JP5385151B2 - 電界放出素子バックライトユニットのためのスクリーン構造 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントおよび電界放出素子バックライトユニットを備える液晶ディスプレイに関する。電界放出素子バックライトユニットは、実質上連続なストライプ状にして形成される蛍光体素子を有するスクリーン構造を備えるアノードを含み、複数行のエミッタセルは各蛍光体素子と位置が合わせられている。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は一般的に光弁である。したがって、画像を生成するには液晶ディスプレイを照射しなければならない。基本画像領域（ピクセル、サブピクセル）は、小面積の電子的にアドレス可能な光シャッタによって生成される。従来のＬＣＤディスプレイにおいて、白色光を照射し、個々の赤色、緑色、青色のサブイメージに対応する個々のサブピクセル透過光をカラーフィルタリングすることにより、色が生成される。より進んだＬＣＤディスプレイでは、バックライトをプログラム可能にして、個々のパルス光をスクロールすることにより動きのぼやけをなくすことを可能にしている。例えば、スクローリングは、ランプの長軸がディスプレイの水平軸と平行し、かつ個々のランプがＬＣＤディスプレイの垂直方向への進行アドレッシングにほぼ同期してアクティブになるような方法で（ディスプレイ当たり約１０個の電球を有する）ＬＣＤディスプレイ（特許文献１参照）などいくつかの冷陰極蛍光ランプを配列することによって実現することができる。あるいは、熱フィラメント蛍光電球を用いることもでき、個々の蛍光電球を上から下へ進行的に順次オン、オフさせて同様にスクロールすることができ、このスクローリングによって動きのアーチファクトを低減することができる。バックライトランプは拡散板の前に配置される。ＬＣＤディスプレイは、カラーフィルタおよび偏光板を支持するガラス板を備えることができる。

バックライト用にＬＥＤ（発光ダイオード）を利用することによって、標準ＬＣＤ技術のさらなる改良を得ることができる。上記のＬＥＤを液晶材料の背面に均一に分散して配置し、バックライトシステム全体を含むＬＥＤを３組（青色、緑色、赤色）設けることにより、追加のプログラマビリティ利得および追加の性能利得を得ることができる。このようなＬＥＤ照明の重要な特徴には、優れたブラックレベル、ダイナミックレンジの向上、およびカラーフィルタの削減が含まれる。カラーフィルタは、バックライトおよびＬＣＤをカラーフィールドシーケンシャル方式で動作させることにより、無くすことができる。ＬＥＤバックライトは優れたイメージ特性をもたらすが、高コストである。したがって、ＬＥＤバックライトによるＬＣＤの動作性能を有するより安価な代替ＬＣＤが必要とされている。

米国特許第７０９３９７０号明細書

液晶ディスプレイは、電界放出素子バックライトユニットに結合された液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントを備える。電界放出素子バックライトユニットは、カソードとアノードを有する。アノードは、それぞれが実質上連続なストライプ状にして形成された複数の蛍光体素子を有するスクリーン構造を備える。各蛍光体素子は、カソード上に形成された複数行の電界エミッタセルに位置が合わせられる。

ここでは、本発明を添付の図面を参照しながら例示により説明する。
液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントおよび電界放出素子バックライトユニットを含む液晶ディスプレイの部分断面図である。 図１の電界放出素子バックライトユニットにおけるスクリーン構造の平面図である。 本発明による、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントおよび電界放出素子バックライトユニットを含む液晶ディスプレイの断面図である。 図３の電界放出素子バックライトユニットにおけるスクリーン構造の平面図である。 図３の電界放出素子バックライトユニットの断面図である。 図３の電界放出素子バックライトユニットの別の断面図である。

図１〜図２は、液晶ディスプレイの一実施形態を示す。図１に示すように、液晶ディスプレイは、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント１６０と、電界放出素子バックライトユニット１５０とを備える。図１に示すように、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント１６０は、拡散板１５１、偏光板１５２、回路板１５３、液晶（ＬＣ）１５４、ガラス板１５５、第２の偏光板１５６および表面処理フィルム１５７から構成される。拡散板、偏光板、回路板、ＬＣ、ガラス板、第２の偏光板および表面処理フィルムの構成および動作は、当技術分野では公知なので、これらについてのさらなる説明は本明細書では行わない。

電界放出素子バックライトユニット１５０は、カソード１０７とアノード１０４からなる。アノード１０４は、蛍光体素子１３３の配列からなるスクリーン構造を備える。図２に示すように、蛍光体素子１３３は、赤色蛍光体素子１３３Ｒ、緑色蛍光体素子１３３Ｇ、および青色蛍光体素子１３３Ｂからなる。赤色蛍光体素子１３３Ｒ、緑色蛍光体素子１３３Ｇ、および青色蛍光体素子１３３Ｂは、列および行に形成することができる。（一般的には、「行」という表現は典型的には水平な向きを指し、「列」という表現は垂直な向きを指すが、本明細書および特許請求の範囲においては、別段の指示がない限り、「行」および「列」は、水平、垂直、またはそれらの間におけるある一定の向きでよい。）各列は蛍光体素子色を１つだけ有し、蛍光体素子色は各行に沿って繰り返し配列させることができる。蛍光体素子１３３は、約１〜５ミリメートルのピッチＡで配列され、ブラックマトリックス１３９で分離することができる。（ブラックマトリックスは、列もしくは行または両方を分離することができる。）図１に示すように、カソード１０７は電子１８を放出できる複数のエミッタセルを備える。エミッタセルは、赤色エミッタセル１２７Ｒ、緑色エミッタセル１２７Ｇ、青色エミッタセル１２７Ｂから構成される。エミッタセルは、蛍光体素子１３３と同じピッチで配列される。カソード１０７がアノード１０４に対して封止されるときに、各エミッタセルは対応する各蛍光体素子１３３と精確に位置合わせされなければならない。例えば、図１に示すように、エミッタセルから放出された電子１８が適切な蛍光体素子１３３に確実に衝突するようにするには、各赤色エミッタセル１２７Ｒは赤色蛍光体素子１３３Ｒと位置合わせされていなければならず、各緑色エミッタセル１２７Ｇは緑色蛍光体素子１３３Ｇと位置合わせされていなければならず、各青色エミッタセル１２７Ｂは各青色蛍光体素子１３３Ｒと位置合わせされていなければならない。

図１〜図２に示す電界放出素子バックライトユニット１５０の構成は、改良することが可能である。蛍光体素子１３３の構成と向きの故に、スクリーン構造を形成する際に、蛍光体素子１３３を２つの方向で適切に位置合わせしなければならず、そのためスクリーン構造は製作しにくくなっている。さらに、カソード１０７をアノード１０４に対して封止するときに、エミッタセルから放射される電子１１８が間違った蛍光体素子１３３に衝突しないように、各エミッタセルをそれぞれ対応する蛍光体素子１３３に２つの方向で精確に位置合わせしなければならず、そのため位置合わせが極めて重要になる。さらに、着色蛍光体素子１３３は、スクリーン構造の各行に沿って繰り返し配列されるので、各行の一部またはすべてを活性化できるように電界放出素子バックライトユニット１５０をプログラムすることは難しい。

図３の液晶ディスプレイは、本発明の好適な一実施形態である。図１に示し説明したＬＣＤと比較して、プログラミング、位置合わせ、および製作がより容易である。液晶ディスプレイは、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０および電界放出素子バックライトユニット５０を備える。図の実施形態では、電界放出素子バックライトユニット５０は、液晶ディスプレイに対してバックライトを供給するために液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０に結合されている。しかし、電界放出素子バックライトユニット５０を、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０を含まない直接にディスプレイ装置として使用することもできる。

図３に示すように、液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０は、拡散板５１、偏光板５２、回路板５３、液晶（ＬＣ）５４、ガラス板５５、第２の偏光板５６および表面処理フィルム５７から構成される。拡散板５１および偏光板５２は、３Ｍ社製のＶＩＫＵＩＴＩ（登録商標）光学フィルムなどの輝度改善素子を備えることができる。これは、ＬＣ５４に対する光入射角を最適化することにより、普通ならば使用されない光を再利用して液晶ディスプレイの輝度を高めている。

図３に示すように、電界放出素子バックライトユニット５０は、カソード７およびアノード４から構成される。アノード４は、アノード４上に被着された透明導電体１を有するガラス基板２を備える。透明導電体１は、例えば、酸化インジウムスズでよい。蛍光体素子３３が透明導電体１に加工されて、スクリーン構造を形成する。図４に示すように、蛍光体素子３３は、赤色蛍光体素子３３Ｒ、緑色蛍光体素子３３Ｇ、および青色蛍光体素子３３Ｂから構成される。赤色蛍光体素子３３Ｒ、緑色蛍光体素子３３Ｇ、および青色蛍光体素子３３Ｂは、相互に実質上平行に延びる実質上連続なストライプ状にして形成される。各蛍光体素子３３は、例えば、１ミリメートルを超える幅Ｗを有してよい。ＦＥＤバックライトコンポーネントは、フロントエンドＬＣＤに比べて低解像度でもよい（すなわち、バックライトのセルの個々のアクティブ化により、複数のＬＣＤピクセルに対して選択された色の光を与えることができる。）。

図の実施形態では、各蛍光体素子３３は、蛍光体素子３３のうちの隣接する１つの蛍光体素子と当接し、各蛍光体素子３３は水平方向に連続して配列されている。ただし、蛍光体素子３３の向きおよび連続性は、所望の走査パターンに応じて変わり、例えば、蛍光体素子３３は水平方向ではなく垂直方向もしくは０〜９０度の間の角度で延びてもよいことが当業者には理解されよう。さらに、スペーサ（図示せず）または他の素子（図示せず）を収容し、あるいは複雑な走査パターンを受け入れるために蛍光体素子３３内に破断部（図示せず）を形成してもよい。

蛍光体素子３３は、低電圧蛍光体材料、陰極線管蛍光体材料、または非水相溶性蛍光体から形成することができる。陰極線管蛍光体材料は、１０〜１５キロボルトの動作範囲内が最適である。図５に示すように、蛍光体素子３３上に薄膜の反射性金属膜２１を配置することができる。反射性金属膜２１は、カソード７に向かって放射された光をカソード７から反射させることにより、電界放出素子バックライトユニット５０の輝度を向上させる働きをする。

図５〜図６に示すように、カソード７は、誘電体材料２８、誘電体支持部３１、裏板２９および裏板支持構造体３０を備える。誘電体材料２８は、複数のエミッタセル２７を有する。図４に示すように、エミッタセル２７は、行に配列される赤色エミッタセル２７Ｒ、緑色エミッタセル２７Ｇ、および青色エミッタセル２７Ｂから構成される。カソード７は、電界放出素子バックライトユニット５０の所望の用途に応じて、個別にプログラム可能な約１０〜２，０００の行および列を備えることができる。図５〜図６に示すように、各エミッタセル２７は複数の電子エミッタ１６を含む。電子エミッタ１６はアレイとして配列され、エミッタ開口２５を有する。図の実施形態では、電子エミッタ１６は、円錐形マイクロチップエミッタであるが、カーボンナノチューブエミッタなど、他のタイプの電子エミッタも使用できることが当業者には理解されよう。カーボンナノチューブエミッタは、約１０キロボルト以上のアノード電位で１ミリメートル以上のピクセル解像度の範囲で動作する電界放出素子バックライトユニット５０において効果的となる。電子エミッタ１６は、約１５〜３０ミクロンのピッチＤを有する。エミッタ開口２５は、約１０ミクロンの開口サイズＢを有する。各電子エミッタ１６は、それぞれ１つのゲート２６と関連付けられる。ゲート２６は誘電体材料２８上で支持することができる。

図５に示すように、カソード７は、アノード４から約１〜５ミリメートルの距離Ｃだけ離れて配置される。カソード７はアノード４に対して、図４に示すように、複数行のエミッタセル２７が各蛍光体素子３３と位置が合わせされるように封止される。図の実施形態では、３行の赤色エミッタセル２７Ｒが赤色蛍光体素子３３Ｒと位置が合わせされ、３行の緑色のセル２７Ｇが緑色蛍光体素子３３Ｇと位置が合わせされ、３行の青色エミッタセル２７Ｂが青色蛍光体素子３３Ｒに位置が合わせされている。赤色、緑色、および青色蛍光体素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂが実質上連続するストライプ状にして形成され、赤色、緑色および青色エミッタセル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂのそれぞれがグループにまとめられているので、赤色、緑色および青色エミッタセル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂと対応する赤色、緑色および青色蛍光体素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂとの精確な位置合わせが１方向のみにおいて必要である。各蛍光体素子に対して図３に示した行の数は３つであるが、その数は２以上の他の数でもよい。

次に、電界放出素子バックライトユニット５０の動作について説明する。電源（図示せず）によりアノード４に電位Ｖａが印加される。電源（図示せず）は、例えば、１０〜２０キロボルトの範囲で動作するＤＣ電源でよい。ゲート電位Ｖｑが所望のゲート２６に印加される。カソード７に生成される電界により、電子エミッタ１６が電子１８を放出する。電子１８は、エミッタ開口２５を通ってアノード４に向かって移動する。電子１８は、アノード４上の対応する蛍光体素子３３に衝突し、それにより光子４６を伴う光子放出を、見る人の側に、または液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０の拡散板５１に向ける。適切に赤色、緑色、および／または青色蛍光体素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂがアクティブにされたときに、白色光、緑色光、赤色光、および／または青色光が液晶ディスプレイのピクセルを通過するようにして、放出された光子４６が拡散される。

電界放出素子バックライトユニット５０が液晶ディスプレイの特定のピクセルに特定の色の光を選択的に与えることができるように、電界放出素子バックライトユニット５０をプログラム可能にすることができる。電界放出素子バックライトユニット５０がプログラム可能であると、液晶ディスプレイは最適な黒レベル、幅広いダイナミックレンジ、ぼやけのない動きの表示、および大きな色域を実現することができる。（プログラム可能とは、光を透過するためにＬＣＤセルがアクティブにされるスクリーンの特定の位置において、必要な色の光だけが生成されるようなインテリジェントなバックライト性能を意味する。）例えば、各行は蛍光体素子３３のうちの単一の色を備えるので、電界放出素子バックライトユニット５０は、特定の色の各行の一部または全部が活性化されるようにする水平方向のプログラム可能性を有することができる。同じ色の蛍光体素子３３はすべて一緒にグループ化されるので、この種の水平方向のプログラム可能性は、容易に処理することができる。さらに、同じ色の蛍光体素子３３はすべて一緒にグループ化されるので、これらの間隔と関連する空間電荷および放出角度による電子１８の拡散が、電界放出素子バックライトユニット５０の色性能に不利になることはない。

以上、本発明を実施するためのいくつかの可能性を例示した。他の多くの実施形態が、本発明の範囲および趣旨の範囲内において可能である。例えば、例示の実施形態では、電界放出素子バックライトユニット５０はカラーシーケンシャルモードで動作し、したがって液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネント６０にはカラーフィルタは必要とされない。しかし、本発明の他の実施形態では、より狭い色波長帯を活用できるカラーフィルタを備えることができる。したがって、以上の説明は限定的ではなく例示的とみなされるべきであり、本発明の範囲は、均等物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲によって与えられることが意図される。

Claims (12)

1. 液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントと、
   カソードおよびアノードを有して、前記液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントに結合されている電界放出素子バックライトユニットと、
   を備える液晶ディスプレイであって、
   前記カソードは複数のエミッタセルを備え、
   前記アノードは、実質上連続するストライプ状にそれぞれ形成される複数の蛍光体素子を有するスクリーン構造を備え、
   前記蛍光体素子はそれぞれ、複数行の前記エミッタセルに位置が合わせられ、
   前記電界放出素子バックライトユニットは、前記液晶ディスプレイフロントエンドコンポーネントよりも低い解像度である、
   ことを特徴とする液晶ディスプレイ。
2. 前記エミッタセルはそれぞれ、複数の電子エミッタを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
3. 前記蛍光体素子は、互いに実質上平行して延びることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
4. 前記蛍光体素子はそれぞれ、１ミリメートルを超える幅を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
5. 前記蛍光体素子はそれぞれ、前記蛍光体素子のうちの隣接する１つの蛍光体素子と当接することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
6. 前記蛍光体素子は、赤色蛍光体素子、緑色蛍光体素子、および青色蛍光体素子から構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
7. 前記赤色蛍光体素子と位置が合わせられた前記エミッタセルは、赤色エミッタセルからなり、
   前記緑色蛍光体素子と位置が合わせられた前記エミッタセルは、緑色エミッタセルからなり、
   前記青色蛍光体素子と位置が合わせられた前記エミッタセルは、青色エミッタセルからなる
   ことを特徴とする請求項６に記載の液晶ディスプレイ。
8. 複数のエミッタセルを備えるカソードと、
   実質上連続するストライプ状にそれぞれが形成されている複数の蛍光体素子を有するスクリーン構造を備えるアノードと、
   を備える電界放出素子であって、
   前記蛍光体素子はそれぞれ、複数行の前記エミッタセルに位置が合わせられる
   ことを特徴とする電界放出素子。
9. 前記エミッタセルはそれぞれ、複数の電子エミッタを含むことを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
10. 前記蛍光体素子は、互いに実質上平行して延びることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
11. 前記蛍光体素子はそれぞれ、１ミリメートルを超える幅を有することを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
12. 前記蛍光体素子はそれぞれ、前記蛍光体素子のうちの隣接する１つの蛍光体素子と当接することを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。

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