JP5319695B2 - 電界放出型バックライトユニット - Google Patents
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Description
本発明は、電界放出装置に関し、特にローカルディミングが可能な電界放出型バックライトユニットに関する。
通常、平板表示装置（flat panel display）は、大きく発光型表示装置と受光型表示装置とに分けられる。
発光型表示装置としては、プラズマ表示装置（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）及び電界放出表示装置（ＦＥＤ：Field Emission Display）などが挙げられ、受光型表示装置としては、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）が挙げられる。
液晶表示装置は、軽量で且つ消費電力が小さいという長所があるが、その自体が発光して画像を形成せず、外部から光が入射されて画像を形成する受光型表示装置なので、暗い所では画像を観察することができないという問題点がある。このような問題点を解決するために、液晶表示装置の背面には、バックライトユニットが設置される。
従来、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（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）と点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が主に使用されて来た。
しかしながら、このようなバックライトユニットは、一般的にその構成が複雑なので、製造コストが高く、光源が側面に位置するので、光の反射と透過による電力消耗が大きいという短所がある。特に、液晶表示装置が大型化されるほど、輝度の均一性を確保しにくいという問題点がある。
これにより、最近、前述したような問題点を解消するために、平面発光構造を有する電界放出型バックライトユニットが開発されている。このような電界放出型バックライトユニットは、既存の冷陰極蛍光ランプなどを利用したバックライトユニットに比べて電力消耗が小さく、広い範囲の発光領域でも比較的均一な輝度を示すという長所がある。
一般的に、電界放出バックライトユニットは、電界エミッタが形成されたカソード基板と蛍光体が形成されたアノード基板とが一定の距離をもって互いに対向するように位置する状態で真空パッケージングされ、電界エミッタから放出された電子がアノード基板の蛍光体に衝突し、蛍光体の陰極発光（cathode luminescence）で光を出すようになる。
前述のような従来電界放出型バックライトユニットの構造について図１を参照して説明する。
図１は、金属ゲート基板が形成されたローカルディミングが可能な電界放出型バックライトユニットを示す図である。
図１を参照すれば、従来、金属ゲート基板が形成された電界放出型バックライトユニットは、カソード基板である下部基板１１０と、前記下部基板１１０上に形成された多数個のカソード電極１１２と、前記多数個のカソード電極１１２上に形成された電界エミッタ１１４と、アノード基板である上部基板１２０と、前記上部基板１２０上に形成されたアノード電極１２２と、前記アノード電極１２２上に形成された蛍光層１２４と、金属ゲート基板１３２及びスペーサ１４２、１４４を含む。
前記カソード電極１１２に所定の電流を印加すれば、電界エミッタ１１４から電子ビームが放出され、放射状に広がりながら進行するようになる。その結果、電界エミッタ１１４から放出された電子ビームは、当該画素に対応する蛍光体１２４に到逹して発光するようになる。
また、部分的な輝度の調節と高いコントラスト比のために、前記多数個のカソード電極１１２に印加される電流の量を調節する。しかしながら、精密なローカルディミングのためには、前記多数個のカソード電極１１２の個数を増加させなければならないが、カソード電極１１２の数が増加する場合、外部電極との配線が複雑になる問題点が発生する。
したがって、外部電極との配線を複雑にせず、効率的なローカルディミングを行うための方法が要求される。
したがって、本発明の目的は、外部電極との配線を簡便に形成することができるローカルディミングが可能な電界放出型バックライトユニットを提供することにある。
その他の本発明で提供しようとする目的は、下記の説明及び本発明の一実施例によって把握されることができる。
本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットのカソード構造物は、カソード基板上に間隔をもって形成される多数個のデータ電極と、前記データ電極上に形成され、所定の個数おきに前記データ電極を露出させる露出領域を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記露出領域を通じて前記データ電極に電気的に連結されるカソード電極と、前記カソード電極上に形成される少なくとも１つの電界エミッタとを含み、互いに電気的に分離された前記カソード電極を基準にして各々のカソードブロックが定義され、前記データ電極を通じて入力される電流によって各々の前記カソードブロックの輝度調節が可能である。
また、本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットのカソード構造物の製造方法は、（ａ）透明な基板上にブロック単位の輝度調節のためのカソードブロックを定義する段階と、（ｂ）各々の前記カソードブロック上に互いに間隔を有する多数個のデータ電極を形成する段階と、（ｃ）各々の前記カソードブロックに形成されたいずれか１つのデータ電極を露出させる露出領域を有するように絶縁層を形成する段階と、（ｄ）前記絶縁層上に互いに間隔を有する多数個のカソード電極を形成し、且つ前記多数個のカソード電極のうちいずれか１つのカソード電極が前記露出領域を通じて前記データ電極に電気的に連結されるように形成する段階と、（ｅ）前記カソード電極が未形成である部分を除いて前記形成されたカソード電極上にエミッタペーストを塗布する段階と、（ｆ）前記基板の下面に紫外線を照射した後、現像する段階とを含む。
また、本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットは、間隔をもって互いに対向配置される上部基板及び下部基板と、前記上部基板上に形成されたアノード電極及び蛍光層と、前記上部基板と前記下部基板との間に位置し、前記電界エミッタから電子放出を誘導し、前記放出された電子が通過することができる開口部が形成された金属ゲート基板と、前記下部基板上に間隔をもって形成される多数個のデータ電極と、前記データ電極上に形成され、所定の個数おきに前記データ電極を露出させる露出領域を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記露出領域を通じて前記データ電極に電気的に連結されるカソード電極と、前記カソード電極上に形成される少なくとも１つの電界エミッタとを含み、互いに電気的に分離された前記カソード電極を基準にして各々のカソードブロックが定義され、前記データ電極を通じて入力される電流によって各々の前記カソードブロックの輝度調節が可能である。
以上説明したように本発明は、データ電極と絶縁層の二重構造で形成された構造物を用いて外部電極との配線を簡便に形成することができるという利点がある。
以下、本発明を説明するにあたって、関連された公知機能または構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすることがあり得ると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明においての機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることがあり得る。したがって、それは、本明細書全般の内容に基づいて定義されるべきである。
液晶表示装置のバックライトなどの用途に使用される従来のローカルディミングが可能な電界放出型バックライトユニットは、カソード基板上に形成された多数個のカソード電極の各々に流入される電流を変化させて、部分的に輝度を調節するが、精密なローカルディミングのためには、カソード電極を小さく構成し、その数を増加させなければならない。しかし、前述したように、カソード電極の数が増加するにつれて、外部駆動部に連結される配線が増加するようになり、制限された空間内でこのような配線を外部駆動部と連結することが非常に困難である。前述のような問題点を解決するために以下で説明する本発明は、ローカルディミングが可能な単位ブロックの数に制限を受けず、外部駆動部と電極とを簡便に連結することができる装置を提供する。
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳しく説明する。
図２は、本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットを示す図である。
図２は、本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットを示す図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例による電界放出型バックライトユニットは、カソード基板である下部基板２１０と、前記下部基板２１０上に形成された多数個のデータ電極２１２と、前記データ電極２１２上に形成された絶縁層２１４と、前記絶縁層２１４上に形成されたカソード電極２１６と、前記カソード電極２１６上に形成された電界エミッタ２１８と、アノード基板である上部基板２２０と、前記上部基板２２０上に形成されたアノード電極２２２と、前記アノード電極２２２上に形成された蛍光層２２４と、金属ゲート基板２３２及びスペーサ２４２、２４４を含む。
下部基板２１０と上部基板２２０は、互いに離隔して対向配置され、前記下部基板２１０と金属ゲート基板２３２との間に形成されたスペーサ２４２及び前記上部基板２２０と金属ゲート基板２３２との間に形成されたスペーサ２４４によって互いに一定の間隔を維持する。下部基板２１０及び上部基板２２０としては、ガラス基板を使用することができる。
下部基板２１０上には、多数個のデータ電極２１２が一定の間隔をもって形成される。前記データ電極２１２は、透明な導電性物質よりなることができる。透明な導電性物質としては、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；以下、ＩＴＯという）、酸化インジウム亜鉛（Indium Zinc Oxide；以下、ＩＺＯという）、酸化インジウム亜鉛錫（Indium Tin Zinc Oxide；以下、ＩＴＺＯという）及び炭素ナノチューブ（Carbon Nano Tube；以下、ＣＮＴという）などを使用することができる。この際、データ電極２１２を透明な導電性物質で形成する理由は、電界エミッタの形成時に紫外線を利用したバック露光を容易にするためである。しかし、電界エミッタが形成されるカソード電極の開口部と同一の開口部をデータ電極に形成すれば、データ電極として不透明電極を使用することもできる。
前記データ電極２１２上には、絶縁層２１４が形成され、前記絶縁層２１４は、所定の個数おきにデータ電極２１２を露出させる露出領域２１５を具備する。
前記絶縁層２１４上には、カソード電極２１６が形成され、前記カソード電極２１６は、露出領域２１５を通じてデータ電極２１２に電気的に連結される。
また、前記カソード電極２１６のうち互いに電気的に分離されたカソード電極２１６を基準にして各々のカソードブロック２１１が定義され、この際、データ電極２１２を通じて入力される電流によって各々のカソードブロック２１１の輝度調節が可能になる。
また、前記カソード電極２１６は、光を遮断することができる導電性材料を使用することもできる。これは、電界エミッタの形成時に紫外線を利用したバック露光を容易にするためである。
前記カソード電極２１６上には、少なくとも１つの電界エミッタ２１８が形成され、好ましくは、互いに一定の間隔を有する多数個の電界エミッタ２１８が形成される。
前記電界エミッタ２１８は、電子放出特性に優れた電子放出物質よりなることが好ましく、前記電子放出特性に優れた電子放出物質としては、炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維及び炭素系合成物質などが挙げられる。
アノード電極２２２は、前記上部基板２２０上に形成され、前記アノード電極２２２上には、蛍光層２２４が塗布されている。前記アノード電極２２２もＩＴＯ、ＩＺＯ及びＩＴＺＯなどの透明な導電性物質よりなることができる。
金属ゲート基板２３２は、電界エミッタ２１８から電子放出を誘導するゲート電極の役目をし、スペーサ２４２、２４４によって上部基板２２０及び下部基板２１０と一定の間隔を維持する。
金属ゲート基板２３２には、多数個の開口部２３６が形成され、好ましくは、前記開口部２３６は、電界エミッタ２１８の位置に対応するように形成される。
前述のような構造を有する本発明の一実施例によるローカルディミングが可能な電界放出型バックライトユニットは、データ電極２１２を通じて流れる電流変化によって各々のカソードブロック２１１の輝度が調節される。すなわち、各々のカソードブロック２１１に含まれるデータ電極２１２のうちいずれか１つを１つのカソードブロックのための電極配線として使用することによって、外部駆動部との電極連結が簡便になる利点がある。
また、前述したように、本発明による電界放出型バックライトユニットのデータ電極２１２及び絶縁層２１４は、透明な素材を使用することができ、カソード電極２１６は、光を遮断することができる導電性材料を使用するが、これは、カーボン系物質を利用した露光性ペーストで電界エミッタを形成する場合、紫外線バック露光を容易にするためである。
このような紫外線バック露光を利用した電界エミッタの形成過程を図３を参照して説明する。
まず、図３の（ａ）のように、透明な基板３１０上にデータ電極３１２及び絶縁層３１４を形成し、前記絶縁層３１４上に電界エミッタの形成のためのパターン３１６を形成する。
この際、データ電極３１２及び絶縁層３１４は、透明な素材を使用し、電界エミッタの形成のためのパターン３１６は、不透明な導電性素材を使用する。
その後、図３の（ｂ）のように、スクリーンプリンティングなどの方法でカーボン系物質ネガチブ露光性ペースト３１８を前記積層構造物上にプリンティングする。
その後、図３の（ｃ）のように、乾燥などの工程を進行した後、基板３１０の下面に紫外線を照射した後、所定の現象過程を進行すれば、図３の（ｄ）のような構造が形成される。
すなわち、パターンで紫外線が遮断された部分は、露光性ペースト３１８が除去され、その後、熱処理及び表面処理などの後工程を進行すれば、電界エミッタ３２２が完成されるようになる。このように形成された電界エミッタは、大部分の面積が絶縁層に接しているが、カソード電極と電界エミッタの端部が当接しているので、電界放出に必要な電流供給が可能である。このようなバック露光方法を利用して電界エミッタを形成する場合、バック露光を通じて電界エミッタの高さが一定にレベリングされるので、一定の高さの電界エミッタ形成が可能で、均一で且つ高信頼性の電界エミッタを形成することができるようになる。
図４は、前述のようなバック露光方法を利用して本発明による電界放出型バックライトユニットのカソード基板を製作する過程を説明するための例示図である。
まず、図４の（ａ）のように、透明な基板２１０上にパターンを有するデータ電極２１２を形成する。この際、データ電極２１２は、透明な素材を使用する。
その後、図４の（ｂ）のように、データ電極２１２上に絶縁層２１４を形成する。この際、絶縁層２１４は、透明な素材を使用し、カソードブロック２１１の形成のために、所定の個数おきにデータ電極２１２を露出させた露出領域２１５が形成されるようにする。
その後、図４の（ｃ）のように、絶縁層２１４上にカソード電極２１６を形成する。この際、カソードブロック２１１の大きさ及び距離を考慮してカソード電極２１６を形成する。すなわち、各々のカソードブロック２１１間の電気的な絶縁のための距離を維持するようにすると共に、蛍光体の発光時に各ブロック間の境界部分が現われないようにすることが好ましい。
その後、図４の（ｄ）のように、各カソードブロック２１１を電気的に分離させるための分離領域２１７を除いて前記構造物にエミッタペースト２１８を塗布する。
その後、図４の（ｅ）のように、基板の下面に紫外線を照射するバック露光工程の後に現象過程を進行すれば、図４の（ｆ）のように、各カソードブロック２１１が電気的に分離されたカソード基板が完成される。
前記データ、ケソド電極及び絶縁層などは、従来の蒸着及びフォトリソグラフィ方法あるいはスクリーンプリンティング方法などで容易に形成することができる。
図５は、前述のような工程によって完成されたカソード基板を示す例示図である。
図５を参照すれば、各々のカソードブロック２１１に露出領域２１５が形成されていることが分かり、前述したように、前記露出領域２１５を通じて各カソード電極２１６とデータ電極２１２が一対一で互いに対応して電気的に連結される。前述のように形成されたカソード基板では、いずれか１つのデータ電極２１２に電流が入力されれば、ただ１つのカソード電極２１６にのみ電流が流入され、各カソードブロック２１１の単位で輝度調節が可能になる。また、本発明のように、データ電極２１２及び絶縁層を具備することによって、各カソードブロック２１１と電極間の配線が非常に簡便になることが分かる。
図６は、このような本発明による電界放出型バックライトユニットのローカルディミング状態を示す例示図である。このようなローカルディミング時に、金属ゲート基板及びアノード電極に印加される電圧は、固定された状態で特定の電界エミッタに電気的に連結されたカソード電極とデータ電極を通じて流れる電流の量を調節することによって、電界エミッタから放出される電子ビームの量を調節し、その結果として、特定の部分の階調表現が可能にする。
この際、電流量は、ＴＦＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのような半導体スイッチング回路を利用して調節することができ、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）方式またはパルス振幅変調（Pulse Amplitude Modulation：ＰＡＭ）方式で分離されたカソード電極を通じてエミッタに流入される電子の量を調節することができる。
また、図７のように、スペーサ２４２の形成時に前記ホールが位置する部分に前記スペーサ２４２を形成すれば、電界エミッタが形成されないため、発光されない領域を最小化することができるという利点がある。
以上、本発明の好ましい実施例について図示し説明したが、本発明は、前述した特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能なことは勿論であり、このような変形実施例は、本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解すべきではない。
２１０ 下部基板
２１２ データ電極
２１４ 絶縁層
２１６ カソード電極
２１８ 電界エミッタ
２２０ 上部基板
２２２ アノード電極
２２４ 蛍光層
２３２ 金属ゲート基板
２４２、２４４ スペーサ
２１２ データ電極
２１４ 絶縁層
２１６ カソード電極
２１８ 電界エミッタ
２２０ 上部基板
２２２ アノード電極
２２４ 蛍光層
２３２ 金属ゲート基板
２４２、２４４ スペーサ
Claims (6)
- 間隔をもって互いに対向配置される上部基板及び下部基板と、
前記上部基板上に形成されたアノード電極及び蛍光層と、
前記上部基板と前記下部基板との間に位置し、前記電界エミッタから電子放出を誘導し、前記放出された電子が通過することができる開口部が形成された金属ゲート基板と、
前記下部基板上に間隔をもって形成される複数個のデータ電極と、
前記データ電極上に形成され、所定の個数おきに前記データ電極を露出させる露出領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記露出領域を通じて前記データ電極に電気的に連結されるカソード電極と、
前記カソード電極上に形成される少なくとも１つの電界エミッタと、
前記露出領域上であって、前記下部基板と前記金属ゲート基板との間及び前記上部基板と前記金属ゲート基板との間に各々形成された絶縁体スペーサと、
を含み、
前記データ電極は透明な導電性物質からなり、互いに電気的に分離された前記カソード電極を基準にして各々のカソードブロックが定義され、前記データ電極を通じて入力される電流によって各々の前記カソードブロックの輝度調節が可能であり、
前記露出領域は各カソードブロックに対して形成され、各カソードブロックと前記データ電極は前記露出領域を通じて一対一で互いに対応して電気的に連結されていることを特徴とする電界放出型バックライトユニット。 - 前記透明な導電性物質は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ及びＣＮＴのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型バックライトユニット。
- 隣接する前記各々のカソードブロックが電気的に分離されるように、前記絶縁層上に前記カソード電極が未形成である分離領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型バックライトユニット。
- 前記カソード電極は、光を遮断することができる導電性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型バックライトユニット。
- 前記電界エミッタは、炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維及び炭素系合成物質のうちいずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型バックライトユニット。
- （ａ）透明な基板上にブロック単位の輝度調節のためのカソードブロックを定義する段階と、
（ｂ）各々の前記カソードブロック上に互いに間隔を有する複数個のデータ電極を形成する段階と、
（ｃ）各々の前記カソードブロックに形成されたいずれか１つのデータ電極を露出させる露出領域を有するように絶縁層を形成する段階と、
（ｄ）前記絶縁層上に互いに間隔を有する複数個のカソード電極を形成し、且つ前記複数個のカソード電極のうちいずれか１つのカソード電極が前記露出領域を通じて前記データ電極に電気的に連結されるように形成する段階と、
（ｅ）前記カソード電極が未形成である部分を除いて、前記形成されたカソード電極上にエミッタペーストを塗布する段階と、
（ｆ）前記基板の下面に紫外線を照射した後、現像する段階と、
を含む各段階により製造される請求項１に記載の電界放出型バックライトユニット。
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