特許 7432015 電子ディスプレイ用の画素構造およびこのようなディスプレイを備える電子デバイス

(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】2024-02-06

(45)【発行日】2024-02-15

(54)【発明の名称】電子ディスプレイ用の画素構造およびこのようなディスプレイを備える電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   G09F 9/33 20060101AFI20240207BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20240207BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20240207BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20240207BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20240207BHJP

   H01L 33/60 20100101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

G09F9/33

G09F9/30 349B

H01L33/00 J

H01L33/00 L

H01L33/50

H01L33/58

H01L33/60

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2022576519

(86)(22)【出願日】2020-06-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-12

(86)【国際出願番号】 EP2020067228

(87)【国際公開番号】W WO2021254642

(87)【国際公開日】2021-12-23

【審査請求日】2022-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】504161984

【氏名又は名称】ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133569

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 進

(72)【発明者】

【氏名】トルステン・ウィピエウスキ

(72)【発明者】

【氏名】ジャオ・ジャオ

【審査官】石本 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０８０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８５９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３１２８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１８２２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２９１２４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０８５９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８５９３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｆ９／３０－９／４６

Ｈ０１Ｌ２５／００－２５／０７

２５／１０－２５／１１

２５／１６－２５／１８

３３／００－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ディスプレイ（２）用の画素構造（１）であって、前記画素構造（１）は、
－基板（３）と、
－前記基板（３）上に配置された少なくとも１つのＬＥＤエミッタ（４）であって、前記ＬＥＤエミッタ（４）は、放出放射（Ｒ１）を放出するように構成されており、前記放出放射（Ｒ１）は、放出波長範囲内にあり、主放出平面（Ｐ１）内の１つまたは複数の放出方向（Ｄ２、…、Ｄｎ）に放出される、少なくとも１つのＬＥＤエミッタ（４）と、
－前記ＬＥＤエミッタ（４）に隣接して前記基板（３）上に配置された少なくとも１つの波長変換ユニット（５）であって、前記波長変換ユニット（５）は、前記放出放射（Ｒ１）を変換放射（Ｒ２）に変換するように構成されており、前記変換放射（Ｒ２）は、変換波長範囲内にあり、前記波長変換ユニット（５）から、前記主放出平面（Ｐ１）に垂直な主変換方向（Ｄ１）に伝播する、少なくとも１つの波長変換ユニット（５）と
を備え、前記変換波長範囲は、前記放出波長範囲とは異なり、
前記波長変換ユニット（５）は、少なくとも１つの波長変換ユニット表面（５ａ、５ｂ）が前記基板（３）の主基板平面（Ｐ２）に対して角度（α）で延在するように構成されており、前記波長変換ユニット表面（５ａ）は前記基板（３）から離れる方を向いており、前記波長変換ユニット表面（５ｂ）は前記基板（３）に隣接して延在する、画素構造（１）。

【請求項2】

前記放出波長範囲は、青色スペクトル範囲または紫外スペクトル範囲のうちの一方であり、
前記画素構造（１）が少なくとも２つの前記ＬＥＤエミッタ（４）を備えるとき、前記ＬＥＤエミッタ（４）は、同じ波長を有する放射を放出するように構成されている、請求項１に記載の画素構造（１）。

【請求項3】

少なくとも２つの前記波長変換ユニット（５）を備え、前記波長変換ユニット（５）の各々は、前記放出波長範囲内の前記放出放射（Ｒ１）を、複数の異なる変換波長範囲のうちの１つの内の前記変換放射（Ｒ２）に変換するように構成されている、請求項１または２に記載の画素構造（１）。

【請求項4】

少なくとも１つの第１の前記波長変換ユニット（５）は、前記放出放射（Ｒ１）を、第１の変換波長範囲内にある第１の変換放射（Ｒ２１）に変換するように構成されており、
少なくとも１つの第２の前記波長変換ユニット（５）は、前記放出放射（Ｒ１）を、第２の変換波長範囲内にある第２の変換放射（Ｒ２２）に変換するように構成されており、前記第２の変換波長範囲は、前記第１の変換波長範囲と少なくとも部分的に異なる、請求項３に記載の画素構造（１）。

【請求項5】

前記第１の変換波長範囲は赤色スペクトル範囲内にあり、前記第２の変換波長範囲は緑色スペクトル範囲内にある、請求項４に記載の画素構造（１）。

【請求項6】

前記ＬＥＤエミッタ（４）は、前記主放出平面（Ｐ１）内の放出放射（Ｒ１）のみを放出するように構成されているか、または
前記ＬＥＤエミッタ（４）によって前記主放出平面（Ｐ１）内に放出された前記放出放射（Ｒ１）または前記放出放射（Ｒ１）の少なくとも一部分は、前記波長変換ユニット（５）で変換放射（Ｒ２）に変換される、請求項１から５のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項7】

前記画素構造（１）が少なくとも２つの前記ＬＥＤエミッタ（４）を備えるとき、前記ＬＥＤエミッタ（４）のうちの少なくとも１つは、前記主変換方向（Ｄ１）に放出放射（Ｒ１）を放出するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項8】

前記ＬＥＤエミッタ（４）に隣接して前記基板（３）上に配置された少なくとも１つの放射散乱ユニット（６）をさらに備え、前記放射散乱ユニット（６）は、前記主放出平面（Ｐ１）内を伝播する放出放射（Ｒ１）を前記主変換方向（Ｄ１）に向け直すように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項9】

前記波長変換ユニット（５）は波長変換材料を含み、前記波長変換材料は、好ましくはマトリックス材料と、前記マトリックス材料内に分散した波長変換粒子とを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項10】

前記波長変換粒子は量子ドットまたはリン材料である、請求項９に記載の画素構造（１）。

【請求項11】

前記波長変換ユニット（５）は、前記波長変換ユニット（５）の外周に沿って前記主変換方向（Ｄ１）に延在する少なくとも１つのバリア（７）を備え、
前記バリア（７）は、前記波長変換ユニット（５）の吸収経路（Ａ）を延長し、前記吸収経路（Ａ）は、前記主放出平面（Ｐ１）内に延びており、前記放出放射（Ｒ１）は、前記吸収経路（Ａ）に沿って伝播する、ように構成されており、
放出放射（Ｒ１）の変換放射（Ｒ２）への前記変換は、前記伝播と同時に行われる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項12】

少なくとも部分的に前記主変換方向（Ｄ１）に延在するように前記バリア（７）の表面上に配置された少なくとも１つの壁反射器（８）をさらに備え、
前記壁反射器（８）は、前記波長変換ユニット（５）の前記吸収経路（Ａ）が前記主放出平面（Ｐ１）内で延長されるように、前記吸収経路（Ａ）に沿って伝播する前記放出放射（Ｒ１）を向け直すように構成されている、請求項１１に記載の画素構造（１）。

【請求項13】

前記波長変換ユニット（５）と前記基板（３）との間に配置された少なくとも１つの底部反射器（９）をさらに備え、
前記底部反射器（９）は、前記主放出平面（Ｐ１）と少なくとも部分的に平行に延在し、前記波長変換ユニット（５）内を伝播する変換放射（Ｒ２）を前記主変換方向（Ｄ１）に向け直すように構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項14】

前記波長変換ユニット（５）は、前記放出放射（Ｒ１）が前記波長変換ユニット（５）内を伝播するときに前記放出放射（Ｒ１）を導くように構成された導波路構造（１０）を備える、請求項１３に記載の画素構造（１）。

【請求項15】

前記波長変換ユニット（５）および前記基板（３）のうちの一方は、前記主放出平面（Ｐ１）または前記主基板平面（Ｐ２）に沿って延びるにつれて先細になっている、請求項１に記載の画素構造（１）。

【請求項16】

前記基板（３）から離れる方を向いた前記波長変換ユニット表面（５ａ）に配置された少なくとも１つの光学機能素子（１１）をさらに備え、前記光学機能素子（１１）は、前記波長変換ユニット表面（５ａ）の上に配置されているか、前記波長変換ユニット表面（５ａ）と一体化されているかのいずれかである、請求項１または１５に記載の画素構造（１）。

【請求項17】

前記光学機能素子（１１）は、屈折レンズおよび回折レンズの少なくとも一方である、請求項１６に記載の画素構造（１）。

【請求項18】

前記光学機能素子（１１）は、表面構造、好ましくは表面格子、表面粗面化、表面コーティング、またはマイクロピラーのうちの１つである、請求項１６に記載の画素構造（１）。

【請求項19】

前記ＬＥＤエミッタ（４）のうちのいくつかは、１つの前記波長変換ユニット（５）に動作可能に接続され、前記ＬＥＤエミッタ（４）は、同時にかつ独立して前記放出放射（Ｒ１）を前記波長変換ユニット（５）に放出するように構成されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載の画素構造（１）。

【請求項20】

前記変換放射（Ｒ２）、前記第１の変換放射（Ｒ２１）、及び前記第２の変換放射（Ｒ２２）の全出力を調整するための制御装置（１２）をさらに備え、前記調整は、パルス幅変調、および前記ＬＥＤエミッタ（４）の駆動電流の調整のうちの一方を含む、請求項４に記載の画素構造（１）。

【請求項21】

ユーザインターフェース面（２ａ）を有する電子ディスプレイ（２）と、請求項１から２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの画素構造（１）とを備える電子デバイス（１３）であって、前記画素構造（１）は、１つの放出波長の放出放射（Ｒ１）が主放出平面（Ｐ１）内の複数の放出方向（Ｄ２、…、Ｄｎ）に放出されることを可能にし、前記主放出平面（Ｐ１）は、前記ユーザインターフェース面（２ａ）と平行に延びており、
前記放出放射（Ｒ１）の少なくとも一部を少なくとも１つの変換波長の変換放射（Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２）に変換し、前記変換波長は前記放出波長とは異なり、
前記変換放射（Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２）を、前記主放出平面（Ｐ１）および前記ユーザインターフェース面（２ａ）に垂直な主変換方向（Ｄ１）に向けるように構成されている、電子デバイス（１３）。

【請求項22】

複数の同一の前記画素構造（１）を備え、前記画素構造（１）は、２次元パターンで前記主放出平面（Ｐ１）に分布し、
前記２次元パターンは、前記画素構造（１）の横列および前記画素構造（１）の縦列を備え、前記横列は平行に延び、前記縦列と垂直の角度で交差し、
個々の前記横列の前記画素構造（１）の数は、隣接する前記横列の前記画素構造（１）の数と異なり、
個々の前記縦列の前記画素構造（１）の数は、隣接する前記縦列の前記画素構造（１）の数と異なり、
前記画素構造（１）は、個々の前記横列の前記画素構造（１）が、隣接する前記横列の前記画素構造（１）と縦方向に整列されず、個々の前記縦列の前記画素構造（１）が、隣接する前記縦列の前記画素構造（１）と横方向に整列されないように配置される、請求項２１に記載の電子デバイス（１３）。

【請求項23】

前記複数の画素構造（１）は、個々の前記画素構造（１）の前記放出放射（Ｒ１）の少なくとも第１の放出方向（Ｄ２）が隣接する前記画素構造（１）の対応する第１の放出方向（Ｄ２）と位置合わせされるような前記２次元パターンに第１のピッチで分布し、
前記第１のピッチは、前記第１の放出方向（Ｄ２）に隣接する前記画素構造（１）の中心間距離である、請求項２２に記載の電子デバイス（１３）。

【請求項24】

前記複数の画素構造（１）は、個々の前記画素構造（１）の前記放出放射（Ｒ１）の少なくとも第１の放出方向（Ｄ２）が隣接する前記画素構造（１）の対応する第１の放出方向（Ｄ２）に対してずらされるような前記２次元パターンに第２のピッチで分布し、
前記第２のピッチは、前記第１の放出方向（Ｄ２）に隣接する前記画素構造（１）の中心間距離であり、
１つの縦列に含まれる前記画素構造（１）の１つが前記１つの縦列に隣接する他の１つの縦列に含まれる前記画素構造（１）の１つと隣接しないように、前記１つの縦列の前記画素構造（１）のそれぞれが、前記１つの縦列の方向にオフセットされ、および／または
１つの縦列に含まれる前記画素構造（１）の１つが前記１つの縦列に隣接する他の１つの縦列に含まれる前記画素構造（１）の１つと隣接しないように、前記１つの縦列の前記画素構造（１）のそれぞれが、前記１つの縦列に対して所定の角度に回転して配置される、請求項２２に記載の電子デバイス（１３）。

【請求項25】

前記波長変換ユニット（５）の吸収経路（Ａ）の長さが固定されるとき、前記長さは１０～５００μｍ、好ましくは＜２０μｍであり、
前記第１のピッチは、ユーザの眼と前記ユーザインターフェース面（２ａ）との間の距離が＜１ｍであるように構成されたディスプレイ用途では、２０～１５０μｍ、好ましくは３０～８０μｍである、請求項２３に記載の電子デバイス。

【請求項26】

前記波長変換ユニット（５）の吸収経路（Ａ）の長さが固定されるとき、前記長さは１０～５００μｍ、好ましくは＜２０μｍであり、
前記第２のピッチは、ユーザの眼と前記ユーザインターフェース面（２ａ）との間の対応する距離が≧０，５ｍであるように構成されたディスプレイ用途では、≧７０μｍ、好ましくは≧１００μｍである、請求項２４に記載の電子デバイス（１３）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電子ディスプレイ用の画素構造であって、画素構造は、基板上に配置された少なくとも１つのＬＥＤエミッタおよび少なくとも１つの波長変換ユニットを備える、画素構造に関する。本開示はさらに、ユーザインターフェース面と少なくとも１つのこのような画素構造とを有する電子ディスプレイを備える電子デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロＬＥＤ、ｍＬＥＤ、またはｕＬＥＤとして知られるマイクロ発光ダイオードは、スマートフォン、ＴＶ、ＰＣ、タブレット、スマートグラス、ウェアラブル、ならびに他の多くの消費者および産業用デバイスなどのモバイルデバイス用のディスプレイに使用されている。マイクロＬＥＤは、通常、多数の小さなＬＥＤエミッタのアレイと、高い輝度およびコントラスト、高い電力効率、広い色域およびフォームファクタの柔軟性、ならびに様々な機能統合などの多くの潜在的な利点を有する有望な将来のディスプレイ技術とで構成されている。

【0003】

マイクロＬＥＤディスプレイ技術は、主に、直接発光方式または色変換方式の２つの方式を利用する。

【0004】

直接発光方式では、各個々のＬＥＤエミッタは、赤色、緑色、または青色のスペクトル範囲の放射を放出する。約８００万画素の解像度を有するディスプレイが約２４００万個のＬＥＤエミッタを必要とするように、各画素構造は１つの赤色スペクトル範囲エミッタ、１つの緑色スペクトル範囲エミッタ、および１つの青色スペクトル範囲エミッタを必要とするため、このような直接発光の解決策は、製造に非常に費用がかかる。

【0005】

色変換方式では、例えば青色スペクトル範囲内の放射を放出するＬＥＤエミッタのみが使用される。ＬＥＤエミッタチップは、典型的には、ＧａＮ（窒化ガリウム）材料系に基づく。青色から赤色へのおよび青色から緑色への放射変換ユニットは、対応するＬＥＤ画素の上に積層され、一部のＬＥＤエミッタからの青色スペクトル範囲放射を赤色スペクトル範囲放射または緑色スペクトル範囲放射にそれぞれ変換するために使用される。直接発光方式と比較して、１つの種類のＬＥＤエミッタしか必要とされないため、色変換方式は製造がより容易で安価である。

【0006】

青色スペクトル範囲放射は変換ユニットによって部分的に吸収され、吸収は一次指数関数的減少に従う。理想的には、エネルギー効率を高く維持し、変換ユニットからの青色スペクトル範囲放射漏れを最小限に抑えるために、ほとんどすべての青色スペクトル範囲放射が変換ユニットによって吸収されるべきである。

【0007】

さらに、変換ユニットは、ＬＥＤエミッタの面積寸法と同様の面積寸法を有するべきである。変換ユニットの高さは、小型ＬＥＤエミッタの上に小さなピラーを形成するために、より大きいことが好ましい。これは、青色スペクトル範囲放射が変換ユニットを通って伝播する距離をより大きくすることを容易にし、したがって吸収を容易にする。

【0008】

しかしながら、実際には、変換材料は、青色スペクトル範囲放射の大部分を吸収するために、１または数百μｍの厚さでなければならない。これは、ＬＥＤエミッタと変換ユニットとの間に１００μｍ：３μｍ以上の非常に大きなアスペクト比をもたらし、これは微細構造化方法を使用して達成することが容易ではない。さらなる課題は、緑色スペクトル範囲放射または赤色スペクトル範囲放射も変換ユニットを通って伝播しなければならず、同様に変換ユニットの材料によってわずかに吸収され得ることである（自己吸収）。これは、デバイスの効率を低下させる。

【0009】

さらに、このような積層構造は、変換ユニットからの熱が下にあるＬＥＤエミッタチップを通り抜けなければならないため、放熱性が不十分である。これにより、ＬＥＤエミッタチップがさらに加熱され、画素構造の寿命が短くなる。積層は、レンズなどの他の機能性光学素子を集積することも困難にする。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

改善されたマイクロＬＥＤ画素構造を提供することが目的である。前述のおよび他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実施の形態は、従属請求項、明細書、および図面から明らかになる。

【0011】

第１の態様によれば、電子ディスプレイ用の画素構造であって、画素構造は、基板と、基板上に配置された少なくとも１つのＬＥＤエミッタであって、ＬＥＤエミッタは、放出放射を放出するように構成されており、放出放射は、放出波長範囲内にあり、主放出平面内の１つまたは複数の放出方向に放出される、少なくとも１つのＬＥＤエミッタと、ＬＥＤエミッタに隣接して基板上に配置された少なくとも１つの波長変換ユニットであって、波長変換ユニットは、放出放射を変換放射に変換するように構成されており、変換放射は、変換波長範囲内にあり、波長変換ユニットから、主放出平面に垂直な主変換方向に伝播する、少なくとも１つの波長変換ユニットとを備え、変換波長範囲は、放出波長範囲とは異なる、画素構造が提供される。

【0012】

この配置は、変換ユニットがＬＥＤエミッタの上に積層されるのとは対照的にＬＥＤエミッタに隣接して配置されるため、大幅に低減された高さを有する画素構造を可能にする。この種類の分布は、構造の放熱を改善し、ひいては画素構造の寿命を改善する。さらに、変換放射は放出放射に対して略垂直に延びるため、例えば青色スペクトル範囲内の放出放射が変換放射の方向に漏れ、したがって、例えば赤色スペクトル範囲または緑色スペクトル範囲内の変換放射に影響を及ぼすリスクが大幅に低減される。また、他の変換ユニットによる変換放射の相互作用および再吸収のない、変換ユニットからの変換放射の直接伝播により、より高い効率が達成される。

【0013】

第１の態様の可能な実施の形態では、主放出平面は基板の主基板平面と平行であり、ＬＥＤエミッタおよび波長変換ユニットは主放出平面に分布する。

【0014】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、放出波長範囲は、青色スペクトル範囲または紫外スペクトル範囲のうちの一方であり、画素構造が少なくとも２つのＬＥＤエミッタを備えるとき、ＬＥＤエミッタは、同じ波長を有する放射を放出するように構成される。１つの種類のＬＥＤエミッタのみを利用することにより、例えば３つの異なる、等しく重要な主要構成要素の代わりに１つの主要構成要素しかないため、画素構造の製造ははるかに単純で安価である。

【0015】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、少なくとも２つの波長変換ユニットを備え、各波長変換ユニットは、放出波長範囲内の放出放射を複数の異なる変換波長範囲のうちの１つ内の変換放射に変換するように構成され、これにより、１つの同じ波長の放出放射の任意のいくつかの異なる波長範囲内の変換放射への変換が容易になる。

【0016】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、少なくとも１つの第１の波長変換ユニットは、放出放射を、第１の変換波長範囲内にある第１の変換放射に変換するように構成され、
少なくとも１つの第２の波長変換ユニットは、放出放射を、第２の変換波長範囲内にある第２の変換放射に変換するように構成され、第２の変換波長範囲は、第１の変換波長範囲と少なくとも部分的に異なる。これは、いくつかの異なる波長範囲内の放射を同時に同じ方向に放出する１つの画素構造の放射を可能にする。

【0017】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、第１の変換波長範囲は赤色スペクトル範囲内にあり、第２の変換波長範囲は緑色スペクトル範囲内にあり、これにより、一般的に使用されるＲＧＢ画素構造の製造が容易になる。

【0018】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、ＬＥＤエミッタは、主放出平面内のみに放出放射を放出するように構成されるか、またはＬＥＤエミッタによって主放出平面内に放出される放出放射もしくは放出放射の少なくとも一部分は、波長変換ユニットで変換放射に変換される。これにより、画素構造が、主変換方向で見られたときに可能な限り低い高さを有することが可能になり、ひいては、ＬＥＤエミッタを電子デバイス内の任意の適切な位置に配置する自由度が増加し、他の構成要素のための空間も確保される。

【0019】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造が少なくとも２つのＬＥＤエミッタを備えるとき、ＬＥＤエミッタのうちの少なくとも１つは、主変換方向に放出放射を放出するように構成され、これにより、例えば、青色スペクトル範囲内の放出放射が、変換または向け直しが行われずに、ユーザインターフェースに直接放出されることが可能になる。

【0020】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、ＬＥＤエミッタに隣接して基板上に配置された少なくとも１つの放射散乱ユニットをさらに備え、散乱ユニットは、主放出平面内を伝播する放出放射を主変換方向に向け直すように構成され、これにより、放出放射の一部が向け直されることが可能になり、電子デバイス内のＬＥＤエミッタの配置に関してより多くの自由度が提供される。

【0021】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換ユニットは波長変換材料を含み、波長変換材料は、好ましくはマトリックス材料と、マトリックス材料内に分散した波長変換粒子とを含む。

【0022】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換粒子は量子ドットまたはリン材料である。

【0023】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換ユニットは、波長変換ユニットの外周に沿って主変換方向に延在する少なくとも１つのバリアを備え、バリアは、波長変換ユニットの吸収経路を延長し、吸収経路は、主放出平面内に延び、放出放射は、吸収経路に沿って伝播する、ように構成され、放出放射の変換放射への変換は、伝播と同時に行われる。バリアは、隣接する画素構造が近接していても隣接する画素構造間の光学的クロストークを低減またはさらには回避するのに役立つため、バリアは、個々の画素構造がより小さいピッチで分布することを可能にする。さらに、バリアは、放射を向け直すために使用される反射器のための支持面として機能することができる。

【0024】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、少なくとも部分的に主変換方向に延在するようにバリアの表面上に配置された少なくとも１つの壁反射器をさらに備え、壁反射器は、波長変換ユニットの吸収経路が主放出平面内で延長されるように、吸収経路に沿って伝播する放出放射を向け直すように構成され、これにより、可能な限り多くの放出放射が、波長変換ユニットによって吸収され、したがって変換されることが可能になる。

【0025】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、波長変換ユニットと基板との間に配置された少なくとも１つの底部反射器を備え、底部反射器は、主放出平面と少なくとも部分的に平行に延在し、波長変換ユニット内を伝播する変換放射を主変換方向に向け直すように構成され、これにより、出力放射効率の改善が容易になる。

【0026】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、壁反射器および底部反射器の少なくとも一方は、主変換方向に対してある角度で延在し、これにより、放出放射および／または変換放射が、反射器に当たったときにより有用な方向に向け直されることが可能になる。

【0027】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換ユニットは、放出放射が波長変換ユニット内を伝播するときに放出放射を導くように構成された導波路構造を備え、これにより、波長変換ユニットが電子デバイスおよび周囲の構成要素のフォームファクタに適合されることが可能になる。

【0028】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換ユニットは、少なくとも１つの波長変換ユニット表面が基板の主基板平面に対してある角度で延在し、表面は基板から離れる方を向いており、表面は基板に隣接して延在する、ように構成される。このような解決策は、可能な限り多くの変換放射が波長変換ユニットから主変換方向に伝播することを保証するように角度は適合されることができるため、全内部反射の発生を防止するのに役立つ。

【0029】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、波長変換ユニットおよび基板のうちの一方は、主放出平面または主基板平面に沿って延びるにつれて先細になっており、これにより、波長変換ユニット表面は可能な限り最も単純な手段によって傾斜することが可能である。

【0030】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素は、基板から離れる方を向いた波長変換ユニット表面に配置された少なくとも１つの光学機能素子をさらに備え、光学機能素子は、波長変換ユニット表面の上に配置されるか、波長変換ユニット表面と一体化されるかのいずれかである。

【0031】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、光学機能素子は、例えば変換放射の集束を強化する屈折レンズおよび回折レンズの少なくとも一方である。

【0032】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、光学機能素子は、画素構造のアウトカップリング効率を向上させる表面構造、好ましくは、表面格子、表面粗面化、表面コーティング、またはマイクロピラーのうちの１つである。

【0033】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、複数のＬＥＤエミッタのうちのいくつかは、１つの波長変換ユニットに動作可能に接続され、ＬＥＤエミッタは、同時にかつ独立して放出放射を波長変換ユニットに放出するように構成される。これは、より良好な収率をもたらす冗長性を提供するとともに、ＬＥＤエミッタのうちの１つが故障した場合でも、画素構造が暗い領域なしで依然として意図されたように機能することを保証する。

【0034】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、
６つのＬＥＤエミッタを備え、第１の一対のＬＥＤエミッタは、第１の波長変換ユニットに動作可能に接続され、第１の波長変換ユニットは、第１の一対のＬＥＤエミッタからの放出放射を第１の変換放射に変換するように構成され、
第２の一対のＬＥＤエミッタは、第２の波長変換ユニットに動作可能に接続され、第２の波長変換ユニットは、第２の一対のＬＥＤエミッタからの放出放射を第２の変換放射に変換するように構成され、任意選択で、第３の一対のＬＥＤエミッタの各ＬＥＤエミッタは、１つの放射散乱ユニットまたは１つのさらなる波長変換ユニットに動作可能に接続され、さらなる波長変換ユニットは、第３の一対のＬＥＤエミッタからの放出放射を第３の変換放射に変換するように構成される。これにより、冗長性を伴って３つの波長の放射を同時に放出することが可能な画素構造が提供される。

【0035】

第１の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、変換放射の全出力を調整するための制御装置をさらに備え、調整は、パルス幅変調、およびＬＥＤエミッタの駆動電流の調整のうちの一方を含む。制御装置は、例えば内蔵冗長性が適切に使用されることを可能にし、例えば、複数対のＬＥＤエミッタがより良好な収率を提供するように、または一方のＬＥＤエミッタが一対のうちの故障した他方のＬＥＤエミッタを補償するように、複数対のＬＥＤエミッタを操作する。

【0036】

第２の態様によれば、ユーザインターフェース面を有する電子ディスプレイと、上記による少なくとも１つの画素構造とを備える電子デバイスが提供される。画素構造は、１つの放出波長の放出放射が主放出平面内の複数の放出方向に放出されることを可能にし、主放出平面は、ユーザインターフェース面と平行に延在し、放出放射の少なくとも一部を少なくとも１つの変換波長の変換放射に変換し、変換波長は放出波長とは異なり、
変換放射を、主放出平面およびユーザインターフェース面に垂直な主変換方向に向けるように構成される。

【0037】

この画素構造は、大幅に低減された高さを有し、他の構成要素のために電子デバイス内の内部に自由空間を残し、またはデバイスのフォームファクタにさらなる自由度を提供する。さらに、電子ディスプレイは、画素構造の改善された放熱により、改善された寿命を有する。また、横方向、すなわち主放出平面内の方向における画素構造のフィルファクタは、多くの電子デバイスと違って低いため、この構造は、さらなる構成要素または構造の改善のために十分な自由度を提供しながらも、変換ユニットを収容するための多くの自由空間を残す。

【0038】

第２の態様の可能な実施の形態では、電子デバイスは、複数の同一の画素構造を備え、画素構造は、２次元パターンで主放出平面に分布し、２次元パターンは、画素構造の横列および画素構造の縦列を備え、横列は平行に延び、縦列と垂直の角度で交差し、個々の横列の画素構造の数は、隣接する横列の画素構造の数とは無関係であり、
個々の縦列の画素構造の数は、隣接する縦列の画素構造の数とは無関係であり、画素構造の分布は、必要なときには、２次元パターンを含む領域内の画素構造の数の最大化を可能にし、最大化が必要ないときには、より単純な構造を可能にする。

【0039】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、複数の画素構造は、個々の画素構造の放出放射の少なくとも第１の放出方向が隣接する画素構造の対応する第１の放出方向と位置合わせされるような２次元パターンに、例えば遠見ディスプレイに十分な第１のピッチで分布する。

【0040】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、複数の画素構造は、個々の画素構造の放出放射の少なくとも第１の放出方向が隣接する画素構造の対応する第１の放出方向に対してずらされるような２次元パターンに第２のピッチで分布し、これにより、例えば近見ディスプレイに必要な、２次元パターンを含む領域内の画素構造の数の最大化が可能になる。

【0041】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は、第１のピッチだけ離され、画素構造は、個々の画素構造の波長変換ユニットの吸収経路が隣接する画素構造の対応する吸収経路と位置合わせされるように、縦列の方向および横列の方向の少なくとも一方において位置合わせされる。

【0042】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、画素構造は第２のピッチだけ離され、各画素構造は、個々の画素構造の波長変換ユニットの吸収経路が隣接する画素構造の対応する吸収経路に対してずらされるように、主放出平面内である角度だけ回転され、ずれは、各画素構造の方向の横方向オフセットおよび／または角度オフセットである。

【0043】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、個々の横列の画素構造は、隣接する横列の画素構造に対して縦列の方向にオフセットされ、および／または個々の縦列の画素構造は、隣接する縦列の画素構造に対して横列の方向にオフセットされる。

【0044】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、吸収経路の長さが固定されるとき、長さは１０～５００μｍ、好ましくは＜２０μｍであり、第２のピッチは、ユーザの眼とユーザインターフェース面（２ａ）との間の距離が＜１ｍであるように構成されたディスプレイ用途では、２０～１５０μｍ、好ましくは３０～８０μｍであり、第２のピッチは、ユーザの眼とユーザインターフェース面（２ａ）との間の対応する距離が≧０，５ｍであるように構成されたディスプレイ用途では、≧７０μｍ、好ましくは≧１００μｍである。

【0045】

第２の態様のさらなる可能な実施の形態では、変換放射は、放射フィルタリングの適用なしで、ユーザインターフェース面に向かって主変換方向に伝播し、これにより、必要な構成要素の数、画素構造に必要な空間、ならびに誤差源の数が低減される。

【0046】

これらのおよび他の態様は、以下で説明される実施形態から明らかになる。

【0047】

本開示の以下の詳細な部分では、図面に示されている例示的な実施形態を参照して、態様、実施形態、および実施態様がより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】図１ａは従来技術の画素構造の側面図を示し、図１ｂは従来技術の画素構造の上面図を示す。

【図2a】本発明の一実施形態による画素構造の側面図である。

【図2b】本発明の一実施形態による画素構造の上面図である。

【図3a】本発明の一実施形態による画素構造の上面図である。

【図3b】本発明の一実施形態による画素構造の側面図である。

【図4】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図5】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図6】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図7】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図8】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図9】本発明の実施形態による画素構造の部分断面図である。

【図10】本発明の実施形態による画素構造を備える電子デバイスの概略側面図である。

【図11】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図12】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図13】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図14】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図15】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図16】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図17】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【図18】電子ディスプレイ用の画素構造の分布の概略上面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１ａおよび図１ｂは、従来技術による色変換画素構造の側面図および上面図を示す。いくつかのＬＥＤエミッタ４は、例えば青色スペクトル範囲内の放出放射Ｒ１を方向Ｄ１に放出する。ＬＥＤエミッタ４の上に積層された変換ユニット５は、放出放射Ｒ１を吸収し、これを変換放射Ｒ２に変換し、続いて変換放射Ｒ２を同様に方向Ｄ１に放出する。

【0050】

図２ａおよび図２ｂは、本発明による色変換画素構造の一実施形態の側面図および上面図を示す。図３ａから図９は、色変換画素構造のさらなる実施形態を示す。これらの色変換画素構造は、電子ディスプレイ２に使用されることになり、このディスプレイは、任意の必要な数の同一の画素構造を備える。

【0051】

画素構造１は、図２ａに示されているように、少なくとも１つのＬＥＤエミッタ４を支持するように構成された基板３と、ＬＥＤエミッタ４に隣接して基板３上に配置された少なくとも１つの波長変換ユニット５とを備える。ＬＥＤエミッタ４と、波長変換ユニット５と、以下でさらに言及される追加の構成要素とは、はんだ付け、接着剤、またはナノワイヤによって基板３に接続されてもよい。基板３は、１つの一体基板またはいくつかの位置合わせされた部分基板を備えてもよく、少なくとも部分的に１つの主基板平面Ｐ２内に延在する。基板３は、部分的に階段状の構成を有してもよいが、各画素構造１は、その放射放出および放射変換構成要素がすべて主放出平面Ｐ１に位置合わせされるように、１つの共通平面に配置される。主放出平面Ｐ１は、図２ａに示されているように、基板３の主基板平面Ｐ２と平行に延び、ＬＥＤエミッタ４および波長変換ユニット５は、主放出平面Ｐ１に分布する。このような分布により、波長変換ユニット５は、約１０から１００μｍの、主変換方向Ｄ１における高さを有してもよく、波長変換ユニット５の長さ／幅は１００μｍ超、さらには１０００μｍ超であってもよい。

【0052】

１つまたはいくつかのＬＥＤエミッタ４は、各ＬＥＤエミッタ４が主放出平面Ｐ１内に、すなわちＬＥＤエミッタの側面を通って横方向に放出放射Ｒ１を放出することができるように、基板３上に配置される。ＬＥＤエミッタ４によって放出される放出放射Ｒ１は、第１の放出方向Ｄ２のみに放出されてもよいし、ＬＥＤエミッタ４の周りの３６０°の領域の一部または全部をカバーする複数の放出方向Ｄ２、…、Ｄｎに放出されてもよい。放出放射Ｒ１は、ポンプ光としても知られている。

【0053】

複数のＬＥＤエミッタ４によって放出される放出放射Ｒ１のすべては、１つの同じ放出波長範囲内にある。放出波長範囲は、青色スペクトル範囲または紫外スペクトル範囲であってもよい。

【0054】

各波長変換ユニット５は、放出放射Ｒ１を変換放射Ｒ２に変換するように構成される。変換放射Ｒ２は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に放出波長範囲とは異なる変換波長範囲内にある。異なる波長変換ユニット５は、放出放射Ｒ１を異なる変換放射範囲内の変換放射Ｒ２（Ｒ２１、Ｒ２２）に変換し得る。画素構造１は、複数の波長変換ユニット５を備えてもよく、各波長変換ユニット５は、放出放射Ｒ１を複数の変換波長範囲のうちの１つ内の変換放射Ｒ２に変換するように構成される。

【0055】

一実施形態では、画素構造１は、放出放射Ｒ１を第１の変換波長範囲、例えば赤色スペクトル範囲内の第１の変換放射Ｒ２１に変換するように構成された少なくとも１つの第１の波長変換ユニット５と、放出放射Ｒ１を第２の変換波長範囲、例えば緑色スペクトル範囲内の第２の変換放射Ｒ２２に変換するように構成された少なくとも１つの第２の波長変換ユニット５とを備える。

【0056】

さらなる実施形態では、画素構造１は、放出放射Ｒ１を赤色スペクトル範囲内の変換放射Ｒ２１に、緑色スペクトル範囲内の変換放射Ｒ２２に、および黄色スペクトル範囲内の変換放射Ｒ２３に変換する波長変換ユニット５を備える（図示せず）。画素構造１は、放出放射Ｒ１を任意の数の所望のスペクトル範囲内の放射Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、…、Ｒ２ｎに変換する任意の数の波長変換ユニット５を備えてもよい。

【0057】

変換放射Ｒ２は、波長変換ユニット５から、主放出平面Ｐ１に対して略垂直に延びる主変換方向Ｄ１に、すなわち波長変換ユニット５の上面を通って伝播する。変換放射Ｒ２は、言い換えれば、例えば、電子ディスプレイ２内に含まれる電子デバイス１３のユーザインターフェース面２ａに向かって、基板３から離れる方向に伝播する。

【0058】

図４に示されている一実施形態では、ＬＥＤエミッタ４のうちの少なくとも１つは、主変換方向Ｄ１に放出放射Ｒ１を直接放出するように構成され、すなわち、放出された放出放射Ｒ１は、主変換方向Ｄ１に伝播する際にその方向および波長を維持する。

【0059】

図５から図７に示されているさらなる実施形態では、ＬＥＤエミッタ４は、主放出平面（Ｐ１）に、すなわち、主変換方向Ｄ１に直接ではなく、波長変換ユニット５または複数の変換ユニット５に向かって、ＬＥＤエミッタ４の少なくとも１つの側面またはすべての側面を通って横方向に放出放射Ｒ１のみを放出するように構成される。波長変換ユニット５は、ＬＥＤエミッタ４の１つの側面またはすべての側面から放出される放出放射Ｒ１または放出放射Ｒ１の一部分のみを変換放射Ｒ２に変換するように配置されることができる。

【0060】

さらなる実施形態では、画素構造１は、図５に示されているように、少なくとも１つの放射散乱ユニット６を備える。放射散乱ユニット６は、波長変換ユニット５の配置と同様に、ＬＥＤエミッタ４に隣接して基板３上に配置される。散乱ユニット６は、変換なしに、すなわち放出放射Ｒ１の波長を変化させることなく、主放出平面Ｐ１内を伝播する放出放射Ｒ１を主変換方向Ｄ１に向け直すように構成される。散乱ユニット６は、マトリックス材料内に分散した散乱粒子を有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリマーマトリックス材料を含んでもよい。散乱粒子は、入射放出放射Ｒ１をあらゆる方向に散乱させ、好ましくは、散乱ユニット６の底、すなわち基板３に向けられた放射Ｒ１は、例えば、以下でさらに説明される底部反射器９などの反射器によって散乱ユニット６の上に容易に向け直される。散乱ユニット６は、約１０から１００μｍの、主変換方向Ｄ１における高さを有してもよく、散乱ユニット６の長さ／幅は、１００μｍ超、さらには１０００μｍ超であってもよい。一般に、散乱粒子の量は、散乱ユニット６が比較的低い高さを有することを可能にするのに十分な多さである。

【0061】

各波長変換ユニット５は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、マトリックス材料内に分散した波長変換粒子を含むマトリックス材料であってもよい。波長変換粒子は、量子ドットまたはリン材料であってもよい。

【0062】

図６に示されているように、波長変換ユニット５は、波長変換ユニット５の外周に沿って主変換方向Ｄ１に延在する少なくとも１つのバリア７を備えてもよい。バリア７は、少なくとも図１１および図１５に示されているように、波長変換ユニット５の壁が主変換方向Ｄ１においてバリア７によって覆われるように、波長変換ユニット５の少なくとも１つの長縁に沿って（図示せず）、図６に示されているように、波長変換ユニット５の１つの短端に沿って、または波長変換ユニット５の長縁および短端の周りに延在してもよい。バリア７は、ポリマー層を用いるナノインプリント技術によって、またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの感光性ポリマー材料のフォトリソグラフィによって、隣接する画素構造１間に一体化されてもよい。

【0063】

バリア７は、波長変換ユニット５の吸収経路Ａを延長するように構成される。吸収経路Ａは、波長変換ユニット５内の主放出平面Ｐ１内に延びる。放出放射Ｒ１は、波長変換ユニット５内を伝播するとき、吸収経路Ａに沿って伝播するとともに吸収される。吸収、したがって、放出放射Ｒ１の変換放射Ｒ２への変換は、図４から図９に示されているように、伝播と同時に行われる。放出放射Ｒ１が吸収経路Ａに沿って伝播するにつれて、放出放射Ｒ１の強度は、通常は指数関数的に減少する。

【0064】

バリア７は、隣接する画素構造１間に発生する光学的クロストークを低減し、少なくとも１つの壁反射器８によって波長変換ユニット５の吸収経路Ａが延長されることを可能にする。

【0065】

図６に示されている一実施形態では、少なくとも１つの壁反射器８が、バリア７上に、好ましくは、少なくとも部分的に主変換方向Ｄ１に延在するようにバリア７の表面上に配置される。壁反射器８は、波長変換ユニット５の吸収経路Ａが主放出平面Ｐ１内で延長されるように、吸収経路Ａに沿って伝播する放出放射Ｒ１を向け直すように構成される。元の放出方向Ｄ２、…、Ｄｎから１８０°までであってもよい吸収経路Ａのこのような折り返しが、図１１に示されている。

【0066】

図４から図９に示されているように、少なくとも１つの底部反射器９が、波長変換ユニット５と基板３との間に、好ましくは、ＬＥＤエミッタ４および波長変換ユニット５がその上に分布する基板３の表面の上に配置されてもよい。底部反射器９は、主放出平面Ｐ１と少なくとも部分的に平行に延在し、波長変換ユニット４内を実質的にあらゆる方向に伝播する変換放射Ｒ２を主変換方向Ｄ１に向け直すように構成される。例えば、波長変換ユニット５の底、すなわち基板３に向けられた変換放射Ｒ２は、波長変換ユニット５の上に容易に向け直される。

【0067】

壁反射器８および／または底部反射器９は、主変換方向Ｄ１に対してある角度で延在してもよい。壁反射器８は、壁反射器８に当たる放出放射Ｒ１が基板３、好ましくは底部反射器９、またはユーザインターフェース面２に向けられるように、主放出平面Ｐ１に垂直ではない角度で延在してもよい。底部反射器９は、基板３に向かって伝播する放出放射Ｒ１を反射するために、主放出平面Ｐ１と平行に延在してもよいし、基板３に向かって伝播する放出放射Ｒ１の反射が特定の所定の方向に誘導されることができるように、主放出平面Ｐ１に対してある角度で延在してもよい。壁反射器８および／または底部反射器９は、反射面、好ましくは金属層を備え得る。金属層は、スパッタされたアルミニウム層であってもよく、この場合、壁反射器８および／または底部反射器９は、隣接する画素構造間の光学的クロストークも防止する。

【0068】

同様に、波長変換ユニット５は、少なくとも１つの波長変換ユニット表面５ａ、５ｂが基板３の主基板平面Ｐ２に対して角度αで延在し、表面５ａは基板３から離れる方を向いており、表面５ｂは基板３に隣接して延在する、ように構成されてもよい。波長変換ユニット表面５ａ、５ｂの少なくとも一方は、波長変換ユニット５、基板３、またはこれら両方が楔形状である、すなわち、それが主放出平面Ｐ１または主基板平面Ｐ２に沿って延びるにつれて先細になることにより、角度αで延在する。図７は、波長変換ユニット５自体が先細になっていることにより、波長変換ユニット表面５ａのみが基板３の主基板平面Ｐ２に対して角度αで延在する実施形態を示す。両方の波長変換ユニット表面５ａ、５ｂが、基板３の主基板平面Ｐ２に対して角度αで延在してもよい。さらに、波長変換ユニット表面５ａは角度α１で延在してもよく、波長変換ユニット表面５ｂは角度α２で延在してもよい。周囲の空気と比較して高い、波長変換ユニットのマトリックス材料の屈折率により、内部全反射の臨界角よりも小さい角度で波長変換ユニット表面５ａ、５ｂに当たる変換放射Ｒ２のみが波長変換ユニット５を出る一方で、他の変換放射Ｒ２は波長変換ユニット表面５ａ、５ｂで反射され、波長変換ユニット５内に残る。上述された先細の楔形状を適用することにより、波長変換ユニット５の内部に取り込まれた放射は、反射されるにつれてより小さい角度で波長変換ユニット表面５ａ、５ｂに最終的に当たるため、放射出力効率が向上する。

【0069】

図１２に示されているように、波長変換ユニット５は、放出放射Ｒ１が波長変換ユニット５内を伝播するときにそれを導くように構成された導波路構造１０を備えてもよい。導波路構造は、任意の適切な形状を有してもよく、例えば、図１２のように湾曲していても螺旋形状（図示せず）であってもよい。

【0070】

画素構造１は、図８および図９に示されているように、基板３から離れる方を向いた波長変換ユニット表面５ａに配置された少なくとも１つの光学機能素子１１をさらに備えてもよい。光学機能素子１１は、図９に示されているように波長変換ユニット表面５ａの上に配置されてもよいし、図８に示されているように波長変換ユニット表面５ａと一体化されてもよい。

【0071】

図９に示されている光学機能素子１１は、例えば変換放射Ｒ２を集束させるために使用される屈折レンズおよび回折レンズの少なくとも一方であってもよい。

【0072】

代わりに、光学機能素子１１は、表面構造、好ましくは、図８に示されているように、表面格子、表面粗面化、表面コーティング、またはマイクロピラーのうちの１つであってもよい。格子は、変換放射Ｒ２を誘導することによって、変換放射Ｒ２のアウトカップリング効率を向上させる。

【0073】

図２ｂに示されているように、ＬＥＤエミッタ４のうちのいくつかは、１つの波長変換ユニット５に動作可能に接続され、同時にかつ独立して放出放射Ｒ１を波長変換ユニット５に放出するように構成されてもよい。これは、より良好な収率をもたらす冗長性を提供するとともに、ＬＥＤエミッタ４のうちの１つが故障した場合でも、画素構造１が暗い領域なしで依然として意図されたように機能することを保証する。

【0074】

図１０に示されているように、変換放射Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２の全出力を調整するために制御装置１２が設けられ、調整は、パルス幅変調、およびＬＥＤエミッタ４の駆動電流の調整のうちの一方を含む。

【0075】

一実施形態では、変換放射Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２は、放射フィルタリングの適用なしで、ユーザインターフェース面２ａに向かって主変換方向Ｄ２に伝播する。

【0076】

画素構造１は、少なくとも３つのＬＥＤエミッタ４を備えてもよく、少なくとも１つの第１の波長変換ユニット５は、第１のＬＥＤエミッタ４に動作可能に接続され、少なくとも１つの第２の波長変換ユニット５は、第２のＬＥＤエミッタ４に動作可能に接続される。図２ｂに示されているように、画素構造１は、６つのＬＥＤエミッタ４を備えてもよく、第１の一対のＬＥＤエミッタ４は、第１の波長変換ユニット５に動作可能に接続され、第２の一対のＬＥＤエミッタ４は、第２の波長変換ユニット５に動作可能に接続される。第１の波長変換ユニット５は、好ましくは、第１の一対のＬＥＤエミッタ４からの放出放射Ｒ１を第１の変換放射Ｒ２に変換するように構成され、第２の波長変換ユニット５は、好ましくは、第２の一対のＬＥＤエミッタ４からの放出放射Ｒ１を第２の変換放射Ｒ２に変換するように構成される。

【0077】

図２ｂにも示されているように、第３の一対のＬＥＤエミッタ４の各ＬＥＤエミッタ４は、それぞれ１つの放射散乱ユニット６または１つのさらなる波長変換ユニット５に動作可能に接続されてもよい。放出放射Ｒ１が紫外スペクトル範囲内にあるとき、第３の一対のＬＥＤエミッタ４は、好ましくは、それぞれ１つのさらなる波長変換ユニット５に動作可能に接続され、さらなる波長変換ユニット５は、第３の一対のＬＥＤエミッタ４からの、紫外スペクトル範囲内の放出放射Ｒ１を、例えば青色スペクトル範囲内の第３の変換放射Ｒ３に変換するように構成される（図示せず）。代わりに、放出放射Ｒ１が青色スペクトル範囲内にあるとき、第３の一対のＬＥＤエミッタ４は、好ましくは、それぞれ１つの放射散乱ユニット５に動作可能に接続される。各ＬＥＤエミッタ４は、１つの波長変換ユニット５に動作可能に接続されてもよく、任意選択で、接続は、各ＬＥＤエミッタのための接触層アノード、例えば、図３ｂにおいて底層として示されている金属接触層を含み、基板３はカソード層を含む。金属接触層は、ＬＥＤエミッタに電流を供給し、ＬＥＤエミッタの底、したがって基板３への望ましくない放出放射Ｒ１を防止する。

【0078】

図１０は、ユーザインターフェース面２ａと少なくとも１つの画素構造１とを有する電子ディスプレイ２を備える電子デバイス１３を示す。画素構造１は、図２ｂに示されているように、１つの放出波長の放出放射Ｒ１が主放出平面Ｐ１内の複数の放出方向Ｄ２、…、Ｄｎに放出され、放出放射Ｒ１の少なくとも一部を少なくとも１つの変換波長の変換放射Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２に変換し、変換放射Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２を、主放出平面Ｐ１およびユーザインターフェース面２ａに垂直な主変換方向Ｄ１に向けることを可能にするように構成される。主放出平面Ｐ１は、ユーザインターフェース面２ａと略平行に延びる。画素構造１は、放出放射を少なくとも１つの、好ましくはいくつかの変換波長に変換し、異なる変換波長は互いに異なり、放出波長とは異なる、ように構成される。

【0079】

図１１から図１８に示されているように、電子デバイス１３は、複数の同一の画素構造１を備えてもよく、画素構造１は、２次元パターンで主放出平面Ｐ１に分布する。２次元パターンは、画素構造１の横列および画素構造１の縦列を備え、横列は平行に延び、縦列と垂直の角度で交差する。各横列の１つおよび２つの画素構造１を交互に示す図１７、ならびに各横列の２つおよび３つの画素構造１を交互に示す図１８に示されているように、個々の横列の画素構造１の数は、隣接する横列の画素構造１の数とは無関係である。同様に、各縦列の２つおよび３つの画素構造１を交互に示す図１７、ならびに各縦列の１つおよび２つの画素構造１を交互に示す図１８に示されているように、個々の縦列の画素構造１の数は、隣接する縦列の画素構造１の数とは無関係である。画素構造１のこの分布は、２次元パターンを含む領域内の画素構造１の数の最大化を可能にする。

【0080】

図１３に示されているように、複数の画素構造１は、個々の画素構造１の放出放射Ｒ１の少なくとも第１の放出方向Ｄ２が隣接する画素構造１の対応する第１の放出方向Ｄ２と位置合わせされるような２次元パターンに第１のピッチで分布してもよい。図１３にも示されているように、第２の放出方向Ｄ３、第３の放出方向Ｄ４、および第４の放出方向Ｄ５も、隣接する画素構造１の対応する第２の放出方向Ｄ３、第３の放出方向Ｄ４、および第４の放出方向Ｄ５と位置合わせされてもよい。言い換えれば、画素構造１は、横列の画素構造１の数、縦列の画素構造１の数、横列間の距離、および縦列間の距離が一定である２次元矩形格子パターンで配置されてもよい。ピッチは、隣接する画素構造１の中心点間の距離である。この種類の位置合わせされた配置は、吸収経路Ａの長さがピッチに比べて小さいときに適している。

【0081】

図１１、図１２、および図１４から図１８に示されているように、複数の画素構造１は、代わりに、個々の画素構造１の放出放射Ｒ１の少なくとも第１の放出方向Ｄ２が隣接する画素構造１の対応する第１の放出方向Ｄ２に対してずらされるような２次元パターンに第２のピッチで分布してもよい。好ましくは、ずらされた放出方向は、すべての画素構造１が、例えば縦列および横列のパターンに関して主放出平面Ｐ１内で回転されることによって、同じ量だけ同じ方向にずらされているようにして、平行に延びる。

【0082】

可能な回転にかかわらず、画素構造１は、図１１、図１２、および図１５に示されているように、それらの中心点が２次元パターンの両方向において位置合わせされるように配置されてもよい。画素構造１は、図１４および図１６に示されているように、それらの中心点が２次元パターンの一方の方向では位置合わせされるが、他方の方向ではオフセットされるように配置されてもよい。図１７および図１８に示されているように、画素構造１はまた、それらの中心点が２次元パターンの両方向においてずらされるように配置されてもよい。回転されてずらされた配置は、吸収経路Ａの長さがピッチに比べて大きいときに適している。

【0083】

ずれは、１つまたはいくつかのずらされた放出方向を有するこのような各画素構造１の吸収経路Ａの長さの延長を可能にする。放出方向がずらされ、同じ横列または縦列に沿って延びず、代わりに、このような横列と縦列との間の空き領域内に延びるため、各吸収経路Ａの長さは、隣接する吸収経路Ａの長さによってあまり制限されない。したがって、吸収経路Ａの寸法は、例えば、主放出平面Ｐ１における波長変換ユニット５の外形寸法を超えてもよく、すなわち、吸収経路Ａの長さは、吸収経路Ａが延びる波長変換ユニット５の長さまたはそれどころか幅よりも長くてもよい。例えば、図１１は、吸収経路Ａが波長変換ユニット５の両端で２回折り返されている実施形態を示し、図１２は、吸収経路Ａが湾曲されている実施形態を示す。

【0084】

図１４から図１８は、隣接する画素構造１間のピッチが低減された実施形態を示す。図１５では、ピッチが吸収経路Ａの長さと同様であるため、このピッチは画素間の直線上に２つの隣接する吸収経路を収めることができない。したがって、各画素構造１の放出方向は、１つの画素構造１の吸収経路Ａが隣接する画素構造１の吸収経路Ａと重ならずに隣接するように、画素構造１のパターンに対して回転される。これにより、画素構造１間のピッチは、吸収経路Ａのために最大限に利用される。吸収経路Ａは、特に青色スペクトル範囲において、放出放射Ｒ１の高い色変換効率および高い吸収を保証するために十分に長くなければならない。

【0085】

図１４は、個々の画素構造１の第１の放出方向Ｄ２および第２の放出方向Ｄ３が、隣接する画素構造の対応する第１の放出方向Ｄ２および第２の放出方向Ｄ３に対して横方向オフセットを示すようにずらされている一方で、第３の放出方向Ｄ４および第４の放出方向Ｄ５からの放出のために、必要な吸収経路長がより短いため、Ｄ４およびＤ５が位置合わせされている実施形態を示す。

【0086】

図１５および図１６は、２次元パターンが１つまたはいくつかの相互接続された平行四辺形を含むように、個々の画素構造１の第１の放出方向Ｄ２、第２の放出方向Ｄ３、第３の放出方向Ｄ４、および第４の放出方向Ｄ５がすべて、隣接する画素構造の対応する放出方向Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５に対してずらされている実施形態を示す。

【0087】

図１７および図１８は、２次元パターンが分布した画素構造１のハニカムパターンを含むように、個々の画素構造１の第１の放出方向Ｄ２、第２の放出方向Ｄ３、第３の放出方向Ｄ４、および第４の放出方向Ｄ５がすべて、隣接する画素構造の対応する放出方向Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５に対して横方向オフセットを示すようにずらされている実施形態を示す。

【0088】

上述されたように、画素構造１は、第１のピッチで配置されてもよい、すなわち、第１のピッチだけ離されてもよい。この場合、画素構造１は、個々の画素構造１の波長変換ユニット５の吸収経路Ａが隣接する画素構造の対応する吸収経路Ａと位置合わせされるように、縦列の方向および横列の方向の少なくとも一方において位置合わせされる。

【0089】

上述されたように、画素構造１は、２次元アレイ状に配置されてもよい。各画素構造１は、他の画素構造１と同一のサイズの領域を占めてもよく、および／または同じ長さの吸収経路Ａを有してもよい。吸収長は、１０～５００μｍ、好ましくは＜２０μｍであってもよい。２次元アレイ内の画素構造１のピッチは、
ユーザの眼とユーザインターフェース面２ａとの間の距離が＜１ｍであるように構成されたディスプレイ用途、すなわち、スマートフォンのディスプレイなどの近見ディスプレイでは、２０～１５０μｍ、好ましくは３０～８０μｍであってもよい。同様に、第２のピッチは、ユーザの眼とユーザインターフェース面２ａとの間の対応する距離が≧０，５ｍであるように構成されたディスプレイ用途、すなわち、ＴＶのディスプレイなどの遠見ディスプレイでは、≧７０μｍ、好ましくは≧１００μｍであってもよい。

【0090】

図１１、図１２、図１５、図１６、および図１８に示されているように、第２のピッチで分布する複数の画素構造１は、個々の画素構造１の波長変換ユニット５の吸収経路Ａが隣接する画素構造の対応する吸収経路Ａに対してずらされるように、主放出平面Ｐ１内で角度βだけ回転されてもよい。

【0091】

さらに、図１４、図１６、および図１７に示されているように、個々の横列の画素構造１は、隣接する横列の画素構造１に対して縦列の方向にオフセットされてもよい。同様に、図１８に示されているように、個々の縦列の画素構造１は、隣接する縦列の画素構造１に対して横列の方向にオフセットされてもよい。

【0092】

様々な態様および実施態様が、本明細書の様々な実施形態に関連して説明された。ただし、開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求された主題を実施する当業者によって理解および達成されることができる。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除しない。シングルプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に記載されたいくつかのアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共にまたはその一部として提供される光記憶媒体またはソリッドステート媒体などの適切な媒体に記憶／分散され得るが、インターネットまたは他の有線もしくはワイヤレス通信システムを介するなど、他の形態でも分散され得る。

【0093】

特許請求の範囲で使用されている参照符号は、範囲を限定するものと解釈されてはならない。別段の指示がない限り、図面は、本明細書と共に読まれる（例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、程度など）ことを意図されており、本開示の記載全体の一部分と見なされるべきである。本明細書で使用されるとき、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、および「下」という用語、ならびにこれらの形容詞および副詞の派生語（例えば、「水平に」、「右方に」、「上方に」など）は、特定の図面が読者に面しているときの図示された構造の向きを単に指す。同様に、「内向きに」および「外向きに」という用語は、一般に、必要に応じて、その延在軸または回転軸に対する表面の向きを指す。

【符号の説明】

【0094】

１ 画素構造
２ 電子ディスプレイ
２ａ ユーザインターフェース面
３ 基板
４ ＬＥＤエミッタ
５ 波長変換ユニット
５ａ 波長変換ユニット表面
５ｂ 波長変換ユニット表面
６ 放射散乱ユニット
７ バリア
８ 壁反射器
９ 底部反射器
１０ 導波路構造
１１ 光学機能素子
１２ 制御装置
１３ 電子デバイス
Ａ 吸収経路
Ｄ１ 主変換方向
Ｄ２ 第１の放出方向
Ｄ３ 第２の放出方向
Ｄ４ 第３の放出方向
Ｄ５ 第４の放出方向
Ｐ１ 主放出平面
Ｐ２ 主基板平面
Ｒ１ 放出放射
Ｒ２ 変換放射
Ｒ２１ 第１の変換放射
Ｒ２２ 第２の変換放射
α 角度
β 角度

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】