JP4361925B2 - 電界放出バックライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイに応用される電界放出バックライトモジュールに関し、特に、電界放出電子が蛍光粉を貫通して発光する電界放出バックライトモジュールに関する。

電界放出電子の特性が発見されて以来、電界放出の原理を利用して電界放出ディスプレイ（Field emission display、ＦＥＤ）の製作に関する研究開発が熱々に展開されている。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の薄型平面の構成的な優勢があるため、電界放出ディスプレイを液晶ディスプレイのバックライトモジュールとして応用されることも、それに応じて発展しつつある。また電界放出ディスプレイは、輝度、応答速度、視界範囲などの規格は、いずれも伝統の液晶ディスプレイの冷陰極線光源（ＣＣＦＬ）のチューブより優れており、全体から見れば、電界放出ディスプレイはバックライトモジュールの用途として極めて適している。しかし、伝統の電界放出ディスプレイは、製造工程では幾つの克服し難い点があったため、製品化される時機が阻害されている。

図１に示すように、伝統的直立型電界放出バックライトモジュールの殆どは、陰極２０の電界放出源（field emitter）２１上にナノカーボン材、スピンドルマトリックス（spindle）などの構造が製作され、また、陽極１０はインジウム・スズ酸化物（indium tin oxide、ＩＴＯ）のガラス上に蛍光粉１１を塗付け、陰極２０に接近した上方にはゲート（gate）２２の設計がある。陰極２０と陽極１０との高い電界により、電界放出電子が真空中に陰極２０の電界放出源２１から発射され、陽極１０上の蛍光粉１１に衝突して発光させ、ゲート２２は小さい正電荷に接続され、陰極を吸引して電子の発射率を向上させる。

前記垂直式電界放出バックライトモジュールは、支持層１２を利用して陰極２０および陽極１０の間の垂直距離を制御する必要がある。許される誤差が小さいため、大面積の応用においては、その構造的な設計また良率のコスト上の考量が多く増やされ、全体の発光輝度の均一性は制御し難い。さらに、陰極２０上の電界放出源２１の成長が均一でなければ、陰極２０上のある領域に対して電子の放出がなく、蛍光粉１１には暗い点が生ずることになる。またコスト面の考量では、蛍光粉１１が発光して陽極１０がその光線を遮断し、陽極１０は高いコストのインジウム、スズ酸化物の透光導電性グラスを使用しなければならない。さらに、このような構造もゲート２２の製造コストを必要とする。また、電子ビームは、焦点が失いやすくコントラストが悪くなる問題までに至る。これらの欠点など、何れも伝統的電界放出バックライトモジュールが未だに市場化され難いキーポイントの一つである。

以上の問題を鑑みて、本発明は、主に電界放出バックライトモジュールを提供することを目的とする。水平型電界放出発光構造を採用して、電界放出電子を独立に分布した蛍光粉を直接に貫通して発光させることによって、伝統の電界放出バックライトモジュールの製作極限または高いコストの問題を解決でき、また液晶パネルに合せてカラーシーケンス法現像方式の液晶ディスプレイを構成し、伝統の液晶ディスプレイのカラーフィルターの高いコストを省略することができる。

従って、前記の目的を達成するために、本発明が開示した電界放出バックライトモジュールは、液晶ディスプレイを応用して、液晶ディスプレイは液晶パネルを備える。この電界放出バックライトモジュールは、基板、複数の発光ユニットおよびガラス基板からなり、各発光ユニットはマトリックス方式で基板上に設置され、陰極、陽極および蛍光粉層を備える。蛍光粉層、陰極および陽極は、何れも基板上に設置され、かつ陰極および陽極は、それぞれ蛍光粉層の両側に形成される。陰極と陽極との間に形成された電界により、陰極の電子を激発して蛍光粉層を直接に貫通して光線を発射させることができ、そして、さらに陽極により電子を収集する。前記ガラス基板は、発光ユニットの上方に設置され、液晶パネルの背部に位置して光線を液晶パネルまで発散させることができる。
前記のように、蛍光粉層は、陰、陽極と接触しないため、電子が蛍光粉層を貫通する際に、陽極に止められずに前進することができ、電荷が溜まることなく、また蛍光粉層が発生する光も陽極に遮蔽されないので、コストの高いＩＴＯガラスの採用、陰極または陽極の距離を維持するための支持層の必要がなく、製作コストを少なくすることができる。

また、本発明は、さらに陰、陽極上にナノカーボン材、導電酸化物、金属構造、窒化物、スピンドルマトリックスなどを成長させることができ、陰極電界放出源および陽極電界放出源として、さらに陰極の表面電界を向上させ作動電圧を低下させることができる。そして、発光ユニットから出された光は、蛍光粉層の種類によって決まり、異なるマトリックス排列方式及び駆動方式の採用により、異なる用途に設計された電界放出バックライトモジュールに対応できる。

以下、本発明の目的、構造特徴及びその機能を、より理解するために、図面を合わせて詳しく説明する。
図２に示すように、本発明の一実施例が提供する電界放出バックライトモジュールは、液晶ディスプレイの液晶パネルの背部に取付けられ、基板３０、多数の発光ユニット４０およびガラス基板５０を備える。本実施例の基板３０とガラス基板５０とは支持フレーム６０により互いに離間し、さらに基板３０とガラス基板５０との間に真空領域が形成され、発光ユニット４０がその内に包囲される。各発光ユニット４０はマトリックス方式で排列され、陰極４１、陽極４２、および蛍光粉層４３を備え、何れも基板３０上に設置され、かつ陰極４１および陽極４２がそれぞれ蛍光粉層４３の両側に設置される。蛍光粉層４３は陰極４１および陽極４２に接触しないため、電荷の溜まりが避けられる。また、陰極４１及び陽極４２の間に生じた電界が電子を励起させ陰極４１の表面を離脱した後、電子は略基板３０の表面に平行する方向で、蛍光粉層４３を直接に貫通し、激励して発光させ、再び陽極４２により電子を捕集する。蛍光粉層４３が放出した光線はガラス基板５０を介して液晶パネルに発散する。
その内、本実施例が使用する支持フレーム６０は必要に応じて設計され、例えば支持物６０の大きさ、数量は液晶パネルの面積により決めることができ、また支持物６０の大きさは発光性能と無関係である。

本実施例の陰極４１または陽極４２はナノカーボン材であることで、高い電界を生じ電界放出電子を激励してターンオン電界（turn on field）および作動電圧を低下させる。また陰極４１または陽極４２の材料は電界放出特性を強化する導電酸化物、金属構造、窒化物、またはスピンドルマトリックス構造を選択しても同一効果が得られる。また、ナノカーボン材は、ナノカーボンチューブ、ナノカーボン壁、または類ダイヤモンド膜から選ぶことができる。電界放出特性を強化する酸化物は酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。金属構造は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、またはシリコン（Ｓｉ）を選ぶことができる。窒化物は窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化ほう素（ＢＮ）を選ぶことができる。
なお、本実施例の基板３０は高い絶縁性材料で、例えば、ガラス、セラミック、プラスチック、またはポリテトラフルオロエチレン（テフロン：登録商標）であってもよい。あるいは図３に示すように、基板３０は、シリコン基板または金属基板で、さらに絶縁層７１をメッキして基板３０とその上の陰極４１及び陽極４２とは互いに絶縁される。

さらに、図４に示すように、基板３０上にも金属反射層７０を備え、この金属反射層７０が蛍光粉層４３の下方に位置され、光共振現象（light resonance）を除去して輝度または発光効率を増加させる。この金属反射層７０は陰極４１と陽極４２とを隔離できると同時に、接地層を兼ねて接地機能を備えていることで、蛍光粉層４３の電荷溜まりを解消することができる。
発光ユニットから放出した光波長は、蛍光粉層の種類に決まり、異なるマトリックス排列方式を採用して各異なる用途の設計に対応できる。

図５に示すように、陰極４１と、陽極４２と、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）色の蛍光粉を利用する蛍光粉層４３とのマトリックス排列により、赤、青、および緑色の影像点をそれぞれ生じさせ、そして赤、青、および緑色の陰極４１と陽極４２とは各電気回路に制御され、混合した後、異なる色系配合が生じる。さらに図６に示すように、その蛍光粉層４３は混合した後の蛍光粉、例えば、白色蛍光粉を直接使用して必要色の光を発射することができる。他にも、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、陰極４１及び陽極４２は異なる形状に設計して、例えば、三角形（図８Ａ参照）、四方形（図８Ｂ参照）、或いは菱形（図８Ｃ参照）を利用して連続的排列に構成されるものは、何れも電界放出発光モジュールユニットとして利用することができる。

さらに、伝統的液晶表示原理は白色バックライトモジュールを使用して赤青緑のカラーフィルターを合わせてカラー表示を行っているが、カラーフィルターのコストは非常に高い。そのため、図７に示すように、カラーシーケンス法（color sequential method）カラー表示方式を開発し、赤、青、および緑の三原色発光の電界放出バックライトモジュール８０を利用して薄膜トランジスタの駆動を結合する強誘電性液晶パネル９０から構成され、主に伝統的液晶ディスプレイのカラーフィルターが省略されることを特徴とする。よって、コストを低減し、かつ画像を三点に分割する必要がなく、高精密化に達成しやすくなる。

前記を総じて、本実施例は水平型構造の電界放出バックライトモジュールを提供する。その発光ユニットの陰極、陽極および蛍光粉層を同一平面に成長させ、蛍光粉層は陰陽極に接触しないため蛍光粉層が生じた光は陽極に遮蔽されないので、電荷溜まりの問題がなく、また高いコストのＩＴＯガラスを採用して陽極を製作する必要もない。
さらに、電子が蛍光粉層を貫通する際に陽極に止まらずに前進して、単一の電子は走行方向によりリニア光源を発生してより効果的に多くの光線が発生され、暗い点を減少することで、発光均一度に大いに役に立つ。さらに、今まで広く使用されている冷陰極射線管の液晶バックライトモジュールを取替えて、導光板および拡散板などの光学薄膜のコストを省くことができる。

また、本実施例の真空包装方式は、ＩＴＯガラスの必要がなく、透明なガラスのみで真空絶縁用途とし、また陰陽極を隔てるには精確的な支持層の必要もない。そして電界放出の性能は陰陽極間の距離に対してかなり敏感（精準度はミクログレードに維持する必要）であるため、本実施例はスクリーン印刷またはマイクロフィルム方式により陰陽極の水平距離を精確に制御できるので、伝統的構造の欠点を回避できるほか、陰陽極の同時製作もそのコストを低減することができる。本実施例は一般の支持フレームであれば、この支持フレームと発光性能と無関係であるため、コストを低減できる。

他に、本実施例はカラーシーケンス法現像方式の利用可能で、赤、青、および緑の三原色発光の電界放出バックライトモジュールが薄膜トランジスタにより駆動する強導電性液晶パネルを結合して、伝統的液晶ディスプレイのカラーフィルターの高いコストを回避でき、さらに表示画面の精密化も向上できる。
前記実施例のように、本発明が開示されたものは、本発明を限定するものはない。本発明の精神及び園範囲内を離脱しない前提において成された変更または潤飾など、何れも本発明の特許請求の範囲内に属するべき、また本発明が限定する保護範囲は添付する特許請求の範囲を参照されたい。

伝統的垂直型電界放出バックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施例に係る絶縁層を備えた電界放出バックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施例に係る金属反射層を備えた電界放出バックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの発光ユニットのマトリックス排列方式を示す模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの発光ユニットの他のマトリックス排列方式を示す模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールに係るカラーシーケンス法のカラー現像方式を示す模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの発光ユニットのさらに他のマトリックス排列方式を示す模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの発光ユニットのもうさらに他のマトリックス排列方式を示す模式図である。 本発明の一実施例による電界放出バックライトモジュールの発光ユニットのもうさらに他のマトリックス排列方式を示す模式図である。

符号の説明

３０ 基板、４０ 発光ユニット、４１ 陰極、４２ 陽極、４３ 蛍光粉層、５０ ガラス基板、６０ 支持フレーム、７０ 金属反射層、７１ 絶縁層、８０ 電界放出バックライトモジュール、９０ 液晶パネル

Claims (38)

1. 液晶ディスプレイに応用され、前記液晶ディスプレイが液晶パネルを備える電界放出バックライトモジュールにおいて、
   基板と、
   マトリックス方式で前記基板上に設置され、それぞれ、基板上に設置される蛍光粉層と、基板上に設置され、前記蛍光粉層の一側に隣接する陰極と、基板上に設置され、前記蛍光粉層の他側に隣接し、前記陰極から激発された電子が前記蛍光粉層を貫通して光線を発射すると同時に電子を吸収する陽極と、を備える発光ユニットと、
   前記発光ユニットの上方に設置され、前記液晶パネルの背部に位置して光線は液晶パネルに発散可能なガラス基板と、
   を備えることを特徴とする電界放出バックライトモジュール。
2. さらに、前記ガラス基板と前記基板との間に介設し、前記発光ユニットを包囲してガラス基板と基板との間に真空領域を形成する支持フレームを備えることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
3. 前記基板は、絶縁材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
4. 前記絶縁材料は、ガラス、セラミック、プラスチック、およびポリテトラフルオロエチレンの群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項３に記載の電界放出バックライトモジュール。
5. 前記基板は、シリコン基板および金属基板の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
6. さらに、前記基板上に形成し、前記陰極と前記陽極との下に位置する絶縁層を備えることを特徴とする請求項５に記載の電界放出バックライトモジュール。
7. さらに、前記基板上に形成し、前記蛍光粉層の下に位置する金属反射層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
8. 前記電子の貫通方向は、前記基板の表面に略平行していることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
9. 前記蛍光粉層は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）色の蛍光粉の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
10. 前記蛍光粉層は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）色の蛍光粉を光混合した後の白色蛍光粉からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
11. 前記陰極は、ナノカーボン材、導電酸化物、金属構造、窒化物、またはスピンドルマトリックス（spindle）の群組の一つの組合せから選んでなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
12. 前記ナノカーボン材は、ナノカーボンチューブ、ナノカーボン壁、および類ダイヤモンド膜の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項１１に記載の電界放出バックライトモジュール。
13. 前記導電酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出バックライトモジュール。
14. 前記金属構造は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、およびシリコン（Ｓｉ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項１１に記載の電界放出バックライトモジュール。
15. 前記窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化ほう素（ＢＮ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項１１に記載の電界放出バックライトモジュール。
16. 前記陽極は、ナノカーボン材、導電酸化物、金属構造、窒化物、またはスピンドルマトリックス（spindle）の群組の一つの組合せから選んでなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出バックライトモジュール。
17. 前記ナノカーボン材は、ナノカーボンチューブ、ナノカーボン壁、および類ダイヤモンド膜の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項１６に記載の電界放出バックライトモジュール。
18. 前記導電酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることを特徴とする請求項１６に記載の電界放出バックライトモジュール。
19. 前記金属構造は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、およびシリコン（Ｓｉ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項１６に記載の電界放出バックライトモジュール。
20. 前記窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化ほう素（ＢＮ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項１６に記載の電界放出バックライトモジュール。
21. カラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置において、
    液晶パネルを備え、
    電界放出バックライトモジュールは、
    基板と、
    マトリックス方式で前記基板上に設置され、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）色の蛍光粉を含んだ蛍光粉層と、基板に設置され、蛍光粉層の一側に隣接する陰極と、基板に設置され、蛍光粉層の他側に隣接し、前記陰極から激発された電子が前記蛍光粉層を貫通して光線を発射すると同時に、電子を吸収する陽極と、発光ユニットの上方に設置され、前記液晶パネルの背部に位置して光線は液晶パネルに発散可能なガラス基板と、をそれぞれ備える複数の発光ユニットと、
    を備えることを特徴とするカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
22. さらに、前記ガラス基板と前記基板との間に介設し、前記発光ユニットを包囲してガラス基板と基板との間に真空領域を形成する支持フレームを備えることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
23. 前記基板は、絶縁材料から構成されることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
24. 前記絶縁材料は、ガラス、セラミック、プラスチック、およびポリテトラフルオロエチレンの群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項２３に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
25. 前記基板は、シリコン基板および金属基板の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
26. さらに、前記基板上に形成し、前記陰極と前記陽極との下に位置する絶縁層を備えることを特徴とする請求項２５に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
27. さらに、前記基板上に形成し、前記蛍光粉層の下に位置する金属反射層を備えることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
28. 前記電子の貫通方向は、前記基板の表面に略平行していることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
29. 前記陰極は、ナノカーボン材、導電酸化物、金属構造、窒化物、またはスピンドルマトリックス（spindle）の群組の一つの組合せから選んでなることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
30. 前記ナノカーボン材はナノカーボンチューブ、ナノカーボン壁、および類ダイヤモンド膜の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項２９に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
31. 前記導電酸化物は酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることを特徴とする請求項２９に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
32. 前記金属構造はモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、およびシリコン（Ｓｉ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項２９に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
33. 前記窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化ほう素（ＢＮ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項２９に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
34. 前記陽極は、ナノカーボン材、導電酸化物、金属構造、窒化物またはスピンドルマトリックス（spindle）の群組の一つの組合せから選んでなることを特徴とする請求項２１に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
35. 前記ナノカーボン材はナノカーボンチューブ、ナノカーボン壁、および類ダイヤモンド膜の群組の一つの組合せから選ぶことを特徴とする請求項３４に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
36. 前記導電酸化物は酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることを特徴とする請求項３４に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
37. 前記金属構造はモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、およびシリコン（Ｓｉ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項３４に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。
38. 前記窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）と窒化ほう素（ＢＮ）の群組の一つの組合せを選ぶことを特徴とする請求項３４に記載のカラーシーケンス型電界放出バックライトモジュールカラー現像装置。

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