CN100530292C - 图像显示装置和图像显示装置的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置包括：具有多个电子发射器件的后板，各电子发射器件中发射电子；与多个电子发射器件对置并具有磷光体的多个像素的面板，磷光体的每个像素被从电子发射器件中的相应的一个发射的电子照射以产生光；用于扫描多个电子发射器件以从多个电子发射器件发射电子的驱动器，其中，磷光体具有容许迁移型的材料的发光中心，并且所述驱动器扫描多个电子发射器件，使得在一个扫描周期中在一个像素磷光体中施加的电荷密度的最大值等于或大于3×10^-8C/cm²。

Description

图像显示装置和图像显示装置的驱动方法

技术领域

本发明涉及具有磷光体的图像显示装置和图像显示装置的驱动方法。

背景技术

到目前为止，作为以称为“布劳恩管”的阴极射线管(CRT)为代表的电子束激发磷光体发光的电子束激发型显示器的图像显示装置使用称为“P22”的诸如ZnS:Cu、Al、ZnS:Ag、Cl、Y₂O₂S:Eu的磷光体。

另一方面，电子束激发磷光体以发光的图像显示装置包括场发射显示器(FED)以及常规的CRT。FED包含称为“Spindt型显示器”的场发射电子束激发型显示器和称为“表面传导型电子发射器显示器(SED)”的使用表面传导型电子发射器的显示器。

其中大多数电子束被比较高的电压加速以导致磷光体发光的FED应用在常规的CRT中使用的磷光体或使用它们的改进型。

日本专利申请公开公报No.H05-25102说明了常规的硫化锌系磷光体被用作FED用磷光体的例子。

另外，日本专利申请公开公报No.2000-250473说明了表面传导型电子发射器被用作电子发射器件并且在CRT中使用的磷光体被使用的例子。

日本专利申请公开公报No.53-91658说明了SrGa₂S₄:Eu被用作CRT用绿光磷光体的例子。在日本专利申请公开公报No.2000-319649中，包含Y₂SiO₅:Tb和SrGa₂S₄:Eu的混合物的磷光体被用作CRT用磷光体。

日本专利申请公开公报No.2003-197135说明了CaMgSi₂O₆:Eu被用作FED用蓝光磷光体的例子。

发明内容

在图4所示的CRT中，从一个或三个电子枪1203发射的电子束1202扫描涂有磷光体的整个屏幕1201以导致形成像素的磷光体发光。在彩色CRT中，周期性形成红色、绿色和蓝色磷光体P22。从电子枪发射的电子束中的每个像素的电荷密度较小。但较高的电子加速电压提供足够的亮度。

一般地，FED的电子加速电压比CRT低，因此，为了使FED传输与CRT相同的亮度，FED需要使用更大的电流(更准确地讲，是在一个扫描周期中提供的每个像素的电荷密度)以导致磷光体发光。

使用磷光体P22的电子束激发显示器被详细研究。结果发现，提供的电荷密度的增加大大降低发光效率，不能实现具有足够高的亮度的图像显示装置。

本发明的目的在于，通过使用最适于诸如FED的图像显示装置的驱动条件的磷光体材料，提供具有较高的亮度、更长的寿命和较宽的色再现范围的图像显示装置。

为了解决常规背景技术的问题并实现本发明的目的，本发明提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括：具有多个电子发射器件的后板，电子发射器件中的每一个发射电子；与多个电子发射器件对置并具有磷光体的多个像素的面板，磷光体的每个像素被从电子发射器件中的相应的一个发射的电子照射以产生光；用于扫描多个电子发射器件以从多个电子发射器件发射电子的驱动器，其中，磷光体具有容许迁移型的材料的发光中心，并且所述驱动器扫描多个电子发射器件，使得在一个扫描周期中在一个像素磷光体中施加的电荷密度的最大值等于或大于3×10^-8C/cm²。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种图像显示装置的驱动方法，该图像显示装置包括：具有多个电子发射器件的后板，各电子发射器件发射电子；与多个电子发射器件对置并具有磷光体的多个像素的面板，磷光体的每个像素被从电子发射器件中的相应的一个发射的电子照射以产生光，其中，磷光体具有容许迁移型的材料的发光中心，该方法包括以下步骤：扫描多个电子发射器件，以从多个电子发射器件发射电子，其中，在扫描中，在一个扫描周期中在一个像素磷光体中施加的电荷密度的最大值等于或大于3×10^-8C/cm²。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。

附图说明

图1是根据本发明的图像显示装置的例子。

图2A和图2B是根据本发明的磷光体层的例子。

图3A和图3B是可应用于本发明的电子发射器件的例子。

图4是常规的CRT。

图5是根据本发明的磷光体层的另一例子。

图6是根据本发明的磷光体层的另一例子。

图7是说明电子束的束剖面的示意图。

具体实施方式

以下详细说明本发明的实施例。

参照图1说明根据本发明的图像显示装置的典型配置。图1是图像显示装置的示意图。图1中的图像显示装置包括后侧基板1、其上配置磷光体的磷光体层2、x方向布线9、y方向布线11、面侧基板14、金属膜19、后板20、面板21、电子发射器件23、侧壁24和驱动电路25。图1中所示的图像显示装置具有FED面板和驱动电路25。FED面板具有后板20、与后板20对置的面板21和侧壁24。图1中的图像显示装置表示为了便于说明部分切掉具有磷光体层2和金属膜19的后板21的结构。取x方向为x方向布线9延伸的方向，y方向为y方向布线11延伸的方向，z方向为后板20与面板21相对的方向。电子发射器件23可使用表面传导型电子发射器(SCE)、Spindt型场发射器件、MIM电子发射器件和以碳纳米管(CNT)作为发射部分的器件。特别地，可以在本发明的图像显示装置中使用作为使得每个像素能够发射3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度的电子发射器件容易制造的表面传导型电子发射器。

图3A和图3B示意地示出表面传导型电子发射器的典型配置。图3A和图3B分别示出表面传导型电子发射器的顶视图及其断面图。

在玻璃基板1101上形成器件电极1102和1103，并在器件电极1102和1103之间形成导电薄膜1104。在导电薄膜1104之间形成电子发射部分1105。并且，在电子发射部分1105周围形成薄膜1113。

器件电极1102和1103在基板1101上相对，其表面平行。例如，器件电极1102和1103分别与x和y方向布线9和11连接。各个布线向器件电极1102和1103供给电势以导致电子发射部分1105发射电子。

在图1中，对于x和y方向布线9和11的电压的施加在经受电压的布线的交点上形成的电子发射器件23和经受高电压的金属膜19之间产生高电场，由此电子发射器件23发射电子。从电子发射器件23发射的电子与金属膜19碰撞，导致在金属膜19和面侧基板14之间形成的磷光体通过面侧基板14发光。

图2A和图2B是从后板20观察的磷光体层2的顶视图的例子。图2A和图2B中的磷光体层2包含磷光体43、44和45以及导体42。磷光体43、44和45一般包含分别发射红光、绿光和蓝光的磷光体材料。优选设置导体42，以防止由于电子束导致的加添充电(chargingup)。导体42可使用黑色材料。其原因是，防止电子束由于电子束的照射位置的轻微偏斜照射到邻近的磷光体中，并防止外部光反射以避免显示对比度的降低。黑色材料可一般基于石墨或其它材料。

磷光体43、44和45如图2A所示分别以条带状被涂敷，并且导体42可被配置在各条带之间。磷光体43、44和45以及导体42通过丝网印刷形成。

分别涂敷磷光体43、44和45的方法不限于以条带状配置它们的方法。例如，可以使用如图2B所示的△配置或其它的配置。

配置单色磷光体43、44或45的部分被称为像素。可通过组合从像素发射的光的颜色表现能够由图像显示装置表现得到的颜色的多个不同颜色像素的最小组合被称为一组像素。一般地，像素是发射绿色、蓝色或红色中的任一种的单色光的部分。一组像素是绿色、蓝色和红色像素的组合的部分。一个像素的面积由像素的数量和图像显示装置的尺寸确定。同色磷光体可被配置在相邻的像素上。例如，同色磷光体被配置在所有的像素上，以使得能够形成显示单色图像的图像显示装置。

根据本实施例的图像显示装置包含具有由多个电子发射器件23形成的电子源的后板20和具有多个其上配置用从电子源发射的电子照射的单色磷光体的像素的面板21。多个电子发射器件23不是以特别受限的方式被配置，使得它可以以矩阵的方式被配置。多个像素可与多个电子发射器件23对应或以矩阵的方式被配置。

如果图像显示装置被用作全色显示器，那么在面板21上形成其上配置例如红色、绿色和蓝色磷光体材料的磷光体表面，以根据输入信号控制提供的电荷的量以产生图像。

图像显示装置具有驱动电路25，该驱动电路25用于设定7kV～15kV的电子加速电压，并在一个扫描周期内将对磷光体提供的最大电荷密度设为3×10^-8C/cm²或更大以获得足够的亮度和分辨率。

驱动电路25扫描多个电子发射器件以使它们发射电子。注意，驱动电路25具有多个电路，诸如用于向高电压端子供给加速电压(阳极电压)的阳极电压供给电路、用于向x方向布线9供给信号电压的信号电路和用于向y方向布线11供给扫描电压的扫描电路。根据本发明的图像显示装置一般通过改变供给像素的电荷调整亮度。并且，作为用于驱动多个电子发射器件的方法，可以使用控制要被供给电子发射器件的电压脉冲的脉冲宽度的脉冲宽度调制方法、控制要被供给电子发射器件的电压脉冲的脉冲幅度的脉冲幅度调制方法或使用脉冲宽度调制方法和脉冲幅度调制方法这两者的方法，以控制要被供给像素的电荷量。

顺便提起，短语“在一个扫描周期内”是指当在具有多个电子发射器件的电子源中进行扫描时向输入扫描信号的布线依次输入完整的扫描信号的每个周期。

在另一方面中，根据本发明，对于图像显示装置中的给定的亮度范围，在一个扫描周期内通过用从被激励的电子发射器件发射的电子进行照射在一个像素磷光体中施加(dose)的电荷密度等于或大于3×10^-8C/cm²。

在面板21的磷光体层2之上形成一般被称为“金属背(metalback)”的金属膜19以抑制磷光体的电荷。如果加速能量较低，那么能量在金属膜19中损失，提供不充分的亮度。

在诸如FED的图像显示装置中，电压被施加在几毫米深的狭窄空间两端。因此，过高的电压导致放电的问题。

因此，可以在7kV～15kV的范围中选择电子的加速电压。

磷光体43、44和45使用添加容许跃迁型发光中心(luminescencecenter)的掺杂的磷光体。在容许跃迁型发光中心中使用的材料为例如单价的TI、二价的Sn、Eu、Pb、Sm或Yb和三价的Sb、Bi或Ce。容许跃迁型材料优选为稀土金属。就发光特性而言，使用二价Eu或三价Ce作为发光中心的磷光体是特别优选的。

作为用于电子束的常规的典型的磷光体材料，已知有ZnS:Cu、Al和ZnS:Ag，Cl。这些磷光体材料使用施主-受主跃迁，并且在激发能量被转换成光之前花费几十微秒到100微秒的时间。

另一方面，众所周知，在添加容许跃迁发光中心的掺杂的磷光体材料中，跃迁时间缩短到几百纳秒到几微秒。

尽管由于在常规的CRT中提供的电荷的密度较低因而材料的跃迁时间有点长，但已用在CRT的驱动条件下表现出令人满意的发光特性的常规磷光体材料ZnS:Cu，Al或ZnS:AG，Cl实现了高效率图像显示装置。

但是，在以FED为代表的提供高密度电荷的图像显示装置中，在高密度电荷的区域中发光效率大大降低，使得需要进一步的改进。另外，由于提供高密度电荷以增加亮度，因此对磷光体造成很大的负担。

已发现，添加容许跃迁材料作为发光中心的磷光体材料几乎不随着提供的电荷量的变化而改变发光特性。

以上原因还不清楚，但看起来可归因于以下方面。常规的磷光体的从能量到光的转换速率较慢，使得当提供高密度电荷时光转换过程滞后，这导致非发光辐射。另一方面，添加容许跃迁材料作为发光中心的磷光体材料的转换速率较快，使得它看起来即使在较高的电荷密度中也可获得恒定的效率。

对该现象的深入研究揭示，在对磷光体提供3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度的图像显示装置中，使用组合特定的母体材料与发光中心材料的发光材料提供比常规上广泛用作电子束用磷光体材料的磷光体P22高的发光效率。

但是，提供过高的电荷密度会加热磷光体表面以导致熔融，从而加速劣化。电荷密度的上限优选为3×10^-6C/cm²。

使用二价Eu作为发光中心的磷光体材料包括：例如，SrGa₂S₄:Eu(绿)、BaGa₂S₄:Eu(蓝和绿的混色)、CaGa₂S₄:Eu(绿和红的混色)、Ba₃Ga₂S₆:Eu(绿)、(Ca，Ba)Ga₂S₄:Eu(绿)、SrY₂S₄:Eu(红)、CaY₂S₄:Eu(红)、CaAlSiN₃:Eu(红)、Sr₂Si₅N₈:Eu(红)、Ca₂Si₅N₈:Eu(红)、(Sr，Ca)Si₅N₈:Eu(红)、CaMgSi₂O₆:Eu(蓝)、Sr₂P₂O₇:Eu(蓝)、(Sr，Ca，Mg)SiO₄:Eu(蓝)和Sr₃MgSi₂O₈:Eu(蓝)。

使用三价Ce作为发光中心的磷光体材料包括：例如，Y₂SiO₅:Ce(蓝)、CaGa₂S₄:Ce(蓝)、Ba₂SiS₄:Ce(蓝)、YAG:Ce(绿和红的混色)和Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce(绿)。

上述绿、蓝和红可一般由诸如下面的CIE(x，y)色度坐标表示：

绿(x，y)＝(0.15≤x≤0.35，0.5≤y≤0.85)

蓝(x，y)＝(0.05≤x≤0.25，0≤y≤0.2)

红(x，y)＝(0.5≤x≤0.73，0.2≤y≤0.4)

这里，各个颜色在上述范围中表示可见区域。

考虑到发光效率和对于电子束的耐久性，使用一种或多种类型的碱土金属作为母体材料的磷光体材料是最优选的。

使用包含碱土金属的硫化镓酸盐(thiogallate)晶体作为母体材料并使用Eu作为发光中心材料的磷光体材料SrGa₂S₄:Eu或(Sr_1-x，Ba_x)Ga₂S₄:Eu、Ba₃Ga₂S₄:Eu和(Ca，Ba)Ga₂S₄:Eu被用作绿色磷光体材料，这里，x优选比零大并且比0.3小。

硫化镓酸盐是指包含Ga和S的化合物。

除了别的以外，其中用Ba置换Sr原子中的一部分的SrGa₂S₄:Eu和(Sr_1-x，Ba_x)Ga₂S₄:Eu的发光效率和对于电子束的耐久性较高，并能够提供比常规的ZnS:Cu，Al好的颜色再现范围。

通过改变Sr与Ba的比，磷光体材料(Sr_1-x，Ba_x)Ga₂S₄:Eu的颜色从绿色变为蓝绿。可以根据需要确定Sr与Ba的组成比，以获得比SrGa₂S₄:Eu更接近NTSC的绿色的发光。

当材料(Sr_1-x，Ba_x)Ga₂S₄:Eu被用作绿色磷光体材料时，x选自0＜x≤0.3的范围，更优选选自0＜x≤0.25的范围。

对于根据本发明的磷光体材料，过度增加发光中心浓度(concentration)导致称为浓度抑制(density quenching)的现象以降低亮度。实际上，发光亮度以某一亮度中心浓度为其峰值发生变化。最佳发光中心浓度可选自可获得足够的亮度的范围。

在根据本发明的驱动条件中，作为最佳发光中心浓度，在磷光体材料SrGa₂S₄:Eu和(Sr_1-x，Ba_x)Ga₂S₄:Eu中，Eu与Sr(或者，Sr和Ba的原子数的和)的原子数的比优选落在0.001≤Eu/Sr(或者，Eu/(Sr+Ba))≤0.1内。

根据要与其组合的其它磷光体的发光效率，最佳发光中心浓度可选自0.001≤Eu/Sr≤0.1的范围。

对于蓝色磷光体要求的发光特性需要由通过作为图像显示装置的标准的白色的色温度、各颜色的磷光体的发光效率和色坐标的平衡确定的指数评价。颜色和发光效率两方面的性能均得到重视。

鉴于以上指数，以包含碱土金属的硅酸盐晶体作为母体材料的磷光体材料可被用作蓝色磷光体。最优选的材料包含CaMgSi₂O₆:Eu、(Sr，Ca，Mg)SiO₄:Eu和Sr₃MgSi₂O₈:Eu。

特别地，由CaMgSi₂O₆:Eu表示的磷光体电子束的发光效率较高、耐久性优异，并且色再现区域较宽。

如上述情况那样，上述蓝色电子束激发磷光体的发光中心浓度优选为0.01≤Eu/Ca≤0.07，在该范围内亮度在某一密度具有峰值。

亮度中心浓度可在0.01≤Eu/Ca≤0.07的范围内根据要与其组合的其它磷光体的发光效率选择最佳值。

用粉碎成尺寸均匀的颗粒的磷光体材料以膜状形成磷光体43、44和45。大多数磷光体材料电阻较高。磷光体的最佳粒径可根据电子的加速电压或面板21的配置根据情况被选择。换句话说，虽然最佳粒径根据提供的电子束的穿透深度而不同，但平均粒大小一般可以为大于等于0.5μm且小于等于15μm。另外，从电荷的观点看，平均粒大小可以为大于等于1μm且小于等于5μm。

如上所述，当设计白平衡使得发光颜色接近希望的色坐标和色温时，对于各个发光颜色的磷光体要求的亮度由红、绿和蓝磷光体的色坐标计算，并且，设计要提供的电荷密度以获得各个磷光体需要的亮度。

并且，各磷光体的发光亮度可被调整，使得当对各发光颜色的磷光体提供相同的电荷密度时能够出现所希望的白色显示。

发光亮度由各颜色的磷光体的发光中心浓度调整。例如，众所周知，当发光中心Eu的浓度为0.1％～10％时，绿色磷光体SrGa₂S₄:Eu发射最亮的光。

类似地，众所周知，当发光中心Eu的浓度为1％～7％时，蓝色磷光体CaMgSi₂O₆:Eu发射最亮的光。

利用这种亮度特性随发光中心浓度的变化，使得能够设计最佳的白平衡。

例如，当绿光的亮度过高时，蓝色磷光体的发光中心浓度被调整为可获得最高亮度的浓度，并且绿色磷光体的发光中心浓度使用比可获得最高亮度的Eu浓度低的区域或最高浓度的区域，这使得亮度能够被调整。

另一方面，与上述方法相同，当蓝光的亮度过高时，蓝色磷光体的发光中心浓度被优化为抑制亮度，由此允许最佳的白色显示。

除了调整各颜色的磷光体的发光中心浓度的方法以外，可以通过用非发光物质涂敷各颜色的磷光体粉末的表面或通过调节黑色导体42中的磷光体43、44和45的开口面积，调整发光亮度。

例如，当绿色磷光体SrGa₂S₄:Eu、蓝色磷光体CaMgSi₂O₆:Eu和红色磷光体Y₂O₂S:Eu被组合、并且白平衡在9300开尔文的色温被设定时，绿光的亮度会过高。在这种情况下，用非发光物质涂敷需要降低亮度的磷光体的粉末的表面以使得亮度降低。虽然诸如二氧化硅或氧化铝的微粒可被用作非发光物质，但其它的氧化物、氮化物、硫化物或金属微粒可被使用。

作为调整白平衡的另一方法，可如图5所示根据亮度改变磷光体42、43和44的开口面积。改变开口面积的方法不需要降低磷光体的特性，考虑到抑制由于白平衡的调整导致的亮度的降低，这是所希望的。如图5所示开口面积中的长度的变化不仅可沿列方向(开口面积的窄边方向)，而且可沿行方向(开口面积的长边方向)，或者也可以同时沿两个方向。开口形状不限于图5中的矩形，并且可以根据电子束剖面(profile)选择最佳的形状。

例如，在具有图3A和图3B中的配置的表面传导型电子发射器件中，电子束剖面如图7所示被拉长。射束电流的分布沿短轴方向大大变化，而沿长轴方向缓缓变化。当在该束剖面中调整开口部分的面积时，沿束剖面的长轴方向比沿其短轴方向更容易调整开口长度。

在磷光体43、44和45以及导体42上设置的金属膜19起经受高电压的电极的作用并具有防止磷光体带电的功能。

虽然诸如Al的金属导电材料可被用作用于金属膜19的材料，但可以在诸如Al的金属导电材料上淀积吸收氧的吸气剂(getter)材料。在金属膜19中使用吸气剂材料导致吸气剂材料即使少量的外部气体流入面板21和后板20之间的密封空间中也能吸收流入的气体。这样可长时间维持密封状态。吸气剂材料由包含Ti、Zr、Ba或这些元素中的至少一种作为主成分的合金制成，并可包含Al、V和Fe中的任何一种或更多种作为副成分。可以根据电子的加速电压选择金属膜19和吸气剂材料的最佳厚度。金属膜19可被导电性吸气剂材料而不是诸如Al的金属导电材料替代。

以下参照图1详细说明根据本发明的图像显示装置的例子。

具有电子源的后板20包含后侧基板1、根据视频信号被施加电势的x方向布线9(信号线)、x方向布线9之上的绝缘膜(未示出)和被设置为与x方向布线9交叉并根据扫描信号被施加电势的y方向布线11(扫描线)。与x方向布线9和扫描线的y方向布线11连接的电子发射器件23在y方向布线11(扫描线)和x方向布线9的交点上形成。端子D0x1、D0x2、...、D0x(m-1)和D0xm与驱动电路25连接，以向x方向布线9施加电压。端子D0y1、D0y2、...、D0y(m-1)和D0ym与驱动电路25连接，以向y方向布线11施加电压。

面板21和后板20被配置为对置并由侧壁24密封。密封的内部空间中的压力被降至约10Pa～5Pa(以下，称为“真空状态”)。

以下说明根据本发明的图像显示装置的驱动方法。

在图1所示的图像显示装置中，驱动电路25具有用于控制施加到x方向布线9和y方向布线11上的电势的控制电路和用于控制向金属膜19施加加速电压的电势的另一控制电路。驱动电路25通过高压端子H_V向金属膜19供给电势。

图1所示的图像显示装置一般由简单的矩阵驱动系统(线扫描模式)驱动。

每次整个屏幕被扫描一次每个扫描线的选择时间比被定义为“选择时间占空比(selection time duty)”。每次整个屏幕被扫描一次向一个像素施加电子束的时间比率被定义为“照射时间占空比”。

例如，如果具有240个扫描线的图像显示装置被简单的矩阵驱动系统驱动，那么每次整个屏幕被扫描一次每个扫描线的选择时间占空比为1/240(≈0.21％)。例如，如果刷新频率为60Hz，那么最大选择时间为约69.4微秒。

另一方面，由于驱动电路25的延迟并且由于布线电容，因此实际施加电子束的持续时间比选择扫描线的持续时间短。结果，照射时间占空比变为比1/240小。

以较高的照射时间占空比驱动图像显示装置导致磷光体表面的温度升高，使得磷光体的发光特性劣化并导致磷光体不能得到本来的性能，结果不能获得令人满意的亮度特性。磷光体的劣化变成另一问题。施加到磷光体上的电荷量的增加加速磷光体的劣化，并且以高时间占空比(duty)施加电荷会进一步通过磷光体表面的温度升高的影响加速劣化。

在诸如本发明的这种在一个扫描周期中对一个像素提供的最大电荷密度为3×10^-8C/cm²或更大的条件下，照射时间占空比优选为1/240或更小。

当作为驱动条件的一个例子使用简单的矩阵驱动系统且扫描线数P为1080时，如果刷新频率F为60Hz，那么可在一个扫描周期内向一个扫描线施加信号的时间T的最大值为1/(F·P)或约15微秒。

如果施加到各个像素上的电流密度Je为2mA/cm²，那么单位面积提供的电荷密度Q[C/cm²]由Je×T表示，或者，在上述例子中为3×10^-8C/cm²。

对于向一个电子发射器件施加驱动电压以便以峰值亮度显示的情况，从在面板21中观察的电流值和用电子束照射的面积获得对一个像素提供的最大电流密度[A/cm²]。例如，如果从一个电子发射器件输出的电子电流值是1μA并且用电子束照射的面积是2×10^-4cm²，那么电流密度是5mA/cm²。

从以上关系可以看出，可向一个扫描线施加信号的时间T的最大值由扫描线数P和频率F限制，从而，如果扫描线数例如是768，那么时间T可延长。

实际中，考虑由布线电容和驱动器件导致的延迟确定最大时间T。如果扫描线数P是1080，那么最大时间T可短于15微秒。

图像显示的灰度显示(gradating)方法包括改变上述的时间T、电流密度J以及时间T和电流密度J两者的方法。

称为隔板(spacer)的构件可根据屏幕尺寸被插入面板21和后板20之间以使其间的距离保持恒定。

如上所述，本发明的图像显示装置能够增加亮度、延长寿命和加宽色再现区域。

虽然在上面的图1示出的图像显示装置中后板20的x和y方向布线9和11分别被用作信号线和扫描线，但x和y方向布线9和11可分别被用作扫描线和信号线。

[实施例]

以下参照特定的实施例详细说明本发明。

(第一实施例)

以下通过使用表面传导型电子发射器件对磷光体SrGa₂S₄:Eu进行评价。

在以下的实施例中，使用用于55英寸HD TV的具有1920个信号线和1080个扫描线的图像显示装置用于评价。图像元素的尺寸为635μm×635μm。在一个图像元素中形成三色像素。各个像素的尺寸为635μm×212μm。像素中的磷光体的发光区域或所谓的数值孔径取为30％。像素中的实质发光面积为约4×10^-4cm²。

在第一到第四实施例中，对所有的像素施加相同的磷光体。

黑色基质(black matrix)以条带状被涂敷在面板上，使得在玻璃基板上留有磷光体涂敷区域(30％的数值孔径)。随后，通过有机粘合剂变成糊剂的磷光体粒子通过丝网印刷被涂敷，被配置在黑色基质的孔径部分上并变干。

其次，进行成膜工艺。丙烯酸树脂被涂敷为使磷光体表面平滑，然后100nm厚的Al作为金属背被淀积。在形成金属背后，金属背在大气中在450℃的温度下被烘焙以去除丙烯酸树脂。

然后，制造具有电子发射器件的后板。

通过丝网印刷在玻璃基板上形成矩阵布线。在布线的交点上形成表面传导型电子发射器件。信号线数是1920，扫描线数是1080。

以形成器件电极和导电薄膜、形成通过导电变为电子发射部分的切口区域并然后执行活化处理的方式形成表面传导型电子发射器。

由此产生的面板和后板被相互对置，并且10kV的DC电压被施加到与金属背电连接的高压端子HV上。在这种状态中，脉冲电压被施加到后板的矩阵布线上以发射电子。施加到扫描线和信号线上的电压被设定，使得在器件电极两端施加18V的脉冲电压。使用60Hz的刷新频率和简单的矩阵驱动方法。在这种状态中，施加到一个像素上的电流是4μA，由此提供10mA/cm²的电流密度。通过改变输入信号的脉冲宽度的脉冲宽度灰度级方法来改变亮度。通过使用光谱辐射计评价发光亮度和色度坐标作为发光特性。

表1列出根据提供的电荷密度的变化、对于本实施例的磷光体SrGa₂Sr₄:Eu和常规的磷光体ZnS:Cu，Al的亮度测量的比较结果，假设当向面板的高压端子施加10kV的DC电压以便可向常规的磷光体提供3×10^-8C/cm²的电荷密度时，常规的磷光体的亮度的百分比取为100。

表1

发光亮度的相对比较

提供的电荷密度	1×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	3×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	5×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>
				SrGa<sub>2</sub>Sr<sub>4</sub>:Eu	34	103	171
ZnS:Cu，Al	44	100	142

与常规的磷光体ZnS:Cu，Al相比，在一个扫描周期中向磷光体SrGa₂Sr₄:Eu施加3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度实现了更高的亮度。根据电荷密度的变化，可从低亮度到高亮度表现亮度，从而实现优异的灰度级。

绿色在NTSC RGB的CIE(x，y)色度坐标中是(0.21，0.71)，磷光体ZnS:Cu，Al的发光颜色在CIE(x，y)色度坐标中是(0.26，0.61)。另一方面，在CIE(x，y)色度坐标中获得(0.26，0.68)的磷光体SrGa₂Sr₄:Eu的发光颜色，更接近NTSC RGB的绿色的CIE(x，y)色度坐标，这提供了能够表现更宽的色再现区域的绿色发光。

基于从最初状态过去30000小时后的亮度的降低率评价耐久性。结果，常规的磷光体ZnS:Cu，Al从最初亮度的降低率是8％，而磷光体SrGa₂Sr₄:Eu从最初亮度的降低率是1.5％，其寿命比常规的磷光体ZnS:Cu，Al长。

(第二实施例)

通过使用具有与第一实施例相同的表面传导型电子发射器的图像显示装置，对磷光体CaMgSi₂O₆:Eu进行评价。

表2列出根据提供的电荷密度的变化、对于本实施例的磷光体CaMgSi₂O₆:Eu和常规的磷光体ZnS:Cu，Al的亮度测量的比较结果，假设当向面板的高压端子施加10kV的DC电压以便可向常规的磷光体提供3×10^-8C/cm²的电荷密度时，常规的磷光体的亮度的百分比取为100。

表2

发光特性的相对比较

提供的电荷密度	1×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	3×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	5×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>
				CaMgSi<sub>2</sub>O<sub>6</sub>:Eu	33	102	170
ZnS:Ag，Cl	45	100	146

与常规的磷光体ZnS:Ag，Cl相比，在一个扫描周期中向磷光体CaMgSi₂O₆:Eu施加3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度实现了更高的亮度。根据电荷密度的变化，可从低亮度到高亮度表现亮度，从而实现优异的灰度级。

蓝色在NTSC RGB的CIE(x，y)色度坐标中是(0.140，0.080)，磷光体ZnS:Ag，Cl在CIE(x，y)色度坐标中是(0.15，0.05)。另一方面，在CIE(x，y)色度坐标中获得(0.15，0.04)的磷光体CaMgSi₂O₆:Eu的发光颜色，更接近NTSC RGB的蓝色的CIE(x，y)色度坐标，这提供了能够表现更宽的色再现区域的蓝色发光。

以与第一实施例相同的方式评价耐久性。结果，常规的磷光体ZnS:Ag，Cl从最初亮度的降低率是9％，而磷光体CaMgSi₂O₆:Eu从最初亮度的降低率是2％，其寿命比常规的磷光体ZnS:Ag，Cl长。

(第三实施例)

通过使用具有与第一实施例相同的表面传导型电子发射器的图像显示装置，对绿色磷光体Sr_0.9Ba_0.1Ga₂S₄:Eu、Sr_0.8Ba_0.2Ga₂S₄:Eu和Sr_0.7Ba_0.3Ga₂S₄:Eu进行评价。

磷光体的Eu浓度为Eu/(Sr+Ba)＝0.03。使用平均粒大小被调整为3μm的磷光体。10kV的DC电压被施加到面板的高压端子H_V上。以60Hz的刷新频率对亮度进行测量。

表3列出根据提供的电荷密度的变化、对于本实施例的绿色磷光体Sr_0.9Ba_0.1Ga₂S₄:Eu、Sr_0.8Ba_0.2Ga₂S₄:Eu和Sr_0.7Ba_0.3Ga₂S₄:Eu和常规的磷光体ZnS:Cu，Al的亮度测量的比较结果，假设当向面板的高压端子施加10kV的DC电压以便可向常规的磷光体提供3×10^-8C/cm²的电荷密度时，常规的磷光体的亮度的百分比取为100。

表3

发光特性的相对比较

提供的电荷密度	1×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	3×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	5×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>
				Sr<sub>0.9</sub>Ba<sub>0.1</sub>Ga<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu	35	105	178
Sr<sub>0.8</sub>Ba<sub>0.2</sub>Ga<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu	34	102	170
				Sr<sub>0.7</sub>Ba<sub>0.3</sub>Ga<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu	32	101	168
ZnS:Cu，Al	42	100	145

与常规的磷光体ZnS:Cu，Al相比，在一个扫描周期中向磷光体Sr_0.9Ba_0.1Ga₂S₄:Eu、Sr_0.8Ba_0.2Ga₂S₄:Eu和Sr_0.7Ba_0.3Ga₂S₄:Eu施加3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度实现了更高的亮度。

在CIE(x，y)色度坐标中获得(0.22，0.66)的磷光体的发光颜色，这提供了接近NTSC的绿色的CIE(x，y)色度坐标的发光颜色。

另外，通过使用磷光体Sr_0.8Ba_0.2Ga₂S₄:Eu执行相同的评价。结果，在CIE(x，y)色度坐标中获得(0.20，0.64)的磷光体Sr_0.8Ba_0.2Ga₂S₄:Eu的发光颜色，这实现了更宽的色再现区域。

并且，通过使用磷光体Sr_0.7Ba_0.3Ga₂S₄:Eu执行相同的评价。结果，在CIE(x，y)色度坐标中获得(0.17，0.62)的磷光体Sr_0.7Ba_0.3Ga₂S₄:Eu的发光颜色，这实现了更宽的色再现区域。

(第四实施例)

通过分别使用SrGa₂S₄:Eu、CaMgSi₂O₆:Eu和Y₂O₂S:Eu作为绿色、蓝色和红色磷光体，制造三原色图像显示装置。

图像显示装置的说明与第一实施例相同。

在以向面板的高压端子施加10kV的DC电压的状态驱动电子发射器件的同时，对磷光体的发光特性进行评价。以9300开尔文的白色色温为标准通过光谱辐射计测量白色的亮度。

表4列出根据提供的电荷密度的变化、对于本实施例的磷光体和常规的磷光体P22的亮度测量的比较结果，假设当向面板的高压端子施加10kV的DC电压以便可向常规的磷光体提供3×10^-8C/cm²的电荷密度时，常规的磷光体的亮度的百分比取为100。

表4

发光特性的相对比较

提供的电荷密度	1×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	3×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	5×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>
				本实施例的磷光体	40	110	178
常规的磷光体P22	47	100	139

与常规的磷光体P22相比，在一个扫描周期中向本实施例的磷光体施加3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度实现了更高的亮度。

计算可表示CIE(x，y)色度坐标中的绿色、蓝色和红色磷光体的发光颜色的色再现区域。可以看出，与由本实施例的磷光体提供的色再现区域增加为由常规的三色磷光体P22的组合提供的色再现区域的1.4倍。

本发明的磷光体的寿命为常规的磷光体P22的5倍，这就提供了比使用常规的磷光体P22的图像显示装置更耐久的图像显示装置。

通过使用Spindt电子发射器件作为后板的电子发射器件，测量图像显示装置的发光效率。结果，可以看出，获得的发光效率与使用表面传导型电子发射器件的本实施例相同。

(第五实施例)

通过分别使用SrGa₂S₄:Eu、CaMgSi₂O₆:Eu和CaAlSiN₃:Eu作为绿色、蓝色和红色磷光体，制造与第四实施例相同的三原色图像显示装置。

由此产生的面板和后板被相互对置，电子发射器件被驱动，其中面板的高压端子H_V经受10kV的DC电压，然后磷光体的发光特性被评价。以9300开尔文的白色色温为标准相互比较磷光体的发光效率。

表5列出根据提供的电荷密度的变化、对于本实施例的磷光体和常规的磷光体P22的亮度测量的比较结果，假设当向面板的高压端子施加10kV的DC电压以便可向常规的磷光体提供3×10^-8C/cm²的电荷密度时，常规的磷光体的亮度的百分比取为100。

表5

发光特性的相对比较

提供的电荷密度	1×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	3×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>	5×10<sup>-8</sup>C/cm<sup>2</sup>
				本实施例的磷光体	34	103	172
常规的磷光体P22	47	100	139

与常规的磷光体P22相比，在一个扫描周期中向本实施例的磷光体施加3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度实现了更高的亮度。

由本实施例的磷光体提供的色再现区域增加为由常规的三色磷光体P22的组合提供的色再现区域的1.5倍。

本实施例的磷光体实现了优异的移动图像特性和耐久性。

(第六实施例)

绿色和蓝色磷光体SrGa₂S₄:Eu和Sr₂P₂O₇:Eu被评价。磷光体Sr₂P₂O₇:Eu中的Eu浓度相对于Sr为0.015。相对于Sr，磷光体SrGa₂S₄:Eu中的Eu浓度为0.05。

10kV的DC电压被施加到具有这些磷光体的面板的高压端子H_V上。具有1×10^-8C/cm²～5×10^-8C/cm²的电荷密度的电子束被施加到磷光体上。结果，在一个扫描周期中向一个像素施加具有至少3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度的电子束提供优于常规的磷光体的发光特性。

(第七实施例)

通过使用磷光体Sr₃MgSi₂O₈:Eu作为蓝色磷光体制造面板。磷光体Sr₃MgSi₂O₈:Eu中的Eu浓度相对于Sr为0.03。

10kV的DC电压被施加到具有磷光体的面板的高压端子H_V上。具有1×10^-8C/cm²～5×10^-8C/cm²的电荷密度的电子束被施加到磷光体上。结果，在一个扫描周期中向一个像素施加具有至少3×10^-8C/cm²或更大的电荷密度的电子束提供优于常规的磷光体的发光特性。

(第八实施例)

使用结构与第一实施例中类似的图像显示装置，对数值孔径被调整和不被调整的情况进行比较。

各个像素的尺寸为635μm×212μm。在磷光体的发光区域不被调整的情况下，数值孔径是30％。

分别使用SrGa₂S₄:Eu、CaMgSi₂O₆:Eu和Y₂O₂S:Eu作为绿色、蓝色和红色磷光体。绿色、蓝色和红色磷光体的CIE(x，y)色度坐标是(0.264，0.686)、(0.149，0.042)和(0.656，0.337)。

在这些磷光体的组合的发光效率中，绿色大于红色，红色大于蓝色。当白平衡被设为9300开尔文的色温时，蓝色磷光体的发光效率限制亮度。

因此，通过在保持白平衡的同时减少亮度有余量的绿色磷光体的数值孔径并增加蓝色磷光体的数值孔径，改变孔径面积。

在图5中示出孔径的图案。当蓝色磷光体的孔径增加30％且绿色磷光体的孔径减少30％时亮度具有峰值。与数值孔径不被调整的情况相比，亮度增加30％，这使得能够维持白色平衡。

(第九实施例)

使用结构与第八实施例类似的图像显示装置。在图3A和图3B中示出的表面传导型电子发射器沿行(x)和列(y)方向被配置。红色、绿色和蓝色磷光体沿行方向以此次序被依次配置。表面传导型电子发射器的束剖面与图7所示的相同。射束的副方向与行方向一致，并且主方向与列方向一致。

如第八实施例那样，分别组合使用SrGa₂S₄:Eu、CaMgSi₂O₆:Eu和Y₂O₂S:Eu作为绿色、蓝色和红色磷光体。孔径面积被设定，使得保持9300开尔文的白平衡。

由此制造的图像显示装置表现出预定的亮度和白平衡。面板和后板可以以足够的精度被定位。

(第十实施例)

电子束激发图像显示装置以与第一实施例类似的方式被制造。磷光体SrGa₂S₄:Eu、CaMgSi₂O₆:Eu和Y₂O₂S:Eu分别被用作绿色、蓝色和红色磷光体。磷光体SrGa₂S₄:Eu和CaMgSi₂O₆:Eu达到最高亮度的发光中心浓度分别为约4.5at.％和3.5at.％。在这些磷光体被组合的情况下显示9300开尔文的白色所需要的亮度的蓝色稍有不足。因此，使用通过分别使CaMgSi₂O₆:Eu和SrGa₂S₄:Eu的Eu浓度为3.5at％和1at％抑制最大亮度的磷光体，以在提供的相同的电荷密度上显示所希望的白色。结果，可以获得能够在提供的相同的电荷密度上显示9300开尔文的白色的图像显示装置。

(第十一实施例)

以与第一实施例类似的方式制造电子束激发图像显示装置，该电子束激发图像显示装置分辨率与四分之一视频图形阵列(QVGA)对应并具有320个信号线和180个扫描线。

在磷光体屏中使用绿色磷光体SrGa₂S₄:EU。

装置以10kV的加速电压、每个像素1mA/cm²的电流密度和60Hz的刷新频率被逐步驱动(progressive driven)。装置以1/360(约46微秒的每次扫描每个像素的电子束施加时间)、1/240(约69微秒)和1/180(约92微秒)三种施加时间占空比(application time duty)被驱动的情况下的亮度的减半时间被评估。

如果装置以1/360的照射时间占空比被驱动的情况下的亮度的减半时间为100，那么1/240和1/180的施加时间占空比的相对值分别为66.7和43。

以1/360和1/240的施加时间占空比，可以获得适合亮度随施加到磷光体上的电荷量的增加而降低的Coulomb劣化的理论的寿命特性。另一方面，以1/180的照射时间占空比，亮度小于作为Coulomb劣化的理论特性的相对值50并进一步劣化。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些修改和等同结构和功能。

Claims (13)

1.一种图像显示装置，包括：

具有多个电子发射器件的后板，电子发射器件中的每一个发射电子；

与多个电子发射器件对置并具有磷光体的多个像素的面板，磷光体的每个像素被从电子发射器件中的相应的一个发射的电子照射以产生光；

用于扫描多个电子发射器件以从多个电子发射器件发射电子的驱动器，

其中，磷光体具有容许迁移型的材料的发光中心，并且

所述驱动器扫描多个电子发射器件，使得在一个扫描周期中在一个像素磷光体中施加的电荷密度的最大值等于或大于3×10^-8C/cm²。

2.根据权利要求1的图像显示装置，其中，多个电子发射器件以矩阵的方式排列，磷光体的多个像素以与多个电子发射器件对应的矩阵的方式排列，并且驱动器以线扫描模式扫描多个电子发射器件。

3.根据权利要求1的图像显示装置，其中，磷光体包含稀土金属作为发光中心。

4.根据权利要求3的图像显示装置，其中，磷光体包含二价的Eu或三价的Ce作为发光中心。

5.根据权利要求1～4中的任一项的图像显示装置，其中，磷光体包含硫化镓酸盐作为主材料。

6.根据权利要求1～4中的任一项的图像显示装置，其中，磷光体包含一种或更多种碱土金属作为主材料。

7.根据权利要求6的图像显示装置，其中，磷光体包含SrGa₂S₄:Eu或Sr_(1-X)Ba_XGa₂S₄:Eu作为发光中心和主材料的组合，其中，X大于0但不大于0.3。

8.根据权利要求1～4中的任一项的图像显示装置，其中，磷光体包含碱土金属硅酸盐作为主材料。

9.根据权利要求8的图像显示装置，其中，磷光体包含CaMgSi₂O₆:Eu作为发光中心和主材料的组合。

10.根据权利要求1或2的图像显示装置，其中，电子发射器件是表面传导型电子发射发射器。

11.一种图像显示装置的驱动方法，该图像显示装置包括：

具有多个电子发射器件的后板，各电子发射器件发射电子；

与多个电子发射器件对置并具有磷光体的多个像素的面板，磷光体的每个像素被从电子发射器件中的相应的一个发射的电子照射以产生光，其中，磷光体具有容许迁移型的材料的发光中心，该方法包括以下步骤：

扫描多个电子发射器件，以从多个电子发射器件发射电子，

其中，在扫描中，在一个扫描周期中在一个像素磷光体中施加的电荷密度的最大值等于或大于3×10^-8C/cm²。

12.根据权利要求11的方法，其中，多个电子发射器件以矩阵的方式排列，磷光体的多个像素以与多个电子发射器件对应的矩阵的方式排列，并且驱动器以线扫描模式扫描多个电子发射器件。

13.根据权利要求11或12的方法，其中，多个电子发射器件由脉冲宽度调制方法驱动。

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