JP4628744B2

JP4628744B2 - 液晶表示装置用バックライト装置

Info

Publication number: JP4628744B2
Application number: JP2004303993A
Authority: JP
Inventors: 方紀羽場
Original assignee: Pureron Japan Co Ltd
Current assignee: Pureron Japan Co Ltd
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006120332A

Description

本発明は、液晶表示装置用バックライト装置に関する。

液晶表示素子で構成した液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力であることから、近年、テレビ、携帯端末、パソコン、電子手帳、カメラ一体型ＶＴＲ、等の広範囲の電子機器の表示装置として使用されている。液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイとは異なり、それ自体が発光するのではなく、外部から入射した光の量を制御して画像等を表示するのである。このような液晶表示装置においては、バックライトと称する照明光源を液晶表示素子の背面に設置して該液晶表示素子を照明する液晶表示装置用バックライト装置が設けられている（特許文献１参照）。

上記電子機器においては低電力消費が重要視されてきている中で、液晶表示装置用バックライト装置は、上記電子機器の全電力消費量の約半分を占めているから、低電力消費を図ることは重要である。その一方で、例えば、大型液晶テレビにおいては、大型表示画面化により液晶表示素子を高輝度で照明することが要求されている。

このような液晶表示装置用バックライト装置の技術背景に鑑み、本発明者は、液晶表示素子を低電力消費で高輝度で照明することができる液晶表示装置用バックライト装置の研究を鋭意進めていた。
特開平０６−２４２４３９号公報

本発明は、以上述べた液晶表示装置用バックライト装置の技術背景に鑑みて創案されたものであり、液晶表示素子を低電力消費で高輝度で照明することができる液晶表示装置用バックライト装置を提供することを解決すべき課題としている。

特に、本発明は、バックライトと、このバックライトを駆動する直流電源とを備えたバックライト装置において、本発明者が開発した低電力、高輝度発光可能な未公開のバックライトを有効かつ安価に駆動することができる直流電源を提供することを他の解決すべき課題としている。

本発明による液晶表示装置用バックライト装置は、液晶表示装置の背面を照明する位置に設置されるバックライトと、前記バックライトを駆動する直流電源とを備えた液晶表示装置用バックライト装置であって、前記バックライトは、真空封止管と、前記真空封止管内に設けられた蛍光体付き陽極部と、前記真空封止管内において前記蛍光体付き陽極部に対向配置された線状陰極部とを備え、前記線状陰極部は、当該真空封止管の長手方向に沿って線状に延び外周面に凹凸部を有した導電性ワイヤと、前記導電性ワイヤの前記凹凸部の外周面に形成されたカーボン系膜からなる電界電子放出部とを備えており、前記直流電源は、前記蛍光体付き陽極部と前記線状陰極部との間に前記電界電子放出部から電子を放出させるためのリップル状の電子放出用電圧を周期的に印加する電源により構成されており、前記電子放出用電圧を前記電子の放出電圧未満の直流電圧に前記電子の放出電圧以上の波高値となるリップル電圧を重畳した電圧とし、前記カーボン系膜が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノウォールからなる、ことを特徴とするものである。

上記「線状」とは、直線状に限定されず、螺旋線状や波線状等の曲線状、直線状と曲線状とが混合した形状を含み、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。

導電性ワイヤの外周面は、電界が集中するように、例えば、突起や溝あるいは表面粗さ等からなる凹凸があることが好ましく、かかる凹凸がある導電性ワイヤの外周面に、カーボン系膜が形成されるのが好ましい。

本発明者は、電界電子放出型蛍光管に関して、管内に希ガスや水銀蒸気が無く真空状態であり環境性に優れていること、管壁が加熱されないから薄型で設置密度を高くすることができること、高い発光効率と高い発光輝度とを有すること、長寿命で高信頼性が得られること、等の利点を備えることに着目し、さらに、従来よりも低消費電力でもって高輝度発光が可能な電界電子放出型蛍光管を公知ではないが開発している。

この本発明者に係る電界電子放出型蛍光管は、内部が真空気密な真空封止管内に蛍光体付き陽極部を設けるとともに、この蛍光体付き陽極部に対向して線状陰極部を管の長手方向に導電性ワイヤを配置し、かつ、この導電性ワイヤの外周面に、カーボンナノチューブ等の電界電子放出部を形成したものである。

本発明の電界電子放出型蛍光管においては、例えば、蛍光体付き陽極部と線状陰極部との対向間隔を、例えば、５ｍｍ程度とし、１０数ｋＶ程度の直流電圧を印加すると、１０万ｃｄ／ｍ^２という超高発光輝度で発光することができるものである。

本発明者は、上記電界電子放出型蛍光管において、その超高発光輝度による発光特性のために、管外に熱が出ないものの、熱の内部ひきこもりによって、管に割れ等が発生する可能性があり、通常の直流電源で発光駆動することができないか、もしくは困難であるという新たな課題を見出したのである。

このような新たな課題に対して鋭意研究を重ねた結果、本発明による間欠的な電圧の印加によることが１つの解決手段となることが判明した。すなわち、間欠的な電圧により電界電子放出型蛍光管を駆動した場合、１回当たりの電圧印加時間が短縮化され、これによって高輝度発光しても、管に割れが発生するおそれがなくなった。

なお、電界電子放出型蛍光管は、パルス電圧を発生するパルス電源により、あいるは、リップル電圧を発生するリップル電源により駆動可能であるが、リップル電源では、パルス電源よりも安価に済むから、液晶表示装置用バックライト装置のコスト削減がより可能である。

本発明によれば、低電力で高輝度に発光して液晶表示装置を照明することが可能な液晶表示装置用バックライト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液晶表示装置用バックライト装置を詳細に説明する。

図１は、本発明に係るバックライト装置を備える液晶テレビの分解斜視図である。

液晶テレビ１は、液晶テレビの本体２と、該本体２に組み込まれる液晶表示装置３と、液晶表示装置３の背面を照明する本発明に係るバックライト装置４とを備えている。

この実施の形態のバックライト装置４は、バックライト収納用筐体５と、この筐体５に収納される直管状の複数のバックライト６と、後述のパルス電源（図示せず）とを備えている。

図２は、バックライト６の斜視図であり、図３は、その断面図であり、図２においては、線状陰極部９の一部分の断面を円Ａ内に拡大して示している。

この実施の形態のバックライト６は、一端が閉塞された筒状の真空封止管７を備えており、例えば、ソーダライムガラスからなり、その内径は、例えば、１８ｍｍである。

この真空封止管７内には、板状の蛍光体付き陽極部８が収納配置されるとともに、該陽極部８の直上に線状陰極部９が対向するように配置されており、真空封止管７の内部は、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒ程度の真空に維持される。

蛍光体付き陽極部８は、ガラス基板１０と、このガラス基板１０上に形成されたＩＴＯなどからなる透明電極１１と、この透明電極１１上に形成された蛍光体１２とを備えており、例えば、１８ｍｍ×６０ｍｍの矩形板状に構成される。

蛍光体付き陽極部８は、その長手方向の両端部に、絶縁性の支持板１３が一体に突設され、この支持板１３よって、透明電極１１に接続された導線１４および線状陰極部９に接続された導線１５が挿通支持される。

線状陰極部９は、断面円形の導電性ワイヤ１６、例えば、外径１ｍｍで長さ５５ｍｍの導電性ワイヤ１６からなり、この、導電性ワイヤ１６の外周面には、多数の電界集中のための凹凸部１７を有しており、この凹凸部１７の外周面には、カーボン系膜、例えばカーボンナノチューブあるいはカーボンナノウォールからなる電界電子放出部１８が形成される。

この実施の形態では、線状陰極部９と蛍光体付き陽極部８との間隔は、例えば、７ｍｍとされる。

導電性ワイヤ１６は好ましくはニッケル、鉄、コバルト等からなる。導電性ワイヤ１６は、断面形状は特に限定されず、何でもよいが、断面円形以外に、例えば、断面楕円、半円形、半楕円、矩形状、多角形状、等があり、これらのいずれであってもよい。

線状陰極部９の電界集中のための凹凸部１７は、例えば、導電性ワイヤ１６の表面に対するネジ切り加工や引き伸ばし加工等により形成された、可視的なサイズの凹凸部である。

あるいは、この凹凸部１７は、例えば、外表面の表面粗さを粗くしたことによる微視的なサイズの凹凸部である。

あるいは、この凹凸部１７は、例えば、導電性ワイヤ１６の外周面を研磨により粗くし、その研磨方向を導電性ワイヤ１６の長手方向とし該長手方向に多数形成された筋状の研磨痕により構成したものである。

この凹凸部１７の表面へのカーボン系膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷、コーティング、ＣＶＤ（化学蒸着法）、等の簡単で低コストの公知の技術により形成することができ、例えば、カーボンナノチューブの形状は、外径が１〜数１０ｎｍ、長さが１〜数ｎｍのチューブ形状をなしており、このチューブ形状により、その先端に電界が集中しやすく、電子が放出しやすいという特性を有している。

なお、カーボンナノチューブやカーボンナノウォールは、導電性ワイヤ１６に直接成膜する方が、導電性ワイヤ１６との電気的接触の観点から好ましい。また、カーボンナノウォールは、導電性ワイヤ１６に直接プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が、好ましい。

かかる構成のバックライト６において、蛍光体付き陽極部８と線状陰極部９との間に、パルス電源１９からパルス状の直流高電圧が印加されると、カーボン系膜の尖鋭な微細形状の部分に電界が強く集中し、量子トンネル効果により電子がエネルギ障壁を突き抜けて真空中へと放出される。放出された電子は、蛍光体付き陽極部８に引き付けられて蛍光体１２に衝突し、これによって蛍光体１２が励起されて可視光を発光する。

図４は、バックライトの管電圧−管電流特性を示す図、図５は、パルス電源１９から出力される電子放出用電圧の波形を示す図である。

図４を参照して、上記構成を有するバックライト６の管電圧−管電流特性を説明する。横軸は陽・陰極部間に印加される管電圧であり、縦軸は管電流を示す。陽陰極部間の印加電圧Ｖが５ｋＶ未満では電流ｉは流れずほぼゼロである。この電圧印加の状態ではバックライトは発光しない。陽・陰極部間印加電圧Ｖが１５ｋＶ以上になると、電流ｉは１００ｍＡ程度となり、バックライトは発光する。

パルス電源は、図５に示すように、陽極部８と陰極部９との間に周期的にパルス状の電圧を印加して電界電子放出部１８であるカーボン系膜から電子を放出させるものであり、この実施の形態では、例えば、パルス周期Ｔ１は、４０００μｓであり、パルス幅Ｗ１は、４μｓである。また、ピーク電圧ＶＰは、１５ｋＶである。

かかるパルス電圧によって十分な発光輝度を得ることができ、しかも、通常の直流電源で発光駆動する場合のように、熱の内部ひきこもりによって、管に割れ等が発生するといったこともない。

かかるパルス電源は、高価であるので、本発明の他の実施の形態として、例えば、図６に示すように、カーボン系膜から電子が放出するのに必要な電圧未満の直流電圧Ｖｄｃに、電子が放出する電圧以上の波高値となるようにリップル電圧を重畳した電圧としてもよい。

かかるリップル電圧は、例えば、フライバックトランスと同様な回路構成によって得ることができる。

図７は、このリップル電圧の波形の一例を示しており、図８は、そのときの電流波形を示している。

また、図９、図１０、図１１には、ピーク電圧Ｖｐを８ｋＶ、９ｋＶ、１０ｋＶとした場合のリップル電圧の周波数とバックライトの発光輝度との関係を示している。

図９〜図１１に示すように、例えば、５ｋＨｚ以上の高周波域においては、十分な発光輝度、例えば、１０，０００ｎｉｔ（ｃｄ／ｍ^−２）を得るのに、ピーク電圧が５ｋＶ程度の比較的低い電圧でもよいものと考えられる。

すなわち、高周波での低電圧駆動が可能となり、また、電源の小型化を図ることもできる。

上述の実施の形態では、蛍光体付き陽極部８は、板状であったけれども、本発明の他の実施の形態として、蛍光体付き陽極部を、真空封止管の内周面に形成し、真空封止管の中心に配置した線状陰極部から電子を放出させるようにしてもよく、また、真空封止管は、直管状に限らず、Ｕ字状、その他の形状であってもよい。

本発明は、液晶表示装置のバックライト装置として有用である。

液晶テレビの本体と液晶表示装置とバックライト装置との概略斜視図である。図１のバックライトの斜視図である。図２の断面図である。バックライトの管電圧−管電流特性を示す図である。パルス電圧波形を示す図である。リップル状の電圧波形を示す図である。リップル状の電圧波形の一例を示す図である。電流波形を示す図である。ピーク電圧が８ｋＶのときのリップル電圧の周波数とバックライトの発光輝度との関係を示す図である。ピーク電圧が９ｋＶのときのリップル電圧の周波数とバックライトの発光輝度との関係を示す図である。ピーク電圧が１０ｋＶのときのリップル電圧の周波数とバックライトの発光輝度との関係を示す図である。

符号の説明

６バックライト７真空封止管
８蛍光体付き陽極部９線状陰極部
１６導電性ワイヤ１８電界電子放出部

Claims

液晶表示装置の背面を照明する位置に設置されるバックライトと、前記バックライトを駆動する直流電源とを備えた液晶表示装置用バックライト装置であって、
前記バックライトは、
真空封止管と、前記真空封止管内に設けられた蛍光体付き陽極部と、前記真空封止管内において前記蛍光体付き陽極部に対向配置された線状陰極部とを備え、前記線状陰極部は、当該真空封止管の長手方向に沿って線状に延び外周面に凹凸部を有した導電性ワイヤと、前記導電性ワイヤの前記凹凸部の外周面に形成されたカーボン系膜からなる電界電子放出部とを備えており、
前記直流電源は、
前記蛍光体付き陽極部と前記線状陰極部との間に前記電界電子放出部から電子を放出させるためのリップル状の電子放出用電圧を周期的に印加する電源により構成されており、前記電子放出用電圧を前記電子の放出電圧未満の直流電圧に前記電子の放出電圧以上の波高値となるリップル電圧を重畳した電圧とし、
前記カーボン系膜が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノウォールからなる、ことを特徴とする液晶表示装置用バックライト装置。