发光器件及显示系统的制作方法

本发明涉及用于发光显示器件的层结构，例如用于提供增强的轴上发光的量子点发光二极管(qled)显示器件或有机发光二极管(oled)显示器件。

背景技术：

在(doi:1010.1038/nphoton.2015.36)中描述了一种传统的发光显示设备。为了实现从显示设备中的红、绿和蓝像素中的每一个像素中最佳地提取光，需要不同的总像素厚度来优化由布置在两个半反射或全反射电极之间的发射层所形成的微腔。

图1为描绘这种发光器件的示例性表示的图。作为结构概述，发光器件100形成在基板101上，并且包括阳极102和阴极107，以及包含发射红色14、绿色15或蓝色16波长光的材料的发光或发射层105。在光发射层105中，光是通过电子和空穴复合产生光以产生参考光，并且发射层在各个区域中的组成不同以发射来自红色11、绿色12和蓝色13像素、亚像素或类似颜色区域的不同波长的光。发射层105可以是无机或有机半导体层，或者是量子点(qd)层。至少一个空穴传输层，如示例中的层103和104，位于发射层105和阳极102之间，其提供来自阳极的空穴的传输以及将空穴注入到发射层中。类似地，至少一个电子传输层，在该示例中分别对应于每个像素11、12和13的层106、108和109，位于阴极107和发射层105之间，其提供来自阴极的电子的传输以及将电子注入发射层。对应于每个红11、绿12和蓝13像素，电子传输层106、108和109的厚度不同，以优化微腔效应并增强给定波长的光的提取。为了这种优化，蓝色像素13具有最薄的电子传输层109，因为蓝光16具有最短的波长。相应地，红色像素11具有最厚的电子传输层106，因为红光14具有最长波长，绿色像素12的电子传输层108的厚度介于层106和层109的厚度之间，因为绿光15具有红光14和蓝光16之间的中间波长。

这种设计的一个显著缺点是，每个像素必须具有不同厚度的电子传输层，从而需要图案化多个功能层。作为电荷输运层(例如电子或空穴输运层)的功能层的图案化形成了一个复杂的过程，使得光发射优化相对昂贵且难以实现。

通过识别和进一步利用这种薄层中存在的腔效应，可以进一步增强从有机发光二极管(oled)和量子点发光二极管(qled)像素中提取光和控制光的角度分布。例如，us2006/0158098(raychaudhuri等人，2006年7月20日公布)描述了一种顶部发光结构，us9583727(cho等人，2017年2月28日授权)和us8471268(moon等人，2013年6月22日授权)描述了一种oled和qled结构，在反射区域之间有发光区域，其中一个是部分发射的。此外，还存在提高此类腔的亮度的方法。例如，us2015/0084012(kim等人，2015年3月26日公布)描述了在oled结构中使用色散层，us8894243(cho等人，2014年11月25日授权)描述了使用微结构散射来提高效率，us2015/0340410(hack等人，2015年11月26日公布)和us2017/0207281(hack等人，2017年7月20日公布)描述了具有不同光路长度的oled颜色像素，但未给出制造细节。

us8536781(lee等人，2013年9月17日授权)和相关的非专利文献(doi:10.3938/jkps.55.501)描述了应用于标准oled单元顶部的附加层，其目的是增强入射光的吸收以提高显示器的对比度。us8536781必须具有顶部抗反射涂层，并且对于所有红、绿和蓝像素，附加层必须是均匀的，因为目的是优化入射光的吸收，入射光在所有像素上均匀。us8368727(smith等人，2013年2月5日授权)描述了具有多个像素组的显示设备，其中，每个像素组包括具有针对视角响应的第一类亮度的第一像素和具有针对视角响应的第二类亮度的第二像素，以及用于驱动像素组以使得显示器能够具有宽视角公共模式和窄视角私有模式的控制器。

如上所述的发光器件的传统设计通过改变oled或qled的功能层的厚度来优化提取的光。然而，如上所述，作为电荷传输层(例如，电子或空穴传输层)的功能层的图案化构成一个复杂的处理过程，使得光发射优化相对昂贵且难以实现。特别是，当优化功能层厚度时，改变功能层的厚度会导致层的光学性质和电子性质发生冲突。例如，红色像素的较厚电子传输层优选用于光学提取，如参考图1(层106)所示，但这可导致由该层呈现的串联电阻增加。此外，为了给不同颜色像素提供不同厚度的功能层图案化需要某种形式的掩蔽或蚀刻，这会对功能层的电子特性产生不利影响，并增加制造成本和复杂性。因此，传统配置在保持其它最佳装置特性(例如，电子特性和适当的视角控制)的同时，没有以有效制造的方式优化光的提取和发射。

技术实现要素：

本发明提供一种用于发射装置的层结构，特别是用于提供增强的轴上发光的量子点发光二极管(qled)显示装置或有机发光二极管(oled)显示装置。本发明在如图1所述的传统qled或qled像素上使用一个或多个附加层，来优化提取效率和角光分布，同时允许在不需要对多个功能层进行额外处理的情况下使功能层作为所述装置的电子特性的优选。

特别地，本发明的实施例包括附加的基本透明区域和设置在功能性电荷传输和发射层的顶部上的半反射层。通过优化所述基本透明区域的厚度，可以最大化在特定方向发射的光，因为所述透明区域和所述半反射层形成空腔效应，光的发射方向取决于发射光线的总路径长度。对于每一个红色、绿色和蓝色发光像素，所述基本透明区域的厚度可以改变或不同，以便针对光发射的每种发光颜色分别优化光提取。用于这种透明区域的典型材料，例如sio2、氧化铟锡(ito)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或su-8光刻胶是稳健的并且易于通过标准制造方法进行加工。因此，可以进行所述透明区域的简单处理以获得最佳厚度，同时避免所述多个功能层的更复杂及潜在有害的处理。

因此，本发明的一个方面是具有增强的定向光发射的增强型发光器件，特别是增强轴上发光。在示例性实施例中，发光器件包括层结构，该层结构从非发光侧包括：第一电极层；第一电荷传输层；发射层；第二电荷传输层；第二电极层；光学透明层；及半透射半反射层。所述发光器件包括多个区域，每个区域发射不同波长的光，例如红色、绿色和蓝色发光区域。所述光学透明层存在于所述多个区域中的至少一个区域中。所述光学透明层存在于所述多个区域中的多于一个区域中，所述光学透明层的厚度在所述多个区域的至少两个区域中不相同，和/或所述光学透明层在所述多个区域的每个区域中厚度不相同。所述发光器件还包括设置于所述半透射半反射层上的散射层，所述散射层散射所发射的光，所述散射层可在散射光的散射模式和不散射光的非散射模式之间切换以允许不同的视角显示模式。

本发明的另一方面为显示系统，包括根据任一实施例的发光器件的阵列，以及被配置为接收输入图像并驱动所述发光器件的阵列产生输出图像的图像控制单元。在示例性实施例中，所述散射层在每个区域中可在在散射模式和非散射模式之间切换，以能够产生散射层的多个不同图案。当所述显示系统的所述发光器件包括可切换的散射层时，图像控制单元被配置为对所述散射层图案化，使得所述多个区域中的第一组区域具有针对视角响应的第一亮度，所述多个区域中的第二组区域具有针对视角响应的第二亮度，所述第一亮度和所述第二亮度针对视角的响应不相同。所述第一亮度针对视角的响应为窄视角模式，所述第二亮度针对视角的反应为相对所述窄视角模式的宽视角模式。所述显示系统还包括存储对应于多个散射层图案的查找表的存储器，并且图像控制单元被配置成从多个散射层图案中的查找表获得预定图案。

为了实现前述和相关目的，本发明则包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅指示可以采用本发明的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，根据本发明的以下详细描述，本发明的其他目的，优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

图1为描绘用于发光器件的传统的层结构的图，其示出了具有不同的电子传输层(etl)厚度以优化光提取的三个像素。

图2为将发光器件的传统层结构(左侧)与根据本发明实施例的包括沉积在传统层之上的附加层的发光器件的示例性层结构(右侧)进行比较的图。

图3为示出根据本发明实施例的具有增强层结构的发光器件的图。

图4为描绘使用与图3类似的增强的垂直于层结构(名义上为“轴上”)的光的提取的图。

图5为描绘了与传统的发光器件的光发射相比,使用图3与图4中示出的层结构的发光器件的光发射角度对光发射的相关性的图。

图6为描绘根据本发明的示例性实施例的具有针对红色、绿色和蓝色发光而优化的层结构的发光器件的图。

图7为描绘根据本发明另一示例性实施例具有包含红色、绿色和蓝色量子点的混合物的发射层的层结构的发光器件的图。

图8为描绘具有与图6的层结构相当的附加用于散射发射的光的顶部散射层的层结构的示例性发光器件的图。

图9为描绘示例性oled或qled显示装置中的像素的平面图的图，其示出了使用图案化散射层的示例。

图10为描绘根据本发明的实施例的示例性显示系统的框图。

图11为示出可以用作可切换散射装置的示例性视角控制lcd的示意图，包括在窄视角模式下的光学性能。

图12为描绘图11所示的示例性视角控制lcd的示意图，并示出了在宽视角模式下的光学性能。

图13为描绘使用可切换散射装置的han构造的非对称视角控制的图。

主要元件符号说明

示例性显示系统10

红色像素11

绿色像素12

蓝色像素13

红色波长光14

绿色波长光15

蓝色波长光16

传统发光器件(左侧)20

本发明揭露的发光器件(右侧)21

示例性视角控制lcd22

红色发光区域61

绿色发光区域62

蓝色发光区域63

红光64

绿光65

蓝光66

红色发光区域71

绿色发光区域72

蓝色发光区域73

红光81

具有第一亮度曲线的红色像素81a

具有第二亮度曲线的红色像素81b

绿光82

具有第一亮度曲线的绿色像素82a

具有第二亮度曲线的绿色像素82b

蓝光83

具有第一亮度曲线的蓝色像素83a

具有第二亮度曲线的蓝色像素83b

发光器件100

基板101

阳极102

空穴传输/注入层103

空穴传输/注入层104

发光或发射层105

电子传输层106

阴极107

电子传输层108

电子传输层109

第一电极201

功能层202

半反射第二电极203

透明区域204

半反射层205

发光器件300

基板301

第一电极层302

空穴注入层303

空穴传输层304

发射层305

电子传输层306

第二电极层307

光学透明层308

半反射层309

蓝光发射曲线401

绿光发射曲线402

红光发射曲线403

示例性发光器件600

第一电极层601

功能层602

空穴传输层602a

发射层602b

电子传输层602c

第二电极层603

透明层604

半反射层605

透明层606

透明层607

玻璃基板610

示例性发光器件700

第一电极层701

功能层702

空穴传输层702a

发射层702b

电子传输层702c

第二电极层703

透明层704

半反射层705

透明层706

透明层707

红色过滤层708

绿色过滤层709

蓝色过滤层710

玻璃基板720

示例性发光器件800

散射层806

图像控制单元1000

输入图像1001

输出图像1002

存储器1003

查找表1004

发光器件阵列1005

后偏光片1101

第二电极基板1102

第二配向层1103

液晶lc层1104

第一lc配向层1105

第一电极基板1106

前偏光片1107

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中，相同的附图标记始终用于表示相同的元件。可以理解的是，附图不一定按比例绘制。

本发明提供一种用于发光器件，特别是用于量子点发光二极管(qled)显示装置或有机发光二极管(oled)显示装置的层结构，其提供增强的轴上发光。本发明在如图1所述传统qled或oled像素的上使用一个或多个附加层，来优化提取效率和角度光分布，同时允许在不需要对多个功能层进行额外处理的情况下使所述功能层作为所述装置的电子特性的优选。

特别地，本发明的实施例包括附加的基本透明区域和设置在功能性电荷传输和发射层的顶部上的半反射层。通过优化所述基本透明区域的厚度，可以最大化在特定方向发射的光，因为所述透明区域和所述半反射层形成空腔效应，光的发射方向取决于发射光线的总路径长度。对于每一个红光、绿光和蓝光发射像素，所述基本透明区域的厚度可以改变或不同，以便针对光发射的每种发光颜色分别优化光提取。用于这种透明区域的典型材料，例如sio2、氧化铟锡(ito)是稳健的并且易于通过标准制造方法进行加工。因此，可以进行所述透明区域的简单处理以获得最佳厚度，同时避免对所述多个功能层的更复杂及潜在有害的处理。

图2为将发光器件20的传统层结构(左侧)与根据本发明实施例的包括沉积在传统层之上的附加层的发光器件21的示例性层结构(右侧)进行比较的图。图2中对传统发光器件20的描述实际为对图1中所示装置的简化描述。发光器件20的传统层叠构包括第一反射电极201和半反射第二电极203。所述第一反射电极201可以是阳极，所述半反射第二电极203可以是阴极。功能层202设置在所述第一电极201和第二电极203之间，其中包括如先前关于图1详细说明的发射层、电子传输层和空穴传输层。

增强型发光器件21的层结构包括附加透明区域204和沉积在所述第二电极203(例如阴极)顶部的附加半反射层205。在这种结构中，通过优化基本透明区域204的厚度，半反射阴极203和半反射层205可以移动到由发射层中的电子和空穴的复合产生的电磁场的节点处。以此方式，功能层对离开器件的所产生的光的反射被最小化，并且光从器件中的提取被最大化。特别地，由于所述透明区域204和半反射层205的添加形成空腔效应，在特定方向(例如轴上上)发射的光可以最大化，并且光的发射方向取决于发射光线的总路径长度。

具有这种层结构的量子点发光器件(qled)与传统配置相比至少具有以下重要优势：

1.增强的层结构在功能层形成后沉积，因此可以在功能层就位后优化光发射的提取和调整光发射分布，从而允许独立优化所述发光器件的电学和光学特性。

2.当在所有角度上积分时，提取的光的绝对大小通常保持不变，但是增强的层结构允许提取的光重新分布到大部分垂直于层叠构(名义上为轴上)。这种角度重分布除了在波光学区域(近场)中是不可能的，因此在远场中对层进行额外的光整形、透镜化和其他处理不能达到这种效果。

3.在无需对功能层进行图案化的情况下实现发光器件的总的腔的厚度的差异，而是通过图案化(例如，通过选择性蚀刻或沉积)稳健的透明层204(例如，sio2或ito)来实现。这是有益的，因为功能层通常对化学处理非常敏感，因此这些功能层上的图案化处理可以显著影响装置性能。然而，可以选择对这种处理稳健的透明层以防止损坏沉积有透明层的功能层。

4.透明层204还可具有防潮和/或防氧气进入的屏障的功能，从而保护qled免受湿气或氧气的损坏，因此除了与提取光相关的有益效果之外，还改善qled的寿命。

图3为示出根据本发明实施例的具有增强层结构的发光器件的图。图3详细描述了发光器件的各个电极和功能层，并且可以通过例如但不限于旋涂、喷墨打印、夹缝式挤压型涂布或例如但不限于溅射、热蒸镀或电子束蒸镀的蒸镀方法来依次制备。发光器件300的各个层从非发光侧可以包括以下层：

·基板，例如玻璃(301)；

·第一电极层作为后反射片，例如银(302)；

·空穴注入层，例如聚(3,4-乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(pedot：pss)(303)；

·空穴传输层，例如聚(9,9-二辛基芴-alt-n-(4-仲丁基苯基-二苯胺)(tfb)(304)

·发射层，例如量子点层，例如cdse/zns(305)；

·电子传输层，例如zno(306)；

·第二电极层，薄的半透明或半反射的层，例如银(307)；

·光学透明层，例如sio2或ito，取决于光学透明层是导电的还是绝缘的(308)；和

·薄的半透明或半反射层，例如银(309)。

应当理解，其他合适的材料可以用于各个层，只要实现参考的性能即可。如果顶层309用作接触电极，则所述光学透明层导电是所需的。此外，有利的是，如果光学透明层导电，则施加到第二电极的电压可以通过该层传导。这是有利的，因为所述第二电极层是相对较厚的层，因此在平行于该层的平面的且该层内的电流的流动可以具有较小的电阻。为了简单起见，相反地，光学透明层308可选为绝缘的。

在图3的示例性层结构中，光学透明层308被选择为特定的厚度，以优化从装置的给定波长发射区域(例如红光、绿光或蓝光)提取的光。参照功能层303-306的给定厚度来选择光学透明层308的厚度，以最小化半反射层307和309中存在的电磁场10的大小，从而增强垂直于所述装置的层的轴上光提取。

图4为描绘使用与图3类似的增强的垂直于层结构(名义上为“轴上”)的光提取的图。因此，图4示出与当不存在光学透明层308时相比，存在光学透明层308且具有一定厚度时垂直于层叠构(在轴上)发射的光的提取的相对增强量。在本示例中，光学透明层由sio2形成，并且所述增强量为sio2厚度和三种不同波长的光的函数，包括红光(630nm)、绿光(520nm)和蓝光(470nm)。在每一红光、绿光和蓝光发射中，所述发光器件的整体结构是类似的，但在发射层中用不同类型的量子点产生从器件的不同区域发出的不同波长的光发射。在本示例中，图4使用以下厚度和材料作为所述功能层(可沉积在玻璃基板上，如图3的层301)：

·100nm银(302)；

·48nmpedot：pss(303)；

·33nmtfb(304)；

·20nmcdse/znsqds(305)；

·40nmzno(306)；

·8nm银(307)

·sio2的可变厚度在0-200nm之间(308)；以及

·8nm银(309)。

图4中的线401,402和403分别示出了蓝光401、绿光402及红光403的光发射作为透明层厚度的函数的轴上发射的增强量。通过增加透明层和附加的顶反射器，绿光的轴上光强度提高了十一倍。这些特殊层厚度的增强对红光403(三倍增强因子)和蓝光401(七倍增强因子)较低，但相对增强可以通过改变所述功能层的总厚度来改变，例如通过改变电子传输层的厚度使其对于不同的波长发射是不均匀的。更具体地，本示例包括40nmzno的电子传输层(etl)306，当在整个装置上均匀分布时，对绿光具有最大的增强，而对红光和蓝光则具有降级的增强。可变更地，30nmzno均匀etl可以用于最大化增强蓝色光发射，相比于红色和绿色光发射，或者60nmzno均匀etl可以用于最大化增强的红光发射，相比于绿色和蓝色光发射。

图5为描绘了与传统的发光器件的光发射相比,使用图3与图4中示出的层结构的发光器件的光发射角度对光发射的相关性的图。图5特别描绘了具有和不具有透明层的优化厚度的用于红光发射的发光器件的发射角分布。在如图4所示的透明层的优化厚度(红光约187nm，绿光约113nm，和蓝光约86nm)下观察到绿光和蓝光的相当的效果。

图5示出了附加的透明层308和半反射器309用于改变发射光的角度分布。对于不具有附加透明层308和半反射器309的标准结构，大部分的光以与法线成大约40度的偏轴发射。添加最优化的厚度(对于来自图4的红光，为187nm)的sio2透明层，可以使发射光更加集中轴上向上，从而有效地将轴向发射强度提高了三倍。并且，如图4所示，对于绿色和蓝色波长，在优化的透明层厚度下，对于绿色和蓝色光都观察到了相当的效果。可以对附加透明层308和半反射器309进行图案化，以使第一组颜色像素产生图5的增强的角光分布，而第二组颜色像素与第一组不同，产生如图5所示的常规的角光分布。如下面进一步详细说明的，可以采用这样的图案化来允许不同的视角模式，例如，需要具有离轴发射减少的强轴上观察区域的私有观察模式，以及需要大量离轴发射的公共观察模式，该公共观察模式提供更宽的视角。

作为上述参照图3与图4所述的用于发光器件的更均匀的层结构的替代方案，其中绿色光发射是最优化的，可以通过调节不同颜色发射的区域中的每个区域的透明层厚度来执行对每个红色、绿色和蓝色光发射的更个性化的增强。因此，本发明的一个方面是一种增强的发光器件，其具有增强的定向发光，尤其是增强的轴上发光。在示例性实施例中，发光器件包括层结构，该层结构从非发光侧包括：第一电极层；第一电荷传输层；发射层；第二电荷传输层；第二电极层；光学透明层；以及半透射半反射层。所述发光器件包括多个区域，每个区域发射不同波长的光，例如红色、绿色和蓝色发光区域。所述光学透明层存在于所述多个区域中的至少一个区域中。所述光学透明层可以存在于多个区域中的多于一个区域中，且所述光学透明层的厚度在多个区域中的至少两个区域中不同，且/或所述光学透明层可以存在于多个区域中的每个区域中，并且所述光学透明层的厚度在多个区域中的每一个区域中不同。

根据这些特征，图6是描绘根据本发明的实施例的具有针对红色、绿色和蓝色发光而优化的层结构的示例性的发光器件600的图。图6的示例说明了如何改变光学透明层的厚度才能够补偿所有主动的功能层使用相同的厚度的发光器件。

图6示出了包括红色发光区域61、绿色发光区域62和蓝色发光区域63的层结构。不同的颜色发光区域61,62和63可以对应于不同的像素或子像素。所述发光器件可以包括沉积在玻璃基板610上的层结构，该层结构包括从非发射侧的第一电极层601、功能层602(包括空穴注入和传输层602a、发射层602b和电子传输层602c)和第二电极层603。在示例性实施例中，第一电极层601是阳极，第二电极层603是阴极。不同的颜色区域的发射层在发射层602b中不同的填充来表示，由此发射层内的量子点组成的差异造成不同颜色的发光。第一电极层601和第二电极层603中的至少一个可以被分割，使得电偏压可以独立地施加到不同区域61、62、63。在示例性实施例中，所述第一电极层601在区域61、62和63之间被分割，而所述第二电极层603不在这些区域之间被分割。所述区域61、62和63可以彼此电隔离，使得在区域61、62和63之间存在中断层602a、602b和602c的电绝缘屏障。

不同厚度的光学透明层沉积于所述第二电极层603上。特别地，在红色发光区域61中，最大厚度的透明层604沉积于第二电极层603上；在绿色发光区域62中，中间厚度的透明层606沉积于第二电极层603上；在蓝色发光区域63中，最小厚度的透明层607沉积于第二电极层603上。半反射层605沉积于每一个透明层604,606和607上。光学透明层604,606和607的厚度对于红色像素61、绿色62和蓝色63中的每个像素是不同的，以优化微腔效应并增强给定波长的光的提取。对于这种优化，蓝色像素63具有最薄的光学透明层604，因为蓝光66具有最短波长。相应地，红色像素61具有最厚的光学透明层604，因为红光64具有最长的波长，并且绿色像素62的光学透明层606的厚度介于层604和607的厚度之间，因为绿光65具有红光64和蓝光66之间的中间波长。

在图6的示例中，功能层601-603的厚度对于红色61、绿色62和蓝色63发光区域中的每一个都是相同的，但是透明层704,706和707的厚度分别选择以获得与每个颜色区域的功能层厚度相对应的最佳轴上光提取。参考图4，例如，在示例性实施例中，透明层厚度对应于红色像素61为187nm，对应于绿色像素62为113nm，对应于蓝色像素63为86nm。这种层厚度的分别选择可以通过光学透明材料(例如sio2或ito)的三次连续沉积，或者通过在蒸镀处理中逐渐地关闭像素窗口的遮罩的一次性沉积来实现。不同的厚度也可以通过一次性的sio2或ito沉积后选择性的刻蚀红色区域、绿色区域或蓝色区域达到所需的不同厚度。如上所述，处理所述光学透明层远比选择性蚀刻或图案化所述功能层简单得多，因为sio2、ito和类似的适合于透明层的材料被认为对这种处理具有稳健性，并且对下方的功能层提供良好的保护，而有机功能层通常对化学处理非常敏感。

当区域61、62和63中的层602a不全部是相同的材料或相同的厚度，则可以获得本发明的优点。类似地，如果区域61、62和63中的层602c不全部是相同的材料或相同的厚度，则可以获得本发明的优点。例如，可以选择用于层602a或602c的材料以在区域61,62和63中的发射区域602b中提供适当的电荷注入。

图7为描绘根据本发明另一示例性实施例具有包含红色、绿色和蓝色量子点的混合物的发射层的发光器件700的图。图7的示例说明了如何改变光学透明层的厚度才能够补偿所有主动的功能层使用相同的厚度的发光器件。在图7的示例中，光学透明层可以基本上透射从具有包含混合的发出包括与红，绿和蓝光相对应的波长的光的量子点的发光器件发出的光，。然后可以使用彩色滤光层以将从量子点发射的光向观察者的发射限制为对应的不同颜色区域(例如，像素或子像素)中的特定颜色。

根据这些特征，图7示出了包括红色发光区域71、绿色发光区域72和蓝色发光区域73的层结构。不同的颜色区域71,72和73可以对应于不同的像素或子像素。所述发光器件包括沉积在玻璃基板720上的层结构，该层结构包括从非发射侧的第一电极层701、功能层702(包括空穴注入和传输层702a、发射层702b和电子传输层702c)和第二电极层703。在示例性实施例中，第一电极层701是阳极，第二电极层703是阴极。如上所述，在本示例中，所述发射层的发出的光为在所有区域71,72和73中具有基本相同的红光、绿光和蓝光的混合光，因为发射层含有发射对应于红光、绿光和蓝光的波长的量子点的混合光(在发射层702b中由不同粒径表示)。

不同厚度的光学透明层沉积于第二电极层703上。特别地，与前述实施例类似，在红色发光区域71中，最大厚度的透明层704沉积于第二电极层703上；在绿色发光区域72中，中间厚度的透明层706沉积于第二电极层703上；在蓝色发光区域73中，最小厚度的透明层707沉积于第二电极层703上。半反射层705沉积于每一个透明层704,706和707上。在本示例中，由于所述发射层在所有区域71,72和73中基本上具有相同的红光、绿光和蓝光的混合光，附加过滤层708(红色)、709(绿色)，和710(蓝色)可沉积在每个区域的顶部以去掉除给定区域(例如像素或亚像素)的预期颜色以外的任何其他颜色的光。过滤层708,709和710可以是吸收过滤层和/或是反射过滤层。本实施例通过从不同的颜色区域滤除不同颜色的光降低了整体显示效率，但通过具有跨越颜色区域的公共发射和电荷传输层，显著地简化了发光器件的可制造性。

与前述实施例类似，在图7的示例中，功能层701-703的厚度对于红色71，绿色72和蓝色73发光区域中的每一个都是相同的，但是透明层604,606和607的厚度分别选择以获得与每个颜色区域的功能层厚度相对应的最佳轴上光提取。再次参考图4，例如，在示例性实施例中，透明层厚度对应于红色像素61为187nm，对应于绿色像素62为113nm，对应于蓝色像素63为86nm。分别选择层厚度可以通过对光学透明材料(例如sio2或ito)的任何适当处理。如上所述，处理所述光学透明层远比选择性蚀刻或图案化所述功能层简单得多，因为sio2、ito和类似的适合于透明层的材料被认为对这种处理具有稳健性，并且对下方的功能层提供良好的保护，而有机功能层通常对化学处理非常敏感。

图8为描绘具有与图6的层结构相当的附加用于散射所发射的光的顶部散射层806层结构的示例性发光器件800的图。因此，在图6中，相似的部件用相似的附图标记表示，并且相似的部件在两个实施例中起相当的作用。散射层806用于将红光散射为从红色发光区域61发射的散射红光81，用于将绿光散射为从绿色发光区域62发射的散射绿光82；以及用于将蓝光散射为从蓝色发光区域63发射的散射蓝光83。在每个像素顶部添加散射层806，使发射分布对于每个像素基本上呈朗伯型(lambertian)且相同，而不是仅在轴上具有强发射。散射层806可以被配置用于除了朗伯型之外的发射分布，这取决于给定应用所需的最佳发射分布。这导致在显示器上没有显示颜色随观察角度的变化，这通常是发光显示器的问题，其中红色、绿色和蓝色的发射分布大体上是不同的。有利地，透明层604和散射层806的组合能以高效率和期望的角度分布提供光发射。之所以能够实现这一点，是因为可以配置透明层604，以使从发射层602b发射并传播到散射层806中的光的总份额较高或最大化(即，光提取效率较高或最大化)，然后散射层806可以被配置为提供具有期望的角度分布的散射光。散射层806可以是衍射元件。衍射元件可以是表面起伏光栅(表面拓扑结构提供衍射)和/或相位光栅。衍射光栅可以使用常规的制造方法如印刷或光刻来制造。

下面在各实施例中描述的是一种发光显示器件，其可以在第一视角响应(例如窄视角观察模式或私有观察模式)和第二视角响应(例如宽视角观看模式或公共观察模式)之间切换。可切换视角实施例的总结如下：

i)图案化的光学透明层和图案化的半透射半反射层可以用于实现具有第一角度相关分布的第一组像素和/或子像素以及具有第二角度相关分布的第二组像素和/或子像素。第一和第二角度相关分布是不同的。第一和第二角度相关分布之间的切换通过图像控制单元如何生成图像的方式来控制。

ii)图案化的不可切换散射层用于实现具有第一角度相关分布的第一组像素和/或子像素和具有第二角度相关分布的第二组像素和/或子像素。第一和第二角度相关分布是不同的。第一和第二角度相关分布之间的切换通过图像控制单元如何生成图像的方式来控制。

iii)非图案化可切换散射层用于在可切换散射层处于第一状态时使所有像素和/或子像素具有第一角度相关分布，在可切换散射层处于第二状态时使所有像素和/或子像素具有第二角度相关分布。第一和第二角度相关分布是不同的。第一和第二角度相关分布之间的切换仅由可切换的散射层控制。

iv)图案化可切换散射层用于在可切换散射层处于第一状态时使所有像素和/或子像素具有第一角度相关分布，在可切换散射层处于第二状态时使所有像素和/或子像素具有第二角度相关分布。第一和第二角度相关分布是不同的。第一和第二角度相关分布之间的切换由图像控制单元如何生成图像的方式控制及/或可切换的散射层控制。

根据任一实施例的包括发光器件的阵列的更宽的显示装置中，散射层806可以被图案化，使得至少存在第一组颜色区域，例如子像素(即，彩色像素)或像素(即形成白色像素的彩色像素的组合)具有散射层806，以及至少第二组颜色区域(例如子像素或与第一组不同的像素)不具有散射层806。或者，散射层806可以被图案化，使得至少存在具有第一散射层806的第一组颜色区域，并且至少存在与具有不同于第一散射层806的第二散射层806的不同于第一组颜色区域的第二组颜色区域。例如，当第一组子像素具有散射层时，第一组内的每个子像素的散射层可以不同，以证明每个子像素发射的不同波长范围。当第二组子像素具有散射层时，第二组内的每个子像素的散射层可以不同，以证明每个子像素发射的不同波长范围。第一和/或第二散射层可以是衍射的。第一散射层和/或第二散射层可以以朗伯型方式散射光，和/或第二散射层可以视角的函数散射光。散射层还可以在散射光的散射模式和不散射光的非散射模式之间切换，以允许不同的视角显示模式，下面进一步详述。

通常，散射层可以被图案化，使得第一组颜色区域(例如，子像素或像素)具有针对视角响应的第一亮度，并且第二组颜色区域(例如，子像素或像素)具有针对视角响应的第二亮度，其中第一和第二亮度对视角的反应是不同的。可以在子像素尺度上图案化散射层806(即，每个彩色像素61、62和63可以具有或可以不具有散射层)，或者可以在像素尺度上图案化散射层806(即，每个由61+62+63彩色子像素组成的白色像素可能有也可能没有散射层。散射层806也可以在包括几个白色像素的比例尺上被图案化(即，每个由61+62+63彩色子像素组成的几个白色像素的相邻组可以具有或可以不具有散射层)。散射层806也可以以条纹图案或棋盘图案被图案化。

图9是描绘发光器件阵列1005的平面图的图，该发光器件阵列1005包括可以结合到示例性oled或qled显示器件中的像素或子像素相对应的发光器件阵列。图9示出了使用图案化的散射层的示例，其可以与图8所示的层结构一起使用。图9的具体示例示出了棋盘布局中在彩色像素(或亚像素)比例上图案化的散射层的平面图。参照图9，颜色像素81a、82a和83a分别对应于具有第一散射功能的红色、绿色和蓝色像素或子像素(即，第一散射功能由“a”指示表示)。颜色像素81b、82b和83b分别对应于具有不同于第一散射函数的第二散射函数的红色、绿色和蓝色像素或子像素(即，第二散射函数由“b”指示表示)。如上所述，可以实现散射层806的其他图案布置。通常，颜色像素81a，82a和83a分别对应于红色，绿色和蓝色像素或子像素15，子像素15分别具有第一角度相关的亮度分布，而颜色像素81b，82b和83b对应于红色，绿色，蓝色像素或子像素分别具有与第一角度相关亮度分布不同的第二角度相关亮度分布。

在图9的描绘中，像素阵列表示较宽的oled或qled显示设备区域的一小空间区域。通过图案化散射层806，oled或qled显示器的视角将取决于如何经由图像控制单元处理图像。在一个示例中，第一组颜色像素(81a、82a、83a)具有散射层，该散射层以朗伯方式散射光(即，第一组像素将光散射成即使在高入射角下也可以观察到的宽视角)。此外，第二组颜色像素(81b、82b、83b)不具有散射层，因此来自这些像素的大部分光如上所述，相对于发光器件结构为轴上发射(即，第二组像素不散射光，因此只观察到少量的离轴角度的光)。

发光器件阵列可被结合于显示系统，该显示系统包括根据任一实施例的发光器件阵列，以及被配置成接收输入图像并驱动发光器件阵列以生成输出图像的图像控制单元。在示例性实施例中，多个区域中的每一个区域的散射层可以在散射模式和非散射模式之间切换，以便能够生成散射层的多个不同图案。当显示系统的发光器件包括可切换的散射层时，图像控制单元可被配置成对散射层进行图案化，使得多个区域的第一组区域具有针对视角响应的第一类亮度，多个区域的第二组区域具有针对视角响应的第二类亮度，并且其中针对视角响应的第一和第二亮度不相同。可变更地，所有区域的散射层可以在散射模式和非散射模式之间切换，由此，与图像显示相关的每个像素或子像素是散射的(即，非图案化可切换散射层切换到散射模式)或未散射的(即，非图案化可切换散射层将散射层转换为非散射模式)。

例如，相对于视角响应的第一亮度可以为窄视角模式，并且相对于视角响应的第二亮度可以为相对于窄视角模式的宽视角模式。显示系统还可以包括存储有对应于多个散射层图案的查找表的存储器，并且图像控制单元被配置成从多个散射层图案中的查找表中获得预定的图案。

根据这些特征，图10是示出根据本发明实施例的示例性显示系统10的框图，其包括图像控制单元1000、可以存储查找表1004的存储器1003和发光器件阵列1005。发光器件阵列1005可包括根据任一实施例的多个红色、绿色和蓝色(rgb)发光器件。如下面进一步详细说明的，图像控制单元1000被配置成接收从输入图像数据导出的输入图像1001。图像控制单元1000依次生成驱动发光器件阵列1005以生成输出图像1002的输出图像数据。

参照图9并结合图10，当期望图像不随视角变化时(例如，公共视角模式)，则可以使用图像控制单元1000来修改常规的输入图像1001，使得输出图像1002仅被送至具有散射层的发光器件阵列1005的第一组像素或区域。当期望图像随视角变化时(例如，主要用于轴上的私有视角模式及/或低功率模式)，则可以使用图像控制单元1000来修改输入图像1001，使得输出图像1002仅被送至具有散射层的发光器件阵列1005的第二组像素或区域。当期望具有最大的轴上亮度的图像时，则可以使用图像控制单元1000来修改输入图像1001，使得输出图像1002被送至具有散射层的发光器件阵列1005的第一组像素或区域及第二组像素或区域，以最大程度地发光。也可以采用上述的各种组合。例如，当期望具有不随视角变化的第一空间区域和不同于第一空间区域的随视角变化的第二空间区域的图像时，图像控制单元1000可以选择性地修改输入图像1001并生成输出图像1002以驱动发光器件阵列1005以实现整个显示设备的空间变化。

为了使图像控制单元1000按照上述控制方法操作，使用散射层806的精确图案细节对图像控制单元1000进行预编程，使得对于每个显示模式第一和第二组的每个子像素或像素区域的对应关系为已知。图像控制单元1000可以从存储在存储器1003中的查找表(lut)1004获取散射层的图案化细节。存储设备1003可以是存储电子数据的任何合适的非暂时性计算机可读介质，例如硬盘驱动器，闪存驱动器，ram存储器或其他合适的计算机存储设备。图像控制单元1000有效地耦合到第一和第二组子像素或像素，其中图像控制单元被配置成驱动每一组子像素或像素区域。图像控制单元可以驱动每一组子像素或像素，使得一般子像素或像素组同时为输出图像的区域提供预定的轴上亮度和预定的离轴亮度。

作为进一步的例子，参考图2、3、5、6、7、8和9所示，附加的透明层(204、308、604、606、607、704、706和707)和相应的反射层(205、309、605和708)可以被图案化，以使发光器件阵列1005中的第一组颜色像素或像素(81a，82a，83a)可以具有如图5所示的增强结构的增强的角度相关分布，以及不同于第一组颜色像素或像素(81a，82a，83a)的第二组像素颜色像素会产生如图5所示的标准结构所示的标准的角度相关分布。在这种变体中，可以使用图像控制单元1000结合查找表1004以调整输入图像1001，从而以预定模式将图像输出到第一和/或第二组彩色像素或像素区域，以从显示设备来实现期望的视角响应。如果需要宽视角角度响应，可使用图像控制单元1000结合查找表1004以调整输入图像1001，以使仅寻址第一组颜色像素(81a、82a、83a)和/或第二组颜色像素(81b、82b、83b)。如果需要窄视角响应，可使用图像控制单元1000结合查找表1004以调整输入图像1001，以使仅寻址第一组颜色像素(81a、82a、83a)。可变更地，如果需要窄视角响应，可使用图像控制单元1000结合查找表1004以调整输入图像1001，使得第一组颜色像素(81a、82a、83a)和第二组颜色像素(81b、82b、83b)都被寻址。图像控制单元执行的图像处理功能对于宽视角模式、窄视角模式和变更的窄视角模式可以是不同的。

在示例性实施例中，散射层，例如散射层806，可以是可切换的散射层，以实现对上述图案的控制，其中每个区域中的散射层(例如，像素或子像素)可以在散射模式和透射模式之间被电性主动地改变，以满足显示的私有(窄角度)或公共(宽角度)视角模式。例如，可切换散射层可以是液晶单元器件(可切换lcd)内的可切换液晶层。在2018年5月16日提交的申请号为15/981,022的待审查申请案中描述了这种可切换液晶单元，该申请案的内容通过引用合并于此。

作为一个可切换的lcd散射层的示例，图11为描绘示例性视角控制lcd22并示出了在窄视角模式(模式1)下的光学性能的示意图。图12为描绘图11的示例性视角控制lcd并示出了在宽视角模式下的光学性能的示意图。通常，可切换视角控制lcd22可包括从观看侧按以下顺序排列的以下组件：前偏光片1107，第一电极基板1106，第一lc配向层1105，可切换液晶lc层1104，第二配向层1103，第二电极基板1102和后偏光片1101。在本实施例中，偏光片(用“t”表示)的传输轴为第一方向(例如，在示例图页中)。

参照图11和模式1(窄角视图)，示例性偏振光束c1和c2从包括偏振光源的非观看侧组件处发射。光束c1和c2在第一方向上偏振，并且光束c3在不同于第一方向的第二方向上偏振。光束c1和c3是在轴上光束，光束c2是离轴光束。在模式1中，可切换lc层1104处于不散射地通过光的第一状态，即非散射状态。利用所指示的偏振，在第二方向(c3)上偏振的光是不期望的偏振光，因此被后偏光片1101阻挡(或如果存在反射偏光片则反射)。在第一方向偏振的光束c1和c2通过后偏光片1101发射。在模式1中，离轴光的偏振被lc层1104的液晶结构旋转，因此离轴光随后被前偏光片1107吸收。离轴光的偏振旋转可以通过几种方法来实现，例如使用施加偏置电压的平面配向液晶；垂直配向液晶，以及一种混合配向液晶，其中一个基板上的配向是平面的，而另一个基板上的配向是垂直的。相反，第一偏振方向的轴上光c2通过可切换视角控制lcd22发射，并从观察侧发射，最终基本上仅沿轴上方向从较宽的显示装置发射。以这种方式，实现了窄角度视图模式，基本上只发射轴上的光。

在图12所示的模式2中，可切换lc层1104处于散射光的第二状态，即散射状态。特别地，第一偏振方向c4的所有光被散射。这可以通过多种方法来实现，包括例如使用聚合物分散的液晶，包含负介电各向异性液晶和正介电各向异性液晶的混合物的多组分液晶，或使用掺杂有离子污染物的液晶。在这些示例中，当施加足够的电压时，lc层1104通过引起混乱的液晶定向配向来散射光。另外，这种混乱的液晶定向配向不再离轴偏振旋转，消除了离轴光屏蔽效果。因此，轴上和离轴的光都被散射并通过可切换的视角控制lcd22发射，并且随后从观看侧发射。光最终以分散的方式从显示系统中以宽视角发射出来。这样，就实现了宽视角模式。

图13是描绘使用离子掺杂的混合取向向列(han)构造的特定类型的视角控制lcd22的图，该构造利用了与图11和图12类似的层结构。第一lc配向层1105引起垂直lc配向，而第二取向层1103引起平面配向。lc掺杂有离子污染物。如图11所示，在lc层1104上未施加电压的情况下，实现了窄视角模式。当施加足够的电压时，lc层1104通过引起混乱的液晶定向配向配向来散射光，从而实现如图12所示的宽视角模式。这种混乱的液晶定向配向不再旋转离轴偏振，消除了离轴光屏蔽效果。可对与第一电极基板1106有关的第一电极和/或与第二电极基板1102有关的第二电极进行图案化。

本发明的一个方面是具有增强的定向光发射的增强型发光器件，特别是增强轴上光发射。在示例性实施例中，发光器件包括层结构，该层结构从非发光侧包括：第一电极层；第一电荷传输层；发射层；第二电荷传输层；第二电极层；光学透明层；及半透射半反射层。所述发光器件包括多个区域，每个区域发射不同波长的光，例如红色、绿色和蓝色发光区域。光学透明层存在于多个区域中的至少一个区域中。所述发光器件可以单独地或组合地包括以下一个或多个特征。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述光学透明层存在于所述多个区域中的多于一个区域中，且所述光学透明层的厚度在所述多个区域的至少两个区域中不相同。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述光学透明层存在于每个所述区域中，且所述光学透明层的厚度在每个所述区域中不相同。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述发射层包括量子点，且所述量子点在每个所述区域中不相同以产生不同波长的光。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述发射层包括一层混合的量子点以产生至少一种光发射，所述发光器件还包括设于每个所述区域的所述半透射半反射层上的滤光层，以透射不同颜色的光。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述多个区域包括红色发光区域，绿色发光区域及蓝色发光区域。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述光学透明层的厚度最厚的在所述红色发光区域，最薄的在所述蓝色发光区域，且介于所述最厚与所述最薄之间的中间厚度在所述绿色发光区域。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述第一电极层为阳极，所述第一电荷传输层包括空穴传输层，所述第二电荷传输层包括电子传输层，所述第二电极层为阴极。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述第一电极层为阴极，所述第一电荷传输层包括电子传输层，所述第二电荷传输层包括空穴传输层，所述第二电极层为阳极。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述发光器件还包括设置所述层结构的基板，所述基板位于所述层结构的非发射侧。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述第二电极层为半透射半反射层，和/或所述第一电极层为反射层。

在所述发光器件的示例性实施例中，还包括设置于所述半透射半反射层上的散射层，所述散射层散射发射的光。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述散射层为衍射元件。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述散射层包括一可在散射光的散射模式和不散射光的非散射模式之间切换的可切换液晶器件。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述可切换液晶器件具有扭曲混合取向向列(tnhan)配置。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述可切换液晶器件具有离子掺杂的混合取向向列(han)配置。

在所述发光器件的示例性实施例中，所述发光器件还包括图案化的光学透明层和图案化的半透射半反射层，使得第一组像素或子像素具有针对视角响应的第一亮度，以及第二组像素或子像素具有针对视角响应的第二亮度，其中所述第一亮度和所述第二亮度针对视角的响应不相同。

本发明的另一方面为一种显示系统，包括根据任一实施例所述的发光器件的阵列；以及图像控制单元，被配置为接收输入图像并驱动所述发光器件的阵列产生输出图像。所述显示系统可以单独地或组合地包括以下一个或多个特征。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述显示系统还包括设于至少部分所述发光器件的所述半透射半反射层上的散射发射光的散射层。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述散射层被图案化使得所述多个区域中的第一组区域具有针对视角响应的第一亮度，所述多个区域中的第二组区域具有针对视角响应的第二亮度，所述第一亮度和所述第二亮度针对视角的响应不相同。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述散射层包括可在散射光的散射模式和不散射光的非散射模式之间切换的可切换液晶器件，所述图像控制单元被配置为通过根据预定图案切换每个散射或未散射的区域中的所述散射层来生成所述散射层的图案。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述第一亮度针对视角的响应为窄视角模式，所述第二亮度针对视角的反应为相对所述窄视角模式的宽视角模式。

尽管已经关于某个实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时可以想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件，组件，装置，组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“方法”的引用)旨在对应，除非另有说明，对于执行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的)，即使在结构上不等同于在本发明的示例性实施例或实施例中执行该功能的所公开的结构。另外，虽然上面仅针对若干实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，其对于任何给定或特定应用可能是被期望的和有利的。

工业适用性

本发明的实施例适用于多种发光显示设备，例如qled与oled显示设备。这种设备的示例包括手机，其包括智能手机，个人数字助理(pdas)，平板和膝上型计算机，电视以及类似的显示设备。