電致發光顯示器的制作方法

專利名稱：電致發光顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電致發光(EL)顯示器，具體地涉及改進這樣的顯示器的均勻性和可視性。
某些材料是電致發光的，也就是說，當在他們兩邊產生電場時，他們發光從而發亮。第一種已知電致發光材料是無機微粒物質例如硫化鋅，而最近發現的電致發光材料包括稱為有機LED(OLED)的大量小分子有機發射體和一些稱為發光聚合物(LEP)的塑料-合成有機聚合物質。摻雜和密封形式的無機微粒仍在使用，特別當混合到粘合劑和作為相對厚層應用于襯底表面時；LEP可以用作粘合劑基體中的微粒材料或者，根據一些優點，本身用作相對薄的連續膜。
電致發光效應已經用于顯示器的設計中，其中提供大面積的電致發光材料-在這里稱為磷光體-以形成可以透過掩模看見的背光，所述掩模限定顯示器將顯示什么字符。
上述背光從前面(從其觀看的一側)到背面通常由下列組成被稱為襯底并通常由玻璃或者塑料例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成的相對厚的保護電絕緣透明前面層；在襯底的整個背面上方，由例如氧化銦錫(ITO)的材料制造的非常薄的透明導電薄膜，這形成了背光的一個電極-前電極；覆蓋前電極的背面的電致發光/磷光體材料(通常是粘合劑基體內的微粒磷光體)的相對薄層；在磷光體層的背面的上方，具有大約50的比較高的介電常數(相對介電常數)的材料-通常是陶瓷-的相對薄的電絕緣層；覆蓋電絕緣層的整個背面，連續的導電膜，通常是不透明(典型地是碳或者銀)，形成背光的另外的電極-背電極。
另外，相當精密的背電極層被保護膜(通常是另一個相似的陶瓷層)覆蓋以防止該層由于與安裝在顯示器后面的器件部件-例如電子線路-接觸而損傷。
采用通常方法，通過限定該層部件的形狀、大小和位置的掩模，在涂敷下一層之前，適當的使用漿糊，將每一不同層方便地絲網印刷到位置(除了ITO前電極以外，其通常濺射在襯底之上)，所述漿糊隨后通過加熱或者紫外線，視情況而定，干燥、凝固或者固化。在電致發光顯示器的情況，措辭″相對厚″和″相對薄″分別指得是30至300微米，通常大約100微米的范圍內的厚度和小于50微米，最平常是25微米或更小的范圍內的厚度。
在顯示器中，上述背光定位在限定顯示器將顯示什么字符的掩模的后面。不幸地，為了形成真實有效的易閱讀的顯示器，必須很好地控制顯示器的背景一致性以便不使觀眾的注意力從打算顯示的信息分散。迄今為止，電致發光顯示器沒有獲得令人滿意的效果。
如上所述，大多數電致發光顯示器采用電致發光原理的均勻照明性質作為背光，使得能夠通過剪切覆蓋允許光透過特定孔徑的來形成圖形字符。采用這種使用微粒磷光體的方法形成的字符往往不夠清晰。而且，上述顯示器是″全或無(all or nothing)″顯示器，當背光“接通”時，照射全部字符，而當它“斷開”時，它們全沒了。
然而，隨后實現了通過″倒置″具有掩模覆蓋的背光的普通結構來構造具有可分別激活字符的更清晰、更清楚的顯示器。更具體地說，人們發現如果磷光體在至少一側(具體地說，后面)與分別適當成形的電極的陣列而不是連續電極的相關聯，則可以完全除去掩模，因為磷光體可以固有地以希望的分離形狀被激活，所述分離形狀例如為圖象、文字數字式字符，或其布置提供可重配置信息的獨立變換段的圖案，因此能夠使顯示器具有理想的清晰度。
如此形成的顯示器確實具有超過先前的利用掩模的顯示器的相當多的優點，但他們仍存在大量的不足。由使用單獨適當成形的背電極代替連續電極直接引起了一個問題，而利用連續背電極有效地從顯示器的邊緣延伸到邊緣，激活電壓通過引線提供到顯示器的正好邊緣處的接觸點，其很容易隱藏而不被看到，單獨的背電極需要引線，形成作為放置在承載電極的電介質層上的導電跡線，其中的一些跡線引線需要橫跨在顯示器的整個區域上。由于每個跡線引線依其自身屬性用作電極，即使跡線引線很窄，所以磷光體不僅被每一分別成形的電極激活而且被電極引線激活，出現了微弱，但雜亂(并有可能是模糊)的另外的照明源，使顯示器的每個圖像或字符看上去好像有尾巴。
已經進行了解決這種問題的各種嘗試，到目前為止更成功的一個是不像通常那樣直接在承載背電極的電介質層上形成引線跡線，而是替代地，通過在跡線和承載電極的電介質層之間放置另外的絕緣層來使跡線與電致發光材料層隔開，以減小跡線產生的場，因此使下層磷光體的不希望的激活和照明效應最小化。然而，每個跡線引線仍用作電極，因此仍會引起微弱，雖然現在更微弱的照明源，因此使顯示器的圖像和字符仍然看上去具有尾巴。
跡線造成的拖尾的這個問題通過我們共同待決的英國專利申請號0318598.0被解決。在該專利申請中，提出電致發光材料本身被形成為分離的區域，每個區域在形狀和尺寸上與相關的成形的背電極嚴格匹配。這很成功，但具有不幸的副作用雖然使用成形的背電極和相應的成形的區域的磷光體層的顯示器是清晰的和清楚的，并且不需要圖像限定掩模，但這樣形成的顯示器可能有許多缺點，一個缺點是由于掩模的去除與電致發光材料的伴隨成形造成的。問題是即使在電致發光材料-磷光體-沒有被激活從而不發光時，它本身也可通過反射光被看到，雖然僅僅是暗淡的，所述反射光是從環境周圍傳送到顯示器，然后被反射離開各個顯示器部件的光。由于圍繞顯示器的磷光體形狀的材料，即絕緣層(通常是陶瓷)，具有與磷光體不同的顏色和不同的反射率，所以即使在不被激活時仍突出磷光體形狀的可視性，這變得更嚴重。
本發明建議簡單的解決方案，它是要修改，或看起來修改，磷光體和周圍的絕緣材料的一個或另一個(或，實際上，二者)的顏色/反射率，以便與另外一個的顏色/反射率“匹配”，因此使得磷光體和絕緣材料互相混合，所以不太能互相區分開。
所以，一方面，本發明提供一種電致發光顯示器，其中電致發光材料層被夾在兩個電極層之間，但是與它們間隔開的，以及電致發光材料由多個分離的區域組成，每個區域在形狀和尺寸上與顯示器的相關部分要顯示的圖像相匹配，每個這樣的區域由絕緣材料層包圍。
在該顯示器中，電致發光材料和周圍的絕緣材料一個和/或另一個的顏色/反射率被修改-或看起來被修改-以便與另外一個的顏色/反射率相匹配。
本發明提供一種用于各種設備的電致發光顯示器。這種設備具有任意形狀和形式，并用于任意目的。上述設備的典型例子是用于收音機、盒式錄音機、CD播放器、電視、DVD機或者錄像機的手持控制器-遙控器，對于上述使用，設備通常具有長方形面板，或許13×5cm(5×2in)，在其上定位多個與設備目的適當的單獨顯示元件。因而，例如，用于盒式錄音機，顯示器元件可以是表示(除了其他可能之外)“播放”、“快進”、“速退”、“錄音”、和“停止”的圖像(或單詞、或單詞的單獨字母)。
本發明的顯示器是電致發光顯示器-也就是，它是使用電致發光來照亮它的幾個部分的顯示器。更準確地說，它是使用微粒電致發光材料-磷光體-層而不是電致發光材料的連續層或膜的顯示器。微粒磷光體可以是微粒形式的發光塑料(LEP)，但最優選的是無機材料；典型的無機微粒磷光體是硫化鋅，特別是密封顆粒形式的(密封提供了充分提高的穩定性和壽命)。特別方便的上述硫化鋅是從Dupont可以得到的名稱為7151j綠藍的熱固性材料，層大約25微米厚。另一個上述硫化物是8164高亮綠，也是Dupont的。
與現有已知的一些電致發光顯示器不同，本發明的顯示器具有可分別激活的單獨區域，每個區域都表示待顯示的字符或圖象的整體或一部分，而不是形成對于要顯示的掩模限定字符或圖像的“背光”的單一的大面積的可統一激活的電致發光材料。結果，顯示器看起來比傳統的背板型更清晰、清楚和“干凈”。
在該顯示器中，每個特征或圖象本身可以是整個和完整的-(數字字母的)單獨的數字或字母、或者代表一些希望的效果(例如用于表示“播放”向右指的單個V形、或表示“快進”的相似的雙V形)的圖像(或符號、象形圖、裝飾符號(cartouche)或雕刻符號)。然而，另外-或可替換地-單獨區域形成其本身具有意義或信息的較大區域的小部分。因而，小的單獨區域分組成相關字符限定段的組，其每個組通過激活適當段來限定這里將顯示的任何字符。典型的組是通常用于現代電氣和電子顯示器的標準的七段組，通過適當地選擇哪些段被接通，使該組顯示阿拉伯數字或羅馬字母字符(其它的數字或字母系統需要具有更多段的組)。當然組本身可以按陣列排列，通過操作陣列的每個部分因此例如完整的文本消息可以呈現。
每個可激活的區域包括在其任意一側-鄰近該層的每一面-具有用于提供橫跨該層的電壓以使它轉換為電致發光狀態的(前或后)電極的磷光體薄(大約25微米)層。
用來構建本發明的顯示器的各種材料層可以通過通常的絲網印刷方法被形成，利用通常已知的各種技術和像漿糊那樣的材料，所以這里不需要多說。
另外，襯底可以用外部保護薄膜覆蓋，該保護薄膜-適當的話-可以是彩色的或承載一種或另一種圖表符號。
電致發光顯示器，其材料和形成的方式，以及作為部件的裝置在前面已描述，這里不需要多說。
在這種改進的顯示器中，電致發光材料-磷光體-和周圍的介質材料(陶瓷/絕緣材料)的一個或另一個的顏色/反射率被修改成互相匹配—或看來匹配。這可以通過許多不同的方法達到。
首先，絕緣材料的顏色/反射率可被改變成與磷光體的顏色/反射率相匹配。因此，要被使用的絕緣材料可以與適當的著色材料--墨水或染料—混合，形成與磷光體的“關斷”(未激活)的狀態相匹配的顏色，這樣，當彩色絕緣材料被沉積在沒有磷光體的任何地方--也就是在磷光體周圍時，在通過透明的電極觀看該組合時呈現連續層的印象。
通常采用的磷光體，例如上面提到的微粒硫化鋅，在它的固化的、但“關斷”的狀態趨于灰白色或奶油色，而在磷光體周圍的陶瓷那樣的絕緣材料，諸如上面提到的，在它的固化的狀態趨于白色，但看來(至少在通過涂覆ITO的襯底看來)像棕灰色。這樣的絕緣材料的顏色可以通過把從Dylon的“Multipurpose(多用途)”范圍選擇的、適當量的適合的溶劑型的染料加入到絕緣體而被修改成更像磷光體的顏色，--對于上述的相同的特定的磷光體和絕緣材料，磷光體的顏色可以通過把適當量的Dylon的“馴鹿棕灰色(reindeer beige)”加入到絕緣材料而被修改成更像絕緣材料的顏色。
第二，可以用實際上相反的方法來完成，--磷光體材料的顏色/反射率可被改變成與絕緣材料的顏色/反射率相匹配。因此，要被使用的磷光體材料可以與適當的顏色材料--墨水或染料--混合，形成與絕緣材料的顏色匹配的顏色，這樣，當絕緣材料被沉積在沒有磷光體的任何地方--也就是在磷光體周圍時，在通過透明的電極觀看該組合時再次呈現連續層的印象。
對于上述的相同的特定的磷光體和絕緣材料，磷光體的顏色可以通過把適當量的適合的墨水--在這種情形下，是諸如Sericol的Colorstar CS CS021--加入到磷光體而被修改成更像絕緣材料的顏色。
第三，磷光體材料和絕緣材料的每個的顏色/反射率可被修改成更接近于互相匹配。因此，要被使用的磷光體材料可以與一種適當的顏色的材料混合，而絕緣材料也可以與適當的顏色的材料混合，--可能不同的顏色，但最可能是不同的強度的同一種彩色--這樣，當絕緣材料被沉積沒有磷光體的任何地方--也就是在磷光體周圍時(事實上，在磷光體的背面上)，在通過透明的電極觀看該組合時再次呈現連續層的印象。
顯然，如果留心(對于任何元件)所選擇的染料(或其它著色材料)和它被使用的量，不會有害地影響部件的需要的特性--具體地，絕緣材料的介電常數和磷光體的發光能力。
達到磷光體和絕緣材料的想要的顏色/反射率匹配的第四個可能的方法是在襯底與電致發光層之間形成適當的顏色材料的附加層，以便觀看時有效地掩蔽絕緣材料層，這樣，在通過透明的電極觀看該組合時再次呈現連續層的印象。
對于上述的相同的特定的磷光體，需要的絕緣材料掩模層可以通過使用諸如Sericol的Colorstar CS CS021(具有匹配的白色)的墨水而形成。
在“關斷”的磷光體和電致發光/介質材料之間想要的顏色/反射率實現期望的降低的失配的第五個相當不同的方法是給顯示器提供適當地著色的透明材料的前濾光/吸收層覆蓋，以便適當地修改從周圍環境進入顯示器的外部光的透射到其中然后被反射回來的方式。這種濾光層的使用看起來修改電致發光/磷光體材料和周圍的絕緣材料的一種或另一種的顏色/反射率，以便互相匹配，這種濾光層可以是襯底本身的一部分，或優選地，它可以是被形成在襯底上的附加層(方便地形成在外部前表面)。
除了磷光體和/或絕緣材料層的著色以外，還可以采用著色的濾光層，事實上，著色的磷光體與著色的濾光層的組合是優選的選擇(所采用的實際的顏色和強度被細心地互相匹配)，著色的絕緣體的使用也是最優選的選擇，如下面更詳細地描述的。
濾光層適當地修改進入顯示器的外部的光如何從幾個界面--典型地為環境空氣/濾光層、濾光層/襯底、襯底/磷光體和襯底/絕緣材料--反射回來。在這種具體的情形下，所需要的是從顯示器前面--濾光層的前面--反射回的光應當遠大于從任何“內部”界面反射回的光，以及從襯底/磷光體界面反射的光應當在顏色和色調方面與從襯底/絕緣材料界面反射的光相匹配。并且當顯示器-磷光體-處在“接通”(被激活)時從磷光體的輸出應當遠大于任何的反射光(特別是從前面的濾光層反射的)。
雖然濾光層可被放置成只處在(或不處在)具有要被顯示的各個圖像對準的位置，但替換地，或許是有利地，覆蓋顯示器的整個表面。
將會看到，使用這樣的濾光層，從磷光體發出的光通過濾光層一次，而從周圍環境反射的光必須通過濾光層兩次，這樣，磷光體的任何圖案化的最終得到的可視度在關斷狀態下將按濾光層的吸收率減少。當然，顯示器的總的亮度也減小，但“接通”狀態的發射與任何各種“關斷”狀態的反射水平之間的比值被增強。
這種效果可被進一步利用，如果濾光層的反射光譜與濾光層的透射光譜相比較在波長上偏移的話，這樣，從磷光體發射的光的顏色/色調與從顯示器的前面--濾光層--反射的光是不同的。雖然這并不提供在光的強度上的改進，但它改善在色度對比度上的可視度。
提供想要的效果的、這樣的濾光層的適當的材料顏色是由Ultramark 575/T134402提供的深藍色。
如上所述，特別優選地是對全部三種組分--磷光體、絕緣層、和濾光層—著色。最方便地，全部三種彩色是相同的，但具有不同的強度，例如不同藍色，或不同灰色，以及優選的是顏色較深—顏色越強，組分的固有反射率越高。例如，使用以上具體地說明的材料，磷光體比起絕緣層是更白的和更反射的，這樣，可能需要更深的顏色，雖然對于這樣的薄的層，如果磷光體和絕緣層都加上完全相同的顏色，當從后者的后面觀看時，其上有后者的前者多半顯得更深。在這種情形下，著色的磷光體和絕緣層不是在直接觀看時在它們混合直到它們之間的邊界消失的意義上而是在通過施加的濾光層觀看時它們看來匹配的意義上互相“匹配，以想要的方式混合。
在數學上，觀察到的效果可以總的用以下的表達式來描述在“關斷”狀態，應用以下函數a)介質RJ[R1，G1，B1](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I0J[R3，G3，B3]b)染色的磷光體RJ[R4，G4，B4](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I0J[R5，G5，B5]所以，眼睛幾乎感覺不到“關斷”狀態閃爍。通常，入射光的色調是無關的；它只改變I0的幅度。
在“接通”狀態a)介質
RJ[R1，G1，B1](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I0J[R3，G3，B3]b)染色的磷光體I1J[R6，G6，B6](x) TJ[R2，G2，B2]＝＞I3J[R7，G7，B7]其中I3＞＞I0以及R2，R7是小的，以及G7B7＞B3。
實現在“關斷”的磷光體和電致發光/介質材料之間想要的顏色/反射率的失配的降低的所描述的第五種方法，正如剛才討論的，是給顯示器提供適當的顏色的透明材料的前濾光/吸收層覆蓋層，以便適當地修改從周圍環境進入顯示器的外部光的透射到其中然后被反射回來的方式。至今為止，這是結合具有相同的顏色(具體地，藍色)的全部三種成份的使用更詳細地描述的。然而，或許驚喜地有可能以另一個種相關的方式達到類似地效果，它給前濾光層提供與顯示器的可發光的區域在它們接通時發射的光(對于大多數優選的電致發光材料，這是明亮的綠色-白色)相匹配的透明性顏色，然后安排成磷光體和絕緣/介質材料被著色，以具有與這個濾光層的透射顏色互補的顏色。
結果，在每個區域的“關斷”狀態，從顯示器反射的光--即從每個區域和從周圍介質反射的光--與濾光層的透射特性不匹配；所以，被吸收，結果，顯示器均勻地呈現為非常暗，甚至是黑色；以及各個磷光體區域不能被區分。當然，在接通狀態，發射的光與濾光層的透射性相匹配，以及提供明亮的高對比度顯示。
在數學上，觀察到的效果可以總的用以下的表達式來描述在“關斷”狀態，應用以下函數a)介質RJ[R1，G1，B1](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I0J[R3，G3，B3]b)染色的磷光體RJ[R4，G4，B4](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I0J[R5，G5，B5]其中對于發射藍色的磷光體和藍色濾光層，B1-B4＜＜R1，R4，G1，G4以及I0遠小于通常的環境光的強度。
在“接通”狀態b)染色的磷光體I1J[R5，G5，B5](x)TJ[R2，G2，B2]＝＞I2J[R6，G6，B6]其中I2近似等于I1，并＞＞I0以及B6＞R6，G6。
電致發光顯示器的可視度取決于在處在接通(“照亮的”)的顯示器的那些區域與未接通的那些區域之間的對比度；這個對比度是照亮的區域比起周圍區域更亮(“亮度對比度”)以及常常也是不同的顏色(“色度對比度”)的結果。照亮的區域的亮度和顏色是所利用的特定電致發光材料和其被施加能量的程度的函數。未照亮的區域的亮度和彩色取決于從它們的表面反射的光，該反射的光又是環境光水平和被使用來組成顯示器的材料(它可包括濾光層和抗反射涂層)的函數。
替換地，本發明還提出不使用著色的濾光層，而是完全相反地，使用中性密度濾光層(也就是，看起來是“灰色”的濾光層，均勻地濾除所有的顏色)。另外，還提出具有鏡面反射的(外面)前面的“濾光”層，典型地，這樣的層是類似單向反射鏡面的，半鍍銀的，以便從一側(外面)高度反射，但從另一側(里面)顯著地透射。
當使用這樣的中性密度濾光層或鏡面反射濾光層時，有可能用薄的某種程度上透明的金屬電極替代透明的前電極(ITO層)。電極對于要發射的光的衰減是與以前相同的范圍(即，約3-20dB)。在大的體積中，這種安排可能比起替換例更便宜，并且達到相同的性能。
在顯示器中中性密度濾光層的使用應該是獨立的發明性的。所以，在另一方面，本發明提供發光的顯示器，其中在顯示器的照亮的區域與未照亮區域之間必須有清晰的對比度，該顯示器包括透射的覆蓋層，形成基本上中性密度濾光層或面向外的鏡面反射表面或二者。
發光顯示器可以是任何一種，例如它可以是發光二極管(LED)顯示器，或它可以是背光照亮的液晶顯示器(LCD)，或甚至是如在計算機屏幕中使用的薄膜晶體管(TFT)顯示器，但本發明在被應用于使用電致發光材料提供光輸出的顯示器時具有特別的價值。
電致發光(EL)顯示器的可彎曲性和單薄性是有價值的，這意味著它們可以切割成任何形狀，在曲面上工作或被放置在按鈕板上(當按鈕通過顯示被按壓時作為顯示軟管工作)。
期望使得顯示在必須呈現(這樣用戶可以立即看見)之前保持隱藏，以使得顯示器在分段被接通成為可看見之前是均勻的消隱的。EL顯示器的獨特的特性是從接通的分段發出的光，就觀察者來說，正好來自于顯示器的表面。然而，如上所述，許多現有的EL顯示器是不理想的，顯示器的許多細節--諸如到分段中的連接跡線和其它結構--是可看見的。當顯示器是表面發射時以及由于顯示器的單薄性，觀察者往往看見這些“關斷”的單元(未激活的或不活動的單元)，它們因此具有降低“接通”(工作的)分段的可視度的影響。
為了使得“接通”的分段更明顯，傳統上增加它們的亮度或讓顯示器工作在暗的環境下。后者的選項嚴重地限制EL顯示器，因為許多應用是要把顯示器直接安裝在可能處在明亮的日光環境下的產品的表面上。增加顯示器的發射的亮度是可能的，但具有嚴重缺點它可能大大地降低顯示器的壽命(而且也消耗被使用來驅動顯示器的任何電池電源)，以及無論如何是在高強度環境下(其中實際上顯示器試圖比環境的日光更亮)對于使用的顯示器是失敗的較量。大多數發射技術不能以可接受的的性和生命周期做到這一點。
本發明的這個方面--這牽涉到形成中性密度濾光層和/或面向外的鏡面反射面的透射的覆蓋層的使用--導致抑制任何連接跡線和顯示器內部結構的可視度和比起來自顯示器的“關斷”的單元的背景散射的環境光提高顯示器的接通的分段可視度，通過它看來首先是實際上使得顯示器更暗淡的相當奇妙的概念。然而，它是可行的，這是由于以下的原因。
當使用中性密度濾光層時，內部顯示器結構—不可激活的或可激活的但是處在“關斷”的單元--的抑制是通過與由“接通”的單元發射的光相比較減小從這樣的單元反射的光的強度而達到的。被放置在顯示器上的薄的、高度吸收的中性層允許來自發射的單元的光只通過一次，所以只被衰減一次。然而，從結構單元和顯示器的“關斷”的分段出去的光--二者都只反射環境光—通過吸收層兩次。兩種光之間的對比度因此增強，即使在來自“接通”的單元的光的某種程度上被減小。
當覆蓋層的吸收增加時，與顯示器的所有的其它的區域相比較，“接通”的單元的可視度增加。這導致奇妙的、與直覺相反的情況，環境越亮，達到高的可視度需要的層的吸收越多。這個覆蓋層如何吸收的限制可以由“接通”的分段發射的光降低到低于顯示器被使用的環境的總的背景照明的點來確定，所以不能由觀察者區分。
顯示器利用基本上中性密度濾光層。嚴格地，在理論上，真正的中性密度濾光層是同等地濾除--吸收--所有的光的頻率的濾光層。然而，實際上，這樣的理想的非彩色是不容易達到的，或不可達到的。通常作為中性密度被接受的大多數濾光層可以顯現在可見光譜范圍內最高與最低吸收之間的差，在某些情形下為20％。因此，對于本發明來說，術語“中性密度”包括這樣的頻率依賴性情形--雖然優選的是差別盡可能小。
中性密度濾光層在外觀上從黑色經過碳灰色到非常淺的灰色地變化，它們吸收光的量隨之減小。對于本發明，在現實的環境中，在本發明中使用的中性密度的吸收的效果可以方便地從75％變化到85％，最優選地，約80％(這樣，發射的光減小到它的原先的強度的20％，而反射的光進一步減小到20％，僅僅是環境光水平的4％)。提供這種吸收以及合理程度的可彎曲性和單薄性的典型的材料是CP膜AT15GR HPR和Bekaert Black型NR碳17。
鏡面反射層以不同的方式工作。減小“接通”分段的可視度的另一個因素是從顯示器的頂部--外部--表面反射的光。這對于表面發射顯示器是重大的問題，因為來自顯示器內“接通”的分段的光是從與來自顯示器的前面的反射光相同的(或非常接近相同的)面發出的。相反，其它類型的顯示器避免這個問題，因為它們具有深度--接通的部分顯然明顯地“低于”顯示器的前面--以及眼睛/大腦組合集中在從分段發射光的面，以及忽略從顯示器的前面反射的光(類似于在照相術中使用的“拉焦點”的技術)。用于避免表面反射影響的另一個技術是使用昂貴的和常常易裂的抗反射涂層。然而，“深”的光發射單元和抗反射涂層，這兩種技術的任一種技術都不適用于表面發射的EL顯示器，它典型地需要是低成本和可彎曲的。本發明的這個部分使用通過使用上光處理實際上增加表面層反射率的驚奇的步驟。
使用具有鏡面反射表面的覆蓋層，通過把光指向特定的方向以及不散射該光線而能工作。因此，眼睛可以成像顯示器的表面上的“接通”的分段，這意味著所有的其它的鏡面反射的光在焦點以外，所以對于顯示器的“接通”的分段的可視度具有最小的影響。
如果被鏡面反射的光源即使在沒有處在焦點時也是非常亮的，諸如太陽，則可以通過稍微傾斜顯示器而使接通的分段變為對于用戶是可見的，這樣，亮的目標被鏡面發射到其它地方而不返回到用戶。
本發明的這個實施方案可以通過使得顯示器的前表面成為非常平滑的--“光亮”--拋光而被實施，以及上面提到的兩種中性密度濾光層材料確實具有高度光亮的、照耀的表面，提供所需要的鏡面反射效果。然而，在一個極端的和優選的情形下，附加的涂覆被提供在外部表面，給出更真實的反射材料，諸如金屬拋光，顯現“鍍銀”或“鍍鉻”的效果。
在其中顯示器由用戶垂直方向觀看的情形下，只有從他或她面部反射的和投射到顯示器的光被直接反射回用戶。這通常比起環境光具有低得多的強度，但也處在焦點之外，當用戶在前面時看起來遠在顯示器后面，所以對于顯示器可視度具有最小的影響。
反射表面在它們反射的光量方面變化。在真實的環境下，在本發明中使用的鏡面反射覆蓋層的反射效果可以方便地從75％變化到85％，最優選地，約80％。提供這種反射以及合理程度的可彎曲性和單薄性的典型的材料是CP膜RS20SR HPR(它是塑料片，具有濺射的金屬化拋光的加上光亮的、防劃傷、抗眩光的保護性覆蓋層)。
這種類型的鏡面反射材料的另一個例子是形成多層“輻射”彩色膜；這樣的膜的使用是按照本發明的。除了鏡面拋光以外，這樣的材料-它具有多層結構，其中彩色是由于由穿過各個層并在層的邊界處至少部分地反射的光，然后與它本身干涉，以便抵銷某些顏色而不是其它顏色而生成的干涉條紋的結果，-也呈現對于改變的視角的透射性和顏色的改變。這樣，當用戶稍微傾斜顯示器以使得在用戶后面的任何亮的物體被鏡面反射到某個地方而不回到用戶時，顯示器的顏色改變，由此增加在顯示器的發光區域與不發光區域之間的對比度。這大大地改進在高的環境光條件下的顯示器的可視度。另外，由于材料在直接觀看時是高度透射的，顯示器在低的環境光條件下是高度可視的；因此，總的亮度可被減小，延長壽命，由此提高性能。
典型的這樣的多層“輻射”彩色材料是透明的3M RADIANT彩色膜或3M RADIANT鏡面膜(型號3M CM500，3M CM590[3MRADIANT彩色膜]和3M VM2002)，是可以從3M(Minnesota Miningand Manufacturing)得到。
使得顯示器在呈現之前隱藏是希望的，以使得顯示器在分段被接通成為可看見之前是均勻地消隱的。
對于白色拋光，這是非常困難的，因為白色是通過使用在整個可見的頻譜上均勻地強烈散射光的材料達到的。除非顯示圖像被投射而沒有圖像的橫向發散，當通過白色膜觀看時圖像將呈現為高度模糊的，具有褪色的細節。
對于這個問題的解決方案可以是使用透鏡系統或光纖面板(faceplate)，但在這兩種情形下，這是昂貴的和笨重的，所以在大多數現實世界應用中是不實際的。
EL顯示器的獨特的特性是從接通的分段發出的光，就觀察者而言，正好來自于顯示器的表面。這個特性可被利用來提供薄的、低成本的、可彎曲的、重量輕的顯示器，它在顯示器被接通之前在關斷狀態呈現均勻的白色，在顯示器接通的情形下，顯示器變為可見的，具有可接受的保真度。
在其中顯示器的光學深度與接通的分段的空間范圍相比較是厚的情形下，從接通的分段發出的光是發散的，以及被白色層強烈地散射，這意味著，分段的空間范圍是模糊和不清晰的。
對于以上討論的那種EL顯示器，顯示器的光學深度與分段的空間范圍相比較是薄的，所以光沒有機會分散。如果覆蓋的膜的光學特性被正確地選擇，則從顯示器上的圖像發出的光將看起來透過白色膜發亮，具有優良的保真度。
白色層的特性必須是1.它是高度散射的；2.膜的高度散射的單元與顯示器的最小的單元的空間范圍相比較是薄的；以及3.高度散射的薄膜在可見光的光譜上基本上均勻散射光線。
適當的層可以通過絲網印刷光亮UV清漆與印刷在清晰的光澤的聚酯上一個涂層上的白色墨水4∶1混合，或從兩層Lee Filters聚酯膜220白霜被構建。
現在參考附圖僅僅作為說明描述本發明的各種實施例，其中

圖1顯示簡化的現有技術電致發光顯示器的一部分的截面圖；圖2顯示圖1的簡化的現有技術顯示器的、改進的圖案化的背電極的版本的一部分的截面圖；圖3顯示圖2的簡化的現有技術顯示器的、進一步改進的間隔的跡線的版本的一部分的截面圖；圖4顯示類似于圖2的、但進一步改進的具有圖案化的磷光體層的、簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖5顯示類似于圖4的、但進一步以圖3所示的間隔的跡線的方式改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖6顯示類似于圖5的、但按照本發明進一步通過給陶瓷絕緣層著色而改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖7顯示類似于圖5的、但按照本發明進一步通過給陶瓷絕緣層著色而改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖8顯示類似于圖5的、但按照本發明替換地進一步通過提供附加內部層與磷光體層顏色匹配而改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖9顯示類似于圖5的、但按照本發明替換地進一步通過使用外部的著色的層而改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖10顯示類似于圖9的、但按照本發明替換地進一步通過除了外部的著色的層以外也使用彩色的磷光體與絕緣材料層而改進的、改進的簡化的顯示器的一部分的截面圖；圖11顯示按照本發明的、具有中性濾光覆蓋層的顯示器；以及圖12顯示按照本發明的、具有鏡面反射濾光覆蓋層的顯示器。
圖1以截面圖顯示簡化的現有技術電致發光顯示器的一部分。顯示器被構建在承載薄的前電極(12)的透明的保護性襯底(11)上，在該電極上形成較厚的電致發光材料(磷光體)層(13)。這個磷光體是被保持在粘合基體(15)內的顆粒狀、微粒材料(作為14)；然而，該層本身在這里被顯示為在顯示器的整個區域上延伸的連續的層。
在磷光體層13的后面--如圖所示在頂部--是絕緣陶瓷層的厚層(16)，在該層上面形成背電極(17)。這個背電極是，像磷光體層13那樣，在顯示器的整個區域上延伸的連續的電極。
在使用中，不透明的掩模(18)被放置在顯示器的前面--如圖所示，在下面。通過成形的孔徑(作為19)，這個掩模規定顯示器要顯示的圖像，由磷光體發射的光(Ie)允許通過每個孔徑19，但在其它地方被阻擋。
圖2顯示類似的顯示器部分的截面圖，具有襯底11，透明前電極12。連續磷光體層13和陶瓷絕緣材料層14，但具有由多個成形的區域(如21這里只顯示一個)組成的圖像規定的背電極，每個可經由薄的和窄的引線跡線(如22)尋址。使用成形的、圖案化的背電極21，在概念上意味著，僅僅直接在各個形狀21與前電極11之間的那些磷光體區域(作為A)被驅動，提供照明量Ie。然而，實際上，各個引線跡線22也用作為背電極，這樣，某些小的照明量Ie也從在它們下面的磷光體層被輸出，使得顯示器顯得模糊。這個問題可以以圖3所示的方式至少部分地被處理，圖3上顯示圖2顯示器的“間隔的跡線”的版本。正如從圖3看到的，背電極的成形的區域21被厚的絕緣材料層(31)包圍，然后連到電極區域21的引線跡線32被形成在它的頂部。將會看到，跡線32，比起圖2實施例的類似的跡線22，與圖3實施例的磷光體層13間隔得更遠的，這樣，跡線32的影響隨之是更小的，因此它們引起的要發射的光的量(i0)也隨之是更小的，可能甚至到可忽略的程度。
用于避免引線跡線影響的改進的安排顯示于圖4。圖上顯示類似于圖2的、但進一步通過制作由磷光體材料(43)的分離的各個形狀(43)組成的圖案化的磷光體層而改進的簡化的顯示器的部分截面圖。正如可以容易看到的，在啟動后，發射的光僅僅來自于成形的磷光體部分，所以在原理上因為由引線跡線22生成的場，可以沒有發射。然而，實際上，可以是磷光體和背電極層43和21互相沒有正好對準，這樣，某個短的跡線部分可能重疊一部分相關的磷光體形狀43，所以，使得任何最終得到的跡線的影響最小化，這些跡線以圖3所示的“上升”的方式被構建，這被顯示于圖5。
本發明提供電致發光顯示器，其中電致發光材料和周圍絕緣材料的一個或另一個顏色/反射率被修改，以便與另外一個的顏色/反射率相匹配。這被顯示于圖6，7和8。
在圖6上，顯示其中陶瓷絕緣層(84)被著色，以便匹配于磷光體43的顏色的、一個這樣的修改的版本。圖7顯示其中磷光體(93)被著色，以便匹配于陶瓷絕緣層14的情形以及圖8顯示其中墨水層(101)被提供在透明的電極12上的成形的區域磷光體43周圍，陶瓷絕緣層14在這二者上。墨水層101被著色，以便與磷光體43相匹配。
在圖9上，顯示減小在成形的區域磷光體43之間的視在對比度稍微不同的方法。在襯底11的整個前面上，形成了著色的濾光層(111)。濾光層111修改進入顯示器的外部光(I0)如何從幾個界面--濾光層/襯底111/11，襯底/磷光體11/43，和襯底/絕緣體11/14(非常薄的透明的電極12在這里被忽略)--反射回來，以使得從顯示器的最前面--濾光層111的前面--反射回的光(I1)比起從任何“內部”界面反射出的光(I2，I3)大得多，以及從襯底/磷光體界面反射的光I2應當在顏色和色調上匹配于從襯底/絕緣體界面反射的光I3。以及當顯示器--磷光體43--被“接通”(被激活)時，從磷光體輸出的光(I4)明顯大于任何反射的光(具體地，從最前面的濾光層111反射的I1)。
正如在此前觀察的，將會看到，從磷光體43發送的光I4通過濾光層111一次，而從周圍環境起源的、反射的光I2，I3必須通過濾光層兩次，所以磷光體43的任何圖案化的最終得到的可視度，在“關斷”狀態下被減小濾光層的吸收率的比值。結果是當觀看該組合時呈現連續層的印象。
如果濾光層111的反射光譜，與濾光層的透射光譜相比較，波長被移位，這樣，看到的、從磷光體43發出的光I4的顏色/色調與從顯示器的最前面--濾光層--反射的光I1的顏色/色調不同，則實現通過色度對比度在可視度的改進。
圖10顯示類似于圖9的、但進一步通過，除了外部的“著色”的層以外，也使用彩色的磷光體與絕緣材料層而改進的簡化的顯示器的部分截面圖。
優選的絕緣材料/介質--Dupont 7153--是具有可忽略的顏色色調的寬帶反射器。假設白色光照射到它，所以它反射相等的量的紅色、綠色和藍色，以及當通過藍色濾光層觀看時，所有的可以看到的是藍色著色。磷光體層--例如Dupont 8164--用諸如Stamps Direct的Ink X2Blue(通常被稱“溶劑藍”的藍色的可買到的版本)的藍色被染色，給出與藍色濾光層(來自Ultramark的基于PVC材料；575T134402)的透射光譜相匹配的反射光譜，該磷光體層也可以通過濾光層被看見為藍色。這兩個觀察到的藍色匹配磷光體不能容易地從周圍介質分辨出。
在這種特定的藍色的情形下，發現給介質著非常淺的藍色(在濾光層中以較深的形式被使用的相同的藍色)和給磷光體著同樣的藍色的稍微更深的色調(具體地，在磷光體后面的介質層使得磷光體呈現為甚至更深的)，可以改進效果，使得在正常的照明下幾乎不可能區分這兩種組分。在每種情形下，添加非常少的藍色著色；每20ml左右的磷光體或介質不大于10滴。
更具體地，著色的特定的實例按以下方式被實施Dupont 8164磷光體(它發射明亮的綠色光)的正常外觀是明亮的奶白色，而Dupont 7153的正常外觀是強烈對比的灰白色。首先，為了減小這種對比度，二者都用溶劑藍染料(Stamps Direct的Ink X2永久標記墨水)著色-每20ml的磷光體10滴，和每20ml陶瓷介質20滴。這些濃度太低，以致于固化磷光體幾乎沒有染色，而固化的陶瓷是非常淡的白藍色。
或許與直觀相反，當淺藍色陶瓷被加到淺染色的磷光體后面時，比起未染色的控制磷光體的視在對比度事實上大大地增加。
驚奇地，當使用以這種方式著色的材料制成的顯示器被覆蓋以藍色濾光層(Ultramark 575/T134402)時，視在對比度被減小到很小或幾乎沒有即使不是不可能，也很難從它的周圍介質分辨出磷光體。
在圖11上，顯示具有多層顯示(112僅僅一部分是可見的)的顯示裝置(總的是111)的一部分。顯示器112包括顯示層(113)，其中顯示單元(114被顯示為處在它的“接通”狀態)被其它的結構性材料(115)包圍，在它的頂部是透明的保護層(116)。覆蓋這個層的是中性密度濾光材料的外部層(117)。
從顯示器件發出到用戶眼睛的光是環境光(118)與生成的光(119)的混合；反射的環境光118是首先從外面投射到顯示器上，然后衰減地透過濾光層117以及透過透明的保護層116，然后從顯示器材料115反射出，以及以進一步的衰減返回到層116和117的光。通過比較，從接通的顯示單元114發出的光只透過濾光層117一次(具有某些衰減)。
將會看到，濾光層117的使用大大地增加顯示器對比度--在發射單元光與反射的環境光之間的強度差。
圖12顯示按照本發明的鏡面反射覆蓋層的使用。圖上顯示在強烈的環境光下觀看的顯示器件(總的是121)。將會看到，環境光(從位于外面的源122到一側)--因為顯示器件的前表面的鏡面特性--全部被發射到另一個側，沒有光線指向用戶。也將會看到，用戶的任何圖像(由他或她引起的，并在反射層122上反射的)，在設備后面很遠，完全在他/她集中觀看顯示器的平面以外，所以應當沒有麻煩。
來自緊接在用戶后面的環境源的任何的光(123)當然被用戶的頭阻擋，所以看不見。
使用高度散射的白色覆蓋膜的示例的EL燈如下地被構建磷光體層是來自Dupont Part No.8164的高度亮綠色。
300歐姆ITO涂覆的PET是從Bekaert NV-CT-300，Sheldahl157349或CPFilms OC300構建的。
高度散射的白色覆蓋膜是絲網印刷光亮UV固化清漆以4∶1與被印刷在清晰的光亮的聚酯上的一個涂覆層中的白色墨水混合，或它是兩層Lee Filters聚酯膜220白霜。
權利要求
1.一種電致發光顯示器，其中電致發光材料層被夾在兩個電極層之間，但又是與它們間隔開的，電致發光材料由多個分離的區域組成，每個區域在形狀和尺寸上與顯示器的相關部分要顯示的圖像相匹配，每個這樣的區域被絕緣材料層包圍，在該顯示器中，電致發光材料和周圍的絕緣材料的一個和/或另一個的顏色/反射率被修改--或看來被修改--以便與另外一個的顏色/反射率相匹配。
2.如權利要求1中要求的電致發光顯示器，其中絕緣材料的顏色/反射率被改變成與磷光體的顏色/反射率相匹配。
3.如權利要求2中要求的電致發光顯示器，其中絕緣材料與墨水或染料混合，以形成與磷光體的未激活的狀態匹配的顏色。
4.如權利要求1中要求的電致發光顯示器，其中磷光體材料的顏色/反射率被改變成與絕緣材料的顏色/反射率相匹配。
5.如權利要求4中要求的電致發光顯示器，其中磷光體材料與墨水或染料混合，以形成與絕緣材料匹配的顏色。
6.如權利要求1中要求的電致發光顯示器，其中磷光體材料和絕緣材料的每個的顏色/反射率被修改成互相更緊密地匹配。
7.如權利要求6中要求的電致發光顯示器，其中要被使用的磷光體材料與一個適當的顏色的材料混合，而絕緣材料也與一個適當的顏色的材料混合。
8.如權利要求7中要求的電致發光顯示器，其中磷光體材料和絕緣材料與不同強度的同一顏色混合。
9.如任何前述權利要求中要求的電致發光顯示器，其中適當地著色的附加層被形成在襯底與絕緣材料層之間，以便有效地掩蔽絕緣材料層使其不被看見，從而在通過透明的電極觀看該組合時呈現連續層的印象。
10.如任何前述權利要求中要求的電致發光顯示器，其中顯示器配備透明材料的前濾光層/吸收層--覆蓋層--，以便適當地修改從周圍環境進入顯示器的外部光透射到其中然后被反射回來的方式。
11.如權利要求10中要求的電致發光顯示器，其中濾光層/吸收層是襯底本身的一部分。
12.如權利要求10中要求的電致發光顯示器，其中濾光層/吸收層是被形成在襯底上的附加層。
13.如權利要求12中要求的電致發光顯示器，其中濾光層/吸收層被形成在襯底的外面的前表面上。
14.如權利要求10-13的任一項中要求的電致發光顯示器，其中濾光層/吸收層只定位在與要被顯示的各個圖像對準的位置。
15.如權利要求10-13的任一項中要求的電致發光顯示器，其中濾光層定位成覆蓋顯示器的整個表面。
16.如權利要求10-15的任一項中要求的電致發光顯示器，其中從顯示器的前表面反射出的光比起從任何內部界面反射出的光大得多。
17.如權利要求10-16的任一項中要求的電致發光顯示器，其中從襯底/磷光體界面反射的光應當與從襯底/絕緣材料界面反射的光在顏色和色調上相匹配。
18.如權利要求10-17的任一項中要求的電致發光顯示器，其中濾光層的反射光譜，與濾光層的透射光譜相比較，在波長上移位，以使得從磷光體發射的光的顏色/色調與從顯示器的正前表面反射的光在顏色/色調上是不同的。
19.如權利要求10-18的任一項中要求的電致發光顯示器，其中前濾光層/吸收層是由著色的透明材料形成的。
20.如權利要求19中要求的電致發光顯示器，其中部件的固有的反射率越高，顏色越深。
21.如權利要求19中要求的電致發光顯示器，其中前濾光層具有與由顯示器的可發光的區域在它們處在“接通”時發射的光的相匹配的透射顏色，以及其中磷光體和絕緣材料/介質材料被著色，以具有與濾光層透射顏色互補的顏色。
22.如權利要求10-18的任一項中要求的電致發光顯示器，其中前濾光層/吸收層是中性密度濾光層。
23.如權利要求22中要求的電致發光顯示器，其中中性密度濾光層具有從75％到85％的吸收率。
24.如權利要求23中要求的電致發光顯示器，其中中性密度濾光層具有約80％的吸收率。
25.如權利要求10-18或22-24的任一項中要求的電致發光顯示器，其中前濾光層/吸收層具有鏡面反射前表面。
26.如權利要求25中要求的電致發光顯示器，其中鏡面反射濾光層/吸收層是多層“輻射”彩色膜。
27.如權利要求25中要求的電致發光顯示器，其中鏡面反射濾光層/吸收層是高度散射的白色層，以及其中膜的高度散射的單元與顯示器的最小的單元的空間范圍相比較是薄的以及高度散射的膜在可見光的光譜上基本上均勻散射光。
28.如權利要求25，26或27中要求的電致發光顯示器，其中鏡面反射覆蓋層具有從75％到85％的反射率。
29.如權利要求28中要求的電致發光顯示器，其中鏡面反射覆蓋層具有約80％的反射率。
30.如權利要求22-29的任一項中要求的電致發光顯示器，其中顯示器的透明前電極用薄的在某種程度上透明的金屬電極替代。
31.如權利要求22-30的任一項中要求的電致發光顯示器，其中顯示器的前表面具有對于顯示器的前表面的非常平滑的拋光。
32.一種發光顯示器，其中該顯示器包括透射覆蓋層，該透射覆蓋層形成基本上中性的密度濾光層或面向外的鏡面反射表面，或形成二者。
33.如權利要求32中要求的電致發光顯示器，其中發光顯示器是發光二極管(LED)顯示器。
34.如權利要求32中要求的電致發光顯示器，其中發光顯示器是背光液晶顯示器(LCD)。
35.如權利要求32中要求的電致發光顯示器，其中發光顯示器是薄膜晶體管(TFT)顯示器。
36.如權利要求32中要求的電致發光顯示器，其中發光顯示器是電致發光顯示器。
37.一種包括如權利要求1-36的任一項中要求的電致發光顯示器的手持式控制器。
38.如任何前述權利要求中要求的電致發光顯示器，其中電致發光材料是微粒磷光體。
39.如權利要求38中要求的電致發光顯示器，其中微粒磷光體是硫化鋅。
40.如權利要求38或39中要求的電致發光顯示器，其中微粒磷光體具有密封顆粒的形式。
41.如任何前述權利要求的任一項中要求的電致發光顯示器，其中電致發光材料的多個分離的區域被編組為相關的限定字符的分段的組。
42.如權利要求41中要求的電致發光顯示器，其中相關的分段的組是在現代的電氣和電子顯示器中通常采用的標準7分段組。
43.如權利要求41或42中要求的電致發光顯示器，其中這些組被布置成陣列。
全文摘要
某些材料是電致發光的，電致發光效應在顯示器的背光的結構中被使用。這樣的背光通常由被稱為襯底的透明的前面層(11)組成，襯底在它的后表面上承載透明的導電薄膜(12)，形成背光前電極和被電致發光材料(13)覆蓋，在它的后表面上是高介質層(16)，在它的后表面上承載形成背電極的導電薄膜(17)。全部被放置在掩模(18)的后面，掩模(18)用來限定顯示器要顯示的什么字符。掩模的使用多少具有缺點，某些缺點可以通過利用適當地成形的各個電極(21)而不用連續電極以及通過在分離的區域(43)成形電致發光材料本身，每個區域在形狀和尺寸上與相關的各個成形的背電極(21)嚴格地匹配，而被克服。然而，這個后者本身具有缺點，磷光體的顏色通常與周圍的絕緣材料的顏色不同，這樣，磷光體的分離的區域即使在它們處在關斷的狀態時，在環境光下是也可看見的。本發明通過提出修改或看起來修改磷光體(43)和周圍的絕緣材料(16)的一個或另一個(或事實上二者)的顏色/反射率，以便與另一個的顏色/反射率相匹配，因此使得磷光體和絕緣材料混合，所以二者是互相不太能區分的，而解決這個問題。
文檔編號H05B33/20GK1864439SQ200480028992
公開日2006年11月15日 申請日期2004年8月9日 優先權日2003年8月7日
發明者克里斯托弗·J.·N.·弗萊爾, 理查德·G.·布萊克斯利, 克里斯托弗·J.·A.·巴納多, 威廉·F.·蒂爾迪斯利, 邁克·鮑威爾, 安德魯·格里 申請人:佩利康有限公司