[发明专利]工程周期性结构内纳米颗粒和纳米线的热辅助自组装方法

说明书

背景技术

玻璃基板上的纳米结构和微观结构(可能包括纳米颗粒)用于显示、照明、建筑和光伏装置中的多种应用。在显示装置中，该结构可用于增强的光提取或光分布。在照明装置中，该结构可用于增强的光提取、光分布和装饰效果。在光伏装置中，该结构可用于太阳能聚集和抗反射。在大的玻璃基板上图案化或以其它方式形成纳米结构和微观结构(尤其是使用纳米颗粒时)可能困难且成本效益不高，从而促成了本发明。

OLED的发射层中生成的大多数光被OLED层和玻璃基板中的全内反射和波导效应捕获。光截留可导致OLED显示器的效率降低至多约80％。效率损失继而转化成较低的亮度、增大的功耗以及更短的显示器寿命和电池寿命。

已证实多个方法改善光提取效率。这些方法通常基于衍射或光学散射机理，并且包括二维或三维光子晶体(PC)结构、粗糙的界面或纹理化表面、折射表面和分布式布拉格反射器、纳米多孔膜，或使用共振微腔结构。

美国专利8,692,446描述了一种新型光外耦合构造，当该结构结合到有机发光装置(OLED)中时，提供增强的光提取以及改善的角和光谱均匀度。该外耦合构造可用作用于OLED制造的基板并且包括光提取特征结构，该光提取特征结构包括施加到聚合物基板的纳米颗粒(直径为0.1μm至0.8μm)涂层，聚合物基板以一维或二维周期性结构预先图案化。该专利还证实纳米颗粒/光栅结构可被平面化，其中引入高折射率涂层诸如硅以匹配OLED中所用透明导体(通常为氧化铟锡)的折射率。

这些方法可提供如下优于纯一维光栅结构和二维光栅结构以及单独的纳米颗粒涂层的优势。例如：存在一维或二维周期性结构可改善纳米颗粒涂层的均匀度；并且与纯周期性提取特征结构相比，纳米颗粒与一维周期性结构或二维周期性结构的组合可改善角和光谱均匀度。

然而，用于一维光栅的聚合物在形成OLED显示器叠堆的过程中尺寸可能不是稳定的，在该过程中使用高温来使氧化铟锡透明导体退火。此外，为了制造该结构还需要多个涂覆步骤，这将增加产品制造的成本。

在美国专利申请公布2014/0021492中，描述了纳米结构化叠层转印膜，其可以使用简单的层合和烘除步骤制造纳米结构化固体表面。该发明详细说明了微复制聚合物膜的用途，该微复制聚合物膜的微腔可用无机聚硅氧烷涂料填充。将聚硅氧烷固化为绿色状态之后，可以微复制聚合物膜面朝上的方式将叠堆转印到载玻片上。随后在烘箱中烘烤整个构造，以去除聚合物膜并使无机聚硅氧烷完全凝结。所得无机涂层向载玻片赋予微结构，该微结构的形式为在聚合物膜中赋予的微结构的反向“子体”。

我们提出一种改善的方法，以在一维二氧化硅光栅内形成自对准二氧化硅纳米颗粒，从而制备具有光学功能的无机涂层。为了形成该结构，可通过层合和烘烤步骤将辊到辊涂覆的前体膜施加到基板。在烘烤步骤中，几乎单分散性的纳米颗粒沉淀到由硅氧烷涂层形成的微复制结构中。

发明内容

符合本发明的将纳米颗粒转印到持久受体基板的方法包括提供转印膜，该转印膜包括在牺牲树脂中具有单分散性纳米颗粒的基板。在与基板相对的一侧上的牺牲树脂上赋予结构，以在牺牲树脂上制备结构化表面。结构的节距与单分散性纳米颗粒的直径相匹配。将回填层施加到转印膜，并且回填层具有基本上贴合结构化表面的第一表面和与第一表面相背对的第二表面。将带有回填层的转印膜层合到持久受体，其中将回填层的第二表面施加到受体，并去除基板。烘除牺牲树脂，以在回填层的第一表面上制备纳米颗粒的模板层。

符合本发明的将纳米线转印到持久受体的方法包括提供转印膜，该转印膜包括第一牺牲基板、第二牺牲基板以及第一基板与第二基板之间的纳米线制剂。转印膜在热处理下被单向拉伸，然后层合到持久受体。烘除第一牺牲基板和第二牺牲基板，以在持久受体上由纳米线制剂制备对准的纳米线。

附图说明

附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，它们连同具体实施方式一起阐明本发明的优点和原理。在附图中，

图1为用于生成在一维周期性结构中对准的单层纳米颗粒的转印膜和热解方法的图示；

图2为用于一维周期性结构中光子晶体组件的转印膜和热解方法的图示；

图3为用于形成对准的纳米线的转印膜和方法的图示；

图4为用于形成对准的和模板自组装的纳米线的转印膜和方法的图示；

图5A和图5B为针对实施例1的样品的图像；

图6A和图6B为针对实施例2的样品的图像；并且

图7A和图7B为针对实施例3的样品的图像。

具体实施方式