CN102568987A - 场发射显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种场发射显示器，包括：一底基板；多条阴极，设置于底基板上；一绝缘层，设置于阴极上且具有多个开口，其中该些开口对应阴极；多条阳极，设置于绝缘层上，并与该些阴极排列成一矩阵，其中该些阳极分别具有至少一撞击面；以及多个子画素单元，其分别包括：一发光区，具有一设置于该撞击面上的发光层；以及至少一发射块，对应该发光区且设置于该些开口中，并与该些阴极电性连接且凸出该些开口。据此，本发明可提高场发射显示器的光利用率。
Description
技术领域
本发明涉及场发射显示器，尤指一种可提高光利用率的场发射显示器。
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)、数码相机等，均须通过显示器控制来传递信息。相较于传统显像管显示器，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)不仅拥有传统显像管高画质的优点，且相较于液晶显示器的视角不清、使用温度范围过小、及反应速度慢的缺点而言，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、轻薄构造、宽广视角、工作温度范围大、及良好的偏斜方向辨认性等优点。
图1为传统场发射显示器的工作原理示意图。场发射显示器主要包括阴极12、电子发射层14、阳极15、发光层16以与栅极19，其中阳极15及发光层16形成于前基板17上，而阴极12、电子发射层14与栅极19则设置于底基板11上。据此，于阴极12与栅极19间施加电压时，阴极12与栅极19间将形成电场，遂使电子穿遂(tunnel)效应发生，而电子便由电子发射层14释放出，通过施加于阳极15上的电压，进而可使电子加速撞击发光层16，激发发光层16放出光线。此外，栅极19可用以精确地控制电子发射的时间及增加电子流的密度，且栅极19与阴极12可通过绝缘层13电性隔离。
一般而言，电子发射层14所释出的电子仅能撞击发光层表层161，故发光层表层161将会是发光效率最高的一侧，亦即，发光层16所发出的光大部分会局限于装置内部而无法向外发光，另一方面，由于传统场发射显示器的出光面背对发光层表层161，因此发光层表层161所放出的光必须再穿透发光层16，阳极15及前基板17才能向外发光，其造成的光效率损耗将进一步降低出光率，故上述传统场发射显示器普遍有发光效率不佳的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种场发射显示器，能提高光利用率，且可解决传统场发射显示器需采用高成本ITO阳极的问题。
为达成上述目的，本发明提供一种场发射显示器，其包括：一底基板；多条阴极，设置于该底基板上；一绝缘层，设置于该些阴极上且具有多个阵列排列的开口，其中该些开口对应该些阴极；多条阳极，设置于该绝缘层上，并与该些阴极排列成一矩阵(matrix)，其中该些阳极分别具有至少一撞击面，且该至少一撞击面为一斜面或一曲面；以及多个阵列排列的子画素单元，其分别包括：一发光区，具有设置于该至少一撞击面上的发光层；以及至少一发射块，对应该发光区且设置于该些开口中，并与该些阴极电性连接且凸出该些开口。还详细地说，每一发光区可与其两侧对应的发射块构成一子画素单元，且多个子画素单元可构成一画素单元，进而形成多个阵列排列的画素单元。
本发明的场发射显示器还可包括：一前基板，设置于该底基板的上方。又，本发明的场发射显示器还可包括：一支撑单元，设置于该底基板与该前基板之间，且该底基板与该前基板间的区域为一真空区域。在此，该底基板可为一绝缘基板，而该前基板可为一透光基板。
于本发明中，阴极及阳极皆为条状结构，其中阳极横截面举例可为三角形、梯形、半圆形或弓形等，而其底面积较佳大于顶面积，还佳为阳极纵截面的面积是由顶部往底部递增。尤其，横截面为梯形的阳极还可作为底基板与前基板间的支撑柱。另外，阳极可高于发射块，而发光层可仅设置于阳极侧面的撞击面上，亦即，阳极未对应发射块的顶部可不设有发光层。在此，本发明所述的阳极底面积是指阳极面向底基板的底部面积，而阳极顶面积是指阳极面向前基板的顶部面积。此外，本发明所述的阳极横截面是指垂直于阳极轴向的截面，而阳极纵截面是指平行于阳极轴向的截面。
据此，本发明是将阴极、发射块、阳极及发光层皆设置于底基板上，而作为出光面的前基板则位于发光层发光效率最佳(即发光层表层)的该侧。相较于现有出光面位于发光层底层(即出光面背对发光层表层)的传统场发射显示器(发光效率差)，本发明的场发射显示器可展现较佳的发光效率，且无需采用高成本的ITO阳极。
此外，于本发明中，阳极的撞击面较佳由可反射光线的导电材料所构成，使往发光层内部的光可再被阳极的撞击面反射至前基板，以进一步提高出光率。举例说明，本发明的每一阳极可为一条状部，且该条状部较佳由可反射光线的导电材料所构成；或者，每一阳极可包括一条状部及一导电层，其中该导电层位于该条状部上，且该导电层较佳由可反射光线的导电材料所构成，而条状部则可为中空或由导电或非导电材料所构成。据此，本发明的阳极不仅作为电极用，其亦具有反射光线的功能，以进一步提高本发明场发射显示器的光利用率。
于本发明中，每一发射块可包括一导电凸块及一电子发射层，该导电凸块与该阴极电性连接，而该电子发射层位于该导电凸块表面。在此，该导电凸块的材料并无特殊限制，其可为任何现有适用的导电材料，而该导电凸块的形状亦无特殊限制，其可为矩形块、圆柱状等等。此外，本发明电子发射层的材料并无特殊限制，其可为任何现有适用的电子发射材料，如纳米碳材(纳米碳管、纳米碳壁等)。
于本发明中，发光层的材料并无特殊限制，其可使用任何现有适用的荧光粉、磷光粉材料；此外，该些发光区可为多个放出不同光色的发光区(如红色发光区、蓝色发光区及绿色发光区)，以达到彩色显像的效果。
综上所述，本发明将所有主要作动元件(即阴极、发射块、阳极及发光层)设置于底基板上，而作为出光面的前基板则位于发光层发光效率最佳(即发光层表层)的该侧。相较于现有出光面位于发光层底层(即出光面背对发光层表层)的传统场发射显示器(发光效率差)，本发明的场发射显示器可展现较佳的发光效率。尤其，本发明的阳极撞击面还可由具有反射效果的导电材料所构成，使往发光层内部的光可再被阳极的撞击面反射至前基板，以进一步提高出光率。此外，本发明可解决传统场发射显示器需采用高成本ITO阳极的问题。
附图说明
图1为传统场发射显示器的工作原理示意图；
图2A为本发明一较佳实施例的场发射显示器剖视图；
图2B为沿着图2A的AA’联机所得的俯视图；
图3为本发明另一较佳实施例的场发射显示器剖视图；
图4为本发明另一较佳实施例的场发射显示器剖视图；
图5为本发明另一较佳实施例的场发射显示器剖视图；
图6为本发明另一较佳实施例的场发射显示器剖视图；
图7为本发明另一较佳实施例的场发射显示器剖视图。
【主要元件符号说明】
12，22，A1，A2，A3 阴极
13，23 绝缘层
14，242 电子发射层
15，25，B1，B2，B3，B4 阳极
16，26 发光层
161 发光层表层
19 栅极
11，21 底基板
24，C11，C12，C13，C21，C22，C23，发射块C31，C32，C33
241 导电凸块
251 条状部
252 导电层
17，27 前基板
28 支撑单元
Y 轴向
R 撞击面
P2 画素单元
PR2，PB2，PG2 子画素单元
R1，R2，R3，R4 红色发光区
B1，B2，B3，B4 蓝色发光区
G1，G2，G3，G4 绿色发光区
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。惟需注意的是，以下图式均为简化的示意图，图式中的元件数目、形状及尺寸可依实际实施状况而随意变更，且元件布局状态可更为复杂。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
实施例1
请参见图2A，为本发明一较佳实施例的场发射显示器剖视图，其主要包括：底基板21、阴极22、绝缘层23、发射块24、阳极25、发光层26、前基板27及支撑单元28，其中支撑单元28设置于底基板21与前基板27之间，以使底基板21与前基板27间的区域为真空区域，此外，阴极22、发射块24、阳极25及发光层26则皆设置于底基板21上，而作为出光面的前基板27则位于发光层26发光效率最佳(即发光层表层)的该侧。据此，相较于现有出光面位于发光层底层(即出光面背对发光层表层)的场发射显示器(发光效率差)，本实施例的场发射显示器可展现较佳的发光效率。尤其，于本实施例的场发射显示器中，往发光层26内部的光可再被阳极25的撞击面R反射至前基板27，故可进一步提高出光率。
详细地说，如图2A所示，阴极22形成于底基板21上，且阴极22表面上形成有一绝缘层23，以隔绝阴极22与阳极25间的电性导通，此外，绝缘层23形成有多个阵列排列的开口231，以显露对应阴极22的部分区域，而发射块24则设置于该些开口231中，以电性连接至阴极22并凸出该些开口231。于本实施例中，该些发射块24包括导电凸块241及电子发射层242，其中导电凸块241与阴极22电性连接，而电子发射层242则位于该导电凸块241的表面。据此，电子可自电子发射层242发射出，以撞击阳极25上的发光层26而放光。
另外，如图2A所示，本实施例的阳极25由横截面(垂直于图2B所示的阳极25轴向Y的截面)为三角形的条状部251所构成，且对应于发射块24的撞击面R为斜面，而发光层26则位于阳极25的撞击面R上，其中阳极25纵截面(平行于图2B所示的阳极25轴向Y的截面)的面积由顶部往底部递增，据此，发光层26所放出的光可朝向前基板27侧进行外部发光。此外，本实施例条状部251(作为阳极25)的材料使用可反射光线的导电材料(本实施例使用铝)，据此，当电子发射层242所发射出的电子轰击阳极25撞击面R上的发光层26时，阳极25的撞击面R可再将发光层26所放出的光反射至底基板21上方的前基板27，以提高光利用率。相较于现有使用氧化铟锡(ITO)作为阳极的场发射显示器，本实施例可使用电荷导离效果较佳的材料作为阳极25材料，以有效避免电荷累积，同时解决传统场发射显示器需采用高成本ITO阳极的问题。于本实施例中，该前基板27为一透光基板，而自撞击面R反射的光线可通过该前基板27至外部。
更进一步说明，请参见图2B，其沿着图2A的AA’连线所得的俯视图。如图2B所示，本实施例的多个条状阴极22(分别为A1、A2、A3)阵列排列于底基板上，其中该底基板为一绝缘基板；接着，绝缘层23设置于底基板及阴极22上，且形成有多个阵列排列的开口231，以显露对应阴极22的部分区域；之后，形成多个发射块24于该些开口231中，且该些发射块24与对应阴极22电性连接并凸出开口231；最后，多个三角条状阳极25(分别为B1、B2、B3、B4)阵列排列于绝缘层23上，以与阴极22构成m×n矩阵(本实施例采用3×4矩阵作为说明)，而发射块24则位于两相邻阳极25之间，其中阳极25两侧对应于发射块24的撞击面上设有发光层，以定义出多个发光区，其分别为红色发光区R1、R2、R3、R4，蓝光发光区B1、B2、B3、B4，绿色发光区G1、G2、G3、G4，且每一发光区与其对应的发射块24构成一子画素单元(如PR2、PB2、PG2等)，而每三组可放出不同光色的子画素单元(如PR2、PG2、PB2)构成一画素单元(如P2)。详细地说，绿色发光区G2与其两侧对应的发射块C31、C32构成一子画素单元PG2，蓝色发光区B2与其两侧对应的发射块C21、C22构成一子画素单元PB2，红色发光区R2与其两侧对应的发射块C11、C12构成一子画素单元PR2，而该三组子画素PG2、PB2、PR2则构成一画素单元P2；同理，绿色发光区G3、蓝光发光区B3与红色发光区R3分别与其两侧对应的发射块C32及C33、C22及C23、C12及C13构成三组子画素单元，而该三组子画素单元则构成另一画素单元；另外，绿色发光区G1、蓝光发光区B1与红色发光区R1分别与其一侧对应的发射块C31、C21及C11构成三组子画素单元，而该三组子画素单元构成一画素单元；同理，绿色发光区G4、蓝光发光区B4与红色发光区R4分别与其一侧对应的发射块C33、C23及C13构成三组子画素单元，而该三组子画素单元构成另一画素单元。
据此，举例说明，当阴极A1及阳极B2分别输入低电位及高电位时，电子会自发射块C11、C12发射出，并撞击红色发光区R2，以便使子画素单元PR2中的红色发光区R1放出红光，据此，该画素单元P2即会显示红光；当阴极A1、A2及阳极B2分别输入低电位及高电位时，电子会自发射块C11、C12、C21及C22发射出，并分别撞击红色发光区R2及蓝色发光区B2，以便使红色发光区R2及蓝色发光区B2分别放出红光及蓝光，据此，该画素单元P2即会显示红光与蓝光的混合光色；同理，当阴极A1、A2、A3及阳极B2分别输入低电位及高电位时，电子会自发射块C11、C12、C21、C22、C31及C32发射出，并分别撞击红色发光区R2、蓝色发光区B2及绿色发光区G2，以便使红色发光区R2、蓝色发光区B2及绿色发光区G2分别放出红光、蓝光及绿光，据此，该画素单元P2即会显示红光、绿光及蓝光的混合光色。此外，亦可通过控制输入电压，以控制每一子画素单元的放光强度。
如上所述，可依据输入信号，选择性地对阴极A1、A2、A3及阳极B1、B2、B3、B4输入低电位及高电位，以选择性地驱动m×n矩阵中多个子画素单元(如PR2、PB2、PG2等)，其中由于每一画素单元由三个子画素单元(分别为红色发光区、蓝色发光区及绿色发光区)组成，故通过控制子画素单元时，即可控制画素单元的颜色与灰阶，以达到显像的效果。
实施例2
本实施例的场发射显示器与实施例1所述大致相同，惟不同处在于，如图3所示，本实施例的阳极25由条状部251及导电层252所构成，其中条状部251所使用的材料为非导电材料，而导电层252由可反射光线的导电材料(本实施例使用铝)所形成，以便用于反射光线及传导电流。
实施例3
本实施例的场发射显示器与实施例2所述大致相同，惟不同处在于，如图3所示，本实施例阳极25的条状部251为中空。
实施例4
本实施例的场发射显示器与实施例1所述大致相同，惟不同处在于，如图4所示，本实施例的阳极25由横截面为梯形的条状部251所构成，其两侧对应于发射块24的斜面即为撞击面R，而发光层26则设于阳极25的撞击面R上。
此外，于本实施例另一态样中，发光层26亦可仅设置于阳极25的两侧表面，而阳极25的顶部(未设有发光层26)可直接与前基板27接触，以同时作为底基板21与前基板27间的支撑柱。
实施例5
本实施例的场发射显示器与实施例1所述大致相同，惟不同处在于，如图5所示，本实施例的阳极25由横截面为半圆形的条状部251所构成，其两侧对应于发射块24的曲面即为撞击面R，而发光层26则设于阳极25的撞击面R上。
实施例6
本实施例的场发射显示器与实施例1所述大致相同，惟不同处在于，如图6所示，本实施例的阳极25由横截面为弓形的条状部251所构成，其两侧对应于发射块24的曲面即为撞击面R，而发光层26则设于阳极25的撞击面R上；此外，发射块24的电子发射层242仅设置于导电凸块241对应于阳极25的侧表面上，即导电凸块241的顶部未设有该电子发射层242。
实施例7
本实施例的场发射显示器与实施例5所述大致相同，惟不同处在于，如图7所示，本实施例的阳极25高于发射块24，且发光层26仅设置于阳极25侧面对应于发射块24的撞击面R上，亦即，阳极25未对应发射块24的顶部未设有发光区26。
据此，本发明将所有主要作动元件(即阴极、发射块、阳极及发光层)设置于底基板上，而作为出光面的前基板则位于发光层发光效率最佳(即发光层表层)的该侧。相较于现有出光面位于发光层底层(即出光面背对发光层表层)的传统场发射显示器(发光效率差)，本发明的场发射显示器可展现较佳的发光效率。尤其，本发明的阳极撞击面还可由具有反射效果的导电材料所构成，以便使往发光层内部的光可再被阳极的撞击面反射至前基板，以进一步提高出光率。此外，本发明的目的是提供一种场发射显示器，以便能提高光利用率。
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 (12)
1.一种场发射显示器，其特征在于包括：
一底基板；
多条阴极，设置于该底基板上；
一绝缘层，设置于该些阴极上且具有多个阵列排列的开口，其中所述多个开口对应该些阴极；
多条阳极，设置于该绝缘层上，并与所述多条阴极排列成一矩阵，其中所述多条阳极分别具有至少一撞击面，且该至少一撞击面为一斜面或一曲面；以及
多个阵列排列的子画素单元，其分别包括：一发光区，具有设置于该至少一撞击面上的发光层；以及至少一发射块，对应该发光区且设置于该些开口中，并与所述多条阴极电性连接且凸出该些开口。
2.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，该些发光区为多个放出不同光色的发光区。
3.如权利要求2所述的场发射显示器，其特征在于，该些发光区分别独立为一红色发光区、一蓝色发光区或一绿色发光区。
4.如权利要求1所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极的底面积大于顶面积。
5.如权利要求4所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极的横截面为三角形、梯形、半圆形或弓形。
6.如权利要求4所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极的该至少一撞击面由一可反射光线的导电材料所构成。
7.如权利要求6所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极分别为一条状部，且该条状部由该可反射光线的导电材料所构成。
8.如权利要求6所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极分别包括一条状部及一导电层，该导电层位于该条状部上，且该导电层由该可反射光线的导电材料所构成。
9.如权利要求4所述的场发射显示器，其特征在于，还包括：一前基板，设置于该底基板的上方。
10.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于还包括：一支撑单元，设置于该底基板与该前基板之间，且该底基板与该前基板间的区域为一真空区域。
11.如权利要求4所述的场发射显示器，其特征在于，该些发射块分别包括一导电凸块及一电子发射层，且该电子发射层位于该导电凸块表面。
12.如权利要求4所述的场发射显示器，其特征在于，所述多条阳极高于所述多个发射块。
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