JP2008216421A - 表示装置 - Google Patents

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Toshiya Nishio
俊哉 西尾
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Abstract

【課題】表示パネルとバックライトとを一体結合を可能にして薄型化を図った表示装置を
提供すること。
【解決手段】液晶表示パネル2と、前記液晶表示パネル2を照明するバックライト4とを
備えた液晶表示装置1において、前記バックライト4は、電界電子放出源(7A)及び該
電界電子放出源から放出された電子が衝突して可視光を発光する蛍光体14を有するフィ
ールド・エミッション・ディスプレイ(FED)からなり、前記バックライト4と前記液
晶表示パネル2とが一体に結合されていることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、バックライトを有する表示装置に係り、更に詳しくはフィールド・エミッシ
ョン・ディスプレイ(Field Emission Display)をバックライトに用いた表示装置に関す
るものである。
一般の電子・電気機器の表示装置として、フラットタイプの表示パネルが使用されてお
り、そのうちの多くは液晶表示パネルである。この液晶表示パネルは、液晶が非発光体で
あるため暗所において表示画像が見え難くなることから、表示画面を照明するバックライ
トが設けられている。
このバックライトは、光源に冷陰極蛍光管或いは発光ダイオードなどが使用され、その
構造は直下型とエッジライト型とに大別されている。直下型は液晶表示パネルの真下に光
源を配設して液晶表示パネルに光を導出させるものであり、一方、エッジライト型は導光
板の側面に光源を配設して導光板の表面に配設された液晶表示パネルに光を導出させるも
のである。直下型バックライトを備えた液晶表示装置は、例えば下記特許文献1及び2に
記載されている。
図4は直下型バックライトを備えた公知の液晶表示装置の断面図である。
図4(a)に示す公知の液晶表示装置20は、ケース24内に複数本の冷陰極蛍光管2
5が収容され、このケース24の開口に光学シート26が装着されたバックライト22と
、各種配線が設けられた2枚のガラス基板21a、21b間にシール枠が介在されて内部
に液晶が封入され、表裏面に偏光板23a、23bが設けられた液晶表示パネル21とを
有している。
また、図4(b)に示す公知の液晶表示装置20Aは、上記液晶表示装置20の光源の
冷陰極蛍光管25に代えて発光ダイオード28を用いたものである。他の構成は上記液晶
表示装置20と同じになっている。
特開平6−273765号公報(段落〔0020〕〜〔0025〕、図1) 特開2006−318700号公報(段落〔0012〕、〔0013〕、図1)
直下型バックライトを備えた液晶表示装置は、液晶表示パネル直下の空間を利用して、
この空間に冷陰極蛍光管或いは発光ダイオードなどを複数配設できるので比較的高輝度の
ものを簡単に作製することができる。しかしながら、高輝度にするために、例えば冷陰極
蛍光管の本数を多くするとそれに比例して消費電力が多くなり発熱量も増大するので、他
の部品への影響、例えば光学シートがこの熱の影響を受けて、光学シートを構成する個々
のシート材が熱変形し、これらのシート材にシワ及び撓み等を生じさせて表示画像を見え
難くするなどの問題点がある。また、冷陰極蛍光管は所定の太さ(例えば外径2〜8mm
)及び長さを有する管状体で形成されているので、装置内に組み込む際には相当の収容ス
ペースが必要となって、装置の薄型化、小型・軽量化に限界がある。更に、このバックラ
イトは、光源が線状或いは点状光源であるため均一な輝度を得ることが難しく輝度ムラが
生じ易い。そのため、通常、光拡散シート、レンズシートなどからなる光学シートが複数
枚積層されて、これらの光学シートによって輝度ムラの低減が図られている。このため、
光学シートの配設が必須となって薄型化に限界をきたし、しかもバックライトと液晶表示
パネルとの一体化ができなくなっている。
また、エッジライト型バックライトは、直下型のものと比較すると薄型に形成できるも
のの、導光板を備えている点及び光源が導光板の側面に設けられている点以外は直下型と
ほぼ同一の構造であるので、直下型と同様に装置の小型・軽量化が難しいという問題点が
潜在している。また、冷陰極蛍光管が導光板の側面という限られた空間にしか配置できな
いので、おのずと冷陰極蛍光管の数量も制約を受け、高輝度化には限界がある。
近年、この種の液晶表示パネルは、携帯端末機器に代表されるように様々な機器に使用
され、その使用範囲が更に拡大されている。その一方で、液晶表示パネルの製造メーカに
対しては各種の仕様要求、例えば、小型、薄型・軽量化、高輝度・低消費電力化及び長寿
命・メンテナンスフリー化等の要求がなされている。このような要求を満たすためには、
バックライトの光源はより小型、高輝度及び低消費電力、更に長寿命のものが必要となり
、また薄型・小型化及びメンテナンスフリー化に対しては、例えば液晶表示パネルとバッ
クライトとの一体化が必要になっている。ところが、光源にこれまでの冷陰極蛍光管や発
光ダイオードを使用、特に冷陰極蛍光管を使用すると、この冷陰極蛍光管は寿命が短くし
かも発熱量が多くなるので、これらの要求を満たすことができない。また、直下型バック
ライトは、導光板の上に複数枚の光学シートを積層・配設する際に、光学シートを構成す
るそれぞれのシート材の伸縮率が異なることから各シート間に空隙が必要となる。そのた
め、バックライトと液晶表示パネルとを例えば接着剤等を使用して永久的に一体結合させ
ることができなくなっている。同様にエッジライト型バックライトも輝度不足を補うため
のプリズムシート等が装着されるのでこのような一体化ができない。
そこで本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発明
の目的は、バックライトと表示パネルとを接着剤等を使用して一体結合できるようにして
小型、薄型化した表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、表示パネルと、前記表示パネルを照明
するバックライトとを備えた表示装置において、
前記バックライトは、電界電子放出源及び該電界電子放出源から放出された電子が衝突
して可視光を発光する蛍光体を有するフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED
)からなり、前記バックライトと前記表示パネルとが一体に結合されていることを特徴と
する。
また、本発明の表示装置においては、前記FEDはカーボンナノチューブを使用したフ
ィールド・エミッション・ディスプレイ(CNT−FED)で形成されていることを特徴
とする。
上記発明によれば、バックライトは、電界電子放出源及びこの電子放出源から放出され
た電子が衝突して可視光を発光する蛍光体を有するフィールド・エミッション・ディスプ
レイ(FED)、詳しくはカーボンナノチューブを電界電子放出源とするフィールド・エ
ミッション・ディスプレイ(CNT−FED)で形成されるので、このカーボンナノチュ
ーブが保有する特性がこのバックライトの光源に反映されて、特に高輝度及び長寿命の光
源が得られる。その結果、従来技術の表示パネル、例えば液晶表示パネルで必要としてい
た光学シート類が不要となり、この種の表示パネルとの一体化が可能になると共に、薄型
・小型化、低消費電力化が可能になり、更に長寿命、メンテナンスフリーのものとなる。
また、本発明の表示装置においては、前記CNT−FEDは、導電性材料からなるカソ
ード電極と、前記カソード電極の表面に形成されたカーボンナノチューブと、を備えたカ
ソード基板と、光透過性材料上に形成された透明導電性材料からなるアノード電極と、前
記アノード電極の表面に形成された電子が衝突すると可視光を発する蛍光体層と、を備え
たアノード基板と、を備え、前記カソード基板及びアノード基板は、前記カーボンナノチ
ューブと前記蛍光体層とが一定間隔を隔てて対向するように貼り合わされていると共に、
前記カソード基板及びアノード基板間に真空雰囲気が形成されており、前記アノード基板
の表面に前記表示パネルが一体に結合されていることを特徴とする。
上記発明によれば、電界電子放出型カーボンナノチューブ及びこのカーボンナノチュー
ブに電気的に接続されたカソード電極を基板面上に有するカソード基板と、このカーボン
ナノチューブから放出された電子が衝突して可視光を発光する蛍光層をアノード電極上に
設けた光透過性材料からなるアノード基板とを用い、これらの基板をカーボンナノチュー
ブと蛍光膜とを対向させて、例えば両基板間にスペーサ枠を介在させて貼り合せて間に空
間を形成し、この空間内を真空雰囲気とすることにより、カーボンナノチューブを電界放
出電子源としたバックライトを形成することができる。
また、本発明の表示装置においては、前記カソード電極上には触媒金属層が積層されて
おり、該触媒金属層上に前記カーボンナノチューブが形成されており、前記アノード電極
上には白色光を発光する蛍光材料からなる前記蛍光体層が形成されていることを特徴とす
る。
上記発明によれば、蛍光体層に白色光を発光する蛍光材料を採用することで高輝度の光
源を得ることができる。
また、本発明の表示装置においては、前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液
晶表示パネルからなり、該液晶表示パネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード
基板とが、前記偏光板の表示領域に対応する外周縁部に接着剤が塗布されて接合されてい
ることを特徴とする。
また、本発明の表示装置においては、前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液
晶表示パネルからなり、該液晶表示パネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード
基板とが、前記偏光板の外周縁部に接着剤が塗布されて接合されていることを特徴とする
また、本発明の表示装置においては、前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液
晶表示パネルからなり、該液晶表示パネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード
基板との対向する全面に透明接着剤が塗布されて接合されていることを特徴とする。
上記発明によれば、従来技術の液晶表示パネルで必要としていた光学シート類が不要と
なると共に、光源が長寿命となるので、この種の液晶表示パネルとの一体化が可能になる
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態
は、本発明の技術思想を具体化するための表示装置を例示するものであって、本発明をこ
の表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の
実施形態のものも等しく適応し得るものである。
図1は本発明の実施例に係る液晶表示装置を示したもので、図1(a)は本発明の液晶
表示装置を分解して示す分解側断面図、図1(b)は本発明の液晶表示装置の側面図であ
る。
この液晶表示装置1は、図1に示すように、液晶表示パネル2と、この液晶表示パネル
2の真下に配設されるバックライト4とを有している。
液晶表示パネル2は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor。以下、「TFT」と
いう)が設けられたTFTアレイ基板2aと、カラーフィルタが設けられたカラーフィル
タ基板2bとを備え、TFTアレイ基板2aとカラーフィルタ基板2bとの間にシール枠
が介在され貼り合わされて、この両基板2a、2b間に液晶が封入された構成を有してい
る。また、この液晶表示パネル2は、その表裏面に偏光板3a、3bが設けられている。
TFTアレイ基板2aは、光透過性及び電気絶縁性を有する基材、例えばガラス基板で
形成されている。この基板の表面には、複数本のソース線及びゲート線が所定の間隔をあ
けてマトリクス状に配線されている。また、ソース線及びゲート線が交差する位置に薄膜
トランジスタ(TFT)が設けられている。そして、それぞれのソース線及びゲート線で
囲まれた領域は個々の画素が形成される領域となっている。
一方、カラーフィルタ基板2bは、TFTアレイ基板2aと同様に光透過性及び電気絶
縁性を有する基材、例えばガラス基板で形成されている。このカラーフィルタ基板2bの
表面には、TFTアレイ基板2aの各画素に対応した領域がブラックマトリクス(図示省
略)でマトリクス状に区画されて、この区画された領域に赤(R)、緑(G)及び青(B
)からなるカラーフィルタがそれぞれ設けられ、これらカラーフィルタを覆うように透明
導電材からなる共通電極が配設されている。なお、共通電極を形成する透明導電材には、
例えばITO(Indium Tin Oxide)が使用されている。
液晶表示パネル2の組み立ては、先ず、TFTアレイ基板2a上の画素領域とカラーフ
ィルタ基板2b上のカラーフィルタとがそれぞれ対向するように重ね合わせ、その間に額
縁状のシール材(図示省略)を介在させて貼り合わされて空の液晶表示パネル2を形成す
る。次いで、両基板2a、2b及びシール材で囲まれた空間内に液晶を封入する。また、
液晶表示パネル2の表裏面にそれぞれ偏光板3a、3bが設けられて組み立てが終了する
バックライト4は、カーボンナノチューブを用いたフィールド・エミッション・ディス
プレイ(Carbon Nanotube-Field Emission Display。以下、「CNT−FED」という)
で形成されている。
このCNT−FEDからなるバックライト4は、カーボンナノチューブを電界放出電子
源とした白色光源である。詳しくは、このバックライト4は表面にカソード電極6が設け
られたカソード基板5と、同じく表面にアノード電極13が設けられたアノード基板12
とを備え、カソード基板5とアノード基板12との間にシール枠11を介在させて貼り合
わせた構成を有している。
カソード基板5は、電気絶縁性を有する基材、例えば、ガラス、石英、アルミナ又はシ
リコン等で形成されている。このカソード基板5は、その表面の中央部が表示領域となっ
ており、この表示領域にはカソード電極6が形成されているとともに、このカソード電極
6の表面には複数個の電子放出素子7Aが形成された触媒金属層7が形成されている。
これらの電子放出素子7Aを有する触媒金属層7は、カソード基板5上にカソード電極
6が形成された後、絶縁層8及びゲート電極9が所定の間隔をあけてマトリクス状に配列
されて、これらのゲート電極9により囲まれた箇所に形成されている。具体的には、絶縁
層8の上に積層されたゲート電極9によって囲まれたゲートホール10の底面に形成され
ている。
カソード電極6は、例えば、クロム、チタニウム、アルミニウム又はタングステンから
なり、カソード基板5上に所定の間隔を空けてストライプ状に、あるいは、表示領域全体
に亘って形成されている。
ゲート電極9は、カソード電極6がストライプ状に形成されている場合にはカソード電
極6に交差(直交)するように、カソード電極6が表示領域全体に形成されている場合に
は、1画素領域を囲むように所定の間隔を空けてマトリクス状に形成されている。そして
、絶縁層8はゲート電極9の下部に配設されている。これらのカソード電極6、絶縁層8
及びゲート電極9は、先ず、カソード基板5上にカソード電極6が形成され、その上に絶
縁層8、ゲート電極9が設けられて、マスク等を利用してゲートホール10を形成する等
の一般的な半導体製造法で形成されている。
電子放出素子7Aは複数本のカーボンナノチューブで形成されている。このカーボンナ
ノチューブ7Aは、カソード電極6上に積層された触媒金属層7上の垂直方向に成長形成
されている。この触媒金属層7には、例えばコバルト、ニッケル、鉄、イットリウム又は
これらの合金が使用される。また、このカーボンナノチューブ7Aは、例えば、化学気相
蒸着(Chemical Vapor Deposition、以下、「CVD」という)法を用いて形成される。
このCVD法は、例えばアセチレンなどの炭素を含むガスと上記触媒金属とを高温状態で
化学反応させてカーボンナノチューブを成長させるものである。なお、このCVD方法は
、公知であるので詳細な説明は省略する。この方法で形成されたカーボンナノチューブ7
Aは、触媒金属層7上に単位面積当たり極めて高い密度で成長させることができる。そし
て、その先端部は例えば針状をなし、この針状先端部はカーボンナノチューブの長さ部分
に比べて極めて小さい直径、例えば数nm〜数十nm程度に形成できる。
一方、アノード基板12は、光透過性及び電気絶縁性を有する基材、例えばガラス基板
で形成されている。このアノード基板12の表面は、カソード基板5の各画素に対応する
ようにブラックマトリクスで区画されて、この区画された領域にそれぞれ透明導電材から
なるアノード電極13が配設され、これらのアノード電極13上には蛍光体、詳しくは最
も輝度の高い白色の電子線励起型蛍光体14が設けられている。なお、アノード電極13
を構成する透明導電材はITOなどの透明な導電物質で形成されている。
CNT−FEDパネル4の組み立ては、先ず、カソード基板5に形成されたカーボンナ
ノチューブ7Aがアノード基板12の蛍光体14と対向するように、両基板5、12の表
面を対向させ、間にシール枠11が介在されて両基板5、12が貼り合わされ、内部に空
間Sが形成される。次いで、この空間S内部が真空雰囲気となるように真空密封されるこ
とにより組み立てが完了する。この構成のCNT−FEDパネルの空間Sの厚さは、例え
ば100μm〜700μm程度に形成できる。
次に、このCNT−FEDパネルの動作を説明する。
このCNT−FEDパネル4のカソード電極6、ゲート電極9及びアノード電極13に
は、不図示のカソード電極制御回路、ゲート電極制御回路及びアノード電極制御回路がそ
れぞれ接続されて、所定の電圧及び信号が加えられるようになっている。すなわち、カソ
ード電極6には、カソード電極制御回路から負電圧、ゲート電極9にはゲート電極制御回
路から正電圧、アノード電極13にはアノード電極制御回路からゲート電極9よりもさら
に高い正電圧がそれぞれ印加されている。
バックライト4の点灯は、例えば、カソード電極6にカソード電極制御回路から所定の
電圧を入力し、ゲート電極9にゲート電極制御回路から所定の電圧を入力する。これによ
り、カソード電極6とゲート電極9との間に電圧が印加され、これによってカーボンナノ
チューブ7Aの先端部に電界が集中し、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁
を突き抜けて真空中へ放出される。こうして放出された電子はアノード電極13に引き付
けられてアノード基板12側へ移動し蛍光体14に衝突する。その結果、この蛍光体14
から白色光が発光される。なお、カーボンナノチューブ7Aからの電子の放出量は、ゲー
ト電極9に印加する電圧によって制御される。
このバックライト4は、カーボンナノチューブ7Aを電界放出電子源としているので、
このカーボンナノチューブが有する特性を有効に利用したものになる。すなわち、このカ
ーボンナノチューブ7Aは、触媒金属層7上に単位面積当たり極めて高い密度、例えば、
針状先端部の直径を数nm〜数十nm程度に形成できるので、これらの先端部から極めて
効率よく多くの電子を放出させることができる。しかも、この電子放出は、印加する電圧
を低くしても放出量が減少することがないので消費電力も極めて少なくて済む。更に、こ
のカーボンナノチューブ7Aは極めて強靭のものであることから、磨耗が殆どなく長寿命
のものとなる。
したがって、このバックライトは、極めて高輝度の白色光を発光させることができると
共に長寿命等の利点を有するので、液晶表示パネル2と接着剤15を使用して永久的な一
体化結合が可能になる。
次に、このバックライトを使用した液晶表示パネルとの結合について図1(b)を参照
して説明する。
この液晶表示装置1は、液晶表示パネル2の偏光板3aの外周囲に接着剤15が塗布さ
れて、バックライト4のアノード基板12上に載置されて、この接着剤15により、バッ
クライト4と液晶表示パネル2とが一体結合されている。この一体結合は、接着剤15を
偏光板3aの外周囲縁の外側に塗布して行うので、この接着剤15としては光透過性を有
しないものも使用できる。
上述した構成を備える液晶表示装置1は、バックライト4が高輝度、低消費電力及びメ
ンテナンスフリーであるので、光学シート、導光板等が不要になり、薄型及び小型化がで
きる。
図2は図1(b)の液晶表示装置の変形例を示した側断面図である。
この液晶表示装置1Aは、偏光板として上記液晶表示装置1の偏光板3aより広面積の
偏光板3a'を使用して、液晶表示パネル2の表示領域の外周囲に相当する個所に接着剤
15を塗布して一体結合されている。この液晶表示装置1Aによれば、上述の液晶表示装
置1の効果に加えて、一体結合が簡単になる。
また、図3は図1(b)の液晶表示装置の他の変形例を示した側断面図である。
この液晶表示装置1Bは、上述の液晶表示装置1Aの構成に加えて、偏光板3a'の全
面に透明接着剤15Aが塗布されて結合されている。この液晶表示装置1Bによれば、上
記液晶表示装置1Aの効果に加え、より一体結合が簡単になる。
加えて、この液晶表示装置1Bにおいては、透明接着剤15Aが偏光板3a'の全面に
亘って塗布されているので、この透明接着剤15Aに拡散機能を有する樹脂あるいは金属
を混合すれば、液晶表示パネル2とバックライト4との間で干渉縞等が発生しても、これ
を緩和あるいは消滅させることができる。
図1は本発明の一実施例に係る液晶表示装置を示す図である。 図2は液晶表示装置の変形例を示した側断面図である。 図3は液晶表示装置の他の変形例を示した側断面図である。 図4は従来技術の液晶表示装置の断面図である。
符号の説明
1、1A、1B…液晶表示装置 2…液晶表示パネル 2a…TFTアレイ基板 2b…
カラーフィルタ基板 3a、3b、3a'…偏光板 4…バックライト 5…カソード基
板 6…カソード電極 7…触媒金属層 7A…カーボンナノチューブ(電子放出素子)
10…ゲートホール 11…シール枠 12…アノード基板 13…アノード電極 1
4…蛍光体 15、15A…接着剤

Claims (7)

  1. 表示パネルと、前記表示パネルを照明するバックライトとを備えた表示装置において、
    前記バックライトは、電界電子放出源及び該電界電子放出源から放出された電子が衝突
    して可視光を発光する蛍光体を有するフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED
    )からなり、前記バックライトと前記表示パネルとが一体に結合されていることを特徴と
    する表示装置。
  2. 前記FEDはカーボンナノチューブを使用したフィールド・エミッション・ディスプレ
    イ(CNT−FED)で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記CNT−FEDは、導電性材料からなるカソード電極と、前記カソード電極の表面
    に形成されたカーボンナノチューブと、を備えたカソード基板と、光透過性材料上に形成
    された透明導電性材料からなるアノード電極と、前記アノード電極の表面に形成された電
    子が衝突すると可視光を発する蛍光体層と、を備えたアノード基板と、を備え、
    前記カソード基板及びアノード基板は、前記カーボンナノチューブと前記蛍光体層とが
    一定間隔を隔てて対向するように貼り合わされていると共に、前記カソード基板及びアノ
    ード基板間に真空雰囲気が形成されており、前記アノード基板の表面に前記表示パネルが
    一体に結合されていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記カソード電極上には触媒金属層が積層されており、該触媒金属層上に前記カーボン
    ナノチューブが形成されており、前記アノード電極上には白色光を発光する蛍光材料から
    なる前記蛍光体層が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液晶表示パネルからなり、該液晶表示パ
    ネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード基板とが、前記偏光板の表示領域に対
    応する外周縁部に接着剤が塗布されて接合されていることを特徴とする請求項3又は4に
    記載の表示装置。
  6. 前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液晶表示パネルからなり、該液晶表示パ
    ネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード基板とが、前記偏光板の外周縁部に接
    着剤が塗布されて接合されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の表示装置。
  7. 前記表示パネルは表裏面に偏光板が装着された液晶表示パネルからなり、該液晶表示パ
    ネルの裏面側に位置する前記偏光板と前記アノード基板との対向する全面に透明接着剤が
    塗布されて接合されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の表示装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010108723A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Univ Of Tokyo 面発光装置

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JP2010108723A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Univ Of Tokyo 面発光装置

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