JP6100783B2 - ナノ構造の多周期領域を有するｏｌｅｄ光抽出フィルム - Google Patents

Description

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わたって印加されると、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装置において、生成した光の７０％以上が装置構造体内のプロセスのために典型的には失われる。より高い屈折率の有機層及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層とより低い屈折率の基板層の間のインターフェースでの光の捕捉が、この低い抽出効率の主な原因である。放射された光の比較的少量のみが、透明な電極を通って「有用な光」として現われる。光の大半は内部反射し、その結果、光は、装置の縁部から放射されるか、あるいは装置内で捕捉され、また繰り返されるパスを作った後、最終的には装置内で吸収されて失われる。

光抽出フィルムは、装置内の導波の損失を避けるために内部ナノ構造を使用する。フォトニック結晶又は線形格子等の規則的な特徴からなるナノ構造内部は、強い光の取り出しを提供する一方で、回折に関連する角度の変化及び放出光の分光分布を生成する傾向があり、これは最終用途で望ましくない場合がある。したがって、ナノ構造によって光取り出し効率を高めると同時に、光の出力において望ましくない輝度及び色の角度の非均一性も低減する光取り出しフィルムの必要性が存在する。

本発明に従う光抽出フィルムは、可撓性基板と、基板に適用される低屈折率の人工ナノ構造の層（a layer of engineered nanostructures）と、ナノ構造の上に適用されてナノ構造とは反対側のバックフィル層の表面上に実質的に平坦な表面を形成する高屈折率のバックフィル層と、を含む。人工ナノ構造は、ナノ構造の反復領域を含む多周期領域を有する。反復領域は、異なる周期ピッチを有する第１及び第２のナノ構造の組を含む。

添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部をなすものであって、説明文と併せて本明細書の利点及び原理を説明するものである。これらの図面では、
光抽出フィルムの層を示す図である。 異なるピッチを有するナノ構造の第１の多周期領域を示す図である。 異なるピッチを有するナノ構造の第２の多周期領域を示す図である。 異なるピッチを有するナノ構造の第３の多周期領域を示す図である。 異なるピッチを有するナノ構造の第４の多周期領域を示す図である。 異なるピッチを有するナノ構造の第５の多周期領域を示す図である。 異なるアスペクト比を有するナノ構造の多周期領域を示す図である。 異なる形状を有するナノ構造の多周期領域を示す図である。 実施例に関する多周期ナノ構造を有するフィルムの画像である。 実施例に関するコノスコープ測定値のグラフである。 実施例に関するコノスコープ測定値のグラフである。

本発明の実施形態は、光抽出フィルム及びＯＬＥＤ装置のためのその使用に関する。光抽出フィルムの例は、米国特許出願公開第２００９／００１５７５７号及び同第２００９／００１５１４２号に記載されている。

図１は、人工ナノ構造の多周期領域を有する光抽出フィルム１０の構成体の図である。光抽出フィルム１０は、実質的に透明な基板１２（可撓性、剛性、又はウィンドウ層で）、低屈折率の多周期人工ナノ構造１４、及び多周期ナノ構造１４の上を覆って実質的に平坦な表面を形成する高屈折率のバックフィル層１６を含む。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、わずかな表面のばらつき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。

光抽出フィルムは、典型的にはＯＬＥＤ装置に適用される別個のフィルムとして製造される。例えば、光結合層１８を使用して、光抽出フィルム１０をＯＬＥＤ装置の光出力表面２０に光学的に結合することができる。光結合層１８は、光抽出フィルム、ＯＬＥＤ装置、又はその両方に適用されることができ、光抽出フィルムのＯＬＥＤ装置への適用を容易にするために、接着剤を使用して実装され得る。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、及びそれらを使用して光抽出フィルムをＯＬＥＤ装置に積層するプロセスの例は、２０１１年３月１７日に出願された米国特許出願第１３／０５０３２４号、表題「ＯＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｍｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」に記載されている。

光抽出フィルム１０用の人工ナノ構造は、基板と一体に、又は基板に適用される層で、形成されてもよい。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。人工ナノ構造は、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。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。

光抽出フィルム１０用の人工ナノ構造は、１つの寸法のみに周期的である意味の一次元（１Ｄ）であり得る。すなわち、最近傍の特徴は、直交方向に沿ってではなく、表面に沿って１つの方向に等しい間隔を置く。１Ｄのナノ周期構造の場合には、隣接した周期的特徴間の間隔は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。

光抽出フィルム１０用の人工ナノ構造はまた、２つの寸法に周期的である意味の二次元（２Ｄ）であり得る。すなわち、最近傍の特徴は、表面に沿って２つの異なる方向に等しい間隔を置く。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。二次元の構造の他の例としては、米国特許出願公開第２０１０／０１２８３５１号に記載されるような湾曲面を持つ円錐構造が挙げられる。

光抽出フィルム１０用の基板、低屈折率の多周期構造、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で提供される。例えば、基板には、ガラス、ＰＥＴ、ポリイミド、ＴＡＣ、ＰＣ、ポリウレタン、ＰＶＣ、又は可撓性ガラスを実装することができる。光抽出フィルム１０を作製する工程もまた、上述の公表された特許出願で提供される。必要に応じて、光取り出しフィルムを組み入れるデバイスを湿気又は酸素から保護するために、基板にはバリアフィルムが実装することができる。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号に開示されている。

図２Ａ〜２Ｅは、少なくとも異なるピッチを有する多周期ナノ構造の領域の種々の代表的な構成を示す。領域は、互いに隣接して重なり合わない複数の人工ナノ構造の組である。この組は、互いに直接隣接していても、又は互いに隣接して間隙で分離されていてもよい。各組は、周期特性を有する互いに隣接する複数のナノ構造であり、領域内の各組は、領域内の他の組とは異なる周期特性を有する。各組内の人工ナノ構造は、したがって不規則ではなく、非周期的でもない。領域は、光抽出フィルムのナノ構造化表面全体にわたって反復する。具体的には、領域内の同じ複数の組が反復することで、人工ナノ構造の反復する可変の周期特性がもたらされる。組内の複数のナノ構造は、わずか２つのナノ構造しか含まなくてもよく、その場合、（多周期特性として使用されるときの）ピッチは、組内の２つのナノ構造間の単に１つの距離である。

周期特性の例としては、ピッチ、高さ、アスペクト比、及び形状が挙げられる。ピッチは、隣接するナノ構造間の距離、典型的にはそれらの最上部からを測定した距離を表す。高さは、ナノ構造の（下にある層と接触する）底部から最上部までを測定したナノ構造の高さを表す。アスペクト比は、ナノ構造の高さに対する断面幅（最も広い部分）の比を表す。形状は、ナノ構造の断面形状を表す。

多ピッチ領域を通してピッチを制御することは、単一ピッチを使用する場合と比べると、ＯＬＥＤ光抽出のよりよい角度分布を提供することが判明している。また、多ピッチ領域の使用は、より均一なＯＬＥＤ光抽出を提供し、特定色の光抽出を調整可能にする。したがって、光抽出フィルムは、ピッチの多周期領域を使用し、上述した特性等の他の多周期特性と多ピッチ領域を組み合わせることができる。

図２Ａは、組２４、２６、及び２８を有する領域を備えた人工ナノ構造２２を示す。組２４、２６、及び２８のそれぞれは、領域内の他の組のピッチ及び特徴高さと比べて異なるピッチ及び特徴高さを有する。組２４は周期ピッチ３０を有し、組２６は周期ピッチ３２を有し、組２８は周期ピッチ３４を有する。ピッチ３０、３２、及び３４は、互いに等しくない。特定の一実施形態では、ピッチ３０＝０．４２０マイクロメートル、ピッチ３２＝０．５２０マイクロメートル、及びピッチ３４＝０．６３０マイクロメートルである。領域を構成する組２４、２６、及び２８は、更に反復し、光抽出フィルムのナノ構造化表面を形成するであろう。

図２Ｂは、周期ピッチ及び特徴高さが他の組とはそれぞれ異なるナノ構造の組３８、４０、及び４２を有する反復領域を備えた人工ナノ構造３６を示す。ナノ構造化表面３６では、領域が２回反復して示されている。この実施例は、図２Ａの組に比べて各組内の特徴が少ない。

図２Ｃは、周期ピッチ及び特徴高さが他の組とはそれぞれ異なるナノ構造の組４６、４８、及び５０を有する反復領域を備えた人工ナノ構造４４を示す。ナノ構造化表面４４では、領域が８回反復して示されている。この実施例は、図２Ａ及び２Ｂの組に比べて各組内の特徴が少ない。

図２Ｄは、周期ピッチ及び特徴高さが他の組とはそれぞれ異なるナノ構造の組５４及び５６を有する反復領域を備えた人工ナノ構造５２を示す。ナノ構造化表面５２では、領域が３回反復して示されている。この実施例は、図２Ａ〜２Ｃの３つの組を有する領域に比べて２つの組を有する領域を示す。

図２Ｅは、組６０、６２、及び６４を有する領域を備えた人工ナノ構造５８を示す。それぞれの組６０、６２、及び６４は、領域内の他の組のピッチ及び特徴高さと比べて異なるピッチ及び特徴高さを有する。組６０は周期ピッチ６６を有し、組６２は周期ピッチ６８を有し、組６４は周期ピッチ７０を有する。ピッチ６６、６８、及び７０は、互いに等しくない。特定の一実施形態では、ピッチ６６＝０．７５０マイクロメートル、ピッチ６８＝０．５６２マイクロメートル、及びピッチ７０＝０．３７５マイクロメートルである。領域を構成する組６０、６２、及び６４は、更に反復し、光抽出フィルムのナノ構造化表面を形成するであろう。この実施例は、図２Ａの組で変化するピッチと比べて異なる方向に増加して領域内で変化するピッチを示す。

ピッチ及び特徴高さの他に、多周期領域は、他の多周期特性の組を有することができる。図２Ｆは、多周期アスペクト比を備えた組を有する人工ナノ構造７２を示す。ナノ構造７２の反復領域は、組７４及び７６を含み、組７４内のナノ構造は、組７６内のナノ構造とは異なるアスペクト比を有する。別の実施例として、図２Ｇは、多周期形状を備えた組を有する人工ナノ構造７８を示す。ナノ構造７８の反復領域は、組８０及び８２を含み、組８０内のナノ構造は、組８２内のナノ構造とは異なる形状を有する。この実施例では、組８０内のナノ構造には、１Ｄの角形リッジ又は２Ｄの角柱が実装され得るのに対し、組８２内のナノ構造には、１Ｄの細長いプリズム又は２Ｄのピラミッドが実装され得る。

図２Ａ〜２Ｇのナノ構造は、周期特性及び領域の例示である。領域は、各組で周期特性を備えた、他の組では同じ周期特性の値が異なる、ナノ構造の２つ、３つ、又は更なる組を有することができる。図２Ａ〜２Ｅでは、領域内の組間で異なるピッチは、異なる高さのナノ構造を使用して達成される。ただし、組間のピッチが異なるが、ナノ構造の高さは同じであってもよい。したがって、領域内の組は、組間で１つ以上の異なる周期特性を有することができる。また、図２Ａ〜２Ｅは、例示の目的で人工ナノ構造としてプリズム（又はピラミッド）を示しているが、人工ナノ構造は、上述の特徴等の他の種類の１Ｄ及び２Ｄの特徴を含んでいてもよい。

実施例における全ての部、百分率、比等は、特に明記しない限り、重量基準である。用いた溶媒及びその他の試薬は、特に異なる指定のない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手した。

調製例
Ｄ５１０安定した５０ｎｍ ＴｉＯ_２ナノ粒子分散の調製
およそ５２％重量パーセントのＴｉＯ_２で分散したＴｉＯ_２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、粉砕工程を用いて調製した。ＳＯＬＰＬＵＳ Ｄ５１０をＴｉＯ_２の重量に基づいて２５重量パーセントの量で加えた。混合物を１０分間ＤＩＳＰＥＲＭＡＴミキサー（Ｐａｕｌ Ｎ．Ｇａｒｄｎｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｐｏｍｐａｎｏ Ｂｅａｃｈ，ＦＬ））を用いてあらかじめ混合し、次に、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_２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_２溶液と、２．６ｇのＳＲ８３３Ｓと、０．０６ｇのＩＲＧＡＣＵＲＥ １２７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、を混合して、均一の高屈折率バックフィル溶液を調整した。

５００ｎｍのピッチを有するナノ構造化フィルムの製造
最初に（人工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、５００ｎｍ「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５００ｎｍ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、５００ｎｍ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）で更に乾燥させてから、Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ−Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ）製のＨ−電球装備のＬｉｇｈｔ−Ｈａｍｍｅｒ ６ＵＶプロセッサを生産ライン速度４．５ｍ／分（１５フィート／分）、７５％ランプ電力、窒素雰囲気下で作動させて硬化させた。

多周期領域を有するナノ構造化フィルムの製造
最初に（人工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先端ダイヤモンドを作製することにより、ピッチ領域を有するナノ構造化フィルムを製造した。５つの異なる工具（後述の工具Ａ〜Ｅ）を使用して、５つの異なるナノ構造化フィルムを作製した。

工具Ａでは、１：１の三角ピッチ（高さと幅が等しい）の周期を４２０ｎｍ、５２０ｎｍ、及び６３０ｎｍになるように選択した。各組内で反復する周期の数を８になるように選択した。周期の組の配列は、最初に４２０ｎｍの周期を有する組、続いて５２０ｎｍの周期を有する組、次に６３０ｎｍの周期を有する組であった。これを、三角ピッチの配列を切断端部に工作した後で測定して約２５μｍであったダイヤモンド切断工具内で、２回反復させた（２つの領域）。

工具Ｂでは、１：１の三角ピッチ（高さと幅が等しい）の周期を４２０ｎｍ、５２０ｎｍ、及び６３０ｎｍになるように選択した。各組内で反復する周期の数を１６になるように選択した。周期の組の配列は、最初に４２０ｎｍの周期を有する組、続いて５２０ｎｍの周期を有する組、次に６３０ｎｍの周期を有する組であった。ダイヤモンド切断工具は、三角ピッチの配列を切断端部に工作した後で測定して約２５μｍであった。

工具Ｃでは、１：１の三角ピッチ（高さと幅が等しい）の周期を４２０ｎｍ、５２０ｎｍ、及び６３０ｎｍになるように選択した。各組内で反復する周期の数を２になるように選択した。周期の組の配列は、最初に４２０ｎｍの周期を有する組、続いて５２０ｎｍの周期を有する組、次に６３０ｎｍの周期を有する組であった。これを、三角ピッチの配列を切断端部に工作した後で測定して２４．５μｍであったダイヤモンド切断工具内で、８回反復させた。

工具Ｄでは、１：１の三角ピッチ（高さと幅が等しい）の周期を５２０ｎｍ及び６３０ｎｍになるように選択した。各組内で反復する周期の数を８になるように選択した。周期の組の配列は、最初に５２０ｎｍの周期を有する組、次に６３０ｎｍの周期を有する組であった。これを、三角ピッチの配列を切断端部に工作した後で測定して約２７μｍであったダイヤモンド切断工具内で、３回反復させた。

工具Ｅでは、１：１の三角ピッチ（高さと幅が等しい）の周期を３７５ｎｍ、５６２ｎｍ、及び７５０ｎｍになるように選択した。各組内で反復する周期の数を１６になるように選択した。周期の組の配列は、最初に７５０ｎｍの周期を有する組、続いて５６２ｎｍの周期を有する組、次に３７５ｎｍの周期を有する組であった。ダイヤモンド切断工具は、三角ピッチの配列を切断端部に工作した後で測定して約２６μｍであった。

次に、各ダイヤモンド工具を使用して、意図的に設計した配列を銅製工具内で工具の幅にわたって反復するように切断し、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フィルム上に多周期領域を有する１Ｄの人工ナノ構造を作製した。

ＨＩ−ＢＦ溶液を、ロール・ツー・ロール被覆プロセスを用いて、３．０ｍ／分（１０フィート／分）のウェブ速度及び２．２８ｃｃ／分の分散吐出速度で、ピッチ領域を有するナノ構造化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）で更に乾燥させてから、Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ−Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ）製のＨ−電球装備のＬｉｇｈｔ−Ｈａｍｍｅｒ ６ＵＶプロセッサを生産ライン速度３．０ｍ／分（１０フィート／分）、７５％ランプ電力、窒素雰囲気下で作動させて硬化させた。

図３は、工具Ｂを使用して作製されたナノ構造化フィルムを示す画像である。

比較例Ｃ−１：５００ｎｍピッチのナノ構造化フィルム及び参照用ガラス基板上に構築された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ
厚さ約８０ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層を、直流条件（４００Ｗの順方向電力）下で、バックフィル処理した５００ｎｍピッチの１Ｄナノ構造上に、５〜７ミリトール（０．６７〜０．９３Ｐａ）の動作圧で真空スパッタし、使用したシャドーマスクによって画定されるように５ｍｍ幅のＩＴＯアノードを生成した。参照用ＩＴＯ試料のシート抵抗は、４０〜７０オーム／スクエアの範囲内であった。

その後、ＯＬＥＤ及びカソード層並びにカソードを堆積させてＯＬＥＤを完成させた。赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤを、各主要色の装置一式について別個の実験で、約１０^−６トール（０．１３ｍＰａ）の基準圧で真空系において標準的な熱蒸着により製造した。これらの実験では作用面積５×５ｍｍの赤色、緑色、及び青色装置を画定する５ｍｍ幅のシャドーマスクを使用して、カソード層を被覆した。

ＨＩＬ（３００ｎｍ）／ＨＴＬ（４０ｎｍ）／赤色、緑色、又は青色ＥＭＬ（３０ｎｍ）／ＥＴＬ（２０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＯＬＥＤ構成体を各主要色について堆積させた。完了後、ＯＬＥＤは、封入フィルムとＯＬＥＤ装置との間に乾燥剤及び脱酸素剤としてＳＡＥＳゲッターを使用して、封入バリアフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）で封入した。

同様に、対照の赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤを、上述の方法に従ってＩＴＯアノード層をあらかじめスパッタした対照の磨きソーダ石灰ガラス試料（Ｄｅｌｔａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ，ＣＯ））上に同じ積層体を使用して製造した。

構成された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ装置は、ＡＵＴＲＯＮＩＣ Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ（ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ ＧｍｂＨ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ））を使用する角度方向輝度測定等の、様々な電気光学的手法を使用して特徴付けられた。これらの測定では、全ての装置を、各動作装置について１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度に相当する一定電流下で動作させた。

コノスコープ測定により、単一ピッチ（５００ｎｍ）の１Ｄ構造化フィルムで作製された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ試料は、装置の色に強い依存性を示し、比較的高輝度を有する小さな領域と、比較的低輝度の領域に囲まれたより低輝度を有する幾分大きな領域とを生成することが示された。

ディスプレイ応用で白色点の色ずれを評価するために一般に使用されるＣＩＥ １９７６（Ｌ、ｕ’、ｖ’）色空間測定基準に従って、デルタｕ’ｖ’白色点角度シフトを計算した。白色点シフトに関してデルタｕ’ｖ’特性を計算するために、個々の赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ装置の赤色、緑色、及び青色発光の特定の混合物を選択し、共に０°の極角及び方位角に相当する角度方向（軸上の視野角方向）で、ＣＩＥ １９３６のｘ、ｙ色空間における０．３０３１、０．３１２１の色座標を生成した。１Ｄ格子ベクトル方向及び直交方向に相当する角度間隔で２つの方位角方向に沿って、デルタｕ’ｖ’を計算した。典型的には極角で最も強い輝度の変化を示す、格子ベクトルの方向において、極角が０〜６０°の範囲内の変化で約０．０３５のデルタｕ’ｖ’が得られた。このデルタｕ’ｖ’値は、典型的には角度によるわずかに識別可能な色ずれを有するディスプレイ応用で許容可能なデルタｕ’ｖ’の最大値とみなされる０．０２の値を大きく超えている。

したがって、単一ピッチの１Ｄナノ構造化光抽出フィルムは、ディスプレイ応用で角度による顕著な色の変化を生成すると考えられる。

実施例１：多周期領域を有するナノ構造化フィルム上に構築された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ
厚さ約８０ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層を、直流条件（４００Ｗの順方向電力）下で、工具Ａを使用して形成されたピッチ領域を有するバックフィル処理したナノ構造化フィルム上に、５〜７ミリトール（０．６７〜０．９３Ｐａ）の動作圧で真空スパッタし、使用したシャドーマスクによって画定されるように５ｍｍ幅のＩＴＯアノードを生成した。参照用ＩＴＯ試料のシート抵抗は、４０〜７０オーム／スクエアの範囲内であった。

その後、ＯＬＥＤ及びカソード層並びにカソードを堆積させてＯＬＥＤを完成させた。赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤを、各主要色の装置一式について別個の実験で、約１０^−６トール（０．１３ｍＰａ）の基準圧で真空系において標準的な熱蒸着により製造した。これらの実験では作用面積５×５ｍｍの赤色、緑色、及び青色装置を画定する５ｍｍ幅のシャドーマスクを使用して、カソード層を被覆した。

ＨＩＬ（３００ｎｍ）／ＨＴＬ（４０ｎｍ）／赤色、緑色、又は青色ＥＭＬ（３０ｎｍ）／ＥＴＬ（２０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＯＬＥＤ構成体を各主要色について堆積させた。完了後、ＯＬＥＤは、封入フィルムとＯＬＥＤ装置との間に乾燥剤及び脱酸素剤としてＳＡＥＳゲッターを使用して、封入バリアフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）で封入した。

同様に、対照の赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤを、上述の方法に従ってＩＴＯアノード層をあらかじめスパッタした対照の磨きソーダ石灰ガラス試料（Ｄｅｌｔａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ，ＣＯ））上に同じ積層体を使用して製造した。

構成された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ装置は、ＡＵＴＲＯＮＩＣ Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ（ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ ＧｍｂＨ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ））を使用する角輝度測定等の、様々な電気光学的手法を使用して特徴付けられた。これらの測定では、全ての装置を、各動作装置について１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度に相当する一定電流下で動作させた。

コノスコープ測定により、多周期領域を備えた人工ナノ構造を有するフィルムを使用して作製された赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ試料は、装置の色に極めて小さな依存性を示し、比較例Ｃ−１に比べてより均一な角度方向輝度分布を生成することが示された。

ディスプレイ応用で白色点の色ずれを評価するために一般に使用されるＣＩＥ １９７６（Ｌ、ｕ’、ｖ’）色空間測定基準に従って、デルタｕ’ｖ’白色点角度シフトを計算した。白色点シフトに関してデルタｕ’ｖ’特性を計算するために、我々は、個々の赤色、緑色、及び青色ＯＬＥＤ装置の赤色、緑色、及び青色発光の特定の混合物を選択し、共に０°の極角及び方位角に相当する角度方向（軸上の視野角方向）で、ＣＩＥ １９３６のｘ、ｙ色空間における０．３０３１、０．３１２１の色座標を生成した。１Ｄ格子ベクトル方向及び直交方向に相当する角度間隔で２つの方位角方向に沿って、デルタｕ’ｖ’を計算した。典型的には極角で最も強い輝度の変化を示す、格子ベクトルの方向において、極角が０〜６０°の範囲内の変化で約＜０．０１０のデルタｕ’ｖ’が得られた。このデルタｕ’ｖ’値は、典型的には角度によるわずかに識別可能な色ずれを有するディスプレイ適用で許容可能なデルタｕ’ｖ’の最大値とみなされる０．０２の値より著しく小さい。

したがって、多周期領域を有するナノ構造化光抽出フィルムは、ディスプレイ適用で角度による非常に小さな色の変化を生成すると考えられる。デルタｕ’ｖ’は０．０２を大きく下回るため、視聴者の肉眼では角度による小さな色の変化に気付かないことがある。

更に、約２倍の強い軸上及び積分光学ゲインが、多周期領域を備えた人工ナノ構造を有するフィルムで構築されたＯＬＥＤ装置で観測された。ゲインは、パターン化装置の所定の電流密度値での輝度及び／又は効率値の、所定の色の対照の装置の同じ特性値に対する比として計算された。

実施例２〜５：多周期領域を有するナノ構造化フィルム上に構築された緑色ＯＬＥＤ
工具Ａの代わりに工具Ｂ〜Ｅを使用してそれぞれ実施例２〜５のナノ構造化フィルムを作製した以外は、実施例１に記載したように緑色ＯＬＥＤ装置を構築した。それぞれ０°（軸上の視野角方向）及び９０°の方位角についてコノスコープ測定値を取得し、図４Ａ及び４Ｂに示した。実施例２〜５、並びに実施例１及び比較例Ｃ−１の緑色ＯＬＥＤの、積分ゲイン及び軸上のゲインを表１に示す。ゲインは、ガラスの対照が１の平均ゲインを有するように正規化されている。

Claims (2)

1. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）装置からの光出力を高めるための光抽出フィルムであって、
   前記ＯＬＥＤ装置により放射される光に対して実質的に透明な可撓性基板と、
   前記基板に適用され、多周期領域を有する、人工ナノ構造の層（a layer of engineered nanostructures）と、
   前記ナノ構造の上に適用されるバックフィル層であって、前記ナノ構造とは反対側のバックフィル層の表面上に実質的に平坦な表面を形成する、バックフィル層と、を含み、
   前記バックフィル層が、前記ナノ構造の屈折率よりも大きい屈折率を有し、
   前記多周期領域が、前記ナノ構造の反復領域を含み、前記領域が、第１の周期ピッチを有する第１のナノ構造の組と、前記第１の周期ピッチとは異なる第２の周期ピッチを有する第２のナノ構造の組と、を含み、
   前記第１のナノ構造の組が第１の高さ及び第１の形状を有し、前記第２のナノ構造の組が第２の高さ及び第２の形状を有し、
   前記第１の高さ及び前記第１の形状の少なくとも１つが、それぞれ、前記第２の高さ及び前記第２の形状とは異なる、
   光抽出フィルム。
2. 前記バックフィル層の前記実質的に平坦な表面に適用される接着性の光結合層を更に含む、請求項１に記載の光取り出しフィルム。

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