CN2758818Y

CN2758818Y - 二极场发射光源曝光装置

Info

Publication number: CN2758818Y
Application number: CN 200420066209
Authority: CN
Inventors: 郑奎文
Original assignee: Teco Nanotech Co Ltd
Current assignee: Teco Nanotech Co Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2014-06-23

Abstract

一种二极场发射光源曝光装置，其特征是，该装置包括有：偏光片，具有受光侧与透光侧，具有过滤非定向散射光的能力；场发射光源构件，位于该偏光片的受光侧以朝向该偏光片发光，交变电路，具有与阳极构造连接的电压施加端，承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于所述电压施加端与所述阴极间；据此：一、交流电驱动方式可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造；二、以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)；三、回馈电路使光亮度均匀；四、程控可使曝光图腾多变化。

Description

二极场发射光源曝光装置

技术领域

本实用新型有关于一种二极场发射光源曝光装置，即结合场发显示器(Field Emission Display；FED)相关的应用技术，即曝光技术结合一种具碳纳米管阴极的场发射光源构件的构造技术，尤指结合一种以碳纳米管为电子发射源层(阴极)的场发射光源构件构造技术以用于曝光工艺(如半导体或显示面板业界常用的工艺)。

背景技术

传统的液晶显示器(LCD)面板包含TN/STN/TFT LCD，利用液晶的光电效应，通过外部的电压控制，再通过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况(或著称为可视光学的对比)，进而达到显像的目的，然由于液晶本身不发光，故需提供一背光源，而背光源种类有LED，EL，CCFL…等。

又VFD(真空荧光显示器)在透明的真空容器中由直热形阴极发射出热电子，经由栅极加速撞击至阳极利用阳极上的荧光体受电子的冲击而发光，依栅极的构造不同驱动方式可分为：静态直流(static)驱动，动态脉波(dynamic)驱动。

由上述传统的技艺而言，LCD面板轻薄，省电，且VFD优点为自发光，寿命长，操作温度范围广，成本低；但是LCD亮度低，仰赖背光源表现亮度仅达数百nits，难以达到帮助使用人的阅览效果；又LCD反应时间长，需约数十至数百ms；有视角限制；使用环境限制，环境温度限制在0度至60度；且VFD耗电量高；反应时间长，无法满足动态画面呈现；因此传统技术用于显示面板或曝光光源皆有其缺点。

由于碳纳米管(Carbon nanotubes)自1991年被Iijima提出后(Nature 354，56(1991))具备极高的电子特性，并且已被多种电子元件内所使用，而碳纳米管可以有很高的长宽比(aspect ratio)大于500以上，和高的刚性其杨氏系数多在1000GPn以上，而碳纳米管的尖端或缺陷处均为原子级规模的露出，以上这些特性因此被认为一种理想的场电子发射源(electron field emitter)材料，例如一种场发射显示器的阴极板上的电子发射源的利用。由于纳米碳管具备以上所示的物理特性，因此也可被设计为多种工艺如网印、喷涂或薄膜工艺等以图腾(pattern)化于电子元件使用。但亦可用于LCD的背光或光源构件。

本实用新型所谓的场发射显示器(可用于场发射光源构件)是一种利用电场以使阴极电子发射源(Cathode electron emitter)产生电子，通过该电子激发阳极板的荧光粉体，但使荧光粉体产生光子发光，其特色是轻、薄、有效显示区域尺寸的大小可依工艺及产品需求制作，此外也没有如平面液晶显示器的视角问题。可用于图像显示亦可以简化后的构造用于曝光工艺的光源。

请参考图1所示为中国台湾专利TW514984号，一种简易的公知曝光装置1a其结构至少包含控制系统10a与光源装置20a，其中该控制系统10a是用以控制该光源装置20a，亦可进一步包含一透镜光学处理装置30a具有调整光线能力，其下设置有被曝光对象40a，此一公知装置的缺点为该光源装置20a于该说明书中仅提及使用液晶显示面板(LCD)做为平行光源，其它如FED及OLED为散射光源，非平行光源，难以提供高分辨率的图腾用于曝光工艺，且透镜易产生光分布差异，大画面时曝光品质较差，即中心与角落亮度差较大，实为有待改善的技术。

请参考图2所示一种简易的公知场发射显示器1b，其结构至少包含阳极3b与阴极4b，单元结构5b有单元阳极51b及单元阴极52b，其间设置有阻隔壁(rib)53b，提供为阳极与阴极间真空区域的间隔，及作为阳极与阴极之间的支撑，参阅图1所示，一阳极3b至少包含一阳极玻璃基板31b，一阳极导电层32b，一荧光粉体层(phosphorslayer)33b；而一阴极4b至少包含一阴极玻璃基板41b，一阴极导电层42b，一电子发射源层43b(具纳米碳管)；其中阳极3b与阴极4b之间隔是由阻隔壁53b配置，其功能为保持阴极板与阳极板之间的真空区域的维系，并通过提供的一外加电场，以使阴极板上的电子发射源层43b产生电子并射向阳极板上的荧光粉体激发而使荧光粉体发光。该二极结构的场发射显示器，阴极与阳极的间隙可介于50μm至200μm之间，所需要的驱动电场强度多无须超过10V/μm，或驱动电压(Turnon Voltage)大于150V以上，即可使阴极产生电子，至于荧光粉的发光效率则依选用的该荧光粉材料特性而定。

又为满足曝光的光源需求，亮度至少需1000nits以上，以该等亮度需求，公知技艺的场发射发光元件需三极以上方能满足亮度需求，然以该等三极结构工艺复杂，成本高不利于低成本的光源元件，然若采取公知的二极结构，除非有特殊的电源结构，或高效率的阴阳极板，二极结构的发热或亮度不足仍难以满足市场的需求。另外曝光工艺不需动态影像显示，故以静态光源适用的回馈补偿电路是为可行，以使曝光工艺的光源图腾各处亮度均匀，使曝光品质良好。且曝光工艺无须灰阶与动态显示故场发射发光元件可以较简化的架构施行曝光工艺。

且，以碳纳米管制作为涂料的方式实施于场发射显示器1b以制作为阴极的电子发射源层43b，也仍得考虑是否有阳极发热的现象，此现像在直流驱动发光时特别明显，此问题仍待克服。职是，本创作人乃设计一种具交流电驱动的具碳纳米管阴极的光源构件用于曝光工艺，通过一交变电路设置于阴阳极玻璃基板上，再通过外部驱动IC(integral circuit)控制，配合控制电路(控制显影用)及回馈电路(补偿亮度不均匀区使光源各部份亮度均匀)(将电压电流或功率消耗过大区域降低其供电量及过小区提高供电量)，亦可使用喷涂、网印或蚀刻方法涂布阳极荧光粉体层及阴极纳米碳管层，据此以本方法制作可提供以下的优点：一、可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造；二、以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)；三、回馈电路使亮度均匀；四、控制电路使曝光的图腾影像可程序化控制。

实用新型内容

有鉴于以公知技艺制作的曝光工艺光源构造，需有种种分辨率及亮度与曝光品质需求，本实用新型乃在公知的场发射显示器加入交流电驱动电路，及阴阳极喷涂或印刷式涂层，以克服下列问题：一、提供一高亮度面板，以增加显示效果；二、曝光区域亮度均匀；三、以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)；四、亮度较不受反射折损。

本实用新型的主要目的，是提供一种可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造用于以场发射显示器实行曝光工艺，以使曝光工艺的用途需求得以满足。

本实用新型又一目的，是提供用于曝光工艺的构件，通过以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)，避免开发新控制电路的成本。

本实用新型再一目的，是提供用于曝光工艺构件，其光源亮度均匀且具补偿电路可使亮度均匀(将电压电流或功率消耗过大区域降低其供电量及过小区提高供电量)，提高曝光工艺品质。

为达上述所谓的诸目的，本实用新型提供一种具交流电驱动的具碳纳米管阴极的二极场发射光源曝光装置，通过一交变电路设置于阴阳极玻璃基板上，再通过外部驱动IC(integral circuit)控制，及各种相关附加构造(回馈电路及控制电路)，使得公知的种种问题可以克服。

本实用新型一种二极场发射光源曝光装置包含：偏光片，具有受光侧与透光侧，具有过滤非定向散射光的能力；场发射光源构件，位于该偏光片的受光侧以朝向该偏光片发光，该场发射光源构件包含：阳极构造，具荧光粉体层，位于接近偏光片侧；阴极构造，具碳纳米管层，位于远离偏光片侧；交变电路，具有与阳极构造连接的电压施加端，可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于所述电压施加端与所述阴极间；所述交变电路进一步包括：控制电路，具有控制各该阴阳极单元以使荧光粉体层产生图腾化发光区域的能力；及与控制电路连接的回馈电路，产生或接受一补偿电流，并将所述补偿电流施加于所述交变电路的电压施加端与该阴极间。

本实用新型中，由于曝光工艺不需动态影像显示，故以静态光源适用的回馈补偿电路是为可行，以使曝光工艺的光源图腾各处亮度均匀，使曝光品质良好。且曝光工艺无须灰阶与动态显示故场发射发光元件可以较简化的架构施行曝光工艺。

本实用新型提供了一种具交流电驱动的具碳纳米管阴极的光源构件用于曝光工艺，通过一交变电路设置于阴阳极玻璃基板上，再通过外部驱动IC(integral circuit)控制，配合控制电路(控制显影用)及回馈电路(补偿亮度不均匀区使光源各部份亮度均匀)，将电压电流或功率消耗过大区域降低其供电量及过小区提高供电量；同时，使用喷涂、网印或蚀刻方法涂布阳极荧光粉体层及阴极纳米碳管层，本装置具有的优点为：可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造；以现有技术易于获取驱动IC(integral circuit)，有效控制了产品成本；回馈电路使亮度均匀；控制电路使曝光的图腾影像可程序化控制。

为了使贵审查员能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1是公知曝光显影装置的结构示意图；

图2是公知场发射显示元件结构示意图；及

图3是本实用新型二极场发射光源曝光装置构造示意图。

公知曝光装置 1a 控制系统 10a

光源装置 20a 光学处理装置 30a

被曝光对象 40a

场发射显示器 1b 阳极 3b

阳极玻璃基板 31b 阳极导电层 32b

荧光粉体层 33b 阴极 4b

阴极玻璃基板 41b 阴极导电层 42b

电子发射源层 43b 单元结构 5b

单元阳极 51b 单元阴极 52b

阻隔壁 53b

场发射光源构件 1 阳极玻璃基板 31

阳极导电层 32 荧光粉体层 33

阴极构造 4 阴极玻璃基板 41

阴极导电层 42 电子发射源层 43

阻隔壁 53 偏光片 6

被曝光对象 7 光阻层装置 8

交变电路 9 高频电源 10

控制电路 11 回馈电路 12

具体实施方式

请参考图3，本实用新型提供一种二极场发射光源曝光装置，其具有偏光片6，具有受光侧与透光侧，具有过滤非定向散射光的能力；及场发射光源构件1，其包含阳极构造3(包含阳极玻璃基板31、阳极导电层32及荧光粉体层33)，位于接近偏光片6侧，具荧光粉体层33，用以受阴极构造发出的电子撞击而发光；又有阴极构造4(包含阴极玻璃基板41、阴极导电层42及电子发射源层43)位于远离偏光片6侧，具碳纳米管层形成的电子发射源层43，受电偏压时可放出电子束；及交变电路9，具有电压施加端，所述电压施加端一般与阳极构造相连接，而以阴极构造4为0V的电位，所述交变电路可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于该电压施加端与该阴极间；其中该阳极构造具有场发射光源构件1发光区，可具有驱动端电路而连到外界驱动电源，如图3中所示高频电源10；本实用新型可为二极(阴极对阳极发射电子束)构造。由于控制逻辑与一般的半导体二极管极为相似，因此驱动IC应极易开发，可就现有IC成品设计改做即可使用。且又当为成本考量时，以喷涂或网印方式涂布阴极的纳米碳管层为较佳；且其中该碳纳米管层具有一预定范围的阴极喷涂层厚度。其中阴极构造4与阳极构造3是以阻隔壁53加以分开。其中该荧光粉体层一般为白色亦可为具红绿蓝三色显示能力的荧光粉体所形成。本实用新型的交变电路中尚包括控制电路11，具有控制各该阴阳极单元以使荧光粉体层产生图腾化发光区域的能力，其原理与显示器显像的原理相同，对于具有矩阵状像素的场发射显示器来说并非难事，亦可因应曝光生产的产品的需要(被曝光对象7不同时图腾产生亦不同)，以软件控制显示不同的图腾，所述控制电路的实现方法为本领域技术人员的公知内容；回馈电路12，具有电压电流传出端，并具产生或接受一补偿电流的能力；所述回馈电路，可与控制电路相连接，以产生补偿电流或电压的控制供电量能力，使场发射光源各处发光均匀，并以施加于所述电压施加端与所述阴极间的方式来补偿各处光亮程度。

本实用新型的部份元件为场发射光源构件1，且该元件截面构造大致与图2公知构造相同，所不同者，是使用交变电路、控制电路与回馈电路。因此本发明能较公知的装置更具亮度及高曝光品质。

本实用新型的二极场发射光源曝光装置，尚且可进一步包含下列细部特性：其中该荧光粉体层33的粉体种类可为业界常用的阴极射线管的P-22系列荧光粉，以便材料取得容易；其中该预定交流电压范围可为正负150V到正负900V之间，该预定交流频率可为12kHz到14kHz之间；其中该碳纳米管层(电子发射源层43)及荧光粉体层33可为喷涂、网印或曝光显影方式所涂布；其中阻隔壁53可以网印或微影工艺制作于阴极或阳极的一侧，以提供为维系阴阳极的真空间隙，且具一特定厚度，以使阴阳极于一外加交变电位可形成一交变电场，其厚度可以为50-200μm；其中该荧光粉体层可为白色荧光粉体所构成；其中该白色荧光粉体可为电子激发发光所产生的波长范围至少包含可见光光谱范围；又其中该碳纳米管层(电子发射源层43)可包含有经改质后的碳纳米管，具有高电子发射率，一般改质后的碳纳米管会具有特性的改善，如导电特性或电子发射率，且特定的界面附着能力亦可能通过改质达成；其中该荧光粉体至少为一种硫化锌为基质主成分为ZnS:Ag+(Zn，Cd)S:Cu，Al或一种Y₂O₂S:Tb，或一种由阴极射线管常用的硫化锌为主成分的三色荧光粉依特定比例搭配调制的成份；亦可进一步具有一光阻层装置8，位于该偏光片的透光侧，使曝光强度得以调整。

通过以上的详细揭示验证，本实用新型的优点如下；

1.为交变电源驱动，具高亮度，可达1000-2000nits以上，室外使用不论日夜皆可清楚显示液晶影像，且使用寿命长。

2.可为均匀曝光，其均匀度视发光区块大小而定。

3.环境适应性高，可做为工业等级用途。

4.可程序化，可因应不同曝光产品需求而有不同曝光图腾。

Claims

1、一种二极场发射光源曝光装置，其特征是，该装置包括有：

偏光片，具有受光侧与透光侧，具有过滤非定向散射光的能力；

场发射光源构件，位于该偏光片的受光侧以朝向该偏光片发光，该场发射光源构件包含：

阳极构造，具荧光粉体层，位于接近偏光片侧；

阴极构造，具碳纳米管层，位于远离偏光片侧；

阻隔壁，邻接于阳极构造与阴极构造之间，以维系阴阳极间的真空间隙，具一预定厚度；

交变电路，具有与阳极构造连接的电压施加端，承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于所述电压施加端与所述阴极间；

所述交变电路进一步包括：

控制电路，具有图腾产生于荧光粉体层的能力；及

与控制电路连接的回馈电路，产生或接受一补偿电流，并将所述补偿电流施加于所述交变电路的电压施加端与阴极间。

2、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该荧光粉体层的粉体种类为阴极射线管应用的P-22系列荧光粉。

3、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该预定交流电压范围为正负150V到正负900V之间，该预定交流频率为12kHz到14kHz之间。

4、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该碳纳米管层及荧光粉体层为喷涂、网印或曝光显影方式所涂布。

5、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该阻隔壁为网印或微影工艺涂布实施制作于阴极或阳极结构的一侧，该厚度为50到200μm。

6、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该荧光粉体层为白色荧光粉体所构成。

7、如权利要求6所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该白色荧光粉体为电子激发发光所产生的波长范围至少包含可见光光谱范围。

8、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该碳纳米管层包含有经改质后的碳纳米管，具有高电子发射率。

9、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，该荧光粉体至少为一种硫化锌为基质主成分为ZnS:Ag+(Zn，Cd)S:Cu，A1或一种Y₂O₂S:Tb，或一种由阴极射线管常用的硫化锌三色荧光粉依特定比例搭配调制的成份。

10、如权利要求1所述的二极场发射光源曝光装置，其特征是，进一步具有一光阻层装置，位于该偏光片的透光侧。