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CN115702505A - 显示设备 - Google Patents

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CN115702505A
CN115702505A CN202180041112.XA CN202180041112A CN115702505A CN 115702505 A CN115702505 A CN 115702505A CN 202180041112 A CN202180041112 A CN 202180041112A CN 115702505 A CN115702505 A CN 115702505A
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CN
China
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microlens
layer
microlenses
refractive index
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CN202180041112.XA
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崔在仁
J·M·约翰逊
L·王
B-L·尚
唐海榕
S·E·莫勒萨
康盛球
Y·C·杨
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Original Assignee
Apple Inc
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Abstract

为了从发光二极管提取光(并从而提高显示器的效率)，可以在该发光二极管上方形成微透镜堆叠。该微透镜堆叠可以包括由附加的单个微透镜覆盖的微透镜阵列。以该方式堆叠微透镜提高了透镜光学能力，而不增加该显示器的厚度。该微透镜阵列可以由无机材料形成，而该附加的单个微透镜可以由有机材料形成。该附加的单个微透镜可以适形于该微透镜阵列的上表面。可以在该发光二极管与该微透镜阵列之间插置附加的低折射率层。可以在该发光二极管周围形成扩散层，以捕集从发光二极管侧壁发出的光。

Description

显示设备
本申请要求2021年4月8日提交的美国专利申请第17/225,796号以及2020年6月12日提交的美国临时专利申请第63/038,318号的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。
电子设备通常包括显示器。例如，电子设备可具有基于发光二极管像素的发光二极管(OLED)显示器。在这种类型的显示器中，每个像素都包括发光二极管和薄膜晶体管，薄膜晶体管用于控制向发光二极管施加信号以产生光。发光二极管可包括定位在阳极和阴极之间的OLED层。为了从发光二极管显示器中的给定像素发射光，可以向给定像素的阳极施加电压。
正是在这种情况下，产生本文的实施方案。
发明内容
电子设备可以具有包括发光二极管阵列的显示器。每个发光二极管可以安装在基板上，并且可以包括阳极和阴极。
为了从发光二极管提取光(并从而提高显示器的效率)，可以在发光二极管上方形成微透镜堆叠。该微透镜堆叠可以包括由附加的单个微透镜覆盖的微透镜阵列。以该方式堆叠微透镜提高了透镜光学能力，而不增加该显示器的厚度。
微透镜阵列可以由具有高折射率(诸如2.0)的无机材料形成。附加的单个微透镜可以由有机材料形成，该有机材料具有低于微透镜阵列的折射率(例如1.7)的折射率。该附加的单个微透镜可以适形于该微透镜阵列的上表面。
可以在该发光二极管与该微透镜阵列之间插置附加的低折射率层。低折射率层可以增加微透镜堆叠的透镜光学能力并且可以提高针对显示器的再循环效率。可以在微透镜堆叠上方形成低折射率保护层。可以在该发光二极管周围形成扩散层，以捕集从发光二极管侧壁发出的光。也可以在微透镜层之间形成保护层。
附图说明
图1是根据一个实施方案的具有显示器的例示性电子设备的示意图。
图2是根据一个实施方案的例示性显示器的示意图。
图3是根据一个实施方案的例示性显示器像素电路的图。
图4是根据一个实施方案的包括由微透镜阵列覆盖的发光二极管和附加的单个微透镜的例示性显示器像素的横截面侧视图。
图5是根据一个实施方案的具有微透镜阵列和附加的单个微透镜的例示性显示器像素(诸如图4的显示器像素)的顶视图。
图6是根据一个实施方案的包括由微透镜阵列覆盖的发光二极管和附加的单个微透镜并且不包括不透明遮蔽层的例示性显示器像素的横截面侧视图。
图7是根据一个实施方案的包括由微透镜阵列覆盖的发光二极管和具有大于微透镜阵列的宽度的附加的单个微透镜的例示性显示器像素的横截面侧视图。
图8是根据一个实施方案的包括由微透镜阵列覆盖的发光二极管和具有小于微透镜阵列的宽度的附加的单个微透镜的例示性显示器像素的横截面侧视图。
图9A至图9D是根据一个实施方案的示出针对微透镜的不同可能的形状的例示性微透镜阵列的横截面侧视图。
具体实施方式
图1中示出了可具有显示器的类型的例示性电子设备。电子设备10可以是计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他装备，或其他可穿戴式或微型设备)、显示器、包含嵌入式计算机的计算机显示器、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、音频设备(例如扬声器)、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备被安装在信息亭或汽车中的系统)、或其他电子装备。电子设备10可具有一副眼镜(例如，支撑框架)的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将一个或多个显示器的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他构型。
如图1所示，电子设备10可包括控制电路16用于支持设备10的操作。控制电路16可包括存储器，诸如硬盘驱动器存储器、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路16中的处理电路可用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。
设备10中的输入-输出电路诸如输入-输出设备12可用于允许将数据提供至设备10，并且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备12可包括按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可由通过输入-输出设备12的输入资源供应命令来控制设备10的操作，并且可使用输入输出设备12的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
输入-输出设备12可包括一个或多个显示器，诸如显示器14。显示器14可为包括用于采集来自用户的触摸输入的触摸传感器的触摸屏显示器，或者显示器14可对触摸不敏感。显示器14的触摸传感器可基于电容性触摸传感器电极的阵列、声学触摸传感器结构、电阻性触摸部件、基于力的触摸传感器结构、基于光的触摸传感器，或其他合适的触摸传感器布置。用于显示器14的触摸传感器可由在具有显示器14的显示像素的公共显示器衬底上形成的电极形成，或可由与显示器14的像素重叠的独立触摸传感器面板形成。如果需要，显示器14可对触摸不敏感(即，触摸传感器可被省略)。电子设备10中的显示器14可以是抬头显示器，其可在不需要用户远离典型视点的情况下观看，或者可以是结合到佩戴在用户头部的设备中的头戴式显示器。如果需要，显示器14也可以是用于显示全息图的全息显示器。
可使用控制电路16来在设备10上运行软件，诸如操作系统代码和应用程序。在设备10的操作期间，运行在控制电路16上的软件可在显示器14上显示图像。
图2为例示性显示器14的图示。如图2所示，显示器14可包括层，诸如基板层26。基板层诸如层26可由矩形平面材料层或具有其他形状(例如，圆形或具有一个或多个弯曲边缘和/或直边缘的其他形状)的材料层形成。显示器14的基板层可包括玻璃层、聚合物层、硅层、包括聚合物材料和无机材料的复合膜、金属箔等。
显示器14可具有用于为用户显示图像的像素22的阵列，诸如像素阵列28。阵列28中的像素22可被布置成行和列。阵列28的边缘可以是直的或者弯曲的(即，阵列28中的像素22的每行和/或像素22的每列可具有相同的长度或者可具有不同的长度)。在阵列28中可存在任何合适数量的行和列(例如，十个或更多个、一百个或更多个，或者一千个或更多个等等)。显示器14可包括不同颜色的像素22。例如，显示器14可包括红色像素、绿色像素、和蓝色像素。也可使用其他颜色的像素，诸如青色、品红色和黄色。
显示驱动器电路20可用于控制像素28的操作。显示驱动器电路20可由集成电路、薄膜晶体管电路、和/或其他合适的电路形成。图2的例示性显示驱动器电路20包括显示驱动器电路20A和附加显示驱动器电路诸如栅极驱动器电路20B。栅极驱动器电路20B可沿显示器14的一个或多个边缘形成。例如，栅极驱动器电路20B可沿显示器14的左侧和右侧布置，如图2所示。
如图2所示，显示驱动器电路20A(例如，一个或多个显示驱动器集成电路、薄膜晶体管电路等)可包含用于通过信号路径24与系统控制电路进行通信的通信电路。路径24可由柔性印刷电路上的迹线或其他缆线形成。控制电路可被定位在电子设备10中的一个或多个印刷电路上。在操作期间，控制电路(例如，图1的控制电路16)可为电路诸如电路20中的显示驱动器集成电路提供图像数据，以用于使图像被显示在显示器14上。图2的显示驱动器电路20A被定位在显示器14的顶部处。这仅是例示性的。显示驱动器电路20A可被定位在显示器14的顶部和底部两者处，或者被定位在设备10的其他部分中。
为了在像素22上显示图像，显示驱动器电路20A可在通过信号路径30向支持性显示驱动器电路诸如栅极驱动器电路20B发出控制信号时将对应图像数据供应到数据线D。利用图2的例示性布置，数据线D竖直延伸穿过显示器14，并且与像素22的相应列相关联。
栅极驱动器电路20B(有时被称为栅极线驱动器电路或水平控制信号电路)可使用一个或多个集成电路来实现，和/或可使用基板26上的薄膜晶体管电路来实现。水平控制线G(有时被称为栅极线、扫描线、发射控制线等)水平延伸穿过显示器14。每个栅极线G与像素22的相应行相关联。如果需要，可存在多个水平控制线诸如与像素的每行相关联的栅极线G。显示器14中的单独控制的信号路径和/或全局信号路径也可用于发布其他信号(例如，电源信号等)。
栅极驱动器电路20B可断言显示器14中的栅极线G上的控制信号。例如，栅极驱动器电路20B可在路径30上接收来自电路20A的时钟信号和其他控制信号，并可响应于所接收到的信号，从阵列28中的像素22的第一行中的栅极线信号G开始顺序断言栅极线G上的栅极线信号。在每个栅极线被断言时，来自数据线D的数据可被加载到像素的对应行中。通过这种方式，控制电路诸如显示驱动器电路20A和20B可为像素22提供用于指示像素22在显示器14上显示期望图像的信号。每个像素22可具有对来自显示驱动器电路20的控制信号和数据信号进行响应的发光二极管和电路(例如，基板26上的薄膜电路)。
栅极驱动器电路20B可包括栅极驱动器电路块，诸如栅极驱动器行块。每个栅极驱动器行块可包括电路诸如输出缓冲器和其他输出驱动器电路、寄存器电路(例如，可链接在一起形成移位寄存器的寄存器)，以及信号线、电力线和其他互连器。每个栅极驱动器行块可向显示器14的有效区域中的像素阵列的对应像素行中的一个或多个相应栅极线提供一个或多个栅极信号。
可用于阵列28中的每个像素22的类型的例示性像素电路的示意图在图3中被示出。如图3所示，显示器像素22可包括发光二极管38。可将正电源电压ELVDD提供至正电源端子34，并且可将接地电源电压ELVSS提供至接地电源端子36。二极管38具有阳极(端子AN)和阴极(端子CD)。驱动晶体管32的状态控制流经二极管38的电流量，并且因此控制来自显示器像素22的发射光40的量。由于二极管38的阴极CD耦接至接地端子36，因此二极管38的阴极端子CD有时可被称为二极管38的接地端子。
为确保晶体管38在连续的数据帧之间保持在期望状态，显示器像素22可包括存储电容器，诸如存储电容器Cst。在存储电容器Cst上的电压被施加到节点A处的晶体管32的栅极以控制晶体管32。可以使用一个或多个开关晶体管诸如开关晶体管33来将数据加载到存储电容器Cst中。当开关晶体管33关闭时，数据线D从存储电容器Cst隔离，并且在端子A上的栅极电压等于存储在存储电容器Cst中的数据值(即，来自在显示器14上显示的显示数据的先前帧的数据值)。当断定与显示器像素22相关联的行中的栅极线G(有时被称为扫描线)时，开关晶体管33将被导通并且数据线D上的新数据信号将被加载到存储电容器Cst中。电容器Cst上的新信号在节点A处被施加到晶体管32的栅极，从而调节晶体管32的状态并调节由发光二极管38发射的光40的对应量。如果需要，用于控制显示器14中的显示像素的发光二极管(例如，诸如图3的显示像素电路的显示像素电路中的晶体管、电容器等)的操作的电路可以使用其他配置形成(例如，包括用于补偿驱动晶体管32中的阈值电压变化的电路的配置等)。显示器像素可包括附加的开关晶体管、与驱动晶体管串联的发射晶体管等。电容器Cst可定位在像素内的其他期望位置(例如，驱动晶体管的源极和栅极之间)。图3的显示器像素电路仅为例示性的。
为了从发光二极管提取光，可以在显示器中的发光二极管上方结合一个或多个微透镜。一个或多个微透镜可以用于准直来自发光二极管的光并确保光被垂直地引导朝向观看者。在一个实施方案中，可以在每个发光二极管上方形成单个微透镜，以从该发光二极管提取光。然而，最佳的光提取可能需要微透镜与发光二极管间隔较大的距离(不期望地增加显示器的厚度)。因此，可以由微透镜阵列和在微透镜阵列上方形成的单个微透镜两者覆盖每个像素。
图4是由至少两个微透镜覆盖的例示性显示器像素的横截面侧视图。如图所示，可以在基板(诸如基板26)上形成发光二极管38。基板26可以包括玻璃层、聚合物层、硅层、包括聚合物和无机材料的复合膜、金属箔等等。发光二极管38可以是微型发光二极管(例如，具有约10微米×10微米、大于5微米×5微米、小于100微米×100微米、小于20微米×20微米、小于10微米×10微米或其他期望尺寸的占有面积的发光二极管半导体管芯)。该示例仅仅是例示性的，并且发光二极管38也可以是包括多个OLED层的有机发光二极管(OLED)。发光二极管可以电连接到基板26内的薄膜电路。在一个示例中，发光二极管可以焊接到基板。
发光二极管可以由扩散层64围绕。扩散层64可以用于提高显示器的效率。发光二极管38具有上表面38-U和侧壁表面38-S。理想的是，发光二极管38将从上表面38-U垂直地(例如平行于Z轴)发出光。然而，在实施过程中，发光二极管38可以从侧壁38-S(例如平行于X轴)发出一些光。扩散层64可以通过垂直地重新引导光来重新捕集该光中的一些光。
扩散层64(有时称为漫射器层64、漫射器64、光重定向层64、光散射层64等等)包括遍布于基质材料64-H的多个光散射微粒64-P。基质材料64-H可以是透明聚合物(例如硅氧烷)。光散射微粒64-P可以由金属氧化物(例如二氧化钛)或另一种期望的材料形成。光散射微粒64-P可以具有与基质材料64-H不同的折射率。入射到光散射微粒上的光可以在随机方向上散射。该散射使得一些光最终被重新引导朝向观看者，从而与省略了扩散层的实施方案相比提高了显示器的效率(并且很少甚至没有来自LED侧壁的光最终对观看者可见)。
需要说明的是，可以附加地或替代地在显示器内的透镜56上方结合扩散层(例如顶部漫射器)。例如，扩散层可以直接形成在透镜56与保护层66之间的透镜56上，保护层66本身可以是扩散层，扩散层可以形成在保护层66与偏振片68之间的保护层66上等等。这些示例仅仅是例示性的。一般来讲，一个或多个扩散层可以结合在显示器层叠结构内的任何期望位置处。
阴极层60可以形成在发光二极管上方，并且可以充当用于发光二极管38的阴极端子(例如图3中的阴极端子CD)。阴极层可以充当用于多个发光二极管的阴极，并因此形成为跨显示器的覆盖层。阴极层可以由透明导电材料(例如氧化铟锡)形成。
在基板26上方形成不透明遮蔽层58(有时称为黑色遮蔽层58、黑色掩膜58、不透明掩膜58等等)。不透明遮蔽层58可以具有与发光二极管38重叠的开口。发光二极管上方的不透明遮蔽层58中的开口允许来自发光二极管的光穿过不透明遮蔽层朝向观看者(例如在正Z方向上)。在别处(例如，漫射器层64在像素之间的部分上方)，不透明遮蔽层可以阻挡光(例如，以防止相邻像素之间的串扰)。不透明遮蔽层58可以透射小于10％的入射光(以与从LED 38发出的光相关联的波长)、小于5％的入射光、小于3％的入射光、小于1％的入射光等等。不透明遮蔽层可以由任何期望的材料(例如，有机或无机不透明材料)形成。
可以包括微透镜54和56以准直穿过不透明遮蔽层58中的开口的光。微透镜54和56可以统称为微透镜堆叠。首先，在不透明遮蔽层58的开口中形成微透镜阵列52。微透镜阵列52包括多个微透镜54(例如，作为一个示例，按多个行和列布置)。另外，在微透镜阵列52上方形成单个微透镜56。在微透镜56上方形成保护层66。除了微透镜56之外还包括微透镜阵列52允许准直更多来自LED 38的光(例如，通过提供额外的透镜光学能力)而不增加显示器的厚度。
微透镜54和56可以由任何期望的材料形成。微透镜56可以由有机材料(诸如丙烯酸酯基材料)形成。微透镜54可以由无机材料(诸如氮化硅)形成。这些示例仅仅是例示性的。一般来讲，微透镜54和56两者可以由任何期望的有机或无机材料形成。
微透镜54与微透镜56之间的折射率可能存在差值。微透镜54与微透镜56之间的折射率差值可以大于0.05、大于0.1、大于0.2、大于0.25、大于0.3、大于0.4、小于0.4、在0.2与0.4之间或任何其他所期望的量值。微透镜54可以具有大于1.5、大于1.7、大于1.8、大于1.9、在1.8与2.2之间、在1.9与2.1之间或任何其他所期望的量值的折射率。微透镜56可以具有大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、小于1.8、小于1.9、在1.5与1.9之间、在1.6与1.8之间或任何其他所期望的量值的折射率。在一个示例中，微透镜54由具有2.0的折射率的无机材料(氮化硅)形成，并且微透镜56由具有1.69的折射率的有机材料(丙烯酸酯基材料)形成。
微透镜56可以适形于(并直接接触)微透镜54的上表面。微透镜56继而由保护层66覆盖，其中保护层66适形于(并直接接触)微透镜56的表面。保护层66可以具有低于微透镜56的折射率，并因此有时可以称为低折射率保护层、低折射率层等等。保护层66可以由丙烯酸酯基有机材料或环氧树脂基有机材料形成。这些示例仅仅是例示性的，并且一般来讲任何期望的有机或无机材料可以用于低折射率保护层66。微透镜56与保护层66之间的折射率的差值可以大于0.05、大于0.1、大于0.2、大于0.25、大于0.3、大于0.4、小于0.4、在0.2与0.4之间或任何其他所期望的量值。保护层66可以具有大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、在1.2与1.6之间、在1.3与1.5之间、或任何其他所期望的量值的折射率。在一个示例中，保护层66由具有1.44的折射率的环氧基材料形成。
可以在低折射率保护层66上方形成附加层。如图4所示，偏振片68和透明覆盖层70可以形成在低折射率保护层上方。偏振片68可以是线性偏振片或圆偏振片。透明覆盖层70可以是保护显示器的透明层(例如，由玻璃或塑料形成)。如果需要，可以在显示器中(例如，在保护层66与透明覆盖层70之间或在透明覆盖层70之上)包括一个或多个附加层。
如图4所示，在一些配置中，可以在发光二极管38与微透镜54之间插置层62。层62(有时称为透明层62、低折射率层62、低折射率保护层62、保护层62等等)可以由有机材料(例如，环氧基或丙烯酸酯基材料)或无机材料(例如，二氧化硅)形成。层62可以具有大于80％、大于90％、大于95％、大于99％的透明度或任何其他期望的透明度。低折射率层62可以为显示器提供许多性能优点。首先，低折射率层62的存在增大了微透镜54和56与发光二极管38之间的距离(由于层62的厚度72所致)。该增大的距离导致微透镜54和56具有提高的透镜光学能力，从而致使更好地准直来自LED 38的光。可以选择层62的特定厚度72以优化微透镜性能。厚度72可以小于3微米、小于2微米、小于1.5微米、小于1微米、大于1微米、大于0.5微米、在1微米与3微米之间、在1微米与2微米之间或任何其他期望的量值。
微透镜56与保护层62之间的折射率的差值可以大于0.05、大于0.1、大于0.2、大于0.25、大于0.3、大于0.4、小于0.4、在0.2与0.4之间或任何其他所期望的量值。微透镜54与保护层62之间的折射率的差值可以大于0.1、大于0.2、大于0.4、大于0.5、大于0.6、小于0.7、在0.5与0.7之间或任何其他所期望的量值。保护层62可以具有大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、在1.2与1.6之间、小于1.6、小于1.5、在1.3与1.5之间或任何其他所期望的量值的折射率。
除了增加微透镜与LED之间的间隔之外，保护层62还可以改善显示器中的光再循环(并因此提高效率)。当保护层62具有低折射率时，将对更多的光进行再循环(由于由低折射率引起的更小的逃逸锥面所致)。该示例仅仅是例示性的。在另一可能的实施方案中，保护层62可以由与微透镜54相同的材料或具有更高折射率的另一种材料形成。在该类型的实施方案中(其中层62中的折射率高)，由于由厚度72所提供的额外的分离，再循环效率的改善可能较少，但仍提高了透镜光学能力。
每个微透镜可以具有任何期望的尺寸。微透镜56可以具有大于3微米、大于4微米、大于5微米、大于10微米、大于15微米、小于15微米、小于10微米、在3微米与10微米之间、在4微米与6微米之间、在10微米与15微米之间或任何其他所期望的量值的高度(有时称为厚度)74。微透镜56可以具有大于5微米、大于10微米、大于15微米、大于20微米、小于20微米、小于15微米、在10与20微米之间、在10与15微米之间或任何其他所期望的量值的宽度(有时称为直径)76。每个微透镜54可以具有大于0.1微米、大于0.3微米、大于0.5微米、大于1微米、大于2微米、小于5微米、小于2微米、在0.3微米与2微米之间、在0.5微米与1微米之间或任何其他所期望的量值的高度(有时称为厚度)80。每个微透镜54可以具有大于0.5微米、大于1微米、大于2微米、大于3微米、大于5微米、小于5微米、小于3微米、在1微米与3微米之间或任何其他所期望的量值的宽度(有时称为直径)78。
图5是示出具有由单个微透镜覆盖的微透镜阵列的例示性像素(诸如图4的像素)的顶视图。如图所示，微透镜阵列52包括多个微透镜54。图5中的微透镜54按均匀的行和列布置。该示例仅仅是例示性的。微透镜可以另选地按其他(规则或不规则)图案布置。例如，微透镜阵列的占有面积可以是圆形或另一种期望的形状。然后在微透镜阵列52上方形成单个微透镜56。如图所示，整个微透镜阵列52由微透镜56重叠。微透镜56可以适形于并接触微透镜阵列52中的每个微透镜的上表面。阵列52中的微透镜54是共面的。
由扩散层64横向围绕(例如，在XY平面内在所有侧面上围绕)的LED 38的图4中的示例仅仅是例示性的。图6示出了另选的配置，其中发光二极管38由层82横向围绕。在一些情况下，层82可以是由透明聚合物形成的光学透明钝化层。在这种情况下，层82可以具有大于80％的透明度、大于90％的透明度、大于95％的透明度、大于99％的透明度等等。另选地，层82可以是阻挡入射光的不透明层(例如，黑色遮蔽层、黑色掩膜、不透明掩膜等等)。在这种情况下，层82可以具有小于20％的透明度、小于10％的透明度、小于5％的透明度、小于1％的透明度等等。图6还示出了如何可以任选地省略来自图4的不透明遮蔽层58。
如果需要，钝化层(有时称为保护层)53可以任选地包括在每个相邻的微透镜层之间。钝化层可以具有任何期望的折射率(例如，大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、在1.8与2.2之间、在1.9与2.1之间、小于1.8、小于1.9、在1.5与1.9之间、在1.6与1.8之间、在1.2与1.6之间、在1.3与1.5之间等等)。该示例仅仅是例示性的。一般来讲，钝化层可以任选地包括在每个微透镜层的上表面和/或下表面上(例如，与每个微透镜层的上表面和/或下表面直接接触)。图6中的钝化层53适形于微透镜阵列52的微透镜54的上表面。微透镜56的下表面继而适形于钝化层53的上表面。
到目前为止所描绘的不透明遮蔽层的布置(例如，在图4和图6中)仅仅是例示性的。除了只是包括(如在图4中)或省略(如在图6中)之外，在不透明遮蔽层包括在像素中的实施方案中，不透明遮蔽层可以具有不同的占有面积。
如图7中所示，微透镜阵列52的占有面积可以具有宽度84。在图4和图6中，阵列52的宽度84约等于微透镜56的宽度。换句话讲，宽度84可以在微透镜56的宽度(图4中的宽度76)的15％内、10％内、5％内或1％内。相比之下，在图7中，宽度84与微透镜56的宽度相差更大的量(例如，大于20％、大于40％、大于60％等等)。换句话讲，微透镜56的宽度可以比阵列宽度84大1.5倍或更多、2.0倍或更多、1.3倍与2.5倍之间等等。
在图4和图7中，不透明遮蔽层58限定完全被微透镜阵列52占据的开口。换句话讲，在微透镜54与不透明遮蔽层58之间没有间隙。该示例仅仅是例示性的。如果需要，在不透明遮蔽层58与微透镜阵列52的边缘之间可以存在间隙。在图7中，除了整个微透镜阵列52之外，微透镜56还垂直地与不透明遮蔽层58的一部分重叠并直接接触。图7还示出了可以任选地省略LED 38与微透镜阵列52之间的低折射率保护层62的方法。
图8示出了另选的布置，其中微透镜阵列52的宽度84大于微透镜56的宽度76。在这种情况下，微透镜阵列52由微透镜56部分覆盖(而不是如在图4、图6和图7中完全覆盖)。在该实施方案中，微透镜56仍然是在阵列52上方形成的唯一微透镜。在图7中，宽度84可以与宽度76相差大于20％、大于40％、大于60％等等。换句话讲，宽度84可以比宽度76大1.5倍或更大、2.0倍或更大、1.3倍与2.5倍之间等等。
在图4和图6至图8中，描绘了较大的单个微透镜形成在多个较小的微透镜上方的示例。该示例仅仅是例示性的。如果需要，可以切换微透镜的位置(例如，在较大的微透镜上方形成较小的微透镜的阵列)。一般来讲，可以包括两层或更多层的微透镜，其中每个微透镜层包括一个或多个任何所期望的尺寸的微透镜。
在图4和图6至图8中，阵列52的微透镜54被描绘为具有弯曲的上表面。在图9A中详细示出了该类型的布置。如图所示，每个微透镜具有弯曲的上表面90。每个弯曲的上表面可以具有一致的曲率半径或不一致的曲率半径。可以调节微透镜的宽度、高度、微透镜之间的中心至中心间距(节距)、曲率半径和接触角(例如，给定微透镜的弯曲的上表面与相邻微透镜的弯曲的上表面相交的角度)以优化显示器性能。
图9A的示例仅仅是例示性的。一般来讲，每个微透镜54可以具有任何期望的形状。如图9B中所示，每个微透镜54(有时称为聚光特征部54)可以具有三角形截面形状(例如，与棱锥形状、三棱柱形状等等相关联)。每个微透镜可以具有以角度92相交且可以相对于相邻的微透镜以角度94相交的表面。可以调节微透镜的宽度、高度、微透镜之间的中心至中心间距、角度92和角度94以优化显示器性能。在图9B的示例中，每个微透镜具有等腰三角形横截面。该示例仅仅是例示性的。如果需要，微透镜可以具有任何其他类型的三角形截面形状。
图9C示出了可以用于像素22中的微透镜形状的另一示例。在图9C中，每个微透镜具有平行于下表面98的平面状的上表面96。这可以被称为柱状微透镜。可以调节上表面96的宽度、下表面98的宽度、微透镜之间的中心至中心间距、微透镜的高度以及相邻的微透镜之间的接触角以优化显示器性能。
在图9D中示出了针对微透镜阵列52的另一可能的布置。图9D示出了结合在单个显示器中、具有不同截面形状的微透镜的示例。如图所示，微透镜54-1和54-4可以具有为直角三角形的截面形状。这些截面形状可以关于垂直轴线对称。另外，微透镜阵列52包括具有为直角梯形(具有至少两个直角的梯形)的截面形状的微透镜54-2和54-3。微透镜54-2和54-3的截面形状也可以关于垂直轴线(例如，与微透镜54-1和54-4相同的垂直轴线)对称。
如果需要，图9A至图9D中所示的微透镜形状(或任何其他期望的微透镜形状)可以用于前述实施方案中的任一个。如图4和图6至图8中的任一者中所示，显示器中的每个像素可以由一个或多个微透镜覆盖。针对每个像素的微透镜布置跨显示器可以是相同的，或者不同的像素可以具有不同的微透镜布置。图4和图6至图8的特征部可以任意组合使用。例如，任何像素可以任选地包括或省略低折射率层62，可以在LED 38周围使用扩散层、不透明层或透明聚合物，可以任选地包括或省略不透明遮蔽层58，可以具有任何期望的宽度和高度的堆叠的微透镜，可以包括微透镜和由任何期望的材料形成的保护层，可以包括微透镜层之间的保护层等等。类似地，这些组合中的任一种可以使用任何形状的微透镜54(例如，如在图9A、图9B、图9C或图9D中)。
在一个例示性示例中，可以基于由每个像素发出的光的波长来优化每个像素上方的微透镜堆叠。考虑了显示器包括红色、蓝色和绿色发光二极管的示例。每个色彩的LED可以由相同的微透镜堆叠覆盖，而不是显示器中的全部像素具有相同的微透镜堆叠。在这种情况下，全部红色像素将具有相同的第一微透镜堆叠，全部绿色像素将具有相同的第二微透镜堆叠，并且全部蓝色像素将具有相同的第三微透镜堆叠。又如，两种颜色可以使用相同的堆叠且第三种颜色可以使用不同的堆叠。例如，全部蓝色和绿色像素可以具有相同的第一微透镜堆叠，并且全部红色像素可以具有相同的第二微透镜堆叠。
另外，本文示出了至少两个堆叠的微透镜层的示例。在其他可能的布置中，可以在微透镜堆叠中包括三个微透镜层或多于三个的微透镜层以获得额外的透镜光学能力。在这些类型的布置中，三个或更多个微透镜可以垂直地重叠。
根据一个实施方案，提供了一种显示器，该显示器包括基板、形成在该基板上的发光二极管、形成在该发光二极管上方的微透镜阵列，该微透镜阵列包括多个第一微透镜和第二微透镜，该微透镜阵列具有第一宽度，第二微透镜适形于并覆盖该微透镜阵列，第二微透镜具有大于第一宽度的第二宽度。
根据另一个实施方案，第一微透镜中的每个微透镜具有小于第二宽度的第三宽度和第一高度，并且第二微透镜具有大于第一高度的第二高度。
第一微透镜中的每个微透镜由具有第一折射率的第一材料形成，并且第二微透镜由具有小于第一折射率的第二折射率的第二材料形成。
根据另一个实施方案，第一材料是无机材料，并且第二材料是有机材料。
根据另一个实施方案，第一折射率与第二折射率之间的差值大于0.2。
根据另一个实施方案，显示器包括低折射率层，该低折射率层插置在发光二极管与微透镜阵列之间，该低折射率层具有小于第二折射率和第一折射率的第三折射率。
根据另一个实施方案，第三折射率与第一折射率之间的差值大于0.5。
根据另一个实施方案，该显示器包括保护层，该保护层形成在第二微透镜上方并适形于第二微透镜，该保护层具有小于第二折射率和第一折射率的第三折射率。
根据另一个实施方案，第三折射率与第二折射率之间的差值大于0.2。
该显示器包括扩散层，该扩散层形成为与该发光二极管的侧壁相邻。
根据另一个实施方案，该扩散层包括遍布于透明聚合物材料的光散射微粒。
根据另一个实施方案，该显示器包括不透明遮蔽层，该不透明遮蔽层形成在该基板上方，该微透镜阵列形成在该不透明遮蔽层中的开口中。
根据另一个实施方案，该显示器包括不透明遮蔽层，该不透明遮蔽层形成在该基板上方，该微透镜阵列形成在该不透明遮蔽层中的开口中，并且该不透明遮蔽层形成在氧化铟锡层上方并与该氧化铟锡层直接接触，该氧化铟锡层形成该发光二极管的一部分。
根据另一个实施方案，该显示器包括形成在该基板上方的不透明遮蔽层(该微透镜阵列形成在该不透明遮蔽层中的开口中)、形成该发光二极管的一部分的氧化铟锡层以及插置在氧化铟锡层与微透镜阵列之间的保护层，该保护层插置在该氧化铟锡层与该不透明遮蔽层之间。
根据另一个实施方案，第二宽度比第一宽度大大于1.5倍。
根据另一个实施方案，第一微透镜的每个微透镜具有弯曲的上表面。
根据另一个实施方案，第一微透镜的每个微透镜具有三角形截面形状。
根据另一个实施方案，第一微透镜中的每个微透镜具有带有平行的上表面和下表面的柱状截面形状。
根据另一实施方案，该显示器包括插置在该微透镜阵列与第二微透镜之间的保护层。
根据一个实施方案，提供了一种显示器，该显示器包括基板、形成在该基板上的发光二极管、由无机材料形成的多个共面微透镜(该发光二极管至少部分地由该多个共面微透镜重叠)以及由有机材料形成的附加的微透镜，该附加的微透镜覆盖该多个共面微透镜的全部共面微透镜。
根据另一个实施方案，该无机材料具有大于1.9的第一折射率，并且该有机材料具有小于1.8的第二折射率。
根据另一个实施方案，该显示器包括保护层，该保护层覆盖该附加的微透镜且具有小于1.5的第三折射率，第二折射率大于1.6。
根据一个实施方案，提供了一种显示器，该显示器包括基板、形成在该基板上的发光二极管、形成在该发光二极管上方的透明层、形成在该透明层上方的微透镜阵列(该透明层插置在该发光二极管与该微透镜阵列之间)以及与该发光二极管重叠的附加的微透镜，该微透镜阵列插置在该透明层与该附加的微透镜之间，并且该附加的微透镜具有第一折射率，该第一折射率低于该微透镜阵列的第二折射率且大于该透明层的第三折射率。
前文仅为例示性的，并且在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下，本领域的技术人员可作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (23)

1.一种显示器，所述显示器包括：
基板；
发光二极管，所述发光二极管形成在所述基板上；
微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述发光二极管上方，其中所述微透镜阵列包括多个第一微透镜，并且其中所述微透镜阵列具有第一宽度；和
第二微透镜，所述第二微透镜适形于并覆盖所述微透镜阵列，其中所述第二微透镜具有大于所述第一宽度的第二宽度。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一微透镜中的每个微透镜具有小于所述第二宽度的第三宽度和第一高度，并且其中所述第二微透镜具有大于所述第一高度的第二高度。
3.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一微透镜中的每个微透镜由具有第一折射率的第一材料形成，并且其中所述第二微透镜由具有小于所述第一折射率的第二折射率的第二材料形成。
4.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第一材料是无机材料，并且所述第二材料是有机材料。
5.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第一折射率与所述第二折射率之间的差值大于0.2。
6.根据权利要求5所述的显示器，还包括：
低折射率层，所述低折射率层插置在所述发光二极管与所述微透镜阵列之间，其中所述低折射率层具有小于所述第二折射率和所述第一折射率的第三折射率。
7.根据权利要求6所述的显示器，其中所述第三折射率与所述第一折射率之间的差值大于0.5。
8.根据权利要求5所述的显示器，还包括：
保护层，所述保护层形成在所述第二微透镜上方并适形于所述第二微透镜，其中所述保护层具有小于所述第二折射率和所述第一折射率的第三折射率。
9.根据权利要求8所述的显示器，其中所述第三折射率与所述第二折射率之间的差值大于0.2。
10.根据权利要求1所述的显示器，还包括：
扩散层，所述扩散层形成为与所述发光二极管的侧壁相邻。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中所述扩散层包括遍布于透明聚合物材料的光散射微粒。
12.根据权利要求10所述的显示器，还包括：
不透明遮蔽层，所述不透明遮蔽层形成在所述基板上方，其中所述微透镜阵列形成在所述不透明遮蔽层中的开口中。
13.根据权利要求1所述的显示器，还包括：
不透明遮蔽层，所述不透明遮蔽层形成在所述基板上方，其中所述微透镜阵列形成在所述不透明遮蔽层中的开口中，并且其中所述不透明遮蔽层形成在氧化铟锡层上方并与所述氧化铟锡层直接接触，所述氧化铟锡层形成所述发光二极管的一部分。
14.根据权利要求1所述的显示器，还包括：
不透明遮蔽层，所述不透明遮蔽层形成在所述基板上方，其中所述微透镜阵列形成在所述不透明遮蔽层中的开口中；
氧化铟锡层，所述氧化铟锡层形成所述发光二极管的一部分；和
保护层，所述保护层插置在所述氧化铟锡层与所述微透镜阵列之间，其中所述保护层插置在所述氧化铟锡层与所述不透明遮蔽层之间。
15.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第二宽度比所述第一宽度大大于1.5倍。
16.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一微透镜中的每个微透镜具有弯曲的上表面。
17.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一微透镜中的每个微透镜具有三角形截面形状。
18.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一微透镜中的每个微透镜具有带有平行的上表面和下表面的柱状截面形状。
19.根据权利要求1所述的显示器，还包括：
保护层，所述保护层插置在所述微透镜阵列与所述第二微透镜之间。
20.一种显示器，所述显示器包括：
基板；
发光二极管，所述发光二极管形成在所述基板上；
多个共面微透镜，所述多个共面微透镜由无机材料形成，其中所述发光二极管至少部分地由所述多个共面微透镜重叠；和
附加的微透镜，所述附加的微透镜由有机材料形成，其中所述附加的微透镜覆盖所述多个共面微透镜中的全部共面微透镜。
21.根据权利要求20所述的显示器，其中所述无机材料具有大于1.9的第一折射率，并且其中所述有机材料具有小于1.8的第二折射率。
22.根据权利要求20所述的显示器，还包括：
保护层，所述保护层覆盖所述附加的微透镜且具有小于1.5的第三折射率，其中所述第二折射率大于1.6。
23.一种显示器，所述显示器包括：
基板；
发光二极管，所述发光二极管形成在所述基板上；
透明层，所述透明层形成在所述发光二极管上方；
微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述透明层上方，其中所述透明层插置在所述发光二极管与所述微透镜阵列之间；和
附加的微透镜，所述附加的微透镜与所述发光二极管重叠，其中所述微透镜阵列插置在所述透明层与所述附加的微透镜之间，并且其中所述附加的微透镜具有第一折射率，所述第一折射率低于所述微透镜阵列的第二折射率且大于所述透明层的第三折射率。
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