JP6193914B2

JP6193914B2 - 有機発光ダイオードディスプレイ装置のための光抽出フィルム

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Publication number: JP6193914B2
Application number: JP2015094780A
Authority: JP
Inventors: ポッツ，ジョン　イー．; イー．ポッツ，ジョン; マコーミック，フレッド　ビー．; ビー．マコーミック，フレッド; ウォルク，マーティン　ビー．; ビー．ウォルク，マーティン; チャン，ジュン−イン; エル．スミス，テリー; エム．バッティアト，ジェイムズ; ワン，ディン; エー．トルバート，ウィリアム; エー．レーリグ，マーク; アイ．ブライト，クラーク
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2015158690A; WO2009011961A2; JP2010533932A; EP2174169A4; EP2174169A2; EP2174169B1; TWI477186B; TW200913767A; US20090015142A1; WO2009011961A3; JP5969167B2; KR20100047855A

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、これと共に同日付けで出願され、参照により本明細書に組み込まれる、「有機発光ダイオード照明装置のための光抽出フィルム」と題された米国特許出願（代理人整理番号６３２８８ＵＳ００３）に関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、新しいディスプレイ及び照明技術のための基本であり、高解像度又は高画素数の高精細ディスプレイのアプリケーション並びに、高効率で広い面積の、可撓性の照明アプリケーションに良好に適合する。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、これは装置の端部からの光の放射となるか、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。

蛍光染料若しくはリン光性材料を使用して、電荷注入層又は輸送層の改質などの方法によって、又は多層構造体（例えばＫ．ミーアホルツ（Meerholz）の「アドバンスト・ファンクショナル・マテリアルズ（Adv.Funct.Materials）」（２００１年、１１巻、４号、２５１頁）を参照）を使用することによって、ＯＬＥＤの内部量子効率（注入された電子１個当たり生成される光子の数）を改善する努力がなされてきた。光抽出効率（内部で生成される光子の数に対しての、構造体から現われる光子の数）は、発光層自体に対する外部の要因によって影響を受ける場合がある。

ボトムエミッション型（bottom emitting）ＯＬＥＤは、高屈折率層（光生成、キャリア移動、注入又はブロックのための有機層並びに典型的に、透明な導電性酸化物層）並びに低屈折率の基板材料（典型的にガラス、しかしポリマーフィルムの場合もある）を含有するコアからなると考えられることがある。よって、コア内で生成される光は、２つの高屈折率から低屈折率のインターフェースに衝突する場合があり、その場合には光は内部反射をする場合がある。第１のインターフェースでの衝突の結果、コアから逃げることのできない光は、導波路モードに制限され、その一方で、第１のインターフェースを通過するが、基板から空中へのインターフェースでの反射の結果、基板から逃げることのできない光は、基板モードに制限される。同様な光学的喪失が、トップエミッション型（top emitting）ＯＬＥＤ内のインターフェースにより発生する。

そのインターフェースを阻害（例えばマイクロレンズ又は粗面）することにより、基板から空中へのインターフェースに到達する光に影響を与えようとする、様々な解決策が提案されてきた。基板の中に又は接着剤の中に散乱要素を導入し、これにより基板モードを遮断し装置の外に光を再指向している者もいる（公開済みＰＣＴ出願国際公開第２００２０３７５８０（Ａ１）号（チョウ（Chou））を参照）。そのインターフェースで散乱又は回折要素を導入することにより、コアから基板へのインターフェースを阻害する、いくつかの予備的試みさえもある。散乱構造又は回折構造がこのインターフェースに配置されたとき、光抽出において最も効果的であるということを、詳細な解析が示している（Ｍ．フジタ（M.Fujita）らの「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn.J.Appl.Phys.）」（２００５年、４４（６Ａ）、３６６９〜７７頁）。散乱又は回折要素と充填材料との間の屈折率差が大きいとき、及び屈折率差変動の長さスケールが光の波長に同程度であるとき、散乱効率は最大となる（例えば、Ｆ．Ｊ．Ｐ．スフーアマンス（Schuurmans）らの「サイエンス（Science）」（１９９９年、２８４（５４１１）、１４１〜１４３頁を参照）。

この光抽出層と接触する、欠陥のないＯＬＥＤ装置の製造は、滑らかで平坦な表面を必要とし、よって光抽出フィルムの上面の平坦性が重要である。しかしながら、ＯＬＥＤの外に光を結合するために、電極構造体に波形を付けるいくつかの研究がなされている（Ｍ．フジタ（M.Fujita）らの「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn.J.Appl.Phys.）」（２００５年、４４（６Ａ）、３６６９〜７７頁）。これにより装置内の電場に対して得られる結果は、悪影響を有すると見込まれる。よって、このインターフェースの阻害の一方で、装置の電気的動作に悪影響を与えないように、多大な注意が払われなければならない。これらの相対する課題のバランスをとるための実用的な解決策はまだ提案されていない。

無機発光ダイオード（ＬＥＤ）での外部効率において同様な問題が存在し、ここでは、活性物質のとても高い屈折率が、内部で生成した光の抽出を厳しく制限する場合がある。これらの場合において、フォトニック結晶（ＰＣ）材料を利用し、抽出効果を改善するいくつかの試みがなされている（Ｓ．ファン（Fan）、「フィジカル・レビュー・レターズ（Phys.Rev.Letters）」（１９９７年、７８巻、第１７号、３２９４頁）；Ｈ．イチカワ（Ichikawa）、「アプライド・フィジカル・レターズ（Appl.Phys.Letters）」（２００４年、８４巻、４５７頁））。ＯＬＥＤ効率改善に関連した、ＰＣの利用における同様な報告（Ｍ・フジタ（Fujita）、アプライド・フィジカル・レターズ（Appl.Phys.Letters）（２００４年、８５巻、５７６９頁）；Ｙ．リー（Lee）、アプライド・フィジカル・レターズ（Appl.Phys.Letters）（２００３年、８２巻、３７７９頁））が登場し始めているが、既に報告された結果は、既存のＯＬＥＤ製造プロセスの中にそれらを組み入れるのを促進せず、時間がかかりコストのかかる手順である。

したがって、これらの装置の製造プロセスに適合する、ＯＬＥＤからの光抽出を強化することができる製品に対する必要性が存在する。

本発明に従う、光抽出を強化するための多機能光学フィルムは、可撓性基板、構造化層及び充填材層を含む。抽出要素の構造化層は、第１の屈折率を有し、この抽出要素の実質的な部分は、光学フィルムが自発光型光源に対して配置されたとき、自発光型光源の発光領域に隣接するエバネセント区域内にある。充填材層は第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を有し、この充填材層は抽出要素の上に平坦化層を形成する。このフィルムは所望により、それに追加され又はその中に組み込まれ、光抽出効率の改善を超えた、追加的な機能性をもたらすための追加層を有してもよく、これらの追加的な機能は、機械的な支持、バリア保護、電導性、スペクトル修正又は偏光を含んでもよい。

光抽出を強化するための多機能な光学フィルムを作製する、本発明に従う方法は、可撓性基板の上に、第１の屈折率を有する材料の層をコーティングする工程を含む。有機材料の中にナノ構造化形状を付与してナノ構造化表面を作製する。ナノ構造化形状を有する有機材料は硬化される。充填材層は次いで、ナノ構造化表面に塗布され、ナノ構造化表面上に平坦化層を形成する。充填材層は、第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む。あるいは、ナノ粒子の薄層は、フィルムの表面上に分布され、次いで、異なる屈折率の実質的に平坦化材料でオーバーコーティングされてもよい。

添付図面は本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであって、この明細書の記載と共に本発明の利点と原理を説明する。図面中では、
光抽出フィルムを有するボトムエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置の図。光抽出フィルムを有するトップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置の図。固体照明要素のために特に調節されたＯＬＥＤの図。光抽出フィルムを有するＯＬＥＤバックライトユニットの図。ＬＣＤのバックライトユニットとして使用されるＯＬＥＤを示す図。抽出要素の可能な空間的構成を示す図。抽出要素の可能な空間的構成を示す図。抽出要素の可能な空間的構成を示す図。抽出要素の可能な空間的構成を示す図。抽出要素の可能な表面構成を示す図。抽出要素の可能な表面構成を示す図。抽出要素の可能な表面構成を示す図。抽出要素の可能な表面構成を示す図。抽出要素の可能な表面構成を示す図。

実施形態は、光を抽出するナノ構造体又は他のナノ構造体、ポリマー複製プロセスにおいては、ナノ粒子の直接成膜又はＯＬＥＤ装置のための光抽出フィルムを作製するための他のプロセスを含む。多機能フィルム製品は、光抽出を強化することに加えて、基板、封止材、バリア層、フィルタ、偏光板又は色変換器などの追加の機能の役割を果たすことができ、ＯＬＥＤ装置の製造中又は製造後に用いてもよい。フィルムの構造は、装置内の高屈折率の層と低屈折率の層との間のインターフェースを改質することによる装置からの光抽出の改善された効率に関して、フォトニック結晶又は他のナノ構造体に基づいている。

本発明の要素は、制御される光の波長と同程度又はそれ未満の寸法の構造体の提供と、構造体を囲む領域に充填し、またＯＥＬＤ構造体と接触するようになる、実質的に滑らかな表面を提示するために構造体を平坦化するための、対照的な屈折率を有する材料の提供と、光（すなわち、さもなければ同領域に捕捉されてしまうであろう光）を抽出するのに効果的であるために発光領域から十分短い距離内の、この対照的な屈折率のナノ構造化層の配置と、を含む。

高屈折率の材料からの、低屈折率媒質を有するインターフェースの上への光の入射は、臨界角度θ_Ｃ（θ_Ｃ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）によって定義される）を超える全ての入射角度に関して全反射（ＴＩＲ）し、式中、ｎ_１及びｎ_２は、それぞれ高屈折率領域及び低屈折率領域の屈折率である。ＴＩＲによって反射されたこの光に関する電磁場は、エバネセント定在波内のより低い屈折率の領域の中に延在するが、この電磁場の強度はインターフェースからの距離に伴い急激に減少する。このエバネセント区域内に配置された吸収又は分散体（entities）は、典型的に約１波長の厚さで、ＴＩＲを妨害し、光にインターフェースを通過させることができる。したがって、それが分散又は回折によって放射領域からの光の抽出を生じさせることにおいて最も効果的であるためには、ナノ構造化された屈折率差のある層がエバネセント区域内に位置されることが好ましい。

複製マスターツールは、次第に大きくなる面積の上に、光抽出のために要求される平均周期である２００ナノメートル（ｎｍ）〜２０００ナノメートル（ｎｍ）の規則的又はランダムな構造体で、製造することができる。連続鋳造及び硬化（３Ｃ）などの、ミクロ複製プロセスと、このツールの能力との組み合わせは、フィルム基板の表面上の、フォトニック結晶構造体又は他のナノ構造体の形成を可能にする。３Ｃプロセスの実施例は、以下の特許：米国特許第４，３７４，０７７号、同第４，５７６，８５０号、同第５，１７５，０３０号、同第５，２７１，９６８号、同第５，５５８，７４０号及び同第５，９９５，６９０号に記載されており、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。

用語「ナノ構造体」又は「ナノ構造体（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の、少なくとも１つの寸法（例えば、高さ、長さ、幅、又は直径）を有する構造体を指す。ナノ構造体は、粒子及び設計された形状を含むが、これらに必ずしも限定されない。粒子及び設計された形状は、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、ナノ構造体を有する材料又は層を指す。

用語「フォトニック結晶構造体」は、材料内で可能な電磁場モードのスペクトラム内で、構造体がギャップを作るのを可能にする、十分に異なる屈折率の材料が散在された周期的又は準周期的光学ナノ構造体を指す。

用語「屈折率」は、屈折の率を指す。

用語「充填材」は、構造体内の隙間を充填し、構造体を平坦化するための、構造体とは異なる屈折率の、構造体の中に組み込まれる材料を指す。

用語「抽出要素」は、自発光型光源からの光抽出を強化するナノ構造体の任意のタイプ及び配置を示す。抽出要素は好ましくは、体積分布内に含有されない。

ボトムエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置
図１は、光抽出フィルムを有するフィルム基板を有する、ボトムエミッション型ＯＬＥＤ装置１００の構造体を示す。ボトムエミッション型ＯＬＥＤ装置は、基板を介して発光するＯＬＥＤ装置として定義されている。表１は、図１で提供されている参照番号により識別される、装置１００の代表的な要素及びこれらの要素の配置を記載する。装置１００の各層は、下層上にコーティングすることができ、ないしは別の方法で下層に塗布することができる。

基板１１４は、所望の放射された波長に実質的に透明（透過性）であり、装置に対して十分な機械的支持及び熱安定性をもたらす材料からなる。基板１１４は、好ましくは可撓性材料を含む。基板材料の例には、以下：ガラス、可撓性ガラス、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」）又は他の半透明若しくは透明材料が挙げられる。基板１１４は、所望によりバリア層として機能することもできる。また、基板１１４は所望により染料又は粒子を含有することができ、それはテンターに張られ又はプリズム構造体を含むことができる。

任意のバリア層１１２は、装置の層への、特に有機層への酸素及び水の浸透を効果的に阻止するか又は防ぐのを助ける。バリア層の実施例は、米国特許出願公開第２００６／００６３０１５号（無機バリア層を有する酸化ホウ素層を記載している）及び同第２００７／００２０４５１号（ダイヤモンド様ガラス（ＤＬＧ）及びダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ）を記載している）に記載されており、これらの両方とも参照により本明細書に組み込まれる。

電極１０２及び１０６は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）又は、カルシウム、アルミニウム、金若しくは銀などの、電荷キャリアの注入を行うために好適な仕事関数を有する金属で実施することができる。

有機層１０４は、光放射ポリマーなどの任意の有機エレクトロルミネセント材料で実施することができ、これらの実施例は米国特許第６，６０５，４８３号に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。好適な発光材料の他の実施例には、蒸着した小分子材料、発光デンドリマー、分子分散型（molecularly doped）ポリマー及び発光電気化学セルが挙げられる。

本実施形態における光抽出フィルム１１６は、基板１１４、任意のバリア層１１２、低屈折率構造体１１０及び高屈折率構造体１０８からなる。光抽出フィルムを十分に平坦にしてＯＬＥＤ製造を可能にするために、高屈折率構造体は、低屈折率構造体の上で平坦化層を効果的に供給するための充填材媒質を使用する。充填材層はあるいは、他の光学的特性を有することができる。また、充填材層の材料は、水分若しくは酸素に対するバリアとして機能することができ、又はおそらくバリア特性に追加して、使用される材料のタイプに応じて、電気伝導をもたらすことができる。充填材層は、あるいは光学的に透明な接着剤によって実施することができ、その場合、抽出フィルムは、例えばトップエミッション型ＯＬＥＤ装置に適用することができる。

低屈折率構造体１１０は、下層に、典型的には基板に、実質的に適合する屈折率を有する材料を有する。低屈折率構造体１１０は、ナノ構造化層からなり、これは、フォトニック結晶構造体などの、周期的、準周期的若しくはランダムな分布又はパターンを有することができる。それは別個のナノ粒子を含むことができる。ナノ粒子は、有機材料又は他の材料からなることができ、それらは任意の粒子形状を有することができる。ナノ粒子は、あるいは多孔質粒子で実施することができる。ナノ構造体の分布は、様々なピッチ及び形状寸法を有することもできる。抽出要素又はナノ構造体の少なくとも一部分は、好ましくは可撓性基板と接触し、抽出要素は、その下に隙間を有してもよい。ナノ粒子層は、単層内にナノ粒子で、又はナノ粒子の凝集体を有する層で実施することができる。

有機層からのエバネセント波と同程度のナノ構造体の厚さを使用することにより、装置からの追加の光の抽出のために、エバネセント波のナノ構造体への結合をもたらすことができる。この結合は好ましくは、光抽出フィルムが自発光型光源の発光領域に隣接するとき、発生する。充填材層が構造化層よりも低屈折率を有する場合には、充填材層は好ましくは抽出要素と実質的に等しい厚さを有する。充填材層が構造化層よりも高屈折率を有する場合には、それでもエバネセント波と相互作用することができるのであれば、充填材層は、抽出要素よりも厚くてよい。いずれの場合においても、構造化層及び充填材層は好ましくは、少なくとも部分的に光出力表面からの光の抽出を生じさせるために、光出力表面に十分に近接している。

層１１０内のナノ構造体形状は、以下：圧痕形成、エンボス加工、ナノインプリント、熱又は光ナノインプリントリソグラフィ、射出成形又はナノ転写プリントなどの、サブミクロン形状の複製のための任意の印刷技術を使用して製造することができる。抽出要素を製造するための別の技法は、米国特許６，２１７，９８４号の実施例１８に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。

高屈折率構造体１０８は、隣接する低屈折率ナノ構造化層に屈折率差をもたらす、高屈折率材料であり、同層に効果的な平坦層をもたらす。発光波長におけるナノ構造化層１１０と充填材媒質１０８との間での屈折率の不適合はΔｎで示され、Δｎのより大きな値は一般に、より良好な光抽出をもたらす。Δｎの値は好ましくは０．３、０．４、０．５又は１．０以上である。抽出要素と充填材媒質との間の屈折率の不適合はいずれも、光抽出をもたらす。しかし、より大きな不適合は、より多くの光抽出をもたらす傾向があるので好ましい。充填材媒質１０８のために好適な材料の実施例には、高屈折率無機材料、高屈折率有機材料、ナノ粒子で充填されたポリマー材料、窒化シリコン、高屈折率の無機材料で充填されたポリマー及び高屈折率の共役ポリマーが挙げられる。高屈折率ポリマー及びモノマーの実施例は、Ｃ．ヤング（Yang）らの「ケミストリー・オブ・マテリアルズ（Chem.Mater.）」（１９９５年、７号、１２７６頁）及びＲ．ブルジンスキ（Burzynski）らの「ポリマー（Polymer）」（１９９０年、３１号、６２７頁）並びに米国特許第６，００５，１３７号に記載されており、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。高屈折率の無機材料で充填されたポリマーの実施例は、米国特許第６，３２９，０５８号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。充填材層は、例えば以下の方法：液体コーティング、蒸着コーティング、粉体コーティング又は積層、の１つを使用して、平坦化層を形成するために塗布することができる。

ＯＬＥＤ装置のためのアノードとして働くための機能性は、ＩＴＯ（ｎ〜１．９〜２．１）などの高屈折率で、高透過性及び低シート抵抗を有する透明な電極をその上に成膜することによって構造に付加され得る。層が、光学的又は電気的特性に悪影響を与えず、構造体を充填し滑らかな層へと形成することができる場合、ＩＴＯは更に、構造体のための充填材として使用してもよい。あるいは、充填及び平滑化の後、代替の金属及び有機層が、米国特許出願公開第２００４／００３３３６９号（参照により本明細書に組み込まれる）に記載の方法で透明な伝導性被覆層を形成するために成膜されてもよい。

フォトニック結晶構造体又はナノ構造体の抽出パターンの機能性における更なる可撓性は、フォトニック準結晶構造体の使用を通じて得ることができる。これらの準結晶構造体は、タイリング法（tiling rules）を使用して設計され、それらは真の周期性又は並進対称性のいずれも有さないが、長期的秩序の準周期性及び配向対称性を有し、それらの実施例は以下の参照：Ｂ．チャン（Zhang）ら「電流注入されたＧａＮベースの発光素子における人工窒化ガリウム／大気の周期的ナノ構造体の効果（Effects of the Artificial Ga-Nitride/Air Periodic Nanostructures on Current Injected GaN-Based Light Emitters）」（「フィジカステイタスソリディ（Phys.Stat.Sol.）（ｃ）」、２００５年、２（７）、２８５８〜６１頁）に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。フォトニック準結晶構造体は、全ての伝搬方向に関して擬ギャップの可能性を提供し、それらは特有の光散乱動作を示す。特に、準フォトニック結晶構造体のこれらのパターンは、従来のフォトニック結晶構造体の規則性に起因する人為的な影響を削除することができ、それらは固有の発光プロファイルを作り出すために使用することができ、広帯域のＯＬＥＤエミッタと共に動作するときの、望ましくない色効果をおそらく削除することができる。フォトニック結晶構造体は、以下の特許：米国特許第６，６４０，０３４号、同第６，９０１，１９４号、同第６，７７８，７４６号、同第６，８８８，９９４号、同第６，７７５，４４８号及び同第６，９５９，１２７号に記載され、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。

実施形態は、回折又は散乱ナノ構造体のフィルム製品の中への組み込みを含むことができ、これは例えば、高屈折率充填材媒質の成膜が後に続く、３Ｃ複製プロセスに供給されるポリマーフィルム又は超バリア（ultrabarrier）コーティングされたフィルム基板を有するウェブライン上で連続的に製造することができる。フィルムの中に回折又は分散ナノ粒子を組み込む代替的な方法は、粒子の分散をコーティングする溶液を含む。このフィルムは、その上にボトムエミッション型ＯＬＥＤが製造される基板として直接使用されるために設計されてもよく、光抽出の強化に加えて、多くの使用が可能であるフィルムの製造を可能にする。

任意の超バリアフィルム上の抽出構造を形成することによって、追加の機能性を光抽出フィルム製品の中に組み込むことができ、これは優れた水分及び酸素バリア特性をもたらす。超バリアフィルムは、例えば、米国特許第５，４４０，４４６号、同第５，８７７，８９５号及び同第６，０１０，７５１号（これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ガラス又は他の好適な基板上の多数の層内に連続的に２つの無機誘電性材料を真空蒸着することにより、あるいは無機材料の層と有機ポリマーの層とを交互に並べることにより、作製された多層フィルムを含む。

分散を介して光抽出を強化するため又は光をフィルタリングする、カラーシフトさせる又は偏光させるための材料をフィルム内に組み込んでもよい。最後に、表面コーティング又は構造体、例えば機能層１１５は、光抽出フィルムの機能性及びおそらく価値を更に増加させるために、光抽出フィルムの空気表面に適用することができる。かかる表面コーティングは、例えば光学的、機械的、化学的又は電気的機能を有することができる。かかるコーティング又は構造体の実施例は以下の機能又は特性：防曇、帯電防止、惑光防止、反射防止、耐摩耗（耐引掻）、防汚、疎水性、親水性、接着促進、屈折要素、カラーフィルタ、紫外線（ＵＶ）フィルタ、スペクトルフィルタ、色ずれ、色修正、偏光修正（線形若しくは円形）、光再指向、拡散又は光学回転、を有するものが挙げられる。空気表面に適用される、他の可能な層には、バリア層又は透明な導電性材料が挙げられる。

トップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置
図２は光抽出フィルムを有するフィルム基板を有する、トップエミッション型ＯＬＥＤ装置１２０の構造を示す。表２は、図２で提供されている参照番号により識別される、装置１２０の例示の要素及びこれらの要素の配置を示す。装置の各層は、下層上にコーティングされるか、ないしは別の方法で下層に塗布されてもよい。図１及び２に示される構成は、例示目的のためにのみ提供され、ボトムエミッション型及びトップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置の他の構成も可能である。

本実施形態の光抽出フィルム１４２は、基板１２２、任意のバリア層１２４、低屈折率構造体１２６及び高屈折率構造体１２８からなる。低屈折率構造体１２６及び高屈折率構造体１２８は、上記に例示の材料及び構造体で実施することができる。層１２８及び１３０は所望により単一層で実施することができる。基板１２２及び１４０、任意のバリア層１２４、電極１３２及び１３８、並びに有機層１３６は、上に記した例示の材料で実施することができる。

任意の薄膜封止材１３４は、例えば、水分及び酸素から有機層を保護するための任意の好適な材料で実施することができる。ＯＬＥＤ装置の封止材の実施例は、米国特許第５，９５２，７７８号及び米国特許出願第１１／４２４９９７号（２００６年６月１９日出願）に記載されており、これらは両方とも参照により本明細書に組み込まれる。

ＯＬＥＤ装置、特に図２に示されるているようなトップエミッション型ＯＬＥＤ装置は、所望により、典型的には反透明な電極上に、薄膜封止材を成膜することにより完成される。ＯＬＥＤ装置のこの構造は、利点をもたらし、特に装置の製造の完成後に臨界高屈折率の装置から空中のインターフェースへのアクセスを作り、光抽出フィルムのアプリケーションのための積層プロセスを可能にする。トップエミッション型ＯＬＥＤ装置に関して、実施形態はボトムエミッション型ＯＬＥＤ装置に関して上記のように、光抽出フィルムを含む。あるいは、ＯＬＥＤ装置を光抽出層に光学的に結合するために、好適な高屈折率接着剤と組み合わされて光学層１３０として機能するとき、フィルムはトップエミッション型ＯＬＥＤ構造体上のキャップ（capping）層であるように設計することができる。封止材の材料それ自体は、光抽出層を形成するためのナノ構造体を充填する屈折率差のある材料として機能してもよい。

ＯＬＥＤ固体（solid state）照明要素
トップエミッション型ＯＬＥＤ装置１２０又はボトムエミッション型ＯＬＥＤ装置１００は、ＯＬＥＤ固体照明要素を実施するために使用することもできる。上記に示した基板に加えて、トップエミッション型ＯＬＥＤ固体照明装置に有用な、可撓性金属箔を含む基板の実施例は、以下の論文：Ｄ．Ｕ．ジン（Jin）らの「ステンレス鋼箔上の、１４ｃｍ（５．６インチ）の可撓性フルカラートップエミッション型ＡＭＯＬＥＤディスプレイ（14 cm（5.6-inch）Flexible Full Color Top Emission AMOLED Display on Stainless Steel Foil）」（「ＳＩＤ０６ダイジェスト（DIGEST）」、２００６年、１８５５〜１８５７頁）；及びＡ．チュワン（Chwang）らの「可撓性ステンレス鋼基板上のフルカラー１００ｄｐｉＡＭＯＬＥＤディスプレイ（Full Color 100 dpi AMOLED Displays on Flexible Stainless Steel Substrates）」（「ＳＩＤ０６ダイジェスト（DIGEST）」２００６年、１８５８〜１８６１頁）に記載されており、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。

図３は、固体照明装置における使用のために、空間的に調節されたＯＬＥＤ装置を有する装置２２０を示す図である。装置２２０は、複数のＯＬＥＤ装置２２３、２２４、２２５及び２２６を支持する基板２２２を含み、これらのそれぞれは、ボトム又はトップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置に関して上記の構造体に対応することができる。ＯＬＥＤ装置２２３〜２２６のそれぞれは、線２２８及び２３０によって示されているように個々に制御することができ、これは装置２２３〜２２６においてアノード及びカソードに電気的接続をもたらす。装置２２０は、電気的接続を有するＯＬＥＤ装置２２３〜２２６を任意の数だけ含むことができ、基板２２２はそれらを収容するような大きさとすることができる。装置２２３〜２２６の個々の制御は、接続部２２８及び２３０を介して、それらが個々に又はグループで特定のシーケンス又はパターンで点灯されるように、それらの空間的調節を提供してよい。装置２２０は固体照明において、例えば剛性又は可撓性基板２２２上で使用することができる。

ＯＬＥＤバックライトユニット
図４は光抽出フィルムを有するトップエミッション型ＯＬＥＤバックライトユニット１８０の図である。表３は、図４に提供されている参照番号により識別される、バックライトユニット１８０の例示の要素及びこれらの要素の配置を記載する。バックライトユニット１８０の各層は、下層上にコーティング、ないしは別の方法で下層に塗布することができる。あるいは、ボトムエミッション型ＯＬＥＤはバックライトユニットのために使用することもできる。

本実施形態における光抽出フィルム２０８は、任意のプリズム層１８４、任意のディフューザー１８８、低屈折率構造体１９０及び高屈折率構造体１９２からなる。低屈折率構造体１９０及び高屈折率構造体１９２は、上記の例示の材料及び構造で実施することができる。本実施形態の他の要素は、表３に提供されているとおり、上に記した例示の材料で実施することができる。層１９２及び１９４は、あるいは、単一層で実施することができる。

図５は、ＬＣＤパネル２４０のための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトユニット２４２として使用されるＯＬＥＤ装置を示す図である。バックライトユニット２４２は構造体１８０と対応することができる。バックライトユニット２４２はあるいは、図３に示される空間的に調節された照明パネルで実施され得る。ＬＣＤパネル２４０は典型的には、バックライト及び駆動電子機器を除く、ＬＣＤ装置全体を含む。例えば、ＬＣＤパネル２４０は、典型的には、バックプレーン（サブピクセル電極）、フロント及びバックプレート、液晶層、カラーフィルタ層、偏光フィルタ、並びに場合によっては他のタイプのフィルムを包む。バックライトとしてのＯＬＥＤ装置の使用は、ＬＣＤのための薄くて、低消費電力のバックライトを提供することができる。ＬＣＤパネル部品及びバックライトユニットの実施例は、米国特許第６，８５７，７５９号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。

高屈折率／低屈折率領域及び表面の構成
図６〜９は抽出要素の、可能な空間的構成を示す図である。図６は、ナノ構造体の規則的なパターンを有する低屈折立構造体２５０を、ナノ構造体の上に平坦化層を供給する高屈折率構造体２５１と共に示す。構造体２５０及び２５１は、低屈折率基板２４６とＯＬＥＤ装置領域２４７との間に配置されている。図７は、ナノ構造体の不規則的なパターンを有する低屈折立構造体２５２を、ナノ構造体の上に平坦化層を供給する高屈折率構造体２５３と共に示す。構造体２５２及び２５３は、低屈折率基板２４８とＯＬＥＤ装置領域２４９との間に配置されている。図６及び７において、低屈折率構造体及び高屈折率構造体は、基板とＯＬＥＤ装置（発光）領域との間に配置されている。

図８は、低屈折率充填材領域２５４内の高屈折率抽出要素２５５を、平坦化層を供給する低屈折領域２５４と共に示す。抽出要素２５５及び充填材２５４は、低屈折率基板２６０とＯＬＥＤ装置領域２５９との間に配置されている。図９は、高屈折率充填材領域２５６内の低屈折率抽出要素２５７を、平坦化層を供給する高屈折率領域２５６と共に示す。抽出要素２５７及び充填材２５６は、低屈折率基板２６１とＯＬＥＤ装置領域２６２との間に配置されている。図８及び９に示されている実施形態において、抽出要素はエバネセント区域に集中している。図６〜９に示されている層は、上記の低屈折率構造体及び高屈折率構造体のパターン及びインターフェースを示す。

図１０〜１４は抽出要素の可能な表面構成を示す平面図である。図１０及び１１は、抽出要素の規則的な周期的アレイを示す。図１２は、抽出要素のランダムな分布を示す。図１３は、抽出要素のパターン形成された領域を示す。図１３は、特に、規則的パターン２６４又は不規則的パターン２６５においてあり得る、形状２６３の異なる分布内に散在する形状の一部分を示す。規則的パターン２４６又は不規則的パターン２６５はそれぞれ、異なる分布２６３に沿って、それぞれが、抽出要素の周期的、準周期的又はランダムな分布を有してもよい。かかるパターンの領域は、これらの領域での光の特定の波長（例えば赤、緑及び青の光に対応する波長）の抽出を最適化するのに有用であることができる。その場合、抽出領域は、ディスプレイ装置のピクセルを含む赤、緑及び青の領域に対応し、かつ整列することができ、各抽出領域は、対応する赤、緑及び青の領域から光を抽出するためにそれぞれ最適化することができる。図１４は抽出要素の準結晶（傾斜したパターン）を示す。

抽出要素の作製のための技法の実施例は、米国特許出願第１１／５５６７１９号（２００６年１１月６日出願）に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。図１０〜１４は、上記のナノ構造体又は他の抽出要素の可能な表面構成を、ナノ構造体の上に平坦化層を供給する充填材媒質と共に示す。

追加の技法は、ナノスケール領域を、可撓性ポリマーウェブ上に成膜された感光性ポリマーに露光させるためのリソグラフィ又は干渉リソグラフィの使用を含むことができる。露光及び現像工程の後、残った感光性ポリマーは、次いでナノ構造化表面を画定する。あるいは、このナノ構造化感光性ポリマー表面は、エッチングプロセスにおいて表面の露光のためのエッチングマスク（etch mask）として機能することができる。このエッチング技法は、ナノスケールのパターンを、下層のポリマーウェブの表面の中に又は酸化ケイ素などの更に硬質な材料の層（これはリソグラフィの工程の前にポリマーウェブ上にすでに成膜されている）の中に転写する。これらの方法のいずれかで画定されたナノスケール表面は、次いで、屈折率差のある媒質と共に充填され、光散乱又は回折層を形成することができる。

光抽出のためのナノ粒子の分布
本実施形態は、例えば、ＩＴＯ、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４、本明細書においてＳｉＮと示される）、ＣａＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＡＴＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｓｎ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＴｉＮ又は任意の他の高屈折率材料などのナノ粒子を、ＯＬＥＤ製造又は封止において使用される基板上にコーティングし、次いで低屈折率コーティング、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＤＬＧ、ＤＬＣ又はポリマー材料をナノ粒子の上にコーティングして、散乱又は回折効率のために必要となる屈折率差を提供し、かつ表面を平坦化することによって作製された、ランダムに分布された高屈折率のナノ構造を含む、屈折率差のあるフィルムを使用して、ＯＬＥＤからの強化された光抽出を提供する。ランダムに分布したナノ構造は、基板と接触する、基板と近接する、共に所々に群をなす，又は基板に近接する任意のランダムな構成であり得る。潜在的に同様の有効性をもたらす逆の構造は、ＳｉＯ_２、多孔質ＳｉＯ_２、ホウケイ酸（ＢＫ）、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＣａＦ、ＬｉＦ、ＤＬＧ、ＤＬＣ、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ＰＥＴ、低屈折率ポリマーなどの低屈折率ナノ粒子若しくはナノ構造、又は、真空蒸着されたＳｉ_３Ｎ_４又は溶剤がコーティングされた粒子充填ポリマー若しくは高屈折率ポリマーなどの対照的な高屈折率フィルタ材料を有する任意の他の低屈折率材料の、ランダムな分布を含むことができる。

スピンコーティング、ディップコーティング及びナイフコーティングなどのコーティングプロセスは、表面上のナノ粒子を分布させるために使用してもよく、同様なプロセスが、充填材／平坦化層をコーティングするために使用されてもよい。かかる技法の使用は、プロセスを簡易で、製造規模への移行が容易で、かつウェブライン又はロールツーロールプロセスを介して製造されたフィルム製品への組み込みに適したものにするべきである。

ある特定の方法は、第１の屈折率を有するナノ粒子を可撓性基板の上に塗布し、ナノ粒子上に充填材層をオーバーコーティングし、それらの上に平坦化層を形成することを含む。充填材層は、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する材料を含む。好ましくは、光学フィルムが、自発光型光源に対して配置されたとき、ナノ粒子の相当な部分が自発光型光源の発光領域に隣接するエバネセント区域内にある。例えば、ナノ粒子の相当な部分が、基板と接触し、エバネセント区域内であることができるが、いくつかの実施形態においては、エバネセント区域内のナノ粒子の相当な部分が基板と接触する必要はない。

ナノ粒子を塗布することは、溶媒内に分散されたナノ粒子を可撓性基板の上にコーティングし、充填材層をオーバーコーティングする前に溶液を蒸発させることを含んでもよい。ナノ粒子を塗布することは、それらを乾燥状態で可撓性基板に塗布し、次いで充填材層でそれらをオーバーコーティングすることを含んでもよい。この方法の代替は、剥離剤付きの基板を使用することを含み、ここでは、粒子は剥離剤付きの基板に塗布され、粒子を有する基板は、それと接触する粒子と共に装置基板に適用され、次いで基板は、装置基板に粒子を移動させるために剥離される。

複製方法
ナノ構造を有するマスターツールを形成するための１つの解決方法は、干渉リソグラフィの使用を含む。１００ｎｍ〜１５０ｎｍほど小さい規則的な周期的形状は、この方法を使用して急速に描画することができる。利点はこれらのパターンを広い面積にわたって描画できることを含み、これは製造に対してプロセスをより受け入れやすくすることができる。

パターンの複製のためのマスターツールの製造は以下を含むことができる。基板はフォトレジストの被覆層でコーティングされ、次いで、１つ以上のＵＶ干渉パターンで照射され、所望の形状寸法を有する規則的なパターンにレジストを露光する。レジストの現像は次いで、ホール（hole）又はポスト（post）のアレイを残す。このパターンはエッチングプロセスを介して下層の基板の中に実質的に転写することができる。もし基板材料が複製ツールとして使用するのに適していない場合、マスターツールは標準的な電鋳プロセスを使用して作製することができる。この金属複製は、次いでマスターツールになる。

別の方法は、ランダムに分布したナノ構造を有するマスターツールを形成することを含む適切な寸法の、かつ凝集を防止するのに適切な表面改質が施されたナノ粒子を含む溶液が調製される。かかる溶液を調製するための方法は一般に、分散される特定のナノ粒子に特有であり、一般的な方法は他の文献、例えば、米国特許第６，９３６，１００号及びモレキュラー・クリスタルズ・アンド・リキッド・クリスタルズ（Molecular Crystals and Liquid Crystals）（２００６年、４４４号、２４７〜２５５頁）に記載されており、これらの両方は参照により本明細書に組み込まれる。溶液は次いで、ナイフコーティング、ディップコーティング又は噴射コーティングを含む様々な溶液コーティング技法の１つを使用して、可撓性基板の上にコーティングされる。プラズマエッチングなどの方法を使用する基板の前処理は、溶液コーティングの均一性を保証するために必要とされ得る。溶液の蒸発の後、ナノ粒子は顕微鏡的にはランダムに、しかし肉眼的には均一になるように分布させるべきである。上記の、均一なツール製造プロセスでの場合のように、このパターンは次いで、エッチング又はエンボスプロセスを介して下層の基板材料に移動させることができ、あるいは金属ツールは標準的な電鋳プロセスを使用して作製することができる。

これらの場合のいずれかにおいて、平坦なマスターツールが製造された場合、そのマスターツール又はその複製は、米国特許第６，３２２，６５２号（これは参照により本明細書に組み込まれる）に記載のように大きなツールを形成するために一緒に組み合わされてもよく、又はロールツーロール複製プロセスに適合するために円筒状のツールに形成されてもよい。

いったんマスターツールが製造されると、ポリマーの中への構造体の複製は、３Ｃプロセスなどの様々な複製プロセスの１つを使用して行うことができる。この複製のための基板は、選択された複製プロセスと適合性のある任意のポリマーシートであることができ、それは上記の超バリアフィルムで既にコーティングされていてもよい。次いで、充填は、例えば、ＳｉＮ又はＩＴＯなどの高屈折率材料を成膜することができる化学蒸着（ＣＶＤ）又はスパッタリングプロセスにて下流で実施され、これは構造体を充填し、次いで平坦にして滑らかな層にすることができる。ＳｉＮが使用される場合、導電性の上層が要求されるならば、ＩＴＯ成膜プロセスがこの後に続いてもよい。あるいは下流の充填は、適切な材料を使用する溶液コーティングプロセスで実施されてもよい。

表４は、実施例にて使用された材料のための定義及び調達元を提供する。

実施例１−厚く高屈折率の蒸着された充填材を有する低屈折率ナノ構造体の周期的アレイ
ナノ構造体の規則的周期的アレイは、干渉リソグラフィを使用して低屈折率ポリマー層の中に製造された。２ビーム干渉に関して、縞のピーク間隔は（λ／２）／ｓｉｎ（θ／２）によって与えられることが知られており、式中、λは波長であり、θは２つの干渉波間の角度である。この技法は、構造体のパターン形成を露光波長の１／２ほども小さくすることができる。

この実施例に関してＵＶ感光性フォトレジスト（ＰＲ）の薄膜は薄いガラス基板の上にスピンコーティングされた。ＰＲは次いで、３２５ｎｍのアルゴンイオンレーザーから２ビーム干渉パターンによって露光され、高強度及び低強度の周期的パターンがＰＲにおいて５２０ｎｍの周期の露光された領域の線を作製した。基板は次いで、９０度回転され、別の露光がなされた。これは、現像の後、ＰＲにおいて、５２０ｎｍ間隔のホールを有する矩形のホールのパターンとなり、ホールの寸法は約２５０ｎｍであり、ホールの深さは約２００ｎｍである。このパターンは次いで、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）のＳｉ_３Ｎ_４により実施例３に記載の方法で厚さ１０００ｎｍの厚さに充填された。

実施例２−薄く高屈折率の、平坦化され蒸着された充填材を有する低屈折率ナノ構造体の周期的アレイ
より高度な平坦化を得るために、フォトレジスト（サウスカロライナ州スパータンバーグ（Spartanburg）のエレクロトマテリアルズ社（Electronic Materials Inc.）から入手可能なシプレイ（Shipley）ＰＲ１８１３など）の厚い層（１．３マイクロメートル）が、実施例１で調製されたような基板を使用して、スピンコーティングによってＳｉＮ層の上にコーティングされた。次いで、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が、ＰＲ及びＳｉＮの一部をエッチングして除去するために実施された。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ、モデルプラズマラボ（PlasmaLab）（商標）システム１００、オックスフォード・インストゥルメンツ（Oxford Instruments）（英国、ヤットン（Yatton））から入手可能）が、表５に記載の条件に従って実施された。

この光抽出構造体は次いで、基板全体を被覆するＩＴＯを除き、実施例３に記載されているものと同様な方法で、ボトムエミッション型の緑のＯＬＥＤの成膜のために基板として機能した。この場合、ＯＬＥＤ層は４０ミリメートル（ｍｍ）×４０ｍｍのシャドーマスクを介して、以下の順序：２．８％ＦＴＣＮＱでドーピングされた３０００ÅＭＴＤＡＴＡ／４００ÅＮＰＤ／１％のＣ５４５Ｔでドーピングされた３００ÅＡＩＱ／７ÅＬｉＦで成膜された。この４０ｍｍ×４０ｍｍシャドーマスクは、数個の平行な３ｍｍ×２５ｍｍ開口部を含むマスクに置き換えられ、それを介して２５００ÅのＡｌカソード金属が次いで成膜された。これは、複数の個別にアドレス可能な３ｍｍ×２５ｍｍピクセルを含むＯＬＥＤ装置をもたらした。

得られたＯＬＥＤからのカソードストライプから放射された光が観察された。カソードストライプは、周期的なパターンを有する面積及び有さない面積の上を通過し、両方の領域にわたって同じ電圧を印加された状態で、パターン形成された領域及びパターン形成されていない領域を同時に観察することを可能にする。周期的なパターンを有する面積が周期的なパターンを有さない面積よりも明るいということは、きわめて明瞭であった。

実施例３−高屈折率平坦化層を有する低屈折率ナノ粒子のランダムな分布
シリカ（ＳｉＯ_２）ナノ粒子（ＮＰ）の市販のゾルを基板に塗布し、１００℃で５分間乾燥させることによって、ＮＰのコーティングが、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上に作製された。ゾルは、ＳｉＯ_２ナノ粒子懸濁４６重量％水溶液（ナルコ社（Nalco Company）、イリノイ州ネーパビル（Naperville）、Ｗディールロード（Diehl Rd.）１６０１））からなる。このゾル内の粒子寸法は、６０ｎｍ〜３００ｎｍ直径の範囲であり、平均直径２４４ｎｍを有する。あるいは、２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲において少なくとも１つの寸法（例えば直径）を有する粒子を使用することも可能である。

ナノ粒子をガラス基板の一部にコーティングした後、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の３００ｎｍ厚さの層が、基板のＳｉＯ_２ＮＰ及びベアガラス部分の上に、表６に記載されたパラメータを使用して、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ、モデルプラズマラボ（PlasmaLab）（商標）システム１００、オックスフォード・インストゥルメンツ（Oxford Instruments）（英国、ヤットン）から入手可能）によってコーティングされた。

ＳｉＮコア層の屈折率はメトリコン（Metricon）モデル２０１０プリズムカプラー（Prism Coupler）（メトリコン社（Metricon Corporation）、ニュージャージー州ペニントン（Pennington））を使用して測定され、結果として得られたＳｉＮ表面の１．８．ＳＥＭ画像は、残渣の偏差は残っているが、３００ｎｍのＳｉＮコーティングによってＳｉＯ_２ＮＰ表面の粗さは大きく削減されたということを示す結果であるということが判明した。

屈折率差のあるナノ構造化光散乱層をＯＬＥＤの中に組み込むために、１１０ｎｍのＩＴＯが、ＯＬＥＤアノードとして機能するために、５ｍｍ×５ｍｍの画素化されたシャドーマスクを介して、ＳｉＮ上に成膜された。その後、単一の緑の有機放射層及びカソードが、ＯＬＥＤを完成させるために成膜された。ＯＬＥＤは標準的な熱蒸着によって、ベルジャー型真空システム内で製造された。ＯＬＥＤ層は以下の順で５ｍｍ×５ｍｍＩＴＯピクセルを被覆する４０ｍｍ×４０ｍｍシャドーマスクを介して成膜された：２．８％ＦＴＣＮでドーピングされた３０００Å ＭＴＤＡＴＡ／４００Å ＮＰＤ／１％Ｃ５４５Ｔでドーピングされた３００Å ＡｌＱ／２００Å ＡｌＱ／７ÅＬｉＦ。５ｍｍ×５ｍｍのシャドーマスクは、次いで再配列され、Ａｌ金属の２５００Åが成膜され、ピクセルの頂部に接触するカソードが形成された。これは、ナノ粒子の上に成膜されたいくつかのピクセル及びナノ粒子の上に成膜されていない他のピクセルを有する、複数の個別にアドレス可能な５ｍｍ×５ｍｍピクセルを含むＯＬＥＤ装置をもたらした。

得られたＯＬＥＤのカソードから放射された光が観察された。ナノ粒子コーティングを有するこれらの装置が、ナノ粒子コーティングを有さないが、同一条件下で調製された装置よりも質的に明るいということは明らかだった。これらの装置についてのその後の定量的な測定は、これらの結果を実証した。装置を同一の電圧で駆動するか同一の電流で駆動するかに関わらず、改質を行った装置に関して、インターフェースの改質のない装置を超える、明るさにおける著しい増加が観察された。効率測定（カンデラ毎アンペア）は、この単純な改質で約４０％の改善を示す。

実施例４−低屈折率充填材を有する高屈折率ナノ粒子のランダムな分布
ＩＴＯＮＰの市販のゾルを基板に塗布し、５分間１００℃で乾燥させることによって、高屈折率ＮＰのコーティングが、ガラス基板上に作製された。ゾルは、２０重量パーセントの、ＩＴＯナノ粒子懸濁溶液（１：１のイソプロパノール／水）（アドバンスト・ナノ・プロダクツ社（Advanced Nano Products Co. LTD.）、韓国、忠清北道中原郡（Chungwon-kun, Chungcheonbuk-do））で構成された。このゾル内の粒子寸法は、直径３０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、８６ｎｍの平均直径を有する。ナノ粒子をガラス基板の一部にコーティングした後、酸化ケイ素の２００ｎｍ〜４００ｎｍの厚さの層が、基板のＩＴＯ−ＮＰ及びベアガラス部分の上に、表７に記載されたパラメータを使用して、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ、モデルプラズマラボ（PlasmaLab）（商標）システム１００、オックスフォード・インストゥルメンツ（Oxford Instruments）社（英国、ヤットン（Yatton））から入手可能）によってコーティングされた。

これらのパラメータで、酸化ケイ素フィルムに関して１．４６の屈折率を得ることができ、ＩＴＯの屈折率は約１．９５である。ＰＥＣＶＤプロセスの完了で、低屈折率充填材を有する高屈折率ナノ粒子が生成した。次の、この改質された基板上へのＯＬＥＤ装置の成膜は、パターン化されていない部分と比較したとき、ＮＰを有するパターン化された装置の部分から抽出された光の、大きな強化という結果をもたらした。効率測定（カンデラ毎アンペア）は、この単純な改質で約６０〜８０％の改善を示す。

実施例５−バリアコーティングを有する可撓性シート上のナノスケール構造体の製造
その上に酸素／水分バリア層が事前に成膜されているフィルムで、実験は開始された。このバリアフィルムは典型的には、第１のポリマー層でオーバーコーティングされ、並びに少なくとも１つの第２のポリマー層によって分離された、少なくとも２つの可視光の透過性無機バリア層で更にオーバーコーティングされたＰＥＴを含む。かかるバリアフィルムは、２３℃及び相対湿度９０％で、０．００５ｃｃ／ｍ^２／日未満の酸素透過率を立証し、例えば、米国特許第７，０１８，７１３号及び同第６，２３１，９３９号において、より詳細に記載され、これらは参照により本明細書に組み込まれる。

これらのバリアフィルムの試料は、２．５ｃｍ×２．５ｃｍ（１インチ×１インチ）の小片に切断され、メタノール及び蒸留水で洗浄された。フォトレジスト（シプレイ（Shipley）ＵＶ５）の層が成膜され、次いで６０秒間１３５℃でベーキングされ、０．５６マイクロメートルの厚さのコーティングが製造された。この試料は次いで、上記の実施例１に記載のとおり干渉レーザービームに露光され、露光された要素の矩形のアレイを製造した。得られたパターンは各方向において１．６マイクロメートルの周期性及び約５０％の通電率を有した。試料は次いで、ホットプレート上に配置され、９０秒間１３０℃でベーキングされた。試料は冷却された後、それは次いで現像槽（ローム・アンド・ハース（Rohm & Haas）からのＭＦ−ＣＤ−２６）内に１０秒間、攪拌しながら配置された。空気中で約３時間乾燥した後、試料は次いでホットプレート上で１分間１３０℃で加熱され、すべての残留する水分を取り除いた。

得られたフィルムは、介在するバリア層を有する可撓性基板上に配置された、光抽出に有用なナノ構造体の例である。このフィルムは、図１内の要素１１０、１１２及び１１４並びに図２内の要素１２６、１２４及び１２２に対応する。

実施例６−バリアコーティングを有する可撓性シート上の低屈折率充填材を有する、高屈折率ナノ粒子のランダムな分布
その上に酸素／水分バリア層が事前に成膜されているフィルムで、実験は開始された。このバリアフィルムは典型的には、第１のポリマー層でオーバーコーティングされ、並びに少なくとも１つの第２のポリマー層によって分離された、少なくとも２つの可視光透過性無機バリア層で更にオーバーコーティングされたＰＥＴを含む。かかるバリアフィルムは、２３℃及び相対湿度９０％で、０．００５ｃｃ／ｍ^２／日未満の酸素透過率を立証し、例えば、米国特許第７，０１８，７１３号及び同第６，２３１，９３９号において、より詳細に記載され、これらは参照により本明細書に組み込まれる。

これらのバリアフィルムの試料は、５ｃｍ×５ｃｍ（２インチ×２インチ）の小片に切断された。ＩＴＯＮＰの市販のゾルを基板に塗布し、５分間１００℃で乾燥させることによって、高屈折率ＮＰのディップコーティングが、可撓性シート上に作製された。ゾルは、２０重量パーセントの、ＩＴＯナノ粒子懸濁溶液（１：１のイソプロパノール／水）（Ｌｏｔ−３Ｍ−０６０３３０−１、アドバンスト・ナノ・プロダクツ社（Advanced Nano Products Co. LTD.）、韓国、忠清北道中原郡（Chungwon-kun, Chungcheonbuk-do））で構成された。このゾル内の粒子寸法は、直径３０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、８６ｎｍの平均直径を有する。ナノ粒子を可撓性シート基板の一部にコーティングした後、酸化ケイ素の２００ｎｍ〜４００ｎｍの厚さの層が、基板のＩＴＯ−ＮＰ及びベア可撓性シート部分の上に、表７に記載されたパラメータを使用して、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ、モデルプラズマラボ（PlasmaLab）（商標）システム１００、オックスフォード・インストゥルメンツ（Oxford Instruments）（英国、ヤットン（Yatton））から入手可能）によってコーティングされた。

これらのパラメータで、酸化ケイ素フィルムに関して１．４６の屈折率を得ることができ、ＩＴＯＮＰの屈折率は約１．９５である。ＰＥＣＶＤプロセスの完了で、低屈折率充填材を有する高屈折率ナノ粒子が生成された。次の、この改質された基板上へのＯＬＥＤ装置の成膜は、パターン化されていない部分と比較したとき、ＮＰを有するパターン化された装置の部分から抽出された光の、大きな強化という結果をもたらした。

これらの装置についてのその後の定量的な測定は、これらの結果を実証した。装置を同一の電圧で駆動するか同一の電流で駆動するかに関わらず、改質された装置に関して、インターフェースの改質のない装置を超える、明るさにおける著しい増加が観察された。効率測定（カンデラ毎アンペア）は、この単純な改質で約１００％の改善を示す。
以下に、本願発明に関連する発明の実施形態について列挙する。
［実施形態１］
自発光型光源からの光抽出を強化するための多機能光学フィルムであって、
可撓性基板と、
第１の屈折率を有する抽出要素の構造化層であって、前記光学フィルムが前記自発光型光源に対して配置されたとき、前記抽出要素の実質的な部分が、前記自発光型光源の発光領域に隣接するエバネセント区域内にある、構造化層と、
前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む充填材層であって、該充填材層が、前記抽出要素の上で平坦化層を形成する、充填材層と、を含む多機能光学フィルム。
［実施形態２］
前記充填材層が、前記抽出要素よりも低い屈折率を有し、前記充填材層が、前記抽出要素の前記層の厚さとほぼ等しい厚さを有する、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態３］
前記充填材層が、前記抽出要素よりも高い屈折率を有する、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態４］
前記抽出要素が、ナノ構造化形状を含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態５］
前記ナノ構造化形状が、ナノ粒子又は複製された形状を含む、実施形態４に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態６］
以下の機能：カラーフィルタ；カラーシフト；偏光修正；反射防止；光再指向：拡散；又は光学回転、の少なくとも１つを有するコーティングを更に含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態７］
前記基板に塗布され、以下の機能：耐摩耗；防汚；疎水性；又は親水性、の少なくとも１つを有するコーティングを更に含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態８］
前記充填材層材料が、以下：無機材料；有機材料又はナノ粒子充填されたポリマー材料、の１つを含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態９］
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との差が、０．３以上である、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１０］
前記ナノ構造化形状が、以下：形状の周期的若しくは準周期的アレイ；形状のランダムな分布；又は形状の異なる分布内に散在した、形状の周期的若しくは準周期的アレイの部分、の１つを含む、実施形態４に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１１］
前記基板が、以下：ガラス；ポリマーフィルム；実質的に光学的に透過性の材料；又はバリア材料、の１つを含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１２］
バリア層を更に含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１３］
透明な導電性材料を含む、前記充填材層に塗布された層を更に含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１４］
前記充填材層材料が、水分及び酸素に対してバリアとして機能する、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１５］
前記充填材層材料が透明である、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１６］
前記充填材層材料が導電性である、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１７］
前記抽出要素が、２０ナノメートルと１０００ナノメートルとの間の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１８］
前記抽出要素が、３０ナノメートルと３００ナノメートルとの間の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態１９］
前記抽出要素が、６０ナノメートルと３００ナノメートルとの間の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態１に記載の多機能光学フィルム。
［実施形態２０］
可撓性基板の上に第１の屈折率を有する有機材料の層をコーティングする工程と、
前記有機材料の中にナノ構造化形状を付与してナノ構造化表面を作製する工程と、
前記ナノ構造化表面に充填材層を塗布して前記ナノ構造化表面上に平坦化層を形成する工程と、を含む、光抽出を強化するための光学フィルムを作製する方法であって、
前記充填材層が、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含み、
前記光学フィルムが自発光型光源に対して配置されたとき、前記ナノ構造化形状の実質的な部分が、自発光型光源の発光領域に隣接するエバネセント区域内にある、方法。
［実施形態２１］
前記ナノ構造化形状を有する前記有機材料を硬化させる工程を更に含む、実施形態２０に記載の方法。
［実施形態２２］
前記付与する工程が、
ナノ構造化形状を有するマスターツールを供給することと、
前記有機材料が前記ツールに対して当てられた状態で、前記有機材料の前記層を有する前記可撓性基板を前記ツールに適用し、前記有機材料の中に前記ナノ構造を付与することと、を含む、実施形態２０に記載の方法。
［実施形態２３］
前記付与する工程が、前記ナノ構造化形状を前記有機材料の上に印刷することを含む、実施形態２０に記載の方法。
［実施形態２４］
前記付与する工程が、前記ナノ構造化形状を前記有機材料の中にエンボス加工することを含む、実施形態２０に記載の方法。
［実施形態２５］
前記充填層を塗布するために以下の方法；液体コーティング；蒸着コーティング；粉体コーティング；又は積層、の１つを使用し、前記平坦化層を形成する工程を更に含む、実施形態２０に記載の方法。
［実施形態２６］
光抽出を強化するための光学フィルムを作製するための方法であって、
第１の屈折率を有するナノ粒子を可撓性基板の上に塗布する工程であって、前記光学フィルムが自発光型光源に対して配置されたとき、前記ナノ粒子の実質的な部分が、自発光型光源の発光領域に隣接するエバネセント区域内にある、工程と、
前記ナノ粒子上に充填材層をオーバーコーティングして前記ナノ粒子の上に平坦化層を形成する工程であって、前記充填材層が前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む工程と、を含む、方法。
［実施形態２７］
前記塗布する工程が、
前記可撓性基板の上に、溶媒内に分散した前記ナノ粒子をコーティングする工程と、
前記充填材層をオーバーコーティングする前に、前記溶媒を蒸発させる工程と、を含む、実施形態２６に記載の方法。
［実施形態２８］
前記塗布する工程が、前記ナノ粒子を乾燥形態で前記可撓性基板に塗布することを含む、実施形態２６に記載の方法。
［実施形態２９］
前記塗布する工程は、前記ナノ粒子を単層として前記可撓性基板上に形成することを含む、実施形態２６に記載の方法。
［実施形態３０］
前記ナノ粒子の前記実質的な部分は、前記可撓性基板と接触している、実施形態２６に記載の方法。
［実施形態３１］
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置であって、
該装置から光を出力する少なくとも１つの表面を有する自発光型光源を含むＯＬＥＤディスプレイ装置と、
前記自発光型光源の前記少なくとも１つの表面に隣接する光抽出フィルムと、を含み、該光抽出フィルムが、
可撓性基板、
第１の屈折率を有する抽出要素の構造化層であって、前記抽出要素の実質的な部分が、前記自発光型光源の前記光出力表面のエバネセント区域内にある、構造化層及び
前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む充填材層を含み、前記充填材層が、前記抽出要素の上に平坦化層を形成し、
前記構造化層及び充填材層が、前記表面からの前記光の抽出を少なくとも部分的に強化するために、前記自発光型光源の前記光出力表面に十分に近接している、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置。
［実施形態３２］
前記ＯＬＥＤディスプレイ装置が、ボトムエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置を含む、実施形態３１に記載の装置。
［実施形態３３］
前記ＯＬＥＤディスプレイ装置が、トップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ装置を含む、実施形態３１に記載の装置。
［実施形態３４］
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）固体照明要素であって、
前記要素から光を出力する少なくとも１つの表面を有する自発光型光源を含むＯＬＥＤ固体照明要素と、
前記自発光型光源の前記少なくとも１つの表面に隣接する光抽出フィルムと、を含み、該光抽出フィルムが、
可撓性基板、
第１の屈折率を有する抽出要素の構造化層であって、前記抽出要素の実質的な部分が、前記自発光型光源の前記光出力表面のエバネセント区域内にある、構造化層及び
前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む充填材層であって、該充填材層が、前記抽出要素の上で平坦化層を形成する、充填材層を含み、
前記構造化層及び充填材層が、前記表面からの光の前記抽出を少なくとも部分的に強化するために、前記自発光型光源の前記光出力表面に十分に近接している、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）固体照明要素。
［実施形態３５］
前記充填材層が、光学的に透明な接着剤を含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態３６］
前記基板がバリアフィルムを含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態３７］
前記ＯＬＥＤがトップエミッション型ＯＬＥＤを含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態３８］
前記ＯＬＥＤがボトムエミッション型ＯＬＥＤを含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態３９］
前記充填材層が、前記抽出要素よりも低い屈折率を有し、前記充填材層が前記抽出要素の前記層の厚さとほぼ等しい厚さを有する、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４０］
前記充填材層が、前記抽出要素よりも高い屈折率を有する、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４１］
前記抽出要素が、ナノ構造化形状を含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４２］
前記ナノ構造化形状が、ナノ粒子又は複製された形状を含む、実施形態４１に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４３］
以下の機能：カラーフィルタ；カラーシフト；偏光修正；反射防止；光再指向：拡散；又は光学回転、の少なくとも１つを有するコーティングを更に含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４４］
前記基板に塗布され、以下の機能：耐摩耗；防汚；疎水性；又は親水性、の少なくとも１つを有するコーティングを更に含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４５］
前記充填材層材料が、以下：無機材料；有機材料；又はナノ粒子充填されたポリマー材料、の１つを含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４６］
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との差が、０．３以上である、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４７］
前記ナノ構造化形状が、以下：形状の周期的若しくは準周期的アレイ；形状のランダムな分布；又は形状の異なる分布内に散在した、形状の周期的若しくは準周期的アレイの部分、の１つを含む、実施形態４１に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４８］
前記基板が、以下：ガラス；ポリマーフィルム；又は実質的に光学的に透過性の材料の１つを含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態４９］
バリア層を更に含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５０］
前記充填材層に塗布され、透明な導電性材料を含む層を更に含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５１］
前記充填材層材料が、水分及び酸素に対してバリアとして機能する、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５２］
前記充填材層材料が透明である、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５３］
前記充填材層材料が導電性である、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５４］
前記抽出要素が、２０ナノメートルと１０００ナノメートルとの間の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５５］
前記抽出要素が、３０ナノメートルと３００ナノメートルとの間の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５６］
前記抽出要素が、６０ナノメートルと３００ナノメートルとの間の、少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む、実施形態３４に記載のＯＬＥＤ固体照明要素。
［実施形態５７］
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置であって、
ＬＣＤパネルと、
前記ＬＣＤパネルに隣接するバックライトユニットと、を含み、前記バックライトユニットが、
光を出力する少なくとも１つの表面を有する自発光型光源及び
前記自発光型光源の少なくとも１つの表面に隣接する光抽出フィルムを含み、該光抽出フィルムが、
可撓性基板、
第１の屈折率を有する抽出要素の構造化層であって、前記抽出要素の実質的な部分が、前記自発光型光源の前記光出力表面のエバネセント区域内にある、構造化層及び
前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料を含む充填材層を含み、該充填材層が前記抽出要素の上に平坦化層を形成し、
前記構造化層及び充填材層が、前記表面からの前記光の抽出を少なくとも部分的に強化するために、前記自発光型光源の前記光出力表面に十分に近接している、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置。
［実施形態５８］
前記自発光型光源が有機発光ダイオードを含む、実施形態５７に記載のＬＣＤ装置。

Claims

光を出力する表面を有する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）装置に用いる光抽出フィルムであって：
− 前記ＯＬＥＤ装置から放射される光に対して実質的に透過性である可撓性基板と；
− 前記基板上に配置され、第１の屈折率を有する、抽出要素の構造化層であって、
前記抽出要素が、前記構造化層における前記基板とは反対側の面のナノ構造化表面を含むものであり、
前記ナノ構造化表面が、前記構造化層中における、粒子に基づかない形状を含むものである、前記抽出要素の構造化層と；
− 前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する材料を含む、充填材層であって、
前記充填材層は、前記抽出要素よりも高い屈折率を有し、
前記充填材層は、該充填剤層のナノ構造化表面側とは反対の側に平坦面を形成して、前記ナノ構造化表面上に平坦化層を形成するものであり、
前記充填材層の平坦面が前記ＯＬＥＤ装置の光出力表面に対向配置された場合に、前記抽出要素が前記ＯＬＥＤ装置の光出力表面のエバネッセント区域内にある、前記充填材層と；
− 前記充填材層の平坦面上に配置された光結合層であって、前記ＯＬＥＤ装置の光出力表面と前記充填材層との間に光学的結合をもたらす接着剤を含む、光結合層と；
を含み、
前記充填材層の平坦面が前記ＯＬＥＤ装置の光出力表面に対向配置された場合に、前記構造化層と充填材層とが、前記光出力表面からの光の抽出を少なくとも部分的に促進し、
前記充填材層は、ナノ粒子を充填したポリマー材料を含むものである、
光抽出フィルム。