JP2005340189A - 二極管型バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡明な構造を有し、低コストにより容易に製造することができ、しかも環境を汚染する虞のない、バックライト装置を提供すること。
【解決手段】陽極層の表面に蛍光体層を備えて成る陽極部と、前記蛍光体層に相対向するように配置された陰極層の前記蛍光体層に向かう面にエミッタ層を備えて成る陰極部とを備えて成る二極管型バックライト装置。
【選択図】 図２

Description

この発明は、二極管型バックライト装置に関し、さらに詳しくは、簡明な構造を有し、低コストにより容易に製造することができ、広範な表示装置に用いることのできる二極管型バックライト装置に関する。

デジタル放送開始などを契機として大型テレビの開発が促進され、この大型テレビに十分に対応することのできる優れたデバイスの開発が急務となっている。これまでは、ブラウン管（ＣＲＴ）が主流であったが、その重量、大きさおよび消費電力などに問題があるため、次第にプラズマディスプレー（ＰＤＰ）または液晶ディスプレー（ＬＣＤ）に移行しつつある。また、近年においては電界放出型表示装置（ＦＥＤ）の開発が活発になっている。

前記ＦＥＤは、陰極と蛍光体を有した陽極とゲート電極とにより構成され、真空中において、陰極から放出される電子を陽極の蛍光体に衝突させて、前記蛍光体の発光によって画素を発光させ、ゲート電極のオンオフにより陰極から放出される電子を制御して各画素を発光させ、又は発光させないようにし、これによって多数の画素を有するディスプレイにおいて所定の画像を表示する。このＦＥＤは、高画質が得られ、発光効率も高く、しかも低コストであるという特長を有していることから、大型テレビ用ディスプレーデバイスの本命と期待されている。

従来の電界放出型表示装置の基本構成を図１に示す。電界放出型表示装置１は、ゲート電極２、絶縁体３、エミッタ４および陰極（電子源）５から形成された電子放出部６ならびに陰極板（ガラス基板）７を備え、この電子放出部６が、陽極板（ガラス基板）８、陽極（導電性膜体）９および蛍光体１０から形成された陽極部に、直流電源１１および１２を介して電気的に接続されて形成された３極管構造の装置である（非特許文献１参照）。

「光エレクトロニクスの基礎」、（株）日本理工出版会、２００２年７月２０日再版発行

前記ゲート電極２における発光させようとする画素に対応する電極と陰極５との間に直流電源１１によって電圧を印加すると、電子源である陰極５から電子が供給され、エミッタ４から電子が放出される。陽極９とゲート電極２との間に直流電源１２によって電圧を印加すると、前記エミッタ４からから放出された電子が陽極９に向って加速され、蛍光体１０に衝突することによって発光する。

ここにおいて、前記ゲート電極２は、電子放出源であるエミッタ４に近接して設けることにより、エミッタ４から電子を放出または抑止することを制御するために用いられる電極である。つまり、ゲート電極２は、蛍光体１０からの発光を制御している。このゲート電極２および絶縁体３には、複数の穴部が形成されていて、さらにこの穴部に対応するエミッタ４が形成されている。

また、現在も汎用されているＬＣＤにおいては、冷陰極管または発光ダイオード（ＬＥＤ）が、バックライトとして用いられている（非特許文献２参照）。

「ディスプレイ部品・材料最前線」、工業調査会、９１、２００２年１２月発行

ところで、ディスプレイ装置として前記ＦＥＤは今後もその技術開発が望まれるところ、前記ＦＥＤを単なるバックライト装置に転用することは可能ではあるものの、適切ではないと考えられる。なぜならば、バックライト装置は、画像を表示する必要はなく単に発光が可能であればよいのであるから、ことさらにゲート電極による画素毎のオンオフ動作をする必要がないのである。

前記ＬＣＤにおけるバックライトとして用いられる冷陰極管には水銀が含まれているので環境汚染という問題がある。

この発明は、簡明な構造を有し、低コストにより容易に製造することができ、しかも環境を汚染する虞のない、二極管型バックライト装置を提供することをその課題とする。

すなわち、この発明の前記課題を解決するための手段は、陽極層の表面に蛍光体層を備えて成る陽極部と、前記蛍光体層に相対向するように配置された陰極層の前記蛍光体層に向かう面にエミッタ層を備えて成る陰極部とを備えて成る二極管型バックライト装置である。

前記手段における好ましい態様としては、前記エミッタ層が、カーボンナノチューブを含有してなることを特徴とする前記請求項１に記載の二極管型バックライト装置を挙げることができる。

この発明によれば、水銀を使用していないので環境問題を生じることのない二極管型バックライト装置を提供することができる。

この発明の一例としての二極管型バックライト装置は、蛍光体を備えた陽極部と電界放出型エミッタを備えた陰極部との間に、スペーサを介在させて成る。この二極管型バックライト装置を図面に基づき説明する。

図２は、この発明の一例である二極管型バックライト装置を示す図である。この二極管型バックライト装置１３は、陽極層１４、蛍光体層１５および陽極基板１６から形成された陽極部１７と、エミッタ層１８、陰極層１９および陰極基板２０から形成された陰極部２１との間に、スペーサ２２を介在させ、前記陽極部１７と前記陰極部２１とを、直流電源１２を介して電気的に接続して形成された２極管構造を有する。

前記陽極層１４は、平面状をなす導電性膜体から成り、平板状をなす陽極基板１６の表面に形成された電極である。前記導電性膜体としては、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ、透明電極）などから形成された膜体を挙げることができる。このような導電性膜体を前記陽極基板１６の表面に形成する方法としては、スプレー法をはじめとする化学的製膜法、真空蒸着法およびスパッタ法で代表される物理的製膜法などを挙げることができる。この導電性膜体の厚さに特に制限はないが、通常は１０〜４００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。

蛍光体層１５は、複合金属化合物から成る可視光発光体である。前記複合金属化合物としては、例えば、青色発光体として、ＢａＭｇＡｌ_１４Ｏ_２３：Ｅｕ^２+、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２+、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３+などを、緑色発光体として、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^５+、Ｔｂ^３+、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ^２+、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ^３+などを、赤色発光体として、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２+、ＹＶＯ_４：Ｅｕ^３+などを挙げることができる。

前記蛍光体層１５は、前記陽極層１４の表面に、スクリーン印刷法、沈殿法、スラリー法などにより形成することができる。その厚さに特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。

また、陽極基板１６は、ガラス基板、非導電性樹脂などから成る板状体であり、前記陽極層１４および前記蛍光体層１５を支持する板である。この陽極基板１６としては、ガラス基板が好ましく、その厚さに特に制限はないが、通常は０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．７〜１．１ｍｍである。

この二極管型バックライト装置１３においては、前記陽極基板１６、陽極板１４および蛍光体層１５から陽極部１７が形成されている。

さらに、前記エミッタ層１８は、電子源である陰極層１９から供給された電子を真空中へ放出させる機能を有する部材である。このエミッタ層１８は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーンなどから成る部材を含有して形成され、特にＣＮＴから成るエミッタ層１８が好ましい。前記ＣＮＴとしては、流動気相成長法により製造される直径２〜３０ｎｍ、長さ０．１〜１０μｍの微細中空炭素繊維が好ましい。図３は、このような単層ＣＮＴを模式的に示す図である。流動気相成長法により製造されるＣＮＴは、一端に触媒となった微細な金属粒子を含有する。好適なＣＮＴは、炭素六角網面を有する炭素結晶層が一層である。前記微細中空炭素繊維は導電性が高く、細く長い形状を有しているので、それを使用したエミッターは低電圧で放電可能である。

前記エミッタ層１８は、例えば、溶媒中にカーボンナノチューブを分散させた分散液を陰極層１９に塗布し、その後、溶媒を除去することによって形成することができる。前記溶媒としては、制限はなく、例えば、ジメチルホルムアミド、トルエン、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、水などを挙げることができる。

前記エミッタ層１８の形状に制限はないが、図２に示すようにバックライトとして一様な光を発光させるのに必要な面積を有する層であることが好ましく、また、前記エミッタ層１８は、陰極層１９の表面に薄膜状に形成されていることが好ましい。平板状であり、薄膜状に形成されていることによって、真空中に電子を放出する機能を有するＣＮＴの数を多く、かつ均一に分布させることができるからである。

陰極層１９は、電子源であり、電子を電源から供給する電極である。この陰極層１９としては、ＩＴＯなどから形成された膜体を挙げることができる。このような膜体を形成する方法としては、スプレー法をはじめとする化学的製膜法、真空蒸着法およびスパッタ法で代表される物理的製膜法などを挙げることができる。この陰極層５の厚さに特に制限はないが、通常は１０〜４００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。

また、前記陰極基板２０は、ガラス基板、非導電性樹脂などから成る板状体であり、前記エミッタ層１８および前記陰極層１９を支持する板である。この陰極基板１９としては、ガラス基板が好ましく、その厚さに特に制限はないが、通常は０．５〜２ｎｍ、好ましくは０．７〜１．１ｎｍである。

この二極管型バックライト装置１３は、前記エミッタ層１８、陰極層１９および陰極基板２０から電子放出部である陰極部２１が形成されていて、前記陽極部１７と前記陰極部２１とが、電源１２（直流電源または交流電源）を介して電気的に接続されて構成されている。そして、この発明の二極管型バックライト装置１３は、前記陽極部１７と陰極部２１との間に、スペーサ２２を介在させて成る。

前記スペーサ２２は、前記陽極部１７と前記陰極部２１との間隔を一定に確保するために用いられる。また、前記機能の他に、このスペーサは、この二極管型バックライト装置において、減圧又は高真空に維持された二極管内で陽極部と陰極部とを指示して両極間の距離一定に維持する機能をも有する。かくして前記スペーサ２２を形成する材料は、電気絶縁材料または半導体材料で好適に形成される。前記電気絶縁材料としてはガラスまたはプラスチックを挙げることができ、半導体材料としては半導体ガラスを挙げることができる。

前記半導体ガラスは、電気伝導率が金属材料と絶縁材料との間にあり、絶縁材料に近接した電気伝導率を有するガラスである。また、前記プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を挙げることができる。

前記スペーサ２２は、陰極層１９上に層状に形成してもよいが、図２に示すように、球体等の転動可能な形状であることが好ましい。転動可能な形状として例えば、直径が５μｍ〜１ｍｍの球体、もっとも大きな直径が５μｍ〜１ｍｍであり、アスペクト比が１〜２である楕円体、直径が５μｍ〜１ｍｍであり、アスペクト比が１〜２である円柱体、一辺が５μｍ〜１ｍｍである立方体、三辺それぞれが５μｍ〜１ｍｍであり、アスペクト比が１〜２である角柱体、等を挙げることができる。好適な形状は、球体である。また、球体のスペーサ２２は、図２に示すように、陰極層１９上に点在させることが好ましい。

前記球体のスペーサ２２は、その直径が、５〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍ、より好ましくは１００〜２００μｍである。この球体のスペーサ２２の径が５μｍ未満では、エミッタ層１８に使用されるＣＮＴと蛍光体層１５とが短絡し、二極管型バックライト装置１３が破損することがあり、５００μｍを越えると、電子を真空中へ放出させるための電界強度がより大きな値を必要とし、消費電力が多大なるので望ましくない。

前記スペーサは、以下のスプレー法及び帯電ばら撒き法等により、エミッタ層表面に配設することができる。

すなわち、例えばカーボンナノチューブ等の導電性物質を含有する導電性物質分散液を、陰極層の表面に層状に形成された陰極層の表面に塗布し、形成された陰極層の表面に、スペーサを溶媒中に分散させてなるスペーサ分散液を噴霧するスプレー法を二極管型バックライト装置における好適なスペーサ配設方法として挙げることができる。

スペーサとしては前記したとおりの転動可能な形状を有する物質が好ましい。スペーサ分散液を形成する溶媒としては、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、及びブチルアルコール等のアルコール等を挙げることができる。

スペーサ分散液は前記溶媒に前記スペーサを均一に分散するために超音波照射処理をするのが良い。つまり、スペーサを溶媒に添加した後に超音波分散処理をするのが良い。

スペーサ分散液を噴霧するにはスプレー装置を使用するのが良い。スプレー装置におけるノズルから前記陰極層表面にスペーサ分散液を噴霧するのが良い。前記ノズルから霧状となったスペーサ分散液を円錐形に広がるように噴霧するのが好ましい。円錐形の霧状となってスペーサ分散液を噴霧する際、前記円錐形の頂角つまり噴霧角及びノズルの先端部から陰極基板層表面までの長さは、前記円錐形の底面に陰極基板の表面が位置するように前記ノズルを配置した場合に、前記円錐形の底面面積が前記陰極基板表面の面積の１．５倍〜２．５倍になるように適宜に決定される。このように噴霧角及びノズルの高さ位置は容易に決定可能である。一例を挙げると、陰極基板が３インチ角である場合に、スプレー装置のノズルを前記陰極基板から２００ｍｍの高さ位置に配置し、前記ノズル汚噴霧角を４０度にするのが良い。

前記帯電ばら撒き法を利用したスペーサ配設方法は、例えば、スペーサに静電気を帯びさせ、静電気を帯びたスペーサを前記陰極層表面に散布する手法である。スペーサに静電気を帯電させるには、例えばそのスペーサがガラス製であるならば、そのスペーサを収容したプラスチック製容器を振蕩するのが、良い。帯電したスペーサの散布は、前記プラスチック製容器の開口に装着されたところの、多数の通過口を有する口金を通じて、前記プラスチック製容器を上下にゆすることにより、前記スペーサを陰極層表面に振りかけることにより行うのが、良い。

以上のようにしてスペーサが陰極層表面に配設されていると、形成された二極管型バックライト装置は、陰極層と蛍光層との接触がなく、また陰極層と陽極層との短絡もなく、したがって、高輝度で、輝度ムラもなくバックライトを発光させることができる。

このように構成されたこの二極管型バックライト装置１３においては、超真空下、陰極層１９と蛍光体層１５との間に電源１２によって電圧を印加すると、エミッタ層１８から電子が放出され、放出された電子は陽極部１７に向って加速され、蛍光体層１５に衝突することによって発光する。印加する電圧にも制限はないが、通常は１０〜１００ｖ、好ましくは１０〜４０ｖである。

この発明の二極管型バックライト装置は、ゲート電極を設けることを要しない二極管型バックライト装置であるため、簡明な構造となり、低コストにより容易に製造することができる。しかも、水銀を含む冷陰極管を用いることがないことから、環境を汚染する虞もない。

以下、実施例を挙げてこの発明をさらに具体的に説明するが、この発明はこれら実施例によってなんら限定されることはない。

（実施例）
〔二極管型バックライト装置の作製〕
図２に示す二極管型バックライト装置を作製した。

陰極層１９としてＩＴＯを用い、陰極基板２０として厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、スパッタ法によって、ガラス基板の表面に厚さ２０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。

別途、ジメチルホルムアミド１００ｍｌにカーボンナノチューブ（直径２０ｎｍ、長さ３μｍ）０．００２ｇを投入し、常温で６０分間、撹拌混合して、カーボンナノチューブ分散液を調製した。このカーボンナノチューブ分散液を前記ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板の表面に塗布した後、ジメチルホルムアミドを除去してエミッタ層１８を形成して、電子放出部である陰極部２１を設けた。

次いで、スペーサ２２として直径２０μｍの真球状ガラスを用い、このガラスを前記陰極層１９の表面に散布した。

続いて、前記スペーサ２２の上部に、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７／Ｅｕを用い、ガラス基板の上に陽極板１４を形成して、その上に蛍光体層１５をスクリーン印刷によって形成した。さらに、厚さ２０ｎｍのＩＴＯ膜から成る陽極板１４および厚さ０．７ｍｍのガラス基板から成る陽極基板１６を形成して陽極部１７を設け、二極管型バックライト装置１３を作製した。

〔二極管型バックライト装置の発光試験〕
前記二極管型バックライト装置１３における陽極部１７と陰極部２１とを、直流電源１２を介して電気的に接続し、この二極管型バックライト装置１３を真空（１．１×１０^−７Ｔｏｒｒ）チャンバ内に据置して、４０ｖの電圧を印加することにより、前記二極管型バックライト装置の発光試験を実施した。電界強度１．２ｖ／μｍにおいて、５００ｃｄ／ｍ^２の発光が確認され、輝度ムラもなかった。

従来の電界放出型表示装置を示す図である。 この発明の二極管型バックライト装置を示す図である。 この発明に用いる単層カーボンナノチューブを模式的に示す図である。

符号の説明

１ 電界放出型表示装置
２ ゲート電極
３ 絶縁体
４ 電界放出型エミッタ
５ 陰極
６ 電子放出部
７ 陰極板
８ 陽極板
９ 陽極
１０ 蛍光体
１１ 電源
１２ 電源
１３ 二極管型バックライト装置
１４ 陽極板
１５ 蛍光体層
１６ 陽極基板
１７ 陽極部
１８ エミッタ層
１９ 陰極層
２０ 陰極基板
２１ 陰極部
２２ スペーサ

Claims (2)

1. 陽極層の表面に蛍光体層を備えて成る陽極部と、前記蛍光体層に相対向するように配置された陰極層の前記蛍光体層に向かう面にエミッタ層を備えて成る陰極部とを備えて成る二極管型バックライト装置。
2. 前記エミッタ層が、カーボンナノチューブを含有してなることを特徴とする前記請求項１に記載の二極管型バックライト装置。
   
   
   
   
   
   

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