JP2006332044A - 熱電子放出バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電子放出バックライト装置を提供する。
【解決手段】所定間隔離隔して平行に配置される第１基板（１１０）及び第２基板（１２０）と、前記所定間隔を維持する複数のスペーサ（１４０）と、第１基板（１１０）及び第２基板（１２０）の内面に、相互に対向するように形成される第１アノード電極（１１２）及び第２アノード電極（１２２）と、第１基板（１１０）と第２基板（１２０）との間で相互に一定の間隔を有して平行に配置された複数のカソード電極（１３０）と、第２アノード電極（１２２）上に形成された蛍光層（１４４）と、を備え、カソード電極（１３０）に所定電圧を印加した場合、カソード電極（１３０）から熱電子が放出されるようにする。
を備える。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、熱電子放出バックライト装置に係り、さらに詳細には、熱電子で蛍光層を励起させて白色光を放出するバックライト装置に関する。

液晶ディスプレイ装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）は、背面に白色光を供給するバックライトが設置されている。従来は、バックライトとしてプラズマ方式の冷陰極管を主に使用していた。このような冷陰極管は、水銀を使用するため、環境問題の観点から使用に適していなかった。また、導光板を使用して大型になるにしたがい光学系の構造が複雑になり、かつコストが高くなるという問題を有していた。このような意味で、無水銀であり、平板方式のバックライトが要求されている。この要求を満たすその代表的なバックライトが、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ ＮａｎｏＴｕｂｅ：ＣＮＴ）を採用したバックライトである。

図１は、従来のＣＮＴバックライト装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、前面基板１と背面基板４との間にスペーサ（図示せず）が設置されており、前面基板１と背面基板４との間の壁体（図示せず）はシーリングされる。背面基板４上には、カソード電極５が面電極またはストライプ形状に設置されており、カソード電極５上には、電界放出源、例えば、ＣＮＴ６が形成されている。前面基板１上には、透明電極であるアノード電極２が形成されており、アノード電極２上には、蛍光物質３が塗布されている。

カソード電極５及びアノード電極２に所定の電圧を印加すれば、電界放出源６から電子が放出されて蛍光層３を励起させる。蛍光層３から放出された光は、蛍光層３、アノード電極２、及び前面基板１を通過してＬＣＤパネルに入射する。

従来の平板構造のバックライト装置は、カソード電極５のエッジでの電子放出量が集中して、輝度が不均一である。また、前記のような二極管（ダイオード）構造では、電子放出量の調節が困難であり、所望のアノード電流量を得ることが難しい。例えば、５インチの大角長さを有するＣＮＴバックライト装置が１００００Ｃｄ／ｍ^２の輝度を得るためには、高電圧である約１０ｋＶのアノード電圧、０．５〜０．７ｍＡのアノード電流量で駆動される必要があるが、ダイオード構造では、アノード電極２とカソード電極５との間の距離が約５ｍｍであるとき、５ｋＶのアノード電圧で数ｍＡ以上のアノード電流量が出る。結局、ダイオード方式では、低電圧、高電流の駆動となって、高輝度、高効率のバックライト装置を具現することが難しいという問題がある。

特許文献１などの三極管構造の電界放出素子は、前記のような問題点は解消されるが、製造工程が電界放出ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）のように複雑となる。複数の薄膜層の蒸着及びフォトリソグラフィ工程等の半導体製造工程により製作されるため、その製造コストが高く、かつ既存のＬＣＤパネルの製作に比べて歩留りが低いという問題がある。
米国特許第５７６０８５８号明細書

本発明は、上記問題を解決するために成されたものであって、背面基板と前面基板との間の空間に熱電子放出部が配置され、均一な輝度を発揮することができる熱電子放出バックライト装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る熱電子放出バックライト装置は、所定間隔離隔して平行に配置された第１基板及び第２基板と、前記所定間隔を維持する複数のスペーサと、前記第１基板及び前記第２基板の内面に、相互に対向するように形成される第１アノード電極及び第２アノード電極と、前記第１基板と前記第２基板との間で相互に一定の間隔を有して平行に配置される複数のカソード電極と、前記第２アノード電極上に形成される蛍光層と、を備え、前記カソード電極に所定電圧を印加した場合、前記カソード電極から熱電子が放出されることを特徴とする。

本発明の一局面によれば、前記第２アノード電極は、高反射電極である。

本発明の他の局面によれば、前記第２アノード電極と前記第２基板との間に反射膜がさらに形成される。

本発明のさらに他の局面によれば、前記第２基板の下部に反射膜がさらに形成される。

また、前記スペーサの外周には、蛍光層が形成されることが望ましい。

また、前記スペーサは、前記第１アノード電極及び第２アノード電極を通電する導電性のスペーサであり得る。

また、前記スペーサは、非金属材料から形成される円柱と、前記円柱の外周及び前記蛍光層との間に形成される反射膜を備える。

また、前記カソード電極は、タングステンから形成されることが望ましい。

また、前記カソード電極の外周には、熱電子放出物質がさらに形成されることが望ましい。

また、前記熱電子放出物質の表面には、カーボン系の物質がさらに形成される。

また、前記第１アノード電極上に蛍光層がさらに形成される。

また、前記第１アノード電極及び第２アノード電極は、平板電極である。

本発明に係る熱電子放出バックライト装置は、第１アノード電極及び第２アノード電極を共に使用することによって、これらのアノード電極間に配置されるカソード電極からの電子が均一に広がる。この結果、輝度を向上させることができ、また、ディフューザの使用が不要であるため、製造コストを低減させることができる。

また、アノード電極、蛍光層が形成されたガラス基板、及びカソード電極用のワイヤーのみでバックライト装置を容易に製作することができる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明に係る熱電子放出バックライト装置の望ましい実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で参照する図面では、熱電子放出バックライト装置を構成する各要素の厚さ、形状、領域、要素の数などを誇張して示しているが、これは発明の内容の理解を容易にするためであって、本発明が図面に示された実施の形態に限定されるわけではない。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る熱電子放出反射型のバックライト装置の概略的な構成を示す断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１基板１１０と第２基板１２０とがスペーサ１４０によって所定の間隔、例えば、５−５０ｍｍの間隔に離隔され配置されている。第１基板１１０は、透明材質、例えば、ガラスから形成することができる。第１基板１１０は、後述する蛍光層１２４から発生した光を透過する部材であって、ＬＣＤの背面に配置される。第１基板１１０の内面には、第１アノード電極１１２、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成される透明電極が平板型に配置される。第２基板１２０の内面には、第２アノード電極１２２が平板状に配置される。そして、第１アノード電極１１２と第２アノード電極１２２との間には、複数のカソード電極１３０が相互に平行に配置されている。各カソード電極１３０は、円柱状であることが望ましい。カソード電極１３０の円周には、５〜２０μｍの厚さを有する熱電子放出物質１３２、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ_３が形成されている。

熱電子放出物質１３２の表面には、電子放出源１３４、例えば、ＣＮＴ物質、グラファイトパウダー等のカーボン系の物質がコーティングされることができる。

カソード電極１３０は、タングステンから形成され、直径は、１０〜２５０μｍに形成されることができる。熱電子放出物質１３２は、１０μｍの厚さに形成されることが望ましい。そして、カソード電極１３０から各アノード電極は、０．３〜２０ｍｍの間隔に離隔され配置される。

第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２には、それぞれ３〜３０ｋＶの直流電圧が印加され得る。図２のように、スペーサ１４０が導電性である場合には、第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２に同じ電圧が印加される。カソード電極１３０の両端には、その材質及び長さに応じて数〜数十ボルトの直流または交流電圧Ｖｃが印加される。

第１アノード電極１１２は、透明電極、例えば、ＩＴＯから形成される。図２には示されていないが、第１アノード電極１２２の内側面には、所定厚さ、例えば、０．２〜６μｍの蛍光層が塗布される。この蛍光層は、熱電子放出物質１３２からの熱電子と電子放出源１３４からの電子とによって励起されて、可視光線を放出する。

第２アノード電極１２２は、高反射物質、例えば、Ａｌから形成される。第２アノード電極１２２の内側面には、所定の厚さ、例えば、３〜１５μｍの蛍光層１２４が塗布されている。この蛍光層１２４は、熱電子放出物質１３２からの熱電子と電子放出源１３４からの電子とによって励起されて、可視光線を放出する。

第１実施形態において、第１アノード電極１１２に蛍光体が塗布されていない場合、バックライト素子は、反射型であり、第１アノード電極１１２に蛍光体が塗布された場合には、第１実施形態のバックライト素子は、反射型及び透過型が組み合わせられた形態である。

第１基板１１０と第２基板１２０との間の外郭には、壁体フレーム１６０が形成される。壁体フレーム１６０は、フリットガラスで溶融させてバックライト装置の内部を密封している。カソード電極１３０は、壁体フレーム１６０を通過するように設置され、少なくとも一端が外部へ引っ張られている（ｔｅｎｓｉｏｎ：テンション）。このようなカソード電極１３０のテンション構造（ｔｅｎｓｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、一般的な蛍光表示管（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＶＦＤ）でフィラメントのテンションに適用される技術で可能であるので、その詳細な説明は省略する。

スペーサ１４０は、約５０〜５００μｍの厚さを有するガラスやアルミナのようなセラミック材質の円柱であり、スペーサ１４０の外周には、０．０２〜１μｍの厚さに金属層１４２がコーティングされる。金属層１４２がコーティングされた場合、第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２を通電する。したがって、第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２に印加される電圧Ｖａは、同じくなる。一方、金属層１４２がコーティングされていない場合には、第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２に別個の電圧Ｖａが印加される。

また、金属層１４２の外部には、３〜１０μｍの蛍光層１４４が塗布されて、加速された熱電子によって可視光線を放出することができる。この場合、金属層１４２は、Ａｌのような高反射率を有する物質が適している。

以下に、第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の作用を、図２Ａ及び図２Ｂを参照して詳細に説明する。

第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２に１０ｋＶの直流電圧を印加し、カソード電極の両端に８Ｖの直流電圧を印加する。

次に、熱電子放出物質１３２から熱電子が放出されて蛍光層１２４，１４４を励起する。蛍光層１２４，１４４では、白色の可視光線が放出されて、第１アノード電極１１２及び第１基板１１０を通じてＬＣＤパネルに白色光を提供する。この場合、第２基板側１２０に向かう白色光は、反射膜である第２アノード電極１２２で反射されて、第１基板１１０側へ向かう。図示はしていないが、第１アノード電極１１２に蛍光層が形成された場合には、熱電子によって励起された蛍光層によって白色光を放出する。この白色光は、蛍光層を透過して第１基板１１０側へ向かう。

第１実施形態において、熱電子放出物質１３２の表面にＣＮＴ１３４が塗布された場合には、電界効果による冷電子も共に放出されて、蛍光体１２４，１４４から白色光を出射させる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置で熱電子の流れをシミュレーションした図である。図３は、第１アノード電極及び第２アノード電極にそれぞれ５ｋＶ、４．５ｋＶの電圧が印加したものをシミュレーションしたものを示したものである。このシミュレーション図は、第１アノード電極及び第２アノード電極に同じ電圧が印加された場合に類似している。

図３に示すように、カソード電極１３０の両端に印加された電圧により、熱電子放出物質１３２から放出された熱電子が、バックライト装置の内部で相互に重なるように均一に広がることが分かる。これにより、本発明に係る熱電子放出バックライト装置は、均一な輝度を発揮するということが分かり、したがって、大型面積のＬＣＤ用のバックライト装置として有効に使用されうる。図３には表示されていないが、本発明に係る熱電子放出バックライト装置は、第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２に印加される電圧を可変させることによって、熱電子が広がる程度を調節することができる。例えば、第１アノード電極１１２に第２アノード電極１２２より高い電圧を印加すれば、カソード電極１３０から放出された熱電子が相対的に多く、第２アノード電極１２２に到達する反射型として使用することができる。

図４は、本発明の第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の発光を撮影した写真を示すものである。図４に示すカソード電極１３０は、１０μｍの厚さを有するタングステンであり、その外周に、熱電子放出物質１３２である（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ_３を１０μｍの厚さに塗布し、その長さが５インチであり、印加電圧は６Ｖである。第１アノード電極１１２及び第２アノード電極１２２には、共通電圧として１０ｋＶの電圧が印加され、第１基板及び第２基板は、１５ｍｍ離隔させた。図４に示すように、一つのカソード電極のみ（便宜のために、図３では黒線で表示される）を使用しても、バックライト装置からの輝度が５インチの基板に全面的に均一であり、その値が１２，０００Ｃｄ／ｍ^２と非常に高いということが分かった。

本発明の第１実施形態では、第２アノード電極１２２として高反射物質であるＡｌを使用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。第２アノード電極１２２は、電子を反射するためのものであるので、これを代替するために別途の反射層、例えば、Ａｌ層を形成したり、Ａｌ層を第２アノード電極１２２と第２基板１２０との間、または第２基板１２０の下部に配置し、第２アノード電極１２２として透明電極、例えば、ＩＴＯ電極を使用したりしてもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第２実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の概略的な構成を示す断面図であり、第１実施形態での構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ名称を使用し、重複記載を避けるため詳細な説明は省略する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１基板２１０及び第２基板２２０がスペーサ２３０によって所定間隔離隔されて配置されている。第１基板２１０は、透明材質、例えば、ガラスから形成することができる。第１基板２１０は、後述する蛍光層２２４から発生した光を透過させる部材であって、ＬＣＤの背面に配置される。第１基板２１０の内面には、第１アノード電極２１２、例えば、ＩＴＯ透明電極が平板型に配置される。第２基板２２０の内面には、第２アノード電極２２２が平板型に配置される。そして、第１アノード電極２１２と第２アノード電極２２２との間には、複数のカソード電極２３０が相互に平行に配置されている。各カソード電極２３０は、円柱状であることが望ましい。カソード電極２３０の円周には、熱電子放出物質２３２、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ_３が形成されている。

熱電子放出物質２３２の表面には、電子放出源２３４、例えば、ＣＮＴ物質、グラファイトパウダーなどのカーボン系の物質がコーティングされる。

カソード電極２３０は、タングステンから形成され、直径は、１０〜２５０μｍに形成される。そして、カソード電極２３０から各アノード電極は、０．３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔に離れて配置される。

第１アノード電極２１２及び第２アノード電極２２２には、それぞれ３〜２０ｋＶの直流電圧が印加され、カソード電極２３０には、その材質及び長さに応じて数〜数十ボルトの直流または交流電圧Ｖｃが印加される。

第１アノード電極２１２の内側面には、所定厚さ、例えば、０．２〜６μｍの厚さを有する蛍光層２１４が形成されており、第２アノード電極２２２の内側面には、所定厚さ、例えば、３〜１５μｍの厚さを有する蛍光層２２４が塗布されている。この蛍光層２１４，２２４は、熱電子放出物質２３２からの熱電子と電子放出源２３４からの電子とによって励起されて可視光線を放出する。

第２アノード電極２２２は、高反射物質、例えば、Ａｌから形成される。

スペーサ２４０は、約５０〜５００μｍの厚さを有するガラスまたはアルミナのようなセラミック円柱であり、スペーサ２４０の外周には、約３〜１０μｍの厚さを有する蛍光層２４４がさらに形成される。

また、スペーサ２４０と蛍光体２４４との間には、高反射物質、例えば、Ａｌ反射膜２４２がさらに形成されていてもよい。

第１基板２１０と第２基板２２０との間の外郭には、壁体フレーム２６０が形成される。壁体フレーム２６０は、フリットガラスで溶融させてバックライト装置の内部を密封している。カソード電極２３０は、壁体フレーム２６０を通過するように設置され、少なくとも、一端が外部にテンションがかかっている。

第２実施形態に係る熱電子放出バックライトの作用を図面を参照して詳細に説明する。

第１アノード電極２１２及び第２アノード電極２２２に１０ｋＶの直流電圧を印加し、カソード電極の両端に８Ｖの直流電圧を印加する。次に、熱電子放出物質２３２から熱電子が放出されて、蛍光層２１４，２２４，２４４を励起する。蛍光層２１４，２２４，２４４では、白色の可視光線が放出されて、第１アノード電極２１２、第１基板２１０を通じてＬＣＤパネルに白色光を提供する。

第２実施形態において、熱電子放出物質２３２の表面にＣＮＴが塗布された場合には、電界効果による電子も共に放出されて、蛍光体２１４，２２４，２４４から白色光を出射させる。

本発明は、図面に示された実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。

本発明は、バックライト装置に関連した技術分野に有用である。

従来の液晶ディスプレイ用のバックライト装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱電子放出バックライト装置で熱電子の流れをシミュレーションした図面である。 本発明の第１実施形態に係るバックライトの発光を示す写真である。 本発明の第２実施例に係る熱電子放出バックライト装置の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱電子放出バックライト装置の概略的な構成を示す断面図である。

符号の説明

１１０ 第１基板、
１１２ 第１アノード電極、
１２０ 第２基板、
１２２ 第２アノード電極、
１２４ 蛍光層、
１３０ カソード電極、
１３２ 熱電子放出物質、
１３４ 電子放出源、
１４０ スペーサ、
１４２ 金属層、
１４４ 蛍光層、
１６０ 壁体フレーム。

Claims (15)

1. 所定間隔離隔して平行に配置された第１基板及び第２基板と、
   前記所定間隔を維持する複数のスペーサと、
   前記第１基板及び前記第２基板の内面に、相互に対向するように形成される第１アノード電極及び第２アノード電極と、
   前記第１基板と前記第２基板との間で相互に一定の間隔を有して平行に配置される複数のカソード電極と、
   前記第２アノード電極上に形成される蛍光層と、を備え、
   前記カソード電極に所定電圧を印加した場合、前記カソード電極から熱電子が放出されることを特徴とする熱電子放出バックライト装置。
2. 前記第２アノード電極は、高反射電極であることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
3. 前記第２アノード電極は、Ａｌから形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱電子放出バックライト装置。
4. 前記第２アノード電極と前記第２基板との間に反射膜がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
5. 前記第２基板の下部に反射膜がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
6. 前記スペーサの外周には、蛍光層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
7. 前記スペーサは、前記第１アノード電極及び第２アノード電極を通電する導電性のスペーサであることを特徴とする請求項６に記載の熱電子放出バックライト装置。
8. 前記スペーサは非金属材料から形成される円柱であって、前記円柱の外周と前記蛍光層との間には、反射膜が形成されることを特徴とする請求項７に記載の熱電子放出バックライト装置。
9. 前記カソード電極は、タングステンから形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
10. 前記カソード電極の直径は、１０〜２５０μｍであることを特徴とする請求項９に記載の熱電子放出バックライト装置。
11. 前記カソード電極の外周には、熱電子放出物質がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
12. 前記熱電子放出物質は、５〜２０μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１１に記載の熱電子放出バックライト装置。
13. 前記熱電子放出物質の表面には、カーボン系の物質がさらに形成されることを特徴とする請求項１１に記載の熱電子放出バックライト装置。
14. 前記第１アノード電極上に蛍光層がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。
15. 前記第１アノード電極及び第２アノード電極は、平板電極であることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出バックライト装置。