JP5410648B2 - 表示パネルおよび該表示パネルに用いる発光ユニット - Google Patents

Description

本発明は、画像を構成する単位である表示画素がマトリクス配置される表示パネル、および該表示パネルに用いる発光ユニットに関する。

例えば、画像を構成する単位である表示画素を液晶で構成しその液晶表示画素をマトリクス配置した液晶表示装置は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面を照明するバックライトとを備える。このような液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の観点から、液晶テレビ、携帯端末、パソコン、電子手帳、カメラ一体型ＶＴＲ、等の電子機器に広く使用されるに至っている（特許文献１参照。）。

しかしながら、このような液晶表示装置においては、液晶表示パネルの背面の照明のため、バックライトにおける消費電力が液晶表示装置の消費電力の大半を消費している。このような液晶表示装置を屋外設置される大型の液晶テレビとして用いる場合、そのバックライトによる電力消費がかさむものである。また、カラー表示において必要とされる高価なカラーフィルタも多数必要である。

一方、屋外設置される大型の液晶テレビ等において、液晶もバックライトも用いないで表示パネルだけの表示装置としては、例えば発光ダイオードを表示画素としてマトリクス配置したものがあるが、液晶よりも表示品位に劣る上、バックライトを用いていないとしても、発光ダイオードによる消費電力が極めて多大となる上、発熱するなどにより、その取り扱いが不便である、等多くの課題があった。

そこで、本発明者は、上記事情に鑑みて、液晶や発光ダイオード、等を用いないで、屋外に設置される大型用途に特に有用な表示パネルを提供すべく、鋭意研究を進めた。
特開２００３−８４７１５号公報

すなわち、本発明においては、従来の液晶や発光ダイオード等を用いない、新規な表示パネルを提供することを目的としている。

本発明による画像表示装置は、画像を構成する単位である複数の表示画素が配置される表示パネルにおいて、前記各表示画素それぞれを収納する収納スペースを備えており、前記表示画素はそれぞれ単色の複数の発光ユニットからなり、前記各収納スペースそれぞれに前記複数の発光ユニットが並べて配置されており、前記各発光ユニットそれぞれは、真空封止管と、この真空封止管内部に対向配置された蛍光体付き陽極部および線状陰極部と、前記真空封止管の背面に設けられ当該真空封止管内部の蛍光体付き陽極部と線状陰極部との間に電圧を印加する高圧トランスとを備え、前記線状陰極部は、前記蛍光体付き陽極部の直下に配置されて線状に延びる導電性ワイヤと該導電性ワイヤの外周面に形成された多数の電界集中補助用凹凸部と前記電界集中補助用凹凸部上に電界電子放出部として形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とを備え、かつ、前記線状陰極部から放射状に放出した電子が前記蛍光体付き陽極部のほぼ全体に衝突可能に、前記蛍光体付き陽極部と前記線状陰極部との対向ギャップが設定されており、同一の表示画素の収納スペースに配置された複数の発光ユニットのうち、少なくとも２つの発光ユニットにおける蛍光体付き陽極部の蛍光体が、互いに異なる色で発光する蛍光体で構成されていることを特徴とするものである。

本発明の表示パネルにおいては、液晶を用いた表示パネルとは異なって、各画素を構成する発光ユニットが電界電子放出型蛍光管として動作するものであり、その消費電力が極めて小さく済むこと、また、高品位かつ高輝度で発光することができるものであること、さらに、液晶を用いないから、バックライトが不要となり、より低消費電力化が達成できること、さらにまた、カラーフィルタが不要であるから、部品点数が減って製造コストを低減できる、という新規な画像表示装置を提供することができる。

そして、本発明の表示パネルにおいては、発光ダイオード等の発光素子を用いたものではなく、各画素を構成する発光ユニットが低消費電力であり、また、表示品位に優れる上に発熱しないことにより、より低消費電力化が達成できるから、取り扱いが便利であるとともに、部品単価が高い発光ダイオードを用いないから、より安価な画像表示装置を提供することができる。

特筆すべきは、発光ユニットの構成において線状陰極部が、導電性ワイヤと該導電性ワイヤの外周面に形成された多数の電界集中補助用凹凸部と前記電界集中補助用凹凸部上に電界電子放出部として形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とからなり、導電性ワイヤの外周面に単にカーボン系膜を形成したものではなく、電界集中補助用凹凸部を形成し、この電界集中補助用凹凸部の外周面にカーボン系膜を形成したから、電界集中補助用凹凸部により電界集中が強く起こっている状態で更にカーボン系膜の微細な多数の尖鋭部により、より強く電界集中が起こり、大量の電子の引き出しが行われるので、従来のごとく、カーボン系膜から電子を引き出すためのゲート電極が不要となり、その分、陽極と陰極との２極構成という簡易かつ安価かつ低電力での高輝度発光を可能にしている点である。このことは、発光ユニットの単価削減ないしは低減をもたらし、多数の表示画素を設置する表示パネルにおいては、有用で産業上の利用可能性が大きく向上し、産業の発展に貢献すること多大なることは言うまでもない。

なお、上記「線状」とは、直線状に限定されず、螺旋状や波状等の曲線状、直線状と曲線状とが混合した形状、その他の形状を含み、また、中実、中空を問うものではなく、また、その断面形状は、特に限定されず、円形に限らず、楕円形、矩形やその他の形状であってもよい。上記「電界集中補助用凹凸部」とは、例えば、突起や溝等からなる可視的なサイズの電界集中補助用凹凸部から、表面粗さ等による微視的なサイズの電界集中補助用凹凸部までを含むものであり、そのサイズを問うものではない。また度凹凸部の凹凸方向は、導電性ワイヤの円周方向であっても、長さ方向であっても構わないが、長さ方向は特に有効である。凹凸部を導電性ワイヤの長さ方向に形成する手法としては、例えば導電性ワイヤを引き伸ばし加工することにより達成することができる。あるいは、微細な凹凸部としては、導電性ワイヤの外周面を研磨することにより表面粗さを選択してｎｍオーダ等で筋状の凹凸部を形成することでもよい。カーボン膜は、微視的に小さい尖鋭部として、例えば、チューブ形状、ウォール形状、その他の形状を備えたカーボンナノ材料からなる膜を含む。上記「尖鋭」には、多少の丸みがあっても電子放出特性を有するものであれば尖鋭に含むことができる。

本発明によれば、低電力消費、高輝度、低い発熱構成にり、画像を表示できる新規な表示パネルを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る表示パネルを詳細に説明する。

図１は、表示パネルを含む画像表示装置の電気的ブロック図、図２は、図１の表示パネル全体の概略構成を示す平面図、図３は図２の表示単位の平面図、図４は図２の表示単位の斜視図、図５は表示単位を構成する発光管の断面図である。

まず、図１を参照して、１はデータ線駆動回路、２は走査線駆動回路、３は表示パネルを示す。データ線駆動回路１と、走査線駆動回路２と、表示パネル３とで画像表示装置が構成される。液晶テレビ等においては、画像表示装置以外に電子チューナを始めとして多くの電子回路等が設けられているが、本明細書ではそれらの説明は割愛する。

データ線駆動回路１には、映像に関わるＲＧＢの各色情報（データ）が与えられる。

データ線駆動回路１は、与えられた情報に応じてデータ線ｄ１，ｄ２，ｄ３，…を選択駆動する。走査線駆動回路２は、タイミング制御信号に応答して、順次に、各走査線ｓ１，ｓ２，ｓ３，…に対して順次に走査線信号を出力する。なお、データ線駆動回路１や走査線駆動回路２は、単なる一例にすぎず、本発明を限定するものでは何等ない。

表示パネル３は、縦横マトリクスに表示画素４が配列されており、各表示画素４は、データ線駆動回路１からの駆動信号と走査線駆動回路２からの駆動信号とにより選択駆動されて、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色に発光するようになっている。なお、表示パネル３における上記駆動信号による発光動作は周知であるから、その詳細は省略する。また、表示画素４の個数も、用途や目的に応じて適宜に定まり、図示の例に限定されものでは何等ない。

図２を参照して、表示画素４の構成を説明する。図２は、表示パネル３を部分的に拡大して示す斜視図であり、表示画素４の収納スペース５に発光ユニット４ａ−４ｃを収納していない状態と表示画素４の収納スペース５に発光ユニット４ａ−４ｃを収納している状態とを示す図である。図２に示すように、表示パネル３は、表示画素４を収納する収納スペース５をマトリクス状に備える。ここでのマトリクス状とは、縦横に配置する状態を意味する。ただし、収納スペース５の配置形態は用途や目的に応じて種々に選択することができるものであり、例えば、千鳥状やその他の配置形態を含むものである。１つの表示画素４は複数の、実施の形態では３つの発光ユニット４ａ−４ｃで構成される。発光ユニット４ａ−４ｃを３つとしたのは、ＲＧＢ３色を想定したからであり、少なくとも２色用の発光ユニットであればよく、その色の種類も適宜に決定することができる。

これら３つの発光ユニット４ａ−４ｃは、１つの収納スペース５内に互いに隣接して収納される。ただし、発光ユニット４ａ−４ｃを隣接することは必須ではなく、多少、互いに離れてもよい。表示パネル３の上面は好ましくは黒色等に塗装されている。勿論、表示パネル３の上面に適宜の色で塗装することは構わないし、色で塗装しなくてもよい。要するに、表示パネル３を見る側の視覚ないしは感覚等を考慮すればよい。各収納スペース５のサイズは例えば縦１２ｃｍ×横１２ｃｍ、深さ２ｃｍであり、発光ユニット４ａ−４ｃそれぞれのサイズは、縦１２ｃｍ×横４ｃｍ、高さ２ｃｍである。これらサイズは、屋外に設置する大型テレビ等のサイズ等や、表示画素の個数、等により定めることができる。これら発光ユニット４ａ−４ｃは、それぞれ、Ｒ（赤）色用発光ユニット４ａ、Ｇ（緑）色用発光ユニット４ｂ、Ｂ（青）色用発光ユニット４ｃである。

図３ないし図５を参照して、発光ユニット４ａ−４ｃの構成を説明する。図３は、発光ユニット４ａ−４ｃの斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。発光ユニット４ａ−４ｃそれぞれは、蛍光体の種類がＲ色発光用、Ｇ色発光用、Ｂ色発光用として相違するのみで、他の構成は同一である。発光ユニット４ａ−４ｃは、縦１２ｃｍ×横４ｃｍ×高さ２ｃｍの直方体形状の真空封止管６を備える。真空封止管６の内部を真空にする技術は周知の真空技術を用いて達成することができるから、本明細書ではその詳細な説明を省略する。また、真空に封じるときの封じ切り部分等の図示は省略し、理解の都合で真空封止管６の外形を長方形で示している。

真空封止管６は、上下一対の平面パネル７，８と、４つの側面パネル９−１２とで囲まれたものである。この真空封止管６の内部には、一方の平面パネル７の内面に蛍光体付き陽極部１３が設けられ、他方の平面パネル８の内面に線状陰極部１４が設けられている。

蛍光体付き陽極部１３は、平面パネル１０内面に均厚に塗布された蛍光体層１３ａと、この蛍光体層１３ａ上に蒸着されたアルミニウム等よりなる陽極層１３ｂとの少なくとも２層構造となっている。蛍光体層１３ａは、電子衝突により励起されて、それぞれＲ色、Ｇ色、Ｂ色に発光する。Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各蛍光体はＣＲＴ用に用いられている公知のものを使用することができる。なお、Ｗ１は、側面パネル部１０，１２の内面に設けられかつ蛍光体付き陽極部１３の陽極層１３ｂと電気的に接続する電極引き出し内部配線を示す。１３ｃは、内部配線Ｗ１に接続され発光ユニット４ａ−４ｃ外下端から突き出されて蛍光体付き陽極部１３の陽極層１３ｂを外部に引き出す端子を示す。

線状陰極部１４は、蛍光体付き陽極部１３に対して所定ギャップＤを隔てて対向配置されている。蛍光体付き陽極部１３と線状陰極部１４との対向ギャップＤは、図４で示すように、線状陰極部１４側から放射角度θで放射状に放出した電子が、蛍光体付き陽極部１３の全体ないしはほぼ全体に衝突可能なギャップＤに定めるのが好ましい。線状陰極部１４はまた、ニッケル等からなる導電性ワイヤ１４ａと該導電性ワイヤ１４ａの外周面に形成された多数の電界集中補助用凹凸部１４ｂと前記電界集中補助用凹凸部１４ｂ上に電界電子放出部として形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜１４ｃとを備えている。電界集中補助用凹凸部１４ｂは、ネジ切り加工等により形成した可視的なサイズの電界集中補助用凹凸部から、導電性ワイヤを引き伸ばし加工等して形成される微視的なサイズの電界集中補助用凹凸部まで含む。実施の形態では、電界集中補助用凹凸部１４ｂの凹凸方向は導電性ワイヤ１４ａの外周面を螺旋する方向であるが、導電性ワイヤ１４ａの円周方向であっても長さ方向であってもよい。この場合、凹凸する方向が整列することが電子放出特性の安定化に好ましい。電界集中補助用凹凸部１４ｂのサイズや形状や個数等は特に限定されない。カーボン系膜１４ｃには、カーボンナノチューブあるいはカーボンナノウォールがあるが、その他のカーボン系膜１４ｃでもよいことは勿論である。導電性ワイヤは導電性を有するものであればよく、ニッケルに何等限定されない。

線状陰極部１４の電界集中補助用凹凸部１４ｂ表面へのカーボン系膜１４ｃの形成方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷、コーティング、ＣＶＤ（化学的蒸着法）、電着法等の簡単で低コストの公知の技術により形成することができ、例えば、カーボンナノチューブの形状は、外径が１〜数１０ｎｍ、長さが１〜数ｎｍのチューブ形状をなしており、このチューブ形状により、その先端に電界が集中しやすく、電子が放出しやすいという特性を有している。

以上の構成を備えた発光ユニット４ａ−４ｃは、蛍光体付き陽極部１３と線状陰極部１４との間に直流電圧を印加すると、電界集中補助用凹凸部１４ｂにより電界が集中しやすくなっており、その上でこの凹凸部１４ｂ上に電界電子放出部であるカーボン系膜１４ｃの尖鋭な形状部分が存在するため、この電界電子放出部には平坦な面に電界電子放出部を設けた場合よりもより強く電界が集中し、量子トンネル効果により電子がエネルギ障壁を突き抜けて真空中へと放出される。放出された電子は、蛍光体付き陽極部１３に引き付けられて蛍光体層１３ａに衝突し、これによって蛍光体が励起されてＲ色、Ｇ色、Ｂ色にそれぞれ発光する。なお、発光ユニットにおいては、電界集中が強いので、電子引き出し用のゲート電極部を設ける必要も無く、大量の電子が放出され、高輝度で発光することができるようになっている。この点から、この発光ユニットにおいては、構造が簡単でかつ薄型化、小型化、さらに、低消費電力化に貢献することが多大である。

なお、上記実施の形態においては、発光色をＲＧＢの３色としたが、目的に応じて、例えばそれら３色のうちの２色の発光ユニットを設置としてもよく、あるいは他の色の発光ユニットとの組み合わせでもよい。

以上の構成を備えた表示パネル３においては、ＲＧＢ３色により文字、図形等を表示することができる。

なお、図６で示すように、発光ユニット４ａ−４ｃの側面パネル部の内面に蛍光体付き陽極部１３の陽極層１３ｂと電気的に接続する電極引き出し内部配線Ｗ１、外部配線Ｗ２と、線状陰極部１４の導電性ワイヤ１４ａと電気的に接続する電極引き出し配線Ｗ３とを設け、これら配線Ｗ２，Ｗ３を真空封止管６の背面に固定した高圧トランス１５の電源端子にそれぞれ接続し、この配線を介して蛍光体付き陽極部１３と線状陰極部１４との間に直流高電圧を印加することができる。

データ線駆動回路と走査線駆動回路と本発明の実施の形態に係る表示パネルとのブロックである。 図１に示される表示パネルを部分的に拡大して示す平面図である。 図２に示される表示画素を拡大して示す平面図である。 図３の表示画素に配置される発光ユニットの斜視図である。 図４の発光ユニットの断面図である。 図４に対応する図であって、発光ユニットに高圧トランスを固定した発光ユニットの断面図である。

符号の説明

１ データ線駆動回路
２ 走査線駆動回路
３ 表示パネル
４ 表示画素
４ａ，４ｂ，４ｃ 発光ユニット
５ 収納スペース
６ 真空封止管
１３ 蛍光体付き陽極部
１３ａ 蛍光体層
１３ｂ 陽極層
１４ 線状陰極部
１４ａ 導電性ワイヤ
１４ｂ 電界集中補助用凹凸部
１４ｃ カーボン系膜（電界電子放出部）

Claims (2)

1. 画像を構成する単位である複数の表示画素が配置される表示パネルにおいて、
   前記各表示画素それぞれを収納する収納スペースを備えており、
   前記表示画素はそれぞれ単色の複数の発光ユニットからなり、
   前記各収納スペースそれぞれに前記複数の発光ユニットが並べて配置されており、
   前記各発光ユニットそれぞれは、真空封止管と、この真空封止管内部に対向配置された蛍光体付き陽極部および線状陰極部と、前記真空封止管の背面に設けられ当該真空封止管内部の蛍光体付き陽極部と線状陰極部との間に電圧を印加する高圧トランスとを備え、前記線状陰極部は、前記蛍光体付き陽極部の直下に配置されて線状に延びる導電性ワイヤと該導電性ワイヤの外周面に形成された多数の電界集中補助用凹凸部と前記電界集中補助用凹凸部上に電界電子放出部として形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とを備え、かつ、前記線状陰極部から放射状に放出した電子が前記蛍光体付き陽極部のほぼ全体に衝突可能に、前記蛍光体付き陽極部と前記線状陰極部との対向ギャップが設定されており、
   同一の表示画素の収納スペースに配置された複数の発光ユニットのうち、少なくとも２つの発光ユニットにおける蛍光体付き陽極部の蛍光体が、互いに異なる色で発光する蛍光体で構成されている、ことを特徴とする表示パネル。
2. 請求項１に記載の表示パネルにおいて前記表示画素として前記表示パネルが備える収納スペースに設置される単色の発光ユニットであって、
   当該発光ユニットは、前記表示画素の収納スペースを複数に分割した分割スペースに配置可能なサイズの真空封止された発光管と、この真空封止管内部に所定ギャップを隔てて対向配置された蛍光体付き陽極部および線状陰極部と、前記真空封止管の背面に設けられ当該真空封止管内部の蛍光体付き陽極部と線状陰極部との間に電圧を印加する高圧トランスとを備え、前記線状陰極部は、導電性ワイヤと該導電性ワイヤの外周面に形成された多数の電界集中補助用凹凸部と前記電界集中補助用凹凸部上に電界電子放出部として形成された尖鋭な微細部分を多数備えたカーボン系膜とを備えており、かつ、前記線状陰極部から放射状に放出した電子が前記蛍光体付き陽極部のほぼ全体に衝突可能に、前記蛍光体付き陽極部と前記線状陰極部との対向ギャップが設定されている、ことを特徴とする発光ユニット。

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