(57)【要約】  発光デバイス（１０）が、複数の整列されたナノロッドを備えている。表示デバイス（１００）が、発光デバイス（１０）、光源ユニット（５０）、及び制御ユニット（６０）を含み、この制御ユニットは、電極配列（２０）を動作させて、すなわち適切な画素（１２）の電極（２２Ａ、２２Ｂ）間に電圧を与えて、対応するナノロッドの発光を変調するように構成されている。デバイス（１０）の異なる画素中のナノロッドの発光を選択的に変調することによって、表示画像の変化を得ることができる。光源（５０）は、たとえば、紫外域または紫色域の比較的短い波長にナノロッドを照らし、それによってナノロッドに対する光励起を行うように構成されている。２つの画素グループ（１２Ａ、１２Ｂ）中のナノロッドの直角配向軸により、２つの直交偏光（Ｐ１、Ｐ２）を有する照明パターンを生成することが可能になる。このような照明パターンは、表示システムの３次元効果を得るために使用することができ、また視聴者が偏光眼鏡を使用して３次元画像を観察することを可能にする。パターン化偏光フィルタは、好ましくは放出光の光路内に置かれて放出光の偏光比を向上する。
2015522837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素アレイ及び電極配列を備えた発光デバイスであって、前記画素アレイが、第１及び第２の所定の軸それぞれに沿って配列された第１及び第２の複数の発光ナノロッドを含む第１及び第２のグループの画素を含み、前記軸が実質的に互いに直角であり、前記アレイの画素が前記電極配列の複数の電極素子に関連付けられることによって、電界を制御可能に印加することで、前記画素アレイの他の一つ以上の画素から一つ以上の画素の発光を個別に変調することが可能であり、したがって前記デバイスが能動画素発光体として構成されかつ動作可能である、発光デバイス。
【請求項２】
前記発光ナノロッドが、第２の所定の波長範囲の励起放射に応答して第１の所定の波長範囲の光を放出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１及び第２のグループの画素の前記整列された発光ナノロッドが、実質的に直角偏光の２つの光をそれぞれ放出する、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光ナノロッドが、偏光比が１．５よりも高い光を放出し、前記偏光比が、ナノロッド整列方向に平行な偏光及び垂直の偏光の両放出光成分の強度比として定義される、請求項１から３の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記電極素子が、前記一つ以上の画素に電界を印加するように構成されかつ動作可能であり、画素からの光放出を消光させる、請求項１から４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電極素子が、複数の画素それぞれに対し前記電極素子の複数の専用対を規定するように構成され、個々の画素について別々の電界変調を可能とする、請求項１から５の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の波長範囲が可視スペクトルを含む、請求項２から６の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記発光ナノロッドが、少なくとも３つの異なる波長の光を放出するように構成されたナノロッドを含み、前記異なる波長の光を放出するナノロッドが前記画素アレイの異なる画素に関連付けられている、請求項１から７の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記発光ナノロッドを保持する支持構造体を備えており、前記構造体が、励起放射に前記画素のアレイの曝露を可能とするように構成されている、請求項１から８の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記発光ナノロッドに対し光励起放射を提供するように構成されかつ動作可能である光源を備えている、請求項１から９の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１１】
放出光の光路内に配置されたパターン化偏光フィルタを備えており、前記パターン化偏光フィルタが、前記２つのグループの画素からの放出光の前記偏光比を向上するように構成されている、請求項１から１０の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記発光ナノロッドから放出された光の光路内に配置された偏光回転子を備えており、前記偏光回転子が、放出光の偏光を変調するように構成され、円偏光された光が生成される、請求項１から１１の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光ナノロッドから放射された光の光路内に配置された偏光回転子を備えており、前記偏光回転子が、放出光の前記直角偏光を修正して反対の２つの円偏光それぞれの光を生成するように構成されている、請求項３から１２の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記電極配列及び前記画素のアレイが共通平面に配置されている、請求項１から１３の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１５】
画素の前記第１及び第２のグループの前記画素に関連付けられている前記電極素子が、前記画素の前記ナノロッドの前記第１及び第２の整列軸それぞれと実質的に平行な２つの軸に沿って前記電界を印加するように構成されている、請求項１から１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記電極配列が、第１及び第２の平面内それぞれに配置された前記電極素子の第１及び第２の組を含み、前記画素のアレイが前記第１と第２の平面の間の平面に置かれている、請求項１から１３の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ナノロッドが、前記励起光及び放出光に対し光学的に透明な担体に埋め込まれている、請求項１から１６の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ナノロッドが、前記励起光及び放出光の少なくとも一方に対し光学的に透明な基板担体上に堆積されている、請求項１から１７の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記ナノロッドが一つ以上の半導体材料で作られている、請求項１から１８の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ナノロッドが、アスペクト比が少なくとも２の細長い幾何形状を有する、請求項１から１９の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ナノロッドがコア・シェル構成を有する、請求項１から２０の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ナノロッドがシードロッドとして構成されている、請求項１から２１の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記シードナノロッド中のシードが球形またはロッド状の幾何形状を有する、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１及び第２の複数の発光ナノロッドからそれぞれによって放出された光によって形成された、異なる第１及び第２の光学特性のパターン化光を放出するように構成されかつ動作可能であり、第１及び第２の異なる画像を同時に投影可能な、請求項１から２３の一つ以上の項に記載のデバイス。
【請求項２５】
励起光源と、励起光に前記ナノロッドが曝露されるように配列された、請求項１から２４のいずれか１項に記載の発光デバイスと、前記電極配列を動作させて前記画素アレイの選択された一つ以上の画素に対する前記電界の印加を制御するように構成された制御ユニットとを備えているアクティブピクセル表示デバイス。
【請求項２６】
前記制御ユニットが、前記第１及び第２のグループの一つ以上の画素に前記電界を選択的に印加するように動作可能であり、２つの別々の画像を同時に表示可能な、請求項２５に記載の表示デバイス。
【請求項２７】
画像ストリームを表示するための３次元効果を可能にするように構成されている、請求項２５または２６に記載の表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野及び背景
本発明は一般に、発光構造体の分野に関し、この発光構造体を利用する発光デバイス及び表示デバイスに関連する。本発明は、ナノ粒子からの変調されたダウンコンバート発光によって生成された様々な偏光を利用する３次元表示装置に特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
光の偏光特性は、フラットパネル液晶表示装置（ＬＣＤ）から顕微鏡使用の冶金検査及び光通信にまで及ぶ多様な光学応用例（製品及び方法）で使用される。最も多く利用可能な光源は非偏光の光を発生し、様々な種類の偏光子を使用して特定の偏光の光を選択することが一般に行われている。通常、偏光子を使用して特定の偏光を選択することにはエネルギー損失という犠牲が伴い、非偏光の光源を用いて偏光照明を提供するために単純な受動（非発光）偏光子を使用する場合には、突き当たる光の約５０％を損失する可能性がある。
【０００３】
非偏光の光源によって放射される光の効率的な偏光選択は、放出光の光路内に受動（非発光）ポリマーフィルムを配置することによって実現できる。これらのフィルムは光の一部を再利用することができ、したがって、所望の偏光光の透過を高める。光の再利用は、不要な偏光の光成分を反射面で反射させ、それによってその後の反射後に脱分極された多重反射光成分を生じさせ、つまり少なくとも一部の光成分を各反射後に透過させることに基づいている。しかし、このような受動システムは、効率的な光再利用のために複数の層が必要になるため、複雑であり、かつ製造費用が高い。偏光子を介してバックライト光出力を再利用するための他の「受動的」アプローチは、反射型ナノワイヤグリッド偏光子を使用する（非特許文献１）。
【０００４】
上述の受動的アプローチでは、バックライトシステムの設計が複雑になるとともに費用がかかる。それらはまた波長に依存しているので、放出光の色域の質を高めるにも有効ではない。事実、元のバックライトの色域を保つためにも、バックライトシステムのさらに複雑な層構造が必要になる。
【０００５】
ナノロッド（本明細書では場合によって「ロッド」とも呼ばれる）などの異方性（細長い）ナノ粒子が、偏光放射を提供可能であると知られている。このことはまた、本願の譲受人に譲渡された特許文献１にも記載されている。
【０００６】
この目的のために、特許文献１には、光学表示デバイス、及び画像を表示する際の使用方法が記載されている。この光学表示デバイスは、出力電磁放射を放出するためにナノ構造体が入力電磁放射に応答するように、光学的に活性な媒体として動作可能な少なくとも１つの前記ナノ構造体の領域と、前記少なくとも１つのナノ構造体の領域に対する外部電界を作り出すように選択的にアドレス可能なように構成されかつ動作可能である電極の配列とを備え、ナノ構造の前記少なくとも１つの領域及び電極の前記配列は、前記表示デバイスの画素配列をともに規定する、電極の配列とを備え、前記外部電場は、前記出力電磁放射の放出を選択的に変調するために、ナノ構造の前記少なくとも１つの領域に影響を与え、前記変調される出力電磁放射は、前記画素配列の表示デバイスの少なくとも１つの画素素子の出力である光学表示デバイスを備える。偏光放射を提供するいくつかのナノロッドシステムは、以下の刊行物に記載されている。
【０００７】
非特許文献２には、ポリマーに埋め込まれたコロイドベースの半導体コア（シェルなし）ＣｄＳｅナノロッドについて記載されている。単一のロッドからほぼ完全な偏光を得ることができる。
【０００８】
非特許文献３には、ロッド構造体上にシェルを成長させることによるロッドの放射増強について記載されている。
【０００９】
非特許文献４には、シードナノロッド粒子で実現された量子収量改善について記載されている。
【００１０】
非特許文献５には、シードロッドのダイポールパターン放射について、すなわち、その先端よりむしろロッド中心から発する放射について記載されている。
【００１１】
３次元（３Ｄ）表示システムは、ビデオ視聴者に大いなる高揚をもたらす。現在利用可能な３Ｄ表示システムは、２つの主要な方法を利用しており、１つは光の偏光に基づき、第二には順次表示に基づく。
【００１２】
視聴者の一方の眼で見られるべき第１の画像を１つの偏光状態で提供し、第２の眼で見られるべき第２の画像を直交する（たとえば、垂直）偏光状態で提供することによって３Ｄ画像を投射することが、特に映画館で用いられている。フィルムは、それぞれが１つの偏光状態で画像を提供する２つのプロジェクターを利用してスクリーン上に同時に投射され、それによって２つの別々のフィルムが視聴者の２つの眼に投射される。視聴者は、それぞれの眼が対応する画像だけを受け取るように構成された、相関している偏光眼鏡を使用する必要がある。たとえば、右の眼鏡は、１つの偏光状態の光を阻止し直交する偏光状態の光を透過させる偏光子を含み、左の眼鏡は、直交する偏光子を含む。
【００１３】
別法として、交互の画像表示が一般には、テレビジョン表示及び類似のデバイスに使用される。それぞれの眼に対する映像は順次に表示される（左、次に右、次に左、次に再び右、以下同様）。視聴者は、表示の順序に応じて同期して１つの眼には光を透過させるが第２の眼には光が届かないように阻止する、アクティブシャッタ眼鏡デバイスを着用しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０９５１４０
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ge, Zhibing及びWu, Shin-Tson、「Nanowire grid polarizer for energy efficient and wide-view liquid crystal displays（エネルギー効率的かつワイドビュー液晶表示用のナノワイヤグリッド偏光子）」、Applied Physics Letters、93、121104、2008年
【非特許文献２】X. Pengらの「Shape control of CdSe nanocrystals（ＣｄＳｅナノ結晶の形状制御）」、Nature 404、59〜61頁、2000年
【非特許文献３】T. Mokari及びU. Baninの「Synthesis and properties of CdSe/ZnS rod/shell nanocrystals（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ  ロッド／シェル  ナノ結晶の合成及び特性）」、Chemistry of Materials 15(20)、3955〜3960頁、2003年
【非特許文献４】D. V. Talapinらの「Seeded Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Nanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies（ロッド及びテトラポッド形態を有する高発光ＣｄＳｅ／ＣｄＳナノヘテロ構造体のシード成長）」、Nano Letters 7(10)、2951〜2959頁、2007年
【非特許文献５】C. Carboneらの「Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach（シード成長アプローチにより調製されたコロイド状ＣｄＳｅ／ＣｄＳナノロッドの合成及びマイクロメートルスケールアセンブリ）」、Nano Letters、7(10)、2942〜2950頁、2007年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
概要
３次元表示効果を得るために、画像（たとえば、ビデオストリーム）の同時表示／投射を可能にする新規で単純な技術が当技術分野で必要とされている。さらに、比較的小型の手持ちまたは着用できるデバイスから始まり、非常に大型の壁サイズの表示スクリーンに至るまでの、広範囲の表示／プロジェクタデバイスにこの技術の使用を可能にすることが望まれている。本発明の技術を利用する表示／プロジェクションデバイスは、様々な目的のために、たとえば、剛性または可撓性の表示装置として、広告及び信号表示用途を含む携帯型、家庭用、商用及び産業用の電子機器に使用する目的で、さらには建物前面装飾に使用する目的で構成してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の技術では、（コロイド状）異方性ナノ粒子、及び特にナノロッドを含む光学活性媒体の発光特性を利用する。本願の目的では、光学活性媒体という用語は、発光特性によって特徴づけられる媒体を指すことを理解すべきである。したがって、光学活性と発光という用語が以下の説明では区別なく用いられる。本発明者らは、発光異方性ナノ粒子が、実質的に偏光した光学発光を双極子状の空間分布で引き起こすことを見出した。この粒子は典型的には、粒子の長軸に沿って略直線状の偏光を持つ光を放出し、その放出光は、この長軸に垂直の平面内において強度がより高い。加えて、本発明による発光デバイスに使用できる異方性ナノ粒子は、異なる（より短い）波長域の光励起放射に応答して特定の波長の光を放射できるナノ粒子である。励起される粒子の光放出強度は、該粒子に電界を印加することによって変調でき、したがって、様々なナノ粒子の光放出を電気的に制御することができる。
【００１８】
すなわち、本発明は、フラットパネルスクリーンなどの表示／プロジェクタデバイスに使用するのに適した、空間分布を変化させて単色光または多色光を供給する発光デバイスを提供する。この発光デバイスは、（放出光の様々な光学特性を有する）２つ以上のグループの画素を含む画素アレイ、及び電極配列を備えている。前記画素は、特定の画素のナノロッドが特定の所定の既定軸に沿って並べられるように配列された、複数の発光ナノロッドを備えている。画素の異なるグループは、それらの間で、垂直軸を含むナノロッドの整列軸が異なる。
【００１９】
共通する軸に沿って配列されたナノロッドの組が、実質的に偏光された光を生成する。したがって、垂直軸に沿って配列された異なるグループの画素のナノロッドは、実質的に直交する２つの偏光した光の部分を放出する。これらの光部分は、適切なフィルタを用いて２つの異なる光パターン（構造光）に分離することができる。
【００２０】
上述したように、画素アレイは、発光ナノロッドの整列軸が、それらの間で異なる２つの画素グループを含むことができる。加えて、画素の２つのグループのそれぞれが、３つ以上の異なる波長（たとえば、赤、緑及び青）を中心とする光を放射する３つ以上のナノロッドのサブグループを、それによってカラー画像を得るために含んでいてもよい。
【００２１】
異なる画素に関連付けられている電極配列により発光の振幅変調が可能になり、したがってデバイスは、空間的に構築された異なるパターンを有する光を放出することができ、かつ１つ以上の画像、または一連の画像を同時に生成することができる。一般的に、特定の画素のナノロッドに電界印加は、これらのナノロッドによって発光を変調し、画素出力を暗く／明るくする。本願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる上記の特許文献１にさらに詳細に記載されているように、印加電界はナノロッドの蛍光放出の消光をもたらし（光励起放射に応答して）、画素から放出される光の強度に影響を与える。
【００２２】
したがって、本発明の広範な態様によれば、画素アレイ、及び電極配列を備えた発光デバイスが提供される。画素アレイは、互いに実質的に垂直である第１及び第２の所定の軸それぞれに沿って配列された第１及び第２の複数の発光ナノロッドを含む第１及び第２のグループの画素を含む。また前記アレイの画素は前記電極配列の複数の電極素子に関連付けられ、それによって、１つ以上の画素の光放出は、前記画素アレイの他の１つ以上の画素と切り離して、電界を制御可能に印加することによって変調可能になる。このデバイスは、したがって、アクティブピクセルエミッタとして構成されかつ動作可能である。
【００２３】
いくつかの実施態様によれば、発光ナノロッドは、第２の所定の波長範囲の励起放射に応答して第１の所定の波長範囲の光を放出する。第１の波長範囲は、可視スペクトルの波長を含んでいてもよい。画素の前記第１及び第２のグループの整列された発光ナノロッドは、２つの実質的に直交する偏光の光をそれぞれ放出することができる。加えて、発光ナノロッドは、偏光比が１．５よりも高い光を放出することができる。偏光比は、ナノロッド整列方向に平行及び垂直な偏光の放出光成分間の強度比として定義されることに留意すべきである。
【００２４】
本発明のいくつかの実施態様によれば、電極素子は、一つ以上の画素に電界を印加するように構成されかつ制御可能であり、それによって画素からの光放出を消光（クエンチ）する。電極素子は、複数の画素それぞれに対し前記電極素子の複数の専用対を規定するように構成してもよく、それによって個々の画素について別々の電界変調が可能になる。
【００２５】
発光ナノロッドは、少なくとも３つの異なる波長の光を放出するように構成されたナノロッドを含むことができる。異なる波長の光を放出するナノロッドは、前記画素アレイの異なる画素に関連付けられていてもよい。
【００２６】
デバイスは、発光ナノロッドを保持する支持構造体を含むことができる。該構造体は、好ましくは励起放射に画素のアレイの曝露が可能になるように構成されている。デバイスはまた、前記発光ナノロッドに対し光励起放射を提供するように構成されかつ動作可能である光源を含むことができる。
【００２７】
デバイスは、放出光の光路内に配置されたパターン化偏光フィルタを含むことができる。パターン化偏光フィルタは、通常、前記２つのグループの画素からの放出光の偏光比を向上するように構成されている。追加的にまたは代替的に、デバイスは、前記発光ナノロッドから放出された光の光路内に配置された偏光回転子を含むことができる。偏光回転子は、放出光の偏光を変調するように構成してもよく、それによって円偏光された光を生成する。偏光回転子は、放出光の直交偏光を２つの逆向きの円偏光それぞれの光を生成するように変調する構成としてもよい。
【００２８】
いくつかの実施態様によれば、電極配列及び画素アレイが共通平面に配置されている。画素の第１及び第２のグループの画素に関連付けられている電極素子は、前記画素のナノロッドの第１及び第２の整列軸それぞれと実質的に平行な２つの軸に沿って電界を印加するように構成してもよい。
【００２９】
いくつかの他の実施態様によれば、電極配列は、第１及び第２の平面内それぞれに配置された電極素子の第１及び第２の組を含んでいてもよい。この構成では、画素アレイは前記第１と第２の平面の間の平面内に配置されている。
【００３０】
デバイス内のナノロッドは、励起光及び放出光に対し光学的に透明な担体に埋め込んでも、励起光及び放出光の少なくとも一方に対し光学的に透明な基体担体上に堆積してもよい。
【００３１】
ナノロッドは、一種以上の半導体材料で製造することができ、またアスペクト比が少なくとも２の細長い形状を有してもよい。ナノロッドは、シードが球形またはロッド状の形状を有するシードロッドとして構成されたコア・シェル構成を有してもよい。
【００３２】
いくつかの実施態様によれば、デバイスは、第１及び第２の複数の発光ナノロッドそれぞれによって放出された光によって形成された、異なる第１及び第２の光学特性のパターン化光を放出するように構成されかつ動作可能とすることができ、それによって第１及び第２の異なる画像を同時に投影することができる。
【００３３】
本発明のいくつかの他の広範な態様によれば、アクティブピクセル表示デバイスが提供される。アクティブピクセル表示デバイスは、励起光源と、前記ナノロッドが励起光に曝されるように配列された上述の発光デバイスと、電極配列を動作させて前記画素アレイの選択された一つ以上の画素に対する電界の印加を制御するように構成された制御ユニットとを備えている。制御ユニットは、第１及び第２のグループの一つ以上の画素に前記電界を選択的に印加するように動作可能としてもよく、それによって２つの別々の画像を同時に表示することが可能になる。表示デバイスは、画像ストリームを表示するための３次元効果を可能にするように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による発光デバイスを示す。
【図２】図２は、３次元表示効果を可能にするように構成された本発明のいくつかの実施形態による表示デバイスを示す。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による表示デバイスがどのようにして３次元効果を視聴者に提供できるかをより詳細に例示しており、図３Ａは画素配列を示し、図３Ｂは観察者が使用する眼鏡を示す。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、異なる画素のナノロッドの光放射を変調する本発明の発光デバイスにおける２つの電極配列構成の例を示し、図４Ａは面内構成を示し、図４Ｂは３面構成を示す。
【図５】図５は、３次元効果を可能にする多色表示のための画素配列を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示を理解し、それを実際にどのように実行してよいかが分かるように、添付の図面を参照して、単なる非限定的な例として、諸実施形態について次に説明する。
【００３６】
実施形態の詳細な説明
本発明のいくつかの実施形態による発光デバイス１０を示している図１を参照する。デバイス１０は、２つの（一般に、少なくとも２つの）グループの画素、すなわち画素１２Ａ及び画素１２Ｂ、を含む画素アレイ１２と、電極配列２０とを含む。電極配列２０は、複数の電極素子を含み、一つ以上の画素に個別に電界を印加するように構成されている。非限定的な本例では、電極配列２０は、それぞれが専用の画素に関連付けられている電極素子の複数の対を規定するように構成されている。より詳細には、個別の電極素子２２Ａ及び２２Ｂは、専用の画素に属するものとして図に示されている。このような構成は、画素の光学的に活性な媒体からの発光の強度を個々に変調することを可能とする。
【００３７】
光学活性媒体は、たとえば、Ｐ１及びＰ２として表示された所定の交差軸に沿って配列／整列されているナノロッド（半導体ナノロッドなど）である、発光異方性粒子が含まれる。別個に整列されたナノロッドは、それぞれ別個の画素を形成する。２つのグループの画素内のナノロッドの両整列軸は、実質的に垂直になるように選択することができる。以下に使用される「実質的に垂直な」という用語は、実際には、ナノロッドの両整列軸が、最大でも特定の不可避の誤差まで垂直であることを意味することに留意すべきである。画素内で整列された光学活性（発光）ナノロッドは、典型的には、３．３から４．７の間で変化するＰＲ値を有する光を放出するため、画像間に一定のクロスオーバーが認められた。整列されたナノロッドは、典型的には、規定された偏光特性を有する光を放出することにも留意すべきである。放出光は、ナノロッド整列の方向に平行である偏光を持つ放出光成分と、ナノロッド整列の方向に垂直である偏光を持つ放出光成分との強度比である偏光率（ＰＲ）によって特徴づけられる。１．１以上のＰＲ値は、放出光の偏光軸の好ましい配向を示し、したがって、ナノロッドの好ましい整列軸を示すことに留意すべきである。整列ナノロッドの典型的なＰＲ値は２から５．０の間であると測定され、そしていくつかの実験的測定では６以上のより高いＰＲ値が得られた。好ましくは、本発明による発光構造体での使用では、整列ナノロッドは、ＰＲ値が１．５より高い、または２よりも高い、さらに好ましくはＰＲが３よりも高い光の放出を提供する。
【００３８】
図１に示されるように、電極素子２２Ａ及び２２Ｂは、各電極対間の力線（すなわち電位の勾配）がほぼ平行になるような、かつ画素の１つのグループの電極対によって生成される力線が、画素の他のグループの電極対によって生成される力線と実質的に垂直になるような電界分布を有する電界を与えるように構成される。ナノロッドは、画素領域内の電極素子間に、その長軸が（電極長手方向に垂直な）電界線と実質的に平行になるように堆積され整列される。各グループの画素内のナノロッドの整列は、そこからの実質的に変更された放出をもたらし、つまり、異なるグループの画素から放出される各光成分が、２つの垂直な方向に偏光される。しかし、以下に説明するが、異なる画素の領域内で電極配列の他の構成だけでなく、他の電界分布が可能であることに留意すべきである。
【００３９】
発光ナノロッドは、典型的には、ナノロッドの材料組成及び形状特性により決まる第１の所定の波長範囲の光を、放出光の波長範囲よりも短い第２の所定の波長範囲の光学励起（たとえば、紫外励起または紫色励起）に応答して放出する。このように、発光デバイス１０には、適切な波長範囲の励起光放射を提供する光源を関連付けることができる。さらに、画素アレイ１２は、異なる波長の光を発するように構成された整列ナノロッドを有する画素を含むことができる。典型的には、ナノロッドは、おおよそ可視スペクトルの第１の波長範囲の光を発するように構成されている。しかしながら、多色発光（すなわち多色表示）を可能にするために、画素配列は、前記第１の波長範囲内の、合わせてカラー画像を生成することができる異なる色の光、通常は少なくとも３つの色（原色）を発するように構成されたナノロッドを有する画素を含む。たとえば、典型的な表示技術ではＲＧＢカラー方式を利用し、いくつかの表示技術では表示用の追加色として黄色を含む。
【００４０】
特に図示はしないが、画素アレイ１２は、光学活性媒体（ナノロッド）を保持するとともにナノロッドを励起光に曝露することができるように構成されている支持構造を含んでよいことに留意すべきである。たとえば、前記構造は、励起波長範囲と発光波長範囲の両方に対する光学窓（たとえば、透明である）を有する担体の場合、ナノロッドが埋め込まれている担体を含んでよく、あるいは励起波長範囲と発光波長範囲の一方または両方に対して透明な担体の場合は、ナノロッドを担体の表面に堆積してもよい。
【００４１】
ナノロッドの発光は、外部電界をナノロッドに印加することによって変調することができる。外部電界は、たとえば、誘発される電子・正孔空間内分離（本明細書で「電荷分離」と呼ばれる効果）により蛍光発光の消光をもたらすことができる。このプロセスは、ナノロッドからの発光強度に大きな影響を与える。蛍光発光の効果的な消光のために、電界分布は、電界線（すなわち電位勾配）が実質的にナノロッドの整列軸と平行とされる。画素と共通の平面内の電極素子の構成は、電界線の軸と実質的に平行な整列軸を提供するためにナノロッドの整列処理に利用できることに留意すべきである。たとえば、基板上にナノロッドを堆積する間に電界を印加することによって、ナノロッドは電界線に追従して、所望の軸に沿って整列する。
【００４２】
一般的に、偏光放出を提供し得るいずれのナノロッド、または細長い異方性ナノ粒子は、本発明のデバイスに使用するのに適した光学活性媒体に使用することができる。このようなナノロッドは、典型的には、少なくとも２のアスペクト比（その長さと断面寸法の比）を有するべきである。ナノ粒子は、単一組成半導体の異方性半導体ナノロッドとしても、第１の半導体のコアと第２の半導体のシェル層を有するコア／シェルナノロッドとしてもよい。典型的には、ナノロッドのコア／シェル構造は、光励起に応答して発光を増強することができるが、単一半導体材料で作られたナノロッドもまた十分な発光を提供できる。本発明の目的のための光学活性媒体として有用であり得るナノ粒子構造のさらなる例として、コア／多層シェルナノロッド、シェルが傾斜組成であるコア／シェル構造のナノ粒子及びシードロッドがある。最後のものは、ほぼ球形のコアシード、または第２の半導体材料のロッド型シェルでオーバコートされた一つの半導体材料のロッド型シードをベースとしてもよい。細長い（ロッド型）シェルは、発光の異方性を付与する。シードナノロッドは、細長いシェル内に非対称に位置するシード（またはコア）を有してもよい。コアは、典型的には、細長い粒子の全長の約４分の１から２分の１のところに位置するが、他の位置もまた可能である。シードの典型的なサイズは１〜２０ｎｍの間としてよく、より具体的には２〜１０ｎｍの間の断面寸法（直径）としてよい。第１のシェルに加えて、安定性及び光学機能を得るために更なるシェル層を含んでいてもよい。光学活性媒体は、様々な用途で必要に応じて多色発光を提供するように調整してもよい。一般にすべての異方性ロッドが、ロッドの長軸と平行な軸に沿って偏光される、実質的に直線偏光（偏光度を変えることが可能）の光を放出することが見出された。シード自体はまた、最終構造の偏光度をさらに向上させる、細長い形状をまたはロッド状構造（たとえば、アスペクト比が２以上）を有しても良い。本発明の光学活性媒体中に使用するのに適したシードロッドのいくつかの例がＰＣＴ公開ＷＯ２０１２／０３５５３５に記載されており、同文献を、この特定の非限定的な例に関しての参照により本明細書に組み込む。
【００４３】
上述の通り、本発明の目的に有用な異方性ナノ粒子（ナノロッド）は、典型的には半導体材料を用いることができる。適切な半導体材料は、たとえば、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＶ−ＶＩ族半導体及びこのような半導体材料の組合せの形態としてもよい。本発明の発光デバイスに使用するための材料組成は、本願の譲受人に譲渡された上記のＰＣＴ公開ＷＯ２０１０／０９５１４０に記載されている。半導体材料は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ２（ＺｎＳｎ）Ｓ４、Ｃｕ２（ＩｎＧａ）Ｓ４、ＴｉＯ２及びこれらの合金、ならびにこのような材料の混合物から選択してもよい。この材料リストは、ロッド材料（単一半導体ナノロッドの場合）のいずれか、コア材料及びシェル材料（コア／シェルナノロッドにおいて）、またはシードロッド構造におけるシード及びロッド材料に参照し得る。
【００４４】
ナノロッド構造体は、表面配位子でオーバコートされていてもよい。追加の配位子はまた、ナノロッドの処方を改良／修飾するために使用してよい。一般に使用される表面配位子には、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）及びトリブチルホスフィン（ＴＢＰ）などのホスフィン類及びホスフィンオキシド類；ドデシルホスホン酸（ＤＤＰＡ）、トリデシルホスホン酸（ＴＤＰＡ）、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）及びヘキシルホスホン酸（ＨＰＡ）などのホスホン酸類；ドデシルアミン（ＤＤＡ）、テトラデシルアミン（ＴＤＡ）、ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ）及びオクタデシルアミン（ＯＤＡ）などのアミン類；ヘキサデカンチオール及びヘキサンチオールなどのチオール類；ならびにメルカプトプロピオン酸及びメルカプトウンデカン酸などのメルカプトカルボン酸類が挙げられる。特定の目的に特別仕様のその他の配位子もまた使用することができる。
【００４５】
ナノロッド構造体全体の長さは、８ｎｍ〜５００ｎｍの間の範囲にあり、好ましくは１０〜１６０ｎｍの間の範囲とすることができる。ロッドの全体直径は１〜２０ｎｍの間であり、より具体的には１〜１０ｎｍの間とすることができる。典型的なナノロッドは、２を超える長さ／直径のアスペクト比を有し、あるいは優先的に３を超えるアスペクト比を有する。
【００４６】
異方性ナノロッドの発光波長（色）は、励起光に応答して、ナノロッドの寸法及び／または材料組成を制御することによって適切に選択することができる。発光波長の調律／調整におけるこの融通性は、表示に必要な基調色を生成する発光デバイスの色の高度な変化を可能とする。たとえば、単一型のロッド試料を単色表示の単色背面光源に使用することができ、あるいは異なる色で発光する２つ以上の異なるロッドの組合せをカラー表示に使用することができる。さらに、（多色表示によって提供される３つ以上の色の）各色は、選択された色（中心波長に相当する）のまわりで特定の波長分布の光を放出するように（典型的には寸法変化によって）構成されたナノロッドの組合せによって生成してもよい。つまり、各画素は、選択された中心波長（たとえば、赤、緑または青）のまわりの選択された分布を有する発光を提供する、所定の寸法分布の整列ナノロッドを含んでいてもよい。共通整列軸を有する（すなわち、同じ偏光度の光を放出する）画素のグループは、異なる色の光の放出によって励起光に応答するように構成されたナノロッドで形成される画素を含んでいてもよい。
【００４７】
本発明の発光デバイス１０、または単一画素もしくは画素の組に相当するその部分は、ガラスまたはポリマー製の基板（担体）上に配置（堆積）された整列ナノロッドを含む層として製造してもよい。代替的に又は付加的に、デバイス１０は、ナノロッドを埋め込むとともに所望の機械的、化学的及び光学的特性を与えるマトリックス材料の形態で担体を含んでいてもよい。該マトリックス材料は、（モノマーなどの液体または半固体の前駆体材料から形成される）ポリマー、エポキシ、シリコーン、ガラス、またはシリコーンとエポキシのハイブリッドなどの材料から選択することができる。ポリマーの具体例としては、フッ素化ポリマー、ポリアクリルアミドのポリマー、ポリアクリル酸のポリマー、ポリアクリロニトリルのポリマー、ポリアニリンのポリマー、ポリベンゾフェノンのポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）のポリマー、シリコーンポリマー、アルミニウムポリマー、ポリビスフェノールのポリマー、ポリブタジエンのポリマー、ポリジメチルシロキサンのポリマー、ポリエチレンのポリマー、ポリイソブチレンのポリマー、ポリプロピレンのポリマー、ポリスチレンのポリマー及びポリビニルポリマーから選択されたポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリビニルポリマー及びフッ素化ポリマーから選択してもよい。他のいくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコールまたはポリメチルメタクリレートであってもよい。ナノロッドが埋め込まれたこのようなマトリックスの厚さは、１００ナノメートルから５０マイクロメートル（例ではミクロンとも呼ばれる単位）、好ましくは０．５マイクロメートルから２５マイクロメートル、さらに好ましくは２マイクロメートルから１０マイクロメートルの間の範囲にあってもよい。
【００４８】
上述の通り、異方性ナノ粒子、すなわち２つのより短い軸に対して１つのより長い軸を有するナノ粒子による発光（典型的には蛍光による）は、好ましい偏光軸によって特徴づけられる。たとえば、整列されたナノロッドの組からの蛍光により放出される光は、実質的に直線偏光によって特徴づけられ、典型的には、整列されたナノロッドの組から放出された光強度の少なくとも５１％、または該強度の少なくとも６０％が、規定された好ましい偏光度の内にある。いくつかの構成では、整列された発光ナノロッドは、放出光強度の約７０％以上が所望の偏光状態になるように光を放出することができる。上述の通り、放出光は、ナノロッドの整列軸に沿って偏光された光成分の強度と、整列軸と垂直に偏光された光成分の強度との比を定義する偏光比ＰＲによって特徴づけることができる。
【００４９】
図１には特に示されていないが、発光デバイス１０は、放出光の光路中に配置された追加の偏光フィルタを含んでもよいことに留意すべきである。該偏光フィルタは、発光デバイス１０の構造に取り付けられた別体の光学素子としてもよく、あるいは、構造自体の層（たとえば、ワイヤグリッド偏光子、またはインセル(In-Cell)偏光子）である、構造１０の一体化部分である層として形成してもよい。この目的のために、パターン化された偏光フィルタは、典型的には、パターン化された偏光素子（フィルタ）の層として形成され、この偏光素子は典型的には、偏光特性を向上するために各グループの画素から放出された光が適切にフィルタリングされるように、画素の２つのグループの画素配列に相当するパターンを含む。より具体的には、パターン化された偏光フィルタは、２つの画素グループの各画素からの好ましい偏光配向を透過できるように配列された複数の偏光子を含んでいてもよい。この偏光フィルタは、デバイス１０の発光面に取り付けられた追加層としてもよい。好ましくは、発光面へのフィルタの取付けは、フィルタからの反射を最小限にするようなものである（すなわち、フィルタと前記面の間の適切な光学接触を提供する）。このようなパターン化された偏光フィルタ層は、画素毎にＰＲを改善することに留意すべきである。加えて、整列されたナノロッドから放出された光が少なくとも部分的に偏光され、かつ阻止される光成分（フィルタの偏光とは異なる偏光の光成分）が総発光強度の５０％よりも遙かに少ないことにより、偏光フィルタによるエネルギー損失は比較的に低い。
【００５０】
上述の発光デバイスは、典型的には、携帯用または家庭用の電子デバイス（たとえば、ＴＶ画面、表示プロジェクター）の表示ユニットなどの表示システムに組み込むことができる。上述の発光デバイス１０と、光源ユニット５０と、電極配列２０が動作するように、すなわち対応するナノロッドの発光を変調するために適切な画素１２の電極２２Ａと２２Ｂの間に電位（電圧）を印加するように構成された制御ユニット６０とを含む表示デバイス１００を例示している図２を参照する。デバイス１０の異なる画素内のナノロッドの発光を選択的に変調することによって、表示画像の変化を達成できる。光源５０は、比較的短い波長（たとえば、紫外域または紫色域）によってナノロッドを照らすように構成され、それによってナノロッドに光学励起をもたらす。典型的には、光源５０は背面光源として構成されている。しかし、いくつかの実施形態では、またデバイス１０の構成によっては、光源５０は発光デバイス１０の一つ以上の側面に配置することができる。上記のように、パターン化された偏光フィルタは、好ましくは放出光の光路中に置かれており、放出光のＰＲを向上するように構成されている。このようなパターン化された偏光フィルタは、偏光配向間のクロストークを低減する。これは、視聴者に使用される偏光眼鏡（polarizer glasses）による効率的な光学フィルタリングを可能とする。放出光の直線偏光を円偏光に変換するために、または偏光された光の角度方向を変えるために、発光構造（画素アレイ）と視聴者の間に置いた追加のフィルムを使用してよいことにも留意すべきである。加えて、様々な光取出し素子を画素アレイに取り付けてもよく、あるいは偏光フィルタに対して上流または下流の放出光の光路内に配置してもよい。このような光取出し素子（たとえば、プリズム、錐体、マイクロレンズなど）は、指向性などのパラメータを改善するために、または放出光の漏洩を低減させるために使用してもよい。好ましくは、すべての光取出し素子、ならびにデバイス内で使用される他のフィルタ（たとえば、色フィルタ）は、偏光を維持する光学素子として構成され、それによって放出光の偏光特性が保持される。
【００５１】
光源ユニット５０は、単一の光源でも良く、あるいは個々の画素１２に、またはすぐ傍に配置された画素の組に光学励起を与えるように構成された別々の光源のアレイでもよいことに留意すべきである。光源のアレイは、側面励起または背面照明によって、画素または画素の組を照らしてよいことにも留意すべきである。光源ユニット５０の様々な構成は、励起光の様々なフィルタリング技術を利用するために用いても良い。複数の別々の励起光源が、様々な照明パターン（様々な画像の表示）を創造するための、たとえば「局所調光」を提供するために、より高度な融通性を可能にしていることにも留意すべきである。上記のように、発光媒体（ナノロッド）は、ナノロッドを励起光に曝露できるように構成された担体／支持構造に埋め込んでよく、担体は、励起波長範囲と放出波長範囲の両方に対する光学窓（たとえば、透過性である）を有してよく、あるいは発光媒体は、励起波長範囲及び／または放出波長範囲に対して透過性である担体の表面に堆積してもよい。
【００５２】
一般に、光はナノロッドから様々な方向に向けて放出される。しかし、放出光が好ましくは特定の方向に向くようにされるべきである表示システムを提供するには、構造体がその構造体の特定の面に直交する方向にする。このため、（平坦な、または平坦でない）面上のナノロッドの配列が放出光のほとんどをもたらし、その面に直交する方向に比較的指向性の照明を提供する。少なくとも部分的に反射性の反射層をその面の裏面に沿って配置して、後方への放出光成分を視聴者に向けて反射してもよい。この反射面は、好ましくは偏光を保持し、放出光を反射しながら励起光は透過させるように構成される。たとえば、ナノロッドは、励起光は通過できるが放出光は反射するように構成された二色性材料の上に配置／堆積してもよい。代替的に又は付加的に、ナノロッドを保持する基板と励起光源（または側面励起の場合の、励起光を導くウェッジ）の間に、二色性または他の部分的反射性の層を配置してもよい。少なくとも放出光波長に対し透過性である追加の透明層を視聴者に向けて放出される光の光路内にあるナノロッド自体の上に配置し、励起光が視聴者に達することを阻止しながら放出光が透過できるように構成する（たとえば、ＵＶフィルタ層）。
【００５３】
２つの画素グループ（１２Ａ及び１２Ｂ）内のナノロッドの垂直整列軸により、２つの直交偏光Ｐ１及びＰ２を有する照明パターンを生成することが可能になる。このような照明パターンは、表示システムにおいて３次元効果を提供するために使用することができ、偏光眼鏡（受動眼鏡）を使用する視聴者に３次元画像の視認を可能とする。眼鏡は、１つの偏光方向（偏光状態）の光は各使用者の眼に向けて透過させるが直交偏光の光は阻止する偏光フィルタで作られ、それによって、適切に構成された画像または画像ストリーム（映像）の３Ｄ視聴が可能になる。より詳細には、本発明による発光デバイス１０を利用する表示システム１００は、適切な眼鏡を着用している視聴者がその右眼で１つの画像を、その左眼でもう１つの画像を見ることができるように、第１及び第２の画素グループの各画素を使用して２つの異なる画像を表示することができる。視聴者の右眼及び左眼へのこのような個々の結像は、その別々の画像が適切に適合されている場合に、３次元効果を提供できる。映像は、典型的には、納得のいく３Ｄ効果を提供するように取得されるか、または少なくとも適切に処理される必要があることに留意すべきである。
【００５４】
図３Ａ及び図３Ｂは、典型的に表示システム１００に組み込まれる、３次元画像を視聴するための発光デバイス１０の使用を示す。図３Ａは、直交偏光Ｐ１及びＰ２の光を放出する画素の２つのグループを含む発光デバイス１０の画素配列を示し、図３Ｂは、３次元効果を得るために観客が着用する偏光眼鏡７０を示す。偏光眼鏡は、眼鏡の片方が、偏光Ｐ１の光を透過させる偏光子を含み、眼鏡のもう片方が、偏光Ｐ２の光を透過させる偏光子を含むように構成されている。観客がこのような眼鏡を着用している時、着用者の片方の眼がデバイス１０の画素１２Ａから放出された光を受け取り、もう片方の眼が画素１２Ｂから放出された光を受け取る。表示システムは一般に、わずかにずれた視点から、２つの画素グループそれぞれで生成される２つの画像を得るように構成してもよい。上述のように、発光デバイスは、放出光の偏光を回転させるように、および／または直線偏光を円偏光状態に変換するように構成された偏光回転子を含んでもよいことに留意すべきである。一般に、偏光Ｐ１及びＰ２は、たとえば、水平及び垂直の直線偏光などの２つの直交偏光状態（一般に任意の２つの直線直交偏光状態）、あるいは時計回り及び反時計回り円偏光に相当する。なお、これらの図は、放出光の直線偏光、及び眼鏡に一般に使用される直線偏光子を示すが、時には円偏光が好ましいことに留意すべきである。さらに、適切なフィルタによって分離できる任意の２つの直交偏光状態を用いてもよい。
【００５５】
ここで、発光デバイスの単一画素１２に関連付けられている電極素子２２Ａ及び２２Ｂの２つの可能な構成を示す、図４Ａ及び図４Ｂを参照する。図４Ａは、指状構造（「くし状」構造またはインターデジタル電極ユニット構成）を有する電極ユニットの面内構成の例を示し、図４Ｂは、サンドイッチ構造の電極を示す。面内構成では、電極２２Ａ及び２２Ｂは、画素アレイ１２の平面内に配列され、ナノロッド２４の整列軸Ｐと実質的に平行になっている力線を有する電界を供給するように動作可能である。この図に示される電極２２Ａ及び２２Ｂは、インターデジタル構成の形で配列された複数の電極指が組み合わされた電極ユニットである。このインターデジタル構成により、好ましくは実質的に平行な電界線（電界の方向は、異なる電極ユニット（指）間で交互になり得るけれども）を提供できる。電極２２Ａ及び２２Ｂはまた、２つの電極だけが画素領域及びナノロッド２４の２つの対向する面に配置された、キャパシタ状のアセンブリに構成してもよいことに留意すべきである。２つの電極の隣接する指の間の間隔は、以下ではギャップと呼ばれ、整列されたナノロッドに印加電界が作用する活性領域である。図４Ｂに示されたサンドイッチ構成では、電極２２Ａ及び２２Ｂは、離間された２つの平行平面内にあり、画素アレイ１２は、電極のこれら２つの平面の間の平面内にある。この構成では、電極間の電界Ｅの力線と、ナノロッドの整列軸（Ｐ１またはＰ２）とは実質的に垂直になっている。この構成では、電極配列設計を簡単にすることができるが、一方の電極による励起光の透過、かつ少なくとももう一方の電極による放出光の透過を可能にするために、光学的に透明な電極を使用することが必要である。異なる電極素子２２Ａ及び２２Ｂは典型的には、異なる波長域の光を透過させるべきであり、したがって、異なる材料を使用してもよいことに留意すべきである。サンドイッチ構成では、電極の一方の材料は、励起光をフィルタリング除去するために使用してもよい。電極の適切な透過性を有するサンドイッチ構成は（電極の両方とも放出スペクトルに対して透過性であり、励起スペクトルに対してはフィルタリング除去（吸収）する）、側面励起と組み合わせてもよく、それによって両面表示構成が可能になることにも留意すべきである。
【００５６】
上記にも示したように、画素アレイの画素は、異なる波長の光を放出するように構成されたナノロッドを含み、それによって多色表示機能を提供することができる。図５は、垂直偏光の光をそれぞれ放出するように構成された画素からなる２つのグループの画素を含む画素アレイ１２の構成を例示しており、各グループは、３原色の光を放出するように構成された画素の３つの組を含む。この図では、画素アレイはマトリクスとして示されており、マトリクスのうちのそれぞれ異なるブロックは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｇ）の光を放出するように構成された個別の画素を表す。個別の画素内のナノロッドの、放出光の偏光配向に相当する整列軸は、異なる画素内に矢印で示されている。すなわち、図示のように、同じグループの画素は、偏光は同じで色が異なる光を放出する。典型的な多色表示システムは３原色を利用するが、本発明の発光デバイスは、任意の色数の発光画素を含んでもよいことに留意すべきである。図５に例示された異なる色及び／または異なる偏光の画素の配列は、非限定的な例であり、たとえばチェス盤配列を含む、任意の配列を使用してよいことにも留意すべきである。
【００５７】
所定の軸に沿って整列された異方性ナノ粒子（ナノロッド）は、整列軸に沿って実質的に直線偏光である光を放出するが、３次元表示システムは、２つの直交円偏光状態を有する画像の提供に利することができる。上記のように、表示システムに組み込まれる、または組み込まれない本発明の発光デバイスは、偏光回転子に取り付けるか、またはそれを備えており、それによって放出光の偏光を回転させることができる。たとえば、４分の１波長板（λ／４板）を放出光の光路内に配置するとともに、一方の直線偏光状態を時計回り円偏光に、もう一方の直線偏光状態を反時計回り円偏光に変換するように配列してもよい。このような効果を得るには、λ／４板は、その光学軸が放出光の両方の直線偏光軸（整列軸と実質的に平行である）に対して４５°の角度に向くように配置し配列してもよい。多色表示装置の場合では、またその場合はいつでも、別々のλ／４板を、異なる色の光を放出する画素の組に使用してもよい。別法として、無色広帯域位相差フィルム（achromatic Broad Band Retarder film）を使用してもよい。このような無色広帯域位相差フィルムは、典型的には、異なる角度で配置された位相差板（retarders）の「積層体」から成り、直線−円偏光変換フィルムの色依存性を折衷するように構成されている（たとえば、この特定の非限定的な例に関して参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第7969543号に記載されているように）。λ／４板及び様々な他の位相差フィルムの構成及び作用は一般に知られており、したがって本明細書では詳細に説明する必要はないが、このような光学素子は通常、そこを通る光の偏光成分間に一定の遅れを生成するように構成されることに注意する必要があることに留意すべきである。適切に配置され配列された場合、λ／４板または他の位相差フィルムは、直線偏光された光を円偏光に変換するのに使用することができ、逆もまた同様である。
【００５８】
以下は、垂直整列軸を有し赤色発光ナノロッドを含む画素の２つのグループを利用する単色表示デバイスの製造及び動作の一例である。上述の画素のアレイによって形成される構造体は、以下のように準備した。直径２インチ、厚さ０．５ｍｍのガラスウェハを、通常のリソグラフィ及びクリーンルーム技術を用いて、１ミクロンの幅を有するアルミニウム電極でパターン化した。画素パターンは、１００ミクロン間隔のグリッド上に配置された４×４画素のアレイによって画定され、この画素アレイは、図１に示されたものと実質的に類似しているが、異なる数の画素を有する。各画素の領域は、電極指の絡み合った「くし形」構造体を含み（４本及び５本の電極指を示す図４Ａの電極構成と同様に、６本の電極指が１つの接点に並列に接続され、７本の電極指が別の接点に並列に接続される）。電極指のそれぞれの幅は１ミクロンであり、交互になっている電極間のギャップは３ミクロンである。各画素の活性領域は、約５０×５０ミクロンになるように構成する。この電極の構成により、蛍光整列ナノロッドに対して１２個のギャップを含む活性領域が得られる。
【００５９】
異なる画素に関連付けられている電極は、正方グリッドの外側数ミリメートルに配置されたパッドに接続された。画素アレイは、２つのグループの画素から成るように構成したので、２つのグループの画素に対する電極配列が電極間の電界の垂直方向となる。より詳細には、垂直電極画素は列１及び列３にあり、水平電極画素は列２及び列４にある。
【００６０】
長さ４５ｎｍで直径５ｎｍのＣｄＳナノロッド内にＣｄＳｅナノドット構造を有するシードナノロッドを、画素内の光学活性媒体として機能するように（この特定の非限定的な例に関して参照することにより本明細書に組み込まれる、L. Carboneらの「Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach（シード成長手法によって調製されたコロイド状ＣｄＳｅ／ＣｄＳナノロッドの合成及びマイクロメートル規模アセンブリ）」、Nano Letters、2007年、7 (10)、2942〜2950頁に記載されているものと同様の手順に従って）合成した。これらのナノロッドは、ＵＶ放射による光学励起に応答して、ピーク波長が６３５ｎｍの赤色光を放出する。ナノロッドを含むトルエン溶液を、全アレイの電極に電界を印加した状態で基板上に滴下する。電極によって生成された電界が、各画素に関連付けられている電極対間の電界ベクトルに従ってナノロッドに与えられる。この電界は、周波数１０ｋＨｚで電圧１２０Ｖｐｐ（ピークトゥピーク電圧）の交流電圧を印加することによって印加された。電界は画素電極配向によって決定されるため、ナノロッドは、各画素内で所望の方向に整列される。
【００６１】
溶媒の蒸発後、画素アレイは動作可能である。発光ピークが３６５ｎｍのＵＶ光源（ロイズナー  レーザーテクニク  ゲーエムベーハー（Roithner Lasertechnik GmbH）（オーストリア国、ウィーン市、ヴィードナー  ハウプト通、76番地、A-1040）製のH2A1-H365-S）による光励起がナノロッドの面に向けられて、ナノロッドが蛍光を発することになる。右眼が列１及び列３から放出された光を主として見る一方で、左眼は列２及び列４から放出された光を見ることができるように構成された直線偏光眼鏡を利用することによって、光励起に曝した面と反対側のガラス基板の一面の方向から赤色発光が見られる。前記のようにこのガラス面に、パターン化偏光子、光取出し及び４分の１波位相差板などの追加フィルムを取り付けることができる。
【００６２】
自作の電気駆動システムを使用して、発光の電気変調を試験した。各画素に方形交番極性波形の様々な駆動電圧を、１０ｋＨｚの周波数で０から３４０Ｖｐｐの範囲の電圧をかける。画素の変調は、０Ｖｐｐ駆動電圧に対する０％から３４０Ｖｐｐに対する９１〜９５％（様々な画素に対して）（すなわち、０Ｖｐｐでの発光より９１〜９５％低い）までの範囲にわたる。電圧変調に対する各画素の応答を別々に測定することによって、変調電圧は、その電圧範囲で０〜９１％の間の変調が得られるよう、異なる画素（垂直画素と水平画素の両方のグループ）から同等の応答が得られるように較正した。画素内で整列された光学活性（発光）ナノロッドにより、３．３から３．８の間で変化する放出光のＰＲが得られ、したがって、ある一定の画像間クロスオーバが認められた。前記のように、異なる放出光の偏光の間のこのようなクロスオーバは、放出光の光路内に置いたパターン化偏光フィルタによって低減させるが、除去することもできる。
【００６３】
λ／４フィルムを放出光の光路内に置いて、その光軸が、偏光された光成分の両方の偏光軸に対して４５°の角度に向くように配置した。λ／４フィルムのこの構成により、一方の偏光方向の光成分が時計回り円偏光に変換され、垂直偏光方向の光成分が反時計回り円偏光に変換されるように直線偏光の光を円偏光の光に変換することが実現する。励起ＵＶ放射を阻止するように構成された追加のＵＶ阻止フィルムを視聴者と向かい合うガラス面に配置した。放出光を適切な偏光フィルタ眼鏡を用いて観察することで、視聴者の頭の向きにかかわらず、一方の眼には画素の一方のグループから放出された光だけが見え、もう一方の眼には画素のもう一方のグループから放出された光だけが見えることが実現した。
【００６４】
多色表示デバイスを製造するため、本発明者らは、上述の赤色発光ナノロッドに加えて、４７ｎｍの長さ及び３．５の直径を有する追加の緑色発光ナノロッドを使用した。このナノロッドを同様の方法で調製したが、そのピーク発光は４５８ｎｍの波長であった。
【００６５】
４×４アレイの画素を２インチ０．５ｍｍのガラスウェハ上に２×２ｍｍの画素寸法で準備した。各画素は、電極指間のギャップが１０ミクロンで各指の幅が５ミクロンである、図４Ａのものと同様のくし形電極構造で構成した。画素アレイ素子は、間隔が３ｍｍの正方格子上に配置する。ナノロッドは、適切に選択された多色パターンを生成するために、２つの異なるトルエン溶液の中で調製し、対応する画素中に堆積した。溶液の堆積は、画素ごとに０．２ｍＬの滴量を堆積するピペットを使用して行った。ナノロッドを適切な軸に沿って整列させるために、また大きいサイズの画素上に広がることさえ可能にするために、堆積中に、各画素の電極間に１０ｋＨｚで２５０Ｖｐｐの電位を印加した。加えて、この印加電位は、溶液（及びナノロッド）が画素領域の外側に広がらないようにする助けにもなる。
【００６６】
この例では、画素マトリクスは、列１及び列３が垂直の整列方向を有し、列２及び列４が水平に整列されるように構築した。選択されたカラー方式を実現するために、赤のナノロッドは列１及び列２に堆積し、緑のナノロッドは列３及び４に堆積した。
【００６７】
画素内に整列された光学活性（発光）ナノロッドにより、３．９から４．７の間で変化する放出光のＰＲが得られ、したがって、ある一定の画像間クロスオーバが認められた。
【００６８】
電極素子の反対側に位置し、放出光を適切にフィルタリングしてより高いＰＲを得るように構成された、追加の偏光子フィルム層を画素アレイのガラス側（表示側）に構築した。このフィルタ層は、（たとえば、MeCan Imaging Inc.から入手した）３ｍｍストライプの形の偏光子フィルムである。前の例で説明したように、励起ＵＶ放射を阻止するように構成された追加のＵＶ阻止フィルムを、視聴者と向かい合うガラス面に配置した。
【００６９】
この構造体を、上述のように、構造体の電極の表面からＵＶ光源によって光励起した。光励起したとき、各画素のナノロッドは赤色及び緑色の光を放出した。放出光は、１０ｋＨｚにおいて最大で７５０ボルトまでのＶｐｐで駆動する方形波の電圧を選択的に供給することによって変調した。この電気的変調により、様々な画素で最大で８９％まで変調された。この構造体は、配向偏光子（たとえば、偏光眼鏡）を通して観測したとき、列１及び列３は垂直偏光子を通して明るく見え、列２及び列４は水平偏光子を通して明るく見えた。
【００７０】
追加の偏光回転子を放出光の光路内の構造体上に配置して、２つの直角円偏光状態が得られた。使用した偏光回転子は（MeCan Imaging Inc.から入手したMCR140A、市販用、高品質λ／４フィルム）であった。この構成では、それぞれ異なる偏光の画素は、円偏光フィルタを使用して別々に見えた。
【００７１】
上の例で説明した増大画素サイズは、屋外広告板などの大型サイズの表示システムに使用できることに留意すべきである。しかし、この画素サイズは、選択された例で使用された構築技術によって制限されるのであり、本発明の原理によって制限されるのではないことにも留意すべきである。
【００７２】
こうして本発明は、光の２つの直角偏光状態から成る、望ましくパターン化された照明を生成できる発光デバイスを提供し、それによって単色または多色の表示装置が得られる。このデバイスは、表示システムに組み込んでもよいだけでなく、画像及び映像表示の３次元効果を可能にする。典型的な表示システムは、様々な電子デバイス、テレビジョン、屋外広告板などに使用するためのスクリーンであってよい。当業者には、様々な修正及び変更を上記の本発明の諸実施形態に加えることが、添付の特許請求の範囲、及び特許請求の範囲の組合せで定義される本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが容易に理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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