(57)【要約】光ルミネセンスカラーディスプレイは、赤色、緑色、及び青色の副画素領域から構成される複数の画素を含むディスプレイパネルと、ディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、光ルミネセンス色要素板と、を備える。光ルミネセンス色要素板は、前記励起放射線に応じて、ディスプレイの赤色、緑色、及び青色の副画素領域に対応する光を発するよう動作可能な、蛍光体材料又は量子ドットなど、少なくとも１つの光ルミネセンス材料を含む。また、光ルミネセンスカラーディスプレイは、光ルミネセンス色要素板と励起源との間に備えられた波長選択フィルタを含み得る。波長選択フィルタは、光ルミネセンスの光が通過して励起源に戻るのを防止することにより、ディスプレイの異なる色の副画素領域間の光のクロスコンタミネーションを防止する一方、励起放射線の通過を可能にして光ルミネセンス材料を励起する透過特徴を有する。
2015510615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ルミネセンスカラーディスプレイであって、
赤色、緑色、及び青色の副画素領域から構成される複数の画素を含むディスプレイパネルと、
前記光ルミネセンスカラーディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、を備え、
赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な第１の光ルミネセンス材料と、緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を発するよう動作可能な第２の光ルミネセンス材料と、青色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を発するよう動作可能な第３の光ルミネセンス材料と、のうち少なくとも１つの光ルミネセンス材料を含む光ルミネセンス色要素板を含み、
前記光ルミネセンス色要素板と前記励起源との間に配置され、励起放射線の通過を可能にし、かつ前記光ルミネセンス材料によって生成された光の通過を実質的に防止するという特性を備える波長選択フィルタを有することを特徴とする、光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項２】
前記波長選択フィルタが、前記光ルミネセンス材料によって生成された光を実質的に反射する、請求項１に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項３】
前記波長選択フィルタが、臨界波長未満で最大になり、かつ前記臨界波長を越えると最小になる、透過率特性を有し、前記臨界波長は、前記励起放射線の波長よりも長く、かつ前記光ルミネセンス材料によって生成される光の波長よりも短い、請求項１又は請求項２に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項４】
前記波長選択フィルタが、ダイクロイックフィルタを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項５】
前記励起源に対して遠位の前記ディスプレイパネルの面に設けられるカラーフィルタ板を更に備え、前記カラーフィルタ板は、赤色副画素領域に対応し、かつ赤色光の通過を可能にするよう動作可能な第１のフィルタ領域と、緑色副画素領域に対応し、かつ緑色光の通過を可能にするよう動作可能な第２のフィルタ領域と、及び青色副画素領域に対応し、かつ青色光の通過を可能にするよう動作可能な第３のフィルタ領域と、のうち少なくとも１つを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項６】
前記光ルミネセンス材料が、無機蛍光体材料、有機蛍光体材料、量子ドット材料、有機染料、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項７】
前記光ルミネセンス材料が、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、セレン化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｅ）、セレン化硫化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳｅＳ）、セレン化硫化カドミウム（ＣｄＳｅｘＳ１−ｘ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化硫化カドミウム（ＣｄＴｅｘＳ１−ｘ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＰ）、ひ化インジウム（ＩｎＡｓ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、セレン化硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｘＳｅ２−ｘ）、硫化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳ２）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２）、硫化銅ガリウム（ＣｕＧａＳ２）、セレン化銅インジウムアルミニウム（ＣｕＩｎｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、セレン化銅ガリウムアルミニウム（ＣｕＧａｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、硫化銅インジウム硫化亜鉛（ＣｕＩｎＳ２ｘＺｎＳ１−ｘ）、及びセレン化銅インジウムセレン化亜鉛（ＣｕＩｎＳｅ２ｘＺｎＳｅ１−ｘ）からなる群から選択される量子ドットを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項８】
前記光ルミネセンス材料が、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの背板の下面又は上面のいずれかに備えられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項９】
前記励起放射線が、少なくとも１つのＬＥＤにより生成された波長範囲が３６０ｎｍ〜４００ｎｍのＵＶ光、少なくとも１つのＬＥＤにより生成された波長範囲が４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光、及びガスのプラズマ放電からなる群から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項１０】
前記励起源と前記光ルミネセンス色要素板との間に配置された光拡散平面を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項１１】
光ルミネセンスカラーディスプレイであって、
赤色、緑色、及び青色の副画素領域から構成される複数の画素を含むディスプレイパネルと、
前記光ルミネセンスカラーディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、を備え、
赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な赤色量子ドット材料と、緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を生成するよう動作可能な緑色量子ドット材料と、及び青色副画素に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を発するよう動作可能な青色量子ドット材料と、のうち少なくとも１つの量子ドット材料を含む光ルミネセンス色要素板を有することを特徴とする、光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項１２】
前記量子ドット材料が、カドミウムを含まない量子ドットを含む、請求項１１に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項１３】
前記量子ドット材料が、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、セレン化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｅ）、セレン化硫化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳｅＳ）、セレン化硫化カドミウム（ＣｄＳｅｘＳ１−ｘ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化硫化カドミウム（ＣｄＴｅｘＳ１−ｘ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＰ）、ひ化インジウム（ＩｎＡｓ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、セレン化硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｘＳｅ２−ｘ）、硫化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳ２）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２）、硫化銅ガリウム（ＣｕＧａＳ２）、セレン化銅インジウムアルミニウム（ＣｕＩｎｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、セレン化銅ガリウムアルミニウム（ＣｕＧａｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、硫化銅インジウム硫化亜鉛（ＣｕＩｎＳ２ｘＺｎＳ１−ｘ）、及びセレン化銅インジウムセレン化亜鉛（ＣｕＩｎＳｅ２ｘＺｎＳｅ１−ｘ）からなる群から選択される材料を含む、請求項１１に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【請求項１４】
前記量子ドット材料が、コンタクト印刷処理を用いて、量子ドットの薄層として基材の上に直接堆積される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の光ルミネセンスカラーディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号をカラー画像に変換する、フラットパネルディスプレイ及びカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのカラーディスプレイの分野に関する。詳細には、本発明は、光ルミネセンス材料を使用し、バックライトからの励起放射線に応じて色光を生成する、カラー透過型ディスプレイに関し、かかるディスプレイは、光ルミネセンスカラーディスプレイ又は光ルミネセンスのカラーディスプレイと称する。
【背景技術】
【０００２】
世界を照らし、見ることを可能にする光は、太陽エネルギー（太陽電磁スペクトルのいわゆる可視領域）によってもたらされる。この領域は、スペクトル全体の極めて狭い部分であり、可視領域は、人の目で見ることができる部分である。その波長は、青色の端又は近紫外で約４４０ｎｍ〜赤色又は近赤外で約６９０ｎｍの範囲である。可視領域の中央は、約５５５ｎｍで緑色である。人の視覚において、白色光に見えるものは、実際、いわゆる黒体放射の連続体を重み付けした量から構成されている。人の観察者に「白く」見える光を作り出すために、光は、赤色（Ｒ）が約３０パーセント、緑色（Ｇ）が５９パーセント、青色（Ｂ）が１１パーセントという成分ウェートを有する必要がある。
【０００３】
光が白いという知覚は、ＲＧＢ色成分のうちの１つの量が変更されたときでも、他の２つの量を補償のために調節し得る限り維持することができる。例えば、赤色光源をより長い波長にずらした場合、他の２つの色を変更しないままであるとき、白色光は、より青緑色を帯びて見える。しかし、緑色と青色のウェートを、それぞれ、元の値の１１パーセントと５９パーセント以外のレベルに変更することによって、ホワイトバランスを復元することができる。人の目は、密接に配置された色を、白色光の個別の赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）の原色成分に解像する能力を有していないが、理由は、人の視覚系が、これら３つの成分を混合して中間物を形成するためである。人の視覚は、三原色のみを採り入れ（及び／又は感知し）、その他すべての色は、これら原色の組み合わせとして認識する。
【０００４】
今日使用されているカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、液晶（ＬＣ）セルのマトリックス／配列によって形成された画像素子、又は「画素」に基づく。既知の通り、ＬＣを通過する光の強度は、ＬＣ全体に印加された電界、電圧に応じて偏光の角度を変更することにより制御可能である。カラーＬＣＤに対して、各画素は、実際、１つの赤色、１つの緑色、及び１つの青色の３つの「副画素」から構成されている。まとめると、この３つ１組の副画素が、単一画素と称するものを構成している。人の目で単一の白色画素として認識されるものは、実際、３つ１組のＲＧＢ副画素であり、３つの副画素のそれぞれの輝度が同じに見えるよう、強度を重み付けしている。同様に、人の目で白い実線が見えるとき、実際に表示されているのは、一連の又は線状の、３つ１組のＲＧＢである。複数の副画素の構成は、光源の測光出力を１組の所望の色座標に調整することで、大きなカラーパレットに対して優れた色調指数（ＣＲＩ）及び動的色選択を提示することによって、処理できる。
【０００５】
現在のカラー透過型ＬＣＤ技術において、この色調整は、カラーフィルタを用いて実施する。従来のカラー透過型ＬＣＤの作動原理は、液晶（ＬＣ）マトリックスの背後に位置する明るい白色光バックライト光源、及び液晶マトリックスの反対側に置かれたカラーフィルタのパネルに基づく。液晶マトリックスは、デジタル方式で切り換えられ、各画素のカラーフィルタのそれぞれに到達するバックライト光源からの白色光強度を調整することにより、ＲＧＢ副画素によって透過された色付きの光の量を制御する。カラーフィルタを出る光が、カラー画像を生成する。
【０００６】
通常のＬＣＤ構造体は、サンドイッチのようであり、その中で、液晶が、２枚のガラスパネルの間に備えられ、１枚のガラスパネルは、各副画素に対応するＬＣの電極全体に印加される電圧を制御するスイッチ要素を含み、もう１枚のガラスパネルは、カラーフィルタを含む。バックライト光源に面する構造体の後に位置するＬＣマトリックスを制御するためのスイッチ要素は、通常、副画素毎に各ＴＦＴが、備えられる、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配列を備える。カラーフィルタガラスパネルは、まとめられた１組の原色（赤色、緑色、及び青色）カラーフィルタを有するガラス板である。光は、カラーフィルタガラスパネルを出て、画像を形成する。
【０００７】
既知の通り、ＬＣは、印加された電界、電圧の機能として偏光の平面を回転させる特性を有する。偏光フィルタの使用を通して、また、ＬＣ全体に印加された電圧の機能として、偏光の回転の度合を制御することにより、バックライト光源が、偏光フィルタに供給する白色光の量は、赤色、緑色、及び青色の副画素毎に制御される。偏光フィルタを通して透過された光は、視聴者が、ＴＶ画面又はコンピュータモニターで見る画像を作り出すための、色の範囲を生成する。
【０００８】
通常、バックライトで照らすために使用される白色光源は、水銀を充填した冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を含む。ＣＣＦＬ管は、通常ガラスであり、不活性ガスが、充填されている。管の中に置かれた電極全体に電圧が印加されるとき、ガスは、イオン化し、このイオン化されたガスは、紫外（ＵＶ）光を作り出す。今度は、ＵＶ光が、ガラス管内部で被覆された１つ又は２つ以上の蛍光体を励起して、可視光を生成する。反射体は、可視光をモニターに向け直し、可能な限り一様に分散させて、薄型フラットＬＣＤをバックライトで照らす。バックライト自体は、通常、ＮＴＳＣ（国家テレビ標準化委員会）の要件のおよそ７５パーセントであった、使用可能な色温度及び色空間を常に画定した。
【０００９】
既知のＬＣＤシステムにおいて、カラーフィルタは、ＬＣＤの色を鮮鋭化するための主要構成要素である。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ  ＬＣＤ）のカラーフィルタは、カラーフィルタ板上に含まれる三原色（ＲＧＢ）からなる。カラーフィルタ板の構造体は、ブラック（不透明）マトリックスと、樹脂フィルムと、を含み、前記樹脂フィルムは、三原色染料又は顔料を含む。カラーフィルタの要素は、ＴＦＴを配列したガラス板上の単位画素と１対１で対応して整列する。単位画素中の副画素は、あまりにも小さく、個々に区別できないため、人の目には、ＲＧＢ要素が、三色の混合に見える。その結果、これら三原色を混合することにより、いくつかの制限付きで、任意の色を作り出すことができる。
【００１０】
高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の近年の発展により、色スペクトルを改善したＬＥＤバックライティングが可能になり、前記高輝度発光ダイオードは、ディスプレイのためのより広い範囲のスペクトル色を提供するために使用されている。加えて、ＬＥＤバックライティングにより、白色点の調整が可能になり、フィードバックセンサと連携すると、ディスプレイが、予め画定された性能で一貫して動作することが保証される。
【００１１】
これらのＬＥＤに基づくバックライティングシステムにおいて、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）ＬＥＤからの光出力が、白色光を作るのと同じ割合で混合される。あいにく、この手法は、ＬＥＤのそれぞれが異なる駆動条件を要求するために異なる回路が必要であることから、異なる三色のＬＥＤの強度を適切に制御するために、複雑な駆動回路を必要とする。
【００１２】
代替手法は、黄色発光蛍光体で被覆した単一の青色ＬＥＤチップを有する白色発光ＬＥＤを使用するものであり、前記黄色蛍光体は、青色ＬＥＤが発した青色光の一部を吸収した後、その光を（ダウンコンバージョンとして知られる処理において）黄色光として再度発する。黄色蛍光体が生成した黄色光を、青色ＬＥＤからの青色光と混合することにより、可視スペクトル全体に亘る白色光を作り出すことができる。あるいは、紫外ＬＥＤを赤色−緑色−青色蛍光体で被覆して、白色光を作り出すことができ、この場合、紫外ＬＥＤからのエネルギーは、ほとんど目に見えず、結果的に生じる白色光に構成要素を与えることができないため、蛍光体のための励起源としてのみ機能する。あいにく、かかるＬＥＤの白色光の生成物は、現在のＬＣＤで使用されているカラーフィルタとの相性があまり良くないため、バックライト強度の相当量が、浪費されている。
【００１３】
米国特許第４，８３０，４６９号では、ＵＶ光を使用して赤色、緑色及び青色発光蛍光体副画素を励起することにより、ＲＧＢカラーフィルタを不要にするＬＣＤが、提案されている。かかるＬＣＤを、光ルミネセンスカラーＬＣＤと称する。波長３６０ｎｍ〜３７０ｎｍのＵＶ光を発する水銀灯を、バックライトとして使用し、赤色、緑色、及び青色発光蛍光体は、前基材板上に備えられる。液晶マトリックスによって変調された後のＵＶ光は、それに応じて赤色、緑色及び青色光を発する前板の蛍光体副画素に入射する。
【００１４】
米国特許第６，８４４，９０３号では、液晶層の後に波長４６０ｎｍの一様な青色光を供給するカラー透過型ＬＣＤが、教示されている。この青色光は、液晶層によって変調された後、液晶層の上に位置する蛍光体材料の背面に入射する。第１の蛍光体材料は、青色光を照射すると、ディスプレイの赤色画素領域に対して赤色光を生成し、第２の蛍光体材料は、青色光を照射すると、ディスプレイの緑色画素領域に対して緑色光を生成する。青色光は、バックライトから供給されるため、蛍光体材料は、青色副画素領域の上を覆って堆積されない。好適な拡散器（例えば、粉末を散布する）を青色副画素領域に位置させて、青色画素が、赤色及び緑色画素の視野角特性に合うようにできる。
【００１５】
米国特許出願公開第２００６／０２３８１０３号及び同第２００６／０２４４３６７号において、波長３６０ｎｍ〜４６０ｎｍのＵＶ光及び波長３９０ｎｍ〜４１０ｎｍの近青色−ＵＶ光をそれぞれ使用して、赤色、緑色及び青色発光蛍光体副画素を励起する光ルミネセンスカラーＬＣＤが、教示されている。近青色−ＵＶバックライティングの使用により、ＵＶ光による液晶の劣化を低減する。
【００１６】
光ルミネセンスカラーＬＣＤの更なる例が、特願第２００４０９４０３９号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、量子ドット、無機及び有機蛍光体材料などの光ルミネセンス材料を利用して、副画素の異なる色の光を生成するルミネセンスカラーディスプレイに関する。当該技術において必要なものは、ＲＧＢ光ルミネセンスに基づくカラーレンダリングスキームを使用して、色を鮮鋭化し、画像の輝度を高めるカラーディスプレイである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の実施形態は、カラーレンダリングを改善した、ＬＣＤなどの、低コスト、高エネルギー変換効率のカラーディスプレイを対象としている。本発明の実施形態に従うカラーディスプレイにより、高輝度及び華やかで鮮やかな色の範囲の画像を実現することができる。かかる改善されたカラーディスプレイの用途は、テレビと、モニター及びコンピュータモニターと、衛星航法システム並びに携帯電話及びパーソナルビデオ／音楽システムなどの携帯用デバイスのビュー画面と、を含むが、それらに限定されない多様な電子機器である。
【００１９】
最も一般的な構成において、本発明のカラーディスプレイは、表示される画像を生成するための赤色−緑色（ＲＧ）又は赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）光ルミネセンス色要素板と、光ルミネセンス色要素板の光ルミネセンス材料（蛍光体及び／又は量子ドット）を励起するための単色又は準単色短波長光源と、を備える。
【００２０】
光ルミネセンスカラーディスプレイは、赤色、緑色、及び青色の副画素領域を表示するディスプレイパネルと、光ルミネセンスカラーディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、色要素板と、を備え得る。色要素板は、前記励起放射線に応じて、光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色、緑色、又は青色の副画素領域に対応する光を発するよう動作可能な少なくとも１つの光ルミネセンス材料を含む。
【００２１】
光ルミネセンス処理は、等方性であるため、光ルミネセンスにより生成される光が、光ルミネセンスカラーディスプレイの視認側から離れた励起源に向かう後方向も含むすべての方向において生成される。異なる色の副画素領域から、この光が発せられるのを防止するために、カラーディスプレイは、光ルミネセンス色要素板と励起源との間に配置された波長選択フィルタを更に含み得る。波長選択フィルタは、光ルミネセンス材料によって生成された光の通過を（通常は、反射によって）防止する一方、励起源からの励起放射線の透過を可能にし、光ルミネセンス材料を励起するよう構成されている。かかるフィルタは、正しい色の光のみが、正しい副画素領域から発せられることを保証し得る。
【００２２】
励起源は、励起波長が約４００ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲である青色発光ＬＥＤ、又は励起波長が約３６０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲であるＵＶ  ＬＥＤを含み得る。放射線供給源は、バックライト光源として、水銀（Ｈｇ）プラズマ放電によって生成されるＵＶ発光線も含む場合があり［プラズマは、キセノン（Ｘｅ）又はネオン（Ｎｅ）などの不活性ガスからも生じる場合がある］、ＵＶ発光線は、約２５４ｎｍに集中し得る。あるいは、単色又は準単色励起源の波長は、１４７ｎｍ〜１９０ｎｍの範囲であり得る。
【００２３】
一般に、単色又は準単色励起源は、２つの群のうちの１つに分類し得る。１）波長範囲が約２００ｎｍ〜約４３０ｎｍの群、及び２）波長範囲が約４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの群である。いずれにせよ、これら両方とも短波長バックライト光源と称することができる。
【００２４】
励起源が、ＵＶ励起放射線を発するよう動作可能であるとき、カラーディスプレイは、励起放射線に応じて青色光を発する青色副画素領域に対応する青色光ルミネセンス材料を更に含み得る。
【００２５】
光ルミネセンスカラーディスプレイは、ディスプレイパネルの前板と背板との間に配置された液晶と、光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色、緑色、及び青色の副画素領域を画定し、かつ副画素領域を通して光の透過を選択的に制御するための副画素領域における液晶全体に電界を選択的に誘導するよう動作可能な、電極のマトリックスと、を更に備える。電極のマトリックスは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配列と、各画素に対応する１つの薄膜トランジスタと、を含み得る。ＴＦＴは、光ルミネセンスカラーディスプレイの前板又は背板上に備え得る。ＵＶ励起放射線を使用するとき、そしてＵＶ励起放射線が光ルミネセンスカラーディスプレイの液晶に到達して前記液晶を損傷するのを防止するため、光ルミネセンス色要素板は、赤色、緑色、又は青色の光のみが液晶に到達することを保証する光ルミネセンスカラーディスプレイの背板上に備えるのが、好ましい。
【００２６】
光ルミネセンス材料は、背板の下面又は上面に備え得る。
【００２７】
カラーディスプレイは、前板上の第１の偏光フィルタ層と、背板上の第２の偏光フィルタ層とを更に備えることができ、第１の偏光フィルタ層の偏波方向の向きは、第２の偏光フィルタ層の偏波方向と直交する。
【００２８】
一実施形態において、光ルミネセンスカラーディスプレイは、赤色、緑色、及び青色の副画素領域から構成される複数の画素を含むディスプレイパネルと、前記光ルミネセンスカラーを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、を備え、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な第１の光ルミネセンス材料、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を発するよう動作可能な第２の光ルミネセンス材料、及び前記光ルミネセンスカラーディスプレイの青色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を発するよう動作可能な第３の光ルミネセンス材料を含む光ルミネセンス色要素板を含み、前記光ルミネセンス色要素板と前記励起源との間に配置され、励起放射線の通過を可能にし、かつ前記光ルミネセンス材料によって生成された光の通過を防止するという特性を備える。
【００２９】
波長選択フィルタは、表示された画像に寄与するように、かかる光を吸収することによって、又は光ルミネセンスカラーディスプレイの前部に向かう方向にかかる光を反射することによって、光ルミネセンスにより生成された光の通過を阻止することができる。波長選択フィルタは、励起放射線の波長よりも長いが、前記光ルミネセンス材料によって生成される光の波長よりも短い臨界波長を有するように構成し得る。いくつかの実施形態において、波長選択フィルタは、多層誘電性スタックなどのダイクロイックフィルタを含む。
【００３０】
変換されていない励起放射線が、光ルミネセンス材料を含む副画素領域から発せられるのを防止するために、光ルミネセンスカラーディスプレイは、励起源に対して遠位のディスプレイパネルの面に設けられるカラーフィルタ板を更に備えることができ、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色副画素領域に対応し、かつ赤色光の通過を可能にするよう動作可能な第１のフィルタ領域、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの緑色副画素領域に対応し、かつ緑色光の通過を可能にするよう動作可能な第２のフィルタ領域、及び／又は前記光ルミネセンスカラーディスプレイの青色副画素領域に対応し、かつ青色光の通過を可能にするよう動作可能な第３のフィルタ領域を有する。フィルタ領域は、各画素領域によって発せられる光の色に対応する通過帯域を有する帯域通過フィルタを含み得る。かかるフィルタは、変換されていない励起放射線の透過を防止するのみならず、副画素領域の発光色を限定する、かつ／あるいは調整するよう更に使用することができる。
【００３１】
光ルミネセンス材料は、無機蛍光体材料、有機蛍光体材料、量子ドット材料、有機染料、又はそれらの組み合わせを含み得る。
【００３２】
光ルミネセンスカラーディスプレイの一様な発光を保証するため、光ルミネセンスカラーディスプレイは、励起源と光ルミネセンス色要素板との間に配置された光拡散平面を更に有し得る。
【００３３】
他の実施形態において、光ルミネセンス液晶ディスプレイは、光透過性の前板及び背板を備えるディスプレイパネルと、光ルミネセンス液晶ディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、前記前板と前記背板との間に配置された液晶と、前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの赤色、緑色、及び青色の副画素領域を画定し、かつ副画素領域を通して光の透過を制御するための副画素領域内の液晶全体の電界を選択的に誘導するよう動作可能な電極のマトリックスと、光ルミネセンス色要素板と、を備え、前記光ルミネセンス色要素板は、赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な赤色量子ドット材料、緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を生成するよう動作可能な緑色量子ドット材料、及び／又は青色副画素に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を発するよう動作可能な青色量子ドット材料を含むことを特徴とする。
【００３４】
量子ドット材料は、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＰ）、ひ化インジウム（ＩｎＡｓ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、セレン化硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｘＳｅ２−ｘ）、硫化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳ２）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２）、硫化銅ガリウム（ＣｕＧａＳ２）、セレン化銅インジウムアルミニウム（ＣｕＩｎｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、セレン化銅ガリウムアルミニウム（ＣｕＧａｘＡｌ１−ｘＳｅ２）、硫化銅インジウム硫化亜鉛（ＣｕＩｎＳ２ｘＺｎＳ１−ｘ）又はセレン化銅インジウムセレン化亜鉛（ＣｕＩｎＳｅ２ｘＺｎＳｅ１−ｘ）を含む、カドミウムを含まない材料を含むのが、好ましい。あるいは、量子ドット材料は、セレン化物（ＣｄＳｅ）、セレン化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｅ）、セレン化硫化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳｅＳ）、セレン化硫化カドミウム（ＣｄＳｅｘＳ１−ｘ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化硫化カドミウム（ＣｄＴｅｘＳ１−ｘ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）又は硫化カドミウム亜鉛（ＣｄｘＺｎ１−ｘＳ）など、カドミウムを含む材料を含み得る。
【００３５】
量子ドット材料は、玉ねぎのような構造の、異なる材料を含む、コア／シェルナノ結晶を含み得る。量子ドット材料は、コンタクト印刷処理などの堆積方法を用いて、量子ドットの薄層として基材の上に直接堆積し得る。
【００３６】
更なる実施形態において、光ルミネセンス液晶ディスプレイは、光透過性の前板及び背板を備えるディスプレイパネルと、光ルミネセンス液晶ディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、前記前板と前記背板との間に配置された液晶と、前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの赤色、緑色、及び青色の副画素領域を画定し、かつ副画素領域を通して光の透過を制御するための副画素領域内の液晶全体の電界を選択的に誘導するよう動作可能な電極のマトリックスと、光ルミネセンス色要素板と、を備え、前記光ルミネセンス色要素板は、前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を生成するよう動作可能な赤色有機染料及び赤色量子ドット材料、前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を生成するよう動作可能な緑色有機染料及び緑色量子ドット材料、及び／又は前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの青色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を生成するよう動作可能な青色有機染料及び青色量子ドット材料を含むことを特徴とする。
【００３７】
更に他の実施形態において、光ルミネセンス液晶ディスプレイは、光透過性の前板及び背板を備えるディスプレイパネルと、光ルミネセンス液晶ディスプレイを動作させるための波長範囲が４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色励起光を発するよう動作可能な少なくとも１つの青色ＬＥＤと、前記前板と前記背板との間に配置された液晶と、前記光ルミネセンス液晶ディスプレイの赤色、緑色、及び青色の副画素領域を画定し、かつ副画素領域を通して光の透過を制御するための副画素領域内の液晶全体の電界を選択的に誘導するよう動作可能な電極のマトリックスと、を備え、赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な第１の量子ドット材料、及び緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を発するよう動作可能な第２の量子ドット材料を有することを特徴とし、青色副画素領域に対応する前記光ルミネセンス液晶ディスプレイ上の領域により、青色励起光の透過が可能になる。
【００３８】
更に別の実施形態において、光ルミネセンスカラーディスプレイは、赤色、緑色、及び青色の副画素領域から構成される複数の画素を含むディスプレイパネルと、前記光ルミネセンスカラーディスプレイを動作させるための励起放射線を生成するよう動作可能な励起源と、を備え、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて赤色光を発するよう動作可能な第１の光ルミネセンス材料、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの緑色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて緑色光を発するよう動作可能な第２の光ルミネセンス材料、及び前記光ルミネセンスカラーディスプレイの青色副画素領域に対応し、かつ前記励起放射線に応じて青色光を発するよう動作可能な第３の光ルミネセンス材料のうちの少なくとも１つの光ルミネセンス材料を含む光ルミネセンス色要素板を含み、前記励起源に対して遠位の前記光ルミネセンスカラーディスプレイパネルの面に設けられるカラーフィルタ板を有することを特徴とし、前記カラーフィルタ板は、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの赤色副画素領域に対応し、かつ赤色光の通過を可能にするよう動作可能な第１のフィルタ領域、前記光ルミネセンスカラーディスプレイの緑色副画素領域に対応し、かつ緑色光の通過を可能にするよう動作可能な第２のフィルタ領域、及び／又は前記光ルミネセンスカラーディスプレイの青色副画素領域に対応し、かつ青色光の通過を可能にするよう動作可能な第３のフィルタ領域を有する。
【００３９】
カラーフィルタを採用する現在のＬＣＤ技術の効率は、液晶ディスプレイの前部で達成可能な光出力のわずか約１０〜２０パーセントである。対照的に、赤色−緑色蛍光体及び／又は量子ドット要素に加えて青色ＬＥＤ照明を使用することを含む、光ルミネセンス材料（蛍光体及び／又は量子ドット）に基づくカラーレンダリングスキームを使用した本実施形態の、光出力の効率は、最大９０パーセントであり得る。色の範囲が広まるのに伴い、蛍光体及び／又は量子ドット及びＬＥＤバックライトは、ともに、より本当の肌に近い肌の色合い及び鮮やかな赤色及び緑色をレンダリングし、より良いコントラスト比、純度及び臨場感を提供し、新たな消費者の期待に応える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明の理解が深まるよう、添付の図面を参照し、例としてのみ、本発明の実施形態を説明する。図面は、以下の通りである。
【図１】本発明による光ルミネセンスカラーＬＣＤの概略断面図である。
【図２ａ】図１の光ルミネセンスカラーディスプレイにおける蛍光体及び／又は量子ドット色要素板の単位画素の概略図である。
【図２ｂ】図１の光ルミネセンスカラーディスプレイにおける蛍光体及び／又は量子ドット色要素板の単位画素の概略図である。
【図３】図１に示す構成の、代替実施形態の概略断面図である。
【図４ａ】ＵＶ及び青色光に励起された蛍光体により生成される赤色、緑色、及び青色光に対する概略の正規化発光スペクトルを示す。
【図４ｂ】量子ドット材料により生成される赤色、緑色、及び青色光に対する概略の正規化発光スペクトルを示す。
【図５】青色光によりバックライトで照らされる、本発明に従う、更なる光ルミネセンスカラーＬＣＤの概略断面図である。
【図６】ＵＶプラズマ放電によりバックライトで照らされる本発明に従う、別の光ルミネセンスカラーＬＣＤの概略断面図である。
【図７】光ルミネセンスカラーディスプレイの波長選択フィルタの概略図である。
【図８】図７の波長選択フィルタにおける、概略の正規化透過率及び反射率特性を示す。
【図９】ＵＶ光によりバックライトで照らされる本発明に従うカラーフィルタを有する、更なる光ルミネセンスカラーＬＣＤの概略断面図である。
【図１０】青色光によりバックライトで照らされる本発明に従うカラーフィルタを有する、更なる光ルミネセンスカラーＬＣＤの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本明細書に開示されているのは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの電子ディスプレイの輝度及び鮮鋭度を改善し、かつ高めるよう設計された新しいカラーレンダリングスキームである。
【００４２】
本発明の実施形態は、２つの主要構成要素を組み込んでいる。１）ディスプレイの異なる色の画素領域のそれぞれに対応する光ルミネセンス材料の領域を有する光ルミネセンスカラーパネル（光ルミネセンス色要素板）、及び２）光ルミネセンス材料をカラーパネル上で励起するための単色又は準単色の短波長励起光源である。また、ディスプレイの異なる画素領域間の光のクロスコンタミネーションを防止するために、波長選択フィルタを光ルミネセンスカラーパネルと励起光源との間に備え得る。
【００４３】
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による光ルミネセンスカラーＬＣＤ  １００の概略断面図を示している。ＬＣＤ  １００は、ディスプレイパネル１０２と、バックライティング部１０４と、を備える。
【００４４】
バックライティング部１０４は、単一励起放射線供給源又は複数の供給源１０６と、光拡散平面１０８のうちの、いずれかを備える。狭い波長範囲／色の励起放射線を発するよう動作可能な、各放射線供給源１０６は、単色又は準単色であってもよい。図１の構成において、前記又は各励起源１０６は、ＵＶ発光ＬＥＤ（波長範囲３６０〜４００ｎｍ）と、ＵＶ発光灯（２５４ｎｍ）と、不活性ガスを充填したアーク灯のＵＶ放電などのプラズマ放電（１４７〜１９０ｎｍ）又は光源と、を備える。光拡散平面１０８は、ディスプレイパネル１０４の全面に亘って、励起放射線が、ほぼ均等に照射されることを保証する。
【００４５】
ディスプレイパネル１０２は、透明（光透過性）前（光／画像を発する）板ＨＯと、透明背板１１２と、前板と背板との間の容積を満たす液晶（ＬＣ）１１４と、を備える。前板１１０は、ガラス板１１６を備え、前記ガラス板１１６は、その下側、すなわちＬＣ１１４に面するガラス板の面に、第１の偏光フィルタ層１１８、そして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層１２０を備える。背板１１２は、ＬＣに面する前記背板１１２の上面に、第２の偏光フィルタ層１２４及び透明一般電極平面１２６（例えば、透明インジウム錫酸化物（ＩＴＯ））を有し、バックライティング部１０４に面する前記背板１１２の下側に、光ルミネセンス色要素板１２８を有する、ガラス板１２２を備える。また、背板１１２は、光ルミネセンス色要素板１２８とバックライティング部１０４との間に位置する波長選択フィルタ１３６を更に備え得る。図７を参照して、波長選択フィルタ板の機能を説明する。
【００４６】
後述するように、光ルミネセンス色要素板１２８は、バックライティング部１０４からのＵＶ励起放射線に応じて、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）光を発する異なる光ルミネセンス色要素（副画素）１３０、１３２、１３４の配列を備える。ＴＦＴ層１２０は、ＴＦＴの配列を備え、そこには、光ルミネセンス色要素板１２８の各画素単位２４０の各個別の色の光ルミネセンス副画素１３０、１３２、１３４に対応するトランジスタが、存在する。通常、２枚の偏光フィルタ１１８、１２４の偏波方向は、互いに直交するよう整列する。
【００４７】
ＲＧＢ光ルミネセンス色要素１３０、１３２、１３４は、従来技術のＬＣＤ装置のカラーフィルタが達成する結果と同様の結果であり、各ＲＧＢ画素が色の範囲を作り出すことができる形で、機能する。従来技術のカラーフィルタと、ここに開示するＲＧＢ光ルミネセンス色要素との違いは、カラーフィルタは、特定波長の光が前記カラーフィルタを通過することのみを可能にする一方、光ルミネセンス材料（蛍光体及び／又は量子ドット）は、バックライティング部からのＵＶ放射線による励起に応じて、光の選択された波長（色）を生成する点にある。換言すれば、カラーフィルタが、特定波長範囲内の光のみが透過することを可能にするのに対し、ＲＧＢ蛍光体及び／又は量子ドットは、ピーク波長を中心とする、特定スペクトル幅を有する、異なる色の光を発する。
【００４８】
ＲＧＢ光ルミネセンス色要素は、従来技術のディスプレイのカラーフィルタが構成されるのと同様の形で、光ルミネセンス色要素板１２８上において、実装／構成可能である。これは、図２ａに示されており、図２ａは、蛍光体及び／又は量子ドットなどのＵＶ励起光ルミネセンス材料に対する原色の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）を中心とする発光を有する３つの光ルミネセンス色要素２３０、２３２、２３４によって満たされた３つ１組の副画素を備える光ルミネセンス色要素板２２８のＲＧＢ単位画素２４０を示す。例えば、クロムなど、金属のグリッドマスク（ブラックマトリックスとも称する）２３８は、光ルミネセンス色要素（副画素）２３０、２３２、２３４を画定し、光ルミネセンス副画素と単位画素との間に不透明な隙間を有する。また、ブラックマトリックスは、ＴＦＴを迷光から保護し、隣接する副画素／単位画素間のクロストークを防止する。ブラックマトリックス２３８からの反射を最小化するために、Ｃｒ及びＣｒＯｘの二重層を使用してもよいが、当然、前記層は、Ｃｒ及びＣｒＯｘ以外の材料を含み得る。光ルミネセンス材料の下において、あるいは上に重なって、スパッタ堆積し得るブラックマトリックス膜は、フォトリソグラフィを含む方法を用いて、模様を付けてもよい。
【００４９】
量子ドット、無機及び有機蛍光体材料などの異なる種類の光ルミネセンス材料を、ディスプレイの光ルミネセンス副画素として使用し得る。
【００５０】
量子ドットは、異なる材料、例えば、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含み得る。量子ドットによって生成される光の色は、量子ドットのナノ結晶構造体に伴う量子閉じ込め効果によって、可能となる。ＲＧＢ量子ドットは、他の光ルミネセンス材料と比較して、純粋（狭帯域）かつ飽和した発光色を生成し得る。各量子ドットのエネルギーレベルは、量子ドットの大きさに直接関係する。例えば、赤色量子ドットなど、より大きな量子ドットは、比較的低めのエネルギー（すなわち、比較的長めの波長）を有する光子を吸収し発することができる。一方、より小さい緑色及び青色量子ドットは、比較的高めのエネルギー（短めの波長）の光子を吸収し発することができる。よって、ＲＧＢ量子ドットから発せられた光の波長は、量子ドットの大きさを慎重に選択することによって構成し得る。また、量子ドットにおけるカドミウムの毒性を回避するために、カドミウムを含まない量子ドット及び希土類（ＲＥ）ドープ酸化物コロイド蛍光体ナノ粒子を使用する光ルミネセンスカラーディスプレイが、想定されている。光ルミネセンスカラーディスプレイの副画素として量子ドット材料を使用することは、正当に発明的であると考えられている。
【００５１】
ＲＧＢ光ルミネセンス色要素板１２８の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）量子ドットに使用可能な多様な組成物が、存在する。好適な量子ドット組成物の例を、表１に示す。
【００５２】
【表１】
2015510615.tif 000003
【００５３】
量子ドット材料は、玉ねぎのような構造の、異なる材料を含む、コア／シェルナノ結晶を含み得る。例えば、上記の表１中の例示的な材料は、コア／シェルナノ結晶のためのコア材料として使用し得る。
【００５４】
１つの材料中のコアナノ結晶の光学的特性は、別の材料のエピタキシャル型のシェルを増大することによって変更可能である。要件によって、コア／シェルナノ結晶は、単一のシェル又は複数のシェルを有し得る。シェル材料は、バンドギャップエンジニアリングに基づき、選ぶことができる。例えば、シェル材料は、コア材料より大きなバンドギャップを有することができ、ナノ結晶のシェルが、光学的活性コアの表面を、その周囲の媒体から分離することができる。
【００５５】
カドミウム系量子ドット、例えば、ＣｄＳｅ量子ドットの場合、コア／シェル量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、又はＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳの式を使用して合成することができる。同様に、ＣｕＩｎＳ２量子ドットについて、コア／シェルナノ結晶は、ＣｕＩｎＳ２／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ２／ＣｄＳ、ＣｕＩｎＳ２／ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２／ＣｕＧａＳ２／ＺｎＳなどの式を使用して、合成することができる。
【００５６】
量子ドットと同様に、ＲＧＢ光ルミネセンス色要素板の赤色、緑色、及び青色の副画素に使用される光ルミネセンス材料は、有機及び無機蛍光体材料を含む他の多様な光ルミネセンス材料を含み得る。有機蛍光体の例としては、赤色発光染料、黄色発光染料、及び緑色発光染料などの有機染料が挙げられる。好適な赤色発光染料の例は、ＡＤＳ（商標）−１００ＲＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｙｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｃ．，Ｃａｎａｄａ）である。好適な緑色発光染料の例は、ＡＤＳ（商標）−０８５ＧＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｙｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｃ．，Ｃａｎａｄａ）である。
【００５７】
加えて、有機染料は、青色光で充分に励起し得る調整可能染料レーザに使用する染料から選び得る。有用な発光染料としては、これらに限定されないが、Ｌｕｍｏｇｅｎ（商標）Ｆ  Ｒｅｄ  ３００（赤色発光体）、Ｌｕｍｏｇｅｎ（商標）Ｒｅｄ  ３００  Ｎａｎｏｃｏｌｏｒａｎｔ（商標）（赤色発光体）、及びＬｕｍｏｇｅｎ（商標）Ｆ  Ｙｅｌｌｏｗ  ０８３（黄色発光体）（ＢＡＳＦ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ  ｏｆ  Ｇｅｒｍａｎｙ）、並びにＡＤＳ（商標）１００ＲＥ（赤色発光体）（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｙｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｃ．，Ｃａｎａｄａ）が挙げられる。有用な緑色発光染料としては、これに限定されないが、ＡＤＳ（商標）０８５ＧＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｙｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｃ．，Ｃａｎａｄａ）を含む。
【００５８】
また、ＲＧＢ蛍光体色要素板１２８の赤色、緑色、及び青色の無機蛍光体に使用可能な多様な組成物が存在する。ホスト材料は、通常、酸化物であり、アルミン酸塩、珪酸塩、リン酸塩又はホウ酸塩を含み得るが、ホスト材料は、これらの部類の化合物に限定されない。例えば、赤色、緑色、及び青色の蛍光体は、活性剤と称する希土類元素でドープした、アルミン酸塩、珪酸塩、硫酸塩、酸化物、塩化物、フッ化物、及び／又は窒化物を含み得る。活性剤は、二値ユーロピウム又はセリウムを含んでもよいが、活性剤は、これらの元素に限定されない。ハロゲンなどのドーパントは、結晶格子に置き換えて又は格子間に組み込むことができ、例えば、ホスト材料の酸素格子の場所及び／又はホスト材料の内部において格子間に存在することができる。蛍光体組成物が励起され得る波長範囲に沿った好適な蛍光体組成物の例を、表２に示す。
【００５９】
【表２】
2015510615.tif 000004
【００６０】
ＲＧＢ光ルミネセンス材料を、光ルミネセンス色要素板ガラス板１２８の中に／上に組み込むことができる方法は、様々である。
【００６１】
例えば、印刷処理により、ＲＧＢ量子ドットを基材上に直接堆積することができる。印刷処理により、溶媒を用いずに、量子ドットの薄層を形成できる。よって、印刷処理は、高い処理能力を有しつつ、簡潔かつ効率的であり得る。
【００６２】
ほとんどの無機蛍光体材料は、硬い物質であり、個別の粒子は、多様な、不規則形状を呈し得る。それらをプラスチック用樹脂に直接組み込むのは、困難であり得るが、蛍光体は、アクリル樹脂、ポリエステル、エポキシ、ポリプロピレン及び高密度及び低密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ）ポリマーなどのポリマーと適合し得ることが、知られている。材料は、鋳造、浸漬、被覆、押出し成形、又は成形してもよい。いくつかの実施形態において、蛍光体含有材料を透明なプラスチックに組み込むためのマスターバッチを使用し、次に、光ルミネセンス色要素板１２８のガラス板１２２上で被覆することが好ましい場合もある。実際、画面印刷、フォトリソグラフィ、及びインク印刷技術などの方法である、ＲＧＢ蛍光体含有画素マトリッ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に使用される方法のいずれも、現在の光ルミネセンス色要素板１２８を製作するためにも使用し得る。
【００６３】
本発明のＬＣＤの利点は、光ルミネセンス色要素板を、ＬＣのバックライティング部側に備えることにより、ＵＶ活性化光がＬＣに到達して劣化を引き起こすのを防止するため、ＬＣの寿命が延びたことである。液晶材料のＵＶ吸収により、励起強度をかなり弱めている場合、励起光源を光ルミネセンス色要素板の隣に置くことにより、ディスプレイパネルの量子効率を高め得る。
【００６４】
図３は、青色光（４００ｎｍ〜４８０ｎｍ）活性化光ルミネセンス材料を使用する、本発明に従う代替の光ルミネセンスカラーディスプレイ３００を示す。本明細書を通して、図番の前の類似の参照符号は、類似の部品を示すために使用する。例えば、図１のＬＣ  １１４は、図３において３１４と示す。図１のディスプレイ１００とは対照的に、バックライティング部３０４は、赤色及び緑色光ルミネセンス副画素３３０、３３２を、それぞれ励起するための、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）３０６を組み込む。図２ｂは、光ルミネセンス色要素板３２８の単位画素２４２である。単位画素２４２は、赤色（Ｒ）及び緑色（Ｇ）光を、それぞれ発光する、２つの青色光励起可能光ルミネセンス材料副画素（蛍光体及び／又は量子ドット）２３０、２３２と、青色発光ＬＥＤバックライティング部３０４からの青色光の透過を可能にする、空白のままの第３の副画素（すなわち、光ルミネセンス材料を含まない）と、を含む。この場合、単色又は準単色バックライティング部３０４は、２つの目的にかなうものであり、第１に、青色励起放射線を生成して赤色及び緑色光ルミネセンス材料を励起し、第２に、バックライティング光の青色部分を供給する。また、背板３１２は、光ルミネセンス色要素板３２８とバックライティング部３０４との間に置かれた波長選択フィルタ板３３６を更に備え得る。
【００６５】
赤色、緑色、及び青色の無機蛍光体に対する例示的な発光スペクトルを、図４ａにおいて概略的に示す。また、赤色、緑色、及び青色の量子ドット材料に対する例示的な発光スペクトルを、図４ｂにおいて概略的に示す。量子ドットに対する発光ピークは、表示目的のために好ましい、はるかに狭いスペクトル幅を有する点に留意されたい。かかる発光に至るであろう、例示的な単色及び／又は準単色光源（バックライティング部）１０４、３０４は、紫外（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び水銀灯からの２５６ｎｍの線などの、しかしこれに限定されないＵＶ灯からの単一又は複数の鋭い線発光である。
【００６６】
更なる実施形態において、図５に示す通り、背板５１２は、ＴＦＴ板５２０及び光ルミネセンス色要素板５２８の両方を備える。この構成において、ＴＦＴ板５２０は、ＬＣに面するガラス板５２２の上面の第２の偏光フィルタ５２４の上に備えることができ、光ルミネセンス色要素板５２８は、ガラス板の反対側下面に備えられる。例示された実施形態において、バックライティング部５０４は、青色光励起源を備え、１つ又は２つ以上の青色発光ＬＥＤ  ５０６を備え得る。図３の実施形態と同様に、赤色５３０及び緑色５３２光ルミネセンス材料副画素のみが、光ルミネセンス色要素板５２８に組み込まれ、青色励起光は、また、カラーレンダリングに不可欠な三原色の３番目として機能する。また、背板５１２は、光ルミネセンス色要素板５２８とバックライティング部５０４との間に置かれた波長選択フィルタ板５３６を更に含み得る。
【００６７】
図６は、本発明の更なる実施形態に従う光ルミネセンスカラーディスプレイ６００を示す。図６において、ＵＶ励起照射は、Ｈｇ（水銀）、Ｘｅ（キセノン）、又はＮｅ（ネオン）などのガスのプラズマ放電６４４、及びプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）において光ルミネセンス発光が発生するのと同様の形で、ＲＧＢ光ルミネセンス材料副画素６３０、６３２及び６３４を励起するのに使用されたプラズマによって生成される。しかし、図６に示す実施形態とＰＤＰとの違いは、本実施形態において、すべての光ルミネセンス色画素６４０に集団励起を提供する単一プラズマ源のみが存在する点である。これは、光ルミネセンス画素が存在するのと同じ数のプラズマ源が提供され、各個別の光ルミネセンス画素が、それ自体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。
【００６８】
更なる実施形態において（図示せず）、光ルミネセンス色要素板は、バックライティング部に対して液晶の反対側である前板の一部として備え得る。かかる構成において、ＴＦＴ板は、前板又は背板上に備え得る。
【００６９】
本発明に従う光ルミネセンスカラーディスプレイは、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）技術に匹敵する華やかで鮮やかな範囲の色を作り出すことが、期待される。カラーフィルタは、製造コストの２０パーセントをも占めるが、色を鮮鋭化するためのＬＣＤにおける主要構成要素であることが知られている。光ルミネセンス材料（蛍光体及び／又は量子ドット）で被覆する必要があるのは、副画素のわずか３分の２のみであるため、本実施形態により、特にバックライティングを提供するために青色ＬＥＤの配列を使用すると、相当なコスト削減が、期待される。
【００７０】
加えて、ＬＥＤは、他の光源よりも寿命が長いことが見込まれるため、バックライティング励起源として好ましい選択である。ＬＥＤは、焼き切れるフィラメントも、粉々になる壊れやすいガラス管も、保護すべき可動部品も無く、動作温度が低めであるため、より耐久性がある。事実、ＬＥＤの寿命の長さは、最高の蛍光灯の２倍と推定されている。ＬＥＤの数及び密度を調節することにより、液晶ディスプレイの耐用年数を大きく減らすことなく、高輝度値を達成することができる。その上、ＬＥＤは、消費電力がより少なく、より効率的である。
【００７１】
より効率的なバックライティングの需要が、着実に増加している。カラーフィルタを採用する現在のＬＣＤ技術の効率は、液晶ディスプレイの前部で達成可能な光出力のわずか約１０〜２０パーセントである。対照的に、赤色−緑色光ルミネセンス要素に加えて青色ＬＥＤ照明を使用することを含む、光ルミネセンスに基づくカラーレンダリングスキームを用いた本実施形態の、光出力の効率は、最大９０パーセントであり得る。また、蛍光体画素を含む液晶ディスプレイを有するテレビは、非常に広い水平及び垂直視野角も提供し得る。
【００７２】
図７は、本発明に従う様々な光ルミネセンスカラーディスプレイにおいて利用し得る波長選択フィルタ７３６の概略図である。光ルミネセンス処理は、等方性であり、光ルミネセンスにより生成された光は、バックライト部に向かう後方も含む、すべての方向に発せられる。バックライト部は、光ルミネセンスカラーディスプレイのすべての画素に共通であり、一旦、かかる光がバックライト部に入ると、今度は、異なる色の画素から発せられる場合もある。例えば、緑色副画素によって生成される緑色光は、赤色又は青色副画素から発せられる場合もあり、かかる発光は、光ルミネセンスカラーディスプレイの性能を低下させ得る。波長選択フィルタ７３６は、かかる光が異なる色の画素領域から発せられるのを防止するよう構成されている。
【００７３】
波長選択フィルタ７３６は、光ルミネセンス材料によって生成された光の通過を実質的に防止する（例えば、反射する）一方、励起源からの励起放射線の透過を可能にし、光ルミネセンス材料を励起するよう構成されている。かかるフィルタは、正しい色の光のみが、正しい画素領域から発せられることを保証し得る。
【００７４】
図７に示す通り、波長選択フィルタ７３６は、光ルミネセンス色要素板７２８とバックライト部７０４との間に置かれ得る。波長選択フィルタ７３６の構成は、以下の通りである。
ｉ）バックライト部によって生成された波長λｅの励起光が、実質的に弱められることなく通過し、光ルミネセンス色要素板７２８上の光ルミネセンス材料を励起することを可能にし、前記光ルミネセンス材料は、それに応じて、異なる（一般に、より長い）波長λｐの光を生成する。
ｉｉ）光ルミネセンス材料によって、散乱した、あるいはその逆に、反射された、変換されていない励起光が、バックライト部（かかる光は、今度は、他の画素によって利用され得る）に戻ることを可能にする。
ｉｉｉ）光ルミネセンスにより生成された光が、バックライト部に向けて通過するのを防止する。
【００７５】
波長選択フィルタ７３６の例示的な透過率及び反射率特徴を、図８において概略的に示す。図８に示す通り、波長選択フィルタの透過率は、臨界波長λｃまで、ほぼ一定して最大のままである。そして、入射光の透過率は、最小に下がる。反対に、波長選択フィルタの反射率は、臨界波長λｃまで最小である。励起光の透過率を最大化するため、波長選択フィルタ７３６は、バックライトλｅの波長よりも長い臨界波長λｃを有するよう構成することが、好ましい。同時に、反射する光ルミネセンスにより生成された光を最大化するために、波長選択フィルタ７３６は、光ルミネセンス材料λｐによって生成される発せられた光の波長よりも短い臨界波長λｃを有するよう構成することが、好ましい。波長選択フィルタは、多層誘電性スタックなどのダイクロイックフィルタを含み得る。
【００７６】
更なる実施形態において、図９に示す通り、背板９１２は、光ルミネセンス色要素板９２８に加えてカラーフィルタ板９４６を備える。カラーフィルタ板９４６は、各フィルタ要素が、光ルミネセンスカラーディスプレイにおける各色副画素に対応する、赤色９４８、緑色９５０及び青色９５２カラーフィルタ要素の配列を含む。例えば、赤色カラーフィルタ要素９４８は、赤色副画素を表示するための光ルミネセンス色要素板における赤色光ルミネセンス色要素の上に重なって置かれ得る。カラーフィルタ板９４６の機能は、変換されていない励起放射線が、光ルミネセンス材料を含む画素領域から発せられるのを防止することである。励起光から光ルミネセンス光への１００％変換を保証するのは、難しい場合もあるため、かかるカラーフィルタ板は、量子ドット材料を利用する光ルミネセンスディスプレイにおいて有益である。カラーフィルタ板は、白色バックライトを使用する既知のディスプレイのカラーフィルタ板を含み得る。通常、様々なフィルタ領域は、各画素領域によって発せられる光の色に対応する通過帯域を有する帯域通過フィルタを含む。かかるフィルタは、変換されていない励起放射線の透過を防止するのみならず、ディスプレイの性能を最適化するため、画素領域の発光色を限定する、かつ／あるいは微調整するよう更に使用することもできる。
【００７７】
例示された実施形態において、バックライティング部９０４は、光導体９５４（導波路）の１つ又は２つ以上の端部に沿って位置する１つ又は２つ以上のＵＶ励起源９０６を有する平面状の光導体９５４を備える。動作中、励起光は、光導体の端部の中にまとめて入り、光導体の全体積に亘る内部全反射によって導かれ、ディスプレイパネルの全面に亘って一様な照明を付与する。示された通り、また、バックライト部から光が逃げることを防止するために、光導体の背部は、光反射面９５６を更に備え得る。
【００７８】
光ルミネセンス色要素板９２８の中の光ルミネセンス材料要素は、励起ＵＶ光を吸収することができ、ディスプレイに対応する色の光を発する。カラーフィルタは、バックライト及び／又は他の色要素からの入射光など、異なる色の光をフィルタで除去することで、ディスプレイを改善し得る。
【００７９】
また、背板９１２は、光ルミネセンス色要素板９２８とバックライティング部９０４との間に置かれた波長選択フィルタ９３６と、発せられた光を光ルミネセンス色要素からカラーフィルタに向けて導くことができるホフマンフィルタ９５８と、を更に備え得る。
【００８０】
更なる実施形態において、図１０に示す通り、背板１０１２は、ＴＦＴ板１０２０及び光ルミネセンス色要素板１０２８に加えて、カラーフィルタ板１０４６を備える。カラーフィルタ板１０４６は、ディスプレイにおける副画素の色に対応するカラーフィルタ要素の配列を含む。例えば、赤色カラーフィルタ要素は、赤色副画素を表示するための赤色蛍光体要素又は赤色量子ドット要素の上に重ねて備え得る。
【００８１】
例示された実施形態において、バックライト部１００４は、光導体１０５４の１つ又は２つ以上の端部に沿って位置する１つ又は２つ以上の青色励起光源１００６を備える。光ルミネセンス色要素板１０２８の中の蛍光体要素及び／又は量子ドット要素は、励起青色光を吸収することができ、ディスプレイに対応する色の光を発する。
【００８２】
図９の実施形態と対照的に、赤色１０３０及び緑色１０３２光ルミネセンス材料副画素のみが、光ルミネセンス色要素板１０２８の中に組み込まれ、青色励起光は、カラーレンダリングに不可欠な三原色の３番目としても機能する。
【００８３】
また、背板１０１２は、光ルミネセンス色要素板１０２８とバックライティング部１００２との間に置かれた波長選択フィルタ１０３６と、発せられた光を光ルミネセンス色要素板からカラーフィルタ板に向けて導くことができるホフマンフィルタ１０５４と、を更に備え得る。
【００８４】
本発明は、説明された具体的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更が可能であることは、理解されよう。例えば、製作を容易にするために、光ルミネセンス色要素板を背板の下側で製作することが可能であるが、他の構成において、背板の上面に備えることも可能であり、また、第１の偏光フィルタを光ルミネセンス色要素板の上に備えることもできる。
【図１】
2015510615.tif 000005
【図２ａ】
2015510615.tif 000006
【図２ｂ】
2015510615.tif 000007
【図３】
2015510615.tif 000008
【図４ａ】
2015510615.tif 000009
【図４ｂ】
2015510615.tif 000010
【図５】
2015510615.tif 000011
【図６】
2015510615.tif 000012
【図７】
2015510615.tif 000013
【図８】
2015510615.tif 000014
【図９】
2015510615.tif 000015
【図１０】
2015510615.tif 000016
【国際調査報告】
2015510615.tif 000017
2015510615.tif 000018
2015510615.tif 000019