專利名稱：一種分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示器件中的一種分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，屬于顯示器件設(shè)計與制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
液晶顯示因?yàn)楸?、輕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)戰(zhàn)勝其它各種顯示技術(shù)，成為當(dāng)前主流顯示技術(shù)。但是由于液晶顯示非主動發(fā)光的特性，需要專門提供背光。在通常情況下，背光通過勻光混色后先后要經(jīng)過偏振片、液晶層、濾色片、偏振片等不同結(jié)構(gòu)單元。眾所周知，第一層偏振片使輸入光強(qiáng)損失1/2，濾色片使光強(qiáng)再次損失2/3 ；在通過第二層偏振片時，光強(qiáng)通過率在0到1之間，與圖像內(nèi)容相關(guān)，如果是全亮圖案，則光全部透過，如果是全暗圖案，光則全部不通過。
因此傳統(tǒng)的液晶顯示技術(shù)存在巨大的功耗浪費(fèi)，因?yàn)闊o論何種圖像內(nèi)容，在時間上，背光一直保持一個穩(wěn)定的高亮狀態(tài)；在空間上，無論對應(yīng)圖像偏暗或偏亮區(qū)域，背光一直的均勻開啟。所以在目前的液晶顯示中，大部分的光源強(qiáng)度都被浪費(fèi)。
因此如果能夠根據(jù)具體圖像內(nèi)容，選擇背光顏色，調(diào)節(jié)背光強(qiáng)度，將會有效降低器件功耗。比如在暗圖像區(qū)域，降低對應(yīng)背光亮度節(jié)約功耗；可以分時顯示不同的背光顏色， 利用時域混色，從而去除傳統(tǒng)液晶顯示的濾色片，降低器件制造成本，同時避免濾光片對可見光的吸收，提高器件的光利用率。
目前有利用LED背光陣列，實(shí)現(xiàn)區(qū)域暗化(Local Dimming)，根據(jù)LED背光陣列分辨率的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同程度的功耗降低。但當(dāng)前LED背光采用點(diǎn)發(fā)光模式，背光分布的空間均勻性不夠，從而影響圖像質(zhì)量，同時不同背光單元相互交疊嚴(yán)重，有效背光分辨率被降低。因此一種分時分區(qū)可控的準(zhǔn)平面光源將會顯著節(jié)約顯示功耗和提高圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明為提高現(xiàn)有液晶顯示圖像質(zhì)量和節(jié)約液晶顯示器件功耗，提出一種分時分區(qū)可調(diào)的基于場致發(fā)光的背光裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置在真空腔體的上下兩側(cè)分別由支撐體連接陽極部分和陰極部分，其中陰極部分自下至上依次設(shè)有柵極控制電路、分區(qū)可控的柵電極層、陰極基板、陰極電極層、陰極發(fā)射層，陰極控制電路與陰極電極層相接； 陽極部分自下至上依次設(shè)有陽極熒光粉層、陽極電極層、陽極基板，陽極控制電路與陽極電極層相接；支撐體。
分區(qū)可控的柵電極層是由一定數(shù)目的相互獨(dú)立的柵電極塊組成，柵電極塊是方形、矩形、多邊形或圓形，各個柵電極塊之間相互獨(dú)立，呈陣列排布或者蜂窩狀排布；分區(qū)可控的柵電極層單獨(dú)制備，或者直接制備在陰極基板的背面。
陰極電極層，直接制備在陰極基板上，陰極電極層是整片電極層，或者制備成與柵電極層分布相匹配的形狀；陰極電極層分區(qū)可控，或整片連為一體。
陰極發(fā)射層的材料是納米碳管，或是氧化鋅，陰極發(fā)射層是整片發(fā)射層，或是一定形狀的發(fā)射層。
陽極熒光粉層依附在陽極基板上，可以是整片的白色熒光粉，也可以是按照特定圖案規(guī)律排布的紅、綠、藍(lán)熒光粉，或者其它顏色熒光粉組合的有序排列。
陽極電極層用于引導(dǎo)來自陰極發(fā)射層電子的運(yùn)動方向，陽極電極層的形狀與陽極熒光粉層的圖案對應(yīng)，從而可以控制每個熒光粉單元。
柵極控制電路用于對柵極電極層對應(yīng)的柵電極塊的控制，通過調(diào)節(jié)輸出電壓大小控制對應(yīng)柵極電位的高低，從而控制陰極發(fā)射層對應(yīng)位置發(fā)射電流的大小。
陰極控制電路與陰極電極層相連，用于控制選擇陰極發(fā)射層對應(yīng)位置是否發(fā)射， 以及發(fā)射時間的長短。
陽極控制電路與陽極電極相連，用于控制陽極，從而選擇需要激活的熒光粉，可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的背光顯示。
有益效果本發(fā)明提供的一種分時分區(qū)可控的場致發(fā)射可取代目前液晶顯示的背光部分，并可以去除濾色片，提高光效約三分之二。該背光裝置可以根據(jù)圖像內(nèi)容，靈活調(diào)整分背光輸出亮度和顏色在時間和空間位置上的分布，一方面可以有效抑制場序混色顯示固有的色彩分裂，還可以通過背光分區(qū)調(diào)節(jié)背光亮度以提高液晶顯示對比度，從而提高顯示圖像質(zhì)量；另一方面該裝置不用濾色片，不但降低制造成本，還提高了光效，節(jié)約能源消耗三分之二以上。


圖1和圖2分別是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖的正面視圖和側(cè)面視圖。其中有分區(qū)可控的柵電極層1 ；陰極基板2 ；陰極電極層3 ；陰極發(fā)射層4 ；支撐體5 ；真空腔體6 ；陽極熒光粉層7 ；陽極電極層8 ；陽極基板9 ；柵極控制電路10 ；陰極控制電路11 ；陽極控制電路 12。
圖3是陽極電極層與柵極電極層相對位置關(guān)系示意圖(俯視圖)。其中黑心點(diǎn)表示交叉連通；空心點(diǎn)表示交叉不連通。紅、綠、藍(lán)分別表示與之對應(yīng)的熒光粉層顏色。
圖4是采用紅、綠、藍(lán)三場顯示時，時間劃分示意圖。
圖5是實(shí)現(xiàn)彩色背光時陽極陰極驅(qū)動信號的時序說明圖。
具體實(shí)施例方式如圖1 (正面視圖)和圖2 (側(cè)面視圖)所示，一種分時分區(qū)可調(diào)場致發(fā)射背光裝置，主要包括以下部分分區(qū)可控的柵電極層1 ；陰極基板2 ；陰極電極層3 ；陰極發(fā)射層4 ； 支撐體5 ；真空腔體6 ；陽極熒光粉層7 ；陽極電極層8 ；陽極基板9 ；柵極控制電路10 ；陰極控制電路11 ；陽極控制電路12。
分區(qū)可控的柵電極層1 柵電極層可以單獨(dú)制備，或者直接制備在陰極基板的背面。柵電極層是由一定數(shù)目相互獨(dú)立的柵電極塊組成。柵電極塊可以是方形、矩形、多邊形、 圓形等形狀；各個柵極塊之間相互獨(dú)立，呈陣列排布或者蜂窩狀排布；
陰極基板2用于直接承載陰極電極層3和陰極發(fā)射層4，分區(qū)可控的柵電極層1也可直接制備在陰極基板的背面。陰極基板可以是一定厚度的玻璃，也可以是其它材料制備的絕緣層。
陰極電極層3直接制備在陰極基板上。陰極電極層可以是整片電極層，或者制備成與柵電極層分布相匹配的形狀。視應(yīng)用要求，陰極電極層可以分區(qū)可控，也可以整片連為一體。
陰極發(fā)射層，與陰極電極層相連。陰極發(fā)射層作為電致發(fā)光的電子源，可以是納米碳管，也可以氧化鋅等可能作為場發(fā)射體的某一種或某幾種物質(zhì)構(gòu)成。視應(yīng)用要求，陰極發(fā)射層可以是整片發(fā)射層，也可以是一定形狀的發(fā)射層。
支撐體，用于支撐陽極基板和陰極基板，維持兩者之間的距離。支撐體與陽極基板、陰極基板共同維系，構(gòu)成真空腔體。
真空腔體，作為場致發(fā)射電子的加速通道，由陰極基板、陽極基板和中間的支撐構(gòu)成的封閉空間。真空度達(dá)到場致發(fā)射穩(wěn)定工作的要求。
陽極熒光粉層，依附在陽極基板之上。可以是整片的白色熒光粉，也可以是按照特定圖案規(guī)律排布的紅、綠、藍(lán)熒光粉，或者其它顏色熒光粉組合的有序排列。
陽極電極層，用于引導(dǎo)來自陰極發(fā)射體的電子的運(yùn)動方向。根據(jù)陽極熒光粉層的種類和圖案，陽極電極層的制備與之對應(yīng)，從而可以控制每個熒光粉單元。
陽極基板，用于附著陽極電極層和陽極熒光粉，并與陰極基板共同構(gòu)成場致發(fā)射需要的真空腔體。
柵極控制電路用于對柵極電極層對應(yīng)柵極塊的控制。背光單元控制電路通過調(diào)節(jié)輸出電壓大小控制對應(yīng)柵極電位的高低，從而控制陰極發(fā)射層對應(yīng)位置發(fā)射電流的大小。
陰極控制電路，與陰極電極層相連，用于控制選擇陰極發(fā)射層對應(yīng)位置是否發(fā)射， 以及發(fā)射時間的長短。
陽極控制電路，與陽極電極相連，用于控制陽極，從而選擇需要激活的熒光粉，可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的背光顯示。
本發(fā)明提供的背光裝置可以實(shí)現(xiàn)三色背光。為了保證光源的準(zhǔn)平面性，紅、綠、藍(lán)熒光粉及與之對應(yīng)的電極相間排列，如圖3所示。每個柵極電極塊對應(yīng)若干紅、綠、藍(lán)電極條和熒光粉條。電極條和熒光粉條一一對應(yīng)。陽極電極的寬度、間距，熒光粉條的寬度、間距，以及每行柵極電極對應(yīng)的陽極電極數(shù)目，均取決于熒光粉發(fā)光的空間分布，應(yīng)該使每個顏色的熒光粉發(fā)光都盡可能接近準(zhǔn)平面光，即當(dāng)顯示某種顏色的背光時，其在空間上分布都要盡可能均勻。
注本說明均以柵極電極為基礎(chǔ)統(tǒng)計行列數(shù)目與標(biāo)號，如圖3中所示。
為了避免濾色片的光強(qiáng)損耗但又能實(shí)現(xiàn)彩色顯示，本發(fā)明提供的背光裝置可以在一幀時間內(nèi)分時產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三場背光，如圖4所示。為了液晶驅(qū)動方法簡單，一般三場時間相同，即均為一幀時間的三分之一。同時結(jié)合利用液晶調(diào)節(jié)每個像素位置的光透過率，從而實(shí)現(xiàn)時域混色，實(shí)現(xiàn)彩色顯示的效果。當(dāng)然紅、綠、藍(lán)三場的順序可以任意調(diào)換。由于現(xiàn)有液晶顯示采用逐行選址，一幀維持的顯示方式，所以對應(yīng)的背光驅(qū)動時序要與之對應(yīng)，保證在對應(yīng)的時刻、對應(yīng)的位置、提供對應(yīng)強(qiáng)度和顏色的背光。為了與液晶驅(qū)動同步，背光采用每行錯位刷新維持的方式，如圖4所示。每行背光之間有一個等間隔時間延遲延遲時間間隔=一場時間/背光行數(shù)。圖4中所示刷新維持時間為最大可能刷新維持時間，實(shí)際刷新維持時間可以是其中的一部分。由于傳統(tǒng)場序彩色顯示可能出現(xiàn)色彩分裂的現(xiàn)象，為了有效避免紅綠藍(lán)場序彩色的色彩分裂現(xiàn)象，本發(fā)明提供的背光裝置可以在一幀時間內(nèi)分時產(chǎn)生不同基色的三場或多場背光。此時需要配合陽極、陰極和柵極三者之間的空間和時間關(guān)系。如圖5所示。陽極采用類似逐行掃描的方式(高電位有效)，通過調(diào)節(jié)陰極有效時間(低電位有效)，控制一場該場該區(qū)域顯示三色的比例，從而實(shí)現(xiàn)可以有效避免色彩分裂現(xiàn)象的彩色背光顯示。
權(quán)利要求
1.一種分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于該背光裝置在真空腔體(6)的兩側(cè)分別由支撐體(5)連接上部的陽極部分和下部的陰極部分，其中陰極部分自下至上依次設(shè)有柵極控制電路(10)、分區(qū)可控的柵電極層(1)、陰極基板(2)、陰極電極層(3)、陰極發(fā)射層(4)，陰極控制電路(11)與陰極電極層(3)相接；陽極部分自下至上依次設(shè)有陽極熒光粉層(7)、陽極電極層(8)、陽極基板(9)，陽極控制電路(12)與陽極電極層(8)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于分區(qū)可控的柵電極層(1)是由多個相互獨(dú)立的柵電極塊組成，柵電極塊是方形、矩形、多邊形或圓形，各個柵電極塊之間相互獨(dú)立，呈陣列排布或者蜂窩狀排布；分區(qū)可控的柵電極層(1)單獨(dú)制備，或者直接制備在陰極基板(2)的背面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陰極電極層(3)，直接制備在陰極基板(2)上，陰極電極層(3)是整片電極層，或者制備成與柵電極層分布相匹配的形狀；陰極電極層分區(qū)可控，或整片連為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陰極發(fā)射層(4)的材料是納米碳管，或是氧化鋅，陰極發(fā)射層是整片發(fā)射層，或是一定形狀的發(fā)射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陽極熒光粉層(7)依附在陽極基板(9)上，是整片的白色熒光粉，或是按照特定圖案規(guī)律排布的紅、綠、 藍(lán)熒光粉，或者其它顏色熒光粉組合的有序排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陽極電極層 (3)用于引導(dǎo)來自陰極發(fā)射層(4)電子的運(yùn)動方向，陽極電極層(3)的形狀與陽極熒光粉層 (8)的圖案對應(yīng)，從而可以控制每個熒光粉單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于柵極控制電路(10)用于對柵極電極層(1)對應(yīng)的柵電極塊的控制，通過調(diào)節(jié)輸出電壓大小控制對應(yīng)柵極電位的高低，從而控制陰極發(fā)射層(4)對應(yīng)位置發(fā)射電流的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陰極控制電路(11)與陰極電極層(4)相連，用于控制選擇陰極發(fā)射層(4)對應(yīng)位置是否發(fā)射，以及發(fā)射時間的長短。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置，其特征在于陽極控制電路(12)與陽極電極(8)相連，用于控制陽極，從而選擇需要激活的熒光粉，可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的背光顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分時分區(qū)可控的場致發(fā)射背光裝置。該背光裝置組成由(1)分區(qū)可控的柵電極層；(2)陰極基板；(3)陰極電極層；(4)陰極發(fā)射層；(5)支撐體；(6)真空腔體；(7)陽極熒光粉層；(8)陽極電極層；(9)陽極基板；(10)柵極控制電路；(11)陰極控制電路；(12)陽極控制電路等基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這種背光裝置可取代目前液晶顯示的背光部分，并可以去除濾色片，提高光效且節(jié)約能源消耗約三分之二。該背光裝置可以根據(jù)圖像內(nèi)容，靈活調(diào)整背光輸出亮度和顏色在時間和空間位置上的分布，從而提高圖像顯示質(zhì)量，降低制造成本，節(jié)約能源消耗。
文檔編號H05B33/08GK102186273SQ20111003752
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者張宇寧, 崔淵, 李曉華, 雷威 申請人:東南大學(xué)