(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトルミネセンス表示装置の製造工程を促進させつつ、光エネルギー利用効率を向上させ、及び／又は視野角を拡大したフォトルミネセンス表示装置を提供する。【解決手段】フォトルミネセンス表示装置１は、青色光源１０、及び青色光源に隣接するフォトルミネセンス表示パネル２０を含む。フォトルミネセンス表示パネルは、透明基板２１、色フィルタ構造体２２及びフォトルミネセンス構造体２３を含む。フォトルミネセンス構造体は、色フィルタ体構造上に配置されて青色光源に対向し、赤色光変換層及び緑色光変換層を含み、赤色光変換層は、緑色光変換層上に配置されている。このように垂直に積層された光変換層の配置構成により、フォトルミネセンス表示装置は、光変換層及び色フィルタ構造体間の高精度の画素レベルアラインメントの仕様を緩和させて製造をより容易にしつつ、より高い光学エネルギー利用効率及びより広い視野角を有することができる。【選択図】図２Ａ
2018022133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源に隣接し、透明基板、色フィルタ構造体およびフォトルミネセンス構造体を含むフォトルミネセンス表示パネルとを含むフォトルミネセンス表示装置において、
前記色フィルタ構造体および前記フォトルミネセンス構造体は、前記透明基板上に配置され、
前記色フィルタ構造体は、赤色光を選択的に通過させる赤色画素領域と、緑色光を選択的に通過させる緑色画素領域と、青色光を選択的に通過させる青色画素領域とを含み、該赤色画素領域、該緑色画素領域および該青色画素領域は互いに隣接して配置され、
前記フォトルミネセンス構造体は前記色フィルタ構造体上に配置されて前記光源に対向し、前記透明基板の法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域および前記緑色画素領域の両方を覆う第１の光変換層を含むことを特徴とするフォトルミネセンス表示装置。
【請求項２】
前記光源は、青色光、濃青色光または紫外光を出力するように構成され、該光源は、有機発光ダイオードアレイまたは無機発光ダイオードアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項３】
前記赤色画素領域は赤色フィルタを含み、前記緑色画素領域は緑色フィルタを含み、前記青色画素領域は青色フィルタを含むことを特徴とする請求項２に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項４】
前記色フィルタ構造体はさらに、前記赤色画素領域または前記緑色画素領域のいずれか一方、あるいは両方を覆う高域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項３に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項５】
前記フォトルミネセンス表示パネルはさらに、低域通過フィルタまたは平坦化層のいずれか一方、あるいは両方を含み、該低域通過フィルタまたは該平坦化層はそれぞれ、前記フォトルミネセンス構造体上に配置され、前記光源に対向することを特徴とする請求項３に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項６】
前記フォトルミネセンス表示パネルはさらに、前記法線方向に沿って前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域に整列した反射構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項７】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は緑色フォトルミネセンス材料を含み、
該フォトルミネセンス構造体はさらに、赤色フォトルミネセンス材料および光透過層を含む第２の光変換層を含み、該第２の光変換層は前記光源に対向し、前記第１の光変換層上に配置されて、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域を覆う一方で、前記緑色画素領域および前記青色画素領域を露出させ、前記光透過層は前記第１の光変換層に隣接して配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記青色画素領域を覆うことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項８】
前記第１の光変換層はさらに、前記色フィルタ構造体の前記赤色画素領域を覆う第１の領域と、該第１の領域に隣接して配置されて該色フィルタ構造体の前記緑色画素領域を覆う第２の領域とを含み、前記第１の領域に含まれる前記緑色フォトルミネセンス材料の濃度または量は、前記第２の領域に含まれる前記緑色フォトルミネセンス材料の濃度または量よりも少なく、
前記第２の光変換層は、前記第１の領域上に前記光源に対向して配置されていることを特徴とする請求項７に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項９】
前記第１の光変換層はさらに、前記色フィルタ構造体の前記赤色画素領域を覆う第１の領域と、該第１の領域に隣接して配置されて該色フィルタ構造体の前記緑色画素領域を覆う第２の領域とを含み、前記緑色フォトルミネセンス材料は、前記第２の領域に含まれる一方で、前記第１の領域には含まれず、
前記第２の光変換層は、前記第１の領域上に前記光源に対向して配置されていることを特徴とする請求項７に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１０】
前記光透過層は光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項７に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１１】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は、緑色フォトルミネセンス材料を含み、
該フォトルミネセンス構造体はさらに、赤色フォトルミネセンス材料を含む第２の光変換層と、青色フォトルミネセンス材料を含む第３の光変換層とを含み、前記第２の光変換層は、前記第１の光変換層上に配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域を覆う一方で、前記緑色画素領域および前記青色画素領域は露出させ、前記第１の光変換層は、前記第３の光変換層上に配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域および前記緑色画素領域を覆う一方で、前記青色画素領域を露出させ、前記第３の光変換層は、前記色フィルタ構造の前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域上に配置されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１２】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は、緑色フォトルミネセンス材料を含み、
該フォトルミネセンス構造体はさらに、赤色フォトルミネセンス材料および光透過層を含む第２の光変換層を含み、前記光源に対向する前記第２の光変換層は前記第１の光変換層上に配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域および前記緑色画素領域の両方を覆う一方で、前記青色画素領域は露出させ、前記光透過層は前記第１の光変換層に隣接して配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記青色画素領域を覆うことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１３】
前記光透過層は光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１２に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１４】
前記第１の光変換層は、混合された赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料を含むか、または黄色フォトルミネセンス材料を含み、
前記フォトルミネセンス構造体はさらに、前記第１の光変換層に隣接して配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記青色画素領域を被覆する光透過層を含むことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１５】
前記光透過層は光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１４に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１６】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は緑色フォトルミネセンス材料を含み、前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域を覆い、
該フォトルミネセンス構造体はさらに、赤色フォトルミネセンス材料を含む第２の光変換層を含み、前記青色光源に対向する前記第２の光変換層は前記第１の光変換層上に配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域を覆うことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１７】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は、混合された赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料を含むか、または黄色フォトルミネセンス材料を含み、前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域を覆うことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１８】
前記赤色画素領域は第１の高域通過フィルタを含み、前記緑色画素領域は第２の高域通過フィルタを含み、
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層は、緑色フォトルミネセンス材料を含み、前記赤色画素領域および前記緑色画素領域を覆い、
前記フォトルミネセンス構造体はさらに、
前記第１の光変換層に隣接して配置されて、前記法線方向に沿って投影した場合、前記青色画素領域を覆う光透過層と、赤色フォトルミネセンス材料を含む第２の光変換層とを含み、該第２の光変換層は前記青色光源に対向して前記第１の光変換層上に配置され、前記法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域を覆い、
前記フォトルミネセンス表示パネルはさらに、前記法線方向に沿って前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域に整列した反射構造体を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のフォトルミネセンス表示装置。
【請求項１９】
フォトルミネセンス表示パネルを設け、
該フォトルミネセンス表示パネルに隣接する光源を設けることを含むフォトルミネセンス表示装置の製造方法において、
前記フォトルミネセンス表示パネルを設けることは、
透明基板を設け、
色フィルタ構造体を形成することを含み、該色フィルタ構造体は、前記透明基板上に互いに隣接して配置された赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域を含み、さらに、
前記光源に対向するフォトルミネセンス構造体を形成することを含み、該構造体は、前記透明基板上の前記赤色画素領域および前記緑色画素領域を覆う第１の光変換層を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２０】
前記光源は、青色光源、濃青色光源または紫外光源であり、該光源を前記フォトルミネセンス表示パネルに隣接して設けることはさらに、有機発光ダイオードアレイまたは無機発光ダイオードアレイを前記青色光源、濃青色光源または紫外光源として形成することを含むことを特徴とする請求項１９に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２１】
前記フォトルミネセンス構造体の形成はさらに、
前記色フィルタ構造体をシャドウマスキングして、前記赤色画素領域および前記緑色画素領域の両方を露出させ、または前記シャドウマスクの開口部を前記赤色画素領域および前記緑色画素領域と整列させるか、もしくは選択的に前記赤色画素領域と整列させることにより、前記赤色画素領域を選択的に露出させ、
フォトルミネセンス材料およびポリマーバインダ材料を前記赤色画素領域および前記緑色画素領域上に配置するか、または選択的に前記赤色画素領域上に配置することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２２】
前記フォトルミネセンス構造体の形成はさらに、
感光ポリマー材料と混合されたフォトルミネセンス材料を前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域上に配置し、
リソグラフィ法の露光および現像を用いて前記フォトルミネセンス材料および前記感光ポリマー材料を前記緑色画素領域および前記青色画素領域の両方から除去するか、または選択的に前記青色画素領域から除去することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２３】
前記フォトルミネセンス構造体の形成はさらに、
前記透明基板の法線方向に沿って投影した場合、前記赤色画素領域を覆う第２の光変換層を前記第１の光変換層上に形成し、
前記色フィルタ構造体の前記赤色画素領域、前記緑色画素領域および前記青色画素領域を覆う第３の光変換層を形成して、前記第１の光変換層の下側に配置することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２４】
前記フォトルミネセンス構造体の形成はさらに、前記青色画素領域上のポリマー材料内に混合された光散乱粒子を積層させることを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２５】
前記色フィルタ構造体の形成はさらに、赤色フィルタを前記赤色画素領域内に形成し、緑色フィルタを前記緑色画素領域内に形成し、青色フィルタを前記青色画素領域内に形成することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２６】
前記フォトルミネセンス表示パネルを設けることはさらに、反射構造体を前記色フィルタ構造体上に形成し、前記フォトルミネセンス構造体を該反射構造体の内側に形成することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２７】
前記フォトルミネセンス構造体の前記第１の光変換層はさらに、前記青色画素領域を覆うことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【請求項２８】
前記フォトルミネセンス表示パネルを設けることはさらに、低域通過フィルタまたは平坦化層のいずれか一方あるいは両方を前記フォトルミネセンス構造体上に形成することを含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のフォトルミネセンス表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の引用参照】
【０００１】
本出願は、いずれも２０１６年５月３０日に出願された台湾特許出願第１０５１１６８５８号および中国特許出願第２０１６１０３７３７３５．８号の利益および優先権を主張するものであり、両出願の開示内容全体を参照により本願に取り込む。
【背景】
【０００２】
技術分野
本開示は、表示装置およびその製造方法に関するものであり、特に、青色光源などの光源によって励起されるフォトルミネセンス表示パネルを含むフォトルミネセンス表示装置に関する。
関連技術の説明
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は典型的には、２つの主要な構成要素、すなわち、液晶パネルおよびバックライトユニットによって構成される。液晶パネルは、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路、液晶セル層、偏光体、ピクセル化色フィルタ層などを含む。バックライトユニットは、赤色、緑色および青色スペクトル光を含む白色光を生成するように構成され、この光は、液晶セルのアレイに向かって進み、アレイを通過し、アレイは、オン／オフ光スイッチとしてのＴＦＴ回路によって制御される。特定の画素位置の液晶セルがオンになると、その特定の画素位置に対応する白色光が対応の色フィルタ画素に到達し、例えば、赤色、緑色または青色光など特定の色がフィルタリング除去され、残りの光を表示画像の一部として外方に出射することができる。図１に示すように、ピクセル化色フィルタ層９０は、一般に、赤色画素領域９１、緑色画素領域９２および青色画素領域９３を含み、これらの領域はそれぞれ、赤色スペクトルを有する光Ｒ、緑色スペクトルを有する光Ｇおよび青色スペクトルを有する光Ｂを透過できる。例えば、特定の位置の赤色画素領域９１では、光Ｇおよび光Ｂを遮断、吸収して、赤色スペクトルを有する光Ｒを選択的に透過させる。緑色画素領域９２および青色画素領域９３も同様の色フィルタリング機能を備え、緑色光および青色光が選択的に通過できる。この色フィルタリング機構はＬＣＤ装置にとって満足できるものではあるものの、他方において、白色光がピクセル化色フィルタ層９０を通過すると、光スペクトルの大部分（例えば約２／３）がピクセル化色フィルタ層９０によって遮断されてしまい、光エネルギーが大幅に損失するという、色フィルタリング機構の大きな問題点がある。
【０００４】
一般的に、ＬＣＤ装置は、ＬＣＤ装置のバックライトユニットが画像表示時に生成する白色光エネルギーの一部しか使用していない。通常は、バックライトユニットが生成する白色光エネルギーのうち４％〜１０％がＬＣＤ装置から放出される。換言すれば、光エネルギー利用効率が低い。
【０００５】
ＬＣＤ装置の別の問題点は、液晶材料の動作原理が原因で通常は視野角が制限されることである。ＬＣＤ装置の視野角の制限という問題に対処するために、様々な解決法がＬＣＤ産業界において開発されてきた。例えば、日立は、水平電極を用いて液晶分子を面内で回転させることでオン／オフ光スイッチを実現する面内切替（ＩＰＳ）技術を開発した。富士通およびサムスンはそれぞれ、マルチドメイン垂直アラインメント（ＭＶＡ）技術およびパターン垂直アラインメント（ＰＶＡ）技術を用いて、１つの画素を複数の領域（マルチドメイン）に分割することにより、視野角を拡大している。これらの技術の場合、ＬＣＤ装置の視野角の制限という問題を軽減できるものの、付随する問題、例えば、製造工程が複雑になり、生産コストが上昇し、製造歩留まりが低下し、光透過率が低下するなどの問題が発生する。さらに、富士通の広視野角フィルム（ＷＶＦ）技術における生産コストは、既存のＬＣＤ装置製造ラインに対するプロセス適合性が高く条件に見合ったものではあるものの、視野角拡大に対する改善性は比較的低い。そのため、なおもＬＣＤ装置の視野角の制限問題を解消する必要がある。
【０００６】
上記の問題、例えば、ＬＣＤ装置の光エネルギー利用効率の低さおよび視野角の制限を改善するために、バックライトとして青色光源を用いてフォトルミネセンスパネルを励起するフォトルミネセンス表示装置が提案されている。例えば、提案されたフォトルミネセンス表示装置では、ピクセル化フォトルミネセンス構造体がバックライトユニットとフォトルミネセンス構造体との間に挟まれ、バックライトユニットの生成した青色光は、液晶セルを通過してからピクセル化フォトルミネセンス構造体を励起するようになっている。ピクセル化フォトルミネセンス構造体は、赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域が並列に配置され、赤色画素領域および緑色画素領域には、それぞれ赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料が配され、青色画素領域は通常、フォトルミネセンス材料を含んでいない。この配置構成において、青色光は、フォトルミネセンス構造体の赤色画素領域を通過する際に赤色光に変換でき、緑色画素領域を通過する際に緑色光に変換できる。青色光は、青色画素領域を通過する際に色変換されずに直接表示される。その結果、フォトルミネセンス表示装置は、色フィルタを使用せずに、赤色光、緑色光および青色光を生成でき、これにより光エネルギー損失が低下する。カラー画像の明るさ（輝度）は、バックライトユニットへの給電に用いられる電気エネルギーの消費を増加させることなく、大幅に向上できる。加えて、フォトルミネセンス材料を入射青色光によって励起することで変換光を散乱させると、たいていの場合、ＬＣＤ装置と比較して視野角が拡大する。
【０００７】
さらに、携帯機器の表示パネルの場合、求められる表示画質を向上させるためには、画素サイズを大幅に小さくする。例えば、５インチの高解像度（ＦＨＤ）表示パネルを備えたスマートフォンの場合、サブピクセルの長さおよび幅はそれぞれ約５７μｍおよび約１９μｍである。そのため、このように小さな画素サイズのピクセル化フォトルミネセンス構造体を製造するには、赤色および緑色フォトルミネセンス画素間の並列アラインメントをより高精度に構成する。製造工程時にフォトルミネセンス光変換層のミスアラインメントを防ぐことは、極めて困難である。例えば、製造工程時のミスアラインメントにより、緑色フォトルミネセンス光変換層が隣接の赤色光変換層の一部に覆いかぶさって積層されることがあり、その結果、ピクセル化フォトルミネセンス構造体の厚さが不均一になり、画質が低下する。
【０００８】
さらに、赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料は一般的に光変換効率が異なるため、青色光を赤色光または緑色光に変換するピクセル化フォトルミネセンス構造体用に指定される赤色および緑色のフォトルミネセンス材料は、厚さが異なる。
【０００９】
そのため、表示装置の各欠点、例えば、光エネルギー利用効率の低さおよび視野角の制限を改善し、さらには大量生産における課題、例えば、赤色および緑色フォトルミネセンス画素のミスアラインメントを解決することが求められている。
【概要】
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態による１つの目的は、次のようなフォトルミネセンス表示装置およびその製造方法を提供することである。すなわちこれは、フォトルミネセンス表示装置の製造工程を促進させつつ、光エネルギー利用効率を向上させ、および／またはフォトルミネセンス表示装置の視野角を拡大するものである。
【００１１】
上記目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置は、フォトルミネセンス表示パネルと、フォトルミネセンス表示パネルに隣接する光源（例えば青色光源）とを含み、フォトルミネセンス表示パネルは、透明基板、色フィルタ構造体およびフォトルミネセンス構造体を含む。色フィルタ構造体は透明基板上に配置され、互いに並列に配置された赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域を含み、赤色画素領域は赤色光が選択的に通過するように構成され、緑色画素領域は緑色光が選択的に通過するように構成され、青色画素領域は青色光が選択的に通過するように構成されている。フォトルミネセンス構造体は、色フィルタ構造体上に配置されて光源によって照射され、緑色光変換層、赤色光変換層および光透過層を含み、緑色光変換層は、先ず色フィルタ構造体の赤色画素領域および緑色画素領域を覆うように配置され、次に赤色光変換層が色フィルタ構造体の緑色光変換層および赤色画素領域を覆うように配置されている。
【００１２】
上記目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置の製造方法は、フォトルミネセンス表示パネルを設け、さらにフォトルミネセンス表示パネルに隣接する光源（例えば青色光源）を設けることを含み、フォトルミネセンス表示パネルを設けることは、透明基板を設け、透明基板上に色フィルタ構造体を形成し、光源に対向するフォトルミネセンス構造体を色フィルタ構造体上に形成することを含む。色フィルタ構造体は、互いに並列に配置された赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域を含み、フォトルミネセンス構造体は、緑色光変換層、赤色光変換層および光透過層を含む。緑色光変換層は、色フィルタ構造体の赤色画素領域および緑色画素領域を覆うように配置され、赤色光変換層は青色光源に対向して配置されて、色フィルタ構造体の赤色画素領域のすぐ上に配置された緑色光変換層の一部を覆う。
【００１３】
よって、本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置およびその製造方法は、少なくとも以下の利点をもたらすことができる。フォトルミネセンス構造体の緑色光変換層が少なくとも色フィルタ構造体の赤色画素領域および緑色画素領域を覆っているため、緑色光変換層の画素サイズをより大きくでき、これにより、製造工程においてフォトルミネセンス光変換層の緑色画素を下側の色フィルタ画素に整列しやすくなる。また、次に赤色フォトルミネセンス光変換層を下側の緑色光変換層上に配置して、並列型フォトルミネセンス構造体ではなく積層型フォトルミネセンス構造体を形成する。この積層型配置構成により、画素アラインメントにおける公差の幅をより大きくできる。これにより、赤色光変換層の製造も容易になる。さらに、光変換層間のアラインメントが高精度でなくてもよくなるため、ミスアラインメントに起因する製造歩留まり損失が低減し、その結果、生産コストが下る。
【００１４】
さらに、本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置は、赤色光変換層が緑色光変換層上に配置されたフォトルミネセンス構造体を含む。この配置構成により製造工程が容易になり、光エネルギー利用効率も改善される。その理由として、例えば青色光源から出射した青色光が赤色画素領域を通過する際、青色光は先ず赤色光変換層を通るため、青色光の大部分（例えばほぼ１００％近く）が赤色光に変換され、その後、変換された赤色光が緑色光変換層を通過し続ける。エネルギーレベルが低い赤色光は緑色フォトルミネセンス材料を励起しないため、赤色光は同じ赤色スペクトルを維持し続け、色フィルタ構造体の赤色画素領域に到達するまで緑色光に変換されることはない。当該光の大部分は既に赤色スペクトル内にあるため、光エネルギーは、赤色画素の位置で赤色フィルタを通過しても吸収されることはない。そのため、フォトルミネセンス表示装置の光エネルギー利用効率が向上する。
【００１５】
これと対照的に、比較例のＬＣＤ装置の場合、白色光が色フィルタ層の赤色、緑色および青色の画素領域を通過して、カラー画像に対応する赤色、緑色および青色の画素を生成する。白色光が色フィルタを通過する際に光エネルギーの大部分がフィルタリング除去され、光エネルギー利用効率が低くなる。本開示のいくつかの実施形態に開示されたフォトルミネセンス表示装置では、その青色背面光源から出射した青色光は、ピクセル化フォトルミネセンス構造体を通過する際に赤色光、緑色光および未変換青色光にそれぞれ変換され、色フィルタ構造体の対応する赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域を通過することができる。そのため、ほとんど全ての赤色光、緑色光および青色光は、色フィルタ構造体に大幅に吸収されることなくそれぞれ色フィルタ構造体の赤色画素領域、緑色画素領域および青色画素領域を通過することができる。その結果、フォトルミネセンス表示装置の光エネルギー利用効率が全体的に向上し、よって、少ない電力消費量で表示装置の明るさ（輝度）が向上する。
【００１６】
さらに、入射青色光がピクセル化フォトルミネセンス構造体を通過する際、変換された赤色光、変換された緑色光および未変換の青色光が散乱するため、フォトルミネセンス材料の励起によるランバート放射に近いパターンを呈する。そのため、赤色光画素、緑色光画素および青色光画素によって構成された表示画像は、本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を用いることでより大きな視野角を有する。
【００１７】
本開示の他の態様および実施形態も企図される。上記した概要および以下の詳細な説明は、本開示をいずれかの特定の実施形態に制限するものではなく、本開示のいくつかの実施形態を説明するものにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ピクセル化色フィルタ層の模式断面図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図２Ｂ】青色入射光がフォトルミネセンス表示パネルを通過する場合の図２Ａに示すフォトルミネセンス表示装置の色変換機構を示す模式図である。
【図２Ｃ】低域通過フィルタの光透過率対波長のプロットを示す。
【図３Ａ】および
【図３Ｂ】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式図である。
【図４】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図５Ａ】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図５Ｂ】高域通過フィルタの光透過率対波長のプロットを示す。
【図６】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図７Ａ】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図７Ｂ】青色入射光がフォトルミネセンス表示パネルを通過する場合の図７Ａに示すフォトルミネセンス表示装置の色変換機構を示す模式図である。
【図８】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図９Ａ】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図９Ｂ】青色入射光がフォトルミネセンス表示パネルを通過する場合の図９Ａに示すフォトルミネセンス表示装置の色変換機構を示す模式図である。
【図１０】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図１１】本開示の別の実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を示す模式断面図である。
【図１２Ａ】ないし
【図１２Ｆ】本開示のいくつかの実施形態によるフォトルミネセンス表示装置を製造する製造方法を示す模式図である。
【図１３】本開示の一実施形態によるピクセル化フォトルミネセンス構造体の製造に用いるシャドウマスクの模式図である。
【詳細な説明】
【００１９】
定義
以下の定義は、本発明のいくつかの実施形態に関して述べるいくつかの技術態様に適用されるものである。これらの定義は、本明細書において同じように拡大してもよい。
【００２０】
本明細書において用いる単数扱いの用語は、非特定と特定とを問わず、文脈上特に指示しない限り、複数の対象を含むものとする。よって、例えば、１つの層に関する説明は、特に明示しない限り複数の層を含み得る。
【００２１】
本明細書において用いる用語「１組」は、１つ以上の構成要素の集りを意味する。よって、例えば、１組の層は、単一の層または複数の層を含み得る。１組のうちの複数の構成要素を、１組のうちの複数の部材と呼ぶ場合もある。１組のうちの複数の構成要素は、同じものである場合もあれば、異なるものである場合もある。いくつかの場合において、１組のうちの複数の構成要素は、１つ以上の共通する特性を含んでもよい。
【００２２】
本明細書において用いる用語「隣接する」は、近くにあるか、または隣り合うことを意味する。隣接する構成要素は、互いに離れていてもよいし、あるいは互いに実際に、すなわち直接に接触していてもよい。いくつかの例では、隣接する構成要素は互いに接続している場合があり、あるいは互いに一体形成されている場合もある。いくつかの実施形態の記載において、別の構成要素の「上」または「上方」に設けられた構成要素とは、前者の構成要素が後者の構成要素に直接設けられている場合（例えば、直接物理的に接触している場合）と、１つ以上の介在する構成要素が前者の構成要素と後者の構成要素との間に設けられている場合も含んでよい。いくつかの実施形態の記載において、別の構成要素の「下」に設けられた構成要素とは、前者の構成要素が後者の構成要素の下に直接設けられている場合（例えば、直接物理的に接触している場合）と、１つ以上の介在する構成要素が前者の構成要素と後者の構成要素との間に設けられている場合を含んでもよい。
【００２３】
本明細書において用いる用語「接続する」、「接続された」および「接続」は、動作上の連結または関連を意味する。接続された構成要素は、互いに直接連結させてもよく、あるいは例えば別の１組の構成要素を介して互いに間接的に連結させてもよい。
【００２４】
本明細書において用いる用語「約」、「実質的に」および「実質的な」は、考慮すべき度合いまたは程度を意味する。事象または状況に関連付けて用いられる場合、これらの用語は、その事象または状況が間違いなく発生する場合の他に、その事象または状況がほぼ発生する、例えば本明細書中に記載の製造作業の典型的な許容レベルを占めるような近接の場合を含んでもよい。例えば、数値に関連して用いられる場合、これらの用語は、当該数値の±１０％以内の変動範囲を含んでいてもよく、例えば、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内、または±０．０５％以内の変動範囲を含む。
【００２５】
本明細書においてフォトルミネセンスに関して用いる用語「効率」または「量子効率」とは、入力光子数に対する出力光子数の比を指す。
【００２６】
本明細書において用いる用語「大きさ」は、特徴的寸法を指す。対象物が球形（例えば、粒子）の場合、その対象物の大きさとは対象物の直径を意味するものでよい。対象物が非球形の場合、対象物の大きさとは対象物の様々な直交寸法の平均値を意味するものでよい。よって、例えば、回転楕円体の対象物の大きさは、対象物の長軸および短軸の平均値を指すものでよい。特定の大きさを有する１組の対象物について言及する場合、対象物はその大きさの周囲にいくつかの大きさが分布するものと考えられる。よって、本明細書において用いられるように、１組の対象物の大きさは、大きさ分布の一般的な大きさ、例えば、大きさの平均値、中間値またはピーク値などを意味するものでよい。
【００２７】
図２Ａは、本開示の一実施形態によるフォトルミネセンス（ＰＬ）表示装置１の模式断面図である。フォトルミネセンス表示装置１すなわちＰＬ表示装置１は、赤色、緑色および青色光によってそれぞれ生成された赤色、緑色および青色カラー画素を有して、カラー画像を表示する。ＰＬ表示装置１は、青色光源１０およびフォトルミネセンス表示パネル２０を含む。フォトルミネセンス表示パネル２０は青色光源１０に隣接して配置し、例えば青色光源１０からの青色入射光に対向させる。フォトルミネセンス表示パネル２０は、青色入射光源１０に接触させてもよいし、あるいは青色光源１０との間に距離をあけて配置してもよい。青色光源１０およびフォトルミネセンス表示パネル２０の詳細な技術内容について、以下に述べる。
【００２８】
青色光源１０は、フォトルミネセンス表示パネル２０上のあるピクセル化領域に向かって出射する青色光Ｂを、制御された方法で生成するように構成されている。詳細には、フォトルミネセンス表示パネル２０は複数の画素を含み、青色光源１０は、青色光Ｂを１つの指定された画素、ある指定された画素、または全ての画素へ照射できる。青色光Ｂのピーク波長は、望ましくは、約４２０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲内である。
【００２９】
青色光源１０は、バックライトユニット１１および液晶モジュール１２を備えている。バックライトユニット１１は、アレイ内に配置された複数組の青色発光ダイオード（ＬＥＤ、図示せず）を含み、望ましくは、そのビーム角度が第２の光学レンズによって成形される。複数組の青色ＬＥＤは、均一に分布される青色光Ｂを生成して、直下型ＬＥＤバックライトユニットを形成するように構成されている。バックライトユニット１１の別の実施形態では、導光板を含み、これは、導光板の端部から複数の青色ＬＥＤによって照明され、導光板が均一分布の青色光Ｂを生成できるようになっている。この配置構成により、エッジ型ＬＥＤバックライトユニットが形成される。液晶モジュール１２はバックライトユニット１１に隣接して配置され、青色光Ｂを液晶モジュール１２に向かって均一に照射する。液晶モジュール１２は、液晶セル層、透明電極層、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路、偏光体などを含んでもよい。ＴＦＴ回路によって制御された電界を所望の液晶セルへ加えることにより対応する液晶分子が捻れ、青色光Ｂが選択的に制御されて液晶モジュール１２の対応するセルを通過することができる。換言すれば、ＴＦＴ回路を制御することにより、バックライトユニット１１によって生成された青色光Ｂが選択的に液晶モジュール１２を通過して、青色光Ｂの一部をフォトルミネセンス表示パネル２０上の所望の画素へ進ませることができる。
【００３０】
図２Ｂを参照すると、青色光Ｂがフォトルミネセンス表示パネル２０に向かって出射すると、青色光Ｂの一部は、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒ上のフォトルミネセンス構造体２３の赤色フォトルミネセンス材料によって赤色光Ｒに変換され、一部の青色光Ｂは、色フィルタ構造体２２の緑色画素領域２２Ｇ上のフォトルミネセンス構造体２３の緑色フォトルミネセンス材料により緑色光Ｇに変換される。一部の青色光Ｂは、色フィルタ構造体２２の青色画素領域２２Ｂ上のフォトルミネセンス構造体２３の光透過材料を通過するものの、変換されないままである。
【００３１】
図２Ａを参照すると、フォトルミネセンス表示パネル２０は、透明基板２１、色フィルタ構造体２２およびフォトルミネセンス構造体２３を備えている。透明基板２１は、例えば、ガラス、プラスチック（例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル）など、可視光スペクトルにおける光学的に実質的に透明な材料から作成される硬質または可撓性の基板でよい。透明基板２１は、カラー画像を表示する平坦な表面または曲状表面を含んでいてもよく、例えば、湾曲形状のテレビジョン受像機の製造に用いられる曲状パネルまたは可撓性基板などでもよい。透明基板２１は、色フィルタ構造体２２およびフォトルミネセンス構造体２３を支持する支持基板を提供するためのものである。詳細には、色フィルタ構造体２２およびフォトルミネセンス構造体２３はいずれも透明基板２１上に配置し、透明基板２１から取り外すことはない。図２Ａに示す一実施形態によると、色フィルタ構造体２２は、透明基板２１に直に接合するように配置し、他の実施形態（図示せず）では、フォトルミネセンス構造体２３が透明基板２１に直に接合するように配置する。
【００３２】
加えて、透明基板２１は、発光面２１１および受光面２１２を含み、法線方向２１３は発光面２１１および受光面２１２の両方に対して垂直になるように構成されている。曲状透明基板２１を用いる場合、特定の画素位置における法線方向２１３は、曲状発光面２１１および曲状受光面２１２のどちらに対しても局所的に垂直な方向となるように構成されている。発光面２１１は、透明基板２１から光を外方に出射する面として構成され、受光面２１２は、透明基板２１に入る光を受ける面として構成されている。受光面２１２は、青色光源１０に対向するように配置する。法線方向２１３は、光の進行方向を示す。
【００３３】
色フィルタ構造体２２は透明基板２１の受光面２１２上に配置し、複数の単位画素２２ＰＵを含んでもよい（このような周期的単位画素のうちの２つを図２Ａに示す）。各単位画素２２ＰＵは、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを備え、これらの画素領域を互いに並列に隣接配置して、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂの隣接する側端を接続してもよい。
【００３４】
色フィルタ構造体２２について、赤色画素領域２２Ｒは、赤色光Ｒが選択的に通過するように構成され、緑色画素領域２２Ｇは、緑色光Ｇが選択的に通過するように構成され、青色画素領域２２Ｂは、青色光Ｂが選択的に通過するように構成されている。そのため、例えば、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、赤色画素領域２２Ｒによって遮断され、吸収される。赤色画素領域２２Ｒは赤色フィルタ２２１を含み、緑色画素領域２２Ｇは緑色フィルタ２２２を含み、青色画素領域２２Ｂは青色フィルタ２２３を含む。色フィルタ２２１、２２２および２２３はそれぞれ色素や染料などの材料から作成され、対応する色すなわち波長を有する光を選択的に透過させ、他のスペクトルの光エネルギーは吸収してもよい。
【００３５】
赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂ間に黒色母材層２２４を配置してもよい。黒色母材層２２４は黒色樹脂や金属などの不透明材料から作成され、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを吸収する。黒色母材層２２４は、色フィルタ２２１、２２２および２２３を囲むフレームによって構成されるものでよい。
【００３６】
フォトルミネセンス構造体２３は色フィルタ構造２２上に青色光源１０に対向して配置し、フォトルミネセンス構造体２３は空間的に色フィルタ構造体２２よりも青色光源１０に近くなるようにする。換言すれば、フォトルミネセンス構造体２３、色フィルタ構造体２２および透明基板２１を順次積層し、透明基板２１は青色光源１０から最も遠い位置に配し、フォトルミネセンス構造体２３は色フィルタ構造体２２と青色光源１０との間に配置する。他の実施形態（図示せず）において、フォトルミネセンス構造体２３は透明基板２１の発光面２１１上に配置し、色フィルタ構造体２２はフォトルミネセンス構造体２３上に続けて配置する。したがって、この配置構成において、色フィルタ構造体２２は青色光源１０から最も遠い位置に配置されている。
【００３７】
フォトルミネセンス構造体２３は、第１の光変換層２３１、第２の光変換層２３２および光透過層２３３を含む。第１の光変換層２３１は色フィルタ構造体２２上に配置され、これは、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆うが、青色画素領域２２Ｂは覆わず、すなわちこれを露出させている。換言すれば、フォトルミネセンス表示装置１の表示画像が法線方向２１３に沿って垂直な面に映出されると、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの映出領域は第１の光変換層２３１の映出領域内に形成されるが、色フィルタ構造体２２の青色画素領域２２Ｂの映出領域は第１の光変換層２３１の映出領域外になる。
【００３８】
フォトルミネセンス構造体２３の第２の光変換層２３２は、空間的に第１の光変換層２３１よりも青色光源１０に近くなるように、第１の光変換層２３１上に配置する。第２の光変換層２３２は、法線方向２１３に沿って赤色画素領域２２Ｒを覆うが、色フィルタ構造体２２の緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂは覆わず、すなわちこれを露出させている。換言すれば、フォトルミネセンス表示装置１の表示画像が法線方向２１３に沿って垂直な面に映出されると、赤色画素領域２２Ｒの映出領域は第２の光変換層２３２の映出領域内に形成されるが、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂの映出領域は、第２の光変換層２３２の映出領域外となる。
【００３９】
光透過層２３３は色フィルタ構造体２２上に設け、第１の光変換層２３１に並列に隣接して配し、望ましくは第１の光変換層２３１に接続する。望ましくは、光透過層２３３は青色画素領域２２Ｂを覆うものの、緑色画素領域２２Ｇおよび赤色画素領域２２Ｒは覆わず、すなわちこれを露出させている。図２Ａに示すこの実施形態により、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒは第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２の両方によって覆い、緑色画素領域２２Ｇは第１の光変換層２３１のみで覆い、青色画素領域２２Ｂは光透過層２３３のみで覆う。
【００４０】
第１の光変換層２３１は、例えば、β−ＳｉＡｌＯＮ、ＳｒＧａ２Ｓ４、ケイ酸塩系蛍光体、緑色量子ドットなどの緑色フォトルミネセンス材料を１つ以上含み、青色光Ｂによって励起される間、緑色光Ｇを生成する。第２の光変換層２３２は、例えば、Ｋ２ＳｉＦ６、（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）ＡｌＳｉＮ３、赤色量子ドットなどの赤色フォトルミネセンス材料を１つ以上含み、青色光Ｂによって励起される間、赤色光Ｒを生成する。第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２はさらに、例えばシリコーン、ゴム、エポキシなどを含む実質的に透明なポリマー材料から選択されたバインダ材料を含んで、フォトルミネセンス構造体２３を形成してもよい。また、緑色フォトルミネセンス材料および赤色フォトルミネセンス材料は、無機フォトルミネセンス材料や有機フォトルミネセンス材料などでもよい。
【００４１】
光透過層２３３は、光を波長変換せずに透過させるように構成されている。そのため、光透過層２３３は、通常、なんらフォトルミネセンス材料を含まず、またはなんら大量のフォトルミネセンス材料を含まない。望ましくは、光透過層２３３は、例えば、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの光散乱粒子からなる。加えて、光透過層２３３の形成中、少量の光透過層２３３が第１の光変換層２３１および／または第２の光変換層２３２（図示せず）を覆うことで、アラインメント公差の幅がより広い状態で製造工程を単純化できる。光透過層２３３はフォトルミネセンス材料を含まないため、光透過層２３３は、少量の光透過層２３３で覆っても、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２の機能に影響を与えない。
【００４２】
図２Ｂに示すように、フォトルミネセンス表示パネル２０を通る青色光Ｂの色変換機構は、以下のように説明される。例示として、青色光源１０から出射した青色光Ｂは、それぞれ赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂに向かって進む３つの部分に分割できる。
【００４３】
緑色画素領域２２Ｇに向かって出射する青色光Ｂの一部は、先ず第１の光変換層２３１を通過する。第１の光変換層２３１は、比較的大量の緑色フォトルミネセンス材料を有し、青色光Ｂの大部分（例えば、約１００％に近い量）を散乱緑色光Ｇに変換することができる。次に、緑色光Ｇの大部分は、色フィルタ構造体２２の緑色画素領域２２Ｇを通過することができ、透明基板２１の発光面２１１から外方に出射する。緑色光Ｇのうちごく一部が隣接の赤色画素領域２２Ｒまたは青色画素領域２２Ｂに向かって散乱されるものの、赤色フィルタ２２１または青色フィルタ２２３によって遮断されて吸収される。
【００４４】
赤色画素領域２２Ｒに向かって出射する青色光Ｂの一部は、先ず第２の光変換層２３２を通過する。第２の光変換層２３２は、１または複数の比較的大量の赤色フォトルミネセンス材料を有するため、青色光Ｂの大部分（例えば、約１００％近く）を散乱赤色光Ｒに変換できる。変換された赤色光Ｒは、さらに第１の光変換層２３１と赤色画素領域２２Ｒとを通過し、最終的に透明基板２１の発光面２１１から外に出る。赤色光Ｒが第１の光変換層２３１を通過する場合、赤色光Ｒのエネルギーレベルが緑色光のエネルギーレベルよりも低いことから、緑色フォトルミネセンス材料による赤色光Ｒから緑色光Ｇへの変換が行われないことは理解されよう。したがって、緑色フォトルミネセンス材料は励起されない。その結果、赤色画素領域２２Ｒを通過する赤色光Ｒは実質的に赤色光スペクトルを保持し続け、光エネルギーが赤色フィルタ２２１によって大幅に吸収されることはない。
【００４５】
青色画素領域２２Ｂに向かって出射する青色光Ｂの一部は、先ず光透過層２３３を通過する。光透過層２３３は、なんらフォトルミネセンス材料を含まないため、青色光Ｂを緑色光Ｇまたは赤色光Ｒに変換することはない。望ましくは、光散乱粒子を含むことで、青色光Ｂが光透過層２３３を通過するときに青色光Ｂを散乱させる。光透過層２３３は入射青色光Ｂのスペクトルを変化させないため、青色光Ｂの大部分は青色画素領域２２Ｂで遮断されず、最終的に透明基板２１の発光面２１１から外方に出射する。
【００４６】
要約すると、青色背面光源１０によって生成された青色光Ｂがフォトルミネセンス構造体２３を通過する際、青色光Ｂの一部が赤色光Ｒに変換され、他の部分は緑色光Ｇに変換され、さらに他の部分は変換されずに青色光Ｂのままとなる。そのため、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは対応する赤色画素領域２２Ｒ、対応する緑色画素領域２２Ｇおよび対応する青色画素領域２２Ｂを通過し続けるものの、色フィルタ構造体２２によって遮断、吸収されることはなく、大幅な光エネルギー損失の発生を防止できる。
【００４７】
換言すれば、青色光源１０から出射した青色光Ｂ（入射光）の大部分をフォトルミネセンス表示パネル２０により赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに変換して表示画像（出力表示光）を形成できるため、ＰＬ表示装置１の光エネルギー利用効率が向上する。すなわち、出力表示光のエネルギーの入射光エネルギーに対する比が著しく高くなり、例えば、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上または約５０％以上になる。
【００４８】
光エネルギー利用効率がより高いという利点の他に、光がフォトルミネセンス表示パネル２０を通過するときに、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂが散乱するという利点もある。散乱光は、ほぼランバート放射型パターンを示す。赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、より大きなビーム角度でフォトルミネセンス表示パネル２０から出射する。そのため、本開示で例示した実施形態によってＰＬ表示装置１から出射した赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂで構成されるカラー画像は、大きな視野角を有する。
【００４９】
さらに、第１の光変換層２３１は色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆っているため、第１の光変換層２３１はより大きな画素サイズを持つように構成され、製造がより容易になる。さらに、第２の光変換層２３２は、第１の光変換層２３１に並列に配置されるのではなく垂直方向に積層配置されるため、第２の光変換層２３２の第１の光変換層２３１に対する許容画素アラインメント公差がより大きくなる。そのため、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２間の高精度のアラインメント工程を省略することができる。これらの利点により、ＰＬ表示装置１のフォトルミネセンス構造体２３の製造工程の制御がより容易になる。第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２の形成工程時にミスアラインメントによって、フォトルミネセンス構造体２３の厚みが不均一になるのを防止できる。そのため、製造歩留まりを効果的に向上できる。
【００５０】
図２Ａに示すように、ＰＬ表示装置１のフォトルミネセンス表示パネル２０は、任意で平坦化層２４および低域通過フィルタ２５を含んでいてもよく、両者ともフォトルミネセンス構造体２３上に青色光源１０と対向するように配置する。換言すれば、平坦化層２４および／または低域通過フィルタ２５は、フォトルミネセンス構造体２３よりも青色光源１０に近い。
【００５１】
実質的に透明な光透過材料で形成された平坦化層２４は、フォトルミネセンス構造体２３を覆ってこれを平坦化している。受光面が平坦なため、フォトルミネセンス表示パネル２０を正確に青色光源１０上に積層できる。フォトルミネセンス構造体２３が実質的に平坦な受光面を有する場合、またはフォトルミネセンス表示パネル２０を青色光源１０に接着しない場合、平坦化層２４を省略してもよい。
【００５２】
図２Ｃは、低域通過フィルタ２５の光透過率対波長のプロットを示す。低域通過フィルタ２５は、短波長側の領域（例えば、＜約５００ｎｍ）では光透過率が高く、長波長側の領域（例えば、＞約５００ｎｍ）では光透過率が低いため、青色光Ｂを通過させつつ、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇを後方に反射でき、フォトルミネセンス構造体２３によって後方に散乱する赤色光Ｒおよび緑色光Ｇが青色光源１０に向かって出射するのを防止できる。詳細には、フォトルミネセンス構造体２３によって青色光Ｂを赤色光Ｒまたは緑色光Ｇに変換する際、赤色光Ｒまたは緑色光Ｇが前方および後方に同時に出射する。赤色光Ｒおよび緑色光Ｇの一部を青色光源１０に向かって後方散乱させてもよい。低域通過フィルタ２５は、後方散乱した赤色光Ｒおよび緑色光Ｇを反射して戻し、これらの光を透明基板２１に向かって射出して透明基板２１から逃がして、光エネルギー利用効率を増加できる。低域通過フィルタ２５は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）などを用いて実現してもよい。
【００５３】
これまでの記載は、ＰＬ表示装置１に関連する実施形態の詳細な説明である。本開示によるＰＬ表示装置の他の実施形態の詳細な説明について、以下に述べる。以下のＰＬ表示装置の実施形態から知り得る特徴および利点に関するいくつかの詳細な説明は、ＰＬ表示装置１の特徴および利点に類似するため、省略して説明を簡略にすることを理解されたい。
【００５４】
図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置２の２つの模式図である。ＰＬ表示装置２も青色光源１０およびフォトルミネセンス表示パネル２０を備えている。フォトルミネセンス表示パネル２０は、上記実施形態または他の実施形態のフォトルミネセンス表示パネル２０と実質的に同じであるが、青色光源１０は、有機もしくは無機の発光ダイオードモジュール１３、または青色レーザダイオード走査マイクロミラーモジュール１４を備えていてもよい。
【００５５】
図３Ａに示すように、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）モジュール１３は、並列配置されたＯＬＥＤ１３１のアレイを備えていてもよく、各ＯＬＥＤ１３１を電気的に励起して青色光Ｂを生成できる。そのため、特定のＯＬＥＤ１３１を励起して青色光Ｂを生成することで、表示パネル２０の対応する画素領域（例えば、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇまたは青色画素領域２２Ｂ）の表示画像を選択的にオンにできる。
【００５６】
同様に、ＯＬＥＤ１３１のアレイによって具体化されるＯＬＥＤモジュール１３は、無機ＬＥＤ１３１’のアレイを用いてＬＥＤモジュール１３’として実現できる。よって、ＬＥＤモジュール１３’を用いて具体化された青色光源１０は、ＯＬＥＤモジュール１３を用いたものに比べ光学効率が高く、動作寿命を延ばすことができる。
【００５７】
図３Ｂに示すように、青色レーザダイオード走査マイクロミラーモジュール１４は、青色レーザダイオードおよび走査マイクロミラー機構（図示せず）を備えていてもよい。青色レーザダイオードは、走査マイクロミラー機構へ出射するコリメート青色光Ｂを生成し、次いで、走査マイクロミラー機構は、表示パネル２０の特定の画素領域（例えば、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇまたは青色画素領域２２Ｂ）へ青色光Ｂを反射する。走査マイクロミラー機構はその反射角度を変更して、特定の画素領域をコリメート青色光Ｂで照射できるようにしてもよい。
【００５８】
よって、青色光源１０は、ＯＬＥＤモジュール１３、ＬＥＤモジュール１３’または青色レーザ走査マイクロミラーモジュール１４を介して表示パネル２０に出射する青色光Ｂを発生させ、それに応じて特定のカラー画像を表示することができる。
【００５９】
図４は、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置３を示す模式断面図である。ＰＬ表示装置３が上記ＰＬ表示装置１または２と異なる点は、ＰＬ表示装置３の第１の光変換層２３１中に含まれる緑色フォトルミネセンス材料が選択的にまたは不均一に分布していることである。
【００６０】
詳細には、第１の光変換層２３１は、互いに隣接する第１の領域２３１１および第２の領域２３１２を含む。第１の領域２３１１は赤色領域２２Ｒを覆い、第２の領域２３１２は緑色領域２２Ｇを覆う。領域２３１１および２３１２はどちらも、単一の工程において形成される。次に、第２の光変換層２３２を第１の領域２３１１上に配置し、第２の領域２３１２のうち少なくとも一部は覆わず、すなわち露出させる。第１の光変換層２３１に含まれる緑色フォトルミネセンス材料の濃度は、第１の領域２３１１よりも第２の領域２３１２のほうが高く、例えば、少なくとも約２倍、少なくとも約５倍、または少なくとも約１０倍高い。緑色フォトルミネセンス材料を第２の領域２３１２上に選択的にまたは単独で配置して、第１の領域２３１１に配置する緑色フォトルミネセンス材料は最小限に抑えてもよいことは理解されよう。
【００６１】
図２Ｂを再度参照すると、第２の光変換層２３２に向かって出射する青色光Ｂは、赤色フォトルミネセンス材料によって赤色光Ｒに変換され、その後、赤色光Ｒは第１の領域２３１１および赤色画素領域２２Ｒを通過して、透明基板２１の発光面２１１から外方に出射する。第１の領域２３１１は緑色フォトルミネセンス材料を最小限しか含まないため、あるいは全く含まないため、赤色光Ｒは、第１の領域２３１１を通過するときに、緑色フォトルミネセンス材料によって遮断されたり散乱したりする可能性が低い。本実施形態では、遮断または散乱による光エネルギーの損失がさらに低減される。そのため、より多くの赤色光Ｒが第１の領域２３１１を通過することができ、赤色画素領域２２Ｒ上の表示画像がより明るくなる。
【００６２】
さらに、第１の光変換層２３１の第１の領域２３１１および第２の領域２３１２の厚さは、実質的に同じになるように構成してもよく、あるいは、設計仕様に応じて異なるように構成してもよい。
【００６３】
図５Ａは、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置４の模式断面図を示す（青色光源１０は図示せず）。ＰＬ表示装置４が上記のＰＬ表示装置１または３と異なる点は、高域通過フィルタ２２５をＰＬ表示装置４の光照射経路に沿って色フィルタ構造体２２の前方に配置することである。表示パネル２０はさらに、フォトルミネセンス構造体２３を囲繞する反射構造体２６を含む。
【００６４】
詳細には、高域通過フィルタ２２５は、青色光源（図示せず）に対向して配置し、赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆い、青色画素領域２２Ｂは覆わず、すなわち露出させる。図５Ｂは、高域通過フィルタ２２５の光透過率対波長のプロットを示し、高域通過フィルタ２２５は、青色光Ｂを反射する一方で、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは通過させるように設計される。これにより、青色光Ｂが第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２をそれぞれ通過し、全部が緑色光Ｇおよび赤色光Ｒに変換されることがなくても、変換されなかった青色光Ｂは、高域通過フィルタ２２５によって第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２に向かって後方に反射することができる。そのため、変換されずに反射された青色光Ｂを緑色光Ｇおよび赤色光Ｒに変換する波長変換の機会が別にあり、後にＰＬ表示装置４の緑色画素領域２２Ｇおよび赤色画素領域２２Ｒそれぞれから放出可能である。
【００６５】
したがって、高域通過フィルタ２２５は、確実に青色光Ｂを第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２によって実質的に緑色光Ｇおよび赤色光Ｒにそれぞれ変換できるように構成して、変換されなかった青色光Ｂが色フィルタ構造体２２に吸収されないようにする。これにより、ＰＬ表示装置４の光エネルギー利用効率がさらに向上する。望ましくは、高域通過フィルタ２２５は、本開示の一実施形態によるＰＬ表示装置３について実現できるようにし、第１の光変換層２３１の第１の領域２３１１の緑色フォトルミネセンス材料の濃度をより低くし、その量を最小限に抑えるか、あるいは緑色フォトルミネセンス材料を全く含まないことで、全体的な効率を向上させる。加えて、高域通過フィルタ２２５は、様々な設計仕様に応じて、赤色画素領域２２Ｒまたは緑色画素領域２２Ｇを選択的に、または単独で覆ってもよい。
【００６６】
反射構造体２６は、色フィルタ構造２２上に青色光源（図示せず）に対向して配設し、反射構造体２６は、法線方向２１３に沿って投影した場合、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇまたは青色画素領域２２Ｂと整列するように配置されている。換言すれば、図５Ａに示す断面図から分かるように、反射構造体２６の２つの側壁は、青色画素領域２２Ｂの２つの側端に整列している。上から見た場合、青色画素領域２２Ｂは、反射構造体２６の４つの側壁によって囲繞される。同様に、赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇもそれぞれ、反射構造体２６の４つの側壁によって囲繞される。望ましくは、反射構造体２６は、赤色画素領域２２Ｒの黒色母材層２２４と整列し、緑色画素領域２２Ｇの黒色母材層２２４と整列し、かつ青色画素領域２２Ｂの黒色母材層２２４とも整列するように配置されている。反射構造体２６の形状は、黒色母材層２２４の形状と実質的に同じである。
【００６７】
フォトルミネセンス構造体２３は反射構造体２６の内側に配置し、第１の光変換層２３１の第１の領域２３１１は、第２の光変換層２３２、第１の光変換層２３１の第２の領域２３１２および光透過層２３３と共に、反射構造体２６によって分割し、囲繞する。
【００６８】
赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは反射構造体２６によって反射されるため、ＰＬ表示装置４の光エネルギー利用効率がさらに向上する。詳細には、赤色光Ｒを例えばフォトルミネセンス構造体２３の内部で散乱させ、赤色光Ｒの一部が緑色画素領域２２Ｇまたは青色画素領域２２Ｂに向かって横方向に通過するようにしてもよい。しかし、反射構造体２６は、赤色光Ｒの横方向への透過を遮断し、赤色光ＲをＰＬ表示装置４の赤色画素領域２２Ｒから逃がす。反射構造体２６は同様の分離機構をもたらして、緑色光Ｇと青色光Ｂの相互結合を防いで光を表示装置４から逃がす。
【００６９】
そのため、反射構造体２６は、光の横方向への透過を遮断して、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂが色フィルタ構造体２２の各領域を通過するようにすることで、ＰＬ表示装置４の光エネルギー利用効率をより高めることができる。
【００７０】
反射構造体２６は、ポリフタルアミド、ポリシクロへキシレン−ジ−メチレンテレフタレート、エポキシ成形材料、感光樹脂などの透明樹脂材料で形成してもよく、樹脂材料内に光散乱粒子を分散させる。また、反射構造体２６は、金属などの無機材料から形成してもよく、あるいは、先ず樹脂材料を用いて反射構造体２６を形成し、その後に樹脂材料の表面に反射金属層をコーティングしたものでもよい。
【００７１】
高域通過フィルタ２２５および反射構造体２６はどちらも、ＰＬ表示装置４の光エネルギー利用効率を効果的に向上できる。ただし、これらを必ずしも同時に設けなくてもよい。設計仕様に応じて、高域通過フィルタ２２５および反射構造体２６のうちの一方を選択的に設けて、ＰＬ表示装置４を形成することも可能である。
【００７２】
図６は、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置５の模式断面図である（青色光源１０は図示せず）。ＰＬ表示装置５が上記ＰＬ表示装置４と異なる点は、ＰＬ表示装置５の色フィルタ構造体２２がＰＬ表示装置４のものと異なることである。
【００７３】
詳細には、ＰＬ表示装置５の場合、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒは第１の高域通過フィルタ２２５１を含み、緑色画素領域２２Ｇは第２の高域通過フィルタ２２５２を含むが、青色画素領域２２Ｂは高域通過フィルタを含まない。加えて、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂはそれぞれ、赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを含まない。ここで、青色画素領域２２Ｂは青色フィルタまたは高域通過フィルタを含まないため、フォトルミネセンス構造体２３の光透過層２３３は、透明基板２１に隣接して直接接触していてもよい。
【００７４】
これまでの記載で詳述したように、第１および第２の高域通過フィルタ２２５１および２２５２は、青色光Ｂが第２の光変換層２３２および第１の光変換層２３１によって実質的にそれぞれ赤色光Ｒおよび緑色光Ｇに変換されるように構成する。また、反射構造体２６は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂが各画素領域にわたって互に相互結合しないように構成する。そのため、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂはそれぞれ、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを選択的に通過する。
【００７５】
その結果、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂにそれぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを設けなくてもよく、３つのカラー画素領域間で光が相互結合することなく、ＰＬ表示装置５でカラー画像を効果的に表示できる。望ましくは、ＰＬ表示装置５はＰＬ表示装置３の別の実施形態として実現して、所望の全体的性能を達成する。この場合、第１の光変換層２３１の第１の領域２３１１は、緑色フォトルミネセンス材料をごく少量だけ含むか、あるいは全く含まない。
【００７６】
図７Ａは、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置６の模式断面図である。ＰＬ表示装置６が上記のＰＬ表示装置１と異なる点は、ＰＬ表示装置６のフォトルミネセンス構造体２３に設けられた第２の光変換層２３２が赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆うように（例えば、第１の光変換層２３１と実質的に同じ被覆領域または投影領域）配置されていることである。望ましくは、第２の光変換層２３２の画素サイズは第１の光変換層２３１の画素サイズよりも若干小さくなるように具現してもよく、このレイアウト仕様によりフォトルミネセンス構造体２３の製造工程が容易になる。
【００７７】
図７Ｂは、青色光Ｂが表示パネル２０を通過するときのフォトルミネセンス表示装置６の色変換機構を示す。青色光源１０の発光した青色光Ｂは、それぞれ赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂに向かって出射する３つの部分に分割できる。
【００７８】
青色画素領域２２Ｂに向かう青色光Ｂは、ＰＬ表示装置６の表示画像の一部として順次、光透過層２３３および青色画素領域２２Ｂを通過する。
【００７９】
赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇに向かう青色光ビームＢは、先ず第２の光変換層２３２を通過する。第２の光変換層２３２の赤色フォトルミネセンス材料の量は、ＰＬ表示装置１の赤色フォトルミネセンス材料よりも少ないため、第２の光変換層２３２を通過する青色光Ｂの一部（例えば、約半分）が赤色光スペクトルＲに変換され、残りは青色光スペクトルＢのままである。換言すれば、青色光Ｂは、第２の光変換層２３２を通過して、赤色光スペクトルＲおよび青色光スペクトルＢで構成される赤色と青色の混合光となる。
【００８０】
その後、混合された赤色−青色スペクトルを含む光は第１の光変換層２３１を通過し、第１の光変換層２３１の緑色フォトルミネセンス材料は、赤色−青色混合光の青色光スペクトルＢの一部を緑色光Ｇに変換する。換言すれば、赤色−青色混合光は、第２の光変換層２３２を通過した後、赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧで構成される赤色と緑色の混合光となる。その後、赤色および緑色の混合光は色フィルタ構造体２２に到達し、当該構造体において、赤色画素領域２２Ｒは赤色光スペクトルＲを通過させるとともに他の光スペクトルは吸収し、緑色画素領域２２Ｇは緑色光スペクトルＧを通過させるとともに他の光スペクトルは吸収する。最後に、色フィルタ構造体２２を通過する赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧが外方に出射して、ＰＬ表示装置６の特定の表示画像を形成する。
【００８１】
フォトルミネセンス構造体２３によって生成された赤色と緑色の混合光の一部（例えば、約半分）が色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇによって遮断されて吸収されることは理解されよう。そのため、ＰＬ表示装置６の光エネルギー利用効率は、特に赤色光Ｒおよび緑色光Ｇに関し、ＰＬ表示装置１よりも比較的低い。それでも、その効率は、比較例のＬＣＤ装置よりも高い。青色光スペクトルＢについては、ＰＬ表示装置６の光エネルギー利用効率は、比較例のＬＣＤ装置における効率（おおよそ３０％）よりも、はるかに（例えば約１００％に近く）高い。緑色光スペクトルＧおよび赤色光スペクトルＲについては、青色背面光源１０によって生成された光の約５０％が表示画像として利用されるのに対し、白色背面光源によって生成された光の場合、およそ３０％がＬＣＤ装置において表示画像として利用される。
【００８２】
ＰＬ表示装置６の光エネルギー利用効率は低いものの、その一方で、ＰＬ表示装置６の製造工程がより容易になる。第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２はどちらも色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇを覆うように配置されるため、第２の光変換層２３２および第１の光変換層２３１はどちらもより大きな画素領域を有し、これにより、製造工程時における第１の光変換層２３１と第２の光変換層２３２の間のアラインメントが容易になる。加えて、第２の光変換層２３２の画素領域は、第１の光変換層２３１の画素領域よりも若干小さくてもよい。これにより、製造時における許容公差が増加するため、高精度の画素アラインメントが不要となる。そのため、ＰＬ表示装置６のフォトルミネセンス構造体２３の製造が能率的になる。
【００８３】
図８は、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置７の模式断面図である。ＰＬ表示装置７が上記ＰＬ表示装置６と異なる点は、赤色および緑色のフォトルミネセンス材料がどちらも第１の光変換層２３１内に均一に分布していることである。
【００８４】
そのため、青色光源１０（図示せず）から出射した青色光Ｂを第１の光変換層２３１によって赤色および緑色の混合スペクトル光に変換することができ、この混合スペクトル光は、赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧで構成されている。これにより、赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇは、それぞれ所望の赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧを選択的に通過させることになる。そのため、ＰＬ表示装置７は、ＰＬ表示装置６の画像表示機構と同様の赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧによって構成された画像を表示する。したがって、ＰＬ表示装置７および６は、赤色光スペクトルＲおよび緑色光スペクトルＧの利用において同様の光エネルギー利用効率を有する。本実施形態では、第１の光変換層２３１と第２の光変換層２３２の間のアラインメント問題の発生をなくして、製造工程をさらに合理化することができる。
【００８５】
また、第１の光変換層２３１は、赤色および緑色の混合フォトルミネセンス材料の代わりに、黄色フォトルミネセンス材料を含んでいてもよい。黄色フォトルミネセンス材料の一例として、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）材料がある。これにより、青色光源１０（図示せず）から出射した青色光Ｂを第１の光変換層２３１によって黄色光Ｙに変換することができる。黄色光Ｙのスペクトル中には赤色光スペクトルおよび緑色光スペクトルのどちらも含まれるため、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇによってそれぞれ所望の赤色光Ｒおよび緑色光Ｇを通過させて画像表示を行うことができる。
【００８６】
図９Ａは、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置８の模式断面図である。ＰＬ表示装置８が上記したＰＬ表示装置６と異なる点は、フォトルミネセンス構造体２３の第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２のどちらも、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを覆うように配置されていることである。
【００８７】
図９Ｂは、青色光ＢがＰＬ表示装置８の表示パネル２０を通過する際の色変換機構を示す模式図である。青色光源１０から出射した青色光Ｂは、先ず第２の光変換層２３２を通過する。第２の光変換層２３２は特定の量の赤色フォトルミネセンス材料を有するため、第２の光変換層２３２を通過する青色光Ｂの一部（例えば、約１／３）が赤色光Ｒに変換され、残り（例えば、約２／３）の光は依然として青色光スペクトルＢ内にある。換言すれば、青色光Ｂは、第２の光変換層２３２を通過すると、赤色光Ｒが若干少なくて青色光Ｂが若干多いスペクトルで構成される赤色−青色混合光となる。
【００８８】
その後、赤色−青色混合光は、第１の光変換層２３１を通って出射する。第１の光変換層２３１は特定の量の緑色フォトルミネセンス材料を有するため、赤色−青色混合光の青色光Ｂの一部（例えば、約１／２）が緑色光Ｇに変換される。換言すれば、第１の光変換層２３１を通過した赤色−青色混合光は、赤色光スペクトルＲ、緑色光スペクトルＧおよび青色光スペクトルＢによって構成されるスペクトルを有する赤色−緑色−青色の混合光になる。
【００８９】
そこで、赤色−緑色−青色混合光は、色フィルタ構造体２２を通過する。色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂは、それぞれ所望の赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを通過させて画像表示を行うことができる。
【００９０】
そのため、第１の光変換層２３１を通過した後に生成される赤色‐緑色−青色の混合スペクトルの光の一部（例えば、約２／３）は、色フィルタ構造体２２によって遮断され、吸収される。そのため、ＰＬ表示装置８の光エネルギー利用効率は、ＰＬ表示装置６および１よりも低くなる。しかし、その場合でも、ＰＬ表示装置８の光エネルギー利用効率は、比較例のＬＣＤ装置の光エネルギー利用効率（例えば、約１／３近く）と同じか、または若干高い。
【００９１】
その一方で、ＰＬ表示装置８のフォトルミネセンス構造体２３の製造は、さらに能率的になる。第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２はどちらも、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを覆うように配置されているため、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２をピクセル化する追加工程は不要である。さらに、第１の光変換層２３１、第２の光変換層２３２および色フィルタ構造体２２間のアラインメント工程が含まれない。その結果、ＰＬ表示装置８の製造における作業複雑性が大幅に低減する。ＰＬ表示装置８は光エネルギー利用効率に関しいくつかの利点を有さないものの、比較例のＬＣＤ装置よりも視野角が大きい。
【００９２】
図１０は、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置９の模式断面図である。ＰＬ表示装置９が上記のＰＬ表示装置８と異なる点は、ＰＬ表示装置９のフォトルミネセンス構造体２３が第１の光変換層２３１を備えていることであり、第１の光変換層２３１は、赤色および緑色のフォトルミネセンス材料の両方を混合状態として含み、また、第２の光変換層２３２がない。
【００９３】
そのため、青色光源１０（図示せず）から出射した青色光Ｂは、その一部（例えば、約２／３）が第１の光変換層２３１によって赤色光Ｒおよび緑色光Ｇに変換されて、混合された赤色−緑色−青色光（各色の比率はほぼ同じ）が形成される。そこで、所望の赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂが赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを通過し、画像表示を行うことができる。そのため、ＰＬ表示装置９および８は、同様の光エネルギー利用効率（例えば、約１／３）を有する。
【００９４】
ＰＬ表示装置９の第１の光変換層２３１の別の実施形態として、赤色および緑色のフォトルミネセンス材料の代わりに黄色フォトルミネセンス材料を含み、赤色スペクトル光、緑色スペクトル光および青色スペクトル光によって構成される変換光を生成するものがある。
【００９５】
図１１は、本開示の別の実施形態によるＰＬ表示装置１０の模式断面図である。ＰＬ表示装置１０が上記のＰＬ表示装置２と異なる点は、光源１０では濃青色光または紫外光を発光するＬＥＤアレイモジュール１３”を用い、フォトルミネセンス構造体２３がさらに第３の光変換層２３４を含むことである。
【００９６】
詳細には、ＬＥＤモジュール１３”はＬＥＤ１３１”のアレイを含み、ＬＥＤ１３１”を電気的に励起して濃青色光ＤＢまたは紫外光ＵＶを生成できる。望ましくは、ＬＥＤモジュール１３”によって生成される光のピーク波長は、約２２０ｎｍ〜約４４０ｎｍの範囲であり、例えば、紫外光ＵＶの場合には約２２０ｎｍ〜約３８０ｎｍ、濃青色光ＤＢの場合には約３８０ｎｍ〜約４４０ｎｍである。また、フォトルミネセンス構造体２３はさらに第３の光変換層２３４を含み、第３の光変換層２３４は、色フィルタ構造体２２の表面全体を実質的に覆い、濃青色光ＤＢまたは紫外光ＵＶを青色光Ｂに変換できる、青色蛍光体や青色量子ドットなどの青色フォトルミネセンス材料を含む。そのため、本実施形態では、ＰＬ表示装置１０は、本開示による上記実施形態の色変換機構と同様の色変換機構を有する。詳細には、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂに向かって出射する濃青色光ＤＢまたは紫外光ＵＶは、第２の光変換層２３２、第１の光変換層２３１および第３の光変換層２３４によってそれぞれ赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに変換され、対応する赤色、緑色および青色の画素領域２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂを通過し続けてカラー画像を形成する。同様に、ＰＬ表示装置１０は、光エネルギー利用効率がより高く、視野角もより大きいという利点を有する。
【００９７】
以下の記載において、本開示によるＰＬ表示装置のいくつかの実施形態の製造方法について述べる。本製造方法は、ＰＬ表示装置１〜１０と実質的に同じであるか、または類似するＰＬ表示装置を製造する手順を提供するものである。これらの製造方法の変更例に関するいくつかの詳細な説明はいずれも類似するため、説明を簡潔にするために省略することを理解されたい。
【００９８】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、本開示のいくつかの実施形態によるＰＬ装置の製造方法の各段階を示す模式図である。
【００９９】
本製造方法は、少なくとも２つの主要な段階、すなわち、青色光源１０を設け（図２Ａを参照）、青色光源１０に隣接して配置される表示パネル２０（図１２Ｄに示すように）を形成することを含む。表示パネル２０を形成する段階は、以下の工程を含む。
【０１００】
図１２Ａに示すように、先ず透明基板２１を設け、次に色フィルタ構造体２２を透明基板２１上に形成する。色フィルタ構造体２２の形成については、赤色フィルタ２２１を赤色画素領域２２Ｒ内に形成し、緑色フィルタ２２２を緑色画素領域２２Ｇ内に形成し、青色フィルタ２２３を青色画素領域２２Ｂ内に形成する。さらに、高域通過フィルタ２２５（図５Ａに示す）は、赤色画素領域２２Ｒおよび／または緑色画素領域２２Ｇ上に任意で形成してもよい。
【０１０１】
図１２Ｂに示すように、続けてフォトルミネセンス構造体２３を色フィルタ構造体２２上に形成する。詳細には、第１の光変換層２３１を色フィルタ構造体２２上に形成して赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇを覆い、次に、第２の光変換層２３２を第１の光変換層２３１上に形成し、第２の光変換層２３２によって赤色画素領域２２Ｒを選択的に覆う。
【０１０２】
薄膜堆積法またはスプレーコーティング法を１つ以上のシャドウマスク３０と共に用いてピクセル化領域を画成することにより、ピクセル化された第１の光変換層２３１およびピクセル化された第２の光変換層２３２を形成できる。図１３に示すように、シャドウマスク３０は複数の開口部３１を含み、開口部３１の大きさは、第１の光変換層２３１の画素サイズまたは第２の光変換層２３２の画素サイズに対応するように構成される。詳細には、シャドウマスク３０は先ず色フィルタ構造体２２上に配置（直接接触するか、または隙間を設けた状態で）して、シャドウマスク３０の開口部３１を緑色画素領域２２Ｇおよび／または赤色画素領域２２Ｒに整列させる。十分に整列すると、緑色画素領域２２Ｇおよび／または赤色画素領域２２Ｒを法線方向２１３に沿って開口部３１を通して視認することができる。次に、緑色フォトルミネセンス材料および／またはポリマーバインダ材料を、開口部３１によって画成された緑色画素領域２２Ｇおよび／または赤色画素領域２２Ｒ上に配置する。ポリマーバインダ材料を用いる場合、ポリマー材料を硬化して固化させれば、ピクセル化された第１の光変換層２３１の製造工程が完了する。
【０１０３】
次に、別のシャドウマスク３０を第１の光変換層２３１上に配置（直接接触するか、または隙間を設けた状態で）し、シャドウマスク３０の開口部３１を赤色画素領域２２Ｒと整列させる。次に、赤色フォトルミネセンス材料および／またはポリマー材料を、開口部３１によって画成された赤色画素領域２２Ｒ上に配置する。ポリマーバインダ材料を用いる場合、ポリマー材料を硬化および固化させれば、ピクセル化された第２の光変換層２３２の製造工程が完了する。
【０１０４】
画素領域の画成にシャドウマスク３０を使用するのに加えて、リソグラフィ法を用いて第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２を形成して、光変換層２３１および２３２をピクセル化することも可能である。詳細には、感光ポリマー材料と混合された緑色フォトルミネセンス材料を配置して、色フィルタ構造体２２の赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂの全表面積を覆う。次いで、露光および現像工程を行って、青色画素領域２２Ｂを覆う感光ポリマー材料を除去する。これにより、赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆うピクセル化された第１の光変換層２３１が形成される。
【０１０５】
次に、感光ポリマー材料と混合された赤色フォトルミネセンス材料を、第１の光変換層２３１および青色画素領域２２Ｂ上に積層させる。その後、露光および現像工程を行って、第２の光変換層２３２の感光ポリマー材料を青色画素領域２２Ｂおよび緑色画素領域２２Ｇから除去し、第１の光変換層２３１の感光ポリマーは、緑色画素領域２２Ｇを覆ったままにする。これにより、第２の光変換層２３２が形成される。
【０１０６】
望ましくは、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示の方法により上記のフォトルミネセンス材料およびポリマー材料の積層を実現するとよい。当該方法を用いれば、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２は、フォトルミネセンス材料が均等に分布した状態で、均一の厚さに積層させることができる。加えて、当該方法により、材料を高密度で積層させて高い実装密度を達成することで、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２のフォトルミネセンス材料をより高濃度にできる。当該米国特許公開公報の技術内容全体を参照により本明細書に取り込む。
【０１０７】
第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２の形成後、図１２Ｃに示すように、別のポリマー材料と混合された光散乱粒子をスプレーコーティング、印刷または分注によって青色画素領域２２Ｂ上に積層させて、フォトルミネセンス構造体２３の光透過層２３３を形成することができる。ポリマー材料中に混合された光散乱粒子を、シャドウマスキングと組み合わせてスプレーコーティングまたは印刷して青色画素領域２２Ｂ上に積層させることも可能である。ポリマー材料は、有機溶剤（例えば、オクタン、キシレン、アセテート、エーテル、トルエンなど）を用いて希釈して粘度を低くすることもできる。スプレーコーティングを用いて光透過層２３３を設ける場合、希釈材料は、重力効果により、すぐにより下側の青色画素領域２２Ｂへと流れる。硬化処理後に、光透過層２３３を形成する。この手順において、シャドウマスキング工程および関連するアラインメント段階を省略することも可能であり、それにより製造工程を大幅に合理化できる。さらに、光散乱粒子は光の波長を変化させないため、少量の残留光散乱材料が第１の光変換層２３１および／または第２の光変換層２３２の上面を覆ったまま残っていても、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２の主な機能が大きな影響を受けることはない。
【０１０８】
図１２Ｄに示すように、フォトルミネセンス構造体２３を形成後、任意で、平坦化層２４および／または低域通過フィルタ２５をフォトルミネセンス構造体２３上に形成してもよい。最後に、青色光源１０を表示パネル２０に取り付けて、フォトルミネセンス表示装置を形成する。
【０１０９】
上記の処理段階と同様にして、本開示によるＰＬ表示装置１〜３を製造することができる。
【０１１０】
さらに、色フィルタ構造体２２の形成後、図５Ａに示すような反射構造体２６を色フィルタ構造体２２上に形成できる。次に、この後、フォトルミネセンス構造体２３を反射構造体２６の側壁間に形成する。これにより、本開示によるＰＬ表示装置４および５と同様の装置を製造することができる。
【０１１１】
さらに、図１２Ｅに示すように、フォトルミネセンス構造体２３を形成する製造工程において、第２の光変換層２３２を、赤色画素領域２２Ｒおよび緑色画素領域２２Ｇの両方を覆うように構成することができる。フォトルミネセンス構造体２３を製造する別の手順として、第２の光変換層２３２を形成しないで、赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料を混合して、または黄色フォトルミネセンス材料を用いて、第１の光変換層２３１を形成する。これにより、本開示によるＰＬ表示装置６および７を製造することができる。
【０１１２】
さらに、図１２Ｆに示すように、フォトルミネセンス構造体２３を形成する製造工程において、第１の光変換層２３１および第２の光変換層２３２を、赤色画素領域２２Ｒ、緑色画素領域２２Ｇおよび青色画素領域２２Ｂを実質的に全て覆うように構成することができる。フォトルミネセンス構造体２３を製造する別の手順として、赤色フォトルミネセンス材料および緑色フォトルミネセンス材料を混ぜ合わせて、または黄色フォトルミネセンス材料を用いて、第１の光変換層２３１を形成する。これにより、本開示によるＰＬ表示装置８および９を製造することができる。
【０１１３】
本開示に関し、特定の実施形態を参照して述べてきたが、添付の特許請求の範囲によって規定する本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、また均等物に置き換え可能であることは、当業者であれば理解の及ぶことであろう。加えて、様々な変更を行って、本開示の目的、趣旨および範囲に対して特定の状況、材料、物の構成、方法または工程を適用することも可能であろう。このような変更は全て、添付の特許請求の範囲に含まれるものである。詳細には、本願に開示した方法は、特定の順序で行われる特定の動作に関して述べられているが、これらの動作を組み合わせたり、さらに分割したり、または順序を組み替えたりして、本開示の教示内容から逸脱することなく均等な方法を構成することも可能である。よって、本願において特に指定しない限り、各工程の順序およびグループ化は本開示を限定するものではない。
【図１】
2018022133.tif 000003
【図２Ａ】
2018022133.tif 000004
【図２Ｂ】
2018022133.tif 000005
【図２Ｃ】
2018022133.tif 000006
【図３Ａ】
2018022133.tif 000007
【図３Ｂ】
2018022133.tif 000008
【図４】
2018022133.tif 000009
【図５Ａ】
2018022133.tif 000010
【図５Ｂ】
2018022133.tif 000011
【図６】
2018022133.tif 000012
【図７Ａ】
2018022133.tif 000013
【図７Ｂ】
2018022133.tif 000014
【図８】
2018022133.tif 000015
【図９Ａ】
2018022133.tif 000016
【図９Ｂ】
2018022133.tif 000017
【図１０】
2018022133.tif 000018
【図１１】
2018022133.tif 000019
【図１２Ａ】
2018022133.tif 000020
【図１２Ｂ】
2018022133.tif 000021
【図１２Ｃ】
2018022133.tif 000022
【図１２Ｄ】
2018022133.tif 000023
【図１２Ｅ】
2018022133.tif 000024
【図１２Ｆ】
2018022133.tif 000025
【図１３】
2018022133.tif 000026
【外国語明細書】
2018022133000001.pdf