JPH117016A

JPH117016A - カラー液晶ディスプレイ用バックライト

Info

Publication number: JPH117016A
Application number: JP9362450A
Authority: JP
Inventors: Nalin Kumar; クマーナリン; Zvi Yaniv; ヤニブズビ
Original assignee: NOMURA BOEKI KK; NOMURA TRADING CO Ltd; SI DIAMOND TECHNOL Inc
Current assignee: NOMURA BOEKI KK; NOMURA TRADING CO Ltd; SI DIAMOND TECHNOL Inc
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-01-12
Also published as: WO1998022849A1; US5926239A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】カラー液晶表示装置と併用するバックライト、
特にバックライトに関し、高い光伝送効率と輝度を備え
たコスト的に有効で低電力、多色液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】カラー液晶ディスプレイ用バックライト
が、特定液晶表示画素内の数個の副画素のそれぞれ一個
に有色光を照射する有色蛍光体を作動させるために種々
の技術を使用する。有色蛍光体の作動は、電界放出装
置、ダイオードおよびトリオード、蛍光灯、薄膜エレク
トロルミネセンス光、紫外線ランプ、熱電子エミッタま
たは高輝度グロー放電ランプを使用して実行される。LC
Dパネルが４枚以内のガラス基板を使用して製造され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】関連出願本願は「カラー液晶表示装置のバックライト」と題する
1996年8月16日出願の同時出願第08/699,199号の部分継
続出願であって、ここでは参考例として取り入れる。

【０００２】技術分野本発明は概してカラー液晶表示装置と併用するバックラ
イト、特にバックライトに関する。

【０００３】

【従来の技術】背景情報その特徴が非放射性であるために、伝統的な液晶フラッ
ト・パネル表示装置（「FPD」）には白色光源として反
射光またはバックライト（例えば、冷陰極または熱陰極
蛍光管）のいずれかを使用する。バックライトが使用さ
れると、バックライトによって発生された白色光が各液
晶画素を構成するマトリックスに向けられる。マトリッ
クスのそれぞれの画素に入射する光は、十分な電界がそ
のそれぞれの画素に印加されているか否かによって遮断
されるか伝送される。

【０００４】能動マトリックス式の液晶表示装置（「LC
D」）において、各液晶画素は直接アドレス可能である
（すなわち、電界の印加によって「オン」と「オフ」の
間を直接切替えすることができる）。この種のアドレス
方式は典型的には薄膜トランジスタ（「TFI」）の助け
により達成される。受動マトリックス・カラーLCDはも
ちろんのことカラー能動マトリックスLCDにおいても、
各々のクリスタル画素は数個の副画素の形態に集合され
る。この形態において、各副画素はカラー・フィルタ
（例えば、三つの副画素形態において、各副画素は、
赤、緑または青のフィルタのいずれかに関係する）に関
係する。典型的な形態は、垂直ストライプ、クワド、ト
ライアッドまたは水平ストライプ形態に配置された三つ
または四つの副画素を含んでいるが、他の形態およびフ
ィルタ・カラーも可能である。

【０００５】従来のLCDの形態、従来のバックライトお
よび従来の液晶表示装置の動作に関する詳細は、当該技
術において周知である。例えば、エス・ダブリュ・デッ
プ（S.W.Depp）およびダブリュ・イー・ホワード（W.E.
Howard）による「フラットパネル表示装置」、サイエン
チフィック・アメリカン、90頁（1993年3月）；エイチ
・ミラー（H. Miller）による「活性マトリックス技
術と要素の試験」、シャープLCDアプリケーション・ノ
ート、2-10-2-14頁；およびエイ・ドラゴン（A.Drago
n）による「バックライト法」、シャープ・アプリケー
ション・ノート、2-100-2-106頁を参照。

【０００６】図１は液晶副画素12、14、16および18、す
なわち、二つの赤色副画素12と16、および二つの緑色副
画素14と18を有する一般的な従来のバックライト・カラ
ーLCD10を表わす簡略化した断面図である。図１のLCD形
態中にバックライトとして使用された白色光源は、従来
の冷陰極蛍光管20である。この光源には光ガイド22、デ
ィフューザ24および照度強化フィルター26が関連配備さ
れている。全ての液晶画素と副画素の全体の構成28は、
液晶マトリックスとして知られている。（典型的なLCD
の液晶マトリックスは数１０万個程度の画素と数倍の副
画素を含むことができる。明瞭にするために、図１では
４個のみの副画素を示している。）各液晶副画素（12、
14、16および18）は、第１ガラス基板32上に第１ポララ
イザ30とTFT駆動液晶セル34とカラー・フィルター36
と、第２ガラス基板38と第２ポラライザ40を有してい
る。副画素12と16において、カラー・フィルター36は赤
色フィルターであり、画素14、18においては緑色フィル
ターである。

【０００７】図１の一般的LCD10の作動中、白色残留照
度強化フィルター26が各液晶副画素12、14、16および18
のそれぞれに移動する。各液晶副画素（必ずしも図示し
ていない）に印加される電界の大きさに左右され、第１
ポラライザ30に照射される白色光は（i）カラー・フィ
ルター36と第２ポラライザ40を含む全液晶副画素を介し
て伝送され、従って有色光としてポラライザ40から放出
されるか、（ii）液晶副画素の動作によってブロックさ
れるかのいずれかである。入射光をブロックするため
に、第１ガラス基板32を介して第１ポラライザ30を出る
光の偏向は、有色光残存カラー・フィルター36が第２ポ
ラライザ40によってブロックされるように、液晶セル34
に包含される液晶分子（図示省略）によって回転され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のバックライト・
カラーLCDの主要な欠点は、白色光源によって発生され
た光の大半が、液晶表示要素のそれぞれに関係する理想
的な透過率以下であるがために、失われてしまうことで
ある。例えば、典型的にLCDに使用されるカラー・フィ
ルターは２０から３３％の間の光伝送効率（フィルター
を介して伝送される入射光のパーセントとして規定され
る）を有している。ピー・プレシュコ（P.Pleshko）に
よる「情報表示の概観と状態」、情報表示協会、1992年
セミナー・レクチャ・ノート、5月18日を参照。従っ
て、赤色フィルターされた副画素が「オン」（光伝送状
態）モードにあれば、赤色フィルターされた液晶副画素
（すなわち、白色光の非赤色波長部分）に入射される白
色光の少なくとも６６％がフィルターによってブロック
され、従って無駄になる。同様にして、光が伝送されて
いる場合においても、緑や青色にフィルターされた液晶
副画素が入射白色光の少なくとも６６％を無駄にする。
さらに、表１に典型的な値によって示したように、液晶
表示要素のそれぞれの効率を考慮した光伝送の総効率は
典型的には約３-４％（上述のプレシュコによるノー
ト、M-0/63頁参照）に過ぎない。

【表１】

【０００９】従来のバックライト液晶表示装置に関連す
る他の欠点は、カラー・フィルターが比較的高価であ
り、また、比較的低電力入力（一般的には１ワット当た
りのルーメンによる単位で測定される）において高い輝
度画像を発生することができない。

【００１０】従来の冷陰極管または熱陰極蛍光管バック
ライトに対抗するものの一つとしては、電子放出源とし
て薄膜エッジ放射装置を使用する陰極線ルミネセンス・
ランプがある。アキンワンド（Akinwande）他による
「ランプ/バックライト適用における薄膜エッジ放射真
空マイクロエレクトロニクス装置」、第８回国際真空マ
イクロエレクトロニクス会議のテクニカル・ダイジェス
ト、1995年8月3日、418頁を参照。しかし、この構成は
多色画像を発生させるのに非能率性を伴うカラー・フィ
ルターを必要とする。

【００１１】前述の結果として、当該技術になおも必要
とするのは、高い光伝送効率と輝度を備えたコスト的に
有効で、低電力、多色液晶表示装置である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明の概要前述の要求は、（i）所定寸法とパターンと間隔を有
し、液晶マトリックスの対応する液晶副画素と共動する
有色光放出蛍光画素でパターン化された発光画面（フェ
イスプレート）と、（ii）電子を蛍光画素に提供するよ
うに適用された広域電子放出源とを備えた本発明によっ
て満たされる。一実施例において、広域電子放出源は冷
陰極電界放出装置であり、蛍光パターンが該装置のアノ
ード上に配備される。他の実施例は薄膜ダイヤモンド・
エミッタを使用するダイオード形態、または、トリオー
ド形態の冷陰極電界放出装置のいずれかを使用する。電
界放出をベースとするカラーバックライトを使用するこ
とで、LCD画素に高価なカラー・フィルターを使用する
必要性がなくなる。カラー・フィルターがなくなること
で光伝送効率が少なくとも３倍程度増大する。加うる
に、従来のバックライトは１ワット当たり約１５ルーメ
ンの電力効率で白色光を発生する。この効率を表１に報
告したように約０．４％の従来のカラーLCDの総伝送効
率に乗算すると、１ワット当たり０．６ルーメンの総LC
D電力効率が得られる。比較してみると、パターン化さ
れた有色光放出蛍光体を使用する電界放出装置は典型的
に１ワット当たり約２０ルーメンの効率で光を発生す
る。この効率を約１５-１８％（従来の光ガイド、光デ
ィフューザ要素およびカラー・フィルター要素を必要と
しないので、従来のLCD形態よりも高い）の総LCD伝送効
率に乗算すると、１ワット当たり約３．３ルーメンの総
LCD電力効率が得られる。表２を参照する。この効率は
従来のLCD形態よりも５．５倍の高さである。従って、
本発明は従来の電力消費レベルで輝度が高くなるか、ま
たは、低い電力消費レベルで等価な輝度を提供する。

【表２】本発明の他の実施例において、カラーLCD用のバックラ
イトは蛍光灯と同じようにして発生されるプラズマから
カラー蛍光体の紫外線（UV）衝撃を利用する。本発明の
さらに他の実施例において、カラー蛍光体への電子衝撃
は高輝度ランプからのグロー放電によって発生される。
本発明のさらに他の実施例において、カラー蛍光体から
放出された光子はバックライトのアノード機構内に一体
化された集束レンズ特性によってLCD副画素に向けて集
束される。本発明のさらに他の実施例において、エレク
トロルミネセンス・バックライトは薄膜蛍光体で発生さ
れる。本発明のさらに他の実施例において、タングステ
ンのような熱電子放出源（エミッタ）が、電子を発生さ
せてカラー蛍光体を衝撃してLCDに対する有色バックラ
イトを生ぜしめるのに使用される。本発明のさらに他の
実施例において、光ファイバーが並置状態に積み重ねら
れ互いに溶融され、スライスされて、バックライトの有
色蛍光体から放出された光線のためのガイドを提供する
コリメータが形成される。本発明のさらに他の実施例に
おいて、LCD表示装置全体はこれまでに説明した種々の
技術の一つまたはそれ以上を併用することによって４枚
より少ないガラス基板で生成される。本発明のさらに他
の実施例において、不純物源のガラス基板へのイオン注
入はドープされた基板が有色蛍光体によって発生された
光線を集束させるための異なる屈折率を有するコリメー
タを形成するように実行される。本発明のさらに他の実
施例において、紫外線ランプがバックライトの有色蛍光
体を衝撃する電子を発生させるのに使用される。これま
での説明は、次なる本発明の詳細な説明でよりよく理解
できるであろうから、本発明の特徴および技術的な利点
はかなり広範で概略的なものである。本発明の付加的な
特徴および利点を以下に説明するが、これは本発明の請
求の範囲の課題を形成するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明の詳細な説明次の説明において、多数の特定する詳細例を本発明を理
解するのに説明した。しかし、本発明はこのような特定
する詳細例なしに実行できることは当該技術に習熟した
人々にとって明白である。他の例において、周知の回路
が本発明を不必要な詳細を不明瞭にしないためにブロッ
ク図形態で示す。ほとんどの部分について、タイミング
事項等に関する詳細は、これが本発明の完全な理解を得
るのに必要ではなく、かつ、最適技術における当該技術
に習熟した人々の技術範囲にあるので、省略する。

【００１４】ここで図を参照して、表示した要素は縮尺
する必要はなく、また、同じまたは類似の要素はいくつ
かの図を通して同じ参照符号で示している。

【００１５】パターン化された蛍光体カラー・バックラ
イトアッセンブリの全ての基本的な実施例は、異なるカ
ラー（例えば、赤、緑、青の発光蛍光体の混合したもの
から他の色まで使用できる）の発光蛍光体画素でパター
ン化されたフェイスプレートを含んでいる。蛍光体画素
は所定寸法で、使用されるバックライトと併用される液
晶マトリックスの液晶画素構成に対応するパターンで構
成される。蛍光体画素の寸法は対応する液晶副画素に同
じであるか、これより大きいか、またはこれより小さ
い。パターン化された蛍光体カラー・バックライトアッ
センブリは、電子を均一にフェイスプレートのパターン
化蛍光体画素に提供するように適用された広域電子放出
源を含んでいる。

【００１６】図２はこの種のパターン化多色発光蛍光体
バックライトアッセンブリを使用するLCDの一部を概略
的に示す。図２の実施例において、多色発光パターン化
蛍光体バックライトアッセンブリ110は、広域電子放出
源と発光パターン蛍光体画面とを有し一体のアッセンブ
リに形成される。バックライトアッセンブリ110は標準L
CD画素マトリックス28に極めて接近して配置される。図
２に示したLCDマトリックス画素要素の各々は図１に関
して説明したものの機能と同じ機能を有する。図１に示
した従来のカラーLCDの形態と図２に示した実施例の形
態との間の差異は、図１の光源20、光ガイド22、光ディ
フューザ24、カラー・フィルター36および光学的輝度強
化装置26をパターン化されたカラー・バックライトアッ
センブリ110に置換した点である。

【００１７】図３はバックライトアッセンブリ110に使
用する発光パターン化蛍光体フェイスプレート300を概
略的に示す。パターン化赤色蛍光体画素（R）310、緑色
蛍光体画素（G）320および青色蛍光体画素（B）330がフ
ェイスプレート基板340の表面上の所定パターンに配備
される。図３の画素は４個の画素（各々２個の緑色およ
び赤色と青色それぞれ１個づつ）が４個、合計１６個の
画素の配列で構成されている。赤色、緑色および青色の
蛍光体画素のサイズ、間隔およびパターンは各色の蛍光
体画素が有色光を本質的に関連する液晶マトリックスの
単一の対応する液晶副画素に提供するように予め決定さ
れている。図３の蛍光体画素はクワド形態に配列されて
いるが、クワド形態に配列された副画素を有する液晶マ
トリックスを使用することもできる。

【００１８】一実施例において、２個の緑色蛍光体画素
と１個の赤色画素と１個の青色画素が各々クワド形態に
あって、それぞれ４個の画素形態のサイズは３３０ミク
ロン×３３０ミクロン台である。画素形態の数はもちろ
んであるが蛍光体画素のサイズ、間隔およびパターンも
図３の構成に限定されないことは言うまでもなく、関連
する液晶マトリックス28の画素に対応させる必要があれ
ば、そのように適用できる。例えば、パターン化カラー
蛍光体は垂直ストライプ、水平ストライプ、直線ストラ
イプまたは他の形態に配列することができる。

【００１９】発光カラー蛍光体画素は、広域電子放出源
からの電子の照射を受けたときに有色光を発生する適当
な蛍光体からなる。知られている蛍光体の例としてはZn
O：Zn（青緑）、ZnS：Mn,La₂O₂S：Tb（緑）、Y₂O₂S：Eu
（赤）、LaOBr：Tb（青）およびZnS：Ag（青）がある。
一実施例において、蛍光体は陰極線管に使用されるよう
な高圧での適用例がある。しかし、本発明は低電圧電子
と、適当な電圧が印加されるように開発された蛍光体を
使用して実行することができる。ヤコブセン（Jacobse
n）他による「電界放出表示装置用低電圧蛍光体の改良
された特性」SID表示装置製造会議、最近ニュース、1
頁、サンタクララ、カリフォルニア州、1995年2月2日参
照。

【００２０】蛍光体は粉状蛍光体の電気泳動堆積、蛍光
体を含む感光スラリの施塗およびパターン形成、さら
に、シルクスクリーン法によってフェイスプレート340
上に付着される。これらは全て当該技術においてよく知
られているものである。別の方法として、蛍光体は米国
特許第5,531,880号に開示されている工程を使用して付
けさせることもでき、ここでは参考として取りあげる。

【００２１】フェイスプレート340はバックライト内に
使用される特定電子放出源に依存したいくつかの実施例
の内の一つが利用できる。このような実施例を次にさら
に詳しく説明する。

【００２２】パターン化蛍光体画素に電子を提供する広
域電子放出源は、パターン化蛍光体画素に十分な電子を
提供して蛍光体から有色光の十分な光束を放出できるも
のであれば、当該技術においてよく知られたものを含め
たいずれの適当なデザインとすることもできる。

【００２３】広域電子放出源のいくつかの実施例には、
平面ダイヤモンド電界放出ダイオード・デバイス、平面
ダイヤモンド電界放出トリオード・デバイスまたは電界
放出マイクロチップ・デバイスのような冷陰極電界放出
デバイスが含まれる。冷陰極電界放出デバイスおよび表
示装置の製造および動作に関する詳細は、当該技術にお
いてよく知られている。例えば、エヌ・クマー他（N.Ku
mar et al）による「ナノ・クリスタル・ダイヤモン
ドをベースとする電界放出表示装置」、技術論文のSID
ダイジェスト、25巻、43頁（1994年）；クマー他による
「ダイヤモンド薄膜に基づく電界放出表示装置」、情報
表示会議団体（Society of Information Display C
onference）、技術ダイジェスト、1993年pp.1009-101
0；イクシー他（Xie et al）による「非晶質ダイヤモ
ンド薄膜からの電子界放出」、第６回国際真空マイクロ
エレクトロニクス会議技術ダイジェスト、1993年pp.162
-163；およびイクシー他による「低価格電界放出表示装
置におけるダイヤモンド薄膜の使用」、第７回国際真空
マイクロエレクトロニクス会議技術ダイジェスト、1994
年pp.229-232；さらに米国特許第5,199,918；5,312,51
4；5,341,063；5,399,238；5,449,970；5,528,099；5,5
48,185；5,536,193；5,543,684および5,252,833号があ
り、ここでは参考として取り入れる。

【００２４】本発明の蛍光体から光を放出する光源ない
しランプおよびその方法は、本願と共通の譲渡人に譲渡
された1996年3月25日出願（出願番号第08/621,531号）
「パルス化陰極ルミネセンス・ランプ」と題する共同出
願に開示されている。図４を参照して、カソード220は
低有効電界放出仕事関数を有する冷電子放出面を備えて
いる。低有効電界放出仕事関数物質は５０ボルト/マイ
クロメータより小さい電子放出に対する閾値電界を有す
るいずれの物質として規定される。放出面は基板218に
最初に金属層を生成することによって準備することがで
きる。モリブデン、タングステン、クロム、銅またはア
ルミニュームのような半導体業界で通常使用されるいず
れの金属も使用できる。好ましくは、低有効電界放出仕
事関数を有する炭素質層が金属層上に蒸着される。基板
218が十分な導電性を有しているものであれば、金属層
は必要ではない。炭素質コーティングは、ここでは参考
例として取りあげる「レーザ・プラズマ堆積によって生
成される非晶ダイヤモンド物質」と称する米国特許第4,
987,007号に開示されたレーザ研磨処理によって付着さ
れたコーティングでよい。あるいは化学的蒸着（CVD）
処理、または、低有効電界放出仕事関数面を生成するい
ずれの他の処理も使用できる。カソード層220は低電界
勾配で高電流出力を得るとともに高放出サイト密度を有
する面で均一な放出となるように選択される。

【００２５】アッセンブリ210はスペーサ214、アノード
（ガラス）基板216、ITO（錫インジウム酸化物）層22
2、蛍光体224も含んでいる。任意に、１００オングスト
ロームから５，０００オングストロームのアルミニウム
（A1）層225を蛍光体224上に堆積させることができ、カ
ソード220からの電子の蛍光体224へ伝送を許容するが、
光子をアノードに反射させる。

【００２６】カソードおよびアノード物質が正しい位置
に配備された後、ランプアッセンブリ210が高真空にさ
れ密封される。ゲッター226がアッセンブリ210内部から
残留ガスを除去する作用をする。アッセンブリ210内の
圧力は１０^-5トル以内に低下される。高真空が、ガス内
に形成される正イオンと、カソードへのボンバードおよ
び損傷を回避する。リード線228と229がアノードとカソ
ードを各々パルス発生器227に接続する。

【００２７】ランプアッセンブリ210の動作には、高電
圧パルスでダイオードアッセンブリを駆動させることも
含まれている。電気パルスでアッセンブリを駆動させる
理由を次に説明する。動作について説明すると、アッセ
ンブリ210は普通パルス発生器227である高電圧に接続さ
れる。このパルス発生器は、所望の電圧、周波数および
パルス長さ（デューティサイクル）を有する正または負
のパルスを発生して所望のレベルで光出力を生ずるよう
に調節される。サイクル時間で割った時間（time-on）
として規定されたデユーテイサイクルは、５％より小さ
く、また、１％より小さい。しかし、ランプはDC電圧
（１００％のデユーティサイクル）で動作させることが
できるが、ランプは次のセクションで説明するような問
題があり、特にランプが相当な時間点灯される場合に問
題がある。

【００２８】カソードとアノード間に印加される電圧
は、６キロボルトから３０キロボルトの範囲である。一
実施例において、この電圧は１０キロボルトから１２キ
ロボルトである。カソードとアノード間の空隙距離は
０．１mmから１０mmの範囲が好ましいが、空隙距離は次
に説明するカソードの放出特性および他の要素に基づい
て選択される。空隙内の電界は、通常１マイクロメータ
当たり約１ボルトから１マイクロメータ当たり約５０ボ
ルトの範囲である。

【００２９】低いデユーテイサイクルを有する高電圧パ
ルスを印加する理由は、電界に対する電流出力、および
カソードにおける電界勾配の関数としてのダイヤモンド
冷陰極の放出サイト密度（ESD）を表わす曲線を調べる
ことでよく理解できる。この種の曲線を図５に示す。こ
れらの曲線に表わされたデータは次なる操作によって得
られる。すなわち、平面カソードが真空セルに、また、
透明なアノードから選択された距離に配置される。DC電
圧が印加され、空隙に流れる電流が電圧の関数として測
定される。電圧が印加されている間、顕微鏡を設置して
アノードを直接観測するか、またはアノードの高分解能
写真を撮ることによって得られる。アノードの照射点の
数が観測域で測定され、発光サイトの平均密度が計算さ
れる。

【００３０】図５に示すデータは、２１マイクロメータ
の空隙距離、０．００３５cm²のカソード面積、２０マ
イクロ秒のパルス幅、６０Hzのパルス周波数および６．
３５mm²の集電面積で得られたものである。

【００３１】本発明に基づくランプのデザインは、所望
の光出力の選択から始まる。例えば、光の１０，０００
フィート-ランベルトの光の出力が所望であり、使用さ
れる蛍光体の効率を１ワット当たり２０ルーメンと仮定
する。これで光の出力は１cm²当たり約１１ルーメンで
ある。１０キロボルトの電圧を使用すると仮定する。必
要とする電力入力は１１lu/cm²を２０lu/wで割ったもの
で、約０．５w/cm²になる。この電力を発生させるため
に、平均の電流密度は０．５w/cm²を１０キロボルトで
割った値、すなわち、５０μA/cm²である。炭素質物質
から作られた低効率電界放出仕事関数冷陰極の電流に対
するエミッション・サイト・デンシテイ（ESD、１cm²当
たりのサイトで表わす）のグラフを観測すると、ESDは
この種の低電流密度において極めて低いことが分かる。
ランプに対しては、高いESDが必要である。例えば、次
にさらに説明するカソードからのデータを使用して、１
０，０００サイト/cm²のESDを必要とする場合、電流は
１０mA/cm²の範囲になる。５０μA/cm²の必要条件の電
力をリード線に供給すると同時にランプに高いESDを生
ぜしめるために、ランプを作動する電気パルスのデユー
ティサイクルは５０μAを１０mAで割った値、すなわ
ち、０．５％である。１kHzのパルス周波数に対して、
パルス幅は５マイクロ秒になる。

【００３２】使用されるカソード物質におけるESD対電
界のグラフから、所望のESDを発生する電界を決定する
ことができる。この電界において、パルスの電圧に対す
るカソードとアノード間の空隙距離が決定できる。

【００３３】グラフの曲線を調べると、低電界強度にお
ける冷陰極を有するダイオードを駆動した場合、ほんの
低いエミッション・サイト密度を発生することが分る。
従って、この種のカソードを使用するデバイスからは低
い光出力を発生することになる。低いサイト密度の「ホ
ット・スポット」がカソードに現れることが経験から分
っている。これがカソードの焼付を発生させ、蛍光体の
焼付が逆にダイオード形態中のホット・スポットにな
る。低いサイト密度ないしホット・スポットの問題の解
決には高電圧パルスを使用されることが分っている。図
５を参照すると、高電界において、エミッション・サイ
ト密度はその大きさの程度が大きくなる。例えば、１マ
イクロメータ当たり１２ボルトの電界において、エミッ
ション・サイト密度は約２８００サイト/cm²であった。
１マイクロメータ当たり１５ボルトの電界において、エ
ミッション・サイト密度は約８５，０００サイト/cm²で
ある。しかし、放出電流はもっと大きくなる。すなわ
ち、約６０マイクロアンペアから約500マイクロアンペ
アになる。１cm²の面積当たりのDC動作の下でのダイオ
ードの電力消費量は、［500 x 10^-6 X 10kV X 1/
0.0035］１．４キロワットとなり、これが短時間で電極
をオーバーヒートさせる作用をし、過度な電力を必要と
する。しかし、低いデユーティサイクルで高電圧パルス
を印加すると、電極における低エミッション・サイト密
度と過渡な電力消費の問題を克服できることが分った。
例えば、容量損失を無視すると、１％のデユーティサイ
クルで、電力必要量は１４ワットの範囲になる。

【００３４】パルス電圧とデユーティサイクルは電極の
加熱の限度を考慮して、図４の蛍光体層24から所望の輝
度を発生させるように選ばれる。１％またはこれこれよ
り小さいデユーティサイクルが通常の効率を有する現在
利用可能な蛍光体を使用する明るいランプを形成するこ
とができる。パルスの周波数は約２０Hzから約２０MHz
の範囲であるが、意図した使用で有効である光出力を発
生するように選ばれる。過渡なフリッカーまたは輝度の
変化はパルスの周波数を高めることによって容易に回避
できる。一実施例において、パルス周波数は約１kHzか
ら約１０kHzである。

【００３５】カソードとアノード間の空隙距離はカソー
ド物質の放出特性に基づいて選択される。図５に示した
特性を有する物質につき、１マイクロメータ当たり少な
くとも約１０ボルトの電界勾配が許容可能な動作範囲に
達するのに必要である。これは、１０kVのパルスを使用
したときに１mmの必要とする空隙距離となる。これより
大きい電流が図５に示す１マイクロ当たり１０ボルトの
レベル以外のカソードから引き出される。例えば、１マ
イクロメータ当たり１５ボルトの電界に対応する電流を
必要とする場合、空隙距離は図５に示す特性を有する物
質では０．６６mmに小さくなる。空隙距離は、所望のエ
ミッションサイト密度範囲および電流範囲において、各
選択されたカソード物質中のダイオードの動作を許容す
るように変化し、X線のランプの動作に問題が惹起すれ
ば、電圧の上方制限を考慮してこの種のX線の発生を回
避することを覚えておくべきである。

【００３６】図５に示した電流およびエミッションサイ
ト特性を有するカソード物質を、図６に示した装置によ
って用意した。まず、基板ウエハが十分に導電性を有し
ていない場合、（基板が例えばガラスでできている場
合）、マグネトロン・スパッタリングを使用して金属層
がウエハ上に成長させる。このウエハが蒸着システム23
0に配備される。ステンレススチールで作られたリアク
ター232がカソード234、アノード236および基板238を包
んでいる。カソード234は冷却水が循環するように適用
された銅ホルダー上に取り付けられることができる。DC
電源240が電力を抵抗器242に提供する。水素およびメタ
ンのようなガスが容器244と246から電流コントローラ24
8とバッファ・ボリューム250に供給される。エチール・
アルコールおよびCVDダイヤモンドを生成することが知
られているその他の炭素含有ガスを含む種々のガスも使
用できる。真空ポンプ252が約１００から３００トルの
圧力を維持する。このときガス流量がリアクター232に
よって１分当たり約５００標準cm³（sccm）を維持す
る。

【００３７】基板238は、通常接地されている第２アノ
ード256に載置された基板ホルダー254上に配置される。
基板ホルダー254は第２アノード256から電気的に絶縁さ
れているので、基板238は第２アノード256から絶縁さ
れ、両者は接地される。基板ホルダー254は、基板238を
通常７００℃から約１１００℃の範囲の温度に加熱する
加熱部材（図示省略）を含んでいる。好ましい動作温度
は約９００℃である。基板ホルダー254の表面には小さ
い開口部が設けられており、ここには、吸引力によって
正しい位置に基板238を保持する真空ポンプ252が一台接
続されている。水冷が基板ホルダー254の中央に流れを
提供している。

【００３８】基板238は先行技術でよく知られている標
準工程によって施され、グリッド236の下方に配置さ
れ、カソード234とグリッド236間に連通している「下流
側」ないし放電域外に基板238が位置付けされる。基板2
38をプラズマ域から外して位置付けすることによって、
基板がガラスのような電気的に絶縁物質であっても、グ
ロー放電CVD技術で基板238上にダイヤモンドの薄膜を成
長させることができる。グリッド236と基板238の表面間
の距離は、０．１と約５mmの間の範囲である。

【００３９】グリッド236は約０．３mmの直径を有する
ワイヤから作られたメッシュとして形成される。使用さ
れるワイヤ材料はタングステンである。メッシュは複数
の開口部を含んでおり、各開口部は幅が約０．１から約
５mmで、長さはほぼ幅と同じ範囲の寸法である。グリッ
ド236が加熱される。加熱は放電電流によって達成され
る。グリッド温度は１１００℃以上に達する。グリッド
236は高熱素子を呈し基板238上でダイヤモンド薄膜成長
率を増大させる。高温は、冷陰極電子放出素子として有
効な構造を有するフィルム材料の形態も許容する。グリ
ッド温度は有効な冷電子放出には１３００℃以上必要で
あり、約２５００℃もの高温に達する。

【００４０】カソード234は金属板または多孔性金属ダ
イアフラムから形成できる。カソード234の先端はロゴ
スキー形態（Rogovskey's Form）をなし、より均質な
電界を提供する。カソード234とグリッド236間の距離は
約５ないし５０mmの範囲である。負電圧がカソード234
に印加され、一方グリッド236は接地される。グリッド2
36とカソード234間の電圧は約６００ボルトから約１２
００ボルトの範囲である。イオン化がカソード234とグ
リッド236間のガス状カラムで発生し放電が形成され
る。

【００４１】金属層を必要としない十分な導電性を有し
ているシリコンがシリコン基板上で有効なカソードを形
成するために、まず、基板238上のシリコン酸化物のフ
ィルムをエッチングないし除去する。この除去工程は、
約５０ないし３００トルの圧力でチェンバー232内で水
素により約９００℃の基板温度で実行する。第２工程に
おいて、メタンをチェンバー232内に入れ、メタンを水
素と一緒にして約７％から約１２％のメタン濃度を達成
する。この工程において、炭化ケイ素（カーボランダ
ム）が基板表面から形成される。炭化ケイ素の形成工程
がダイヤモンド薄膜のシリコン基板238への接着力を増
大させる。さらに、炭化ケイ素層はシリコン基板からダ
イヤモンド・フィルムへの電子放出を改善し、第３工程
中のダイヤモンド・フィルム成長からの電子放出を増大
させる。第３工程において、多結晶ダイヤモンドが表面
上に成長する。この工程において混合物中のメタン濃度
が約３％と約６％の間に減少する。フィルムの厚みは約
０．３から約２．０マイクロメータに増大する。最終的
に、焼きなまし工程が付加され、水素のみがリアクター
に配置され、温度が約５ないし１５分間維持される。表
面からの（電子の）放出のより高い均一性を達成するた
めに、フィルムの成長につれて基板を移動させる。この
移動の度合いは少なくとも使用するグリッド・アノード
のメッシュ・ワイヤ間の距離と同じである。周波数は約
１Hzないし約１００Hzである。

【００４２】ここで説明した方法によって準備されたカ
ソードが上述した装置に載置され、その放出特性につき
試験される。諸変化は選択されたランプのデザインにと
って最適特性に達するように調整される。

【００４３】図４の装置は一つのカソード面のみを含ん
でいる。この面の大きさは低効率電界放出仕事関数ダイ
ヤモンドの面積または単一面上に発生可能な炭素質材料
の面積によって制限される。約１０インチの直径までコ
ーティングされる低効率電界放出仕事関数ダイヤモンド
を有するウエハの製造は、レーザ研磨によって製作され
るダイヤモンドに対して現在利用可能である。一つのウ
エハから利用可能なものより大きい域に対し、または好
ましいパターンのカソードを形成するためには、複数の
カソード域が使用される。カソード域のパターン化は業
界において周知の技術を用いて達成できる。

【００４４】図７は電界放出に基づくカラーバックライ
トアッセンブリ110の一実施例の概略断面図である。広
域電子放出源はダイオード形態にある平面ダイヤモンド
電界放出デバイスである。複数のダイヤモンド・フィル
ム・パッチ420がガラス・カソード400上で金属層410と
接触する。パターン化蛍光体画素310と320（それぞれ赤
と緑の画素として示しているが、全アッセンブリは多数
の赤、緑および青の画素を含んでいることが理解でき
る）は、インジュウム錫酸化物フィルム（ITOアノー
ド）450とガラス・アノード板460上にあって、ダイヤモ
ンド・フィルム・パッチ420の上方所定距離に配置され
ている。スペーサ430が素子間の適当な距離を維持する
のに設けられている。各蛍光体画素310または320は標準
液晶画素28と一致され、かつ、これに近接している。各
蛍光体画素310または320はまた関連するダイヤモンド・
フィルム・パッチ420と一致しており、適切な電界が電
界放出ダイオード・デバイスの両端に印加されたとき
に、電子がダイヤモンド・パッチから放出され、続いて
蛍光体画素をストライキする。この際に赤または緑色光
のいずれかが蛍光体から放出される。

【００４５】他の実施例において、ダイヤモンド・フィ
ルム・パッチ420および図４の金属線410がダイヤモンド
・フィルムと金属それぞれの連続するシート状層に置換
される。

【００４６】バックライトの動作中、蛍光体から放出さ
れた光が透明なITOフィルム450およびガラス・アノード
460を介して進行し、続いて液晶画素28の副画素12、1
4、16および18に入射する。

【００４７】任意に、黒色マトリックス物質470で、蛍
光体画素310および320によって覆われていない露呈ITO
フィルム面の一部上をコーティングすることもできる。
この黒色マトリックス・コーティングは個々の蛍光体画
素放出光（例えば、赤色蛍光体画素）の非対応液晶副画
素（例えば、緑色または青色蛍光体画素に対応する隣接
の液晶副画素）への進入の見込みを相当減少させる。酸
化ケイ素のような電気的に絶縁物質が黒色マトリックス
・コーティングと併用されると、このコーティングは、
ベースITOフィルム450をヒットする電子によってもたら
される電力損失を減少させる。この種の黒色マトリック
ス物質は平面パネル表示装置の技術において周知であ
る。

【００４８】フェイスプレート（すなわち、ガラス・ア
ノード460）の上面の一部を黒色マトリックス物質480で
コーティングし、液晶副画素パターンに対応する開口部
を残して置くようにすることは任意である。これらの開
口部をさらにその対応する液晶副画素セルに向かう特定
蛍光体画素から来る光を視準（平行に）し、これによっ
て、非対応液晶副画素に入射する迷光を減少させる。従
って、黒色マトリックス・コーティング470と480の使用
が表示装置全体の色純度を改善する。

【００４９】図１４を参照して、本発明のさらに別の実
施例を示す。図示したものは図７に示すアッセンブリの
一部であり、蛍光体310によって発生された光子で照射
された一つの副画素12を示す。蛍光体310から放射され
た光（光子）がITO450および基板460を介してあらゆる
方向に分散するので、集束レンズ1401と1402が別々に、
または組み合わせて使用され、放出光が副画素12に集束
される。

【００５０】冷陰極電界放出装置のカソード板を本発明
に使用するための図８Ａと図８Ｂに示した別の実施例に
おいて、金属導体520に載置されたダイヤモンド・フィ
ルム510がガラス・カソード基板550（図７の「パッチ」
パターンに対抗する）の上面のメッシュ・パターンに配
備される。メッシュ・パターンは、ガラス基板の面が露
呈された開口部530を含んでいる。任意に、金属540のパ
ッチはガラス・カソード板520の裏面に配備して鏡とし
て機能させることもできる。

【００５１】図９Ａと９Ｂは、図８Ａと８Ｂの冷陰極と
併用するためのアノード板とパターン化蛍光体フェイス
プレートとを結合した実施例を示す。メッシュ・パター
ンSiO₂ 610がアルミニウム層615の上面に配備されてい
る。アルミニウムは約１-２ミクロンの厚さである。ア
ルミニウム層が、冷陰極（図８Ａと８Ｂの冷陰極のよう
な）に面したアノード・ガラス基板620の面上にある。
メッシュ610のチェックボード開口部に蛍光体物質630の
パッチが配備されている。アルミニウム・フィルム615
が電気接点として作用するとともに、鏡面としても機能
して副画素に向かう光を反射させる。

【００５２】図１０は、図８Ａ、８Ｂのメッシュ-パタ
ーン化ダイヤモンド・フィルム冷陰極が図９Ａ、９Ｂの
アノードと結合してLCDバックライトアッセンブリ110を
形成する実施例を示す。ガラス・カソード板550とガラ
ス・アノード板620（フェイスプレートとしても機能す
る）間の典型的な距離は、１-３mm台である。蛍光体画
素630間の典型的な間隙は１０-２００ミクロン台であ
る。蛍光体域は冷陰極中の「ホール」に一致している。

【００５３】これまでに説明したように、蛍光体副画素
630のサイズは適用例に依存して液晶セルのサイズと同
じであるかまたは異っていてもよい。サイズの決定に考
慮すべき種々の要素を図１１を参照して次に説明する。

【００５４】図１１を参照して、各蛍光体画素320から
放出された有色光が全方向に散乱される。液晶副画素12
に入射される有色光のパーセンテージを最大にするため
には蛍光体画素320と間隙Dをできる限り小さくする必要
がある。しかし、蛍光体の寿命および全体の光の放出が
蛍光体画素サイズが大きくなるにつれて増大する。従っ
て、液晶副画素12と比較して蛍光体画素320の相対的な
サイズは所望の光放出効率と特定する適用例のための蛍
光体寿命によって決まる。

【００５５】金属導体410とダイヤモンド・フィルム420
のより大きいサイズが、必要とされる電子放出電流密度
を小さくする。

【００５６】前述した電界放出を基準とする実施例は従
来の電界放出有色蛍光体を基準とする表示機構とは異な
り、本発明が各蛍光画素をそれぞれ作動させ、アドレス
するのに必要とする複雑な要素が不要である。加うる
に、本発明は常に永久的に「オン」条件で作動されるこ
とが想像される。このような条件において、ダイヤモン
ド・フィルムからの電子の放出をさせるのに十分な電
界、従って蛍光体からの光の放出は、関連する液晶マト
リックスが動作している限り連続して維持される。その
上に、副画素12を通過する光はアルミニウム層450のカ
ーブ（451）によって集束され、これによって蛍光体320
から放出された光が集束されたようにして反射される。
さらに、黒色マトリックス物質である層480がカソード4
00上にコーティングされる。

【００５７】次に、図１２を参照して、本発明の他の実
施例を示す。この実施例において蛍光灯が蛍光体310と3
20を光子（UV光線）で衝撃するのに使用される。蛍光灯
は要素1401と1402を備えており、水銀（Hg）蒸気をプラ
ズマに付勢し、UV光子を放出させて蛍光体を励起して光
を副画素12、14、16および18に照射する。ダブリュ・コ
ールマン（W.Coleman）他による23.4：「LCDバックライ
ト用平面蛍光灯の開発および製造」SID92ダイジェス
ト、pp.430-432を参照して下さい。ここでは参考例とし
て取り入れる。

【００５８】ここでは、光子、電子およびUV光線は全て
エネルギー粒子（energenetic particles）とする。

【００５９】次に、図１３を参照して、本発明の他の実
施例を示す。グロー放電からの電子ビームを使用する高
輝度ランプが蛍光体310、320を励起するのに使用され
る。DCまたはパルス発生器1303がカソード1302を作動さ
せ電子を蛍光体に照射する。図１３に示した装置の構造
および動作についてのさらなる検討は、「高輝度ラン
プ」と称する共通の譲渡人に譲渡された米国特許願第08
/706,077号を参照する。ここでは参考例として取り入れ
る。

【００６０】ブラックライトアッセンブリ110は、受動
および能動マトリックスLCDアレイに関して使用でき
る。両ケースにおいて、高価なカラー・フィルターの必
要性をなくし、光伝送の効率の高揚が得られる。

【００６１】次に、図１６を参照して、バックライト16
00を示す。これはZnS：Mnで構成できる薄膜蛍光体1603
と共動するエレクトロルミネセンス・バックライトであ
る。薄膜蛍光体1603が、ガラス基板1601上に蒸着された
ITO1602と、SiO₂層1604と金属（AlまたはMg/Al）層1605
との間に挟持されている。

【００６２】電圧電位がITO層1602と金属層1605間に印
加されると、金属層1605から電子のボンバードの結果と
して光が薄膜蛍光体1603から放出される。バックライト
アッセンブリ1600は、図２にあるいはここで説明した他
の実施例のバックライトアッセンブリ110と置換でき
る。ここでバックライトはLCD表示装置のための光を発
生させる必要がある。

【００６３】次に、図１７を参照して、真空蛍光表示装
置（VFD）にアプローチするのに使用されるバックライ
トアッセンブリ1700を示す。バックライトアッセンブリ
1700の上部は前に説明したものと同様であり、ITO層170
5がガラス基板1704上に蒸着され、赤1707、緑1708およ
び青1709の蛍光体がITO層1705上の黒色マトリックス物
質1706間に蒸着されている。

【００６４】電子（e）が、ACまたはDC電源1703で作動
されるタングステン・フィラメントが使用できる熱電子
エミッタ1702から放出される。熱電子エミッタ1702はガ
ラス基板1701上に形成される。

【００６５】次に、図１８を参照して、各液晶副画素1
2、14および16からなるLCD表示装置の一部を示す。各画
素はそれぞれ赤色蛍光体310、緑色蛍光体320および青色
蛍光体330からそれぞれ赤色、緑色および青色光を受け
る。図１８はどうのようにして各蛍光体310、320および
330からの光がITO層450とガラス基板460を介してあらゆ
る方向に散乱するかを示す。結果として、蛍光体310、3
20および330からの極めて少ない光が副画素12、14およ
び16に導かれる（典型的には蛍光体から各副画素に放出
された光の光学的結合は、発生された総光量の約１０％
である）。

【００６６】加うるに、隣接する副画素との有色光のク
ロストークの問題がある。換言すれば、例えば緑色蛍光
体320によって発生された緑色光子の一部が副画素12お
よび16に広がる。

【００６７】次に、図１９を参照して、上述の問題（図
１８参照）の一つの解決法を示す。これによって各蛍光
体310、320および330から放出された光が、光ファイバ
ーからなる基板1901によって視準される。一つの光ファ
イバーが各蛍光体310、320および330と関連し、これら
の蛍光体310、320、330の各々から放出された光が上方
向に副画素12、14および16にそれぞれ案内される。

【００６８】光ファイバー基板1901は、光ファイバーを
１フットリンクに切断し、この光ファイバーのこれらの
１フットリンクを並置状態に積み重ね、加熱下でこれら
を一緒に引き出し、光ファイバーの側部を一緒に溶融し
て生成する。次いで溶融光ファイバーをスライスし、研
磨して基板1901を形成する。

【００６９】次に、図２２を参照して、蛍光体によって
発生された光を集束するためのコリメータを提供する他
の実施例を示す。コリメータ2201は物体でドープ（220
4）されたガラス基板からなる。コリメータ2201のドー
ピイングはドープされた域に屈折率が生じ、本質的にレ
ンズが形成されコリメータ2201に入射する光が集束され
る。

【００７０】ドープ部分2204は写真製版法で生成でき、
これによってマスク2202が基板2201上に配置され、不純
物源2203が表面上に回転される。次いで、不純物源物質
が基板2201に拡散する。

【００７１】図１９と２２に示したコリメータはNSGア
メリカ・インコーポレイテッド■1996年によるセルフォ
ック・プロダクト・ガイド（Selfoc Product Guide）
に記述されたような方法で製造でき、ここでは参考例と
して取り入れる。

【００７２】次いで図２３を参照して、コリメータ2201
の他の実施例を示し、不純物源をマスク2202を介してガ
ラス基板にイオン注入しガラス基板の域2301を生成する
方法を用いて形成する。域2301は異なる屈折率を有し基
板に入射する光を集束する。

【００７３】次に、図２４を参照して、コリメータに関
する一つの問題を解決する解決法を示す。コリメータは
これを通過する光を集束するように作用する。これをレ
ンズ1401と1402によって集束される光線2402で示す。ユ
ーザが表示を見るときに、プラスチック・ディフューザ
2401を通してユーザに達する光を拡散させてより広い視
界を提供することが望ましい。別の方法として、すりガ
ラスをプラスチック・ディフューザの代わりに使用する
こともできる。

【００７４】次いで、図２０を参照して、LCDパネルの
一部2000を示す。ここでLCDパネル2000は４枚以内のガ
ラス基板を使用している。上述の図２、７および他の図
示実施例で注意したように、典型的には４枚のガラス基
板がLCDパネルを製造、形成するのに必要である。図２
を参照して、典型的なバックライトアッセンブリ110は
２枚のガラス基板が必要であり、一方副画素28はこれを
形成するのに２枚の基板38と32を必要とする。より簡単
なLCDパネルデザインとするには４枚以内のガラス基板
を使用することが望まれる。

【００７５】LCDパネル2000は、ポラライザ2002とディ
フューザ2001をガラス面プレート2003上に堆積させるこ
とによって生成される。ただ一つのポラライザ2002があ
る周知の方法で必要である。

【００７６】ガラス基板2003はLCDセル2004を挟持して
コリメータ2006に結合させる。LCDセル2004はITO2005の
列を含んでいる。LCDセル2004はエポキシ・シール2008
によって基板2003とコリメータ2006間にシールされてい
る。

【００７７】コリメータ2006上に堆積された蛍光体2007
がエミッタ2010から放出された電子の照射を受けたこと
に応答して光を放出する。このエミッタはここに記述す
る電子エミッタのいずれかにより構成される。エミッタ
2010は、フリット・シール2009を用いてコリメータ2006
に結合されたガラス基板2011上に製造される。

【００７８】図からよく分るように、３枚のガラス基板
2003、2006、2011のみがLCDパネル2000を形成するのに
使用されている。

【００７９】図２１はLCDパネル2000の他の実施例を示
し、薄膜ポラライザ2101がコリメータ2006と蛍光体2007
間に付加されている。LCDパネル2100は、２枚のポララ
イザ2002と2101が用いられたLCD形態を使用している。

【００８０】次に、図２５を参照して、本発明の他の実
施例を示す。LCDパネル2500はこれが生成されるのに２
枚のガラス基板2513と2506のみを必要とするだけであ
る。ディフューザ2501とポラライザ2502はガラス・フェ
イス・プレート2513上に堆積される。フェイス・プレー
ト2513とコリメータ2506間にITOライン2504を用いて液
晶セル2503が挟持されている。エポキシ・シール2505が
液晶セル2503を基板2513と2506間でシールするのに使用
されている。

【００８１】次いで、ITO2507がコリメータ2506上に堆
積される。図１６に関して上述した薄膜エレクトロルミ
ネセンス技術を使用して光が赤色蛍光体2510、緑色蛍光
体2511および青色蛍光体2512から発生される。電圧電位
（図示省略）がITO層2507と、酸化ケイ素層2508上に付
着された金属層2509との間に発生される。種々の層がス
パッタリングまたは堆積方法を用いて付着される。

【００８２】次に、図２６を参照して、３枚のガラス基
板2513、2506および2603の使用を必要とするだけのLCD
パネル2600を示す。部材2501-2507および2510-2513は、
図２５に関する上述の説明と同様ないし類似である。蛍
光体2510-2512が電子エミッタ2601からの電子の衝撃の
結果として光を発生する。エミッタはガラス基板2603上
に形成され、フリット・シール2602でLCDパネル2600に
シールされる。ここで説明した電子エミッタはいずれも
電子エミッタ2601として使用できる。

【００８３】次に、図２７を参照して、その生成に２枚
のガラス基板2513と2506のみを必要とするLCDパネル270
0を備えた本発明の他の実施例を示す。ここにおいて
も、部材2501-2507および2510-2513は、図２５に関して
上述したものと同じであるか、または、類似である。光
は紫外線（「UV」）ランプ2701から電子による衝撃の結
果として蛍光体2510-2512から放出される。UVランプ270
1とLCDパネル2700の残りの部分との間にはシールを必要
としないことに注目していただきたい。

【００８４】次に、図２８を参照して、２枚のガラス基
板2513と2805のみを必要とするLCDパネル2800の他の実
施例を示す。LCDパネル2800は、上述した薄膜エレクト
ロルミネセンス技術をも使用している。光は金属層2804
からの電子の衝撃の結果として蛍光体2501-2512から放
出される。衝撃の発生は電圧電位（図示省略）のITO280
2と金属層2804間への印加による。

【００８５】次に、図２９を参照して、LCDパネル2900
を備えた本発明のさらに他の実施例を示す。部材2501-2
505および2510-2513は図２５に関する上述のものと同じ
であるか、または類似である。

【００８６】しかし、蛍光体2501-2512はクォーツ基板2
902上に堆積される。クォーツはUV光線を透過するので
使用される。ホウ素またはリン酸のドープされた酸化ケ
イ素（BPSG）からなる層2901が、液晶セル2503とガラス
基板2902間に堆積される。蛍光体2501-2512の衝撃がUV
ランプ2701によって発生される。

【００８７】本発明を実行するための代表的なハードウ
エア環境を図１５に示す。図は本発明に基づくワークス
テーションの典型的なハードウエア形態を示し、従来の
マイクロプロセッサのような中央処理装置（CPU）1510
およびシステム・バス1512を介して相互連結された多数
の他のユニットを備えている。図１５に示すワークステ
ーションはランダムアクセス・メモリ（RAM）1514、リ
ードオンリ・メモリ（ROM）1516、およびディスクユニ
ット1520とテープ・ドライブ1540のような周辺装置をバ
ス1512に接続する入出力（I/O）アダプタ1518とキーボ
ード1524、マウス1526、スピーカ1528、マイク1532、タ
ッチ・スクリーン装置（図示省略）のような他のユーザ
・インターフェイス装置をバス1512に接続するためのユ
ーザ・インターフェイス・アダプタ1522、ワークステー
ションをデータ処理ネットワークに接続する通信アダプ
タ1534と、バス1512を表示装置1538に接続する表示装置
アダプタ1536を含んでいる。CPU1510はここでは示して
いない他の回路、すなわち、実行ユニット、バス・イン
ターフェイス・ユニット、算術論理ユニット等々のマイ
クロプロセッサ内に見られるような回路を含んでいる。
CPU1510は単一の集積回路に形成することもできる。

【００８８】表示装置1538はここに説明した液晶表示装
置の実施例のいずれか一つで実施できる。

【００８９】本発明およびその利点を詳細に説明した
が、種々の変形、代替えおよび修正も添付の請求の範囲
によって規定された本発明の精神と範囲から外れること
なしに実行できることを理解しなければならない。

【００９０】

【図面の簡単な説明】

本発明とその利点をより完全に理解するために、参考例
を添付図面に関連して次に説明する。

【図１】蛍光バックライトを使用する一般的な従来のカ
ラーLCDの概略断面図である。

【図２】カラー電界放出バックライトアッセンブリを使
用するカラーLCD表示装置の断面図である。

【図３】フェイスプレート上の赤色（R）、緑色（G）お
よび青色（B）の蛍光体の画素状構成の概略図である。

【図４】本発明の電極および関連する電子要素の一実施
例の概略図である。

【図５】本発明の一実施例による光源のカソードにおけ
る電界強度に対する放出サイト密度および電流のグラフ
である。

【図６】本発明に使用するカソードを形成するのに使用
される装置の概略図である。

【図７】平面ダイオード・ダイヤモンドFEDバックライ
トアッセンブリの要部の概略図である。

【図８】（Ａ）メッシュ・パターン化薄膜ダイヤモンド
電界エミッタを使用する電界放出装置の冷陰極プレート
の面の概略図である。（Ｂ）図８Ａの線A-Aから見た冷
陰極プレートを概略的に示す断面図である。

【図９】（Ａ）メッシュ・パターン化絶縁物とチェック
ボード・パターン化蛍光体を使用する電界放出装置のア
ノード・プレート（フェイスプレートとしても作用す
る）の表面の概略図である。（Ｂ）図９Ａの線A-Aから
見たアノード・プレートを概略的に示す断面図である。

【図１０】冷陰極電界放出装置を基礎とするLCDバック
ライトアッセンブリの一部を示す概略図である。

【図１１】２枚のダイヤモンド電界エミッタ・プレー
ト、単一のパタンーン化蛍光体および関連する液晶副画
素間の関係を示す概略図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図１４】蛍光体からの有色光の集束を示す図である。

【図１５】本発明に基づくデータ処理システムを示す図
である。

【図１６】エレクトロルミネセンス・バックライトを示
す図である。

【図１７】本発明に基づくバックライト内の熱電子エミ
ッタを示す図である。

【図１８】バックライトのガラス基板を通して有色蛍光
体からの光のあらゆる方向への拡散を示す図である。

【図１９】コリメータとしての光ファイバーの使用を示
す図である。

【図２０】３枚のみのガラス基板で作られたLCDを示す
図である。

【図２１】３枚のみのガラス基板で作られたLCDの他の
実施例を示す図である。

【図２２】不純物源のガラス基板への拡散を示す図であ
る。

【図２３】イオン注入処理を使用するガラス基板への不
純物源の注入を示す図である。

【図２４】集束レンズの使用の結果、バックライトから
の光束の狭窄とディフューザによるその補償を示す図で
ある。

【図２５】２枚のガラス基板のみから作られたLCDの別
の実施例を示す図である。

【図２６】２枚のガラス基板のみから作られたLCDの他
の実施例を示す図である。

【図２７】紫外線ランプを使用するLCDを示す図であ
る。

【図２８】２枚のガラス基板のみを使用するLCD表示装
置の他の実施例を示す図である。

【図２９】紫外線ランプと一緒に２枚のガラス基板のみ
を使用するLCDの他の実施例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ナリンクマーアメリカ合衆国ニュージャージー州 08003 チェリーヒルロングストーンドライブ 413 (72)発明者ズビヤニブアメリカ合衆国ミシガン州 48302 ブルームフィールドヒルズイー．ハモンド 2270

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の有色光放出蛍光体画素でパターン
化されたプレートと；十分なエネルギー粒子を前記蛍光
体画素に提供して有色光を生ぜしめるように適用された
熱電子放出源と；を備えた液晶ディスプレイと併用可能
なカラー液晶ディスプレイ用バックライト。
【請求項２】前記熱電子放出源がタングステン・フィ
ラメントであり、エネルギー粒子が電子である請求項１
に記載のカラー液晶ディスプレイ用バックライト。
【請求項３】前記プレートがコリメータを含んでいる
請求項１に記載のカラー液晶ディスプレイ用バックライ
ト。
【請求項４】前記コリメータが一つのまたはそれ以上
の光ファイバーを有する請求項３に記載のカラー液晶デ
ィスプレイ用バックライト。
【請求項５】前記有色光放出蛍光体画素が、所定のサ
イズであり、有色光放出蛍光体画素から発射された有色
光が前記液晶ディスプレイの所定の単一液晶副画素に入
射するように構成された所定のパターンで前記プレート
上に配備されている請求項１に記載のカラー液晶ディス
プレイ用バックライト。
【請求項６】一つまたはそれ以上の光ファイバーが側
方同士で溶融された請求項４に記載のカラー液晶ディス
プレイ用バックライト。
【請求項７】ガラス基板のドープされた部分の屈折率
が調整されるように、コリメータがイオンの注入された
ガラス基板を備えている請求項３に記載のカラー液晶デ
ィスプレイ用バックライト。
【請求項８】複数の副画素を有するLCD画素マトリッ
クスと；LCD画素マトリックスとバックライトアッセン
ブリが４枚より少ない基板を含むバックライトアッセン
ブリと；を備えたLCDディスプレイ。
【請求項９】前記バックライトアッセンブリが冷陰極
電界（フィールド）放射デバイスを有する請求項８に記
載のLCDディスプレイ。
【請求項１０】前記バックライトアッセンブリがUVラ
ンプを備えた請求項８に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１１】前記バックライトアッセンブリが薄膜
蛍光体を使用するエレクトロルミネセンス・ライトを有
する請求項８に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１２】前記バックライトアッセンブリが複数
の有色光放出蛍光体画素でパターン化されたプレート
と、十分なエネルギー粒子を蛍光体画素に提供して有色
光を放出せしめるように適用された熱電子放出源とを備
え、前記LCD画素マトリックスが前記プレートと、ポラ
ライザが堆積されたガラス基板との間に配備されている
請求項８に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１３】前記プレートが配備され、その上で第
２ポラライザが蛍光体画素と前記プレート間に配備され
ている請求項１２に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１４】前記ポラライザ上に配備されたディフ
ユーザをさらに備えた請求項１２に記載のLCDディスプ
レイ。
【請求項１５】前記（熱電子放出）源が薄膜蛍光体を
使用するエレクトロルミネセンス源を有する請求項１２
に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１６】前記ディスプレイが３枚より少ない基
板を有する請求項１５に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１７】前記（熱電子放出）源が紫外線（UV）
ランプである請求項１２に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１８】前記ディスプレイが３枚より少ない基
板を有する請求項１７に記載のLCDディスプレイ。
【請求項１９】前記UVランプがディスプレイの残りの
部分にシールされていない請求項１８に記載のLCDディ
スプレイ。