JP2016502741A - ハイブリッド偏光子を有する発光ディスプレイ - Google Patents

ハイブリッド偏光子を有する発光ディスプレイ Download PDF

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Abstract

発光ディスプレイであって、OLEDと、第1の複屈折反射偏光子と、光学的にOLEDと第1の複屈折反射偏光子との間の第2の複屈折反射偏光子と、光学的に第1の複屈折反射偏光子と第2の複屈折反射偏光子との間の100:1未満のコントラスト比を有する第1の線形吸収偏光子と、100:1未満のコントラスト比を有する第2の線形吸収偏光子であって、第1の複屈折反射偏光子が、光学的に第2の線形吸収偏光子と第1の線形吸収偏光子との間にある、第2の線形吸収偏光子と、光学的にOLEDと第2の複屈折反射偏光子との間の構造化された光学フィルムと、を備える、発光ディスプレイ。

Description

本開示は、発光ディスプレイ、特に、ハイブリッド偏光子を備える発光ディスプレイに関する。
有機発光ダイオード(OLED)装置は、カソードとアノードとの間に挟まれたエレクトロルミネセント有機材料の薄膜を含み、これらの電極の一方又は両方は透明な伝導体である。電圧がこれらの装置に印加されると、電子及び正孔は、それぞれ対応する電極から注入されて、放射性励起子の中間生成物を介してエレクトロルミネセント有機材料内に再結合する。
OLEDといった発光ディスプレイは、一般的に、OLEDの金属層によって引き起こされる周辺光からの反射を低減するように、円偏光子といった反射防止フィルムを使用する。線形吸収偏光子及び1/4波長フィルムからなる円偏光子は、ディスプレイ上に入射する多量の周辺光を消滅させる。この円偏光子は、OLEDからの放射された光のうちの50%以上を吸収する不利点を有し、また、線形偏光子の通過軸、及び1/4波長(QW)フィルムの速軸又は遅軸が、互いに対して45度に整合されなければならないため、1/4波長フィルムを線形偏光子に適用するが困難であることにより生産コストが高い。
ディスプレイコントラストは、比率(白−黒)/黒として定義され、ここで、白は、最も明るいオン状態であり、黒は、最も暗いオフ状態である。暗くした部屋では、コントラストは、ディスプレイデバイスの固有の黒及び白輝度値によって制限される。通常の使用においては、周辺光レベル及びディスプレイ反射率が、固有の輝度レベルに付加される。理想的な円偏光子(CP)は、白状態の輝度を50%削減し、かつ周辺反射率を、偏光子の第1の表面のそれまで低減する。実用的なQW要素は、1つの波長のみ、及び1つの視野角のみにおいて正確であるため、ベースライン反射率が存在する。
昼光といった明るい周辺環境では、市販の最高級のCPは、必要とされるコントラストを維持するには不十分であり得るが、典型的な住宅又はオフィス環境では、必要とされるコントラストは、高性能CPを用いずに達成され得る。CPフィルム積層体のコストは、目的用途で要求される性能値に適合していなければならない。
ディスプレイ明度は、電子ドライブ容量及びその関連するかさ、並びにエミッタの寿命の費用を負担する重要な属性である。加えて、ディスプレイ電力効率は、ディスプレイ明度に対する重要な消費者規制のカウンタバランスである。CP反射防止積層体は、明度及び電力効率を半分超削減する。明度も増強する反射防止構成要素は、付加価値を与える。
CP実装は、QWと線形偏光子フィルムの既定された45度の整合によって複雑化され、ロール・ツー・ロール積層ではなくピース・ツー・ピース積層を必要とする場合が多い。ロール・ツー・ロールアセンブリを可能にする反射防止構成要素は、コストを低減する。
本開示は、発光ディスプレイ、特に、ハイブリッド偏光子を備える発光ディスプレイに関する。
多くの実施形態において、発光ディスプレイは、OLEDと、第1及び第2の複屈折反射偏光子と、100:1未満のコントラスト比を有する第1及び第2の線形吸収偏光子と、構造化された光学フィルムと、を備える。第2の複屈折反射偏光子は、光学的にOLEDと第1の複屈折反射偏光子との間にある。第1の線形吸収偏光子は、光学的に第1の複屈折反射偏光子と第2の複屈折反射偏光子との間にあり、第1の複屈折反射偏光子は、光学的に第2の線形吸収偏光子と第1の線形吸収偏光子との間にある。構造化された光学フィルムは、光学的にOLEDと第2の複屈折反射偏光子との間にある。1/4波長フィルムは、任意に、反射偏光子と構造化された光学フィルムとの間に配置することができる。
更なる実施形態において、発光ディスプレイは、OLEDと、第1及び第2の複屈折反射偏光子と、10:1未満のコントラスト比を有する第1及び第2の線形吸収偏光子と、構造化された光学フィルムと、4分の1波長要素と、を備える。第2の複屈折反射偏光子は、光学的にOLEDと第1の複屈折反射偏光子との間にある。第1の線形吸収偏光子は、光学的に第1の複屈折反射偏光子と第2の複屈折反射偏光子との間にある。第1の複屈折反射偏光子は、光学的に第2の線形吸収偏光子と第1の線形吸収偏光子との間にある。構造化された光学フィルムは、光学的にOLEDと第2の複屈折反射偏光子との間にある。4分の1波長要素は、光学的に、構造化された光学フィルムと第2の複屈折反射偏光子との間にある。
多くの実施形態において、発光ディスプレイは、OLEDと、第1及び第2の複屈折反射偏光子と、100:1未満のコントラスト比を有する第1及び第2の線形吸収偏光子と、非偏光保護要素と、を備える。第2の複屈折反射偏光子は、光学的にOLEDと第1の複屈折反射偏光子との間にある。第1の線形吸収偏光子は、光学的に第1の複屈折反射偏光子と第2の複屈折反射偏光子との間にあり、第1の複屈折反射偏光子は、光学的に第2の線形吸収偏光子と第1の線形吸収偏光子との間にある。非偏光保護要素は、光学的にOLEDと第2の複屈折反射偏光子との間にある。
本開示の1つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明で示す。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面と合せて考慮することで、本開示のより完全な理解が可能である。
発光ディスプレイの概略的な断面図である。 別の発光ディスプレイの概略的な断面図である。 別の発光ディスプレイの概略的な断面図である。
以下の詳細な説明では、添付図面を参照する。図面は、本明細書の一部を形成しており、例として複数の特定の実施形態を示している。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施されうる点は理解されるはずである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
本明細書において使用されるすべての科学用語及び技術用語は、特に示されない限りは、当該技術分野において一般的に用いられている意味を有するものである。本明細書において与えられる用語の定義は、本明細書において頻繁に使用される特定の用語の理解を容易にするためのものであって、本開示の範囲を限定しようとするものではない。
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される形状寸法、量、及び物理的特性を表わすすべての数字は、すべての場合において用語「約」により修飾されていると理解されるべきである。したがって、そうでないことが示されていないかぎり、上記の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、当業者が本明細書に開示される教示を用いて得ようとする所望の特性に応じて異なり得る近似値である。
本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用される単数形「a」、「an」、及び「the」には、その内容によって明らかに示されない限りは複数の指示対象物を有する実施形態が含まれる。内容によってそうでないことが明らかに示されない限り、本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用される用語「又は」は、「及び/又は」を含めた意味で広く用いられる。
これらに限定されるものではないが、「下側」、「上側」、「下」、「下方」、「上方」、及び「〜の上」などの空間的に関連した語は、本明細書で使用する場合、ある要素の別の要素に対する空間的関係を述べるうえで説明を容易にする目的で用いられる。このような空間的に関連した語には、図に示され、本明細書に述べられる特定の向き以外に、使用中又は作動中の装置の異なる向きが含まれる。例えば、図に示される物体がひっくり返されるか又は裏返されると、最初に他の要素の下又は下方として述べられた部分は、これらの他の要素の上方となるであろう。
本明細書で使用するとき、ある要素、部材若しくは層が、例えば、別の要素、部材若しくは層と「一致する境界面」を形成する、又は「上にある」、「接続される」、「結合される」、若しくは「接触する」として記載される場合、その要素、部材若しくは層は、例えば、特定の要素、部材若しくは層の直接上にあるか、直接接続されるか、直接結合されるか、直接接触してもよく、又は介在する要素、部材若しくは層が特定の要素、部材若しくは層の上にあるか、接続されるか、結合されるか、若しくは接触してもよい。ある要素、部材又は層が、例えば、別の要素の「直接上にある」、「直接接続される」、「直接結合する」、又は「直接接触する」とされる場合、介在する要素、部材又は層は存在しない。
本明細書で使用するとき、「有する(have)」、「有する(having)」、「含む(include)」、「含む(including)」、「備える(comprise)」、「備える(comprising)」等は、制限のない意味で使用されており、一般に、「含むがそれに限らない」ことを意味する。「からなる」及び「から本質的になる」という用語は、「含む(comprising)」等の用語に包含されることが理解されよう。
用語「OLED」は、有機発光デバイスを指す。OLED装置は、カソードとアノードとの間に挟まれたエレクトロルミネセント有機材料の薄膜を含み、これらの電極の一方又は両方は透明な伝導体である。電圧がこれらの装置に印加されると、電子及び正孔は、それぞれ対応する電極から注入されて、放射性励起子の中間生成物を介してエレクトロルミネセント有機材料内に再結合する。
本明細書において定義される語句「非偏光保護要素」は、光の入射偏極ビームの一部の偏光を偏光解消、変換、又は改変する、バルク光学素子、コーティング、又はフィルムである。その部分は、空間的に、角度的に、又は波長によって選択され得、かつ入射ビームの一部又は全体であり得る。非偏光保護要素は、バルク光学素子、例えば、Cornu若しくはLyot偏光解消子、光学リターダフィルム若しくはコーティング、体積散乱フィルム若しくはコーティング、液晶、ポリマー液晶、若しくは他の分極性ポリマーといった形態複屈折若しくは分子複屈折ドメインを含有する異種コーティング、及び複屈折媒体の混合配向ドメインを含有するメタマテリアルを含み得る。
「構造化された光学フィルム」は、OLEDデバイスからの光アウトカップリングを改善する、並びに/又はOLEDの角度輝度及び/若しくは色均一性を改善する、フィルム又は層を指す。光抽出機能及び角度輝度/色改善機能はまた、1つの構造化されたフィルムにおいて組み合わせることができる。構造化された光学フィルムは、周期的、準周期的、若しくはランダムな工学的ナノ構造(例えば、以下で説明される光抽出フィルム)を含むことができる、及び/又は構造化された光学フィルムは、構造化された特徴のサイズが1um以上である、周期的、準周期的、若しくはランダムな工学的微細構造を含むことができる。
「光抽出フィルム」は、ナノ構造上に実質的に平坦な表面を形成する、実質的に透明な基板、低屈折率構造、及び高屈折率バックフィル層を指す。用語「実質的に平坦な表面」は、バックフィル層が下にある層を平面にすることを意味するが、わずかな表面変化が実質的に平坦な表面に存在してもよい。バックフィル層の平坦な表面がOLED装置の光出力表面に対して配置されると、ナノ構造は、OLED装置からの光出力を少なくとも部分的に高める。バックフィルの平坦な表面は、OLED光出力表面に直接当てて、又は平坦な表面と光出力表面との間の別の層を介して、配置されてもよい。
用語「ナノ構造(1つまたは複数)」は、2マイクロメートル未満、より好ましくは1マイクロメートル未満である少なくとも1つの寸法(例えば、高さ、長さ、幅、若しくは直径)を有する構造を指す。ナノ構造は、粒子及び設計された特徴を含むが、これらに必ずしも限定されない。粒子及び設計された特徴は、例えば、規則的又は不規則的な形状を有することができる。かかる粒子はナノ粒子とも呼ばれる。用語「ナノ構造化」は、ナノ構造を有する材料又は層を指す。
本開示は、発光ディスプレイ、特に、他の態様の中でも、ハイブリッド偏光子を含む発光ディスプレイに関する。発光ディスプレイは、ハイブリッド偏光子、及び構造化された光学フィルム、又は非偏光保護要素を含むことができる。ハイブリッド偏光子は、構造化された光学フィルムとの組み合わせにおいて、発光ディスプレイのための改善された光学特性を提供する。本開示は必ずしもこのように限定されないが、本開示の種々の態様の理解は以下に提供される実施例の考察によって得ることができる。
LCDディスプレイにおける2つの線形偏光子の機能は、OLEDディスプレイの反射防止積層体における単一の線形偏光子とは異なる。そのため、OLEDディスプレイに対して仕様される線形偏光子は、透過型LCDに対して選択される線形偏光子とは著しく異なり得る。
LCDディスプレイを参照すると、機能的光路は一方向性であり、固有又は暗室コントラスト比は、典型的に5000:1超である、前及び後の偏光子のコントラスト比によって制限される。液晶層は、交差した偏光子を通るLCD透過率を変調する、切り替え可能なリターダである。
OLEDディスプレイにおける反射防止積層体を通る機能的光路は、二方向性である。周辺光は、線形偏光子を通過し、偏光され、次いで、非偏光保護要素を横断してOLEDから反射する際に、変換又は偏光解消する。次いで、光の一部は、線形偏光子を通って戻ってくる際に吸収される。暗室コントラスト比は、偏光子コントラスト比に依存しないが、室内光コントラスト比は、ある程度まで依存する。
OLEDディスプレイからの周辺光反射率は、偏光子の前表面反射率、通過状態での漏れ、及びブロック状態での漏れからなる。通過状態での漏れは、非偏光保護要素を横断し、OLEDから反射した後の、通過状態における線形偏光子に戻る周辺光の部分である。反射防止積層体が、高コントラスト比のアクロマティック円偏光子である場合、前表面反射率が優位である。反射偏光子及び非偏光保護要素を含む実施形態では、通過状態での漏れが優位であり得る。これらの場合は、著しいペナルティを伴わずに、偏光子がブロック状態での漏れをより多く受け入れ得る。したがって、偏光子コントラスト比仕様は、緩和され得る。
光は偏光子を2度通過するため、10:1の線形偏光子コントラスト比に対して、ブロック状態での漏れは、最大で約1%である。そのため、ブロック状態での漏れは、4%の前表面反射率、及び5%の通過状態での漏れへの小さい付加である。
図1〜3は、発光ディスプレイの概略的な断面図である。発光ディスプレイは、OLED 20と、第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44と、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34と、構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50と、を含む。一部の実施形態において、発光ディスプレイは、4分の1波長要素60を更に含む。他の実施形態において、発光ディスプレイは、4分の1波長要素60を含まない。
多くの実施形態において、第2の反射偏光子44は、光学的にOLED 20と第1の反射偏光子42との間にある。第1の線形吸収偏光子32は、光学的に第1の反射偏光子42と第2の反射偏光子44との間にある。第1の反射偏光子42は、光学的に第2の線形吸収偏光子34と第1の吸収偏光子32との間にある。構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50は、光学的にOLED 20と第2の複屈折反射偏光子44との間にある。多くの実施形態において、第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44は、複屈折反射偏光子である。多くの実施形態において、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34は、100:1未満又は10:1未満のコントラスト比を有する、「脆弱な」線形吸収偏光子である。第1の反射偏光子42、第2の反射偏光子44、第1の線形吸収偏光子32、及び第2の線形吸収偏光子34は、単一の複合フィルム要素を形成することができ、本明細書において「ハイブリッド」偏光子と称される。4つの偏光子層が例示されるが、ハイブリッド偏光子は、2つの反射偏光子層間に挟持される少なくとも1つの線形吸収偏光子を有する、3つ以上の層を有することができる。多くの実施形態において、すべての偏光子層の通過軸は、実質的に整合される。
図1に例示される発光ディスプレイは、OLED 20と、第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44と、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34と、構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50と、を含む。例示される第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34は、単一の複合ハイブリッド偏光子要素を形成し、構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50は、OLED 20に結合されてもよいし、又はされなくてもよい。図1は、4分の1波長要素(図2の要素60を参照されたい)を含まない。
図2に例示される発光ディスプレイは、OLED 20と、第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44と、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34と、構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50と、4分の1波長要素60と、を含む。例示される第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34は、4分の1波長要素60と共に単一の複合ハイブリッド偏光子要素を形成する。構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50は、OLED 20に光学的に結合されてもよいし、又はされなくてもよい。
図3に例示される発光ディスプレイは、OLED 20と、第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44と、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34と、構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50と、4分の1波長要素60と、を含む。例示される第1の反射偏光子42及び第2の反射偏光子44、第1の線形吸収偏光子32及び第2の線形吸収偏光子34は、4分の1波長要素60、及び構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50と共に、単一の複合ハイブリッド偏光子要素を形成する。構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50は、OLED 20に光学的に結合されない。
OLED 20は、任意の有用な発光デバイスであり得る。マイクロキャビティ効果を考慮すると、OLEDは、2つのタイプ、即ち、脆弱なマイクロキャビティOLED、及び強力なマイクロキャビティOLEDに大まかにカテゴリ化することができる。従来の底部発光OLEDは、脆弱なマイクロキャビティデバイスであり、一方、分散されたBragg反射器又は2つの金属電極を伴うOLEDは、強力なマイクロキャビティデバイスと考えられる。内部量子効率(ηint)、外部量子効率、励起子寿命、及び角度依存を含む光放射特性は、Fabri−Perot共振空洞効果及びPurcell効果により、2つのタイプのOLEDにおいて異なる。多くの実施形態において、OLED 20は、強力なマイクロキャビティOLEDである。他の実施形態において、OLED 20は、脆弱なマイクロキャビティOLEDである。
線形偏光子32、34は、任意の有用な線形偏光子要素であり得る。線形偏光子は、単一の偏光状態で光を透過させる。線形偏光子は、ワイヤグリッド偏光子又は吸収偏光子であり得る。1つの有用なタイプの吸収偏光子は、ダイクロイック偏光子である。ダイクロイック偏光子は、例えば、ポリマーシートに染料を組み込み、次いでこれを1つの方向に延伸することによって作製される。ダイクロイック偏光子はまた、ポリビニルアルコールといった半結晶ポリマーを一軸延伸し、次いで、このポリマーをヨウ素錯体若しくはダイクロイック染料で染色することによって、又はポリマーを配向されたダイクロイック染料でコーティングすることによって作製することができる。これらの偏光子は、しばしば、染料のためのポリマーマトリクスとして、ポリビニルアルコールを使用する。ダイクロイック偏光子は、一般的に、光吸収量が多い。上で説明されるように、多くの実施形態において、線形吸収偏光子は、100:1未満、又は10:1未満、又は5:1以下のコントラスト比を有する、「脆弱な」線形吸収偏光子である。
反射偏光子42、44は、任意の有用な反射偏光子要素であり得る。反射偏光子は、単一の偏光状態で光を透過させ、残りの光を反射する。多くの実施形態において、反射偏光子は、複屈折反射偏光子である。複屈折反射偏光子は、第2の材料の第2の層上に(例えば、共押出によって)配置される第1の材料の第1の層を有する多層光学フィルムを含む。第1の材料及び第2の材料の一方又は両方が複屈折性のものであってよい。層の総数は、数百若しくは数千、又はそれ以上であり得る。いくつかの例示的実施形態では、隣接する第1及び第2の層を光学的繰り返し単位と呼ぶ場合がある。本開示の例示的な実施形態における使用に好適な反射偏光子は、例えば、米国特許第5,882,774号、同第6,498,683号、同第5,808,794号に記載されており、これらは、参照することにより本明細書に組み込まれる。
任意の好適なタイプの反射偏光子、例えば、多層光学フィルム(MOF)反射偏光子、連続/分散相偏光子といった拡散反射型偏光フィルム(DRPF)、ワイヤグリッド反射偏光子、又はコレステリック反射偏光子を、反射偏光子の目的で使用することができる。
MOF反射偏光子及び連続/分散相反射偏光子の双方は、通常は高分子材料である少なくとも2種の材料間の屈折率の差に依存して、直交偏光状態で光を透過しながら、1つの偏光状態の光を選択的に反射する。MOF反射偏光子のいくつかの例は、共同所有される米国特許第5,882,774号(Jonza et al.)に記載されている。MOF反射偏光子の商業的に入手可能な例としては、3M Companyから入手可能な拡散表面を含むVikuiti(商標)DBEF−D2−400及びDBEF−D4−400多層反射偏光子が挙げられる。
本開示と関連して有用なDRPFの例としては、例えば、共同所有される米国特許第5,825,543号(Ouderkirk et al.)に記載されている連続/分散相反射偏光子、及び例えば、共同所有される米国特許第5,867,316号(Carlson et al.)に記載されている拡散反射多層偏光子が挙げられる。他の好適なタイプのDRPFは、米国特許第5,751,388号(Larson)に記載されている。
本開示と関連して有用なワイヤグリッド偏光子のいくつかの例としては、例えば、米国特許第6,122,103号(Perkins et al.)に記載されているものが挙げられる。ワイヤグリッド偏光子は、とりわけMoxtek Inc.,Orem,Utahから商業的に入手可能である。本開示と関連して有用なコレステリック偏光子のいくつかの例としては、例えば、米国特許第5,793,456号(Broer et al.)、及び米国特許公開第2002/0159019号(Pokorny et al.)に記載されているものが挙げられる。コレステリック偏光子は、コレステリック偏光子を透過した光が直線偏光に変換されるように、出力側の4分の1波長遅延層と共に提供されることが多い。
複屈折反射偏光子において、第1の層の屈折率(n1x、n1y、n1z)、及び第2の層の屈折率(n2x、n2y、n2z)は、1つの面内の軸(y軸)に沿って実質的に一致しており、別の面内の軸(x軸)に沿って実質的に一致していない。一致している方向(Y)は偏光板の透過(通過)軸又は状態を形成して、その方向に沿って偏光された光は選択的に透過されるようになっており、一致していない方向(X)は偏光板の反射(遮断)軸又は状態を形成して、その方向に沿って偏光された光は選択的に反射されるようになっている。一般的に、反射方向に沿った屈折率のずれが大きく、透過方向において屈折率がよく一致しているほど、偏光板の性能は高くなる。
多層光学フィルムは、通常、異なる屈折率特性を有する個別のミクロ層を含み、その結果一部の光が隣接するミクロ層間の境界面で反射される。ミクロ層は、複数の境界面で反射した光が建設的又は破壊的干渉を受けて多層光学フィルムに所望の反射又は透過特性を提供できるように、十分に薄い。紫外波長、可視波長、又は近赤外波長の光を反射するように設計された多層光学フィルムでは、各ミクロ層は、一般的に約1μm未満の光学的厚さ(物理的な厚さ×屈折率)を有する。しかしながら、多層光学フィルムの外側表面の表皮層、又は多層光学フィルム間に配置され干渉性なミクロ層群を分離する保護境界層(PBL)などのもっと厚い層を含むこともできる。そのような多層光学フィルム本体は、積層体内の2つ以上の多層光学フィルムを接合する1つ以上の厚い接着層を含むこともできる。
一部の場合において、発光ディスプレイデバイスの広画角の観察に対して良好に機能するために、複屈折反射偏光子は、すべての入射角に対して高ブロック状態コントラストを維持し、すべての入射角にわたって高い通過透過率も維持する。共同所有される米国特許第5,882,774号において示されているように、通過状態透過率は、交互の第1及び第2の層の屈折率が、z軸に沿って偏光する光、及びy軸に沿って偏光する光に対して一致するときに増加する。z屈折率一致はまた、ブロック状態透過率が、高い入射角において低下しないことを確実にする。1つの具体的な有用な複屈折反射偏光子は、商品名「3M Advanced Polarizing Film」又は「APF」で既知の複屈折ポリマー多層偏光フィルムである。米国特許第6,486,997号は、PBSとしてのかかるフィルムの使用に言及している。
一部の場合において、発光ディスプレイデバイスの広画角の観察に対して良好に機能するために、反射偏光子は、一般的に入射角と共に増加する反射率、及び入射角と共に減少する透過率を有する。かかる反射率及び透過率は、任意の入射面における非偏光可視光、又は使用可能な偏光状態の斜光がp偏光される平面、若しくは使用可能な偏光状態の斜光がp偏光される直交平面に入射する使用可能な偏光状態の光に対するものであってもよい。この挙動は、ディスプレイ産業にとってより重要な観察角でより多くの光を放射するために、一部のディスプレイにとっては望ましくあり得る。この効果は、コリメーションと呼ばれる。これらのタイプのフィルムの例は、米国特許第8,469,575号に記載されている。
本明細書において説明される構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50は、OLEDデバイスに適用される別個のフィルムであり得る。例えば、光結合層は、構造化された光学フィルム又は非偏光保護要素を、OLEDデバイスの光出力表面に光学的に結合させるために使用することができる。光結合層は、構造化された光学フィルム若しくは非偏光保護要素、OLEDデバイス、又は両方に適用することができ、構造化された光学フィルム若しくは非偏光保護要素のOLEDデバイスへの適用を容易にするように接着剤で実装することができる。別個の光結合層の代替としては、バックフィルの光学機能及び平坦化機能、並びに粘着性の光結合層の接着機能が同じ層で行なわれるように、高屈折率のバックフィル層自体が高屈折率の接着剤からなってもよい。光結合層の例、及び光抽出フィルムをOLEDデバイスに積層するためにそれらを使用するプロセスは、「OLED Light Extraction Films Having Nanoparticles and Periodic Structures」と題され、2011年3月17日に出願された、米国特許公開第2012/0234460号に記載されており、該文献は完全に記載されたかのように参照することによって本明細書に組み込まれる。
構造化された光学フィルム又は非偏光保護要素(例えば、光抽出フィルム)のためのナノ構造は、基板と一体的に、又は基板に適用される層に形成され得る。例えば、ナノ構造は、低屈折率の材料を基板に適用し、続いて材料をパターン化することで基板上に形成することができる。ナノ構造は、少なくとも1つの寸法、例えば幅が、1マイクロメートル未満である構造である。
ナノ構造は、粒子及び設計された特徴を含むが、これらに必ずしも限定されない。粒子及び設計された特徴は、例えば、規則的又は不規則的な形状を有することができる。かかる粒子はナノ粒子とも呼ばれる。人工ナノ構造は、個々の粒子ではないが、人工ナノ構造を形成するナノ粒子から構成されてもよく、ナノ粒子は、人工構造の外形寸法よりも著しく小さい。
構造化された光学フィルム又は非偏光保護要素(例えば、光抽出フィルム)のためのナノ構造は、一次元(1D)であり得、これは、それらが一次元においてのみ周期的であることを意味し、つまり、最も近い隣接する特徴が、直交方向に沿ってではなく、表面に沿って、1つの方向において等しく離間する。1Dのナノ周期構造の場合には、隣接した周期的な特徴間の間隔は1マイクロメートル未満である。一次元の構造としては、例えば、連続的若しくは細長いプリズム若しくはリッジ、又は線形格子が挙げられる。
構造化された光学フィルム又は非偏光保護要素(例えば、光抽出フィルム)のためのナノ構造はまた、二次元(2D)であり得、これは、それらが二次元において周期的であることを意味し、つまり、最も近い隣接する特徴が、表面に沿って2つの異なる方向において等しく離間する。2Dのナノ構造の場合には、両方の方向の間隔が1マイクロメートル未満である。2つの異なる方向の間隔は異なってもよいことに留意されたい。二次元の構造としては、例えば、レンズレット、ピラミッド、台形、丸形若しくは角形の柱、又はフォトニック結晶構造が挙げられる。二次元構造の他の例としては、米国特許出願公開第2010/0128351号に記載される湾曲側面を有する円錐構造が挙げられ、該文献は完全に記載されたかのように参照することによって本明細書に組み込まれる。
光抽出フィルムのための基板、低屈折率の多周期的構造、及び高屈折率のバックフィル層の材料は、上述の公開された特許出願に提供されている。例えば、基板は、ガラス、PET、ポリイミド、TAC、PC、ポリウレタン、PVC、又は可撓性ガラスで実現することができる。光抽出フィルムを作製するためのプロセスもまた、上述の公開特許出願に提供されている。必要に応じて、光取り出しフィルムを組み込んだデバイスを湿気又は酸素から守るために、基板はバリアフィルムで実現することができる。バリアフィルムの例は、米国特許出願公開第2007/0020451号、及び米国特許第7,468,211号に開示され、該文献は共に、完全に記載されたかのように参照することによって本明細書に組み込まれる。
4分の1波長要素60は、任意の有用な4分の1波長要素であり得る。4分の1波長要素60又はリターダは、線形に偏光した光の偏光方向を、円形に偏光した光に変更することができ、逆もまた同様である。一部の実施形態において、4分の1波長要素60は、ハイブリッド偏光子と共に単一の複合フィルムを形成することができる。一部の実施形態において、4分の1波長要素は、ハイブリッド偏光子及び構造化された光学フィルムと共に単一の複合フィルムを形成することができる。
一部の実施形態において、発光ディスプレイ10は、4分の1波長要素60を含まない。構造化された光学フィルム50又は非偏光保護要素50を利用する場合、4分の1波長要素60は、以下の実施例において例示されるように、発光ディスプレイ10の光学特性を低下させることなく排除され得ることは、驚くべきことである。4分の1波長要素60を排除することにより、製造を簡略化することができ、かつ発光ディスプレイ10のコストを低減することができる。
従来の円偏光子は、周辺光からのまぶしさを低減するために、発光ディスプレイ上で使用される。この円偏光子の1つの不利点は、放射された光が50%以上低減されることである。ディスプレイ用途によっては、発光ディスプレイのより長い寿命を可能にする、又は表示される視覚品質を改善するために、より高い発光輝度効率が非常に望ましい。一部のディスプレイ用途では、住宅内のTVのように周辺光はより低く、周辺光のまぶしさを低減するための要件はより少なくなる。本開示の一部の実施形態において、従来の円偏光子を備えるものに対する、発光ディスプレイの輝度効率の増加は、最大1.3であり得、他の実施形態において、従来の円偏光子を備えるものに対する、発光ディスプレイの輝度効率の増加は、最大2.0であり得る。本開示の他の実施形態において、従来の円偏光子を備えるものに対する、発光ディスプレイの輝度効率の増加は、最大4.0であり得る。輝度効率におけるこれらの増大は、反射防止フィルムを備えていない発光ディスプレイと比較して、周辺光によって引き起こされるまぶしさを依然として低減しつつ達成される。
従来の円偏光子と、強力なマイクロキャビティOLEDといった特定の発光ディスプレイとの組み合わせは、しばしば、観察角の関数としての大きい色シフトを有する。一部の場合において、これは、軸方向の輝度効率を改善するために成される妥協である。この色シフトはまた、従来の円偏光子における複屈折分散による、4分の1波長要素の色消しの欠如によって引き起こされ得る。本開示の一部の実施形態は、増大した輝度効率を提供し、これにより、角度に伴う妥協された色シフトのない発光ディスプレイを可能にすることができる。
開示される発光ディスプレイの利点のうちの一部を、以下の実施例によって更に例示する。この実施例で列挙される特定の材料、量及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
実施例におけるすべての部、百分率、比等は、特に明記しない限り、重量基準である。使用した溶媒及び他の試薬は、異なる記載のない限り、Sigma−Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)より入手したものである。
Figure 2016502741
調製例
D510安定した50nm TiOナノ粒子分散の調製
およそ52重量パーセントのTiOで分散したTiOナノ粒子を、SOLPLUS D510と1−メトキシ−2−プロパノールとの存在下で、粉砕プロセスを用いて調製した。SOLPLUS D510を、TiOの重量に基づいて25重量パーセントの量で加えた。混合物は、DISPERMATミキサ(Paul N.Gardner Company,Inc.,Pompano Beach,FL)を使用して10分間予混合し、次いで、NETZSCH MiniCer Mill(NETZSCH Premier Technologies,LLC.,Exton,PA)を、4300rpm、0.2mm YTZ粉砕媒体、及び250mL/分の流量の条件で用いた。1時間の粉砕後、1−メトキシ−2−プロパノール中に分散した白いペースト状のTiOを得た。粒径は、Malvern Instruments ZETASIZER Nano ZS(Malvern Instruments Inc(Westborough,MA))を用いて50nm(Z−平均粒子径)であると判定された。
高屈折率バックフィル溶液(HI−BF)の調製
20gのD510安定した50nm TiO溶液と、2.6gのSR833Sと、0.06gのIRGACURE 184と、25.6gの1−メトキシ−2−プロパノールと、38.4gの2−ブタノンと、を共に混合して、均一の高屈折率バックフィル溶液を調製した。
400nmピッチを有するナノ構造化フィルムの製造
最初に(合成単結晶ダイヤモンド(Sumitomo Diamond(Japan))を使用して)米国特許第7,140,812号に記載されるような多重先端ダイヤモンド工具を作製することにより、400nm「鋸歯状」格子フィルムを製造した。
次いで、このダイヤモンド工具を使用して、銅製ミクロ複製ロールを作製し、次いで、それを使用して、0.5%(2,4,6トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィン酸化物を75:25のPHOTOMER 6210及びSR238のブレンド内に混合することによって作製されたポリマー性樹脂を用いる連続鋳造及び硬化プロセスにおいて、PETフィルム上に400nmの1D構造を作製した。
HI−BF溶液を、ロール・ツー・ロール被覆プロセスを用いて、4.5m/分(15フィート/分)のウェブ速度及び5.1cc/分の分散吐出速度で、400nmピッチの1D構造のフィルム上に被覆した。被覆を室温で空気乾燥させ、その後82℃(180°F)で更に乾燥させ、次いで、H電球を装備したFusion UV−Systems Inc.製のLight−Hammer 6UV(Gaithersburg,Maryland)プロセッサを4.5m/分(15フィート/分)のライン速度、75%のランプ電力、窒素雰囲気下で作動させて使用して硬化させた。
(実施例)
上部放射(TE)OLED試験クーポンを、約10−6トール(1.3×10−7kPa)の基準圧で真空系において標準的な熱蒸着を用いて形成した。基材は、正方形の構成で4つの5×5mm画素を生成するようにパターン化された、0.5μm厚さのフォトレジストコーティング、及び80nmITOコーティングを備える、研磨したフロートガラス上に作製した。正方形の寸法を4×4mmに縮小し、はっきりと画定された画素縁部をもたらすように、画素画定層(PDL)が適用された。以下の構造が形成された:PDL/1nm Cr/100nm Ag/10nm ITO底部電極(カソード)/20nm EIL/25nm ETL/30nm EML/10nm HTL2/165nm HTL1/100nm HIL/80nm ITO上部電極(アノード)/200nm MoO3キャッピング層(CPL)(HIL、HTL、EML、及びETLは、それぞれ、正孔注入、正孔輸送、放出層、及び電子輸送層を表す)を有する基板。上部電極は、基材層と整合するように、シャドーマスクによりパターン化された80nm ITOであった。
一部のサンプルに対して、デバイス製造の後、及び封入の前に、「Fabrication of Nanostructured Film with 400nm Pitch(400nmのピッチを有するナノ構造化フィルムの製造)」に説明される高屈折率材料でバックフィルされた400nmピッチ1D対称抽出器を、米国仮特許出願第61/604169号の実施例7に説明されるように調製した光結合層を使用して、各試験クーポン上の4つの画素のうちの2つに適用したが、ポリマー−IIの合成において、3.7gの代わりに、2.0gの3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを使用した点が異なっていた。光結合層は、約1.7の屈折率を有した。抽出器積層は、不活性(N)雰囲気下において行われ、その後Nagase XNR5516Z−B1紫外線硬化性樹脂を蓋の周囲に適用することにより取り付けられたガラスの蓋の下で保護して、UV−A光源を使用して16ジュール/cmで400秒にわたり硬化させた。
脆弱なダイクロイック偏光子層は、以下のプロセスを使用して形成した。PENペレットを、22.7kg/時(50.1ポンド/時間(pph))の速度で2軸押出機に送給した。Mitsui Chemicalから購入したダイクロイック染料もまた、以下の速度で2軸押出機に送給した:PD−104:45g/時(0.10pph)、PD−325H:59g/時(0.13pph)、PD−335H:32g/時(0.07pph)、及びPD−318H:77g/時(0.17pph)。この混合物を、41cm(16インチ)ダイを通じて各側上に22.7kg/時(50pph)の速度でGN071 PETgスキンと共に送給して、6.1m/分(20フィート/分)の速度でキャストシートを形成した。キャストシートを、6.1m/分(20フィート/分)の速度、143℃(290°F)の温度で、テンター内で5.6:1の比で延伸させた。
一体型偏光子は、光学的に透明な接着剤OCA 8171を層間で使用して、脆弱なダイクロイック偏光子層、APF、第2の脆弱なダイクロイック偏光子層、及び第2のAPFを共に積層することによって構築した。サンプルは、一体型偏光子のAPF側が4分の1波長プレート(QWP)に隣接するように、OCAを使用して4分の1波長プレート(QWP)に一体型偏光子を積層することにより調製した。APF及び脆弱なダイクロイック偏光子層の各々の2つの層を使用した。以下の表は、偏光子フィルムの透過及びコントラスト特性を提供する。
Figure 2016502741
以下の表に示される構造体を作製し、TE OLED試験クーポンと共に試験した。線形偏光子及び反射偏光子を有するサンプルでは、線形偏光子と反射偏光子の通過軸を整合させた。複数の層を偏光子積層体において使用する場合、OCA 8171を使用して各層を積層した。偏光子積層体は、最初に列挙される項目をOLEDに向けて配置した。輝度は、PR650カメラ(Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA)を使用して、輝度−電流−電圧(LIV)測定の一部として測定した。反射率は、AUTRONICコノスコープ(AUTRONIC−MELCHERS GmbH,Karlsruhe,Germany)を拡散光反射率モードで使用して測定した。以下の表に報告される反射率及び輝度は、従来の円偏光子を使用したサンプルの1の値(a value of unity)に正規化されている。
Figure 2016502741
こうして、ハイブリッド偏光子を有する発光ディスプレイの実施形態が開示される。当業者であれば分かるように、本明細書に記載した構成は、開示されたもの以外の実施形態を用いて実施することができる。開示された実施形態は、例示を目的として提示したものであり、限定としてではない。

Claims (20)

  1. 発光ディスプレイであって、
    OLEDと、
    第1の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第1の複屈折反射偏光子との間の第2の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記第1の複屈折反射偏光子と前記第2の複屈折反射偏光子との間の100:1未満のコントラスト比を有する第1の線形吸収偏光子と、
    100:1未満のコントラスト比を有する第2の線形吸収偏光子であって、前記第1の複屈折反射偏光子が、光学的に前記第2の線形吸収偏光子と前記第1の線形吸収偏光子との間にある、第2の線形吸収偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第2の複屈折反射偏光子との間の構造化された光学フィルムと、を備える、発光ディスプレイ。
  2. 前記第1の線形吸収偏光子が、10:1未満のコントラスト比を有し、前記第2の線形吸収偏光子が、10:1未満のコントラスト比を有する、請求項1に記載の発光ディスプレイ。
  3. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、及び前記第2の線形吸収偏光子の各々の通過軸が、実質的に整合される、請求項1又は2に記載の発光ディスプレイ。
  4. 前記構造化された光学フィルムが、ナノ構造を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  5. 前記構造化された光学フィルムが、一次元ナノ構造を備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  6. 前記構造化された光学フィルムが、二次元ナノ構造を備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  7. 光学的に前記構造化された光学フィルムと前記第2の複屈折反射偏光子との間に4分の1波長要素を更に備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  8. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、前記第2の線形吸収偏光子、及び前記構造化された光学フィルムが、複合フィルムを形成する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  9. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、前記第2の線形吸収偏光子、及び前記4分の1波長要素が、複合フィルムを形成する、請求項7に記載の発光ディスプレイ。
  10. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、前記第2の線形吸収偏光子、前記4分の1波長要素、及び前記構造化された光学フィルムが、複合フィルムを形成する、請求項7に記載の発光ディスプレイ。
  11. 発光ディスプレイであって、
    OLEDと、
    第1の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第1の複屈折反射偏光子との間の第2の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記第1の複屈折反射偏光子と前記第2の複屈折反射偏光子との間の10:1未満のコントラスト比を有する第1の線形吸収偏光子と、
    10:1未満のコントラスト比を有する第2の線形吸収偏光子であって、前記第1の複屈折反射偏光子が、光学的に前記第2の線形吸収偏光子と前記第1の線形吸収偏光子との間にある、第2の線形吸収偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第2の複屈折反射偏光子との間の構造化された光学フィルムと、
    光学的に前記構造化された光学フィルムと前記第2の複屈折反射偏光子との間の4分の1波長要素と、を備える、発光ディスプレイ。
  12. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、及び前記第2の線形吸収偏光子の各々の通過軸が、実質的に整合される、請求項11に記載の発光ディスプレイ。
  13. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、前記第2の線形吸収偏光子、及び前記4分の1波長要素が、複合フィルムを形成する、請求項11又は12に記載の発光ディスプレイ。
  14. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、前記第2の線形吸収偏光子、前記4分の1波長要素、及び前記構造化された光学フィルムが、複合フィルムを形成する、請求項11又は12に記載の発光ディスプレイ。
  15. 前記構造化された光学フィルムが、ナノ構造を備える、請求項11〜14のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  16. 前記構造化された光学フィルムが、一次元ナノ構造を備える、請求項11〜15のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  17. 前記構造化された光学フィルムが、二次元ナノ構造を備える、請求項11〜15のいずれか一項に記載の発光ディスプレイ。
  18. 発光ディスプレイであって、
    OLEDと、
    第1の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第1の複屈折反射偏光子との間の第2の複屈折反射偏光子と、
    光学的に前記第1の複屈折反射偏光子と前記第2の複屈折反射偏光子との間の100:1未満のコントラスト比を有する第1の線形吸収偏光子と、
    100:1未満のコントラスト比を有する第2の線形吸収偏光子であって、前記第1の複屈折反射偏光子が、光学的に前記第2の線形吸収偏光子と前記第1の線形吸収偏光子との間にある、第2の線形吸収偏光子と、
    光学的に前記OLEDと前記第2の複屈折反射偏光子との間の非偏光保護要素と、を備える、発光ディスプレイ。
  19. 前記第1の線形吸収偏光子が、10:1未満のコントラスト比を有し、前記第2の線形吸収偏光子が、10:1未満のコントラスト比を有する、請求項18に記載の発光ディスプレイ。
  20. 前記第1の複屈折反射偏光子、前記第2の複屈折反射偏光子、前記第1の線形吸収偏光子、及び前記第2の線形吸収偏光子の各々の通過軸が、実質的に整合される、請求項18又は19に記載の発光ディスプレイ。
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