專利名稱：有機激光器和液晶顯示器照明的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機光發(fā)射裝置，具體涉及一種用作液晶顯示器中背光的有機光發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的透射式液晶顯示裝置(LCD)使用白背光，和圖案化的濾色器陣列(CFA)一起產(chǎn)生有色象素元件作為顯示顏色的一種裝置。偏振膜使光產(chǎn)生偏振。傳統(tǒng)液晶顯示器中的象素通過使用液晶的附加層連同位于偏振液晶層反面的兩個交叉的偏振器結(jié)構(gòu)而被打開或關(guān)閉。當放置在第一取向的電場中時，附加的液晶不會改變光偏振。當電場被改變至第二取向時，附加的液晶改變光偏振。當來自偏振液晶的光以90°指向第一取向的偏振膜的方位時，沒有光通過顯示器，因此產(chǎn)生黑點。在第二取向中，液晶旋轉(zhuǎn)光的偏振；因此光通過晶體和偏振結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生具有如濾色器陣列確定的顏色的亮點。
用于產(chǎn)生顯示器的這種傳統(tǒng)設(shè)計經(jīng)歷了需要使用偏振膜來產(chǎn)生偏振光。大約一半的光從背光中損失掉；從而降低了功效。值得注意的是，由偏振膜提供的不完全偏振降低了顯示器的對比度。此外，為了從白光源中提供有色光，需要額外使用濾色器陣列，這樣進一步降低了功效。如果用于三色紅、綠、藍顯示器的每個濾色器通過了白光的三分之一，那么白光的三分之二被損失掉。因此至少84％的由背光產(chǎn)生的白光被損失掉。
使用有機發(fā)光二極管(OLED)為液晶顯示器提供背光是公知的。例如由Jeong Hyun Kirn等人在2002年7月4日公布的、美國專利申請公開號為2002/0085143 A1的、標題為“Liquid Crystal DisplayDevice And Method For Fabricating The Same(液晶顯示器裝置及其制造方法)”的專利描述了一種液晶顯示器(LCD)裝置，它包括第一襯底和第二襯底；通過在第一襯底的外表面插入第一絕緣層而形成的有機發(fā)光元件；在有機發(fā)光元件整個表面上整齊形成的第二絕緣層和保護層；在第一襯底上形成薄膜晶體管；在包括薄膜晶體管的第一襯底的整個表面上形成的鈍化層；在與薄膜晶體管相連的鈍化層上形成象素電極；在第二襯底上形成的公用電極；以及在第一襯底和第二襯底之間形成的液晶層。
在公開號為2002/0085143Al的美國專利申請中的制造LCD的方法包括以下步驟在第一襯底的外表面上形成第一絕緣層；在第一絕緣層上形成有機光發(fā)射元件；在有機光發(fā)射元件的整個表面上形成第二絕緣層；在第二絕緣層上形成保護層；在第一襯底上形成薄膜晶體管；在包括薄膜晶體管的第一襯底的整個表面上形成鈍化層；在鈍化層上形成象素電極；以及在第一襯底和第二襯底之間形成液晶層。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計并沒有公開提高LCD效率的裝置。
在2002年11月26日頒發(fā)給Martin B.Wolk等人的、美國專利號為6,485,884的、標題為“Method For Patterning OrientedMaterials For Organic Electronic Displays And Devices(為用于有機電子顯示器和裝置的定向材料形成圖案的方法)”的專利中公開了使用圖案化偏振光發(fā)射器作為提高顯示器的效率的裝置。該方法包括從熱施主薄片至接收器的定向的、電激活的或發(fā)射的材料的選擇性熱轉(zhuǎn)移。該方法可用來制造發(fā)射偏振光的有機電致發(fā)光裝置和顯示器。然而仍然存在著問題，因為繼續(xù)存在有從熱施主薄片至接收器的電激活的或發(fā)射的材料的不完全定向。因此，發(fā)射的光的偏振并不是嚴格的線性偏振，因此光是不完全偏振的。
因此，需要可選的背光和新穎的顯示器設(shè)計來提高偏振光產(chǎn)品的效率，從而并因此提高可選背光的液晶顯示器的總體效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過提出用于產(chǎn)生偏振光的改進的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)來克服上面所提出的一個或多個問題，該結(jié)構(gòu)包含a)具有多個光發(fā)射形式的光發(fā)射層，其中光發(fā)射形式的取向不受控制；b)接收來自光發(fā)射層的光并產(chǎn)生偏振光的非對稱幾何元件；c)用于激發(fā)光發(fā)射層的裝置。
優(yōu)點本發(fā)明具有的優(yōu)點在于可以利用簡單的集成結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生具有偏振光輸出的白光發(fā)射裝置，并且由此提高液晶顯示器的總體效率。


圖1為本發(fā)明一個實施例的側(cè)視圖；圖2A為使用用于提供偏振光的相干光源的本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖；圖2B為垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3為使用用于提供偏振光的相干光源的本發(fā)明可選實施例的側(cè)視圖；圖4為使用用于提供偏振光的相干光源的本發(fā)明另一可選實施例的側(cè)視圖；圖5A為具有非對稱幾何元件的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖5B為具有可替換的非對稱幾何元件的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖5C為具有可替換的非對稱幾何元件的垂直腔結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖5D為具有由偏振選擇性反射鏡組成的非對稱幾何元件的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖6為使用用于提供偏振光的可選光源的本發(fā)明實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參考圖1，按照本發(fā)明，顯示器4包括具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的襯底10。在第一側(cè)面上形成了能夠產(chǎn)生偏振光7的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6。非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6被用來產(chǎn)生穿過襯底10的偏振光7。在襯底10的第二側(cè)面，形成包括第一液晶電極22、液晶層24和第二液晶電極26的透射液晶(LC)元件8。如本領(lǐng)域已知的，液晶電極22和26為象素化的(pixilated)LCD提供獨立的電控元件。液晶電極22和26能夠在液晶層24兩端施加電場，使得液晶層24在一種狀態(tài)下可透射而在另一種狀態(tài)下非透射。根據(jù)液晶層24的狀態(tài)，偏振光7透過液晶層24而形成透射的偏振光9。
液晶電極22、26以及液晶層24的控制和結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域是已知的。顯示器4包括偏振層25和改進顯示器對比度的減反射層27。漫射層28控制如觀察者所見的光的角度分布并且漫射層28是可選的。非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6還包括至少一個光發(fā)射層14。在傳統(tǒng)的LCD中，在襯底10和LC元件8之間形成底部偏振層用于從非偏振的入射光中產(chǎn)生偏振光以此提供背光。本發(fā)明在這里公開的內(nèi)容中，底部偏振層不是必需的。電極12和16被用來激活光發(fā)射層14。
從非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6發(fā)出的偏振光7可以是相干光也可以是非相干光。參考圖2A，按照本發(fā)明的一個實施例，通過首先提供具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的襯底10，可以形成偏振光7的相干光源。在襯底10的第一側(cè)面形成產(chǎn)生有色偏振光7的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20。參考圖2B，垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20具有光發(fā)射層23，該光發(fā)射層23擁有多個光發(fā)射形式29，其中光發(fā)射形式29的取向不受控制。該垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20在本領(lǐng)域是已知的，并且在下面引用的參考文獻中被公開。光發(fā)射層23具有放置在其上部和下部、形成光諧振腔結(jié)構(gòu)的反射鏡19和21。許多種材料可用于光發(fā)射層2 3，包括具有高光發(fā)射量子產(chǎn)額(quantum yield)的材料。這些材料通常包括有機染料、聚合體、薄膜半導(dǎo)體材料，如CdSe、CdS、ZnS、ZnSe、以及用這些材料制造和涂在粘合劑(binder)上的量子點(小的納米晶體)。通常，量子點包括CdSe量子點；通常的粘合劑是聚合物材料。由元素周期表中的第II族和第VI族元素制成的材料形成薄膜形式的高發(fā)射性材料；同樣地，如本領(lǐng)域所公知的，第III族和第V族元素可以制成發(fā)射性化合物。
參考圖2A，垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的偏振輸出是由作為垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的一部分的非對稱幾何元件產(chǎn)生的，下面將對其進行更詳細的描述。光發(fā)射層23(圖2B示出)接收來自光激發(fā)層17的發(fā)射光。光激發(fā)層17可以具有一個泵浦(pump)層用于可選地對垂直腔激光器層20進行泵浦。保護的透明平面層18位于垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20上。位于平面層18上的是第一電極16、光激發(fā)層17，比如用于發(fā)射非相干光11以此泵浦垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的有機光發(fā)射二極管，以及第二電極12。平面層18上這種元件的組合提供了用于激發(fā)垂直腔結(jié)構(gòu)20的光發(fā)射層(如圖2B所示)的裝置。光激發(fā)層17通常通過電致發(fā)光的方式生成非相干光。如本領(lǐng)域已知的，在本發(fā)明的一個實施例中使用的有機發(fā)光二極管(OLED)可包括多層，例如光發(fā)射層、電荷注入層和電荷傳輸層。也可以使用以平面陣列或者線性陣列形成的無機發(fā)光二極管連同楔形波導(dǎo)的使用來提供用于生成非相干光的激發(fā)源。
垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20將非相干光轉(zhuǎn)換為具有偏振輸出的相干光。如上面參考圖1所述的，在襯底10的第二側(cè)面形成了透射LC元件8。LC透射元件8具有與垂直腔激光器對準的、用以控制從垂直腔激光器發(fā)射的有色光的第一獨立可控的液晶電極22、液晶層24以及第二液晶電極26?？蛇x的漫射層28可以位于電極26上方。還包括偏振層25和改進顯示器對比度的減反射層27。在這個實施例中，非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6由層12、16、17、18以及鄰近襯底10的層20組成。
光激發(fā)層17以及第一電極和第二電極16、12各自可以不是獨立可控的，且當在第一電極16與第二電極12之間施加電流流動時，產(chǎn)生同時泵浦所有垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的非相干光。垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20通過襯底10和第一液晶電極22來發(fā)射偏振光7。偏振光7穿過第一液晶電極22。如果液晶層24是透射的，則透射的偏振光9穿過液晶層24和第二液晶電極26并且最終從顯示器4發(fā)射。如果液晶層24不透射，則上部偏振層25吸收透射的偏振光9。另外，光激發(fā)層17可以象素化的方式被制造，并且與液晶元件8對齊(registered with)。另外，與液晶電極22和26有關(guān)的第一和第二電極16和12分別可以獨立可控，使得只有這些位置才可以用于發(fā)射光。應(yīng)當注意的是，本實施例中沒有使用濾色器陣列(CFA)。
如果在第一液晶電極22與第二液晶電極26之間存在電場，則液晶將對準與電場大小對應(yīng)的角度，從而旋轉(zhuǎn)偏振光并且允許從顯示器發(fā)射偏振光。如本領(lǐng)域已知的，根據(jù)對電極形成的電場的響應(yīng)，液晶抑制偏振光通過的機制包括偏振平面的旋轉(zhuǎn)。
參考圖3，在本發(fā)明的第二實施例中，垂直腔結(jié)構(gòu)20通過小的、象素化的、具有組合時會形成白偏振光的多種顏色的、垂直微腔激光器元件的組合來發(fā)射白偏振光。在這個布置中，在液晶層24上面增加濾色器34，有助于形成有色垂直微腔激光器元件。具有液晶顯示器的濾色器的沉積和構(gòu)造在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。圖中沒有示出可選的減反射層27，但是如果需要，可以包括該減反射層27。
參考圖4，圖3所示布置的功效可以通過使用如圖1所示的發(fā)射有色偏振光7的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20而被提高；但是被有色非相干光11從相干激發(fā)層17中光泵浦。應(yīng)當理解，圖4所示的綠OLED產(chǎn)生的光基本上被綠激光垂直激光腔結(jié)構(gòu)20所吸收，并且很適于綠激光垂直激光腔結(jié)構(gòu)20的光泵浦。同樣地，對藍OLED和關(guān)聯(lián)的藍激光激光器，以及對紅OLED和關(guān)聯(lián)的紅激光激光器也是適用的。根據(jù)顯示器的總體需求，這些特殊層的材料組成可以變化或不變。有色非相干光11的頻率被選擇用于最優(yōu)地泵浦垂直激光腔結(jié)構(gòu)20。非相干光激發(fā)層17(以及電極12和16)結(jié)合液晶電極22可以不是獨立受控的。另外，非相干光激發(fā)層17(借助于電極12和16)結(jié)合液晶電極22可以是獨立受控的。由于只有這些預(yù)期發(fā)光的元件被激勵，所以這種布置為垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20提供了更高效率的光泵浦機制。
由Ronald S.Cok等人于2003年6月24日提交的、美國專利公開號為10/602,143的、標題為“Incoherent Lght-Emitting DeviceApparatus For Driving Vertical Laser Cavity(用于驅(qū)動垂直激光腔的非相干光發(fā)射裝置設(shè)備)”的專利以及由Ronald S.Cok等人于2003年5月27日提交的、美國專利公開號為10/445,980的、標題為“White-Light Laser(白光激光器)”的專利中詳細描述了適用的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20，通過引用其內(nèi)容而被結(jié)合在此。在這些參考文獻中，描述了諧振腔反射鏡、光發(fā)射層和側(cè)向限定結(jié)構(gòu)的多種制作裝置。通常指定垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的光發(fā)射層14作為活躍層。參考圖2B，光發(fā)射層23放置在反射鏡層19和21之間，以形成光諧振腔結(jié)構(gòu)。通常，光發(fā)射層對于被大面積的LED裝置光泵浦的低閾值垂直激光器腔裝置的制作是很重要的?；镜拇怪鼻患す馄鹘Y(jié)構(gòu)20由光發(fā)射層23或者擁有多個發(fā)光形式29的層組成，其中光發(fā)射形式29的取向不受控制。因為光發(fā)射層是光激發(fā)的，所以光發(fā)射層可以由非晶態(tài)材料組成并且具有高電傳輸特性的材料對于高效率操作不是必需的。該發(fā)射層，或者在可選實施例中，在包含光諧振腔反射鏡元件之間形成了多個層。例如由Keith B.Kahen等人于2002年5月23日提交的、美國專利公開號為10/154,372的、標題為“Organic Vertical Cavity Laser Array Device(有機垂直腔激光器陣列裝置)”的待審批的、并通過引用其內(nèi)容而被結(jié)合在此的專利中，光場側(cè)向范圍的控制被用于建立各個微米級激光器象素的陣列，這些激光器象素彼此之間是鎖相(phase-locked)的。對底部電介質(zhì)疊層的反射系數(shù)的調(diào)制提供了裝置的微米級的激光器象素。從象素的發(fā)射是鎖相的，使得裝置能被大面積光源驅(qū)動，而激光器的輸出主要保持在單側(cè)模式。低功率密度閾值結(jié)合大面積光源泵浦使裝置可以被便宜的、非相干LED光驅(qū)動。用于產(chǎn)生這種側(cè)向限定的其它裝置在本領(lǐng)域是已知的。例如，所謂的光子帶隙(PBG)結(jié)構(gòu)能夠用來限制側(cè)向地或者沿著激光發(fā)射方向的光場。由AxelScherer等人發(fā)表在IEEE Transactions on Nanotechnology，Vol.1，No.1，Mar.2002，p4-11上的、標題為“Photonic Crystals forConfining，Guiding，and Emitting Light(用于限定、引導(dǎo)和發(fā)射光的光子晶體)”的文章公開了用于光限定和產(chǎn)生偏振發(fā)射的PBG結(jié)構(gòu)。同樣地，發(fā)表在Applied Physics Letters，Vol.75，No.8，Aug.23，1999，p1036-1038上的、題目為“Light Extraction FromOptically Pumped Light-Emitting Diode by Thin-Slab PhotonicCrystals(通過薄板光子晶體從光泵浦光發(fā)射二極管中提取光)”的文章描述了提高從以接近2-D光子晶體而被圖案化的這種非相干LED中的光提取效率的方法。
VCSEL提供了偏振控制的機會，這在垂直腔激光器領(lǐng)域中是公知的。幾何上對稱的VCSEL擁有具有垂直偏振狀態(tài)的退化的橫向模式。因此，為了強迫特定的振蕩模式，進而強迫出特定的偏振狀態(tài)，有必要改變VCSEL的對稱性。這種的偏振輸出裝置使用非對稱幾何元件以此產(chǎn)生偏振光。由John P.Spoonhower等人于2003年3月24提交的、美國專利公開號為10/395,484的、標題為“Organic FiberLaser System And Method(有機光纖激光器系統(tǒng)和方法)”的待審批的、通過引用其內(nèi)容而被結(jié)合在此的專利公開了用于從有機垂直腔激光器中產(chǎn)生偏振光輸出的裝置。非對稱幾何元件可以是具有非對稱側(cè)向限定的垂直腔表面發(fā)射激光器20，側(cè)向限定是由諧振腔反射鏡的反射調(diào)制提供的。圖5A示出的是具有非對稱幾何元件36這種類型的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的頂視圖。圖中給出了具有外部側(cè)向限定結(jié)構(gòu)38的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20的頂視圖。另外，非對稱幾何元件可以是具有由鄰近激光器諧振腔放置的光子帶隙結(jié)構(gòu)提供的非對稱側(cè)向限定的垂直腔表面發(fā)射激光器20。圖5B示出的是具有非對稱幾何元件36這種類型的垂直腔激光器結(jié)構(gòu)的頂視圖。光子帶隙40限定了在非對稱方式中激光器諧振腔的側(cè)向尺寸。
另外，非對稱幾何元件還可以是光柵。圖5C示出的是使用光柵42作為非對稱幾何元件36的垂直腔結(jié)構(gòu)20的頂視圖。其中非對稱幾何元件36是光柵，光柵更好地改進了耦合于一個偏振方向的表面等離子體激元光輸出。最后，圖5D示出的是使用光柵作為非對稱幾何元件36的垂直腔結(jié)構(gòu)20的頂視圖。偏振選擇性反射鏡44提供了激光器諧振腔內(nèi)顯著的多通增益，但是只針對一個優(yōu)選的方向(在圖5D中由箭頭表示)。垂直腔激光器結(jié)構(gòu)20在低泵浦功率的情況下將獲得激光器振蕩的閾值并且在具有優(yōu)選的偏振輸出的模式下振蕩。
存在有很多激光偏振控制的方法，例如，Carl W.Wilmsen等人所著的“Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers(垂直腔表面發(fā)射激光器)”，Cambridge大學出版社，1999的一書中描述了使用空間非對稱垂直腔激光器陣列元件或者另外在這里被稱為非對稱幾何元件具體控制偏振模式的方法。一種產(chǎn)生具有穩(wěn)定單偏振的激光器輸出的機制是通過非對稱側(cè)向限定而在一個維度上減小垂直激光諧振腔激光器裝置的大小。例如，通過將矩形垂直腔激光裝置從完全對稱裝置結(jié)構(gòu)(6×6μm)減小到尺寸為6×3.5μm將表現(xiàn)出增加的基本模式發(fā)射的衍射損耗。這個增加的基本發(fā)射模式衍射損耗導(dǎo)致偏振激光發(fā)射的方向的牽制。同樣地，Marko Loncar等人在Applied Physics Letters，Vol.81，No.15，Oct.7，2002，p2680-2682上發(fā)表的、標題為“Low-Threshold Photonic Crystal Laser(低閾值光子晶體激光器)”的文章中描述了一種使用這種光子帶隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏振激光的方法。
在2002年6月11日頒發(fā)給Victor Il′ich Kopp等人的、美國專利號為6,404,789的、標題為“Chiral Laser Apparatus And Method(手征激光設(shè)備和方法)”的專利以及由Victor Il′ich Kopp等人于2001年11月1日公開的、美國專利公開號為2001/0036212的、標題為“Chiral Laser Utilizing a Quarter Wave Plate(使用1/4波片的手征激光)”的專利中公開了可選的PBG結(jié)構(gòu)，即所謂的手征激光。這些可選的PBG結(jié)構(gòu)利用膽甾型液晶結(jié)合光發(fā)射層，以此來產(chǎn)生偏振的、薄膜的、相干光源。如美國專利公開號2001/0036212(如上所提及的)中所公開的，激光的發(fā)射可以是圓偏振或線偏振，這取決于是否利用1/4波片來轉(zhuǎn)換偏振類型。
在微腔中使用有機材料以此產(chǎn)生偏振光的其它方法也是已知的。比如由Qinghai Song等人在Applied Physics Letters，Vol.82，No.18，May5，2003，p2939-2941上發(fā)表的、標題為“Narrow-BandPolarized Light Emission From An Organic Microcavity FabricatedBy A Sol-Gel Technique(從利用Sol-Gel技術(shù)制造的有機微腔中發(fā)射窄帶偏振光)”的文章描述了這樣的一種方法。這樣的微腔裝置的光輸出由兩個正交偏振的窄線性光發(fā)射模式組成，即所謂的TE模式和TM模式。這兩個模式在作為波長的函數(shù)的功率上大致相等，并且每個模式的光強度在裝置的增益曲線的峰值處最大(在本例中為620nm)。在以相對于觀察者方向的角度來調(diào)整裝置時，各偏振模式的波長分離。通過波長濾波，能夠選擇其中的一個偏振模式。另外James A.Cox等人在2002年8月8日公開的、美國公開號為2002/0106160的、標題為“Resonant Reflector For IncreasedWavelength And Polarization Control(用于提高波長和偏振控制的諧振反射器)”的專利中公開了一種將引導(dǎo)模式光柵諧振反射濾光器用于偏振和VLSEL的波長控制的光學系統(tǒng)。
另一產(chǎn)生偏振激光的非對稱幾何元件使用偏振選擇性諧振腔元件。任何以非對稱方式影響激光諧振腔增益的機制均具有產(chǎn)生偏振激光輸出的潛能。針對無機VCSEL，這種效應(yīng)已經(jīng)被證明并且包括將偏振選擇性光柵結(jié)構(gòu)用作反射鏡元件。這些設(shè)計已經(jīng)被討論過，例如在S.Goeman等人在IEEE Photonics Technology Letters，Vol.10，No.9，Sep.1999，p1205-1207上發(fā)表的、題目為“First DemonstrationOf Highly Reflective And Highly Polarization SelectiveDiffraction Gratings(GIRO-Gratings)For Long-WavelengthVCSEL′s(長波長VCSEL的高反射和高偏振選擇性衍射光柵(GIRO-Gratings)的第一示例)”的文章中。另外Michael F.Weber等人在Science，Vol.287，Mar.31，2000，p2451-2456上發(fā)表的、題目為“Giant Birefringent Optics In Multilayer Polymer Mirrors(多層聚合無反射鏡中的巨雙折射光學)”中描述了多層偏振選擇性反射鏡在制作微腔激光器時能夠用作末端反射鏡。
存在有使用具有多種結(jié)構(gòu)化元件的非相干光發(fā)射器產(chǎn)生偏振光的可選裝置。例如，使用表面等離子體激元效應(yīng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏振光。參見，如Dawn K.Gifford等人在Applied Physics Letters，Vol.80，No.20，May20，2002，pages3679-3681上發(fā)表的、題目為“Extraordinary Transmission Of Organic PhotoluminescenceThrough An Otherwise Opaque Metal Layer Via Surface PlasmonCross Coupling(借助于表面等離子體激元交叉耦合穿過另外的不透明金屬層的有機光致發(fā)光的非常傳輸)”和Gifford.Dawn K.Gifford等人在Applied Physics Letters，Vol.81，No.23，Dec.2，2002，p4315-4317上發(fā)表的、題目為“Emission Through OneOf Two Metal Electrodes Of An Organic Light-Emitting Diode ViaSurface-Plasmon Cross Coupling(借助于表面等離子體激元交叉耦合穿過有機光發(fā)射二極管的兩個金屬電極中之一的發(fā)射)”。Gifford等人公開了通過使光刻膠在具有干涉圖案的玻璃上曝光而產(chǎn)生用于光致發(fā)光表面等離子體激元耦合的光柵幾何結(jié)構(gòu)，隨后是沉積復(fù)制下表面外形的后續(xù)層。
通過使用這種前述的偏振的、非相干光發(fā)射器，圖1所示的三級結(jié)構(gòu)可以在僅僅如圖6所示的兩級結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。參考圖6，第一電極12可限定周期性光柵結(jié)構(gòu)。通過使用已知的光刻技術(shù)比如在形成于襯底10(如圖1所示)上的平面層上形成圖案，可以形成這種結(jié)構(gòu)。第一和第二電極12和16各自、以及光發(fā)射層14比如OLED層，形成了發(fā)射偏振光7的周期性光柵結(jié)構(gòu)。該偏振光7被發(fā)射并根據(jù)如上所述的液晶層的狀態(tài)而穿過LCD層。如本領(lǐng)域已知的，使用OLED層的光發(fā)射層14可包含多個子層，如光發(fā)射層、電荷注入層和電荷傳輸層。如圖4所示，光發(fā)射層14可以被圖案化(patterned)以此發(fā)射不同顏色的偏振光7并且與液晶層24的獨立受控元件對準。另外，使光發(fā)射層14圖案化以使其帶有多個具有不同顏色的小發(fā)射器，所述的這些不同顏色被組成時可形成白光，使得在總體上，白光從獨立可控元件中被發(fā)射。
使用電極12和16的單個的、鄰近的導(dǎo)電涂層可很容易完成光發(fā)射層14的構(gòu)成和控制。另外，電極12或16中的一個可以被圖案化并且可以被單獨控制以此提供與電極22和26關(guān)聯(lián)的光。電極12可以是反射的，以使任何從液晶層24發(fā)出的光朝向液晶層24被反射。電極16必須是透明的以將從光發(fā)射層14發(fā)出的光向垂直腔激光器20傳輸或者直接傳至液晶層24。如同襯底涂層(coating)技術(shù)，透射電極和反射電極在本領(lǐng)域是已知的。在由Andrew D.Arnold等人于2002年6月27號提交的、美國專利公開號為10/184,358的、標題為“Organic Light Emitting Diode Display With SurfacePlasmon Outcoupling(具有表面等離子體激元輸出耦合的有機光發(fā)射二極管顯示器)”的待審批的、并且通過引用其內(nèi)容而被結(jié)合在此的專利中對適用的結(jié)構(gòu)進行了詳細描述。獨立受控電極22和26以及液晶層24的結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中也是公知的。尤其是，使用薄膜技術(shù)的有源矩陣控制裝置可被用來激活顯示器的獨立受控元件。
利用本領(lǐng)域已知的技術(shù)可將非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)6和液晶元件8封裝在覆蓋物或者透明的、保護涂層(圖中未示出)內(nèi)。覆蓋物或者可選的透明的、保護涂層還可用作襯底，在該襯底上建立了連續(xù)的層，并且襯底10接下來依次是被沉積的平面層。
本發(fā)明已經(jīng)通過特別參考了其中的某些優(yōu)選實施例而被詳細地描述，但是，應(yīng)該理解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進行變更和修改。
部件列表4顯示器6非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)7偏振光8液晶元件9透射的偏振光10襯底11非相干光12電極14光發(fā)射層16電極17激發(fā)層18平面層19反射鏡20垂直腔激光器結(jié)構(gòu)21反射鏡22第一液晶電極23光發(fā)射層24液晶層25偏振層26第二液晶電極27減反射層
28漫射層29光發(fā)射形式34濾色器36非對稱幾何元件38側(cè)向限定結(jié)構(gòu)40光子帶隙結(jié)構(gòu)42光柵結(jié)構(gòu)44偏振選擇性反射鏡
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生偏振光的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，包含a)光發(fā)射層，具有多個光發(fā)射形式，其中所述光發(fā)射形式的取向不受控制；b)非對稱幾何元件，接收來自所述光發(fā)射層的發(fā)射光并且產(chǎn)生偏振光；以及c)用于激發(fā)所述光發(fā)射層的部件。
2.如權(quán)利要求1所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述光發(fā)射層由選自有機光發(fā)射材料和無機光發(fā)射材料組成的組中的材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述有機光發(fā)射材料包括選自由聚合體和染料組成的組中的材料。
4.如權(quán)利要求2所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述無機光發(fā)射材料包括選自由元素周期表中第II、VI、III和V族發(fā)現(xiàn)的化合物組成的組中的材料以及由這些相同的族所制作的半傳導(dǎo)量子點。
5.如權(quán)利要求1所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述非對稱幾何元件是具有非對稱側(cè)向限定的垂直腔表面發(fā)射激光器。
6.如權(quán)利要求5所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述垂直腔表面發(fā)射激光器是有機的。
7.如權(quán)利要求5所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述垂直腔表面發(fā)射激光器是無機的。
8.如權(quán)利要求1所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述非對稱幾何元件是光柵。
9.如權(quán)利要求8所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述光柵改進了表面等離子體激元光輸出耦合。
10.如權(quán)利要求1所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述非對稱幾何元件是具有非對稱側(cè)向限定的光子晶體。
11.如權(quán)利要求1所述的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述光發(fā)射層發(fā)射白光。
12.一種平板顯示器，包含a)光發(fā)射層，具有多個光發(fā)射形式，其中所述光發(fā)射形式的取向不受控制；b)非對稱幾何元件，接收來自所述光發(fā)射層的發(fā)射光并且產(chǎn)生偏振激光；c)用于激發(fā)所述光發(fā)射層的光激發(fā)層；以及d)液晶，適用于在使所述偏振光透過所述液晶的透射狀態(tài)和使所述偏振光不能透過所述液晶的非透射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
13.如權(quán)利要求12所述的平板顯示器，其中還包括a)光透明的、絕緣的平面層；b)其中所述光激發(fā)層還包括i)第一透明電極，位于所述光透明的、絕緣的平面層一側(cè)；ii)泵浦層，鄰接所述第一透明電極并可產(chǎn)生泵浦光，所述泵浦光經(jīng)過所述第一透明電極和所述光透明的、絕緣的平面層而從光激發(fā)層發(fā)射出去；以及iii)第二電極，鄰接所述泵浦層；c)其中所述垂直激光器腔結(jié)構(gòu)位于所述光透明的、絕緣的平面層的另一側(cè)并且被布置成可接收從所述光激發(fā)層傳過所述光透明的、絕緣的平面層的所述泵浦光，這種結(jié)構(gòu)包括i)第一裝置，用于接收來自所述光激發(fā)層的光并且在整個預(yù)定范圍波長內(nèi)主要用于透射或反射；ii)有機活躍層，用于接收來自所述光激發(fā)層以及所述第一光接收裝置的光并且用于產(chǎn)生激光；以及iii)第二裝置，用于將來自所述有機活躍層的光反射進所述有機活躍層，其中用于接收光的所述第一裝置和第二裝置的組合傳輸偏振激光。
14.如權(quán)利要求13所述的平板顯示器，其中所述垂直腔激光器結(jié)構(gòu)被布置成組，其中每一組具有共同的空間分離并且發(fā)射相同顏色的、模式鎖定的光。
15.一種平板顯示器，包含a)襯底；b)周期光柵結(jié)構(gòu)，在所述襯底上形成；c)第一電極層，在所述周期光柵結(jié)構(gòu)上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)；d)OLED層，在所述第一電極層上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)；e)第二電極層，在所述OLED層上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)，其中所述第一和/或第二電極層是金屬層，據(jù)此所述周期光柵結(jié)構(gòu)導(dǎo)致表面等離子體激元交叉耦合進所述金屬電極層；以及f)液晶，適用于在使所述偏振光透過所述液晶的透射狀態(tài)和使所述偏振OLED光不能透過所述液晶的非透射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
16.如權(quán)利要求15所述的平板顯示器，其中所述襯底是透明的、保護涂層。
17.如權(quán)利要求12所述的平板顯示器，其中所述液晶還包含i)第一液晶電極和第二液晶電極；以及ii)液晶材料層，位于所述第一液晶電極和第二液晶電極之間，使得當所述第一液晶電極和第二液晶電極沒有施加電場時，所述液晶材料不能傳輸偏振光以及當所述第一液晶電極和第二液晶電極施加了電場時，所述液晶材料傳輸偏振光。
18.如權(quán)利要求17所述的平板顯示器，其中所述第一液晶電極和第二液晶電極形成獨立可控的象素。
19.如權(quán)利要求18所述的平板顯示器，其中所述光發(fā)射層還包含多個發(fā)射不同顏色光的光發(fā)射器，并且其中所述不同顏色的光發(fā)射器與所述獨立可控的象素對準。
20.如權(quán)利要求18所述的平板顯示器，其中所述光發(fā)射層發(fā)射白光并且還包含多個與所述獨立可控的象素對準的濾色器陣列。
21.如權(quán)利要求18所述的平板顯示器，其中所述光發(fā)射層包含獨立可控的象素。
22.一種顯示系統(tǒng)，包含a)光發(fā)射器，發(fā)射相干光；b)有機垂直腔激光器，適用于接收非相干光并根據(jù)非相干光發(fā)射在第一方向上被偏振的激光；c)液晶，適用于在使所述偏振激光透過所述液晶的透射狀態(tài)和使所述偏振激光不能透過所述液晶的非透射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及d)控制器，用于控制光發(fā)射器。
23.如權(quán)利要求22所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光發(fā)射器和所述控制器被集成在共同的襯底上。
24.如權(quán)利要求15所述的平板顯示器，其中所述液晶還包含i)第一液晶電極和第二液晶電極；ii)液晶材料層，位于所述第一液晶電極和第二液晶電極之間，使得當所述第一液晶電極和第二液晶電極沒有施加電場時，所述液晶材料不能傳輸偏振光以及當所述第一液晶電極和第二液晶電極施加電場時，所述液晶材料傳輸偏振光。
25.如權(quán)利要求15所述的平板顯示器，其中所述第一液晶電極和第二液晶電極形成獨立可控的象素。
26.如權(quán)利要求25所述的平板顯示器，其中所述OLED層還包含多個發(fā)射不同顏色光的OLED，其中所述不同顏色的OLED與所述獨立可控的象素對準。
27.如權(quán)利要求25所述的平板顯示器，其中所述OLED層發(fā)射白光并且還包含多個與所述獨立可控象素對準的濾色器陣列。
28.如權(quán)利要求25所述的平板顯示器，其中，所述OLED層包含獨立可控的象素。
29.一種顯示系統(tǒng)，包含a)襯底；b)周期光柵結(jié)構(gòu)，在所述襯底上形成；c)第一電極層，在所述周期光柵結(jié)構(gòu)上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)；d)OLED層，在所述第一電極層上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)；e)第二電極層，在所述OLED層上形成并且符合所述光柵結(jié)構(gòu)，其中所述第一和/或第二電極層是金屬層，據(jù)此所述周期光柵結(jié)構(gòu)導(dǎo)致表面等離子體激元交叉耦合進所述金屬電極層；f)液晶，適用于在使所述偏振激光透過所述液晶的透射狀態(tài)和使所述偏振激光不能透過所述液晶的非透射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及g)控制器，用于控制所述光發(fā)射器。
30.如權(quán)利要求29所述的顯示系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器和所述控制器被集成在共同的襯底上。
31.一種用于產(chǎn)生偏振激光的方法，包含a)形成具有多個光發(fā)射形式的光發(fā)射層，其中所述光發(fā)射形式的取向不受控制；b)形成側(cè)向非對稱激光腔結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)接收來自所述光發(fā)射層的發(fā)射光，由此產(chǎn)生偏振激光；以及c)提供用于激發(fā)所述光發(fā)射層的部件。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述側(cè)向非對稱激光器腔結(jié)構(gòu)是具有非對稱側(cè)向限定的垂直腔表面發(fā)射激光器。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述垂直腔表面發(fā)射激光器是有機的。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述垂直腔表面發(fā)射激光器是無機的。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生偏振光的非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其包括具有多種光發(fā)射形式的光發(fā)射層(17)，其中光發(fā)射形式的取向不受控制。來自光發(fā)射層(17)的發(fā)射光的接收由非對稱幾何元件(20)完成，該非對稱幾何元件(20)還產(chǎn)生偏振光。另外，非對稱光發(fā)射結(jié)構(gòu)(20)包括激發(fā)(12、16)光發(fā)射層(17)的裝置。
文檔編號G02F1/13357GK1853136SQ200480027027
公開日2006年10月25日 申請日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者R·S·科克, J·P·斯龐霍維 申請人:伊斯曼柯達公司