JP2021524135A - 光取り出し装置およびフレキシブルｏｌｅｄディスプレイ - Google Patents

Abstract

光取り出し装置は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板により支持されたＯＬＥＤと、フレキシブルバリアフィルムと、テーパ状リフレクタと、インデックスマッチング層とを含む。テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含む。上面は、下面よりも表面積が大きい。インデックスマッチング層は、ＯＬＥＤの上面とテーパ状リフレクタの下面との間に結合されている。ＯＬＥＤの上面から出射された光は、インデックスマッチング層を通過してテーパ状リフレクタに入射する。テーパ状リフレクタの少なくとも一方の側面には、反射によって光をエスケープコーンに変向させてテーパ状リフレクタの上面から出て行くようにするための傾斜面が含まれている。

Description

関連出願

本願は、米国特許法第１１９条のもと、２０１８年５月１８日に出願された米国仮出願第６２／６７３，２８１号明細書の優先権の利益を主張し、その内容が依拠され、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。

本開示は、概して、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイに関する。より詳細には、本開示は、フレキシブルＯＬＥＤディスプレイならびにフレキシブルＯＬＥＤディスプレイから光を取り出すための装置および方法に関する。

ＯＬＥＤは、典型的には、基板と、第１の電極と、１つ以上のＯＬＥＤ発光層と、第２の電極とを含む。ＯＬＥＤは、上面発光型または下面発光型とすることができる。上面発光型の有機ＯＬＥＤは、基板と、第１の電極と、１つ以上のＯＬＥＤ発光層を有するＯＬＥＤ構造体と、第２の透明電極とを含み得る。ＯＬＥＤ構造体の１つ以上のＯＬＥＤ層は、発光層を含んでいてもよく、また、電子・正孔注入層および電子・正孔輸送層を含んでいてもよい。

ＯＬＥＤ構造体によって出射された光は、より高い屈折率を有する層からより低い屈折率を有する層へと通過するすべての箇所で、例えば、典型的には１．７〜１．８の範囲の屈折率を有するＯＬＥＤ構造体から、典型的には約１．５の屈折率を有するガラス基板へ、またはガラス基板から約１．０の屈折率を有する空気へと通過する内部全反射（ＴＩＲ）によって捕捉される。

ディスプレイを形成するために、ＯＬＥＤをディスプレイ基板に配置し、封止層で覆ってもよい。しかしながら、封止層とＯＬＥＤとの間の空間を固体材料で埋めても、ＯＬＥＤの上面から出射された光は、再び封止層の上面からＴＩＲを受けることになる。これにより、ＯＬＥＤディスプレイで使用可能なＯＬＥＤから発生した光の量がさらに減少する。

本開示のいくつかの実施形態は、フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイのための光取り出し装置に関する。光取り出し装置は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板により支持されたＯＬＥＤと、フレキシブルバリアフィルムと、テーパ状リフレクタと、インデックスマッチング層とを含む。テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含む。上面は下面よりも表面積が大きい。インデックスマッチング層は、ＯＬＥＤの上面とテーパ状リフレクタの下面との間に結合されている。ＯＬＥＤの上面から出射された光は、インデックスマッチング層を通過してテーパ状リフレクタに入射する。テーパ状リフレクタの少なくとも一方の側面には、反射によって光をエスケープコーンに変向させてテーパ状リフレクタの上面から出て行くようにするための傾斜面が含まれている。

さらに、本開示の他の実施形態は、フレキシブルＯＬＥＤディスプレイに関する。ＯＬＥＤディスプレイは、ＯＬＥＤのアレイを支持するフレキシブル基板と、テーパ状リフレクタのアレイと、フレキシブルバリアフィルムとを含む。ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤは、光が出射される上面を有する。テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、ＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤと整列している。テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、上面と、ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの上面に結合された下面とを含む。各テーパ状リフレクタの上面は、各テーパ状リフレクタの下面よりも表面積が大きい。フレキシブルバリアフィルムは、テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの上面に結合されている。

さらに、本開示の他の実施形態は、フレキシブルＯＬＥＤディスプレイを作製するための方法に関する。方法は、第１のガラス基板上に第１の離型層を適用するステップと、第１の離型層上にフレキシブル基板を適用するステップと、フレキシブル基板上にＯＬＥＤのアレイを形成するステップとを含む。方法は、第２のガラス基板上に第２の離型層を適用するステップと、第２の離型層上にフレキシブルバリアフィルムを適用するステップと、フレキシブルバリアフィルム上にテーパ状リフレクタのアレイを形成するステップとを含む。テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含む。上面は、下面よりも大きい。方法は、テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの下面がＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤに結合されるように、第２の基板と、第２の離型層と、フレキシブルバリアフィルムと、テーパ状リフレクタのアレイとをＯＬＥＤのアレイに適用するステップを含む。

本明細書に開示された光取り出し装置を含むＯＬＥＤディスプレイは、ディスプレイからの光のアウトカップリングを大幅に改善し、ディスプレイの効率およびピーク輝度を増加させる。フレキシブルＯＬＥＤディスプレイの外部効率は、光取り出し装置を含まないディスプレイと比較して１００％増加し得る。外部効率が増加することで、ディスプレイのピクセルは、同じ輝度のためにより少ない電流で駆動され得、これにより、ディスプレイの有用な寿命が増加し、「焼き付き」作用が減少する。代替として、または追加として、ディスプレイのピクセルは、より高いピーク輝度を生成し得、これにより、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）が可能になる。これらの能力は、ディスプレイの全体的な厚さを、数十ミクロン増加させながら達成されており、これにより、ディスプレイの柔軟性は保たれている。さらに、光取り出し装置は、シャープネスおよびコントラストを低下させ得る光散乱（すなわちヘイズ）を発生させない。さらに、光取り出し装置は、光の偏光状態をスクランブルさせないので、周囲の光の反射を低減するための円偏光子の使用と両立できる。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、その説明から当業者に容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む、本明細書に記載されているような実施形態を実施することによって認識されるであろう。

前述の概要および以下の詳細な説明は、いずれも例示的なものに過ぎず、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための全体像または枠組みを提供することを意図していることが理解されよう。添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を図示しており、説明とともに、様々な実施形態の原理および動作を説明するのに役立つ。

本明細書に開示された光取り出し装置および方法を用いた例示的なＯＬＥＤディスプレイの上面図である。 ４つのＯＬＥＤのアレイの上面詳細図であり、ＯＬＥＤの例示的な寸法およびＯＬＥＤによって形成されたＯＬＥＤアレイを示す図である。 図１ＡのＯＬＥＤディスプレイの断面の詳細なｘ−ｚ横断面図である。 図１Ｃに示されたＯＬＥＤディスプレイの断面のさらに詳細な図であり、基本的な層状ＯＬＥＤ構造体を示す詳細な差込図を含む。 ＯＬＥＤ、インデックスマッチング材料およびテーパ状リフレクタによって形成された例示的な発光装置の立面分解図であって、テーパ状リフレクタとインデックスマッチング材料とが光取り出し装置を構成している。 ４つのＯＬＥＤと、各ＯＬＥＤ上に１個ずつ配置された４つのテーパ状リフレクタの上面図である。 テーパ状リフレクタの例示的な形状の側面図である。 テーパ状リフレクタの例示的な形状の側面図である。 テーパ状リフレクタの側面の例示的な複雑な表面形状のプロットであって、この形状は、ＯＬＥＤによってテーパ状リフレクタのボディ内に出射され、上面に直接当たらない光のすべてが、テーパ状リフレクタの側面で内部全反射を受けることを保証するものである。 テーパ状リフレクタの有利な形状の概略図であって、この形状は、テーパ状リフレクタ材料のエスケープコーン外にあるＯＬＥＤによって出射された光線が、テーパ状リフレクタの側壁によって最初に反射されることなく、テーパ状リフレクタの上面に直接当たることができないことを保証するものである。 携帯電話用のＯＬＥＤディスプレイの例示的な赤・緑・青（ＲＧＢ）ピクセル形状を示す顕微鏡写真に基づく概略図であり、ＯＬＥＤピクセルの上に配置されたテーパ状リフレクタの配列を示す。 図５ＡのＯＬＥＤディスプレイの一部の詳細な横断面図であって、異なるサイズを有する青色および緑色のＯＬＥＤピクセルを示したものである。 光取り出し効率ＬＥ（％）と、テーパ状リフレクタのアレイにおける中央のテーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐとを比較したプロットである。 テーパ状リフレクタのアレイにおける中央のテーパ状リフレクタに対する第１の斜方向のテーパ状リフレクタからの光出力ＬＬとテーパ状リフレクタのアレイにおける中央のテーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐとを比較したプロットである。 テーパ状リフレクタのアレイにおける中央のテーパ状リフレクタに対する隣接するテーパ状リフレクタからの光出力とテーパ状リフレクタのアレイにおける中央のテーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐとを比較したプロットである。 大型検出器（ダイヤモンド）と小型検出器（四角）とを使用して測定した、結合効率ＣＥ（％）とテーパ状リフレクタの下面に対するＯＬＥＤのオフセットｄＸ（ｍｍ）とを比較したプロットである。 ６０℃の温度変化に対するグルー層における弾性率Ｅｇ（ＭＰａ）の関数として、グルー層の計算されたせん断応力τ_ｍａｘをプロットしたものである。 図７Ａと同じ６０℃の温度変化に対するテーパ状リフレクタ材料の弾性率Ｅｐ（ＭＰａ）の関数として、グルー層の計算されたせん断応力τ_ｍａｘをプロットしたものである。 光取り出し効率ＬＥ（％）とテーパ状リフレクタのアレイにおけるテーパ状リフレクタ間の空間を埋める材料の屈折率ｎ_ｓとを比較したプロットである。 本明細書に開示された光取り出し装置の異なる構成を示すＯＬＥＤディスプレイの断面の側面図である。 本明細書に開示された光取り出し装置の異なる構成を示すＯＬＥＤディスプレイの断面の側面図である。 本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイを含む汎用電子デバイスの概略図である。 図１０Ａの汎用電子デバイスの例を示す図である。 図１０Ａの汎用電子デバイスの例を示す図である。 フレキシブルＯＬＥＤディスプレイを作製するための例示的な方法を示す図である。 フレキシブルＯＬＥＤディスプレイを作製するための例示的な方法を示す図である。

これから、本開示の実施形態を、添付の図面に示される例を参照して詳細に説明する。可能な場合にはいつでも、同一または類似の部分を参照するために、図面全体を通して同一の参照数字が使用される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。

範囲は、本明細書では、「約」を付したある特定の値から、かつ／または「約」を付した別の特定の値までと表現することができる。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態では、ある特定の値から、かつ／または別の特定の値までの範囲が含まれる。同様に、値が近似値として表現される場合、先行詞である「約」の使用により、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。範囲のそれぞれの端点は、他の端点に関連しても、他の端点から独立しても有意であることがさらに理解されるであろう。

本明細書で使用される方向性の用語（例えば、上、下、右、左、前、後ろ、頂、底、縦、横）は、描写された図を参照しているだけであり、絶対的な向きを意味するものではない。

別段の記載がない限り、本明細書に記載されているすべての方法はいずれも、そのステップが特定の順序で実行されることを要求するものとして解釈されることを意図するものでも、また、任意の装置を用いて、特定の向きが要求されることを意図するものでも決してない。したがって、方法の請求項が、そのステップに従うべき順序を実際に列挙していない場合、または装置の請求項のいずれも、個々の構成要素に対する順序または向きを実際に列挙していない場合、またはステップが特定の順序に限定されるべきことが請求項または明細書に特に明記されていない場合、または装置の構成要素に対する特定の順序または方向が列挙されていない場合、いかなる点においても、順序または向きが推論されることを意図するものでは決してない。これは、ステップの配置、操作の流れ、構成要素の順序、または構成要素の向きに関する論理的な問題、文法的な構成または句読点に由来する明白な意味、および本明細書に記載されている実施形態の数または種類を含む、解釈のためのあらゆる可能性のある非明示的な基準にも当てはまる。

本明細書で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「ａ」を付した構成要素への参照は、文脈上特に明記されていない限り、２つ以上のそのような構成要素を有する態様を含む。

直交座標は、参照のためおよび議論を容易にするために図中で使用されており、向きまたは方向に関して限定することを意図していない。

ＯＬＥＤに関連する「光取り出し」という用語は、実際のＯＬＥＤ層状構造体内に存在しない特徴部を使用して、ＯＬＥＤから出射される光の量を増加させるための装置および方法を指す。

本明細書で使用される単位の略語ＭＰａは、「メガパスカル」を表している。

ＯＬＥＤの屈折率ｎ_Ｏは、ＯＬＥＤ構造体を構成する様々な層からの寄与を含む有効屈折率であり、一例では、約１．６〜約１．８５の範囲であり、別の例では、約１．７〜約１．８の範囲であり、別の例では、約１．７６〜約１．７８の範囲である。

ここで、図１Ａを参照すると、例示的な上面発光型ＯＬＥＤディスプレイ（「ＯＬＥＤディスプレイ」）１０の上面図が描写されている。図１Ｂは、ＯＬＥＤディスプレイ１０の断面の詳細な上面図であり、図１Ｃは、ＯＬＥＤディスプレイの断面の詳細なｘ−ｚ横断面図である。図１Ｄは、図１Ｃに示されたＯＬＥＤディスプレイ１０の断面のさらに詳細な図である。

図１Ａ〜図１Ｄを参照すると、ＯＬＥＤディスプレイ１０は、フレキシブル基板１９と、バッファ層２０と、上面２２を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層２１とを含む。特定の例示的な実施形態では、フレキシブル基板１９は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、または別の適切な材料で作られていてもよい。ＯＬＥＤディスプレイ１０はまた、ＴＦＴ層２１の上面２２に存在する上面発光型ＯＬＥＤ３２のアレイ３０を含む。各ＯＬＥＤ３２は、ＴＦＴ層２１のトランジスタに電気的に結合されている。各ＯＬＥＤ３２は、上（頂）面３４と側面３６とを有する。図１Ｄの詳細な差込図に示すように、ＯＬＥＤ３２は、電極層３３ＥＬの間に発光層３３ＥＸを含む。一例では、上部電極層３３ＥＬは実質的に透明なアノードであり、下部電極層は金属カソードである。他の層、例えば電子・正孔注入・輸送層および基板層は、図示を容易にするために示していない。

ＯＬＥＤ３２は、ｘ方向の長さＬｘとｙ方向の長さＬｙとを有する。一実施形態では、ＬｘはＬｙに等しい。ＯＬＥＤアレイ３０におけるＯＬＥＤ３２は、図１Ｂの詳細な差込図に最もよく見られるように、ｘ方向およびｙ方向において、隣同士の間隔ＳｘおよびＳｙによって互いに間隔を空けている。一実施形態では、ＳｘはＳｙに等しい。ＯＬＥＤ３２は、上面３４から光線３７を出射する。２つの光線３７ａおよび３７ｂが示されており、後述する。一実施形態では、ＯＬＥＤ３２は、すべて同じサイズであり、等間隔に配置されている。他の実施形態では、ＯＬＥＤは、すべてが同じ寸法Ｌｘ，Ｌｙを有してはおらず、間隔Ｓｘ，Ｓｙはすべて同じではない。

ＯＬＥＤディスプレイ３０は、ＯＬＥＤ３２にそれぞれ操作可能に配置されたテーパ状リフレクタ５２のアレイ５０をさらに含み、すなわち、１つのテーパ状リフレクタが１つのＯＬＥＤと整列して操作可能に配置（すなわち、光学的に結合、または光学的に接続）されている。各テーパ状リフレクタ５２は、ボディ５１と、上面５４と、少なくとも１つの側面５６と、下面５８とを含む。上面５４は、少なくとも１つの外縁部外縁部５４Ｅを含み、下面５８は、少なくとも１つの外縁部５８Ｅを含む。テーパ状リフレクタボディ５１は、屈折率ｎ_Ｐを有する材料で作られている。

図２は、テーパ状リフレクタ５２、インデックスマッチング材料７０およびＯＬＥＤ３２によって形成された例示的な発光装置６０の立面分解図である。テーパ状リフレクタ５２の上面５４は、下面５８よりも大きい（すなわち、より大きな表面積を有する）。すなわち、上面は、テーパ状リフレクタの「基面」である。一実施形態では、上面５４および下面５８は、合計４つの側面５６が存在するように、長方形（例えば、正方形）である。テーパ状リフレクタ５２が回転対称である例では、１つの側面５６を有するといえる。側面５６は、それぞれ単一の平面であってもよいし、複数の分割された平面で構成されていてもよいし、連続した曲面であってもよい。

したがって、一実施例では、テーパ状リフレクタ５２は、不完全または先端が切り取られた長方形ベースの錐体とも呼ばれる台形断面を含む角錐台の形状を有する。テーパ状リフレクタ５２の他の形状もまた、後述するように、効果的に用いることができる。テーパ状リフレクタ５２は、ｚ方向に延びる中心軸ＡＣを有する。上面５４および下面５８が正方形の形状を有する例では、上面は幅寸法ＷＴを有し、下面は幅寸法ＷＢを有する。より一般的には、上面５４は、（ｘ，ｙ）幅寸法ＷＴｘ，ＷＴｙを有し、下面５８は、（ｘ，ｙ）幅寸法ＷＢｘ，ＷＢｙを有する（図２）。テーパ状リフレクタ５２はまた、上面５４と下面５８との間の軸方向距離として定義される高さＨＰを有する（図１Ｄ）。

図１Ｄに最もよく見られるように、テーパ状リフレクタ５２の下面５８は、下面５８がＯＬＥＤの上面３４に隣接して存在する状態でＯＬＥＤ３２に配置されている。インデックスマッチング材料７０は、屈折率ｎ_ＩＭを有し、テーパ状リフレクタ５２をＯＬＥＤ３２に接続するために使用される。好ましくは、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐは、例えば、ＯＬＥＤの屈折率ｎ_Ｏに可能な限り近い。一実施形態では、ｎ_ｐとｎ_Ｏとの間の差は、約０．３を超えず、より好ましくは約０．２を超えず、より好ましくは約０．１を超えず、最も好ましくは約０．０１を超えない。別の実施形態では、インデックスマッチング材料の屈折率ｎ_ＩＭは、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐよりも低くなく、好ましくは、ｎ_Ｐとｎ_Ｏとの間の値を有する。一実施例では、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐは、約１．６〜約１．８の値を有する。

一実施形態では、インデックスマッチング材料７０は、接着性を有し、テーパ状リフレクタ５２をＯＬＥＤ３２に取り付けるのに役立つ。インデックスマッチング材料７０は、例えばグルー、接着剤、結合剤などを含む。上述したように、ＯＬＥＤ３２、テーパ状リフレクタ５２およびインデックスマッチング材料７０の組み合わせは、発光装置６０を定義する。テーパ状リフレクタ５２およびインデックスマッチング材料７０は、光取り出し装置６４を定義する。特定の例示的な実施形態では、インデックスマッチング材料７０は、テーパ状リフレクタ５２の下面５８を、ＯＬＥＤ３２の上面３４と密接に接触するように、例えば、光学的に接触するように配置することで省くことができる。

ＯＬＥＤディスプレイ１０はまた、上面１０４および下面１０８（図１Ｃ）を有するフレキシブルバリアフィルム１００を含む。特定の例示的な実施形態では、フレキシブルバリアフィルム１００は、Ｖｉｔｅｘフィルムなどの多層フィルムである。多層フィルムは、有機材料と無機材料との交互の層で成っていてもよい。多層フィルムの動作原理は、非常に薄い無機層の微細なピンホールが有機スペーサー層によってデカップリングされることである。同時に、複数の層は、例えば、可能な限り最小の総厚さで最良の気密性を提供することができる。フレキシブルバリアフィルム１００を作るのに必要な具体的な材料は様々なものであってよい。例えば、無機層は、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３などの酸化物、ＳｉＮ_ｘなどの窒化物、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙなどの酸窒化物、またはＳｉＣＮｘなどの炭素窒化物であってもよい。有機層は、例えば、アクリレート、エポキシ、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状オレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、または他の適切な材料であってもよい。特定の例示的な実施形態では、すべての層に、プロセスのチューニングに応じて無機または有機のいずれかの特性を有するヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）などの同じ材料を使用してもよい。次いで、バリアフィルム全体を、同じプラズマ援用型化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて作ることができる。他のタイプのバリアフィルムも、例えば、ハイブリッド有機・無機複合材料の単層をベースにして使用することができる。

テーパ状リフレクタ５２の上面５４は、フレキシブルバリアフィルム１００の下面１０８に直接隣接および接触して存在する。図１Ｃに最もよく示された例では、テーパ状リフレクタ５２の上面５４は、上縁部５４Ｅの間に実質的な空間を一切設けずに、フレキシブルバリアフィルム１００の下面１０８を並べて配置する。

特定の例示的な実施形態では、テーパ状リフレクタ５２は、単一の材料で作られた一体的なモノリシック構造体として形成される。これは、成形プロセス、インプリントプロセス（例えば、紫外線インプリントもしくは熱インプリント）、または同様のプロセス、例えば、樹脂ベースの材料を使用した微細複製プロセスを使用して達成され得る。

外部環境１２０は、フレキシブルバリアフィルム１００の上面１０４に直接隣接して存在する。外部環境１２０は、典型的には空気であるが、真空、不活性ガスなど、ディスプレイを使用する可能性のある別の環境であってもよい。図３は、図１Ｂに類似しており、４つのＯＬＥＤ３２およびそれらに対応する４つのテーパ状リフレクタ５２の上面５４を示す上面図である。隣接するテーパ状リフレクタ５２の上面５４の外縁部５４Ｅは、互いに直接隣接して存在することに留意されたい。特定の例示的な実施形態では、外縁部５４Ｅは、互いに接触している。下面５８は、それぞれＳＢｘおよびＳＢｙの隣接する下面縁部５８Ｅの間に（ｘ，ｙ）縁部間隔を有するように示されている。特定の例示的な実施形態では、下面５８は、ＯＬＥＤ３２の上面３４のサイズの９０％以下である。

再び図１Ｃを参照して、テーパ状リフレクタ５２のアレイは、隣接するテーパ状リフレクタと、ＴＦＴ層２１の上面２２と、フレキシブルバリアフィルム１００の下面１０８との間に閉込め空間１３０を画定する。特定の例示的な実施形態では、空間１３０は、空気などの媒体で満たされており、他の実施形態では、空間は、誘電体材料の形態の媒体で満たされている。屈折率ｎ_Ｓの所定の媒体で空間１３０を満たすことは、以下でより詳細に論じられる。

テーパ状リフレクタ５２は、典型的には、比較的高い屈折率を有する材料、すなわち、好ましくは、ＯＬＥＤ発光層３３ＥＬの屈折率と同じくらい高い屈折率を有する材料で作られている。テーパ状リフレクタ５２は、前述のインデックスマッチング材料７０を用いて、反転構成で対応するＯＬＥＤ３２上に操作可能に配置されている。各ＯＬＥＤ３２は、ＯＬＥＤアレイ３０のピクセルとみなすことができ、ＯＬＥＤ３２、インデックスマッチング材料７０および角錐台５２の各組み合わせは、発光装置６０であり、発光装置の組み合わせが、ＯＬＥＤディスプレイ１０のための発光装置のアレイを定義している。

テーパ状リフレクタ５２の比較的高い屈折率ｎ_Ｐおよびインデックスマッチング材料７０の屈折率ｎ_ＩＭのため、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ発光層３３ＥＬで発生した光線３７は、ＴＩＲに捕捉されることなく、直接または下部電極３３ＥＬで反射された時点で、ＯＬＥＤ上面３４から脱出することができる（図１Ｄ）。テーパ状リフレクタ５２を通って上面５４（光線３７Ａ）に直接伝搬した後、または少なくとも１つの側面５６（光線３７Ｂ）によって反射されて変向させられた後、光はフレキシブルバリアフィルム１００内に脱出し、そこを通過して外部環境１２０に至る。

特定の例示的な実施形態では、側面５６は、図示されているように、垂直方向、例えば、中心軸ＡＣと平行に延びる垂直基準線ＲＬと相対的な傾斜度θによって定義される傾斜を有する。側面５６の傾斜が急角度でなければ（すなわち、傾斜度θが十分に大きければ）、ＯＬＥＤ上面３４から発せられる光線３７の任意の起点でＴＩＲ条件が満たされ、側面５６を通過してテーパ状リフレクタ５２の側面に直接隣接する空間１３０内に入ることで光線が失われることはない。

さらに、テーパ状リフレクタ５２の高さＨＰが十分に大きければ、上面５４に入射した光線３７のすべては、テーパ状リフレクタ５２の屈折率ｎ_Ｐとフレキシブルバリアフィルム１００の屈折率ｎ_Ｅとで定義されるＴＩＲエスケープコーン５９（図４Ｄ）内に入り、ひいてはフレキシブルバリアフィルム１００内に脱出することになる。さらに、光線３７はまた、フレキシブルバリアフィルム１００の材料の屈折率ｎ_Ｅと、フレキシブルバリアフィルム１００の上面１０４に直接隣接して存在する外部環境の屈折率ｎ_ｅとによって定義されるＴＩＲエスケープコーン内にも入ることになる。

したがって、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ構造体における他の透明な上部電極３３ＥＬの光吸収を無視して、ＯＬＥＤで発生した光３７の１００％が、原理的に、フレキシブルバリアフィルム１００の上に存在する外部環境１２０に伝達されることができる。要するに、テーパ状リフレクタ５２のボディ５１を構成する屈折率整合材料は、テーパ状リフレクタ５２が完全な（またはほぼ完全な）内部光取り出し器として機能することを可能にする一方で、側面５６の反射特性は、テーパ状リフレクタが完全な（またはほぼ完全な）外部光取り出し器として機能することを可能にする。

ＴＩＲ条件の説明
空気およびガラスなど、それぞれ屈折率ｎ１およびｎ２を有する任意の２つの異種透明材料の境界では、高屈折率材料の方向から境界に入射した光線は、境界で１００％反射し、臨界角θｃよりも高い表面法線に対する角度で境界に入射した場合、低屈折率材料に出て行くことができない。臨界角はｓｉｎ（θ_ｃ）＝ｎ１／ｎ２で定義される。

高屈折率材料から脱出して、そこではＴＩＲを受けないすべての光線は、円錐角２θ_ｃを有する円錐内に置かれることになる。この円錐は、エスケープコーンと呼ばれ、図４Ｄに関連して後述する。

任意の屈折率を有する任意の層シーケンスについて、臨界角θ_ｃおよびエスケープコーン５９は、光線が発生する層の屈折率と光線が脱出する層または媒体の屈折率とによって定義されることを示すことができる。したがって、反射防止コーティングは、ＴＩＲ条件を変更することができず、ＴＩＲ条件を克服して光の取り出しを補助するために使用することができない。

半球内への等方性発光を有し、任意の角度で同じ強度を有する点光源については、光源材料を脱出することができる光の量は、２π（１−ｃｏｓ（θ_ｃ））で与えられるエスケープコーン５９の立体角の比に等しく、半球の完全な立体角（２π）は１−ｃｏｓ（θ_ｃ）に等しい。屈折率ｎ２＝１．７６のＯＬＥＤ材料および屈折率ｎ１＝１．０の空気を例にとると、臨界角はθ_ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（１／１．７６）＝３４．６２°となる。

ＯＬＥＤ材料の上にある異なる材料層の任意のシーケンスについて空気中に出て行く光の量（すなわち、光入力と比較した光出力）は、１−ｃｏｓ（３４．６２°）＝１７．７％に等しい。これを外光取り出し効率ＬＥと呼ぶ。この結果は、ＯＬＥＤが等方性エミッタであることを前提としているが、この前提に基づく光取り出し効率の推定値は、より厳密な解析を行って得られた実際の結果と、実際に観察されたものに非常に近い。

テーパ状リフレクタ形状の考察
図４Ａは、少なくとも１つの湾曲した側面５６を含む、例示的なテーパ状リフレクタ５２の側面図である。図４Ｂは、少なくとも１つのセグメント化された平面の側面５６を含む、別の実施形態のテーパ状リフレクタ５２の側面図である。特定の例示的な実施形態では、１つ以上の側面５６は、テーパ状リフレクタ５２が下面５８よりも上面５４で幅が広い限り、単一の曲面、例えば、円筒状、放物線状、双曲面状、または平面以外の任意の他の形状によって定義され得る。一実施形態では、テーパ状リフレクタ５２は、回転対称であり、したがって、単一の側面５６を含む。

厳密には要求されていないが、テーパ状リフレクタ５２の側面５６の任意の点で、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ発光層３３ＥＬ内の光３７の任意の可能な起点について、ＴＩＲ条件が観察される場合、発光装置６０の性能は最適化されている。図４Ｃは、単純な数値モデルを用いて計算された、側面５６に対する例示的な複雑な表面形状についてのｚ座標とｘ座標と（相対単位）を比較したプロットである。ｚ軸およびｘ軸は、それぞれの方向における正規化された長さを表している。ＯＬＥＤ３２は、［−１，０］から［１，０］までｘ方向に延びると仮定され、［−１，０］の位置から始まる別の側面５６が存在するが、図４Ｃのプロットには示されていない。側面５６の形状は、［−１，０］を起点とする光線が常に表面法線に対して正確に４５°で表面に入射するように計算された。ｚ＝０であり、−１〜１のｘに由来する他の光線は、［−１，０］を起点とする光線よりも、側面５６でより高い入射角を有することになる。

発光装置６０の性能をさらに向上させることができるのは、図４Ｄの模式図に示されているように、フレキシブルバリアフィルム１００内に直接出て行くＯＬＥＤ３２によって出射された光線３７のすべてがエスケープコーン５９内にあるような高さＨＰをテーパ状リフレクタ５２が有している場合である。図４Ｄは、テーパ状リフレクタ５２の上面５４によって画定される平面ＴＰを含む。この条件は、テーパ状リフレクタ５２の上面５４が、エスケープコーン５９の限界を画定するライン５９Ｌ内に完全に収まる（すなわち、ライン５９Ｌと交差していない）ときに満たされる。エスケープコーンのライン５９Ｌは、下面５８の縁部５８Ｅを起点とし、上面５４に対する臨界角θ_ｃで平面ＴＰと交差し、ここで、θ_ｃの値は、テーパ状リフレクタ材料ｎ_ｐおよび空気ｎ_ａの屈折率によってｓｉｎ（θ_ｃ）＝ｎ_ａ／ｎ_ｐとして定義される。

一般的な場合には、ＯＬＥＤ３２の形状（サイズおよび間隔）とテーパ状リフレクタ５２の屈折率ｎ_ｐとに依存するテーパ状リフレクタ５２の最適な高さＨＰが存在する。高さＨＰが小さすぎると、ＯＬＥＤ３２から出射された光線３７はすべてテーパ状リフレクタ５２の側面５６でＴＩＲを受けるが、一部の光線は上面５４に直接向かい、臨界角よりも大きい角度でそこに入射し、ひいてはディスプレイ内の空気との第１の境界に捕捉されることになる。高さＨＰが大きすぎると、上面５４に直接向かう光線３７はすべてエスケープコーン５９内に入るが、側面５６に落下する光線の一部は側面のエスケープコーン内に入り、ひいては側面から出て行く。特定の例示的な実施形態では、テーパ状リフレクタの最適な高さＨＰは、典型的には（０．５）ＷＢ〜２ＷＴ、より典型的にはＷＢ〜ＷＴである。また、一実施形態では、側壁５６の局所的な傾斜は、約２°〜約５０°、さらには約１０°〜約４５°とすることができる。

テーパ状リフレクタアレイ
上述したように、複数のテーパ状リフレクタ５２は、テーパ状リフレクタアレイ５０を画定する。テーパ状リフレクタ５２の下面５８は、それぞれＯＬＥＤ３２の上面３４と整列し、光学的に結合されている。テーパ状リフレクタ５２の上面５４は下面５８よりも大きいので、一実施例（図１Ｃ参照）では、上面は、フレキシブルバリアフィルム１００の下面１０８の実質的に全体を覆うか、または用いられた特定の製造技術が許す限り近いサイズに調整されている。

図５Ａは、携帯電話用のＯＬＥＤディスプレイ１０の例示的な赤・緑・青（ＲＧＢ）ピクセル形状を示す顕微鏡写真に基づく概略図である。図５Ｂは、緑色のＯＬＥＤ３２Ｇおよび青色のＯＬＥＤ３２Ｂを示すＯＬＥＤディスプレイ１０の一部の横断面図である。ピクセルは、ダイヤモンドパターンに配置されたＯＬＥＤ３２によって定義されることから、ＯＬＥＤは、ＯＬＥＤピクセルとも呼ばれる。ｘ軸およびｙ軸は、図５Ａに示すように、時計回りに４５°回転したものとみなすことができる。

ＯＬＥＤ３２は、着色された光を出射し、それぞれ赤色、緑色および青色の光を発するものとして３２Ｒ、３２Ｇおよび３２Ｂと表記されている。実線は、図示された８つの着色されたＯＬＥＤ３２に関連する８つのテーパ状リフレクタ５２の輪郭を描写している。テーパ状リフレクタ５２の上面５４は、下面５８がそれぞれのＯＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇおよび３２Ｂを完全に覆っているのと同時に互いに接触している。緑色のＯＬＥＤ３２Ｇは青色のＯＬＥＤ３２Ｂよりも小さく、それでも完全に周期的なアレイが好ましいので、それぞれのテーパ状リフレクタ５２の下面５８は、青色のＯＬＥＤに対してサイズ調整されており、緑色のＯＬＥＤに対してはわずかに大きめに調整されている。

別の実施形態では、テーパ状リフレクタ５２のアレイ５０の構成は、ＯＬＥＤのアレイ３０の構成と一致するように構成されている。したがって、テーパ状リフレクタ５２は、すべてが同じ寸法ＷＢｘ，ＷＢｙを有していなくてもよく、また、すべてが同じ下面縁部間隔ＳＢｘ，ＳＢｙを有していなくてもよい。

例示的なＯＬＥＤディスプレイ１０は、テーパ状リフレクタ５２の高さＨＰに等しい厚さと、固体材料層に切り込まれた交差するＶ溝空間１３０の長方形格子とを備えた、ＯＬＥＤ３２の真上に存在する固体材料層を有するものと考えることができる。そのような構造体は、適切な樹脂または光硬化性もしくは熱硬化性材料の層で微細複製することができ、マスター複製ツールが三角形の横断面隆起部の長方形格子を画定するように構成されている。そのようなツールは、例えば、まず、テーパ状リフレクタアレイと全く同じように見えるパターンをダイヤモンド加工し、次いで、逆パターンを複製してマスターを作製することによって製造することができる。マスターは、耐久性のために金属化することができる。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、一実施例では、着色されたＯＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇおよび３２Ｂの間の間隔ＳｘおよびＳｙは、最大のＯＬＥＤ（すなわち、青色のＯＬＥＤ３２Ｂ）のサイズＬｘ，Ｌｙにほぼ等しい。テーパ状リフレクタの上面５４が下面５８の２倍のサイズであり、テーパ状リフレクタの高さＨＰが下面の幅の１．５倍であり、側壁が平坦である場合には、側壁５６の傾斜角θは、ａｒｃｔａｎ（１／３）＝１８．４°となる。この傾斜角を有するテーパ状リフレクタ５２またはテーパ状リフレクタ５２のアレイ５０を製造することは、ダイヤモンド加工技術の能力の範囲内である。

Ｖ溝の下面がより丸みを帯びている場合には、同じ傾斜角θであれば、テーパ状リフレクタ５２の高さＨＰは、下面５８のサイズ（寸法）の１．５倍よりも小さくすることができる。ＯＬＥＤディスプレイ１０の異なる構成、または複製マスターを作製するための異なる技術については、テーパ状リフレクタの形状に関する異なる制限が適用され得る。

上で説明したように、テーパ状リフレクタ５２の周期的なアレイ５０を形成するために、複製ツールまたはモールドは、構造体のネガティブレプリカであり、これは、先端が切り取られた窪みまたは「ボウル」のアレイと考えられるかもしれない。テーパ状リフレクタアレイ５０を形成するためにそのようなツールを使用する場合、ツールが液体または成形可能な複製材料の層に押し付けられたときに、ボウル内の空気を捕捉しないようにすることが好ましくあり得る。そのような空気の捕捉を回避するための１つの技術は、完全で先端が切り取られていないピラミッド型ボウルのアレイとして複製ツールまたはモールドを製造することである。この場合、テーパ状リフレクタの高さは、複製材料層の厚さによって制御することができる。ツールは、フレキシブルバリアフィルム１００と接触するまで、複製材料の中に押し込まれる。複製されたテーパ状リフレクタのそれぞれの上には、エアポケットが意図的に残される。表面張力によってテーパ状リフレクタの上面が丸くならないように注意を払うことができる。

光の取り出し効率
ＯＬＥＤディスプレイ１０におけるテーパ状リフレクタ５２の光取り出し効率を推定するために、モデリングされたＯＬＥＤディスプレイの標準的な光学設計ソフトウェアを用いてレイトレーシングを行った。テーパ状リフレクタ５２の５×５のアレイ５０が考察された。各テーパ状リフレクタ５２は、下面サイズが２×２単位、上面サイズが４×４単位、高さＨＰが３単位であった。これらの無次元単位は「レンズ単位」と呼ばれることがあり、モデリング結果が直線的にスケールする場合に使用される。テーパ状リフレクタ５２は、それぞれ屈折率１．５１のガラス片２枚の間に挟まれている。各テーパ状リフレクタ５２の下面５８の真下には、１．７６の屈折率を有する材料の非常に薄い層が配置されていた。この薄い層がＯＬＥＤの役割を果たしているため、ＯＬＥＤ層と呼ばれる。最上段のガラス片は、ＯＬＥＤディスプレイ１０のフレキシブルバリアフィルム１００として機能した。

ＯＬＥＤ層の下面は、反射型の下面電極３３ＥＬを表すために、完全に反射するように設定した。光源を、ＯＬＥＤ層内で５×５アレイの中央のテーパ状リフレクタ５２の下に配置した。光源は、等方性（すなわち、均一な強度対角度）であり、テーパ状リフレクタ５２の下面５８と同じ横方向寸法を有していた。次いで、上面（フレキシブルバリアフィルム）からの光出力を計算した。モデリングされたＯＬＥＤディスプレイからの発光のモデリングは、発光効率ＬＥを決定するために、テーパ状リフレクタ５２の有無にかかわらず実施した。光出力は、仮想検出器の選択配置によって決定した。テーパ状リフレクタ５２のアレイ５０がなければ、光出力は光源出力の約１６．８％であり、これはエスケープコーンの大きさの簡略化された計算に基づいて上記で計算された１７．７％の値に非常に近い。

テーパ状リフレクタ５２を用いた光取り出し効率ＬＥ（％）は、図６Ａ〜図６Ｃのプロットに示されている。横軸は、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐである。図６Ａでは、縦軸は、光取り出し効率ＬＥ（％）である。隣接するテーパ状リフレクタ５２への光の波及が一部あることに留意されたい。テーパ状リフレクタアレイ５０における各テーパ状リフレクタ５２の出力は、所与のテーパ状リフレクタの上面５４に小さな長方形の（仮想）検出器を配置することによって、モデルにおいて容易に推定される。簡単のため、ここでは、光取り出し効率ＬＥ（％）は、中央のテーパ状リフレクタの出力を光源から出射された総出力で割ったものとして定義される。

図６Ａから分かるように、光取り出し効率ＬＥは、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_ＰがＯＬＥＤ層の屈折率、すなわち１．７６％と一致する場合、５７．２％、つまり１７．７％の３．２倍（２２０％）に達する。しかしながら、ｎ_Ｐ＝１．６２の場合でも、光取り出し効率ＬＥは、２．５７倍（すなわち、１５７％）、つまり１７．７％から４５．８％に向上している。これは、テーパ状リフレクタ５２のテーパ形状による「集光」効果を考慮していないため、ＯＬＥＤ構造体の詳細ならびにテーパ状リフレクタの正確な形状および高さに応じて、法線方向の明るさのゲインがさらにわずかに高くなる可能性がある。様々な実施形態では、光取り出し効率ＬＥは、発光装置６０の構成要素の様々なパラメータおよび構成に応じて、約１５％よりも大きいか、または約２０％よりも大きいか、または約２５％よりも大きいか、または約３０％よりも大きいか、または約４０％よりも大きいか、または約５０％よりも大きい。

再び図５Ａおよび図５Ｂを参照して、ＯＬＥＤディスプレイ１０のダイヤモンド配置の場合、緑色のＯＬＥＤ３２Ｇについては、同色の最も近接したものが次の斜方向のテーパ状リフレクタの下にあり、青色および赤色のＯＬＥＤ３２Ｂおよび３２Ｒについては、同色の最も近接したものが第２のテーパ状リフレクタの下で４辺のいずれかにある。側面のテーパ状リフレクタの光出力を中央の光出力で割ったものとして定義される光漏れ率ＬＬは、図６Ｂおよび図６Ｃに、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_Ｐの関数としてもプロットされている。図６Ｂは、最も近い斜方向のテーパ状リフレクタ５２についてのものであり、図６Ｃは、中央のテーパ状リフレクタの右側にある第２の隣接するテーパ状リフレクタについてのものである。図６Ｂから明らかなように、同色のＯＬＥＤに関連付けられた次のテーパ状リフレクタへの光漏れ率は、ｎ_Ｐ＝１．６２の同じテーパ状リフレクタ材料に対して、緑色のＯＬＥＤ３２Ｇについては約０．６％、青色および赤色のＯＬＥＤ３２Ｂおよび３２Ｒについては約０．２％である。

上述したようなモデリングは、幾何光学の原理を用いて行われたため、波動光学によってより適切に説明される他の効果を考慮に入れていない。幾何光学モデルはまたは、ＯＬＥＤ３２の内部にある効果を考慮に入れていない。これらの他の要因を考慮に入れることは、計算された発光効率をわずかに増加させ、内部光取り出し、すなわち、より多くの光がＯＬＥＤの上面３４を出て行くようにＯＬＥＤ構造体内から光を取り出すことに影響を与えると予想される。本明細書に開示された装置および方法は、光の取り出し、すなわち、ＯＬＥＤ３２の外部にある構造体を用いて光を取り出しすることに向けられている。

本明細書に開示された改良された発光装置および方法は、光散乱ではなく光反射に完全に依拠している。したがって、反射電極３３ＥＬによって反射された周囲光の偏光は、反射時に不変であり、このアプローチは、円偏光子の使用と完全に両立できることを意味する。また、散乱技術を用いた光取り出しを改善するための他のほぼ全てのアプローチに特徴的な問題点である、反射によるヘイズの発生がないため、表示コントラスト比の低下もない。

アライメントの考慮
上記で引用した光取り出し効率値はすべて、ＯＬＥＤ３２の光源とテーパ状リフレクタ５２の下面５８との間の完全なアライメントを仮定している。ＯＬＥＤ３２とテーパ状リフレクタ５２との間のミスアライメントに対する感度を推定するために、上で使用したのと同じタイプのモデリングも使用した。図６Ｄは、テーパ状リフレクタの屈折率ｎ_ＰがＯＬＥＤ３２の屈折率と同じである場合の結合効率ＣＥとｘ−オフセットｄＸ（ｍｍ）とを比較したプロットである。

その結果，出力電力（ひいては結合効率ＣＥ）はオフセットｄＸで直線的にスケールし，１０％のオフセットでは約８％の光出力の低下を引き起こすことが示された。モデルの仮想検出器は、フレキシブルバリアフィルムの外表面（空気との境界）に配置されていた。図６Ｄでは、曲線Ｓは、「小型検出器」についてのものであり、テーパ状リフレクタの上面と同じ大きさの仮想検出器を指す。同様に、曲線Ｌは、「大型検出器」についてのものであり、発光ＯＬＥＤの上にあるテーパ状リフレクタから出て行くすべての光線を捕捉するように設計された、わずかに大きい仮想検出器を指す。

また、隣接するテーパ状リフレクタ５２への光漏れによって引き起こされるＯＬＥＤディスプレイ１０のシャープネスまたはコントラスト比の低下の可能性を推定するために、テーパ状リフレクタ５２の１０×１０アレイ５０についてモデリングを行った。モデリングにより、そのような光漏れはコントラスト比に実質的な影響を及ぼさないことが示された。

ＣＴＥミスマッチの考察
従来のＯＬＥＤディスプレイでは、フレキシブルバリアフィルムの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ＯＬＥＤ基板の熱膨張係数と同じか、または非常に類似している。しかしながら、テーパ状リフレクタ５２のＣＴＥは、特に、ポリマーまたはハイブリッド（有機・無機フィラー）樹脂を用いて形成されている場合には、実質的に異なり得る。

環境温度の変化に伴って発光装置６０に誘起される機械的応力の大きさの単純な推定を、参照により本明細書に組み込まれる“Thermal stress in bonded joints,”(IBM Journal of Research and Development, Vol. 23, No. 2, pp. 179- 188 (1979))と題するW.T. ChenおよびC.W. Nelson著の刊行物（これ以降「ＩＢＭ刊行物」とする）に記載されたアプローチを用いて行った。

図１Ｄの発光装置６０は、樹脂製のテーパ状リフレクタ５２、グルー層の形態のインデックスマッチング材料７０、およびガラス製のＯＬＥＤ３２の３層システムとしてモデリングした。グルー層７０における最大せん断応力τ_ｍａｘは、ＩＢＭ刊行物からの以下の式を用いて計算した：

式中、Ｇはグルー層のせん断弾性率、ｌは中心部から縁部までの最大接着寸法（四角いサブピクセルとテーパ状リフレクタ下面の場合は半対角）、ｔはグルー層の厚さ、α_１とα_２は被着材の熱膨張係数（すなわち、テーパ状リフレクタの樹脂とガラスの場合はｐｐｍ／℃単位）、ΔＴは温度変化（℃）、Ｅ_１とＥ_２はヤング率、ｈ_１とｈ_２は、被着材、すなわち、それぞれ樹脂とガラスの厚さである。なお、ｈ_１は、テーパ状リフレクタの高さＨＰと同じである。

計算では、テーパ状リフレクタ５２の下面５８の寸法は１６×１６μｍであると仮定し、また、ｌ＝１１．３μｍおよびｔ＝２μｍ、テーパ状リフレクタの高さＨＰ＝ｈ_１＝２４μｍと仮定し、α_１−α_２＝７０ｐｐｍ／℃、ΔＴ＝６０℃およびグルーのポアソン比０．３３（エポキシの場合に典型的）とした。

図７Ａは、６０℃の温度変化に対するグルー層７０の弾性率Ｅ_ｇ（ＭＰａ）の関数として、グルー層７０の計算されたせん断応力τ_ｍａｘをプロットしたものであり、図７Ｂは、同じ６０℃の温度変化に対するテーパ状リフレクタの樹脂材料の弾性率Ｅ_ｐ（ＭＰａ）の関数として、グルー層７０の計算されたせん断応力τ_ｍａｘをプロットしたものである。せん断弾性率Ｇの値は、弾性率Ｅ_ｐとポアソン比νから、Ｇ＝Ｅ_ｐ／（２（１＋ν））を用いて計算した。計算されたグルー層７０のせん断応力τ_ｍａｘの値は１〜１１ＭＰａの範囲であった。市販されているグルーの中には、１１ＭＰａよりも高いせん断強度を有するものが多く存在する。さらに、６０℃の温度スイングは非常に極端であり、ゼロ応力点が室温２０℃の場合、デバイスを−４０℃または８０℃のいずれかの温度にすることを意味する。

一般的には、温度サイクルはデバイスの劣化故障を引き起こす可能性があるので、考えられる温度誘起応力を最小化することが有益であると考えられる。図７Ａおよび図７Ｂに示された結果は、これが、角錐台を形成するために使用される材料の弾性率を下げること、および／またはより柔らかいグルー（すなわち、より低い弾性率を有するもの）を使用することによって達成され得ることを示唆している。

樹脂製テーパ状リフレクタ
上述したように、一実施形態では、樹脂は成形プロセスおよび大量複製技術のようなものに適用可能であるので、樹脂を使用してテーパ状リフレクタ５２のアレイ５０を形成することができる。樹脂を用いてアレイ５０を形成する場合、フレキシブルバリアフィルム１００の縁部は、縁部封止用のフリットで被覆できるように樹脂を含まないことが好ましい。さらに、樹脂は、タッチセンサの作製に典型的な１５０℃の加工温度に耐えられるものであることが好ましい。また、樹脂は、少なくともＯＬＥＤ材料にとって最も有害な種類、すなわち酸素と水が使用温度範囲内で気体放出されないか、または極めてわずかであることが好ましい。

テーパ状リフレクタの間の空間用材料
上述したように、テーパ状リフレクタ５２のアレイ５０、ＯＬＥＤ３２、およびフレキシブルバリアフィルム１００は、屈折率ｎ_Ｓを有する媒体で満たされた閉込め空間１３０を画定する。特定の例示的な実施形態では、閉込め空間１３０は、ｎ_Ｓ＝ｎ_ａ＝１の屈折率を有する空気で満たされている。他の実施形態では、空間１３０は、固体材料で満たされ得る。一般的には、空間１３０内の媒体は、エスケープコーン５９が可能な限り大きく留まるように、可能な限り低い屈折率を有することが好ましい。

図８は、テーパ状リフレクタ５２の屈折率をｎ_Ｐ＝１．７と仮定して、光取り出し効率ＬＥ（％）と空間１３０を埋める材料の屈折率ｎ_Ｓとを比較したプロットである。プロットは、空間１３０の充填材の指数ｎ_Ｓがシリコーン接着剤の典型的な値である１．４２と同じ高さの場合でも、光取り出し効率が２倍以上（１００％）改善されていることを示している（テーパ状リフレクタ５２を使用しなかった場合と比較して）。

可能な限り最良の光取り出しの利点を達成するために、充填材の屈折率ｎ_Ｓは１．２以下であることが好ましい。そのような低い屈折率を有する材料の例として、空気または別の適切な乾燥した無酸素ガスが充填された多孔質の有機または無機マトリックスであるエアロゲルが挙げられる。シリカベースのエアロゲルはまた、残留水の汚れをすべて吸収してＯＬＥＤ材料の寿命を延ばすという付加的な役割を果たすことができる。テーパ状リフレクタ５２のボディ５１を構成する材料が１．７の屈折率ｎ_Ｐを有し、エアロゲルの屈折率が１．２であるとすると、臨界角θ_ｃは約４５°となり、これは許容可能な臨界角である。

テーパ状リフレクタの変更
テーパ状リフレクタ５２は、全体的な光取り出し効率を高めるために、多くの方法で変更することができる。例えば、図９Ａを参照して、一実施形態では、側面５６は、反射コーティング５６Ｒを含むことができる。この構成により、テーパ状リフレクタ５２はもはやＴＩＲを使用して動作しないので、実質的に任意の透明材料が空間１３０を埋めることが可能となる。

別の変更は、図９Ｂの側面図に示されており、これは、テーパ状リフレクタ５２の下面５８に形成され、テーパ状リフレクタのボディ５１内へと延びるマイクロレンズ１４０を示している。マイクロレンズ１４０は、テーパ状リフレクタ５２のボディの屈折率ｎ_Ｐよりも高い屈折率ｎ_Ｍを有する。図９Ｂに示される構造体は、下面５８に凹部（例えば、半球状、非球面状など）を有するテーパ状リフレクタ５２を形成し、次いで凹部に高屈折率材料を充填することによって作り出すことができる。

フレキシブルＯＬＥＤディスプレイを利用した電子デバイス
本明細書に開示されたフレキシブルＯＬＥＤディスプレイは、例えば、ディスプレイを利用する消費者用または商業用電子デバイスにおけるものを含む様々な用途に使用することができる。例示的な電子デバイスとして、コンピュータ・モニター、現金自動預払い機（ＡＴＭ）、ならびに携帯用電子デバイスであって、例えば、携帯電話、パーソナル・メディア・プレーヤ、およびタブレット／ラップトップコンピュータを含む携帯用電子デバイスが挙げられる。他の電子デバイスとして、自動車用ディスプレイ、家電用ディスプレイ、機械用ディスプレイなどが挙げられる。様々な実施形態では、電子デバイスとして、スマートフォン、タブレット／ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、コンピュータディスプレイ、ウルトラブック、テレビおよびカメラなどの消費者用電子デバイスを挙げることができる。

図１０Ａは、本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイ１０を含む汎用電子デバイス２００の概略図である。汎用電子デバイス２００としてはまた、ＯＬＥＤディスプレイ１０に電気的に接続された制御エレクトロニクス２１０が挙げられる。制御エレクトロニクス２１０としてはまた、メモリ２１２、プロセッサ２１４、およびチップセット２１６を挙げることができる。制御エレクトロニクス２１０は、図示を容易にするために示されていない他の既知の構成要素を含むこともできる。

図１０Ｂは、ラップトップコンピュータの形態の例示的な電子デバイス２００の立面図である。図１０Ｃは、スマートフォンの形態の例示的な電子デバイス２００の正面図である。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、フレキシブルＯＬＥＤディスプレイを作製するための例示的な方法を示す。図１１Ａの下部に示されるように、第１のガラス基板３０２に第１の離型層３０４（例えば、無機材料またはポリマー）が適用されている。フレキシブル基板１９は、第１の離型層３０４に適用されている。バッファ層２０が、フレキシブル基板１９に適用されてもよい。例えば、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）プロセスを介して薄膜トランジスタのアクティブマトリックスを作製するために、アモルファスシリコンがバッファ層２０に適用されてＴＦＴ層２１が形成される。各ＯＬＥＤがＴＦＴ層２１のトランジスタに電気的に結合されるように、ＴＦＴ層２１にＯＬＥＤのアレイ３０が形成されている。

図１１Ａの上部に示されるように、第２のガラス基板３０８に第２の離型層３０６（例えば、無機材料またはポリマー）が適用されている。第２の離型層３０６には、フレキシブルバリアフィルム１００が適用されている。フレキシブルバリアフィルム１００には、テーパ状リフレクタのアレイ５０が形成されている。テーパ状リフレクタのアレイ５０が硬質ガラス基板３０８に形成されており、ＯＬＥＤのアレイ３０が硬質ガラス基板３０２に形成されているので、ＯＬＥＤのピクセルとアレイの個々の角錐台との間のピクセル毎のマッチングに必要な作製精度が可能となる。テーパ状リフレクタのアレイ３０の各テーパ状リフレクタの下面がＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤに結合されるように、第２のガラス基板３０８と、第２の離型層３０６と、フレキシブルバリアフィルム１００と、テーパ状リフレクタのアレイ５０とはＯＬＥＤのアレイ３０に適用されている。光学的に透明な接着剤などのインデックスマッチング層７０が、ＯＬＥＤアレイの各ＯＬＥＤと、ＯＬＥＤアレイの各テーパ状リフレクタの下面との間に適用されてもよい。

図１１Ｂは、フレキシブル基板１９から第１のガラス基板３０２を分離するために第１の離型層３０４を離型し、フレキシブルバリアフィルム１００から第２のガラス基板３０８を分離するために第２の離型層３０６を離型した後のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ１０を示している。特定の例示的な実施形態では、第１の離型層３０４および第２の離型層３０６は、第１の離型層３０４および第２の離型層３０６にレーザを照射することによって離型される。この場合、第１の離型層３０４および第２の離型層３０６は、第１のガラス基板３０２および第２のガラス基板３０８をリフトオフさせるような特定のレーザ波長を照射すると、かなりの量の水素ガスが放出される。他の実施形態では、第１のガラス基板３０２および第２のガラス基板３０８を除去するために、レーザリフトオフの代わりに機械的デボンディング（すなわち、剥離）を使用してもよい。レーザリフトオフまたは機械的デボンディングのいずれかを用いて第２のガラス基板３０８を除去した後、残されたフレキシブルバリアフィルム１００は、酸素および水分からＯＬＥＤ材料を保護する。特定の例示的な実施形態では、フレキシブル基板１９は、プラスチック（例えば、ＰＥＮ）、金属、セラミック、有機−無機ハイブリッド、またはガラス基板（図示せず）などの支持基板に積層されてもよい。

本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に様々な修正および変更を加えられることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、それらが添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に含まれることを条件に、そのような修正および変更をカバーすることが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ用の光取り出し装置であって、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板により支持されたＯＬＥＤと、
フレキシブルバリアフィルムと、
少なくとも１つの側面と、前記フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含むテーパ状リフレクタであって、前記上面は前記下面よりも表面積が大きい、テーパ状リフレクタと、
前記ＯＬＥＤの上面と前記テーパ状リフレクタの前記下面との間に結合されたインデックスマッチング層と
を含み、
前記ＯＬＥＤの前記上面から出射された光が、前記インデックスマッチング層を通過して前記テーパ状リフレクタに入射し、かつ
前記テーパ状リフレクタの前記少なくとも１つの側面が、反射によって前記光をエスケープコーンに変向させて前記テーパ状リフレクタの前記上面から出て行くようにするための傾斜面を含む、光取り出し装置。

実施形態２
前記テーパ状リフレクタが、台形断面を含む角錐台を含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態３
前記フレキシブル基板が、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリカーボネートを含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態４
前記フレキシブルバリアフィルムが多層フィルムを含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態５
前記フレキシブルＯＬＥＤディスプレイが、４０％を超える外部光取り出し効率を含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態６
前記テーパ状リフレクタが、インプリントにより形成可能な材料を含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態７
前記ＯＬＥＤからの前記光が、赤色光、緑色光または青色光を含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態８
前記テーパ状リフレクタの前記下面で前記テーパ状リフレクタに埋め込まれた少なくとも１つのマイクロレンズをさらに含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態９
前記インデックスマッチング層の屈折率が、前記テーパ状リフレクタの屈折率以上である、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態１０
前記テーパ状リフレクタの前記下面が、前記ＯＬＥＤの前記上面の表面積の９０％以下の表面積を含む、実施形態１記載の光取り出し装置。

実施形態１１
フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであって、
ＯＬＥＤのアレイを支持するフレキシブル基板であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤは、光が出射される上面を有する、フレキシブル基板と、
テーパ状リフレクタのアレイであって、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、前記ＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤと整列しており、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、上面と、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面に結合された下面とを含み、各テーパ状リフレクタの前記上面は、各テーパ状リフレクタの前記下面よりも表面積が大きい、テーパ状リフレクタのアレイと、
前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記上面に結合されたフレキシブルバリアフィルムと
を含む、フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ。

実施形態１２
インデックスマッチング層のアレイ
をさらに含み、
前記インデックスマッチング層のアレイのインデックスマッチング層が、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面と前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面との間に結合されている、実施形態１１記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。

実施形態１３
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面から出射された光が、前記インデックスマッチング層のアレイの対応するインデックスマッチング層を通過して前記テーパ状リフレクタのアレイの対応するテーパ状リフレクタに入射し、かつ
前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記少なくとも１つの側面が、反射によって光をエスケープコーンに変向させて、前記対応するテーパ状リフレクタの前記上面から出て行くようにするための傾斜面を含む、実施形態１２記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。

実施形態１４
前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記上面が外縁部を含み、かつ、
前記テーパ状リフレクタのアレイの隣接するテーパ状リフレクタの前記外縁部が、互いに直接隣接して配置されている、実施形態１１記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。

実施形態１５
前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタが、台形断面を含む角錐台を含む、実施形態１１記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。

実施形態１６
フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを作製するための方法であって、
第１のガラス基板に第１の離型層を適用するステップと、
前記第１の離型層にフレキシブル基板を適用するステップと、
前記フレキシブル基板にＯＬＥＤのアレイを形成するステップ、
第２のガラス基板に第２の離型層を形成するステップと、
前記第２の離型層にフレキシブルバリアフィルムを適用するステップと、
前記フレキシブルバリアフィルムにテーパ状リフレクタのアレイを形成するステップであって、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、前記フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含み、前記上面は前記下面よりも大きい、形成するステップと、
前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面が前記ＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤに結合されるように、前記第２の基板と、前記第２の離型層と、前記フレキシブルバリアフィルムと、前記テーパ状リフレクタのアレイとを前記ＯＬＥＤのアレイに適用するステップと
を含む、方法。

実施形態１７
前記第１のガラス基板を前記フレキシブル基板から分離するために前記第１の離型層を離型するステップと、
前記第２のガラス基板を前記フレキシブルバリアフィルムから分離するために前記第２の離型層を離型するステップと
をさらに含む、実施形態１６記載の方法。

実施形態１８
前記第１の離型層を離型するステップが、前記第１の離型層にレーザを照射するステップを含み、かつ
前記第２の離型層を離型するステップが、前記第２の離型層にレーザを照射するステップを含む、実施形態１７記載の方法。

実施形態１９
前記フレキシブル基板を支持基板に積層するステップをさらに含む、実施形態１７記載の方法。

実施形態２０
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面との間にインデックスマッチング層を適用するステップをさらに含む、実施形態１６記載の方法。

Claims (15)

1. フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ用の光取り出し装置であって、
   フレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板により支持されたＯＬＥＤと、
   フレキシブルバリアフィルムと、
   少なくとも１つの側面と、前記フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含むテーパ状リフレクタであって、前記上面は前記下面よりも表面積が大きい、テーパ状リフレクタと、
   前記ＯＬＥＤの上面と前記テーパ状リフレクタの前記下面との間に結合されたインデックスマッチング層と
   を含み、
   前記ＯＬＥＤの前記上面から出射された光が、前記インデックスマッチング層を通過して前記テーパ状リフレクタに入射し、かつ
   前記テーパ状リフレクタの前記少なくとも１つの側面が、反射によって前記光をエスケープコーンに変向させて前記テーパ状リフレクタの前記上面から出て行くようにするための傾斜面を含む、光取り出し装置。
2. 前記テーパ状リフレクタが、台形断面を含む角錐台を含む、請求項１記載の光取り出し装置。
3. 前記フレキシブル基板が、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリカーボネートを含む、請求項１または２記載の光取り出し装置。
4. 前記フレキシブルＯＬＥＤディスプレイが、４０％を超える外部光取り出し効率を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の光取り出し装置。
5. 前記テーパ状リフレクタの前記下面で前記テーパ状リフレクタに埋め込まれた少なくとも１つのマイクロレンズをさらに含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の光取り出し装置。
6. 前記インデックスマッチング層の屈折率が、前記テーパ状リフレクタの屈折率以上である、請求項１から５までのいずれか１項記載の光取り出し装置。
7. フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであって、
   ＯＬＥＤのアレイを支持するフレキシブル基板であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤは、光が出射される上面を有する、フレキシブル基板と、
   テーパ状リフレクタのアレイであって、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、前記ＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤと整列しており、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、上面と、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面に結合された下面とを含み、各テーパ状リフレクタの前記上面は、各テーパ状リフレクタの前記下面よりも表面積が大きい、テーパ状リフレクタのアレイと、
   前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記上面に結合されたフレキシブルバリアフィルムと
   を含む、フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ。
8. インデックスマッチング層のアレイ
   をさらに含み、
   前記インデックスマッチング層のアレイのインデックスマッチング層が、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面と前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面との間に結合されている、請求項７記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。
9. 前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面から出射された光が、前記インデックスマッチング層のアレイの対応するインデックスマッチング層を通過して前記テーパ状リフレクタのアレイの対応するテーパ状リフレクタに入射し、かつ
   前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記少なくとも１つの側面が、反射によって光をエスケープコーンに変向させて、前記対応するテーパ状リフレクタの前記上面から出て行くようにするための傾斜面を含む、請求項８記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。
10. 前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記上面が外縁部を含み、かつ、
    前記テーパ状リフレクタのアレイの隣接するテーパ状リフレクタの前記外縁部が、互いに直接隣接して配置されている、請求項７から９までのいずれか１項記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。
11. 前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタが、台形断面を含む角錐台を含む、請求項７から１０までのいずれか１項記載のフレキシブルＯＬＥＤディスプレイ。
12. フレキシブル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを作製するための方法であって、
    第１のガラス基板に第１の離型層を適用するステップと、
    前記第１の離型層にフレキシブル基板を適用するステップと、
    前記フレキシブル基板にＯＬＥＤのアレイを形成するステップ、
    第２のガラス基板に第２の離型層を形成するステップと、
    前記第２の離型層にフレキシブルバリアフィルムを適用するステップと、
    前記フレキシブルバリアフィルムにテーパ状リフレクタのアレイを形成するステップであって、前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタは、少なくとも１つの側面と、前記フレキシブルバリアフィルムに結合された上面と、下面とを含み、前記上面は前記下面よりも大きい、形成するステップと、
    前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面が前記ＯＬＥＤのアレイのＯＬＥＤに結合されるように、前記第２の基板と、前記第２の離型層と、前記フレキシブルバリアフィルムと、前記テーパ状リフレクタのアレイとを前記ＯＬＥＤのアレイに適用するステップと
    を含む、方法。
13. 前記第１のガラス基板を前記フレキシブル基板から分離するために前記第１の離型層を離型するステップと、
    前記第２のガラス基板を前記フレキシブルバリアフィルムから分離するために前記第２の離型層を離型するステップと
    をさらに含む、請求項１２記載の方法。
14. 前記第１の離型層を離型するステップが、前記第１の離型層にレーザを照射するステップを含み、かつ
    前記第２の離型層を離型するステップが、前記第２の離型層にレーザを照射するステップを含む、請求項１３記載の方法。
15. 前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと前記テーパ状リフレクタのアレイの各テーパ状リフレクタの前記下面との間にインデックスマッチング層を適用するステップをさらに含む、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。

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