(57)【要約】フォトルミネッセンス液晶（ＬＣＤ）ディスプレイは、ディスプレイパネルと、ディスプレイを動作させる励起放射を生成するための放射源とを含む。ディスプレイパネルは、透明な前面および背面プレートと、前面および背面プレートの間に配設される液晶と、ディスプレイの赤色、緑色および青色ピクセル区域を画定し、光のピクセル区域透過を制御するため、液晶にわたって電界を選択的に誘起するようにピクセル区域で動作可能な電極のマトリクス（薄膜トランジスタＴＦＴのアレイ）とを含む。励起放射に反応して赤色（Ｒ）光を放出する赤色蛍光体材料は、赤色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供され、励起放射に反応して緑色光を放出する緑色蛍光体材料は、緑色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される。
2009543130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイパネルと、ディスプレイを動作させる励起放射を生成するための放射源とを含む、フォトルミネッセンス液晶ディスプレイであって、ディスプレイパネルが、透明な前面および背面プレートと、前面および背面プレートの間に配設される液晶と、ディスプレイの赤色、緑色および青色ピクセル区域を画定し、光のピクセル区域透過を制御するため、液晶にわたって電界を選定的に誘起するようにピクセル区域で動作可能な電極のマトリクスと、赤色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される、励起放射に反応して赤色光を放出する赤色蛍光体材料と、緑色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される、励起放射に反応して緑色光を放出する緑色蛍光体材料とを含む、フォトルミネッセンス液晶ディスプレイ。
【請求項２】
青色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される、励起放射に反応して青色光を放出する青色蛍光体材料をさらに含む、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項３】
電極のマトリクスが薄膜トランジスタのアレイを含み、一つの薄膜トランジスタが各ピクセルに対応する、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項４】
薄膜トランジスタが前面プレートに提供される、請求項３記載の液晶ディスプレイ。
【請求項５】
薄膜トランジスタが背面プレートに提供される、請求項３記載の液晶ディスプレイ。
【請求項６】
放射源が単色励起源および準単色励起源からなる群より選択されるバックライティングユニットを含む、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項７】
蛍光体材料が背面プレートの下面に提供される、請求項１または２記載の液晶ディスプレイ。
【請求項８】
蛍光体材料が背面プレートの上面に提供される、請求項１または２記載の液晶ディスプレイ。
【請求項９】
前面プレートに第一偏光フィルター層および背面プレートに第二偏光フィルター層をさらに含み、第一偏光フィルター層の偏光方向の向きが第二偏光フィルター層の偏光方向に対して垂直である、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
赤色蛍光体が式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋，Ｆを有し、緑色蛍光体が式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｆを有し、放射源が４００〜４８０nmの範囲の波長を有する青色光を放出する光放出ダイオードである、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１１】
赤色蛍光体が（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋，Ｆ、Ｃａ２ＮａＭｇ２Ｖ３Ｏ１２：Ｅｕ３＋およびＹＶＯ４：Ｅｕからなる群より選択され、緑色蛍光体が（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｆおよび（Ｂａ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７からなる群より選択され、青色蛍光体がＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕおよび（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７からなる群より選択され、放射源が３６０〜４００nmの範囲の波長を有する光を放出するＵＶ放出光放出ダイオードである、請求項２記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
赤色蛍光体がＹ２Ｏ３：ＥｕおよびＹＶＯ４：Ｅｕからなる群より選択され、緑色蛍光体がＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）（Ｍｇ）Ａｌ１１Ｏ１９および（Ｂａ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７からなる群より選択され、青色蛍光体が（ＳｒＣａＢａＭｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ:Ｅｕ、（Ｂａ，Ｅｕ）Ｍｇ２Ａｌ１６Ｏ２７、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７からなる群より選択され、励起放射が２５４nmオーダーの波長を有するＵＶ光を含む、請求項２記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
赤色蛍光体が式（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕを有し、緑色蛍光体が式Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎを有し、青色蛍光体が式ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを有し、放射源が１４７〜１９０nmの範囲の波長を有するプラズマ放出光である、請求項２記載の液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００６年７月６日に出願された米国仮出願第６０／８１９，４２０号の優先権の利益を主張し、その明細書および図面は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、電気信号をカラー画像に変換するカラーディスプレイ、例えばフラットパネルディスプレイおよびカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の分野に関するものである。とりわけ、本発明は、蛍光体フォトルミネッセント材料を使用し、バックライトからの励起放射に反応して色光を生成し、フォトルミネッセンスカラーＬＣＤまたはフォトルミネッセントカラーＬＣＤと称される、カラー透過型ＬＣＤに関連する。
【０００３】
関連する技術の説明
私たちの世界を照らし、私たちに見させている光は、太陽光の電磁スペクトルの可視領域として公知の太陽光エネルギーに由来する。この領域は、スペクトル全体のうち非常に狭幅なセグメントであり、可視領域は、人間の眼に可視の部分である。それは、青色端または近紫外のおよそ４４０nmから、赤色または近赤外のおよそ６９０nmの波長範囲にある。可視領域の中央はおよそ５５５nmで緑色である。人間の視覚に白色光として見えるものは、実は、重み付けした量の一続きのいわゆる黒体放射からなる。人間の観察者にとって「白色」に見える光を産生するには、光は、赤色（Ｒ）およそ３０パーセント、緑色（Ｇ）５９パーセント、青色（Ｂ）１１パーセントの成分重みを有する必要がある。
【０００４】
白色である光の知覚は、ＲＧＢ成分色のうち一つの量が変化したときでさえ、他の二つの量を調整し補える限り、維持できる。例として、赤色光源がより長い波長に移る場合、白色光は、他の二つの色が不変のままであれば、よりシアン色に見える。白色バランスは、しかしながら、緑色および青色の重みを当初の値である１１および５９パーセント以外のレベルにそれぞれ変化させることにより復元できる。人間の眼は、密な間隔の色を白色光の個別の赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）原成分に分解する能力を有しないが、それは人間の視覚システムがこれら三つの成分を混合し中間色を形成するからである。読者は、恐らく、人間の視覚が三原色のみを残し（および／または検知し）、他の色をすべてこれら原色の組み合わせとして知覚することを思い起こす。
【０００５】
今日使用されるカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、液晶（ＬＣ）セルのマトリクス／アレイが形成する画素、または「ピクセル」に基づいている。公知のように、ＬＣを通過する光の強度は、ＬＣにわたって印加される電界、電圧に反応して光の偏光角を変化させることにより制御できる。カラーＬＣＤにおいては、各ピクセルは、実際は、三つの「サブピクセル」：一つの赤色、一つの緑色および一つの青色からなる。まとめられて、このサブピクセルトリプレットは、単一ピクセルと呼ばれるものを編成する。人間の眼が単一白色ピクセルとして知覚するものは、実際には、重み付けした強度を持つＲＧＢサブピクセルトリプレットであり、三つのサブピクセルの各々は、同じ明るさを有するように見える。同様に、人間の眼が隙間のない白色の線を見るとき、実際に表示されているのは、一連または一列のＲＧＢトリプレットである。マルチサブピクセルの配置は、光源の測光出力を所望の色座標一式に調節して操作することができ、それにより、優れた演色評価数（ＣＲＩ）および豊富な色パレットのための動的な色選択を供する。
【０００６】
現在のカラー透過型ＬＣＤ技術では、この色調節は、カラーフィルターを使用して実施される。従来のカラー透過型ＬＣＤの動作の原理は、液晶（ＬＣ）マトリクスの背後に置かれる輝度を持つ白色光バックライティング源および液晶マトリクスの逆側に位置するカラーフィルターのパネルに基づく。液晶マトリクスは、デジタル的にスイッチングされ、各ピクセルの各カラーフィルターに到達するバックライティング源からの白色光の強度を調整し、それにより、ＲＧＢサブピクセルによって透過された着色光の量を制御する。カラーフィルターを出る光は、カラー画像を生成する。
【０００７】
通常のＬＣＤ構造は、サンドイッチ状で、液晶が二つのガラスパネル間に提供されており、一つのガラスパネルは、それぞれのサブピクセルに対応するＬＣの電極にわたって印加される電圧を制御するスイッチング要素を含有し、他のガラスパネルは、カラーフィルターを含有する。構造の背面に置かれる、換言すれば、バックライティング源に対面するＬＣマトリクスを制御するスイッチング要素は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイを含み、それぞれのＴＦＴは、各サブピクセルに対して提供される。カラーフィルターガラスパネルは、まとめてグループ化された原色（赤色、緑色および青色）カラーフィルター一式を持つガラスプレートである。光は、カラーフィルターガラスパネルを出て画像を形成する。
【０００８】
公知のように、ＬＣは、印加される電界、電圧に応じて光の偏光平面を回転させる特性を有する。偏光フィルターの使用およびＬＣにわたって印加される電圧に応じて光の偏光の回転角度を制御することにより、バックライティング源がフィルターへ供給する白色光の量は、赤色、緑色および青色の各サブピクセルに対して制御される。フィルターを透過した光は、多様な色を生成し、視聴者がＴＶスクリーンまたはコンピュータモニタで見る画像を産生する。
【０００９】
通常、バックライティングに使用する白色光源は、水銀を充填した冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を含む。ＣＣＦＬ管は、通常、ガラスで、不活性ガスが充填されている。ガスは、管内に位置する電極にわたって電圧が印加されるとき、イオン化し、イオン化ガスは、紫外（ＵＶ）光を産生する。順々に、ＵＶ光は、ガラス管の内側に塗布された一つ以上の蛍光体を励起し、可視光を生成する。反射体は、可視光をモニタへ方向転換させて可能な限り均一に広げ、薄いフラットなＬＣＤをバックライトする。バックライト自体は、常に利用できる色温度および色空間を画定し、それは、通常、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）要件の約７５パーセントである。
【００１０】
公知のＬＣＤシステムでは、カラーフィルターは、ＬＣＤの色を鮮明にするための主要成分である。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ  ＬＣＤ）のカラーフィルターは、カラーフィルタープレートに包含される三原色（ＲＧＢ）からなる。カラーフィルタープレートの構造は、ブラック（不透明）マトリクスおよび樹脂膜を含み、樹脂膜は、三原色の染料または顔料を含有する。カラーフィルターの要素は、ＴＦＴがアレイ配列したガラスプレート上の単位ピクセルと一対一で対応して並ぶ。単位ピクセルのサブピクセルが小さ過ぎて単独では識別できないため、ＲＧＢ要素は、人間の眼には三色の混合のように見える。結果として、これら三原色を混合することにより、一部の制限付きではあるが、任意の色を産生できる。
【００１１】
近年の高輝度光放出ダイオード（ＬＥＤ）の開発は、向上したカラースペクトルを持つＬＥＤバックライティングを可能にし、より広い範囲のスペクトルカラーをディスプレイに提供するために使用されてきた。加えて、ＬＥＤバックライティングは、フィードバックセンサと組ませたとき、白色点の調節を可能にし、確実にディスプレイが一貫して既定の性能まで動作するようになった。
【００１２】
これらのＬＥＤに基づくバックライティングシステムでは、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤから出力される光は、等しい割合で混合され、白色光をもたらす。この手法は、残念ながら、各ＬＥＤが異なる駆動条件を要求することから異なる回路が必須なので、三つの異なるカラーＬＥＤの強度を適切に制御するための複雑な駆動回路を要する。
【００１３】
代替手法は、黄色蛍光蛍光体を塗布した単一青色ＬＥＤチップを含む白色放出ＬＥＤを使用するものであり、黄色蛍光体は、青色ＬＥＤによって放出される青色光の分を吸収し、次に、その光を（下方変換として公知であるプロセスにおいて）黄色光として再放出する。黄色蛍光体によって生成された黄色光と青色ＬＥＤからの青色光を混合することにより、全可視スペクトルに及ぶ白色光を産生することができる。あるいはまた、紫外ＬＥＤは、白色光を産生するために、赤色−緑色−青色蛍光体を塗布でき、このケースでは、紫外ＬＥＤからのエネルギーは、実質的に不可視で、結果として得られる白色光に成分を与えられないため、蛍光体の励起源としてのみ機能する。残念ながら、そのようなＬＥＤの白色光産生物は、現在のＬＣＤに使用されるカラーフィルターとはあまり適合せず、有意な量のバックライト強度が消耗される。
【００１４】
米国特許第４，８３０，４６９号は、ＵＶ光を使用し、赤色、緑色および青色光放出蛍光体ピクセルを励起し、それにより、ＲＧＢカラーフィルターを必要としない、ＬＣＤを提案している。そのようなＬＣＤを、フォトルミネッセンスカラーＬＣＤと呼ぶ。３６０〜３７０nmの波長のＵＶ光を放出する水銀ランプをバックライトとして使用し、赤色、緑色および青色放出蛍光体を前面基板プレートに提供する。液晶マトリクスによって変調された後のＵＶ光は、次に、反応して赤色、緑色および青色光を放出する、前面プレートの蛍光体サブピクセルに入射する。
【００１５】
米国特許第６，８４４，９０３号は、波長４６０nmの均一な青色光を液晶層の背面に供給する、カラー透過型ＬＣＤを教示している。液晶層によって変調された後の青色光は、次に、液晶層の上方に置かれる蛍光体材料の背面表面に入射する。第一蛍光体材料は、青色光で照射されるとき、ディスプレイの赤色ピクセル区域のために赤色光を生成し、第二蛍光体材料は、青色光で照射されるとき、ディスプレイの緑色ピクセル区域のために緑色光を生成する。青色光がバックライトから提供されるため、青色ピクセル区域には蛍光体材料を蒸着しない。好適な拡散材（例を挙げれば、散乱パウダー）を青色サブピクセル区域に置くことができ、青色ピクセルは、赤色および緑色ピクセルの視野角特性に適合する。
【００１６】
米国特許第２００６／０２３８１０３号および米国特許第２００６／０２４４３６７号は、それぞれが波長３６０〜４６０nmのＵＶ光および波長３９０〜４１０nmの近青色ＵＶ光を使用し、赤色、緑色および青色光放出蛍光体ピクセルを励起する、フォトルミネッセンスカラーＬＣＤを教示している。近青色ＵＶバックライティングの使用は、ＵＶ光によって引き起こされる液晶の劣化を低減する。
【００１７】
フォトルミネッセンスカラーＬＣＤのさらなる例は、日本国特許公開公報第２００４０９４０３９号に開示されている。
【００１８】
本発明は、蛍光体材料を利用し、異なる色のサブピクセルの光を生成する、フォトルミネッセンスカラーＬＣＤに関連する。当技術分野において要望されるのは、ＲＧＢ蛍光体に基づく演色スキームを使用し、色を鮮明にして画像の輝度を向上させる、ＬＣＤディスプレイである。
【発明の概要】
【００１９】
本発明の態様は、向上した演色を有する低コストで高エネルギー変換効率のカラーＬＣＤに関係する。本発明に従ったＬＣＤは、高輝度および鮮烈で鮮やかな範囲の色を持つ画像を実現させる。そのような向上したＬＣＤは、テレビ、モニタおよびコンピュータモニタ、衛星ナビゲーションシステムのビュースクリーン、ならびに手のひらサイズの装置、例えば携帯電話およびパーソナルビデオ／音楽システムを非限定的に包含する、様々な電子装置における用途を有する。
【００２０】
最も一般的な機器構成では、本態様のディスプレイシステムは、表示する画像を生成するための赤色−緑色（ＲＧ）または赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）蛍光体パネルと、蛍光体パネルの蛍光体を励起するための単色または準単色の短波長光源とを含む。
【００２１】
本発明によると、ディスプレイパネルと、ディスプレイを動作させる励起放射を生成するための放射源とを含む、フォトルミネッセンス液晶ディスプレイであって、ディスプレイパネルが、透明な前面および背面プレートと、前面および背面プレートの間に配設される液晶と、ディスプレイの赤色、緑色および青色ピクセル区域を画定し、光のピクセル区域透過を制御するため、液晶にわたって電界を選択的に誘起するようにピクセル区域で動作可能な電極のマトリクスと、赤色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される、励起放射に反応して赤色光を放出する赤色蛍光体材料と、緑色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される、励起放射に反応して緑色光を放出する緑色蛍光体材料とを含む、フォトルミネッセンス液晶ディスプレイが提供される。,
【００２２】
放射源は、およそ４００〜およそ４８０nmの範囲にある励起波長を持つ青色放出ＬＥＤか、およそ３６０〜４００nmの範囲にある励起波長を持つＵＶ  ＬＥＤのいずれかであることができる。放射源は、バックライティング源として水銀（Ｈｇ）プラズマ放電（プラズマは不活性ガス、例えばＸｅまたはＮｅに由来することもできる）によって生成されるＵＶ放出線を含むこともでき、ＵＶ放出線はおよそ２５４nmに中心があることができる。あるいはまた、単色または準単色励起源は、１４７〜１９０nmの範囲を持つ波長を有することができる。
【００２３】
概して、単色または準単色励起源は、二つの群：１）およそ２００〜およそ４３０nmの範囲にある波長を有するもの、および２）およそ４３０〜４８０nmの範囲にある波長を有するもののうち一つに類別することができる。いずれにしても、これらは短波長バックライティング源と名付けることができる。
【００２４】
励起源がＵＶ励起放射を放出するように動作可能なとき、ＬＣＤは、さらに、励起放射に反応して青色光を放出する青色蛍光体材料を含み、青色蛍光体材料は青色ピクセル区域に対応する背面プレートに提供される。
【００２５】
電極のマトリクスは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイを含むことができ、一つの薄膜トランジスタは、各ピクセルに対応する。ＴＦＴは、ディスプレイの前面プレートまたは背面プレートに提供できる。
【００２６】
蛍光体材料は、背面プレートの下面または上面に提供できる。
【００２７】
ＬＣＤは、さらに、前面プレートに第一偏光フィルター層と、背面プレートに第二偏光フィルター層とを含むことができ、第一偏光フィルター層の偏光方向の向きは、第二偏光フィルター層の偏光方向に対して垂直である。
【００２８】
放射源が４００〜４８０nmの範囲の波長を有する青色光を放出するＬＥＤであるとき、赤色蛍光体は、式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋，Ｆを有することができ、緑色蛍光体は、式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｆを有することができる。
【００２９】
あるいはまた、放射源が３６０〜４００nmの範囲の波長を有する光を放出するＵＶ放出ＬＥＤであるとき、赤色蛍光体は、式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋，Ｆ、Ｃａ２ＮａＭｇ２Ｖ３Ｏ１２：Ｅｕ３＋またはＹＶＯ４：Ｅｕを有することができ、緑色蛍光体は、式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｆまたは（Ｂａ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７を有することができ、青色蛍光体は、式ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕまたは（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７を有することができる。
【００３０】
さらなる配置では、励起放射が２５４nmオーダーの波長を有するＵＶ光を含むとき、赤色蛍光体は、式Ｙ２Ｏ３：ＥｕまたはＹＶＯ４：Ｅｕを有することができ、緑色蛍光体は、式ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）（Ｍｇ）Ａｌ１１Ｏ１９または（Ｂａ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７を有することができ、青色蛍光体は、式（ＳｒＣａＢａＭｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ:Ｅｕ、（Ｂａ，Ｅｕ）Ｍｇ２Ａｌ１６Ｏ２７、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７またはＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７を有することができる。
【００３１】
なおもさらなる態様では、放射源が１４７〜１９０nmの範囲の波長を有するプラズマ放出光であるとき、赤色蛍光体は、式（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕを有することができ、緑色蛍光体は、式Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎを有することができる。
【００３２】
カラーフィルターを採用する現在のＬＣＤ技術は、およそ１０〜２０パーセントのみの光出力効率を有し、それは液晶ディスプレイの前面で達成可能である。対照的に、赤色−緑色蛍光体要素に追加して青色ＬＥＤ照明の使用を包含する、蛍光体に基づく演色スキームを使用する本態様は、最大９０パーセントの光出力効率を有することができる。より広範な範囲の色によって、蛍光体とＬＥＤバックライトは、より真実に近い肌の色合い、ならびに鮮やかな赤色および緑色をレンダリングし、より良いコントラスト比、純度および写実を供し、新たな消費者の期待に応える。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明がより良好に理解されるため、ここで、添付図面を参照し、本発明の態様を例の方途としてのみ、添付の図面を参照しつつ記載する。
【図１】本発明によるフォトルミネッセンスカラーＬＣＤの概略断面模式図である。
【図２ａ】図１のディスプレイの蛍光体色要素プレートの単位ピクセルの概略図である。
【図２ｂ】図３のディスプレイの蛍光体色要素プレートの単位ピクセルの概略図である。
【図３】図１に示す機器構成の代替態様の概略断面模式図である。
【図４】ＵＶおよび青色光に励起された蛍光体によって生成された、赤色、緑色および青色光の概略正規化放出スペクトルを示す。
【図５】青色光によってバックライト点灯した、本発明に従ったさらなるフォトルミネッセンスカラーＬＣＤの概略断面模式図である。
【図６】ＵＶプラズマ放電によってバックライト点灯した、本発明に従ったもう一つのフォトルミネッセントカラーＬＣＤの概略断面模式図である。
【００３４】
発明の詳細な記載
本明細書で開示するのは、電子ディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の輝度および鮮明さを改善し向上させるために設計された、新規の演色スキームである。本発明の態様は、二つの主要成分：１）赤色−緑色（ＲＧ）または赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）蛍光体パネル、および２）ＲＧ蛍光体パネルのＲＧＢ蛍光体を励起するための単色または準単色短波長光源を組み入れる。これらの成分は、先行技術のＬＣＤに以前から使用されてきた、カラーフィルターパネルや広帯域白色光源にそれぞれ取って代わる。
【００３５】
図１を参照して、本発明の第一態様による、フォトルミネッセンスカラーＬＣＤ１００の概略断面模式図を示す。ＬＣＤ１００は、ディスプレイパネル１０２と、バックライティングユニット１０４とを含む。
【００３６】
バックライティングユニット１０４は、単一の励起放射源または複数の源１０６のいずれか、および光拡散平面１０８を含む。各放射源１０６は、単色または準単色であることができ、狭幅な波長範囲／色の励起放射を放出するように動作可能である。図１の配置では、その、または各励起源１０６は、ＵＶ放出ＬＥＤ（波長範囲３６０〜４００nm）、ＵＶ放出ランプ（２５４nm）、プラズマ放電（１４７〜１９０nm）または光源、例えば不活性ガスを充填したアークランプのＵＶ放電を含む。光拡散平面１０８は、ディスプレイパネル１０４がその全表面に及ぶ励起放射で実質的に均等に照射されることを確実にする。
【００３７】
ディスプレイパネル１０４は、透明な前面（光／画像放出）プレート１１０、透明な背面プレート１１２、および前面プレートと背面プレートとの間の容量を充填する液晶（ＬＣ）１１４を含む。前面プレート１１０は、ガラスプレート１１６を含み、その下側、換言すれば、ＬＣ１１４に対面するプレートの面に第一偏光フィルター層１１８、次に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層１２０を有する。背面プレート１１２は、第二偏光フィルター層１２４および透明な共通電極平面１２６（例として透明な酸化インジウムスズ、ＩＴＯ）をＬＣに対面する上表面に、蛍光体色要素プレート１２８をバックライティングユニット１０２に対面する下側に有するガラスプレート１２２を含む。記載するように、蛍光体色要素プレート１０３は、バックライティングユニット１０２からのＵＶ励起放射に反応して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）光をそれぞれ放出する、異なる蛍光体１３０、１３２、１３４のアレイを含む。ＴＦＴ層１２０は、蛍光体色要素プレート１２８の各ピクセルユニット２００の各個別色蛍光体サブピクセル１３０、１３２、１３４に対応するトランジスタがある、ＴＦＴのアレイを含む。公知のように、二つの偏光フィルター１１８、１２４の偏光方向は、互いに垂直に位置合わせされている。
【００３８】
ＲＧＢ蛍光体１３０、１３２、１３４は、その結果が先行技術のＬＣＤ装置のカラーフィルターが達成する結果に類似するような形で機能し、各ＲＧＢピクセルは、多様な色を産生することができる。先行技術のカラーフィルターと本発明で開示するＲＧＢ蛍光体との相違は、カラーフィルターが一定の波長の光のみの通過させるのに対して、蛍光体は、バックライティングユニットからのＵＶ放射による励起に反応して選択された波長（色）の光を生成することにある。別の言い方をすれば、カラーフィルターが一定の波長範囲内の光のみの透過させるのに対して、ＲＢＧ蛍光体は、ピーク波長に中心がある一定のスペクトル幅を持つ、異なる色の光を放出する。
【００３９】
ＲＧＢ蛍光体は、先行技術のディスプレイのカラーフィルターが構成される方途と類似の形で、色プレート１２８にパッケージ化／構成することができる。これを、ＵＶ励起された蛍光体に対して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の原色に中心がある放出を持つ三つの蛍光体２０２、２０４、２０６が充填されたサブピクセルトリプレットを含む、蛍光体色要素プレート１２８の単位ピクセル２００を示す図２ａに例証する。金属、例えば、例として、クロムのグリッドマスク（ブラックマトリクスとも称される）２０８は、蛍光体色ブロック２０２、２０４、２０６を画定し、蛍光体サブピクセルおよび単位ピクセルの間に不透明なギャップを提供する。また、ブラックマトリクスは、ＴＦＴへの迷光を遮断し、隣接するサブピクセル／単位ピクセル間のクロストークを防ぐ。ブラックマトリクス２０２からの反射を最小化するために、ＣｒとＣｒＯｘの二重層を使用することができるが、当然ながら、層は、ＣｒおよびＣｒＯｘ以外の材料を含むことができる。蛍光体材料の下層または上層にスパッタ蒸着できるブラックマトリクス膜は、フォトリソグラフィを包含する方法を使用してパターン化することができる。
【００４０】
ＲＧＢ蛍光体を、ガラスプレート１２２内／上に組み入れることができる様々な方途がある。通常、大抵の蛍光体材料は硬質な物質であり、個別の粒子は様々な不規則形状を有することができる。それらをプラスチック樹脂に直接組み入れることは困難であることができるが、しかしながら、蛍光体がアクリル樹脂、ポリエステル、エポキシ、ポリマー、例えばポリプロピレンならびに高および低密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ）ポリマーと相性がよいことは公知である。材料は、鋳造、浸漬、塗布、押出成形または成形することができる。一部の態様では、蛍光体含有材料をクリアプラスチックに組み入れるために、好ましくはマスターバッチを使用することができ、それらは、次に、ガラスプレート１２２に塗布される。現実には、ＲＧＢ蛍光体含有ピクセルマトリクスを有するプラズマディスプレイパネルを製作するための任意の方法、スクリーン印刷、フォトリソグラフィおよびインク印刷技法を使用し、本蛍光体色プレート１２８を製作することもできる。
【００４１】
ＲＧＢ蛍光体色要素プレート１２８の赤色、緑色および青色蛍光体には、様々な組成を利用できる。母材料は、通常、酸化物であり、アルミン酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩またはホウ酸塩を含むことができるが、これらの種類の化合物に限られるものではない。例として、赤色、緑色および青色蛍光体は、付活剤と名付けられた希土類要素がドーピングされた、アルミン酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、酸化物、塩化物、フッ化物および／または窒化物を含むことができる。付活剤は、二価ユーロピウムを非限定的に包含することができる。ドーパント、例えばハロゲンは、置換的にまたは格子間で結晶格子に組み入れることができ、例として、母材料の酸素格子サイトにおよび／または母材料内で格子間に存在することができる。好適な蛍光体組成の例を、それらが励起することができる波長範囲とともに、表１に付与する。
【表１】
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【００４２】
本発明のＬＣＤの効果は、蛍光体色要素プレートをＬＣのバックライティングユニット側に提供することでＵＶ活性化光がＬＣに到達して引き起こす低下を防ぐことによる、ＬＣ寿命の延長である。液晶材料のＵＶ吸収が励起強度を著しく弱める場合、蛍光体を塗布した色パネルに近接して励起光源を設置することでディスプレイパネルの量子効率は向上する。
【００４３】
青色光（４００〜４８０nm）で活性化した蛍光体を使用する、本発明に従った代替カラーＬＣＤ３００を図３に例示する。本明細書の至るところで、似た部位を表すために、図番が前に付いた、似た符番を使用する。例として、図１のＬＣ１１４は、図３では３１４と表す。ＬＣＤ１００とは対照的に、バックライティングユニット３０２は、赤色および緑色蛍光体サブピクセル３３０、３３２をそれぞれ励起するための青色光放出ダイオード（ＬＥＤ）３０６を組み入れる。図２ｂは、蛍光体色要素プレート３２８の単位ピクセル２１０である。単位ピクセル２１０は、赤色（Ｒ）および緑色（Ｇ）光をそれぞれ放出する二つの青色光励起可能蛍光体２０２、２０４を包含し、第三サブピクセル２０８は、空の状態にしておき、換言すれば、蛍光体を包含せず、青色放出ＬＥＤバックライティングユニット３０２からの青色光を透過させる。このケースでは、単色または準単色のバックライティングユニット３０７は、二用途の役割を果たし、第一に、赤色および緑色蛍光体を励起する青色励起放射を生成し、第二に、バックライティング光の青色部分を提供する。
【００４４】
赤色、緑色および青色蛍光体からの例示的な放出スペクトルを概略的に図４に示す。そのような放出につながる例示的な単色および／または準単色光源（バックライティングユニット）１０７、３０７は、紫外（ＵＶ）光放出ダイオード（ＬＥＤ）およびＵＶランプからの単一または複数の鮮明な線放出、例えば、非限定的であるが、水銀ランプからの２５６nm線である。
【００４５】
さらなる態様では、図５に例証するように、背面プレート５１２は、ＴＦＴプレート５２０および蛍光体色要素プレート５２８の両方を包含する。この配置では、ＴＦＴプレート５２０は、ＬＣに対面する、ガラスプレート５２２の上表面上の第二偏光フィルター５２４上に提供され、蛍光体色プレート５２８は、ガラスプレートの逆の下面上に提供される。例証された態様では、バックライティングユニット５０２は、青色光励起源を含み、一つ以上の青色放出ＬＥＤ５０６を含むことができる。図３の態様と同様に、赤色５３０および緑色５３２蛍光体サブピクセルのみが蛍光体色要素プレート５２８に組み入れられ、青色励起光は演色に不可欠な三原色の第三番目としての役割も果たす。
【００４６】
本発明のさらなる態様に従ったＬＣＤ６００を図６に例証する。図６では、ＵＶ励起照射は、ガス、例えばＨｇ、ＸｅまたはＮｅのプラズマ放電６３６によって生成され、プラズマ６３６は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）で発生する蛍光体放出の方途と類似の様式でＲＧＢ蛍光体６３０、６３２および６３４を励起するために使用される。しかしながら、図６に例証した態様とＰＤＰとの相違は、本態様では、蛍光体着色要素すべてに集団励起を提供する、単一プラズマ源のみがあることにある。これは、蛍光体ピクセルと同じ数のプラズマ源が提供され、各個別蛍光体ピクセルが各自のプラズマ源によって励起される、プラズマディスプレイ技術と対照的である。
【００４７】
さらなる態様では、例証しないが、蛍光体色プレートを、前面プレートの部位として、換言すれば、バックライティングユニットに対して液晶の逆側に提供できる。そのような配置では、ＴＦＴプレートを前面プレートまたは背面プレートに提供できる。
【００４８】
本発明が記載される特有の態様に限られず、変形態様を本発明の範囲内で作製できることが認識される。例として、製作の容易さのために、蛍光体色要素プレートを背面プレートの下側に製作できる一方で、他の配置では、背面プレートの上表面および色要素プレートの上部に提供される第一偏光フィルター上に提供できる。
【００４９】
本発明に従ったＬＣＤでは、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）技術に匹敵する鮮烈で鮮やかな範囲の色を産生することが期待される。カラーフィルターが色を鮮明にするためのＬＣＤの主要成分であることは公知であるが、それらは、製造コストの２０パーセントまで占める。特に、青色ＬＥＤのアレイを使用してバックライティングを提供するとき、ピクセル区域の三分の二のみを蛍光体で塗布する必要があることから、本態様による有意なコスト低減が期待される。
【００５０】
加えて、ＬＥＤは、他の光源よりもより長い寿命時間を有することが期待されることから、バックライティング励起源として好んで選ばれる。ＬＥＤは、焼け付いてしまうフィラメント、割れてしまう脆いガラス管、保護すべき可動部位および、より低温の動作温度がないことから、より耐久性がある。事実、ＬＥＤの寿命期間は、最良の蛍光電球の二倍の長さと推定される。ＬＥＤの数と密度を調整することで、液晶ディスプレイの平均寿命を有意に損なうことなく、高輝度値を達成できる。その上、ＬＥＤはより低い電力消費で、より効率的である。
【００５１】
より効率的なバックライティングへの要求は、着実に増加してきた。カラーフィルターを採用する現在のＬＣＤ技術は、液晶ディスプレイの前面において達成可能なおよそ１０〜２０パーセントのみの光出力効率を有する。対照的に、赤色−緑色蛍光体要素に追加して青色ＬＥＤ照明の使用を包含する、ＲＧＢ蛍光体に基づく演色スキームを使用する本態様は、最大で９０パーセントの光出力効率を有することができる。その上、蛍光体ピクセルを持つ液晶ディスプレイを有するテレビセットは、非常に広い水平および鉛直の視野角を提供することもできる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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【国際調査報告】
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