TWI552402B - 用於增加像素化有機發光二極體輸出伴隨減輕模糊之光擷取薄膜 - Google Patents

用於增加像素化有機發光二極體輸出伴隨減輕模糊之光擷取薄膜 Download PDF

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Description

用於增加像素化有機發光二極體輸出伴隨減輕模糊之光擷取薄膜
本發明大體上係關於具有結構化表面之光學薄膜，該等結構化表面經特製以耦合自固態自發光照亮器件射出之光從而增加該等照亮器件之亮度，且本發明特別可用於已知為有機發光器件(OLED)(有時亦稱為有機發光二極體)之自發光照亮器件。本發明亦係關於相關物品、系統及方法。
已知廣泛多種OLED。稱為「底部發射」OLED之一些OLED發射光使其穿過上面製造有OLED之透明基板。稱為「頂部發射」OLED之其他OLED在相反方向上(亦即，遠離上面製造有OLED之基板)發射光。一些OLED經圖案化以形成個別地稱為像素(像元)或子像素的可個別定址之OLED發射器(一起分組為一像素但為可個別定址的不同色彩之若干個相鄰發射器中的一者)之陣列。此等像素化OLED變得愈加風行地用於數位顯示器件(諸如，行動電話及類似最終用途)中。與像素化OLED形成對比，其他OLED經設計以具有僅一個發射區域，該發射區域取決於預期應用而可為小且狹窄的或大且擴展的。
一些OLED製造商及設計者所關注之一個問題為歸因於OLED之設計特質而由OLED展現之不甚理想之效率。OLED或任何其他自發光光源之外在效率可計算為由器件發射之所有光輻射之功率除以由器件消耗之總電力。OLED外在效率為在(例如)用於高解析度顯示器中之像素化OLED至用於照亮系統中之非像素化OLED之範圍中的許多不同OLED應用之重要設計參數，此係因為外在效率影響諸如電力消耗、照度及壽命的器件特性。多個群組已表明，OLED外在效率顯著地受OLED堆疊自身之作用發射層內之光損失(歸因於高折射率有機層及氧化銦錫內之波導模式)、中間折射率基板內之光損失限制且最終受歸因於以陰極(陽極)金屬之表面電漿極化子之激子淬滅的光損失而受限制。在展現最大可能內在效率(亦即，100%之內在效率)之OLED器件中，所產生之光輻射的75%至80%歸因於以上提及之損失而在內部耗散，從而導致外在效率之相應減小。若包括諸如彩色濾光片或圓形偏光器之額外光學組件作為OLED器件之元件，則此等組件可產生額外光損失且產生甚至更低之外在效率。
已提議一些光學薄膜以增強自OLED器件之光擷取。就此而言，參看美國專利申請公開案第US 2009/0015142號(Potts等人)、第US 2009/0015757號(Potts等人)及第US 2010/0110551號(Lamansky等人)。
已開發出新系列之光學薄膜，該等光學薄膜可結合OLED及其他自發光光源使用以擷取來自此等器件之光，以便增加所發射之光且減小損失。該等所揭示之光學擷取薄膜結合像素化OLED為尤其有效的。
該等所揭示之光學薄膜用於在不引入顯著像素模糊之情況下增強自自發光像素化OLED的光擷取。該等擷取薄膜通常包括一可撓性承載薄膜及由該承載薄膜承載之一第一層及一第二層。該第一層可具有奈米空隙形態，且可包括聚合物黏合劑，且亦可具有小於1.35或1.3之折射率。光擷取元件之嵌入式結構化表面形成於該第一層與該第二層之間。該擷取薄膜包括用於附著至該光源之外表面的主要耦接表面。該薄膜較佳地經組態，使得該結構化表面與該主要耦接表面之間的接合部分薄於指定量，例如，小於50微米、25微米或10微米，或小於該承載薄膜之厚度。
除其他揭示內容之外，本申請案亦揭示用於增強自具有外表面之自發光像素化光源之光擷取的光學擷取薄膜，該擷取薄膜具有經調適以附著至該光源之該外表面的主要耦接表面。此等擷取薄膜包括一可撓性承載薄膜及由該承載薄膜承載之一第一層及一第二層。該第一層及該第二層可在其間界定形成光擷取元件之結構化表面的嵌入式界面，且該第一層可具有奈米空隙形態且可包含聚合物黏合劑。該第一層亦可安置於該第二層與該承載薄膜之間。該第二層具有大於該第一層之折射率的折射率，且該第一層可具有小於1.35之折射率。
在一些狀況下，該主要耦接表面可為該第二層之與該結構化表面相反之表面，且該第二層可包括在該結構化表面與該主要耦接表面之間的接合部分。在一些狀況下，該接合部分可具有小於50微米、25微米或10微米或在0.1微米至25微米之範圍內的厚度。在一些狀況下，該接合部分可薄於該承載薄膜。在一些狀況下，該第一層可具有小於1.3之折射率。在一些狀況下，該第二層可具有大於1.4之折射率。在一些狀況下，該第一層與該第二層之間的折射率差可為至少0.3或至少0.4或至少0.5。在一些狀況下，該第二層可包含透光聚合物。在一些狀況下，該聚合物可包含透光黏彈性材料。在一些狀況下，該薄膜可進一步包括覆蓋該主要耦接表面之離型襯墊或預遮罩。在一些狀況下，該等光擷取元件可具有大於1微米之間距。
在一些狀況下，該擷取薄膜可與該自發光像素化光源組合，其中該光擷取薄膜耦接至該自發光像素化光源以增強自該自發光像素化光源的光擷取。在一些狀況下，該擷取薄膜可耦接至該光源之該外表面而其間無氣隙。在一些狀況下，該結構化表面可藉由接合部分而與該主要耦接表面分離，該接合部分具有小於50微米或25微米或10微米或在0.1微米至25微米之範圍內的厚度。在一些狀況下，該自發光像素化光源可包括使該像素化光源平坦化之光學耦接層，且其中該光源之該外表面為該光學耦接層之外表面。在一些狀況下，該光學耦接層可具有為至少1.4或1.5或1.6或1.7之折射率。在一些狀況下，該像素化光源可包含具有小於25微米之至少一橫向尺寸的像素。在一些狀況下，該等光擷取元件可具有大於1微米之間距。
亦揭示在不使自發光像素化光源之像素實質上模糊之情況下增強該光源之光輸出的方法。該等方法可包括提供具有外表面之自發光像素化光源，提供具有主要耦接表面之光學擷取薄膜，及將該擷取薄膜之該主要耦接表面附著至該自發光像素化光源之該外表面。此等方法之該光學擷取薄膜可包括可撓性承載薄膜及藉由該承載薄膜承載之第一層及第二層，該第一層及該第二層在其間界定形成光擷取元件之結構化表面的嵌入式界面。該第一層可具有奈米空隙形態且包含聚合物黏合劑，且亦可具有小於1.35且小於該第二層之折射率的折射率。
在一些狀況下，該自發光光像素化光源可包括使該像素化光源平坦化之光學耦接層，且該光源之該外表面可為該光學耦接層的外表面。在一些狀況下，該附著進行，使得接合部分界定於該光學擷取薄膜之該結構化表面與該光源之該外表面之間。在一些狀況下，該接合部分具有小於50微米之厚度。在一些狀況下，該接合部分可具有小於25微米之厚度。在一些狀況下，該接合部分可具有小於10微米之厚度。在一些狀況下，該接合部分可薄於該承載薄膜。
亦論述相關方法、系統及物品。
本申請案之此等及其他態樣將自以下[實施方式]而顯而易見。然而，在任何情況下皆不能將以上概述理解為對所主張標的之限制，該標的僅藉由如在執行期間可能被修整之附加申請專利範圍來定義。
圖1以過度簡化之示意方式描繪OLED 100之一實施例的部分。可為底部發射OLED或頂部發射OLED之OLED 100包括夾於兩個光學厚層112、114之間的薄發射區110。層112、114可充當使水蒸氣及氧遠離發射區110之障壁層，且層112、114中之一者可充當在上面生長、沈積或層壓OLED 100之其他組件的基板。在替代實施例中，厚層112、114中之一者可被省略或由惰性氣體或真空代替。發射區110可包括一或多個習知有機層，該一或多個習知有機層經特製以回應於所施加之電流或電場而發射具有所要波長的光。所施加之電流可藉由電極來供應，該等電極之主要表面可與發射區之外表面110a、110b重合。至少一電極(例如，安置於表面110a處之電極)為透明的。電極及有機發射層通常由折射率實質上大於約1.5之材料製成。舉例而言，由氧化銦錫(ITO)製成之透明電極具有約1.8之折射率，且典型之發光有機材料可具有在自1.6至1.8之範圍內的折射率。除具有相對較高之折射率外，發射區亦通常為極薄的，例如，為大約可見光之波長或更小。舉例而言，ITO電極層可具有大約150 nm之厚度，且發射性有機層可具有大約100 nm之厚度，但當然可使用其他厚度。
與發射區形成對比，層112、114不僅為光學上厚的(亦即，具有實質上大於可見光之波長的厚度)，而且具有小於發射區110之折射率的折射率。舉例而言，層112、114可包含折射率為大約1.5之玻璃或塑膠。結果，薄發射區110可捕獲由有機材料在一或多個波導模式(在圖1中大體上描繪為波導電磁場116)下發射之光中的一些。當施加電流以激發發射區110中之有機材料時，在所有方向上發射光。此光之由光線115表示之一些在允許光折射至層112或114中且逸出發射區110之方向上傳播。所發射之光的另一部分變得被捕獲於高折射率區110中，從而隨著藉由場116表示之一或多個波導模式而沿該區傳播。場116通常具有依據距邊界或表面110a、110b之距離而以指數方式衰減之場強度，衰減之細節取決於諸如以下各者之因素：區110與鄰近光學厚層112或114之間的折射率差，以及特定波導模式(在支援一個以上模式之情況下)。場116之在區110外的指數衰減部分被稱為消散波。在大多數實務狀況下，可認為消散波存在於發射區110之僅極短距離內(例如，在層112或114之鄰近區110之相應外表面的邊界區中)，且其厚度可為大約可見光之一波長(例如，大約1微米或更小)，或可為稍大的(在光學厚層具有接近高折射率區之折射率之折射率的情況下)。
關於逸出發射區110之光115，該光中之一些沿多個方向行進，該等方向偏離OLED 110之厚度軸線或光學軸線達足夠小以使得光折射出層112的角度。此光因此能夠逸出OLED 100而至周圍空氣介質中(請注意，圖1之「空氣」介質可指代標準大氣或真空或合適惰性氣體中之任一者)，且最終到達觀察者120或其他光學組件。光線115a及115b為此逸出光之例示性光線。光線115a在外表面112a處以角度θ1照射空氣界面，該角度足夠小使得光經折射出OLED器件且至周圍空氣介質中。光線115b以角度θ2照射空氣界面，該角度大於θ1且接近層112之臨界角但仍稍小於臨界角，使得經折射之光以近掠射角(near-glancing angle)射出而進入至周圍空氣介質中。若遵循此進行至光線115c，則瞭解光115之逸出發射區110之一些沿多個方向行進，該等方向自OLED 100之厚度或光學軸線偏離達過大而不能折射出層112的角度。因此，光線115c以大於層112之臨界角的角度θ3照射空氣界面，因此使得光線115c在表面112處經全內反射且捕獲於OLED 100內。
因此瞭解，可以兩種方式中之一者將光捕獲於OLED器件100內：以與發射區110相關聯之波導模式，及藉由器件之空氣界面112a處的全內反射(TIR)。在兩種狀況下，所捕獲之光通常最終被吸收，且導致OLED 100之亮度減小、效率減小及損失增加。將與捕獲於發射區中之光相關聯的損失稱為波導損失，且將與藉由OLED之外表面處的TIR捕獲之光相關聯的損失稱為基板損失。OLED中之損失機制之其他論述可見於91 J. Appl. Phys.(2002年1月15日)第595至604頁之Lu等人的「Optimization of external coupling and light emission in organic light-emitting devices: modeling and experiment」。
奈米空隙層
本文中所揭示之例示性光學擷取薄膜併有至少一奈米空隙層。奈米空隙層可包括分散於黏合劑中之複數個互連空隙或空隙網路。複數個空隙或網路空隙中的至少一些經由中空隧道或中空類隧道通路連接至彼此。空隙較佳佔用層之足夠大部分之體積，但個別地具有足夠小之大小，使得奈米空隙層在光學上類似於具有極低折射率(例如，小於1.35或小於1.3)之材料而起作用。如下文更充分論證，此層用於在光學擷取薄膜中使用為尤其有利的。在一些狀況下，例如，奈米空隙層可展現在自1.15至1.35或自1.15至1.3之範圍內的折射率。奈米空隙層較佳具有至少一主要表面，該至少一主要表面經微結構化(亦即，經故意特製)以具有具起伏特徵之非平滑或非平坦表面，該等起伏特徵具有小於1毫米之至少一尺寸，且在一些狀況下，該至少一尺寸可在自50奈米至500微米或自50奈米至100微米或自50奈米至1微米之範圍內。
結合圖2及圖3，描述製造奈米空隙層之例示性方法以及此等層可展現之特徵及特性。關於合適奈米空隙層及其生產之其他細節可見於題為「Optical Films With Microstructured Low Refractive Index Nanovoided Layers and methods Therefor」之共同讓渡之美國專利申請案第XXX號(代理人案號66015US005)中，該申請案與本申請案在同一日期申請且其全文以引用之方式併入本文中。
首先轉向圖2，瞭解形成經回填之奈米空隙微結構化物品250之例示性製程220及用於生產此等物品之相應系統。製程220包括將塗佈溶液215安置於基板216上。基板216較佳為由聚合物及/或其他合適材料製成之可撓性薄膜，該薄膜具有使得薄膜適合於在諸如描繪於圖2中之系統的捲軸式處理系統中用作獨立式支撐薄膜或承載薄膜的厚度、組合物及其他物理特性。通常，在由習知透光聚合物材料製成之情況下，此基板或承載薄膜具有至少0.002英吋(約50微米)之實體厚度以便具有足夠強度從而在無過度非預期拉伸、捲曲或翹曲的情況下退繞、在捲軸式處理系統中處理且再次纏繞或經受一或多個轉換操作(諸如，切開或單體化(singulate)為個別薄片或片段)。
在一些狀況下，例如，可使用諸如槽塗佈機模具之模具214施加塗佈溶液215。塗佈溶液215包括可聚合材料及溶劑。接著，製程220包括使可聚合材料聚合，同時塗佈溶液215與微複製工具212接觸以形成微結構化層230。接著(例如)藉由烘箱235自微結構化層230移除溶劑以形成奈米空隙微結構化物品240。接著，製程200包括將聚合材料245安置於奈米空隙微結構化物品240上以形成經回填之奈米空隙微結構化物品250。可使用諸如槽塗佈機模具之模具244或藉由其他合適構件來施加聚合材料245。聚合材料245可替代地層壓於奈米空隙微結構化物品240上以形成奈米空隙微結構化物品250。
微複製工具212可為任何可用之微複製工具。將微複製工具212說明為輥，其中該微複製表面在輥之外部。亦預期到，微複製裝置可包括平滑輥，其中微複製工具為基板216之與塗佈溶液215接觸之結構化表面。所說明之微複製工具212包括軋輥221及接取輥(take-away roll)222。諸如一組UV光之固化源225經說明為朝向基板216及塗佈溶液215上，同時塗佈溶液215與微複製工具212接觸以形成微結構化層230。在一些實施例中，基板216可使固化光透射至塗佈溶液215以使塗佈溶液215固化且形成微結構化層230。在其他實施例中，固化源225為熱源，且塗佈溶液215包括熱固化材料。固化源225可如所說明般安置或安置於微複製工具212內。當固化源225安置於微複製工具212內時，微複製工具212可使光透射至塗佈溶液215以使塗佈溶液215固化且形成微結構化層230。
舉例而言，用以形成奈米空隙微結構化物品之製程可包括諸如後固化步驟或其他聚合步驟之額外處理步驟。在一些狀況下，後固化步驟在溶劑移除步驟之後應用至奈米空隙微結構化物品。在一些實施例中，此等製程可包括為生產基於捲之材料所共用之額外處理裝備，該處理裝備包括(例如)惰輥、張緊輥、操縱機構、諸如電暈或火焰處理器之表面處理器、層壓輥及其類似者。在一些狀況下，此等製程可利用不同捲路徑、塗佈技術、聚合裝置、聚合裝置定位、乾燥烘箱、調節區段及其類似者，且所描述區段中之一些可為可選的。在一些狀況下，製程之一步驟、一些步驟或所有步驟可作為「捲軸式」製程進行，其中基板之至少一輥通過實質上連續之製程，且在另一輥上終止或經由切成薄片(sheeting)、層壓、切開或其類似者轉換。
現轉向圖3，可見奈米空隙微結構化層300之一部分的示意性正視圖。雖然將奈米空隙微結構化層300說明為具有兩個平坦外表面330、332，但應理解，該等外表面330、332中之至少一者經微結構化以形成如本文中進一步論述之起伏或擷取特徵。
例示性奈米空隙微結構化層300包括分散於黏合劑310中的複數個互連之空隙或空隙網路320。複數個空隙或網路空隙中的至少一些經由中空隧道或中空類隧道通路連接至彼此。互連空隙可為互連溶劑塊之殘餘物，該互連溶劑塊形成經最初塗佈薄膜之部分且在使可聚合材料固化之後藉由烘箱或其他構件驅逐出薄膜。如圖3中所示，可將空隙網路320看作包括互連空隙或微孔320A至320C。該等空隙不必無所有物質及/或粒子。舉例而言，在一些狀況下，空隙可包括一或多個小之類纖維或線之物件，該等物件包括(例如)黏合劑及/或奈米粒子。一些所揭示奈米空隙微結構化層包括多組互連空隙或多個空隙網路，其中每一組或網路中之空隙互連。在一些狀況下，除多個複數個互連空隙或多組互連空隙外，奈米空隙微結構化層亦可包括複數個封閉或不互連之空隙，從而意謂空隙並不經由隧道連接至其他空隙。在空隙網路320形成自奈米空隙層300之第一主要表面330延伸至相對之第二主要表面332之一或多個通路之狀況下，層300可描述為多孔層。
空隙中之一些可駐留於奈米空隙微結構化層之表面處或使奈米空隙微結構化層之表面中斷，且可視為表面空隙。舉例而言，在例示性奈米空隙微結構化層300中，空隙320D及320E駐留於奈米空隙微結構化層之第二主要表面332處且可視為表面空隙320D及320E，且空隙320F及320G駐留於奈米空隙微結構化層之第一主要表面330處且可視為表面空隙320F及320G。空隙中之諸如空隙320B及320C之一些安置於光學薄膜內部且遠離光學薄膜之外表面，且可因此視為內部空隙320B及320C，但內部空隙可經由一或多個其他空隙連接至主要表面。
空隙320具有一大小d1，該大小d1可大體上藉由選定合適組合物及製造(諸如，塗佈、乾燥及固化)條件來控制。大體而言，d1可為在任何所要值範圍內的任何所要值。舉例而言，在一些狀況下，至少大部分空隙(諸如，至少60%或70%或80%或90%或95%之空隙)具有係在所要範圍內之大小。舉例而言，在一些狀況下，至少大部分空隙(諸如，至少60%或70%或80%或90%或95%之空隙)具有一大小，該大小不大於約10微米，或不大於約7或5或4或3或2或1或0.7或0.5微米。
在一些狀況下，複數個互連空隙320具有一平均空隙或微孔大小，該大小不大於約5微米，或不大於約4微米，或不大於約3微米，或不大於約2微米，或不大於約1微米，或不大於約0.7微米，或不大於約0.5微米。
在一些狀況下，空隙中之一些可足夠小，使得其主要光學效應為減小有效折射率，同時一些其他空隙可減小有效之折射率且使光散射，而另外一些其他空隙可足夠大，使得其主要光學效應為使光散射。在一些狀況下，空隙足夠小以便減小有效折射率而不明顯地使光散射。
奈米空隙微結構化層300可具有任何有用厚度t1(第一主要表面330與第二主要表面332之間的線性距離)。在許多實施例中，奈米空隙微結構化層可具有一厚度t1，該厚度t1不小於約100 nm，或不小於約500 nm，或不小於約1,000 nm，或在自0.1微米至10微米之範圍內，或在自1微米至100微米之範圍內。
在一些狀況下，奈米空隙微結構化層可足夠厚，使得奈米空隙微結構化層可合理地具有一有效折射率，該有效折射率可依據空隙及黏合劑之折射率以及空隙或微孔體積分率或空隙率來表達。在此等狀況下，例如，奈米空隙微結構化層之厚度不小於約500 nm，或不小於約1,000 nm，或在自1微米至10微米之範圍內，或在自500 nm至100微米之範圍內。
當所揭示奈米空隙微結構化層中之空隙足夠小且奈米空隙微結構化層足夠厚時，奈米空隙微結構化層具有可表達如下之有效介電常數εeff：
其中εv及εb分別為空隙及黏合劑之介電常數，且f為空隙在奈米空隙微結構化層中的體積分率。在此等狀況下，奈米空隙微結構化層之有效折射率neff可表達如下：
其中nv及nb分別為空隙及黏合劑之折射率。在一些狀況下，諸如，當空隙與黏合劑之折射率之間的差足夠小時，奈米空隙微結構化層之有效折射率可藉由以下表達式來近似：
在此等狀況下，奈米空隙微結構化層之有效折射率為空隙及黏合劑之折射率的經體積加權之平均值。舉例而言，具有50%之空隙體積分率及一具有1.5之折射率之黏合劑的奈米空隙微結構化層具有一如藉由等式(3)計算之約1.25之有效折射率，及如藉由更精確等式(2)計算的約1.27之有效折射率。在一些例示性實施例中，奈米空隙微結構化層可具有在自1.15至1.35或自1.15至1.3之範圍內之有效折射率，但亦預期到在此等範圍外之值。
圖3之奈米空隙層300亦展示為除分散於黏合劑310中之複數個互連空隙或空隙網路320外亦包括實質上均勻地分散於黏合劑310內的可選之奈米粒子340。
奈米粒子340具有一可係任何所要值範圍內之任何所要值的大小d2。舉例而言，在一些狀況下，至少大部分粒子(諸如，至少60%或70%或80%或90%或95%粒子)具有係在所要範圍內之大小。舉例而言，在一些狀況下，至少大部分粒子(諸如，至少60%或70%或80%或90%或95%粒子)具有一不大於約1微米，或不大於約700奈米、或500奈米、或200奈米或100奈米或50奈米的大小。在一些狀況下，複數個奈米粒子340可具有一不大於約1微米，或不大於約700奈米、或500奈米、或200奈米或100奈米或50奈米的平均粒子大小。
在一些狀況下，奈米粒子中之一些可足夠小，使得其主要影響有效折射率，同時一些其他奈米粒子可影響有效之折射及散射光，而另外一些其他粒子可足夠大，使得其主要光學效應為使光散射。
奈米粒子340可能或可能不經官能化。在一些狀況下，奈米粒子340中之一些、大多數或實質上全部(諸如，奈米粒子340B)不經官能化。在一些狀況下，奈米粒子340中之一些、大多數或實質上全部經官能化或表面處理，使得其在不凝集或極少凝集之情況下分散於所要溶劑或黏合劑310中。在一些實施例中，奈米粒子340可經進一步官能化以化學地結合至黏合劑310。舉例而言，諸如奈米粒子340A之奈米粒子可經表面改質或表面處理以具有反應性官能基或基團360從而化學地結合至黏合劑310。奈米粒子可藉由多種化學反應按需經官能化。在此等狀況下，至少奈米粒子340A之重要片段化學結合至黏合劑。在一些狀況下，奈米粒子340並不具有化學地結合至黏合劑310之反應性官能基。在此等狀況下，奈米粒子340可物理結合至黏合劑310。
在一些狀況下，奈米粒子中之一些具有反應性基團，且其他奈米粒子不具有反應性基團。奈米粒子之總體可包括多種大小、反應性及非反應性粒子與不同類型粒子之混合物(例如，二氧化矽及氧化鋯)。在一些狀況下，奈米粒子可包括經表面處理之二氧化矽奈米粒子。
奈米粒子可為無機奈米粒子、有機(例如，聚合)奈米粒子，或有機奈米粒子與無機奈米粒子之組合。此外，奈米粒子可為多孔粒子、中空粒子、實心粒子或其組合。合適無機奈米粒子之實例包括二氧化矽及金屬氧化物奈米粒子，該等粒子包括氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋁、氧化鐵、氧化釩、氧化銻、氧化錫、氧化鋁/二氧化矽及其組合物。奈米粒子可具有小於約1000 nm或小於約100 nm或50 nm之平均粒子直徑，或平均值可係在自約3 nm至50 nm，或自約3 nm至35 nm，或自約5 nm至25 nm之範圍內。若奈米粒子經聚集，則經聚集粒子之最大代表性尺寸可係在此等範圍中之任一者內，且亦可大於約100 nm。在一些實施例中，亦包括具有小於約50 nm之主要大小的諸如二氧化矽及氧化鋁之「煙霧狀」奈米粒子，諸如，可購自馬薩諸塞州波斯頓市Cabot Co.之CAB-O-SPERSE PG 002煙霧狀二氧化矽、CAB-O-SPERSE 2017A煙霧狀二氧化矽及CAB-O-SPERSE PG 003煙霧狀氧化鋁。
奈米粒子可包括係選自由以下各者組成之群的表面基團：疏水基團、親水基團及其組合。或者，奈米粒子可包括得自一劑之表面基團，該劑係選自由以下各者組成之群：矽烷，有機酸、有機鹼及其組合。在其他實施例中，奈米粒子包括得自一劑之有機矽烷基表面基團，該劑係選自由以下各者組成之群：烷基矽烷、芳基矽烷、烷氧矽烷及其組合。
術語「經表面改質之奈米粒子」指代包括附著至粒子表面之表面基團的粒子。表面基團粒子之特性改質。術語「粒子直徑」及「粒子大小」指代粒子之最大代表性尺寸。若粒子以聚集體形式存在，則術語「粒子直徑」及「粒子大小」指代聚集體之最大代表性尺寸。在一些狀況下，粒子可為奈米粒子之大縱橫比聚集體，諸如，煙霧狀二氧化矽粒子。
經表面改質之奈米粒子具有使奈米粒子之溶解度特性改質之表面基團。表面基團通常經選擇以呈現與塗佈溶液相適合之粒子。在一實施例中，表面基團可經選擇以與塗佈溶液之至少一組份關聯或反應，從而變為經聚合網路之化學結合部分。
多種方法可用於使奈米粒子之表面改質，其包括將表面改質劑添加至奈米粒子(例如，呈粉末或膠體分散形式)，及允許表面改質劑與奈米粒子反應。其他有用表面改質製程在(例如)美國專利第2,801,185號(Her)及第4,522,958號(Das等人)中予以描述。
可提供呈膠體分散形式之奈米粒子。有用之市售未經改質之二氧化矽起始物質之實例包括以產品牌號NALCO 1040、1050、1060、2326、2327及2329膠狀二氧化矽購自I11內珀維爾Nalco Chemical Co.之奈米大小之膠狀二氧化矽；以產品名稱IPA-ST-MS、IPA-ST-L、IPA-ST、IPA-ST-UP、MA-ST-M及MA-ST溶膠購自德克薩斯州休斯頓Nissan Chemical America Co.的有機二氧化矽，及亦購自德克薩斯州休斯頓Nissan Chemical America Co.的SnowTex ST-40、ST-50、ST-20L、ST-C、ST-N、ST-O、ST-OL、ST-ZL、ST-UP及ST-OUP。可聚合材料與奈米粒子之重量比可自約30:70、40:60、50:50、55:45、60:40、70:30、80:20或90:10或更高比率變動。奈米粒子之wt%之較佳範圍自約10 wt%至約60 wt%變動，且可取決於所使用之奈米粒子之密度及大小。
在一些狀況下，奈米空隙微結構化層300可具有低光學濁度。在此等狀況下，奈米空隙微結構化層之光學濁度可不大於約5%，或不大於約4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%或1%。對於正常入射於奈米空隙微結構化層300上之光而言，「光學濁度」可(除非另外指示)指代偏離法線方向不大於4度之透射光與總透射光之比。所揭示薄膜及層之折射率值可藉由任何合適構件(例如，使用可購自Metricon Corp.(Pennington,NJ)之Metricon Model 2010稜鏡耦合儀)來量測。所揭示薄膜及層之光透射率、透明度及濁度亦可藉由任何合適構件(例如，使用可購自BYKGardiner(MD，Silver Springs)之Haze-Gard Plus濁度計)來測量。
在一些狀況下，奈米空隙微結構化層300可具有高光學濁度。在此等狀況下，奈米空隙微結構化層300之濁度為至少約40%，或至少約50%、60%、70%、80%、90%或95%。
大體而言，奈米空隙微結構化層300可具有在應用中可能需要之任何空隙率或空隙體積分率。在一些狀況下，奈米空隙微結構化層300中之複數個空隙320的體積分率為至少約10%，或至少約20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或90%。
黏合劑310可為或包括在應用中可能需要之任何材料。舉例而言，黏合劑310可為形成諸如交聯聚合物之聚合物的光可固化材料。大體而言，黏合劑310可為任何可聚合材料，諸如，為輻射可固化之可聚合材料。在一些實施例中，黏合劑310可為任何可聚合材料，諸如，係熱可固化之可聚合材料。
可聚合材料310可為可藉由各種習知陰離子、陽離子、自由基或其他聚合技術聚合之任何可聚合材料，該等聚合技術可以化學方式、熱方式或藉由光化輻射起始。使用光化輻射之製程包括(例如)可見光及紫外線光、電子束輻射及其組合(連同其他製程)。可進行聚合所在之介質包括(例如)溶劑聚合、乳液聚合、懸浮液聚合、塊體聚合及其類似者。
光化輻射可固化材料包括丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、胺基甲酸酯、環氧樹脂及其類似者之單體及反應性寡聚物及聚合物。在本發明之實務中合適之光化輻射可固化基團之代表性實例包括環氧基、諸如(甲基)丙烯酸酯基之烯系不飽和基、烯烴碳碳雙鍵、丙烯氧基、α-甲基苯乙烯基、(甲基)丙烯醯胺基、氰酯基、乙烯醚基、此等各者之組合，及其類似者。自由基可聚合基團為較佳的。在一些實施例中，例示性材料包括丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯官能單體、寡聚物及聚合物，且詳言之如在此項技術中已知，可使用在聚合之後可形成交聯網路之多官能單體。可聚合材料可包括單體、寡聚物及聚合物之任何混合物；然而，材料應在至少一種溶劑中為至少部分可溶的。在一些實施例中，材料應在溶劑單體混合物中為可溶的。
溶劑可為與所要可聚合材料形成溶液之任何溶劑。溶劑可為極性或非極性溶劑、高沸點溶劑或低沸點溶劑，且在一些實施例中，溶劑包括若干種溶劑之混合物。溶劑或溶劑混合物可經選擇，使得形成之微結構化層230至少部分不溶於溶劑(或溶劑混合物中之溶劑中的至少一者)中。在一些實施例中，溶劑混合物可為可聚合材料之溶劑與非溶劑的混合物。在一特定實施例中，不溶性聚合物基質可為具有聚合物鏈鍵聯(chain linkage)之三維聚合物基質，該等聚合物鏈鍵聯提供三維構架。聚合物鏈鍵聯可防止微結構化層230在移除溶劑之後變形。
在一些狀況下，藉由(例如)在不超出不溶性聚合物基質或基板216之分解溫度之溫度下進行乾燥，可自裝滿溶劑之微結構化層130、230容易地移除溶劑。在一特定實施例中，乾燥期間之溫度保持低於基板傾向於變形之溫度(例如，基板之翹曲溫度或玻璃轉移溫度)。例示性溶劑包括直鏈、分支鏈及環烴、醇、酮及醚，包括(例如)丙二醇醚(諸如，DOWANOLTM PM丙二醇甲醚)、異丙醇、乙醇、甲苯、乙酸乙酯、2-丁酮、乙酸丁酯、甲基異丁基酮、甲基乙基酮、環己酮、丙酮、芳族烴、異佛爾酮、丁內酯、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、酯，諸如乳酸酯、乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯(PM乙酸酯)、二甘醇乙醚乙酸酯(DE乙酸酯)、乙二醇丁基醚乙酸酯(EB乙酸酯)、二丙二醇醚乙酸單甲酯(DPM乙酸酯)、異烷基酯、乙酸異己酯、乙酸異庚酯、乙酸異辛酯、乙酸異壬酯、乙酸異癸酯、乙酸異十二烷基酯、乙酸異十三烷基酯或其他異烷基酯、水；此等各者之組合物及其類似者。
塗佈溶液215亦可包括其他成份，該等成份包括(例如)引發劑，固化劑，固化促進劑，催化劑，交聯劑，膠黏劑，增塑劑，染料，表面活性劑，阻燃劑，耦合劑，顏料，包括熱塑性的或熱固性聚合物之抗衝改性劑，流動調節劑，發泡劑，填充劑，玻璃及聚合物微球體及粒子，包括導電粒子、導熱粒子之其他粒子，纖維，抗靜電劑，抗氧化劑，諸如磷光體、紫外線吸收體之光學下轉換器，等等。
可以有效地促進存在於塗佈溶液中之單體之聚合的量來使用諸如光引發劑之引發劑。光引發劑之量可取決於(例如)以下各者：引發劑類型、引發劑之分子量、所得微結構化層之預期塗覆，及包括(例如)處理溫度及所使用之光化輻射之波長的聚合製程。有用之光引發劑包括(例如)以IRGACURETM及DAROCURETM商標牌號可購自Ciba Specialty Chemicals之包括IRGACURETM 184及IRGACURETM 819的彼等光引發劑。
微結構化層230可經交聯以提供更剛性之聚合物網路。可藉由使用諸如伽瑪或電子束輻射之高能量輻射在具有或不具有交聯劑之情況下達成交聯。在一些實施例中，可將交聯劑或交聯劑之組合添加至可聚合單體、寡聚物或聚合物之混合物中。交聯可在使用於其他處描述之光化輻射中之任一者使聚合物網路聚合期間發生。
有用之輻射固化交聯劑包括：諸如揭露於美國專利第4,379,201號(Heilmann等人)中之彼等的多官能丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯，其包括1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、1,2-乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三/四(甲基)丙烯酸酯、三甘醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、四甘醇二(甲基)丙烯酸酯、1,12-十二烷醇二(甲基)丙烯酸酯；諸如揭露於美國專利第4,737,559號(Kellen等人)中之彼等的可共聚之芳香酮共同單體及其類似者；及前述各者之組合。
塗佈溶液215亦可包括鏈轉移劑。鏈轉移劑較佳地在聚合之前可溶於單體混合物中。合適鏈轉移劑之實例包括三乙基矽烷及硫醇。在一些實施例中，鏈轉移對於溶劑亦可發生；然而此情形可能並非較佳機制。
聚合步驟較佳包括在具有低之氧濃度之氣氛中使用輻射源。知曉氧淬滅自由基聚合，從而導致減輕之固化程度。用於達成聚合及/或交聯之輻射源可為光化輻射(例如，具有一在光譜之紫外線區或可見光區中之波長的輻射)、經加速之粒子(諸如，電子束輻射)、熱輻射(例如，熱或紅外線輻射)，或其類似者。在一些實施例中，能量為光化輻射或經加速之粒子，此係因為此能量提供對聚合及/或交聯之起始及速率之優良控制。另外，光化輻射及經加速之粒子可用於在相對低之溫度下進行固化。此情形避免在使用熱固化技術時使對於相對高之溫度可能敏感之組份降解或蒸發，可能需要該相對高之溫度來起始能量可固化基團之聚合及/或交聯。合適之固化能量源包括UV LED、可見光LED、雷射、電子束、汞燈、氙氣燈、碳弧燈、鎢絲燈、閃光燈、太陽光、低強度紫外線光(不可見光)及其類似者。
在一些實施例中，黏合劑310包括多官能丙烯酸酯及聚胺基甲酸酯。此黏合劑310可為光引發劑、多官能丙烯酸酯及聚胺基甲酸酯寡聚物之聚合產物。多官能丙烯酸酯與聚胺基甲酸酯寡聚物之組合可產生更耐用之奈米空隙微結構化層300。聚胺基甲酸酯寡聚物為烯系不飽和的。在一些實施例中，聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯寡聚物能夠與丙烯酸酯反應或由丙烯酸酯「覆蓋」從而能夠在本文中所描述之聚合反應中與其他丙烯酸酯反應。
在上文於圖2中描述之一說明性製程中，製備包括複數個奈米粒子(可選)及溶解於溶劑中之可聚合材料的溶液，其中可聚合材料可包括(例如)一或多個類型單體。將可聚合材料塗佈至基板上，且將一工具應用至塗佈，同時可聚合材料(例如)藉由應用熱或光而經聚合從而在溶劑中形成不溶性聚合物基質。在一些狀況下，在聚合步驟之後，溶劑可仍包括一些可聚合材料(但處於較低濃度)。接下來，藉由使溶液乾燥或蒸發來移除溶劑，從而導致奈米空隙微結構化層300，其包括分散於聚合物黏合劑310中之空隙網路或複數個空隙320。奈米空隙微結構化層300包括分散於聚合物黏合劑中之複數個奈米粒子340。奈米粒子結合至黏合劑，其中該結合可為物理或化學的。
使用本文中所描述之製程製造本文中所描述之奈米空隙微結構化層300及微結構化物品可在與有機物質、樹脂、薄膜及支撐物之使用相容的溫度範圍內執行。在許多實施例中，最高處理溫度(如藉由針對奈米空隙微結構化層300及微結構化物品表面之光學溫度計所判定)為攝氏200度或更低，或攝氏150度或更低，或攝氏100度或更低。
大體而言，奈米空隙微結構化層300可具有針對黏合劑310與複數個奈米粒子340之任何重量比的所要空隙率。因而，大體而言，重量比可為在應用中可能需要之任何值。在一些狀況下，黏合劑310與複數個奈米粒子340之重量比為至少約1:2.5，或至少約1:2.3，或1:2，或1:1，或1.5:1，或2:1，或2.5:1，或3:1，或3.5:1，或4:1，或5:1。在一些狀況下，重量比係在自約1:2.3至約4:1之範圍內。
現暫停以結合圖3a考慮在(a)物品與(b)物品之間是否存在任何結構差異，該(a)物品藉由首先形成具有微結構化表面之奈米空隙層且接著由習知(非奈米空隙)材料(例如，習知聚合物材料)回填該微結構化表面來製造，且該(b)物品藉由首先在習知材料層中形成微結構化表面且接著由奈米空隙材料層回填該微結構化表面來而製造。在兩個狀況下，所得物品具有一嵌入式界面(亦即，微結構化表面)，該嵌入式界面之一側上為奈米空隙材料層，且另一側上為習知材料層。
已發現，至少一結構差異可發生於兩個物品之間，且該結構差異係關於互穿機制。在習知材料層於藉由奈米空隙材料回填微結構化表面之前經微結構化的狀況(b)之物品中，奈米空隙材料通常將不遷移至習知材料層中，此係因為該層在微結構化表面之每一小平面或部分處通常呈現實質上實心之無細孔障壁，奈米空隙材料通常不可穿透該無細孔障壁。相反，狀況(a)之物品以以下方式製造，在使得在習知材料(或此材料之前驅體，例如，未固化液態聚合物樹脂)施加至奈米空隙層之微結構化表面時，微結構化表面之小平面或部分可含有(例如)呈凹坑、凹穴或隧道形式之表面空隙，習知材料視表面空隙之性質、習知材料之性質及諸如習知材料在未固化狀態之駐留時間的處理條件而可遷移至該等表面空隙中。在合適材料性質及處理條件下，如圖3a中示意性展示，習知材料層可互穿至奈米空隙層中。
圖3a以示意性橫截面展示第一奈米空隙層372與第二習知材料層370之間的界面之一部分。界面部分可(例如)為界定於兩個層之間的結構化表面之微觀部分。奈米空隙層372展示為具有淺表面空隙或凹陷374A以及較深之表面空隙374B。表面空隙374B藉由一相較於第二橫向尺寸S2更靠近界面之第一橫向尺寸S1來特徵化，且較深尺寸S2大於較淺尺寸S1。若層370不僅與層372之大致形狀(例如，凹陷374A)相符，而且若來自層370之材料遷移至諸如空隙374a之至少一些深表面空隙中或實質上填充至少一些深表面空隙，則可將層370特徵化為與層372互穿，其中空隙之較接近界面之橫向尺寸小於距界面較遠之橫向尺寸。此互穿可藉由本文中所描述之奈米空隙材料達成。
在用於特徵化習知層與奈米空隙層之互穿深度的第一方法中，可判定習知層之材料已前進超出界面平均表面之量(沿垂直於平均表面之方向或量測軸線)，且可依據平均大小空隙之直徑來特徵化此量。
在用於特徵化互穿深度之第二方法中，可再次量測習知層之材料已前進超出平均表面之量，且接著以標準距離單位(例如，微米或奈米)簡單地報告此量。
在用於特徵化互穿深度之第三方法中，可再次量測習知層之材料已前進超出平均表面之量，但接著依據爭論中之結構化表面之特徵高度來使此量特徵化。
在例示性實施例中，互穿深度可為(例如)：關於第一方法，在自1至10個平均空隙直徑之範圍內；關於第二方法，不大於1微米、10微米、100微米或500微米；關於第三方法，為特徵高度之至少5%，或特徵高度之至少10%或至少50%或至少95%或至少100%，或不大於特徵高度之5%，或不大於特徵高度之10%，或不大於特徵高度的25%，或在自特徵高度之5%至25%之範圍內。然而，此等例示性範圍不應視為限制性的。在處置具有尤其小之特徵大小之微結構化表面(例如，其中特徵至特徵間距小於1微米)時，使互穿深度特徵化之第三方法可為尤其合適的。
關於互穿之其他論述可見於與本申請案在同一日期申請之題為「Optical Films With Microstructured Low Refractive Index Nanovoided Layers and Methods Therefor」之共同讓渡的美國專利申請案第XXX號(代理人案號66015US005)中。
該美國申請案亦論述在微複製奈米空隙聚合物材料時已觀察到之收縮問題及關於收縮之問題如何與以下各者相關：結構化表面之特徵高度(例如，結構化表面上之最高點與最低點之間的軸向距離)、結構化表面之特徵的縱橫比(例如，特徵高度除以特徵間距，其中特徵間距可為結構化表面中之最近之相鄰特徵之間的中心至中心間隔)、奈米空隙材料之空隙體積分率(奈米空隙材料之由空隙佔據的體積分數)、奈米空隙材料之折射率，及奈米空隙層之塗佈溶液前驅體之調配物(例如，wt%固體)。舉例而言，為了使用塗佈溶液在30%至45%固體之範圍內之低濃度調配物複製較大微結構，對工具之微結構幾何形狀之補償可用以解決材料收縮問題，使得可成功製得所要特徵形狀。申請案論述與微結構化表面之減小量之收縮或其他失真相關聯的某些所要關係。在一此關係中，微結構化表面藉由至少15微米之結構高度(例如，圖4中尺寸419b與419a之間的差)及大於0.3之縱橫比(結構高度除以結構間距，參見圖4及圖5中之間距P1)來特徵化，且：奈米空隙層具有在自30%至55%之範圍內之空隙體積分率；及/或奈米空隙層具有在自1.21至1.35或1.21至1.32之範圍內的折射率；及/或奈米空隙層之塗佈溶液前驅體具有在自45%至70%或自50%至70%之範圍內之wt%固體。諸如此等關係之關係又可有利地應用至本發明。
光學擷取薄膜及薄膜/光源組合
所揭示奈米空隙層可有利地併入至光學薄膜中，該等光學薄膜可以某一樣式與OLED或其他自發光光源(尤其是經像素化之此等光源)組合以便在此等源中增強光擷取且減小損失。薄膜可經設計以應用至光源之外發光表面，該外發光表面獨立於光學薄膜而生產。
圖4為可與頂部發射OLED(例如，像素化頂部發射OLED)一起使用之光學擷取薄膜的示意性側視圖或橫截面圖。光學擷取薄膜410包括一可撓性承載薄膜412及由該薄膜412承載(例如，附著至薄膜412)之各種層。在此等層之間為奈米空隙層414及另一層416，在奈米空隙層414與層416之間形成一形成結構化表面414a之嵌入式界面。舉例而言，奈米空隙層較佳具有針對可見光之折射率，該折射率適當地低於習知聚合材料之折射率，例如，低於1.35或1.3，或在自1.15至1.3或1.15至1.35之範圍內。其他層416較佳由並非奈米空隙的且具有大於奈米空隙層之折射率的折射率之聚合物材料或其他合適材料構成。層414、416之間的折射率差所要地為相對大的，(例如)為至少0.2或0.3或0.4或0.5或更大。如本文中在其他處所描述，折射率差允許結構化表面414a充當一能夠擷取來自OLED或其他自發光光源之光的光學界面。
結構化表面414a可經特製以具有在擷取來自光源之光(亦即，耦接脫離光源之「浪費」光)上有效的任何輪廓或形狀，使得該結構化表面414a可用於預期應用中。在此點上，浪費之光指代光源中將被捕獲或以其他方式丟失之光，例如，在顯示器或其他預期照亮應用中在並非有助於有用照明的方向上自光源之邊緣發射的光。在例示性實施例中，結構化表面經成形以界定個別光擷取元件415。元件415展示為具有彎曲表面，該等彎曲表面可表示在兩個正交方向(例如，界定結構化表面大體上延伸所沿之平面的方向)上配置之彎曲線性稜鏡或雙凸元件陣列，但擷取元件可大體上具有任何合適形狀而無限制，例如，雙凸、稜鏡、1維(線性延伸)或2維形狀，且給定結構化表面之擷取元件不需要皆具有同一大小及/或形狀，但在需要時其可具有同一大小及/或形狀。在例示性實施例中，擷取元件415藉由最近相鄰擷取元件415之間的中心至中心間隔或間距P1而特徵化。在擷取元件並非均勻分佈或彼此並非均勻隔開之狀況下，間距P1可表示擷取元件之平均中心至中心間隔。
結構化表面414a及/或擷取元件415亦可藉由距擷取薄膜之表面之距離或厚度特徵化，該表面經調適以耦接至自發光光源。在擷取薄膜410之狀況下，此耦接表面為層416之外部主要表面416a。展示為覆蓋層416之離型襯墊418較佳併入至產品中，以便保護耦接表面416a不受損害，直至擷取薄膜準備就緒以施加至光源為止。在圖中標記出兩個特性距離。距離419a為層416之在耦接表面416a與結構化表面414a之間的連續接合部分之厚度。接合因此藉由耦接表面結合於一側上，且藉由一平面結合於相反側上，該平面平行於耦接表面且在結構化表面之最靠近耦接表面之點處與結構化表面相交。其他特性距離419b為耦接表面416a與一平面之間的距離，該平面平行於耦接表面且在結構化表面之距耦接表面最遠之點處與結構化表面相交。換言之，接合厚度或距離419a可視為耦接表面416a與結構化表面414a之間的最小軸向距離，且距離419b可視為耦接表面416a與結構化表面414a之間的最大軸向距離。
在擷取薄膜410意欲藉由減小在自發光光源之最外表面或邊界處全內反射之光的量來增強光擷取之狀況下，已發現以下情形為有利的：設計擷取薄膜410使得接合厚度419a為相對小的。舉例而言，接合厚度419a可小於50微米或小於25微米或小於10微米，但此等值不應視為限制性的。在一些狀況下，可能不具有接合。在又其他狀況下，結構化奈米空隙特徵可為不相連的。接合厚度419a亦可能小於可撓性基板412之厚度。接合厚度419a亦可如此薄，使得層416並不適於在諸如描繪於圖2中之捲軸式處理系統中作為獨立式支撐薄膜。換言之，若層416可與擷取薄膜410之所有其他部分分離，則層416可能並不具有足以在無(例如)額外撕裂、翹曲或捲曲之情況下經受通常在工業捲軸式處理系統中遭遇之力的物理強度或完整性。接合厚度419a在需要時亦可經選定以係足夠大的，使得光擷取元件415之實質部分並未安置於自發光光源之消散區內。
又在薄膜410意欲藉由減小TIR來增強光擷取之狀況下，亦已發現以下情形為有利的：特製擷取特徵415，使得其間距P1為相對大的，例如，大於1微米。特徵高度(亦即，距離419b與距離419a之間的差)在需要時亦可大於1微米。特徵高度及橫向尺寸可足夠大(例如，大於1微米、5微米、10微米或20微米)，使得擷取特徵之功能性主要由光學折射而非(例如)光學繞射原理來支配。
光學擷取薄膜410可使用包括但不限於連續技術及批量技術的廣泛之多種生產技術來製造。尤其有利之生產技術為諸如示意性地展示於圖2中之製程的連續鑄造及固化(3C)捲軸式製程。此技術允許薄膜以可能地高之產量連續地製造，且接著經轉換(例如，經切割或切開)為大量零件或薄片，該等零件或薄片經特製以用於預期最終用途應用。在此等狀況下，可撓性承載薄膜412可具有諸如組成及厚度之物理特性，該等物理特性使得可撓性承載薄膜412適於作為類似於圖2中之基板216的獨立式支撐薄膜。在許多狀況下，由諸如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚2,6-萘二甲酸乙二酯(PEN)或其共聚物之習知透光聚合物構成的薄膜將需要具有大於約2密耳(約50微米)之薄膜厚度，以便具有允許其用於此用途的必要薄膜強度。
在一些狀況下，可並非藉由鑄造及固化技術而是藉由能夠在所要層中產生所要擷取特徵之任何其他合適技術來製造結構化表面414a。舉例而言，在一些狀況下，壓印、軋花及射出成形亦可用以形成結構化表面414a。然而，若使用類似於圖2之製程的製程來製造擷取薄膜410，則層416可構成在形成奈米空隙層414及結構化表面414a之後產生的回填層。因此，取決於材料選擇及製程條件，層416如結合圖3a所論述可互穿於奈米空隙層414中。
承載薄膜412、奈米空隙層414及其他層416對於來自光源之光較佳皆為高度透射的，但此等層中之一層、一些層或所有層中小至中等量濁度在特定應用中可為可容許的及/或所要的。層較佳地在低損失之情況下使光源發射出之光透過，使得在擷取薄膜附著至光源之後，來自光源之橫越耦接表面416a之大部分光在相反外表面412b處將脫離擷取薄膜且有助於系統照明。承載薄膜412可包含PET、PEN、其共聚物、玻璃(包括可撓性玻璃)，或其他合適透明或半透明材料。承載薄膜412亦可包含PET、PEN及其共聚物之交替性層的多層薄膜。承載薄膜可另外包含雙折射層、螢光層及吸收層，以致能諸如偏光及波長選擇/轉換之高階光學功能。承載薄膜412亦可充當障壁層以在擷取薄膜附著至光源之後防止水蒸氣及氧到達光源。如在美國專利第5,440,446號(Shaw等人)、第5,877,895號(Shaw等人)及第6,010,751號(Shaw等人)中所描述，例示性超級障壁薄膜包括多層薄膜，該多層薄膜(例如)藉由在玻璃或其他合適基板上之許多層或無機材料及有機聚合物之交替層中順序地真空沈積兩種無機介電材料製成。奈米空隙層414可包含本文中所揭示之透光奈米空隙材料中的任一者。其他層416可包含任何合適透光材料。在例示性實施例中，層416可為或包含透光壓敏黏著劑或其他黏彈性材料。代表性黏彈性材料在本文中於其他處引用之共同讓渡的美國專利申請案(代理人案號66015US005)中論述。將透明黏著劑用於層416允許在無介入材料層之情況下將擷取薄膜直接附著至自發光光源之外表面。將黏彈性材料用於層416允許擷取薄膜(且詳言之擷取薄膜之耦接表面416a)在某一程度上流動以便與OLED之不平坦發射表面相符。
光擷取薄膜410當然可包括除圖4中所描繪之層外的其他層，及除已論述之特徵或特性外的其他特徵或特性。舉例而言，材料可併入至薄膜內以經由散射增強光擷取或對光進行過濾、色移或偏光。表面塗層或結構(例如，功能層)可施加至光擷取薄膜之空氣表面，以便進一步增加光擷取薄膜之功能性及可能值。此表面塗層可具有(例如)光學、機械、化學或電氣功能。此等塗層或結構之實例包括具有以下功能或性質之塗層或結構：防霧、抗靜電、防眩、抗反射、抗磨(抗劃傷)、抗汙、疏水、親水、黏著促進、折射元件、濾色、紫外線(UV)過濾、光譜過濾、色移、色彩修改、偏光修改(線性或圓形)、光改向、漫射或光學旋轉。施加至空氣表面之其他可能層包括障壁層或透明導電材料。離型襯墊418可經省略，及/或另一離型襯墊可提供於擷取薄膜之另一側上以保護輸出表面412b。
圖5展示一方式，諸如圖4之光學擷取薄膜的光學擷取薄膜可以該方式施加至獨立於擷取薄膜製造之頂部發射OLED或其他合適自發光光源，以便產生增強型發光光學器件。為易於論述，僅示意性描繪頂部發射OLED 510。OLED包括至少基板512及一薄之高折射率發光核心或區514。基板可充當障壁層以防止水蒸氣及氧自一側到達區514，且基板亦可具有諸如散熱片之機械及熱功能性以汲取熱從而遠離區514。基板512亦可包含底板。構成區514之個別層可以合適順序沈積、形成或施加於基板510上。高折射率區514通常包括至少一有機層及至少一透明電極，該至少一有機層經特製以回應於所施加電流或電場而發射出具有所要波長的光。其他高折射率層亦可包括於薄之高折射率區514中。區514之外表面514a可視為OLED 510之發光表面。
為了提供OLED之增強之光學效能，將光學擷取薄膜410施加至OLED之發光表面514a。在施加之前，自薄膜移除適當之離型襯墊或預遮罩418以使原來光學耦接表面416a曝露。在一些狀況下，光學擷取薄膜之光學耦接表面可直接抵靠OLED之發光表面514a置放。若擷取薄膜之最外層為壓敏黏著劑或其他合適透光黏著劑，則光學擷取薄膜之光學耦接表面與OLED之發光表面之間的直接接觸可足以在兩個組件之間無顯著氣隙之情況下產生兩個組件之間的堅固結合。
在其他狀況下，薄光學耦接層可提供於光學擷取薄膜之光學耦接表面與OLED之發光表面514a之間。光學耦接層可起到若干個功能之作用。一功能可為使OLED之發射表面平坦化。在許多像素化頂部發射性OLED中，例如，基板可具有與像素及子像素井相關聯之表面特徵。光學耦接層可用以填充井或其他表面特徵，以便提供光學擷取薄膜之耦接表面在無氣隙或凹穴之情況下可附著至之平坦表面。光學耦接層之另一功能可為(例如)在擷取薄膜之最外層並非壓敏黏著劑或其他合適黏著劑之情況下將光學擷取薄膜附著至OLED。在一些狀況下，光學耦接層(若包括於構造中)可具有儘可能靠近OLED之高折射率區514之折射率的折射率，使得高折射率區或其他關聯消散區內之波導模式可經擴展而更靠近擷取薄膜之耦接表面。光學耦接層可(例如)具有一在高折射率區514之折射率與外表面對應於光學擷取薄膜之耦接表面的層之折射率之間的折射率。合適光學耦接層包含透光材料，諸如，高折射率黏著劑及經奈米粒子填充之聚合物。合適光學耦接層在執行其必要功能時通常亦儘可能薄，以便使擷取薄膜之耦接表面與OLED之發光表面之間的距離最小化。典型光學耦接層可(例如)具有在自0.5微米至20微米之範圍內之厚度，但亦可使用其他厚度。
無論是否使用光學耦接層，光學擷取薄膜至OLED之附著導致所得OLED器件之增強之操作。藉由減小波導模式，減小光之全內發射，或藉由其他機制，光學擷取薄膜在用於給定光學系統中時可提供OLED之有時亦稱為增加之增益的增加之有用照明。增加之照明或增益可依據自OLED器件之輸出表面起在可能輸出方向之半球上彙集之總照度來特徵化或量測，或可以諸如沿所關注特定方向之增加之照明(例如，沿垂直於OLED輸出表面之方向的增加之軸上照明或增益)的其他方式來量測。
除增加OLED器件之有用照明或增益外，例示性光學擷取薄膜亦具有如下優點：其可提供一充當OLED/薄膜組合之輸出表面的平或平坦外表面。擷取薄膜410展示為具有平之表面412b，且此表面在施加薄膜之後可變為OLED器件之輸出表面。有利地，對OLED之增加之輸出負責之精密結構化表面(例如，結構化表面414a)嵌入於薄膜及器件內，從而藉由可撓性承載層412安全地保護而免受磨損、汙物、灰塵、油及其他有害劑影響。平之輸出表面可因此理解為在許多應用中為有益的，但在一些狀況下，可能需要使OLED/薄膜組合之輸出表面(例如，表面412b)軋花或以其他方式圖案化，從而提供一進一步修改藉由器件發射之光分佈的曝露之結構化表面。
關於適合於與像素化OLED一起使用之光學擷取薄膜之設計態樣的其他資訊可見於與本申請案在同一日期申請且全文以引用之方式併入本文中之共同讓渡的美國申請案第XXX號「Light Extraction Films for Organic Light Emitting Devices(OLEDs)」(代理人案號66957US002)中，該等光學擷取薄膜包括(但不限於)具有一個以上嵌入式結構化表面之擷取薄膜，可充當在上面可製造OLED之基板的擷取薄膜，擷取特徵具有尺寸(例如，小於1微米之間距)使得擷取特徵之功能性主要藉由光學繞射而非光學折射原理支配的擷取薄膜，擷取特徵具有尺寸(例如，大於1微米之間距)使得擷取特徵之功能性主要藉由光學折射而非光學繞射原理支配的擷取薄膜，在耦接表面抵靠光源之發射表面置放時光擷取元件之實質部分安置於光源之消散區內的擷取薄膜，及在耦接表面抵靠光源之發射表面置放時光擷取元件之實質部分安置於光源之消散區外或超出消散區而安置的擷取薄膜。
像素化OLED器件
所揭示光學擷取薄膜及薄膜/OLED組合可藉由廣泛之多種不同類型之已知OLED來實踐，該等已知OLED包括通常可用於照亮應用中之非像素化OLED。然而，光學擷取薄膜在與通常可用以在電子顯示器中產生影像之像素化OLED一起使用時具有特定效用。圖6為典型像素化OLED 610之示意性俯視圖。OLED 610經圖案化以形成截然不同之發光區域612a、612b、612c及發射區域之間的非發射區域。發射區域中之每一者較佳為可個別電子定址的。發光區域以重複樣式配置以形成大陣列，使得陣列內之任何給定發光區域或區域集合在任何給定時間可經照射以提供靜態或視訊影像。
在單色顯示器中，區域612a至612c可發射具有同一光譜含量或色彩之光。在此狀況下，每一個別區域612a、612b、612c可表示單一像素。在彩色顯示器中，區域612a至612c可發射具有不同色彩之光，例如，區域612a可發射紅色光，區域612b可發射綠色光，且區域612c可發射藍色光。其他色彩及色彩組合亦為可能的，且如在像素化顯示器技術中已知，OLED可包括多於或少於三種之不同著色區域。在彩色顯示器中，通常將不同著色區域分組在一起以形成像素，在該狀況下，給定像素內之每一個別發射區域可稱為子像素。在OLED 610適宜於彩色顯示器且區域612a發射紅色光，區域612b發射綠色光，且區域612c發射藍色光之狀況下，區域614在一實施例中可視為單一像素。該像素之大小可藉由各種橫向尺寸(亦即，在圖之平面中量測之尺寸)特徵化。在像素具有名義上矩形形狀之狀況下，兩個相關尺寸可為矩形之長度(較長側之跨距)及寬度(較短側之跨距)。尺寸620表示像素614之寬度。另一相關尺寸可為最大橫向尺寸，諸如，矩形像素之對角線長度。請注意，若OLED 610發射單色光使得每一個別區域612a等為一像素，則該較小像素將具有與像素614之長度相同的長度，但為像素614之寬度之三分之一的寬度。或者，若OLED 610需要四個(而非三個)相鄰發射區域以構成一像素，則該像素將具有與像素614之長度相同的長度，但為像素614之寬度之4/3倍的寬度。
圖7a及圖7b論證藉由一般結構化表面薄膜擷取來自像素化頂部發射OLED之光與藉由併有所揭示奈米空隙層及嵌入式結構化表面之擷取薄膜擷取來自同一像素化頂部發射OLED之光之間的差異，該一般結構化表面薄膜之結構化表面曝露至空氣(非嵌入式)。簡言之，相較於其他薄膜之結構化表面，使用奈米空隙層及嵌入式結構化表面允許距OLED近得多地來安置結構化表面。此係因為相對於圖7a之擷取薄膜，奈米空隙層允許圖7b之擷取薄膜翻頁，使得承載薄膜不需要插入於OLED與結構化表面之間。確切而言，(嵌入式)結構化表面可安置於承載薄膜與OLED之間，且可使擷取薄膜在(嵌入式)結構化表面與OLED之間的接合部分具有一實質上小於典型承載薄膜之厚度的厚度(例如，小於50、25或10微米)。更靠近像素化OLED定位結構化表面可具有減小像素之模糊的顯著優點，尤其對於具有小像素大小之OLED而言。當擷取薄膜之結構化表面含有使光在不同方向上散射之折射結構時，像素之模糊可出現。
可在此散射與藉由一般蠟紙薄片產生之散射之間進行類比。若直接將蠟紙薄片置放於一頁列印文字上，則觀察者仍可能夠穿過蠟紙辨別文字。然而，若將蠟紙緩慢提昇使得文本與散射蠟紙之間的距離增加，則文本快速變為字跡模糊的，此係因為文字之字母的邊界藉由蠟紙之散射作用而變得過於模糊。類似於此情形，由於圖7b之結構化表面相較於圖7a之結構化表面距OLED近得多，因此圖7b之嵌入式結構化表面相較於圖7a之結構化表面幾乎不引起像素化OLED之模糊。
因此，圖7a描繪由施加至像素化頂部發射OLED 720之一般光學擷取薄膜730產生之器件710的部分，且圖7b描繪由施加至同一像素化頂部發射OLED 720之併有奈米空隙層及嵌入式結構化表面的光學擷取薄膜760產生之器件750的部分。在諸圖中，OLED 720之經標記組件包括：驅動器/控制器722、發光區域(諸如，像素)724、有機光產生層726、透明導體728，及使OLED平坦化以提供平之發光表面729a的光學耦接層729。在圖7a中，將具有曝露之結構化表面734a之擷取薄膜730施加至OLED。擷取薄膜730包括：承載薄膜732、將承載薄膜附著至OLED之黏著劑層731，及已經軋花或以其他方式形成以提供結構化表面734a之塗佈層734，該結構化表面734a可經成形以界定足夠大以基於折射原理起作用的諸如雙凸稜鏡或透鏡之光擷取元件。擷取薄膜730之所有個別層皆非奈米空隙層。相反，例如，擷取薄膜760可具有類似於結合圖4描述之構造的構造。薄膜760因此包括：承載薄膜712；奈米空隙層714，其可具有在自1.15至1.35或1.15至1.3範圍內之折射率；相較於奈米空隙層714具有較高折射率之層716，層716較佳為回填層且具有一與奈米空隙層之界面，該界面與擷取元件715一起界定結構化表面714a，元件715可為足夠大以基於折射原理起作用之雙凸稜鏡或透鏡。例如，層716之在結構化表面714a與表面716a之間的接合部分可小於50微米，或小於25微米，或小於10微米。來自像素化OLED之光在每一狀況下自擷取薄膜之最上(自圖7a及圖7b之觀點)表面(亦即，自圖7a中之結構化表面734a及自圖7b中之平坦表面712b)發射出。
如上文所解釋，擷取薄膜760相較於擷取薄膜730更靠近像素化OLED定位結構化表面之能力導致一減輕擷取薄膜760之模糊的優點。此外，薄膜760之結構化表面之嵌入式本質相對於薄膜730之結構化表面之曝露本質提供對於來自磨損或其他有害劑之損害之穩定性或抵抗力的優點。
實例
在以下實例中，除非另外註釋，否則所有份額、百分比、比率等係以重量計。除非以不同方式指定，否則所使用之溶劑及其他試劑係自Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee,Wisconsin)獲得。
實例1：50/60子彈形擷取器、黏著劑回填，ULI中無濁度
使用光線追蹤方法及模型化封裝LIGHTTOOLS(可購自Optical Research Associates(Pasadena,CA))執行具有嵌入式擷取層之OLED的電腦模擬。經模擬之組態大體上展示為圖5中之OLED器件520。具有超低折射率(ULI)之經微複製之奈米空隙材料(參見(例如)圖5中之層414)模型化為具有1.2之折射率及零濁度。承載薄膜或基板(參見(例如)圖5中之層412)之折射率經選擇為1.65，從而模型化為聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)基板。回填層(參見(例如)圖5之層416)之折射率經選擇為1.48，從而模型化為Soken 2032壓敏黏著劑(可購自日本Soken Chemical & Engineering Co.,Ltd)。假設基板具有100 μm之厚度。
擷取結構(參見(例如)圖5中之結構化表面)為具有50 μm間距之子彈形擷取元件之陣列，該陣列在俯視圖或平面圖中具有擷取元件之六邊形配置。如參看圖8a及圖8b更充分地解釋，每一擷取元件之形狀藉由迴轉曲面給出，該迴轉曲面係藉由繞軸線旋轉圓之一區段而產生。用以界定實例1中子彈形狀之彎曲區段812為圓810之位於角度θ1與角度θ2之間的區段，該等角度θ1及θ2係如自圓平面中通過圓中心之軸線805量測。在實例1之子彈形狀中，θ1為50度且θ2為60度。接著繞軸線815旋轉區段812，軸線815平行於軸線805但與彎曲區段之端點相交，以便產生子彈形迴轉曲面820。
結合至OLED之基板側上之此光學擷取薄膜之光學效能經模擬，且色彩均勻性在CIE 1976 L* u* v*色彩空間(CIE標準S 014-5/E:2009)中判定為最大角度色彩偏差。依據(u',v')色度座標，藉由下式給出色彩偏差：
其中(u' 0 ,v' 0 )為用以評估角度色彩均勻性之參考源之色度座標(在此狀況下為OLED之軸向照度)。將積分增益判定為具有擷取薄膜之OLED與不具有擷取薄膜之OLED的積分功率比。模擬中使用之OLED之參數係基於Philips Lumiblade OLED(可購自Philips Lighting(U.S.,Somerset,NJ))之實驗量測。在模型化及最佳化中使用以實驗方式量測之OLED特性。OLED首先向下開孔達1 cm×1 cm之表面面積，且接著在基板側處藉由折射率匹配之油光學地耦接至直徑為2.5英吋之BK7半球形透鏡，該半球形透鏡之球形表面經抗反射塗佈。因為OLED基板之折射率與BK7半球形透鏡之折射率緊密地匹配，所以消除了外部基板表面處之反射及折射，從而允許準確地量測至基板中之OLED發射及OLED/基板界面處之OLED反射。具體而言，OLED之角譜照度及反射率經特徵化且用於模擬中。當與經電腦設計之擷取層輪廓組合時，OLED器件可經準確地模型化。在以下表1中給出依據角度計算出之色彩偏差，其中角度為相對於模型化器件之光學軸線或表面法線的空氣觀察角。在具有及不具有嵌入式擷取薄膜之情況下的最大角度色彩不均勻性分別為0.0115與0.0242。模型化擷取薄膜之積分增益為1.48。
將此等結果繪示於圖9a中，其中曲線910為模型化OLED/擷取薄膜組合之色彩偏差，且曲線912為不具有擷取薄膜之OLED的色彩偏差。
實例2：50/60子彈形擷取器、黏著劑回填，ULI中有濁度
除某一濁度包括於奈米空隙超低折射率(ULI)層中外，以與實例1中之方式相同的方式模擬具有光學擷取薄膜之OLED。此OLED藉由將散射中心添加至所模擬奈米空隙層來模擬，其中散射中心使主要在正向45°錐角上之光散射，且其中散射機率設定為20%(亦即，光線在穿過層之後將散射一次之機率設定為20%)。藉由所模擬擷取薄膜之奈米空隙層中之此內設濁度，將角度色彩不均勻性減小為0.010，且積分增益改良為1.51。
實例3：50/60子彈形擷取器、HRI回填，ULI中無濁度
除奈米空隙ULI材料之折射率設定為1.26(而非1.2)且回填材料(參見(例如)圖5中之層416)之折射率選定為1.65(而非1.48)外，以與實例1中之方式相同的方式模擬具有光學擷取薄膜之OLED，該回填材料代表諸如經奈米氧化鋯填充之UV可固化丙烯酸酯樹脂的高折射率可固化樹脂，諸如，在美國專利第7,547,476號(Jones等人)中描述之彼等高折射率可固化樹脂。
如在實例1中判定色彩不均勻性及積分增益。在表2中給出計算出之色彩偏差。在具有及不具有光學擷取薄膜之情況下的最大角度色彩不均勻性分別為0.0083與0.0242。擷取薄膜之積分增益為1.55。
將此等結果繪示於圖9b中，其中曲線920為模型化OLED/擷取薄膜組合之色彩偏差，且曲線922為不具有擷取薄膜之OLED的色彩偏差。
實例4：50/60子彈形擷取器、HRI回填，ULI中有濁度
除某一濁度包括於奈米空隙超低折射率(ULI)層中外，以與實例3中之方式相同的方式模擬具有光學擷取薄膜之OLED，該濁度與實例2中描述之濁度相同。如在實例1中判定色彩不均勻性及積分增益。角度色彩不均勻性減小為0.007，且積分增益改良為1.57。
實例5：子彈形擷取器加上1維稜鏡陣列
除1維(亦即，線性延伸)稜鏡薄膜在與OLED層(參見(例如)圖5中之表面412b)相反之側上經添加至基板外，以與實例1中之方式相同的方式模擬具有擷取薄膜之OLED，其中稜鏡之頂點背離OLED層。稜鏡陣列之間距維50 μm。稜鏡材料之折射率選定為與基板之折射率相同(n=1.65)，且所有其他器件參數與實例1中之參數相同。
在表3中給出計算出之色彩偏差。最大色彩不均勻性為0.0126，且積分增益為1.34。儘管積分增益低於實例1及2之積分增益，但所發射之光在此實例中實質上為準直的。
將此等結果繪示於圖9c中，其中曲線930為模型化OLED/擷取薄膜組合之色彩偏差，且曲線932為不具有擷取薄膜之OLED的色彩偏差。
實例6：嵌入式光擷取薄膜之像素模糊分析
嵌入式光擷取薄膜之像素模糊效應使用LIGHTTOOLS光線追蹤軟體(可購自Optical Research Associates(Pasadena,CA))來模型化。堆疊構造與實例1中之堆疊構造相同，但具有以下尺寸：擷取層之間距大小為5 μm，擷取層之總厚度為10 μm，且接合厚度(擷取紋理之底部(結構化表面)至OLED發射器頂部之間的距離)設定為1 μm或達5 μm。模擬包括一直接置放於嵌入式擷取表面上方(擷取基板下面)之表面偵測器以分析側向光展開。亦模擬比較性實施例，該實施例利用具有相同之子彈形擷取特徵但面向相反方向的外部或曝露之結構化表面(參見(例如)圖7a之擷取薄膜定向)，且此實施例之接合厚度(結構化表面之底部至OLED發射器之頂部之間的距離)設定為50微米。
計算所有三個實施例之點展開函數，該點展開函數表示無限小之點光源通過光學系統之後的側向展開。50微米接合比較性實施例之點展開函數展示於圖11a中，5微米接合(嵌入式結構化表面)實施例之點展開函數展示於圖11b中，且1微米接合(嵌入式結構化表面)實施例之點展開函數展示於圖11c中。OLED像素之外觀變模糊之量可藉由點展開函數與原始OLED像素形狀之數學卷積來判定。針對如在圖10之俯視圖或正視圖中所示之矩形形狀OLED像素計算此數學卷積，其中寬度設定為20微米且長度設定為60微米。在圖12a中可見50微米接合比較性實施例之所得外觀，且在圖12b中可見5微米接合(嵌入式結構化表面)實施例之所得外觀，且在圖12c中可見1微米接合(嵌入式結構化表面)實施例的所得外觀。相較於5 μm接合厚度(圖12b)，在1 μm接合厚度(圖12c)情況下像素模糊經顯著減小，但即使在5 μm接合厚度情況下，像素之模糊並未在鄰近像素之區域上擴展，且對於大多數顯示器應用將為可接受的。圖12b及圖12c中之模糊量相較於在圖12a中可見之模糊皆經實質上減小。
任何尺寸上之所感知像素側向範圍「L」可視為在上面限制90%光學能量之範圍。此側向範圍通常大於實體像素範圍「D」。可接著將像素模糊「B」定義為此等兩個值之間的百分比差，亦即，[(L-D)/D]%。任何尺寸上之所感知像素側向範圍「L」應小於2P、1.5P、1.0P，其中「P」為該尺寸上之像素間距。因為依據所感知像素側向範圍「L」來定義像素模糊，所以可接受之像素模糊可表達為：B<(2P-D)/D，或B<(1.5P-D)/D，或B<(1P-D)/D。點展開函數為像素模式之另一量測。較寬廣之點展開函數通常與更顯著之像素模糊相關聯。
實例7：低濁度ULI，Soken PSA回填
如下文所描述，藉由經微複製之奈米空隙材料(亦稱為超低折射率或ULI材料)來製成光擷取薄膜。關於經微複製之ULI及用於製造經微複製之ULI結構之製程的詳細資訊可見於在本文中其他處參考之共同讓渡之美國專利申請案(代理人案號66015US005)中。
子彈形微複製工具加工
使用如在美國專利第6,285,001號(Fleming等人)中描述之準分子雷射加工製程來進行針對此實例7之子彈形微複製工具加工。將所得圖案轉印至具有倒置子彈形狀之銅輥中，其中子彈特徵在具有50 μm間距之情況下以緊密填塞之六邊形圖案配置，且除定義迴轉曲面之曲線弧藉由角度θ1=25度且θ2=65度定界外，子彈之形狀實質上如實例1中所描述。接著將銅輥用作使用Accentrim樹脂(含有胺基甲酸酯之UV可固化丙烯酸酯樹脂，其具有以下組合物：75 wt%之PHOTOMER 6210(可購自Cognis)及25 wt%之1,6-己二醇二丙烯酸酯(可購自Aldrich Chemical Co.)，及光引發劑(1 wt%之Darocur 1173，其可購自Ciba Specialty Chemicals))之連續鑄造及固化製程的複製母體。Accentrim樹脂鑄造於PET支撐薄膜(DuPont 618 PET薄膜，5密耳厚度)上，且接著使用紫外線光抵靠精密圓柱工具而固化。
A-174經處理之二氧化矽奈米粒子
在配備有冷凝器及溫度計之2公升三頸燒瓶中，在快速攪拌下混合960克IPA-ST-UP有機二氧化矽細長粒子(可購自Nissan Chemical Inc.(Houston,TX))、19.2克去離子水及350克1-甲氧基-2-丙醇。細長粒子具有在約9 nm至約15 nm之範圍內之直徑及在約40 nm至約100 nm之範圍內之長度。使粒子分散於15.2 wt%之IPA中。接下來將22.8克Silquest A-174矽烷(可購自GE Advanced Materials(Wilton,CT))添加至燒瓶中。攪拌所得混合物歷時30分鐘。
使混合物保持在81℃歷時16個小時。接下來，允許溶液冷卻至室溫。接下來，在40℃水浴下使用旋轉蒸發器移除溶液中約950克溶劑，從而導致41.7 wt%之經A-174改質之細長二氧化矽清澈分散液。
低濁度、低折射率調配物(ULI樹脂)
將194.1 g的經A-174處理之二氧化矽奈米粒子IPA-ST-UP於1-甲氧基-2-丙醇中的41.78 wt%之溶液添加至茶色玻璃瓶中。亦將64.87 g的Sartomer SR 444及40.5 g的Sartomer CN 9893(兩者皆可購自Sartomer Company(Exton,PA))於乙酸乙酯中之40%溶液、1.458 g的Irgacure 184、0.48 g的Irgacure 819(兩者皆可購自Ciba Specialty Chemicals Company(High Point,NC))及1.5 g的TEGO Rad 2250(可購自Evonik Tego Chemie GmbH(德國Essen))添加至瓶中。澈底混合調配物之內含物，從而給出具有50.5 wt%固體之UV可固化ULI樹脂。
超低折射率(ULI)結構
獲取來自上文所提及之連續鑄造及固化製程之子彈形薄膜且對其進行處理以達成脫膜。脫膜處理由以下兩者組成：首先在200W下以500 ccm O2進行薄膜之氧電漿處理歷時20秒，繼之在150W下以200 ccm TMS進行四甲基矽烷電漿處理歷時90秒。接著將此薄膜用作連續鑄造及固化製程之複製母體以微複製超低折射率(ULI)結構。ULI樹脂為50.5 wt%固體，且複製於厚度為3密爾之準備好的PET薄膜上。使用於35.3V及5.85安培下執行之LED固化系統使樹脂固化。使用融合燈(H燈泡)使經微複製之ULI薄膜後固化。使用Metricon Model 2010稜鏡耦合儀(可購自Metricon Corporation(Pennington,NJ))來量測經微複製之ULI層之折射率，且認為折射率為約1.25。圖8c展示所產生之ULI複本之結構化表面830的光學顯微照片，其中個別子彈形擷取元件832為清楚可見的。
擷取薄膜
在230℉下使用具有輥之加熱輥層壓機藉由在壓力下之層壓來用Soken 2032壓敏黏著劑(可購自日本Soken Chemical & Engineering Co.,Ltd)來回填ULI薄膜。PSA至ULI子彈模板中之完全填充藉由光學顯微鏡來確認。亦藉由雷射指示筆來問詢薄膜，且關於自原始銅工具進行複製之子彈薄膜工具觀察到類似折射圖案。
藉由將擷取薄膜之經回填之黏著劑層結合至Philips Lumiblade OLED測試媒劑(可購自Philips Lighting(美國Somerset,NJ))之基板側來評估此光擷取薄膜之光學效能。將積分增益作為具有擷取薄膜之OLED與不具有擷取薄膜之OLED的積分功率比來量測。相對於不具有嵌入式擷取薄膜之OLED，具有嵌入式擷取薄膜情況下之最大角度色彩不均勻性展示改良。嵌入式擷取薄膜之積分增益為1.28。
除非另外指示，否則在說明書及申請專利範圍中使用之表達數量、性質量測等之所有數字應理解為藉由術語「約」修飾。因此，除非相反地指示，否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數字參數為近似值，該等近似值可視待藉由熟習此項技術者利用本申請案之教示獲得之經搜尋所要性質而改變。並不作為限制等效教條應用於申請專利範圍之範疇之嘗試，每一數字參數應至少按照所報告之重要阿拉伯數字之數且藉由應用一般捨入技術來解譯。儘管闡述本發明之廣泛範疇之數字範圍及參數為近似值，但在於本文中所描述之特定實例中闡述任何數值之程度上，盡相當可能精確地報告數值。然而，任何數值可良好地含有與測試或量測限制相關聯之誤差。
本發明之各種修改及變更對於熟習此項技術者將為顯而易見而不偏離本發明之精神及範疇，且應理解本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。舉例而言，讀者應假設，除非另外指示，否則一所揭示實施例之特徵亦可應用至所有其他所揭示實施例。亦應理解，本文中提及之所有美國專利、專利申請公開案及其他專利及非專利文獻應在其不與前述揭示內容矛盾之程度上以引用之方式併入本文中。
100．．．有機發光二極體(OLED)
110．．．薄發射區
110a．．．外表面
110b．．．外表面
112．．．光學厚層
112a．．．外表面
114．．．光學厚層
115．．．光線
115a．．．光線
115b．．．光線
115c．．．光線
116．．．波導電磁場
120．．．觀察者
212．．．微複製工具
214．．．模具
215．．．塗佈溶液
216．．．基板
220．．．製程
221．．．軋輥
222．．．接取輥
225．．．固化源
230．．．微結構化層
235．．．烘箱
240．．．奈米空隙微結構化物品
244．．．模具
245．．．聚合材料
250．．．經回填之奈米空隙微結構化物品
300．．．奈米空隙微結構化層
310．．．黏合劑
320．．．空隙網路
320A．．．空隙或微孔
320B．．．空隙或微孔
320C．．．空隙或微孔
320D．．．表面空隙
320E．．．表面空隙
320F．．．表面空隙
320G．．．表面空隙
330．．．平坦外表面
332．．．平坦外表面
340．．．奈米粒子
340A．．．奈米粒子
340B．．．奈米粒子
360．．．反應性官能基或基團
370．．．第二習知材料層
372．．．第一奈米空隙層
374A．．．淺表面空隙或凹陷
374B．．．表面空隙
410．．．光學擷取薄膜
412．．．可撓性承載薄膜
412b．．．外表面
414．．．奈米空隙層
414a．．．結構化表面
415．．．光擷取元件
416．．．層
416a．．．外部主要表面
418．．．離型襯墊
419a．．．距離
419b．．．特性距離
510．．．頂部發射有機發光二極體(OLED)
512．．．基板
514．．．高折射率發光核心或區
514a．．．外表面/發光表面
520．．．有機發光二極體(OLED)器件
610．．．像素化有機發光二極體(OLED)
612a．．．發光區域
612b．．．發光區域
612c．．．發光區域
614．．．區域
620．．．尺寸
710．．．器件
712．．．承載薄膜
712b．．．平坦表面
714．．．奈米空隙層
714a．．．結構化表面
716．．．層
716a．．．表面
720．．．像素化頂部發射有機發光二極體(OLED)
722．．．驅動器/控制器
724．．．發光區域
726．．．有機光產生層
728．．．透明導體
729．．．光學耦接層
729a．．．發光表面
730．．．光學擷取薄膜
731．．．黏著劑層
732．．．承載薄膜
734．．．塗佈層
734a．．．曝露之結構化表面
750．．．器件
760．．．光學擷取薄膜
805．．．軸線
810．．．圓
812．．．彎曲區段
815．．．軸線
820．．．子彈形迴轉曲面
830．．．結構化表面
832．．．擷取元件
910．．．曲線
912．．．曲線
920．．．曲線
922．．．曲線
930．．．曲線
932．．．曲線
d1．．．大小
d2．．．大小
P1．．．間距
S1．．．第一橫向尺寸
S2．．．第二橫向尺寸
t1．．．厚度
圖1為通用OLED光源之示意性側視圖或橫截面圖；
圖2為形成經回填之奈米空隙微結構化物品之說明性製程的示意圖；
圖3為奈米空隙微結構化層之部分的示意性側視圖；
圖3a為第一奈米空隙層與第二層之間的界面之部分的示意性橫截面圖，其表明第二層與第一層之互穿；
圖4為可與頂部發射OLED一起使用之光學擷取薄膜的示意性側視圖或橫截面圖；
圖5為展示特定光學擷取薄膜可如何施加至頂部發射OLED之示意性側視圖或橫截面圖；
圖6為代表性像素化OLED器件之示意性俯視圖；
圖7a為由施加至像素化頂部發射OLED之一般光學擷取薄膜產生之器件的示意性側視圖或橫截面圖；
圖7b為由施加至像素化頂部發射OLED之如本文中所揭示之光學擷取薄膜產生之器件的示意性側視圖或橫截面圖；
圖8a為展示可如何定義圓弧之說明，且圖8b為展示所定義之圓弧可如何用以定義可用作擷取元件之三維類子彈形狀的說明，且圖8c為展示包含此等擷取元件之陣列的具有結構化表面之所製造材料之俯視圖的顯微照片；
圖9a為比較特定頂部發射OLED之實際所量測色彩變化與光學擷取薄膜施加至同一OLED之模型化器件之所計算色彩變化的曲線圖；
圖9b及圖9c為類似於圖9a之曲線圖但針對不同光學擷取薄膜施加至OLED之模型化器件的曲線圖；
圖10為例示性OLED像素之俯視圖或正視圖；
圖11a、圖11b及圖11c為分別具有50微米、5微米及1微米之接合厚度之擷取薄膜的點展開函數之曲線；及
圖12a、圖12b及圖12c為在OLED像素藉由分別具有50微米、5微米及1微米之接合厚度之光學擷取薄膜的擷取特徵模糊化之後OLED像素外觀的曲線。
在諸圖中，類似參考數字指定類似元件。
410．．．光學擷取薄膜
412．．．可撓性承載薄膜
412b．．．外表面
414．．．奈米空隙層
414a．．．結構化表面
415．．．光擷取元件
416．．．層
416a．．．外部主要表面
418．．．離型襯墊
419a．．．距離
419b．．．特性距離
P1．．．間距

Claims (30)

  1. 一種用於增強自具有一外表面之一自發光像素化光源之光擷取的光學擷取薄膜，該擷取薄膜具有經調適以附著至該光源之該外表面之一主要耦接表面，該擷取薄膜包含：一可撓性承載薄膜；及由該承載薄膜承載之一第一層及一第二層，該第一層及該第二層在其間界定形成光擷取元件之一結構化表面的一嵌入式界面；其中該第一層具有一奈米空隙形態且包含一聚合物黏合劑，該第一層亦安置於該第二層與該承載薄膜之間；且其中該第二層具有大於該第一層之折射率的一折射率，且該第一層具有小於1.35之一折射率。
  2. 如請求項1之擷取薄膜，其中該主要耦接表面為該第二層之與該結構化表面相反之一表面，且其中該第二層包括在該結構化表面與該主要耦接表面之間的一接合部分。
  3. 如請求項2之擷取薄膜，其中該接合部分具有小於50微米之一厚度。
  4. 如請求項3之擷取薄膜，其中該接合部分具有小於25微米之一厚度。
  5. 如請求項4之擷取薄膜，其中該接合部分具有小於10微米之一厚度。
  6. 如請求項2之擷取薄膜，其中該接合部分具有在0.1微米 至25微米之一範圍中的一厚度。
  7. 如請求項2之擷取薄膜，其中該接合部分薄於該承載薄膜。
  8. 如請求項1之擷取薄膜，其中該第一層具有小於1.3之一折射率。
  9. 如請求項1之擷取薄膜，其中該第二層具有大於1.4之一折射率。
  10. 如請求項1之擷取薄膜，其中該第一層與該第二層之間的一折射率差為至少0.3。
  11. 如請求項1之擷取薄膜，其中該第二層包含一透光聚合物。
  12. 如請求項11之擷取薄膜，其中該聚合物包含一透光黏彈性材料。
  13. 如請求項1之擷取薄膜，其進一步包括覆蓋該主要耦接表面之一離型襯墊或預遮罩。
  14. 如請求項1之擷取薄膜，其中該等光擷取元件具有大於1微米之一間距。
  15. 如請求項1之擷取薄膜，其與該自發光像素化光源組合，其中該擷取薄膜耦接至該自發光像素化光源以增強自該自發光像素化光源的光擷取。
  16. 如請求項15之擷取薄膜，其中該擷取薄膜在其與該光源之該外表面之間無氣隙的情況下附著至該外表面。
  17. 如請求項15之擷取薄膜，其中該結構化表面係藉由具有小於50微米之一厚度的一接合部分而與該主要耦接表面 分離。
  18. 如請求項17之擷取薄膜，其中該接合部分具有小於25微米之一厚度。
  19. 如請求項18之擷取薄膜，其中該接合部分具有小於10微米之一厚度。
  20. 如請求項15之擷取薄膜，其中該自發光像素化光源包括使該像素化光源平坦化之一光學耦接層，且其中該光源之該外表面為該光學耦接層的一外表面。
  21. 如請求項20之擷取薄膜，其中該光學耦接層具有為至少1.4之一折射率。
  22. 如請求項15之擷取薄膜，其中該像素化光源包含具有小於25微米之至少一橫向尺寸的像素。
  23. 如請求項15之擷取薄膜，其中該等光擷取元件具有大於1微米之一間距。
  24. 一種在不使一自發光像素化光源之像素實質上模糊之情況下增強該光源之光輸出的方法，該方法包含：提供具有一外表面之一自發光像素化光源；提供具有一主要耦接表面之一光學擷取薄膜，該擷取薄膜包括：一可撓性承載薄膜；及由該承載薄膜承載之一第一層及一第二層，該第一層及該第二層在其間界定形成光擷取元件之一結構化表面的一嵌入式界面；其中該第一層具有一奈米空隙形態且包含一聚合物 黏合劑，該第一層亦具有小於1.35且小於該第二層之折射率的一折射率；及將該擷取薄膜之該主要耦接表面附著至該自發光像素化光源之該外表面。
  25. 如請求項24之方法，其中該自發光像素化光源包括使該像素化光源平坦化之一光學耦接層，且其中該光源之該外表面為該光學耦接層的一外表面。
  26. 如請求項24之方法，其中該進行附著，使得一接合部分界定於該光學擷取薄膜之該結構化表面與該光源之該外表面之間。
  27. 如請求項26之方法，其中該接合部分具有小於50微米之一厚度。
  28. 如請求項27之方法，其中該接合部分具有小於25微米之一厚度。
  29. 如請求項26之方法，其中該接合部分具有小於10微米之一厚度。
  30. 如請求項26之方法，其中該接合部分薄於該承載薄膜。
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