JP2018506079A - ダウンコンバージョンフィルム要素 - Google Patents

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Abstract

ダウンコンバージョンフィルム要素は、量子ドット及び蛍光体を含み、（ａ）量子ドットは、６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、蛍光体は、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、又は（ｂ）量子ドットは、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、蛍光体は、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、のいずれかである。

Description

本発明は、ダウンコンバージョンフィルム要素、並びにダウンコンバージョンフィルム要素を備えた光学構造体及び照明器具に関する。
液晶ディスプレイ（Liquid crystal display、ＬＣＤ）は、独立したバックライトユニット並びにスクリーン上にカラー画像を表示するための画素の赤色、緑色及び青色のカラーフィルターを利用するディスプレイである。赤色、緑色及び青色のカラーフィルターはそれぞれ、バックライトユニットから放出された白色光を、赤色光、緑色光、及び青色光へと分離する。赤色、緑色及び青色のカラーフィルターは、それぞれ、狭い波長域の光のみ伝え、残りの可視スペクトルは吸収し、結果として顕著な光学的損失となる。したがって、十分なルミナンスを有する画像を作製するために、高ルミナンスバックライトユニットが必要である。ＬＣＤ装置によって表示することができる色の範囲は、色域と呼ばれ、ＬＣＤパネルのバックライトユニットとカラーフィルターとの結合スペクトルによって決定される。より厚みがあり、より多く吸収するカラーフィルターは、より飽和した原色及びより広範囲の色域（％ＮＴＳＣとして測定）並びにより低いルミナンスをもたらす。
パネルのネイティブ色域は、白色ＬＥＤを含むバックライトユニットと組み合わせて実現できる色域の領域と見なすことができる。典型的な白色ＬＥＤは、黄色ＹＡＧ蛍光体と組み合わせた青色ＬＥＤダイからなる。ネイティブ色域は、典型的には、一部の携帯用デバイスの４０％ＮＴＳＣから特殊モニターの１００％ＮＴＳＣ超までを範囲とする。
色域が改善された、又は効率が上昇したＬＣＤパネル構造体が望まれている。したがって、蛍光要素として緑色及び赤色量子ドットの組み合わせを使用したダウンコンバージョンフィルム構造体を備えたＬＣＤパネル構造体は、ＬＣＤパネル構造体における％ＮＴＳＣを大きく改善することができることから、近年、大きな関心を呼んでいる。しかし、量子ドットは、湿気及び酸素による分解に極めて敏感である。それに加えて、ほとんどのＬＣＤ用量子ドットフィルム構造体は、カドミウムをベースとする緑色及び赤色量子ドットを利用しており、これらの使用は消費者製品において規制されている。
前述を考慮して、我々は、高色域ディスプレイにおける使用向けの、量子ドット含有量が低減されたダウンコンバージョンフィルムが、当技術分野において必要とされていることを認めている。
我々は、ダウンコンバージョンフィルム中の緑色又は赤色量子ドットを、場合により、緑色又は赤色蛍光体に置き換えることができることを発見した。赤色又は緑色量子ドットを含むフィルム中の緑色又は赤色量子ドットを緑色又は赤色蛍光体で置き換えると、（赤色及び緑色量子ドットを含むフィルムと比べて）到達可能な％ＮＴＳＣを限定する可能性があるが、それでもなおこの「ハイブリッド」ダウンコンバージョンフィルムは、黄色蛍光体を駆動する青色ＬＥＤの現在の標準品よりも、色域を大きく改善する。いくつかの実施形態では、例えば、ＦＷＨＭが狭い赤色蛍光体を緑色量子ドットと一緒に使用したとき、％ＮＴＳＣが、量子ドット系全体にわたって実際に改善される。
更に、その他の利点を実現することもできる。多くの蛍光体化学物質は、例えば、湿気及び酸素に対して優れた性能安定性を有する。また、緑色量子ドット又は赤色量子ドットのうちの少なくとも片方を緑色蛍光体又は赤色蛍光体で置き換えると、ダウンコンバージョンフィルムのカドミウム含有量を顕著に低減することができる。場合によっては、例えば、緑色量子ドットを緑色蛍光体で置き換えると、カドミウム含有量は７５％以下まで低減され得る、又は赤色量子ドットを赤色蛍光体で置き換えると、カドミウム含有量は２５％以下まで低減され得る。
一態様において、本発明は、量子ドット及び蛍光体を含むダウンコンバージョンフィルム要素であって、（ａ）量子ドットが、６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、蛍光体が、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、又は（ｂ）量子ドットが、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、蛍光体が、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、のいずれかであるダウンコンバージョンフィルム要素を提供する。
別の態様では、本発明は、ダウンコンバージョンフィルム要素を備えた光学構造体及び照明器具を提供する。
本開示の種々の実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と共に考察することで、本開示はより完全に理解され得る。
代表的な光学構造体の概略側立面図である。 実施例１のフィルムについてのルミナンス及びカラーポイントデータを示すグラフである。 実施例１のフィルムについてのルミナンス及びカラーポイントデータを示すグラフである。 実施例３のシステムについてのシステム効率対色域を示すグラフである。
以下の詳細な説明において、添付の図面を参照するが、それらの図面は本発明の一部を成すものであり、また、いくつかの特定の実施形態を実例として示すものである。他の実施形態は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、企図され、行うことができると理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で理解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的用語及び技術的用語は、別段の指定がない限り、当技術分野において一般的に使用されている意味を有する。本明細書において与えられる定義は、本明細書中で頻繁に使用される特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定するためのものではない。
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特徴部の寸法、量、及び物理的特性を表すすべての数字は、いずれの場合においても「約」なる語によって修飾されているものとして理解されたい。したがって、そうでない旨が示されない限り、上記の明細書及び添付の特許請求の範囲において記載される数値パラメーターは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変わ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するときに、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するときに、用語「又は」は、一般に、その内容について別段の明確な指示がない限り、「及び／又は」を含む意味で使用される。
「下部」、「上部」、「〜の下」、「下側」、「上側」、及び「〜の上」などを含むが、それらに限定されない、空間に関連する用語は、本明細書で使用される場合、ある要素（複数可）の別の要素に対する空間的関係を述べる説明を容易にするために利用される。かかる空間に関連する用語は、図面に示され本明細書に記載される特定の向きに加えて、使用中又は動作中の装置の異なる向きを包含する。例えば、図面に示される物体が反転又は裏返された場合、その前の時点で他の要素の下側又はその下にあるとして説明されていた部分は、これらの他の要素の上側になると考えられる。
本明細書で使用されるとき、ある要素、構成要素若しくは層が、例えば、別の要素、構成要素若しくは層と「一致する境界面」を形成する、これらの「上にある」、これらと「接続される」、「結合される」、若しくは「接触する」として述べられる場合、その要素、構成要素若しくは層は、例えば、特定の要素、構成要素若しくは層の直接上にあるか、これらと直接接続されるか、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、構成要素若しくは層が特定の要素、構成要素若しくは層の上にあるか、これらと接続されるか、結合されるか、若しくは接触し得る。例えばある要素、構成要素、又は層が、別の要素の「直接上にある」か、別の要素に「直接接続される」、「直接結合する」、又は「直接接触する」ものとして表される場合、例えば介在する要素、構成要素、又は層は存在しない。
本明細書で使用されるところの「有する（have、having）」、「含む（include、including、comprise、comprising）」などは、非限定的（open ended）な意味で用いられており、概ね「含むが、これらに限定されない」ことを意味する。用語「〜からなる」及び「〜から本質的になる」は、用語「〜を含む」及び同様の用語に包含されることが理解されよう。
用語「光リサイクル要素」は、一部の入射光を再利用又は反射し、一部の入射光を伝える光学要素を指す。例示的光リサイクル要素は、反射偏光子、微細構造フィルム、金属層、多層光学フィルム及びこれらの組み合わせを含む。
用語「％ＮＴＳＣ」は、色域の定量化を指す。ＮＴＳＣは、全国テレビジョン方式委員会を意味する。１９５３年に、ＮＴＳＣは、以下のＣＩＥ色座標を有するカラーテレビジョン標準比色法を規定した：
Figure 2018506079
装置又はプロセスの（色）域は、再現可能なＣＩＥ色空間の部分である。ＬＣＤディスプレイの色域を定量化するために、三原色（すなわち、赤色、緑色、青色のカラーフィルター）によって画定された三角形の領域が、標準ＮＴＳＣ三角形の領域に正規化され、％ＮＴＳＣとして記録される。
表現「ネイティブ色域」は、白色ＬＥＤを含むバックライトユニットと組み合わせて実現できる色域の領域を指す。
用語「ＦＷＨＭ」は、半値全幅を意味する。これは、その名前が示すように、曲線上で、関数がその最大値の半分に到達する点の間の距離によって求められ、その関数は関数の最大値に対してほぼ対称を成す。
本開示は、ネイティブ色域が少なくとも１０％低いＬＣＤパネルを、青色ＬＥＤを含むバックライトユニット並びに緑色蛍光体及び赤色量子ドットを含むダウンコンバージョンフィルム要素と組み合わせて使用して目標色域の領域（％ＮＴＳＣとして測定）を出力し、結果として他の態様の中でもシステムのルミナンスがかなり改善されたＬＣＤディスプレイの設計に関する。バックライト中で青色ＬＥＤ及び緑色蛍光体及び赤色量子ドットを使用して、狭い青色、緑色及び赤色発光ピークを有する白色スペクトルを生成すると、白色ＬＥＤを利用した従来の装置よりも優れた、色域とルミナンスとの間のトレードオフを出すことができる。実際、本発明のバックライトを使用した場合、ネイティブ色域が少なくとも１０％低いＬＣＤパネルを使用して目標色域を実現することができ、結果として高ルミナンス出力及び／又は低消費電力が可能になる。本開示内容はそのようには限定されないが、以下に示す実施例の説明により本開示内容の様々な態様の認識が得られるであろう。
図１は、代表的な光学構造体１０の概略断面図である。光学構造体１０は、青色光２２を発光する青色光源２０と、赤色、青色及び緑色のカラーフィルターセットを有し、目標色域より少なくとも１０％低いネイティブ色域を有する液晶ディスプレイパネル３０とを備える。構造体１０はまた、複数の量子ドット及び蛍光体を含むハイブリッドダウンコンバージョン要素４０も備え、これは光学的に青色光源２０と液晶ディスプレイパネル３０との間にある。
ダウンコンバージョン要素４０は、（ａ）６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光する量子ドットと、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する蛍光体、又は（ｂ）５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光する量子ドットと、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する蛍光体、のいずれかを有する。
ビューア７５は、光学構造体１０の見る側すなわち表示側に面し、光学構造体１０から発光される緑色光Ｇ、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを識別することができる。任意選択の光リサイクル要素５０は、光学的に、ハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素４０と液晶ディスプレイパネル３０との間にあってよい。
１つ以上の実施形態において、青色光源２０及びダウンコンバージョンフィルム要素４０は、例えば、量子ドット／蛍光体ハイブリッドバックライトを形成するバックライトなどの単一要素に統合することができる。一実施形態では、ハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素４０は、バックライトの拡散フィルムの中に組み込むことができる、又はバックライトの拡散フィルムを置き換えることができる。したがって、量子ドット／蛍光体ハイブリッドバックライトは、任意のディスプレイ又はＬＣＤディスプレイとの「ドロップイン式」バックライトソリューションであってもよい。
青色光２２を発光する青色光源２０は、任意の有用な青色光源でよい。１つ以上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固体素子である。１つ以上の実施形態において、青色光源２０は、４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長及び２５ｎｍ未満又は２０ｎｍ未満のＦＷＨＭで青色光２２を発光する。
ハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素は、複数の（赤色又は緑色）量子ドット又は量子ドット材料及び（赤色又は緑色）蛍光体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つのバリアフィルム間に挟まれている。好適なバリアフィルムとしては、例えば、プラスチック、ガラス又は誘電材料が挙げられる。
ハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素は、１つ以上の量子ドット材料及び１つ以上の蛍光体集団を含むことができる。代表的な量子ドット又は量子ドット材料は、青色ＬＥＤからの青色の一次光が、量子ドットによって発光される二次光にダウンコンバージョンされる際に、赤色光又は緑色光を発光する。代表的な蛍光体は、青色ＬＥＤからの青色の一次光が、蛍光体によって発光される二次光にダウンコンバージョンされる際に、緑色光又は赤色光を発光する。いくつかの実施形態では、青色ＬＥＤからの青色の一次光が、量子ドットによって発光される二次光にダウンコンバージョンされる際に、緑色光を発光する量子ドット又は量子ドット材料は、任意選択により、緑色光を発光する蛍光体と共に含まれ得る。同様に、いくつかの実施形態では、青色ＬＥＤからの青色の一次光が、量子ドットによって発光される二次光にダウンコンバージョンされる際に、赤色光を発光する量子ドット又は量子ドット材料は、任意選択により、赤色光を発光する蛍光体と共に含まれ得る。赤色、緑色及び青色光の各部分を制御して、ハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を組み込んだディスプレイ装置によって発光される白色光に所望の白色点を実現することができる。
本明細書に記載の統合量子ドット構造体において使用される代表的な量子ドットとしては、ＣｄＳｅ又はＺｎＳが挙げられる。本明細書に記載の統合量子ドット構造体において使用される好適な量子ドットとしては、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ又はＣｄＴｅ／ＺｎＳを含めたコア／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、発光ナノ結晶は、外部リガンドのコーティングを有し、ポリマーマトリクス中に分散されている。量子ドット及び量子ドット材料は、Ｎａｎｏｓｙｓ Ｉｎｃ．（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，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要素の屈折率は、１．４〜１．６又は１．４５〜１．５５の範囲である。本発明における使用に適した、代表的な緑色蛍光体としては、ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＳＳＬ−ＬＤ−１３０７０２２１０（５２５ｎｍ付近で発光する緑色蛍光体は、ＦＷＨＭが７０ｎｍであり、量子収率は９０％であった）、Ｍｅｒｃｋ ＳＧＡ ５２４ １００（５２４ｎｍ付近で発光する緑色蛍光体は、ＦＷＨＭが６６ｎｍであり、量子収率は９０％であった）、Ｍｉｔｓｕｉ Ｇ５３５（５３５ｎｍ付近で発光する緑色蛍光体は、ＦＷＨＭが４７ｎｍであり、量子収率は８５％であった）及びＭｉｔｓｕｉ Ｇ５３２（５３０ｎｍ付近で発光する緑色蛍光体は、ＦＷＨＭが５０ｎｍであり、量子収率は８５％であった）が挙げられる。
他の好適な緑色蛍光体としては、以下の非限定的な例が挙げられる：（ｉ）米国特許第３，５０５，２４０号（Ｂａｒｒｙ）に記載の方法に従って調製することができる、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ（＋２）、及び米国特許第６，９８２，０４５号（Ｍｅｎｋａｒａら）に記載のＳｒｘＢａｙＣａｚＳｉＯ４：Ｅｕ（＋２），Ｂ（式中、Ｂは、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｐｂ及びＳｎから選択される）などの種々のユーロピウムドープオルトケイ酸塩。この部類の市販材料としては、ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）から入手可能なｉｓｉｐｈｏｒ（商標）ＢＯＳＥ ＳＧＡ ５２４ １００及びＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｋｅｎｎｅｓａｗ，ＧＡ）から入手可能なＢＵＶＧ０２が挙げられる；（ｉｉ）Ｌｏｒａｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｔ．Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，ＦＬ）から市販されるもの（ｈｔｔｐ：／／ｌｏｒａｄｃｈｅｍｉｃａｌ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ−ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ−ｐｈｏｓｐｈｏｒ．ｈｔｍｌ）などのユーロピウムドープストロンチウムチオガリウム酸塩、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（＋２）；（ｉｉｉ）Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．（Ｓｔｅｖｅｎａｇｅ，Ｈｅｒｔｓ，ＵＫ）から市販されているＫＥＭＫ６３Ｍ／Ｆ−Ｕ１などのユーロピウム及びマンガンドープバリウムマグネシウムアルミニウムオキシド、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ；並びにＲ．−Ｊ．Ｘｉｅら、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２０１０、３、３７７７〜９３に記載の方法に従って調製することができる希土類ドープニトリドケイ酸塩。市販の好適な窒化物緑色蛍光体の一例として、ＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｋｅｎｎｅｓａｗ，ＧＡ）製のＨＴＧ５４０がある。
本発明における使用に適した赤色蛍光体としては、以下の非限定的な例が挙げられる：（ｉ）Ａ．Ｇ．Ｐａｕｌｕｓｚ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｓｏｌ．Ｓｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１９７３、１２０、９４２〜７に記載の方法に従って調製することができるＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ（＋４）；Ｌ．Ｔｈｏｒｉｎｇｔｏｎ、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｃｉ．Ａｍｅｒ．１９５０、４０、５７９〜８３に記載の方法に従って調製することができる３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ（＋４）；並びにＳ．Ｏｋａｍｏｔｏ及びＨ．Ｙａｍａｍｏｔｏ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１０、１５７、Ｊ５９−６３に記載の方法に従って調製することができる２．７ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・０．８ＳｒＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ（＋４）などのＭｎ（＋４）ドープ蛍光体；（ｉｉ）Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．（Ｓｔｅｖｅｎａｇｅ，Ｈｅｒｔｓ，ＵＫ）からＴｙｐｅ ＦＬ６３／Ｓ−Ｄ１として市販されているものなどのユーロピウムドープ硫化カルシウム、ＣａＳ：Ｅｕ（＋２）；（ｉｉｉ）ユーロピウム（＋３）ドープ蛍光体、例えばＰｈｏｓｐｈｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．（Ｓｔｅｖｅｎａｇｅ，Ｈｅｒｔｓ，ＵＫ）からＵＫＬ６３／Ｆ−Ｕ１として市販されている、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（＋３）；Ｈ．Ｌｉら、ＡＣＳ Ａｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆ．２０１４、６、３１６３〜９に記載の方法に従って調製することができるＳｒ１．７Ｚｎ０．３ＣｅＯ４：Ｅｕ（＋３）；Ｚｈｕ，Ｈら、Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｎｏｎ−ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ ｒｅｄ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｆｏｒ ｗａｒｍ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ．Ｎａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．５：４３１２ ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ５３１２（２０１４）に記載の方法に従って調製することができるＫ２ＴｉＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、ＮａＧｄＦ４及びＮａＹＦ４などのＭｎ４＋活性化フッ化物微結晶；並びに米国特許出願公開第２００６／０１６９９９８号（Ｒａｄｋｏｖら）に記載のＫ２［ＳｉＦ６］：Ｍｎ４＋、Ｋ２［ＴｉＦ６］：Ｍｎ４＋、Ｋ３［ＺｒＦ７］：Ｍｎ４＋、Ｂａ０．６５Ｚｒ０．３５Ｆ２．７０：Ｍｎ４＋、Ｂａ［ＴｉＦ６］：Ｍｎ４＋、Ｋ２［ＳｎＦ６］：Ｍｎ４＋、Ｎａ２［ＴｉＦ６］：Ｍｎ４＋及びＮａ２［ＺｒＦ６］：Ｍｎ４＋などのＭｎ４＋で活性化された複合フッ化物蛍光体。
量子ドット材料を形成する特定のピーク発光及びＦＷＨＭを有する特定の赤色又は緑色発光量子ドット集団並びに特定のピーク発光及びＦＷＨＭを有する特定の緑色又は赤色蛍光体の選択が、液晶ディスプレイパネルの色域を改善することができることが発見された。１つ以上の実施形態において、光学構造体は、目標色域を指定することができ、ネイティブ色域が目標色域より少なくとも１０％又は少なくとも１５％又は少なくとも２０％低いＬＣＤパネルを、（ａ）量子ドット材料を形成する特定のピーク発光及びＦＷＨＭを有する特異的に選択された赤色発光量子ドット集団並びに特定のピーク発光及びＦＷＨＭ及び内部蛍光量子収率を有する特異的に選択された緑色発光蛍光体、又は（ｂ）量子ドット材料を形成する特定のピーク発光及びＦＷＨＭを有する特異的に選択された緑色発光量子ドット集団並びに特定のピーク発光及びＦＷＨＭ及び内部蛍光量子収率を有する特異的に選択された赤色発光蛍光体のいずれかと共に利用することができる。
１つ以上の実施形態において、ハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素は、６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光する量子ドットと、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する１種以上の緑色蛍光体とを含む。いくつかの実施形態では、緑色蛍光体は、ＦＷＨＭが７０ｎｍ、６０ｎｍ又は５０ｎｍ未満であり、８０％、８５％、９０％又はそれ以上の内部蛍光量子収率を有する。
１つ以上の実施形態において、ハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素は、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光する量子ドットと、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する１種以上の赤色蛍光体とを含む。いくつかの実施形態では、赤色蛍光体は、ＦＷＨＭが７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、又は１０ｎｍ未満であり、８０％、８５％、９０％又はそれ以上の内部蛍光量子収率を有する。いくつかの実施形態では、赤色蛍光体は、ＦＷＨＭが非常に狭いため、赤色量子ドットより優れた性能をもたらす。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも５０％ＮＴＳＣの色域を実現する。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも６０％ＮＴＳＣの色域を実現する。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも７０％ＮＴＳＣの色域を実現する。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも８０％ＮＴＳＣの色域を実現する。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも９０％ＮＴＳＣの色域を実現する。
１つ以上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、それにより、本発明のハイブリッド量子ドット／蛍光体フィルム要素を備えた光学構造体は、少なくとも１００％ＮＴＳＣの色域を実現する。
例示的光リサイクル要素は、反射偏光子、微細構造フィルム、金属層、多層光学フィルム及びこれらの組み合わせを含む。微細構造フィルムは、輝度上昇フィルムを含む。多層光学フィルムは、一偏光を選択的に反射することができる（例えば、本明細書に記載の反射性偏光子）又は偏光に対して非選択的であってもよい。多くの実施例では、光リサイクル要素は、少なくとも５０％の入射光、又は少なくとも４０％の入射光、又は少なくとも３０％の入射光を反射又は再利用する。いくつかの実施形態では、光リサイクル要素は、金属層を含む。
反射性偏光子は、任意の有用な反射性偏光要素であってよい。反射性偏光子は、単一偏光状態を持つ光を透過し、残りの光を反射する。例示的反射性偏光子は、複屈折反射性偏光子、ファイバー偏光子及びコリメーティング多層反射器を含む。複屈折反射性偏光子は、第２の材料の第２の層上に配置された（例えば、共押出によって）第１の材料の第１の層を有する多層光学フィルムを含む。第１の材料及び第２の材料の一方又は両方が複屈折性のものであってよい。層の合計数は、数十個、数百個、数千個又はそれ以上であってよい。いくつかの例示的実施形態では、隣接する第１及び第２の層を光学的繰り返し単位と呼ぶ場合がある。本開示の例示的実施形態における使用に適した反射性偏光子は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，８８２，７７４号、同第６，４９８，６８３号、及び同第５，８０８，７９４号に記載されている。任意の好適なタイプの反射性偏光子、例えば多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射性偏光子、連続／分散相偏光子などの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を、反射性偏光子に使用してよい。
輝度上昇フィルムは、一般に、照明装置の軸上のルミナンス（本明細書で「輝度」と呼ばれる）を向上する。輝度上昇フィルムは、光透過性の微細構造フィルムであり得る。微細構造のトポグラフィーは、フィルムを使用して、反射及び屈折を通じて光の方向を変えることができるような、フィルム表面上の複数のプリズムであってよい。プリズムの高さは、約１〜約７５マイクロメートルの範囲でよい。ラップトップ型コンピュータ、腕時計などで見られるような光学構造体又はディスプレイに使用される場合、この微細構造光学フィルムは、ディスプレイから漏れ出る光を、光学ディスプレイを通過する垂直軸から所望の角度で配置された一対の平面内に限定することによって、光学構造体又はディスプレイの輝度を向上することができる。その結果、許容範囲外でディスプレイから出る光は、反射してディスプレイに戻され、そこでその一部が「再利用され」、それがディスプレイから出ることができるような角度で微細構造フィルムに戻る。この再利用は、ディスプレイに所望のレベルの輝度を与えるのに必要な消費電力を低減することができることから、有用である。
輝度上昇フィルムは、対称形の頂点及び溝の規則的な繰り返しパターンを有する微細構造を持つ物品を含む。溝パターンのその他の例として、頂点と溝が対称形でないパターン並びにサイズ、配向又は頂点及び溝間の距離が均一でないパターンが挙げられる。輝度上昇フィルムの例は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｕらの米国特許第５，１７５，０３０号及びＬｕの米国特許第５，１８３，５９７号に記載されている。
本発明のハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素は、他の用途にも有用である。例えば、ハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素は、例えば、ＬＥＤライティングの色調整及び／又は演色のための照明器具及びライティングアセンブリなどのライティング用途に使用することができる。
照明器具は、典型的には、光源及び光ガイド又は拡散器などの光学部品を含む。光学部品は、典型的には、光を光源から照明器具の外に導くように動作する。本発明のハイブリッドダウンコンバージョンフィルム要素は、光源として青色ＬＥＤを利用する照明器具において使用することができる。ダウンコンバージョンフィルムは、青色ＬＥＤ光源に光学的に結合するように適合された少なくとも一部の光学部品上に配置されてよい。いくつかの実施形態では、光学部品は、光ガイド、拡散器又は半透過反射器である。いくつかの実施形態では、照明器具は、後方反射器（back reflector）を含んでよい。後方反射器は、鏡面反射器であっても、半鏡面反射器であってもよい。いくつかの実施形態では、照明器具は、国際特許出願公開第ＷＯ２０１５／１２６７７８号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）に記載の半透過反射器を含んでよい。
開示する量子ドット／蛍光体光学構造体のいくつかの利点を、以下の実施例により更に説明する。本実施例で列挙される特定の材料、量、及び寸法、並びにその他の条件及び詳細は、過度に本開示を制限すると解釈されるべきではない。
本発明の目的及び利点を、以下の実施例によって更に説明するが、これらの実施例において列挙される特定の材料及びその量、並びにその他の条件及び詳細は、本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。
（実施例１）
本実施例で使用する材料は、以下を含んでいた。
緑色蛍光体ＳＳＬ−ＬＤ−１３０７０２２１０は、ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）から入手し、そのまま使用した。ＵＶ硬化アクリル樹脂中に分散された、この蛍光体の分光分析データ（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｃｏｒｐ．（Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ，ＮＪ）から入手可能なＨａｍａｍａｔｓｕ Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−ＱＹ蛍光分光計を使用して測定）は、以下のとおりであった。ピーク発光波長は５２５ｎｍ（４４０ｎｍで励起）であり、発光ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）は７０ｎｍであり、内部量子収率は９０％であった。
赤色量子ドット濃縮物１９６４−０１は、Ｎａｎｏｓｙｓ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から入手し、そのまま使用した。このＣｄＳｅベース材料は、約６２０ｎｍ（励起４４０ｎｍ）のピーク発光波長、約４４ｎｍのＦＷＨＭ、及び約９０％の内部量子収率を特徴とする。
Ｅｐｏｎ ８２８エポキシ樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート（ＴＢＡＥＭＡ）、ＳＲ３４８（エトキシ化（２）ビスフェノールＡジメタクリレート）、ＳＲ３４０（２−フェノキシエチルメタクリレート）及びＤａｒｏｃｕｒｅ ４２６５光開始剤はそのまま使用した。（Ｅｐｏｎ ８２８は、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）から入手した。ＳＲ３４８及びＳＲ３４０は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から入手した。Ｄａｒｏｃｕｒｅ ４２６５は、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．（Ｗｙａｎｄｏｔｔｅ，ＭＩ）から入手した。）
厚さ２ミル（５１マイクロメートル）の艶消しバリア塗装ＰＥＴフィルム、ＦＴＢ３−Ｍ−１２１５は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手した。
ＵＶ硬化樹脂配合物は、５４５ｇの予混合物（６０ｗｔ％のＥｐｏｎ ８２８及び４０ｗｔ％のＴＢＡＥＭＡを含有する）、２９６．６ｇのＳＲ３４８、１４９．４ｇのＳＲ３４０、及び９．９ｇのＤａｒｏｃｕｒｅ ４２６５を混合することによって調製した。ねじぶた付きアンバー瓶中で成分を合わせ、均一に混合されるまでローラーをオンにした。この７６８．７ｇの樹脂に１０．０ｇの赤色量子ドット濃縮物１９６４−０１及び２２１．３ｇのＳＳＬ−ＬＤ−１３０７０２２１０緑色蛍光体を添加した。この混合物を撹拌して蛍光体を分散させ、混合物を、無水窒素雰囲気下のグローブボックス中で１リットルの注射器に移して、水及び酸素への曝露による分解から量子ドットを保護した。
上記混合物を、窒素（２７ｐｐｍ酸素）下のパージボックス中に密閉された４ｉｎ（１０．２ｃｍ）幅のダイコーターを１０ｆｔ／ｍｉｎ（３ｍ／ｍｉｎ）のライン速度で使用して、タンデムコーティングライン上で、２層の艶消しバリア塗装ＰＥＴフィルム間にコーティングした。厚さ６〜９ミル（０．１５ｍｍ〜０．２３ｍｍ）の範囲のフィルムを生成するように樹脂流量を調節した。３９５ｎｍで発光する青色ＬＥＤパネルを使用して、コーティングを硬化した。その他のライン条件は以下のとおりであった：１／４面スロット後方供給型ダイ（1/4 face slot rear fed die）を備えたスロット押出ダイ、２０ミル（０．５１ｍｍ）のシム、７ミル（０．１８ｍｍ）の積層間隙、７ミル（０．１８ｍｍ）のコーティング間隙、及びＵＶ ＬＥＤランプ電力１２アンプ。全部で６つの厚さが異なるコーティングサンプルを得た。８５℃のオーブン中で３日間、エージングの前後に、サンプルの透過率、ヘイズ、及び透明度を（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ）製のＨａｚｅｇａｒｄ Ｐｌｕｓ透過率計を使用して）測定し、（参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２０１４／１２３８３６（Ｂｅｎｏｉｔら）の実施例に記載の方法及び器具を使用して測定された）ルミナンス及びｘ−ｙカラーポイントを測定した。データを表１並びに図２Ａ及び図２Ｂに示す。蛍光量子収率は、４４０ｎｍでの励起を用いて、すべてのサンプルにおいて７８〜７９％の値が得られた。ｔ−剥離測定において剥離強度を測定する試みは、バリアフィルムを引き裂き、樹脂の基材への接着が優れていることを示した。
表１は、実施例１で調製したハイブリッド緑色蛍光体／赤色量子ドットフィルムに関するデータを示す。対照サンプル用に列挙したデータは、緑色蛍光体の代わりに緑色量子ドットを使用する以外は、他のフィルムと同様に調製したフィルムのものである。緑色量子ドットは、Ｎａｎｏｓｙｓ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から濃縮物Ｇ１９６４−０１として入手し、そのまま使用した。図２Ａ及び図２Ｂは、８５℃で３日間エージングした際の、ハイブリッド緑色蛍光体／赤色量子ドットについてのルミナンス及びカラーポイントデータにおける変化を示す。
Figure 2018506079
表１及び図２Ａで見られるように、ハイブリッド蛍光体／量子ドットシステムのルミナンスは、ほぼ同じカラーポイント（２及び３）のサンプルを考慮するとき、すべての量子ドット対照と同様であった。サンプル１〜６と対照との間のヘイズ及び透明度における違いは、対照が熱硬化されたエポキシ樹脂システムを使用したのに対し、異なる樹脂システムの使用が原因であり得ると考えられる。また、熱劣化時、カラーポイントは青色に向かってシフトするように見え、蛍光体及び量子ドットの経時変化差を示唆する。
表１のいくつかのフィルムにおける元素カドミウム含有量の測定は、誘導結合プラズマ原子発光分光法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を利用して決定した。元素分析に使用した機器は、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｏｐｔｉｍａ ４３００ＤＶ ＩＣＰ発光分光光度計であった。フィルム中のカドミウム含有量は、７０〜７３ｐｐｍの範囲であり、ほとんどの量子ドットフィルム中の含有量と比べてかなり少なかった。また、特定有害物質使用制限指令（ＲｏＨＳ）の基準である１００ｐｐｍを下回っていた。
最後に、ハイブリッドフィルム及び対照フィルムは、室温でエージングが延長した際、エッジ欠陥の形成に対して異なる挙動を示す。フィルムの剥き出しになったエッジからの酸素及び水の浸入は、全量子ドットフィルムでは、緑色及び赤色蛍光発光体両方における蛍光活性の損失により、フィルムエッジ周りのバンドにおいて発光の完全消失をもたらしたが、一方でハイブリッドシステムでは、緑色蛍光発光体の安定性及び赤色蛍光発光体の損失により、発光色のシフトを示した。
（実施例２）
量子ドットディスプレイを以下のようにモデル化した。ＭＡＴＬＡＢソフトウェアパッケージ（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手可能）及び参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２０１４／１２３７２４（Ｂｅｎｏｉｔら）の実施例に記載の方法を使用し、ディスプレイシステムのコンピュータモデルを調製した。システムの原色光源は、青色ＬＥＤであった。青色ＬＥＤは、赤色及び緑色発光量子ドットからなるダウンコンバージョンフィルム、又は緑色蛍光体及び赤色量子ドットを含有するハイブリッド構造体を照光した。ＬＥＤ及び蛍光発光体（量子ドット又は蛍光体のいずれか）は、固有の半値全幅（ＦＷＨＭ）によって特徴付けられた。青色ＬＥＤでは、ＦＨＷＭは４４５ｎｍで１８ｎｍであった。緑色及び赤色量子ドットでは、ＦＷＨＭ値は、５３５ｎｍ及び６２５ｎｍでそれぞれ３４ｎｍ及び３９ｎｍであった。
この作業に利用した市販の緑色蛍光体は、以下のとおりであった：ｉｓｉｐｈｏｒ（商標）ＳＧＡ ５２４ １００及びｉｓｉｐｈｏｒ（商標）ＬＧＡ ５５３ １００（ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）から入手可能）；Ｇ５３２Ａ及びＧ５３５Ａ（Ｏａｋ−Ｍｉｔｓｕｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｈｏｏｓｉｃｋ Ｆａｌｌｓ，ＮＹ）から入手可能）。また、比較例として、広帯域黄色蛍光体、ｉｓｉｐｈｏｒ（商標）ＹＧＡ ５７７ ２００（ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能）も含めた。
緑色蛍光体ＳＧＡ ５２４ １００、Ｇ５３２Ａ、及びＧ５３５Ａ、並びに黄色蛍光体ＹＧＡ ５７７ ２００では、分光パラメーター（蛍光量子収率ＱＹ、発光バンドＦＷＨＭ、及び発光バンドピーク波長λｍａｘ）を、励起波長４４０ｎｍ又は４５０ｎｍで操作するＱｕａｎｔａｕｒｕｓ−ＱＹ蛍光分光光度計を使用して、ＰＥＴフィルム上の、屈折率１．５１５のＵＶ硬化性アクリル樹脂中２０ｗｔ％の蛍光体のコーティング上で測定した。ＬＧＡ ５５３ １００緑色蛍光体では、ＦＷＨＭ値及びλｍａｘ値は、ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製品情報シートからとり、量子収率は９０％と推定した。緑色及び黄色蛍光体の分光パラメーターを、以下の表２にまとめる。
Figure 2018506079
ＬＥＤ及び蛍光発光体の発光波長を、表示される色域を最大化するように設計された最適化において利用した。具体的には、青色ＬＥＤ及び量子ドットのピーク波長を最適化し（可変）、性能を最大限に活かし、同時に蛍光体材料のピーク波長は、市販の材料から選択した（固定）。このプロセスは、適当な色空間（９６％ＮＴＳＣ色域：ｘｂ＝０．１５０、ｙｂ＝０．０６０、ｘｇ＝０．２６５、ｙｇ＝０．６９０、ｘｒ＝０．６８０、ｙｒ＝０．３２０のＤＣＩ−Ｐ３色空間；又は９５．５％ＮＴＳＣ色域：ｘｂ＝０．１５０、ｙｂ＝０．０６０、ｘｇ＝０．２１０、ｙｇ＝０．７１０、ｘｒ＝０．６４０、ｙｒ＝０．３３０のＡｄｏｂｅ ＲＧＢ色空間）に厳密に近づける又はこれを増大するように制約された。
次いで、赤色及び緑色蛍光発光体の相対的比率を調節して、目標白色点（Ｄ６５、白色点：ｘｗ＝０．３１３、ｙｗ＝０．３２９）を出力した。モデルは、量子ドットフィルムの上に配置された２つのＢＥＦフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な３Ｍ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍｓ ＴＢＥＦ２−ＧＴ及びＴＢＥＦ２−ＧＭｖ５）も含んでいた。１つのＢＥＦフィルムは、水平軸に沿って走るプリズムを有し、第２のＢＥＦフィルムは、垂直軸に沿って垂直に走るプリズムを有していた。ＢＥＦフィルムは、２４マイクロメートルピッチを有する二等辺プリズムフィルムとしてモデル化した。また、スタック中に３Ｍ ＡＰＦｖ３反射性偏光子（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからも入手可能）も含めた。次いで、交差ＢＥＦフィルム及び反射性偏光子の上に、モデルは、測定したネイティブ色域が５１％、５４％、６１％、６７％、７１％、７４％、又は９０％ＮＴＳＣの標準ＬＣＤパネルを備えた。厚さ１６０μｍの拡散低輝度反射器を、ディスプレイの非発光面上の後方反射器として使用した。白色ＬＥＤディスプレイは、同じやり方でモデル化した。調節した唯一の変数は、可能な限り厳密に量子ドットディスプレイの白色点と一致させるためのＬＥＤダイからの青色光とＹＡＧ蛍光体からの黄色光との比率であった。電気−光変換効率は、青色ＬＥＤで４６％、白色ＬＥＤで４０％と推定された。これらの数値は、散乱してダイに戻る光による損失を含む。
色域は、（原色ＣＩＥ座標ｘｂ、ｙｂ、ｘｇ、ｙｇ、ｘｒ、ｙｒによって画定された）ディスプレイの色空間の面積と１９５３色ＮＴＳＣ三角形の面積との比率として計算した。青色、緑色及び赤色の各原色のＣＩＥ色座標を、バックライトユニット及び対応するカラーフィルターの結合スペクトルを使用して計算した。
上で考察したモデリング手法の結果は、ハイブリッドシステムが、市販の７４％ＮＴＳＣパネル（Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．から入手可能なｉＰａｄ ３装置から測定）と組み合わせると、ＤＣＩ−Ｐ３及びＡｄｏｂｅ ＲＧＢの両方での目標全域色空間の９０％超の色域サイズ及び９０％近くのカバー率で、ディスプレイに良好な性能をもたらすことができることを実証した。カラーフィルターの設計を最適化することによって１００％近くのカバー率が実現可能である。全Ｃｄ全量子ドットフィルムと比べて、色域サイズ及びカバー率は、市販の緑色蛍光体を使用すると、ＤＣＩ−Ｐ３及びＡｄｏｂｅ ＲＧＢ目標で、それぞれ約５％及び約１０％下がった。これらの数値は、非常に好都合には、全量子ドット構造体に対して標準ＹＡＧ ＬＥＤケースで約２０〜２５％の減少に匹敵する。他方で、比較例サンプル１中のより広範な発光バンドの緑色蛍光体の性能は、参照の比較例サンプル３よりごく僅かに優れているだけである。全量子ドット及び上で考察したハイブリッド蛍光体／量子ドットフィルムの計算結果を、照合システムの比較データ（青色ＬＥＤ＋ＹＡＧ）と共に、以下の表３にまとめた。
Figure 2018506079
（実施例３）
色域は、システム効率を犠牲にして得られる。このトレードオフは、ＬＣＤ技術に固有であるが、量子ドットのような狭い発光源の使用により改善することができる。これは、以下の計算例で実証された。
システム効率は、以下のように計算した。
まず、ディスプレイの出力スペクトルを、青色ＬＥＤ及び量子ドットフィルム（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ユニットでの再利用の後）の結合スペクトルにより決定し、カラーフィルターのスペクトルによって、またヒトの目の感色性を表す明所視感度関数によって修正した（すなわち逐一掛け合わせた）。次いで、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、総出力光束（ルーメン）を作製した。次に、青色ＬＥＤのスペクトルのみ（ダウンコンバージョン前）も可視波長範囲にわたって統合し、青色ＬＥＤの光強度（ワット）を決定した。総光束と青色ＬＥＤ光強度の比率を、光学効率（ルーメン／ワット）として計算した。次いで、この比率に、青色ＬＥＤの電気効率（４６％と推定）を掛けた。得られた量を、ルーメン／プラグ−ワットで表す効率の目安にした。この研究では、参照の白色ＬＥＤの効率は約１０５ｌｍ／Ｗであり、ダウンコンバージョン材料の内部量子効率（ＩＱＥ）は、量子ドット（Ｎａｎｏｓｙｓによって指定）では９０％、蛍光体では９５％に等しかった（実際のＩＱＥ値は、特定のピーク波長及び製造業者に応じて、８５％〜９９％を範囲とする）。
システム効率と、ハイブリッドシステムによる色域との間のトレードオフは、白色ＬＥＤ（ＹＡＧ）システムと全Ｃｄ全量子ドットシステムとの間の中間であった。より具体的には、システム効率は、白色ＬＥＤ ＢＬＵにより約０．１６ｌｍ／Ｗ／％ＮＴＳＣに低下し、全Ｃｄ全量子ドットシステムにより約０．０８ｌｍ／Ｗ／％ＮＴＳＣのみしか低下しない、又は５０％低かった。ハイブリッドシステムにより、システム効率は、約０．１２ｌｍ／Ｗ／％ＮＴＳＣに低下し、白色ＬＥＤより２５％低いが、全Ｃｄ全量子ドットシステムより５０％高かった。結果として、標準の白色ＬＥＤシステムは、約６０％未満の色域目標に好ましく、ハイブリッドソリューションは約６０％から約８５％の間の色域目標に好ましいが、全量子ドットシステムは、常に、高色域目標に対してより有効であった。実際の交差点は、蛍光発光体のＩＱＥによって決まった。図３は、ＹＡＧ、全量子ドット（ＱＤＥＦ）、及びハイブリッド（ＰｈＥＦ）システムの色域に対して記入されたシステム効率を示す。
（実施例４）
量子ドットディスプレイを以下のようにモデル化した。ＭＡＴＬＡＢソフトウェアパッケージ（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手可能）及び参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２０１４／１２３７２４（Ｂｅｎｏｉｔら）の実施例に記載の方法を使用し、ディスプレイシステムのコンピュータモデルを調製した。システムの原色光源は、青色ＬＥＤであった。青色ＬＥＤは、赤色及び緑色発光量子ドットからなるダウンコンバージョンフィルム、又は緑色量子ドット及び赤色蛍光体を含有するハイブリッド構造体を照光した。ＬＥＤ及び蛍光発光体（量子ドット又は蛍光体のいずれか）は、固有の半値全幅（ＦＷＨＭ）によって特徴付けられた。青色ＬＥＤでは、ＦＨＷＭは４４５ｎｍで１８ｎｍであった。
ＬＥＤ及び蛍光発光体の発光波長を、表示される色域を最大化するように設計された最適化において利用した。具体的には、青色ＬＥＤのピーク波長及び量子ドットを最適化し（可変）、性能を最大限に活かした。蛍光体材料のピーク波長、発光ＦＷＨＭ、及び発光量子効率（４４０ｎｍの励起波長でのＥＱＥ）は、Ａ．Ｇ．Ｐａｕｌｕｓｚ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｓｏｌ．Ｓｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１９７３、１２０、９４２〜７に記載の方法に従って調製したＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ（＋４）のサンプルで測定して、それぞれ６３１ｎｍ、６．３ｎｍ、及び８７％で固定された。最適化プロセスは、適当な標準色空間（９６％ＮＴＳＣ色域：ｘｂ＝０．１５０、ｙｂ＝０．０６０、ｘｇ＝０．２６５、ｙｇ＝０．６９０、ｘｒ＝０．６８０、ｙｒ＝０．３２０のＤＣＩ−Ｐ３色空間；又は９５．５％ＮＴＳＣ色域：ｘｂ＝０．１５０、ｙｂ＝０．０６０、ｘｇ＝０．２１０、ｙｇ＝０．７１０、ｘｒ＝０．６４０、ｙｒ＝０．３３０のＡｄｏｂｅ ＲＧＢ色空間）に厳密に近づける又はこれを増大するように制約された。
次いで、赤色及び緑色蛍光発光体の相対的比率を調節して、目標白色点（Ｄ６５、白色点：ｘｗ＝０．３１３、ｙｗ＝０．３２９）を出力した。モデルは、量子ドットフィルムの上に配置された２つのＢＥＦフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な３Ｍ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍｓ ＴＢＥＦ２−ＧＴ及びＴＢＥＦ２−ＧＭｖ５）も含んでいた。１つのＢＥＦフィルムは、水平軸に沿って走るプリズムを有し、第２のＢＥＦフィルムは、垂直軸に沿って垂直に走るプリズムを有していた。ＢＥＦフィルムは、２４マイクロメートルピッチを有する二等辺プリズムフィルムとしてモデル化した。また、スタック中に３Ｍ ＡＰＦｖ３反射性偏光子（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからも入手可能）も含めた。次いで、交差ＢＥＦフィルム及び反射性偏光子の上に、モデルは、測定したネイティブ色域が５１％、５４％、６１％、６７％、７１％、７４％、又は９０％ＮＴＳＣの標準ＬＣＤパネルを備えた。厚さ１６０μｍの拡散低輝度反射器を、ディスプレイの非発光面上の後方反射器として使用した。電気−光変換効率は、青色ＬＥＤで４６％と推定された。この数値は、散乱してダイに戻る光による損失を含む。
色域は、（原色ＣＩＥ座標ｘｂ、ｙｂ、ｘｇ、ｙｇ、ｘｒ、ｙｒによって画定された）ディスプレイの色空間の面積と１９５３色ＮＴＳＣ三角形の面積との比率として計算した。青色、緑色及び赤色の各原色のＣＩＥ色座標を、バックライトユニット及び対応するカラーフィルターの結合スペクトルを使用して計算した。
本モデルは、Ａｄｏｂｅ ＲＧＢ色空間及びＤＣＩ−Ｐ３色空間の両方で実行した。Ａｄｏｂｅ ＲＧＢモデルは、５２４ｎｍでＦＷＨＭが３１．５ｎｍの緑色量子ドット、及び６２７ｎｍでＦＷＨＭが３５．０ｎｍの赤色量子ドット又は６３１ｎｍでＦＷＨＭが６．３ｎｍの赤色蛍光体のいずれかを使用した。ＤＣＩ−Ｐ３モデルは、５３４ｎｍでＦＷＨＭが３２．３ｎｍの緑色量子ドット、及び６２７ｎｍでＦＷＨＭが３５ｎｍの赤色量子ドット又は６３１ｎｍでＦＷＨＭが６．３ｎｍの赤色蛍光体のいずれかを使用した。モデルの結果を表４にまとめる。
上で考察したモデリング手法の結果は、赤色蛍光体−緑色量子ドットハイブリッドシステムが、市販の７４％ＮＴＳＣパネル（ｉＰａｄ ３装置から測定）と組み合わせると、ＤＣＩ−Ｐ３及びＡｄｏｂｅ ＲＧＢの両方での目標全域色空間の９０％超の色域サイズ及び９０％超のカバー率で、ディスプレイに良好な性能をもたらすことができることを実証した。カラーフィルターの設計を最適化することによって１００％近くのカバー率が実現可能である。この実施例の赤色蛍光体で可能な狭い発光ピーク幅（小さいＦＷＨＭ）は、赤色量子ドットを使用して得られるものより若干高い％ＮＴＳＣ値における利点を与える。
Figure 2018506079
本明細書中に引用される刊行物の完全な開示は、それぞれが個々に組み込まれたかのように、その全体が参照により組み込まれる。本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、本発明に対する様々な修正及び改変が当業者に明らかとなるであろう。本発明は、本明細書に記載された例示的な実施形態及び実施例によって過度に限定されることを意図するものではなく、かかる実施例及び実施形態は、例としてのみ提示され、本発明の範囲は、以下のとおりここに記載される特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されていることが理解されるべきである。

Claims (18)

  1. 量子ドット及び蛍光体を含むダウンコンバージョンフィルム要素であって、
    （ａ）前記量子ドットが、６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、前記蛍光体が、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、又は
    （ｂ）前記量子ドットが、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、前記蛍光体が、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する、のいずれかであるダウンコンバージョンフィルム要素。
  2. フィルムが、６１５〜６６０ｎｍの範囲でＦＷＨＭが５０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光する量子ドットと、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する蛍光体とを含む、請求項１に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  3. 前記蛍光体が、ユーロピウムドープオルトケイ酸塩、ユーロピウムドープストロンチウムチオガリウム酸塩、ユーロピウム及びマンガンドープバリウムマグネシウムアルミニウムオキシド、希土類ドープニトリドケイ酸塩及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  4. フィルムが、５１５〜５５５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが４０ｎｍ未満のピーク緑色波長を発光する量子ドットと、６１５〜６４５ｎｍの範囲でＦＷＨＭが８０ｎｍ未満のピーク赤色波長を発光し、７５％以上の内部蛍光量子収率を有する蛍光体とを含む、請求項１に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  5. 前記蛍光体が、Ｍｎ（＋４）ドープ蛍光体、ユーロピウムドープ硫化カルシウム、ユーロピウム（＋３）ドープ蛍光体及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  6. 前記フィルムが、２００ｐｍ未満のカドミウムを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  7. 前記フィルムが、１００ｐｐｍ未満のカドミウムを含む、請求項６に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  8. 前記フィルムが、７５ｐｐｍ未満のカドミウムを含む、請求項７に記載のダウンコンバージョンフィルム要素。
  9. （ａ）４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長及び２５ｎｍ未満のＦＷＨＭを有する青色光を発光する青色光源と、
    （ｂ）赤色、青色及び緑色のカラーフィルターのセットを備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルと、
    （ｃ）光学的に前記青色光源と前記ＬＣＤパネルとの間にある、請求項１〜８のいずれか一項に記載のダウンコンバージョンフィルム要素と
    を備えた、光学構造体。
  10. 前記ＬＣＤパネルが、３５％〜４５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも５０％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  11. 前記ＬＣＤパネルが、４５％〜５５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも６０％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  12. 前記ＬＣＤパネルが、５５％〜６５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも７０％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  13. 前記ＬＣＤパネルが、６５％〜７５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも８０％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  14. 前記ＬＣＤパネルが、７５％〜８５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも９０％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  15. 前記ＬＣＤパネルが、８５％〜９５％ＮＴＳＣの範囲のネイティブ色域を有し、前記光学構造体が、少なくとも１００％ＮＴＳＣの色域を実現する、請求項９に記載の光学構造体。
  16. 光学的に前記ダウンコンバージョンフィルム要素と前記ＬＣＤパネルとの間にある光リサイクル要素を更に備えた、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の光学構造体。
  17. （ａ）４４０〜４６０ｎｍの範囲の波長及び２５ｎｍ未満のＦＷＨＭを有する青色光を発光する青色光源と、
    （ｂ）前記青色光源に光学的に結合するように適合された光学部品と、
    （ｃ）前記光学部品に隣接して配置された、請求項１〜８のいずれか一項に記載のダウンコンバージョンフィルム要素と
    を備えた、照明器具。
  18. 前記光学部品が光ガイドである、請求項１７に記載の照明器具。
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