JP4465416B2 - フィールドエミッション型面状光源および面状光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等、各種表示装置を裏面から照射するエッジライト方式の面状光源に関し、特に、フィールドエミッション型面状光源およびこれを備えた面状光源装置に関するものである。

平面的な広がりを有する照明を行う面状光源装置には、光源を表示装置の直下に配設する直下方式と、表示装置の直下に導光板を配設し、導光板の端面と平行に面状光源を配置するエッジライト方式とがある（特許文献１参照。）。近年の薄型化優先のパーソナルコンピュータ、薄型テレビ等においては、直下方式の面状光源装置に代わり、エッジライト方式が面状光源装置の主流となってきている。

しかしながら、エッジライト方式においては、直下方式とは異なって、導光板に入射する光の入射効率が低いと、高輝度化が期待しにくくなり、入射効率を高めるエッジライト方式の開発が重視されてきている。

これまでにおけるエッジライト方式の面状光源装置においては、その面状光源としては、冷陰極管が多用されている。この冷陰極管は、発熱温度が低いとされているものの、長時間動作を継続させた場合、発生熱が蓄熱されてくるようになる。そのため、例えば、入射効率を高めるべく、導光板の端面（光入射面）に密着させて取り付けた場合、冷陰極管の発生した熱が蓄熱され、その蓄熱で導光板の各部分に反り返り等の変形を引き起こすことがある、という課題がある。そのため、冷陰極管を、導光板の端面に密着させず、蓄熱の影響を低減可能とする程度の間隔をあけて配置した場合、面状光源装置の薄型軽量化が困難となる。また、冷陰極管を、導光板の端面に密着させず、間隔をあけて配置したとしても、冷陰極管の発熱の蓄熱により上記した課題が発生するおそれがあることが想定し得る。特に、冷陰極管では、内部に水銀が含まれており、環境に厳しいという課題がある（特許文献２参照。）。さらに、冷陰極管を導光板の端面から間隔をあけて配置した場合、導光板の端面への光の入射効率が低くなり、また、グレア発生等の輝度不均一化の原因となるなどの課題もある（特許文献２参照。）。
特開２００４−２１３９９８ 特開平１０−２０６６４２

したがって、本発明により解決すべき課題は、導光板の端面に直接、装着可能となして、薄型軽量化を可能とし、かつ、直接装着しても、発熱を原因とする問題が発生せず、直接装着したことにより、導光板の端面への光の入射効率を大幅に向上可能とし、さらには、均一でかつ高輝度な発光光を導光板の光入射面へ入射可能なフィールドエミッション型面状光源およびそれを導光板と一体化してなる面状光源装置を提供することである。

本発明によるフィールドエミッション型面状光源は、導光板の端面を光入射面とし光入射面と実質平行に配置されるフィールドエミッション型面状光源であって、該面状光源を、光入射面に実質平行で電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備したことを特徴とするものである。

上記三角形の形状には限定されない。

上記フィールドエミッション型面状光源によれば、蛍光発光部が、電子の衝突で励起されて可視光を発生するものであるから、冷陰極管とは異なって、発熱温度が低く、したがって、蛍光発光部を導光板の端面に直接当接させて装着することができる。そのため、導光板を含めた面状光源装置としての薄型軽量化が可能となり、かつ、直接装着したことにより、導光板の端面への光の入射効率が向上して、均一でかつ高輝度な発光光を導光板端面に入射させることが可能となる。

本発明においては、特に、面状光源を、光入射面に平行で電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備して構成したから、面状光源から導光板の光入射面に入射される光の入射効率が大幅に向上し、蛍光発光部の光出射面の平均の発光輝度を大幅に高くすることができる。

電子放出素子は、導電性ワイヤと、導電性ワイヤの外周面に形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とを備えると、低い電界で多量の電子放出が可能となり、より高輝度発光が可能となる。

なお、上記「ワイヤ状」とは、直線状に限定されず、螺旋状や波状等の曲線状、直線状と曲線状とが混合した形状、その他の形状を含み、また、中実、中空を問うものではなく、また、その断面形状は、特に限定されず、円形に限らず、楕円形、矩形やその他の形状であってもよい。

上記電子放出素子の導電性ワイヤの表面を、突起や溝等からなる可視的なサイズの凹凸部、あるいは、表面粗さ等による微視的なサイズの凹凸部を形成すると、より低電界の印加で電子放出素子から電子を放出させることができて好ましい。

カーボン系膜は、例えば、チューブ形状、ウォール形状、その他の形状を備えたカーボンナノ材料からなる膜を含む。上記「尖鋭」には、多少の丸みがあっても電子放出特性を有するものであれば尖鋭に含むことができる。

本発明の面状光源装置においては、導光板と、該導光板の端面を光入射面とし光入射面と平行配置されるフィールドエミッション型面状光源とを備えた面状光源装置であって、フィールドエミッション型面状光源は、光入射面に平行な光出射面を有し電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備してなり、かつ、フィールドエミッション型面状光源と導光板とは、その蛍光発光部の光出射面と導光板の光入射面とを合わせて一体化していることを特徴とするものである。

本発明においては、面状光源を、光入射面に平行で電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備して構成したから、面状光源から導光板の光入射面に入射される光の入射効率が大幅に向上し、蛍光発光部の光出射面の平均の発光輝度を大幅に高くすることができる。したがって、この面状光源装置を表示装置の直下に導光板を配置し、この導光板の端面と平行に面状光源を配置するエッジライト方式においては、導光板に入射する光の入射効率が極めて高くなり、冷陰極管よりも高輝度化を期待でき、近年の薄型化優先のパーソナルコンピュータ、薄型テレビ等において、直下方式の面状光源装置に代わり、有利なエッジライト方式の面状光源装置を提供することができるようになる。

本発明によれば、導光板の端面に直接、装着可能となして、薄型軽量化を可能とし、かつ、直接装着しても、発熱を原因とする問題が発生せず、直接装着したことにより、導光板の端面への光の入射効率を向上させ、均一でかつ高輝度な発光光を導光板端面へ入射可能なフィールドエミッション型の面状光源装置を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係るフィールドエミッション型の面状光源およびこれを備えた面状光源装置を詳細に説明する。図１は、面状光源装置の断面図、図２は、面状光源装置の一部切欠斜視図、図３は、光源の外観斜視図、図４は、光源の一部切欠平面図、図５は、光源の側面断面図、図６は光源の分解斜視図である。

これらの図を参照して、面状光源装置１０は、導光板１２と、フィールドエミッション型の面状光源１４とを備える。

導光板１２は、アクリル板等の一方の面を光出射面とし、光出射面と反対側に全反射領域と乱反射領域とが交互に配列され出射光を均一にする拡散反射層１２ａを備え、導光板１２と図示略の表示装置との間に導光板１２の光出射面から漏れた光を拡散させる拡散板１６が配設され、拡散板１６の反対側に導光板１２に形成された拡散反射層１２ａを透過して漏れた光を導光板１２に戻す反射板１８が配設されている。導光板１２は、片側点灯型の面状光源装置を形成するため一方の端面が反射板２０により閉鎖され、他方の端面は面状光源からの光を入射させる光入射面１２ｂを形成する。導光板１２を両側点灯型の面状光源装置とするために、両端面を光入射面とし、両光入射面に面状光源１４を設けることができる。

面状光源１４は、導光板１２の光入射面１２ｂと平行配置されるプリズム形の光源である。面状光源１４は、電子衝突で励起発光する蛍光発光部１４ａと、蛍光発光部１４ａからの発光光を反射する二つの光反射部１４ｂと、電界印加で電子を放出する電界電子放出素子１４ｃとを備える。

蛍光発光部１４ａは、ガラス板１４ａ１と、電極膜１４ａ２と、蛍光膜１４ａ３とから構成され、ガラス板１４ａ１の外面が導光板１２の光入射面１２ｂと平行な光出射面１４ａ４となる。蛍光膜１４ａ３の材料は、電子衝撃で蛍光発光することができる材料であれば特に限定されるものではない。電極膜１４ａ２はアルミニウム、透明電極であるＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を適用することができる。光反射部１４ｂは、外側にアルミニウム層１４ｂ１等からなり内側に銀等の蒸着膜１４ｂ２を形成した光反射処理を施すことができる。

電界電子放出素子１４ｃは、導光板１２の光入射面１２ｂと垂直で正三角形の頂点１４ｂ３を通る線Ｌ上で該頂点１４ｂ３の近傍位置に配置されている。電界電子放出素子１４ｃは、導電性ワイヤ１４ｃ１と、導電性ワイヤ１４ｃ１の外周面に形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜１４ｃ２とを備える。電界電子放出素子１４ｃを陰極、蛍光発光部１４ａの電極膜１４ａ２を陽極とし、電圧印加のための配線や電源等は図示しないが、これら両極間に電圧を印加することにより、電界電子放出素子１４ｃのカーボン系膜１４ｃ２の尖鋭な微細部分から電子が放出されるようになっている。この放出された電子は、蛍光発光部１４ａの蛍光膜１４ａ３に電子衝突し、これによって蛍光膜１４ａ３が発光する。

蛍光膜１４ａ３からの発光光は、ガラス板１４ａ１の光出射面１４ａ４から導光板１２の光入射面１２ｂに入射され、導光板１２から図示略の表示装置に出射される一方、光反射部１４ｂで反射される。この場合、光反射部１４ｂは、正三角形の二辺をなす形状に配置されているので、該光反射部１４ｂで反射した光は、蛍光膜１４ａ３に吸収されることなく、ガラス板１４ａ１を通過し導光板１２の方向に出射され、導光板１２に入射される光の入射効率を向上させ、高輝度化が達成される。

光反射部１４ｂは、図７で示すように、内側にガラス板１４ｂ３、外側に反射シート１４ｂ４を設けた構成とすることができる。この反射シート１４ｂ４はポリイミドをベースとしその上にアルミニウムを蒸着したもの、等、適宜の反射部材で構成することができる。

面状光源１４は、以上の構成要素により、フィールドエミッション型の光源を構成する。蛍光発光部１４ａと二つの光反射部１４ｂは、蛍光発光部１４ａを正三角形の底辺として、二つの光反射部１４ｂは該正三角形の残り二つの対辺を構成する。この正三角形の頂角、すなわち、二つの光反射部１４ｂの交差角度は、導光板１４の光入射面１２ｂの大小に応じて種々に変更することができる。

以上の構成を備えた面状光源装置１０は、導光板１２と、面状面状光源１４とを、導光板１２の光入射面１２ｂと面状面状光源１４の蛍光発光部１４ａの光出射面１４ａ４とを合わせて一体化されたものである。

以上のように本実施の形態においては、面状光源１４を、光入射面に平行で電子衝突で励起発光する蛍光発光部１４ａと、この蛍光発光部１４ａを底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部１４ｂとにより断面三角形状となし、蛍光発光部１４ａと光反射部１４ｂとの間に電界電子放出素子１４ｃを配備して構成し、その蛍光発光部１４ａの光出射面１４ａ４を直接、導光板１２の光入射面１２ｂに装着することができるから、面状光源１４から導光板１２に入射される光の入射効率が大幅に向上し、蛍光発光部１２ａの光出射面の平均の発光輝度を大幅に高くすることができる。したがって、この面状光源装置１０を表示装置の直下に導光板１２を配置し、この導光板１２の光入射面１２ｂと平行に面状光源１４を配置するエッジライト方式においては、導光板１２に入射する光の入射効率が極めて高くなり、冷陰極管よりも高輝度化を達成することができ、近年の薄型化優先のパーソナルコンピュータ、薄型テレビ等において、直下方式の面状光源装置に代わり、有利なエッジライト方式の面状光源装置を提供することができるようになった。

本発明の実施の形態に係る面状光源装置の断面図である。 面状光源装置の部分破断斜視図である。 面状光源装置に組み込まれる面状光源の外観図である。 面状光源の部分破断斜視図である。 面状光源の部分破断平面図である。 面状光源の側面断面図である。 面状光源の光反射部の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 面状光源装置
１２ 導光板
１２ｂ 光入射面
１４ フィールドエミッション型面状光源
１４ａ 蛍光発光部
１４ｂ 光反射部
１４ｃ 電界電子放出素子

Claims (3)

1. 導光板の端面を光入射面とし光入射面と実質平行に配置されるフィールドエミッション型面状光源であって、該面状光源を、光入射面に実質平行で電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備した、ことを特徴とするフィールドエミッション型面状光源。
2. 電界電子放出素子が、導電性ワイヤと、導電性ワイヤの外周面に形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッション型面状光源。
3. 導光板と、該導光板の端面を光入射面とし光入射面と実質平行配置されるフィールドエミッション型面状光源とを備えた面状光源装置であって、フィールドエミッション型面状光源は、光入射面に実質平行な光出射面を有し電子衝突で励起発光する蛍光発光部と、この蛍光発光部を底辺とする三角形の残り二つの対辺を構成する二つの光反射部と、により断面三角形状となし、蛍光発光部と光反射部との間に電界電子放出素子を配備してなり、かつ、フィールドエミッション型面状光源と導光板とは、その蛍光発光部の光出射面と導光板の光入射面とを合わせて一体化している、ことを特徴とする面状光源装置。
   
   

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