KR102267780B1

KR102267780B1 - 광 추출 필름을 갖는 방사 용품

Info

Publication number: KR102267780B1
Application number: KR1020167006142A
Authority: KR
Inventors: 세르게이 라만스키; 기데원 아레페; 비비안 더블유 존스; 제임스 엠 넬슨
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2021-06-23
Also published as: US9799853B2; JP2016527571A; US10358344B2; TWI667817B; KR20160042962A; WO2015023536A1; EP3033778A1; CN105474424A; US20180047944A1; US20160197311A1; EP3033778A4; TW201526325A

Abstract

방사 용품이 발광 표면을 갖는 OLED, 원형 편광판, 및 OLED와 원형 편광판 사이에 광학적으로 존재하고, 발광 표면에 광학적으로 커플링된 광 추출 필름을 포함한다. 광 추출 필름은 제1 굴절률 및 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖는 추출 요소의 2차원의 구조화된 층, 및 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료를 포함하는 백필 층을 포함한다.

Description

광 추출 필름을 갖는 방사 용품 {EMISSIVE ARTICLE WITH LIGHT EXTRACTION FILM}

본 개시내용은 방사 용품(emissive article), 특히 개선된 휘도(luminance)를 제공하는 광 추출 필름(light extraction film)을 포함하는 방사 용품에 관한 것이다.

유기 발광 다이오드 (OLED) 디바이스는 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이에 샌드위칭된 전계발광(electroluminescent) 유기 재료의 박막을 포함하고, 이러한 전극 중 하나 또는 모두는 투명한 전도체이다. 전압이 디바이스를 가로질러서 인가되는 경우, 전자 및 정공(hole)이 그 각각의 전극으로부터 주입되어, 방사 엑시톤(exciton)의 중간체 형성을 통해서 전계발광 유기 재료에서 재조합된다.

방사 디스플레이, 예컨대 OLED는 일반적으로 반사 방지 필름, 예컨대 원형 편광판(circular polarizer)을 사용하여 OLED의 금속 층에 의해서 유발된 주변 광(ambient light)으로부터의 반사를 감소시킨다. 선형 흡수 편광판 및 ¼ 웨이브 필름(wave film)을 포함하는 원형 편광판은 디스플레이 상에 입사된 주변 광의 상당한 양을 소멸시킨다.

디스플레이 밝기(brightness)는 전자장치 구동 능력 및 그와 관련된 벌크(bulk)뿐만 아니라 에미터 수명의 경비에서 비용을 갖는 중요한 인자이다. 또한, 디스플레이 출력 효율은 디스플레이 밝기에 대한 중요한 소비자 규제 카운터밸런스(counterbalance)이다.

OLED 디바이스에서, 생성된 광의 70% 초과는 전형적으로 디바이스 구조물 내에서의 공정으로 인해서 손실된다. 더 높은 굴절률의 유기 인듐 주석 산화물 (ITO) 층과 더 낮은 굴절률의 기판 층 사이의 계면에서의 광의 포획(trapping)이 이러한 불량한 추출 효율의 원인이다. 방사된 광의 비교적 소량 만이 "유용한" 광으로서 투명한 전극을 통해서 나타난다. 광의 대부분은 내부 반사를 겪는데, 이로 인해 광이 디바이스의 에지로부터 방사되거나 디바이스 내에 포획되고, 궁극적으로 반복 통과 후에 디바이스 내에 흡수되어 손실된다.

광 추출 필름은 디바이스 내에서 도파(waveguiding) 손실을 회피하기 위해서 내부 나노구조물(nanostructure)을 사용한다. 강한 광 추출을 제공하지만, 규칙적인 특징부, 예컨대 광결정(photonic crystal) 또는 선형 그레이팅(linear grating) 또는 랜덤 특징부, 예컨대 나노입자를 포함하는 내부 나노구조물은 원형 편광판에 의해서 한정된 주변 콘트라스트(ambient contrast)에 영향을 미치는 경향이 있으며, 이는 최종 응용에서 바람직하지 않을 수 있다. 원형 편광판과의 상용성을 개선시키기 위해서, 미국 특허 출원 공개 제2010/0289038호에 기술된 바와 같이 낮은 피치의 나노구조물, 예를 들어 200 nm 내지 380 nm의 피치를 사용하는 것이 제안되어 있다. 대안적으로, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2010272465호에 기술된 바와 같이 나노구조물이 서브픽셀의 방사 영역의 외부에 위치되도록 OLED 픽셀을 설계하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 그러한 접근은 추출 나노구조물의 효과를 감소시킨다. 따라서, 원형 편광판으로의 반사 소멸을 위해서 편광을 또한 보존하면서, 동시에 나노구조물을 통해서 광 추출의 효율을 개선시키는 광 추출 필름에 대한 필요성이 존재한다.

본 개시내용은 방사 용품, 특히 개선된 휘도를 제공하는 광 추출 필름을 포함하는 방사 용품에 관한 것이다. 광 추출 필름은 예를 들어, 원형 편광판으로의 반사 소멸을 위해서 편광을 보존하면서, OLED로부터의 광의 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시킨다.

본 개시내용의 제1 측면에서, 방사 용품은 발광 표면을 갖는 OLED, 원형 편광판, 및 OLED와 원형 편광판 사이에 광학적으로 존재하고, 발광 표면에 광학적으로 커플링된 광 추출 필름을 포함한다. 광 추출 필름은 제1 굴절률 및 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖는 추출 요소의 2차원의 구조화된 층, 및 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료를 포함하는 백필(backfill) 층을 포함한다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 구조화된 층에 광학적으로 커플링된 비-복굴절성(non-birefringent) 기판을 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 원형 편광판으로부터 분리되어 있고, 그것에 광학적으로 커플링되어 있지 않다. 하나 이상의 실시양태에서, 비-복굴절성 기판은 트라이아세틸 셀룰로오스를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 비-복굴절성 기판, 광 추출 필름 및 광학 커플링 재료는 복합 필름(composite film)을 형성한다.

하나 이상의 실시양태에서, 비-복굴절성 기판은 20 nm 미만, 또는 10 nm 미만, 또는 5 nm 미만의 선형 리타던스(linear retardance)를 갖는다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 제1 굴절률 이상의 굴절률을 갖는 광학 커플링 재료를 통해서 발광 표면에 광학적으로 커플링되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 광학 커플링 재료는 TiO₂ 또는 ZrO₂를 포함한다.

하나 이상의 실시양태에서, 제2 굴절률은 제1 굴절률보다 크다. 하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 방사 용품으로부터 적어도 25%의 광학 이득(optical gain) 증가 또는 적어도 100%의 광학 이득 증가를 제공한다. 하나 이상의 실시양태에서, 2차원 추출 요소의 구조화된 층은 적어도 2개의 상이한 피치 구역을 갖고, 2차원 추출 요소는 적어도 2개의 상이한 피치 값을 갖는다.

본 개시내용의 제2 측면에서, 방사 용품은 발광 표면을 갖는 OLED, 원형 편광판, 및 OLED와 원형 편광판 사이에 존재하고, 광학 커플링 재료를 사용하여 발광 표면에 광학적으로 커플링된 광 추출 필름을 포함한다. 광 추출 필름은 비-복굴절성 기판, 제1 굴절률 및 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖고, 비-복굴절성 기판 상에 배치된 2차원 추출 요소의 구조화된 층 및 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료를 포함하는 백필 층을 포함한다. 백필 층은 추출 요소 위에 평탄화 층을 형성한다.

하나 이상의 실시양태에서, 광학 커플링 재료는 제1 굴절률 이상의 굴절률을 갖는다. 하나 이상의 실시양태에서, 제2 굴절률은 제1 굴절률보다 크다. 하나 이상의 실시양태에서, 2차원 추출 요소의 구조화된 층은 적어도 2개의 상이한 피치 구역을 갖고, 2차원 추출 요소는 적어도 2개의 상이한 피치 값을 갖는다.

하나 이상의 실시양태에서, 비-복굴절성 기판, 광 추출 필름 및 광학 커플링 재료는 복합 필름을 형성한다. 하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 원형 편광판으로부터 분리되어 있고, 그것에 광학적으로 커플링되어 있지 않다. 하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름은 방사 용품으로부터 적어도 25%의 광학 이득 증가 또는 적어도 100%의 광학 이득 증가를 제공한다.

본 개시내용의 하나 이상의 실시양태의 상세내용은 첨부된 도면 및 하기 상세한 설명에서 언급한다. 본 개시내용의 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명과 도면, 및 청구범위로부터 명백할 것이다.

본 개시내용은 첨부 도면과 관련하여 본 개시내용의 다양한 실시양태의 하기 상세한 설명을 고려하게 보다 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 방사 용품의 개략적인 단면도이고;
도 2a 내지 도 2e는 적어도 상이한 피치를 갖는 다중-주기성 나노구조물(multi-periodic nanostructure)의 구역의 다양한 예시적인 구성을 도시한다.

하기 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참고하며, 이것은 몇몇 구체적인 실시양태의 예시의 방식을 나타낸다. 다른 실시양태가 고려되지만, 본 개시내용의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않음을 이해해야 한다. 따라서, 하기 상세한 설명은 제한의 의미가 아니다.

본 명세서에서 사용된 과학 용어 및 기술 용어 모두는 달리 명시되지 않는 한 본 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 정의는 본 명세서에서 자주 사용되는 특정 용어의 이해를 용이하게 하기 위함이며, 본 개시내용의 범주를 제한하려는 의미가 아니다.

달리 언급되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서 사용된 특징부 크기, 양 및 물성을 나타내는 모든 수치는 모든 예에서 용어 "약"에 의해서 수식되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 언급되지 않는 한, 상기 명세서 및 첨부된 청구범위에서 언급된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시를 사용하여 본 기술 분야의 숙련인이 수득하고자 하는 목적하는 특성에 따라서 달리질 수 있는 근사치이다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 갖는 실시양태를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 사용된다.

"하부", "상부", "바로 아래에", "아래에", "위에" 및 "상부에"를 포함하지만 이로 한정되지 않는 공간적으로 관련된 용어는 본 명세서에 사용되는 경우, 요소(들)의 서로에 대한 공간적 관계를 기술하기 위한 용이한 설명을 위해 사용된다. 그러한 공간적으로 관련된 용어는 도면에 도시되고, 본 명세서에 기술된 특정 배향 이외에 사용 또는 작동 시 디바이스의 상이한 배향을 포함한다. 예를 들어, 도면에 도시된 대상이 뒤집어지거나 또는 뒤집히는 경우, 다른 요소 아래 또는 바로 아래로서 이전에 기술된 부분은 다른 요소 위에 존재할 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 예를 들어 요소, 구성요소 또는 층이 다른 요소, 구성요소 또는 층과 "일치하는 계면"을 형성하는 것으로서, 또는 "그 상에" 있거나, "그에 연결"되거나, "그와 커플링"되거나, "그와 접촉"하는 것으로서 기재될 때, 그것이, 예를 들어 그 특정 요소, 구성요소 또는 층 상에 직접 있을 수 있거나, 그에 직접 연결될 수 있거나, 그와 직접 커플링될 수 있거나, 그와 직접 접촉할 수 있거나, 또는 개재 요소, 구성요소 또는 층이 그 특정 요소, 구성요소 또는 층 상에 있을 수 있거나, 그에 연결될 수 있거나, 그와 커플링될 수 있거나, 그와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 요소, 구성요소 또는 층이 "직접 다른 요소 상에" 있거나, "그에 직접 연결"되거나, "그와 직접 커플링"되거나 또는 "그와 직접 접촉"하는 것으로 언급될 때, 예를 들어 그들 사이에 요소, 구성요소 또는 층이 존재하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "갖는다", "갖는", "포함하다", "포함한", "포함한다", "포함하는" 등은 그의 개방형 의미로 사용되며, 일반적으로 "을 포함하지만, 이로 제한되지 않음"을 의미한다. 용어 "이루어진" 및 "본질적으로 이루어진"은 용어 "포함하는" 등을 포괄하는 것으로 이해될 것이다.

용어 "OLED"는 유기 발광 다이오드를 지칭한다. OLED 디바이스는 캐소드와 애노드 사이에 샌드위칭된 전계발광 유기 재료의 박막을 포함하며, 이들 전극 중 하나 또는 모두는 투명한 전도체이다. 전압이 디바이스를 가로질러서 인가되는 경우, 전자 및 정공이 그 각각의 전극으로부터 주입되어, 방사 엑시톤의 중간체 형성을 통해서 전계발광 유기 재료에서 재조합된다.

"광 추출 필름"은 원형 편광판으로의 반사 소멸을 위해서 편광을 보존하면서, OLED 디바이스로부터의 광 아웃-커플링을 개선시키는 필름 또는 층을 지칭한다. 구조화된 광학 필름은 가공된 나노구조물 (예를 들어, 광 추출 요소)을 포함할 수 있다. "광 추출 필름"은 실질적으로 투명한 기판, 저굴절률의 나노구조물, 및 나노구조물 위에서 실질적으로 평탄한 표면을 형성하는 고굴절률의 백필 층을 포함할 수 있다. 용어 "실질적으로 평탄한 표면"은 백필 층이 아래에 놓인 층을 평탄화하지만, 약간의 표면 변동이 실질적으로 평탄한 표면에서 존재할 수 있음을 의미한다. 백필 층의 평탄한 표면이 OLED 디바이스의 광 생성(light output) 또는 발광 표면에 광학적으로 커플링된 경우, 나노구조물은 OLED 디바이스로부터의 광 출력 또는 아웃-커플링을 적어도 부분적으로 증진시킨다.

용어 "나노구조물" 또는 "나노구조물들"은 1 마이크로미터 미만의 적어도 하나의 치수 (예를 들어, 높이, 길이, 폭 또는 직경)를 갖는 구조물을 지칭한다. 나노구조물은 입자 및 가공된 특징부(engineered feature)를 포함하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 입자 및 가공된 특징부는 예를 들어, 규칙적인 형상을 가질 수 있다. 그러한 입자는 또한 나노입자로 지칭된다. 용어 "나노구조화된"은 나노구조물을 갖는 재료 또는 층을 지칭한다.

본 개시내용은 방사 용품, 특히 개선된 휘도를 제공하는 광 추출 필름을 포함하는 방사 용품에 관한 것이다. 광 추출 필름은 예를 들어, 원형 편광판으로의 반사 소멸을 위해서 편광을 보존하면서, OLED로부터의 광의 아웃-커플링을 개선시킨다. 광 추출 필름은 가시광 파장 범위의 피치를 갖지만, 편광을 보존하는 2차원 (즉, 2D) 나노구조물을 포함한다. 본 명세서에 개시된 방사 용품은 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 용품에 비해서, 축 또는 모든 각도에서의 통합에서 적어도 25% 내지 100%의 광학 이득 증가를 나타낸다. 또한, 본 명세서에 개시된 방사 용품은 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 용품에 비해서, 10% 또는 5% 미만의 확산 백색 광(diffuse white light)의 축 주변 반사(axial ambient reflection) 증가를 나타낸다. 본 개시내용이 그러한 것으로 제한되지 않지만, 본 개시내용의 다양한 측면의 공감은 하기에 제공된 실시예의 논의를 통해서 수득될 것이다.

도 1은 방사 용품 (100)의 개략적인 단면도이다. 도시된 방사 용품 (100)은 발광 표면 (115)을 갖는 유기 발광 다이오드 (OLED) (110)이다. 방사 용품 (100)은 OLED (110), 원형 편광판 (120), 및 OLED (110)와 원형 편광판 (120) 사이에 광학적으로 존재하는 광 추출 필름 (130)을 포함한다. 광 추출 필름 (130)은 OLED (110)의 발광 표면 (115)에 광학적으로 커플링되어 있다. 원형 편광판 (120)은 광 추출 필름 (130)에 광학적으로 커플링되어 있지 않거나 또는 그것으로부터 분리되어 있다.

광 추출 필름 (130)은 광 추출 필름 (130)을 통과하는 편광을 보존하도록 구성된다. 편광의 보존은 원형 편광판 (120)의 주변 광 소멸 기능을 보장한다. 광 추출 필름 (130)은 본 명세서에 개시된 방사 용품을 개선시키도록 구성되는데, 그것은 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 용품에 비해서, 축 또는 모든 각도에서의 통합에서 적어도 25% 또는 100%의 광학 이득 증가를 나타낸다. 광 추출 필름 (130)은 본 명세서에 개시된 방사 용품을 개선시키도록 구성되는데, 그것은 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 용품에 비해서, 분산 광의 축 주변 반사의 10% 또는 5% 미만 증가를 나타낸다.

광 추출 필름 (130)은 제1 굴절률 및 가시광 파장 범위 또는 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖는 추출 요소 (131)의 구조화된 층 (132)을 포함한다. 광 추출 필름 (130)은 백필 층 (134)을 포함하는데, 그것은 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료이며, 백필 층 (134)은 추출 요소 (131) 위에 평탄화 층을 형성한다. 다수의 실시양태에서, 제2 굴절률은 제1 굴절률보다 크다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름 (130)은 구조화된 층 (132)에 광학적으로 커플링된 비-복굴절성 기판 (136)을 추가로 포함한다. 비-복굴절성 기판 (136)의 예는 본 기술 분야의 숙련인에게 일반적으로 공지된 조건 및 기술을 사용하여 트라이아세틸 셀룰로오스 (TAC), 폴리카보네이트 및 사이클릭 폴리올레핀으로부터 형성된 기판을 포함한다.

리타던스는 광 빔의 경로를 따라서 작용하는 샘플의 복굴절의 통합 효과로서 정의될 수 있다. 선형 리타던스의 크기는 재료에서 가장 빠른 선형 편광 상태와 가장 느린 선형 편광 상태 간의 상의 차이를 나타내며, 전형적으로는 상의 차이와 광의 파장의 곱에 의해서 주어지는 길이로서 표현된다. 선형 리타던스는 예를 들어, 액소메트릭스, 인크.(Axometrics, Inc.) (미국 알리바마주 헌츠빌 소재)로부터 입수가능한 액소스캔 뮐러 매트릭스 폴라리메터(AXOSCAN Mueller Matrix Polarimeter)와 같은 편광계 시스템을 사용하여 측정될 수 있다.

OLED (110)는 임의의 유용한 발광 디바이스일 수 있다. 마이크로캐비티(microcavity) 효과를 고려하여, OLED는 두 유형, 즉 약한 마이크로캐비티 OLED 및 강한 마이크로캐비티 OLED로 개략적으로 분류될 수 있다. 종래의 배면(bottom) 발광 OLED는 약한 마이크로캐비티 디바이스지만, 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector) 또는 2개의 금속 전극을 갖는 OLED는 강한 마이크로캐비티 디바이스로서 간주된다. 내부 양자 효율, 외부 양자 효율, 엑시톤 수명, 및 각도 의존성을 비롯한 발광 특성은 파브리-페롯 공진 캐비티 효과(Fabri-Perot resonant cavity effect) 및 퍼셀 효과(Purcell effect)로 인해서 2가지 유형의 OLED에서 차이가 있다.

도시된 방사 용품 (100)은 전면 발광 유기 발광 다이오드 (OLED) (110)이다. 도시된 유기 발광 다이오드 (OLED) (110)는 제1 전극 (112) 및 제2 전극 (114)을 분리하는 유기 층 (111)을 포함한다. OLED (110)는 기판 또는 백플레인(backplane) 층 (113)을 포함할 수 있다. 유기 층 (104)은 임의의 유기 전계발광 재료, 예컨대 미국 특허 제6,605,483호에 기술된 바와 같은 발광 중합체를 사용하여 구현될 수 있다. 전극 (112, 114)은 예를 들어, 투명한 전도성 산화물 (TCO), 예컨대 인듐 주석 산화물 (ITO) 또는 금속을 사용하여 구현될 수 있다.

본 명세서에 기술된 광 추출 필름 (130)은 OLED 디바이스에 적용된 별개의 필름일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 광학 커플링 층(optical coupling layer) (138)을 사용하여 광 추출 필름 (130)을 OLED (110)의 광 생성 또는 발광 표면 (115)에 광학적으로 커플링시킨다. 광학 커플링 층 (138)은 광 추출 필름 (130) 또는 OLED 또는 둘 다에 적용될 수 있고, 그것은 접착제를 사용하여 구현되어 광 추출 필름 (130)을 OLED 디바이스에 적용하는 것을 용이하게 할 수 있다. 별개의 광학 커플링 층에 대한 대안으로서, 고굴절률 백필 층 자체가 고굴절률 접착제를 포함할 수 있어서, 백필의 광학적 기능 및 평탄화 기능, 및 접착성 광학 커플링 층의 접착 기능이 동일한 층에 의해서 행해진다. 광학 커플링 층 및 그를 사용하여 광 추출 필름을 OLED 디바이스에 적층하는 방법은 발명의 명칭이 "나노입자 및 주기적인 구조물을 갖는 OLED 광 추출 필름(OLED Light Extraction Films Having Nanoparticles and Periodic Structures)"이고, 2011년 3월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 시리얼 번호 제13/050324호에 기술되어 있으며, 이것은 참고로 본 발명에 포함된다.

하나 이상의 실시양태에서, 광학 커플링 층 (138)은 구조화된 층 (132)에 대한 제1 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 하나 이상의 실시양태에서, 광학 커플링 층 (138)은 OLED 디바이스 (110)의 유기 층의 굴절률과 대략 동일한 굴절률을 갖는다. 일부 실시양태에서, 광학 커플링 층 (138)은 TiO₂ 또는 ZrO₂를 포함한다.

광 추출 필름을 위한 나노구조물은 기판과 통합되어 형성될 수 있거나 또는 기판에 적용된 층 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노구조물은 기판에 저굴절률 재료를 적용하고, 이어서 재료를 패턴화함으로써 기판 상에 형성될 수 있다. 나노구조물은 1 마이크로미터 미만의 적어도 하나의 치수, 예컨대 폭을 갖는 구조물이다.

광 추출 필름을 위한 나노구조물은 1차원 (1D)일 수 있는데, 이는 그것이 단지 하나의 치수로 주기적이며, 즉 가장 가까운 이웃하는 특징부가 수직 방향을 따르지 않고, 표면을 따라서 한 방향으로 동등하게 이격되어 있음을 의미한다. 1D의 주기적인 나노구조물의 경우, 인접한 주기적인 특징부들 간의 간격은 1 마이크로미만이다. 1차원 구조물은 예를 들어 연속적이거나 또는 연장된 프리즘 또는 릿지(ridge), 또는 선형 그레이팅을 포함한다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름을 위한 나노구조물은 2차원 (2D)인데, 이는 그것이 2 차원으로 주기적이며, 즉 가장 가까운 이웃하는 특징부가 표면을 따라서 2개의 상이한 방향으로 동등하게 이격되어 있음을 의미한다. 2D 나노구조물의 경우, 두 방향에서의 간격은 1 마이크로미터 미만이다. 두 상이한 방향에서의 간격이 상이할 수 있음을 주목하기 바란다. 2차원 구조물은 예를 들어, 렌즈셋(lenslet), 피라미드, 사다리꼴, 원기둥 또는 사각기둥, 또는 광결정 구조물을 포함한다. 2차원 구조물의 다른 예는 미국 특허 출원 공개 제2010/0128351호에 기술된 바와 같은 측면이 굴곡된 원뿔형 구조물(curved sided cone structure)을 포함하며, 이는 완전히 언급된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름을 위한 나노구조물은 2차원 추출 요소이다. 이러한 실시양태에서, 나노구조물은 400 내지 800 nm 또는 400 내지 600 나노미터, 또는 500 내지 700 나노미터, 또는 600 내지 800 나노미터 범위의 피치를 갖는다.

하나 이상의 실시양태에서, 광 추출 필름을 위한 나노구조물은 다중-주기성 구역(multi-periodic zone)을 갖는 가공된 나노구조물이다. 도 2a 내지 도 2e는 적어도 상이한 피치를 갖는 다중-주기성 나노구조물의 구역의 다양한 예시적인 구성을 도시한다. 구역은 서로 근접해 있고 겹쳐지지 않는 가공된 나노구조물의 복수의 세트이다. 세트는 서로 직접 인접하거나 또는 서로 인접하고, 간극(gap)에 의해서 분리될 수 있다. 각각의 세트는 주기적인 특징을 갖는 서로 인접한 복수의 나노구조물이고, 구역에서의 각각의 세트는 구역에서의 다른 세트와 상이한 주기적인 특징을 가진다. 각각의 세트에서의 가공된 나노구조물은 따라서 랜덤하지 않고, 비주기적이지 않다. 구역은 광 추출 필름의 나노구조화된 표면 전체에서 반복된다. 특히, 구역에서 동일한 복수의 세트가 반복되고, 그 결과 가공된 나노구조물의 반복적으로 변하는 주기적인 특징이 얻어진다. 세트의 복수의 나노구조물은 2개만큼 적은 나노구조물을 포함할 수 있고, 이러한 경우 (다중-주기성 특징으로서 사용되는 경우) 피치는 세트 내의 2개의 나노구조물들 사이의 단일 거리이다.

주기적인 특징의 예에는 피치, 높이, 종횡비 및 형상이 포함된다. 피치는 인접한 나노구조물들 사이의 거리 (전형적으로 그들의 최상단 부분으로부터 측정됨)를 지칭한다. 높이는 나노구조물의 (아래에 놓인 층과 접촉한) 기저부로부터 최상부 부분까지 측정된 나노구조물의 높이를 지칭한다. 종횡비는 나노구조물의 단면폭 (가장 넓은 부분) 대 높이의 비를 지칭한다. 형상은 나노구조물의 단면 형상을 지칭한다.

다중-피치 구역을 통해 피치를 제어하는 것은 단일 피치를 사용하는 것과 비교할 때 OLED 광 추출의 보다 나은 각도 분포를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 다중-피치 구역을 사용하는 것은 보다 균질한 OLED 광 추출을 가능하게 하고, 광 추출을 특정 색상에 대해서 조정하는 것을 가능하게 한다. 따라서 광 추출 필름이 다중-주기성 피치 구역을 사용하고, 다중-피치 구역을 다른 다중-주기성 특징, 예컨대 상기에 기술된 것과 조합할 수 있다.

도 2a는 세트 (24, 26, 및 28)를 갖는 구역을 갖는 가공된 나노구조물 (22)을 도시한다. 세트 (24, 26, 및 28) 각각은 구역 내의 다른 세트의 피치 및 특징부 높이와 비교할 때 상이한 피치 및 특징부 높이를 갖는다. 세트 (24)는 주기적인 피치 (30)를 갖고, 세트 (26)는 주기적인 피치 (32)를 갖고, 세트 (28)는 주기적인 피치 (34)를 갖는다. 피치 (30, 32, 및 34)는 서로 동일하지 않다. 특정 일 실시양태에서, 피치 (30) = 0.420 마이크로미터이고, 피치 (32) = 0.520 마이크로미터이고, 피치 (34) = 0.630 마이크로미터이다. 구역을 구성하는 세트 (24, 26, 및 28)는 이어서 반복되어 광 추출 필름의 나노구조화된 표면을 형성할 것이다.

도 2b는 각각이 다른 세트와 상이한 주기적인 피치 및 특징부 높이를 갖는, 나노구조물의 세트 (38, 40, 및 42)를 갖는 반복 구역을 갖는 가공된 나노구조물 (36)을 도시한다. 나노구조화된 표면 (36)에서, 구역은 2회 반복된 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 도 2a의 세트와 비교할 때 각각의 세트 내에 더 적은 특징부를 갖는다.

도 2c는 각각이 다른 세트와 상이한 주기적인 피치 및 특징부 높이를 갖는, 나노구조물의 세트 (46, 48, 및 50)를 갖는 반복 구역을 갖는 가공된 나노구조물 (44)을 도시한다. 나노구조화된 표면 (44)에서, 구역은 8회 반복된 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 도 2a 및 2b와 비교할 때 각각의 세트 내에 더 적은 특징부를 갖는다.

도 2d는 각각이 다른 세트와 상이한 주기적인 피치 및 특징부 높이를 갖는, 나노구조물의 세트 (54 및 56)를 갖는 반복 구역을 갖는 가공된 나노구조물 (52)을 도시한다. 나노구조화된 표면 (52)에서, 구역은 3회 반복된 것으로 도시되어 있다. 본 실시예는 도 2a 내지 2c의 3개의 세트를 갖는 구역과 비교할 때 2개의 세트를 갖는 구역을 도시한다.

도 2e는 세트 (60, 62, 및 64)를 갖는 구역을 갖는 가공된 나노구조물 (58)을 도시한다. 세트 (60, 62, 및 64) 각각은 구역 내의 다른 세트의 피치 및 특징부 높이와 비교할 때 상이한 피치 및 특징부 높이를 갖는다. 세트 (60)는 주기적인 피치 (66)를 갖고, 세트 (62)는 주기적인 피치 (68)를 갖고, 세트 (64)는 주기적인 피치 (70)를 갖는다. 피치 (66, 68, 및 70)는 서로 동일하지 않다. 특정 일 실시양태에서, 피치 (66) = 0.750 마이크로미터이고, 피치 (68) = 0.562 마이크로미터이고, 피치 (70) = 0.375 마이크로미터이다. 구역을 구성하는 세트 (60, 62, 및 64)는 이어서 반복되어 광 추출 필름의 나노구조화된 표면을 형성할 것이다. 본 예는 도 2a의 세트에서의 피치 변화와 비교할 때 구역에서의 피치 변화가 상이한 방향으로 증가하는 것을 도시한다.

피치 및 특징부 높이 이외에, 다중-주기성 구역은 다른 다중-주기성 특징의 세트를 가질 수 있다. 도 2f는 다중-주기성 종횡비를 갖는 세트를 갖는 가공된 나노구조물 (72)을 도시한다. 나노구조물 (72)에 대한 반복 구역은 세트 (74 및 76)를 포함하며, 세트 (74)에서의 나노구조물은 세트 (76)에서의 나노구조물과 상이한 종횡비를 가진다. 다른 예로서, 도 2g는 다중-주기성 형상을 갖는 세트를 갖는 가공된 나노구조물 (78)을 도시한다. 나노구조물 (78)에 대한 반복 구역은 세트 (80 및 82)를 포함하며, 세트 (80)에서의 나노구조물은 세트 (82)에서의 나노구조물과 상이한 형상을 가진다. 이 예에서, 세트 (80)에서의 나노구조물은 1D 정방형 릿지 또는 2D 정방형 기둥으로 구현될 수 있는 반면, 세트 (82)에서의 나노구조물은 1D 긴 프리즘 또는 2D 피라미드로 구현될 수 있다.

도 2a 내지 도 2g에서의 나노구조물은 주기적인 특징 및 구역을 예시한 것이다. 구역은 2개, 3개 또는 그 초과의 나노구조물 세트를 가질 수 있고, 각각의 세트에서의 주기적인 특징은 다른 세트에서의 동일한 주기적인 특징의 값과 상이하다. 도 2a 내지 도 2e에서, 구역에서의 세트 간의 상이한 피치는 상이한 높이의 나노구조물을 사용하여 달성된다. 그렇지만, 나노구조물의 높이는 동일할 수 있는 반면 세트 간의 피치는 상이하다. 따라서, 구역에서의 세트는 그들 중에서 하나 이상의 상이한 주기적인 특징을 가질 수 있다. 또한, 도 2a 내지 도 2e에는 예시적인 목적을 위한 가공된 나노구조물로서 프리즘 (또는 피라미드)이 도시되어 있지만, 가공된 나노구조물은 1D 및 2D 특징부의 다른 유형, 예컨대 상기에서 인지된 것을 포함할 수있다.

광 추출 필름을 위한 기판, 저굴절률 구조물, 및 고굴절률 백필 층을 위한 재료는 상기에서 인지된 공개된 특허 출원에 제공되어 있다. 예를 들어, 기판은 유리, PET, 폴리이미드, TAC, PC, 폴리우레탄, PVC, 또는 가요성 유리로 구현될 수 있다. 광 추출 필름의 제조 방법이 또한 상기에서 인지된 공개된 특허 출원에 제공되어 있다. 임의로는, 기판은 광 추출 필름을 도입한 디바이스를 수분 또는 산소로부터 보호하기 위해서 장벽 필름을 사용하여 구현될 수 있다. 장벽 필름의 예는 미국 특허 출원 제2007/0020451호 및 미국 특허 제7,468,211호에 개시되어 있으며, 그들 모두는 본 명세서에 참고로 포함된다.

종래의 원형 편광판이 주변 광으로부터의 반사를 감소시키기 위해서 방사 디스플레이 상에서 사용된다. 이러한 원형 편광판의 한 단점은 방사된 광이 50% 이상 감소된다는 것이다. 방사 디스플레이의 더 긴 수명을 가능하게 하기 위해서 또는 디스플레잉된 시각적인 품질을 개선시키기 위해서 더 높은 방사된 광 효율(luminance efficiency)이 매우 바람직한 일부 디스플레이 응용이 존재한다. 따라서 OLED의 증가된 발광 효율(luminous efficiency)이 바람직하다.

일부 디스플레이 응용, 예컨대 가정용 TV에서, 주변 광은 더 낮고, 주변 광 반사를 감소시키기 위한 요건이 줄어든다. 본 개시내용의 일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 디스플레이에 비해서, 방사 디스플레이의 광 효율 증가는 축방향에서 측정되거나 또는 모든 각도에서 통합되는 경우 적어도 25% 초과, 또는 적어도 100% 초과, 또는 적어도 150% 초과일 수 있다. 광 효율의 이러한 이득은 본 명세서에 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 디스플레이와 비교할 때 주변 광에 의해서 유발되는 글레어(glare)를 실질적으로 증가시키지 않으면서 성취된다. 본 개시내용의 일부 실시양태에서, 주변 광 반사는 본 명세서에 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 디스플레이보다 10% 이하만큼 더 크거나, 본 명세서에 기술된 광 추출 필름 구성을 갖지 않는 방사 디스플레이보다 5% 이하만큼 더 크다.

개시된 방사 용품의 이점 중 일부를 하기 실시예에 의해서 추가로 설명한다. 이러한 실시예에서 언급된 특정 재료, 양 및 치수, 뿐만 아니라 다른 조건 및 상세사항은 본 개시내용을 과도하게 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.

실시예

실시예에서 모든 부, 백분율, 비 등은 달리 지시되지 않는 한 중량 기준이다. 사용한 용매 및 기타 시약은 달리 언급되지 않는 한, 시그마-알드리치 케미컬 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company) (미국 위스콘신 밀워키 소재)로부터 입수하였다.

재료

반사성 측정

오트로닉스-멜처스 게엠베하(Autronics-Melchers GmbH) (독일 카를스루헤 소재) 코노스코프(ConoScope) 80을 사용하여 확산 반사율을 측정하였다. 코노스코프에 제공된 적외선 필터를 갖는 텅스텐-할로겐 백색 광을 광원으로서 사용하였다. 측정 시 샘플을 가까운 작동 거리 (대략 2 mm)에서 코노스코프 렌즈/광원 장치 바로 아래에 놓았다. 입사광이 샘플로부터 반사되었고, 거의 수직 입사 (약 0도의 편각)에서 광전증배관(photomultiplier tube)을 사용하여 검출하였다.

예비 실시예

D510 안정화된 50 nm TiO ₂ 나노입자 분산액의 제조

대략 52 중량%의 TiO₂ 를 갖는 TiO₂ 나노입자 분산액을 솔플러스 D510 및 1-메톡시-2-프로판올의 존재 하에서의 밀링(milling) 방법을 사용하여 제조하였다. 솔플러스 D510을 TiO₂ 중량을 기준으로 25 중량%의 양으로 첨가하였다. 혼합물을 디스퍼매트(DISPERMAT) 혼합기 (폴 엔. 가드너 컴퍼니(Paul N. Gardner Company, Inc.) (미국 플로리다주 폼파노 비치 소재))를 사용하여 10분 동안 예비혼합하고, 이어서 네츠쉬 미니커 밀(NETZSCH MiniCer Mill) (네츠쉬 프리미어 테크놀로지즈, 엘엘씨.(NETZSCH Premier Technologies, LLC.) (미국 펜실배니아주 엑스톤 소재))를 하기 조건으로 사용하였다: 4300 rpm, 0.2 mm YTZ 밀링 매질, 및 250 ml/min 유량. 1시간 동안 밀링한 후, 1-메톡시-2-프로판올 중의 백색 페이스트 유사 TiO₂ 분산액을 수득하였다. 말버른 인스트루먼츠 제타사이저 나노 ZS(Malvern Instruments ZETASIZER Nano ZS) (말버른 인스트루먼츠 인크.(Malvern Instruments Inc.) (미국 메사추세스주 웨스트버러 소재))를 사용하여 입자 크기는 50 nm인것으로 측정되었다.

고 굴절률 백필 용액 (HI-BF)의 제조:

20 g의 D510 안정화된 50 nm TiO₂ 용액, 2.6 g의 SR833S, 0.06 g의 이르가큐어 184, 25.6 g의 1-메톡시-2-프로판올, 38.4 g의 2-부탄온을 함께 혼합하여 균질한 고굴절률 백필 용액을 형성하였다.

나노구조화된 필름의 제조

먼저 미국 특허 제7,140,812호에 기술된 바와 같은 다중 팁형 다이아몬드 공구(multi-tipped diamond tool) (합성 단결정 다이아몬드 사용, 수미토모 다이아몬드(Sumitomo Diamond) (일본 소재))를 제조함으로써 구조화된 필름을 제조하였다.

이어서, 다이아몬드 공구를 사용하여 구리 마이크로-반복 롤을 제조하였고, 이어서 이것을 사용하여, 0.5%의 (2,4,6 트라이메틸 벤조일) 다이페닐 포스핀 옥시드를 포토머 6210과 SR238의 75:25 블렌드에 혼합함으로써 제조된 중합성 수지를 사용하는 연속적인 캐스트 및 경화 방법으로, TAC 필름 또는 PET 필름 상에 나노구조물을 제조하였다.

백필을 갖는 나노구조화된 필름의 제조

구조화된 필름을 상기에 기술된 바와 같이 제조하였다. HI-BF 용액을 롤 투 롤(roll to roll) 코팅 방법을 사용하여 4.5 m/min (15 ft/min)의 웹 속도 및 5.1 cc/min의 분산액 전달 속도로 구조화된 필름 상에 코팅하였다. 코팅을 공기 중에서 실온에서 건조하였고, 이어서 82℃ (180℉)에서 추가로 건조하고, 이어서 질소 분위기 하에서 75%의 램프 출력에서 4.5 m/min (15 ft/min)의 선 속도에서 작동하는, H-전구가 장치된 퓨젼 유브이-시스템즈 인크.(Fusion UV-Systems Inc.) 라이트-해머(Light-Hammer) 6 UV (미국 메릴랜드주 게이터버그 소재) 프로세서를 사용하여 경화시켰다.

비교예 C1 내지 비교예 C12

백필을 갖지 않고, 광학 커플링 층 (OCL)을 갖지 않는 1D 구조물

삼성 갤럭시 에스 폰(Samsung Galaxy S phone) (삼성 모바일 디스플레이(Samsung Mobile Display Co.) (대한민국 소재)로부터 입수가능함)을 입수하였다. OLED/거울 층 위에 위치된 캡슐화 유리에 부착된 원형 편광판을 포함하는 디스플레이 패널을 제거하였다. OLED/거울 층은 유기 층, 얇은 상부 전극, 반사성 바닥 전극, 백플레인 및 유리를 포함하였다.

삼각형 "톱니" 패턴을 갖는 1D의 구조화된 필름을 "나노구조화된 필름의 제조"에서 기술된 바와 같이 제조하였다. 150 nm 내지 700 nm의 피치를 갖는 샘플을 제조하였다 (하기 표 참고). 삼각형의 높이가 폭과 동일한 샘플을 제조하였고, 삼각형의 높이가 폭보다 큰 샘플을 제조하였다. 이러한 샘플에 어떤 백필도 적용하지 않았고, TAC 필름을 기판으로서 사용하였다.

1D의 구조화된 필름을, 삼성 갤럭시 에스로부터의 OLED/거울 위에, 구조화된 표면이 OLED/거울과 대면하게 놓음으로써 조립체를 제조하였다. 이어서, 원형 편광판을 구조화된 필름 위에 놓았고, 반사된 광을 "반사성 측정"에 기술된 바와 같이 측정하였다. 층 사이에 어떤 접착제도 부가하지 않았다.

비교를 위해서, 원형 편광판과 OLED/거울 층 사이에 어떤 구조물도 존재하지 않는 TAC 필름을 갖는 샘플을 제조하였다. 원형 편광판과 OLED/거울 사이에 어떤 필름도 갖지 않는 대조군 샘플을 또한 제조하였다. TAC 층을 갖는 샘플의 반사성은 대조군 결과와 유사하였다.

하기 표에 주어진 결과는, 반사된 광을 대조군 결과에 유사하게 감소시키기 위해서는 약 300 nm 미만의 피치가 필요함을 나타내었다.

비교예 C13 내지 비교예 C15

백필을 갖지 않고, OCL을 갖지 않는 2D 구조물

1D의 구조화된 필름 대신에 500 nm 피치 및 삼각형 형상의 구조물을 갖는 2D의 구조화된 필름을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 C1 내지 C12에서와 같이 샘플을 제조하였다. TAC 및 PET 기판 모두 상에서 샘플을 제조하였다.

비교예 C1 내지 비교예 C12에 기술된 바와 같이 층들 사이에 접착제를 사용하지 않고 추출 필름을 거울 위에 적용하고, 원형 편광판을 추출 필름 위에 적용함으로써 샘플을 제조하였다. 상기에 기술된 바와 같이 반사성 측정을 수행하였다. 하기 표에 보고된 데이터는, 유사한 피치를 갖는 1D 추출기와 비교할 때 2D의 대칭적인 500 nm 피치의 추출기를 사용하여 반사율이 상당히 감소되었음을 나타내었다. 데이터는 또한 PET 기재 필름의 복굴절이 저복굴절 TAC 필름과 비교할 때 반사율을 대략 2배 증가시킴을 나타내었다.

실시예 1과 실시예 2, 및 비교예 C16 내지 비교예 C28

열 증발을 통해서 유리 상에 크롬 2 nm를 침착시키고, 크롬 상에 은 100 nm를 침착시키고, 이어서 은을 산화 몰리브덴 (MoO₃) 200 nm로 오버-코팅함으로써 거울을 구조화하였다. 거울을 구조화하여 OLED/거울 층의 반사율을 모방하였다.

비교예 C1 내지 비교예 C12에 기술된 바와 같이 층들 사이에 접착제를 사용하지 않고 추출 필름을 거울 위에 적용하고, 원형 편광판을 추출 필름 위에 적용함으로써 샘플을 제조하였다. 이러한 샘플을 하기 표에서 "에어 갭"이라 칭한다. 광학 커플링 층을 사용하여 추출 필름을 거울에 적층하여 샘플을 또한 제조하였다. 접착제를 사용하지 않고 추출 필름 위에 원형 편광판을 적용하였고, 추출 필름과 원형 편광판 사이에 에어 갭을 남겨두었다. 이러한 샘플을 하기 표에서 "OCL"이라 칭한다.

사용된 OCL은 70% ZrO이었고, 반사성 측정은 상기에 기술된 바와 같이 수행하였다. 하기 표에 제공된 데이터는, 다른 추출기와 비교할 때 OCL을 사용하여 OLED에 커플링된 저복굴절 기판 (TAC) 상의 2D 대칭 추출기의 경우 반사율이 상당히 감소되었음을 나타내었다.

동일한 Ag 거울 구조물, OCL 및 측정 방법을 사용하지만, 상이한 필름 세트를 사용하여 이러한 측정을 반복하였다.

따라서, 광 추출 필름을 갖는 방사 용품의 실시양태가 개시된다. 본 기술 분야의 숙련인은 본 명세서에 기술된 구성이 개시된 실시양태 이외의 실시양태로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시양태는 예시의 목적으로 존재하며, 제한이 아니다.

Claims

발광(light emission) 표면을 갖는 OLED;
원형 편광판(circular polarizer); 및
OLED와 원형 편광판 사이에 광학적으로 존재하고, 발광 표면에 광학적으로 커플링된 광 추출 필름(light extraction film)을 포함하는 방사 용품(emissive article)으로서, 광 추출 필름이
제1 굴절률 및 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖는 2차원 추출 요소(two-dimensional extraction element)의 구조화된 층; 및
제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료를 포함하고, 추출 요소 위에 평탄화(planarizing) 층을 형성하는 백필(backfill) 층을 포함하는 방사 용품.
제1항에 있어서, 광 추출 필름이 구조화된 층에 광학적으로 커플링된 비-복굴절성(non-birefringent) 기판을 추가로 포함하는 방사 용품.
발광 표면을 갖는 OLED;
원형 편광판; 및
OLED와 원형 편광판 사이에 광학적으로 존재하고, 광학 커플링 재료를 사용하여 발광 표면에 광학적으로 커플링된 광 추출 필름을 포함하는 방사 용품으로서, 광 추출 필름이
비-복굴절성 기판;
제1 굴절률 및 400 내지 800 nm 범위의 피치를 갖고, 비-복굴절성 기판 상에 배치된 2차원 추출 요소의 구조화된 층; 및
제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료를 포함하고, 추출 요소 위에 평탄화 층을 형성하는 백필 층을 포함하는 방사 용품.
제1항 또는 제3항에 있어서, 광 추출 필름이 방사 용품으로부터 적어도 25%의 광학 이득 증가를 제공하는 방사 용품.
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