显示装置 本发明涉及显示装置。
一种特别种类的显示装置是使用有机材料用于光发射。光发射有机材料的描述在PCT/WO90/13148与US4539507中，这两个专利的内容在此引为参考。这些装置的基本结构是一个光发射有机层，例如一层聚(P-次苯基乙烯撑)(“PPV”)薄膜，夹在两个电极之间。一个电极(阴极)注入负电荷载流子(电子)而另一个电极(阳极)注入正电荷载流子(空穴)。电子与空穴在有机层内结合产生光子。在PCT/WO90/13148中有机光发射材料是聚合物。在US4539507中有机光发射材料是称为小分子材料的种类，例如(8-羟基奎啉)铝(“Alq3”)。在一个实际装置中，电极之一典型地是透明的，以便使光子能逸出装置。
图1表示一个有机光发射装置(“OLED”)的典型剖面结构。此OLED典型地制作在一片涂覆一层透明的第一电极2，例如氧化铟锡(“ITO”)的玻璃或塑料衬底1上。这种涂覆的衬底是市场上可买到的。此ITO涂覆衬底上涂覆至少一层电荧光有机材料薄膜3与一个形成第二电极4的最后层，该层典型地是一种金属或合金。可在装置上增加其它层，例如为了改善两电极与电荧光材料之间的电荷传输。
如果入射到显示器上的光能往回向观察者反射，尤其是从预期显示暗色的象素区域，则会降低显示器各象素之间的外显对比度。这将降低显示器的有效性。
许多显示装置使用于功率消耗是一个决定性考虑因素的应用场合-例子是电池组开动的装置例如手提式计算机与移动电话。因此需要改进显示器的效率。
按照本发明的一个方面，提供一种光发射装置，包括：一个光发射区域；位于光发射区域的观察侧的第一电极，用于注入第一类电荷载流子；与位于光发射区域的非观察侧的第二电极，用于注入第二类电荷载流子；且其中有一个反射率影响结构，该结构位于光发射区域地非观察侧并包括一个由石墨与/或一种低功函数金属的氟化物或氧化物组成的光吸收层。
按照本发明的第二方面，提供一个光发射装置包括：一个光发射区域；位于光发射区域的观察侧的第一电极，用于注入第一类电荷载流子；与位于光发射区域的非观察侧的第二电极，用于注入第二类电荷载流子；且其中有一个反射率影响结构，该结构位于光发射区域的非观察侧并包括一个光反射层与一个在先进配光反射层之间的光透射间隔层，此间隔层这样的厚度可以使光反射层的反射平面离至少一部分光发射区域的间距约为装置光型波长的一半。
第一电极优先为至少部分透光，最好基本上透明，至少对于部分或全部能由装置发射的波长的光。第一电极可由例如ITP(氧化铟锡)、TO(氧化锡)或金形成。第一电极最好布置在光发射区域的观察方位上-即在光发射区域与预期的观察者位置之间。第一电极可具有层的形式。在装置包括一个以上象素的情况下，可提供一个以上的第一电极，实现(与第二电极配合)逐一寻址每个象素。
第二电极可至少部分透光，适合基本上透明，至少对于部分或全部能由装置发射的波长的光。这可通过由一种透光材料形成第二电极与/或通过使第二电极较薄例如厚度小于2、5、10、20或30nm来实现。第二电极的合适材料包括锂、钙或ITO。或者，第二电极可以是反射或不反射的光吸收剂。在这种情况下，第二电极最好本身提供反射率影响结构。在第二电极为光吸收剂的场合，它可由一种光吸收材料例如低功函数金属诸如Li、Ca、Mg、Cs、Ba、Yb、Sm等的氟化物或氧化物(供选地，与导电材料例如Al一起，可将它与氧化物或氟化物共沉积)形成，或由一种低功函数金属加入光吸收材料例如碳(石墨)形成或最好共沉积形成。所述低功函数金属可具有低于4.0eV的功函数。所述低功函数金属可具有低于3.5eV的功函数。所述低功函数金属可具有低于3.2eV的功函数。所述低功函数金属可具有低于3.0eV的功函数。第二电极厚度的合适范围在50至1000nm之间，最好在100至300nm的范围内。
第一电极与/或第二电极最好包括导电材料，例如金属材料。其中一个电极(空穴注入电极)最好具有大于4.3eV的功函数。该层可包括一种金属氧化物，例如氧化铟锡(“ITO”)或氧化锡(″TO″)或一种高功函数金属例如Au或Pt。此电极可以是第一电极或第二电极。另一个电极(电子注入电极)最好具有低于3.5eV的功函数。该层可适合地由一种具有低功函数的金属(Ca，Ba，Yb，Sm，Li等)构成或由包括一种或多种这些金属的一种合金或多层结构可选地与其它金属(例如Al)一起构成。此电极可以是第二电极或第一电极。后部电极至少有一部分最好为光吸收剂。这可通过在电极中加入一层光吸收材料例如碳来实现。这个材料最好还具有导电性。
反射率影响结构可位于第二电极邻近。这时反射率影响结构会适当地影响装置后部(非观察侧)的反射率，为(例如)基本光吸收或基本光反射。反射率影响结构可包括截然不同的基本光吸收与基本光反射区域。
按照本发明的第一方面，反射率影响结构可包括一个光吸收层。此层适于通过从光发射区域发射的光的第二电极与/或吸收已透过第二电极的光与/或吸收从另一光源入射到装置上的光来减少反射。这个光吸收层最好位于第二电极邻近；或者也可同第二电极隔开，例如通过一片绝缘材料。邻接第二电极的或更通常在第二电极后面的反射率影响结构的存在适当地使得第二电极基本上不反射从发射区发射的光。这个光吸收层最好由一种光吸收材料形成-例如光反射率影响结构的光吸收层可包括石墨。在装置包括多个个别象素的场合，光吸收层最好对多个象素通用。
按照本发明的第二方面，反射率影响结构可包括一个光反射层。此层适于影响装置内出现的光场(例如光场的腹点)以及光发射区域的一部分。光发射区域这一部分适于一个有一些或大量的电子/空穴复合(优先产生光子)的区域。所述部分优先是光射层的一个主要的复合地点或平面。所述部分最好是装置的峰值复合地点或平面。反射率影响结构最好包括一个在第二电极与此光反射层之间的光透射间隔层，适于把光反射层同光发射层隔开且最好达到一个预先确定的间距。此间隔层可通过与第二电极本身连为一体的材料提供-例如借助第二电极的厚度。间隔层的厚度最好能使反射率影响结构的反射器离开至少一部分光发射区域的距离约为装置光型的波长的一半。此反射器可以是反射层的主表面(离光发射层较近或较远的那些)之一，或可以是一个由反射层规定的反射结构(例如一个分布的布拉格反射器)。间隔层的厚度最好能使反射器同光发射区域中的光场大致或基本上处于峰值的区域隔开的距离为装置光型波长的大约或基本一半。
上面提到的反射率影响结构的光吸收层或光反射层最好同装置的光发射层保持光联系，使来自光发射层的光可到达光吸收层或光反射层。
反射率影响结构最好是导电的，适于通过反射率影响结构实现对第二电极的电接触。
按照本发明的第三方面，提供一个光发射装置包括：一个光发射区域；一个位于光发射区域的观察侧用于注入第一类电荷载流子的第一电极与一个位于光发射区域的非观察侧用于注入第二类电荷载流子的第二电极；与一个对比度增强结构，该结构位于光发射区域的非观察侧并包括一个对不同波长的入射光有不同的反射率且围绕光发射区域的一个发射波长存在一个反射率峰值的反射结构。按照本发明的这方面，反射结构适合是一个分布的布拉格反射器。按照本发明的这方面，第二电极适合包括一个位于反射结构的非观察侧的层，与多个通过反射结构用于在第二电极的所述层与光发射区域之间导电的通路。这些通路优选占装置的发射面积的15％以下或10％以下。这些通路可占装置的发射面积的15％与5％之间。按照本发明的这方面，阴极可包括一个位于反射结构与光发射区域之间的透明层。此透明层可同那些通路相接触。
通常，光发射材料适合为一种有机材料且优先为一种聚合物材料。光发射材料优先为一种半导电的与/或共轭的聚合物材料。或者光发射材料可以是其它类型，例如升华的小分子薄膜或无机的光发射材料。每个有机光发射材料可包括一种或多种个别的有机材料，适合为聚合物，优先为全部或部分共轭的聚合物。举例的材料包括一种或多种下列材料的任何组合：复(P-次苯基乙烯撑)(″PPV″)，复(2-甲氧基-5(2′乙基)己基氧苯撑乙烯撑)(″MEH-PPV″)，一种或多种PPV-衍生物(例如2-烷氧基或2-烷基生物)，多芴与/或加入多芴链段的共聚物，PPV与相关的共聚物，复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)-(1.4-苯撑-((4-干丁基苯基)亚氨基)-1.4-苯撑))(″TFB″)，复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)-(1.4-苯撑-((4-甲基苯基)亚氨基)-1.4-苯撑-((4-甲基苯基)亚氨基)-1.4-苯撑))(″PEM″)，复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)-1.4-苯撑-((4-甲基苯基)亚氨基)-1.4-苯撑-((4-甲基苯基)亚氨基)-1.4-苯撑))(″PFMO″)，复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)-3.6-苯并噻唑)(″F8BT″)。替代材料包括小分子材料例如Alq3。
在光发射区域与一个或两个电极之间可提供一个或多个电荷传输层。每个电荷传输层可适合地包括一种或多种聚合物，例如掺杂聚乙烯二羟噻吩的聚苯乙烯磺酸(″PEDOT-PSS″)，复(2，7-9.9-2-n-辛基芴)-(1.4-苯撑-(4-亚氨基(苯甲酸)-1.4-苯撑-(4-亚氨基(苯甲酸))-1.4-苯撑))(″BFA″)，聚苯胺与PPV。
装置的任何意指的实际方位不一定与使用或制作期间它的实际方位相联系。
现在将通过参照附图的举例方法描述本发明，在这些附图中：
图2是一个第一装置的剖视图；
图3是一个第二装置的平面图；
图4是一个图3装置在线A-A′位置的剖视图；
图5是一个第三装置的剖视图；
图6是一个第四装置的平面图；
图7是一个第四装置的剖视图；
图8表示一个DBR相对于各种波长的反射率。
这些图都不按比例。
图2的装置包括一个阳极层10，与一个阴极层11。位于这两个电极层之间的是一个光发射材料层12。阳极由透明的ITO形成。阴极由钙形成。阴极足够薄使之不能有效反射。在阴极的后面是一个碳层13。当在两极之间施加一个合适的电压时，光基本上无定向地从光发射区域发射。一部分光射向阳极并通过阳极直接从装置射出。一部分光向后射向阴极。来自外部光源的照在显示器上的入射光可由碳层13吸收。由于此光被吸收，因此它不往回向观察者反射-这能改进显示器产生的效果，如下面详细描述。
图2的装置可用一电市场上可购买的涂覆ITO的玻璃片开始形成。此玻璃片(图2中14)构成用于后继沉积步骤的衬底。此玻璃片可以是厚度为例如1mm的碱石灰或硼硅酸盐玻璃。可使用例如有机玻璃(Perspex)的其它材料取代玻璃。ITO涂层的厚度适合地约为100至150nm，且ITO适合地有一个在10到30Ω/□之间的片电阻。在ITO阳极上面沉积一个空穴传输或注入层15。此空穴传输层由含有PEDOT∶PSS的其中PEDOT对PSS的比率约为1∶5的溶液形成。此空穴传输层的厚度适合地约为50nm。此空穴传输层在溶液中旋涂然后典型地在氮环境中在200℃下烘焙1小时。然后在空穴传输层上面涂覆一个5BTF8中包括20％TFB的电荧光层12，典型地旋涂至厚度为90nm。术语5BTF8指的是复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)(″F8″)掺杂5％的复(2.7-(9.9-2-n-辛基芴)-3.6-苯并噻唑)(″F8BT″)。然后把一个低功函数材料例如钙的透明或半透明层在基本压力低于10-8mbar的真空中热蒸发在电荧光层上以形成阳极层11。此层的厚度最好大于1nm但小于会使钙层成为不透明的厚度-典型约为20nm。在此层上通过电子束蒸发在基本压力低于10-8mbar下沉积一个厚度在100与500nm之间的碳层13。在此碳层上面使用溅射沉积法在基本压力低于10-8mbar下沉积一个厚度在100与1000nm之间的铝层16。在本实施例中，选择低功函数层11作为把电子注入光发射区域的有效电子注入器。碳层13作为吸收层并有一个低到足以不致明显地增加装置的驱动压的导电率。溅射的铝层16起密封剂作用，具有紧凑的结构，有低的针眼密度与小的颗粒尺寸。接触点可固定在装置上(在层16与10之间)且最后可把它密封在环氧树脂中作为环境保护。
图3与图4表示一个使用上述原理与图2装置有联系的多象素显示装置。此装置包括一组在一个公共阳极平面内的平行阳极条20与一组在一个同阳极平面隔开的公共阴极平面内的平行阴极条21。在阳极与阴极之间是一个光发射层22。阳极条与阴极条交错的区域确定显示装置的象素。通过使用一个无源矩阵寻址方案可引起各个象素发光。(装置可代之以配置为容许使用有源矩阵或其它的寻址方案。)图4表示每个阴极包括3层：一个邻接光发射层22的低功函数材料例如钙形成的注入层75，一个光吸收材料例如碳(石墨)形成的中间层76，与一个高导电材料例如铝形成的导电层77。这些层一起组成一个阴极平面81。通常，注入层适用一种具有好的注入光发射层22性能的材料；中间层适用一种有好的光吸收性能的材料而导电层适用一种高导电材料。导电层可明显地比其它两层厚且最好帮助沿电极结构均匀地分布电荷。在被选用作一层的材料也可执行另一层功能的场合，这时另一层可省略。例如，假如选择的光发射材料为一种可从碳得到好的电荷注入入的材料，则层75可省略，与/或假如提供的层75与/或层76具有足够的导电性，则层77可省略。光吸收层76最好处在其它两层(在二者存在的场合下)之间，在此情况下它应是导电的，但它也可处在其它两层的后面。作为替代方案，或另外方案，可提供一个覆盖整个结构的光吸收层(图4中的层29)。假如该层由导电材料例如碳形成，则可提供一个绝缘层23以防止各阴极条21之间短路。
光吸收层76的作用是吸收入射在显示器上的光，不然此光能从显示器反射从而导致对比度的降低。图4中通过光线80对此作了图解表示，它们被层23与29吸收。因此光吸收层帮助增高对比度。光吸收层还可帮助减少从光发射层22发射的光在装置自身内的透射。这可通过避免在某一位置来自与发射光的象素不同的象素从器件产生的这种光而帮助增高对比度。
来自显示器驱动器的接触点之一施加到层77。
也可在光发射层22的前面以各象素之间横向隔离的形式提供一个碳层或其它的不反射层以进一步减少环境光的反射。
由此上述关于图2至图4装置的原理可通过减少较倾斜角度的光的发射与减少反射环境光而改善装置的相邻象素之间的对比度与改进来自一个单一象素的光发射的模式。
图5表示另一个显示装置。此装置包括一个阳极层40与一个阴电极41。位于两电极层之间的是一个光发射材料层42。阳极与阴极由透明的ITO形成。或者，例如，两电极可由一种低功函数材料例如钙的薄层邻接一个由例如ITO、ZnSe、ZnS等材料形成的透明间隔层而形成。当两电极之间施加一个合适的电压时，从光发射材料发射基本上无定向的光。一部分光向前射向阳极并通过阳极直接从装置射出。一部分光向后射向阴极，通过它进入一个总体以43指示的反射结构。此反射结构包括一个反射层44与一个透明的间隔层46。间隔层46位于阴极41与反射层44之间而隔开反射层同光发射区域42。反射层向回反射向前的发射的光使它能往回通过阴极41、光发射层42、阳极40与玻璃衬底47并从装置射出(参看光线48)。
图5中曲线49表示光场的形状，而区域50表示装置中电子/空穴复合以产生光子的最强烈区域。对图1的装置对应的特性分别以60与61表示。图5装置中的间隔层的厚度理想地选择为使起返回向后发射光作用的反射层44的平面(或平面之一)同发射层隔开一个距离，此距离使得在装置的至少一个发射频率下整个反射布置的光模式的峰点(参看曲线49)与装置的光发射层内的峰值电子/空穴复合区域相一致。这个结果是由于图5装置中的光产生区域布置在一个比图1装置中更有效的平面内，通过调准光场的峰点(腹点)使与发射层的峰值空穴/电子复合区域相一致。这优化(或至少部分优化)对于一个给定波长的有效光产生的位置。装置优化的波长最好等于或接近于峰值强度的发射波长。这个理想布置要求十分精确地间隔各层；然而，通过大致地或基本上以此方法布置各层即可获得显著的效益。
图5装置可通过类似于上述用于图2装置的途径来形成，最高可达到阴极层。然后对于图5装置，通过沉积ITO、ZnSe、ZnS或类似材料至要求的厚度形成间隔层46，最好形成在一个低功函数例如钙的薄层表面上。在ITO间隔层上面由反射材料例如铝形成反射层44。在一个替代实施例中，可使用一个紧接阴极或同阴极隔开的导体与电介质堆作为反射器。这个堆可例如由ITO与NiO层交替组成。
在另一替代实施例中，电极之一可由一种反射率影响材料形成。阳极或阴极可以是反射的或不反射的(光吸收剂)。这可通过选择一种具有要求的反射性能与较好的电荷传导与注入性能的材料而得到。可处理一种电气上合适的材料(例如通过表面处理或加入一种反射率影响添加剂)以得到要求的反射率性能。
一个专用例子是后部电极(离观察者最远的电极)是不反射的。在一个通常如图1到图5中那样布置的装置中，要求一个不反射的阴极。(在其它装置中阳极可以是后部电极。)用于反射或不反射阴极的一种适合的材料是LiF∶Al。当LiF∶Al薄膜中Al的成分大于50％时此薄膜是反射的。当Al的成分在50％与30％之间时此薄膜是不反射的。当Al的成分小于30％时此薄膜为半透明，但具有很高的电阻率。因此，在LiF∶Al的比率为50∶50至70∶30范围内LiF/Al薄膜可用于制作黑色(不反射)阴极。
可以用如下方法制作一个有一个不反射的后部电极(在此例中为阴极)的举例装置。把一个150nm厚的ITO层沉积在一片玻璃衬底上作为一个阳极。然后沉积一个50nm厚的PEDOT/PSS层作为一个空穴传输层。在其上面形成一个80nm厚的以电荧光聚合物为基材的多芴层。最后沉积一个200nm厚的共蒸发的LiF与Al层(LiF∶Al的蒸发比率为60∶40)作为不反射阴极层。在此层的顶面上沉积一个400nm厚的Al层。在改变这个专用设计的装置时，应注意LiF∶Al层的可能厚度范围取决于它的组成，因为层中LiF的比例越大，层将变得越透明。对于组成为60∶40的LiF∶Al层，200nm的厚度正好足够。合适的厚度范围为从50至1000nm。
替代的不反射阴极材料通常包括低功函数材料例如Li，Ca，Mg，Cs的氟化物与氧化物，最好与一种有高导电性的金属例如Al或Cu一起作用(不过在某些情况下可能较少优先使用Cu，因为它趋向于抑制聚合物的电荧光)。具体的例子包括CsF、MgF、CaF、LiO、CaO，它们可同Al共蒸发，或由一个包括Al的组合靶溅射。导体(Al)同绝缘的氟化物与氧化物的要求比率在每例中可方便地通过试验确定，但可预期应近似于上面对LiF∶Al系统讨论的那些数值。另一个对低反射率或不反射的阴极的替代途径是把一种低功函数材料同碳一起共蒸发或溅射。例子包括低功函数材料Ca、Li等与上面列出的氟化物与氧化物。
图6是另一个替代装置的平面图而图7是它的剖视图。此装置包括一个阳极60，一个空穴传输层62，一个阴极63，一个光发射层64，一个分布的布拉格反射器(DBR)层65。DBR位于光发射区域的非观察侧。阴极63的基本部分(66)位于DBR的非观察侧。为使电荷能从阴极的基本部分通到光发射区域，提供通过DBR的阴极通路67。此通路占据一个较小比例的装置面积：例如约15％至5％。为使输出的电荷均匀注入发射层，在DBR与光发射区域之间提供一个薄到足以透明的又一个阴极层68。假如DBR是导电的，或通路间隔密集，或者可以得到均匀性，则层68可省略。可借助一个遮蔽掩模的沉积来形成网眼状布置的通路(参看图6)。
DBR包括为满足在特定波长下反射的布拉格条件而制作的一堆有规律地交替布置的较高与较低反射率的电介质(光透射材料)。当电介质堆中周期性的光路径相当于波长的一半时出现这个情况，且当DBR堆遵守下面方程时，反射率被进一步优化：
1/2λ＝n2d2＋n2d2，式中n1、n2为各部分的反射率；d1、d2为DBR中相应部分的薄膜厚度；而λ为要求的反射光的波长。图8表示一个DBR的反射率与波长的对应关系，在波长最佳值处反射率达到峰值，而对其它波长反射率低得多。
在图6与图7的装置中DBR这样布置以致使光发射层的发射波长(或它的主要发射波长)落在DBR的反射率峰值区内，且最好在或接近DBR的最高反射率处。这个结果表明DBR可起到增高装置的对比度而不明显地降低它的效率的作用。从光发射层向后发射的光被DBR有效地(例如以约95％至100％的反射率)经回向观察者反射。不等于或不接近于光发射层的发射波长因而不在DBR的反射率峰值区内的入射光，其反射要少得多(例如只有5％至10％)，趋向于被DBR吸收，从而改善了装置的对比度。DBR的峰值反射率还可用于增强从装置发射的光的色彩纯度。
通路可对一个波长范围产生反射，因此优先把通路所占面积减至最小，例如小于15％且最好小于10％。
现在将描述对上述装置的一些变更。在任一装置中可在光发射层与任一或两个电极之间形成一个或多个电荷传输层(例如层15，70，71)以帮助相应电极与光发射层之间的电荷传输，与/或阻抗沿相反方向的电荷传输。上述原理可应用于其它类型有机的或无机的显示装置。一个特定的替代例子是使用升华的分子薄膜作为光发射层的显示装置种类，例如在″Organic Electroluminescent Diodes″，C.W.Tang and S.A.Wanslyke，Appl. Phys.Lett.51，913-915(1987)中所描述的。可颠倒两极的位置使阴极在显示器的前部(最接近于观察者)而阳极在背部。可使用其它的材料或材料种类来代替上面提到的材料或材料种类，不过这样做可能影响装置的性能。
申请人提请注意以下事实：本发明可包括本文中暗示或明示公开的任何特征或特征组合或任何由此而作的概括，而不受本权利要求书中任一条的范围的限制。鉴于前面叙述，对于本领域的技术人员来说，显然可在本发明的范围内进行各种修改。