JP2007184255A - ディスプレイ素子用照明装置、前記ディスプレイ素子用照明装置を備えるバックライトユニット、及び前記バックライトユニットを備える液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスプレイ素子用照明装置、それを備えるバックライトユニット及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに離隔されて対向して配置される上部基板及び下部基板と、上部基板の下面に形成されるアノード電極と、アノード電極の下面に形成される蛍光体層２０と、下部基板の上面に形成されるカソード電極１０と、カソード電極の上面に形成される電子放出源と、電子放出源と蛍光体層との間にそれぞれ離隔されて備えられた反射膜５０と、を備えるディスプレイ素子用照明装置であって、反射膜５０の蛍光体層２０と対向する表面に蛍光体層２０から放出された光を拡散させるための光拡散パターンが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディスプレイ素子用照明装置、前記ディスプレイ素子用照明装置を備えるバックライトユニット、及び前記バックライトユニットを備える液晶表示装置に係り、特に輝度の均一性を向上させるディスプレイ素子用照明装置、それを備えるバックライトユニット及び液晶表示装置に関する。

一般的に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）のような非発光型ディスプレイ素子の場合、バックライトユニットのような別途の照明装置を必要とする。

従来のバックライトユニットとしては、線光源として冷陰極蛍光ランプ（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）と、点光源として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）とが主に使われてきた。しかし、このような従来のバックライトユニットは、一般的にその構成が複雑で製造コストが高く、光源が側面において光の反射と透過とによる電力の消耗が高いという欠点がある。特に、ＬＣＤが大型化するにしたがい、輝度の均一性を確保することが難しいという問題点がある。

近年、前記問題点を解決するために、平面発光構造を有する電界放出型のバックライトユニットが提案されている。電界放出型バックライトユニットは、既存のＣＣＦＬなどを利用したバックライトユニットに比べて電力の消耗が少なく、また広い範囲の発光領域でも比較的均一な輝度を表すという利点がある。

比較的均一な輝度を得るために、従来のＬＣＤは、光散乱手段を備えている。光拡散手段は、光散乱効果を向上させるために、液晶パネルとの間に複数の拡散板及び／または拡散フィルムなどが配置されるが、拡散板及び／または拡散フィルムを使用する場合、拡散板及び／または拡散フィルム自体による光量反射及び吸収により、輝度が低下してしまうという問題がある。したがって、従来の拡散板及び／または拡散フィルムによって得ることができる輝度の均一性よりも、さらに高い輝度の均一性が要求されている。

炭素ナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）は、数ナノメータの中空を有するチューブ状に成長し、かかる特性によりＣＮＴと呼ばれる。ＣＮＴは、薄膜形態に製造されて電界放出表示素子（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）用のチップ素子、燃料電池、または２次電池のカソードとして利用されている。

図１に示すように、ＣＮＴのような電子放出源から放出された電子がＲＧＢ蛍光体を励起させつつ発光する。このとき、蛍光体から発光された光のうち前面方向の光のみが人間の目に入り、残りの光は損失してしまうという問題点がある。前記問題点を解決するための一つの方法として、図２のように、蛍光体の下部にＡｌのような金属反射膜を一定距離をおいて形成し、蛍光体の下部方向の光を反射させることによって、損失を減らそうとする試みがされていた。しかしながら、点形態に発光する蛍光体の特性上、全体的に均一な輝度の光を得ることが難く、輝度の不均衡という問題点が依然として残っている。

本発明の目的は、前記問題点を解決するために成されたものであって、輝度の均一性が改善されたディスプレイ素子用照明装置、前記ディスプレイ素子用照明装置を備えるバックライトユニット、及び前記バックライトユニットを備えるＬＣＤを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係るディスプレイ素子用照明装置は、互いに離隔されて対向して配置される上部基板及び下部基板と、前記上部基板の下面に形成されるアノード電極と、前記アノード電極の下面に形成される蛍光体層と、前記下部基板の上面に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成される電子放出源と、前記電子放出源と前記蛍光体層との間にそれぞれ離隔されて備えられた反射膜と、を備えるディスプレイ素子用照明装置であって、前記反射膜の蛍光体層と対向する側の表面に前記蛍光体層から放出された光を拡散させるための光拡散パターンが形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記ディスプレイ素子用照明装置を備えるバックライトユニットを提供する。

また、本発明は、前記バックライトユニットを備えているＬＣＤを提供する。

本発明による前記蛍光体層から放出された光を拡散させるための光拡散パターンが形成された反射膜を備えているディスプレイ素子用照明装置は、反射膜の使用により発光効率を向上させ、光散乱を誘導するパターンにより輝度の均一度を向上させることができる。これにより、拡散フィルムを使用する必要がなくなり、拡散フィルムによる光量反射及び吸収損失を除去することができる。

本発明に係るディスプレイ素子用照明装置は、光を均一な照度で拡散または散乱させるために反射膜に光拡散パターンを形成することによって、輝度の均一性を向上させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明は、互いに離隔されて対向して配置される上部基板及び下部基板と、前記上部基板の下面に形成されるアノード電極と、前記アノード電極の下面に形成される蛍光体層と、前記下部基板の上面に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成される電子放出源と、前記電子放出源と前記蛍光体層との間にそれぞれ離隔されて備えられた反射膜と、を備えるディスプレイ素子用照明装置であって、前記反射膜の蛍光体層に向かう表面に前記蛍光体層から放出された光を拡散させるための光拡散パターン（以下、必要に応じて「パターン」とも称する）が形成されている。

図３は、本発明の望ましい一実施形態に係るディスプレイ素子用照明装置の概略的構成を示す断面図である。

図３に示すように、上部基板及び下部基板（図示せず）が所定の間隔をおいて配置される。前記下部基板上には、カソード電極１０が設置されており、カソード電極１０上には、電子放出源（図示せず）が形成されている。前記上部基板の下面には、アノード電極３０が形成されており、アノード電極３０上には、蛍光体層２０が形成されている。前記電子放出源と前記蛍光体層２０との間には、光拡散パターンが形成された反射膜５０が備えられている。反射膜５０は、図２の反射膜４０のように所定の間隔が均一に配列されている形態である。

カソード電極１０及びアノード電極３０に所定の電圧を印加すれば、電子放出源（図示せず）から電子が放出されてアノード３０側に向かって反射膜５０の均一に配列された間隔の間を通過して蛍光体層２０に誘導される。すなわち、カソード電極１０上の電子放出源から放出された電子は、電子ビーム化して蛍光体層２０に誘導されて蛍光体層２０に衝突する。これにより、蛍光体層２０のＲ，Ｇ，Ｂ蛍光物質が励起されて白色の可視光を発散する。蛍光体層２０から発散された光のうち、下部基板側に向かう光は、反射膜５０で反射されて前面、すなわち上部基板側に向かうが、このとき、反射膜に形成された光拡散パターンにより一定な拡散角で拡散することによって、光拡散パターンが形成されていない反射膜を使用した場合よりも輝度の均一性が向上する効果をもたらす。通常、Ａｌ反射膜は、ＣＲＴなどで輝度を向上させる目的として使われる一方、本発明では、反射膜に光拡散パターンを形成することによって、輝度の均一性を向上させることにその主要目的があるという点で差がある。

反射膜５０の光拡散パターンは、一般的な拡散板、導光板に適用される光拡散パターンが適用することができる。すなわち、規則的及び／または不規則的な凹凸パターンであることができる。

前記凹凸パターンは、構造化された表面を有する微細パターンであることができる。前記微細パターンは、半球形、四角形、三角形、または楕円形などの形状の陽刻や陰刻のパターンで形成されることができる。前記凹凸パターンは、反復パターンをほとんど間隔なく左右上下に周期的に配列することができる。また、ランダムな形状や寸法を有する凸部をランダムに配置させて反復パターンを構成することもできる。

このようなパターンは、射出成形するか、あるいは既製のシート形態の膜に熱プレス加工、さらに具体的にはスタンピング方式を利用することができ、その他にも熱、紫外線硬化性アクリル、あるいは基板と同じ素材の材料を使用して印刷方法で付着させた後に硬化して得ることもでき、全体領域に対する非均一なサンドブラスト加工によっても得ることができる。その他、スクリーン印刷であって光散乱インクパターンを形成させる方法、射出時に転写フィルムを使用するか、または金型に直接凹凸面を加工して射出する方法、射出された反射膜に直接光散乱パターンを加工する方法などがある。

前記構造化された表面を有する微細パターンのある反射膜は、マスタとフィルム母材とを加熱し、圧着させて微細パターンを形成するホットエンボシング方法や、マスタ上に紫外線硬化塗料（フォトポリマー）をコーティングした後、フィルム母材の表面を圧着させた後に紫外線を照射して微細パターンをフィルム母材に転写する紫外線硬化型のエンボシング方法などを通じて製造することができる。

特に、量産化のためには、ロールツーロールタイプのエンボシング方法が多く利用されており、ここで、ロールタイプの紫外線硬化型エンボシングは、フィルム母材の表面に紫外線硬化塗料であるフォトポリマーをコーティングしてパターンが形成されたマスタロールであって、フィルム母材の表面を圧着させると共に紫外線硬化器で硬化させる方法である。ロールツーロールの場合のホットエンボシングは、ヒータが内蔵されて自体発熱され、表面に微細パターンが形成されたローラスタンパーと加圧ローラとを対接して設置し、二つのローラの間にフィルム母材を通過させることによって、熱加圧によりフィルム母材の表面にパターンを形成する方法である。

また、前記凹凸パターンは、ホログラフィックパターンであることができる。ホログラフィックパターンは、次のようなホログラフィック拡散板の一般的な製造工程によって形成される。

まず、原板を形成する必要があるが、ガラス板の上部にフォトレジストを形成し、フォトレジストの上部に一定な厚さのスペーサを形成した後、上部の全面にインターガラス板を形成し、レーザーを利用してスペーサが形成されていない領域のフォトレジストを感光させる。前記インターガラス板とスペーサとが除去されたガラス板とフォトレジスト構造物とを現像液で現像する。この現像により、フォトレジストの感光された領域が現像されてランダムな凹凸を有する原板が形成される。

次に、ホログラフィックパターンを製造する工程を説明すれば、前記原板上に銀膜を薄くコーティングした後、電気メッキ方式で形成して、原板と凹凸の形状が同じニッケル板を形成する。前記銀板を分離した後、ニッケル板上に再びニッケルを電気メッキ方式で形成して原板と凹凸の形状が逆であるニッケルスタンパーを形成する。次に、ニッケル板を分離する。ヒータ上にガラス板と紫外線硬化樹脂層とが積層された構造物を形成し、樹脂層の上部に前記ニッケルスタンパーを置き、樹脂層のガラス転移温度より高い温度でローラで押しつける。前記ヒータの上部にニッケルスタンパーが位置するように裏返した後、紫外線ランプからガラス板を透過するように紫外線を印加して、樹脂層を硬化させてランダムな凹凸状の原板を再現する。

次に、ニッケルスタンパーを分離する。前記スタンパーが分離された結果物の上部の全面に前記樹脂層と屈折率が異なる紫外線硬化樹脂層を形成して平坦化した後、紫外線ランプから紫外線を印加して樹脂層を硬化させる。このとき、前記樹脂層が以前の樹脂層に比べて大きい屈折率を有するように形成することが望ましい。

図４Ａは、既存の拡散板パターンの形成方法を示す図面であり、図４Ｂは、これによりパターンが形成された拡散板の表面についての平面写真（ＰＯＣ社製のＰＯＣ２０）であって、拡散板に形成されたホログラフィック拡散パターンを示す写真である。

図５は、本発明の一実施形態に係るディスプレイ素子用照明装置における光拡散パターンが形成された反射膜の製造方法を示す図面である。図５に示す光拡散パターンは、図４のホログラフィック拡散パターンの製造のように、ホログラフィック拡散パターンの形成方法を利用して適切な拡散角を有するようにフォトレジストを利用してマスタを製作したものであり、これを利用して製造したものである。蛍光体層２０の上部から所定の距離ほど離隔して反射膜５０を形成するために、蛍光体層２０の上部に中間膜７０を形成し、中間膜７０の表面に前記拡散板マスタパターン６０を圧着などの方法で表面凹凸形態に形成した後、アルミニウムなどを蒸着することによって、本発明の構造を形成する。このとき、中間膜は、焼成して揮発させることによって除去する。

望ましくは、前記電子放出源としてＣＮＴを使用する。ＣＮＴは、比較的低い駆動電圧でも電子放出を円滑に行えるという利点がある。また、ペースト形態のＣＮＴ、あるいは機能性ＣＮＴを使用すれば、広い基板にＣＮＴエミッタを容易に形成できるので、大面積のバックライトユニットの製作が可能であるという長所がある。さらに、前記カソード電極及びアノード電極を従来のような薄膜でない厚膜で形成するので、大面積のバックライトユニットの製作がさらに容易になり、経済的にも良い。

望ましくは、前記反射膜は、蛍光体層から０．５〜１μｍ離隔されて位置する。前記反射膜が０．５μｍ未満に離隔された場合、輝度が低下し、１μｍを超えて離隔された場合、蛍光体から浮き上がって電子によるアーキングが発生する可能性がある。なお、前記反射膜は、Ａｌであることが望ましい。

本発明に係るディスプレイ素子用照明装置は、拡散板または拡散フィルムを使用しないことによって、拡散板または拡散フィルムによる光量反射及び吸収損失をなくし、結果的に光拡散パターンが形成されていない反射膜を使用した場合のディスプレイ素子用照明装置に比べて輝度が向上するという効果だけでなく、バックライトユニットのサイズを画期的に減少させるという効果もある。

また、本発明に係るディスプレイ素子用照明装置を用いてバックライトユニットを提供することができる。

また、前記バックライトユニットを備えているＬＣＤを提供することができる。本発明に係るバックライトユニットは、前述したＬＣＤだけでなく、バックライトユニットを必要とする種々の電子機器、例えばノート型コンピュータ、電子計算機、またはデジタルカムコーダなどの電子機器全般に適用することができる。

以下、下記の実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

フォトレジストを記録原板に塗布した後、約１３ｍＪ／ｃｍ^２の強度で露光した。これを現像、洗浄してパターンが形成されたマスタを製作した。蛍光体層の上部から所定の距離ほど離隔して中間膜を形成した。前記中間膜の表面に前記拡散板のマスタパターンを圧着して表面凹凸形態に形成した後、アルミニウムなどを蒸着することによって、パターンが形成された反射膜を形成した。次いで、４５０℃の温度で３０分間焼成して中間膜を揮発させて除去した。

本発明は、液晶表示装置関連の技術分野に適用可能である。

既存の炭素ナノチューブ−バックライトユニット（ＣＮＴ−ＢＬＵ）を概略的に示す断面図である。 既存のＡｌ反射膜を備えているＣＮＴ−ＢＬＵを概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るディスプレイ素子用照明装置における光拡散パターンが形成された反射膜を備えているＣＮＴ−ＢＬＵを概略的に示す断面図である。 既存の拡散板パターンの形成方法を示す図面である。 図４Ａによりパターンが形成された拡散板の表面（ＰＯＣ社製のＰＯＣ２０）についての平面写真である。 本発明の一実施形態に係るディスプレイ素子用照明装置における光拡散パターンが形成された反射膜の製造方法を概略的に示す図面である。

符号の説明

１０ カソード電極、
２０ 蛍光体層、
３０ アノード電極、
４０，５０ 反射膜、
６０ 拡散板マスタパターン、
７０ 中間膜。

Claims (9)

1. 互いに離隔されて対向して配置される上部基板及び下部基板と、
   前記上部基板の下面に形成されるアノード電極と、
   前記アノード電極の下面に形成される蛍光体層と、
   前記下部基板の上面に形成されるカソード電極と、
   前記カソード電極の上面に形成される電子放出源と、
   前記電子放出源と前記蛍光体層との間にそれぞれ離隔されて備えられた反射膜と、を備えるディスプレイ素子用照明装置であって、
   前記反射膜の蛍光体層と対向する側の表面に前記蛍光体層から放出された光を拡散させるための光拡散パターンが形成されていることを特徴とするディスプレイ素子用照明装置。
2. 前記光拡散パターンは、凹凸パターンであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ素子用照明装置。
3. 前記光拡散パターンは、微細なパターンであって、半球形、四角形、三角形、及び楕円形からなる群から選択された一つの形状のパターンであることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ素子用照明装置。
4. 前記光拡散パターンは、ホログラフィックパターンであることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ素子用照明装置。
5. 前記電子放出源は、炭素ナノチューブを含むことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ素子用照明装置。
6. 前記反射膜は、蛍光体層から０．５〜１μｍほど離隔されて位置することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ素子用照明装置。
7. 前記反射膜は、Ａｌであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ素子用照明装置。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載のディスプレイ素子用照明装置を備えるバックライトユニット。
9. 請求項８に記載のバックライトユニットを備える液晶表示装置。