JP2016507165A - 高色域量子ドットディスプレイ - Google Patents

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Abstract

青色光源と、液晶ディスプレイパネルと、この青色光源とこの液晶ディスプレイパネルとの間に光学的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む、光学的構造物が記述される。いくつかの実施形態において、青色光源は、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長でＦＷＨＭが２５ｎｍ未満の青色光を発することができる。更に、いくつかの実施形態において、量子ドットフィルムエレメントには、６００〜６４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。量子ドットフィルムエレメントが、青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され得る。

Description

本開示は、量子ドットエレメントを用いた、改善された色域領域（％ＮＴＳＣとして測定される）を提供するＬＣＤディスプレイの設計に関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、別個のバックライト装置と、ピクセルのための赤色、緑色、及び青色カラーフィルタとを利用して、画面上にカラー画像を表示させる、非発光型ディスプレイである。この赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタはそれぞれ、バックライト装置から発光される白色の光を分離して、赤色、緑色、及び青色の光にする。赤色、緑色、及び青色カラーフィルタはそれぞれ、狭い波長帯域の光のみを透過し、他の可視スペクトルを吸収することから、大きな光学的損失が生じる。よって、十分な輝度の画像を生成するには、高輝度バックライト装置が必要となる。ＬＣＤ装置により表示することができる色の範囲は色域と呼ばれ、これは、バックライト装置と、ＬＣＤパネルのカラーフィルタとを合わせた全体のスペクトルによって決定される。カラーフィルタをより厚く、より吸収性の高いものにすると、三原色の飽和度が強くなり、色域範囲が広くなり（％ＮＴＳＣとして測定される）、輝度が低くなる。
パネルのネイティブ色域は、白色ＬＥＤを含むバックライト装置と組み合わせて達成可能な色域領域として考えることができる。典型的な白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤダイと黄色ＹＡＧ蛍光体とを組み合わせたものからなる。ネイティブ色域は典型的に、一部の手持ち型装置については４０％ＮＴＳＣ、特殊モニタについては１００％ＮＴＳＣを超える。色域の改善又は効率の向上を備えたＬＣＤパネル構成が望ましい。
本開示の第１の態様において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色光源と、赤色、緑色及び青色カラーフィルタのセットを含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。この量子ドットフィルムエレメントには、６００〜６４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。コリメーション及び偏光リサイクルを提供するために、光源とＬＣＤパネルとの間に追加のエレメントが存在してもよい。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、３５％〜４５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に物理的又は光学的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも５０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、４５％〜５５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも６０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも７０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントとを含む。量子ドットフィルムエレメントには、６１５〜６３５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、６５％〜７５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、７５％〜８５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２５〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも９０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、光学的構造物は、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色ＬＥＤ光源と、８５％〜９５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、この青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的又は物理的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、を含む。量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。この光学的構造物は、少なくとも１００％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
本開示の第２の態様において、方法には、光学ディスプレイのための目標色域を選択する工程と、その光学ディスプレイを組み立てる工程と、量子ドットエレメントピーク赤色波長及び赤色ＦＷＨＭ並びにピーク緑色波長及び緑色ＦＷＨＭを選択することにより、その光学ディスプレイの目標色域を達成する工程と、が含まれる。この光学ディスプレイには、青色光源と、赤色、青色及び緑色のカラーフィルタセットを含み、かつ目標色域よりも少なくとも１０％少ないネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、赤色ＦＷＨＭを有するピーク赤色波長及び緑色ＦＷＨＭを有するピーク緑色波長を発光する複数の量子ドットを含み、かつ青色光源とＬＣＤパネルとの間に光学的に配置される量子ドットフィルムエレメントと、が含まれる。
１つ又は複数の実施形態において、選択工程は、６００〜６４０ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲でかつＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長とを選択する工程を含む。
１つ又は複数の実施形態において、選択工程は、６００〜６４０ｎｍの範囲でかつＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを選択する工程を含む。
１つ又は複数の実施形態において、選択工程は、６０５〜６３５ｎｍの範囲でかつＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５５０ｎｍの範囲でかつＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを選択する工程を含む。
１つ又は複数の実施形態において、青色光源は、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長で、ＦＷＨＭが２５ｎｍ未満又は２０ｎｍ未満である。
本開示の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の記述に説明される。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面と合せて考慮することで、本開示のより完全な理解が可能となるであろう。
例示的な光学的構造物の概略側面図である。 白色ＬＥＤバックライト（図２ａ）及び量子ドット（ＱＤ）バックライト（図２ｂ）の正規化スペクトル出力密度（ＳＰＤ）を並べた比較を示すグラフである。 白色ＬＥＤバックライト（図２ａ）及び量子ドット（ＱＤ）バックライト（図２ｂ）の正規化スペクトル出力密度（ＳＰＤ）を並べた比較を示すグラフである。 ネイティブ色域が６０％のＬＣＤパネルと組み合わせた場合の量子ドットバックライト装置（７２．５％ ＮＴＳＣ）及び白色ＬＥＤバックライト装置（６０．５％ ＮＴＳＣ）を、ＮＴＳＣ標準１９５３ ＮＴＳＣ色空間（１００％ ＮＴＳＣ）と比較したグラフである。 白色ＬＥＤ光学的構造物のネイティブ色域の隣に、量子ドット光学的構造物のシステム色域を並べた棒グラフである。 ４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び９０％ ＮＴＳＣネイティブ色域での、量子ドット光学的構造物の隣に白色ＬＥＤ光学的構造物の全システム効率を並べた棒グラフである。 ＬＥＤ光学的構造物と量子ドット光学的構造物の、色域対システム効率のグラフである。
以下の詳細な説明では、添付図面を参照するが、図面は、本明細書の一部を形成しており、例として複数の特定の実施形態を示している。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施され得る点は理解されるはずである。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
本明細書において使用されるすべての科学用語及び技術用語は、特に示されない限りは、当該技術分野において一般的に用いられている意味を有するものである。本明細書において与えられる用語の定義は、本明細書において頻繁に使用される特定の用語の理解を容易にするためのものであって、本開示の範囲を限定しようとするものではない。
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される形状寸法、量、物理的特性を表わす全ての数字は、すべての場合において用語「約」により修飾されていると理解されるべきである。したがって、特に記載のない限り、上記の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、当業者が本明細書に開示される教示を用いて得ようとする所望の特性に応じて異なり得る近似値である。
本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には、その内容によって明らかに示されない限りは複数の指示対象物を有する実施形態が含まれる。内容によってそうでないことが明らかに示されない限り、本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用される用語「又は」は、「及び／又は」を含めた意味で広く用いられる。
これらに限定されるものではないが、「下側」、「上側」、「下」、「下方」、「上方」、及び「〜の上」などの空間的に関連した語は、本明細書において用いられる場合、ある要素の別の要素に対する空間的関係を述べるうえで説明を容易にする目的で用いられる。このような空間に関連した語には、図に示され、本明細書に述べられる特定の向き以外に、使用中又は作動中の装置の異なる向きが含まれる。例えば、図に示される物体がひっくり返されるか又は裏返されると、最初に他の要素の下又は下方として述べられた部分は、これらの他の要素の上方となるであろう。
本明細書で使用されるとき、ある要素、部材若しくは層が、例えば、別の要素、部材若しくは層と「一致する境界面」を形成する、又は「上にある」、「接続される」、「結合される」、若しくは「接触する」として記載される場合、その要素、部材若しくは層は、例えば、特定の要素、部材若しくは層の直接上にあるか、直接接続されるか、直接結合されるか、直接接触してもよく、又は介在する要素、部材若しくは層が特定の要素、部材若しくは層の上にあるか、接続されるか、結合されるか、若しくは接触してもよい。ある要素、部材又は層が、例えば、別の要素の「直接上にある」、「直接接続される」、「直接結合する」、又は「直接接触する」とされる場合、介在する要素、部材又は層は存在しない。
本明細書で使用するとき、「有する（have）」、「有する（having）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「備える（comprise）」、「備える（comprising）」等は、制限のない意味で使用されており、一般に、「含むがそれに限らない」ことを意味する。「からなる」及び「から本質的になる」という用語は、「含む（comprising）」等の用語に包含されることが理解されよう。
用語「光リサイクルエレメント」とは、入射光の一部をリサイクル又は反射し、かつ入射光の一部を透過する光学エレメントを指す。例示的な光リサイクルエレメントには、反射性偏光子、マイクロ構造化フィルム、金属層、多層光学フィルム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
用語「％ＮＴＳＣ」は、色域の定量化を指す。ＮＴＳＣは、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（全米テレビジョン放送方式標準化委員会）の略である。１９５３年、ＮＴＳＣは下記のＣＩＥ色座標でカラーテレビ測色規格を定義した。
Figure 2016507165
装置又はプロセスの（色）域は、再現可能なＣＩＥ色座標の一部である。ＬＣＤディスプレイの色域を定量するには、三原色（すなわち、取り付けられている赤色、緑色、青色カラーフィルタ）により画定される三角形の面積を、標準ＮＴＳＣ三角形の面積に対して正規化し、％ＮＴＳＣとして報告する。
用語「ネイティブ色域」は、白色ＬＥＤを含むバックライト装置と組み合わせて達成可能な色域領域を指す。
用語「ＦＷＨＭ」は、Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ（半値全幅）の略である。名前が示すように、これは、関数が最大値の半分に達する曲線上の点の距離であり、この最大値を中心にほぼ左右対称である。
本開示は、少なくとも１０％少ないネイティブ色域のＬＣＤパネルを、青色ＬＥＤ並びに緑色と赤色の量子ドットを含むバックライト装置と組み合わせて使用し、これによって、様々な特性の中でも特にシステム輝度がはるかに改善された、目標色域領域（％ＮＴＳＣとして測定される）を提供するＬＣＤディスプレイの設計に関する。青色、緑色及び赤色の狭い発光ピークを備えた白色スペクトルを生成するために、青色ＬＥＤと緑色及び赤色量子ドットをバックライトに使用することによって、白色ＬＥＤを利用した従来の装置よりも、色域と輝度との間の折り合いが改善され得る。実際、量子ドットバックライトを使用した場合、目標色域は、ネイティブ色域が少なくとも１０％少ないＬＣＤパネルを使用することによって達成され、これによって、より高い輝度出力及び／又はより少ない電力消費量が得られる。本開示はそのように制限されないが、以下に提供される実施例の考察を通して、本開示の様々な態様の評価が得られるであろう。
図１は、例示的な光学的構造物１０の概略断面図である。光学的構造物１０は、青色光２２を発する青色光源２０と、赤色、青色及び緑色のカラーフィルタセット、並びに、目標色域より少なくとも１０％少ないネイティブ色域を有する、液晶ディスプレイパネル３０とを含む。構造物１０は更に、量子ドットフィルムエレメント４０を含み、これは複数の量子ドットを含む。この複数の量子ドットは、赤色ＦＷＨＭを有するピーク赤色波長と、緑色ＦＷＨＭを有するピーク緑色波長とを発光し、かつ所望により、青色光源２０と液晶ディスプレイパネル３０との間に配置される、観測者７５が、光学的構造物１０の表示側又はディスプレイ側に対面し、光学的構造物１０から発せられる緑色光Ｇ、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを認識する。光学的光リサイクルエレメント５０は、光学的に、量子ドットフィルムエレメント４０と液晶ディスプレイパネル３０との間にあり得る。
１つ又は複数の実施形態において、青色光源２０と量子ドットフィルムエレメント４０は、例えば、量子ドットバックライトを形成するバックライトなど、単一のエレメントに一体化することができる。一実施形態において、量子ドットフィルムエレメント４０は、バックライトの拡散フィルム内に組み込むことができ、又はバックライトの拡散フィルムの代わりに置き換えることができる。よって、量子ドットバックライトは、任意のディスプレイ又はＬＣＤディスプレイに対する「ドロップイン」バックライトのソリューションになり得る。
青色光２２を発する青色光源２０は、任意の有用な青色光源であり得る。１つ又は複数の実施形態において、青色光源２０は、例えば、発光ダイオードなどのソリッドステートエレメントである。１つ又は複数の実施形態において、青色光源２０は、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長で、ＦＷＨＭが２５ｎｍ未満又は２０ｎｍ未満の青色光２２を発する。
量子ドットフィルムエレメントは、複数の量子ドット又は量子ドット材料を含む、樹脂又はポリマー材料の層又はフィルムを指す。多くの実施形態において、この材料は２層のバリアフィルムの間に挟まれる。好適なバリアフィルムには、例えば、プラスチック、ガラス、又は誘電性材料が挙げられる。
量子ドットフィルムエレメントは、１つ又は複数の量子ドット材料集合を含み得る。例示的な量子ドット又は量子ドット材料は、青色ＬＥＤからの青色一次光を、量子ドットにより発光される二次光にダウンコンバートすることにより、緑色光と赤色光を発する。赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれの部分が制御されて、望ましい白色点を達成し、これにより、量子ドットフィルムエレメントを組み込んだディスプレイ装置が白色光を発することができる。
本明細書に記述される一体型量子ドット構造物に使用するための例示的な量子ドットには、ＣｄＳｅ又はＺｎＳが挙げられる。本明細書に記述される一体型量子ドット構造物に使用するための好適な量子ドットには、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ又はＣｄＴｅ／ＺｎＳなどの、コア／シェル発光ナノ結晶が挙げられる。例示的な実施形態において、この発光ナノ結晶には外側リガンドコーティングが含まれ、ポリマー基質中に分散される。量子ドット及び量子ドット材料は、Ｎａｎｏｓｙｓ Ｉｎｃ．（Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ、ＣＡ）から市販されている。多くの実施形態において、量子ドットフィルムエレメントの屈折率は、１．４〜１．６、又は１．４５〜１．５５の範囲である。
量子ドット材料を形成する、所定のピーク発光及びＦＷＨＭを有する特定の赤色及び緑色発光量子ドット集合を選択することによって、液晶ディスプレイパネルの色域を改善できることが発見されている。１つ又は複数の実施形態において、この光学的構造物は、目標色域を特定することができ、目標色域よりも少なくとも１０％又は少なくとも１５％又は少なくとも２０％少ないネイティブ色域を有するＬＣＤパネルを、量子ドット材料を形成する、特定のピーク発光及びＦＷＨＭを有するよう具体的に選択された赤色及び緑色発光量子ドット集合と共に利用することによって、目標色域を達成することができる。
１つ又は複数の実施形態において、量子ドットフィルムエレメントには、６００〜６４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、３５％〜４５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも５０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、４５％〜５５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも６０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも７０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６１５〜６３５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２５〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、６５％〜７５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、７５％〜８５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも９０％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
１つ又は複数の実施形態において、ＬＣＤパネルは、８５％〜９５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、量子ドットフィルムエレメントには、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２５〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットが含まれる。これにより光学的構造物は、少なくとも１００％ ＮＴＳＣの色域を達成する。
例示的な光リサイクルエレメントには、反射性偏光子、マイクロ構造化フィルム、金属層、多層光学フィルム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。マイクロ構造化フィルムには、輝度強化フィルムが挙げられる。多層光学フィルムは、ある偏光を選択的に反射することができ（例えば、本明細書で記述される反射性偏光子）、あるいは、偏光に対して選択的でなくともよい。多くの実施例において、光リサイクルエレメントは、入射光の少なくとも５０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも３０％を、反射又はリサイクルする。いくつかの実施形態において、光リサイクルエレメントは、金属層を含む。
反射性偏光子は、任意の有用な反射性偏光子エレメントであり得る。反射性偏光子は単一の偏光状態の光を伝達し、残りの光を反射する。例示的な反射性偏光子には、複屈折反射性偏光子、ファイバー偏光子、コリメート多層反射器が挙げられる。複屈折反射性偏光子には、第１材料の第１層が第２材料の第２層の上に配置されている（例えば、共押出により）多層光学フィルムを含む。第１材料及び第２材料の一方又は両方が複屈折性のものであってもよい。層の総数は、数十、数百、数千又はそれ以上であり得る。いくつかの例示的実施形態では、隣接する第１層及び第２層を光学的繰り返し単位と呼ぶ場合がある。本開示の例示的な実施形態における使用に好適な反射偏光子は、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号、同第６，４９８，６８３号、同第５，８０８，７９４号に記載されており、これらは、参照により本明細書に組み込まれる。任意の好適な種類の反射性偏光子、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射性偏光子、連続／分散相偏光子のような拡散反射性偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、ワイヤグリッド反射性偏光子、又はコレステリック反射性偏光子が、反射性偏光子に使用されてもよい。
輝度向上フィルムは、一般に、照明装置の軸上の輝き（本明細書で「輝度」と呼ばれる）を増強する。輝度向上フィルムは、光伝達可能な、ミクロ構造化フィルムであることができる。微細構造のトポグラフィーは、フィルム表面上の複数のプリズムであってもよく、その結果、このフィルムの使用により、反射及び屈折を通じて光の向きを変えることができる。このプリズムの高さは、約１〜約７５マイクロメートルの範囲であり得る。ノートブックコンピュータ、時計などに見られるような光学構造物又はディスプレイ中で使用される場合、マイクロ構造光学フィルムは、ディスプレイから散逸する光を、光学ディスプレイを貫通する垂直軸から所望の角度で配置される一対の平面内に制限することによって、光学構造物又はディスプレイの輝度を増大させることができる。結果として、許容範囲の外側に発散するはずだった光は、反射してディスプレイ内へ戻り、この光の一部は「再利用」され、ディスプレイから発散することのできる角度で微細構造フィルムに戻ることになる。この再利用は、ディスプレイに所望の輝度レベルを提供するために必要とされる電力消費量を低減することができることから、有用である。
輝度強化フィルムには、左右対称な先端及び溝の一定の繰り返しパターンを備えたマイクロ構造を有する物品が挙げられる。溝パターンの他の例としては、先端及び溝が左右対称ではなく、先端と溝との間の寸法、向き又は距離が均一ではないものが挙げられる。輝度強化フィルムの例は、Ｌｕらによる米国特許第５，１７５，０３０号、及びＬｕによる同第５，１８３，５９７号に記述されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
開示された量子ドット光学的構造物の利点の一部が、以下の実施例によって更に説明される。この実施例で列挙される特定の材料、量及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
実施例−白色ＬＥＤバックライト及び量子ドットバックライトを利用したＬＣＤディスプレイの色域及び効率性能が比較された。
量子ドットディスプレイは、下記のようにモデル化された。ＭＡＴＬＡＢソフトウェアパッケージ（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ（Ｎａｔｉｃｋ ＭＡ）から市販）を用いて、ディスプレイシステムのコンピュータモデルが準備された。このシステムの一次光源は青色ＬＥＤであった。青色ＬＥＤが、赤色及び緑色発光量子ドットを含む量子ドットフィルムを照らした。ＬＥＤ及び量子ドットが、それぞれ固有の半値全幅（ＦＷＨＭ）により特性づけられた。青色ＬＥＤのＦＷＨＭは２０ｎｍであった。緑色及び赤色量子ドットのＦＷＨＭ値はそれぞれ、３３ｎｍ及び４０ｎｍであった。表示される色域を最大化するよう、ＬＥＤ及び量子ドットの発光波長が選択された。選択プロセスは更に、およその標準色空間を密接に近似又は拡張するよう制御された（７２％ ＮＴＳＣ色域のＨＤＴＶ ｓＲＧＢ色空間：ｘｂ＝０．１５、ｙｂ＝０．０６、ｘｇ＝０．３、ｙｇ＝０．６、ｘｒ＝０．６４、ｙｒ＝０．３３、又は９８％ ＮＴＳＣ色域のＡｄｏｂｅ ＲＧＢ色空間：ｘｂ＝０．１５、ｙｂ＝０．０６、ｘｇ＝０．２１、ｙｇ＝０．７１、ｘｒ＝０．６４、ｙｒ＝０．３３）。
次に、赤色及び緑色量子ドットの相対比率が、目標白色点を提供するよう調整された（ＨＤＴＶ ｓＲＧＢ標準：ｘｗ＝０．３１３、ｙｗ＝０．３２９、Ａｄｏｂｅ ＲＧＢ標準：ｘｗ＝０．３１、ｙｗ＝０．３３）。このモデルには更に、量子ドットフィルムの上に配置された２枚のＢＥＦ（輝度強化フィルム）が含まれた。１枚目のＢＥＦフィルムには水平軸に沿ったプリズムがあり、２枚目には垂直軸に沿って直交するプリズムがあった。このＢＥＦフィルムは、２４マイクロメートルピッチの二等辺プリズムフィルムとしてモデル化された。次にこのモデルには、交差したＢＥＦフィルムの上に、ネイティブ色域が４０％ＮＴＳＣ、５０％ＮＴＳＣ、６０％ＮＴＳＣ、７０％ＮＴＳＣ、８０％ＮＴＳＣ又は９０％ＮＴＳＣの標準ＬＣＤパネルが含まれた。白色ＬＥＤディスプレイも、同様にしてモデル化された。量子ドットディスプレイの白色点を一致させるために調整した変数は、ＬＥＤダイからの青色光とＹＡＧ蛍光体からの黄色光との比のみであった。
図２Ａ及び２Ｂは、前述のようにモデル化した、白色ＬＥＤバックライト（図２ａ）及び量子ドット（ＱＤ）バックライト（図２ｂ）のスペクトル出力密度の形状を示す。
効率は、次のように計算された。最初に、（吸収損失、ストークス損失、及び量子効率損失を含む、バックライト装置内のリサイクル後に）青色ＬＥＤと量子ドットフィルムを合わせたスペクトルにより、ディスプレイの出力スペクトルを計算し、カラーフィルタのスペクトルと、人間の目の色感度を表わす明所視感度関数とによって調整した（すなわち、点ごとに掛け合わせた）。次に、結果として得られたスペクトルを、可視波長範囲（４００〜７５０ｎｍ）にわたって統合して、合計出力光束（単位はルーメン）を生成した。次いで、これも可視波長範囲にわたって、青色ＬＥＤのスペクトルのみ（ダウンコンバートの前）を統合し、青色ＬＥＤ光出力（単位はワット）を決定した。合わせた光束と青色ＬＥＤ光出力との比が、光学的効率として計算された（単位はルーメン／ワット）。次に、この比に、青色ＬＥＤの電気的効率（４６％と想定）を掛けた。結果として得られた数値が、プラグワットあたりのルーメン単位での、効率測定値となった。参照白色ＬＥＤの効率は約１１０ｌｍ／Ｗであった。
色域は、ディスプレイの色空間面積（三原色ＣＩＥ座標ｘｂ、ｙｂ、ｘｇ、ｙｇ、ｘｒ、ｙｒ）と、１９５３カラーＮＴＳＣ三角の面積との比として計算された。青色、緑色及び赤色三原色の各々のＣＩＥ色座標は、バックライト装置の合わせたスペクトルと対応するカラーフィルタとを用いて計算された。
図３は、白色ＬＥＤバックライト装置及び量子ドットバックライト装置と組み合わせた場合の、ネイティブ色域が６０％ ＮＴＳＣのＬＣＤパネルで達成可能な色空間を示す。標準１９５３ ＮＴＳＣ三角も、参照のために示されている。予測通り、白色ＬＥＤバックライトは、６０．５％ ＮＴＳＣの色空間をもたらした。量子ドットバックライトは、これより大きい７２．５％ ＮＴＳＣの色空間をもたらした。白色ＬＥＤバックライト及び量子ドットバックライトのスペクトルを、図２ａ−ｂに示す。
この方法の後、白色ＬＥＤバックライトと、バックライト構造体を含む量子ドットについて、ネイティブ色域が４０％ＮＴＳＣ、５０％ＮＴＳＣ、６０％ＮＴＳＣ、７０％ＮＴＳＣ、８０％ＮＴＳＣ、及び９０％ＮＴＳＣのＬＣＤパネルを含むディスプレイの色域と効率が計算された。
図４は、白色ＬＥＤ光学的構造物のネイティブ色域の隣に、量子ドット（ＱＤ）光学的構造物のシステム色域を並べたグラフである。このグラフは、白色ＬＥＤバックライト（黒の棒）とＱＤバックライト（白の棒）での、ネイティブ色域が４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、及び９０％（ｘ軸）のＬＣＤパネルで達成された色域（％ＮＴＳＣとして計算）を表わす。ＱＤバックライトを用いた場合、達成された色域は、ネイティブ色域（白色ＬＥＤバックライトで達成）に比べ、少なくとも１０％ＮＴＳＣ大きかった。平均で、この増加は１７％ＮＴＳＣに等しい。
図５は、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び９０％ ＮＴＳＣネイティブ色域での、量子ドット光学的構造物の隣に白色ＬＥＤ光学的構造物の全システム効率を並べたグラフである。
このグラフは、白色ＬＥＤバックライト（黒の棒）及びＱＤバックライト（白の棒）と組み合わせた、ネイティブ色域が４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、及び９０％（ｘ軸）のＬＣＤパネルで達成された合計システム効率（ルーメン／Ｗで計算され、正規化したもの）を表わす。参照白色ＬＥＤは、１１０ルーメン／Ｗの効率を有すると想定された。ＱＤバックライトを使用した場合、システム効率は、４０％ＮＴＳＣを超える色域目標に関して、白色ＬＥＤバックライトの場合よりも高い。これは、目標色域を提供するために、狭い発光ピークのＱＤバックライトを、目標よりも少なくとも１０％ＮＴＳＣ少ないネイティブ色域のパネルと組み合わせることができ、これによってより高い透過度が得られ、よってより高いシステム効率が得られる、という事実によるものである。
図６は、ＬＥＤ光学的構造物と量子ドット光学的構造物の、色域対システム効率のグラフである。このグラフは、白色ＬＥＤバックライト＋ＬＣＤパネルディスプレイ、及びＱＤバックライト＋ＬＣＤパネルディスプレイの場合の、色域とシステム効率との間の関係を表わす。参照白色ＬＥＤは、１１０ｌｍ／Ｗまでの効率を有すると想定された。ＱＤシステムの勾配は白色ＬＥＤシステムの傾斜よりも上にあり、これは、ＱＤバックライトの方が高色域ディスプレイの好ましいソリューションであることを示している。

Claims (16)

  1. ４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発する青色光源と、
    赤色、青色及び緑色のカラーフィルタのセットを含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルと、
    ６００〜６４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置された量子ドットフィルムエレメントと、
    を含む、光学的構造物。
  2. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、３５％〜４５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と該ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、
    少なくとも５０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  3. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、４５％〜５５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、かつ、
    少なくとも６０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  4. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６０５〜６２５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５３０〜５５０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、
    少なくとも７０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  5. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、５５％〜６５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６１５〜６３５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、かつ、
    少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  6. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、６５％〜７５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、
    少なくとも８０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  7. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、７５％〜８５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、かつ、
    少なくとも９０％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  8. 前記青色ＬＥＤ光源が、４４０〜４６０ｎｍの波長範囲を有し、かつＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である青色光を発し、
    前記ＬＣＤパネルが、８５％〜９５％ ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、
    前記量子ドットフィルムエレメントが、６１０〜６３０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４５ｎｍ未満のピーク赤色波長と、５２０〜５４０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが３５ｎｍ未満のピーク緑色波長とを発する、複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置され、かつ、
    少なくとも１００％ ＮＴＳＣの色域を達成する、請求項１に記載の光学的構造物。
  9. 前記量子ドットフィルムエレメントと前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置された光リサイクルエレメントを更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学的構造物。
  10. 光学ディスプレイのための目標色域を選択する工程と、
    青色光源と、
    赤色、青色及び緑色のカラーフィルタのセットを含み、かつ目標色域よりも少なくとも１０％少ないネイティブ色域を有するＬＣＤパネルと、
    赤色ＦＷＨＭを有するピーク赤色波長及び緑色ＦＷＨＭを有するピーク緑色波長を発光する複数の量子ドットを含み、かつ前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間に光学的に配置される量子ドットフィルムエレメントと、
    を含む前記光学ディスプレイを組み立てる工程と、
    前記ピーク赤色波長及び赤色ＦＷＨＭ並びに前記ピーク緑色波長及び緑色ＦＷＨＭを選択することにより、前記光学ディスプレイの前記目標色域を達成する工程と、
    を含む、方法。
  11. 前記ピーク赤色波長を選択する工程が、６００〜６４０ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが５０ｎｍ未満の前記ピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが４０ｎｍ未満の前記ピーク緑色波長とを選択する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記ピーク赤色波長を選択する工程が、６００〜６４０ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが４５ｎｍ未満の前記ピーク赤色波長と、５１５〜５５５ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが３５ｎｍ未満の前記ピーク緑色波長とを選択する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記ピーク赤色波長を選択する工程が、６０５〜６３５ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが４５ｎｍ未満の前記ピーク赤色波長と、５２０〜５５０ｎｍの範囲で、かつＦＷＨＭが３５ｎｍ未満の前記ピーク緑色波長とを選択する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記青色光源が、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長で、ＦＷＨＭが２５ｎｍ未満である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記青色光源が、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長で、ＦＷＨＭが２０ｎｍ未満である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記光学ディスプレイを組み立てる工程が更に、前記量子ドットフィルムエレメントと前記ＬＣＤパネルとの間に１つ又は複数の光リサイクルエレメントを含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
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