CN101170041A - 场发射显示器 - Google Patents

Abstract

本发明一种场发射显示器，其包括：一含有一荧光粉层与一阳极的上基板、一下基板、至少一含有一平台部分与至少一突出部分的阴极、一具有开孔或沟槽图样的绝缘层、至少一位于具有开孔或沟槽图样的绝缘层上方的闸极、以及至少一位于阴极的突出部分上方的电子发射体。其中，阴极位于下基板上方，具有开孔或沟槽图样的绝缘层位于阴极的平台部分上方，且绝缘层的图样具有至少一开孔或至少一沟槽。本发明阴极的平台部分与突出部分具有不相同高度，且阴极的突出部分是位于具有开孔或沟槽图样的绝缘层开孔内。通过此，本发明可改善电子发射不均，以增加画面亮度的均匀性及提升色彩对比。

Description

场发射显示器

技术领域

本发明一种场发射显示器，尤指一种适用于侧向型发射的场发射显示器。

背景技术

显示器在人们现今生活中的重要性日益增加，除了使用计算机或因特网外，电视机、手机、个人数字助理(PDA)、数字相机等，均须透过显示器控制来传递讯息。相较于传统映像管显示器，新世代的平面显示器具有重量轻、体积小、及符合人体健康的优点，但其视角、亮度、功率消耗等问题仍有改善的空间。

在众多新兴的平面显示器技术中，场发射显示器(field emissiondisplay，FED)不仅拥有传统映像管高画质的优点，且相较于液晶显示器的视角不清、使用温度范围过小、及反应速度慢而言，场发射显示器具有高制成率、反应时间迅速、良好的协调显示性能、超过100ftL的高亮度、轻薄构造、宽广视角、工作温度范围大、高行动效率、及良好的偏斜方向辨认性等优点。

此外，FED使用时不需背光模块，所以即使在户外阳光下使用，依然能够提供优异的亮度表现。随着纳米科技的发展，促使FED拥有崭新的电子发射组件的材料，而形成目前热门的研发方向。纳米碳管型的场发射显示器，其主要是利用纳米碳管尖端放电的原理，而取代现有寿命短暂且制作不易的电子尖端发射组件。因此，目前FED已被视为相当有机会与液晶显示技术竞争，甚至将其取代的新显示技术。

场发射显示器的工作原理与传统阴极映像管相似，须在低于10-6 torr的真空环境下利用电场将阴极尖端的电子拉出，并且在阳极板正电压的加速下，撞击阳极板的荧光粉而产生发光(Luminescence)现象。因此，电场的强弱会直接影响阴极放射出的电子数量，亦即电场越大阴极放射出的电子数量越多。相对地，当电场强弱分布不均时，将造成电子发射分布不均的问题，如此即导致场发射显示器的画面亮度不均、对比度低、及产品良率不佳等缺点，进而影响成像品质。

由于场发射显示器的每一个画素皆各自拥有对应的场发射数组，且电子发射组件是在阴极与闸极间的外加偏压下发射出电子，因此，如何准确地控制阴极与闸极间距离并且维持每个画素的阴极与闸极间的外加偏压大小一致，以使电子放射基板能均匀地发射出电子，将是目前以低成本的印刷制程技术制造场发射显示器尚待突破的课题。

所以，目前亟需一种可均匀地发射出电子的场发射显示器，以改善现有低成本的场发射显示器因电子发射不均匀造成的画面亮度不均、对比度低、及产品良率不佳等问题。

发明内容

本发明提供一种场发射显示器，其  可控制电子发射体与闸极位于同一高度，以改善电子发射不均的问题，并且增加画面亮度的均匀性及色彩的对比度。此外，上述本发明结构改良可简化制程且能控制较佳的产品良率，即可降低场发射显示器的制造成本。

本发明提供一种场发射显示器，其包括有一含有一荧光粉层与一阳极的上基板、一下基板、至少一含有一平台部分与至少一突出部分的阴极、一具有开孔图样的绝缘层、至少一位于具有开孔图样的绝缘层上方的闸极、以及至少一位于阴极的突出部分上方的电子发射体。

其中，本发明的阴极位于下基板上方，具有开孔图样的绝缘层位于阴极的平台部分上方，且绝缘层的图样具有至少一开孔。另外，本发明阴极的平台部分与突出部分具有不相同高度，且阴极的突出部分是位于具有开孔图样的绝缘层开孔内。通过此，本发明场发射显示器可准确地控制施加于阴极与闸极间的电压差的变化，所以在指定的时间每个电子发射体可准确地射出电子，以改善电子发射不均的问题，并且增加画面亮度的均匀性及提升色彩对比度。

于本发明场发射显示器中，其绝缘层的开孔排列方式无限制，较佳可排列成一M×N的矩阵图形，且M及N皆为一大于零的整数。本发明绝缘层开孔所排列的矩阵图形亦无限制其形状，较佳可为四方形、圆形、多边形、或椭圆形。另外，除了上述矩阵图形的开孔图样外，本发明绝缘层的开孔图样亦可为至少一沟槽，且沟槽的排列方式较佳可平行排列于阴极平台部分的上方。

此外，本发明阴极的突出部分填充于具有开孔图样的绝缘层开孔内的高度无限制，且阴极突出部分较佳可填满于该具有开孔图样的绝缘层开孔内。于一较佳具体例中，本发明绝缘层表面与阴极的突出部分表面是具有相同高度或近乎相同高度。

由于本发明电子发射体是位在阴极突出部分的上方，且闸极是位于具有图样的绝缘层上方，所以当本发明阴极突出部分的表面等高于绝缘层表面时，即表示本发明的电子发射体与闸极可位于同一高度，可以避开一般印刷制程高度均匀性掌握不佳的问题。因此，本发明可准确地控制电子发射体与闸极两者高度及两者间的驱动距离(driving distance)，使本发明的电子发射体可采取侧向型发射方式(side emission)，以精确地控制施加于阴极与闸极间的电压差的变化，进而提升每个电子发射体的电子发射均匀性。

再者，于本发明场发射显示器中，阴极所包含的平台部分与突出部分可为一相同的导电材料、或分别为不相同的导电材料。本发明阴极的平台部分与突出部分的对应数目无限制。一较佳具体例中，本发明阴极的一个平台部分可对应有多数个突出部分；且另一较佳具体例中，本发明阴极的一个平台部分可对应有一个突出部分。

此外，本发明所使用的闸极可为现有任一种场发射显示器适用的闸极，较佳可为多数个闸极、或整合为一体的闸极板。其中，在此所提及的多数个闸极可为任何形状的环状闸极，且以一对一或一对多的对应关是而相对于本发明的多数个电子发射体。

为了有效地聚集电子发射体所发射出的电子，并且隔绝上基板电极的高电场对下基板电极的影响，本发明场发射显示器可更包括至少一具有多数个孔洞的电子聚焦板，其位于上基板与下基板之间，以提升场发射显示器的画素亮度且使场发射显示器的电路更易于控制。

另外，本发明介于上基板与下基板之间电子聚焦板的数目无限制。事实上，电子聚焦板可视制程需求而调整其位置或其层间数目。此外，本发明电子聚焦板所含有的多数个孔洞其排列方式无限制，较佳为排列成一M×N的矩阵图形，其中M及N皆个别为一大于零的整数。本发明电子聚焦板所含有的孔洞形状无限制，较佳可为四方形、圆形、多边形、或椭圆形。于本发明的一较佳态样中，本发明电子聚焦板所含有的多数个孔洞是恰巧对应于本发明绝缘层所含有的开孔图样。

再者，于本发明电子聚焦板所提及的孔洞中，其孔洞开口直径与内缘直径大小无限制。其内缘直径与孔洞开口直径可为相等、或不相等。

此外，本发明所述电子聚焦板的材料可为任一种材料，较佳为一金属材料或一合金，更佳为一具有电子放大功效的材料，例如银镁合金、铜铍合金、铜钡合金、金钡合金、金钙合金、钨钡金合金、及前述组合；或者由铍氧化物、镁氧化物、钙氧化物、锶氧化物、钡氧化物、及前述组合，以增加激发荧光粉体的电子数目，整体提升画素的亮度与色彩对比。

本发明场发射显示器可应用于现有任一种场发射显示器中，较佳可为一纳米碳管型(Carbon Nanotube，CNT)的场发射显示器。本发明所使用的电子发射体可为现有任何可发射电子的材料，较佳可包含一含碳化合物(carbon-based material)，且此含碳化合物可选自由石墨、钻石、类钻石结构的碳(diamond-like carbon)、纳米碳管、碳六十、及其组合所组成的羣组。一较佳具体例中，本发明是使用一纳米碳管材料作为一电子发射体，即为一种纳米碳管型(Carbon Nanotube，CNT)的场发射显示器。

此外，本发明场发射显示器的上基板可更包括一遮光层，且该遮光层可密接于荧光粉层旁，以用来遮除漏光或增加对比。本发明场发射显示器的下基板可更包含至少一开关组件，其是连接于本发明的至少一阴极，以主动驱动阴极突出部分的电子发射体。其中，本发明在此所提及的开关组件可为现有任何主动或被动驱动式开关组件，较佳可为薄膜晶体管(TFT)、薄膜二极管、或矩阵扫描驱动电路。

本发明的场发射显示器通过由准确地控制电子发射体与闸极两者高度及两者间的驱动距离(driving distance)，不仅可提升电子发射的均匀性且亦提高产品良率的外，可达到市场竞争的优势。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的场发射显示器的示意图；

图2是本发明一较佳实施例的场发射显示器的示意图；

图3是本发明一较佳实施例的场发射显示器的示意图。

【主要组件符号说明】

100、200、300场发射显示器   110、210、310上基板

111、211、311透明面板       112、212、312阳极

113、213、313遮光层         114、214、314荧光粉层

120、220、320下基板         121、221、321底部基板

122、222、322阴极           123、223、323绝缘层

124、224、324电子发射体     125、225、325闸极

1221、2221、3221平台部分    1222、2222、3222突出部分

230、330电子聚焦板          331第二绝缘层

具体实施方式

实施例一

请参阅图1，图1为本发明一较佳具体实施例的场发射显示器100，其主要包括一含有透明面板111、阳极112、遮光层113、与荧光粉层114的上基板110；以及一下基板120。其中，本例的荧光粉层114为一荧光或其它发光材料，透明面板111为一玻璃、或其它透明材料为主的材料，且阳极112为一氧化铟锡、或氧化铟锌等透明导电材料。

如图1所示，本实施例的下基板120包括有：底部基板121、阴极122、具有圆形矩阵开孔的绝缘层123、电子发射体124、与闸极125，其中绝缘层123为一氧化铝或氧化镁料材，且电子发射体124为一纳米碳管材料。

本例的阴极122是披覆于底部基板121之上，且其包含有一平台部分1221与多数个突出部分1222，其中平台部分1221与突出部分1222的材料皆为一导电金属材。

此外，阴极122的突出部分1222是恰巧填满于绝缘层123的圆形开孔内，所以，本例中平台部分1221上方的绝缘层123表面与阴极122的突出部分1222表面是具有相同的高度。请参阅图1所示，本例的圆环形闸极125是位于绝缘层123上方，且电子发射体124是位于阴极突出部分1222的上方，因此，本实施例的电子发射体124与闸极125具有相同的高度。

其中，本例是通过由控制施加于阴极122与闸极125的电压差的变化，以控制每个电子发射体124在指定的时间发射出电子。并且，电子发射体124发射出的电子会受到上基板110及下基板120间的电位差的影响，而由下基板120往上基板110的方向加速移动。当电子撞击到上基板110的荧光粉层114时，会和荧光材料发生反应而产生可见光，则产生的可见光会穿透此透光面板111至外部，进而由人眼所看见。

本例场发射显示器100的上基板110制程方法，可为现有任何制备场发射显示器上基板的方法，而下基板120的制程中，是先以传统网印方式制备阴极122的平台部分1221与绝缘层123，接着制备阴极122的突出部分1222，以使突出部分1222填满于绝缘层123的开孔内，最后，实施一平坦化制程于该绝缘层123与阴极突出部分1222的表面，以使绝缘层123与阴极突出部分1222的表面具有相同的高度。

因本发明的结构特色，所以相较于现有制程，本例下基板120的制程方式较为简便，即可达到降低制造成本的目的。

请注意，本发明场发射显示器的制备方法可不限制，较佳可采用现有任何场发射显示器的制备方法，例如：网印、溅镀、涂布、微影、或蚀刻等制程，以形成一具有本发明结构的场发射显示器。

实施例二

请参阅图2，图2为本发明一较佳具体实施例的场发射显示器200的示意图，其主要包括有上基板210、下基板220、及电子聚焦板230。其中，本实施例上基板210与下基板220的结构是相同于实施例一所示的内容，其差异仅在于两基板210、220中有一层具有多数个圆形孔洞的电子聚焦板230，其它结构皆相似于图1的场发射显示器100。

其中，本例的电子聚焦板230为一具有电子放大功效的镍铁或银镁合金材，且其具有的多数个圆形开口的孔洞是恰巧对应于下基板220绝缘层223所含有的圆形开孔图样。另外，本例的电子聚焦板230被施加一外加负电场，以提升聚集电子发射体224发射出电子的功效，并且隔绝上基板210中阳极212高电场对下基板220电极的影响。

如图所示，本例电子聚焦板230所包含的孔洞为一内缘直径与孔洞开口直径不相等的孔洞，且所形成的孔洞壁面形状是由一凹面朝上的圆面与一凹面朝下的圆面组合而成，其中凹面朝上与凹面朝下的圆面面积是不相等。

请注意，虽然本实施例电子聚焦板230的孔洞形状为圆形，且其孔洞内缘直径与开口直径并不相等，但本发明电子聚焦板230的孔洞形状与其形成的壁面应不限于本实施例所述的范围。

实施例三

请参阅图3，图3为本发明一较佳具体实施例的场发射显示器300的示意图，其主要包括有上基板310、下基板320、复数层电子聚焦板330、及复数层夹置于电子聚焦板330间的第二绝缘层331。

本实施例场发射显示器300的结构是相同于实施例二所示的内容，其差异仅在于两基板310、320中有三层具有多数个圆形孔洞的电子聚焦板330、及两层夹置于电子聚焦板330间的第二绝缘层331的外，其它结构皆相似于图2所示的场发射显示器200。其中，该夹置于电子聚焦板330间的第二绝缘层331是用以稳定多层电子聚焦板330的结构，使其不易歪斜。

基于上述本发明实施例的场发射显示器结构，本发明场发射显示器可提升每个画素的电子发射均匀性，并且通过由电子聚焦板可增加激发荧光粉体的电子数目，以整体提升画素的亮度与色彩对比。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (21)

1.一种场发射显示器，其特征在于包括：

一上基板，是包含一荧光粉层与一阳极；

一下基板；

至少一位于该下基板上方的阴极，是包含一平台部分与至少一突出部分，其中该平台部分与该突出部分是具有不相同高度；

一具有开孔图样的绝缘层，是位于该阴极的平台部分的上方，其中该绝缘层的图样是具有至少一开孔；

至少一闸极，是位于该具有开孔图样的绝缘层的上方；以及

至少一电子发射体，是位于该阴极的突出部分的上方；

其中，该阴极的突出部分是位于该具有开孔图样的绝缘层开孔内。

2.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该开孔是排列成一M×N的矩阵图形，且M及N皆个别为一大于零的整数。

3.如权利要求2所述的场发射显示器，其特征在于，所述该开孔的形状是选自下列羣组至少其一：四方形、圆形、多边形、椭圆形、及其组合。

4.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该开孔为一沟槽。

5.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该阴极的突出部分是填满于该具有开孔图样的绝缘层开孔内。

6.如申请专利范围第4项所述的场发射显示器，其特征在于，所述该绝缘层的表面与该阴极突出部分的表面是具有相同高度或近乎相同高度。

7.如权利要求5所述的场发射显示器，其特征在于，所述该闸极与该电子发射体是位于同一高度。

8.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该阴极所包含的该平台部分与该突出部分为一相同的导电材料。

9.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该阴极所包含的该平台部分与该突出部分是分别为不相同的导电材料。

10.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该平台部分是对应有一个该突出部分。

11.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该平台部分是对应有多数个该突出部分。

12.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该闸极为多数个闸极、或整合为一体。

13.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，更包括至少一具有多数个孔洞的电子聚焦板，是位于该上基板与该下基板之间。

14.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该孔洞是排列成一M×N的矩阵图形，且M及N皆个别为一大于零的整数。

15.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于，所述该孔洞的形状为选自下列羣组至少其一：四方形、圆形、多边形、椭圆形、及其组合。

16.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述该孔洞中的内缘直径与开口直径相等。

17.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述该孔洞中的内缘直径与开口直径不相等。

18.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述该电子聚焦板为一金属材料或一合金。

19.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该电子发射体包含一含碳化合物，且该含碳化合物是选自由石墨、钻石、类钻石结构的碳、纳米碳管、碳六十及其组合所组成的羣组。

20.如权利要求18所述的场发射显示器，其特征在于，所述该场发射显示器为一纳米碳管型的场发射显示器。

21.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述该上基板更包括一遮光层，且该遮光层是密接于该荧光粉层旁。

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