CN1614479A - 照明装置和结合该照明装置的显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种照明装置包括透明基板、区域发光装置和用于给区域发光装置输送电能的至少一个接触端。区域发光装置包括形成在透明基板上的第一电极、具有发射层的薄膜层以及第二电极，用于发射能穿过透明基板透射的光。此外，多个光散射部件按照散射部件的密度随着与所述接触端的距离而相应增加的方式而配备有透明基板。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明装置和结合该照明装置的显示装置。
背景技术
包括发光装置和透明电极的显示装置，如有机电致发光装置，一般使用氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)用于透明电极。
然而，由于上述透明电极不具有足够高的导电性，因此在接触端附近区域和在远离接触端的区域的电阻率显著不同，从而导致变化的电流。由于亮度取决于从电极输送的电流量，因此导致了这些区域之间光发射的亮度的不均匀性。
因此，日本特许公开专利公报2002-156633提供一种在透明电极上设有辅助电极的液晶显示装置，用于控制亮度不均匀性的方法。
然而，由于该液晶显示装置使用不透明材料用于辅助电极，因此辅助电极必须设置在符合液晶像素的区域中。这种限制妨碍了亮度不均匀性的充分消除。此外，需要一种精确的技术来准确地排列辅助电极，使其符合像素。工艺上的难度导致了产量降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现亮度均匀的照明装置而不使用辅助电极，以及结合这种照明装置的显示装置。
为了实现上述目的，照明装置包括透明基板、区域发光装置和用于给区域发光装置输送电能的至少一个接触端。区域发光装置包括形成在透明基板上的第一电极、具有发射层的薄膜层以及第二电极，用于发射能穿过透明基板透射的光。此外，多个光散射部件按照散射部件的密度随着与所述接触端的距离而相应增加的方式而配备有透明基板。
根据优选实施例，区域照明装置包括透明基板、形成在透明基板上的区域发光元件和接触端。区域照明装置穿过透明基板发射光。
区域发光元件包括透明的第一电极、包括发射层的薄膜层、和第二电极。透明基板按照随着与接触端的距离而相应更致密的方式而配备有光散射部件。由于光散射部件以随着该区域远离接触端而排列得更致密，因此相当大部分的光以不小于临界角的角度进入透明基板，并在接触端附近的区域中在发光表面上受到全反射。然后光被引导穿过透明基板。
另一方面，在远离接触端的区域中，相当大部分的光以不小于临界角的角度入射到透明基板上，并到达光散射部件。然后改变(散射)光路，以便发光表面上的入射角小于临界角，从而允许光通过发光表面而射出。
注意，以不小于临界角的角度进入透明基板、然后由光散射部件偏转从而也具有不小于临界角的角度的一部分光可以在发光表面处受到全反射。然而，在借助于在透明基板的侧面、入射表面和发光表面上反射的方式将光引导穿过透明基板的情况下，或者在光再次进入发光元件并返回透明基板从而被引导穿过透明基板的情况下，可以再次改变被偏转的光的光路，使其具有小于临界角的角度，因为光再次被光散射部件偏转。通过这种方式，光可以从发光表面射出。
因而，当在接触端附近的区域中亮度高时，与远离接触端的区域相比光抽取效率低，这是因为光散射部件的密度较小。另一方面，当在远离接触端的区域中亮度低时，由于相对较密的光散射部件而导致与接触端附近的区域相比光抽取效率较高。
结果是，可以在不使用辅助电极的情况下抑制不均匀的亮度。这里，“接触端附近”表示到接触端的最短距离很小，“远离接触端”表示到接触端的最短距离很长。
在本发明的一个实施例中，光散射部件设置在透明基板内。
在另一实施例中，光散射部件是具有设置在透明基板上的凸部或凹部的部分。在本实施例中，可以根据设置在发光表面上的凸部和凹部而改变光抽取效率，从而可以在不使用辅助电极的情况下抑制不均匀的亮度。注意用于在透明基板上形成光散射部件的时机可以在透明基板上形成有机EL器件之前或之后。因而，如果在形成发光元件之后提供光散射部件，可以设计光散射部件的形状，或者可以调整形成光散射部件的位置使其符合发光元件或照明装置的发光或光抽取性能。
在本发明的一个实施例中，区域发光元件是有机电致发光装置。
在本发明的一个实施例中，区域照明装置孔用于对透射型或半透射型图像显示板进行背光照明。在本实施例中，与使用常规照明装置的显示装置相比，可以抑制不均匀的亮度。图像显示板可以是液晶显示板。
附图说明
通过下面优选实施例的说明并结合附图将更好地理解本发明及其目的和优点，附图中：
图1是表示根据实施例的透射型液晶显示装置的透视图；
图2是表示根据本发明一个实施例的透射型液晶显示装置中的光路的示意剖面图；
图3(a)是根据本发明一个实施例的有机电致发光照明装置的示意顶视图；
图3(b)是沿着图3(a)的线3B-3B截取的示意剖面图；
图3(c)是沿着图3(a)的线3C-3C截取的示意剖面图；
图3(d)是沿着图3(a)中的线3D-3D截取的示意剖面图；
图4(a)是表示形成在透明基板上的第一电极、接触端和第二电极的接触端的排列的示意图；
图4(b)是表示第二电极和接触端的排列的示意图；和
图5是表示根据另一实施例的透射型液晶显示装置的示意剖面图。
具体实施方式
下面参照图1-4介绍本发明的第一实施例，其中本发明的区域照明装置用于对被动透射型液晶显示装置照射背光。
参见图1，透射型液晶显示装置1包括用于透射型图像显示板的液晶板2，和用作照明装置的有机电致发光照明装置3。
被动矩阵液晶显示板2可以是任何常规公知类型的，包括第一透明基板5、第二透明基板6以及保持在第一透明基板5和第二透明基板6之间的液晶层9。
偏振板11设置在第一和第二透明基板5和6的外表面上。
多个滤色器10以平行条状形式设置在第一透明基板5的表面上，其与液晶层9接触的。ITO电极7以类似的方式且与滤色器10平行地形成。
多个条形相对电极8平行形成在接触液晶层9的第二透明基板6的表面上，以便垂直于条形滤色器10和ITO电极7。
然后将液晶9置于ITO电极7和相对电极8之间。第一透明基板5和第二透明基板6在基板之间的距离保持一致的状态下，通过图中未示出的密封剂密封。因而，通过插入液晶9，ITO电极7和相对电极8在电极重叠的相交部分上形成像素。这些像素以矩阵形式排列。
如图3所示，有机电致发光照明装置3包括透明基板12、用作区域发光元件的有机电致发光装置4和接触端部100。
透明基板12可以由任何材料形成，只要基板能透过至少一部分可见光线和能构成光散射部件13即可。例如，可采用玻璃基板、透明树脂基板或由树脂制成的透明和柔性基板。在第一实施例中，使用玻璃基板。
如图2所示，透明基板12包括发光表面17和与发光表面17相对的入射表面18。
如图3(c)和3(d)所示，用于散射光的光散射部件13按照非密集方式设置在阴极的接触端104和阳极的接触端106附近的区域中(图3(c)和3(d)的左手侧)。光散射部件13以密集方式设置在远离阴极的接触端104和阳极的接触端106的区域中(图3(c)和3(d)的右手侧)。换言之，光散射部件13随着区域距离接触端100的距离增加而以更密集的方式排列。
注意，本发明中术语“散射”包括反射和折射。
光散射部件13可以是任何形状的，只要它们能改变到达光散射部件13的光的光路即可。在第一实施例中，在玻璃基板12内提供具有不同于玻璃的折射率的球形树脂珠。
有机电致发光装置4是通过在基板12上依次层叠第一电极14、用作薄膜层的有机薄膜层15、和第二电极16而形成的。
优选地，具有大功函数(不小于4ev)的金属、合金、导电化合物及其混合物可以用于第一电极14。电极材料的例子是金属，如金(Au)，和具有导电性的透明或半透明材料，如碘化铜(CuI)、ITO、氧化锡(SnO2)和氧化锌(ZnO)。电极可以通过利用诸如将这些电极材料进行汽相淀积和溅射等方法形成薄膜而制造。
有机薄膜层15可以是下列任一种：发射层的单层；或包括空穴注入层、空穴传输层、空穴注入传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层和电子阻挡层中的至少一个，以及发射层的多层结构。
第一实施例的有机薄膜层15是多层结构，其中层叠了空穴注入层、空穴传输层、发射层、电子传输层和电子注入层。为了在有机薄膜层15的发射层中发射白光，层叠红光发射层、绿光发射层和蓝光发射层。
对于第二电极16的电极材料，可以采用具有小功函数(小于4ev)的金属、合金、导电化合物及其混合物。这种电极材料的例子包括钠、钠钾合金、镁、锂、镁/铜混合物、Al/(Al2O3)、铟和稀土金属。第二电极16可以通过利用诸如将这些电极材料进行汽相淀积和溅射等方法形成薄膜来制造。
注意，有机电致发光照明装置4被由氮化硅(SiNx)形成的保护膜覆盖，尽管在图中未示出。
图4(a)示意性地示出了形成在透明基板12上的第一电极14、接触端104和接触端106a的排列。通过除去形成在透明基板12上的一部分第一电极而对第一电极14和接触端104和106a进行构图。如图4(a)所示，与第一电极14连续地形成接触端104，并且与接触端104分开形成接触端106a。
图4(b)示意性地示出了第二电极16和接触端106b的排列。为了防止第一电极14和第二电极16之间的短路，第二电极16形成为具有小于有机薄膜层15的面积。
第二电极16形成为以使由与第一电极14相同的材料形成的接触端106a与接触端106b相关。因而，接触端106a和106b重叠的部分形成第二电极的接触端106。
下面参照图2介绍上述透射型液晶显示装置1的操作。当电压施加于有机电致发光装置4的电极之间时，从有机薄膜层15中的发射层发射白色光。大部分光射向透明基板12。
根据第一实施例的有机电致发光装置4的发射层形成为平面形状。换言之，区域发光装置可处理为等效于由排列在平面上的一组多个小发光区域形成的光源。因而，由于从每个小发光区域发射的光线从每个小发光区域放射状地传播，因此光以各个方向进入入射表面18。
如果使用有机电致发光装置4的有机电致发光照明装置3的透明基板12不设有光散射部件13，则产生下列情况。光以不小于临界角的角度进入透明基板12内部，其是由玻璃的折射率和空气的折射率决定的，并在到达发光表面17时不射出透明基板12，因为光受到了发光表面17的全反射。尽管光受到了透明基板12的表面上的反射，或者光再次进入有机电致发光装置4，但发光表面17上的入射角并不改变。因此，光将在透明基板12内或在有机电致发光装置4内衰减，这是因为光在发光表面17和入射表面18上重复反射之后不会被抽取到外部。
下面将介绍在如上所述将光散射部件13设置在透明基板12内的情况下光的光路。
如图2所示，从发射层发射的光进入透明基板12。在进入透明基板12内部的光当中，以不小于临界角的角度进入基板12的光，在到达发光表面而不进入光散射部件时，在透明基板12和大气之间的界面(发光表面17)处受到全反射。相当大部分的光被引导穿过透明基板12。
在穿过透明基板12引导的光当中，入射到光散射部件13a上的光(由图2中箭头A所示的光)被散射，从而改变光路使其在发光表面17上的入射角小于临界角。然后光从发光表面17向液晶板2发射。
在以不小于临界角的角度进入透明基板12的光当中，存在这样的光，其进入光散射部件13d(由图2中的箭头C所示的光)，并被散射从而改变光路，以便在发光表面17上的入射角小于临界角。然后光从发光表面17向液晶板2发射。
这里，如图3所示，根据第一实施例的有机电致发光照明装置3包括随着到接触端100的距离增加而排列得更密集的光散射部件13。即，以不小于临界角的角度在接触端100附近进入透明基板12的大部分光在发光表面17上受到全反射，并被引导穿过透明基板12。另一方面，以不小于临界角的角度、在远离接触端100的部分中进入透明基板12的大部分光到达光散射部件13，并且改变方向以使发光表面17上的入射角小于临界角(被散射)，并且从透明基板12的发光表面17发射。
注意，在以不大于临界角的角度进入透明基板12的光当中，进入光散射部件13b的一部分光的角度发生偏转，从而具有不小于临界角的角度，并且可以在发光表面上受到全反射。然而，在借助于在透明基板的侧面、入射表面和发光表面上反射的方式，将光引导穿过透明基板的情况下，或者在光再次进入有机EL元件并返回透明基板从而被引导穿过透明基板的情况下，可以再次改变偏转光的光路以具有小于临界角的角度，这是因为光被光散射部件再次偏转。
因而，尽管根据第一实施例的有机电致发光照明装置3在接近于接触端100的部分中具有高亮度，但与在远离接触端100的部分相比光抽取效率较差，因为设置较少的光散射部件13。另一方面，尽管在远离接触端的部分中的亮度低，但是与接近接触端100的部分相比光抽取效率优异，因为设置了更多的光散射部件13。
因此可以抑制亮度的不均匀。
从透明基板12的发光表面17发射的光进入液晶板2的背侧(与用户相对的一侧)，并根据整体上所要观察为字符或图像的每个像素而使光穿过或被阻挡。
在第一实施例中，光散射部件设置在透明基板内，以便在远离接触端的部分中更密集。因而，接近接触端的部分具有高亮度和较差的光抽取效率，远离接触端的部分具有低亮度但具有优异的光抽取效率。由此可以抑制亮度的不均匀性。
在第一实施例中，在透明基板内设置光散射部件。由于光散射部件改变光的方向，以便在不提供光散射部件时，在受到全反射的光当中具有小于临界角的入射角，光可以从透明基板抽取。因而，与不设有光散射部件的常规装置相比，在使用相同功率时可以提高亮度，并且可以降低电功率消耗，以便实现相同亮度。
根据第二实施例的被动矩阵透射型液晶显示装置50的有机电致发光照明装置53包括光散射部件54，光散射部件54是设置在透明基板52的发光表面上的凸部或凹部，如图5所示。其它结构与第一
实施例的类似。
第二实施例提供了上述优点。而且，在第二实施例中，在透明基板上设置光散射部件的时机可以是在透明基板上形成有机电致发光元件之前或之后。因而，如果在形成有机电致发光元件之后设置光散射部件，则光散射部件的形状和设置光散射部件的位置可以设计成符合照明装置或有机电致发光元件的亮度和光抽取性能。
本领域技术人员应该理解，本发明可以以很多其它具体形式来实施而不会脱离本发明的精神或范围。特别是，应该理解本发明可以以下列形式实施。
设置在透明基板12内的光散射部件13的形状不限于球形。可以采用任何形状，只要其可以改变进入光散射部件13的光的方向即可。
设置在透明基板12内的光散射部件13不限于珠子。可以采用任何形式，只要它们可以改变进入光散射部件13内的光的方向即可。
例如，可提供惰性气体如氮气的气泡，或可以形成刮痕，以便提供不同于其它部分的折射率。透明基板12内的刮痕例如可以通过在透明基板12整体上照射激光来形成。
设置在透明基板一侧上的第一电极14可用作阴极，第二电极16可用作阳极。在这种情况下，也可改变有机薄膜层15的结构，以便符合电极中的变化。例如，有机薄膜层15可以是电子注入层、发射层和空穴注入层的三层结构，或者是包括电子注入层、电子传输层、发射层、空穴传输层和空穴注入层的五层结构。
有机电致发光照明装置的使用不限于背光照明，还可以用作其它照明装置或显示装置。
在有机电致发光照明装置是被动矩阵显示装置的情况下，例如，第一电极14在透明基板12的表面上形成为多个平行条。有机薄膜层15形成为多个平行条，该多个平行条在有机薄膜层15被绝缘间隔壁(图中未示出)分开的状态下，在垂直于第一电极14的方向延伸。第二电极16层叠在有机薄膜层15上。显示装置的像素(像素或子像素)以矩阵形式排列在第一电极14和第二电极16相交的部位处的透明基板12上。
第二电极16的接触端106的位置并不必须在与设置第一电极14的接触端104的透明基板的相同一侧边缘上。接触端106可以设置在与设置接触端104的一侧相邻的一侧上，或者设置在与设置接触端104的一侧相对的一侧上。
有机电致发光照明装置用作显示装置，滤色器可以设置在透明基板上。
第二电极16可以对于可见光线不具有反射性。然而，与不使用第二电极16的反射光的方案相比，在使用反射性的情况下可以增加从透明基板12发射的光强度，这是因为从有机薄膜层15射向第二电极16的光在第二电极16上被反射，并从透明基板12一侧发射。因而，即使减少有机薄膜层15的光强从而减少功耗，也可以获得所需的光强。
有机薄膜层15可以是黑白显示器或单色显示器。即，当形成有机薄膜层15时，有机薄膜层15不必包括用于荧光染料的红、蓝和绿所有颜色。有机薄膜层15可以只发射单一颜色的光。在这种情况下，液晶显示装置1是黑白显示器或单色显示器。
液晶显示板2不限于被动矩阵，也可以采用主动矩阵驱动。此外，显示类型不限于透射型，而可以采用半透射型。
图像显示板不限于液晶板，只要其能通过透射光来显示图像即可，例如可以采用PLZT。
照明装置可用在除了用于背光照明以外的任何其它照明装置中。在这些情况下，照明装置可在透明基板12的两侧上形成有有机电致发光照明装置15。此外，在除了用于背光照明以外使用照明装置的情况下，透明基板不限于平面形状，也可以是半球形或柱状，或者可以具有曲面，如弧形。
无机电致发光装置可用于区域照明装置来代替有机电致发光元件。在这种情况下，当在光发射期间施加的电压高于有机电致发光元件的电压时，可以通过控制从发光装置进入透明基板和从透明基板的侧面射出的光，来增加从发光表面发射的光的光强。
第一电极20还可以通过使用超薄的金属层来代替使用具有导电性的透明材料而形成为透明的。术语“超薄”表示不大于50nm的厚度，优选在0.5nm和20nm之间的范围内。
用于保护膜的材料不限于氮化硅。也可以采用对于如潮气和氧气等气体具有低透过率的其它材料，例如氧化硅(SiOx)或类金刚石碳。此外，保护膜可通过层叠不同材料的薄膜来形成。
保护膜可由防潮层代替使用氮化硅而形成。
绝缘层可设置在第一电极14和第二电极16之间。在这种情况下，可以安全地防止第一电极14和第二电极16之间的短路。
有机电致发光元件可产生白光。
有机电致发光层的面积可以形成为大于第二电极的面积。
因此，这些例子和实施例只是示意性的而非限制性的，并且本发明不限于这里给出的细节，还可以在所需权利要求的范围和等效性内进行修改。
Claims (18)
1、一种照明装置，包括透明基板、区域发光装置和至少一个接触端用于给区域发光装置输送电能，所述区域发光装置包括形成在透明基板上的第一电极、具有发射层的薄膜层以及第二电极，用于发射能穿过透明基板透射的光，其特征在于：多个光散射部件按照散射部件的密度随着与所述接触端的距离而相应增加的方式而配备有透明基板。
2、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：光散射部件设置在透明基板之内。
3、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：光散射部件是分散在透明基板内的珠。
4、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：光散射部件的形状是球形的。
5、根据权利要求1-4任一项所述的照明装置，其特征在于：区域发光装置是有机电致发光照明装置。
6、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：光散射部件是形成在透明基板上的凸部或凹部。
7、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于：区域发光装置是有机电致发光照明装置。
8、一种显示装置，包括用于通过切换每个像素来通过其传输光而显示图像的图像显示板、用于向图像显示板发射所述光的照明装置和用于向区域发光装置输送电能的至少一个接触端，所述照明装置包括透明基板，区域发光装置包括形成在透明基板上的第一电极、具有发射层的薄膜层和第二电极，用于发射通过透明基板传输的光，其特征在于：多个光散射部件按照散射部件的密度随着与所述接触端的距离而相应增加的方式而配备有透明基板。
9、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：光散射部件设置在透明基板内。
10、根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于：光散射部件是分散在透明基板内的珠。
11、根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于：光散射部件的形状是球形的。
12、根据权利要求8-11任一项所述的显示装置，其特征在于：区域发光装置是有机电致发光照明装置。
13、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：光散射部件是形成在透明基板上的凸部或凹部。
14、根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于：区域发光装置是有机电致发光照明装置。
15、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：所述图像显示板包括液晶显示板。
16、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：所述图像显示板是被动矩阵显示板。
17、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：所述图像显示板是主动矩阵显示板。
18、根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于：光散射部件是形成在透明基板上的凸部或凹部其中至少之一。
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