CN102186273A

CN102186273A - 一种分时分区可控的场致发射背光装置

Info

Publication number: CN102186273A
Application number: CN201110037521.0A
Authority: CN
Inventors: 张宇宁; 崔渊; 李晓华; 雷威
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种分时分区可控的场致发射背光装置。该背光装置组成由（1）分区可控的栅电极层；（2）阴极基板；（3）阴极电极层；（4）阴极发射层；（5）支撑体；（6）真空腔体；（7）阳极荧光粉层；（8）阳极电极层；（9）阳极基板；（10）栅极控制电路；（11）阴极控制电路；（12）阳极控制电路等基本结构构成。这种背光装置可取代目前液晶显示的背光部分，并可以去除滤色片，提高光效且节约能源消耗约三分之二。该背光装置可以根据图像内容，灵活调整背光输出亮度和颜色在时间和空间位置上的分布，从而提高图像显示质量，降低制造成本，节约能源消耗。

Description

一种分时分区可控的场致发射背光装置

技术领域

本发明涉及显示器件中的一种分时分区可控的场致发射背光装置，属于显示器件设计与制造领域。

背景技术

液晶显示因为薄、轻等优点，已经战胜其它各种显示技术，成为当前主流显示技术。但是由于液晶显示非主动发光的特性，需要专门提供背光。在通常情况下，背光通过匀光混色后先后要经过偏振片、液晶层、滤色片、偏振片等不同结构单元。众所周知，第一层偏振片使输入光强损失1/2，滤色片使光强再次损失2/3；在通过第二层偏振片时，光强通过率在0到1之间，与图像内容相关，如果是全亮图案，则光全部透过，如果是全暗图案，光则全部不通过。

因此传统的液晶显示技术存在巨大的功耗浪费，因为无论何种图像内容，在时间上，背光一直保持一个稳定的高亮状态；在空间上，无论对应图像偏暗或偏亮区域，背光一直的均匀开启。所以在目前的液晶显示中，大部分的光源强度都被浪费。

因此如果能够根据具体图像内容，选择背光颜色，调节背光强度，将会有效降低器件功耗。比如在暗图像区域，降低对应背光亮度节约功耗；可以分时显示不同的背光颜色，利用时域混色，从而去除传统液晶显示的滤色片，降低器件制造成本，同时避免滤光片对可见光的吸收，提高器件的光利用率。

目前有利用LED背光阵列，实现区域暗化（Local Dimming），根据LED背光阵列分辨率的不同，可以实现不同程度的功耗降低。但当前LED背光采用点发光模式，背光分布的空间均匀性不够，从而影响图像质量，同时不同背光单元相互交叠严重，有效背光分辨率被降低。因此一种分时分区可控的准平面光源将会显著节约显示功耗和提高图像质量。

发明内容

技术问题：本发明为提高现有液晶显示图像质量和节约液晶显示器件功耗，提出一种分时分区可调的基于场致发光的背光装置。

技术方案：本发明分时分区可控的场致发射背光装置在真空腔体的上下两侧分别由支撑体连接阳极部分和阴极部分，其中阴极部分自下至上依次设有栅极控制电路、分区可控的栅电极层、阴极基板、阴极电极层、阴极发射层，阴极控制电路与阴极电极层相接；阳极部分自下至上依次设有阳极荧光粉层、阳极电极层、阳极基板，阳极控制电路与阳极电极层相接；支撑体。

分区可控的栅电极层是由一定数目的相互独立的栅电极块组成，栅电极块是方形、矩形、多边形或圆形，各个栅电极块之间相互独立，呈阵列排布或者蜂窝状排布；分区可控的栅电极层单独制备，或者直接制备在阴极基板的背面。

阴极电极层，直接制备在阴极基板上，阴极电极层是整片电极层，或者制备成与栅电极层分布相匹配的形状；阴极电极层分区可控，或整片连为一体。

阴极发射层的材料是纳米碳管，或是氧化锌，阴极发射层是整片发射层，或是一定形状的发射层。

阳极荧光粉层依附在阳极基板上，可以是整片的白色荧光粉，也可以是按照特定图案规律排布的红、绿、蓝荧光粉，或者其它颜色荧光粉组合的有序排列。

阳极电极层用于引导来自阴极发射层电子的运动方向，阳极电极层的形状与阳极荧光粉层的图案对应，从而可以控制每个荧光粉单元。

栅极控制电路用于对栅极电极层对应的栅电极块的控制，通过调节输出电压大小控制对应栅极电位的高低，从而控制阴极发射层对应位置发射电流的大小。

阴极控制电路与阴极电极层相连，用于控制选择阴极发射层对应位置是否发射，以及发射时间的长短。

阳极控制电路与阳极电极相连，用于控制阳极，从而选择需要激活的荧光粉，可以实现不同颜色的背光显示。

有益效果：本发明提供的一种分时分区可控的场致发射可取代目前液晶显示的背光部分，并可以去除滤色片，提高光效约三分之二。该背光装置可以根据图像内容，灵活调整分背光输出亮度和颜色在时间和空间位置上的分布，一方面可以有效抑制场序混色显示固有的色彩分裂，还可以通过背光分区调节背光亮度以提高液晶显示对比度，从而提高显示图像质量；另一方面该装置不用滤色片，不但降低制造成本，还提高了光效，节约能源消耗三分之二以上。

附图说明

图1和图2分别是本发明装置结构示意图的正面视图和侧面视图。其中有：分区可控的栅电极层1；阴极基板2；阴极电极层3；阴极发射层4；支撑体5；真空腔体6；阳极荧光粉层7；阳极电极层8；阳极基板9；栅极控制电路10；阴极控制电路11；阳极控制电路12。

图3是阳极电极层与栅极电极层相对位置关系示意图（俯视图）。其中黑心点表示交叉连通；空心点表示交叉不连通。红、绿、蓝分别表示与之对应的荧光粉层颜色。

图4是采用红、绿、蓝三场显示时，时间划分示意图。

图5是实现彩色背光时阳极阴极驱动信号的时序说明图。

具体实施方式

如图1（正面视图）和图2（侧面视图）所示，一种分时分区可调场致发射背光装置，主要包括以下部分：分区可控的栅电极层1；阴极基板2；阴极电极层3；阴极发射层4；支撑体5；真空腔体6；阳极荧光粉层7；阳极电极层8；阳极基板9；栅极控制电路10；阴极控制电路11；阳极控制电路12。

分区可控的栅电极层1：栅电极层可以单独制备，或者直接制备在阴极基板的背面。栅电极层是由一定数目相互独立的栅电极块组成。栅电极块可以是方形、矩形、多边形、圆形等形状；各个栅极块之间相互独立，呈阵列排布或者蜂窝状排布；

阴极基板2用于直接承载阴极电极层3和阴极发射层4，分区可控的栅电极层1也可直接制备在阴极基板的背面。阴极基板可以是一定厚度的玻璃，也可以是其它材料制备的绝缘层。

阴极电极层3直接制备在阴极基板上。阴极电极层可以是整片电极层，或者制备成与栅电极层分布相匹配的形状。视应用要求，阴极电极层可以分区可控，也可以整片连为一体。

阴极发射层，与阴极电极层相连。阴极发射层作为电致发光的电子源，可以是纳米碳管，也可以氧化锌等可能作为场发射体的某一种或某几种物质构成。视应用要求，阴极发射层可以是整片发射层，也可以是一定形状的发射层。

支撑体，用于支撑阳极基板和阴极基板，维持两者之间的距离。支撑体与阳极基板、阴极基板共同维系，构成真空腔体。

真空腔体，作为场致发射电子的加速通道，由阴极基板、阳极基板和中间的支撑构成的封闭空间。真空度达到场致发射稳定工作的要求。

阳极荧光粉层，依附在阳极基板之上。可以是整片的白色荧光粉，也可以是按照特定图案规律排布的红、绿、蓝荧光粉，或者其它颜色荧光粉组合的有序排列。

阳极电极层，用于引导来自阴极发射体的电子的运动方向。根据阳极荧光粉层的种类和图案，阳极电极层的制备与之对应，从而可以控制每个荧光粉单元。

阳极基板，用于附着阳极电极层和阳极荧光粉，并与阴极基板共同构成场致发射需要的真空腔体。

栅极控制电路用于对栅极电极层对应栅极块的控制。背光单元控制电路通过调节输出电压大小控制对应栅极电位的高低，从而控制阴极发射层对应位置发射电流的大小。

阴极控制电路，与阴极电极层相连，用于控制选择阴极发射层对应位置是否发射，以及发射时间的长短。

阳极控制电路，与阳极电极相连，用于控制阳极，从而选择需要激活的荧光粉，可以实现不同颜色的背光显示。

本发明提供的背光装置可以实现三色背光。为了保证光源的准平面性，红、绿、蓝荧光粉及与之对应的电极相间排列，如图3所示。每个栅极电极块对应若干红、绿、蓝电极条和荧光粉条。电极条和荧光粉条一一对应。阳极电极的宽度、间距，荧光粉条的宽度、间距，以及每行栅极电极对应的阳极电极数目，均取决于荧光粉发光的空间分布，应该使每个颜色的荧光粉发光都尽可能接近准平面光，即当显示某种颜色的背光时，其在空间上分布都要尽可能均匀。

注：本说明均以栅极电极为基础统计行列数目与标号，如图3中所示。

为了避免滤色片的光强损耗但又能实现彩色显示，本发明提供的背光装置可以在一帧时间内分时产生红、绿、蓝三场背光，如图4所示。为了液晶驱动方法简单，一般三场时间相同，即均为一帧时间的三分之一。同时结合利用液晶调节每个像素位置的光透过率，从而实现时域混色，实现彩色显示的效果。当然红、绿、蓝三场的顺序可以任意调换。由于现有液晶显示采用逐行选址，一帧维持的显示方式，所以对应的背光驱动时序要与之对应，保证在对应的时刻、对应的位置、提供对应强度和颜色的背光。为了与液晶驱动同步，背光采用每行错位刷新维持的方式，如图4所示。每行背光之间有一个等间隔时间延迟：延迟时间间隔 = 一场时间/背光行数。图4中所示刷新维持时间为最大可能刷新维持时间，实际刷新维持时间可以是其中的一部分。由于传统场序彩色显示可能出现色彩分裂的现象，为了有效避免红绿蓝场序彩色的色彩分裂现象，本发明提供的背光装置可以在一帧时间内分时产生不同基色的三场或多场背光。此时需要配合阳极、阴极和栅极三者之间的空间和时间关系。如图5所示。阳极采用类似逐行扫描的方式（高电位有效），通过调节阴极有效时间（低电位有效），控制一场该场该区域显示三色的比例，从而实现可以有效避免色彩分裂现象的彩色背光显示。

Claims

1. 一种分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于该背光装置在真空腔体（6）的两侧分别由支撑体（5）连接上部的阳极部分和下部的阴极部分，其中阴极部分自下至上依次设有栅极控制电路（10）、分区可控的栅电极层（1）、阴极基板（2）、阴极电极层（3）、阴极发射层（4），阴极控制电路（11）与阴极电极层（3）相接；阳极部分自下至上依次设有阳极荧光粉层（7）、阳极电极层（8）、阳极基板（9），阳极控制电路（12）与阳极电极层（8）相接。

2.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于分区可控的栅电极层（1）是由多个相互独立的栅电极块组成，栅电极块是方形、矩形、多边形或圆形，各个栅电极块之间相互独立，呈阵列排布或者蜂窝状排布；分区可控的栅电极层（1）单独制备，或者直接制备在阴极基板（2）的背面。

3.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阴极电极层（3），直接制备在阴极基板（2）上，阴极电极层（3）是整片电极层，或者制备成与栅电极层分布相匹配的形状；阴极电极层分区可控，或整片连为一体。

4.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阴极发射层（4）的材料是纳米碳管，或是氧化锌，阴极发射层是整片发射层，或是一定形状的发射层。

5.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阳极荧光粉层（7）依附在阳极基板（9）上，是整片的白色荧光粉，或是按照特定图案规律排布的红、绿、蓝荧光粉，或者其它颜色荧光粉组合的有序排列。

6.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阳极电极层（3）用于引导来自阴极发射层（4）电子的运动方向，阳极电极层（3）的形状与阳极荧光粉层（8）的图案对应，从而可以控制每个荧光粉单元。

7.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于栅极控制电路（10）用于对栅极电极层（1）对应的栅电极块的控制，通过调节输出电压大小控制对应栅极电位的高低，从而控制阴极发射层（4）对应位置发射电流的大小。

8.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阴极控制电路（11）与阴极电极层（4）相连，用于控制选择阴极发射层（4）对应位置是否发射，以及发射时间的长短。

9.根据权利要求1所述的分时分区可控的场致发射背光装置，其特征在于阳极控制电路（12）与阳极电极（8）相连，用于控制阳极，从而选择需要激活的荧光粉，可以实现不同颜色的背光显示。