CN1103109C

CN1103109C - 用于场发射显示器的元件驱动装置

Info

Publication number: CN1103109C
Application number: CN96191645A
Authority: CN
Inventors: 权五敬; 罗永宣; 玄昌镐; 许根茂
Original assignee: Orion Electric Co Ltd Korea
Current assignee: Orion Electric Co Ltd Korea
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-30
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: KR970030113A; EP0812463A1; JPH10513583A; KR100250411B1; CN1169793A; US6097359A; EP0812463B1; DE69626274D1; WO1997022134A1

Abstract

一种场发射显示器的元件驱动装置，它依据具有场发射像素元件的无源矩阵寻址方法，所述场发射像素元件具有阴极(10)和用于从所述阴极发射电子的栅电极(12)。此元件驱动装置包括至少两个电流源(18，20)，用于对所述阴极提供电流信号；以及控制部分(22)，用于依据视频信号的大小选择性地驱动所述至少两个电流源(18，20)。

Description

用于场发射显示器的元件驱动装置

技术领域

本发明涉及一种使用冷阴极和电场的场发射元件，尤其涉及一种场发射显示器(以下，叫做“FED”)的元件驱动装置，该装置能通过调节供给阴极的电流量来给像素提供预定级别的灰度。

背景技术

阴极射线管(CRT)是一种特殊结构的真空管，它适用于叫做普通显示器的各种电子设备，诸如电视接收机、示波器和计算机监视器。CRT原来的功能是把包含在电输入信号中的信息转换成光束能量，然后目视显示此电输入信号。

在CRT中，从热电子阴极发射的电子通过聚焦和加速电极聚焦和加速。此外，电子束由偏转线圈在垂直或水平方向的轴上偏转，并碰撞涂敷在阴极射线管面板上的荧光膜，从而显示预定的图形。

具有要显示的信息的输入信号被提供给多个栅极和阴极。然而，由于叫做伽玛特性的电子束电流是控制电压的非线性函数，所以要在输入信号和多个栅极之间设置较复杂的补偿电路，以提供线性显示强度。

在近几年，倾向于从平面显示器向非热电子的阴极即场发射阵列发展。

在CRT中使用场发射阴极阵列代替常规的热电子阴极提供了一些优点。尤其是，使用场发射阴极使电流密度变得非常高，并通过排除发热元件而延长了CRT的寿命。

然而，依据场发射阴极，与热电子阴极相比，用于输入信号的电子发射数量可能会更加非线性地变化，从而在场发射阴极中要有一个较复杂的补偿电路。

为了解决此问题，这里有两种FED的元件驱动装置，其中的一种是基于Doran提出的5,103,145号美国公开专利中揭示的无源矩阵寻址方法。另一种是基于Parker提出的5,300,862号美国公开专利中揭示的有源矩阵寻址方法。

依据5,103,145号美国公开专利，依据无源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置把输入信号转换成数字信号，并通过增加依据数字信号的逻辑值驱动的阴极数目来线性地增加电子的发射数量。在此情况下，由阴极数目实现更多的灰度。于是，由于在元件的占用区域中只能安装限定数目的阴极，所以很难实现预定限度的灰度。

此外，依据无源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置使用由阴极和栅极(gate)之间的电压差来发射电子的电压驱动方法。然而，在此情况下，电流对电压是非线性变化的。因此，可能产生的问题是很难准确地调节阴极发射的电子数量。

相反，依据5,300,862号美国公开专利中揭示的有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置试图使用CMOS或NMOS晶体管构成的集成电路以及低电压输入信号来驱动高电场像素。此外，依据有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置使用高电压的MOS晶体管作为扫描和数据开关，以驱动以9行8列排列的阴极。此外，依据有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置包括连在列驱动器和阴极之间的熔线，以及耦合在阴极和栅极之间的场效应晶体管。熔线限制了电流，从而过电流不会加到阴极上。用作电阻的场效应晶体管通过调节其本身的电阻值来调节阴极和栅极端之间的电压差，从而调节从阴极发射的电子数量。从而，调节了屏幕的亮度。列驱动器通过调节驱动纵列阴极所需的时间即占空度来实现更多的灰度。

然而，为了切换提供给扫描线和数据线的高电压，依据有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置要使用高电压的MOS晶体管，此外，依据有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置要形成耦合在栅极端和阴极之间的场效应晶体管的厚栅极端。从而，与依据无源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置相比，依据有源矩阵寻址方法的FED元件驱动装置需要更多的晶体管，其制造工艺也更复杂。

此外，对于实现更多的灰度，可调占空度的数量有限，从而不可能实现预定限度的灰度。

发明内容

相应地，本发明旨在一种场发射显示器的元件驱动装置，该装置能在依据有源矩阵寻址方法的工艺条件下通过简化电路并使用无源矩阵寻址方法通过调节提供给阴极的电流量来实现预定限度的灰度。

将在以下的描述中提出本发明的其它特征和优点，从此描述可使其中的一些特征和优点变得明显起来或可通过实行本发明学习这些特征和优点。由所写的说明书和这里的权利要求书以及附图特别指出的结构来实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了实现依据本发明的以上目的，如上具体表达和广泛所述，场发射显示器的元件驱动装置包括给阴极提供电流信号的至少两个电流源；以及控制部分，用于依据视频信号的大小选择性地驱动至少两个电流源。

应理解上述概述和以下的详细描述只是举例和说明性的，将按权利要求对本发明提供进一步的说明。

附图概述

本发明中包括的附图用于进一步理解本发明并构成本说明书的一部分，示出的的本发明实施例以及描述用于说明本发明的原理：

图1是依据本发明一个实施例的场发射显示器的元件驱动装置的第一电路图；

图2是依据本发明另一个实施例的场发射显示器的元件驱动装置的第二电路图；

图3是提供给图1所示驱动装置的控制信号的时序图；

图4是提供给图2所示驱动装置的控制信号的时序图；

图5示出SPICE模拟的结果，用于说明依据图1所示一个电流镜中电流路径开口的发射电流量的特性；以及

图6示出SPICE模拟的结果，用于说明依据图2所示另一个电流镜中电流路径开口的发射电流量的特性。

本发明较佳实施方式

现在将参考附图中示出的例子来详细描述本发明的较佳实施例。

对本领域内的那些熟练技术人员很明显的是可对本发明的场发射显示器的元件驱动装置作各种改变和变化，而不背离本发明的精神和范围。于是，本发明试图覆盖附加的权利要求书范围中出现的改变和变化及其等价物。

参考图1，在场发射显示器的元件驱动装置中提供了阴极10、用于从阴极发射电子的栅电极12、用于从栅电极12切换高压源HVdd和接地电压GND的高压切换部分14，以及切换要提供给阴极10的低压Vdd的第七NMOS晶体管16。

如图3所示，在主扫描信号SS的逻辑低电平期间，高压切换部分14利用主辅扫描信号SS和ASS通过第一结点NODE1把高压HVdd提供给栅电极12。于是，高压切换部分14应具有连在高压HVdd和第一结点NODE1之间的第六PMOS晶体管14a以及耦合在第一结点NODEI和接地电压GND之间的第六NMOS晶体管14b。

在要把主扫描信号SS的逻辑低电平加到其栅极期间接通第六PMOS晶体管14a，然后通过第一结点NODE1把高压HVdd提供给栅电极12。此时，加到第六NMOS晶体管14b的栅极端的电压应处于逻辑“低”，且这样就断开第六NMOS晶体管14b。

同时，应断开第六PMOS晶体管14a并接通第六NMOS晶体管14b以把接地电压GND提供给栅电极12。此外，加到第六PMOS晶体管14a栅极端的电压和加到第六NMOS晶体管14b栅极端的另一个电压均应处于逻辑“高”电平，从而可分别断开和接通第六PMOS和NMOS晶体管14a和14b。从而，在高压从第一结点NODE1加到栅电极12时，从阴极10发射出电子。

主扫描信号SS的高电平保持在高压HVdd，其低电平保持在比高压HVdd低0.7到0.5伏的低压HVL。此外，应把辅扫描信号ASS的低电平保持在接地电压GND，另一方面，其高电平应保持在比接地电压高0.7到0.5伏的电压上。这样，通过限制第六PMOS和NMOS晶体管14a和14b的源极端和栅极端之间的电压差来防止第六PMOS和NMOS晶体管14a和14b栅极的氧化物薄膜受损。此外，这也将稳定地切换通过第一结点NODE1加到栅电极12的高压HVdd和接地电压GND。

同时，依据电荷控制信号CCS的逻辑状态选择性地驱动第七NMOS晶体管16。在电荷控制信号CCS保持在逻辑高电平时，接通第七NMOS晶体管16，于是把低电压加到阴极10。在如图3所示把高压HVdd提供给栅电极12时，电荷控制信号CCS暂时保持在逻辑高电平，然后再保持在逻辑低电平。此外，与加到栅电极12的高压HVdd的脉宽不同，逻辑高电平处的脉宽非常短。同时，暂时把低电压加到阴极10，从而由图1中第二结点NODE2的电压浮动来操作第二结点NODE2和接地电压GND之间的四个电流源。每个电流源由一PMOS晶体管与一NMOS晶体管串联组合而成。这与FED芯片的制造有关。这与FED芯片的制造有关。即，即使把高压加到栅极12，也将没有电压提供给第二结点NODE2。然而，如果由栅电极12和阴极10之间的电容把预定电压加到第二结点NODE2，则可提出类似于图2的FED元件驱动装置。

图1的FED元件驱动装置还包括连在阴极10和接地电压GND之间的电流镜18，以及用于控制电流镜18操作的第五NMOS晶体管20e。

电流镜18具有能把不同的电流信号提供给阴极10的四个电流源。因此，电流镜18还具有其源极端都连到阴极10的第一到第四PMOS晶体管18a到18d，以及其源极端通过第七NMOS晶体管16耦合到低电压Vdd的第五PMOS晶体管18e。

第五PMOS晶体管18e的栅极端通常连到第一到第四PMOS晶体管18a到18d的栅极端，也耦合到第五NMOS晶体管20e的漏极端。当由第五NMOS晶体管20e形成电流路径时，第五PMOS晶体管18e允许把一类似于接地电压GND的电压加到第一到第四PMOS晶体管18a到18d的栅极端，从而以同一电压驱动第一到第四PMOS晶体管18a到18d。

响应于显示控制信号DCS，第五NMOS晶体管20e形成第五PMOS晶体管18e的电流路径。在显示控制信号保持在逻辑高电平的情况下，接通第五NMOS晶体管20e，且有电流从第五PMOS晶体管18e的漏极端流入接地电压GND。显示控制信号DCS与数字逻辑信号D0到D3或提供给控制部分22中FED元件的D10到D13同步，于是类似于第五NMOS晶体管20e，DCS被加到每个晶体管的栅极端。图3是显示控制信号DCS以及如图1所示数字逻辑信号D0到D3的时序图。

此外，当从第五PMOS晶体管18e的漏极端把接地电压GND加到第一到第四PMOS晶体管18a到18d的栅极端时，第一到第四PMOS晶体管18a到18d以自己的漏极端形成自阴极10开始的电气路径。在该处，每一个与第一到第四PMOS晶体管18a到18d的漏极端串联的第一到第四NMOS晶体管20a到20d分别控制第一到第四PMOS晶体管的漏极端与接地电压GND之间的电流路径。此外，第一到第四NMOS晶体管20a到20d也响应于来自控制部分22的4位数字逻辑信号D0到D3。即，第一到第四PMOS晶体管18a到18d产生大小恒定的电流信号，然后把这些信号提供给阴极10。然而，此时，即使从第一到第四PMOS晶体管18a到18d产生的所有电流信号都能具有相同的大小，但希望从PMOS晶体管18a产生的一个电流信号的最低位到PMOS晶体管18d产生的另一个电流信号的最高位，电流量增加2ⁿ(n＝1，2，3，....)。因此，也希望第二到第四PMOS晶体管18b到18d的沟道宽度应是第一PMOS晶体管18a沟道宽度的两倍、四倍和八倍。例如，如果第一PMOS晶体管18a漏极端中的电流量是100μA，则流入第二到第四PMOS晶体管18b到18d漏极端中的电流量分别是200μA、400μA和800μA。

同时，FED的元件驱动装置还包括耦合在电流镜18和接地电压GND之间的电流阀20，以及用于控制电流阀20的控制部分22。

输入控制部分22的视频信号VS在控制部分22中被转换成4位的数字逻辑信号D0到D3，然后分别加到第一到第四NMOS晶体管20a到20d的栅极端。控制部分22可以由模拟-数字转换器或编码器来实现。

电流阀20开启或关闭包含在电流镜18内四个电流源的每一个电流路径。相应地，电流阀20应具有第一到第四NMOS晶体管20a到20d，每一个晶体管连到第一到第四PMOS晶体管18a到18d的漏极端和接地电压GND。

依据加到其栅极端的每一个数字逻辑信号D0到D3，选择性地驱动第一到第四NMOS晶体管20a到20d，从而选择性地形成阴极10和接地电压GND之间的电流路径。

例如，如果给出的4位数字逻辑信号为“D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝0”，则只接通第一NMOS晶体管20a，在阴极10和接地电压GND之间只形成通过第一PMOS晶体管18a和第一NMOS晶体管20a的电流路径。从而，加到阴极10的电流信号是100μA，从阴极发射出的电流量如图5的曲线51所示。

此外，如果给出的4位数字逻辑信号为“D0＝0，D1＝1，D2＝0，D3＝0”，则只接通第二NMOS晶体管20b，在阴极10和接地电压GND之间只形成通过第二PMOS晶体管18b和第二NMOS晶体管20b的电流路径。从而，加到阴极10的电流信号是200μA，从阴极发射出的电流量如图5的曲线52所示。

此外，如果给出的4位数字逻辑信号为“D0＝0，D1＝0，D2＝1，D3＝0”，则只接通第三NMOS晶体管20c，在阴极10和接地电压GND之间只形成通过第三PMOS晶体管18c和第三NMOS晶体管20c的电流路径。从而，加到阴极10的电流信号是400μA，从阴极发射出的电流量如图5的曲线54所示。

此外，如果给出的4位数字逻辑信号为“D0＝0，D1＝0，D2＝0，D3＝1”，则只接通第四NMOS晶体管20d，在阴极10和接地电压GND之间只形成通过第四PMOS晶体管18d和第四NMOS晶体管20d的电流路径。从而，加列阴极10的电流信号是800μA，从阴极发射出的电流量如图5的曲线58所示。

最后，如果给出的4位数字逻辑信号为“D0＝1，D1＝1，D2＝1，D3＝1”，则第一到第四NMOS晶体管20a到20d都接通，在阴极10和接地电压GND之间形成通过第一到第四PMOS晶体管18a到18d和第一到第四NMOS晶体管20a到20d的全部电流路径。从而，加到阴极10的电流信号是1.5mA，从阴极发射出的电流量如图5的曲线515所示。相应地，可依据4位数字逻辑信号D0到D3的组合把100μA到1.5mA的电流加到阴极10。此外，第一到第四NMOS晶体管20a到20d的沟道宽度足以依据第一到第四PMOS晶体管18a到18d的沟道宽度来开启或关闭电流量，其沟道宽度分别是第一到第四PMOS晶体管沟道宽度的一倍、两倍、四倍和八倍。

第五PMOS和NMOS晶体管18a和20e的沟道宽度被设计得非常小，从而它们几乎不影响总电流。

同时，第一到第六PMOS晶体管18a到18e和14a以及第一到第六NMOS晶体管20a到20e和14b都是高压晶体管。

如上所述，即使把高压HVdd加到栅电极12，也不清楚有多少电压加到了阴极10。因此，如此设计图1的FED元件驱动装置，从而把预定电压加到阴极10。

在实际制造FED的面板时，如果栅电极12和阴极10之间的电容具有利用加到栅电极12的高压把预定电压提供给阴极10的效果，则可提出类似于图2的元件驱动装置。

图2是依据本发明另一个实施例的场发射显示器的元件驱动装置的第二电路图。

图2与图1的不同之处在于用四个NMOS晶体管21a到21d来替代电流镜18、电流阀20、第七NMOS晶体管16和第五NMOS晶体管20e。

然而，用于切换加到栅电极12的高压的高压切换部分与图1中的切换部分相同。

在图2中用作电流源21的第九到第十一NMOS晶体管21b到21d的沟道宽度是第八NMOS晶体管21a的两倍、四倍和八倍，从控制部分22提供的数字视频信号E0到E3加到它们的栅极端。

依据图1所示数字视频信号逻辑值的组合，控制提供给阴极10的电流量。

图4是每个数字信号的时序图，图6示出一电路SPICE模拟的结果，在该电路中进行图2FED元件的驱动操作。

参考图6，如果给出4位数字逻辑信号E0到E3的值为“E0＝1，E1＝0，E2＝0，E3＝0”，则只接通第八NMOS晶体管21a，在阴极10和接地电压GND之间只能形成第八NMOS晶体管21a中的电流路径。

同时，加到阴极10的电流信号大约是100μA，从阴极10发射出的电流量如图6的曲线61所示。

此外，如果给出4位数字逻辑信号E0到E3的值为“E0＝0，E1＝1，E2＝0，E3＝0”，则只接通第九NMOS晶体管21b，在阴极10和接地电压GND之间只能形成第九NMOS晶体管21b中的电流路径。

同时，加到阴极10的电流信号大约是200μA，从阴极10发射出的电流量如图6的曲线62所示。

此外，如果给出4位数字逻辑信号E0到E3的值为“E0＝0，E1＝0，E2＝1，E3＝0”，则只接通第十NMOS晶体管21c，在阴极10和接地电压GND之间只能形成第十NMOS晶体管21c中的电流路径。

同时，加到阴极10的电流信号大约是400μA，从阴极10发射出的电流量如图6的曲线64所示。

此外，如果给出4位数字逻辑信号E0到E3的值为“E0＝0，E1＝0，E2＝0，E3＝1”，则只接通第十一NMOS晶体管21d，在阴极10和接地电压GND之间只能形成第十一NMOS晶体管21d中的电流路径。

同时，加到阴极10的电流信号大约是800μA，从阴极10发射出的电流量如图6的曲线68所示。

此外，如果给出4位数字逻辑信号E0到E3的值为“E0＝1，E1＝1，E2＝1，E3＝1”，则NMOS晶体管21a到21d都接通，在阴极10和接地电压GND之间形成所有的电流路径。

同时，加到阴极10的电流信号大约是1.5mA，从阴极10发射出的电流量如图6的曲线615所示。

在把图6中的发射电流特性与图5相比的情况下，可理解图6中发射的电流量随着时间的推移有些减小。这是由于栅电极12和阴极10之间的电容造成的。

如上所述，本发明的FED元件驱动装置选择性地驱动至少两个电流源，依据视频信号的大小把不同数量的电流信号提供给阴极，从而从阴极发射出的电流量可相应于视频信号作线性变化。因此，依据本发明，它的某些优点在于即使灰度上升，也可增加包含在像素中的阴极数目，而且不限制由像素所占据的区域。此外，依据本发明的FED元件驱动装置可把预定灰度的色调(shade)提供给像素，而与像素所占据的区域无关。

同时，在以上的描述中，即使在图1中只构成一个阴极，但本领域内的熟练技术人员也应知道在一个像素中可安装几百到几千个阴极。此外，可理解在本发明的实施例中只说明的一个阴极意味着几百到几千个阴极共同相互连接。

在本发明的实施例中，即使把16个灰度提供给像素，本领域内的熟练技术人员也知道可把32个灰度、64个灰度和124个灰度提供给像素。

相应地，应理解本发明不限于这里所揭示作为实施本发明而设计的最佳方式的特殊实施例，除了附加的权利要求书以外，本发明更不限于此说明书中所述的特殊实施例。

Claims

1.一和场发射显示器的元件驱动装置，它依据具有场发射像素元件的无源矩阵寻址方法，所述场发射像素元件具有阴极和用于从所述阴极发射电子的栅电极，其特征在于所述元件驱动装置包括：

由N个电流源构成的电流源部分，用于对所述阴极提供一电流信号，其中该电流信号是通过对分别从N个电流源产生的N个子电流信号求和而形成的，且N为大于等于2的正整数；以及

控制部分，通过接收一视频信号并响应于该视频信号的值输出一N位的数字逻辑信号来选择性地驱动所述N个电流源，其中把该数字逻辑信号的每一位分别指派给N个电流源之一。

2.如权利要求1所述的场发射显示器的元件驱动装置，其特征在于从一最低位电流电平到另一最高位电流电平，子电流信号相应于N位数字逻辑信号。

3.如权利要求2所述的场发射显示器的元件驱动装置，其特征在于所述控制部分依据所述视频信号的大小选择性地驱动所述电流源部分的一部分或所有部分。

4.如权利要求2所述的场发射显示器的元件驱动装置，其特征在于所述控制部分包括用于产生依据所述视频信号的大小逐步增加的N位数字逻辑信号的编码器。

5.如权利要求3所述的场发射显示器的元件驱动装置，其特征在于所述控制部分包括用于把所述视频信号转换成N位数字逻辑信号的模拟-数字转换器。