顯示裝置的制作方法

專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在諸如便攜式信息終端、便攜式電話、個人電腦或電視的設備上使用的平板式顯示裝置，特別涉及一種使用具有厚度薄、亮度高以及制造成本低等特點的光導元件的顯示器。
本發明還涉及一種使用光導元件的顯示器，當不使用時，它可被裝入一個小的箱子中。
背景技術：
諸如液晶顯示器(LCD)地顯示器已被實際用作諸如便攜式信息終端、游戲設備、便攜式電話、個人電腦或電視的設備的顯示器。
具體來說，含有可利用為象素所設置的多個TFT來驅動各液晶元件的結構的薄膜晶體管(TFT)LCD具有很多優點，例如，它能夠以高清晰度和快速的響應來顯示圖象，因而其用途也日益廣泛。
但是，制造包括TFT在內的液晶顯示元件的工藝非常復雜。更具體地說，顯示區域越大，制造成本就變得越高。由于濺射設備、CVD設備、曝光設備以及用于制造TFT的類似設備的性能的原因，使可制造的顯示區域受到了限制。
為了解決上述問題，本發明的發明人曾經提出了這樣一種顯示器，它由一個一維發光元件陣列、一個光導元件陣列或類似結構組成。
首先參考圖13和14對這種使用光導元件的傳統顯示器進行說明。
圖13是顯示一種傳統顯示器的主要構成部件的分解透視圖。
如圖13所示，這種顯示器由以下部分組成發光裝置110，它具有多個發光元件111；光導裝置120，其中的多個光導元件121被排列在一個支撐襯底122上；光取出裝置130，它是通過將一液晶層131與一其上形成有多個電極134的透明襯底133以及液晶密封材料132密封在一起而形成的；以及反光裝置140。
發光元件111的光軸112被安排成可使光從光導元件121的一個端面進入，而且反光裝置140被放置成可使反射光到達光導元件121的另一個端面。
電極134被形成于透明襯底133的面上，它們與液晶層131相接觸，而且在透明襯底133的兩個周邊部分中設置有用于和外部連接的終端組138，如圖13所示。
以下將參考圖14a和14b，對光導裝置120和光取出裝置130的操作進行說明。
從發光裝置110的各發光元件111發出的光進入被放置成面對發光元件111的光導元件121，并且在光導元件121的高折射率區121a中傳播。
如圖14a所示，當電極134a與134b之間未給出電勢差時，液晶分子沿幾乎平行于襯底的取向，并且用于使光穿過高折射率區121a的液晶層131的折射率低于高折射率區121a的折射率。
因此，光就會留在高折射率區121a中且不會泄漏到液晶層131中。如圖14b所示，當因電極134a與134b之間的電勢差而產生電場時，液晶分子將按照圖中所示取向，并且使折射率增大。
此時，液晶層131與高折射率區121a的交界面上的全反射條件被破壞。因而光會從高折射率區121a泄漏出來，泄漏出來的光將傳播至液晶層131。光將以一銳角進入一個光散射層136。
當光被光散射層136漫散射之后，光將順序穿過透明襯底133和一個抗反射膜層137并到達觀察者(用戶)的眼中。在圖14a和14b中，標號135代表了一個用于液晶層的對準層。
顯示圖象的操作按以下步驟進行。首先，對應于待顯示圖象的第一條線的一個圖形中的光被從發光裝置110發出并進入和沿著與各個發光元件相對應的光導元件121傳播。與此同時，控制信號被提供給位于顯示區域的第一列之中的電極134a和134b，其目的是改變相應區域中液晶分子的取向。
按照這種方式，從發光裝置110發出的光只能從顯示區域的第一條線中獲取。通過對全部的線重復上述操作，就可顯示出任意圖象。只有從顯示區域的一條線中，光才會在顯示操作期間的任何時刻都漏過。就像在使用CRT、激光顯示器、惑類似設備時的情況一樣，由于圖象的暫留現象，所以在觀察者的大腦中形成了圖象。
為了顯示出彩色圖象，使用可輸出R(紅)、G(綠)和B(藍)三元色的發光裝置就已足夠。這種發光裝置的例子包括通過將濾色片與白光發射材料組合起來而獲得的發光裝置；通過將藍光發射材料與彩色轉換材料組合起來而獲得的發光裝置；以及通過平行放置三種顏色的發光材料而獲得的發光裝置；等等。
采用上述光導元件的各種傳統顯示器具有以下問題。
首先，在圖14中，對其電場在平行于紙面的方向中振動的偏振分量來說，如上所述，通過控制液晶分子的取向，就可允許光泄漏到光導元件的外部。
但是，對電場在垂直于紙面的方向中振動的偏振分量來說，由于液晶層131的折射率總保持不變而與分子的排列狀態無關，所以光就不能被泄漏到光導元件的外部。由于光導元件的表面形狀不規則或類似原因而造成的散射現象，所以被限制在光導元件之中的光會產生損失。
這也就意味著有一半的光不能被用于圖象的顯示。
為了在需要低功耗的設備(如便攜式信息終端和筆記本電腦)中使用這種顯示器，需要有這樣一種結構，它能夠同時使用處于上述兩種偏振狀態(即，電場在平行于紙面的方向中振動的偏振和電場在垂直于紙面的方向中振動的偏振)的光。
其次，為了使光穿過光導元件傳播，光必須以小于一確定角的角度進入光導元件。因此，在發光元件的定向性較寬(不窄)的情況下，不能穿過光導元件傳播的光子數會隨發光元件與光導元件端面之間距離的增大而增加。就是說，不能用于顯示用途的光的比例會增大，所以光的利用率將會下降，而這在需要低功耗的設備中是更加不利的。
第三，在使用可輸出R、G和B三元色以實現彩色顯示的發光裝置的情況下，發光裝置可以至少采用上述結構(如濾色片與白色發光材料的結合)之一。但是，制造任何一種發光裝置的成本都較高。因此，需要通過減少部件數目來降低制造成本。

發明內容
本發明是針對上述情況而產生的，其目的是提供一種具有較高光利用率的顯示器，它可用低功耗驅動，并且可以用低成本實現。
為了實現上述目的，本發明基本上采用了以下的技術構成。
本發明的第一個方面是一種顯示裝置，它包括多個光導裝置；發光裝置，它所發出的光含有第一偏振分量和其偏振方向與第一偏振分量不同的第二偏振分量。該裝置所發出的光進入上述多個光導裝置之內；液晶層，它被設置于上述多個光導裝置之上，用于使從上述多個光導裝置發出的光泄漏到外部；以及一偏振轉換裝置，它被設置于發光裝置與上述多個光導裝置之間，用于將上述第二偏振方向轉換成第一偏振分量。
在本發明的第二個方面中，偏振轉換裝置通過將膽固醇型液晶聚合物與四分之一波片以及線性偏振片堆疊在一起而被形成。
在本發明的第三個方面中，發光裝置含有由形成在襯底之上的反射材料制成的底部電極，以及由透明材料制成的頂部電極，而且在底部電極與頂部電極之間設置了有機電致發光層。
在本發明的第四個方面中，發光裝置是一個邊沿發光型發光元件。
在本發明的第五個方面中，發光裝置輸出白光，并且濾色片被放置在液晶層的上方。
在本發明的第六個方面中，濾色片包括一用于散射通過液晶層析取的光的組件。
在本發明的第七個方面中，發光裝置輸出白光，濾色片被放置在發光裝置和多個光導裝置之間。


圖1是顯示本發明的第一實施例的分解透視圖2是圖1中光導裝置與發光裝置之間的結合部的截面圖3是顯示對本發明第一實施例的一種修改的分解透視圖4是圖3中光導裝置與發光裝置之間的結合部的截面圖5是顯示本發明的第二實施例的分解透視圖6是圖5中光導裝置與發光裝置之間的結合部的截面圖7是用于解釋本發明所述顯示器的第二實施例的操作圖8是另一個用于解釋本發明所述顯示器的第二實施例的操作的圖9是另一個用于解釋本發明所述顯示器的第二實施例的操作的圖10是另一個用于解釋本發明所述顯示器的第二實施例的操作的圖11是顯示對本發明第二實施例的一種修改的分解透視圖12是圖11中光導裝置與發光裝置之間的結合部的截面圖13是顯示一種使用光導元件的傳統顯示器的分解透視圖14a和14b顯示了使用光導元件的傳統顯示器的操作原理圖。
具體實施例方式
以下將通過實施例對本發明進行詳細說明。(第一實施例)
傳統技術的第一個問題在于，由于只有一個偏振分量的光被用于顯示目的，所以其光的利用率只有(大約)一半。
為了解決這個問題，第一實施例是基于上述動機而被實現的。
以下將對結構、操作實例、使用的材料、制造方法、設計中的數值例子等等依次進行說明。
圖1是顯示在本發明所述顯示器中使用的發光裝置10和光導裝置30的結構的分解透視圖。
發光裝置10具有多個在絕緣襯底11的一個表面上規則排列的發光元件20以及一個由薄膜晶體管(TFT)構成的用于驅動發光元件20的驅動電路12。在發光裝置10的表面上形成有一保護層。
所設置的保護層13被用來保護發光元件20，以防止水和諸如雜質的其它材料進入發光元件20。
光導裝置30含有多個規則排列的芯31、放置在芯31的底部并與其緊密粘合在一起的蓋層32、以及緊密粘合在芯31上的光取出部分33。光取出部分33含有液晶層。另外，在光取出部分33上還緊密粘合有三元色的濾色片34、35和36以及一保護層37。三元色的濾色片34、35和36通過光取出裝置33被形成在芯31上。
圖2是光導裝置30與發光裝置10之間的結合部的截面圖。發光元件20是通過將一底部(反射)電極21、一有機EL層22以及一頂部電極23順序堆疊在絕緣襯底11的一個表面上而形成的。另外，在頂部(透明)電極23上通過保護層13放置有偏振再循環裝置40。如圖2所示，該偏振再循環裝置40是通過將膽固醇型液晶聚合物41、四分之一波片42以及線性偏振片43順序堆疊在一起而形成的。
含有偏振再循環裝置40的發光裝置10通過一個粘結層50被固定在光導裝置30上。
以下將參考圖1和圖2對實施例的操作進行說明。
發光元件20包括由反射材料制成的底部電極以及由透明材料制成的頂部電極。通過在兩個電極之間加載一個偏置電壓，光就通過透明電極23被發射出來。
所發出的光的波長在很大程度上取決于有機EL材料的選擇。在本實施例中采用的是發出白光的材料。
光包括左旋偏振(左邊方向的圓偏振)和右旋偏振(右邊方向的圓偏振)。圓偏振之一(為方便起見，下面以左旋偏振為例進行說明)穿過膽固醇型液晶聚合物41(它具有右旋螺旋結構)。另一方面，右旋偏振被膽固醇型液晶聚合物41有選擇性地反射。即，被液晶反射的光只是右旋偏振。它與諸如鏡面反射的反射的不同之處在于，在鏡面反射中，兩個圓偏振分量都被反射，并且旋轉的方向被反轉。
反射光的右旋偏振依次穿過保護層13、透明電極23和有機EL層22，到達底部電極21。由于底部電極21起到鏡子的作用，所以反射光變成了左旋偏振。當光到達膽固醇型液晶聚合物層41時，它將穿過液晶層。膽固醇型液晶聚合物層的選擇性反射現象取決于波長。例如，在使用白光的情況下，具有與待發出的光的波長相對應的螺距的膽固醇型液晶聚合物層的結構如下。即，它具有三層(例如，通過將具有R、G和B螺距的膽固醇型液晶層堆疊起來而形成)。
本實施例中，通過將膽固醇型液晶聚合物層41和發光元件20的底部電極組合起來，就可以使右旋和左旋偏振光都能使用。穿過膽固醇型液晶聚合物層41的左旋偏振光被四分之一波片42轉換成線性偏振光，并且穿過線性偏振片43。
如上所述，進入光導裝置30的芯31的光被在一個方向線性偏振化，并且可以利用這個光來顯示圖象。例如，在液晶的取向如圖14所示的情況下，線性偏振片43的光軸被調整為可使平行于紙面方向的線性偏振光進入芯31。到達芯31的所需線性偏振光被光取出部分有選擇地取出并且到達濾色片34、35和36。各個濾色片都含有使光散射的粒子。選定顏色的光經過濾色片上的保護層37被發出。
如上所述，在本實施例中，發光裝置所發出的光被轉換成處于所需偏振狀態的光，并且轉換之后的光被允許進入光導裝置，這樣就可使光得到有效的利用，作為結果，顯示器的亮度可以增加約兩倍。換句話說，與傳統技術所需的功耗相比，獲得相同亮度所需的功耗可被減少一半。
由于具有光漫射功能的濾色片被形成作為光導裝置的一部分，所以傳統結構中所需用于單獨形成一個光散射層的過程就不再是必需的。因此，制造過程得到了縮短，并且制造成本也可以得到降低。
以下將對上述結構中的各個元件所使用的各類材料、尺寸、制造方法等的具體實例進行說明。
首先對發光裝置10進行說明。(發光裝置的形成實例)
發光裝置10中的發光元件20的排列間隔被設定為32μm，與具有200ppi(每英寸象素數)分辨率的彩色顯示器的象素間隔相對應。對絕緣襯底11來說，所采用的是通常在TFT過程中使用的襯底，如厚度為0.7mm的無堿玻璃襯底。通過采用多晶硅TFT技術的工藝，來形成驅動電路12。在工藝和材料方面，也可以采用各種其它的已知方法。
接下來，對發光元件的陰極來說，諸如鋁-鋰合金的材料通過經由用金屬制成的掩蔽罩進行真空鍍膜，從而形成了厚度約為200nm的底部電極21。
在底部電極21上形成有機EL層22。有機EL層22可以采用以下的結構，如由發光層和孔注入及遷移層構成的雙層結構、在雙層結構中增加一個電子注入及遷移層而形成的三層結構、以及通過在由金屬制成的底部電極21與有機EL層22之間的界面上設置一絕緣薄膜而形成的結構，等等。
在圖2所示的結構實例中，有機EL層22是單層。但是，有機EL層22也可具有上述多種層結構中的任何一種。有機EL層22可利用旋涂、真空鍍膜、噴墨打印或類似方法而被制造出來。根據制造方法，可以選擇聚合物有機EL材料或者是低分子量有機EL材料。例如，可以選擇三烷基胺衍生物、噁二唑衍生物、紫菜堿衍生物或類似物質中的至少一種以作為孔注入及遷移層的材料。作為用于發光層的材料，可以選擇例如8-羥基喹啉、8-烴基喹啉衍生物(具體來說，衍生物的金屬復合物)、四苯基丁二烯衍生物、烯丙基衍生物或類似物質中的至少一種。這些材料的每一種都可利用諸如真空鍍膜的技術而被形成厚度約為50nm的層。
接下來，諸如氧化銦錫(ITO)合金或類似物質的材料通過濺射被淀積在整個表面上，從而形成了用作陽極的透明電極23。在采用ITO作為陽極材料的情況下，片電阻變成約為20Ω/□，并且所形成的薄膜的厚度約為100nm。
最后，為了保護這些堆疊的層以使其避免氧化和潮濕，通過利用氧化硅或氮化硅而在其整個表面上形成了一個薄膜，這樣就形成了保護層13。發光裝置就是按照這種方式被制造出來的。(偏振再循環裝置的形成實例)
以下將對用于形成偏振再循環裝置40的一個實例進行說明。
偏振再循環裝置40被按照以下步驟設置在發光裝置10的上表面上。膽固醇型液晶聚合物層具有一個三層結構，在此結構中，螺距對應于紅(R)、綠(G)和藍(B)三元色。在疊放三層時，還可以逐漸改變液晶的螺距，以使膽固醇型液晶聚合物在總體上適用于整個可見光的波長范圍。
其中螺距逐漸改變的層可通過利用如以下的材料和方法而形成，例如，R.Mauer，D.Andrejewski，F-H.Kreuzer和A.Miller，在SID 90DIGEST，第110-112頁(1990)中所述的材料和方法。我們可將按照上述方法形成的偏振再循環裝置40粘在發光裝置10的上表面上。也可以通過對上述材料進行旋涂或類似技術而將偏振再循環裝置40直接形成在發光裝置10的上表面上。
四分之一波片和線性偏振片所用的傳統薄膜可被直接粘在膽固醇型液晶聚合物層的上表面上。也可通過旋涂和類似技術而將四分之一波片和線性偏振片的液晶材料直接噴涂在膽固醇型液晶聚合物層的上表面上。這種情況下的薄膜厚度可被設定成約為圖2中所示的厚度，而且薄膜可被制成遠薄于芯31。(光導裝置的形成實例)
對光導裝置30來說，其芯31的排列間隔被設定為與象素間隔相對應的32μm。
制造芯31和蓋層32的方法如下。
首先，利用旋涂或類似技術在支撐襯底(它由厚度為25μm至750μm的聚合物材料制成)的整個表面上涂敷一層聚合物材料I(如光敏聚丙烯樹脂)。然后，通過符合光刻方法的曝光工藝和蝕刻工藝，就可形成以32μm間隔排列的芯31。之后，利用旋涂再于其整個表面上涂敷一層聚合物材料II，聚合物材料II的成分與聚合物材料I有輕微不同，其折射率低于圖2所示的聚合物材料I的折射率。通過對表面進行拋光，芯31的上表面被暴露出來。芯31中材料的折射率約為1.7，而蓋層32中的折射率則約為1.5。
按照與圖14所示傳統結構相類似的方式，液晶層33被由聚丙烯樹脂、苯乙烯樹脂、聚碳酸脂、聚醚砜或類似材料制成的塑料襯底夾在中間，進而形成了光取出裝置33。
對帶有光漫射功能的濾色片34、35和36來說，用作反射型液晶顯示器(LCD)或背光型LCD的內部散射部件的光漫射材料的聚合物材料被混合到一種彩色濾色材料中。通過利用濺射噴鍍或類似技術在整個表面上淀積諸如Al或Cr的金屬材料或是諸如ITO的透明電極材料或者是通過在ITO中添加Sn，In或類似元素而得到的材料并利用光刻技術進行構圖，就可形成電極。
通過利用旋涂或類似技術將聚酰胺或作為聚酰胺的母體物質的聚酰胺酸涂敷在整個表面上，并在一個熱板或類似物上對該層進行加熱和燒結，然后再對其進行打磨，就可形成對準層。
在形成液晶層33時，通過利用向列型液晶材料、鐵電液晶材料、或是通常用于TFT-LCD的抗鐵電液晶材料中的一種，就可利用通常在TFT-LCD的液晶組成過程中使用的隔片將液晶層的厚度設定在2至5μm的范圍之內。當顯示器的顯示區域較小時，僅通過液晶密封材料的厚度而無需隔片就可將液晶層33的厚度固定在與上述范圍相類似的范圍內。
本發明所述顯示器的制造方法和尺寸并不局限于上述數值和制造方法，也可采用其它已知的制造方法。實現本發明所述效果范圍內的數值是屬于本發明的事情。即使數值或類似值超出了上述范圍，這個范圍也只是設計的范圍。
如上所述，根據本發明第一實施例所述的顯示裝置包括多個光導裝置30；發光裝置10，它所發出的光含有第一偏振分量以及其偏振方向與第一偏振分量不同的第二偏振分量，該裝置所發出的光進入上述多個光導裝置30之內；液晶層33，它被設置于上述多個光導裝置30之上，用于使從上述多個光導裝置30發出的光泄漏到外部；以及一偏振再循環裝置40，它被設置于發光裝置10與上述多個光導裝置30之間，用于將上述第二偏振方向轉換成第一偏振分量。(第一實施例的修改)
在上述說明中，具有使光漫射的功能的濾色片被放置在光導裝置的芯之上。也可以使用不含濾色片的光導裝置并在發光裝置與光導裝置之間放入普通的濾色片。
圖3和圖4中顯示出了這種結構的一個例子。圖3是顯示出了諸如發光裝置和光導裝置的組件的分解透視圖。圖4的截面圖則顯示出了它們之間的結合部的詳細情況。這種修改與圖1和圖2所示結構的不同之處僅在于濾色片的放置位置。具體來說，如圖3和圖4所示，濾色片15、16和17被緊密地附著在置于發光裝置20的上表面之上的偏振再循環裝置40的上表面上。光導裝置30b需要一個光散射層38。
雖然在本修改中對由白光發光裝置和濾色片所構成的彩色顯示器的例子進行了說明，但是，例如，也可用藍光發光裝置替代白光發光裝置，并且可用一彩色轉換層來替代濾色片。在用彩色轉換層替代濾色片的情況下，發光裝置所發出的光的波長被限制在一個很窄的范圍之內。因此，可以采用一個只具有一類螺距(例如，只具有與藍光相對應的間隔的液晶)的層來作為膽固醇型液晶聚合物層。用于將顏色從藍色轉換成綠色的層的位置以及用于將顏色從藍色轉換成紅色的層的位置可被安排在光導裝置的芯之上，或者以類似于濾色片的方式被置于發光裝置與光導裝置之間。
如上所述，在本修改中，可對組件進行各種替換而不脫離本發明的宗旨。因此，在不脫離本發明范圍的情況下所作出的組件替換也包含在本發明的修改當中。(第二實施例)
傳統技術的第二個問題在于，當發光元件的角分布較寬時，不能穿過光導裝置傳播的光子數將隨著發光元件與光導元件的端部之間距離的變大而增加，從而使光的利用效率會相應地下降。為了解決這個問題，需要采用一種具有窄小角分布的發光元件。
本發明的第二實施例就是基于上述動機而被實現的。
以下將對第二實施例的結構和操作依次進行說明。
對具有窄小角分布的發光元件來說，邊緣發光型EL發光元件和其中含有一個介質鏡的有機EL發光元件已經是眾所周知的。在本實施例中，通過將這類元件形成一陣列，就可以構成一個發光裝置。
像普通有機EL發光元件一樣，其中含有一個介質鏡的有機EL發光元件也從其表面上發出光。因此，按照與圖1或圖3中所示的第一實施例所述的結構相類似的方式，我們可以將這樣一種發光元件陣列與光導裝置安裝在一起。
邊緣發光型EL元件陣列從其邊緣發出光。在采用這種元件作為發光裝置的情況下，我們可以按照圖5和圖6來安裝這些組件。
在圖5和6中，與第一實施例中相同的組件由相同的參考標號指示。如圖5所示，通過在一絕緣襯底11c上形成多個發光元件20c以及一個用于驅動發光元件20c的驅動電路12c，并且經由一粘結層19固定一個支撐片18，就可構成發光裝置10c。
如圖6所示，發光元件20c是通過將底部電極21c、有機EL層22c以及頂部電極23c順序堆疊起來而被形成的。作為電極的材料，可以采用諸如含有Mg、Li之類元素的Al的反射型金屬。
在本實施例中，按照與第一實施例相類似的方式，有機EL層可以具有以下結構之一，如由孔遷移材料和發光層構成的雙層結構、通過在雙層結構中增加一個電子遷移層而得到的三層結構。
光導裝置30具有與第一實施例中相同的結構。發光裝置10c和光導裝置30被粘結層50固定。
為了有效地生產出邊緣發光型有機EL發光元件陣列，必須采取先在大面積襯底上形成多個發光元件陣列和驅動電路，然后再將襯底切割成小片的過程。但是，由于需要一定的切割裕度以用于切割襯底，并且由于切割裕度的存在，所以發光元件的邊緣以及襯底的邊緣就不能被做得實際相符。因此，發光裝置的發光邊緣就不能被緊密地附著在光導裝置的芯上。
將發光元件20c的邊緣面與芯的邊緣面之間的距離用“d”表示，將芯的高度表示為“w”，并且用θ來表示液晶層交界面上使光能夠經過芯傳播的最小入射角(將在后面得到說明)。當粘結層19、支撐片18、絕緣襯底11c以及粘結層50的折射率都相同時，可以獲得以下的表達式。當各層的折射率相互不同時，通過對各個界面使用Snell(斯涅爾)公式，就可以獲得類似的表達式。
以下將對本實施例的操作進行說明。
從發光元件20c的邊緣發出的光穿過粘結層19、支撐片18或絕緣襯底11c和粘結層50進入光導裝置30的芯31。由于通過公式1可以保證，使從發光元件20c的邊緣發出的光全部傳播進入芯，所以在發光裝置10c與光導裝置30之間的光學結合部中不會出現光的損失。光進入芯之后的操作與第一實施例中的操作相類似。
與液晶層界面之間的最小入射角θ(光以該角度傳播進入芯)是一個非常重要的設計參數，因為它決定了在出現光損失之前光導裝置30與發光裝置10c的發光邊緣之間的最大距離，即，可允許的切割裕度。為了獲取該值，需要進行以下所述的分析。具體來說，通過用一些具體的數值作為例子，可對穿過光導元件的高折射率區域傳播的光進入液晶層的現象進行分析。
液晶被認為是一種單軸晶體，其尋常光線和非常光線的折射率分別用no和ne表示。根據是否加載有外部電場，可考慮如圖14所示的兩種取向狀態。液晶層的法線方向與光的入射方向之間所形成的角度被表示為θ。
對其電場沿平行于紙面的方向振動的偏振分量來說，液晶層折射率的變化取決于角度θ，并且可以根據取向狀態而用下面的公式(公式2)給出。
在豎直取向的情況下
在水平取向的情況下
為了使光穿過光導元件傳播，就必須滿足在光導元件的高折射率區域(折射率＝ncore)與低折射率區域(折射率＝nclad)之間的交界面上的全反射條件。
通過利用一個臨界角θc，可將此全反射條件表示如下。
光不被泄漏到低折射率區域中的條件為θc＜θ
類似地，到達液晶層的光是否經歷全反射是由全反射的臨界角來決定的。與取向狀態相對應的臨界角θcv和θch是通過用(公式2)和(公式3)的表達式替代(公式4)中的nclad而被獲得的。θcv和θch分別代表了在臨界角θc的取向狀態中的豎直和水平分量。
以下將假設三類實際液晶并且對用于將光取出至光導元件的外部的條件進行考慮。
表1顯示了用于以下所用液晶的數據。
所研究的液晶參數如下；
首先，對液晶ZLI-45來說，ncore和nclad被分別設定為1.70和1.50，而且通過差值Δn(＝ncore-nclad)就可計算出三類臨界角。其結果作為入射角θ的函數被顯示在圖7中。
θcv和θch取決于入射角θ，根據它們與θ的關系，可以考慮以下幾種情況。
(1)θ＜θc光泄漏到低折射率區域中。
(2)θc＜θ＜θch光不泄漏到低折射率區域中，而是泄漏至液晶層中。
(3)θch＜θ＜θcv根據取向，即，水平取向(θch中的h代表了水平)或豎直取向(θcv中的v代表了豎直)，可控制泄漏到液晶層中的光。
(4)θcv＜θ光被限制在高折射率區域之中。
為了增加可控制的光量，需要使θch＜θ＜θcv的角度范圍變得更寬。就是說，圖7中的點A必須位于點B的左側，而且點C必須盡可能地接近θ＝90°。
當ncore被設定至液晶的ne時，點C就可被做得符合θ＝90°。圖8至圖10顯示出了當ncore被設定至ne時，對臨界角θcv和θch的計算結果。
如圖8至圖10所示，光從液晶層泄漏至外部的入射角θ的范圍可被控制在69 °＜θ＜90°(在液晶ZLI-45的情況下)，73°＜θ＜90°(在液晶ZLI-4619的情況下)，以及65°＜θ＜90°(在液晶ML-1007的情況下)。因此，可以明白，在這三類液晶中，在液晶ML-1007的情況下，光可得到最高效率的利用。在這種情況下，當粘結層50的折射率為1.5時，光從光源至芯的入射角φ處于-29°＜φ＜29°的范圍之內。所以，如果使用定向性小于該角度范圍的光源，則所有發出的光都可得到利用。
邊緣發光型有機EL發光元件的定向性在(例如)M.Hiramoto等人的“Directed beam emission from film edge in organicelectroluminescent diode(有機電致發光二極管中薄膜邊緣的定向光束發射)”(Appl.Phys.Lett.(應用物理報告Vol.62，No.7，第666-668頁，1993)一文中已得到過說明。在這個例子中，全部光都被以±10°的角度范圍發射。
在具有用于在本發明所述實例中進行分析的數值的光導裝置中，從邊緣發光型有機EL元件發出的光的定向性遠遠窄于使光穿過芯傳播所需的入射角范圍。因此，只要當光到達芯時，從理論上講，所有發出的光都可被用于顯示用途。
在上述分析的實例中，為了使光幾何地到達芯，當w＝30時，利用公式(式1)可以得到d＜30/2×tan(90°-10°)＝85μm。這個數值“d”被立刻采納作為當批量生產發光元件陣列時的襯底切割裕度。即，易于批量生產的邊緣發光型元件可被安裝在光導裝置上。按照這種方式構筑出的顯示器可以利用發光元件所發出的光中的絕大部分。
邊緣發光型有機EL發光元件的輸出在(例如)A.Fujii等人的“Anisotropic optical properties of an organic electroluminescent diodewith a periodic multilayer structure(帶有周期性多層結構的有機電致發光二極管的各向異性光學特性)”(Thin Solid Film 273薄固態膜273)，第199-201頁，1996)一文中已得到過說明。
如上述文章所述，在有機材料層具有由孔遷移層和發光層構成的簡單的雙層結構的情況下，可以知道，具有沿平行于堆疊方向振動的電場的偏振分量變成幾乎為100％。因此，在如本實施例中所述的使用邊緣發光型元件的情況下，就不再需要第一實施例中所用的偏振再循環裝置。(第二實施例的修改)
在對第二實施例的修改中，按照與對第一實施例的修改相類似的方式，在不脫離本發明的宗旨的情況下，其組件可以作各種替換。
例如，在上述說明中，具有光漫射功能的濾色片被置于光導裝置的芯的上方。但是，傳統濾色片也可被置于光導裝置和發光裝置之間。這種結構的一個例子如圖11和圖12所示。圖11是顯示出了諸如發光裝置和光導裝置的組件的分解透視圖。圖12的截面圖顯示出了這兩個裝置之間的結合部的詳細情況。
這種修改與圖5和圖6所示第二實施例的不同點在于，用于放置濾色片的光學裝置60得到使用，而且設置光散射層38代替濾色片被用于光導裝置30b。
如圖11所示，光導裝置60是通過將濾色片62、63和64緊密附著在光纖粘合件61的表面上而形成的。在濾色片被直接形成在發光裝置10c的邊緣上的情況下，就無需制造光學裝置60。
光纖粘合件是一種厚度約為1mm的光學組件，它是通過將多個光纖粘合在一起而形成的。它通過各個光纖將入射光引導至其它的表面上。因此，光在沿這種組件傳播期間就不會分散。由于其厚度約為1mm，所以在組裝時也容易操作。如圖12所示，光學裝置60被粘結層50和70分別與發光裝置10c和光導裝置30b固定在一起。光導裝置30b具有與圖3所示相同的結構。
雖然在圖12中光學裝置60的濾色片64正對著發光裝置10c，但是，也可將濾色片64放置在組件61的其它表面上以正對光導裝置30b。
按照與第一實施例相類似的方式，可用藍光發光裝置替換白光光源，并且可用彩色轉換層替換濾色片。
盡管以上對本發明的說明是根據具體實施例來進行的，但本領域的普通技術人員應該明白，對本發明的上述及各種其它變換、省略和添加都不會脫離本發明的精神和范圍。因此，本發明不應被理解為僅限于上述特定的實施例，而是應該包括所有可能在符合所附的權利要求中所提出的特征的本發明的范圍及其等價內容內的所體現出來的實施例。
以下將基于實施例對本發明的效果進行說明。
在第一實施例中，在傳統情況下會丟失的偏振分量可得到再循環使用，并且光的利用效率幾乎被加倍。因此，可以獲得兩倍于傳統情況的亮度。另外，發光裝置的功耗可被減少至傳統情況下的一半。所以，將本發明應用于諸如便攜式信息終端和筆記本電腦的需要低功耗的設備是十分有益的。通過采用將具有光漫射功能的濾色片置于光導裝置上方的結構，形成傳統的光散射層的制造過程就可被省略，由此使制造成本得到了降低。
在第二實施例中，作為對顯示器操作的詳細分析結果，就可使能夠容易批量生產的邊緣發光型元件被安裝在光導裝置上。因此，發光元件所發出的光中的絕大部分都可被有效地用于顯示。利用包含著其中形成有濾色片的光纖粘合片的結構，組裝過程也變得更加簡單。
權利要求
1.一種顯示裝置，其特征在于包括
多個光導裝置；
發光裝置，它所發出的光含有第一偏振分量和其偏振方向與上述第一偏振分量不同的第二偏振分量，該裝置所發出的光進入上述多個光導裝置之內；
液晶層，設置于上述多個光導裝置之上，用于使從上述多個光導裝置發出的光泄漏到外部；以及
偏振轉換裝置，設置于上述發光裝置與上述多個光導裝置之間，用于將上述第二偏振方向轉換成上述第一偏振分量。
2.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述偏振轉換裝置是通過將膽固醇型液晶聚合物層、四分之一波片以及線性偏振片堆疊而形成的。
3.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述發光裝置含有由形成在襯底之上的反射材料制成的底部電極，以及由透明材料制成的頂部電極，而且在上述底部電極與上述頂部電極之間設置有有機電致發光層。
4.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述發光裝置是邊沿發光型發光元件。
5.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述發光裝置輸出白光，并且濾色片被放置在上述液晶層的上方。
6.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述濾色片包括用于對經由上述液晶層分離出來的光進行散射的組件。
7.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，上述發光裝置輸出白光，并且上述濾色片被放置在上述發光裝置與上述多個光導裝置之間。
全文摘要
本發明提供了一種發光裝置,它具有這樣一種結構,在這種結構中,一個具有螺旋結構的光學活性介質、一個四分之一波片以及一線性偏振片被放置在發光元件的上方,此發光元件是通過將一個鏡面反射電極、一有機EL層以及一透明電極堆疊起來而被形成的。
文檔編號H05B33/00GK1375727SQ02103280
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月13日 優先權日2001年3月13日
發明者藤枝一郎, 福地隆, 鈴木成嘉 申請人:日本電氣株式會社