CN100533647C - 电子发射显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能获得高效率的电子发射显示装置。在一个实施例中，该电子发射显示装置包括第一基板，面向该第一基板的第二基板，形成在第一基板上的电子发射单元，和在第二基板上具有图案化荧光层的发光单元。在这个实施例中，当从电子发射单元发射并且落在荧光层上的电子束的电子束斑的面积由A表示，并且对应该电子束斑的荧光层的面积由B表示时，面积A与面积B满足：0.9≤A/B≤1.4。

Description

电子发射显示装置

技术领域

本发明涉及电子发射显示装置，特别涉及具有高效率的电子发射显示装置。

背景技术

电子发射装置(例如，场发射体阵列(FEA)型发射装置，表面传导发射(SCE)型发射装置，金属-绝缘体-金属(MIM)型发射装置，和金属-绝缘体-半导体(MIS)型发射装置等)可用在电子发射显示装置中，且此电子发射显示装置利用从电子发射装置的电子发射区发射的电子显示所需图像。

电子发射显示装置包括：用来形成真空室(或容器)的第一基板和第二基板，提供在第一基板上的电子发射结构，和形成在第二基板上的荧光层，以及用于有效地加速从电子发射区朝向荧光层发射的电子的阳极。

从电子发射区发射的电子以电子束斑的形式落在第二基板上(更具体地说是落在荧光层上)。对落在第二基板上的每个电子束斑的面积进行控制以最小化(或减小或抑制)非正确色彩荧光层的发光。如果只通过考虑非正确色彩荧光层的发光来对电子束斑的面积进行控制，那么可以增大正确荧光层的外边界，以便即使是大面积的束斑也可以被使用，但是碰撞的强度可能由于这种增大而减弱，以致正确荧光层的一些部分不能发射足够的光。因此，实际用来发光的电流量可能会减小，以致亮度和发光效率都恶化。进一步，电子束斑与荧光层的面积比影响发光的均匀性。

由于电子束斑与荧光层的面积比会影响电子发射显示装置的亮度、发光效率和发光均匀性，因此面积比应该考虑这些因素来控制。

发明内容

本发明的一方面为提供一种电子发射显示装置，该装置可控制电子束斑与对应荧光层的面积比。

在本发明的一个实施例中，电子发射显示装置包括第一基板，面向该第一基板的第二基板，形成在第一基板上的电子发射单元，和在第二基板上具有图案化荧光层的发光单元。在这个实施例中，当从电子发射单元发射并落在荧光层上的电子束的电子束斑的面积由A表示，对应该电子束斑的荧光层的面积由B表示时，面积A与面积B满足：0.9≤A/B≤1.4。

在一个实施例中，当电子束斑的中心宽度由AW表示，并且对应该电子束斑的荧光层部分的中心宽度由BW表示时，宽度AW与宽度BW满足：0.95≤AW/BW≤1.4。

在一个实施例中，当电子束斑的中心长度由AH表示，并且对应该电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，长度AH与长度BH满足：0.95≤AH/BH≤1.2。

在一个实施例中，荧光层包括多个荧光层，并且电子束斑包括多个束斑，且荧光层被分别形成，以对应相应的电子束斑。

对于以上实施例中的一个或更多个，对电子束斑与荧光层的面积比值进行控制，以便即使用同样的电流量，也能够更有效地激发荧光层来发光，并且提高亮度。因此，能够提高由亮度与功耗之比限定的电子发射显示装置的发光效率。

此外，通过控制电子束斑与荧光层的面积比值，发光均匀性被提高，因此，电子发射显示装置的显示特性进一步被提高。

附图说明

附图与说明书一起图示本发明的示例性实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。

图1是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部分解透视图；

图2是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部剖面图；

图3是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部平面图，示意性图示带有荧光层和黑层的第二基板，并且电子束斑落于其上；和

图4是图示作为A/B的值的函数的电子发射显示装置的发光效率的曲线图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过图示的方式示出和描述本发明的一些实施例。本领域技术人员应该理解，所描述的实施例可以以各种方式修改，而都不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和描述本质上是示例性的，而不是限制性的。

图1是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部分解透视图，并且图2是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部剖面图。图3是根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部平面图，示意性图示带有荧光层和黑层的第二基板，并且电子束斑落在其上。

如图1、图2和图3所示，电子发射显示装置包括彼此平行设置的其间带有内部空间的第一基板2和第二基板4。电子发射结构(电子发射单元)提供在第一基板2上，并且发光结构(发光单元)提供在第二基板4上，以由于电子发射可见光线而显示图像。

具体地，阴极(或第一电极)6沿第一基板2的方向(即沿图1、图2和图3的y轴方向)被条形图案化在第一基板2上，并且第一绝缘层8形成在第一基板2的整个表面上，同时覆盖阴极6。栅极(或第二电极)10穿过(或垂直)阴极6(沿图1和图3的x轴方向)被条形图案化在第一绝缘层8上。

在本实施例中，一个以上的电子发射区12形成在阴极6上，在阴极6与栅极10的交叉区域处。开口部分8a和10a对应相应的电子发射区12分别形成在第一绝缘层8和栅极10上，以露出第一基板2上的电子发射区12。

电子发射区12形成有在电场的作用下发射电子的材料。在一个实施例中，这种材料是含碳材料和/或纳米级的材料。在一个实施例中，电子发射区12形成有碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、金刚石状碳、C₆₀、硅纳米线或其组合。电子发射区12可以通过丝网印刷、直接生长、化学汽相沉积和/或溅射形成。

在图1、图2和图3中，图示电子发射区12以圆形形状形成，并且在阴极6与栅极10的交叉区域沿阴极6的径向方向线性排列。然而，电子发射区12的形状、数量和/或排列并不局限于图1、图2和图3中所示的实施例，而是可以按照各种合适的方式改变。

此外，以上解释了栅极10设置在阴极6之上，同时在它们之间插入第一绝缘层8。然而，阴极可替代地设置在栅极之上，绝缘层在它们之间。在这种替代情况下，电子发射区可以接触绝缘层上相应阴极的侧边。

返回参照图1、图2和图3，第二绝缘层14和聚焦电极16形成在栅极10和第一绝缘层8上。开口部分14a和16a也分别形成在第二绝缘层14和聚焦电极16处，以通过电子束。例如，开口部分14a和16a以一对一的方式对应阴极6和栅极10相应的交叉区域被提供，以共同聚焦所发射的电子。聚焦电极16与电子发射区12之间的高度差越大，聚焦效果越明显。因此，在一个实施例中，第二绝缘层14的厚度设置为厚于(或大于)第一绝缘层8的厚度。

聚焦电极16形成在第一基板2的整个表面上。此外，聚焦电极16可以形成有涂覆在第二绝缘层14上的导电膜，或具有开口部分16a的金属板。

具有红色荧光层18R、绿色荧光层18G和蓝色荧光层18B的荧光层18形成在第二基板4面向第一基板2的表面上，同时这三个荧光层彼此以特定距离分隔开。黑层20形成在各个荧光层18之间，以提高屏幕对比度。

在图1、图2和图3中图示了荧光层18以一对一的方式对应阴极6和栅极10的交叉区域被放置，并且黑层20形成在除了荧光层18的区域之外的整个非发光区域。然而，本发明并不局限于此，荧光层和黑层可以图案化为各种合适的形状，例如条形形状。

含有诸如铝的金属材料的阳极22形成在荧光层18和黑层20上。阳极22接收加速来自电子发射区12的电子束所需的高电压，并且将从荧光层18射出的可见光线反射至朝向第二基板4的第一基板2，从而提高屏幕亮度。

可替代地，阳极可以形成有诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料，而不是金属材料。在这种替代的情况下，阳极设置在荧光层和黑层直接朝向第二基板的表面上(即阳极位于第二基板和荧光层之间)，并且图案化有多个部分。

分隔器26设置在第一基板2和第二基板4之间，在其外围使用诸如玻璃粉之类的密封件彼此密封。第一基板2和第二基板4之间的内部空间被排空成真空状态(或形成真空)，由此构成电子发射显示装置。分隔器26设置在黑层20所处的非发光区域。

为了驱动上述结构的电子发射显示装置，电压(可以预先设定)施加到阴极6、栅极10、聚焦电极16和阳极22上。例如，扫描信号电压施加到阴极6(或栅极10)上，并且数据信号电压施加到栅极10(或阴极6)上。数伏到数十伏的负(-)直流电压施加到聚焦电极16上，并且数百伏到数千伏的正(+)直流电压施加到阳极22上。

当阴极6与栅极10之间的电压差超过门限值时，电场形成在电子发射区12周围，并且电子e^-从电子发射区12发射出来。所发射的电子被排斥力聚集，同时穿过聚焦电极16。这些电子随后被施加到阳极22上的高电压吸引，以碰撞(或落在)荧光层18，形成电子束斑24。

电子束斑24是指已落在荧光层18和与荧光层18相邻的黑层20上的电子束。

在本实施例中，落在荧光层18上的电子束斑24的面积A，和对应电子束斑24的荧光层18的面积B具有一定的尺寸，其可以被最优化。对应电子束斑24的荧光层18的面积B，表示被形成为对应落于其上的电子束斑24的荧光层18的部分的面积。

在本实施例中，由于荧光层18分别形成，以对应阴极6和栅极10的相应的交叉区域，所以对应于电子束斑24的荧光层18的面积与荧光层18的面积一致。对应于电子束斑的荧光层的面积根据荧光层的布置和形状有所不同，并且本发明并不局限于此。

在本实施例中，电子束斑24的面积A，和对应的荧光层18的面积B被确定为满足下面的比值范围1：

0.9≤A/B≤1.4            (1)

当A/B的值小于0.9时，在荧光层18的所有面积中的电子束斑24的降落面积减小，以致用来发光的荧光层18的面积减小。也就是说，荧光层18的一大部分不发射可见光，并且电子束斑24的面积减小，以致发光均匀性也恶化。

当A/B的值超过1.4时，电子束斑24的面积增大，以致落在荧光层18上的电子量减少(即电子束的强度减小)，因此恶化了亮度。

因此，A/B的值被确定为在0.9到1.4的范围内，以便电子发射显示装置的亮度被提高，因此，由亮度与功耗之比限定的效率被提高。此外，发光均匀性被改善。

对于根据本发明的电子发射显示装置，满足上述条件的每个电子束斑24的面积和对应的荧光层18的面积可以以各种方式提出。例如，可以对聚焦电极16的开口尺寸或者施加到聚焦电极16上的电压进行控制，从而控制相应电子束斑24的面积。荧光层18的形状和面积可以考虑电子束斑24的面积进行设计。

此外，对于本实施例的电子发射显示装置，电子束斑24的中心长度AH和中心宽度AW，根据对应电子束斑24的荧光层18部分的中心长度BH和中心宽度BW进行设计。

电子束斑24的中心长度AH是在电子束斑24的中心上测量的电子束斑24的纵向尺寸(或长的宽度)，并且电子束斑24的中心宽度AW是在电子束斑24的中心上测量的电子束斑24的横向尺寸(或短的宽度)。荧光层18的中心长度BH是在被形成为对应落于其上的电子束斑24的荧光层18的部分的中心上测量的荧光层18的纵向尺寸(或长的宽度)，并且荧光层18的中心宽度BW是在被形成为对应落于其上的电子束斑24的荧光层18部分的中心上测量的荧光层的横向尺寸(或短的宽度)。

在本发明的一个实施例中，因为电子束斑24的面积A和对应的荧光层18的面积B即使满足上述比值范围1，那么当中心宽度AW与中心宽度BW之差太大，和/或中心长度AH与中心长度BH之差太大时，用来激发荧光层18的电子量仍然会减少，所以要确定中心宽度AW与中心宽度BW的比值范围以及中心长度AH与中心长度BH的比值范围。

这样，电子束斑24的中心宽度AW和对应的荧光层18的中心宽度BW确定为满足下面的比值范围2：

0.95≤AW/BW≤1.4           (2)

电子束斑24的中心长度AH和对应的荧光层18的中心长度BH被确定为满足下面的比值范围3：

0.95≤AH/BH≤1.2              (3)

当AW/BW与AH/BH的值小于0.95时，发光均匀性可能恶化。相反，当AW/BW的值超过1.4或AH/BH的值超过1.2时，用来激发荧光层18的电子量减少，以致亮度可能降低。也就是说，这种范围是通过考虑提高发光均匀性、亮度和发光效率来决定的。

当比值范围2和比值范围3的条件被满足时，电子束斑24的面积A和对应的荧光层18的面积B需要分开确定，以满足比值范围1的条件。这是因为不同于图1、图2和图3，本发明的一些实施例的电子束斑24的形状可能不是矩形。

并且，参照图1、图2和图3，如果对应每个电子束斑24的荧光层18的部分一般为矩形结构，那么电子束斑24的中心宽度AW和荧光层18的中心宽度BW，实际上比电子束斑24的中心长度AH和荧光层18的中心长度BH更影响亮度。就此而论，确定AW/BW的值与AH/BH的值，以便它们彼此不同。

现在将参照一些示例更详细地描述本发明的一些实施例。然而，这些示例只是举例说明本发明，本发明并不局限于此。

示例

图4是图示作为A/B的值的函数的对于几个电子发射显示装置的发光效率的曲线图。

如图4所示，与A/B的值小于0.9或大于1.4的情况相比，当A/B的值在0.9到1.4的范围内时，发光效率较高。也就是说，对于根据本发明实施例的电子发射显示装置，发光效率可以通过控制电子束斑的面积以及对应的荧光层的面积来提高。

在下面的示例中，具有150μm的中心宽度BW和450μm的中心长度BH的矩形荧光层对应于阴极与栅极的相应的交叉区域形成。在改变电子束斑的中心宽度AW为120μm，150μm，180μm，和215μm的同时，亮度和发光效率被测量，并且测量结果在表1中列出。电子束斑的中心长度AH保持在450μm。

表1

 

	AW(μm)	AW/BW的值	亮度(lm)	发光效率(lm/W)
					示例1	150	1.000	252	5.21
示例2	180	1.200	236	4.88
					对比示例1	90	0.600	121	2.50
对比示例2	120	0.800	157	3.24
					对比示例3	215	1.433	145	3.00

如表1所示，与根据对比示例1、对比示例2和对比示例3的电子发射显示装置相比，根据示例1和示例2的AW/BW的值在0.95到1.4的范围之内的每个电子发射显示装置都具有较高的亮度和较高的发光效率。

具有150μm的中心宽度BW和450μm的中心长度BH的每个矩形荧光层，对应于阴极和栅极的相应的交叉区域的位置形成在第二基板上。在改变电子束斑的中心高度AH分别为390μm，405μm，450μm，540μm和555μm的同时，亮度和发光效率被测量，并且测量结果在表2中列出。电子束斑的中心宽度AW保持为150μm。

表2

 

	AH(μm)	AH/BH	亮度(lm)	发光效率(lm/W)
					示例3	450	1.000	252	5.21
示例4	540	1.200	230	4.80
					对比示例4	390	0.867	182	3.76
对比示例5	405	0.900	203	4.19
					对比示例6	555	1.233	152	3.14

如表2所示，与根据对比示例4、对比示例5和对比示例6的电子发射显示装置相比，根据示例3和示例4的具有AH/BH值在0.95到1.2范围内的每个电子发射显示装置，都具有较高的亮度和较高的发光效率。

以上解释了荧光层被分别形成，以对应阴极和栅极的相应交叉区域，但本发明并不局限于此。也就是说，荧光层可以是条形图案化的。在这种情况下，在电子束斑落在荧光层那部分的基础上，应该满足前面确定的条件。

此外，本发明是参照电子发射区形成有在电场的施加下发射电子的材料的FEA型电子发射装置解释的，但本发明并不局限于此。也就是说，本发明的结构可以按照各种合适的方式应用于其它类型的电子发射显示装置。

虽然联系某些示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明意在覆盖包含在所附权利要求及其等效物的精神和范围内的各种修改。

Claims (14)

1、一种电子发射显示装置，包括：

第一基板；

面向该第一基板的第二基板；

形成在第一基板上的电子发射单元；和

在第二基板上具有图案化荧光层的发光单元；

其中当从电子发射单元发射并落在荧光层上的电子束的电子束斑的面积由A表示，并且对应该电子束斑的荧光层的面积由B表示时，该面积A与面积B满足：

0.9≤A/B≤1.4。

2、如权利要求1所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的中心宽度由AW表示，并且对应所述电子束斑的荧光层部分的中心宽度由BW表示时，该宽度AW与宽度BW满足：

0.95≤AW/BW≤1.4。

3、如权利要求1所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的中心长度由AH表示，并且对应所述电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，该长度AH与长度BH满足：

0.95≤AH/BH≤1.2。

4、如权利要求1所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的中心宽度由AW表示，对应所述电子束斑的荧光层部分的中心宽度由BW表示，所述电子束斑的中心长度由AH表示，对应所述电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，该宽度AW与宽度BW以及该长度AH与长度BH满足：

0.95≤AW/BW≤1.4，并且0.95≤AH/BH≤1.2。

5、如权利要求1所述的电子发射显示装置，其中所述荧光层包括多个荧光层，并且所述电子束斑包括多个电子束斑，而且其中所述荧光层被分别形成，以对应所述相应的电子束斑。

6、如权利要求1所述的电子发射显示装置，其中所述电子发射单元包括多个第一电极和与第一电极绝缘的多个第二电极，其中所述电子发射单元进一步包括电连接到第一电极的多个电子发射区。

7、如权利要求6所述的电子发射显示装置，进一步包括形成在所述第一电极和第二电极之上同时借助于绝缘层与所述第一电极和第二电极绝缘，并具有用于穿过所述电子束的开口部分的聚焦电极。

8、如权利要求6所述的电子发射显示装置，其中所述电子发射区形成有包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、金刚石状碳、C₆₀和硅纳米线中的一种或多种的材料。

9、一种电子发射显示装置，包括：

第一基板；

面向该第一基板的第二基板；

形成在第一基板上的电子发射单元；和

在第二基板上具有图案化荧光层的发光单元；

其中当从所述电子发射单元发射并落在荧光层上的电子束的电子束斑的中心宽度由AW表示，并且对应该电子束斑的荧光层部分的中心宽度由BW表示时，该宽度AW与宽度BW满足：

0.95≤AW/BW≤1.4。

10、如权利要求9所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的中心长度由AH表示，并且对应所述电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，该长度AH与长度BH满足：

0.95≤AH/BH≤1.2。

11、如权利要求9所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的面积由A表示，并且对应所述电子束斑的荧光层的面积由B表示时，该面积A与面积B满足：

0.9≤A/B≤1.4。

12、如权利要求11所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的中心长度由AH表示，并且对应所述电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，该长度AH与长度BH满足：

0.95≤AH/BH≤1.2。

13、一种电子发射显示装置，包括：

第一基板；

面向该第一基板的第二基板；

形成在第一基板上的电子发射单元；和

在第二基板上具有图案化荧光层的发光单元；

其中当从所述电子发射单元发射并落在荧光层上的电子束的电子束斑的中心长度由AH表示，并且对应该电子束斑的荧光层部分的中心长度由BH表示时，该长度AH与长度BH满足：

0.95≤AH/BH≤1.2。

14、如权利要求13所述的电子发射显示装置，其中当所述电子束斑的面积由A表示，并且对应该电子束斑的荧光层的面积由B表示时，该面积A与面积B满足：

0.9≤A/B≤1.4。

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