(57)【要約】  有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のための光抽出装置は、ＯＬＥＤエミッタ（１００）、複数のテーパ状反射体（２１０）、及びスペーサ層（２０２）を備えている。各テーパ状反射体は、第１の表面（２１２）、第１の表面とは反対側にあり、かつ第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面（２１４）、及び第１の表面と第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面（２１６）を備えている。スペーサ層（２０２）は、ＯＬＥＤエミッタに結合した第１の表面と、複数のテーパ状反射体の各々の第１の表面に結合した第２の表面とを備えている。ＯＬＥＤから放出された光は、スペーサ層を通過し、複数のテーパ状反射体に入る。複数のテーパ状反射体の各々の少なくとも１つの側面は、光を逃散円錐へと方向転換させて対応するテーパ状反射体の第２の表面から出すための傾斜を含む。
2021533524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のための光抽出装置であって、該光抽出装置が、
ＯＬＥＤエミッタ；
前記ＯＬＥＤエミッタと重なる複数のテーパ状反射体であって、各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えている、複数のテーパ状反射体；並びに
前記ＯＬＥＤエミッタに結合した第１の表面と、前記複数のテーパ状反射体の各々の第１の表面に結合した第２の表面とを備えているスペーサ層
を含み、
前記ＯＬＥＤから放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記複数のテーパ状反射体に入り、
前記複数のテーパ状反射体の各々の少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、
光抽出装置。
【請求項２】
前記複数のテーパ状反射体の各々が、台形断面を備えた角錐台を含む、請求項１に記載の光抽出装置。
【請求項３】
前記複数のテーパ状反射体が、少なくとも２行及び少なくとも２列に配置されたテーパ状反射体の二次元アレイを含む、請求項１又は２に記載の光抽出装置。
【請求項４】
前記スペーサ層の屈折率が、前記複数のテーパ状反射体の屈折率以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光抽出装置。
【請求項５】
前記複数のテーパ状反射体の各々の前記第２の表面の表面積が、前記複数のテーパ状反射体の各々の前記第１の表面の表面積の少なくとも１．５倍大きい、請求項１から４のいずれか一項に記載の光抽出装置。
【請求項６】
底部発光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイにおいて、該底部発光ＯＬＥＤディスプレイが、
ＯＬＥＤのアレイに結合したスペーサ層であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤがそこから光が前記スペーサ層に放出される底面を有する、スペーサ層；
テーパ状反射体のアレイであって、前記テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体が前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なり、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えており、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面が、前記スペーサ層に結合し、かつ前記ＯＬＥＤのアレイに面している、テーパ状反射体のアレイ；並びに
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第２の表面に結合した基板
を含む、底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項７】
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記底面から放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記テーパ状反射体のアレイに入り、
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、
請求項６に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項８】
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、台形断面を備えた角錐台を含む、請求項６又は７に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項９】
前記スペーサ層の屈折率が、前記テーパ状反射体のアレイの屈折率以上である、請求項６から８のいずれか一項に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１０】
前記テーパ状反射体のアレイの屈折率が、前記基板の屈折率以上である、請求項９に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１１】
上部発光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイにおいて、該上部発光ＯＬＥＤディスプレイが、
ＯＬＥＤのアレイを支持する基板であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤがそこから光が放出される上面を有する、基板；
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面に結合したスペーサ層；
テーパ状反射体のアレイであって、前記テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体が前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なり、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えており、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面が、前記スペーサ層に結合し、かつ前記ＯＬＥＤのアレイに面している、テーパ状反射体のアレイ；並びに
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第２の表面に結合した封止層
を含む、上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１２】
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面から放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記テーパ状反射体のアレイに入り、
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、請求項１１に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１３】
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、台形断面を備えた角錐台の形状を含む、請求項１１又は１２に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１４】
前記スペーサ層の屈折率が、前記テーパ状反射体のアレイの屈折率以上である、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１５】
前記テーパ状反射体のアレイの屈折率が、前記封止層の屈折率以上である、請求項１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイに関する。より詳細には、ＯＬＥＤディスプレイ、並びにＯＬＥＤディスプレイから光を抽出するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＬＥＤは、通常、基板、第１の電極、１つ以上のＯＬＥＤ発光層、及び第２の電極を含む。ＯＬＥＤは上部発光であっても底部発光であってもよい。上部発光ＯＬＥＤは、基板、第１の電極、１つ以上のＯＬＥＤ層を有するＯＬＥＤ構造、及び第２の透明電極を含むことができる。ＯＬＥＤ構造の１つ以上のＯＬＥＤ層は、発光層を含んでいてよく、また、電子及び正孔注入層並びに電子及び正孔輸送層も含むことができる。
【０００３】
ＯＬＥＤ構造によって放出された光は、屈折率の高い層から屈折率の低い層へ、例えば通常１．７〜１．８の範囲の屈折率を有するＯＬＥＤ構造から、通常約１．５の屈折率を有するガラス基板へ、又はガラス基板から１．０の屈折率を有する空気へと通過する場合に全内反射（ＴＩＲ）によってトラップされる。
【０００４】
ディスプレイを形成するために、ＯＬＥＤをディスプレイ基板上に配置し、封止層で覆うことができる。しかしながら、ＯＬＥＤから放出される光は、封止層とＯＬＥＤとの間の空間が固体材料で満たされている場合でさえ、再び、封止層の上面からＴＩＲの影響を受ける。これにより、ＯＬＥＤディスプレイ用途に利用可能なＯＬＥＤによって生成される光量が、さらに減少する。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の幾つかの実施形態は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のための光抽出装置に関する。光抽出装置は、ＯＬＥＤエミッタ、複数のテーパ状反射体、及びスペーサ層を備えている。各テーパ状反射体は、第１の表面、該第１の表面とは反対側にあり、かつ第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び第１の表面と第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えている。スペーサ層は、ＯＬＥＤエミッタに結合した第１の表面と、複数のテーパ状反射体の各々の第１の表面に結合した第２の表面とを備えている。ＯＬＥＤから放出される光は、スペーサ層を通過し、複数のテーパ状反射体に入る。複数のテーパ状反射体の各々の少なくとも１つの側面は、逃散円錐への反射によって光を方向転換し、対応するテーパ状反射体の第２の表面から出すための傾斜を含む。
【０００６】
本開示のさらに他の実施形態は、底部発光ＯＬＥＤディスプレイに関する。該ディスプレイは、スペーサ層、テーパ状反射体のアレイ、及び基板を備えている。スペーサ層は、ＯＬＥＤのアレイに結合される。ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤは、そこを通じて光がスペーサ層に放出される底面を有する。テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体は、ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なる。テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体は、第１の表面、該第１の表面とは反対側にあり、かつ第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び第１の表面と第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えている。テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の第１の表面は、スペーサ層に結合され、かつＯＬＥＤのアレイに面している。基板は、テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の第２の表面に結合される。
【０００７】
本開示のさらに他の実施形態は、上部発光ＯＬＥＤディスプレイに関する。該ディスプレイは、基板、スペーサ層、テーパ状反射体のアレイ、及び封止層を備えている。基板は
る上面を有する。スペーサ層は、ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの上面に結合される。テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体は、ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なる。テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体は、第１の表面、該第１の表面とは反対側にあり、かつ第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び第１の表面と第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えている。テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の第１の表面は、スペーサ層に結合され、かつＯＬＥＤのアレイに面している。封止層は、テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の第２の表面に結合される。
【０００８】
本明細書に開示される光抽出装置を含むＯＬＥＤディスプレイは、該ディスプレイからの光のアウトカップリングを大幅に改善し、ディスプレイの効率及びピーク輝度を高める。ＯＬＥＤディスプレイの外部効率は、光抽出装置を含まないディスプレイと比較して１００％向上しうる。外部効率が向上することに起因して、ディスプレイのピクセルを同じ輝度でより少ない電流で駆動させることができ、これにより、ディスプレイの耐用年数が長くなり、「バーンイン」効果が低減する。代替的に又は追加的に、ディスプレイのピクセルは、より高いピーク輝度を生成することができ、これは、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）を可能にする。これらの機能は、ディスプレイの全体的な厚さを数十ミクロン増加させつつ、実現される。光抽出装置は色的に中性であることから、赤、緑、及び青のピクセルに等しく有益である。加えて、光抽出装置は、シャープネス及びコントラストを低下させる可能性のある光散乱（すなわち、ヘイズ）を導入しない。さらには、光抽出装置は、光の偏光状態をスクランブルせず、したがって、周囲光の反射を低減するための円偏光子の使用に適合する。
【０００９】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
【００１０】
前述の概要及び後述する詳細な説明はいずれも、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を例証しており、その説明とともに、さまざまな実施形態の原理および動作を説明する役割を担う。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】例示的な底部発光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造の概略図
【図１Ｂ】例示的な上部発光ＯＬＥＤ構造の概略図
【図２Ａ】例示的な底部発光ＯＬＥＤディスプレイの切り口の断面図
【図２Ｂ】例示的な上部発光ＯＬＥＤディスプレイの切り口の断面図
【図３Ａ】本明細書に開示される光抽出装置及び方法を使用する例示的なＯＬＥＤディスプレイの上面図
【図３Ｂ】ＯＬＥＤ及び該ＯＬＥＤによって形成されたＯＬＥＤアレイの例示的な寸法を示す、４つのＯＬＥＤのアレイの上面拡大図
【図４】図３ＡのＯＬＥＤディスプレイの断面の拡大ｘ−ｚ断面図
【図５】例示的なテーパ状反射体の立面図
【図６Ａ】テーパ状反射体の例示的な形状の側面図
【図６Ｂ】テーパ状反射体の例示的な形状の側面図
【図７Ａ】テーパ状反射体の側面の複雑な表面形状の例のプロット。該形状は、ＯＬＥＤからテーパ状反射体の本体に放出された、上面に直接当たらないすべての光が、テーパ状反射体の側面で全内反射を被ることを確実にする。
【図７Ｂ】テーパ状反射体の有利な形状の概略図。該形状は、テーパ状反射体材料の逃散円錐の外側にある、ＯＬＥＤから放出される光線が、最初にテーパ状反射体の側壁によって反射されずにテーパ状反射体の上面に直接当たることがないことを確実にする。
【図８Ａ】テーパ状反射体の例となる形状の上面図
【図８Ｂ】テーパ状反射体の例となる形状の上面図
【図９Ａ】本明細書に開示されるＯＬＥＤディスプレイを含む、一般化された電子機器の概略図
【図９Ｂ】図９Ａの一般化された電子機器の例を示す図
【図９Ｃ】図９Ａの一般化された電子機器の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これより、その例が添付の図面に示される本開示の実施形態について、詳細に説明する。可能な場合はいつでも、同一又は類似した部分についての言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
【００１３】
本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。
【００１４】
本明細書で使用される方向用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部、垂直、水平）は、描かれた図を参照してのみ作られており、絶対的な方向を意味することは意図していない。
【００１５】
特に明記しない限り、本明細書に記載されるいずれの方法も、その工程が特定の順序で実行されることを必要とする、若しくは、装置には特定の向きが必要であると解釈されることは、決して意図していない。したがって、方法クレームが、その工程が従うべき順序を実際に記載していない場合、若しくは装置クレームが個々の構成要素に対する順序又は向きを実際に記載していない場合、あるいは、工程が特定の順序に限定されるべきであることが特許請求の範囲又は明細書に別段に明確に述べられていない場合、若しくは装置の構成要素に対する特定の順序又は向きが記載されていない場合には、いかなる意味においても、順序又は方向が推測されることは決して意図していない。これには、次のような解釈のためのあらゆる非明示的根拠が当てはまる：工程の配置、動作フロー、構成要素の順序、又は構成要素の方向に関する論理的事項；文法上の編成又は句読点から派生した平明な意味；及び、明細書に記載される実施形態の数又はタイプ。
【００１６】
本明細書で用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。よって、例えば、「ある１つの（ａ）」構成要素への言及は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、そのような構成要素を２つ以上有する態様を含む。
【００１７】
デカルト座標は、参照のため及び説明を容易にするために図に使用されており、配向又は方向について制限することを意図したものではない。
【００１８】
ＯＬＥＤに関連する「光抽出」という用語は、実際のＯＬＥＤの層状構造内に存在しない特徴を使用して、ＯＬＥＤから放出される光の量を増加させるための装置及び方法を指す。
【００１９】
ＯＬＥＤの屈折率ｎＯは、ＯＬＥＤ構造を構成するさまざまな層からの寄与を含む有効屈折率であり、一例では約１．６〜１．８５の範囲であり、別の例では約１．７〜１．８の範囲であり、別の例では約１．７６〜１．７８範囲である。
【００２０】
次に、図１Ａを参照すると、例示的な底部発光ＯＬＥＤ構造１００が概略的に示されている。底部発光ＯＬＥＤ構造１００は、透明な基板１０２（例えば、ガラス、プラスチックなど）、透明なアノード１０４（例えば、ＩＴＯ）、及びカソード１１６を含む。ある特定の例示的な実施形態では、カソード１１６は、銀又はアルミニウムなどの高反射性の金属でできていてもよい。アノード１０４とカソード１１６との間に、底部発光ＯＬＥＤ構造１００は、正孔注入層（ＨＩＬ）１０６、正孔輸送層（ＨＴＬ）１０８、発光層（ＥＭＬ）１１０、電子輸送層（ＥＴＬ）１１２、及び電子注入層（ＥＩＬ）１１４を含みうる。底部発光ＯＬＥＤ構造１００は、アノード１０４の底面を通して、及び基板１０２を通して光を放出する。
【００２１】
図１Ｂは、例示的な上部発光ＯＬＥＤ構造１２０を概略的に示している。上部発光ＯＬＥＤ構造１２０は、基板１２２（例えば、ガラス、プラスチックなど）、アノード１２４、及び透明なカソード１３６（例えば、Ａｌ又はＡｇなどの超薄型金属、若しくはＭｇ：Ａｇ又はＢａ：Ａｇなどの合金）を含む。ある特定の例示的な実施形態では、上部発光ＯＬＥＤ構造１２０はまた、カソード１３６の上にキャッピング層（例えば、ＷＯ３）を含みうる。アノード１２４とカソード１３６との間に、上部発光ＯＬＥＤ構造１２０は、ＨＴＬ１２６、電子遮断層（ＨＢＬ）１２８、ＥＭＬ１３０、正孔遮断層（ＨＢＬ）１３２、及びＥＴＬ１３４を含みうる。上部発光ＯＬＥＤ構造１２０は、カソード１３６の上面を通して光を放出する。
【００２２】
図２Ａは、例示的な底部発光ＯＬＥＤディスプレイ２００の切り口の断面図を示している。ＯＬＥＤディスプレイ２００は、底部発光ＯＬＥＤ１００、スペーサ層２０２、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８、及び基板２１８を備えている。複数（すなわち、少なくとも２つ）のテーパ状反射体２１０がＯＬＥＤ１００と重なる。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体２１０（すなわち、４つのテーパ状反射体）の少なくとも２行及び少なくとも２列がＯＬＥＤ１００と重なる。他の実施形態では、少なくとも３行×５列のテーパ状反射体２１０（すなわち、１５個のテーパ状反射体）がＯＬＥＤ１００と重なる。さらに他の実施形態では、少なくとも１０行×少なくとも３０列のテーパ状反射体２１０（すなわち、３００個のテーパ状反射体）がＯＬＥＤ１００と重なる。
【００２３】
各テーパ状反射体２１０は、第１の表面２１２と、該第１の表面２１２とは反対側の第２の表面２１４とを含む。第２の表面２１４は、第１の表面２１２よりも大きい（すなわち、より大きい表面積を有する）。各テーパ状反射体２１０はまた、第１の表面２１２と第２の表面２１４との間に延びる少なくとも１つの側面２１６も備えている。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体のアレイ２０８の各テーパ状反射体２１０は、以下により詳細に説明するように、台形断面を有する角錐台の形態を有している。テーパ状反射体２１０は、各テーパ状反射体の少なくとも１つの側面２１６が第２の表面２１４まで完全に延在しないように、図２Ａに示されるように各テーパ状反射体の第２の表面２１４で互いに結合させることができる。
【００２４】
スペーサ層２０２は、ＯＬＥＤ１００の底部に光学的に結合した第１の表面２０４と、各テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２に光学的に結合した第２の表面２０６とを含む。ある特定の例示的な実施形態では、スペーサ層２０２は、各テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２の長さの約１０％〜１００％の厚さを有する。スペーサ層２０２の屈折率は、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８の屈折率以上でありうる。
【００２５】
基板２１８は、各テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４に光学的に結合される。基板２１８は、ガラス、プラスチック、又は別の適切な透明材料でできていてもよい。テーパ状反射体２１０のアレイ２０８の屈折率は、基板２１８の屈折率以上でありうる。ＯＬＥＤから放出される光１００は、スペーサ層２０２を通過して、テーパ状反射体２１０に入る。各テーパ状反射体２１０の少なくとも１つの側面２１６は、逃散円錐への反射によって光を方向転換し、対応するテーパ状反射体２１０の第２の表面２１４から出すための傾斜を含む。次に、光は、基板２１８を通過して、外部環境２２２に進む。
【００２６】
３つの光線２２４ａ、２２４ｂ、及び２２４ｃが図２Ａに示されている。光線２２４ａは、ＯＬＥＤ１００の底部から、スペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の第２の表面２１４に直接伝播し、そこで光は基板２１８に伝播し、そこを通って外部環境２２２に進む。光線２２４ｂは、ＯＬＥＤ１００の底部から、スペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の側面２１６に直接伝播し、そこで光は反射し、テーパ状反射体の第２の表面２１４に方向転換される。次に、光線２２４ｂは、基板２１８に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。光線２２４ｃは、ＯＬＥＤ１００の底部からスペーサ層２０２に伝播し、テーパ状反射体２１０との間にあるスペーサ層の第２の表面２０６の一部に直接伝播し、そこで光はスペーサ層内のＴＩＲによって反射される。光は、スペーサ層２０２の第１の表面２０４において、再びＯＬＥＤ１００によって反射される。次に、光線２２４ｃは、再びスペーサ層２０２を通過し、今度はテーパ状反射体２１０を直接通過して、テーパ状反射体の側面２１６に到達し、そこで光は反射され、テーパ状反射体の第２の表面２１４へと方向転換される。次に、光線２２４ｃは、基板２１８に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。ＯＬＥＤディスプレイ２００内の光伝播に関するさらなる詳細が図４を参照して以下に論じられる。
【００２７】
図２Ｂは、例示的な上部発光ＯＬＥＤディスプレイ２５０の切り口の断面図を示している。ＯＬＥＤディスプレイ２５０は、上部発光ＯＬＥＤ１２０、金属コンタクト２５２、基板２１８、スペーサ層２０２、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８、及び封止層２５４を含む。複数（すなわち、少なくとも２つ）のテーパ状反射体２１０がＯＬＥＤ１２０と重なっている。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体２１０（すなわち、４つのテーパ状反射体）の少なくとも２行及び少なくとも２列がＯＬＥＤ１２０と重なる。他の実施形態では、少なくとも３行×５列のテーパ状反射体２１０（すなわち、１５個のテーパ状反射体）がＯＬＥＤ１２０と重なる。さらに他の実施形態では、少なくとも１０行×少なくとも３０列のテーパ状反射体２１０（すなわち、３００個のテーパ状反射体）がＯＬＥＤ１２０と重なる。
【００２８】
各テーパ状反射体２１０は、第１の表面２１２と、該第１の表面２１２とは反対側の第２の表面２１４とを含む。第２の表面２１４は、第１の表面２１２よりも大きい（すなわち、より大きい表面積を有する）。各テーパ状反射体２１０はまた、第１の表面２１２と第２の表面２１４との間に延びる少なくとも１つの側面２１６も備えている。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体のアレイ２０８の各テーパ状反射体２１０は、以下により詳細に説明するように、台形断面を有する角錐台の形態を有している。テーパ状反射体２１０は、各テーパ状反射体の少なくとも１つの側面２１６が第２の表面２１４まで完全に延在しないように、図２Ｂに示されるように各テーパ状反射体の第２の表面２１４で互いに結合させることができる。
【００２９】
スペーサ層２０２は、ＯＬＥＤ１２０の上部に光学的に結合した第１の表面２０４と、各テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２に光学的に結合した第２の表面２０６とを含む。ある特定の例示的な実施形態では、スペーサ層２０２は、各テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２の長さの約１０％〜１００％の厚さを有する。スペーサ層２０２の屈折率は、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８の屈折率以上でありうる。
【００３０】
基板２１８（例えば、ガラス、プラスチックなど）は、金属コンタクト２５２を介してＯＬＥＤ１２０に結合される。封止層２５４は、各テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４に光学的に結合される。封止層２５４は、ガラス、プラスチック、又は別の適切な透明材料でできていてもよい。テーパ状反射体２１０のアレイ２０８の屈折率は、封止層２５４の屈折率以上でありうる。ＯＬＥＤから放出される光１２０は、スペーサ層２０２を通過して、テーパ状反射体２１０に入る。各テーパ状反射体２１０の少なくとも１つの側面２１６は、逃散円錐への反射によって光を方向転換し、対応するテーパ状反射体２１０の第２の表面２１４から出すための傾斜を含む。次に、光は、封止層２５４を通過して、外部環境２２２に進む。
【００３１】
３つの光線２６４ａ、２６４ｂ、及び２６４ｃが図２Ｂに示されている。光線２６４ａは、ＯＬＥＤ１００の上部から、スペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の第２の表面２１４に直接伝播し、そこで光は、封止層２５４に伝播し、そこを通って外部環境２２２に進む。光線２６４ｂは、ＯＬＥＤ１００の上部から、スペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の側面２１６に直接伝播し、そこで光は反射し、テーパ状反射体の第２の表面２１４に方向転換される。次に、光線２６４ｂは、封止層２５４に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。光線２６４ｃは、ＯＬＥＤ１００の上部からスペーサ層２０２に伝播し、テーパ状反射体２１０の間にあるスペーサ層の第２の表面２０６の一部に直接伝播し、そこで光はスペーサ層内のＴＩＲによって反射される。光は、スペーサ層２０２の第１の表面２０４において、再びＯＬＥＤ１２０によって反射される。次に、光線２６４ｃは、再びスペーサ層２０２を通過し、今回はテーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の側面２１６に直接伝播し、そこで光は反射し、テーパ状反射体の第２の表面２１４に方向転換される。次に、光線２６４ｃは、封止層２５４に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。ＯＬＥＤディスプレイ２５０内の光伝播に関するさらなる詳細が図４を参照して以下に論じられる。
【００３２】
図３Ａは、本明細書に開示される光抽出装置及び方法を使用する例示的なＯＬＥＤディスプレイ３００の上面図である。図３Ｂは、ＯＬＥＤディスプレイ３００の切り口の拡大上面図であり、一方、図４は、ＯＬＥＤディスプレイ３００の切り口の拡大ｘ−ｚ断面図である。一実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイ３００は、底部発光ＯＬＥＤディスプレイであり、図２Ａに示されるＯＬＥＤディスプレイ構造を含む。別の実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイ３００は、上部発光ＯＬＥＤディスプレイであり、図２Ｂに示されるＯＬＥＤディスプレイ構造を含む。
【００３３】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図４を参照すると、ＯＬＥＤディスプレイ３００は、ＯＬＥＤ３０４のアレイ３０２、スペーサ層２０２、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８、及び透明層３０６を含む。ＯＬＥＤ３０４のアレイ３０２は、スペーサ層２０２の第１の表面２０４に存在する。一実施形態では、各ＯＬＥＤ３０４は、図１Ａを参照して先に説明し、図示したＯＬＥＤ１００などの底部発光ＯＬＥＤである。別の実施形態では、各ＯＬＥＤ３０４は、図１Ｂを参照して先に説明し、図示したＯＬＥＤ１２０などの上部発光ＯＬＥＤである。各ＯＬＥＤ３０４が底部発光ＯＬＥＤである場合、透明層３０６は、図２Ａを参照して先に説明し、図示した基板２１８などの基板である。各ＯＬＥＤ３０４が底部発光ＯＬＥＤである場合、図４のＯＬＥＤディスプレイ３００のｚ軸配向は、図２ＡのＯＬＥＤディスプレイ２００のｚ軸配向と一致するように反転させてもよいことに留意されたい。各ＯＬＥＤ３０４が上部発光ＯＬＥＤである場合、透明層３０６は、図２Ｂを参照して先に説明し、図示した封止層２５４などの封止層である。各ＯＬＥＤ３０４が上部発光ＯＬＥＤである場合、図２ＢのＯＬＥＤディスプレイ２５０の金属コンタクト２５２及び基板２１８は、簡単にするために、図４のＯＬＥＤディスプレイ３００から除外されていることに留意されたい。
【００３４】
図３Ｂに示されるように、ＯＬＥＤ３０４は、ｘ方向に長さＬｘを有し、ｙ方向に長さＬｙを有する。一実施形態では、ＬｘはＬｙに等しい。ＯＬＥＤアレイ３０２内のＯＬＥＤ３０４は、左右の間隔Ｓｘ及びＳｙだけ、ｘ方向及びｙ方向に互いに間隔を置いて配置される。一実施形態では、ＳｘはＳｙに等しい。一実施形態では、ＯＬＥＤ３０４はすべて同じサイズであり、等間隔に配置されている。他の実施形態では、ＯＬＥＤ３０４は、すべて同じ寸法Ｌｘ、Ｌｙを有するわけではなく、間隔Ｓｘ、Ｓｙは、すべてが同じというわけではない。ＯＬＥＤ３０４はそれぞれ、同じ色の光、又は赤、緑、青、及び／又は白などの異なる色の光を放出することができる。ＯＬＥＤ３０４は、長方形の構成を有するものとして示されているが、他の実施形態では、ＯＬＥＤ３０４は、非長方形の構成（例えば、ダイアモンド）を有することができる。
【００３５】
テーパ状反射体２１０のアレイ２０８は、ＯＬＥＤ３０４に光学的に結合され、少なくとも２つのテーパ状反射体２１０が、各ＯＬＥＤ３０４と重なり、かつ各ＯＬＥＤ３０４に光学的に結合される。図５は、例となるテーパ状反射体２１０の立面分解図である。各テーパ状反射体２１０は、本体２１５、第１の表面２１２、少なくとも１つの側面２１６、及び第２の表面２１４を含む。第１の表面２１２は少なくとも１つの外縁２１２Ｅを含み、第２の表面２１４は少なくとも１つの外縁２１４Ｅを含む。テーパ状反射体の本体２１５は、屈折率ｎＰを有する材料でできている。
【００３６】
テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４は、第１の表面２１２より大きい（すなわち、より大きい表面積を有する）、すなわち、第２の表面は、テーパ状反射体の「基部」である。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４は、テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２よりも面積が少なくとも１．５倍大きい。一実施形態では、第１及び第２の表面２１２及び２１４は矩形（例えば、正方形）であるため、合計４つの側面２１６が存在する。テーパ状反射体２１０が回転対称である例では、該反射体は１つの側面２１６を有するといえる。側面２１６は、それぞれ、単一の平面であるか、又は複数のセグメント化された平面でできているか、又は連続的に湾曲した表面でありうる。
【００３７】
したがって、一例では、テーパ状反射体２１０は、台形の断面を含む角錐台の形態を有し、これは、不完全な又は長方形ベースの角錐台とも呼ばれる。以下に論じるように、テーパ状反射体２１０の他の形状もまた、効果的に使用することができる。テーパ状反射体２１０は、ｚ方向に走る中心軸ＡＣを有する。第２の表面（上面）２１４及び第１の表面（底面）２１２が正方形の形状を有している例では、第２の表面２１４は幅寸法ＷＴを有し、第１の表面２１２は幅寸法ＷＢを有する。より一般的には、第２の表面２１４は、（ｘ、ｙ）幅寸法ＷＴｘ及びＷＴｙを有し、第１の表面２１２は、（ｘ、ｙ）幅寸法ＷＢｘ及びＷＢｙを有する。テーパ状反射体２１０はまた、第１の表面２１２と第２の表面２１４との間の軸方向距離として規定される高さＨＰも有する。
【００３８】
ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体２１０は、単一の材料で作られた単一のモノリシック構造として形成される。これは、成形プロセス、インプリンティングプロセス（例えば、紫外線又は熱インプリンティング）、若しくは同様のプロセス、例えば樹脂ベースの材料を使用するマイクロ複製プロセスなどを使用して達成することができる。
【００３９】
図４に示されるように、テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２は、スペーサ層２０２の第２の表面２０６に配置される。ＯＬＥＤ３０４は、スペーサ層２０２の第１の表面２０４に配置される。スペーサ層２０２は、屈折率ｎＩＭを有する屈折率整合材料を含むことができ、テーパ状反射体２１０をＯＬＥＤ３０４に界面接触させるために用いられる。テーパ状反射体の屈折率ｎＰは、好ましくは、例えば、ＯＬＥＤの屈折率ｎＯに可能な限り近い。一実施形態では、ｎｐとｎＯとの差は、約０．３以下、より好ましくは約０．２以下、より好ましくは約０．１以下、最も好ましくは約０．０１以下である。別の実施形態では、屈折率整合材料の屈折率ｎＩＭは、テーパ状反射体の屈折率ｎＰ以上であり、好ましくは、ｎｐとｎＯとの間の値を有する。一例では、テーパ状反射体の屈折率ｎＰは、約１．６〜１．８である。
【００４０】
一実施形態では、スペーサ層２０２の屈折率整合材料は、接着性を有し、テーパ状反射体２１０をＯＬＥＤ３０４に取り付けるのに役立つ。屈折率整合材料は、例えば、無機材料、糊、光学的に透明な接着剤、結合剤などを含む。各ＯＬＥＤ３０４、テーパ状反射体２１０、及びスペーサ層２０２の組合せは、発光装置を画成する。テーパ状反射体２１０及びスペーサ層２０２は、光抽出装置を画成する。
【００４１】
テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４は、透明層３０６の第１の表面（下面）３０８に光学的に結合される。テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４は、第２の縁部２１４Ｅ間に実質的な空間なしに、透明層３０６の第１の表面３０８にタイル状に並べることができる。外部環境２２２は、透明層３０６の第２の表面（上面）３１０に直接隣接して存在する。外部環境２２２は、通常、空気であるが、真空、不活性ガスなどのディスプレイを使用する可能性のある別の環境であってもよい。
【００４２】
再び図２Ａ、図２Ｂ、及び図４を参照すると、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８は、隣接するテーパ状反射体とスペーサ層２０２の第２の表面２０６との間に閉じ込められた空間２２０を画成する。ある特定の例示的な実施形態では、空間２２０は、空気などの媒体で満たされ、一方、他の実施形態では、空間は、光吸収（すなわち、黒色）材料などの誘電体材料の形態の媒体で満たされる。空間２２０を屈折率ｎＳの所与の媒体で満たすことについては、以下により詳細に論じられる。
【００４３】
テーパ状反射体２１０は、典型的には、比較的高い屈折率、すなわち、好ましくはＯＬＥＤ発光層１１０（図１Ａ及び１Ｂ）の屈折率と同じくらい高い屈折率を有する材料でできている。テーパ状反射体２１０は、前述のスペーサ層２０２を間に挟んだ逆の構成で、対応するＯＬＥＤ３０４上に動作可能に配置され、重なる。各ＯＬＥＤ３０４は、ＯＬＥＤアレイ３０２内のピクセルと見なすことができ、ＯＬＥＤ３０４、スペーサ層２０２、及び少なくとも２つのテーパ状反射体２１０の各組合せは発光装置であり、該発光装置の組合せは、ＯＬＥＤディスプレイ３００のための発光装置のアレイを画成する。
【００４４】
ＯＬＥＤ３０４は、テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２に向かって光を放出する。テーパ状反射体２１０の比較的高い屈折率ｎＰ及びスペーサ層２０２の屈折率ｎＩＭを理由として、ＯＬＥＤ３０４の発光層で生成された光線３２０は、ＴＩＲによってトラップされることなく、直接又はＯＬＥＤのカソードによって反射されたときに、ＯＬＥＤから伝播することができる。３つの光線３２０ａ、３２０ｂ、及び３２０ｃが図４に示されている。光線３２０ａは、ＯＬＥＤ３０４からスペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、該テーパ状反射体の第２の表面２１４に直接伝播し、そこで光は、透明層３０６に伝播し、そこを通って外部環境２２２に進む。光線３２０ｂは、ＯＬＥＤ３０４から、スペーサ層２０２を通り、テーパ状反射体２１０を通って、該テーパ状反射体の側面２１６に直接伝播し、そこで光は反射し、テーパ状反射体の第２の表面２１４に方向転換される。次に、光線３２０ｂは、透明層３０６に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。光線３２０ｃは、ＯＬＥＤ１００からスペーサ層２０２に伝播し、テーパ状反射体２１０との間にあるスペーサ層の第２の表面２０６の一部に直接伝播し、そこで光はスペーサ層内のＴＩＲによって反射される。光は、スペーサ層２０２の第１の表面２０４において、再びＯＬＥＤ３０４によって反射される。次に、光線３２０ｃは、再びスペーサ層２０２を通過し、今回はテーパ状反射体２１０を通って、テーパ状反射体の側面２１６に直接伝播し、そこで光は反射し、テーパ状反射体の第２の表面２１４に方向転換される。次に、光線３２０ｃは、透明層３０６に伝播し、そこを通過して外部環境２２２に進む。テーパ状反射体２１０の第１の表面１１２がスペーサ層２０２の第２の表面２０６の面積の約４分の１を覆う例では、光線がディスプレイ３００を出ることができるようになるためには、平均で約４回の反射を要する。
【００４５】
ある特定の例示的な実施形態では、側面２１６は、示されるように、垂直に対して、例えば、中心軸ＡＣに平行に走る垂直基準線ＲＬに対して、傾斜角θによって規定される傾斜を有する。側面２１６の傾斜があまり急でない場合（すなわち、傾斜角θが十分に大きい場合）には、テーパ状反射体２１０に入る光線３２０の任意の起点についてＴＩＲ条件が満たされ、側面２１６を通過してテーパ状反射体２１０の側面に直接隣接する空間２２０に入ることによって光線が失われることはない。
【００４６】
さらには、テーパ状反射体２１０の高さＨＰが十分に大きい場合には、第２の表面２１４に入射する光線３２０はすべて、テーパ状反射体２１０の屈折率ｎＰ及び透明層３０６の屈折率ｎＥによって規定されるＴＩＲ逃散円錐２１９（図７Ｂ）内にあり、したがって透明層３０６へと逃げる。加えて、光線３２０はまた、透明層３０６の材料の屈折率ｎＥと透明層３０６の第２の表面３１０に直接隣接して存在する外部環境２２２の屈折率ｎｅとによって規定されるＴＩＲ逃散円錐内にも存在する。
【００４７】
したがって、ＯＬＥＤ３０４のＯＬＥＤ構造における、その他の点では透明なアノードの光吸収及びスペーサ層２０２における光吸収を無視すると、ＯＬＥＤによって生成された光３２０の１００％が、原則として、透明層３０６の上に存在する外部環境２２２に伝達されうる。本質的に、各テーパ状反射体２１０の本体２１５を構成する、屈折率が一致した材料は、テーパ状反射体２１０が完全な（又はほぼ完全な）内部光抽出器として機能することを可能にし、一方、側面２１６の反射特性は、テーパ状反射体が完全な（又はほぼ完全な）外部光抽出器であることを可能にする。
【００４８】
テーパ状反射体２１０のアレイ２０８がなければ、ＯＬＥＤディスプレイ３００から結合される電力は、適切に設計されたＯＬＥＤ構造の電源電力の約３０％であろうし、スペーサ層２０２の厚さに基づいて大幅に変化することはないであろう。テーパ状反射体２１０のアレイ２０８を用いると、最大効率に達するまでスペーサ層２０２の厚さが増加するにつれて、ＯＬＥＤディスプレイ３００から結合される電力が増加する。この変化は、ＯＬＥＤ３０４から放出された光線３２０がスペーサ層２０２を横断した後にどのように伝播するかによるものである。
【００４９】
光線３２０ｂなどの逃散円錐の外側の光線（テーパ状反射体２１０なしではディスプレイ内にトラップされるであろう）は、テーパ状反射体２１０の側面２１６でＴＩＲによって方向転換されて、今度は逃散円錐の内側になり、ディスプレイ３００から出ることができる。隣接するテーパ状反射体２１０の第１の表面２１２間のスペーサ層２０２の第２の表面２０６に衝突する、逃散円錐の外側の光線３２０ｃなどの光線は、ＴＩＲによって反射されてＯＬＥＤ３０４の方へと戻る。次に、光線は、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８の方へと反射して戻され、ここでも、光線は、それらが衝突する箇所に応じて、透過又は反射しうる。
【００５０】
スペーサ層２０２の非常に薄い厚さでは、最初の衝突において、隣接するテーパ状反射体２１０の第１の表面２１２との間の途中にある光線は、該光線がテーパ状反射体のうちの１つの第１の表面１１２に衝突する前に、多くの跳ね返りを必要とする可能性があり、光線が跳ね返るたびに、ＯＬＥＤ３０４及び／又はスペーサ層２０２における吸収に起因して、幾らかの電力が失われる。スペーサ層の厚さが増すにつれて、このような光線が、テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２に遭遇し、その後にディスプレイ３００を出るのに十分遠くまで横方向に進むために必要とされる跳ね返りは少なくなる。したがって、光抽出効率は、最初、スペーサ層の厚さが最初に増加するとともに増加する。しかしながら、所与の数の跳ね返りの後に光線がテーパ状反射体２１０の第１の表面２１２に衝突する確率は、スペーサ層の厚さがさらに増加しても変化しない。光抽出効率が最大に達すると、理論的には、スペーサ層２０２の厚さがさらに増加しても、光抽出効率は変化しないはずである。
【００５１】
上に提示された論理によって、ある特定の値を超えるスペーサ層２０２の任意の厚さは、可能な最大の光抽出効率を達成するという点で、本開示の目的に十分に役立つように思われるかもしれない。しかしながら、考慮すべき別の検討事項が存在する。最初に逃散円錐の外側にある光線は、跳ね返るたびに横方向にかなりの距離を移動する可能性があることから、ピクセルの「ウォッシュアウト」につながる可能性があり、ディスプレイピクセル間の「クロストーク」が発生する可能性があり、シャープネスが低下し、最終的にはコントラストも低下しうる。したがって、ある特定の例示的な実施形態では、スペーサ層２０２の最適な厚さは、最大効率に達するのに十分な大きさであるが、それ以上ではない。
【００５２】
底部発光ＯＬＥＤディスプレイの特定の例示的な実施形態では、外部効率の増加は、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８を有しない底部発光ＯＬＥＤディスプレイと比較して約６０％である。上部発光ＯＬＥＤディスプレイの特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８を有しない上部発光ＯＬＥＤディスプレイと比較して約１００％である。達成される実際の改善は、ＯＬＥＤ３０４のシーケンス及び組成、並びにＯＬＥＤの導波特性と発光双極子分子の放射動力学との間に結果として生じる相互作用に依存し、これには、おそらく、ＯＬＥＤディスプレイの光出力を増加させるために用いることができるキャビティ効果が含まれる。
【００５３】
ＴＩＲ条件の説明
それぞれ、屈折率ｎ１及びｎ２を有する空気とガラスなどの２つの異なる透明な材料の境界では、高屈折率材料の方向から境界に入射する光線は、境界で１００％の反射を被り、臨界角θｃよりも大きい表面法線に対する角度で境界に入射すると、低屈折率材料へと出ることができなくなる。臨界角は、ｓｉｎ（θｃ）＝ｎ１／ｎ２で定義される。
【００５４】
高屈折率の材料から逃げることができ、その中でＴＩＲを被らないすべての光線は、２θｃの円錐角を有する円錐内にある。この円錐は、逃散円錐と呼ばれ、図７Ｂに関連して以下に論じられる。
【００５５】
任意の屈折率を有する層の任意のシーケンスでは、臨界角θｃ及び逃散円錐２１９は、光線が発生する層の屈折率、及び光線が逃げる層又は媒体の屈折率によって定義されることが示されうる。したがって、ＴＩＲ条件を変更するために反射防止コーティングを使用することができず、また、ＴＩＲ条件を克服することによる光抽出の支援のために反射防止コーティングを使用することはできない。
【００５６】
半球への等方性放射を有し、どの角度でも同じ強度である点光源では、光源材料から逃げることができる光の量は、逃散円錐２１９の立体角の比に等しく、これは、２π（１−ｃｏｓ（θｃ））で与えられ、半球の完全な立体角（２π）は１−ｃｏｓ（θｃ）に等しい。屈折率ｎ２＝１．７６のＯＬＥＤ材料と屈折率ｎ１＝１．０の空気を例にとると、臨界角は、θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（１／１．７６）＝３４．６２°である。
【００５７】
ＯＬＥＤ材料の上にある異なる材料層のシーケンスで空気中に放出される光の量（すなわち、光入力と比較した場合の光出力）は、１−ｃｏｓ（３４．６２°）＝１７．７％に等しい。これは、外光抽出効率ＬＥと呼ばれる。この結果は、ＯＬＥＤが等方性エミッタであると仮定しているが、この仮定に基づく光抽出効率の推定値は、より厳密な分析で得られた実際の結果及び実際に観察されたものに非常に近い。
【００５８】
テーパ状反射体の形状に関する検討事項
図６Ａは、少なくとも１つの湾曲した側面２１６を含む例示的なテーパ状反射体２１０の側面図である。図６Ｂは、少なくとも１つのセグメント化された平面側面２１６を含む別のテーパ状反射体２１０の実施形態の側面図である。ある特定の例示的な実施形態では、１つ以上の側面２１６は、テーパ状反射体２１０が第１の表面２１２よりも第２の表面２１４で広い限りにおいて、単一の曲面、例えば、円筒形、放物線、双曲線、又は平面以外の任意の他の形状によって画成することができる。一実施形態では、テーパ状反射体２１０は回転対称であり、したがって単一の側面２１６を含む。
【００５９】
厳密に要求されるわけではないが、テーパ状反射体２１０の側面２１６上の任意の点で、テーパ状反射体の第１の表面２１２を通ってテーパ状反射体に入る光の可能な起点についてＴＩＲ状態が観察される場合、発光装置の性能が最適化される。図７Ａは、単純な数値モデルを使用して計算された側面２１６の例となる複雑な表面形状のｘ座標に対するｚ座標のプロット（相対単位）である。ｚ軸及びｘ軸は、それぞれの方向における正規化された長さを表している。ＯＬＥＤ３０４から発生し、スペーサ層２０２を通過する光は、［−１，０］から［１，０］までｘ方向に延びると仮定され、［−１，０］の位置から始まる別の側面２１６が存在するが、これは図７Ａのプロットには示されていない。側面２１６の形状は、［−１，０］で発生する光線が、常に表面法線に対して正確に４５°で表面に入射するように計算した。ｚ＝０及び−１から１の間のｘで発生する任意の他の光線は、［−１，０］で発生する光線よりも側面２１６において大きい入射角を有する。
【００６０】
テーパ状反射体２１０の高さＨＰが、図７Ｂの概略図に示されるように、ＯＬＥＤ３０４から放出され、透明層３０６へと直接出るすべての光線が逃散円錐２１９内にあるようなものである場合、発光装置の性能をさらに改善することができる。図７Ｂは、テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４によって画成される平面ＴＰを含む。この条件は、テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４が、逃散円錐２１９の限界を規定する線２１９Ｌ内に完全に入る（すなわち、線２１９Ｌと交差していない）場合に、満たされる。逃散円錐線２１９Ｌは、第１の表面２１２の縁部２１２Ｅで始まり、第２の表面２１４に対して臨界角θｃで平面ＴＰと交差し、ここで、θｃの値は、テーパ状反射体材料ｎｐと空気ｎａの屈折率によって、ｓｉｎ（θｃ）＝ｎａ／ｎｐとして定義される。
【００６１】
一般的な場合、ＯＬＥＤ３０４の幾何学的形状（サイズ及び間隔）とテーパ状反射体２１０の屈折率ｎｐとに依存する、テーパ状反射体２１０の最適な高さＨＰが存在する。高さＨＰが小さすぎる場合、ＯＬＥＤ３０４から放出され、テーパ状反射体２１０の側面２１６に衝突するすべての光線は、ＴＩＲを被るが、一部の光線は、第２の表面２１４に直接進み、臨界角よりも大きい角度でそこに入射し、したがって、ディスプレイ内の空気との第１の境界でトラップされる。高さＨＰが大きすぎる場合、第２の表面２１４に直接進むすべての光線は、逃散円錐２１９に入るが、側面２１６に衝突する一部の光線は、側面の逃散円錐内にあり、したがって側面から出る。ある特定の例示的な実施形態では、テーパ状反射体の最適な高さＨＰは、通常、（０．５）ＷＢから２ＷＴの間であり、より一般的にはＷＢからＷＴの間である。また、一実施形態では、側壁２１６の局所傾斜は、約２°〜５０°、又はさらには約１０°〜４５°でありうる。ある特定の例示的な実施形態では、第１の表面２１２の幅ＷＢ、第２の表面２１４の幅ＷＴ、及び各テーパ状反射体２１０の高さＨＰの互いに対する比は、約１：２：１．４から１：２：１．８の間である。例えば、各テーパ状反射体２１０は、２８×２８μｍの第１の表面２１２、５６×５６μｍの第２の表面２１４、及び４２μｍの高さを有することができる。
【００６２】
テーパ状反射体のアレイ
上記のように、複数のテーパ状反射体２１０は、テーパ状反射体のアレイ２０８を画成する。テーパ状反射体２１０の第１の表面２１２は、ＯＬＥＤ３０４の発光表面と重なり、光学的に結合されている。テーパ状反射体２１０の第２の表面２１４は第１の表面２１２よりも大きいことから、一例では（図４参照）、第２の表面は、透明層３０６の第１の表面３０８全体を実質的に覆うように、又は用いられる特定の製造技術が許容する限り近くなるようにサイズ決定される。
【００６３】
例となるＯＬＥＤディスプレイ３００は、テーパ状反射体２１０の高さＨＰに等しい厚さを有し、かつ固体材料層に切り込まれた交差するＶ状の溝空間２２０の矩形グリッドを有する、スペーサ層２０２のすぐ上に存在する固体材料層を有するものと考えることができる。このような構造は、三角形の断面の隆起の矩形グリッドを画成するように構成されたマスタ複製ツールを使用して、適切な樹脂若しくは光硬化性又は熱硬化性材料の層にマイクロ複製することができる。このようなツールは、例えば、最初にテーパ状反射体のアレイとまったく同じように見えるパターンをダイヤモンド加工し、次に逆パターンを複製してマスタを作成することによって製造することができる。マスタは耐久性のために金属化することができる。
【００６４】
各テーパ状反射体の第２の表面２１４が第１の表面２１２の２倍の大きさであり、テーパ状反射体の高さＨＰが底面の幅の１．５倍であり、側壁が平坦である場合、側面２１６の傾斜角θはａｒｃｔａｎ（１／３）＝１８．４°である。この傾斜角を有するテーパ状反射体２１０又はテーパ状反射体２１０のアレイ２０８を製造することは、ダイヤモンド機械加工技術の能力の範囲内である。
【００６５】
Ｖ状の溝の底部がより丸みを帯びている場合、同じ傾斜角θでは、テーパ状反射体２１０の高さＨＰは、第１の表面２１２のサイズ（寸法）の１．５倍よりも小さくなりうる。ＯＬＥＤディスプレイ３００の異なる構成、又は複製マスタを作成するための異なる技術については、テーパ状反射体の形状に異なる制限が適用されうる。
【００６６】
上で説明したように、テーパ状反射体２１０の周期的アレイ２０８を形成するために、複製ツール又は型は、構造の負の複製であり、これは、切り詰められた凹部又は「ボウル」のアレイと見なすことができる。テーパ状反射体のアレイ２０８を形成するためにこのようなツールを使用する場合、該ツールが液体又は成形可能な複製材料の層に押し込まれるときにボウル内に空気を閉じ込めることを回避することが好ましいであろう。このような空気の閉じ込めを回避するための１つの技法は、複製ツール又は型を、角錐台ではない完全なボウルのアレイとして製造することである。この場合、テーパ状反射体の高さは、複製材料層の厚さによって制御することができる。ツールは、透明層３０６と接触するまで複製材料に押し込まれる。エアポケットは、複製されたテーパ状反射体のそれぞれの上に意図的に残される。表面張力によってテーパ状反射体の上部が丸みを帯びることを避けるように注意することができる。
【００６７】
本明細書に開示される改良された発光装置及び方法は、光散乱ではなく、光反射に完全に依拠している。したがって、ＯＬＥＤの反射カソードによって反射された周囲光の偏光は、反射の際に変化せず、これは、この手法が円偏光子の使用と完全に適合することを意味する。また、反射にヘイズが存在せず、したがって、散乱技術を使用して光抽出を改善する他のほとんどすべての手法の特徴的な問題であるディスプレイのコントラスト比の低下がない。
【００６８】
樹脂テーパ状反射体
上記のように、一実施形態では、樹脂は成形プロセス及び同様の大量複製技術に適していることから、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８は、樹脂を使用して形成することができる。樹脂を使用してアレイ２０８を形成する場合、透明層３０６の縁部は、縁部封止用のフリットでコーティングできるように、樹脂を含まないことが好ましい。加えて、樹脂は、タッチセンサの製造に典型的な１５０℃の処理温度に耐えることができることが好ましい。また、樹脂は、少なくとも、ＯＬＥＤ材料にとって最も有害なタイプ（すなわち酸素及び水）の、動作温度範囲内でのガス放出を示さないか、又はガス放出が極めて低いことが好ましい。
【００６９】
テーパ状反射体間の空間の材料
上記のように、テーパ状反射体２１０のアレイ２０８及びスペーサ層２０２は、屈折率ｎＳを有する媒体で満たされた、閉じ込められた空間２２０を画成する。ある特定の例示的な実施形態では、閉じ込められた空間２２０は、ｎＳ＝ｎａ＝１の屈折率を有する空気で満たされる。他の実施形態では、空間２２０は固体材料で満たされてもよい。空間２２０内の媒体は、逃散円錐２１９が可能な限り大きいまま維持されるように、可能な限り低い屈折率を有することが一般的に好ましい。
【００７０】
可能な限り最高の光抽出利益を達成するために、充填材の屈折率ｎＳは１．２以下であることが好ましい。このような低屈折率の材料の例は、空気又は他の適切な乾燥し無酸素ガスで満たされた多孔質の有機又は無機マトリクスである、エアロゲルである。シリカ系のエアロゲルは、残留水質汚染を吸収するという追加の役割も果たすことができ、ＯＬＥＤ材料の寿命を延ばすことができる。各テーパ状反射体２１０の本体２１５を構成する材料が１．７の屈折率ｎＰを有し、エアロゲルの屈折率が１．２である場合、臨界角θｃは約４５°であり、これは許容可能な臨界角である。
【００７１】
テーパ状反射体の変更
テーパ状反射体２１０は、全体的な光抽出効率を高めるために、幾つかの方法で変更することができる。例えば、一実施形態では、側面２１６は反射コーティングを含むことができる。テーパ状反射体２１０はもはやＴＩＲを使用して動作しないことから、この構成は、本質的に任意の透明材料で空間２２０を満たすことを可能にする。
【００７２】
図８Ａは、テーパ状反射体２１０の例示的な六角形の形状の上面図である。この例では、各テーパ状反射体２１０は、六角形の形状をした第１の表面２１２と、該第１の表面２１２から六角形の形状をした第２の表面まで延びる６つの側面２１６とを含む。図８Ａの破線は、テーパ状反射体のアレイ内の隣接するテーパ状反射体２１０の側面２１６を表している。
【００７３】
図８Ｂは、テーパ状反射体２１０の例示的な三角形の上面図である。この例では、各テーパ状反射体２１０は、三角形の形状をした第１の表面２１２と、第１の表面２１２から三角形の形状をした第２の表面まで延びる３つの側面２１６とを含む。図８Ｂの破線は、テーパ状反射体のアレイ内の隣接するテーパ状反射体２１０の側面２１６を表している。
【００７４】
ＯＬＥＤディスプレイを利用する電子機器
本明細書に開示されるＯＬＥＤディスプレイは、例えば、ディスプレイを利用する民生用又は商用の電子機器を含むさまざまな用途に使用することができる。例となる電子機器には、コンピュータモニター、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、及び携帯電話、パーソナルメディアプレイヤー、タブレット／ノートパソコンを含めたポータブル電子機器が含まれる。他の電子機器には、自動車用ディスプレイ、電化製品ディスプレイ、機械用ディスプレイなどが含まれる。さまざまな実施形態では、電子機器は、スマートフォン、タブレット／ノートパソコン、パーソナルコンピュータ、コンピュータディスプレイ、ウルトラブック、テレビ、及びカメラなどの家庭用電子機器を含むことができる。
【００７５】
図９Ａは、本明細書に開示されるＯＬＥＤディスプレイ３００を含む、一般化された電子機器３４０の概略図である。一般化された電子機器３４０はまた、ＯＬＥＤディスプレイ３００に電気的に接続した制御電子機器３５０も備えている。制御電子機器３５０は、メモリ３５２、プロセッサ３５４、及びチップセット３５６を含むことができる。制御電子機器３５０はまた、例示を容易にするために示されていない他の知られている構成要素も含むことができる。
【００７６】
図９Ｂは、ノートパソコンの形態の例となる電子機器３４０の立面図である。ノートパソコンは、本明細書に開示されるようなＯＬＥＤディスプレイ３００を含む。図９Ｃは、スマートフォンの形態の例となる電子機器３４０の正面図である。スマートフォンは、本明細書に開示されるようなＯＬＥＤディスプレイ３００を含む。
【００７７】
本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に対してさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。よって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入ることを条件として、そのような修正及び変形にも及ぶことが意図されている。
【００７８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７９】
実施形態１
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のための光抽出装置であって、該光抽出装置が、
ＯＬＥＤエミッタ；
前記ＯＬＥＤエミッタと重なる複数のテーパ状反射体であって、各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えている、複数のテーパ状反射体；並びに
前記ＯＬＥＤエミッタに結合した第１の表面と、前記複数のテーパ状反射体の各々の第１の表面に結合した第２の表面とを備えているスペーサ層
を含み、
前記ＯＬＥＤから放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記複数のテーパ状反射体に入り、
前記複数のテーパ状反射体の各々の少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、
光抽出装置。
【００８０】
実施形態２
前記複数のテーパ状反射体の各々が、台形断面を備えた角錐台を含む、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８１】
実施形態３
前記複数のテーパ状反射体が、少なくとも２行及び少なくとも２列に配置されたテーパ状反射体の二次元アレイを含む、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８２】
実施形態４
前記スペーサ層の屈折率が、前記複数のテーパ状反射体の屈折率以上である、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８３】
実施形態５
前記スペーサ層が無機材料を含む、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８４】
実施形態６
前記スペーサ層が、光学的に透明な接着剤を含む、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８５】
実施形態７
前記複数のテーパ状反射体の各々の前記第２の表面の表面積が、前記複数のテーパ状反射体の各々の前記第１の表面の表面積の少なくとも１．５倍大きい、実施形態１に記載の光抽出装置。
【００８６】
実施形態８
底部発光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイにおいて、該底部発光ＯＬＥＤディスプレイが、
ＯＬＥＤのアレイに結合したスペーサ層であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤがそこから光が前記スペーサ層に放出される底面を有する、スペーサ層；
テーパ状反射体のアレイであって、前記テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体が前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なり、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えており、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面が、前記スペーサ層に結合し、かつ前記ＯＬＥＤのアレイに面している、テーパ状反射体のアレイ；並びに
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第２の表面に結合した基板
を含む、底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００８７】
実施形態９
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記底面から放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記テーパ状反射体のアレイに入り、
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、
実施形態８に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００８８】
実施形態１０
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、台形断面を備えた角錐台を含む、実施形態８に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００８９】
実施形態１１
前記スペーサ層の屈折率が、前記テーパ状反射体のアレイの屈折率以上である、実施形態８に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９０】
実施形態１２
前記テーパ状反射体のアレイの屈折率が、前記基板の屈折率以上である、実施形態１１に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９１】
実施形態１３
前記スペーサ層が、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面の長さの１０％〜１００％の厚さを含む、実施形態８に記載の底部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９２】
実施形態１４
上部発光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイにおいて、該上部発光ＯＬＥＤディスプレイが、
ＯＬＥＤのアレイを支持する基板であって、前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤがそこから光が放出される上面を有する、基板；
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面に結合したスペーサ層；
テーパ状反射体のアレイであって、前記テーパ状反射体のアレイの少なくとも２つのテーパ状反射体が前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤと重なり、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、第１の表面、前記第１の表面とは反対側にあり、かつ前記第１の表面の表面積より大きい表面積を含む第２の表面、及び前記第１の表面と前記第２の表面との間に延びる少なくとも１つの側面を備えており、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面が、前記スペーサ層に結合し、かつ前記ＯＬＥＤのアレイに面している、テーパ状反射体のアレイ；並びに
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第２の表面に結合した封止層
を含む、上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９３】
実施形態１５
前記ＯＬＥＤのアレイの各ＯＬＥＤの前記上面から放出される光が、前記スペーサ層を通過し、前記テーパ状反射体のアレイに入り、
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記少なくとも１つの側面が、光を逃散円錐へと方向転換させて、対応するテーパ状反射体の前記第２の表面から出すための傾斜を含む、
実施形態１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９４】
実施形態１６
前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体が、台形断面を備えた角錐台の形状を含む、実施形態１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９５】
実施形態１７
前記スペーサ層の屈折率が、前記テーパ状反射体のアレイの屈折率以上である、実施形態１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９６】
実施形態１８
前記テーパ状反射体のアレイの屈折率が、前記封止層の屈折率以上である、実施形態１７に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９７】
実施形態１９
前記スペーサ層が、光学的に透明な接着剤層を含む、実施形態１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【００９８】
実施形態２０
前記スペーサ層が、前記テーパ状反射体のアレイの各テーパ状反射体の前記第１の表面の長さの１０％〜１００％の厚さを有する、実施形態１４に記載の上部発光ＯＬＥＤディスプレイ。
【符号の説明】
【００９９】
１００  底部発光ＯＬＥＤ構造
１０２，１２２  基板
１０４，１２４  アノード
１０６  正孔注入層（ＨＩＬ）
１０８，１２６  正孔輸送層（ＨＴＬ）
１１０，１３０  発光層（ＥＭＬ）
１１２，１３４  電子輸送層（ＥＴＬ）
１１４  電子注入層（ＥＩＬ）
１１６，１３６  カソード
１２０  上部発光ＯＬＥＤ構造
１２８  電子遮断層（ＨＢＬ）
１３２  正孔遮断層（ＨＢＬ）
２００  底部発光ＯＬＥＤディスプレイ
２０２  スペーサ層
２０８  テーパ状反射体のアレイ
２１０  テーパ状反射体
２１２  テーパ状反射体の第１の表面
２１４  テーパ状反射体の第２の表面
２１５  テーパ状反射体の本体
２１６  テーパ状反射体の側面
２１８  基板
２１９  逃散円錐
２２０  空間
２２２  外部環境
２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ，２６４ａ，２６４ｂ，２６４ｃ  光線
２５０  上部発光ＯＬＥＤディスプレイ
２５２  金属コンタクト
２５４  封止層
３００  ＯＬＥＤディスプレイ
３０２  ＯＬＥＤのアレイ
３０４  ＯＬＥＤ
３０６  透明層
３４０  電子機器
３５０  制御電子機器
３５２  メモリ
３５４  プロセッサ
３５６  チップセット
【図１Ａ】
2021533524.tif 000003
【図１Ｂ】
2021533524.tif 000004
【図２Ａ】
2021533524.tif 000005
【図２Ｂ】
2021533524.tif 000006
【図３Ａ】
2021533524.tif 000007
【図３Ｂ】
2021533524.tif 000008
【図４】
2021533524.tif 000009
【図５】
2021533524.tif 000010
【図６Ａ】
2021533524.tif 000011
【図６Ｂ】
2021533524.tif 000012
【図７Ａ】
2021533524.tif 000013
【図７Ｂ】
2021533524.tif 000014
【図８Ａ】
2021533524.tif 000015
【図８Ｂ】
2021533524.tif 000016
【図９Ａ】
2021533524.tif 000017
【図９Ｂ】
2021533524.tif 000018
【図９Ｃ】
2021533524.tif 000019
【国際調査報告】
2021533524.tif 000020
2021533524.tif 000021