CN1741226A

CN1741226A - 液晶显示装置用背光源

Info

Publication number: CN1741226A
Application number: CNA2005100969054A
Authority: CN
Inventors: 羽场方纪
Original assignee: Dialight Japan Co Ltd
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: CN1741226B; EP1630593A1; KR20070051344A; US20060044491A1; US7511415B2; US20060119762A1; TW200630701A; TWI383218B; JPWO2006022352A1; KR20060047377A; EP1796135A4; WO2006022352A1; KR101456708B1; JP5214146B2; KR101320826B1; EP1796135A1

Abstract

本发明的背光源具备：面板盒、配置于面板盒内的带萤光体阳极部及多个线状阴极部。线状阴极部，由在外周面形成碳纳米壁的导电性导线构成，电场电子发射部通过在带萤光体阳极部与线状阴极部之间施加电压，朝向带萤光体阳极部发射电子。

Description

液晶显示装置用背光源

技术领域

本发明是涉及液晶显示装置用背光源。

背景技术

由于液晶显示装置是薄型、轻量、低功耗，故近年来作为电视、便携式信息终端机、个人计算机、电子记事本、照相机一体型VTR等广泛的电子设备的显示装置而使用。液晶显示装置，是与阴极射线管或等离子显示器不同，其本身不是发光装置，而是控制由外部入射的光量而显示影像等的装置。如此的液晶显示装置中，在其背面，设置对该液晶显示装置进行照明的液晶显示装置用背光源(参照特开平06-242439号公报)。

上述的电子设备中，低耗电量被认为越来越重要，而液晶显示装置用背光源，可以说是占上述电子设备的总耗电量的约一半，因此，谋求液晶显示装置用背光源的低耗电量尤为重要。另一方面，例如，随着液晶电视等的显示画面大型化的进展，液晶显示装置用背光源的低耗电量的要求越来越高。鉴于如此的液晶显示装置用背光源的技术背景，本发明人等，谋求液晶显示装置用背光源的低耗电量化，另一方面，同时针对能对液晶显示装置以高亮度进行照明的液晶显示装置用背光源，进行努力研究。

而于液晶显示装置用背光源中，采用冷阴极管的代表性液晶显示装置用背光源，其要求亮度为10000cd/m²，不局限于画面尺寸，为得到此要求亮度，如以往，在液晶显示装置的侧面配置发光管(冷阴极管)，使用反射板、导光板、扩散片、棱镜片等，而对液晶显示装置进行照明的所谓的侧缘型背光源中，无法达到此亮度要求；而采取将发光管配置于液晶显示装置的正下部，即所谓的正下型配置方式。图7及图8，分别表示侧缘型及直下型的背光源。在图7中，9表示反射器、10表示冷阴极管(发光管)、11表示反射板、12表示导光板、13表示扩散片、14表示棱镜片。在图8中，15表示冷阴极管、16表示反射板、17表示扩散片、18表示扩散片、19表示棱镜片。

直下型的配置方式，是将直管状的发光管多个排列配置，或将发光管作成为蛇行状而配置。但是，即使在直下型的背光源中，由于发光管本身的发光亮度低，为得到要求亮度时，仍然需要消耗高发光电能。另外，随着液晶电视等的大型化，为得到要求亮度，需增加发光管的配置密度或配置个数，而使耗电量急剧增大。

另外，无论是侧缘型或直下型的背光源，皆需配置使光扩散的扩散片或扩散板等，由于使构成背光源的零件数增多，故有制造成本增高的问题。

发明内容

本发明，是有鉴于此以往的液晶显示装置用背光源的技术背景而提出的，本发明目的在于，是使背光源以低耗电量得到高发光亮度，另一方面，减少侧缘型与直下型的所需成本相关的扩散片等零件的件数，而廉价地提供一种平板型液晶显示装置用背光源，其能平面地、均匀地对液晶显示装置进行照明。

本发明的背光源，在对液晶显示装置的背面进行照明的平面面板形的背光源中，具备：面板盒，其具备被划分为多个发光区域的平面面板部；多个带萤光体阳极部，其在所述平面面板部的内面与各发光区域分别对应形成；多个线状阴极部，其在所述面板盒内与所述多个带萤光体阳极部的每一个分别相对配置；所述多个线状阴极部的每一个，具备：导电性导线，其在与所述多个带萤光体阳极部的每一个大致平行的方向上呈线状延伸配置；电场电子发射部，其包括在所述导电性导线的外周面形成的碳系膜，所述多个线状阴极部的每一个的电场电子发射部，设置成能分别朝向所述多个发光区域以放射状发射电子。

在本发明中，作为发光管，是着眼于电场电子发射型萤光管。电场电子发射型萤光管，与冷阴极管不同，在管内是没有稀有气体及水银蒸气的真空乃至大致真空的状态，而具备以下优点：耐环境性优异、由于管壁不会被加热而能以薄型提高设置密度、具高发光效率与高发光亮度、及长寿命而能得到高可靠性等。

本发明人等，着眼于电场电子发射型萤光管的优异特征，开发一种电场电子发射型萤光管，其能以较以往更低的耗电量进行高亮度发光，此发明的成果，进一步发展应用在平板型背光源。

本发明的液晶表示装置用背光源装置，不需如以往的背光源，排列配置多个发光管、或为了消除亮度不均而设置扩散片等，即能对液晶显示装置进行照明。

另外，上述的“线状”并不限定为直线状，也包含螺旋状、波纹状等曲线状、混合直线状与曲线状等之后的形状；另外，亦不限中空或实心；再者，其截面形状，亦无特别限定，不限于圆形，亦可为椭圆形、矩形或其他形状。

作为优选方式，所述碳系膜是碳纳米壁，所述导电性导线其截面为大致圆形，所述碳纳米壁在其外周面的全周以大致均匀的膜厚、高取向地成膜。

作为优选方式，所述碳系膜是碳纳米壁，该碳纳米壁具有将由多个纳米级的碳薄片构成的壁状部集合连结的形态，将上述壁状部作为使电子放出的壁状部使用。

附图说明

图1是表示由液晶电视本体将液晶显示装置与背光源分离的立体图。

图2是有关本发明实施方式的图1所示背光源的局部截面立体图。

图3是图2的背光源的侧面剖视图。

图4是沿图3的A-A线处的俯视剖视图。

图5是表示背光源的特性的图。

图6是表示背光源的其他变形例的图。

图7是以往的侧缘型背光源的概略构成图。

图8是以往的正下型背光源的概略构成图。

图9是有关本发明另一实施方式的照明灯的立体图。

图10是有关采用图9的照明灯的本发明的实施方式的背光源的立体图。

图11是对在导电性导线的外周面成膜碳纳米壁的成膜装置和采用该成膜装置的成膜方法的说明所提供的图。

图12A是表示放大导电性导线的截面的图。

图12B是表示放大导电性导线的部分的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式相关的液晶显示装置用背光源。

参照图1至图5，20是表示液晶电视整体。21表示液晶电视本体、22表示组装于液晶电视本体21中的液晶显示装置、23表示由液晶显示装置22背面进行照明的实施方式的背光源。

背光源23，是具备面板盒24、带萤光体阳极部25、及线状阴极部26。

面板盒24，是由一对上下相对的平面面板部27、28及4个侧面面板部29、30、31、32所围成，内部成为真空至大致真空的状态的真空密封管。将面板盒24的内部进行真空排气、真空密封的技术为公知技术，其详细说明省略。其一平面面板部27，是与液晶显示装置22的背面侧相对的面板部。此平面面板部27，是区划为对液晶显示装置27背面进行照明的多个发光区域，在实施例为A1、A2，A3三个。平面面板部27，是以玻璃，优选为碱(soda lime)玻璃所构成。另一平面面板部28，是平面面板部27的背面侧。此平面面板部28与侧面面板部29、30、31、32，是以与平面面板部27同样的玻璃一体构成。面板盒24的材料则不限于玻璃。面板盒24的材料，由于是对液晶显示装置22的背面进行照明，故只要所发出的光能透过即可。面板盒24的材料，优选透光率优异的材料。

在平面面板部27的内面，形成有带萤光体阳极部25。带萤光体阳极部25，是为萤光体层25a与阳极层25b的至少2层构造。萤光体层25a，是涂布于平面面板部27的内面上。阳极层25b，是以真空蒸镀法或溅射法蒸镀于萤光体层25a上。阳极端子25c，是将带萤光体阳极部25的阳极层25b向外部引出的端子。萤光体层25a的萤光材料，并无特别限定。萤光体层25a的萤光材料，优选能发白色光的材料。阳极层25b的材料优选铝薄膜。阳极层25b的材料，并不限于铝。阳极层25b的材料，亦可为透明电极的ITO(铟-锡氧化物)。ITO，例如可以溅射法形成。带萤光体阳极部25，是在平面面板部27的内面形成为扩展成平面状的状态。带萤光体阳极部25，在平面面板部27的内面，区分成多个的发光区域A1～A3。

带萤光体阳极部25，对于上述发光区域A1、A2、A3，可区分为多个的带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3，而由此多个的带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3来构成。

平面面板部28的内面，设置有分别对应于各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3的线状阴极部26A1、26A2、26A3。各线状阴极部26A1、26A2、26A3每一个，优选分别具备由镍构成的导电性导线33。

导电性导线33，可分别在外周面形成用于电场集中辅助的多个的凹凸部。

在导电性导线33的外周面付与凹凸，或者不付与凹凸而形成作为碳系膜的碳纳米壁35。

碳纳米壁能够由直流等离子CVD(Chemical Vapor deposition)法成膜。作为该成膜方法，具有例如在筒状体的被减压的内部空间中配置导电性导线，在该内部空间导入氢气和含碳气体，并且将该筒状体作为阴极，导电性导线作为阳极，在此之间施加直流电源并使在筒状体内产生等离子柱，在导电性导线的表面成膜碳纳米壁的成膜方法。筒状体中，存在将导线构成为线圈形状的物体，两端开口的圆筒体、该圆筒体的周壁为网眼状、栅状的物体。在该成膜处理中，直流电源的电压是300至1000V，优选500至800V，内部空间的压力为10至10000Pa，优选1000至2000Pa。上述成膜，导电性导线为截面圆形，且由于以配置于筒状体的大致中央的状态下成膜碳纳米壁，因此碳纳米壁在导电性导线的外周面以大致均匀的膜厚成膜，并且该碳纳米壁也成为在导电性导线的外周面全周以大致均等的高取向地成膜，成为电子放射特性优良的膜。

碳纳米壁35，是具备多个作为电场电子放出部的尖锐的微细部分的膜。凹凸部含有由螺纹切削加工等形成的可见尺寸的凹凸。凹凸部含有将导电性导线33进行拉伸加工而形成的微观尺寸的凹凸。凹凸部，是包含于导电性导线33的圆周方向的例如螺旋状的凹凸。凹凸部包含沿导电性导线33长度方向的凹凸。作为沿导电性导线33的长度方向形成凹凸的方法，例如，通过以研磨机将导电性导线33的外周面沿长度方向进行研磨，而使表面粗糙形成多个的微观为筋状的多个凹凸而构成。这些凹凸部，考虑到电子发射的稳定化，以排列于导电性导线33的圆周方向及长度方向为佳。凹凸部，其尺寸、形状，及个数等并无特别限定。导电性导线33只要为具导电性者即可。导电性导线33，并不限于镍。

碳纳米壁是具有与电传导度高的石墨相近的晶体结构，由数十层的石墨片构成，通过电压施加在作为端部的壁状部的上面引起高电场集中并发射电子的物体。碳纳米壁热稳定性、机械强度优良，即使在低真空环境下也具有稳定的电子发射特性。碳纳米壁的壁状部由两侧臂面和上壁面(端部)构成，在该上壁面引起电场集中并从该上壁面进行电子发射。碳纳米壁，即使在较低温且10^-1至10^-2Pa左右的低真空环境下，也进行电子发射等，环境负载非常小。

如果比较碳系膜35为碳纳米壁的情况和碳纳米管的情况，则相对于碳纳米管需要触媒金属且需要在高真空下成膜，碳纳米壁不需要触媒金属且可在较低真空下成膜。因此，碳纳米壁成膜成本廉价。

此外，碳纳米管，因为纵横尺寸比高且细，因此存在下述缺点：在其前端产生波动，难以使电子发射稳定化，此外由于在微量氧存在下表面积大，因此以电子发射时的热容易地进行氧化燃烧，并在发光时产生闪烁。与此对应，碳纳米壁，由于在导电性导线33的表面上为多个纳米级的碳薄片构成的壁状部在平面方向上被集合连结的状态，因此机械强度优良且即使在低真空环境下也具有稳定的电子发射特性。

导电性导线33，与平坦的基板上不同，由于截面为圆形，因此难以在其表面上付与触媒金属并在高真空下沿圆周方向均匀地使碳纳米管成长。由此，在导电性导线33的外周面，用喷射法或浸渍法涂敷碳纳米管等，难以直接在导电性导线33的表面上成膜碳纳米管自身。

与此相对，碳纳米壁不需要触媒金属，在低真空下即使导电性导线33的截面为圆形，在其表面上也容易成膜。特别，由于壁状部为连续的成膜状态，因此即使细导电性导线33表面也能取得稳定的成膜状态。

若于各线状阴极部26A1、26A2、26A3与各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3(带萤光体阳极部25)间，分别施加直流电压或高频脉冲电压，则各线状阴极部26A1、26A2、26A3由其各电子发射部的碳纳米壁35向其对应的各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3，以放射角θ分别以扩展为放射状的方式发射电子，各线状阴极部26A1、26A2、26A3，是分别对各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3间隔既定间隙而相对配置，而此间隙的大小，只要使由各线状阴极部26A1、26A2、26A3的各碳纳米壁35发射的电子，能以放射角θ发射、而覆盖于各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3的发光领域的程度即可。各线状阴极部26A1、26A2，26A3的导电性导线33，在实施方式中，是具备互相独立的导电性导线。作为其他实施例，各线状阴极部26A1，26A2、26A3的导电性导线33，亦可配置成以直线状相互排列，各线状阴极部26A1、26A2、26A3的导电性导线33，亦可以1条导电性导线在面板盒24的内部使其蛇行或折弯而构成。

若施加直流电压在各带萤光体阳极部25A1、25A2，25A3与各线状阴极部26A1、26A2、26A3之间，则于各线状阴极部26A1、26A2、26A3的各电子发射部的碳纳米壁35的尖锐形状部分电场强烈集中，基于量子通道效果电子会穿破能量壁障而发射至真空中。被发射的电子，被对应的带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3吸引而碰撞于萤光体，由此，存在于各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3的发光领域的萤光体被激发而发出可见光的白光。

图5是表示横轴上的两平面面板部27、28的间隙(对向间隙)、与纵轴上的由电场电子发射部的碳系膜以放射角θ放射电子的扩展径(mm)之间的关系。图5，是表示施加于带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3与线状阴极部26A1、26A2、26A3之间的直流电压(kV)为8kV、10kV、及15kV时的关系。图5所示，上述直流电压愈高，即使于同样间隙大小，电子的扩展径愈大。

以下叙述本发明人的实验。

面板盒24的平面尺寸是作成为长宽皆90mm、盒厚为10mm。各线状阴极部26A1、26A2、26A3的长度定为60mm。在带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3与线状阴极部26A1、26A2、26A3之间，以脉冲电源施加10kV(频率3kHz)。由此施加，实施方式的背光源的发光亮度为70000cd/m²，且其发光亮度的均一性为90％以上(测定点12点)。另外，实施方式的背光源，长时间发光(720小时)后不产生亮度劣化。另外，实施方式的背光源，面板盒表面的温度不会上升。

再者，亦可如图6所示，对线状阴极部26A1、26A2、26A3，在与各带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3为相反侧位置的线状阴极部26A1、26A2、26A3，配置弯曲为凹状的电子反射面36A1、38A2、36A3，将各线状阴极部26A1、28A2、26A3配置于各电子反射面36A1，36A2、36A3的焦点位置。若配置电子反射面36A1、36A2、36A3，因由各线状阴极部26A1、26A2、26A3朝各电子反射面36A1、36A2、36A3方向发射的电子，会向带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3侧分别成平行地反射，故能得到更高的发光亮度。另外，各线状阴极部26A1、26A2、26A3的导电性导线33的外周面中，相对于带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3侧的一半外周面以绝缘体被覆，于剩余的一半外周面，设置电场集中用辅助凹凸部、或者不设置凹凸部而形成碳纳米壁时，，则由各线状阴极部26A1、26A2、26A3的导电性导线33的半侧发射的电子，能以各电子反射面36A1、36A2、36A3反射而朝向带萤光体阳极部25A1、25A2、25A3侧，而能谋求面板盒进一步的薄型化。

还有，图9表示管状的照明灯40。该照明灯40具备：截面大致圆形的真空密封管41的内面上由荧光体层25a和阳极层25b构成的带荧光体阳极部2，和将该真空密封管41的大致中央沿长度方向延伸并配置的线状阴极部26。该线状阴极部26，与上述相同，具备线状延伸的导电性导线33和在上述导电性导线33的外周面形成的碳纳米壁构成的电场电子放出部35。

图10表示将上述照明灯40间隔规定间隔并列配置多个的有关本发明的实施方式的液晶显示装置用背光源23。图10中所示的背光源23，配置在液晶显示装置22的背面，对该液晶显示装置22的背面进行照明。图1的背光源23由在内部配置多个线状阴极部26的平面面板形的真空密封管构成。与此相对，图10的背光源23通过将配置了一个线状阴极部26的管状的真空密封管多个配置而构成。由于任一个线状阴极部26的截面为圆形或者椭圆形，因此从其外周面整体能够呈360度放射状发射电子。此外，如果背光源23薄型且大面积化，且线状阴极部的设置数减小时，则一个线状阴极部的覆盖的发光区域增大。因此，为了得到高亮度发光的背光源，需要从线状阴极部高效率且高稳定地进行电子发射。在本实施方式中，在构成线状阴极部的导电性导线的表面上成膜的电子发射材料不是碳纳米管，通过采用碳纳米壁、按照由上述实验验证那样，能够从线状阴极部高效率且高稳定地进行电子发射，可得到高亮度发光的背光源。

参照图11、图12A、图12B，说明在导电性导线33的外周面成膜碳纳米壁35的方法。碳纳米壁35能够用直流等离子CVD法成膜。参照图11，该成膜装置50具备导电性或者绝缘性的真空室52。在真空室52上设置气体导入口54和气体排出口56。等离子产生用气体为氢气，原料气体为含碳气体。真空室52的内压处于10Pa到10000Pa的范围。真空室52的内部周壁构成为线圈状，配设具有导电性的线圈状的筒状体58。在筒状体58的内部空间中配置作为基板的导电性的导线33。筒状体58沿长度方向延伸。导线33配置在筒状体58的内部空间并具有细长延伸的结构。筒状体58的内周面和导线33的外周面沿其延设方向间隔必要的空间相面对。筒状体58与电压可变型的直流电源60的负极连接并施加直流负电位，导线33与直流电源60的正极连接并施加直流正电位。

在具备以上构成的成膜装置50中，将真空室52的内压减压为上述压力范围内并从气体导入口54图示省略的气体供给瓶(bomb)导入氢气和碳系气体，如果将直流电源60的负电位施加给筒状体58，则在筒状体58的内部空间产生等离子柱62，在导线33的表面成膜碳纳米壁35。直流电源60的电压为300到1000V。

如上所述，在导电性导线33的外周面全周成膜碳纳米壁35。该碳纳米壁35如图12A、12B所示，具有由多个纳米级的碳薄片构成的壁状部37集合连结的形态。此外，由于导电性导线33配置在筒状体58的中央，因此壁状部37遍及导电性导线33的外周面的全周，以从该导电性导线33的中心沿半径方向树立设置的状态且从导电性导线33的外周面大致均匀的膜厚进行取向。该碳纳米壁35具有在壁状部37的上端电场集中的形状。

以上，虽然将碳纳米壁35的壁状部37作为使电子发射的壁状部使用，但图中未示出，该壁状部37不是电子放出源，可作为用于在该壁状部包围的区域内分散配置的针状的碳膜(碳针)的壁状部而使用。这是，虽然碳纳米管等的纵横比高的针状的碳针在其顶端容易引起高电场集中，但如果配置多个碳针，则电场不集中。因此，虽然优选分散配置碳针，但本发明中碳纳米壁的壁状部不是电子发射源，可作为用于碳针的分散配置的壁状部使用。

Claims

1.一种液晶显示装置用背光源，在对液晶显示装置的背面进行照明的平面面板形的背光源中，其特征在于，具备：

面板盒，其具备被划分为多个发光区域的平面面板部；

多个带萤光体阳极部，其在所述平面面板部的内面与各发光区域分别对应形成；

多个线状阴极部，其在所述面板盒内与所述多个带萤光体阳极部的每一个分别相对配置；

所述多个线状阴极部的每一个，具备：导电性导线，其在与所述多个带萤光体阳极部的每一个大致平行的方向上呈线状延伸配置；电场电子发射部，其包括在所述导电性导线的外周面形成的碳系膜，

所述多个线状阴极部的每一个的电场电子发射部，设置成能分别朝向所述多个发光区域以放射状发射电子。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述碳系膜是碳纳米壁，所述导电性导线其截面为大致圆形，所述碳纳米壁在其外周面全周以大致均匀的膜厚、高取向地成膜。

3、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述碳系膜是碳纳米壁，该碳纳米壁具有将由多个纳米级的碳薄片构成的壁状部集合连结的形态，将所述壁状部作为使电子放出的壁状部使用。

4、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述碳系膜是碳纳米壁，该碳纳米壁具有将由多个纳米级的碳薄片构成的壁状部集合连结的形态，将所述壁状部作为用于分散配置针状碳膜的壁状部使用。

5、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述导电性导线在其表面具有电场集中辅助用的凹凸部。

6、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述多个的带萤光体阳极部是一体形成的。

7、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

对于所述多个的线状阴极部的每一个，在与所述各多个的带萤光体阳极部每一个相反侧的位置，配置弯曲成凹状的电子反射面；所述多个线状阴极部的每一个，是配置于所述多个电子反射面的每一个的焦点位置。

8、如权利要求5所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述线状阴极部的导电性导线的外周面中的、与带荧光体的阳极部侧相对的半个外周面被绝缘覆盖，剩余半个外周面朝向所述电子反射面。

9、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述多个的线状阴极部，是将1条导电性导线在所述面板盒内部弯曲成蛇行状而互为一体地构成。

10、如权利要求1所述的液晶显示装置用背光源，其特征在于，

所述多个的线状阴极部，是将互相独立的多个导电性导线，分别与所述多个的带萤光体阳极部的每一个相对而配置。