CN101441973A - 发光器件以及使用该发光器件作为光源的显示器件 - Google Patents

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Abstract

一种能增强亮度和耐用性的发光器件以及利用该发光器件作为光源的显示器件。该发光器件包括彼此面对的第一基板和第二基板，布置在第一基板上并沿第一方向延伸的阴极电极，布置在阴极电极上方并沿与第一方向相交的第二方向延伸的栅极电极，电耦接到阴极电极的多个电子发射区，以及设置在第二基板上并包括阳极电极和荧光层的发光单元。第一基板具有有源区和围绕该有源区的无源区，并且在第一基板上电子发射区的总面积为有源区的大约2％至大约26％。

Description

发光器件以及使用该发光器件作为光源的显示器件
技术领域
本发明涉及一种发光器件以及使用该发光器件作为光源的显示器件。更具体地，本发明涉及一种电子发射单元，其设置于发光器件中并向荧光层(phosphor layer)发射电子。
背景技术
辐射可见光的发光器件有多种类型。在这些发光器件中，特殊类型的发光器件包括设置于前基板上的荧光层和阳极电极，以及设置于后基板上的电子发射区和驱动电极。前基板和后基板在它们的外围区域(或边界)处使用密封构件彼此密封，并且前基板与后基板之间的内部空间被抽空以形成真空面板(或真空腔室)。
这里，在这种类型的发光器件中，电子发射区向荧光层发射电子，并且电子激发荧光层以发射可见光。阳极电极接收数千伏的高电压，并用作将电子束吸引至荧光层的加速电极。
上述发光器件可用作具有非自发型显示面板(例如，液晶显示面板)的显示器件中的光源。在这种情形下，为了补偿显示面板的低透射率，应该增强(或增加)发光器件的亮度。另外，应该改善电子发射区的使用寿命，从而在长时间驱动条件下均匀地保持电流密度(电子发射量)。
在此背景技术部分中所公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可包含不构成对于本领域的普通技术人员来说在本国已经公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的实施例的方案针对能实现高亮度并能通过改善电子发射区的使用寿命而增强耐用性的发光器件，以及利用该发光器件作为光源的显示器件。
根据本发明的一个实施例，提供一种发光器件，其包括：彼此相对的第一基板和第二基板，其间具有间隙；阴极电极，布置在所述第一基板上并沿第一方向延伸；栅极电极，布置在所述阴极电极上方并沿与所述第一方向相交的第二方向延伸，在所述阴极电极与所述栅极电极之间夹有绝缘层；多个电子发射区，电耦接到所述阴极电极；以及发光单元，位于所述第二基板上并包括阳极电极和荧光层。第一基板具有有源区和围绕所述有源区的无源区。在所述第一基板上所述电子发射区的总面积是有源区的大约2％至大约26％。
所述第一基板与所述第二基板之间的所述间隙为大约5mm至大约20mm。所述阳极电极可接收约10kV至约15kV的阳极电压。
所述栅极电极和所述绝缘层可具有开口，以部分地暴露所述阴极电极的表面，并且电子发射区可形成于通过所述开口暴露的所述阴极电极的表面上。每个所述开口的直径可为约60μm或更大，每个所述电子发射区的直径可为约40μm或更大，并且所述电子发射区的节距(pitch)可为约80μm或更大。
根据本发明的另一个实施例，提供一种显示器件，其包括：用于显示图像的显示面板；以及用于向所述显示面板发光的发光器件。所述发光器件包括：彼此面对的第一基板和第二基板，其间具有间隙；阴极电极，布置在所述第一基板上并沿所述第一方向延伸；栅极电极，布置在所述阴极电极上方并沿与所述第一方向相交的第二方向延伸，在所述阴极电极与所述栅极电极之间夹有绝缘层；多个电子发射区，电耦接到所述阴极电极；以及发光单元，位于所述第二基板上并包括阳极电极和荧光层。所述第一基板具有有源区和围绕所述有源区的无源区。在所述第一基板上所述电子发射区的总面积是所述有源区的约2％至约26％。
所述第一基板与所述第二基板之间的所述间隙为大约5mm至大约20mm。所述阳极电极可接收约10kV至约15kV的阳极电压。
所述栅极电极和所述绝缘层可具有开口，以部分地暴露所述阴极电极的表面，以及所述电子发射区可形成于通过所述开口暴露的所述阴极电极的表面上。每个所述开口的直径可为约60μm或更大，每个所述电子发射区的直径为约40μm或更大，并且所述电子发射区的节距为约80μm或更大。
所述显示面板可包括第一像素，以及所述发光器件可包括第二像素，所述第二像素在数量上可少于所述第一像素。每个所述第二像素的亮度响应于所述第一像素中相应第一像素的灰度中的最高灰度而被独立地控制。显示面板可以为液晶显示面板。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的发光器件的示意性局部分解透视图。
图2是根据本发明的示例性实施例的发光器件的示意性局部截面图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的电流密度与亮度特性的曲线图。
图4是示出根据本发明的示例性实施例的电子发射区的电流密度与寿命(或预期使用期限)特性的曲线图。
图5是在图2中示出的电子发射单元的示意性局部放大图。
图6是根据本发明的示例性实施例的显示器件的示意性分解透视图。
图7是在图6中示出的显示面板的示意性局部截面图。
具体实施方式
在以下的详细描述中，通过例证，仅示出并描述了本发明的某些示例性实施例。如同本领域的技术人员将认识到的，本发明可以实施为多种不同的形式，并且不应该解释为将本发明限制于在此阐述的实施例。同样，在本申请的上下文中，当一种元件称为在另一元件“上”时，其可以是直接位于另一元件上，或者是在二者之间插入一个或多个居间元件而间接位于另一元件上。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。
图1是根据本发明的示例性实施例的发光器件10的示意性局部分解透视图；以及图2是发光器件10的示意性局部截面图。
参照图1和图2，发光器件10包括彼此面对并在其间具有间隙(或具有设定间隔或预定间隔)的第一基板12和第二基板14。密封构件16设置在第一基板12和第二基板14的外围区域(或边界)处，以将第一基板12和第二基板14密封在一起，从而形成真空面板。真空面板的内部保持在大约10-6托(Torr)的真空度下。
在密封构件16内部，第一基板12和第二基板14均具有用于发射可见光的有源区18和围绕有源区18的无源区20。用于发射电子的电子发射单元22设置在有源区18处的第一基板12上，而用于发射可见光的发光单元24设置在有源区18处的第二基板14上。
电子发射单元22包括：阴极电极26，其布置为沿第一基板12的第一方向延伸；栅极电极30，其布置在阴极电极26上方并沿与第一方向相交的第二方向延伸，在阴极电极26与栅极电极30之间夹有绝缘层28；以及多个电子发射区32，其电耦接到阴极电极26。
在阴极电极26和栅极电极30中，平行于发光器件10的行的电极可以被施加扫描驱动电压以用作扫描电极，而平行于发光器件10的列的电极可被施加数据驱动电压以用作数据电极。在图1和图2中，示出阴极电极26布置在发光器件10的列(附图中的y轴方向)中，而栅极电极30布置在发光器件10的行(附图中的x轴方向)中。
开口301和开口281在阴极电极26和栅极电极30的交叉区域处形成于栅极电极30和绝缘层28中，以部分地暴露阴极电极26的表面。电子发射区32形成于阴极电极26通过绝缘层28的开口281暴露的表面上。
电子发射区32由在真空气氛下被施加电场时发射电子的材料形成，诸如碳基材料或纳米尺寸的材料。电子发射区32可由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线或其组合形成。
可选地，电子发射区可形成为具有由Mo基和/或Si基材料形成的尖端结构。
在上述发光器件10中，阴极电极26和栅极电极30的一个交叉区域可以对应于发光器件10的一个像素区域。可选地，阴极电极26和栅极电极30的两个或更多交叉区域可以对应于发光器件10的一个像素区域。在后面的情形中，置于一个像素区域中的两个或更多阴极电极26和/或两个或更多栅极电极30彼此电连接以接收公共驱动电压。
发光单元24包括阳极电极33、位于阳极电极33的一个表面上的荧光层34以及覆盖荧光层34的反射层36。
阳极电极33由透明导电材料诸如ITO(铟锡氧化物)制成，以允许从荧光层34辐射的可见光透过。阳极电极33，即用于牵引电子束的加速电极，接收高于数千伏的正直流(DC)电压(阳极电压)，从而使荧光层34保持在高电势状态。
荧光层34可以由红、绿和蓝荧光体的混合荧光体制成，以共同发射白光。荧光层34可设置在第二基板14的整个有源区18上，或者对于每个像素区域可以单独设置。在图1和图2中，其示出了荧光层34设置在第二基板14的整个有源区18上。
反射层36可由厚度为大约数千
Figure A200810178627D0008184854QIETU
的薄铝层形成，并包括微小的孔用以传输电子束。反射层36将从荧光层34发出的可见光中向第一基板12发射的可见光反射回第二基板14，以增加发光器件10的亮度。
在第一实施例中，可省去(或者不设置)阳极电极33。替代地，发射层36接收阳极电压以用作阳极电极。
间隔物设置在第一基板12与第二基板14之间的有源区18中，用于逆着真空面板的压力支撑并保持第一基板12与第二基板14之间的间隙。
上述发光器件10将扫描驱动电压施加到阴极电极26或者栅极电极30，将数据驱动电压施加到其它电极，并且将大于数千伏的阳极电压施加到阳极电极33。
这样，在阴极电极26与栅极电极30之间的电压差高于阈值的像素中的电子发射区32周围形成电场，并从其发射电子。所发射的电子被施加到阳极电极33的阳极电压牵引而与相应的荧光层34碰撞，从而致使发光。每个像素的荧光层34的亮度对应于相应像素的电子发射电流。
在上述发光器件10中，第一基板12和第二基板14设置有大约5mm至20mm的相对较大距离。由于第一基板12和第二基板14之间的较大距离，可以抑制电弧放电并且可增强高电压稳定性。因此，10kV以上的高电压，在一个实施例中大约10kV至大约15kV的高电压，可被施加到阳极电极33。由于发光器件10的亮度与阳极电压成正比，所以通过阳极电压可有效改善亮度。
在此实施例中，考虑到电子发射区32的亮度、寿命(或预定使用期限)以及制造工艺而关于发光器件10的第一基板12的有源区18来确定电子发射区32的总面积，如下所述。
首先，在第一基板12的有源区18上由电子发射区32占据的总面积的最小值可通过考虑电子发射区32的亮度和寿命来确定。
作为实例，发光器件可在显现图像的显示面板例如液晶显示面板中用作背光(或光源)显示器件，并且该显示面板产生500cd/m2的最大亮度。在此，由于液晶显示面板的透射率为大约5％，所以发光器件10的亮度应该达到10,000cd/m2的最大值。对于这一亮度，应该从电子发射区32产生大约5μA/cm2与大约6μA/cm2之间的电流密度(或电子发射量)。
图3是示出本发明的示例性实施例中亮度随电流密度而变化的曲线图。
参照图3，可以推导出电流密度与亮度成正比，并且大约9000cd/m2与大约10,500cd/m2之间的亮度表示为大约5μA/cm2与大约6μA/cm2之间的电流密度。
这里，在一个实施例中，发光器件10为峰值驱动型，其利用脉冲波的扫描驱动电压和数据驱动电压瞬间发射电子。因而，为了产生10,000cd/m2的亮度，需要大约10μA/cm2的电流密度，并且此电流密度大约为具有上述大约5μA/cm2与大约6μA/cm2之间的值的电流密度的两倍。
图4为示出在本发明的示例性实施例中电子发射区的寿命相对于电流密度的特性的曲线图。
在图4中，实例1是在600μA/cm2的初始电流密度下测量，实例2是在300μA/cm2的初始电流密度下测量，实例3是在100μA/cm2的初始电流密度下测量。
所有的实例表现出50,000小时的寿命，并且能提供50,000小时寿命的最大电流密度可根据图4确定。
因此，考虑亮度和寿命的特性时，在第一基板12的有源区18上由电子发射区32占据的总面积的最小值为(10μA/cm2)/(500μA/cm2)，其为0.02，并且这是指有源区18的2％。同样，在本发明的一个实施例中，当总面积大于2％时，可以保证大约10,000cd/m2的最大亮度和50,000小时的寿命。
接下来，可根据制造工艺确定总面积的最大值。
图5是在图2中示出的电子发射单元的局部放大图。
参照图5，在电子发射单元的目前制造工艺中，栅极电极30的开口301的直径、电子发射区32的直径、以及栅极电极30的开口301和绝缘层28的开口281的节距(参照图5中的P)分别为60、40和80μm。由于以上原因，在长和宽分别为10mm的区域上电子发射区32的最大面积为(电子发射区的面积)×(数量)，并且通过以下公式算出为27.75mm2。
(π(0.02)2)×((10/0.08)×(10/0.08)×1.414)＝27.75mm2
这里，当阴极电极26与栅极电极30之间的死区(dead space)为有源区18的大约5％时，有源区18中能够形成电子发射区32的区域为大约26％。因而，在此实施例的发光器件10中电子发射区32所占据的总面积小于有源区18的26％。
以这种方式，推出在根据本发明的实施例的发光器件10中电子发射区32的总面积为有源区18的大约2％至大约26％。
图6是根据本发明的实施例的显示器件40的分解透视图。
参照图6，显示器件40包括发光器件10和设置在发光器件10前面的显示面板50。光漫射器42可设置于显示面板50与发光器件10之间，用于向显示面板50均匀地漫射从发光器件10发出的光。光漫射器42可与发光器件10隔开设定(或预定)距离。
显示面板50可以为液晶显示面板或其它非自发型显示面板。在以下描述中，以液晶显示面板作为示例。
图7是在图6中示出的显示面板50的局部截面图。
参照图7，显示面板50包括：多个薄膜晶体管(TFT)52形成于其上的下基板54、滤色层56形成于其上的上基板58以及在下基板54与上基板58之间注入的液晶层60。偏振器62和64分别附着在上基板58的上表面以及下基板54的下表面上，以使穿过显示面板50的光偏振。
配置为由子像素处的TFT 52驱动的透明像素电极66位于与上基板58相对的下基板54的内表面上，而滤色层56和透明公共电极68位于与下基板54相对的上基板58的内表面上。滤色层56包括在每个子像素处一个接一个设置的红滤色层56R、绿滤色层56G和蓝滤色层56B。
当特定子像素的TFT 52导通时，在像素电极66与公共电极68之间形成电场，液晶分子的排列角度由于该电场而改变，并且光透射率根据改变的排列角度而变化。这样，在显示面板50中每个像素的亮度和发光颜色可通过以上参照的过程来控制。
再次参照图6，附图标记44表示将扫描信号传输到TFT52的栅极电极的扫描电路板组件，附图标记46表示将数据驱动信号传输到TFT52的源极电极的数据电路板组件。
发光器件10包括比显示面板50数量少的像素，使得发光器件10的一个像素对应于(或匹配)显示面板50的两个或更多像素。发光器件10的每个像素可发光以对应于显示面板50相应像素的灰度中的最高灰度，并且可表示对应于2位至8位之间灰度的灰度。
为了方便，显示面板50的像素将被称为第一像素，发光器件10的像素将被称为第二像素，并且与单一的第二像素对应的第一像素将称为第一像素组。
发光器件10的驱动过程可包括：①通过控制显示面板50的信号控制器来检测组成第一像素组的第一像素的灰度中的最高灰度；②根据所检测的灰度来计算相应的第二像素发光所需要的灰度，并将所计算的灰度转化成数字数据；③通过利用数字数据来产生发光器件10的驱动信号；④以及将所产生的驱动信号施加到发光器件10的驱动电极。
发光器件10的驱动信号包括扫描驱动信号和数据驱动信号。阴极电极26或栅极电极30(例如，栅极电极30)接收扫描驱动信号，而其它电极(例如，阴极电极26)接收数据驱动信号。
用于驱动发光器件10的扫描电路板组件和数据电路板组件可位于发光器件10的后侧。在图6中，附图标记48表示连接阴极电极和数据电路板组件的第一连接器，附图标记70表示连接栅极电极和扫描电路板组件的第二连接器。附图标记72表示将阳极电压施加到阳极电极的第三连接器。
当图像显示在相应的第一像素组时，发光器件10的第二像素与相应的第一像素组同步(例如，单独或独立地同步)并发射具有特定灰度的光。这样，发光器件10可将高亮度的光提供到由显示面板50实现的屏幕图像的较亮区域，并将低亮度光提供到屏幕图像的较暗区域。因此，显示器件40可增加屏幕的对比度并实现清晰的图片品质。
虽然结合某些示例性实施例描述了本发明，但是将理解本发明不限于所述的实施例，相反，本发明意欲覆盖包括于随附的权利要求书的精神和范围内的各种变型和等效配置及其等效物。

Claims (12)

1.一种发光器件，包括：
彼此相对的第一基板和第二基板，其间具有间隙；
阴极电极，位于所述第一基板上并沿第一方向延伸；
栅极电极，位于所述阴极电极上方并沿与所述第一方向相交的第二方向延伸，在所述阴极电极与所述栅极电极之间夹有绝缘层；
多个电子发射区，电耦接到所述阴极电极；以及
发光单元，位于所述第二基板上并包括阳极电极和荧光层，
其中：
所述第一基板具有有源区和围绕所述有源区的无源区；以及
在所述第一基板上所述电子发射区的总面积是所述有源区的2％至26％。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一基板与所述第二基板之间的所述间隙为5mm至20mm。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述阳极电极接收10kV至15kV的阳极电压。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中：
所述栅极电极和所述绝缘层具有开口，以部分地暴露所述阴极电极的表面；以及
所述电子发射区位于所述阴极电极通过所述开口暴露的表面上。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其中每个所述开口的直径为60μm或更大，每个所述电子发射区的直径为40μm或更大，并且所述电子发射区的节距为80μm或更大。
6.一种显示器件，包括：
用于显示图像的显示面板；以及
用于向所述显示面板发光的发光器件，
其中，所述发光器件包括：
彼此面对的第一基板和第二基板，其间具有间隙；
阴极电极，位于所述第一基板上并沿第一方向延伸；
栅极电极，位于所述阴极电极上方并沿与所述第一方向相交的第二方向延伸，在所述阴极电极与所述栅极电极之间夹有绝缘层；
多个电子发射区，电耦接到所述阴极电极；以及
发光单元，位于所述第二基板上并包括阳极电极和荧光层，
其中：
所述第一基板具有有源区和围绕所述有源区的无源区；以及
在所述第一基板上所述电子发射区的总面积是所述有源区的2％至26％。
7.根据权利要求6所述的显示器件，其中所述第一基板与所述第二基板之间的所述间隙为5mm至20mm。
8.根据权利要求6所述的显示器件，其中所述阳极电极接收10kV至15kV的阳极电压。
9.根据权利要求6所述的显示器件，其中：
所述栅极电极和所述绝缘层具有开口，以部分地暴露所述阴极电极的表面；以及
所述电子发射区位于所述阴极电极通过所述开口暴露的表面上。
10.根据权利要求9所述的显示器件，其中每个所述开口的直径为60μm或更大，每个所述电子发射区的直径为40μm或更大，并且所述电子发射区的节距为80μm或更大。
11.根据权利要求6所述的显示器件，其中：
所述显示面板包括第一像素；
所述发光器件包括第二像素；
所述第二像素在数量上少于所述第一像素；以及
每个所述第二像素的亮度响应于所述第一像素中相应第一像素的灰度中的最高灰度而被独立地控制。
12.根据权利要求6所述的显示器件，其中所述显示面板是液晶显示面板。
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