专利名称：液晶显示面板构件的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种液晶显示面板构件，即结合场发射显示器(Field Emission Display；FED)相关的应用技术，即液晶显示面板结合一种具碳纳米管阴极的场发射光源构件的构造技术，尤指结合一种以碳纳米管为电子发射源层(阴极)的场发射光源构件构造技术以用于液晶显示面板。
背景技术：
传统的液晶显示器(LCD)面板包含TN/STN/TFT LCD，其液晶数组单元是利用液晶的光电效应，通过外部的电压控制，再通过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况(或者称为可视光学的对比)，进而达到显像的目的，然由于液晶本身不发光，故需提供一背光源，而背光源种类有LED，EL，CCFL…等。
又VFD(真空荧光显示器)。在透明的真空容器中由直热形阴极发射出热电子，经由栅极加速撞击至阳极利用阳极上的荧光体受电子的冲击而发光，依栅极的构造不同驱动方式可分为静态直流(static)驱动，动态脉波(dynamic)驱动。
由上述传统的技艺而言，LCD面板轻薄，省电，且VFD优点为自发光，寿命长，操作温度范围广，成本低；但是LCD亮度低，仰赖背光源表现亮度仅达数百ms，难以达到帮助使用人的阅览效果；又LCD反应时间长，需约数十至数百ms；有视角限制；使用环境限制，环境温度限制在0度至60度；且VFD耗电量高；反应时间长，无法满足动态画面呈现；另，LCD上以固定外加光源模式再通过以液晶显示面板上设置的滤光片以产生三原色，色泽饱和度仍不及以电子激发荧光粉体所产生的颜色饱和度，因此传统技术用于显示面板皆有其缺失。
由于碳纳米管(Carbon nanotubes)自1991年被Iijima提出后(Nature 354，56(1991))具备极高的电子特性，并且已被多种电子元件内所使用，而碳纳米管可以有很高的长宽比(aspect ratio)大于500以上，和高的刚性其杨氏系数多在1000GPn以上，而碳纳米管的尖端或缺陷处均为原子级规模的露出，以上这些特性因此被认为一种理想的场电子发射源(electron field emitter)材料，例如一种场发射显示器的阴极板上的电子发射源的利用。由于纳米碳管具备以上所示的物理特性，因此也可被设计为多种工艺如网印、喷涂或薄膜工艺等以图腾(pattern)化于电子元件使用。但亦可用于LCD的背光或光源构件。
本实用新型所谓的场发射显示器(可用于场发射光源构件)是一种利用电场以使阴极电子发射源(Cathode electron emitter)产生电子，通过该电子激发阳极板的荧光粉体，以使荧光粉体产生光子发光，其特色是轻、薄、有效显示区域尺寸的大小可依工艺及产品需求制作，此外也没有如平面液晶显示器的视角问题。可用于图像显示亦可以简化后的构造用于LCD的光源，并可简化公知LCD滤光片的设置。
请参考图1所示一种简易的公知场发射显示器1a其结构至少包含阳极3a与阴极4a，单元结构5a有单元阳极51a及单元阴极52a，其间设置有阻隔壁(rib)53a，提供为阳极与阴极间真空区域的间隔，及作为阳极与阴极之间的支撑，参阅图1所示，一阳极3a至少包含一阳极玻璃基板31a，一阳极导电层32a，一荧光粉体层(phosphorslayer)33a；而一阴极4a至少包含一阴极玻璃基板41a，一阴极导电层42a，一电子发射源层43a(具纳米碳管)；其中阳极3a与阴极4a之间隔是由阻隔壁53a配置，其功能为保持阴极板与阳极板之间的真空区域的维系，并通过提供的一外加电场，以使阴极板上的电子发射源层43a产生电子并射向阳极板上的荧光粉体激发而使荧光粉体发光。该二极结构的场发射显示器，阴极与阳极的间隙可介于50μm至200μm之间，所需要的驱动电场强度多无须超过10V/μm，或驱动电压(Turnon Voltage)大于150V以上，即可使阴极产生电子，至于荧光粉的发光效率则依选用的该荧光粉材料特性而定。
在此须针对荧光粉体层(phosphors layer)33a及电子发射源层43a的制作方式做一说明；一般而言若场发射显示器做为显示屏幕，则细致的显示像素是为必要，因此阴极与阳极的涂层是可为为网印或微影工艺(类似半导体工艺)的具精度工艺方式来制做，但此类涂布方式用于光源构造系为低单价构造物，因此以溶液喷涂阴极之涂层方式(用喷液体的喷嘴喷)会是较符合成本的方式，如喷涂纳米碳管混合液(阴极涂层)，可使制造成本降低许多。
又为满足液晶显示元件的光源需求，亮度至少需1000nits以上，以该等亮度需求，公知技艺的场发射发光元件需三极以上方能满足亮度需求，然以该等三极结构工艺复杂，成本高不利于低成本的光源元件，然若采取公知的二极结构，除非有特殊的电源结构，或高效率的阴阳极板，二极结构的发热或亮度不足仍难以满足市场的需求。
请参考图2所示，为公知的液晶面板模块1b(包含背光)的侧向截面构造图，其液晶面板2b的背面设有具背光功能的光源装置，包含有导光板5b、反光面3b及冷阴极管光源4b，其运作原理是为冷阴极管光源4b发光后，部分所发射的光射到反光面3b各部份后，集中由液晶面板2b所在的一侧射出，如此则可使冷阴极管光源4b成为液晶面板2b背光光源，此外，光源4b是产生一连续可见光光谱，为使液晶显示面板可以有一彩色画面呈现，需设置一滤光片(图标未标示)以将该光源产生的连续光谱置换为三原色光。然而此一液晶面板模块1b为部份所发射的光以反射的形式形成光源，其发光亮度有所减损；此外该液晶面板模块1b底部侧面空间的使用亦为一大缺点，因为电子装置必须安排一长条型空间来容纳冷阴极管光源4b，在某些电子装置的应用上极不方便，另，经滤光片所转换的三原色光色泽饱和度仍不及以电子发射激发三原色荧光粉所产生的色泽饱和。因此有必要加以改善。
且，以碳纳米管制作为涂料的方式实施于场发射显示器1a以制作为阴极的电子发射源层43a，也仍得考虑是否有阳极发热的现象，此现像在直流驱动发光时特别明显，此问题仍待克服。因此，本创作人乃设计一种具交流电驱动的具碳纳米管阴极的光源构件，通过一交变电路设置于阴阳极玻璃基板上(或阴极与栅极间)，再通过外部驱动IC(integral circuit)控制，又以微影工艺或网印图案化制作阳极三色荧光粉体层及使用喷涂或网印方法涂布阴极纳米碳管层，据此以本方法制作可提供以下的优点一、可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造；二、以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)；三、喷涂或印刷方式制作阴极成本低；四、直接对液晶面板2b发光的构造可使亮度不受反射折损且不占多余的侧面空间；五、无须设置滤光片，直接以电子激发荧光粉所产生的三原色，色泽饱和度佳。
实用新型内容有鉴于以公知技艺制作的液晶显示面板光源构造，需有种种低成本及亮度与空间需求，本实用新型乃在公知的场发射显示器加入交流电驱动电路，及阴极喷涂或印刷式涂层，以克服下列问题一、提供一高亮度面板，以增加显示效果；二、可用于室外环境，环境要求限制低；三、以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)；四、场发射显示器直接产生三原色光源，取代液晶显示面板滤光片的设置；五、喷涂或印刷式制作成本低；六、亮度较不受反射折损且不占多余的侧面空间，及无滤光片的设置而不致亮度减损。
本实用新型的主要目的，是提供一种可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造用于场发射显示器，以使液晶显示面板的用途需求得以满足。
本实用新型又一目的，是提供用于液晶显示面板构件，通过以现有技术易于取得驱动IC(integral circuit)，避免开发新控制电路的成本。
本实用新型再一目的，是提供用于液晶显示面板构件，其背光光源亮度不受反射折损且不占多余的侧面空间。
本实用新型再又一目的，是提供用于液晶显示面板构件，其背光光源直接提供一三原色光源，对应于液晶显示面板的各该液晶数组单元，直接提供三原色光，取代公知滤光的设置。
为达上述所谓的诸目的，本实用新型提供一种具交流电驱动的具碳纳米管阴极的液晶显示面板光源构造，通过一交变电路设置于阴阳极玻璃基板上(或阴极与栅极间)，再通过外部驱动IC(integral circuit)控制，及各种相关附加构造，使得公知的种种问题可以克服。
本实用新型一种液晶显示面板构件包含液晶显示面板，该液晶显示面板包括液晶数组单元，以控制光源的通透，或画面的呈现；场发射光源构件，位于该液晶显示面板的背面，该场发射光源构件包含阳极构造，具荧光粉体层，位于接近液晶显示面板侧；阴极构造，具碳纳米管层，位于远离液晶显示面板侧；阻隔壁，可以网印或微影工艺设置于阴极与阳极结构之间，以维系阴阳间的真空间隙；及交变电路，具有电压施加端，可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于该电压施加端与该阴极间；其中该碳纳米管层具有一预定范围的阴极喷涂层厚度；其中该碳纳米管层具有一预定范围的阴极喷涂层厚度；其中该荧光粉体层为具红绿蓝三色显示能力的荧光粉体所形成，且对应液晶显示面板的各该液晶数组单元；其中阻隔壁具一与预定范围的阻隔壁厚度，以维系交变电路提供电压对于阴阳极间形成的交变电场强度。
请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制者。
图1是公知场发射显示元件结构示意图；图2是公知液晶显示面板组合件的结构示意图；及图3是本实用新型液晶显示面板构件侧面构造示意图。
场发射显示器 1a 阳极 03a阳极玻璃基板 31a 阳极导电层32a荧光粉体层 33a 阴极 4a阴极玻璃基板 41a 阴极导电层42a电子发射源层 43a 单元结构 5a单元阳极 51a 单元阴极 52a阻隔壁 53a液晶面板模块 1b 液晶面板 2b反光面 3b 冷阴极管光源 4b导光板 5b场发射光源构件 1 阳极玻璃基板 31阳极导电层 32 荧光粉体层33阴极构造 4 阴极玻璃基板 41
阴极导电层42电子发射源层43阻隔壁53液晶显示面板6液晶数组单元 具体实施方式
请参考图3，本实用新型是提供一种液晶显示面板构件，其具有液晶显示面板6，其包括液晶数组单元61以控制单元内光源的通透或画面的变化及场发射光源构件1，其包含阳极构造3(包含阳极玻璃基板31、阳极导电层32及荧光粉体层33)，具荧光粉体层33，用以受阴极构造发出的电子撞击而发光；又有阴极构造4(包含阴极玻璃基板41、阴极导电层42及电子发射源层43)，具碳纳米管层形成的电子发射源层43，受电偏压时可放出电子束；及交变电路，具有电压施加端，一般是与阳极构造或栅极相连接，而以阴极构造4为0V的电位，可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于该电压施加端与该阴极间；其中该阳极构造具有场发射光源构件1发光区，可具有驱动端电路而连到外界驱动电源；本实用新型可为二极(阴极对阳极发射电子束)构造。由于控制逻辑与一般的半导体二极管极为相似，因此驱动IC应极易开发，可就现有IC成品设计改做即可使用。且又当为成本考量时，以喷涂方式涂布阴极的纳米碳管层为较佳；且其中该碳纳米管层具有一预定范围的阴极喷涂层厚度。其中阴极构造4与阳极构造3是以阻隔壁53加以分开可以网印或微影工艺图案化配置场发射光源阴阳极单元之间并预设一特定厚度。其中该荧光粉体层为具红绿蓝三原色显示能力的荧光粉体所形成，各该原色对应于液晶显示面板6的液晶数组单元61。
本实用新型的部份元件为场发射光源构件1，且该元件截面构造大致与图1公知构造相同，所不同者，是使用交变电路与指定使用喷涂方式制做纳米碳管层。因此本发明能较公知的装置更具亮度及低成本。
本实用新型的液晶显示面板构件，尚且可进一步包含下列细部特性；本实用新型其中该碳纳米管层的阴极喷涂层厚度范围为可为每层3-5μm(可为多层喷涂)；又其中该预定交流电压范围可为正负150V到正负900V之间，而该预定交流频率可为12kHz到14kHz之间；其中该荧光粉体层是以网印或微影工艺图案化制作各该三原色荧光粉体涂层，并精确对应于液晶显示面板的各该液晶数组单元，如对于荧光粉体层厚度可以应产品特性需求予以调整，各该原色的荧光粉体可以选用粒径1μm以下的荧光粉，以网印或微影工艺制作荧光粉体层，粉体层的厚度可以为3-5μm；其中的阻隔壁可以网印或微影设置于阴阳极单元间隙，以维系阴阳极的间隙，其厚度需求是依阴极电子发射源特性及交变电压特性提供一预设厚度可为50到200μm；且有鉴于光源利用的集中效果，本实用新型进一步可包含导光板构造，设于阳极构造的外侧，以加强亮度(如手电筒一般)；又其中该导光板颜色可为白色，以加强反射亮度；又基于液晶显示器发光效率问题，本实用新型其中该荧光粉体层的光粉体种类可为常用的阴极射线管的P-22系列荧光粉材，以使材料取得容易；而考虑改善碳纳米管的导电与发射电子特质，其中该碳纳米管层可包含有经改质后的碳纳米管，具有高电子发射率。一般改质后的碳纳米管会具有特性的改善，如导电特性或电子发射率，且特定的界面附着能力亦可能通过改质达成。
通过以上的详细揭示验证，本实用新型的优点如下；1.为交变电源驱动，具高亮度，可达1000-2000nits以上，室外使用不论日夜皆可清楚显示液晶影像，且使用寿命长。
2.可为低消耗功率，其功率视发光区块数量而定，一般可小于1-5W。
3.环境适应性高，可做为工业等级用途。
4.制造成本低，喷涂工艺为低成本工艺。
权利要求1.一种液晶显示面板构件，其特征是，该构件包括有液晶显示面板，具液晶数组单元，以控制画面或光源的呈现；场发射光源构件，位于该液晶显示面板的背面，该场发射光源构件包含阳极构造，具荧光粉体层，位于接近液晶显示面板侧；阴极构造，具碳纳米管层，位于远离液晶显示面板侧；阻隔壁，位于阴极与阳极构造的间隙，具有一预定厚度；及交变电路，具有电压施加端，可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于该电压施加端与该阴极间；其中该碳纳米管层具有一预定范围的阴极喷涂层厚度；其中该荧光粉体层为图案化设置具红绿蓝三原色显示能力的荧光粉体所形成，各该原色荧光粉体对应所谓的液晶数组单元，并具一预定范围的荧光粉体层厚度。
2.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该荧光粉体层的粉体种类为阴极射线管使用的荧光粉P-22系列的三原色荧光粉。
3.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该荧光粉体层的粉体的粒径为1μm以下。
4.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该荧光粉体层可以网印或微影工艺制作，粉体层厚度为3到5μm。
5.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该预定交流电压范围为正负150V到正负900V之间，该预定交流频率为12kHz到14kHz之间。
6.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该碳纳米管层为喷涂方式所涂布。
7.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该阻隔壁，可以一种网印或微影工艺制作，其厚度可以为50到200μm。
8.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，进一步包含导光板构造，设于阳极构造的外侧，以加强亮度。
9.如权利要求8所述的液晶显示面板构件，其特征是，该导光板颜色为白色，以加强反射亮度。
10.如权利要求1所述的液晶显示面板构件，其特征是，该碳纳米管层包含有经改质后的碳纳米管，具有高电子发射率。
11.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征是，该碳纳米管层的阴极喷涂厚度范围为每层3-5μm.
专利摘要一种应用于液晶显示面板的构件，该构件包括液晶显示面板，具液晶数组单元，以控制画面或光源的呈现；场发射光源构件，位于该液晶显示面板的背面，其包含阳极构造，具荧光粉体层，位于接近液晶显示面板侧；阴极构造，具碳纳米管层，位于远离液晶显示面板侧；阻隔壁，位于阴极与阳极构造的间隙，具有一预定厚度；及交变电路，具有电压施加端，可承受一预定交流频率与一预定交流电压的电流，施加于该电压施加端与该阴极间；据此一、可提供一散热良好，能抵抗发光元件热集中的较佳构造；二、以现有技术易于取得驱动IC；三、阴极可以喷涂方式制作成本低；四、无须设置滤光片，直接以电子激发荧光粉所产生的三原色，色泽饱和度佳。
文档编号G02F1/1333GK2736797SQ200420066210
公开日2005年10月26日 申请日期2004年6月23日 优先权日2004年6月23日
发明者郑奎文 申请人:东元奈米应材股份有限公司