JP4682525B2

JP4682525B2 - カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP4682525B2
Application number: JP2004089773A
Authority: JP
Inventors: 浩一相澤; 卓哉菰田; 徹馬場; 紘菊地
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP2005275105A

Description

本発明は、カラー液晶表示装置に関するものである。

従来から、カラー画像表示装置の液晶ユニットに用いられていたカラーフィルタを不要としたカラー画像表示装置として、図８に示すように、白黒表示用の液晶表示パネル１１８と、液晶表示パネル１１８の背面側に設けられ発光色が３原色で切り替わる面光源として機能するカラーバックライトユニット１’とを備え、カラーバックライトユニット１’において電子源１１０ａから放射させる電子線により赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の蛍光体画素１１５を順次発光させるようにしたカラー液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述の液晶表示パネル１１８は、多数の液晶画素１１９が配列された液晶基板１１６とガラス基板１１７とで構成されており、液晶表示パネル１１８の背面および前面にはそれぞれ偏光パネル１２０，１２１が配設されている。

一方、上述のカラーバックライトユニット１’は、一表面上に多数の電子源１１０ａが配列された裏面基板１１１と、裏面基板１１１に対向配置され光を透過する前面基板１１２とを備え、前面基板１１２には各電子源１１０ａに対応する部位それぞれに蛍光体画素１１５が形成されている。なお、上記特許文献１では、電子源１１０ａとして、スピント（Spindt）型の電界放射エミッタアレイや、ダイヤモンド薄膜を用いた電子源や、ＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）型の電子源や、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）型の電子源などを用いることが提案されている。

また、図８に示した構成のカラー画像表示装置は、蛍光体画素１１５のサイズおよび電子源１１０ａのサイズを液晶表示パネル１１８の液晶画素１１９のサイズよりも大きく設定し、カラーバックライトユニット１’と液晶表示パネル１１８の背面に設けた偏光パネル１２０との間に光拡散パネル１２２を配設してある。
特開平１１−６４８２０号公報

上記特許文献１に開示されたカラー液晶表示装置では、カラーフィルタが不要であるという利点があるものの、光拡散パネル１２２のような光学部品をカラーバックライトユニット１’と液晶表示パネル１１８の背面の偏光パネル１２０との間に配設することにより、液晶表示パネル１１８の面内輝度の均一性を高めているので、光拡散パネル１２２の分だけ部品点数が増加するとともに厚みが大きくなり、しかも、カラーバックライトユニット１’からの光の利用効率が低下してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、カラー表示のためのカラーフィルタが不要で、光拡散パネルなどの光学部品を用いることなく面内輝度の均一性を高めることができ、部品点数の削減および薄型化を図れるカラー液晶表示装置を提供することにある。

請求項１の発明は、液晶ユニットと、液晶ユニットの背面側に設けられるカラーバックライトユニットとを備え、フィールドシーケンシャル方式で駆動させるカラー液晶表示装置であって、カラーバックライトユニットは、電子線を放射する多数の電子源素子が液晶ユニットの背面に平行な面内で配列されたマトリクス電子源と、マトリクス電子源に対向配置され電子源素子から放射される電子線により励起されて発光する３原色の蛍光物質からなる蛍光体層がマトリクス電子源側に設けられた透明基板とを備え、蛍光体層は、液晶ユニットの１画素毎に、発光色が赤色の蛍光物質からなる赤色蛍光体領域、発光色が緑色の蛍光物質からなる緑色蛍光体領域、発光色が青色の蛍光物質からなる青色蛍光体領域の組が複数組配列され、透明基板は、該透明基板における液晶ユニット側の表面に、拡散透過性を付与する多数の凹凸が形成されてなり、該凹凸のサイズが赤色蛍光体領域、緑色蛍光体領域、青色蛍光体領域のサイズよりも小さく形成され、マトリクス電子源における各電子源素子は、駆動時に表面電極を下部電極に対して高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が表面電極へ向かって通過する強電界ドリフト層を有し表面電極を通して電子を放射するものであり、強電界ドリフト層が、多数のナノメータオーダの半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜とを有し、マトリクス電子源は、各赤色蛍光体領域および各緑色蛍光体領域および各青色蛍光体領域それぞれに対向する部位に電子源素子が１つずつ設けられ、蛍光体層におけるマトリクス電子源側の表面に、各電子源素子から放射された電子がトンネル可能な膜厚の金属薄膜が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、電子源素子の電子の放出角の広がりが小さく、電子源素子と各蛍光体領域とが１対１で対応しているので、クロストークを防止することができ、マトリクス電子源の多数の電子源素子のうち各赤色蛍光体領域それぞれに対向する電子源素子の群のみを駆動することによりカラーバックライトユニットからは赤色の光が出射され、各緑色蛍光体領域それぞれに対応する電子源素子の群のみを駆動することによりカラーバックライトユニットからは緑色の光が出射され、各青色蛍光体領域それぞれに対向する電子源素子の群のみを駆動することによりカラーバックライトユニットからは青色の光が出射されることとなるから、カラー表示方式として、１フレームのカラー画像を赤色、緑色、青色の３原色のフィールドで構成するフィールド順次方式（フィールドシーケンシャル方式）を採用することでカラー表示のためのカラーフィルタが不要となる。また、液晶ユニットの１画素毎に、発光色が赤色の蛍光物質からなる赤色蛍光体領域、発光色が緑色の蛍光物質からなる緑色蛍光体領域、発光色が青色の蛍光物質からなる青色蛍光体領域の組が複数組配列されているので、光拡散パネルなどの光学部品を用いることなく面内輝度の均一性を高めることができ、部品点数の削減および薄型化を図れる。

この発明においては、特に、前記透明基板における前記液晶ユニット側の表面に、拡散透過性を付与する多数の凹凸を形成している。

そのため、光学部品を追加することなしに、面内輝度の均一性をより高めることができる。

なお、前記透明基板は、前記液晶ユニットにおいて液晶層の厚み方向の両側に設けられる一対のガラス基板のうち背面側のガラス基板により構成することもできる。

この場合は、部品点数の削減による低コスト化および薄型化を図れる。

この発明においては、特に、前記蛍光体層における前記マトリクス電子源側の表面に、前記各電子源素子から放射された電子がトンネル可能な膜厚の金属薄膜が設けられている。

そのため、前記電子源素子から放射された電子が前記蛍光体層の表面で帯電することによって前記蛍光体層がダメージを受けるのを防止することができ、前記蛍光体層の劣化による寿命低下を防止できる。また、前記蛍光体層で生じた光のうち前記液晶ユニットとは反対側に放射された光を金属薄膜により前記液晶ユニット側へ反射することができるので、前記カラーバックライトユニットからの光の取り出し効率が向上し、輝度が向上するという利点がある。

請求項１の発明では、カラー表示のためのカラーフィルタが不要で、光拡散パネルなどの光学部品を用いることなく面内輝度の均一性を高めることができ、部品点数の削減および薄型化を図れるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態のカラー液晶表示装置は、図１（ａ）に示すように、白黒表示用の液晶ユニット３と、液晶ユニット３の背面側に設けられるカラーバックライトユニット１とを備えている。なお、液晶ユニット３は、カラーバックライトユニット１側から入射した光を光量変調することで画像や文字などの表示を行うものである。また、図１（ａ）では、液晶ユニットの１画素に対応する部分のみを図示してある。

カラーバックライトユニット１は、電子線を放射する多数の電子源素子１０ａがマトリクス状に配列されたマトリクス電子源１０と、マトリクス電子源１０に対向配置される平板状のガラス基板からなる透明基板２０とを備えている。ここにおいて、マトリクス電子源１０は、平板状のガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面（図１（ａ）の上面）上に多数の電子源素子１０ａがマトリクス状に配列されている（つまり、多数の電子源素子１０ａがそれぞれマトリクスの格子点に配設されている）。言い換えれば、マトリクス電子源１０は、多数の電子源素子１０ａが液晶ユニット３の背面に平行な面内で配列されている。なお、本実施形態では、マトリクス電子源１０において電子源素子１０ａを形成する基板としてガラス基板からなる絶縁性基板１１を採用しているが、セラミック基板からなる絶縁性基板やシリコン基板のような半導体基板を用いてもよい。ただし、カラーバックライトユニット１と液晶ユニット３との相性（熱的物性など）を考えると、ガラス基板を用いることが好ましい。

カラーバックライトユニット１は、絶縁性基板１１がリヤプレートを兼ねるとともに、透明基板２０がフェースプレートを構成しており、絶縁性基板１１と透明基板２０との間に枠状のフレーム（図示せず）を介在させて絶縁性基板１１と透明基板２０とで囲まれる空間を真空に保つように構成されている。ここに、フレームは、絶縁性基板１１と透明基板２０との間の距離を保つ機能を有し、絶縁性基板１１および透明基板２０それぞれに、フリットガラスやエポキシ系の真空用接着剤などにより接着されている。また、フレームの材料としては、ガラスやセラミックなどを採用してもよいし、表面をほうろうなどにより絶縁処理した金属板を採用してもよい。なお、絶縁性基板１１および透明基板２０の厚み寸法は、大気圧に耐える強度を確保できるように設定する必要があり、カラーバックライトユニット１の平面サイズに応じて、数百μｍ〜数ｍｍの範囲で適宜設定すればよいが、図３に示すように、マトリクス電子源１０と透明基板２０との間に複数の補強用のスペーサ２３を適当な間隔で配列しておけば、絶縁性基板１１や透明基板２０の厚みを薄くすることが可能となる。なお、スペーサ２３の形状は、球状、円柱状、角柱状、十字状、高さ寸法と幅（厚さ）寸法との比が大きな薄板状など種々の形状から適宜選択することができる。また、スペーサ２３の材料としては、例えばガラスやセラミックなどを採用すればよいが、電子源素子１０ａから放射された電子による帯電を防止する観点から、若干の導電性を付与することが好ましく、導電性を付与する目安としては、抵抗率が１０^７〜１０^１４Ωｃｍ程度となるようにすればよい。この場合、スペーサ２３全体に導電性を付与してもよいし、スペーサ２３の表面だけに付与するようにしてもよい。

また、カラーバックライトユニット１は、透明基板２０におけるマトリクス電子源１０側の表面に透明な導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）よりなるアノード電極２２が形成され、アノード電極２２におけるマトリクス電子源１０との対向面には、電子源素子１０ａから放射される電子線により励起されて発光する３原色の蛍光物質からなる蛍光体層２１が形成されている。ここにおいて、蛍光体層２１は、液晶ユニット３の１画素毎に、発光色が赤色（Ｒ）の蛍光物質からなる赤色蛍光体領域２１ｒ、発光色が緑色（Ｇ）の蛍光物質からなる緑色蛍光体領域、発光色が青色（Ｂ）の蛍光物質からなる青色蛍光体領域の組が複数組配列されている。図１（ａ）では左から右へ赤色蛍光体領域２１ｒ、緑色蛍光体領域２１ｇ、青色蛍光体領域２１ｂ、赤色蛍光体領域２１ｒ、緑色蛍光体領域２１ｇ、青色蛍光体領域２１ｂ、…の順に配列されている。

一方、マトリクス電子源１０は、各蛍光体領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂそれぞれに対向する部位それぞれに電子源素子１０ａが設けられており、各蛍光体領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂには、対向する電子源素子１０ａから放射されアノード電極２２に印加された電圧によって加速された高エネルギの電子が衝突するようになっている（図１（ａ）中の矢印Ａは、電子源素子１０ａから放射された電子線を示している）。なお、ここに、アノード電極２２に印加された電圧とは、アノード電極２２と電子源素子１０ａの表面電極１７との間にアノード電極２２を高電位側として印加される電圧を意味しており、数百Ｖ〜数１０ｋＶ程度であるが、蛍光体層２１に用いる蛍光物質の種類や、マトリクス電子源１０と透明基板２０との間の空間の圧力などを考慮して適宜設定すればよい。また、マトリクス電子源１０と蛍光体層２１との間の間隔は、マトリクス電子源１０と透明基板２０との間の空間の圧力、アノード電極２２と表面電極１７との間に印加する電圧の大きさなどに応じて例えば０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。

以下、マトリクス電子源１０の電子源素子１０ａについて説明する。

電子源素子１０ａは、図１（ｂ）に示すように、絶縁性基板１１の上記一表面側に形成された導電性層（例えば、金属膜）よりなる下部電極１２と、下部電極１２上に形成されたノンドープ多結晶シリコン層１３と、ノンドープ多結晶シリコン層１３上に形成された強電界ドリフト層１６と、強電界ドリフト層１６上に形成された単層構造ないし多層構造の金属薄膜からなる表面電極１７とで構成されている。ここに、表面電極１７の厚さは１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度に設定されている。なお、本実施形態では、強電界ドリフト層１６と下部電極１２との間にノンドープ多結晶シリコン層１３を介在させてあるが、ノンドープ多結晶シリコン層１３を介在させずに下部電極１２上に強電界ドリフト層１６を形成した構成を採用してもよい。

強電界ドリフト層１６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図１（ｃ）に示すように、少なくとも、下部電極１２の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜である多数のシリコン酸化膜（絶縁膜）６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレイン５１は、下部電極１２の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板１１の厚み方向に延びている）。

上述の電子源素子１０ａから電子を放射させるには、図１（ｂ）に示すように、表面電極１７が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極１７と下部電極１２との間に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、アノード電極２２が表面電極１７に対して高電位側となるようにアノード電極２２と表面電極１７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖｃを適宜に設定すれば、下部電極１２から注入された電子が強電界ドリフト層１６をドリフトし表面電極１７を通して放出される（図１（ｂ）中の一点鎖線は表面電極１７を通して放出された電子ｅ⁻の流れを示す）。なお、強電界ドリフト層１６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極１７を容易にトンネルし真空中に放出される。

本実施形態の電子源素子１０ａでは、表面電極１７と下部電極１２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと呼び、アノード電極２２と表面電極１７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図１（ｂ）参照）、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉps）が大きいほど電子放出効率（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高いことになる。ここに、本実施形態における電子源素子１０ａでは、表面電極１７と下部電極１２との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。また、本実施形態の電子源素子１０ａは、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができるという特徴を有しており、絶縁性基板１１と透明基板２０と上記フレームとで囲まれた空間の真空度を高真空にする必要がなく、製造が容易になる。なお、上記空間の真空度は１Ｐａ以下に保てばよいが、蛍光体層２１および電子源素子１０ａの信頼性や放電などを考えると、１０^−２Ｐａ以下に保つことが好ましい。

また、本実施形態における電子源素子１０ａは、放射される電子線の広がり角が小さく、スピント型の電子源素子、ＭＩＭ型の電子源、ＭＩＳ型の電子源などに比べて電子の直進性が優れているので、隣り合う電子源素子１０ａに対応した蛍光体領域（例えば、赤色蛍光体領域２１ｒに対応する電子源素子１０ａから隣りの電子源素子１０ａに対向する緑色蛍光体領域２１ｇ）へ電子が到達する所謂クロストークを防止することができる。

本実施形態における電子源素子１０ａの基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極１７と下部電極１２との間に表面電極１７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極１２から強電界ドリフト層１６へ電子ｅ⁻が注入される。一方、強電界ドリフト層１６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ⁻はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層１６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図１（ｃ）中の矢印の向き（図１（ｃ）における上向き）へドリフトし、表面電極１７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層１６では下部電極１２から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極１７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電界ドリフト層１６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。ここに、強電界ドリフト層１６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極１７を容易にトンネルし放出される。

上述の強電界ドリフト層１６の形成方法について説明する。

強電界ドリフト層１６の形成にあたっては、まず、絶縁性基板１１上に形成した下部電極１２上にノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法などにより形成した後、上述のナノ結晶化プロセスを行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図１（ｃ）参照）と多数のシリコン微結晶６３（図１（ｃ）参照）とが混在する複合ナノ結晶層（以下、第１の複合ナノ結晶層と称す）を強電界ドリフト層１６の形成予定部位に形成する。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、下部電極１２を陽極とし、電解液中において多結晶シリコン層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層の主表面に光照射を行いながら、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ^２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含む第１の複合ナノ結晶層を形成する。

ナノ結晶化プロセスが終了した後に、上述の酸化プロセスを行うことで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、図１（ｃ）のような構成の複合ナノ結晶層（以下、第２の複合ナノ結晶層と称す）からなる強電界ドリフト層１６を形成する。酸化プロセスでは、エチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解液を用い、下部電極１２を陽極とし、電解液中において第１の複合ナノ結晶層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、下部電極１２を陽極とし、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ^２の電流）を流し陽極と陰極との間の電圧が２０Ｖだけ上昇するまで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む第２の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層１６を形成するようになっている。なお、本実施形態では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される第１の複合ナノ結晶層においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層１６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセスの条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の第１の複合ナノ結晶層は多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。

なお、上述の強電界ドリフト層１６では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。

ところで、図示していないが、本実施形態では、下部電極１２を図１（ａ）の左右方向に延長した形とし、表面電極１７を下部電極１２に直交する方向に延長した形として形成されており、下部電極１２と表面電極１７との交差する部位が、各電子源素子１０ａになっている。したがって、図示しない駆動回路によって適宜の下部電極１２と表面電極１７との組を選択し、選択した下部電極１２に対して選択した表面電極１７が高電位側になるような電圧を印加すれば、下部電極１２と表面電極１７との交差する部位である電子源素子１０ａから電子線が放射される。ここにおいて、下部電極１２は絶縁性基板１１の上記一表面に表面が揃うように埋め込んで形成してもよいし、絶縁性基板１１の上記一表面上にノンドープの多結晶シリコン層を形成した後に当該多結晶シリコン層の一部にｎ形不純物を高濃度ドープすることにより形成してもよい（つまり、下部電極１２をｎ^＋形多結晶シリコン層により構成してもよい）。なお、表面電極１７を下部電極１２に直交する方向に延長した形とする代わりに低抵抗のバス電極を下部電極１２に直交する方向に延長して下部電極１２に直交する方向に並設された表面電極１７を電気的に接続するようにしてもよい。

以上説明した電子源素子１０ａが配列されたマトリクス電子源１０を備えたカラーバックライトユニット１では、各電子源素子１０ａの電子の放出角の広がりが小さく、各電子源素子１０ａと各蛍光体領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂとが１対１で対応しているので、クロストークを防止することができる。

ここに、本実施形態におけるカラーバックライトユニット１では、マトリクス電子源１０の多数の電子源素子１０ａのうち図２の左上のように各赤色蛍光体領域２１ｒそれぞれに対向する電子源素子１０ａの群のみを駆動することにより透明基板２０を通して赤色の光が出射され、図２の右上のように各緑色蛍光体領域２１ｇそれぞれに対応する電子源素子１０ａの群のみを駆動することにより透明基板２０を通して緑色の光が出射され、図２の中央下のように各青色蛍光体領域２１ｂそれぞれに対向する電子源素子１０ａの群のみを駆動することにより透明基板２０を通して青色の光が出射されることとなる。

しかして、本実施形態のカラー画像表示装置では、カラー表示方式として、１フレームのカラー画像を赤色、緑色、青色の３原色のフィールドで構成するフィールド順次方式（フィールドシーケンシャル方式）を採用することでカラー表示のためのカラーフィルタが不要となるとともに、動画表示の性能を向上させることができる。また、液晶ユニット３の１画素毎に、赤色蛍光体領域２１ｒと緑色蛍光体領域２１ｇと青色蛍光体領域２１ｂとの組が複数組配列されているので、図８に示した従来構成において必要であった光拡散パネル１２２などの光学部品を用いることなく面内輝度の均一性を高めることができ、部品点数の削減および薄型化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態のカラー液晶表示装置の基本構成は図１に示した実施形態１と略同じであって、図４（ａ），（ｂ）に示すように、透明基板２０における液晶ユニット３側の表面に、拡散透過性を付与する多数の微細な凹凸を形成してある点が相違する。なお、微細な凹凸のサイズは各蛍光体領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂのサイズよりも十分小さく、各蛍光体領域２１，２１ｇ，２１ｂからの光を拡散透過するようようになっている。他の構成は実施形態１と同様であるから図示および説明を省略する。

しかして、本実施形態では、光学部品を追加することなしに、面内輝度の均一性を実施形態１よりも更に高めることができる。

（実施形態３）
本実施形態のカラー液晶表示装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、透明基板２０は、液晶ユニット３において液晶層３１の厚み方向の両側に設けられる一対のガラスセル（ガラス基板）３２，３３のうち背面側のガラスセル３３により構成されている点に特徴がある。ここに、液晶ユニット３は、液晶層３１の前面のガラスセル３２の前面側に視野拡大フィルムと偏光フィルムと反射防止フィルムとからなる光学機能部３５が設けられ、液晶層３１と、液晶層３１の背面側のガラスセル３３との間に、偏光フィルムと視野拡大フィルムとからなる光学機能部３４が設けられている。なお、図５に示した液晶ユニット３における光学機能部３５，３４の構成は例えば刊行物１（内田龍男、内池平樹監修、「フラットパネルディスプレイ大辞典」、初版、株式会社工業調査会、２００１年１２月２５日、ｐ．１８６）に開示されているように周知なので詳細な説明は省略する。他の構成は実施形態１と同様であるから図示および説明を省略する。

しかして、本実施形態では、上記刊行物１に開示されているように通常は液晶ユニットにおけるバックライトユニット側の表面側に設けられている視野拡大フィルムおよび偏光フィルム（つまり、光学機能部３４）を、カラーバックライトユニット１側のガラスセル３３と液晶層３１との間に介在させ、ガラスセル３３をカラーバックライトユニット１の透明基板２０と兼ねるようにしてあるので、部品点数の削減による低コスト化および薄型化を図れる。

（実施形態４）
本実施形態のカラー液晶表示装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、蛍光体層２１におけるマトリクス電子源１０側の表面に、各電子源素子１０ａから放射された電子がトンネル可能な膜厚の金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜など）からなるアノード電極２２を設けている点が相違する。要するに、実施形態１では透明基板２０と蛍光体層２１との間にＩＴＯ膜のような透明な導電膜からなるアノード電極２２を設けていたのに対し、本実施形態では、透明基板２１に蛍光体層２１を積層し蛍光体層２１におけるマトリクス電子源１０側の表面に金属薄膜からなるアノード電極２２を設けている点が相違する。上記金属薄膜の材料はアルミニウムに限定するものではなく、他の金属材料でもよい。なお、上記金属薄膜の材料としてアルミニウムを採用する場合には、蛍光体層２１の表面上に蒸着法などの成膜ダメージの比較的小さな成膜方法によって成膜すればよい。また、上記金属薄膜の膜厚は数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。他の構成は実施形態１と同様であるから図示および説明を省略する。

しかして、本実施形態では、電子源素子１０ａから放射された電子が蛍光体層２１の表面で帯電することによって蛍光体層２１がダメージを受けるのを防止することができ、蛍光体層２１の劣化による寿命低下を防止できる。

また、蛍光体層２１で生じた光のうち液晶ユニット３とは反対側に放射された光をアノード電極２２により液晶ユニット３側へ反射することができるので、カラーバックライトユニット１からの光の取り出し効率が向上し、輝度が向上するという利点がある。また、液晶ユニット３前面側から入射した外部光をアノード電極２２によって液晶ユニット３側へ反射して液晶ユニット３外部へ放出することが可能となるので、液晶ユニット３の外部光を利用した反射型液晶にも対応できるというメリットがある。なお、図７は液晶ユニット３での光の進行方向を説明するための図であって、同図中の矢印Ｐ１は蛍光体層２１から液晶ユニット３側へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｐ２は蛍光体層２１から液晶ユニット３とは反対側（つまり、カラーバックライトユニット１側）へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｐ３は蛍光体層２１から液晶ユニット３とは反対側へ放射されてアノード電極２２で反射された光を示し、同図中の矢印Ｐ４は液晶ユニット３の外部から液晶ユニット３へ入射した光を示し、同図中の矢印Ｐ５は液晶ユニット３の外部から液晶ユニット３へ入射してアノード電極２２で反射された光を示している。

実施形態１を示し、（ａ）は要部概略構成図、（ｂ）は電子源素子の基本動作説明図、（ｃ）は電子源素子の要部説明図である。同上の動作説明図である。同上の他の構成例の要部概略構成図である。実施形態２を示し、（ａ）は要部概略構成図、（ｂ）は（ａ）の要部Ｃの拡大図である。実施形態３を示す要部概略構成図である。実施形態４を示す要部概略構成図である。同上の動作説明図である。従来例を示す概略分解斜視図である。

符号の説明

１カラーバックライトユニット
３液晶ユニット
１０マトリクス電子源
１０ａ電子源素子
１１絶縁性基板
１２下部電極
１３ノンドープ多結晶シリコン層
１６強電界ドリフト層
１７表面電極
２０透明基板
２１蛍光体層
２１ｒ赤色蛍光体領域
２１ｇ緑色蛍光体領域
２１ｂ青色蛍光体領域
２２アノード電極
５１グレイン
５２シリコン酸化膜
６３シリコン微結晶
６４シリコン酸化膜

Claims

液晶ユニットと、液晶ユニットの背面側に設けられるカラーバックライトユニットとを備え、フィールドシーケンシャル方式で駆動させるカラー液晶表示装置であって、
カラーバックライトユニットは、電子線を放射する多数の電子源素子が液晶ユニットの背面に平行な面内で配列されたマトリクス電子源と、マトリクス電子源に対向配置され電子源素子から放射される電子線により励起されて発光する３原色の蛍光物質からなる蛍光体層がマトリクス電子源側に設けられた透明基板とを備え、蛍光体層は、液晶ユニットの１画素毎に、発光色が赤色の蛍光物質からなる赤色蛍光体領域、発光色が緑色の蛍光物質からなる緑色蛍光体領域、発光色が青色の蛍光物質からなる青色蛍光体領域の組が複数組配列され、透明基板は、該透明基板における液晶ユニット側の表面に、拡散透過性を付与する多数の凹凸が形成されてなり、該凹凸のサイズが赤色蛍光体領域、緑色蛍光体領域、青色蛍光体領域のサイズよりも小さく形成され、マトリクス電子源における各電子源素子は、駆動時に表面電極を下部電極に対して高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が表面電極へ向かって通過する強電界ドリフト層を有し表面電極を通して電子を放射するものであり、強電界ドリフト層が、多数のナノメータオーダの半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜とを有し、マトリクス電子源は、各赤色蛍光体領域および各緑色蛍光体領域および各青色蛍光体領域それぞれに対向する部位に電子源素子が１つずつ設けられ、蛍光体層におけるマトリクス電子源側の表面に、各電子源素子から放射された電子がトンネル可能な膜厚の金属薄膜が設けられていることを特徴とするカラー液晶表示装置。