ホーム > 特許ランキング > ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-10
(45)【発行日】2023-11-20
(54)【発明の名称】低青色光ディスプレイ
(51)【国際特許分類】
G09F 9/30 20060101AFI20231113BHJP
G09F 9/33 20060101ALI20231113BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20231113BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20231113BHJP
H10K 59/10 20230101ALI20231113BHJP
F21V 9/08 20180101ALI20231113BHJP
F21V 9/32 20180101ALI20231113BHJP
F21V 9/40 20180101ALI20231113BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20231113BHJP
【ＦＩ】
G09F9/30 349B
G09F9/30 349Z
G09F9/30 365
G09F9/33
G02F1/1335 505
H01L33/00 L
H10K59/10
F21V9/08 200
F21V9/32
F21V9/40 400
G02B5/20
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018147286
(22)【出願日】2018-08-03
(65)【公開番号】P2019109489
(43)【公開日】2019-07-04
【審査請求日】2021-08-03
(31)【優先権主張番号】62/541,444
(32)【優先日】2017-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/712,019
(32)【優先日】2017-09-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】512019354
【氏名又は名称】ソラア インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100109634
【弁理士】
【氏名又は名称】舛谷 威志
(74)【代理人】
【識別番号】100129263
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 洋之
(72)【発明者】
【氏名】オーレリアン ジェイ．エフ． デイビッド
【審査官】小野 博之
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２７３７１７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１８８７１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４３３７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０６４８６０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｆ ９／００－９／４６
Ｇ０２Ｆ １／１３－１／１４１
１／１５－１／１９
Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８
４４／００
４５／６０
Ｈ１０Ｋ ５０／００－９９／００
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
Ｇ０２Ｂ ５／００－５／３２
Ｆ２１Ｖ １／００－１５／０４
２３／００－３７／００
９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ディスプレイ光を放出するためのディスプレイであって、４００～４３０ｎｍのピーク波長を有するソース光を放出するための少なくとも１つの光源と、
前記ソース光の経路に配置されたフィルタであって、少なくとも短フィルタ、中間フィルタ、および長フィルタを備え、前記短フィルタは、前記ソース光からの短い一次光を透過するように構成され、前記短フィルタは４００～４３０ｎｍの範囲内の第１の波長及び５００ｎｍ以上の範囲内の第２の波長を透過し、前記短フィルタは、４００～４３０ｎｍ内の第１の極大値、４５０～４９０ｎｍ（または４４０～５００ｎｍ）内の極小値、及び５００～５５０ｎｍ内の第２の極大値を特徴とする短フィルタスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）を有する短フィルタ透過を有し、前記短フィルタＳＰＤは３８０～７８０ｎｍの短フィルタパワー及び４４０～５００ｎｍの青色パワーを有し、前記青色パワーは前記短フィルタパワーの２０％未満であり、前記短フィルタ透過が知覚的に青色であるように構成されたフィルタと、
前記フィルタに光結合され、少なくとも白色モードで前記ディスプレイ光を放出するように構成され、ディスプレイ白色光を放出し、前記ディスプレイ白色光が前記短フィルタからの知覚的に青色の光、前記中間フィルタからの緑色光、及び前記長フィルタからの赤色光を備え、前記ディスプレイ白色光は白色ＳＰＤを有し、前記白色ＳＰＤは３８０～７８０ｎｍの白色パワー及び４４０～５００ｎｍの青色パワーを有し、前記青色パワーは前記白色パワーの５％未満であるディスプレイスクリーンと
を備えたディスプレイ。
【請求項15】
前記緑色蛍光体がβサイアロン緑色蛍光体である、請求項１４に記載のディスプレイ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願との相互参照
本出願は、いずれも参照によって本願に組み込まれる、２０１７年８月４日に出願された米国特許仮出願第６２／５４１，４４４号および２０１７年９月２１日に出願された米国特許出願第１５／７１２，０１９号に基づくものである。
本出願は、いずれも参照によって本願に組み込まれる、２０１７年８月４日に出願された米国特許仮出願第６２／５４１，４４４号および２０１７年９月２１日に出願された米国特許出願第１５／７１２，０１９号に基づくものである。
【背景技術】
【0002】
コンピュータ、携帯用デバイス、テレビ、または他の一般的な電子デバイスのための一般的なＬＣＤディスプレイは、ソース光を供給するための光源、ソース光の原色を透過するためのフィルタ、およびフィルタを通るソース光の透過を選択的に変調するための光変調器を備える。現代の一般的なディスプレイにおける光源は、ソリッドステート発光体（たとえばＬＥＤ、レーザ、またはＯＬＥＤ）、および場合によってはたとえば蛍光体および量子ドットなどの光変換材料を備える。フィルタは、一般的に青色、緑色、および赤色である原色を透過するように構成され、多くの場合、画素に配置され、各画素は、原色の各々を透過するためのフィルタを備える。光変調器は一般的に、電気制御型液晶である。そのようなディスプレイおよびそれらの部品は、当該技術において周知である。
【0003】
本明細書において特に対象となるのは、４５０～４８０ｎｍ付近のピーク発光を有する青色原色の発光である。図１は、アップル社のｉＰｈｏｎｅ（ＬＥＤ光源を有するＬＣＤ）およびサムスン社のＧａｌａｘｙ（ＯＬＥＤスクリーン）という２つの電話機のディスプレイによって放出される白色スペクトルを示し、ここでは強い青色原色が良好な色域および高効率をもたらす。しかし、これらのディスプレイにおける高レベルの青色光は、ユーザの概日サイクルに及ぼす影響による懸念をもたらす。
【0004】
出願人は、米国特許出願１４／９９６，１４３号において説明するように、青色放射が実質的になくともスペクトルが実質的に白色に見えるように構成され得ることを発見した。簡略化のために、そのようなスペクトルは本明細書において、青色フリーと称される。青色フリー発光体は、人間の概日サイクルに及ぼす影響が少ないという理由で望ましく、これはたとえば、入眠前の夜間において重要である。
【0005】
青色フリー発光体の利点にもかかわらず、ディスプレイデバイスにおいて青色放射の欠如は問題がある。第１に、青色範囲において優先的な吸収を有する波長変換材料を励起するためには、青色ポンプＬＥＤが好適である。第２に、青色放射の欠如は、色域に悪影響を及ぼし得る。第３に、一般的なディスプレイの物理的構成は、紫色発光体の存在との適合性を持たないことがある。
【0006】
したがって、青色フリーであり、かつ優れた性能で良好な色域を提供するディスプレイシステムへのニーズがある。本発明は、特にこのニーズを満たすものである。
【発明の概要】
【0007】
以下は、本発明のいくつかの態様の基本的理解を提供するために本発明の簡略化した概要を提示するものである。この概要は、本発明の広範囲に及ぶ概観ではない。本発明の鍵となる／重要な要素を識別すること、または本発明の範囲を画定することは意図されていない。唯一の目的は、後述する詳細な説明への前置きとして、本発明の概念を簡略化形式で提示することである。
【0008】
本発明の１つの態様は、良好な色域を有する青色フリーディスプレイを提供することである。特に、ディスプレイの短波長フィルタは、紫色光、および紫色よりも長い波長を有する光の第２の部分、たとえばシアンまたは緑色光の透過を可能にするように構成される。紫色光および光のこの第２の部分の結合は、青色範囲内（たとえば４５０～４８０ｎｍ）の主波長を有するように構成され、それによって、飽和紫色ではなく飽和青色として知覚される短い原色を有するスクリーンを提供する。すなわち、出願人は、紫色光をより高波長の光と結合することによって知覚的に青色の発光を生成し、青色フリーでありながらディスプレイの「青色」原色が青色に見え得ることを認めている。出願人は、そのようなディスプレイが優れた色域を有することを発見した。特に、いくつかの実施形態は、ｓＲＧＢ、ＮＴＳＣ、Ａｄｏｂｅ ＲＧＢ、ＤＣＩ‐Ｐ３、Ｒｅｃ２０２０、および当該技術において知られる他の規格を含む標準規格色域に実質的に合致または完全に合致することができる。
【0009】
したがって、１つの実施形態において、ディスプレイは、（ａ）ソース光を放出するための光源と、（ｂ）ソース光の経路に配置された、短フィルタ、中間フィルタ、および長フィルタを少なくとも備えるフィルタとを備え、短フィルタは、ソース光からの短い一次光を透過するように構成され、短い一次光は、知覚的に青色であるように、４００～４４０ｎｍの波長を有する紫色部分および４４０ｎｍを上回る波長を有する少なくとも第２の部分を備え、短い一次光は、３８０～７８０ｎｍの短い一次パワーおよび４４０～５００ｎｍの青色パワーを有する短い一次ＳＰＤを有し、青色パワーは短い一次パワーの５％未満である。
【0010】
本発明の他の態様は、青色フリーでありながら効率的な青色フリーディスプレイのためのソース光を提供することである。特に出願人は、実質青色放射を放出する任意の種がない場合、紫色ポンプを有する青色選択的材料の様々な構成における非常に適した性能／効率を発見した。特定の理論に捉われることなく、出願人は、この予想外の高効率が、予想を裏切って青色選択的材料の荷重を中程度にとどめることに起因し得ると考える。実際、人間の視覚系の紫色放射に対する（青色と比べて）低い感度によって、青色フリー発光体のホワイトバランスのため、すなわち、たとえばＤ６５または他の高ＣＣＴ色度などディスプレイに適した値の色度を目標にするためには高い紫色漏洩が必要である。この高い紫色漏洩は、中程度の蛍光体荷重を必要とするので、パッケージ効率は高く、たとえば６０％、７０％、８０％、または９０％以上に保たれる。
【0011】
したがって、いくつかの実施形態において、光源は、（ａ）４００～４３０ｎｍの範囲内のピーク波長を有するポンプ光を放出する紫色ソリッドステート発光体を少なくとも備える１または複数のソリッドステート発光体と、（ｂ）ポンプ光の一部を吸収し、その一部を変換光に変換するように構成され、ピーク波長における第１の吸収係数および４５０ｎｍにおける第２の吸収係数を有し、第１の吸収係数が第２の吸収係数の７０％未満である第１の波長変換材料を少なくとも備える１または複数の波長変換材料とを備え、１または複数のソリッドステート発光体および１または複数の波長変換材料は、第１の波長変換材料が４４０～４９０ｎｍの光を実質的に吸収しないように構成され、放出光は、本質的に青色光がない実質白色光である。
【0012】
他の実施形態において、高効率青色フリー発光体は、量子ドット（Ｑドット）と結合した紫色ポンプ発光体を備える。出願人は、短波長ポンプ発光体の使用は、Ｑドットと結合した場合に予想外の利益を有することを発見した。これによって、Ｑドットの荷重量における大幅な低減が可能であるので、システムはより安全になり、規制に準拠し得る。特定の理論に捉われることなく、出願人は、この荷重量の低減が、（１）短波長における高い吸収、および（２）長波長に変換する必要のある光の割合が少ないことを意味する、青色フリースペクトルに必要な高い紫色漏洩の結果であると確信する。また他の実施形態において、高効率青色フリー発光体は、短波長光（一般的に紫色）に関して高い吸収を有するが長波長（一般的に青色、緑色、および赤色）に関して非常に低い吸収を有する波長変換材料と結合した紫色ポンプ発光体を備える。本開示の観点から、当業者には更に他の実施形態が明らかである。
【0013】
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】２つの電話機のディスプレイによって放出される白色スペクトルを示す。
【0015】
【図2A】青色選択的材料を励起する青色ポンプＬＥＤを示す。
【0016】
【図2B】青色蛍光体を励起する紫色ポンプＬＥＤを示す。
【0017】
【図2C】青色光を実質的に放出せず短波長光を放出し、青色発光種がない状態で青感性波長変換材料を励起するポンプ光源を示す。
【0018】
【図3A】所与の青色選択的材料に関する実験データを示す。
【0019】
【図3B】狭小赤色蛍光体の発光を示す。
【0020】
【図4】紫色ＬＥＤ、βサイアロン緑色蛍光体、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える発光体によって放出される実験的スペクトルを示す。
【0021】
【図5】標準的な窒化物赤色蛍光体を用いる青色フリースペクトルを示す。
【0022】
【0023】
【0024】
【図8】量子ドット変換器の吸収および発光スペクトルを示す。
【0025】
【図9】紫色ポンプＬＥＤ、（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）緑色量子ドット蛍光体、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える実施形態に関するモデル化ＳＰＤを示す。
【0026】
【図10】紫色ポンプＬＥＤ、（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）緑色量子ドット蛍光体、および（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）赤色量子ドット蛍光体を備える実施形態に関するモデル化ＳＰＤを示す。
【0027】
【図11】そのような紫色選択的材料に関して起こり得る吸収および発光スペクトルを示す。
【0028】
【図12】４００～４４０ｎｍの範囲における様々なポンプピーク波長を有する実施形態に関するＬＥＲおよび青色分画を示す。
【0029】
【図13A】紫色ポンプＬＥＤ（ピーク波長４２３ｎｍ）、βサイアロン緑色蛍光体（ピーク波長５３７ｎｍ）、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える白色ＬＥＤによって放出される、（色フィルタが適用される前の）スペクトルパワー分布ＳＰＤ０を示す。
【0030】
【図13B】（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＤＣＩ‐Ｐ３規格色域（実線）を示す。
【0031】
【図13C】（ｕ’ｖ’）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＤＣＩ‐Ｐ３規格色域（実線）を示す。
【0032】
【0033】
【図14B】（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＤＣＩ‐Ｐ３規格色域（実線）を示す。
【0034】
【図14C】（ｕ’ｖ’）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＤＣＩ‐Ｐ３規格色域（実線）を示す。
【0035】
【0036】
【図15】ｓＲＧＢ色域に準拠しＤ６５白色点を有する市販のＬＣＤのスペクトル特性を示す。
【0037】
【0038】
【0039】
【図17B】（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0040】
【図17C】（ｕ’ｖ’）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0041】
【0042】
【図18B】（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0043】
【図18C】（ｕ’ｖ’）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0044】
【図19A】緑色および赤色量子ドット（ＦＷＨＭ３０ｎｍ、ピーク５２７ｎｍおよび６３８ｎｍ）と、優れた性能でＲｅｃ２０２０の緑色および赤色原色に厳密に合致するための適切なフィルタとを用いるモデル化実施形態を示す。
【0045】
【図19B】（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0046】
【図19C】（ｕ’ｖ’）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＲｅｃ２０２０規格色域（実線）を示す。
【0047】
【図20A】紫色、緑色、および赤色発光体を有する画素を示す。
【0048】
【図20B】紫色、青色、緑色、および赤色発光体を有する画素を示す。
【0049】
【図20C】透明ディスプレイの簡略化断面図を示す。
【0050】
【図20D】１方向に沿った１つの型のコンタクトおよび他の方向に沿った他の型のコンタクトを示すＬＥＤの斜視図を示す。
【0051】
【図20E】両方のＬＥＤコンタクト層がｎドープされるようにｐドープ材料上にトンネル接合が形成されたＬＥＤの斜視図を示す。
【0052】
【図20F】波長平均化スキームを示す。
【0053】
【0054】
【図20H】短い紫色および赤色および長い緑色および青色、またはその逆を有する画素を示す。
【0055】
【図21】４２０ｎｍにおける紫色発光体および緑色発光体を有するシステムに関する（ｘｙ）色空間を示す。
【0056】
【図22】４つの発光体システムが、より広い色域を得るために４つの発光体を利用し得ることを示す。
【0057】
【図23A】色均一性のためにＬＥＤ１およびＬＥＤ２からの光が混合する混色領域およびそれに続くディスプレイ領域を備えるエッジリットディスプレイの上面図を示す。
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【図26A】局所的波長変換材料を有する色副画素を備えたディスプレイの断面図を示す。
【0062】
【図26B】局所的波長変換材料を有する色副画素を備えた導波管に結合された紫色ポンプＬＥＤを有するディスプレイを示す。
【0063】
【図26C】一部または全ての副画素に光結合された色フィルタを示す。
【0064】
【図26D】青色および紫色ポンプＬＥＤの両方が導波管に結合され、Ｑドットが紫色光および青色光の両方を吸収することができる変形例を示す。
【0065】
【図27】本発明の光源の１つの実施形態の略図を示す。
【0066】
【図28A】３つの色フィルタとともに、ＬＥＤによって放出されるＳＰＤ０を示す。
【0067】
【図28B】（ｘｙ）色図、および２８ａの構成の場合に結果として生じる色域（破線三角形）を示し、比較のためにＤＣＩＰ３参照色域（完全な三角形）も示される。
【0068】
【発明を実施するための形態】
【0069】
図２３を参照すると、本質的に青色フリーであるディスプレイ光を発するためのディスプレイ２３００の１つの実施形態が示される。ディスプレイ２３００は、ソース光を発するための光源２３０１、およびソース光の経路に位置するフィルタ２３０２を備える。フィルタ２３０２は、少なくとも短、中間、および長フィルタ２３０２ａ、２３０２ｂ、および２３０２ｃをそれぞれ備える。短フィルタは、ソース光からの短い一次光を透過するように構成される。短い一次光は、知覚的に青色であるように、４００～４４０ｎｍの波長範囲を有する紫色部分に加えて４４０ｎｍを上回る波長を有する第２の部分を少なくとも備える。短い一次光は、３８０～７８０の全体パワーおよび４４０～５００ｎｍの青色パワーを有する短い一次ＳＰＤを有し、青色パワーは、全体ＳＰＤパワーの２０％未満である。この実施形態において、光源は青色フリー光を発するように構成され、あるいはフィルタは青色光を遮断するように構成される。しかしいずれの実施形態においても、短い一次光は、（４４０～５００ｎｍの範囲の）青色波長を有する光を本質的に含まないにもかかわらず、青色に見える。
【0070】
図２７を参照すると、青色フリー光を発するための光源２７００の別の実施形態が示される。光源２７００は、４００～４３０ｎｍの範囲のピーク波長を有するポンプ光２７２０を発する少なくとも１つの紫色ソリッドステート発光体２７０１ａを備える１または複数のソリッドステート発光体２７０１を備える。光源は、ポンプ光の一部２７２０ａを吸収し、その一部を変換光２７２１に変換するように構成された第１の波長変換材料２７０２ａを少なくとも備える１または複数の波長変換材料２７０２も備える。第１の波長変換材料は、ピーク波長における第１の吸収係数、および４５０ｎｍにおける第２の吸収係数を有し、第１の吸収係数は第２の吸収係数の７０％未満である。ソリッドステート発光体および１または複数の波長変換材料は、第１の波長変換材料が実質的に４４０～４９０ｎｍの光を吸収しないように構成される（これは、この波長範囲内の吸収係数が高いにもかかわらず、この波長範囲において材料が吸収することができる光が実質的にないことを意味する）。放出光は、本質的に青色フリーであるが、実質白色光である。１つの実施形態において、１または複数の波長変換材料２７０２は、放出光が第２の部分を備えるように、ポンプ光の第２の部分２７０２ｂを漏洩するように構成される。
【0071】
本発明の特徴を詳細に提示する前に、出願人は、青色フリーディスプレイに関する考慮を以下で説明する。以下、例外が明記されない限り、ディスプレイの出力光または出力スペクトルパワー分布（ＳＰＤ）が言及される場合、これは、昼白色に発光するように設定された場合にディスプレイによって放出される正味の光／ＳＰＤとして理解すべきである。一般的なディスプレイにおいて、これは、標準光Ｄ６５の色度に近い色度を有する白色スペクトルであってよい。このＳＰＤは、場合によっては、ディスプレイ内の発光体（たとえばＬＥＤ）によって放出されるスペクトルパワー分散（「ＳＰＤ０」）とは異なる（たとえば側部結合ＬＣＤディスプレイの場合、ＳＰＤ０は、導波管、液晶、偏光子、色フィルタ、背面反射体、および場合によってはディスプレイ内の他の光学素子の透過によって更に変調される）。当業者は、光学システムの透過を考慮に入れて、所望の出力ＳＰＤが得られるようにどのようにＳＰＤ０を目標にするかを知る。
【0072】
また、色目標は、様々な等色関数（ＣＭＦ）を用いて計算され得る。従来の色目標は、１９３１ ２°ＣＭＦを用いる。しかしこれらは、特に短波長において不正確であることが知られている。青色フリースペクトルを放出するディスプレイに関して、大部分の放射が紫色範囲内である場合、これらのＣＭＦは乏しい知覚色度をもたらし得る（たとえば色度は、名目上は正確であるにもかかわらず、ピンクが強く見える）。その代りに、短波長における高精度を有する様々なＣＭＦが用いられ得る。考えられる選択肢は、１９６４ １０°ＣＭＦ、または２００６ＣＭＦとも呼ばれる、２°、１０°、および他の視野角で使用可能な新たなＣＩＥ生理学関連ＣＭＦを含む。特に、視野角は、ディスプレイの予測視聴条件に合致するように選択され得る。これらのＣＭＦを用いる色目標に関する更なる詳細は、参照によって組み込まれた米国特許出願第１５／６３３，４２５号に記載され得る。例外が明記されない限り、本出願において説明され特許請求対象となる色度は、１９６４ １０°ＣＭＦを用いて計算され、「実質白色光」という用語は、１９６４ １０°ＣＭＦを用いて計算された場合、（ｘｙ）空間において黒体軌跡から０．０３未満の距離内の色度を有する光を指す。また、実施形態は、（緑味をもたらす）黒体軌跡より上ではなく（ピンク味をもたらす）黒体軌跡付近またはそれより下である色度を有することが望ましく、これは、前者が後者よりも好適であることを研究が示したためである。したがって、「好適な白色光」という用語は、（ａ）（ｘｙ）空間において黒体軌跡から０．０５未満の距離だけ黒体軌跡より下、または（ｂ）（ｘｙ）空間において黒体軌跡から０．０１未満の距離だけ黒体軌跡より上のいずれかであり、これらの色度は、１９６４ １０°ＣＭＦを用いて計算される。
【0073】
また、本明細書で用いられる場合、本質的に青色フリー光、青色光が本質的にない／欠如した光、または実質青色がない光という用語は、青色光成分が僅少である任意の光（白色またはその他）を指す。１つの実施形態において、これらの用語は、知覚的白色光（青色フリー白色光）を指し、光がＳＰＤによって特徴付けられ、４４０～５００ｎｍの波長範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーが３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーの５％未満であることを意味する。１つの実施形態において、これらの用語は、知覚的青色光（青色フリー青色光）を指し、光がＳＰＤによって特徴付けられ、４４０～５００ｎｍの波長範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーが３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーの２０％未満であることを意味する。
発光体および波長変換材料
発光体および波長変換材料
【0074】
ディスプレイにおいて青色成分を低減するための１つのアプローチは、ディスプレイの光源において放出される青色成分を低減することを伴う。１つの特定の実施形態において、紫色ソリッドステート発光体は、青色選択的波長変換材料とともに用いられる。以下の説明は特に紫色ＬＥＤに言及するが、これは例示目的のためであり、たとえばレーザＯＬＥＤ、スーパールミネッセントＬＥＤ、量子ドット活性発光体（場合によってはＱＬＥＤと呼ばれる）を有するＯＬＥＤなど他の発光体も適用可能である。
【0075】
波長変換材料の選択は、青色ポンプＬＥＤの場合、当該技術におい周知であるが、紫色ポンプＬＥＤの使用は予想外の結果をもたらす。いくつかの波長変換材料は、青色範囲における大きな吸収、および紫色範囲における小さな吸収を特徴とする。したがって、これらの青色選択的材料は多くの場合、青色ポンプＬＥＤとともに用いられ、一般的には、青色放射が放出される発光体（たとえば、青色蛍光体からの青色放射が青色選択的材料をポンプすることができる、紫色ポンプＬＥＤおよび青色蛍光体）において用いられ、青色放射は主に青色選択的材料をポンプする。
【0076】
図２は、青色選択的材料の一般的な使用を２つの事例において示す。図２Ａは、青色選択的材料を励起する青色ポンプＬＥＤを示す。青色選択的材料の吸収は、青色範囲において最大値を有し、紫色範囲において低い値を有する。青色選択的材料は、橙色／赤色範囲で発光する。この構成において、青色ポンプＬＥＤは、青色選択的材料の吸収の最大値付近になるよう選択されている。他の蛍光体（たとえば緑色、黄色など）は、明確性のために図示されないが、存在してよい。図２Ｂは同様の構成を示すが、紫色ポンプＬＥＤが青色蛍光体を励起する。その後、紫色ＬＥＤおよび青色蛍光体の組み合わせが、青色選択的材料を励起する。青色蛍光体は、青色選択的材料によって著しく吸収される。
【0077】
対照的に、青色放射がほとんどまたは全く発生しない発光体において、青色選択的材料は使用に適さないことが理解され得る。実際、紫色ＬＥＤによって青色選択的材料をポンプするために、（吸収の減少により）材料の荷重を大幅に増加させることが予想され、それによって散光および低い光学効率がもたらされる。しかし意外にも出願人は、実質青色放射を放出する任意の種が存在しない場合における、紫色ポンプを有する青色選択的材料の様々な構成における適切な性能／効率を発見した。
【0078】
この高効率は、青色選択的材料の荷重が、予想を裏切って中程度であるという事実に起因すると考えられ得る。実際、紫色放射に対する人間の視覚系の感度が（青色に比べて）低いことにより、青色フリー発光体のホワイトバランスのために（すなわち、色度をディスプレイに適した値、たとえばＤ６５または他の高ＣＣＴ色度の色度を目標にするために）高い（たとえば２０、３０、４０、５０、６０、または７０％以上の）紫色漏洩が必要である。紫色漏洩は、４３０ｎｍ未満、または４００ｎｍ～４３０ｎｍの範囲内、または３８０ｎｍ～４４０ｎｍの範囲内であるＳＰＤのパワーの一部であってよい。
【0079】
この高い紫色漏洩は、中程度の蛍光体荷重を必要とするので、パッケージ効率は高いままである。実際、特定の実施形態において、白色パワー対紫色パワーの比は高い（たとえば４０、５０、６０、７０、または８０％以上）。明確性のために、この比は、以下の数量に基づいて定義される。紫色パワーは、紫色ＬＥＤによって蛍光体へ供給されるパワーであり、蛍光体がＬＥＤ周囲の高指数バインダ内にある場合、紫色パワーは、紫色ＬＥＤによって透明カプセル化媒体（たとえば約１．４または１．５の光学指数を有するシリコンなど）内へ放出されるパワーにも等しく、これは、当該技術において既知であるように、紫色光が適切に抽出されるようなドーム型カプセル化を用いて紫色ＬＥＤをカプセル化することによって実験的に測定することができる。「白色」パワーは、蛍光体を有するＬＥＤによって外側世界へ放出される実際のパワーであり、蛍光体を通って漏洩するポンプ光および蛍光体変換光の結合を備える（「白色」という用語は、この発光が必ずしも白色であることを必要とせず、波長変換が生じた後の発光を単純に意味する）。この比は、パッケージ効率、ストロークシフト、および蛍光体の量子収率という３つの項の積である。特定の実施形態において、パッケージ効率は６０、７０、８０、または９０％以上であり、ストロークシフトは７０、８０、または９０％以上であり、累積量子収率は７０、８０、９０、または９５％以上であると推定される（高いパッケージ効率値は、上述した高い紫色漏洩に部分的に起因する）。
【0080】
したがって、いくつかの実施形態は、青色光を実質的に放出せず短波長光（たとえば紫色光）を放出するポンプ光源、青色選択的波長変換材料、および青色光を実質的に放出するための種がないことという特徴によって特徴付けられる。これは、図２Ｃの構成に対応する。この場合、紫色ポンプＬＥＤは、青色発光種（ポンプＬＥＤまたは蛍光体）が存在しない状態で青色選択材料を励起する。
【0081】
図３Ａは、所与の青色選択材料、ＫＳＦとも呼ばれる狭小赤色蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋）に関する実験データを示す。この蛍光体は、４５０ｎｍ付近で最大吸収を有し、４００ｎｍ付近で吸収の極小値を有する。最小値は最大値の約１０％であり、４００ｎｍにおける吸収は４５０ｎｍにおける吸収の約１０％であることを意味する。
【0082】
意外にも、この低い吸収にもかかわらず、出願人は、ＫＳＦを有する高効率青色フリー発光体を構成し、実験によって高性能を証明することができた。
【0083】
図３Ｂは更に、ＭＦＧ材料システムを含む、他の狭小赤色発光体が利用され得ることを示す。図３Ｂは、ＫＳＦおよびＭＦＧの発光スペクトル（またはＳＰＤ）を比較する。２つの蛍光体はそれぞれ約６３０ｎｍおよび６６０ｎｍにおいて主発光ピークを有する。これらの値はいずれも、（たとえば以下で説明するようにルーメン効率と色域とのトレードオフに依存して）特定の用途に関して役立ち得る。したがって、いくつかの実施形態は、１０ｎｍ（または２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ）未満のＦＷＨＭおよび６２０～６５０ｎｍの範囲内または６３０ｎｍ（または６００ｎｍ、６１０ｎｍ、６２０ｎｍ、６４０ｎｍ、６５０ｎｍ、６６０ｎｍ）から＋／－５ｎｍの範囲内であるピーク波長を有する青色選択的狭小赤色発光体を利用する。
【0084】
青色選択的波長変換器を用いるいくつかの実施形態は、他の波長変換材料、たとえばポンプ光源によって光励起される緑色（または黄色）蛍光体を更に備える。場合によっては、青色選択的材料は、そのような緑色蛍光体からの光を実質的に吸収することができる（たとえば、緑色蛍光体のピーク発光波長において、青色吸収と実質的に等しい高い吸収を有する）。他の場合、対照的に、青色選択的材料は、緑色蛍光体によって放出される光に関して比較的低い吸収を有する。場合によっては、青色選択的材料は、大部分がポンプ光によって、あるいは大部分が緑色蛍光体からの光によって、または実質的に両方によって励起される。状況（すなわち、青色選択的材料の荷重を最小にするか、量子収率損失を招くカスケードポンピングイベントを最小にするか）に依存して、これらの構成のいずれかが有利になり得る。図３Ａから分かるように、ＫＳＦの場合、緑色／黄色範囲における吸収は非常に低い（たとえば吸収は５００ｎｍを上回る波長に関してピーク値の５％未満であり、図２Ａに示されないほど低い）。
【0085】
図４は、紫色ポンプＬＥＤ、βサイアロン緑色蛍光体、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える発光体によって放出される実験的スペクトルを示す。この実験において、蛍光体スラリーの相対重量負荷は、シリコン１００ｍｇ（紫色ポンプＬＥＤの場合に良好な信頼性を提供するメチルシリコンを使用）ＫＳＦ１６ｍｇ、βサイアロン１．５ｍｇである。これは、１６％の相対ＫＳＦ負荷（すなわち、シリコンに対する重量）を特徴とし得る。他の実施形態において、青色選択的材料の相対負荷は低または中程度であってよく、１００％未満、５０％未満、２５％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満であってよい。
【0086】
図４の実験において、ＫＳＦをポンプするための青色種が存在しないにもかかわらず、発光体の効率は高い。白色発光体は、（８０Ｃおよび１６０Ａ．ｃｍ－２の駆動電流において）１１４ｍＷの光放射を放出し、カプセル化ポンプＬＥＤは、同じ条件下で１４２ｍＷの紫色放射を放出する。したがって、白色パワー対紫色ポンプパワーの比は８０％である。この数字は、パッケージ効率、ストロークシフト、および正味量子収率の３項の積である。ストロークシフトは９１％である。累積量子収率は９８％、パッケージ効率は９０％と推定される。上述したように、この高効率は、青色フリー発光体のホワイトバランスのために必要な高い紫色漏洩（図４の実験に関して７０％）を生成するためにＫＳＦ蛍光体の荷重が中程度にとどまるという事実に起因し得る。ただし、累積蛍光体量子収率の正確な推定は難しいが、パッケージ効率の推定値が下限であるように電流ブレークダウンは楽観的な値を用いており、９５％の楽観的でない量子収率推定値は、約９４％という更に高いパッケージ効率に変換される。
【0087】
比較のために、図５は、標準的な窒化物赤色蛍光体を用いる青色フリースペクトルを示す。窒化物の赤色は、紫色ポンプＬＥＤによって励起されやすい。この発光体の性能は、図４の発光体の性能とほぼ等しい（図５における白色出力は、図４における１１３．９ｍＷに対し１１４．７ｍＷである）。これは、青色選択的赤色蛍光体の使用がレガシ赤色蛍光体に比べて性能における不利をもたらさないことを実証する。一方、狭小幅のＫＳＦは、以下で説明するように、ルーメンおよび色域のために有益である。
【0088】
【0089】
青色選択的材料の他の例は、たとえばＭＦＧなど他の狭小赤色蛍光体、および何らかのガーネット緑色および黄色蛍光体（場合によっては、そのようなガーネットに特有の吸収スペクトルに依存して、ＹＡＧおよびＬｕＡＧおよびそれらの組み合わせ、一般的には［ＧａＬｕＹ］ＡＧを含む）を含む。
【0090】
いくつかの実施形態において、青色選択的材料は、青色範囲４３０～４８０ｎｍにおけるピーク吸収として定義される青色吸収、およびポンプ光源のピーク波長（たとえば４００ｎｍ、４０５ｎｍ、４１０ｎｍ、４１５ｎｍ、４２０ｎｍ、４２５ｎｍ、４３０ｎｍ）におけるポンプ吸収という、光吸収係数の２つの値によって特徴付けられる。青色吸収は、ポンプ吸収よりも実質的に高い。たとえば、少なくとも５（または１．５、２、３、１０、２０）倍高い。たとえば図３Ａは、ＫＳＦの場合、青色吸収は、４００ｎｍにおける吸収よりも約１０倍高く、４２０ｎｍにおける吸収よりも２倍高く、４３０ｎｍにおける吸収よりも１．５倍高いことを示す。同じように、ポンプ吸収は、青色吸収の最大５０％（または７０％、３０％、１０％、５％）である。
【0091】
同様のスペクトル特徴を有する他のＳＰＤが存在する。数値モデリングによって、出願人は、そのようなＳＰＤを調査した。たとえば図６は、発光体の種類を含む、図４のＳＰＤと同様の特徴を示す。ただし、紫色ポンプＬＥＤは４２５ｎｍにおいてピークを有し、色度はＤ６５（すなわちｘ＝０．３１２７、ｙ＝０．３２９０）を目標とする。このＳＰＤは、約４０％の紫色漏洩（ここでは、合計ＳＰＤパワーに対する４００～４５０ｎｍの範囲内のＳＰＤパワーの割合として定義される）を有する。
【0092】
図７は、プランク式で５０００Ｋ、６０００Ｋ、８０００Ｋ、および１００００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）で目標とされる、図６と同様の一連のＳＰＤを示す。ＣＣＴが増加すると、紫色パワーは増加し、赤色パワーは減少する。したがって、発光体によって放出される生スペクトルであるＳＰＤ０は、最終的に放出されるＳＰＤが図６に示すものの１つ、一般的には所望のＣＣＴおよび色度のＳＰＤと一致するように、ディスプレイシステム全体の光透過を考慮に入れて構成され得る。
【0093】
いくつかの実施形態は、青色放射がない、または本質的に青色フリーであることを特徴とするスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）を放出するディスプレイシステムである。これは、以下の基準の１つによって表され得る。
【0094】
（１）青色選択的材料の吸収のピーク付近（たとえば＋／－５ｎｍ、または＋／－１０ｎｍ、または＋／－２０ｎｍ）の極小値、および紫色範囲（たとえば４００～４３０ｎｍまたは４１０～４２５ｎｍ）内の極小値。
【0095】
（２）紫色範囲（たとえば４００～４３０ｎｍの範囲）内のピーク値の５％（または２０％、１０％、１％、０．５％、０．１％）未満である、青色選択的材料のピーク吸収波長における強度。これは図４のＳＰＤの場合であり、（ＫＳＦの吸収がピークである）４５０ｎｍにおける強度は、（４１３ｎｍにおける）ピーク紫色値の１％である。
【0096】
（３）４４０ｎｍ（または４４５ｎｍ、４５０ｎｍ、４５５ｎｍ、４６０ｎｍ、４６５ｎｍ、４７０ｎｍ、４７５ｎｍ、４８０ｎｍ）付近、または青色選択的材料のピーク吸収波長の＋／－１０ｎｍ（または５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ）範囲内の極小値。これは図４のＳＰＤの場合であり、４７０～４８０ｎｍ付近の極小値を有する。
【0097】
（４）３８０～７８０ｎｍの範囲における平均値の５％未満である、４４０ｎｍ（または４４５ｎｍ、４５０ｎｍ、４５５ｎｍ、４６０ｎｍ、４６５ｎｍ、４７０ｎｍ、４７５ｎｍ、４８０ｎｍ）付近の強度。これは図４のＳＰＤの場合であり、４７０ｎｍにおける強度は、３８０～７８０ｎｍの範囲における平均値の２．４％である。
【0098】
（５）３８０～７８０ｎｍの範囲における統合パワーの３％未満である、４４０～４８０ｎｍ（または４４０～５００ｎｍ）の範囲における統合パワー。これは、図４のＳＰＤの場合であり、４４０～５００ｎｍの範囲における統合パワーは、３８０～７８０ｎｍの範囲における統合パワーの約１．６％である。
【0099】
明確性のために、他の特徴付けが明記されない限り、青色フリー白色スペクトルはＳＰＤによって特徴付けられ、４４０～５００ｎｍの波長範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーは、３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのラジオメトリックパワーの５％未満である。この値は、特に（５０００Ｋを超える）ディスプレイ用途において用いられる高ＣＣＴにおいて、標準的な青色ＬＥＤベースの白色スペクトルとは対照的であり、そのようなスペクトルは多くの場合、４４０～５００ｎｍの範囲内のスペクトルコンテンツの２０％より多くを有する。
【0100】
典型的な実施形態は、４１５～４３０ｎｍの範囲内の発光ピークを有する紫色ポンプＬＥＤ、たとえばＫＳＦなどの青色選択的狭小赤色蛍光体、５２０～５６０ｎｍの範囲内の発光ピークを有する狭小緑色蛍光体を備える発光体である。
【0101】
別の典型的な実施形態は、４１５～４３０ｎｍの範囲内のピークポンプ波長を有する紫色ポンプＬＥＤと、ピークポンプ波長における吸収がピーク吸収波長における吸収の最大７０％であるように、青色範囲４３０～４８０ｎｍにおけるピーク吸収波長を有する第１の波長変換材料と、第２の波長変換材料とを備える発光システム（たとえばディスプレイ）であり、システムは、光変換材料が実質的にポンプＬＥＤによって励起され、他の任意の放射源によって実質的に励起されないように構成され（特に、システムは、第１の波長変換材料をポンプするように構成されるピーク吸収波長において実質的に光を放出する放射源を所有せず）、それによってシステムは、実質白色光を放出する。この実施形態は、７０％を上回るパッケージ効率を特徴とする。
【0102】
上記は、青色選択的材料および青色フリー発光体に焦点を当てたが、同じ概念が、青色以外の波長範囲で用いられ得る。たとえば、緑色発光体なしで非緑色ポンプ光源と組み合わせて優先的に緑色光を吸収する蛍光体を有する、未だ予期されない緑色フリー光源を想起するために、本教示を用いてよい。
【0103】
いくつかのディスプレイ用途において、量子ドット（Ｑドット）は、狭小な線幅（たとえば２０ｎｍまたは３０ｎｍまたは４０ｎｍまたは６０ｎｍ未満のＦＷＨＭなど）を有し、たとえばサイズ選択によってその波長が精密に合わせられるため、望ましい。これらの特性は、ディスプレイの色域を最適化するために役立ち得る。
【0104】
Ｑドットに関連する化学的性質は、以下の化合物および派生物質を備える。グループＩＩ‐ＶＩ（Ｃｄベース）：ＣｄＳ／ＣｄＳｅ／ＣｄＴｅ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、グループＩＩＩ‐Ｖ（Ｃｄフリー）：ＩｎＰ／ＺｎＳ、およびグループＩ‐ＩＩＩ‐ＶＩ２（Ｃｄフリー）：ＣｕＩｎＳ２／ＣｕＩｎＳｅ２／ＺｎＳ。
【0105】
一方、Ｑドットは難題を呈示する。いくつかのＱドットは、たとえばカドミウムなどの有害重金属を備え得る。これらは、ディスプレイにおけるポンプ波長に関する通常範囲内である、青色範囲における低～中程度の吸収を有し得る。それによって、高荷重のＱドットは十分にポンプ光を吸収するために必須であり得るが、そのような大量の有害材料は問題となり、禁止されることもある。
【0106】
出願人は、短いポンプ発光体の使用が、Ｑドットと併用した時に意外な利益をもたらすことを発見した。したがって、実施形態は、長波長ポンプＬＥＤ（たとえば青色ＬＥＤ）ではなく紫色ポンプＬＥＤを用いる。これは、Ｑドットの荷重における大幅な低減を可能にし、システムをより安全にし、規制に準拠するものにし得る。この荷重の低減は、１）（以下で説明するように）短波長における高い吸収、および２）長波長に変換しなければならない光の割合が低いことを意味する、青色フリースペクトルに必要な高い紫色漏洩という２つの要因から生じる。
【0107】
図８は、量子ドット変換器の吸収および発光スペクトルを示す。この例において、発光は、約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する。重要なことに、そのような材料の製造業者は、Ｑドットのピーク発光波長が、それらの吸収スペクトルから独立してシフトされ得ることを示している。したがって、図８に示す発光スペクトルは例示であり、より短いまたは長い波長にシフトされ得る。吸収スペクトルは、より短い波長に伴って段階的に増加する。４５０ｎｍにおいて１に正規化される吸収の場合、吸収は４３０ｎｍにおいて約１．２５、および４００ｎｍにおいて約１．５である。これらの高い吸収値は、より短い波長のポンプが利用されるとＱドットの荷重が低減され得ることを意味する。
【0108】
いくつかの実施形態において、Ｑドットは、青色吸収およびポンプ吸収によって特徴付けられ、ポンプ吸収は、青色吸収よりも実質的に高い。青色吸収は、青色波長範囲、または４４０～４６０ｎｍの範囲内、または４５０ｎｍにおけるピーク吸収であってよい。ポンプ吸収は、ポンプＬＥＤのピーク発光波長における吸収であってよい。ポンプ吸収は、青色吸収よりも少なくとも１．２、１．３、１．５、２、３、５、または１０倍高くあってよい。
【0109】
図９は、紫色ポンプＬＥＤ、（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）緑色量子ドット蛍光体、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える実施形態に関してモデル化されたＳＰＤを示す。このＳＰＤは、Ｄ６５付近を色目標とし、ディスプレイの出力は、適切なフィルタを用いるとＤ６５である。
【0110】
図１０は、紫色ポンプＬＥＤ、（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）緑色量子ドット蛍光体、および（約３０ｎｍのＦＷＨＭを有する）赤色量子ドット蛍光体を備える実施形態に関してモデル化されたＳＰＤを示す。このＳＰＤは、Ｄ６５付近を色目標とし、ディスプレイの出力は、適切なフィルタを用いるとＤ６５である。
【0111】
いくつかの実施形態は、ＱＤ材料の荷重を抑えることにより、８０％（または７５％、８５％、９０％）を超えるパッケージ効率を特徴とする。
【0112】
いくつかの実施形態において、波長変換材料は、（たとえばシリコンなどの）バインダとの混合物に組み込まれる。この混合物は、バインダに対する各成分の重量負荷によって特徴付けられ得る（すなわち、５０％の赤色蛍光体負荷は、赤色蛍光体の重量がバインダの重量の５０％であることを意味する）。いくつかの実施形態は、１またはいくつかの量子ドットを備え、その荷重は１０％未満（または１００％、２０％、５％、１％、０．１％、０．０１％、または０．００１％未満）である。場合によっては、重金属量（たとえばＣｄ量など）が１００ｐｍ未満（すなわち０．０１％未満）であるように荷重が選択される。
【0113】
いくつかの実施形態において、Ｑドットは、たとえば１００ｕｓ、１０ｕｓ、１ｕｓ、１００ｎｓ、１０ｎｓ、または１ｎｓ未満の短い発光立下り時間を有する。これは、ディスプレイのリフレッシュレートを制限し得る、１０ｍｓ以上の立下り時間を伴ういくつかの蛍光体と対照的である。
【0114】
場合によっては、短波長光（一般的に紫色）に関して高い吸収を有するが長波長（一般的に青色、緑色、および赤色）に関して非常に低い吸収を有する波長変換材料を利用することが有利であり得る。
【0115】
図１１は、そのような紫色選択的材料に関して起こり得る吸収および発光スペクトルを示す。吸収は、約４２５ｎｍにおいて最大値を有し、４５０ｎｍにおける吸収は４２５ｎｍにおける吸収の約１０％である。材料のピーク発光波長は、吸収スペクトルと無関係に構成され得るので、紫色光を優先的に吸収するが青色、緑色、黄色、橙色、赤色を含む任意波長で発光する材料をもたらす。この材料は、（システム内の発光種からの放射とともに、日光などの外側光源からの放射を含む）他の放射を実質的に吸収することなく、４２５ｎｍポンプＬＥＤとともに用いられ得る。
【0116】
いくつかの実施形態において、紫色選択的材料は、４００～４３０ｎｍまたは３５０～４３０ｎｍの範囲内、または一般的には４３０ｎｍを下回る吸収ピークを特徴とする。紫色選択的材料は、長波長、たとえば４５０ｎｍ（または５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、または６５０ｎｍ）における吸収よりも少なくとも２（または少なくとも１．５、５、１０、２０、または１００）倍高い、紫色ポンプピーク波長における吸収を有してよい。
【0117】
１つの実施形態において、ディスプレイシステムは、４３０ｎｍを下回るピークポンプ波長を有する紫色ポンプＬＥＤを有し、かつ、ピークポンプ波長における吸収が４５０ｎｍにおける吸収と比べて少なくとも１０倍高い紫色選択的波長変換材料を有する。
【0118】
紫色選択的材料は、たとえば蛍光体、量子ドット、または半導体ベースの材料であってよい。その（電子帯構造を含む）電気および光特性は、（たとえば、張力、材料組成、ドーピング、界面化学、サイズを設定することによって）吸収および発光を調整するために設計され得る。
【0119】
いくつかの実施形態において、ポンプ発光体は、紫色ＬＥＤ（またはＯＬＥＤ、レーザダイオード、スーパールミネッセントＬＥＤ、量子ドット活性領域を有するＯＬＥＤなどを含む他のソリッドステート発光体）である。一般に、短いピーク波長は青色範囲における放射量を減少させる（これは、たとえば紫色ＬＥＤの長波長尾端部に起因する）というトレードオフが存在し、これは青色フリー発光体に関して望ましい。一方、人間の視覚系は、より長い紫色波長に対して感度が高いので、ディスプレイの出力ＳＰＤの放射発光効率（ＬＥＲ）は、ピーク波長が長いと増加する。
【0120】
図１２は、このトレードオフを示す。これは、４００～４４０ｎｍの範囲における様々なポンプピーク波長を有する青色フリー白色光実施形態に関するＬＥＲおよび青色分画を示す。これらは、Ｄ６５を色目標とした、ＬＥＤポンプ、３０ｎｍのＦＷＨＭおよび５２７ｎｍにおけるピークを有する量子ドット緑色、およびＫＳＦ赤色蛍光体を有するＳＰＤに関する。青色分率は、合計ＳＰＤパワーに対する４４０～５００ｎｍの範囲内（実際には、３８０～７８０ｎｍの範囲内）のＳＰＤパワーの比として定義される。
【0121】
ピーク波長が増加すると、ＬＥＲは急速に増加する。４２５ｎｍを上回ると、青色分画も急速に増加する。比較のために、レガシ発光体（すなわち、４５０ｎｍに青色ポンプＬＥＤを有し、同じ蛍光体および色度を有する発光体）に関する青色分画は約２０～３０％である。したがって、（５％以下の青色分画を有する）４３０ｎｍを下回るピーク波長を有する発光体は、レガシ発光体よりも大幅に低い青色分画を提供する。
【0122】
ＬＥＲと青色分率との相対的重要性に依存して、好適なピーク波長が選択され得る。たとえば、４１５～４３０ｎｍまたは４１７～４２８ｎｍまたは４２０～４２５ｎｍの範囲内の（または実質的には４２０ｎｍまたは４２５ｎｍにおける）ピークは、比較的高いＬＥＲおよび低い青色分画を提供するため、適切であってよい。４２５ｎｍにおけるピークは、高いＬＥＲ（レガシ発光体の値の約９０％）および低い青色分画（レガシ発光体の値の２５％）を提供し得る。
【0123】
１つの事例において、ＬＥＲは、約２００ｌｍ／Ｗｏｐｔより上（従来のシステムの６６％以上）でなくてはならず、４４０～５００ｎｍの範囲内のＳＰＤの割合は、４％未満（従来のシステムの１５％未満）でなくてはならない。したがって、ピークポンプ波長に関して４１７～４２８ｎｍの範囲が選択され得る。
【0124】
好適な波長範囲に関するこの論述は、紫色ソリッドステート発光体のスペクトル幅に依存する。狭小発光体（たとえばレーザダイオードなど）は、４４０～５００ｎｍの範囲内の発光を有さずに長いピーク波長で構成され得るので、狭小発光体の場合、青色含有量を増加させずにＬＥＲを増加させることにより、ピーク波長は４３０ｎｍまたは４３５ｎｍまたは４３０～４３９ｎｍの範囲内であってよい。
【0125】
いくつかの実施形態において、ポンプ発光体および波長変換材料は、ディスプレイの（色フィルタを含む）光学システムの効果を更に考慮に入れ、上記教示に従って共に構成される。
【0126】
いくつかの実施形態において、ディスプレイの光学素子は紫色光に関して低い吸収を有することが考慮される。たとえば、導波管はＰＭＭＡで作られ、または、０．１ｃｍ～１（または１ｃｍ～１、０．０１ｃｍ～１、０．００１ｃｍ～１、０．０００１ｃｍ～１）未満のピークポンプ波長における光吸収係数を有する。様々な光学素子（液晶、偏光子、レンズなど）は紫色光を透過するものであり、そのような光学素子のフィルムを通る（ピークポンプ波長における）紫色光のシングルパス透過は、５０％、７５％、８０％、９０％、９５％より上であってよい（偏光子の場合、これは偏光子に沿った偏光の最大透過に関係する）。いくつかの光学素子は紫色光を反射するものであり（導波管における反射フィルム、ＤＬＰ反射体など）、ポンプピーク波長における反射率は、８０％（または９０％、９５％、９８％）より上であってよい。
【0127】
フィルタを有するいくつかの実施形態において、紫色範囲（たとえば約４１０～４３０ｎｍの範囲）における中程度の吸収を有する材料およびフィルタを使用することが考慮される。実際、紫色光は、不所望の青色およびシアン光に代替し得るので、本発明の実施形態に必要な態様であり得る。本発明のいくつかの実施形態において、（フィルタ、導波管、ディフューザ、偏光子、および他の素子に起因し得る）ディスプレイシステムの合計透過は、４２０ｎｍ～４５０ｎｍの間で５０％未満（または２０％未満、１０％未満）変化する。いくつかの実施形態において、約４１０～約４３０ｎｍの範囲におけるディスプレイシステムの合計透過は、２０％より上、５０％より上、８０％より上である。
【0128】
フィルタ
【0129】
以下の論述は、ディスプレイがそのような色フィルタを用いる場合の、ディスプレイのフィルタに部分的に関係する。上述したように、フィルタは、たとえば広帯域スペクトルをいくつかの原色に変換するための色フィルタを備える。よく知られる例は、青色、緑色、および赤色原色を有するＬＣＤディスプレイである。そのようなディスプレイの色フィルタは、それぞれ短フィルタ、中間フィルタ、および長フィルタと称される。従来のＬＣＤディスプレイにおいて、これらは、青色、緑色、および赤色フィルタにそれぞれ対応する。しかし実施形態に関して、短フィルタは一般的に、紫色波長を透過するように適合されなければならない。また、そのようなディスプレイの原色（すなわち、ディスプレイの画素が１つのフィルタを完全に透過し他のフィルタを遮断する場合に放出される光）は、短い、中間、および長い原色と呼ばれる。ただし、以下の論述の一部はより一般的であり、色フィルタを有するＬＣＤ以外のディスプレイ技術、または３つ以上の静的原色を有するディスプレイに関係してよいことを理解すべきである。
【0130】
以下において、色フィルタの透過に関する簡略化された近似が用いられる。全てのフィルタは、幅２５ｎｍにわたる波長（０～１）で透過が直線的に変化するエリアによって連結された０および１の透過のプラトーを有するものと想定される。そのような傾斜は、良好に設計された色フィルタによって実現可能である。この近似は、（尾端部および先端部を含む）現実のフィルタの透過における細部、および１より下の透過を無視するものであるが、実現可能な色域を予測するには十分に現実的である。当業者には、本教示をどのように現実世界の色フィルタに適合するかが分かる。
【0131】
良好な光学効率を保ちながら大きな色域を実現することが望ましい。これは、青色フリー発光体の場合、原則的に自明ではなく、その理由は以下を含み得る。
【0132】
（１）ポンプＬＥＤは青色ではなく紫色である。それによって色域の青色点が紫色へシフトするので、飽和青色は利用できない。従来の短フィルタが使用される場合、名目上の飽和青色を表示しようとする試みは、実際は飽和紫色として出現し、色歪みをもたらす。
【0133】
（２）上述したように、高色域に関して望ましいいくつかの狭小蛍光体は、青色選択的吸収体でもあり、これらは紫色ポンプＬＥＤとの適合性がないと予想され得る。
【0134】
しかし、出願人は、適切に構成された青色フリー発光体によって十分に大きい色域を得ることが可能であることを発見した。特に、いくつかの実施形態は、ｓＲＧＢ、ＮＴＳＣ、Ａｄｏｂｅ ＲＧＢ、ＤＣＩ‐Ｐ３、Ｒｅｃ２０２０、および当該技術において既知である他の規格を含むいくつかの標準規格色域に実質的に合致または完全に合致することができる。上述した本発明の１つの態様は、いくつかの青色選択的蛍光体が、実際は紫色ＬＥＤによる効率的なポンピングのために構成され得ることである。これは、たとえばＫＳＦおよびＭＦＧなどの狭小赤色蛍光体を含む。したがってこれらは、飽和赤色のための赤色蛍光体として用いることができる。上述した他の態様は、飽和緑色／赤色のための緑色／赤色蛍光体として緑色および／または赤色量子ドットを用いることである。
【0135】
また他の態様は、色フィルタの適切な設計である。特に、短フィルタは、紫色光の透過、および、たとえばシアンまたは緑色光など紫色よりも長い波長を有する第２の部分のいくらかの透過を可能にするように設計され得る。紫色光および光のこの第２の部分の結合は、青色範囲（たとえば４５０～４８０ｎｍ）における主波長を有し、それによって飽和紫色ではなく飽和青色として知覚される短い原色を有するスクリーンを提供するように構成され得る。すなわち、１つの実施形態において、本発明は、知覚的に青色であるが本質的には青色がない光を放出するためのフィルタに関する。
【0136】
最も標準的な色域は、主波長が４５０～４８０ｎｍ（または４４０～４９０ｎｍ）の範囲内であり、ほとんどの場合４６０～４７０ｎｍの範囲内である短い原色を有する。これは、知覚的青色光に対応する。本発明の実施形態は、（たとえば４３０ｎｍを下回る）短いピーク波長を有する紫色ポンプ発光体の使用にもかかわらず、同様の主波長を有する短い原色を実現する。明確性のために、例外が明記されない限り、本明細書における主波長は、（ｘｙ）色空間において、Ｄ６５白色点に関して計算される。
【0137】
図１３および図１４は、この概念を示すモデル化システムである。図１３Ａは、紫色ポンプＬＥＤ（ピーク波長４２３ｎｍ）、βサイアロン緑色蛍光体（ピーク波長５３７ｎｍ）、およびＫＳＦ赤色蛍光体を備える白色ＬＥＤによって放出された、（色フィルタが適用される前の）スペクトルパワー分布ＳＰＤ０を示す。また図１３Ａは、３つの色フィルタも示す（短：破線、中間：点線、長：点鎖線）。図１３Ｂは、（ｘｙ）色図を示し、結果として生じる色域（破線）およびＤＣＩ‐Ｐ３規格色域（実線）を示す。この場合、短フィルタは単純に、紫色ピークを完全に透過するように設計される。その結果、短い原色が青色ではなく紫色である色域が生じ、名目上の「飽和青色」は飽和紫色として表示される。これは（特に飽和青色の正確なレンダリングが求められる場合）望ましくない。図１３Ｃは、青色／紫色の相違がより明らかな（ｕ’ｖ’）色図において、図１３Ｂと同じデータを示す。
【0138】
明確性のために、例外が明記されない限り、色域カバレージは（ｘｙ）色空間において計算される。ＤＣＩ‐Ｐ３色域の９０％カバレージは、ディスプレイが、合計エリアが（ｘｙ）空間においてＤＣＩ‐Ｐ３色域のエリアの９０％である色域を有することを意味する。
【0139】
明確性のために、ＬＥＤベースのＳＰＤに関して、「パワー」という用語は、例外が明記されない限り、当該技術において知られるようなラジオメトリックパワーを指すものとする。明確性のために、ＬＥＤベースのＳＰＤに関して、「合計パワー」という用語は、例外が明記されない限り、（一般に、ＳＰＤにおけるほぼ全てのパワーである）３８０～７８０ｎｍの範囲内の統合ラジオメトリックパワーを指すものとする。
【0140】
図１４は、図１３と同様であるが、５００～５２０ｎｍの範囲内のシアン／緑色放射も透過する別の短フィルタを利用する。これは、紫色から青色の主波長へ短波長原色の色度をシフトさせる。その結果生じる原色は、ＤＣＩ‐Ｐ３規格の青色原色とほぼ一致する。また、中間フィルタおよび長フィルタは、（中間原色および長い原色に対応する）色域の赤色および緑色頂点もＤＣＩ‐Ｐ３に準拠するように構成される。その結果、このシステムは、紫色ポンプＬＥＤの使用にもかかわらず、ＤＣＩ‐Ｐ３色域にほぼ準拠する。ここでＳＰＤ０は、３つのフィルタ全てが十分に透過させる場合、Ｄ６５の色度を有するように構成される。色域エリアに関して、実施形態は、（（ｘｙ）において計算すると）ＤＣＩ‐Ｐ３の９９％である色域または（（ｕ’ｖ’）において計算すると）ＤＣＩ‐Ｐ３の９６％を有する。
【0141】
本発明のいくつかの実施形態は一般に、短い原色の主波長が、ポンプＬＥＤの主波長よりも長くシフトされるように、透過がシアン／緑色レジメに及ぶ短フィルタを有することによってこの概念を利用する。たとえば図１４において、紫色ＬＥＤは主波長４１３ｎｍを有するが、短い原色は約４７０ｎｍの主波長を有する。
【0142】
いくつかの実施形態において、５００ｎｍにおける短フィルタの透過は、紫色ＬＥＤのピーク波長における透過の５０％（または８０％、３０％）以上である。いくつかの実施形態において、短い原色は、ラジオメトリックパワーの１０％（または５０％、２０％）以上が紫色ポンプ発光体から生じるものではないスペクトルを放出する。いくつかの実施形態において、発光体は、４３０ｎｍ未満（または４２８ｎｍ未満または４１７～４２８ｎｍの範囲内）のピーク波長を有するポンプＬＥＤを有するが、ディスプレイの短い原色は、４４０ｎｍより上、または４６０ｎｍより上、または４４０～４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する。主波長は、色彩科学において知られるように、スクリーンの白色点（図１４の例におけるＤ６５）に関して計算される。
【0143】
いくつかの実施形態において、紫色ＬＥＤのピーク波長と短い原色の主波長との差は２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、または５０ｎｍ以上である。たとえばピーク波長は４２５ｎｍであり、主波長は４６５ｎｍである。これは、短い原色の主波長が多くの場合ＬＥＤのピーク波長から１０ｎｍの範囲内である、青色ポンプＬＥＤを有する標準的なディスプレイと対照的である。
【0144】
いくつかの実施形態において、短い原色は、青色放射がないにもかかわらず知覚的に青色である（すなわち、これは「青色フリー青色原色」である）。この青色放射の欠如は、短い原色のＳＰＤによって特徴付けることができる。たとえば図１４の実施形態に関して、短い原色のＳＰＤは、４４０～５００ｎｍの範囲におけるパワーが、３８０～７８０ｎｍの範囲における合計パワーの７．５％となり、４５０～４９０ｎｍの範囲におけるパワーが、３８０～７８０ｎｍの範囲における合計パワーの２．２％となるようなものである。したがっていくつかの実施形態において、４４０～５００ｎｍの範囲におけるＳＰＤのパワーは、３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのパワーの２０％（または１５％、１０％、５％、２％）未満であり、４５０～４９０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのパワーは、３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤのパワーの８％（または５％、３％、１％）未満である。比較として、青色ＬＥＤベースのディスプレイの短い原色は、４４０～５００ｎｍの範囲におけるパワーの約７０～９５％を有し得る。
【0145】
これは、図１４のシステムに関する短波長原色のＳＰＤを示す図１４Ｄに示される。この場合、３８０～７８０ｎｍの範囲におけるＳＰＤの合計パワーに関して、パワーの８２％が４００～４４０ｎｍ（紫色成分）の範囲内にあり、７．５％が４４０～５００ｎｍ（青色成分）の範囲内にあり、１０．６％が５００～５５０ｎｍ（緑色成分）の範囲内にある。ＳＰＤは更に、４００～４３０ｎｍの範囲における第１の最大値、４５０～４９０ｎｍ（または４４０～５００ｎｍ）の範囲における極小値、および５００～５５０ｎｍの範囲における第２の最大値によって特徴付けられる。
【0146】
実施形態は、ＳＰＤが５０％（または６０％、７０％、８０％、９０％）以上の紫色成分（４００～４４０ｎｍの範囲）および５％（または３％、８％、１０％、１２％、１５％、２０％）以上の緑色成分（５００～５５０ｎｍの範囲）を有する短波長原色を有してよい。
【0147】
短い原色におけるこの青色光の欠如の結果、いくつかの実施形態は更に、本出願のどこかで説明するように、それらの白色発光（たとえばＤ６５の色度に対応して、３原色が十分に透過する場合の３原色の合計）が青色フリー白色スペクトルであるという事実によって特徴付けられる。たとえばＳＰＤ１は、合計パワーの４％である、４４０～５００ｎｍの範囲内の青色成分を有する。
【0148】
いくつかの実施形態において、短い原色は、ＳＰＤが青色主波長における放射を実質的に含まないにもかかわらず青色主波長を有する。たとえば主波長におけるＳＰＤの値は、ピーク値の３％（または１％または０．５％）未満である。
【0149】
効率は、ディスプレイを設計する際の重要事項であり、すなわち高い色域は効率を犠牲にして得られてはならない。これを数値化するために、出願人は、以下のようにディスプレイの放射発光効率（ＬＥＲＤ）を定義する。ディスプレイの発光体（たとえばＬＥＤ部品）がスペクトルＳＰＤ０を放出するものとする。その後ＳＰＤ０はディスプレイシステム内に注入され、色フィルタおよびＬＣＤによって透過される。システムは、白色点に設定されると、原色の総和（すなわち、それらが十分に透過する場合に色フィルタの各々によってフィルタされたＳＰＤ０）であるスペクトルＳＰＤ１を放出する。多くの場合、ＳＰＤ０およびフィルタは、ＳＰＤ１が、（どこかで論述されるように、適切な等色関数を用いて目標とされる）たとえばＤ６５などの目標色度を有するように構成される。ディスプレイのユーザは、ＳＰＤ１によって放出されたルーメンを知覚する。出願人は、ＬＥＲＤを、ＳＰＤ１におけるルーメンをＳＰＤ０の光パワーで割った比率として定義する。よってＬＥＲＤは、光ワットごとのルーメンで表される。これは、ＬＥＤ光源に関してＬＥＲ（放射の等価輝度）の等価物であるが、フィルタの透過が更に考慮に入れられる。ＬＥＲＤを最大化することはＬＥＲを最大化することと同じではないので、この違いは重要である。ただし、現実世界のディスプレイにおいて、ディスプレイ内の他の光学素子の透過および各フィルタは（１００％の透過の場合でも、対応する画素はディスプレイエリアの１／３しかカバーしないので）最大で光パワーの１／３しか透過しないという事実も考慮される。これらの考慮事項は、ここで論述されるＬＥＲＤを数値定数で乗算するが、本発明の一般教示は、現実世界のディスプレイに容易に適合することができる。また、（フィルタを有さない）直視型ディスプレイの場合、ＬＥＲおよびＬＥＲＤは同一であってよいことに留意する。
【0150】
比較点として、出願人は、市販のＬＣＤディスプレイ（ｓＲＧＢ色域に準拠し、Ｄ６５白色点を有するアップル社のｉＰｈｏｎｅスマートフォン）を測定した。図１５は、測定されたディスプレイ特徴、ＳＰＤ０（ディスプレイ内の側面発光型ＬＥＤ部品の発光）および（本明細書で論述される理想的なフィルタとの整合性のために最大透過１に正規化された）フィルタ透過を示す。ＳＰＤ０は、ＬＥＤ発光体が青色ポンプＬＥＤおよびガーネット緑黄色蛍光体を備えることを示す。このシステムに関して、ＬＥＲＤ＝２４１ｌｍ／Ｗである。これは、中程度の色域および単純な蛍光体のセットを有する効率的な従来技術システムに関するＬＥＲＤとは桁違いである。
【0151】
他の比較点として、出願人は、青色ポンプＬＥＤ（４５０ｎｍにおけるピーク）を有するディスプレイをモデル化することによって、図１３および図１４と同じ蛍光体（βサイアロンおよびＫＳＦ）、およびＤＣＩ‐Ｐ３色域に合致するように適合されたフィルタを設計した。図１６はこのシステムを示し、ＳＰＤ０および色フィルタを図示する。このシステムに関して、ＬＥＲＤ＝３０４ｌｍ／Ｗであり、白色スペクトルＳＰＤ１は、合計パワーの２７％である、４４０～５００ｎｍの範囲内の青色含有量（統合パワー）を有する。また、短い原色は、４４０～５００ｎｍの範囲における統合パワーが合計パワーの８１％であるＳＰＤを有する。
【0152】
比較のため、図１４の実施形態はＬＥＲＤ＝２５８ｌｍ／Ｗを有し、ＳＰＤ１は、合計パワーの４％である、４４０～５００ｎｍの範囲内の青色含有量を有する。したがってこの実施形態は、ＬＥＲＤにおける中程度の損失（従来技術の８５％）および大幅に低い青色含有量（従来技術の１５％）を伴って、高色域青色ポンプ従来技術システムと同様の色域を提供する。
【0153】
図１４の実施形態は、ＤＣＩ‐Ｐ３の色域に実質的に合致する。いくつかの実施形態は、たとえばＲｅｃ２０２０色域規格に近い、更に高い色域を実現する。これは、色フィルタの追加的な設定（フィルタは、原色の発光の尾端部を切り落として純度を増大することができる）、および量子ドットを含む発光体の適切な選択によって実現され得る。
【0154】
図１７は、紫色ポンプＬＥＤと、βサイアロンおよびＫＳＦ発光体とを有する、図１４と同様のモデル化実施形態を示す。ディスプレイの白色点はＤ６５である。緑色蛍光体ピーク波長およびフィルタは、特に緑色および赤色原色に関して、Ｒｅｃ２０２０色域に近くなるように構成される。この実施形態の色域は、（ｘｙ）空間においてＲｅｃ２０２０の９２％、（ｕ’ｖ’）空間においてＲｅｃ２０２０の８９％である。ＬＥＲＤは１４０ｌｍ／Ｗである。この中程度の値は、狭小緑色フィルタを用いる必要性によって生じるので、緑色蛍光体からの発光の一部は失われる。
【0155】
この点を更に改善するために、いくつかの実施形態は、量子ドット、または（ＩＩＩ族窒化物、またはＡｌＩｎＧａＡｓＰ、または他の半導体化合物に基づく）直射式緑色ＬＥＤを含む、更に狭小な緑色発光体を用いる。
【0156】
図１８は、そのような実施形態を示す。この実施形態は、緑色量子ドット（ＦＷＨＭ３０ｎｍ、ピーク５２７ｎｍ）、および優れた性能でＲｅｃ２０２０の緑色および赤色原色に厳密に合致するための適切なフィルタを用いる。ＬＥＲＤは２０８ｌｍ／Ｗである。この高効率は、狭小緑色発光体によって実現される。Ｒｅｃ２０２０に対する色域エリアは、（ｘｙ）において９１％および（ｕ’ｖ’）において８６％である。
【0157】
様々な狭小赤色発光体も用いられ得る。ＫＳＦに加えて、赤色量子ドットまたは（ＡｌＩｎＧａＡｓＰのＩＩＩ族窒化物、または他の半導体化合物に基づく）直射式赤色発光体が適し得る。
【0158】
図１９は、そのような実施形態を示す。この実施形態は、緑色および赤色量子ドット（ＦＷＨＭ３０ｎｍ、ピーク５２７ｎｍおよび６３８ｎｍ）、および優れた性能でＲｅｃ２０２０の緑色および赤色原色に厳密に合致するための適切なフィルタを用いる。ＬＥＲＤは２０４ｌｍ／Ｗである。この高効率は、狭小緑色発光体によって実現される。Ｒｅｃ２０２０に対する色域エリアは、（ｘｙ）において９１％および（ｕ’ｖ’）において８７％である。
【0159】
いくつかの実施形態は、（ｘｙ）または（ｕ’ｖ’）色空間のいずれかにおいて計算された場合、ＤＣＩ‐Ｐ３の色域エリアの９５％以上（または８０％、８５％、９０％、または１００％以上）である色域エリアを有する。いくつかの実施形態は、（ｘｙ）または（ｕ’ｖ’）色空間のいずれかにおいて計算された場合、Ｒｅｃ２０２０の色域エリアの９５％（または８０％、８５％、９０％、１００％）以上である色域エリアを有する。
【0160】
いくつかの実施形態は、ｓＲＧＢまたはＤＣＩ‐Ｐ３またはＲｅｃ２０２０を含む標準規格色域の原色の色度に実質的に合致する色度である原色を有する。この文脈において用いられる場合、実質的とは、２つの色度（すなわち、実施形態の原色および標準規格色域の原色）が、１９６４ １０°ＣＭＦを用いて計算した場合、互いに０．０３未満の（ｘｙ）距離内にあることを意味する。他の実施形態において、実施形態の短い原色は、ＤＣＩ‐Ｐ３またはＲｅｃ２０２０の青色原色から０．１未満（または０．０５未満、０．０２未満、０．０１未満、０．００５未満、０．００１未満）の距離ＤｘｙまたはＤｕ’ｖ’内にある。この距離は、上述したように、適切な等色関数を用いて計算され得る。同様に、実施形態の中間（長い）原色は、ＤＣＩ‐Ｐ３またはＲｅｃ２０２０などの標準規格色域の緑色（赤色）原色から所定の距離内にあってよい。
【0161】
上記の論述は、１の透過を有する簡略化色フィルタを考えるものであるが、より現実的な色フィルタを用いて同様の結果を得ることができる。特に、現実のディスプレイにおいて、短波長フィルタは多くの場合、最も低い透過を有し、長波長フィルタは多くの場合、最も高い透過を有する。
【0162】
図２８は、そのような状況に対応する実施形態を示す。図２８は、図１４と同様（同じ蛍光体、色度、色域など）であるが、短波長フィルタが６０％のピーク透過を有し、中間波長フィルタが８０％のピーク透過を有し、長波長フィルタが１００％のピーク透過を有するものである。発光体のスペクトルＳＰＤ０は、補償により所望の色特性をもたらすために、これらの透過（図１４よりも多くの紫色および緑色）に単純に適合される。
【0163】
システム実装／ソフトウェア
【0164】
ディスプレイシステムにおいて上述した青色フリー発光体の実装が、以下でハードウェアおよびソフトウェア両方に関して論述される。青色フリー動作モードは、一日のうちの一部の時間帯において望ましいが、他の時間帯にはそうではないことがある。たとえば日中、青色光を放出するスクリーンは許容できるが、夜間において、青色フリー発光が好適であり得る。この選択は、効率を含む様々な考慮事項に基づくものであり、青色含有ＳＰＤは高いＬＥＲＤまたは良好な色域を有し、青色放射が許容可能な時間帯において好ましい。
【0165】
いくつかの実施形態において、発光システムは、青色含有ＳＰＤ（ＳＰＤ１）および青色フリーＳＰＤ（ＳＰＤ２）を放出することができる。２つのＳＰＤは、異なるＣＣＴまたは実質的に同じＣＣＴを有してよい。いくつかの実施形態において、システムは、ＳＰＤ１とＳＰＤ２との間で調整する能力を有するディスプレイスクリーンを備える。
【0166】
調整は、様々な入力によって制御され得る。これはユーザによって制御され得る。たとえばユーザは、（たとえば１秒または数秒、または１分または数分、または１時間または数時間などの所定の時間にわたって）ＳＰＤ２に遷移するモード（たとえば夜間モード）をアクティブ化することができる。
【0167】
調整は、環境測定によっても制御され得る。たとえば（たとえば電話機に組み込まれたフォトダイオードなどの光検出器によって測定され得る）光が十分に暗い時、ディスプレイは、輝度および青色光量を同時に低減する。あるいはシステムは、周囲光の色温度を推測し青色レベルを適合する（たとえば、４０００Ｋまたは３０００Ｋ未満の低いＣＣＴは青色フリー発光をトリガしてよい）ことができる、（たとえば電話機／タブレットにおけるＣＣＤカメラなどの）カメラを有する。ディスプレイのＣＣＴは、周囲光ＣＣＴに基づいて決定されてもよい。
【0168】
調整は更に、ユーザ挙動または行動の測定によって制御され得る。これは、生体測定（体温、心拍数、瞳孔拡張など）、またはある位置でのユーザの行動、移動、および存在の測定、デバイス（たとえばスマートフォン）における操作、特定の言語およびジェスチャの測定を含む。これらの測定は、適切なデバイスによって提供され得る。この情報に基づいて、プロセッサは、ユーザが疲れていること、または逆に（たとえば所望の睡眠スケジュールに基づいて）ユーザが疲労しているべき時間にその兆候を示さないことを決定してよい。それに応じて、ディスプレイによって放出される光は、青色光および強度の増減によって調整され得る。
【0169】
そのような応答は、ユーザの状態にスペクトルを合致させ（たとえば、ユーザが眠気を感じ、または入眠に備える場合、概日サイクルを低下させ）、ユーザの状態を緩和する（たとえば眠気を検出し、それを軽減するために概日刺激を増加させる）ために利用され得る。場合によっては、応答は、ユーザの挙動とともに、他の測定可能な条件、またはたとえば一日における時間帯、天候および／または天候の変化、屋外光の量などの合図によって決定されてよい。場合によっては、合図は、ユーザの挙動を監視する他の「スマート」システム（他の電気製品、スマートフォン、または他の電子デバイス）から得られてよく、合図はその後、上記スマートシステムと照明システムとの間で、たとえばスマートホームハブによって使用可能になるネットワークなどのネットワーク（有線または無線）を介して伝達され得る。場合によっては、合図は、たとえばユーザのスマートフォンなどのシステムによって記録されている、たとえばユーザが起床した時間またはユーザの過去の睡眠パターンなどユーザの過去の挙動に関連する。
【0170】
調整は、単純なソフトウェア入力によって制御されてもよく、（日光スケジュールに関連し得る）特定の時間にシフトが起こってよい。たとえばスクリーンは、夜明けにＳＰＤ１に遷移し、日暮れにＳＰＤ２に遷移する。遷移は、ユーザにとって明らかではないように一定期間（たとえば数分～１時間など）にわたって継続してよい。またシフトは、ユーザ嗜好に基づいてもよい。場合によっては、シフトは、ユーザの所望の／習慣的な起床時間および就寝時間を含むユーザ習慣に基づく。
【0171】
１つの実施形態において、ユーザは、所望の起床時間Ｔｗを指定する。照明システムが（たとえばＴｗの１時間前に開始する）Ｔｗ付近の所定の時間窓において発光する場合、システムはＳＰＤ１を放出する。他の実施形態において、Ｔｗは、ユーザが目覚まし時計を設定することによって設定される。たとえば目覚まし時計が午前７時に設定された場合、Ｔｗは午前７時に設定される。場合によっては、システムは、ＳＰＤ２を放出する条件が満たされるまで、日中を通してＳＤＰ１の放出を維持する。
【0172】
１つの実施形態において、ユーザは、所望の就寝時間Ｔｓを指定する。照明システムが（たとえばＴｓの２時間前に開始する）Ｔｓ付近の所定の時間窓において発光する場合、システムはＳＰＤ２を放出する。場合によっては、システムは、ＳＰＤ１を放出する条件が満たされるまで、夜間を通してＳＤＰ２の放出を維持する。
【0173】
１つの実施形態において、システムは、ユーザの起床時間の１時間（または２時間あるいは３０または１５分）前に開始し、ユーザの就寝時間の２時間（あるいは３または１時間）前に終了する時間領域においてＳＰＤ１を放出し、それ以外ではＳＰＤ２を放出する。
【0174】
いくつかの実施形態において、遷移時間および他のディスプレイ発光特性を決定するために、機械学習（教師付きまたは教師なし）が用いられる。たとえば教示フェーズにおいて、最初にユーザが情報を入力し、これは、いつ青色フリーモードを所望するかを示すこと、または青色フリーモードを一時的に非アクティブ化（「スヌーズ」）すること、またはディスプレイの輝度を設定することによるものを含む。この入力は、ディスプレイ輝度およびスペクトル透過のタイミングを精密化するために機械学習アルゴリズムによって用いられる。たとえば、システムは、これらの設定を特定の合図に関連付けるように学習し、その後、調整は合図に応答して（たとえば手動でトリガされるのではなく）自動的に実行される。学習は、たとえばニューラルネットワークを介して、および／またはベイズ推定を用いてなど、当業者に既知である様々な機械学習技術によって実現され得る。
【0175】
上記シナリオの特定の例は以下のとおりである。ユーザは、就寝前の数時間、ルーティン（たとえば何らかの規則性を持って反復的に行われる一連の動作）に従う。そのようなルーティンは、食卓を離れること、歯を磨くこと、テレビの視聴などを含んでよい。このルーティンのデータは、様々な電気製品（テレビ、歯ブラシ、移動センサ）によって収集され、無線プロトコルを介して照明システムに伝達される。教示フェーズにおいて、ユーザはまた、概日刺激を低減するように照明システムのスペクトルを調整し、たとえばユーザは、就寝前の数時間、照明システムを非刺激的設定にする。システムがこれらの設定をルーティンの１または複数の合図、およびおおよその時間と関連付けると、ユーザの就寝前、概日応答の低減を促すように自動的に調整が生じる。逆に、概日システムを刺激するように朝に調整が生じてもよい。
【0176】
上記論述は２つのＳＰＤに言及するものであるが、より多くのＳＰＤおよびＳＰＤの継続的遷移を有する一般的な実施形態が考えられ得る。
【0177】
いくつかの実施形態において、放出光の選択に関する情報は、いくつかのシステム間で交換／共有される。これは、いくつかの発光システムが光スペクトルスケジュールに協定する（たとえば室内照明、スマートフォン、およびテレビの全てが夜間に青色フリーモードに切り替わる）ために役立ち得る。照明システムは、放出するＳＰＤに関する情報を他のシステムから得てよい（これは無線通信を介して起こり得る）。ユーザは、自身の電話機、コンピュータ、またはスマートウォッチなどのデバイス上で（起床時間および就寝時間を含む）嗜好を指定してよい。このデバイスはその後、発光デバイスを含む他のデバイスと情報を共有する。たとえばテレビまたは白熱灯が電話機からの情報を受け取り、この情報に基づいて青色フリーＳＰＤに遷移してよい。空間内に何人かのユーザ（たとえば住居を共有する家族など）がいる場合、共有の発光素子は、何人かのユーザからの情報に基づく共通照明ポリシに設定され得る。たとえば、同じ住居内の２人の人間が異なる睡眠時間Ｔｓ１およびＴｓ２を有する場合、共有照明システム（共有テレビ、リビングルームの照明など）は、（「最初に眠る人」が青色光に影響を及ぼされないように）Ｔｓ１およびＴｓ２の早い方によって決定された時間に青色フリーモードになってよい。２人の人間が部屋を共有しており、そのうちの１人が自身の電話機において、彼らが睡眠モードをトリガしたいと所望することを示した場合、共有照明システムは全て青色フリーモードになる。一方、非共有発光システム（個人用電話機、個室内の照明）は、各個人に基づくスケジュールを有してよい。そのようなポリシの決定は、クラウド上で、またはコンピュータシステムによってローカルに（ホーム内で）行われ得る。
【0178】
場合によっては、ユーザは、自身の睡眠パターンを変更したいと所望していることを示す。たとえばユーザは、旅行に備えて自身の概日サイクルを早い時間にフェーズシフトしたいと所望する。これは、朝より早い時間に青色光を提供することによって実現され得る。すると照明システムは、ユーザの通常起床時間より前に青色光を放出するように設定される。
【0179】
上記の例は、家庭用の設定を想定したものであるが、自動または「スマート」調整を有するそのような実施形態は、たとえば専門的状況など他の状況において用いることもできる。たとえばオフィス設定において、照明システムは、使用されるアクティビティを監視し、それに応じて青色含有量を増加するように適合してよく、あるいは青色含有量は、朝に増加され、就業日の終わり付近に低減され、または（天候および季節によって変化し得る）外光条件を補足するように適合され得る。システム調整は、単純なタイミングスキームに従ってよく、あるいは就業者の挙動を考慮に入れてもよい。また実施形態は、夜間就業者施設、長距離移動（たとえば航空機のフライトなど）、老人用介護施設を含む、睡眠パターンが影響を及ぼされる他の状況において用いられてもよい。
【0180】
専門的状況において、照明スケジュールは、所与のオフィス／場所全体に適用されてよく、あるいはユーザのために更にカスタマイズされてもよい。たとえば、コンピュータスクリーンによって放出される青色光の量は、被雇用者ごとに、彼らの個人的スケジュールまたは（夜間／日中シフトを含む）就業スケジュールに従って個々に調整され得る。
【0181】
ディスプレイアーキテクチャ
【0182】
様々なディスプレイアーキテクチャが本発明の機能を果たし得る。これは、直下型ディスプレイ、投射型ディスプレイ、および（エッジリットおよびバックリットを含む）導波管ベースのディスプレイを含む。
【0183】
直下型ディスプレイは、画素レベルで個々の発光体を有する。一般的に、各画素は複数の色付き発光体を備える。たとえば各画素は、複数のＬＥＤまたはＯＬＥＤを備えてよい。典型的な実施形態において、発光体の１つは紫色発光体であり、４３０ｎｍ未満の波長を有する。これらの実施形態は、紫色発光体を用いる代わりに４４０～４７０ｎｍ付近のピーク波長を有する青色発光体を用いる従来技術とは異なる。出願人によって高効率なＬＥＤ発光体が開発されており、有利に用いられ得る。ＯＬＥＤ発光体に関して、紫色発光は、紫色発光有機層を有する「直射」ＯＬＥＤ発光、またはたとえば紫色発光量子ドットなどの有機マトリックスに組み込まれた発光種のいずれかから得られ得る。
【0184】
高効率紫色発光体は、動作条件下で５０％（または６０％、７０％、８０％）以上の壁コンセント効率を特徴としてよい。動作基準温度は通常、２５Ｃ～１００Ｃの範囲内である。動作電流密度は、少数の発光体を有する標準的ディスプレイに関して高く（すなわち、３～３００Ａ．ｃｍ－２または１０～１００Ａ．ｃｍ－２の範囲内、または３５Ａ．ｃｍ－２または５０Ａ．ｃｍ－２または１００Ａ．ｃｍ－２）、小型の発光体を有する直視型ディスプレイに関して非常に低く（すなわち、１～１０ｕＡ．ｃｍ－２または１０～１００ｕＡ．ｃｍ－２または１００～１０００ｕＡ．ｃｍ－２の範囲内）なり得る。
【0185】
直下型ディスプレイは一般的に、各画素に赤色および緑色発光体も備える。図２０ａは、紫色、緑色、および赤色発光体２００１、２００２、２００３を有する画素２０００を示す。赤色および緑色発光体は、直射式発光体または波長変換型であってよい。
【0186】
また、実施形態は、紫色発光体に加えて青色（またはシアン）発光体を備えてよく、その結果、４発光体システム（紫色、青色、緑色、赤色）を形成する。図２０ｂは、紫色、青色、緑色、および赤色発光体２０１１、２０１２、２０１３、２０１４を有する画素２０１０を示す。青色フリーモードにおいて、紫色発光体が発光し、青色発光体は発光しない。青色発光体は、青色フリーモードが必要ではない「日中モード」において用いられ得る。場合によっては、日中モードにおいて、青色発光体が発光し、紫色発光体は発光しない。
【0187】
各画素における発光体は、小さくあって（たとえば、１ｕｍ、５ｕｍ、１０ｕｍ、５０ｕ、または１００ｕｍ未満の特徴的な横サイズを有して）よい。静電、電磁、スタンピング、印刷などを含む、そのようなＬＥＤの（ピックアンドプレースを含む）取扱いに関する適切な技術が用いられ得る。
【0188】
発光体およびディスプレイは、実質的に透明であってよい。部分的透明ＯＬＥＤスクリーンは既知であり、実施形態は、高い透明性および（高輝度のために好ましい）無機ＬＥＤを有する透明ディスプレイを可能にすることによってこれに改良を加える。これは、たとえば拡張現実などの用途に役立ち得る。場合によっては、ディスプレイは、ＬＥＤが機械的に結合されたクリア光学部材を有する（ＬＥＤは部材に組み込まれ、または取り付けられ得る）。この部材は剛性または可撓性であってよい。ＬＥＤ自体は実質的に透明であり、透明な基板およびエピタキシャル層を含む。特に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、可視範囲にわたり実質的に透明であってよい（発光層を別とするが、これは小さい吸収を引き起こすほどの薄さでよい）。透明基板のための材料は、ＧａＮ（および他のＩＩＩ族窒化物基板）、サファイア、酸化ガリウム、ＳｉＣを含む。ＬＥＤコンタクトは、ＴＣＯ（ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＧａＯｘなど）を含む透明なコンタクトを備えてよい。これは、限られた面積を有する小区画の金属コンタクトを備えてよい。
【0189】
透明性は、４５０～６５０ｎｍの範囲内で平均化した場合、ＬＥＤ面積全体で８０％（または７０％、９０％、９５％）以上の光透過によって特徴付けられ得る。また透明性は、（たとえば金属コンタクトなどの）不透明素子が、ＬＥＤ設置面積のうち、たとえば１０％（または２０％、５％、２％）未満など限られた面積を占めることも必要とする。
【0190】
図２０Ｃは、透明ディスプレイ２０２０の簡略化断面図を示す。システムは、透明部材２０２１に組み込まれる。ここで、ＬＥＤ２０２０は縦型デバイスであり、ｎおよびｐコンタクト（不図示）はＬＥＤの両面にある（そのような透明ＬＥＤは吸収／絶縁基板を排除することによって、またはたとえばＧａＮまたはＧａＯｘなどの透明導電性基板を用いることによって実現され得る）。透明底部電極２０２３は、一方の種類のコンタクト（いわゆるｎ）と接し、透明上部電極２０２４は、他方の種類のコンタクト（いわゆるｐ）と接する。簡略化のために、一種類のＬＥＤのみが示されるが、ＬＥＤは一般に様々な発光波長を有し、紫色ＬＥＤを備えてよい。様々な色のＬＥＤが様々な電極に接する。簡略化のために、図２０Ｃにおいて、電極は一方向に沿って示されるが、当該技術において既知であるように、２つの電極は格子レイアウトを有してよい（すなわち、一方の電極が画素の横列方向にあり、他方の電極が画素の縦列方向にある）。ＬＥＤ間の空間は空気のまま残されてよく、あるいは反射を低減し透明性を増加させるために高指数媒体によって優先的に充填されてもよい。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ間の空間は、１．４または１．８より高い光学指数、またはＬＥＤの光学指数から１未満の範囲内の指数を有する透明媒体によって実質的に充填される。たとえばＬＥＤは約２．４の指数を有するＧａＮベースであり、媒体は約１．８の指数を有するスピンオンガラスである。
【0191】
図２０Ｄは、１つの方向に沿った１つの型のコンタクトおよび他の方向に沿った他の型のコンタクトを示すＬＥＤ２０４０の斜視図を示す。ここで、ｎコンタクト２０４１は底部にあり、ｐコンタクト２０４２は上部にある。透明コンタクトは更に他の部品（たとえばＴＦＴおよび画素アドレッシングのためのキャパシタなど）に接する。金属パッド２０４３は、このコンタクトを補助するために存在してよい。ＬＥＤチップにおける透明コンタクトによって、または活性領域２０４５の両面におけるＬＥＤチップ内のドープ層２０４４によって電流広がりがもたらされ得る。
【0192】
ＧａＮの場合、ｐドープ材料における広がりは通常乏しく、これはｎドープ材料とのトンネル接合コンタクトを用いることによって改善され得る。図２０Ｅがこれを示す。トンネル接合２０４７は、両方のＬＥＤコンタクト層がｎドープ２０４６されるように、ｐドープ材料２０４４上に形成される。ここで、材料は、底部コンタクトがＬＥＤの上部から横方向構成で生じるようにエッチングされる（ただし縦方向構成もトンネル接合スキームを用いることができる）。両方のｎドープ層においてコンタクトが形成される。これらは金属または透明コンタクトであってよい。電流広がりはｎドープ材料において良好であるため、小さいコンタクトが適し得る。良好なｎ広がりは、バルクドープ基板によって、または（１Ｅ１９ｃｍ－３または１Ｅ２０ｃｍ－３以上のキャリア密度を有する）高度にドープされた材料によって可能になり得る。
【0193】
図２０Ｅは、ＬＥＤの１つの寸法に沿って上部コンタクトが伸び、他の方向にわたって底部コンタクトが伸びる横方向ダイ構成において、格子コンタクトスキームがどのように実現され得るかを示す。透明材料は、上部コンタクトおよび底部コンタクトを分離する機械的支持のためにＬＥＤ周囲に飛散してよい。図２０Ｅの横方向スキームは、トンネル接合なしで用いられてもよく、上部コンタクトが実質的に全てのｐドープ材料とのコンタクトを成し、ＬＥＤのｎ側のみに実質的電流広がりを有する。フリップチップダイ構成が用いられてもよい。
【0194】
画素の選択的アドレッシングは、各画素における（ＴＦＴを含む）トランジスタによって実現され得る。これらのＴＦＴのサイズは、それらの光吸収を最小にするように選択され得る。あるいは、ＴＦＴは実質的に透明であってよい。これらは、ＧａＮおよびＩＩＩ族窒化物材料、または他の透明半導体（エピタキシャルまたは非エピタキシャル）、または有機材料に基づいてよい。各画素における電荷は、キャパシタによって維持され得る。これらのキャパシタのサイズは、それらの光吸収を最小にするように選択され得る。あるいは、キャパシタは実質的に透明であってよい。９０％を上回る光透過を有するキャパシタが論証された。ＴＦＴおよびキャパシタは、エピタキシ、スパッタリング、薄膜蒸着、電子ビーム蒸着、原子層堆積、パルス層堆積などを含む様々な技術によって形成され得る。
【0195】
ＬＥＤは、他の処理を受けてよい。たとえば、漏電を防ぐためにＬＥＤの側壁に保護層が形成され得る。そのような保護層は、ＬＥＤのウェハ処理中に堆積され得る（たとえばこれらは、たとえば化学蒸着、パルス層堆積、原子層堆積、吹付け、吹付け塗装などのプロセスを用いて、ＬＥＤの個片化後に側壁に堆積され得る）。反射防止層がディスプレイの表面に形成され得る。２つの電極がＬＥＤの同一側面にあり、絶縁層（たとえば誘電層）によって互いに分離されたジオメトリを含む、他のジオメトリも可能である。１つの実施形態において、ＬＥＤは、バルクＩＩＩ族窒化物基板上に成形される。他の実施形態において、ＬＥＤは、たとえばガラスまたはサファイアまたは酸化ガリウムなどの透明材料上に成形またはスパッタリングされる。
【0196】
いくつかの実施形態において、ディスプレイは実質的に透明であり、４００～７００ｎｍの範囲内の波長において、または４５０～６５０ｎｍの範囲にわたって平均化されると、ディスプレイを通る５０％（または１０％、７０％、８０％、９０％、９５％）以上のシングルパス透過を特徴とする。この反射率は、いくつかの画素を平均化するディスプレイの大面積（たとえば１ｍｍ２または１０ｍｍ２または１ｃｍ２以上）にわたって取られた平均であってよい。平均は、ディスプレイの平面（または局所面）に垂直な方向において取られてよい。平均は、ディスプレイ面積の１０％（または１％、５％、５０％）以上の面積にわたって取られてよい。いくつかの実施形態において、ディスプレイの各部品を通るシングルパス透過は、４００～７００ｎｍの範囲内の波長において、または４５０～７００ｎｍの範囲にわたって平均化されると、５０％（または１０％、７０％、８０％、９０％、９５％）以上である。１つの実施形態において、ディスプレイの表面に局所的に垂直な方向を通る光透過は、ディスプレイ表面の５％以上の面積にわたり平均化されると、波長範囲４５０～６５０ｎｍにわたる平均で８０％以上である。いくつかの実施形態において、透明ディスプレイは少なくとも３原色（たとえば緑色、赤色、および紫色／青色）を備え、各原色ＬＥＤはＩＩＩ族窒化物材料を備える。
【0197】
いくつかの実施形態において、各画素に余剰発光体が存在する。たとえば、各画素は、各色の２つのＬＥＤ（すなわち２つの紫色、２つの緑色など）を有する。これは信頼性のために役立ち、１つの発光体が故障または劣化した場合、他方の発光体は、画素に関して更に均一な光出力を維持するために補償することができる。この余剰は、波長の平均化によって色の一貫性およびダイ使用収率を高めるためにも用いられ得る。一般的なＬＥＤ製造プロセスを考えると、ＬＥＤごとのピーク波長標準偏差は、ウェハ上およびウェハごとの変動によって５ｎｍ（場合によっては１０ｎｍ、２０ｎｍ）を上回る。ディスプレイ画素における波長は、より一貫性を持つ必要があり、たとえば全ての緑色発光体は、ディスプレイ全体で色が均一に見えるように、選択された緑色波長の＋／－１ｎｍ（または０．５ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ）範囲内でなくてはならない。画素ごとに１つの発光体のスキームにおいて、製造されたＬＥＤの大部分は、そのような色の一貫性を満たすために廃棄されなければならない。画素ごとに２つの発光体のスキームにおいて、平均波長が所望の目標に近付くように、両方のＬＥＤのピーク波長が結合され得る。たとえば、目標ピーク波長がラムダ０である場合、各画素は、２つのスペクトルの結合が実質的にラムダ０であるピーク波長を有するように、約ラムダ０＋１ｎｍのピーク波長を有する発光体と、約ラムダ０－１ｎｍのピーク波長を有する発光体とを結合してよい（たとえば＋／－２ｎｍ、＋／－３ｎｍ、＋／－５ｎｍ、＋／－１０ｎｍなど、他のビニングステップが用いられてもよい）。
【0198】
図２０Ｆは、波長平均化スキームを示す。この図は、（たとえば目標ピーク波長から約＋／－５ｎｍのピーク波長を有する）短いＬＥＤおよび長いＬＥＤのスペクトルを示す。２つのＬＥＤの平均は、目標に近く、所定の許容可能波長範囲内、たとえば目標ピーク波長から＋／－１ｎｍ（または０．５ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ）のピーク波長を有する。
【0199】
画素ごとに１つに発光体のスキームにおいて、色均一性における厳しい要件にもかかわらずＬＥＤダイ使用率を高めるために同様のアプローチが用いられてもよく、隣接する画素内のＬＥＤが「補償する」ピーク波長を有してよい。たとえば、１つの画素が、ピーク波長ラムダ０＋２ｎｍの緑色ＬＥＤを有し、隣接する画素が、ピーク波長ラムダ０－２ｎｍの緑色ＬＥＤを有する。スクリーン解像度が十分に小さい場合、知覚される緑色は近隣画素にわたって平均化され、より良い知覚色均一性が生じ得る。このスキームは、画素の各原色について用いることができる。
【0200】
図２０Ｇは、対応する画素レイアウトを示す。この図は、９つの画素２０５１～５０５９のセットを示す。各画素は４つの発光体（紫色、青色、緑色、赤色）を有する。各原色に関するディスプレイの目標ピーク波長は、Ｖ、Ｂ、Ｇ、およびＲと表記される。＋１および－１の表記は、目標ピーク波長よりも（たとえば＋／－１、または他の数量分）それぞれ長い／短いピーク波長を有するＬＥＤを表す。図２０Ｇにおいて、全ての原色に関して短波長および長波長の画素が互い違いに配置される。たとえば図２０Ｈに示すように、他のレイアウトが用いられてもよい。図２０Ｈにおいて、画素２０６１～２０６６は、短い紫色および赤色と長い緑色および青色、またはその逆を有する。更に他のレイアウトも考えられ得る。この概念は、たとえば紫色、緑色、赤色、または青色、緑色、赤色といった３原色ディスプレイを含む、他の数の原色を有する直視型ディスプレイにおいて用いることができる。
【0201】
いくつかの実施形態は、（たとえばＤＥ２０００色差測定によって測定した場合）可知差である１より大きいピクセルごとの波長差を有するが、可知差である１を下回る（飽和原色を表示した時に）知覚されるスクリーン色均一性を有する。
【0202】
ダイ配置に関して、この波長平均化スキームは、たとえば２つの波長ビニングＬＥＤテープのように、（各色につき）２群のＬＥＤを有し、各画素に各群からのダイを配置することによって実現され得る。あるいはＬＥＤは、中間レベルで結合（たとえば同じＬＥＤテープ上に互い違いに配置）され、ダイが順次取り付けられてよい。
【0203】
直視型ディスプレイは、４つの発光体があるにもかかわらず、３原色システム（すなわち、色空間において三角形の色域を有する）として作用するように構成され得る。これは、日中モードおよび青色フリーモードが実質的に同様の色域を有するように構成され得る。特に、青色フリーモードの場合でも、システムは、飽和した短い原色が表示される時、（紫色光ではなく）知覚的青色光を放出し得る。これは、飽和した短い原色を放出する画素の主波長が紫色範囲から青色範囲へ引き出されるように、緑色原色からの放射の適量を紫色原色からの放射と混合することによって実現され得る。この効果のために、いくつかの実施形態において、青色フリーモードにおいて画素は、青色発光体からの放射がなく、紫色発光体から放射の大部分、および緑色発光体から１％（または２％、５％、１０％）以上３０％（または５％、１０％）未満の放射を備える短い原色スペクトルを放出する。
【0204】
図２１はこれを示す。この図は、緑色発光体および４２０ｎｍの紫色発光体を有するシステムに関する（ｘｙ）色空間を示す。短い原色の発光に寄与する緑色発光体からの少量の放射を可能にすることによって、この原色は、破線に沿って知覚的青色に移動する。
【0205】
あるいは、４発光体システムは、より広い色域を得るために４つの発光体を利用してよい。たとえばシステムは、青色フリーモードにおいて標準的な三角形状色域を有する３原色システム（紫色、緑色、青色）、および日中モードにおいて四辺形色域形状を有する４原色システムであってよい。図２２はこれを示す。この場合、第４の発光体は、追加の色域を提供するための青色、シアンまたはシアン緑色発光体として選択され得る。この主波長は、４８０～５２０ｎｍまたは４７０～５００ｎｍの範囲内であってよい。
【0206】
投射型ディスプレイは、画像を投射する遠隔光源を有してよい。画像は、ユーザが見ているスクリーン（または他の物体）上に、あるいはユーザの目に直接（たとえば網膜に画像を形成して）投射され得る。関連するシステムは、大型シアター／会議用プロジェクタからヘッドアップディスプレイ、（たとえば電話機またはハンドヘルドデバイスに組み込まれた）個人用途向けマイクロプロジェクタ、たとえば仮想現実および拡張現実眼鏡／ヘッドセットまで、様々なシステムを含む。発光体は、ＬＥＤまたはＯＬＥＤであってよいが、場合によっては望ましい指向性を有する（レーザおよびスーパールミネッセントＬＥＤを含む）他のソリッドステート発光体であってもよい。
【0207】
一般的に、システムは、青色フリースペクトルを放出するための４３０ｎｍ未満のピーク波長を有する紫色発光体、赤色発光体、および緑色／黄色発光体を備える。これは、上述した直下型ディスプレイと同様、青色／シアン発光体を備えてよい。
【0208】
導波管結合型ディスプレイは、導波管のエッジまたは背面に光結合された発光体を備えてよく、色付き画素を生成するために色フィルタおよび液晶を利用してよい。ＬＣＤディスプレイの例は一般的に、偏光子を有する液晶（ＬＣ）が各副画素において光を透過および遮断することができ、薄膜トランジスタが液晶の状態を制御する、アクティブマトリックスディスプレイである。
【0209】
場合によっては、導波管結合型ディスプレイは、青色フリー発光体のみ（たとえば緑色および赤色蛍光体をポンプする紫色ＬＥＤ、または直射式紫色、緑色、および赤色ＬＥＤの組み合わせ、または他の同様の組み合わせなど）を備える。よってディスプレイは、色域の観点から静的ディスプレイである。
【0210】
他の事例において、ディスプレイは、青色光を放出する能力も有する。たとえばディスプレイは、２種類の発光体、（いくらかの青色放射を放出する）ＬＥＤ１および（青色フリー発光体である）ＬＥＤ２を備える。
【0211】
図２３Ａは、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２ ２３１２、２３１３からの光が色均一性のために混合する混色領域２３１１、およびそれに続くディスプレイ領域２３１４を備えるエッジリットディスプレイ２３００の上面図を示す。
【0212】
図２３Ｂは、ディスプレイ２３００の対応する断面図を示す。ディスプレイ領域２３１４は、短波長、中間波長、および長波長副画素２３２０ａ～２３２０ｆを有する。各々は、光を透過／遮断するための（偏光子を有する）液晶２３２１ａ～２３２１ｆおよび色フィルタ２３０２ａ、２３０２ｂ、２３０２ｃ、２３０２ａ’、２３０２ｂ’、２３０２ｃ’を有する。
【0213】
場合によっては、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２はいずれも実質的に白色の発光体である（これらの発光は、ディスプレイシステムによる十分な透過後に実質的に白色であることを意味する）。日中モードにおいて、ＬＥＤ１が発光する。青色フリーモードにおいて、ＬＥＤ２のみが発光する。ＬＥＤ１およびＬＥＤ２は、同じ導波管／色フィルタ／ＬＣに結合され、あるいは２つの別の導波管／色フィルタ／ＬＣ（たとえば積層導波管）を有してよい。ＬＥＤ１および２、および色フィルタのスペクトルは、ディスプレイが日中モードおよび青色フリーモードの両方において所望の発光を有するように共に構成され得る。たとえば、色点／ＣＣＴおよび色域は、２つのモードが知覚的に同様であるように、両方のモードにおいて実質的に同様であってよい。あるいはＣＣＴは、青色フリーモードにおいてより低い値に低減されてよく、それによって概日同調を更に低減することができる。たとえば日中モードにおいて、システムは、６５００ＫのＣＣＴおよび４５０～４７０ｎｍ付近のピーク発光を有する白色点を有し、夜間モードにおいて、システムは、５０００Ｋ未満（または４０００Ｋ未満、３０００Ｋ未満）のＣＣＴを有する青色発光および白色点を有する。
【0214】
図２４は、そのような実施形態を示す。これは、（ｘｙ）色空間、黒体軌跡、３０００Ｋ～１００００Ｋの黒体軌跡における様々なＣＣＴ、およびＬＥＤ１およびＬＥＤ２による発光下でのディスプレイの色度を示す。ここで、これらの発光は、１００００Ｋおよび３０００ＫのそれぞれのＣＣＴを有するプランク式である。ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の両方が発光すると、ディスプレイは、ディスプレイ軌跡として示される様々なＣＣＴを発光してよい（勿論ディスプレイのＣＣＴは色フィルタを調整することによって更に修正され得る）。
【0215】
他の事例において、ＬＥＤ１は直射式青色／シアンＬＥＤであり、ＬＥＤ２は、４３０ｎｍ未満のピークを有する紫色ポンプＬＥＤ、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を備える、（システム透過が含まれた後）実質的に白色の発光体である。青色フリーモードにおいて、ＬＥＤ２のみが発光する。日中モードでは、ＬＥＤ１も発光する。
【0216】
【0217】
他の事例において、ＬＥＤ１は、青色／シアンＬＥＤ、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を有し、ＬＥＤ２は、４３０ｎｍ未満のピークを有する直射式紫色ポンプＬＥＤである。日中フリーモードにおいて、ＬＥＤ２のみが発光する。日中モードでは、ＬＥＤ１も発光する。
【0218】
他の事例において、システムは、一般的に紫色、青色／シアン、緑色／黄色、および橙色／赤色という４つの発光体を有する。青色フリーモードにおいて、青色／シアン発光体は発光しない。日中モードにおいて、紫色発光体は発光してもしなくてもよい。
【0219】
上述した実施形態のいくつかにおいて、動作モードは、紫色および青色ＬＥＤの両方が発光すると生じ得る。紫色および／または青色出力が制御されるように、ＬＥＤおよび液晶フィルタに時間変調が適用され得る。たとえば１つの事例において、システムは、青色フリーＬＥＤ（紫色ＬＥＤ、緑色蛍光体、赤色蛍光体）および直射式青色ＬＥＤを有する。青色フリーモードにおいて、青色フリーＬＥＤのみがオンである。日中モードにおいて、青色フリーＬＥＤのみがオンであり、ディスプレイの緑色および赤色画素が透過し青色画素が遮断している第１の期間、および直射式青色ＬＥＤのみがオンであり、青色画素のみが透過している第２の期間が存在する。そのような動作の場合、紫色光は、日中モードにおける発光から除外され得る。標準的な３原色ディスプレイを維持しながら紫色発光と青色発光とを区別するために他の時間変調スキームが適用され得る。これらの事例のいくつかにおいて、発光体および液晶の変調速度は、変調がユーザに不可視であるほど高速である。たとえばＬＥＤおよび液晶は、１００ｍｓ、５０ｍｓ、１０ｍｓ、５ｍｓ、２ｍｓ、１ｍｓ、０．５ｍｓ、０．１ｍｓ、０．０１ｍｓ未満の特性時間（中間階調応答速度）で、オンおよびオフ状態の間で切り換わることができる。
【0220】
また他の実施形態において、導波管結合型ディスプレイは、上述したように、４つの色フィルタを有し、４原色システムである。
【0221】
いくつかの実施形態は、画素レベルの局所的色変換を有する。これらは、対応する従来技術の局所変換ディスプレイに対する改善を提供する。いくつかの従来技術ディスプレイは、導波管の表面に画素としてレイアウトされた量子ドットの層を用いる。
【0222】
図２６Ａは、そのような従来技術ディスプレイ２６００を示す。図２６Ａは、（ディスプレイの表面全体で何回も繰り返され得る）いくつかの色副画素２６０１を有するディスプレイ２６００の断面図を示す。ディスプレイは、青色ポンプＬＥＤ２６０３に結合された導波管２６０２を有する。各画素は、ポンプ光を透過するための液晶２６０４を有する。いくつかの画素は、波長変換のための赤色または緑色量子ドット（または他の蛍光体）を有し、他の画素は青色透過のためにクリアである。このアプローチのいくつかの欠点は、（１）周囲青色光が量子ドットを励起し、不所望の蛍光発光をもたらすこと（これは特に明るい日光において断言される）、および（２）変換光が両方向に放出され、導波管方向における損失を招くことである。当該技術において既知である、液晶の周囲の偏光子およびディスプレイ背面の反射体を含む他の光学素子は、簡略化のために図２６Ａから省略される。
【0223】
出願人は、紫色ポンプＬＥＤの使用が、画素レベルの色変換を伴うディスプレイにおいて有利であり、青色フリー発光を可能にし得ることを発見した。したがって、実施形態は、紫色ポンプＬＥＤおよび波長変換材料（たとえば量子ドットなど）を利用する。場合によっては、これらは、紫色光を高度に吸収するが青色光および／またはより長い波長の吸収が低いように構成された（上述したような）紫色選択的材料である。
【0224】
図２６Ｂはそのような実施形態を示す。紫色ポンプＬＥＤ２６１３は導波管２６１２に連結される。画素２６１１は、光を遮断または透過するための液晶２６１４を有する。いくつかの画素は、緑色および赤色Ｑドット２６１６、２６１７、および任意選択的に青色Ｑドット２６１５を含む量子ドット２６１５～２６１６を有する（他の波長変換器が一部または全ての画素に用いられてもよい）。これらの波長変換材料の一部は、紫色選択的材料であってよい。任意選択的に、他のいくつかの画素は、紫色透過を可能にするためにクリアである（すなわちＱドットを有さない）。長波長反射フィルタ２６１８は、導波管とＱドットとの間に設けられ得る。このフィルタは、ポンプ光を実質的に透過するが、Ｑドットからの発光を実質的に反射するように構成され得る。たとえば、フィルタは、ポンプピーク波長において９０％（または８０％、９５％）以上の透過を有し、緑色Ｑドット（および／または赤色Ｑドット、青色Ｑドット）のピーク波長において９０％（または８０％、９５％）以上の反射を有する。このフィルタによって、より多くの変換光が、導波管内で後方散乱して失われるのではなくディスプレイ外へ放出されることが可能である。短波長反射（または吸収）フィルタ２６１９は、色付き画素の上に設けられ得る。このフィルタは、ポンプ光を実質的に反射／吸収するが、Ｑドットからの発光を実質的に透過するように構成され得る。たとえば、フィルタは、ポンプピーク波長において最大１０％（または２０％、５％、２％、１％）の透過を有し、緑色Ｑドット（および／または赤色Ｑドット、青色Ｑドット）のピーク波長において９０％（または８０％、９５％）以上の透過を有する。このフィルタは、周囲光がＱドットを励起することを防ぎ、また、他の原色におけるポンプ光の漏洩を軽減することによって変換光のスペクトル純度を高める。このフィルタは、ポンプ波長よりも短い波長における放射、特に、日光に存在しＱドットを励起し得る紫外放射（すなわち４００ｎｍ未満または３８０ｎｍ未満）を遮断してもよい。
【0225】
場合によっては、色フィルタは、一部または全ての副画素と光結合される。たとえば、図２６Ｃのディスプレイ２６３０において、青色副画素２６３１は青色フィルタ２６３２を有し、緑色および赤色副画素についても同様である。各フィルタは、本出願において開示されるように、発光体のスペクトルを更に成形し、色域を制御するように構成されてよい。
【0226】
場合によっては、実施形態は、青色副画素を有さず、紫色、緑色、および赤色副画素のみを有する。そのような場合、ポンプ光と変換光との間にスペクトル重複がないまたはほとんどないため、短波長および長波長反射フィルタを構成することが容易になり得る。
【0227】
図２６Ａに示すジオメトリに対する変形例が可能である。エアギャップ（すなわちエアスペーサ）または（たとえば１．３または１．２未満の指数などの）低指数層が、反射フィルタと他の素子との間に存在してよい。これは、ダイクロイックフィルタの反射率が角度依存的であり、通常、高指数媒体から得られる光よりも空気から得られる光が多い場合により均一であるため、ダイクロイックフィルタに関して望ましい。Ｑドットと導波管との間に設けられたエアギャップは、導波管に向かって後方へ放出された変換光の量を制限するためにも役立ち得る。いくつかの層の順序は入れ替えることができる。ジオメトリは平面的である必要はなく、湾曲または可撓性であってよい。
【0228】
図２６Ｄは、青色および紫色ポンプＬＥＤ２６５１、２６５２の両方が導波管２６５３に結合され、Ｑドット２６５４、２６５５が紫色光および青色光両方を吸収することができるディスプレイ２６５０の変形例を示す。青色と紫色との間でポンプＬＥＤをトグル切換えすることにより、ディスプレイは、日中モードと青色フリーモードとの間で切り換わる。この場合、短波長反射フィルタ２６５６は、青色光および紫色光を反射し、長波長反射フィルタ２６５７は、紫色光および青色光を透過してよい。図２６Ｄにおいて、紫色光および青色光の両方がクリア副画素によって透過され得る。変形例において、青色および紫色クリア副画素が存在する。紫色副画素は、青色光の透過を遮断するための色フィルタを有し、青色副画素は、紫色光の透過を遮断するための色フィルタを有する。図２６Ｄにおいて、青色および紫色ポンプＬＥＤが導波管の両エッジに示されるが、１またはいくつかのエッジに散在するＬＥＤを含む他のレイアウトが可能である。
【0229】
いくつかの実施形態において、紫色光を透過する副画素は、紫色光のごく一部を変換し、主波長を増加するためのシアン緑色蛍光体を更に備える。
【0230】
また他の変形例において、青色および紫色ポンプＬＥＤの両方が導波管に結合されるが、Ｑドットのみが実質的に紫色光を吸収する。青色光は、日中モードにおいてクリア画素における透過のために用いられるのみである。
【0231】
発光体構成
【0232】
ディスプレイアーキテクチャにかかわらず、発光体は様々な物理的構成およびレイアウトを有してよい。
【0233】
ポンプＬＥＤは、１または複数の波長変換材料（たとえば、シリコンを含むマトリックス／バインダにおける、またはドライフィルムまたはバインダを有するフィルムを含むフィルムにおける蛍光体／量子ドットなど）と光結合され得る。これらの波長変換材料は、ポンプ放射の一部を変換し、ポンプ放射と変換された放射とを結合した発光をもたらすために用いられ得る。
【0234】
場合によっては、実質的に全てのポンプ放射が変換されてよく、たとえば緑色発光体は、ポンプ放射の９０％（または９５％、９８％、９９％、９９．５％）より多くを吸収および変換するように構成された波長変換材料とポンプＬＥＤとを結合することによって得られてよく、また、ポンプ放射を抑制するために波長選択的フィルタ（染料／色素フィルタ、吸収フィルタ、ダイクロイックフィルタ）が用いられてよく、その結果、大部分が変換された放射から成る発光が生じ、あるいは変換された放射がフィルタされた発光体の合計放射の９０％（または９５％、９８％、９９％、９９．５％）より多い。
【0235】
波長変換材料は、ポンプＬＥＤと物理的に接し（すなわちポンプＬＥＤに直接堆積され）てよく、あるいはポンプＬＥＤは、空気および／または光学素子および／または導波管内を移動するポンプ放射によって波長変換材料と遠隔結合してよい（たとえば、ポンプＬＥＤは導波管に結合され、導波管は、導波管表面における量子ドット増強フィルムなどのフィルム、または導波管エッジにおける蛍光体バー、または各画素の平面に形成されるか導波管の大面積を覆ってよい波長変換材料の区画を備える）。
【0236】
白色発光を得るために複数の発光体が結合され得る（たとえばＲＧＢスキームにおいて、または実質白色発光体が色付き発光体と結合する）。
【0237】
１つの実施形態において、システムは２セットの発光体を有する。一方のセットは、蛍光体を有するポンプＬＥＤを備える。他方のセットは、蛍光体を有するまたは有さないポンプＬＥＤを備える。
【0238】
１つの実施形態において、システムは、少なくとも３セットの色付き発光体（たとえば紫色、緑色、および青色など）を有する。
【0239】
１つの実施形態において、いくつかの発光体が存在する。発光体による発光は混合され、結合発光となる。この結合発光はその後、色フィルタおよび遮光素子（たとえば液晶など）によって局所的にフィルタされ、画像を形成する。ＬＣＤスクリーンは、そのような構成の一例である。
【0240】
１つの実施形態において、いくつかの発光体（たとえば紫色、緑色、および青色など）が存在する。各発光体による発光は、光学素子（たとえばＤＬＰまたは高速適応光学素子など）によって導かれ、画像を形成する。レーザ（またはスーパールミネッセントＬＥＤ）プロジェクタは、そのような構成の一例である。
【0241】
１つの実施形態において、各画素にいくつかの発光体（たとえば紫色、緑色、および青色など）が存在する。各発光体の強度は、画像を形成するために各画素において変調される。直視型ＬＥＤまたはＯＬＥＤスクリーンは、そのような構成の一例である。
【0242】
１つの実施形態において、少なくとも１つのポンプＬＥＤは、ポンプ光が伝搬する導波管に連結され、波長変換材料は、導波管を通る伝搬後に励起される。たとえばいくつかの色を有する波長変換材料は、遮光素子（たとえば液晶など）とともに、導波管上の各画素に配置される。たとえばポンプＬＥＤは紫色であり、各画素は緑色蛍光体区画、赤色蛍光体区画、青色蛍光体区画、および（紫色光の直接透過を可能にするための）蛍光体のない区画を有し、各区画は、これをオンまたはオフにするための液晶を有する。
【0243】
本出願は一般にディスプレイシステムに関するが、本出願の教示の一部は、一般照明システムを含む発光システムに幅広く関連する。一部の教示は、青色フリー発光体に加えて、青色光を有する発光体に関連してよい。同様に、上記記載は例示的であり限定的ではないこと、および本発明の主旨から逸脱することなく当業者によって明らかな変更が行われ得ることを理解すべきである。したがって本明細書は、そのような代替例、変更例、および均等物を、以下の特許請求の範囲において定義される本発明の主旨および範囲に含まれ得るものとして包括することが意図されたものである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図20D】
【図20E】
【図20F】
【図20G】
【図20H】
【図21】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図24】
【図25】
【図26A】
【図26B】
【図26C】
【図26D】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図28C】