CN102243974A - 一种利用两组栅极电极实现像素单元寻址的场发射显示器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用两组栅极电极实现像素单元寻址的场发射显示器结构。该结构包括阴极基板，栅极基板和阳极基板。本发明的场发射显示器的像素单元的开关状态由第一栅极电极和第二栅极电极控制，驱动电压低，结构中不需制作薄膜绝缘层，利于降低成本。本发明中的电极结构能确保阴极电极、第一栅极电极和第二栅极电极三者之间具有高强度的电绝缘特性，利于提高场发射显示器结构的工作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及场发射显示器(FED)，更具体地说，涉及一种利用两组栅极电极实现像素单元寻址的场发射显示器(FED)结构。
背景技术
场发射显示器(FED)作为一种新型的平板显示技术，因具有诸多潜在优点，被认为是一种具有发展前景的显示技术。目前，FED尚未实现规模市场化，兼顾成本与性能的带栅极结构的设计是促进FED实用化的一个重要因素。
在常规FED中，像素单元的寻址一般通过由栅极电极条和阴极电极条按照无源矩阵(Passive-Matrix)布线的方式实现。图1是常规FED中电子源阵列的局部示意图，沿虚线方向切开的局部剖视图示于图2中。参照图1和2，电子源阵列包括形成在玻璃衬底(1)上的阴极电极(2)、薄膜绝缘层(6)、栅极电极(9)和冷阴极(3)。其中阴极电极(2)和栅极电极(9)的延伸方向相互垂直。冷阴极(3)制作在阴极电极(2)上。一般地，在其余栅极电极和阴极电极维持一个参考电位的情况下，对其中一条栅极电极施加高于参考电位的高电位，同时对其中一条阴极电极施加低于参考电位的低电位，可激发电子源阵列中一个像素单元的冷阴极发射电子，实现像素单元的寻址。例如，对其余电极施加参考电位，对栅极电极(9a)施加高电位，对阴极电极(2a)施加低电位，能在该两条电极所交的开口(4a)内形成激发电场，使得开口(4a)内的冷阴极(3a)发射电子束并轰击荧光粉层(5a)发光。
基于上述由栅极电极条和阴极电极条按照无源矩阵布线的方式实现像素单元的寻址时，相应的器件中需制作条状阴极电极(2)、隔离阴极电极(2)与栅极电极(9)的薄膜绝缘层(6)，在薄膜绝缘层(6)上制作条状栅极电极(9)，在阴极电极(2)上制作冷阴极(3)。其中，薄膜绝缘层(6)的绝缘能力决定了电子源阵列的工作可靠性，高质量的薄膜绝缘层的制作涉及复杂的制作工艺、高精密技术、及使用昂贵的设备，导致高制造成本。另外，制作薄膜绝缘层的工艺过程中的副产物，例如刻蚀残余，对制作高性能的冷阴极是不利的。
发明内容
本发明提供一种利用两组栅极电极实现像素单元寻址的场发射显示器(也称FED)结构，所述结构利用基板衬底实现栅极电极与阴极电极之间的电绝缘，免除了薄膜绝缘层的制作，简化了工艺复杂性，促使器件具有很高的绝缘性能和工作稳定性。
根据本发明，提供一种FED器件结构，包括：阴极基板(1)；阴极电极(4)，其形成于所述阴极基板(1)上且与公共电极(5)连接；聚焦电极(3)，其形成于所述阴极基板(1)上且与公共电极(5)连接；平面栅电极(8)，其形成于所述阴极基板(1)上，且与向第一方向延伸的第一栅极电极(28)连接；栅极基板(10)；第二栅极电极(11)，其形成于栅极基板(10)上，且其向第二方向延伸引出；第一隔离层(15)，其位于阴极基板(1)和栅极基板(10)之间；阳极基板(16)，其设有阳极电极(17，20)和荧光粉层(18)；第二隔离层(19)，其位于栅极基板(10)和阳极基板(16)之间。
所述的栅极基板(10)的材料是玻璃、陶瓷、任意介电基材或通过任意方法制成的表面绝缘的基材。所述的每一个开口(9)对应一个像素，且其形状为圆形、椭圆形、矩形、正方形或长条形。所述第二栅极电极(11)覆盖开口(9)的内表面和下表面的部分或全部区域。所述的开口(9)及开口(9)下表面覆盖有第二栅极电极(11)的区域之和在所述阴极基板(1)的投影区域上包含有所述阴极电极(4)，平面栅电极(8)和聚焦电极(3)。所述的阴极电极(4)在所述第一方向和第二方向中的一者或两者上与所述第二栅极电极(11)的距离小于所述的平面栅电极(8)在相同方向上与所述第二栅极电极(11)的距离。所述的聚焦电极(3)在所述第一方向和第二方向中的一者或两者上与所述第二栅极电极(11)的距离大于所述的平面栅电极(8)在相同方向上与所述第二栅极电极(11)的距离。
附图说明
图1为常规FED中电子源阵列的局部示意图；
图2为常规FED中电子源阵列的剖面示意图；
图3是根据本发明的实施例的FED的局部横断截面图；
图4是根据本发明的实施例的FED的阴极基板(1)的局部顶视图；
图5是根据本发明的实施例的FED的阴极基板(1)和栅极基板(10)相互组装后的局部顶视图；
图6是根据本发明的实施例的FED的冷阴极(2)表面的电场强度与第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)的电压的关系的模拟结果。
具体实施例
下面，将通过参照附图说明本发明的实施例来详细描述本发明。附图中相似的附图标记表示相似的元件。
图3是根据本发明的实施例的FED的局部横断截面图。图4是阴极基板(1)的局部顶视图，图5是阴极基板(1)和栅极基板(10)相互组装后的局部顶视图。
参照图3，本实施例中的FED包括彼此相对设置且间隔开预定距离的阴极基板(1)、栅极基板(10)和阳极基板(16)。阴极基板(1)和阳极基板(16)通常由玻璃制成，栅极基板(10)通常由玻璃、陶瓷等具有良好绝缘性的材料制成。阴极基板(1)和栅极基板(10)之间，以及栅极基板(10)和阳极基板(16)之间被设置于其间的第一隔离层(15)和第二隔离层(19)间隔开。第一隔离层(15)通常由绝缘介质浆料烧结而成，厚度为10μm至20μm；第二隔离层(19)通常由绝缘物件例如陶瓷片、光纤条充当，厚度为1mm至6mm。
阴极基板(1)及布置其上的部件和栅极基板(10)及布置其上的部件是电子源阵列的组成部分，布置在阳极基板(16)上的部件受电子源阵列发射的电子轰击发光，形成图像。
参照图3和图4，每个像素单元在阴极基板(1)上的部件包括阴极电极(4)、冷阴极(2)、平面栅电极(8)和聚焦电极(3)。
更具体地，阴极电极(4)以一定的几何形状布置，在本实施例中为圆环状，圆环的直径可以为50μm至500μm，圆环的宽度可以为2μm至10μm。每个像素单元的阴极电极(4)均与公共电极(5)连接。冷阴极(2)制作在阴极电极(4)上，可由纳米冷阴极材料如氧化铜纳米线(CuONW)等制成，厚度为1μm至5μm。
平面栅电极(8)和聚焦电极(3)根据阴极电极(4)的形状作相应设置，在本实施例中为圆环状，圆环的直径可以为50μm至500μm，圆环的宽度可以为2μm至10μm。平面栅电极(8)与阴极电极(4)或阴极电极(4)与聚焦电极(3)在阴极基板(1)上的距离可以是1μm至20μm。每个像素单元的聚焦电极(3)均与公共电极(5)连接。阴极电极(4)、聚焦电极(3)和公共电极(5)可集成为单一单位。
多个第一电极(11)以规则间距且以预定图案例如条形图案布置在阴极基板(1)上。多个第一栅极电极(28)中的每个延伸在第一方向上，且连接同一方向上一列像素的多个平面栅电极(8)。第一栅极电极(28)和平面栅电极(8)可集成为单一单位。
参照图3和图5，每个像素在栅极基板(10)上的区域包括第二栅极电极(11)和开口(9)。栅极基板(10)的厚度和开口(9)的直径可以是50μm至500μm。
更具体地，多个第二栅极电极(11)以规则间距且以预定图案例如条形图案布置在栅极基板(10)的上表面上。多个第二栅极电极(11)中的每个延伸在第二方向上。第二栅极电极(11)可覆盖开口(9)的内表面和下表面的全部或部分区域。在本实施例中，第二栅极电极(11)覆盖了开口(9)的全部内表面，同时覆盖开口(9)下表面由开口边缘处远离开口中心宽度(W1)为10μm至200μm的圆环状区域。
阴极电极(4)、公共电极(5)、平面栅电极(8)、聚焦电极(3)、第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)可由导电材料如铬(Cr)形成，厚度为02μm至2μm。
参照图3，阳极基板(16)上制作有阳极电极(20)。阳极电极(20)由透明导电材料如氧化锡铟(ITO)形成，厚度在02μm至1μm之间。导电层(20)上制备条形、点状或整面的荧光粉层(18)。若为提高亮度在荧光粉层(18)上制作阳极电极(17)，则阳极电极(20)可忽略。阳极电极(17)可由铝(Al)形成，厚度在0.05μm至0.5μm之间。
现在将详细描述具有上述构造的FED的运行。该FED中，当预定电压施加到公共电极(5)、第一栅极电极(28)、第二栅极电极(11)以及阳极电极(20)时，冷阴极(2)表面将建立起一定的电场强度。图6是计算机数值模拟的结果，示出了当公共电极(5)施加0伏电压，阳极电极(20)施加5千伏电压时，冷阴极(2)表面的电场强度与第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)的电压的关系。图6表明当第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)均施加100伏电压时，冷阴极(2)表面的电场强度达到了最大值；第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)中的一者或两者施加0伏电压时，冷阴极(2)表面的电场强度都大幅度地下降。对本领域普通技术人员来说将很明显，通过对结构尺寸的设计，例如调整阴极电极(4)、平面栅电极(8)和第二栅极电极(11)三者互相之间的距离，可使得仅当第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)均施加100伏电压时，产生的电场满足冷阴极(2)发射电子的要求，此时，冷阴极(2)发射的电子束被聚焦电极(3)聚焦并穿过开口(9)且向荧光粉层(18)加速并撞击之，使之发射可见光；而当第一栅极电极(28)和第二栅极电极(11)中的一者或两者施加0伏电压时，冷阴极(2)不发射电子。
参照图5，该FED中的第一栅极电极(28)与第二栅极电极(11)呈互相垂直的布线形式，若给公共电极(5)施加0伏电压，阳极电极(20)施加5千伏电压，且只给其中多条第一栅极电极中的一条(28a)和多条第二栅极电极中的一条(11a)施加100伏电压，其余所有第一栅极电极(28b)和第二栅极电极(11b)施加0伏电压，那么只有在施加了100伏电压的第一栅极电极(28a)和第二栅极电极(11a)的所交区域内定义的一个像素单元的冷阴极(2a)发射电子，并使此像素单元发光。也就是说，根据本发明的FED在免去了薄膜绝缘层的制作的前提下实现了像素单元的寻址功能。
很明显，对本领域普通技术人员来说，所述的部件的尺寸可依赖于FED的屏幕的大小、长宽比、以及分辨率而改变。
Claims (7)
1.一种利用两组栅极电极实现像素单元寻址的场发射显示器(FED)结构，包括：
阴极基板(1)；
阴极电极(4)，其在所述阴极基板(1)上形成且与公共电极(5)连接；
聚焦电极(3)，其在所述阴极基板(1)上形成且与公共电极(5)连接；
平面栅电极(8)，其在所述阴极基板(1)上形成且与向第一方向延伸的第一栅极电极(28)连接；
栅极基板(10)，其具有多个开口(9)且与所述阴极基板(1)相对设置并通过第一隔离层(15)与所述阴极基板(1)间隔开预定距离；
第二栅极电极(11)，其在所述栅极基板(10)的开口(9)区域形成且向与所述第一方向垂直的第二方向延伸引出；
冷阴极(2)，其形成在所述阴极电极(4)上；以及
阳极基板(16)，其与所述栅极基板(10)相对设置并通过第二隔离层(19)与所述栅极基板(10)间隔开预定距离，其上具有预定图案的阳极电极(17，20)和荧光粉层(18)。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述的栅极基板(10)的材料是玻璃、陶瓷、任意介电基材或通过任意方法制成的表面绝缘的基材。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述的每一个开口(9)对应一个像素，且其形状为圆形、椭圆形、矩形、正方形或长条形。
4.如权利要求1所述的显示器，其中所述第二栅极电极(11)覆盖开口(9)的内表面和下表面的部分或全部区域。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述的开口(9)及开口(9)下表面覆盖有第二栅极电极(11)的区域之和在所述阴极基板(1)的投影区域上包含有所述阴极电极(4)，平面栅电极(8)和聚焦电极(3)。
6.如权利要求1所述的显示器，其中所述的阴极电极(4)在所述第一方向和第二方向中的一者或两者上与所述第二栅极电极(11)的距离小于所述的平面栅电极(8)在相同方向上与所述第二栅极电极(11)的距离。
7.如权利要求1所述的显示器，其中所述的聚焦电极(3)在所述第一方向和第二方向中的一者或两者上与所述第二栅极电极(11)的距离大于所述的平面栅电极(8)在相同方向上与所述第二栅极电极(11)的距离。
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