光提取设备和OLED显示器的制作方法

光提取设备和oled显示器
技术领域
1.本公开内容总体涉及有机发光二极管(oled)显示器。更特别地，其涉及oled显示器和用于从oled显示器的光提取的设备和方法。


背景技术：

2.oled典型地包括基板、第一电极、一个或多个oled发光层和第二电极。oled可为顶部发射或底部发射的。顶部发射oled可包括基板、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层可包括发射层，并且还可包括电子和空穴注入层和电子和空穴传输层。
3.只要当由oled结构发射的光从具有较高折射率的层传递到具有较低折射率的层时，例如从典型具有在1.7至1.8的范围中的折射率的oled结构到典型具有趋近于1.5的折射率的玻璃基板，或是从玻璃基板到具有1.0的折射率的空气，所述光就因全内反射(tir)而被捕集。
4.为了形成显示器，可在显示基板上布置oled并用封装层覆盖oled。然而，即使在封装层与oled之间的空间被填充了固体材料，从oled发出的光仍将再次受到来从封装层的上表面的tir。这进一步减少在oled显示器中可使用的oled所生成的光的量。


技术实现要素：

5.本公开内容的一些实施例涉及一种用于有机发光二极管(oled)的光提取设备。光提取设备包括oled发射器、多个锥形反射器和间隔物层。每个锥形反射器包括第一表面、第二表面和至少一个侧表面，所述第二表面与所述第一表面相对并包括比第一表面的表面面积大的表面面积，所述至少一个侧表面在第一表面与第二表面之间延伸。间隔物层包括耦接到oled发射器的第一表面和耦接到多个锥形反射器中的每者的第一表面的第二表面。从oled发射的光通过间隔物层并进入多个锥形反射器中。多个锥形反射器中的每者的至少一个侧表面包括斜坡以通过反射将光重定向到逃逸锥中并从对应锥形反射器的第二表面离开。
6.本公开内容的又一些实施例涉及一种底部发射oled显示器。显示器包括间隔物层、锥形反射器阵列和基板。间隔物层耦接到oled阵列。oled阵列的每个oled具有底表面，光通过底表面发射到间隔物层中。锥形反射器阵列的至少两个锥形反射器与oled阵列的每个oled重叠。锥形反射器阵列的每个锥形反射器包括第一表面、第二表面和至少一个侧表面，所述第二表面与所述第一表面相对并包括比第一表面的表面面积大的表面面积，所述至少一个侧表面在第一表面与第二表面之间延伸。锥形反射器阵列的每个锥形反射器的第一表面耦接到间隔物层并面对oled阵列。基板耦接到锥形反射器阵列的每个锥形反射器的第二表面。
7.本公开内容的又一些实施例涉及一种顶部发射oled显示器。所述显示器包括基板、间隔物层、锥形反射器阵列和封装层。基板支撑oled阵列。oled阵列的每个oled具有顶
表面，光透过顶表面经发射。间隔物层耦接到oled阵列的每个oled的顶表面。锥形反射器阵列的至少两个锥形反射器与oled阵列的每个oled重叠。所述锥形反射器阵列的每个锥形反射器包括第一表面、第二表面和至少一个侧表面，所述第二表面与所述第一表面相对并包括比第一表面的表面面积大的表面面积，所述至少一个侧表面在第一表面与第二表面之间延伸。锥形反射器阵列的每个锥形反射器的第一表面耦接到间隔物层且面对oled阵列。封装层耦接到锥形反射器阵列的每个锥形反射器的第二表面。
8.包括本文所公开的光提取设备的oled显示器显著地改善了来自显示器的光的出光(out
‑
coupling)并增加显示器的效率和尖峰亮度。相比没有包括所述光提取设备的显示器，oled显示器的外部效率可增加100％的因子。由于增加的外部效率，可由较少电流驱动显示器的像素以得到相同的亮度，这增加显示器的可用寿命并减少“烧入(burn
‑
in)”效应。替代地(或另外地)，显示器的像素可产生较高尖峰亮度，这造成了能高动态范围(hdr)。这种能力得以达成，同时显示器的整体厚度增加几十微米。光提取设备是色彩中性的，而因此对于红色、绿色和蓝色像素同等地有益。此外，所述光提取设备不会引入可能减少清晰度和对比度的光学散射(即雾)。进一步，光提取设备不会扰乱光的偏振状态，因此与圆形偏光器的使用相容来减少环境光反射。
9.在以下详述中将阐述附加的特征和优点，而一部分特征和优点将是本领域的技术人员从描述中显而易见或是通过实现本文(包括以下详述、权利要求以及附图)所述的实施例可理解。
10.将理解前述的概述与以下的详述仅为示例，并且意图提供概观或架构以了解权利要求的性质和特色。附图被包括以提供进一步了解，并且被并入而构成本说明书的一部分。附图描绘了一个或多个实施例，并且连同说明书用于解释每个不同实施例的原理和操作。
附图说明
11.图1a示意地描绘示例性底部发射有机发光二极管(oled)结构；
12.图1b示意地描绘示例性顶部发射oled结构；
13.图2a描绘示例性底部发射oled显示器的区段的截面图；
14.图2b描绘示例性顶部发射oled显示器的区段的截面图；
15.图3a是采用本文公开的光提取设备和方法的示例性oled显示器的俯视图；
16.图3b是有四个oled的阵列的俯视特写图，描绘这些oled的示例尺寸和由所述等oled形成的oled阵列；
17.图4是图3a的oled显示器的区段的特写x
‑
z截面图；
18.图5是示例性锥形反射器的正视图；
19.图6a和图6b是用于锥形反射器的示例形状的侧面图；
20.图7a是用于锥形反射器的一侧的示例复合表面形状的绘图，其中所述形状确保由oled发出、进入锥形反射器的主体而不直接地入射于顶表面的光全部于锥形反射器的侧表面处受到全内反射；
21.图7b是锥形反射器的有益形状的示意图示，其中所述形状确保在用于锥形反射器的材料的逃逸锥外部没有任何oled发出的光线能在不先被锥形反射器的侧壁反射下直接地入射于锥形反射器的顶表面；
22.图8a和图8b是用于锥形反射器的示例形状的俯视图；
23.图9a是包括本文所公开的oled显示器的一般化电子装置的示意图；和
24.图9b和图9c是图9a的一般化电子装置的示例。
具体实施方式
25.现将详细参照本公开内容的实施例，这些实施例的示例经描绘在附图中。在可行的时候，相同的附图标记将在整个附图中参照相同或类似的部件。然而，本公开内容可实施来许多不同形式而不应被解释为受限于本文阐述的这些实施例。
26.本文中范围可表达为从“大约”特定值，和/或到“大约”另一特定值。当表达这种范围时，另一实施例包括从所述特定值和/或到所述另一特定值。类似地，当数值被表达成趋近值时，通过使用先行词“大约”，将可理解到所述特定值形成另一实施例。将进一步理解到每个范围的端点在相关于另一端点上，并且在独立于所述另一端点上都是显著的。
27.本文中所使用方向性用语，例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部、垂直、水平，这仅是参照所绘附图所做，而不意图隐含绝对方位。
28.除非明确相反表明，绝非意图让本文中阐述方法被解释成要求其步骤以特定顺序进行，也非必须通过任何设备、特定方位来进行。因此，当方法权利要求没有真正地陈述其步骤所遵循的顺序时，或者当任何设备权利要求没有真正地陈述单独的部件的顺序或方位时，或者当在权利要求或说明书中没有相反地特定陈述这些步骤限制于特定顺序时，或者没有陈述对设备的部件的特定排序或方位时，在任何方面中都绝非意图推断出顺序或方位。此对于任何用于解释的可能非明确基础皆成立，包括：针对于步骤的安排、操作流程、部件的顺序或部件的方位的逻辑问题；从文法结构或标点所导出的普通语意；和在说明书中所述实施例的数目或类型。
29.如本文中所使用，除非相反地陈述，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用。因此，例如，对“一个”部件的引用包括具有两个或更多个此部件的方面，除非前后文清楚地有相反表示。
30.为了易于引用和易于论述，附图中使用了笛卡尔坐标，但本意非为限制方位或方向。
31.相关于oled的用语“光提取”是指用于增加从oled发射的光量的设备和方法，这些设备和方法利用并未存在于实际oled分层结构内的特征。
32.oled的折射率n
o
是有效折射率，其包括构成所述oled结构的每个不同层的贡献，并且在示例中所述折射率在从约1.6至1.85的范围中，而在另一示例中是从约1.7至1.8的范围中，并且在另一示例中是从约1.76到1.78。
33.现参考图1a，示例性底部发射oled结构100示意地描绘。底部发射oled结构100包括透明基板102(例如玻璃、塑料，等等)、透明阳极104(例如ito)和阴极116。在某些示例性实施例中，阴极116可由高度反射性金属制成，诸如银或铝。在阳极104与阴极116之间，底部发射oled结构100可包括空穴注入层(hil)106、空穴传输层(htl)108、发射层(eml)110、电子传输层(etl)112和电子注入层(eil)114。底部发射oled结构100通过阳极104的底表面并通过基板102发光。
34.图1b示意地描绘示例性顶部发射oled结构120。顶部发射oled结构120包括基板
122(例如玻璃、塑料等)、阳极124和透明阴极136(例如诸如al或ag的超薄金属，或诸如mg:ag或ba:ag的合金)。在某些示例性实施例中，顶部发射oled结构120也可在阴极136上包括覆盖层(例如wo3)。在阳极124与阴极136之间，顶部发射oled结构120可包括htl 126、电子阻挡层(hbl)128、eml 130、空穴阻挡层(hbl)132和etl 134。顶部发射oled结构120通过阴极136的顶表面发光。
35.图2a描绘示例性底部发射oled显示器200的区段的截面图。oled显示器200包括底部发射oled 100、间隔物层202、锥形反射器210的阵列208和基板218。多个(即，至少两个)锥形反射器210与oled 100重叠。在某些示例性实施例中，至少两列(row)和至少两行(column)的锥形反射器210(即，4个锥形反射器)与oled 100重叠。其他实施例中，至少三列乘以五行的锥形反射器210(即，15个锥形反射器)与oled 100重叠。在又一些实施例中，至少十列乘以至少三十行的锥形反射器210(即，300个锥形反射器)与oled 100重叠。
36.每个锥形反射器210包括第一表面212和与第一表面212相对的第二表面214。第二表面214比第一表面212大(即，具有更大表面面积)。每个锥形反射器210也包括在第一表面212与第二表面214之间延伸的至少一个侧表面216。在某些示例性实施例中，锥形反射器阵列208的每个锥形反射器210具有截棱锥体的形式，所述截棱锥体有梯形截面，如以下将更详细地描述的。锥形反射器210可在每个锥形反射器的第二表面214处彼此耦接，如图2a中所示，使得每个锥形反射器的至少一个侧表面216不会完全地延伸到第二表面214。
37.间隔物层202包括第一表面204和第二表面206，所述第一表面光学耦接到oled 100的底部，所述第二表面光学耦接到每个锥形反射器210的第一表面212。在某些示例性实施例中，间隔物层202具有的厚度在每个锥形反射器210的第一表面212的长度的约10％与100％之间。间隔物层202的折射率可大于或等于锥形反射器210的阵列208的折射率。
38.基板218光学耦接到每个锥形反射器210的第二表面214。基板218可由玻璃、塑料或另外适当的透明材料制成。锥形反射器210的阵列208的折射率可大于或等于基板218的折射率。从oled 100发射的光穿过间隔物层202并进入锥形反射器210中。每个锥形反射器210的至少一个侧表面216包括斜坡以通过反射进入逃逸锥中并从对应锥形反射器210的第二表面214离开来将光重定向。光接着穿过基板218进入外部环境222中。
39.图2a中示出了三个光线224a、224b和224c。光线224a从oled 100的底部通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的第二表面214，在那里，光传播到基板218中并穿过基板218到外部环境222。光线224b从oled 100的底部通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光反射并重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线224b接着传播到基板218中并通过所述基板到外部环境222。光线224c从oled 100的底部传播到间隔物层202中并直接到锥形反射器210之间的间隔物层的第二表面206的一部分，在那里，光所述间隔物层内的tir反射。光接着再次被oled 100于间隔物层202的第一表面204处反射。光线224c接着再次穿过间隔物层202，并且此次通过锥形反射器210直接地到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光反射且重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线224c接着传播到基板218中且穿过所述基板到外部环境222。以下将参考图4论述有关oled显示器200内的光传播的附加细节。
40.图2b描绘示例性顶部发射oled显示器250的区段的截面图。oled显示器250包括顶部发射oled 120、金属接触点252、基板218、间隔物层202、锥形反射器210的阵列208和封装
层254。多个(即，至少两个)锥形反射器210与oled 120重叠。在某些示例性实施例中，至少两列和至少两行的锥形反射器210(即，4个锥形反射器)与oled 120重叠。其他实施例中，至少三列乘以五行的锥形反射器210(即，15个锥形反射器)与oled 120重叠。又一些实施例中，至少十列乘以至少三十行的锥形反射器210(即，300个锥形反射器)与oled 120重叠。
41.每个锥形反射器210包括第一表面212和相对于第一表面212的第二表面214。第二表面214比第一表面212大(即，具有较大表面面积)。每个锥形反射器210也包括在第一表面212与第二表面214之间延伸的至少一个侧表面216。在某些示例性实施例中，锥形反射器阵列208的每个锥形反射器210具有截棱锥体的形式，所述截棱锥体有梯形截面，如以下将更详细地描述的。锥形反射器210可在每个锥形反射器的第二表面214处彼此耦接，如图2b中所示，使得每个锥形反射器的至少一个侧表面216不会完全地延伸到第二表面214。
42.间隔物层202包括第一表面204和第二表面206，所述第一表面光学耦接到oled 120的顶部，所述第二表面光学耦接到每个锥形反射器210的第一表面212。在某些示例性实施例中，间隔物层202具有的厚度在每个锥形反射器210的第一表面212的长度的约10％与100％之间。间隔物层202的折射率可大于或等于锥形反射器210的阵列208的折射率。
43.基板218(例如玻璃、塑料等)经由金属接触点252耦接到oled 120。封装层254光学耦接到每个锥形反射器210的第二表面214。封装层254可由玻璃、塑料或另外适当的透明材料制成。锥形反射器210的阵列208的折射率可大于或等于封装层254的折射率。从oled 120发射的光穿过间隔物层202并进入锥形反射器210中。每个锥形反射器210的至少一个侧表面216包括斜坡以通过反射进入逃逸锥中并从对应锥形反射器210的第二表面214离开来将光重定向。光接着穿过封装层254进入外部环境222中。
44.图2b中显示三个光线264a、264b和264c。光线264a从oled 120的顶部通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的第二表面214，在那里，光传播到封装层254中并穿过封装层254到外部环境222。光线264b从oled 120的顶部通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光经反射并重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线264b接着传播到封装层254中并通过所述封装层到外部环境222。光线264c从oled 120的顶部传播到间隔物层202中并直接到锥形反射器210之间的间隔物层的第二表面206的一部分，在那里，光经所述间隔物层内的tir反射。光接着再次被oled 120于间隔物层202的第一表面204处反射。光线264c接着再次穿过间隔物层202，并且此次通过锥形反射器210直接地到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光经反射且重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线264c接着传播到封装层254中且穿过所述封装层到外部环境222。以下将参考图4论述有关oled显示器250内的光传播的附加细节。
45.图3a是示例性oled显示器300的俯视图，所述oled显示器采用本文中公开的光提取设备和方法。图3b是oled显示器300的区段的特写俯视图，同时图4是oled显示器300的区段的特写x
‑
z截面图。在一个实施例中，oled显示器300是底部发射oled显示器且包括图2a中描绘的oled显示器结构。在另一实施例中，oled显示器300是顶部发射oled显示器且包括图2b中描绘的oled显示器结构。
46.参考图3a、图3b和图4，oled显示器300包括oled 304的阵列302、间隔物层202、锥形反射器210的阵列208和透明层306。oled 304的阵列302存在于间隔物层202的第一表面
204上。在一个实施例中，每个oled 304是底部发射oled，诸如先前参考图1a所说明和示例的oled 100。在另一实施例中，每个oled 304为顶部发射oled，诸如先前参考图1b所说明和示例的oled 120。在每个oled 304为底部发射的oled的情况中，透明层306是基板，诸如先前参考图2a所说明和示例的基板218。注意对于每个oled 304为底部发射的oled的情况，图4的oled显示器300的z轴方位可反向以匹配图2a的oled显示器200的z轴方位。在每个oled 304为顶部发射oled的情况中，透明层306是封装层，诸如先前参考图2b所说明和示例的封装层254。注意对于每个oled 304为顶部发射的oled的情况，为了简化，已从图4的oled显示器300排除了图2b的oled显示器250的金属接触点252和基板218。
47.如图3b所示，oled 304具有在x方向中的长度lx和在y方向中的长度ly。在一个实施例中，lx等于ly。oled阵列302中的oled 304在x方向中和在y方向中通过并排(side
‑
to
‑
side)间隔sx和sy彼此间隔开。在一个实施例中，sx等于sy。在一个实施例中，oled 304全部为相同大小且同等地间隔开。其他实施例中，oled 304并非全部具有相同尺寸lx、ly且间隔sx、sy并非全部相同。oled 304可各自发射相同颜色的光或不同颜色的光，诸如红色、绿色、蓝色和/或白色。尽管oled 304描绘成具有矩形的布置方式，但在其他实施例中，oled 304可具有非矩形的布置方式(例如菱形)。
48.锥形反射器210的阵列208光学耦接到oled 304而具有至少两个锥形反射器210重叠并光学耦接到每个oled 304。图5是示例锥形反射器210的正视分解图。每个锥形反射器210包括主体215、第一表面212、至少一个侧表面216和第二表面214。第一表面212包括至少一个外边缘212e，而第二表面214包括至少一个外边缘214e。锥形反射器主体215由具有折射率n
p
的材料制成。
49.锥形反射器210的第二表面214比第一表面212更大(即，具有较大表面面积)，即，第二表面是锥形反射器的“基部”。在某些示例性实施例中，锥形反射器210的第二表面214在面积上至少是锥形反射器210的第一表面212的1.5倍。在一个实施例中，第一表面212和第二表面214为矩形(例如正方形)使得总共有四个侧表面216。在锥形反射器210为旋转对称的示例中，其能被称为具有一个侧表面216。侧表面216可各自为单一平坦表面或由多个分段平坦表面构成，或为连续弯曲表面。
50.因此，在示例中，锥形反射器210具有包括梯形截面的截棱锥体的形式，也称为不完整或截头的基于矩形的角锥形。也可有效地采用其他锥形反射器210的形状，如以下论述。锥形反射器210具有在z方向中行进的中心轴ac。在其中第二(顶)表面214与第一(底)表面212具有正方形状的示例中，第二表面214具有宽度尺寸wt而第一表面212具有宽度尺寸wb。更概略地，第二表面214具有(x,y)宽度尺寸wtx和wty而第一表面212具有(x,y)宽度尺寸wbx和wby。锥形反射器210也具有高度hp，其限定为第一表面212与第二表面214之间的轴向距离。
51.在某些示例性实施例中，锥形反射器210形成为单一材料制成的单式、单片的结构。这可使用模制工艺、压印工艺(例如紫外或热压印)或类似工艺，诸如利用基于树脂的材料的微复制工艺完成。
52.如图4所示，锥形反射器210的第一表面212布置在间隔物层202的第二表面206上。oled 304布置在间隔物层202的第一表面204上。间隔物层202可包括具有的折射率为n
im
的折射率匹配的材料，并且用以介接锥形反射器210到oled 304。锥形反射器的折射率n
p
优选
地(例如)尽可能接近oled折射率n
o
。在一个实施例中，n
p
与n
o
之间的差不超过约0.3，更优选地不超过约0.2，更优选地不超过约0.1，并且最佳地不超过约0.01。在另一实施例中，折射率匹配的材料的折射率n
im
不低于锥形反射器的折射率n
p
，并且优选地具有在n
p
与n
o
之间的值。在示例中，锥形反射器折射率n
p
在约1.6与1.8之间。
53.在一个实施例中，间隔物层202的折射率匹配材料具有粘着特性而用于将锥形反射器210附接到oled 304。折射率匹配材料包括(例如)无机材料、胶水、光学上透明的的粘合剂、接合剂或类似者。每个oled 304、锥形反射器210和间隔物层202的组合限定限定发光设备。锥形反射器210和间隔物层202限定光提取设备。
54.锥形反射器210的第二表面214光学耦接到透明层306的第一(下)表面308。锥形反射器210的第二表面214可迭放(tile)透明层306的第一表面308而在第二边缘214e中间没有任何实质空间。紧邻透明层306的第二(上)表面310存在有外部环境222。外部环境222典型为空气，不过其能为在其中会使用显示器的另外环境，诸如真空、惰性气体等。
55.再次参考图2a、图2b和图4，锥形反射器210的阵列208限定相邻锥形反射器与间隔物层202的第二表面206之间的局限间隔220。在某些示例性实施例中，间隔220充满诸如空气的介质，同时在其他实施例中这些空间充满介电材料的形式的介质，诸如光吸收(即，黑色)材料。以下将更详细论述由折射率n
s
的给定介质来充满间隔220。
56.锥形反射器210典型由具有相对高的折射率的材料制成，即，优选地如oled发射层110(图1a和图1b)的折射率样高。锥形反射器210以与在其之间的前述间隔物层202颠倒的配置可操作地布置在对应的oled 304上并与oled 304重叠。每个oled 304可设想为oled阵列302中的像素，并且oled 304、间隔物层202和至少两个锥形反射器210的每个组合是发光设备，而发光设备的组合限定了用于oled显示器300的发光设备阵列。
57.oled 304朝着锥形反射器210的第一表面212发光。因为锥形反射器210的折射率n
p
和间隔物层202的折射率n
im
相对地高，在oled 304的发射层中产生的光线320能从oled直接地传播或被oled的阴极反射下传播，而不被tir所困。图4中示出了三个光线320a、320b和320c。光线320a从oled 304通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的第二表面214，在那里，光传播到透明层306中并穿过透明层306到外部环境222。光线320b从oled 304通过间隔物层202并通过锥形反射器210直接传播到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光经反射并重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线320b接着传播到透明层306中并通过透明层306到外部环境222。光线320c从oled 304传播到间隔物层202中并直接到锥形反射器210之间的间隔物层的第二表面206的一部分，在那里，光被所述间隔物层内的tir反射。光接着再次被oled 304于间隔物层202的第一表面204处反射。光线320c接着再次穿过间隔物层202，并且此次通过锥形反射器210直接地到所述锥形反射器的侧表面216，在那里，光经反射且重定向到所述锥形反射器的第二表面214。光线320c接着传播到透明层306中且穿过透明层306到外部环境222。在其中锥形反射器210的第一表面112覆盖间隔物层202的第二表面206的面积约四分的的示例中，光线将平均要耗费约四次反射才能离开显示器300。
58.在某些示例性实施例中，侧表面216具有斜坡，其通过相对于垂直线(例如，如图示，相对于平行于中心轴ac行进的垂直参考线rl)的倾斜角θ所限定。如果侧面216的斜坡不太陡(即，如果倾斜角θ足够大)，对于光线320进入锥形反射器210的任何起源点而言都将符
合tir条件，并且没有光线将通过穿过侧面216并进入紧邻锥形反射器210的侧面的间隔220中而丢失。
59.此外，如果锥形反射器210的高度hp足够大，则入射到第二表面214上的全部光线320将在由锥形反射器210的折射率n
p
和透明层306的折射率n
e
所限定的tir逃逸锥219(图7b)内且因此逃逸到透明层306中。此外，光线320也将在由透明层306的材料的折射率n
e
和紧邻透明层306的第二表面310存在的外部环境222的折射率n
e
所限定的tir逃逸锥内。
60.因此，忽略oled 304的oled结构中否则为透明的阳极的光吸收和间隔物层202中的光吸收，则由所述oled所产生的光320的100％原则上能被传达到位于透明层306上的外部环境222中。在本质上，构成每个锥形反射器210的主体215的折射率匹配材料允许锥形反射器210作为完美的(或接近完美的)内部光提取器，同时侧面216的反射特性允许这些锥形反射器成为完美的(或接近完美的)外部光提取器。
61.没有锥形反射器210的阵列208，对设计良好的oled结构而言oled显示器300所耦接出的功率将是来源功率的约30％，并且不会基于间隔物层202的厚度显著地变化。有锥形反射器210的阵列208，则oled显示器300所耦接出的功率随着间隔物层202的厚度增加而增加，直到达到最大效率为止。这种改变是因从oled 304发射的光线320在经过间隔物层202之后的传播方式。
62.在逃逸锥外侧的光线(没有锥形反射器210的话将被困在显示器内)，诸如光线320b，被tir于锥形反射器210的侧表面216处重定向，而现在在逃逸锥内且能够离开显示器300。在相邻锥形反射器210的第一表面212之间打击间隔物层202的第二表面206的逃逸锥外侧的光线(诸如光线320c)，被tir朝向oled 304往回重定向。这些光线接着朝向锥形反射器210的阵列208往回反射，在那里，光线再次被透射或反射，这视这些光线撞击何处而定。
63.对于非常小的厚度的间隔物层202而言，先撞击在相邻锥形反射器210的第一表面212之间中间的光线可能在所述光线撞击所述等锥形反射器中的一者的第一表面112之前需要许多次反弹，而每次所述光线回弹，由于oled 304和/或间隔物层202中的吸收所致而失去一些功率。随着间隔物层的厚度增长，对这种光线而言要横向行进得足够远以遇到锥形反射器210的第一表面212且后续地离开显示器300，需要更少次反弹。据此，光提取效率初始随间隔物层厚度中的初始增加而增加。然而，在给定次数的反弹之后，光线撞击锥形反射器210的第一表面212的机率不会随着间隔物层厚度中的进一步增加而改变。一旦光提取效率达到最大值，理论上其不应随着间隔物层202的厚度中的进一步增加而改变。
64.通过以上提出的逻辑，似乎在某一值以上的间隔物层202的任何厚度将可良好地用于本公开内容的目的(以达成最大可能的光提取效率而言)。然而，需要纳入另一考虑。由于开始在逃逸锥外侧的光线在每次反弹后可横向地行进可观的距离，这可能导致像素的“冲刷(washing out)”，并可能产生显示像素之间的“串扰(cross
‑
talk)”，减少清晰度且最后也减少对比度。因此，在某些示例性实施例中，间隔物层202的最佳厚度是刚好够大以达到最大效率，但不会更大。
65.在底部发射oled显示器的某些示例性实施例中，相比没有锥形反射器210的阵列208的底部发射oled显示器而言，外部效率的增加为约60％。在顶部发射oled显示器的某些示例性实施例中，相比没有锥形反射器210的阵列208的顶部发射oled显示器而言，外部效率的增加为约100％。实际上所达成的改善依oled 304的序列和组成，和oled的波导特性和
发光偶极分子的辐射动态之间产生的相互影响而定，可能还包括可被用以增加oled显示器中的光输出的空腔效应。
66.tir条件的解释
67.在分别具有折射率n1和n2的任两种不相似的透明材料(诸如空气和玻璃)的边界处，从较高折射率的材料的方向入射到边界上的光线，如果其与表面法线成高于临界角θ
c
的角度入射于边界处，则将于边界处体验到100％反射而无法离开进入较低折射率材料中。所述临界角由sin(θ
c
)＝n1/n2所限定。
68.能够逃离较高折射率材料而不在其中受到tir的全部光线将躺在具有圆锥角2θ
c
的锥形内。此锥形被称为逃逸锥且以下将连同图7b论述。
69.能显示出对于具有任意折射率的层的任何顺序而言，临界角θ
c
和逃逸锥219乃通过光线起源的层的折射率、和其逃逸所到的层或介质的折射率所限定。因此，抗反射涂层无法被用来修改tir条件且无法被用以通过克服tir条件来辅助光提取。
70.对于具有进入半球中且对于任何角度有相同强度的等向发射的点光源而言，能够逃离来源材料的光量等于逃逸锥219的立体角的比例，给定为2π(1
‑
cos(θ
c
))，而半球(2π)的完整立体角等于1
‑
cos(θ
c
)。以折射率n2＝1.76的oled材料和具有折射率n1＝1.0的空气作为示例，其临界角为θ
c
＝arcsin(1/1.76)＝34.62
°
。
71.对于在所述oled材料顶上有任何顺序的不同材料层而言，将离开进入空气中的光量(即，相比光输入的光输出)等于1
‑
cos(34.62
°
)＝17.7％。此称为外部光提取效率le。此结果假设所述oled是等向发射器，但基于此假设对光提取效率的估计非常接近由更严谨的分析所获得的真正结果与实作中所观察者。
72.锥形反射器形状考虑
73.图6a是包括至少一个弯曲侧表面216的示例性锥形反射器210的侧面图。图6b是包括至少一个分段平坦侧表面216的另一锥形反射器210的实施例的侧面图。在某些示例性实施例中，一个或多个侧表面216能由单一弯曲表面所限定，例如圆柱形、拋物线、双曲线或任何除平面以外的其他形状，只要锥形反射器210在第二表面214处比第一表面212处更宽。在一个实施例中，锥形反射器210是旋转对称的而因此包括单一侧面216。
74.尽管非严格要求，如果对于通过锥形反射器210的第一表面212进入所述锥形反射器的光的任何可能起源点，都于所述锥形反射器的侧表面216上任意点处观察到tir条件，则所述发光设备的效能为优化。图7a是对于用于侧表面216的示例复合表面形状的z坐标对x坐标(相对单位)的绘图，所述示例复合表面形状乃利用简单的数值模型所计算。z轴和x轴代表在其单独的方向中经标准化(normalized)的长度。起源于oled 304并穿过间隔物层202的光经假设从[
‑
1,0]到[1,0]在x方向中延伸，而有另一侧面216开始于[
‑
1,0]位置但没显示在图7a的绘图中。侧面216的形状经计算使得起源于[
‑
1,0]的光线一定与表面法线成恰好45
°
入射在表面上。起源于z＝0而x在
‑
1与1之间的任何其他光线将比起源于[
‑
1,0]的光线具有在侧面216上的较高入射角。
[0075]
如果锥形反射器210的高度hp使得由oled 304发射而直接离开到透明层306中的光线全部在逃逸锥219内，发光设备的效能能经进一步改善，如图7b的示意图中所示。图7b包括由锥形反射器210的第二表面214限定的平面tp。当锥形反射器210的第二表面214完全在限定逃逸锥219的界限的线219l内(即，与其没有相交)时，所述条件经符合。逃逸锥线
219l起源于第一表面212的边缘212e并相对于第二表面214成临界角θ
c
与平面tp相交，其中θ
c
的值由所述锥形反射器材料的折射率n
p
与空气的折射率n
a
限定成sin(θ
c
)＝n
a
/n
p
。
[0076]
在一般情况中，存在有锥形反射器210的最佳高度hp，其依oled 304的几何(其大小与其中间的间隔)和锥形反射器210的折射率n
p
而定。如果高度hp太小，从oled 304发射而落于锥形反射器210的侧表面216处的全部光线将遭受tir，但一些光线将直接到第二表面214而以大于临界角的角度入射于其上，而因此将在所述显示器中与空气的第一界限处受困。如果高度hp太大，直接到第二表面214的全部光线将在逃逸锥219内，但落在侧表面216上的一些光线将在用于侧表面的逃逸锥内而因此离开这些侧表面。在某些示例性实施例中，锥形反射器hp的最佳高度hp典型在(0.5)wb与2wt之间，更典型地在wb与wt之间。另外在一个实施例中，侧壁216的区域性斜坡能在约2
°
与50
°
之间，或甚到在约10
°
与45
°
之间。在某些示例性实施例中，第一表面212的宽度wb、第二表面214的宽度wt和每个锥形反射器210的高度hp对彼此的比例是在约1:2:1.4与1:2:1.8之间。例如，每个锥形反射器210可具有28x28μm的第一表面212、56x56μm的第二表面214和42μm的高度。
[0077]
锥形反射器阵列
[0078]
如上述，多个锥形反射器210限定一个锥形反射器阵列208。锥形反射器210的第一表面212与oled 304的发射表面重叠且光学耦接。由于锥形反射器210的第二表面214大于第一表面212，在示例中(见图4)所述第二表面经重设大小以实质上覆盖透明层306的整个第一表面308，或所采用的特定制造技术所允许的尽可能接近者。
[0079]
示例oled显示器300可设想为具有在间隔物层202的紧接上方的固体材料层，其具有的厚度等于锥形反射器210的高度hp，并有交叉的v形槽间隔220的矩形网格被切入所述固体材料层中。此结构能通过原件(master)复制工具经微复制在具有适当树脂或光固化(photocurable)或热固化材料的层中，所述原件复制工具经配置以限定具有三角形截面棱线的矩形网格。例如，能通过先钻石加工看起来确实类似所述锥形反射器阵列的图案，接着通过复制出逆图案来做出原件，来制造出这种工具。所述原件能为持久性而经金属化。
[0080]
如果每个锥形反射器的第二表面214是第一表面212的两倍大，而锥形反射器的高度hp是底表面的宽度的1.5倍，并且侧壁是平的，则侧表面216的倾斜角θ是arctan(1/3)＝18.4
°
。制造具有此倾斜角的锥形反射器210或锥形反射器210的阵列208是在钻石加工技术的能力范围内。
[0081]
如果这些v形槽的底部更圆，则对相同倾斜角θ而言，锥形反射器210的高度hp能小于第一表面212的大小(尺寸)的1.5倍。对于oled显示器300的不同配置方式或是用于制造复制用原件的不同技术而言，可在锥形反射器的几何上套用不同限制条件。
[0082]
如解释于上的，为了形成锥形反射器210的周期性阵列208，复制工具或模具是所述结构的复制阴模，可被认为是截头的凹部或“碗型”的阵列。当使用此工具以形成锥形反射器阵列208时，当所述工具被压入层液体或可模制复制材料中时，优选地要避免将空气困滞在这些碗型中。要避免这种空气困滞的一种技巧是将复制工具或模具制造成完整的(而非截棱锥体)碗型的阵列。这种情况中，能通过复制材料层的厚度来控制锥形反射器的高度。所述工具被压在复制材料中直到接触透明层306为止。气袋将被刻意留在每个经复制锥形反射器上方。能留心以避免锥形反射器的顶部被表面张力造成圆形。
[0083]
本文中公开的改良发光设备和方法完全仰赖光反射而非光散射。因此，oled的反
射性阴极所反射的环境光偏振在反射后不变，此表示这作法完美地兼容于圆形偏光器的使用。另外，反射中没有雾而因此没有减少显示对比度比例，减少显示对比度比例是几乎全部其他利用散射技术来改善光提取的作法的问题特征。
[0084]
树脂锥形反射器
[0085]
如上述，在一个实施例中能利用树脂来形成锥形反射器210的阵列208，因为树脂适合模制工艺和类似的大量复制技术。当利用树脂形成阵列208时，优选地透明层306的边缘为无树脂，使得其能被玻璃料涂布以得到边缘密封。此外，优选地所述树脂能活过典型用于制造触碰传感器的150℃处理温度。另外，优选地所述树脂在操作温度范围内没有展现(或展现极低的)放气，至少是对oled材料而言最不利的类型，即，氧和水。
[0086]
用于锥形反射器之间的间隔的材料
[0087]
如上述，锥形反射器210的阵列208与间隔物层202限定了充满介质的局限间隔220，所述介质具有折射率n
s
。在某些示例性实施例中，局限间隔220充满空气，其具有的折射率n
s
＝n
a
＝1。在其他实施例中，间隔220能充满固体材料。一般而言优选地间隔220内的介质具有尽可能低的折射率使逃逸锥219维持尽可能地大。
[0088]
为了达成最佳的可能光提取益处，优选地所述填充材料的折射率n
s
为1.2或更小。具有如此低折射率的材料示例是气凝胶，其为多孔的有机或无机基质，充满空气或其他适当的干燥无氧气体。基于二氧化硅的气凝胶也能用于吸收任何残留水污染的额外任务，增加oled材料的寿命。如果构成每个锥形反射器210的主体215的材料具有折射率n
p
为1.7而气凝胶的折射率是1.2，则临界角θ
c
将是约45
°
，其为可接受的临界角。
[0089]
锥形反射器修改
[0090]
能以数种方式修改锥形反射器210以增强整体光提取效率。例如，在一个实施例中侧表面216能包括反射性涂层。这种配置方式允许实质上任何透明材料用以填充间隔220，因为锥形反射器210不再利用tir操作。
[0091]
图8a是用于锥形反射器210的示例性六角形的俯视图。此例中，每个锥形反射器210包括六角形的第一表面212和从第一表面212延伸到六角形的第二表面的六个侧表面216。图8a中的虚线代表锥形反射器阵列中相邻锥形反射器210的侧表面216。
[0092]
图8b是用于锥形反射器210的示例性三角形的俯视图。此例中，每个锥形反射器210包括三角形的第一表面212和从第一表面212延伸到三角形的第二表面的三个侧表面216。图8b中的虚线代表锥形反射器阵列中相邻锥形反射器210的侧表面216。
[0093]
运用oled显示器的电子装置
[0094]
本文中公开的oled显示器能针对多种应用所使用，例如在运用显示器的消费者或商业电子装置中。示例电子装置包括计算机监视器、自动柜员机(atm)和便携式电子装置(包括，例如，移动电话、个人媒体播放器和平板/膝上型计算机)。其他电子装置包括车用显示器、家电显示器、机械显示器等。在不同实施例中，电子装置能包括消费者电子装置，诸如智能电话、平板/膝上型计算机、个人计算机、计算机显示器、超薄笔电(ultrabook)、电视和照相机。
[0095]
图9a是一般化电子装置340的示意图，所述电子装置包括如本文中公开的oled显示器300。一般化电子装置340也包括电连接到oled显示器300的控制电子部件350。控制电子部件350能包括内存352、处理器354和芯片组356。控制电子部件350也能包括其他已知部
件，这些已知部件为了易于说明而未显示。
[0096]
图9b是以膝上型计算机的形式的示例电子装置340的正视图。所述膝上型计算机包括如本文中公开的oled显示器300。图9c是以智能电话的形式的示例电子装置340的前视图。所述智能型电包括如本文中公开的oled显示器300。
[0097]
本领域的技术人员将显而易见，在不背离本公开内容的精神与范围的情况下，可对本公开内容的实施例做出不同修改和变化。因此，本公开内容意图涵盖这种修改与变化，只要它们属于所附权利要求和其等同物的范围内。