm的衬底上施加棱镜片后的图像。
图10为在厚度为0.3mm的衬底上施加棱镜片后一个字符的显微图像。
图11为在厚度为0.5mm的衬底上施加棱镜片后的图像。
图12为在厚度为0.5mm的衬底上施加棱镜片后一个字符的显微图像。
图13为在厚度为0.7mm的衬底上施加棱镜片后的图像。
图14为在厚度为0.7mm的衬底上施加棱镜片后一个字符的显微图像。
图15为衬底厚度和字符宽度之间关系的示意图。
图16为本发明另一个实施例的平板显示器的截面视图。
图17为三角形棱镜片的透视图。
图18示出了光线入射到棱镜右侧面上时，图17的三角形棱镜片操作的截面视图。
图19示出了光线入射到棱镜左侧面上时，图17的三角形棱镜片操作的截面视图。
图20为在图16的平板显示器上形成的棱镜片的透视图。
图21为图20中棱镜片的一个凸起部件的截面视图。
图22为本发明另一个实施例的平板显示器的截面视图。
具体实施例方式
图2和图3示出了三角形棱镜2中的光路与图像位置。如图2所示，从光源S1到位于棱镜2对立侧面的观察点O，基本上有三个光路lS1、lS1′、lS1″。因此，当从观察点O观看时，光源看上去形成三个图像S1、S1’、S1”。
当棱镜片安置在液晶和背光之间时，上述问题无足轻重。这是因为，它在这里是用于改善亮度并收集来自背光的光线。然而，当使用该棱镜片改善亮度并收集由发光器件产生的图像的光线时，如前所述，图像看上去变成多个图像，该图像的清晰度降低。由于相同的原理，不仅采用三角形棱镜会发生这些问题，而且采用多边形凸起部件也会发生这些问题。
图3的棱镜2与图2的棱镜2相同，位于图2与图3棱镜2对立侧面的观察点O相对于棱镜2的相对位置是相同的。然而，图2棱镜2的表面C1到光源S1的距离约为图3棱镜2的表面C1到光源S2的距离的6倍。
比较图2与图3，从图2观察点O观察到的三个图像S1、S1’、与S1”之间夹角大于从图3观察点O观察到的三个图像S2、S2’、与S2”之间夹角。这是因为，当观察者在相同位置观察图像时，光源越靠近棱镜，则图像看上去似乎更近。这个原理同样适用于由多边形凸起部件制成的棱镜。因此，通过充分地减小光源与棱镜之间的距离，使重复图像(duplicate image)可以投影到互相更加靠近的位置，从而获得更加清晰的图像。
图4为本发明第一实施例的平板显示器的截面视图，其中发光器件为电致发光显示器。如图4所示，在本发明第一实施例的平板显示器10内，可以在由透明材料制成的透明衬底12的表面上形成第一电极层14。在第一电极层14的上表面上形成中间层18(至少包括例如发光层182)。
在中间层18的上表面上形成具有不同于第一电极层14极性的第二电极层16。在透明衬底12的另一表面上形成棱镜片19。可以在第二电极层16的上表面上进一步提供用于把第一电极层14、中间层18、及第二电极层16与外界密封的密封部件(未示出)。为了便于解释，在下述实施例中省略了密封部件。
透明衬底12可以是以SiO2为主要成分的透明玻璃衬底。尽管未在图中示出，但是可以在透明衬底12的上表面上进一步提供用于使衬底平整并阻挡杂质元素侵入的缓冲层。缓冲层可以由SiO2制成。此外，透明衬底12可以采用塑性材料。例如，透明衬底可以采用聚合物基柔性类型材料。
沉积在透明衬底12上的第一电极层14可以由透明导电材料(例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO))制成。也可以用光刻方法把第一电极层制成预定图形。对于无源矩阵(PM)显示器，第一电极层14的图形可以是，排列成相互预定间距的多个条形直线。对于有源矩阵(AM)显示器，可以在第一电极层14与透明衬底12之间进一步提供至少含有一个薄膜晶体管的薄膜晶体管(TFT)层。第一电极层13可电连接到TFT层。该结构同样适用于所有下述实施例(尽管具体结构会有所变化)。
由例如ITO制成的第一电极层14可以充当被连接到外部第一电极端口(未示出)的阳极。第二电极层16可以放置在第一电极层14上。第二电极层16可以为反射电极，并且由铝/钙制成，并连接到外部第二电极端口(未示出)以作为阴极。
第二电极层16可以是，排列成与第一电极层14的图形垂直的多个条形直线的形式(对于PM显示器)，或者是与像素相对应的形式(对于AM显示器)。对于AM显示器的情况，第二电极层16可以制成穿过整个有源区域(图像再现区域)的一个主体。第一电极层14与第二电极层16可以具有相反极性。
安置在第一电极层14和第二电极层16之间的中间层18可以包括发光层182。发光层182响应第一电极层14与第二电极层16的电驱动而发射光线。电致发光器件可以为有机电致发光器件或无机电致发光器件，具体取决于中间层18的类型。对于有机电致发光器件，可以使用小分子或聚合物有机物质。
对于其中中间层18是由小分子有机物质制成的小分子有机层，可以相对于发光层182提供朝向第一电极层14并含有空穴传输层与空穴注入层的第一中间层184、以及朝向第二电极层16并含有电子传输层与电子注入层的第二中间层186。空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、以及电子注入层可以沉积成各种复杂结构。也可以形成具有不同功能的其它层。
有机物质可以采用铜酞菁(CuPc)、N，N-二萘基-N，N′-二苯基联苯胺(NPB)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)等。对于全色有机电致发光器件，中间层18可以制成与各个像素颜色相对应的各种图形。可以通过在真空中加热有机物质并沉积而形成小分子有机层。随后使用与各个像素相对应的、具有预定图形狭缝的掩模，沉积各个颜色的小分子有机材料，从而形成发光层182。
对于由聚合物有机物质制成的聚合物有机层，只能在相对于发光层182朝向第一电极层14的方向上提供空穴传输层(HTP)作为第一中间层184。第二中间层186可以省略。可以采用例如喷墨打印或者旋转涂敷方法，使用聚-(2，4)-乙烯-二羟基噻吩(PEDOT)或聚苯胺(PANI)，在透明衬底12第一电极层14上表面上形成聚合物空穴传输层。聚合物有机发光层可以使用PPV、可溶PPV、氰基PPV、或者聚芴。可以采用典型方法制作颜色图形，例如喷墨打印、旋转涂敷、或者使用激光的热传输方法。在聚合物有机层中，第一中间层184与第二中间层186的结构不限于上述结构，在需要或者要求时可以制作各种层。
对于无机电致发光器件，发光层182可以由下述材料制成诸如ZnS、SrS、或CaS的金属硫化物；诸如CaGa2S4或SrGa2S4的碱土金属硫化物；或者包括Mn、Ce、Tb、Eu、Tm、Er、Pr、或Pb的过渡金属或碱土金属。第一中间层184和第二中间层186可以制成绝缘层。
将基于小分子有机电致发光器件描述本发明的实施例。
可以在第二电极层16的上表面上提供密封部件(未示出)。密封部件可以为包括吸湿剂的金属帽。备选地，可以通过涂敷树脂形成密封部件，用于密封以防止水分侵入。可以使用衬底制作密封部件。
在本发明第一实施例的平板显示器中，发光器件为电致发光器件，且属于背部发光类型，其中从发光层182发射的光线沿着指向衬底12的方向传输。然而，本发明并非如此受限。例如，它可以应用于正面发光类型的、或者不是电致发光器件的发光器件。
在本发明第一实施例中，可以在透明衬底12的下表面上形成棱镜片19，且棱镜片可以由以SiO2为主要成分的透明玻璃材料制成。备选地，棱镜片可以由塑性材料制成。塑性材料可以是形成在PET薄膜上的丙烯酸脂基或苯并环丁烯基棱镜。此外，本实施例可使用折射率约为1.4或更大的塑性材料。
在本发明第一实施例的平板显示器10中，有必要调整从发光层182至不考虑凸起部件的棱镜片19部分的厚度T12。由于图像的清晰度随着厚度T12的减小而增大，所以最好减小厚度T12。
厚度T12包括第一中间层184的厚度T14、第一电极层14的厚度T16、透明衬底12的厚度T18、以及不包括凸起部件的棱镜片19部分的厚度T19。第一中间层184厚度T14与第一电极层14厚度T16不得大于约1μm。透明衬底12的厚度T18与不包括凸起部件的棱镜片19部分的厚度T19最厚分别为约几百μm与约100μm。因此，重要的是调整厚度T17，即透明衬底12的厚度T18与不包括凸起部件的棱镜片19部分的厚度T19之和。
如前所述，随着从发光层182至棱镜片19部分(不考虑凸起部件)的厚度T12的减小，由光发射层182形成的图像穿过棱镜片19时形成的重叠图像之间的距离减小。因此，随着厚度T17的减小，图像清晰度得到改善。
用于移动电话的有机电致发光器件经常使用的字符尺寸约为12点，透明衬底的厚度为约0.7mm。当在衬底上粘接厚0.1mm的棱镜片时，字符可能看不清楚。当衬底厚度减小到约0.5mm时，字符看得清楚。由于被显示字符的宽度为约200μm，因此字符清晰度的确定是基于字符变得模糊时的宽度。也就是说，当宽度为200μm的字符看上去模糊成400μm时，该字符难以辨认。
如图5至图12所示，当棱镜片被施加到厚度不超过约0.5mm的衬底时，字符宽度小于约400μm且显微镜观看时变得模糊，尽管裸眼可以识别该字符。然而，如图13和图14所示，其中棱镜片被施加到厚度为0.7mm的衬底，字符的宽度在显微镜下看起来大于约800μm，且裸眼观看时两个字符重叠。因此，厚度T17优选地约为0.5mm或更小。
图15为衬底厚度和字符宽度之间关系的示意图。当字符的宽度不大于约400μm时，不难用裸眼看清字符。图15示出了与其相对应的衬底厚度为0.5mm或更小。特别地，如图15所示，当衬底厚度为约0.3mm或更小时，字符的宽度不会被模糊成超过50μm。因此，厚度T17更优选地为约0.3mm或更小。
随着透明衬底12厚度T18的减小，透明衬底12的翘曲增大。从而会出现对准问题。因此，在不显著降低成品率的情况下，存在减小透明衬底12的厚度T18的限制。鉴于目前的制作工艺，该厚度的下限约为0.05mm，尽管将来的进展可能会降低该数量。
同样地，在棱镜片19的制作中，在不显著降低成品率的情况下，减小厚度T19的下限目前约为0.05mm，尽管将来的进展可能会降低该数量。最终，厚度T17最小约为0.1mm或更大，尽管未来的进展可能会降低该数量。因此，通过安装满足上述条件的棱镜片，可以改善沿特定方向的光耦合效率和亮度，并保持其清晰度。
图16为本发明第二实施例的平板显示器20的截面视图，其中发光器件为有机电致发光器件，由玻璃部件制成的棱镜片29的凸起部件的截面为边数大于三角形边数的多边形。
图17为具有传统的等腰三角形结构的三角形棱镜片4的透视图。如图17所示，可以把多个等腰三角形棱镜6排列成沿光出射方向相互平行。例如，如果光线沿Y方向出射，棱镜可以排列成平行于X方向。与形成棱镜6的表面对立的表面可以为光滑表面8。各个棱镜6的斜面C2(如图18所示)与垂直于光滑表面8的法线Y的夹角约为45°。
在这种情况下，如图18所示，当穿过棱镜片内部入射到右斜面C3的光线与法线Y的夹角小于2.8°时，入射光沿路径l1与l2被全反射并损失掉。
同样地，如图19所示，当穿过棱镜片内部入射到左斜面C2的光线与法线Y的夹角小于2.8°时，入射光沿路径l2与l3被全反射并损失掉。
因此，入射到棱镜片斜面上的光与法线Y的夹角约为2.8°时，光的效率降低，减小了前表面亮度的改善。
图20为图16的棱镜片29的透视图。图21为图20的棱镜片29的一个凸起部件的截面图。如图20所示，本发明第二实施例的棱镜片29可包括光线入射到其表面上的第一表面22，以及安置在与第一表面22对立的侧面上的、含有多个多边形结构的凸起部件26的第二表面24。可以把凸起部件26排列成沿一个方向(例如X方向)相互平行。
如图21所示的凸起部件26的截面可以为多边形(例如五边形、六边形、或者边数更大的多边形)。在图21所示的截面结构中，与最高顶点P相邻的两个第一侧面e1和e2都与第一表面28的法线Y形成大约65°至大约75°的角度C。这个夹角与上述法线的夹角小于大约2.8°。这个角度对应于，入射到各个凸起部件26斜面上的光线不被全反射而出射的范围。与第一侧面e1与e2相邻的第二侧面e3与e4，分别与第一表面28的法线Y形成大约40°至大约60°的夹角D。当采用棱镜片26时，可以减小棱镜内光被全反射的数量，并提高出射光的数量。因此可以改善亮度。
在制作具有如图20与21所示的五边形凸起部件的棱镜片29的工艺中，可以采用诸如喷砂、激光全息照相、或半色调方法等诸多方法制作各个凸起部件。在这种情况下，在第二侧面e3与e4(与第一表面28的法线Y的夹角为约40°至约60°)之后制作第一侧面e1与e2(与靠近凸起部件顶点P的第一表面28的法线Y形成大约65°至大约75°的角度C)是有效的。
可以把第二侧面e3与e4安置在更靠近棱镜片29的第一表面22。因此，如果第一侧面e1与e2被排列成比第二侧面e3与e4更靠近凸起部件的最高顶点，则可以提高该工艺的效率。
在棱镜片29中，有一侧面不具有最有利的夹角，因此难以避免地，一些以小于2.8°的角度入射的光线会被棱镜片的凸起表面部分反射。因此，把棱镜片的截面制成具有五边形结构时，可以使得与顶点紧密连接的四个侧面的法线形成约65°至约75°角度范围的各个边的总长度尽可能大。
可以采用临界角为42°的玻璃部件制作上述棱镜片。当棱镜片由塑性部件制成时，依照相同的原理，根据该材料临界角调整凸起部件的各个侧面的角度，可以降低全反射光线的数量，从而可以提高亮度。
图22为本发明第三实施例的平板显示器的截面视图，其中发光器件可以为电致发光器件，且棱镜片与透明衬底可以被整体地形成于一个主体32内。如图22所示，当直接在棱镜片内形成透明电极且发光器件的透明衬底采用带有该透明电极的棱镜片时，可以整体地形成棱镜片和透明衬底，且可以减小部件的数目。因此可以简化其制作工艺。通过减小不包括凸起部件的那部分的厚度T37，可以提高图像的清晰度。当然，在这种情况下，凸起部件可以为多边形(例如可以是三棱锥、五棱锥等)。
通过把透明衬底与不包括凸起部件的棱镜片部分的总厚度限制为一个预定厚度，可以改善穿过棱镜片的图像的清晰度。
通过在透明衬底上形成棱镜片，可以降低发光器件的光全反射，并允许光线沿预定方向传播。因此可以改善光耦合效率与亮度。所以，可以防止能量的浪费并改善发光器件的寿命。
通过调整棱镜片凸起部件各个侧面的夹角，可以降低光线在棱镜片内被全反射的数量，从而增大出射光的数量。因此，可以改善光耦合效率与亮度。
通过直接在棱镜片内形成透明电极并使用与发光器件透明衬底相同的透明衬底，可以整体地形成棱镜片和透明衬底，并减少部件的数目。因此，可以简化制作工艺。
尽管已经结合示例性的实施例具体地示出和描述了本发明，但是可以在不背离本发明范围的情况下进行各种形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种平板显示器，包括在透明衬底的第一表面上形成的发光器件；以及在透明衬底的第二表面上形成的、含有纵轴互相平行以把发光器件输出的光引导到预定方向的多个多边形凸起部件的棱镜片，其中透明衬底厚度与不包括多边形凸起部件的棱镜片部分厚度之和近似位于约0.1mm与约0.5mm之间。
2.权利要求1的平板显示器，其中透明衬底厚度与不包括多边形凸起部件的棱镜片部分厚度之和近似位于约0.1mm与约0.3mm之间。
3.权利要求1的平板显示器，其中凸起部件的截面包括五边形。
4.权利要求1的平板显示器，其中透明衬底包括玻璃或者塑料。
5.权利要求1的平板显示器，其中各个凸起部件至少含有与垂直透明衬底第二表面的直线形成约65°至约75°夹角的第一侧面。
6.权利要求5的平板显示器，其中各个凸起部件具有至少与第一侧面相邻的第二侧面以及与垂直透明衬底的第二表面的直线形成约40°至约60°的夹角。
7.权利要求6的平板显示器，其中第一侧面比第二侧面更靠近凸起部件的最高顶点。
8.权利要求6的平板显示器，其中第一侧面的总长度大于第二侧面的总长度。
9.权利要求4的平板显示器，其中棱镜片为玻璃材料或塑性材料。
10.权利要求1的平板显示器，其中发光器件为电致发光器件。
11.权利要求1的平板显示器，其中整体地制成棱镜片和透明衬底。
全文摘要
一种平板显示器，可以包括透明衬底，在透明衬底表面上形成的发光器件，以及在透明衬底另一个表面上形成的、含有多个纵轴互相平行以把发光器件输出的光引导到预定方向的多个多边形凸起部件的棱镜片。透明衬底厚度与不包括多边形凸起部件的棱镜片部分厚度之和为约0.1mm至0.5mm。
文档编号H05B33/02GK1678156SQ20051005627
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月4日 优先权日2004年4月3日
发明者宋英宇, 都永洛, 金润旭, 曹尚焕, 安智薰, 李濬九, 李昭玲 申请人:三星Sdi株式会社