CN101183635B - 发光装置及使用该发光装置作为背光单元的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种发光装置。在一种实施例中，发光装置包含i)相互面对的第一、第二衬底，第一、第二衬底中的每一个具有有源区域和围绕该有源区域的非有缘区域，ii)提供在第一衬底的有源区域上并且具有在电子发射中独立受控的多个象素的电子发射单元，以及iii)提供在第二衬底的有源区域上的发光单元。发光单元可以包括i)形成在第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层，ii)置于磷层之间的导电层，和iii)形成在磷层和导电层表面上的阳极电极。发光单元可以满足下述关系：约0.89≤A₂/A₁≤约0.98。A₁是第二衬底的有源区域的面积，而A₂是磷层的面积。

Description

发光装置及使用该发光装置作为背光单元的显示装置

技术领域

本发明涉及一种可用作显示装置的光源的发光装置。

背景技术

液晶显示器(LCD)是多种本身无发射性显示装置中的一种，它通过使用根据所施电压而改变扭转角的液晶电介质的各向异性来改变每个象素的发光量以显示图象。与传统的阴极射线管相比，LCD重量更轻，占用空间更少，功耗更小。

所述LCD包括液晶(LC)板组件和用于向液晶板组件发送光的背光单元。LC板组件接收从背光单元发出的光，并使这些光透过液晶层或被液晶层阻挡。

根据光源把背光单元分成不同的类型，其中一种为冷阴极荧光灯(CCFL)。CCFL是一种线性光源，可以通过光学元件，比如散射片(diffusion sheet)，散射板(diffuser plate)和/或棱镜片，向LC板组件均匀发光。

然而，由于CCFL是通过光学元件发光的，因而可能会有光损失。在CCFL型LCD中，从CCFL产生的光只有3％-5％会透过LC板组件。另外，因为CCFL具有相对更高的功耗，所以使用CCFL的LCD的总功耗也随之增加。此外，由于结构的限制，CCFL很难做成大尺寸，所以很难将它应用到超过30英寸的大尺寸LCD上。

采用发光二极管(LEDs)的背光单元也是众所周知的。LED是点光源，和光学元件(比如反射片、导光板、散射片、散射板、棱镜片和/或类似元件)相组合，从而构成背光单元。LED型背光单元具有快速响应速度，和良好的色再现性。但是，LED成本高，LCD的总厚度增大。

所有上述传统背部单元在LCD工作时，在发光区域都保持均匀的亮度。因此，很难将显示质量提高到足够高的水平上。

例如，当LC板组件响应于图象信号来显示一幅具有亮部分和暗部分的图象时，如果背光单元能够向显示亮部分和暗部分的LC板组件上的象素发射具有不同强度的光，则将能得到具有更好的动态对比度的图象。

但是，传统的背光单元不能实现上述功能，因此，在改进LCD所显示的图象的动态对比度方面受到很大的限制。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种能够提高磷层的发光效率并能通过防止磷层的充电从而防止弧光放电的发光装置和一种使用该发光装置作为背光单元的显示装置。

本发明的另一个方面则提供了一种能够将发光区域分成多个区域并且能独立控制各区域的光强度的发光装置和一种通过使用该发光装置作为背光单元来增强屏幕的动态对比度的显示装置。

本发明的另一方面提供了一种发光装置，包括i)相互面对的第一衬底和第二衬底，第一衬底和第二衬底中的每一个都含有一个有源区域和围绕着该有源区域的非有源区域，ii)提供在第一衬底的有源区域上的并且具有多个在电子发射中独立受控的象素的电子发射单元，以及iii)提供在第二衬底的有源区域上的发光单元。在一种实施例中，所述发光单元包括：i)形成在第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层，ii)置于所述磷层之间的导电层，和iii)形成在磷层和导电层表面的阳极电极。发光单元可以满足下面的关系：A₂/A₁≥约0.80。A₁是第二衬底的有源区域的面积，A₂是磷层的面积。

面积(A₁)和面积(A₂)可以满足下述关系：A₂/A₁≤约0.98。

磷层可以是发白光的白磷层，一个磷层对应于至少一个象素区域。

导电层可以由导电的基于炭的材料或者从Al、Mo、Cr和其合金构成的一组材料中选出的一种金属来形成。

设置有源区域使之发光，并且光可以不从非有源区域发出。本发明的另一个方面提供了一种发光装置，包括：i)相互面对的第一衬底和第二衬底，ii)第一衬底和第二衬底中的每一个都含有有源区域和围绕该有源区域的非有源区域，iii)提供在第一衬底的有源区域上的并且具有多个在其电子发射中独立受控的象素的电子发射单元，以及iv)提供在第二衬底的有源区域上的发光单元。在一种实施例中，发光单元包括：i)形成在第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层，ii)置于所述磷层之间的导电层，和iii)形成在磷层和导电层表面上的阳极电极。发光单元可以满足下面的关系：大约0.02≤A₃/A₁≤大约0.20。A1是第二衬底的有源区域的面积，而A₃是导电层的面积。

第二衬底的有源区域的面积(A₁)以及整个磷层的面积(A₂)可以满足下述关系：

A₂/A₁≥约0.80.

本发明的另一个方面提供了一种显示装置，包含i)用于显示图象的显示面板，以及ii)用于向该显示面板发送光的发光装置。该发光装置包含：i)相互面对的第一衬底和第二衬底，第一衬底和第二衬底中的每一个都含有有源区域和围绕着该有源区域的非有源区域，ii)提供在第一衬底的有源区域上的电子发射单元，以及iii)提供在第二衬底的有源区域上的发光单元。在一种实施例中，发光单元包含i)形成在第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层，ii)置于磷层之间的导电层，以及iii)形成在磷层和导电层的表面上的阳极电极。发光单元可以满足下述关系：A₂/A₁≥约0.80。A₁是第二衬底的有源区域的面积，而A₂是磷层的面积。

电子发射单元可以包含i)形成在第一衬底上且沿第一方向延伸的多个第一电极，ii)形成在第一衬底上且在沿与第一方向相交叉的第二方向延伸的多个第二电极，第二电极和第一电极相互绝缘，以及iii)电气连接到第一电极或者第二电极的多个电子发射区域。

本发明的另一个方面提供了一种显示装置，包括i)用于显示图象的显示面板，以及ii)用于向该显示面板发光的发光装置。该发光装置可以包括i)相互面对的第一衬底和第二衬底，第一衬底和第二衬底中的每一个都含有有源区域和围绕该有源区域的非有源区域，ii)提供在第一衬底有源区域上的电子发射单元，以及iii)提供在第二衬底有源区域上的发光单元。在一种实施例中，发光单元包括i)形成在第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层，ii)置于磷层之间的导电层，以及iii)形成在磷层和导电层表面上的阳极电极。发光单元满足下述关系：A₃/A₁≥大约0.02。A₁是第二衬底的有源区域的面积，而A₃是导电层的面积。

磷层可以包含在空间上相互分开的多个部分。每个部分可以对应于发光装置的至少两个象素。

可以把导电层设置成把保留在磷层上的电子传送到非有源区域上。可以把导电层设置成吸收从显示面板反射回的或者穿过显示面板的至少一部分光。

第二衬底的有源区域的面积(A₁)和导电层的面积(A₃)可以满足下述关系：A₃/A₁≤约0.20。

附图说明

图1是根据本发明一种实施例的发光装置的剖视图。

图2是图1所示发光装置的有源区域的局部分解透视图。

图3是图1所示发光装置的发光组件的局部俯视图。

图4是根据本发明一种实施例的显示装置的分解透视图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实施例进行更充分的说明，附图中已经示出本发明的示范性实施例。

图1是根据本发明一种实施例的发光装置10的剖视图。图2是图1所示发光装置10的有源区域的局部分解透视图，而图3是图1所示发光装置10的发光组件的局部俯视图。

参照图1到图3，发光装置10包括以预定间隔隔开且相互面对的第一、第二衬底12和14。把密封部件16提供在第一、第二衬底12和14的外围，从而将它们密封在一起，而因此形成一个密封容器。密封容器内部的真空度保持为约10^-6乇。

第一、第二衬底12和14中的每一个都有被设置为发射可见光的有源区域18和在密封部件16所围绕的区域中围绕有源区域18的非有源区域20。在第一衬底12的有源区域18上提供利用电场发射电子的电子发射单元22，并且在第二衬底14的有源区域18上提供使用电子发射可见光的发光单元24。

电子发射单元22包含以沿第一衬底12的方向行进的条状图案排列的第一电极26，以沿与第一电极26交叉的方向行进的条状图案排列的第二电极30，置于第一电极26和第二电极30之间的绝缘层28，以及与第一、第二电极26和30中的一个电极电相连的电子发射区域32。

当电子发射区域32是形成在第一电极26上的时候，第一电极26用作向电子发射区域32施加电流的阴极电极，而第二电极30用作栅极电极，根据阴极和栅极之间的电压差通过在电子发射区域32周围形成电场而引起电子发射。相反，当电子发射区域32是形成在第二电极30上的时候，第二电极30用作阴极，而第一电极26用作栅极。

在图1中，在第一电极26上形成电子发射区域32。可以沿列(即y轴方向)来排列第一电极26，并且可以沿行(即x轴方向)来排列第二电极30。这样，第二电极30可以通过接收扫描驱动电压而用作扫描电极，而第一电极26可以通过接收数据驱动电压而用作数据电极。

电子发射区域32形成在位于第一、第二电极26和30的交叉区域处的第一电极上。穿过绝缘层28和第二电极30形成对应于各电子发射区域32的开孔301和281，从而暴露电子发射区域32。

电子发射区域32是用在真空环境下为之施加电场时能发射电子的材料来形成的，比如，含炭材料或纳米材料。电子发射区域32可以用炭纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石炭、C₆₀、硅制纳米纤维(silicon nanowires)或其组合来构成。电子发射区域32可以通过丝网印刷术、直接生长、化学气相沉积或者溅射方法来形成。

作为选择，电子发射区域也可以形成在由基于Mo或者基于Si的材料构成的尖端结构中。

第一、第二电极26和30的一个交叉区域(如图2所示四个电子发射组中的一个)可以对应于发光装置10的一个象素区域。作为选择，第一、第二电极26和30的两个或者多个交叉区域可以对应于发光装置10的一个象素区域。这样，位于一个象素区域内的两个或多个第一电极26和/或两个或多个第二电极30，相互之间电相连，以接收共共驱动电压。

发光单元24包含形成在第二衬底14且空间上相互隔开的多个磷层34、形成在磷层34之间的导电层36、形成在磷层34和导电层36上的阳极电极38。

一个或多个磷层34可以对应于一个象素区域。作为选择，一个磷层34也可以对应于两个或者多个象素区域。在所有这些情况中，磷层34可以形成为如图3所示的矩形形状。

磷层34可以是白色磷层，或者是红色、绿色、和蓝色磷层的一种组合。

白色磷层可以形成在第一衬底12的整个有源区域上，或者可以分成对应于各个象素的多个部分。对应于一个象素区域形成红色、绿色和蓝色磷层。图3中给出了在每个象素区域上形成白色磷层的例子。

导电层36是用具有相对较高电导率的材料形成的。即，导电层36是用导电的基于炭的材料，比如石墨或者从Al、Mo、Cr或者其合金组成的一组材料中选出的一种材料，来形成的。根据材料的不同，导电层36可以呈现黑色或者具有反光性。根据磷层34的排列方式按格子(lattice)图案来排列导电层36。

导电层36的功能如同一条导电路径，沿该导电路径，和磷层34相碰撞的电子向外端放电，从而防止磷层34的表面被充电。为此，导电层36电连接至阳极引线40和阳极电极38，并且阳极引线40延伸到真空容器外，并被耦合到向阳极电极38施加阳极电压的阳极电压施加部分42(参见图1)。

在传统的电子发射装置中，磷层通常置于前面衬底(front substrate)的整个有源区域部分，从而使磷层的发光区域最大化。这时是不形成导电路径的。因此，和磷层碰撞的电子累积在磷层表面上并因此使磷层充以负电。充以负电的磷层排斥由电子发射区域发射的电子，从而使整个发光效率劣化。此外，当有高电压施加到阳极电极时，充了电的磷层会引起弧光放电。

阳极电极38可以由例如覆盖磷层34和导电层36的金属材料(如铝)而构成。阳极电极38接收使电子束加速的高电压，并将从磷层34发射的可见光反射到第一衬底12，向着第二衬底14。结果使电子发射装置10的亮度得到增强。

可以按照如下所述在阳极电极38和磷层、导电层34和36之间形成一个细间隙。首先，把可在高温下分解的聚合材料所形成的夹层形成在磷层和导电层34和36上。其次，通过在夹层上沉积金属来形成阳极电极38。然后，通过烘烤工艺(firing process)去掉夹层，从而得到细间隙。

间隔装置(spacer)44(参见图1)放置在第一、第二衬底12和14之间，用于对抗外部力量从而均匀地维持它们之间的间隙。间隔装置44对应于导电层36而放置，不会干扰磷层34发出的光。

通过向第一电极26施加数据驱动电压、向第二电极30施加扫描驱动电压，以及向阳极电极38施加几千伏的正DC电压来驱动上述发光装置10。

然后，在第一、第二电极26和30之间的电压差高于某一门限值的象素区域处，围绕电子发射区域32形成电场，从而，从电子发射区域32发射电子。所发射的电子被施加到阳极电极38的高电压加速从而和磷层34的特定部分发生碰撞，因此激发磷层34。每个象素的磷层34的发光强度对应于相应象素的电子发射量。

在一种实施例中，发光装置10的发光单元24满足下述公式1。

[公式1]

A₂/A₁≥约0.80

其中，A₁是第二衬底14的有源区域18的面积，而A₂是磷层34的面积。

在一种实施例中，磷层34的总面积大约是第二衬底14的有源区域18的80-98％。在另一种实施例中，发光单元24满足：约0.80≤A₂/A₁≤约0.98。在另一种实施例中，A₂/A₁可能大于约0.98。

在另一种实施例中，发光单元24满足下述公式2：

[公式2]

A₃/A₁≥约0.02

其中，A₁是第二衬底14的有源区域18的面积，而A₃是导电层36的总面积。在另一种实施例中，发光单元24满足下述条件：约0.02≤A₃/A₁≤约0.20。

公式2示出，导电层36的总面积大约是第二衬底14的有源区域18的2-20％。

当磷层34在第二衬底14的有源区域18上所占据的面积减少时，发光表面的亮度降低。因此，A₂/A₁等于或者大于约0.80以实现足够的亮度。

此外，当A₂/A₁小于约0.80时，导电层36在有源区域18上所占据的面积大大增大。这时，可以从发光装置10的外部看到导电层36，发光表面的亮度均匀性劣化。因此，一般在发光装置10的前面安装散射板，通过散射来自磷层34的光来增加亮度均匀性。在安装了散射板时，第二衬底14和散射板之间的间隙必须等于或者大于10mm。这增加了显示装置的厚度。在一种实施例中，发光装置不需要散射板。当A₂/A₁在约0.80到约0.98的范围内时，可以降低制造成本。进一步来说，在上述范围内，在磷层之间可以有效地形成导电层36。

同时，当导电层36所占据的面积小于第二衬底14的有源区域18的2％时，导电层36的功能(也就是使累积在磷层34上的电荷对外放电的功能)变差。因此，即使形成了导电层36，也不能充分抑制电气充电。因此，由于在磷层上累积的电荷而减小了电子束朝向磷层34的加速，从而使发光表面的亮度劣化。

在一种实施例中，因为形成磷层34和导电层36来满足上述条件，磷层34上电荷的累积可以得到有效的抑制，从而增强了发光表面的亮度，并维持发光表面的高水平的亮度均匀性。

在本实施例中，例如，第一、第二衬底12和14之间的间隙可以是约5到约20mm，这大于传统的电子发射装置的间隙。例如，阳极电极38可以通过阳极电压施加部分42来接收大于10kV，或者大约10-15kV的高电压。因此，发光装置10在有源区域18的中央部分实现了高于10,000cd/m²的亮度。

图4是根据本发明一种实施例的采用上述发光装置作为背光单元的显示装置的分解透视图。图4所示的显示装置只是一个示例，并不是对本发明的限制。

参见图4，本实施例的显示装置100包含一个发光装置10和置于发光装置10前面的显示面板50。用于将从发光装置10发出的光均匀地向显示面板50漫射的漫射器60可以被置于显示面板50和发光装置10之间。漫射器60可以与发光装置在空间上相互隔开一定的距离。顶架座62置于显示面板50的前面，并且底架座64置于发光装置10的后面。

显示面板50可以是液晶显示面板，或者其他自身无发射性的显示面板。在下面的说明中，将以液晶显示面板为例。

显示面板50包含由多个薄膜晶体管(TFT)组成的薄膜晶体管(TFT)衬底52、置于TFT衬底52上的滤色器衬底54，和置于TFT衬底52和滤色器衬底54之间的液晶层(没有示出)。起偏镜器片(没有示出)置于滤色器衬底54的顶表面和TFT衬底52的底表面上，用以使通过显示面板50的光偏振。

TFT衬底52是玻璃衬底，上面的TFT排列成矩阵图案(matrix pattern)。数据线和TFT的源极端子相连接，而栅极线和TFT的栅极端子相连接。此外，由透明导电层所形成的象素电极与TFT的漏极端子相连接。

当电信号从印刷电路板56和58输入到各个栅极线和数据线时，电信号被输入到TFT的栅极端子和源极端子。然后，TFT根据所输入的电信号而导通或者截止，并且把驱动象素电极所需要的电信号输出到漏极端子。

RGB滤色器形成在滤色器衬底54上，从而在光通过滤色器衬底54时发出预定颜色的光。将由透明导电层形成的公共电极(没有示出)置于滤色器衬底54的整个表面上。

当向TFT的栅极端子和源极端子施加电源而使TFT导通时，在象素电极和公共电极之间形成电场。通过电场，液晶层的液晶分子的取向角发生变化，因此每个象素的透射率根据液晶分子的取向角的变化而变化。

显示面板50的印刷电路板56和58分别和驱动IC封壳(package)561和581相连接。为了驱动显示面板50，栅极印刷电路板56发出栅极驱动信号，而数据印刷电路板58发出数据驱动信号。

发光装置10的象素的数量少于显示面板50的象素的数量，从而发光装置10的一个象素对应于显示面板50的两个或者多个象素。发光装置10的每个象素响应于显示面板50的相应象素中的最高灰度值而发光。发光装置10在每个象素处可以代表2～8位的灰度值。

为了方便起见，将显示面板50的象素称之为第一象素，而将发光装置10的象素称之为第二象素。此外，把对应于一个第二象素的多个第一象素称之为第一象素群。

为了驱动发光装置10，用于控制显示面板50的信号控制单元(没有示出)检测第一象素群的第一象素中的最高灰度值、根据所检测到的灰度值来计算第二象素的发光所需的灰度值、将计算得到的灰度值转换成数字信号，并用该数字信号生成发光装置10的驱动信号。发光装置10的驱动信号包含扫描驱动信号和数据驱动信号。

印刷电路板(没有示出)，即发光装置10的扫描印刷电路板和数据印刷电路板，分别连接到驱动IC封壳461和481上。为驱动发光装置10，扫描印刷电路板发出扫描驱动信号，而数据印刷电路板发出数据驱动信号。因此，当第一象素群显示一副图象时，发光装置10的相应的第二象素与第一象素群相同步，以发出具有预定灰度值的光。

如上所述，发光装置10的象素的发光强度都是独立受控的，以向显示面板50的每个第一象素群发出合适强度的光。结果，显示装置可以增强屏幕的动态对比度。

尽管上述说明中已经指出了本发明应用于各种实施例的各个新特征，但是本领域中的普通技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对所描述的装置和过程的形式和细节作出各种省略、替换和改变。因此，本发明的范围由附加的权利要求书而不是说明书所界定。权利要求的等效的含义和范围内的所有变化都落在其范围内。

Claims (18)

1.一种发光装置，包括：

相互面对的第一、第二衬底，所述第一、第二衬底中的每一个具有有源区域和围绕所述有源区域的非有源区域；

位于所述第一衬底的有源区域上的电子发射单元；以及

位于所述第二衬底的有源区域上且被设置为通过所述第二衬底向本身无发射性的显示装置提供光的发光单元，

其中，所述发光单元包含一个形成在第二衬底上的磷层和形成在所述磷层上的阳极电极，并且

其中，所述第二衬底有源区域面积A₁和所述磷层的面积A₂满足下述关系：

A₂/A₁≥0.8。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述面积A₁和所述面积A₂满足下述关系：A₂/A₁≤0.98。

3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述磷层只形成在所述有源区域上。

4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，进一步包含位于所述第二衬底上且由以下物质中至少一种构成的导电层，所述物质为：Al、Mo、Cr和导电的基于炭的物质。

5.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，设置所述有源区域使之发光，并且其中，所述非有源区域不发光。

6.一种发光装置，包括：

相互面对的第一、第二衬底，所述第一、第二衬底中的每一个具有源区域和围绕所述有源区域的非有源区域；

位于所述第一衬底的有源区域上的电子发射单元；以及

位于所述第二衬底的有源区域上的发光单元，

其中，所述发光单元包含形成于所述第二衬底上且空间上相互分开的多个磷层、置于所述磷层之间的导电层，以及形成于所述磷层和所述导电层上的阳极电极；并且

其中，所述第二衬底的所述有源区域的面积A₁和所述导电层的面积A₃满足下述关系：

0.02≤A₃/A₁≤0.20。

7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述第二衬底的所述有源区域的面积A₁和所述磷层的总面积A₂满足下述关系：

A₂/A₁≥0.80。

8.一种显示装置，包括：

用于显示图象的显示面板；以及

用于向显示面板发光的发光装置，

其中，所述发光装置包含：

相互面对的第一、第二衬底，所述第一、第二衬底中的每一个具有有源区域和围绕所述有源区域的非有源区域；以及

位于所述第二衬底的所述有源区域上的发光单元，

其中，所述发光单元包括形成于所述第二衬底上的磷层和形成在所述磷层表面上的阳极电极，并且

其中，所述第二衬底的所述有源区域的面积A₁和所述磷层的面积A₂满足下述关系：

A₂/A₁≥0.80。

9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述发光装置包含沿相互交叉的第一、第二方向排列的多个象素，并且所述象素的数量少于所述显示面板的象素的数量。

10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，进一步包含位于所述第一衬底的所述有源区域上且被设置为向所述磷层发射电子的电子发射单元。

11.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述磷层包含多个空间上相互分开的部分，并且其中，所述每一部分都对应于所述发光装置上的至少两个象素。

12.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，进一步包含导电层，其中，所述导电层被设置为将保留在所述磷层中的电子传输到所述非有源区域。

13.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述电子发射单元包含：

形成在所述第一衬底上且沿第一方向延伸的多个第一电极；

形成在所述第一衬底上且在沿与第一方向交叉的第二方向上延伸的多个第二电极，所述第二电极与所述第一电极相互绝缘；以及

与第一电极以及第二电极中的一个电相连的多个电子发射区域。

14.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述导电层被设置为吸收从所述显示面板反射的或者透过所述显示面板的至少一部分光。

15.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述第二衬底的所述有源区域的面积A₁和所述导电层的面积A₃满足下述条件：

A₃/A₁≥0.02。

16.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述导电层由导电的基于炭的材料或者一种金属构成，所述金属包含下面至少一种：Al、Mo和Cr。

17.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述第二衬底的所述有源区域的面积A₁和所述导电层的面积A₃满足下述条件：

A₃/A₁≤0.20。

18.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板是液晶显示面板。

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