TWI455174B - 場發射光源及液晶顯示器 - Google Patents

Description

場發射光源及液晶顯示器

本申請案是有關於一種光源，且特別是關於一種場發射光源。

顯示器在人們現今生活中的重要性日益增加，除了使用電腦或網際網路外，電視機、手機、個人數位助理(PDA)、數位相機等，均須透過顯示器控制來傳遞訊息。相較於傳統映像管顯示器，新世代的平面顯示器具有重量輕、體積小、及符合人體健康的優點。

在眾多新興的平面顯示器技術中，場發射顯示器(Field Emission Display，FED)不僅擁有傳統映像管高畫質的優點，且相較於液晶顯示器，場發射顯示器具有較短的光學反應時間(Optical Response Time)，而幾乎不會產生殘影。亦即，與液晶顯示器相較之下，場發射顯示器具有更高的顯示品質。此外，場發射顯示器還具有厚度薄、重量輕、視角廣、亮度高、工作溫度範圍較大以及省能源等優點，因此場發射顯示器已經逐漸受到全球業者之矚目。

一般而言，場發射顯示器主要由電極(陰極、陽極、閘極)、電子發射層以及螢光粉所組成，其中陰極以及陽極上下相對，閘極配置於陰極旁，電子發射層配置於陰極上且位於陰極以及陽極之間，而螢光粉配置於陽極上且位於陰極以及陽極之間。藉由施予閘極電壓以誘發電子從位 於陰極上的電子發射層射出，電子射出後受到陽極與閘極正電壓差的加速，而撞擊螢光粉並產生所謂的陰極螢光(Cathodoluminescence)，此陰極螢光即可作為顯示器之背光源。

在節能與環保的需求下，於點亮顯示器的畫面時，可將整個顯示器切割成M^＊ N個區塊，並且依據每一區塊的影像內容，而對每一區塊所對應的背光源亮度進行調整(即局部點亮(local dimming)技術)，以節能省電，同時更能增進畫面的對比度(contrast ratio)。然而，現行場發射顯示器的電極設計並無法做到局部點亮的技術。

本申請案提供一種場發射光源，其可達到局部點亮的效果。

本申請案提供一種液晶顯示器，其可節能省電。

本申請案提供一種場發射光源，包括一第一基板、多個條狀第一電極、多個電子發射層、多對閘極、一第二基板、一第二電極以及一螢光層。彼此電性連接之條狀第一電極配置於第一基板上，以於第一基板定義出多個條狀區域，其中各條狀區域包括多個子區域。電子發射層配置於條狀第一電極上。多對閘極配置於第一基板上，其中各對閘極分別位於其中一個子區域內，且各閘極分別鄰近於條狀第一電極配置。第二電極配置於第二基板上。螢光層配置於第二電極上，且位於第二電極與第一基板之間。

在本申請案之一實施例中，前述之條狀第一電極彼此平行排列於第一基板上。

在本申請案之一實施例中，前述之各子區域為一矩形區域。

在本申請案之一實施例中，前述之相鄰之二條狀第一電極之間的間距為D1，而各閘極與相鄰的條狀第一電極之間的最短距離為D2，且D1與D2滿足下列關係：5x10^-7 D2/D12x10^-4 。

在本申請案之一實施例中，前述之各條狀第一電極至第二電極的最短距離為D3，且D2與D3滿足下列關係：2.5x10^-7 D2/D31x10^-3 。

在本申請案之一實施例中，前述之電子發射層包括碳奈米管層。

在本申請案之一實施例中，前述之閘極的延伸方向實質上平行於條狀第一電極的延伸方向。

在本申請案之一實施例中，前述之第二電極為一透明電極，且第二基板為一透明基板。

在本申請案之一實施例中，前述之第二電極為一反射電極。

在本申請案之一實施例中，前述之反射電極包括一電極層以及一反射層。反射層配置於電極層上，其中反射層位於電極層與螢光層之間。

在本申請案之一實施例中，前述之場發射光源，更包括多條導線，其中導線與閘極電性連接，且導線分佈於子 區域內。

本申請案另提供一種液晶顯示器，包括一液晶顯示面板以及前述之場發射光源，其中場發射光源位於液晶顯示面板下方。

在本申請案之一實施例中，前述之液晶顯示面板包括一穿透式液晶顯示面板或一半穿透半反射式液晶顯示面板。

基於上述，本申請案在條狀第一電極所劃分的條狀區域內設置多對閘極，且各對電極設置於其中一個子區域內，透過獨立驅動各個子區域內的一對閘極，以局部誘發各個子區域內的電子，使各個子區域上的螢光層可被分別點亮。是以，本申請案之場發射光源可達到局部點亮的效果，且使用此場發射光源之液晶顯示器可以較為節能省電。

為讓本申請案之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本申請案一實施例之場發射光源的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之場發射光源100包括一第一基板110、多個條狀第一電極120、多個電子發射層130、多對閘極140、一第二基板150、一第二電極160以及一螢光層170。

條狀第一電極120配置於第一基板110上。電子發射層130配置於條狀第一電極120上。在本實施例中，電子 發射層130例如是奈米碳管(Carbon Nano-Tube,CNT)。在其他實施例中，電子發射層130的發射源也可以是點發射源、鍥形發射源、薄膜非晶形鑽石發射源、薄膜邊緣發射源、表面電子發射源或邊緣電子發射源。

多對閘極140配置於第一基板110上，其中各閘極140分別鄰近於條狀第一電極120配置。在本實施例中，閘極140與第一電極120位於同一平面。然而，在其他實施例中，閘極140亦可配置於第一電極120的上方或下方。

第二電極160配置於第二基板150上。螢光層170配置於第二電極160上，並位於第二電極160與第一基板110之間。在本實施例中，條狀第一電極120例如是陰極，而第二電極160例如是陽極，但條狀第一電極120與第二電極160之陰、陽極需視設計上的需求而定。

圖2為圖1實施例之場發射光源100的上視示意圖。為清楚繪示場發射光源100各膜層之相對配置關係，圖2省略繪示圖1中之第二基板150、第二電極160以及螢光層170。請參照圖2，條狀第一電極120彼此電性連接。在本實施例中，條狀第一電極120例如是透過一連接電極122彼此電性連接。連接電極122例如沿一第一方向X延伸，而條狀第一電極120例如是沿一第二方向Y延伸，且條狀第一電極120彼此沿第一方向X平行排列於第一基板110上。本實施例之第一方向X以垂直於第二方向Y作為舉例說明，但本申請案不以此為限。

條狀第一電極120配置於第一基板110上，以於第一 基板110定義出多個條狀區域S，其中各條狀區域S包括多個子區域S1、S2、S3。需說明的是，本實施例僅以三個子區域S1、S2、S3為例進行說明，但本申請案不以此為限。另外，在本實施例中，各子區域S1、S2、S3例如是一矩形區域。

各對閘極140分別位於條狀區域S的其中一個子區域S1、S2、S3內。此外，閘極140的延伸方向實質上平行於條狀第一電極120的延伸方向(即第二方向Y)。另外，本實施例之場發射光源100可進一步包括多條導線180以及多個閘極接墊182。導線180與閘極140電性連接，且導線180分佈於子區域S1、S2、S3內，而閘極接墊182沿第一方向X平行排列於第一基板110上，且閘極接墊182適於與閘極驅動晶片接合。

更詳細而言，各閘極接墊182分別與其中一條導線180連接，而各導線分別連接其中一個閘極140，其中位於同一個子區域S1(或子區域S2、S3)內的一對閘極140可連接至相同或不同的閘極接墊182。舉例而言，位於子區域S1中之閘極140a、140b透過導線180連接至相同的閘極接墊182，而位於子區域S3中之閘極140c、140d被導線180連接至不同的閘極接墊182。在此種設置下，可減少閘極接墊182的設置，進而可增加各條狀區域S可劃分出之子區域的數量。但本申請案並不用以限定與各對閘極電性連接之閘極接墊182的數量。在其他實施例中，位於子區域S1中之閘極140a、140b亦可透過導線180連接至 不同的閘極接墊182。

以下將對場發射光源100之發光原理搭配圖1以及圖3作進一步地說明。圖3為圖2中其中一個子區域S1的放大示意圖。請參照圖1及圖3，當位於同一個子區域S1(或子區域S2、S3)內的一對閘極140a、140b被輸入電壓時(例如是被輸入相等的電位，其中閘極140a、140b的電位會高於電子發射層130a、130b的電位)，左側的電子發射層130a會受到子區域S1中左側的閘極140a所誘發，而放出的電子e。閘極140a以及第二電極160之高電位的吸引會沿著軌跡S100往子區域S1中心處上方的螢光層170加速。更具體而言，電子e會往區域S1b上方處的螢光層170加速，並撞擊位於區域S1b上方的螢光層170。

同理，右側的電子發射層130b會受到子區域S1中右側的閘極140b所誘發，而放出的電子e。電子e受到閘極140b以及第二電極160之高電位的吸引會沿著軌跡S200往子區域S1中心處上方的螢光層170加速。更具體而言，電子e會往區域S1a上方處的螢光層170加速，並撞擊位於區域S1a上方的螢光層170。藉由獨立驅動各個子區域S1、S2、S3區域內的一對閘極140，本實施例之場發射光源100可分別對各子區域S1、S2、S3所對應的光源亮度進行調整，進而達到局部點亮以及節能省電的效果。

需說明的是，電子的軌跡與相鄰之二條狀第一電極120之間的間距D1、各閘極140與相鄰的條狀第一電極120之間的最短距離D2以及各條狀第一電極120至第二電極 160的最短距離D3相關。在本實施例中，間距D1例如是介於5毫米至100毫米之間，最短距離D2例如是介於50奈米至1000奈米之間，而最短距離D3例如是介於1公分至20公分之間。換言之，最短距離D2與間距D1的比值D2/D1例如是介於5x10^-7 D2/D12x10^-4 之間，而最短距離D2與最短距離D3的比值D2/D3例如是介於2.5x10^-7 D2/D31x10^-3 之間。此外，電子的軌跡亦與施加於閘極140a、140b以及第二電極160之電壓有關，此領域具有通常知識者可以依據施加於閘極140a、140b以及第二電極160之電壓，調整前述之比值D2/D1與比值D2/D3。

前述實施例之場發射光源100可作為液晶顯示器的背光源。更具體而言，液晶顯示器可包括一場發射光源以及一液晶顯示面板，其中場發射光源位於顯示面板的下方。液晶顯示面板可以是一穿透式液晶顯示面板或一半穿透半反射式液晶顯示面板。以下針對不同種類之顯示面板搭配圖4A及圖4B進行說明。圖4A及圖4B繪示不同顯示面板下場發射光源對應的配置。

請參照圖4A，本實施例之液晶顯示器10包括一穿透式液晶顯示面板410a以及位於穿透式液晶顯示面板410a下的場發射光源420a，其中場發射光源420a例如是應用前述實施例之場發射光源100。在本實施例中，第二電極160為一透明電極，且第二基板150為一透明基板。當閘極140誘發電子發射層130放出電子e後，電子e會受到第二電極160及閘極140的加速而撞擊螢光層170並放出 光線L。此光線L及可作為穿透式液晶顯示面板410a的背光源。

請參照圖4B，本實施例之液晶顯示器20以一半穿透半反射式液晶顯示面板410b以及位於穿透式液晶顯示面板410b下的場發射光源420b作為舉例說明，其中穿透式式顯示面板的機制如圖4A所述，圖4B僅繪示說明反射式液晶顯示面板的機制。本實施例之場發射光源420b與前述實施例之場發射光源100具有相似的結構，其中兩者主要差異處在於第一基板110是位半穿透半反射式液晶顯示面板410b與第二基板150之間。此外，場發射光源420b之第二電極160a為一反射電極。反射電極包括一電極層162以及一反射層164。反射層164配置於電極層162上，並位於電極層162與螢光層170之間。在本實施例中，反射層164例如是鋁，但本申請案不以此為限。

當閘極140誘發電子發射層130放出電子e後，電子e會受到第二電極160a及閘極140的加速而撞擊螢光層170並放出光線L。此光線L會被反射並傳遞至半穿透半反射式液晶顯示面板410b作為半穿透半反射式液晶顯示面板410b的背光源。

圖5為本申請案一實施例之驅動電路的示意圖。特別是，圖5之驅動電路可應用在圖4B中之場發射光源420b的驅動。請參照圖4B及圖5，圖4B實施例中第一基板110上不透光的金屬圖案(包括條狀第一電極120、閘極140、導線180以及閘極接墊182)位於半穿透半反射式液晶顯 示面板410b與螢光層170之間。因此，在螢光層170被電子e撞擊而放出光線L後，光線L需穿過此些不透光的金屬圖案而照射至半穿透半反射式液晶顯示面板410b。如此一來，部份的光線L會受到不透光的金屬圖案遮蔽，而導致發射光源100的出光亮度下降。此外，在本實施例中，越鄰近閘極接墊182處的導線180越為密集。換言之，各個子區域S1、S2、S3的開口率(aperture ratio)下降的程度會隨著與閘極接墊182鄰近的程度而改變(例如是導線180越密集的子區域開口率下降越多)，進而降低了場發射光源100之出光均勻性。

在本實施例中，透過脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)PWM搭配金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)MOSFET的快速開關方式進行設計，即可進行單點亮度的調整而不影響電子的軌跡與亮點的位置。如此一來，可降低前述出光亮度下降以及出光不均勻的問題。具體而言，透過將條狀第一電極120的電壓V_cathode 設置為低電位或是接地，並改變閘極140的驅動週期或是驅動電壓V_gate ，以分別補償各個子區域的亮度，進而提升液晶顯示器20的出光亮度以及出光均勻性。舉例而言，增加前述導線180較為密集的子區域(例如是子區域S3)之閘極140的驅動週期或是增加閘極140的驅動電壓V_gate ，使子區域S3之閘極140之驅動電壓-時間的總積分面積大於子區域S1、S2之驅動電壓-時間的總積分面積。因此，本實 施例之場發射光源100除了可達到局部點亮的效果，更可以針對各個子區域之點亮的程度進行調變，使出光更為均勻且更為節能省電。

另外，在搭配大尺寸的顯示面板下，條狀第一電極120、導線180以及閘極接墊182可以有不同的配置方式。圖6為本申請案一實施例之場發射光源的上視示意圖。請參照圖6，本實施例之場發射光源600與圖2中之場發射光源600具有相似的結構，惟兩者差異處在於本實施例之條狀第一電極120、導線180以及閘極接墊182是鏡向設置。更具體而言，連接電極122將第一基板劃分成兩個區域A1、A2，其中區域A1之條狀第一電極120、導線180以及閘極接墊182對應區域A2之條狀第一電極120、導線180以及閘極接墊182設置。

由於大尺寸的顯示面板需劃分出較多之子區域以進行局部局部點亮，因此相較於小尺寸的顯示面板，大尺寸的顯示面板需設置有更多閘極140、導線180以及閘極接墊182。在此種需求下，本實施例透過將閘極140所需之閘極接墊182分配至第一基板110相對的兩端(亦即採取此種鏡向設置的方式)，提供導線180以及閘極接墊182更充足的容置空間，進而降低因導線180過於密集造成之製程的失誤率。

綜上所述，本申請案透過多對閘極將條狀區域劃分成多個子區域，透過獨立驅動各個子區域內的一對閘極，以局部誘發各個子區域內的電子，使電子撞擊螢光層對應之子區域而放光。是以，本申請案之場發射光源可達到局部 點亮的效果，且使用此場發射光源之液晶顯示器可以較為節能省電。

雖然本申請案已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本申請案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本申請案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本申請案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20‧‧‧液晶顯示器

100、420a、420b、600‧‧‧場發射光源

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧條狀第一電極

122‧‧‧連接電極

130、130a、130b‧‧‧電子發射層

140、140a、140b、140c、140d‧‧‧閘極

150‧‧‧第二基板

160‧‧‧第二電極

162‧‧‧電極層

164‧‧‧反射層

170‧‧‧螢光層

180‧‧‧導線

182‧‧‧閘極接墊

410a‧‧‧穿透式液晶顯示面板

410b‧‧‧半穿透半反射式液晶顯示面板

L‧‧‧光線

e‧‧‧電子

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

S‧‧‧條狀區域

S1、S2、S3‧‧‧子區域

S1a、S1b‧‧‧區域

S100、S200‧‧‧軌跡

D1‧‧‧間距

D2、D3‧‧‧最短距離

A1、A2‧‧‧區域

PWM‧‧‧脈衝寬度調變

MOSFET‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體

V_gate ‧‧‧驅動電壓

V_cathode ‧‧‧電壓

圖1為本申請案一實施例之場發射光源的剖面示意圖。

圖2為圖1實施例之場發射光源的上視示意圖。

圖3為圖2中其中一個子區域S1的放大示意圖。

圖4A及圖4B繪示不同顯示面板下場發射光源對應的配置。

圖5為本申請案一實施例之驅動電路的示意圖。

圖6為本申請案一實施例之場發射光源的上視示意圖。

100‧‧‧場發射光源

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧條狀第一電極

122‧‧‧連接電極

130‧‧‧電子發射層

140、140a、140b、140c、140d‧‧‧閘極

180‧‧‧導線

182‧‧‧閘極接墊

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

S‧‧‧條狀區域

S1、S2、S3‧‧‧子區域

Claims (21)

1. 一種場發射光源，包括：一第一基板；多個彼此電性連接之條狀第一電極，配置於該第一基板上，以於該第一基板定義出多個條狀區域，其中各該條狀區域包括多個子區域，且各該子區域為一矩形區域；多個電子發射層，配置於該些條狀第一電極上；多對閘極，配置於該第一基板上，其中各對閘極分別位於其中一個子區域內，且各該閘極分別鄰近於該條狀第一電極配置；一第二基板；一第二電極，配置於該第二基板上；以及一螢光層，配置於該第二電極上，且位於該第二電極與該第一基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該些條狀第一電極彼此平行排列於該第一基板上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該相鄰之二條狀第一電極之間的間距為D1，而各該閘極與相鄰的條狀第一電極之間的最短距離為D2，且D1與D2滿足下列關係：5x10^-7 D2/D12x10^-4 。
4. 如申請專利範圍第3項所述之場發射光源，其中各該條狀第一電極至該第二電極的最短距離為D3，且D2與D3滿足下列關係：2.5x10^-7 D2/D31x10^-3 。
5. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該些電子發射層包括碳奈米管層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該些閘極的延伸方向實質上平行於該些條狀第一電極的延伸方向。
7. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該第二電極為一透明電極，且該第二基板為一透明基板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，其中該第二電極為一反射電極。
9. 如申請專利範圍第8項所述之場發射光源，其中該反射電極包括：一電極層；以及一反射層，配置於該電極層上，其中該反射層位於該電極層與該螢光層之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源，更包括多條導線，其中該些導線與該些閘極電性連接，且該些導線分佈於該些子區域內。
11. 一種液晶顯示器，包括：一液晶顯示面板；以及一場發射光源，位於該液晶顯示面板下方，包括：一第一基板；多個彼此電性連接之條狀第一電極，配置於該第一基板上，以於該第一基板定義出多個條狀區域，其中各該條狀區域包括多個子區域，且各該子區域為一矩形區域； 多個電子發射層，配置於該些條狀第一電極上；多對閘極，配置於該第一基板上，其中各對閘極分別位於其中一個子區域內，且各該閘極分別鄰近於該條狀第一電極配置；一第二基板；一第二電極，配置於該第二基板上；以及一螢光層，配置於該第二電極上，且位於該第二電極與該第一基板之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該些條狀第一電極彼此平行排列於該第一基板上。
13. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該相鄰之二條狀第一電極之間的間距為D1，而各該閘極與相鄰的條狀第一電極之間的最短距離為D2，且D1與D2滿足下列關係：5x10^-7 D2/D12x10^-4 。
14. 如申請專利範圍第13項所述之場發射光源，其中各該條狀第一電極至該第二電極的最短距離為D3，且D2與D3滿足下列關係：2.5x10^-7 D2/D31x10^-3 。
15. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該些電子發射層包括碳奈米管層。
16. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該些閘極的延伸方向實質上平行於該些條狀第一電極的延伸方向。
17. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中 該第二電極為一透明電極，且該第二基板為一透明基板。
18. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該第二電極為一反射電極。
19. 如申請專利範圍第18項所述之液晶顯示器，其中該反射電極包括：一電極層；以及一反射層，配置於該電極層上，其中該反射層位於該電極層與該螢光層之間。
20. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該液晶顯示面板包括一穿透式液晶顯示面板或一半穿透半反射式液晶顯示面板。
21. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，更包括多條導線，其中該些導線與該些閘極電性連接，且該些導線分佈於該些子區域內。