(57)【要約】  光抽出を強化するための多機能光学フィルムは、可撓性基材と、異なる寸法のナノ粒子を有する構造化層と、充填材層を含む。構造化層は、光生成領域の十分近くに配置された、ミクロ複製した回折又は散乱ナノ構造を効果的に使用し、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）装置からのエバネセント波の抽出を可能にする。充填材層は、構造化層の屈折率と異なる屈折率を有する材料を有する。充填材層はまた、光抽出フィルムをＯＬＥＤディスプレイ装置層に合わせるために、構造化層の上に平坦化層を供給する。光抽出効率の改善を超えた追加の機能性をもたらすために、フィルムは、それに追加され又はその中に組み込まれた追加層を放射表面に有してもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
可撓性基材と、
第１の屈折率を有する抽出要素の構造化層であって、前記抽出要素の実質的な部分は、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、前記自発光型光源の発光領域と光連通し、前記抽出要素が、第１の寸法の第１のナノ粒子及び前記第１の寸法と異なる第２の寸法の第２のナノ粒子を含む、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み、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。
【請求項２】
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、又は光学回転のうちの少なくとも１つの機能を有するコーティングを更に含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項３】
前記基材に適用され、耐摩耗性、防汚性、疎水性、又は親水性のうちの少なくとも１つの機能を有するコーティングを更に含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項４】
前記充填材層材料が、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うち１つを含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項５】
前記要素が、周期的若しくは準周期的配列の形状、ランダムな分布の形状、又は異なる分布の形状内に散在する、周期的若しくは準周期的配列の形状の部分、のうちの１つを含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項６】
前記基材が、ポリマーフィルム、実質的に光学的透過性の材料、又はバリア材料のうちの１つを含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項７】
前記基材が、静電防止コーティング又は接着促進コーティングのうちの１つ以上を有する、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項８】
前記第１のナノ粒子の前記第１の寸法が、６０ｎｍ〜１０μｍの範囲の直径であり、前記第２のナノ粒子の前記第２の寸法が、３ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の直径である、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項９】
前記抽出要素が、金属酸化物粒子、有機ポリマー粒子、金属粒子、又は複合体粒子のうちの１つ以上からなる、ナノ粒子を含む、請求項１に記載の多機能光学フィルム。
【請求項１０】
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、
可撓性基材上に第１の屈折率を有する有機材料層をコーティングする工程と、
ナノ構造化形状を前記有機材料内に付与して、ナノ構造化表面を作製する工程であって、前記ナノ構造化形状が、第１の寸法の第１のナノ構造化形状及び前記第１の寸法と異なる第２の寸法の第２のナノ構造化形状を含む、工程と、
前記ナノ構造化表面に充填材層を適用して前記ナノ構造化表面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み、
かつ前記ナノ構造化形状の実質的な部分は、前記光学フィルムが自発光型光源に配置されるとき、前記自発光型光源の発光領域と光連通する、工程と、を含む、方法。
【請求項１１】
前記ナノ構造化形状が、金属酸化物粒子、有機ポリマー粒子、金属粒子、又は複合体粒子の１つ以上からなるナノ粒子を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記充填材層を適用する前に安定化層をコーティングする工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
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、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
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工程、及び
前記有機材料層を有する前記可撓性基材を、前記ツールに対し適用された前記有機材料を有する前記ツールに適用し、前記有機材料内に前記ナノ構造を付与する工程、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記マスターツールを供給する工程が、前記マスターツールの表面上にテクスチャーを作製するために、前記マスターツールの前記表面上にナノ粒子をコーティングする工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
液体コーティング、蒸着コーティング、粉体コーティング、又は積層のうちの１つの方法を使用して、前記充填材層を適用し、前記平坦化層を形成する工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のナノ粒子の前記第１の寸法が、６０ｎｍ〜１０μｍの範囲の直径であり、前記第２のナノ粒子の前記第２の寸法が３ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法がロールツーロールプロセスで実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
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、
第１の屈折率を有するナノ粒子を可撓性基材上に適用する工程であって、前記ナノ粒子の実質的な部分が、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、前記自発光型光源の発光領域と光連通し、前記ナノ粒子が、第１の寸法の第１のナノ粒子及び前記第１の寸法と異なる第２の寸法の第２のナノ粒子を含む、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。
【請求項２０】
前記適用する工程が、
前記可撓性基材上に、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、及び
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、を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記適用する工程が、乾燥形態の前記ナノ粒子を前記可撓性基材に適用する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記適用する工程が、前記ナノ粒子を単層として前記可撓性基材上に形成する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ粒子の前記実質的な部分が、前記可撓性基材と接触している、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のナノ粒子の前記第１の寸法が、６０ｎｍ〜１０μｍの範囲の直径であり、前記第２のナノ粒子の前記第２の寸法が３ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法がロールツーロールプロセスで実施される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノ粒子上に共形安定化層をコーティングする工程を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【０００２】
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材層と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。
【０００３】
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．Ｍｅｅｒｈｏｌｚ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｖ．１１，ｎｏ．４，ｐ２５１（２００１）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個当たりの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。
【０００４】
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材の材料（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。したがって、コア内で生成される光は、２つの、高屈折率と低屈折率とのインターフェースに衝突する場合があり、その場合には光が内部反射する場合がある。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、基材から空中へのインターフェースでの反射の結果、基材から逃げることのできない光は、インターフェースに制限される。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。
【０００５】
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、基材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。基材の中に又は接着剤の中に散乱要素を導入し、これにより基材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（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、コアから基材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．Ｆｕｊｉｔａら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４４（６Ａ），ｐｐ．３６６９〜７７（２００５））。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．Ｓｃｈｕｕｒｍａｎｓら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８４（５４１１），ｐｐ．１４１〜１４３（１９９９）を参照）。
【０００６】
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．Ｆｕｊｉｔａら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４４（６Ａ），ｐｐ．３６６９〜７７（２００５））。これにより装置内の電界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。
【０００７】
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．Ｆａｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖ．７８，ｎｏ．１７，ｐ．３２９４（１９９７）；Ｈ．Ｉｃｈｉｋａｗａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖ．８４，ｐ．４５７（２００４））。ＯＬＥＤ効率改善に関連した、ＰＣの利用における同様な報告（Ｍ．Ｆｕｊｉｔａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖ．８５，ｐ．５７６９（２００４）；Ｙ．Ｌｅｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖ．８２，ｐ．３７７９（２００３））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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、可撓性基材と、構造化層と、充填材層と、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が光学フィルムが自発光型光源に対置して配置されたとき、自発光型光源の発光領域と光連通する。抽出要素は異なる寸法のナノ粒子を含む。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。
【００１０】
光抽出を強化するための多機能光学フィルムを作製する、本発明に従う方法は、可撓性基材の上に、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。異なる寸法のナノ構造化形状は、ナノ構造化表面を作るために有機材料に付与される。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、ナノ構造化表面に適用され、ナノ構造化表面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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面は本明細書の一部に組み込まれ、構成するものであって、該明細書の記載と共に本明細書の利点と原則を説明する。
【図１】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。
【図２】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。
【図３】固体照明要素のために特に調節されたＯＬＥＤ。
【図４】光抽出フィルムを有するＯＬＥＤバックライトユニット。
【図５】ＬＣＤのバックライトユニットとして使用されるＯＬＥＤ。
【図６】抽出要素の可能な空間的構成。
【図７】抽出要素の可能な空間的構成。
【図８】抽出要素の可能な空間的構成。
【図９】抽出要素の可能な空間的構成。
【図１０】抽出要素の可能な表面構成。
【図１１】抽出要素の可能な表面構成。
【図１２】抽出要素の可能な表面構成。
【図１３】抽出要素の可能な表面構成。
【図１４】抽出要素の可能な表面構成。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、ナノ粒子の直接堆積又は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、基材、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。
【００１３】
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ＯＬＥＤ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。
【００１４】
高屈折率材料からの、低屈折率媒質を有するインターフェースへの光の入射は、臨界角度θＣ（θＣ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）によって定義され、式中、ｎ１は高屈折率領域の屈折率であり、ｎ２は低屈折率領域の屈折率である）を超える全ての入射角に関して全反射（ＴＩＲ）する。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。あるいは、ナノ構造化された屈折率差のある層は、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と光連通しているだけでよい。用語「光連通」は、光源から生じた光場の実質的な部分が、散乱粒子又はナノ構造体に達することができることを意味する。
【００１５】
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）〜２０００ｎｍ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、フィルム基材の表面上の、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、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、これらの全ては完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００１６】
用語「ナノ構造体」又は「ナノ構造体（複数）」は２μｍ未満、より好ましくは１μｍ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
用語「屈折率（index）」は屈折率（index of refraction）を指す。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、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、基材を介して発光するＯＬＥＤ装置として定義されている。表１は、図１に示される参照番号によって識別される、装置１００の例示の要素及びこれらの要素の構成を示す。装置１００の各層は、下層の上にコーティングされるか、ないしは別の方法で下層に適用される。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
基材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構成される。基材１１４は、好ましくは可撓性材料を含む。基材の材料の例には、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。基材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、基材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。
【００２５】
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、完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、完全に記載されているものとして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。
【００２８】
本実施形態の光抽出フィルム１１６は、基材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面的にしてＯＬＥＤの製造を可能にするために、高屈折率構造体は、充填材媒質を用いて低屈折率構造体の上に平坦下層を効果的にもたらす。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、又は場合によっては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。安定化層は所望により、充填材層を適用する前に、装置にコーティングされてもよい。
【００２９】
低屈折率構造体１１０は、下層に、典型的には基材に、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、ナノ構造化層から構成され、これは、フォトニック結晶構造体などの、周期的、準周期的又はランダムな分布若しく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また、様々なピッチ及び形状寸法を有してもよい。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材と接触し、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、ナノ粒子の凝集体を有する層で、又は多層内に実施することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、小さなＳｉＯ２ナノ粒子を、低屈折率構造体１１０の、より大きなＳｉＯ２ナノ粒子の懸濁液へ添加することは、懸濁液から作製されたコーティング内の、より大きなナノ粒子の均一性を著しく改善し得る。例えば、低屈折率構造体１１０は、直径４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子の懸濁液から作製されたコーティング内に、直径５ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子への添加を含んでもよい。これらの小さなナノ粒子及び大きなナノ粒子は、表面処理されても、又は表面処理されなくてもよい。大きなナノ粒子は２つ又はそれ以上の異なる寸法の、大きなナノ粒子を含んでもよい。大きなナノ粒子は、６０ｎｍ〜１０μｍ、又は１００ｎｍ〜１μｍ、又はより好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の直径を有するのが好ましい。小さなナノ粒子は、３ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の直径を有するのが好ましい。ナノ粒子は次の、金属酸化物粒子、有機ポリマー粒子、金属粒子、又は複合体粒子の１つ以上を含んでもよい。
【００３１】
有機層からのエバネセント波と同程度のナノ構造体の距離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。
【００３２】
層１１０内のナノ構造化形状は、圧痕形成、エンボス加工、ナノインプリント、熱若しく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、完全に記載されているものとして本明細書に組み込まれる。
【００３３】
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化層をもたらす。発光波長におけるナノ構造化層１１０と充填材媒質１０８との屈折率の不一致はΔｎで示され、一般に、Δｎの値が大きいほど、より良好な光抽出がもたらされる。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屈折率の不一致はいずれも、光抽出をもたらすが、不一致が大きいほど、光抽出が増大する傾向にあり、したがって、不一致が大きいことが好ましい。充填材媒質１０８に好適な材料の例としては、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、窒化ケイ素、高屈折率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．Ｙａｎｇら（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．７，１２７６（１９９５））及びＲ．Ｂｕｒｚｙｎｓｋｉら（Ｐｏｌｙｍｅｒ  ３１，６２７（１９９０））及び米国特許第６，００５，１３７号に記載されており、これらの全ては、完全に記載されているものとして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、これは完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。充填材層は、例えば、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。
【００３４】
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堆積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（参照により完全に記載されているものとして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（充填材層上に）形成するために堆積されてもよい。
【００３５】
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によっ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考文献：Ｂ．Ｚｈａｎｇら、「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｇａ−Ｎｉｔｒｉｄｅ／Ａｉｒ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｊｅｃｔｅｄ  ＧａＮ−Ｂａｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｅｒｓ」（Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｃ）２（７），２８５８〜６１（２００５））が、挙げられ、これらは参照により完全に記載されているものとして本明細書に組み込まれる。フォトニック準結晶構造体は、全ての伝播方向に擬ギャップの可能性をもたらし、一意の光散乱挙動を示す。具体的には、フォトニック準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アーティファクトを除去でき、また、一意の発光プロファイルの作製に使用でき、場合によってはブロードバンドＯＬＥＤエミッタとの連携時に望ましくないクロミック効果を除去できる。フォトニック結晶構造体は以下の特許に記載されており、それらの全ては完全に記載されているものとして本明細書に組み込まれる：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。
【００３６】
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、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材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、高屈折率充填材媒質の堆積が後続する。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が製造される基材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。
【００３７】
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。ウルトラバリアフィルムとしては、例えばいずれも本明細書中に完全に記載されているものとしてその全てが本明細書に組み込まれる、米国特許第５，４４０，４４６、同第５，８７７，８９５号、及び同第６，０１０，７５１号に述べられるような、ガラス又は他の適当な基材上に２種類の無機誘電体材料を多数の層で順次、真空蒸着することによって形成される多層フィルム、又は無機材料と有機ポリマーとの交互の層が挙げられる。
【００３８】
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場合によっては機能性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）、防汚性、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。
【００３９】
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材を有する、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に示される参照番号によって識別される装置１２０の例示の要素及びこれらの要素の構成を示す。装置の各層は、下層の上にコーティングされるか、ないしは別の方法で下層に適用される。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。
【００４０】
【表２】
2012512518.tif 000004
【００４１】
この実施形態の光抽出フィルム１４２は、基材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、上記の例示の材料及び構造で実装できる。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。基材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。基材１４０は、所望により、金属箔など不透明な材料で実施されてもよい。
【００４２】
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、これらは両方とも完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００４３】
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、薄膜封止材を堆積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。
【００４４】
ＯＬＥＤ固体照明又はディスプレイ要素
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固体照明又はディスプレイ要素を実施するために使用することもできる。上記に示した基材に加えて、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材の実施例は、以下の論文：Ｄ．Ｕ．Ｊｉｎらの「５．６−ｉｎｃｈ（１４ｃｍ）Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｆｕｌｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｔｏｐ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ＡＭＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｏｎ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ  Ｆｏｉｌ」（ＳＩＤ  ０６  ＤＩＧＥＳＴ、２００６、１８５５〜１８５７）；及びＡ．Ｃｈｗａｎｇらの「Ｆｕｌｌ  Ｃｏｌｏｒ  １００  ｄｐｉ  ＡＭＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」（ＳＩＤ  ０６  ＤＩＧＥＳＴ，１８５８〜１８６１（２００６））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。
【００４５】
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を支持する基材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デバイス２２３〜２２６の各々は、線２２８及び２３０によって表されるように、個々に制御され得、これらの線はデバイス２２３〜２２６中のアノード及びカソードへの電気接続を提供する。デバイス２２０は、電気接続を有するＯＬＥＤデバイス２２３〜２２６のいずれかの数を包含することができ、及び基材２２２は、それらを収容するような大きさにすることができる。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材２２２上で使用することができる。
【００４６】
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に示される参照番号によって識別される、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構成を示す。バックライトユニット１８０の各層は、下層の上にコーティングされるか、ないしは別の方法で下層に適用される。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。
【００４７】
【表３】
2012512518.tif 000005
【００４８】
この実施形態の光抽出フィルム２０８は、低屈折率構造体１９０及び高屈折率構造体１９２から構成される。光抽出フィルムは所望により、プリズム層１８４及びディフューザー１８８を含んでもよい。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装できる。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及び層１９４は、あるいは、単一層で実施することができる。
【００４９】
図５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル２４０の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に相当してよい。バックライトユニット２４２は、図３に示される空間変調された光パネルにより別の方法で実施されることができる。ＬＣＤパネル２４０は、典型的には、バックライト及びドライブエレクトロニクスを除いてＬＣＤデバイスの全体を包含する。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、これは完全に記載されているものとして、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５０】
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、低屈折率基材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率構造体２５２を、ナノ構造体の上に平坦化層をもたらす高屈折率構造体２５３と共に示す。構造体２５２及び２５３は、低屈折率基材２４８とＯＬＥＤ装置領域２４９との間に配置されている。図６及び７では、低屈折率構造体及び高屈折率構造体は、基材とＯＬＥＤ装置（発光）領域との間に配置されている。
【００５１】
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、低屈折率基材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、平坦化層を提供する高屈折領域２５６と共に示す。抽出要素２５７及び充填材２５６は、低屈折率基材２６１とＯＬＥＤ装置領域２６２との間に配置されている。図８及び図９に示される実施形態では、抽出要素はエバネッセント領域に集中している。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。
【００５２】
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。具体的には、図１３は、形状２６３内の異なる分布内に組み入れられている形状の一部（場合によっては規則的なパターン２６４又は不規則的なパターン２６５で）を示す。異なる分布２６３を伴う規則的なパターン２６４及び不規則的なパターン２６５は、それぞれ周期的、準周期的、又はランダムな、抽出要素の分布を有してよい。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て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。
【００５３】
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、これは完全に記載されているものとして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。
【００５４】
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堆積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、又はシリコン酸化物などの、より硬質な材料の層（この層はリソグラフィの工程の前にポリマーウェブに既に堆積されている）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。
【００５５】
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（Ｓｉ３Ｎ４、本明細書においてＳｉＮと示される）、ＣａＯ、Ｓｂ２Ｏ３、ＡＴＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｎ２Ｏ３、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材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ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、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される屈折率差を提供し、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体は、基材と接触する、基材と近接する、共に定位置に群をなす，又は基材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、ＳｉＯ２、多孔質ＳｉＯ２、ホウケイ酸（ＢＫ）、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ、ＬｉＦ、ＤＬＧ、ＤＬＣ、銀粒子若しくは金粒子などの金属粒子、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体、あるいは、蒸着されたＳｉ３Ｎ４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。基材は所望により、静電防止コーティング又は接着促進コーティングの１つ以上を有してもよい。
【００５６】
ディップコーティング、ナイフコーティング、ダイコーティング、及びロールツーロール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、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。
【００５７】
光抽出フィルムのロールツーロールの連続プロセス製造は、低屈折率ナノ粒子の単層若しくはサブ単層コーティングをプラスチック基材上に組み合わせることを含んでもよく、高屈折率材料のオーバーコートの適用である。かかるロールツーロールプロセスは、プラスチック（ＰＥＴ）基材上に官能化シリカの裸のナノ粒子をコーティングすること、次いでこれらのナノ粒子を、高屈折率充填材料でオーバーコートすることを含む。高屈折率充填材料は、ＺｒＯ２又はＴｉＯ２など高屈折率ナノ粒子と共に、エポキシ又はアクリレートポリマーを充填することによって得られる。更なる高屈折率材料は、米国特許出願第１２／２６２３９３号（２００８年１０月３１日出願）に記載され、これは完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００５８】
ある特定の製造方法は、第１の屈折率を有するナノ粒子を可撓性基材の上に適用する工程と、ナノ粒子上に充填材層をオーバーコーティングして、それらの上に平坦化層を形成する工程と、を含む。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。好ましくは、ナノ粒子の実質的な部分は、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。例えば、ナノ粒子の実質的な部分が、基材と接触し、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実質的な部分が基材と接触する必要はない。
【００５９】
ナノ粒子を適用する工程は、溶媒内に分散したナノ粒子を可撓性基材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。ナノ粒子を適用する工程は、それらを乾燥状態で可撓性基材に適用し、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、剥離剤付きの基材を使用することを含み、ここでは、粒子は剥離剤付きの基材に適用され、粒子を有する基材は、それと接触する粒子と共に装置基材に適用され、次いで基材は、装置基材に粒子を移動させるために剥離される。ある特定の方法は、基材をナノ粒子でコーティングし、それを乾燥させ、充填材層をコーティングし、それを再び乾燥させ、次いで得られるフィルムを硬化させる、単一プロセスを含む。更に別のある特定の方法は、基材をナノ粒子でコーティングし、それを乾燥させ、コーティングフィルムを巻き上げる、第１プロセスと、充填材層をコーティングし、それを再び乾燥させ、次いで得られるフィルムを硬化させる、第２プロセスを含む。
【００６０】
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。
【００６１】
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。基材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材の中に実質的に転写することができる。もし基材の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。
【００６２】
別の方法は、ランダムに分布したナノ構造体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「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ」（４４４（２００６）２４７〜２５５）に記載されており、これらの両方は完全に記載されているものとして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、噴射コーティング、ダイコーティング、又はロールツーロール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、可撓性基材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材の前処理は、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加工プロセスを介して下層の基材の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。
【００６３】
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（これは完全に記載されているものとして、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。
【００６４】
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材は、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堆積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堆積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。
【実施例】
【００６５】
実施例１：５ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子（比較実施例）を有する１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子
公称直径１９０ｎｍを有する球状シリカナノ粒子の分散液は、Ｎｉｓｓａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ（１０７７７  Ｗｅｓｔｈｅｉｍｅｒ，Ｓｕｉｔｅ  ８３０，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ  ７７０４２，Ｕ．Ｓ．Ａ）から入手された。ナノ粒子は、ポリエチレンオキシドで処理された（ＰＥＯ及び透析されている、１４２９７１−８６−４、表面を覆われ、透析されたＰＥＯを有する１９０ｎｍのシリカ、固形分３３．６％）。
【００６６】
ＰＥＯを有する、処理された１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子のプロセス詳細は以下のとおり。３６３グラムのＮｉｓｓｉａｎ  ＭＰ−４５４０（１００グラムのシリカ）を、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからのＡ１２３０ポリエチレンオキシドシラン７．５ｇと共に反応槽に添加した。この混合物を８０℃で１６時間反応させた。反応混合物を次いで透析し、未反応シラン及び他の不純物を除去した。溶液をＭＷＣＯ（カットオフ分子量）１２〜１４，０００を有する、２つのスペクトル／Ｐｏｒ  Ｄｉａｌｙｓｉｓに配置した。材料を、絶えず流れる水道水に対して、２４時間透析した。
【００６７】
得られたナノ粒子懸濁液を、１メトキシ２プロパノールで希釈し、２重量％の固形分含有量を有する懸濁液を生成した。１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子溶液は、ディップコーティング（コーティング速度：６５ｍｍ／分）によってＰＥＴ基材上にコーティングされた。粒子コーティングを有さない基材の領域において、脱ぬれ（de-wetting）問題があったということがＳＥＭ画像から示された。
【００６８】
実施例２：５ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子（処理済み）を介した、１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子の改善されたコーティング
１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子の、２重量％の懸濁液を、実施例１に記載のとおり調製したが、１．１重量％の、５ｎｍのＳｉＯ２（ＰＥＯによって処理済み：１４７４２６−４５−０１、Ｓｉｌｑｕｅｓｔ  Ａ１２３０で処理した５ｎｍシリカ粒子）を添加した。１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子溶液は、ディップコーティング（実施例１のようにコーティング速度６５ｍｍ／分）によってＰＥＴ基材上にコーティングされた。実施例１及びこの実施例からのＳＥＭ画像の比較を通じて、コーティングの均一性は、小さなナノ粒子を添加することによて改善されていることが示されたが、脱ぬれは完全には消えなかった。
【００６９】
実施例３：５ｎｍの非改質ＳｉＯ２ナノ粒子の添加による、１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子の改善されたコーティング
２重量％の、１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子は、実施例１に記載のとおり調製されたが、１．１重量％の、５ｎｍのＳｉＯ２（Ｎａｌｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙからの、非改質の小さな５ｎｍ  ＳｉＯ２ナノ粒子、Ｎａｌｃｏ  ２３２６）を添加した。非改質の小さなＳｉＯ２ナノ粒子は、大きなナノ粒子コーティング均一性を著しく改善することができるということが、ＳＥＭ画像から明らかに示された。
【００７０】
実施例４：５ｎｍの改質ＳｉＯ２ナノ粒子（イソオクチルトリメトキシシラン及びメチルトリメトキシランで改質された）１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子
２重量％の１９０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子は、実施例１に記載のとおり調製されたが、イソオクチルトリメトキシシラン及びメチルトリメトキシシラン（methytrimethoxysilane）で改質された１．１重量％の５ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子が添加された。（５ｎｍのナノ粒子は、最初にイソプロパノールに溶解させて、１０重量％の固形分含有量を有する懸濁液を作製した）。ＳＥＭ画像を通じて示されたように、コーティングの均一性は改善されたが、脱ぬれは完全には消えなかった。
【００７１】
実施例５ａ：小さなナノ粒子を含まず、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子（実施例５ｂの比較実施例）
公称直径４４０ｎｍを有する球状シリカナノ粒子の分散液は、Ｎｉｓｓａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ（１０７７７，Ｗｅｓｔｈｅｉｍｅｒ，Ｓｕｉｔｅ  ８３０，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ  ７７０４２，Ｕ．Ｓ．Ａ）から入手した。ナノ粒子溶液を、１メトキシ２プロパノールで希釈し、５重量％の固形分含有量を有する懸濁液を生成した。４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子は、コロナ処理されたＰＥＴフィルム（厚さ６〜８ミル（０．１〜０．２ｍｍ））上、５ミル（０．１ｍｍ）のコーティングギャップを使用して、ロールツーロールプロセス（ウェブ速度１０ｆｐｍ（３０４ｃｍ／分）、表示ポンプ速度１．２ｃｃ／分）によってにコーティングされた。得られたコーティングは最初に室温で乾燥され、次いで、その後に１８０°Ｆ（８２℃）で更に乾燥させた。
【００７２】
実施例５ｂ：ロールツーロールプロセスによってコーティングされた、小さなナノ粒子を有する４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子
２．５重量％の、４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子は、実施例５ａのとおりに調製されたが、実施例２のように調製された１重量％の改質５ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子が添加された。４４０ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子溶液は、コロナ処理されたＰＥＴフィルム上に、実施例５ａと同じ条件を使用して、コーティングされた。
【００７３】
実施例６及び７の材料
実施例で使用された材料は、Ｎａｌｃｏ  ｃｏｍｐａｎｙから入手された公称直径９３ｎｍのシリカナノ粒子、及びＡｌｄｒｉｃｈから入手されたドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＤＳ−１０）界面活性剤を含んだ。これらの材料を、異なるコーティング条件と共に使用し、ナノ粒子の緊密に充填された単層又は希薄な非連続層を得ることができた。
【００７４】
実施例６及び実施例７のための、ＰＥＴ基材上に直接コーティングされた、シリカの裸のナノ粒子の単層
２重量％のナノ粒子分散液を、ＤＳ−１０を有する、１重量％のナノ粒子まで、Ｈ２Ｏで希釈することにより、作製されたシリカナノ粒子分散液は、コロナ処理されたＰＥＴフィルム（６〜８ミル（厚さ０．１〜０．２ｍｍ））に、５ミル（０．１ｍｍ）のギャップを使用し、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた（ウェブ速度１０ｆｐｍ（３０４ｃｍ／分）、分散液送達速度３ｃｃ／分）。コーティングは室温で乾燥され、次いで、その後にそれは１８０°Ｆ（８２℃）で更に乾燥させた。得られたナノ粒子のＳＥＭ写真によって、シリカナノ粒子の均一かつ緊密に充填された単層が作製されたことが示された。
【００７５】
実施例６及び実施例７のための、ＰＥＴ基材上に直接コーティングされた、ベアシリカの非連続層
上述のようにシリカナノ粒子分散液は、コロナ処理されたＰＥＴフィルム（６〜８ミル（厚さ０．１〜０．２ｍｍ））上に、５ミル（０．１ｍｍ）のギャップを有し、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた（ウェブ速度１０ｆｐｍ（３０４ｃｍ／分）、分散液送達速度１．５ｃｃ／分）。得られたコーティングは室温で乾燥され、そしてその後に１８０°Ｆ（８２℃）で、ウェブ上で更に乾燥させた。
【００７６】
実施例６：窒化ケイ素がオーバーコーティングされたナノ粒子を備える光抽出ＯＬＥＤ基材
ナノ粒子による、ＯＬＥＤの効率増加を定量的に評価するために、プラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ、Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｙａｔｔｏｎ，ＵＫ）から入手したＭｏｄｅｌ  ＰｌａｓｍａＬａｂ  Ｓｙｓｔｅｍ  １００）を使用して、３００ｎｍのＳｉ３Ｎ４層が、シリカナノ粒子の上に適用された。Ｓｉ３Ｎ４の堆積に使用された条件は表４に示されている。
【００７７】
【表４】
2012512518.tif 000006
【００７８】
Ｓｉ３Ｎ４オーバーコーティングの屈折率は、Ｍｅｔｒｉｃｏｎモデル２０１０  Ｐｒｉｓｍ  Ｃｏｕｐｌｅｒを使って計測され、１．７と計測された。ＰＥＣＶＤプロセスの完了において、高屈折率の充填材フィルムを有する、低屈折率の散乱中心部が生成された。
【００７９】
次いで、１１０ｎｍのＩＴＯが、ＯＬＥＤアノードとしての働きをするために、５ｍｍ×５ｍｍピクセルノシャドーマスクによって窒化ケイ素上に堆積された。その後、単一の緑の有機放射層及びカソードを堆積させてＯＬＥＤを完成させた。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、５ｍｍ×５ｍｍピクセルのＩＴＯを被覆しながら、４０ｍｍ×４０ｍｍのシャドーマスクによって、以下の順序で堆積された：ＴＮＡＴＡ：ＦｅＣｌ３（３０００Ａ、５％  ＦｅＣｌ３）／ＮＰＤ（４００Ａ）／Ａｌｑ：Ｃ５４５Ｔ（３００Ａ、２％）／Ａｌｑ（２００Ａ）／７ＡＬｉＦ／Ａｌ。
【００８０】
５ｍｍ×５ｍｍシャドーマスクは次いで、再度位置合わせされて、２５０ｎｍのＡｌ金属が堆積されて、ピクセルの上部と接触するカソードを形成シタ。本プロセスは、ナノ粒子上に配置された４ピクセルを伴う、いくつかの個別に指定可能な５ｍｍ×５ｍｍピクセルを含有するＯＬＥＤピクセルを提供した。
【００８１】
エレクトロルミネッセンス測定は、ナノ粒子がコーティングされたピクセルからの、強化されたＯＬＥＤ光抽出を示した。電流密度２〜２０ｍＡ／ｃｍ２において、５０％の改善が、本変更によって示された。
【００８２】
実施例７：ロールツーロールプロセスで適用された高屈折率ポリマーによってオーバーコートされたナノ粒子を有する光抽出ＯＬＥＤ
５０〜６０重量％の、１０ｎｍのＺｒＯ２ナノ粒子（屈折率１．８５）は、アクリレートに分散され、高屈折率（１．６８）充填材ポリマーを形成した（Ｂｒａｎｔ  Ｕ．Ｋｏｌｂから入手された，１４５８４０−７７−３８Ｆ）。高屈折率ポリマーは、１メトキシ２プロパノール（１０重量％）と混合され、次いでＰＥＴ上に事前にコーティングされたナノ粒子の上に、５ミル（０．１ｍｍ）のギャップを使用して、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた。（ウェブ速度１０ｆｐｍ（３０４ｃｍ／分）、分散液送達速度１．６ｃｃ／分）。得られたコーティングは室温で乾燥され、そしてその後に、それは１８０°Ｆ（８２℃）で、ウェブ上で更に乾燥させた。高屈折率ポリマーの標的厚さは３００ｎｍであり、標的厚さと極めて一致する、実際の厚さ約３００ｎｍをＳＥＭ画像が示した。ロールツーロールコーティングの表面は、プラズマ強化化学蒸着によって堆積されたＳｉ３Ｎ４と比較して、非常に平滑であるのが示された。
【００８３】
実施例８：安定化層として、ＮＰ上にＳｉＮがオーバーコーティングされた６０ｎｍのＳｉＮを有しながら、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた９３ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子
ロールツーロールプロセスによるナノ粒子コーティングの調製
９３ｎｍのシリカナノ粒子の分散液は、Ｎａｌｃｏ社から入手した。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ、モル加水分解率９８％、ＭＷ  ７８０００）はＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から入手し、関連実験用に水で希釈した（固体含有率１重量％）。ドデシルベンゼンスルホンナトリウム塩（ＤＳ−１０）界面活性剤は、Ａｌｄｅｒｉｃｈから入手した。
【００８４】
シリカナノ粒子（ＮＰ）分散液（９３ｎｍ、１重量％、０．１〜１重量ＤＳ−１０）は、ＰＥＴフィルム（６〜８ミル（０．１〜０．２ｍｍ厚さ））上に、５ミル（０．１ｍｍ）のギャップを使用し、ロールツーロールプロセスによってコーティングされた。（ウェブ速度１０ｆｐｍ（３０４ｃｍ／分）、分散液送達速度３ｃｃ／分）コーティングは室温で乾燥され、次いで、その後にそれは１８０°Ｆ（８２℃）で更に乾燥させた。
【００８５】
プラズマ強化化学蒸着による、６０ｎｍのＳｉＮ安定化層
次に、シリカナノ粒子がコーティングされたフィルムは、ナノ粒子（ＮＰｓ）を安定化させるために、プラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ、Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｙａｔｔｏｎ，ＵＫ）から入手したＭｏｄｅｌ  ＰｌａｓｍａＬａｂ（商標）Ｓｙｓｔｅｍ  １００）によって、窒化ケイ素の６０ｎｍ厚の層でオーバーコーティングした。ＰＥＣＶＤ法に使用したパラメーターを表５に記載する。
【００８６】
【表５】
2012512518.tif 000007
【００８７】
ＳｉＮコア層の屈折率はＭｅｔｒｉｃｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  ２０１０  Ｐｒｉｓｍ  Ｃｏｕｐｌｅｒを使って計測され、１．７と計測された。
【００８８】
５０ｎｍのＴｉＯ２及びＺｒＯ２ナノ粒子を使用した、超高ＲＩコーティングの調製
ガラスジャーに、上記のとおり調製した４．５ｇのＺｒＯ２  ＨＩＨＣ、６．７８ｇの５０ｎｍのＴｉＯ２分散液、２４．４ｇの２−ブタノン、１６．６２ｇの１−メトキシ−２−プロパノールを合わせて混合した。均質の白色コーティング溶液が形成されるまで混合物を攪拌した。コーティング溶液は、上記のサンプル（９３ｎｍのナノ粒子／ＰＥＴ上の６０ｎｍのＳｉＮ）上に、４０００ｒｐｍで４０秒のスピンコーティング（Ｓｕｓｓ  ＭｉｃｒｏＴｅｃ，Ｉｎｃ．からのＫａｒｌ  Ｓｕｓｓスピンコーター、モデルＣＴ６２）を使用して適用され、透明な高屈折率コーティングが得られた。コーティングをＦｕｓｉｏｎ  ＵＶ−Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．のＬｉｇｈｔ−Ｈａｍｍｅｒ  ６  ＵＶ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，Ｍａｒｙｌａｎｄ）プロセッサ（窒素雰囲気下、ランプ出力１００％にて稼動するＨバルブを装着した３０フィート／分（９１４ｃｍ／分）のライン速度）にて２回通過させて硬化させた。高屈折率コーティングの厚さは、約１５０〜２００ｎｍと計測した。高屈折率コーティングの屈折率は、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  Ｐｒｉｓｍ  Ｃｏｕｐｌｅｒを使用して１．８５と計測される。
【００８９】
ＴｉＯ２ポリマー充填コーティングの完了時に、高屈折率充填材で平坦化された低屈折率の散乱ナノ構造体を含有する光抽出層が製造された。
【００９０】
ＯＬＥＤの製造
アノード形状を画定する約５ｍｍ×５ｍｍピクセルのシャドーマスクを介して、充填材がコーティングされたＮＰ構造体上に約１１０ｎｍ厚のＩＴＯを堆積させた。その後、単一の緑の有機放射層及びカソードを堆積させてＯＬＥＤを完成させた。ＯＬＥＤは、基準圧約１０−６トール（１．３−７パスカル）の真空システム内での標準的な熱蒸着によって製造した。以下のＯＬＥＤ構造体が堆積された。ＨＩＬ（３００ｎｍ）／ＨＴＬ（４０ｎｍ）／ＥＭＬ（３０ｎｍ、６％）／Ａｌｑ（２０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）。完了後、ＯＬＥＤは、封入フィルムとＯＬＥＤカソードとの間に乾燥剤及び脱酸素剤としてＳＡＥＳゲッターを使用して、３Ｍの封入バリアフィルムで封入した。
【００９１】
５ｍｍ×５ｍｍシャドウマスクは次いで、再度位置合わせされて、２００ｎｍのＡｌ金属が堆積されて、ピクセルの上部と接触するカソードを形成する。本プロセスは、ナノ粒子上に配置された４ピクセルを伴う、いくつかの個別に指定可能な５ｍｍ×５ｍｍピクセルを含有するＯＬＥＤピクセルを提供した。
【００９２】
エレクトロルミネッセンス測定は、ナノ粒子がコーティングされたピクセルからの、改善されたＯＬＥＤ光抽出を示した。５０〜１００％の改善が、本変更によって示された。
【図１】
2012512518.tif 000008
【図２】
2012512518.tif 000009
【図３】
2012512518.tif 000010
【図４】
2012512518.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012512518.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2012512518.tif 000018
【図１２】
2012512518.tif 000019
【図１３】
2012512518.tif 000020
【図１４】
2012512518.tif 000021
【国際調査報告】
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