CN1725417A - 一种电子发射设备、使用它的显示设备及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子发射设备，包括：第一电极，具有施加其上的数据信号；第二电极，具有施加其上的扫描信号；电子发射体，用于响应于数据信号和扫描信号之间的电压差而发射电子；和第三电极，具有用于聚焦从电子发射体发射的电子的聚焦信号。在该电子发射设备中，设置扫描信号的关闭电压低于数据信号的导通电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子发射设备。本发明尤其涉及改善图像质量的电子发射设备、使用它的显示设备和/或其驱动方法。
背景技术
电子发射设备使用热阴极或者冷阴极作为电子源。使用冷阴极的电子发射设备的已知例子有场发射体阵列(FEA)、表面传导发射体(SCE)、金属-绝缘体-金属(MIM)、金属-绝缘体-半导体(MIS)和发射电子表面发射(ballisticelectron surface emitting，BSE)电子的发射设备。
FEA电子发射设备是一种基于这种功能原理的设备：当使用具有低功函数(work function)和/或高beta(β)函数的材料作为电子源时，在真空下由于电场差，电子易于从该材料中发射出来。已经使用钼(Mo)或者硅(Si)或者碳材料(例如石墨或者DLC(金刚石类碳))的针尖结构(tip structure)作为FEA电子发射设备的电子源。近来，也开发出使用诸如纳米管和/或纳米导线之类的纳米材料作为电子源的电子发射设备。
SCE电子发射设备具有形成于第一和第二电极之间的导电薄膜，两个电极彼此相对布置在第一基板上。在该导电薄膜内提供微间隙(或者裂隙)以形成电子发射体。SCE电子发射设备是基于这种原理：当在第一和第二电极上施加电压以使电流流向该导电薄膜表面时，微间隙(即电子发射体)发射出电子。
MIM电子发射设备和MIS电子发射设备分别具有金属-绝缘体-金属(MIM)结构和金属-绝缘体-半导体(MIS)结构作为它们的电子发射体。这些电子发射设备基于这种原理发射电子：利用在两个金属之间或者在一个金属和一个半导体之间(其间介入绝缘体)施加的电压，将电子从具有较高电子电势的金属或者半导体移动或者加速到具有较低电子电势的金属。
BSE电子发射设备包括在欧姆电极上由金属或者半导体形成的电子供应层以及在该电子供应层上形成的绝缘层和金属膜。该电子发射设备在施加到欧姆层和金属膜的电力作用下基于这种原理发射电子：当半导体的尺寸减小到比电子的自由行程还要小的范围内时，电子能够不发生散射地移动。
通常，上述电子发射设备包括形成于第二基板上的阳极，施加带有正电压电平的高电压到该阳极，以使从电子发射体发射的电子与第二基板上形成的荧光体碰撞。
然而，常规的电子发射设备是有问题的，因为未选中的像素在施加到阳极的高正电压作用下发光。即，由施加到阳极的高正电压在电子发射体周围所形成的电场(以下也称之为“阳极电场”)使得电子发射体不正常地发射出电子，其与不期望的荧光体区域碰撞，因此在第二基板上造成不希望的发光。由阳极引起的不希望的发光可以称之为“二极管发射”。
另外，即使电子正常发射，常规电子发射设备也有问题，因为电子发射体的电子可能会没有正常聚集(或者聚焦)而与不希望的区域内的荧光体碰撞，从而造成具有下降的图像质量的图像畸变。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种电子发射设备和相关的驱动方法，其中该电子发射设备能够屏蔽阳极电场以消除二极管发射和/或能够聚集从电子发射体发射的电子束以最小化图像畸变。
在本发明的一个实施例中，电子发射设备包括：第一电极，具有施加其上的数据信号；第二电极，具有施加其上的扫描信号；和电子发射体，用于响应于该数据信号和该扫描信号之间的电压差而发射电子。在这个实施例中，设置该扫描信号的关闭电压低于该数据信号的导通电压。
在本发明的一个实施例中，电子发射设备包括：面板、数据驱动器和扫描驱动器。该面板包括：第一基板，具有互相交叉设置的多个扫描电极和数据电极以及与之形成的电子发射体；以及第二基板，具有至少一个与之形成的阳极。该数据驱动器施加具有第一和第二电压的数据信号到该数据电极。该扫描驱动器施加第三电压到扫描电极中被选中的电极以及施加第四电压到扫描电极中未选中的电极。该电子发射体发射因施加到该数据电极的第一电压和施加到该扫描电极中被选中的电极的第三电压之间的电压差而产生的电子。设置第四电压低于第一电压。
在本发明的一个实施例中，提供了一种驱动电子发射设备的方法。该电子发射设备包括：第一基板，具有至少一个与之形成的阳极；和第二基板，具有多个第一电极、电子发射体形成其上的多个第二电极和在第一电极上形成的第三电极。在该方法中，(a)依次选择第一电极，以在第一间隔内施加第一电压且在第二间隔内施加第二电压；(b)施加数据电压到第二电极；以及(c)在(a)和(b)期间施加第三电压到第三电极。将第二电压设为一个使得第一电极在第二间隔内能够屏蔽该阳极的电场的电压值。
附图说明
附图与说明书一起图解了本发明的示例性实施例，并且与该描述一起用于解释本发明的原理。
图1是采用根据本发明一个实施例的电子发射设备的显示设备的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的电子发射设备的截面图；
图3是根据本发明第一实施例的显示设备的驱动波形图；
图4是根据本发明第二实施例的显示设备的驱动波形图；
图5是根据本发明第二实施例的显示设备的更完整的驱动波形图；
图6是示出在根据本发明第一实施例的驱动方法中响应于施加到聚焦电极的电压而引起二极管发射的阳极电压的曲线图；和
图7是示出在根据本发明第二实施例的驱动方法中响应于施加到聚焦电极上的电压和扫描信号(例如施加到未选中像素的一个或者多个扫描电极的)的关闭电压而引起二极管发射的阳极电压的曲线图。
具体实施方式
在下面的具体描述中，通过图示的方式，仅仅示出并描述了本发明特定示例性实施例。正如本领域普通技术人员所知道的，在全部不背离本发明的宗旨或者范畴的前提下可以以各种方式修改这些所述示例性实施例。因此，这些图和描述本质上应认为是说明性的而不是限制性的。
有在图中示出或没有在图中示出的一些部件，在说明书中没有对其进行讨论，因为它们对于彻底地理解本发明不是必要的。相同的附图标记表示相同的元件。当提到将第一元件连接到第二元件时，该第一和第二元件可以互相直接连接，或者可以在该第一元件和第二元件之间安置第三元件。
图1是使用根据本发明一个实施例的电子发射设备的显示设备的示意图。
如图所示，图1中的显示设备包括用于显示图像的显示面板100；用于驱动数据电极D1到Dm的数据电极驱动器200；用于驱动扫描电极S1到Sn的扫描电极驱动器300；和用于驱动聚焦电极F1到Fn的聚焦电极驱动器400。
显示面板100包括以第一方向(例如列方向)布置的多个数据电极D1到Dm；多个扫描电极S1到Sn；和多个聚焦电极F1到Fn。扫描电极S1到Sn和聚焦电极F1到Fn以第二方向(例如行方向)交替地布置。扫描电极S1到Sn与数据电极D1到Dm相交(或者交叉)，并且在数据电极D1到Dm和扫描电极S1到Sn的相交点(或者交叉点)形成多个像素。
数据电极驱动器200将一个或者多个数据信号供应给数据电极D1到Dm，扫描电极驱动器300将一个或者多个扫描信号供应给扫描电极S1到Sn。
根据本发明的一个实施例，扫描电极驱动器300依次选择扫描电极S1到Sn并且将扫描脉冲(或者信号)施加到选中的扫描电极S1到Sn。在施加扫描脉冲同时，数据电极驱动器200将一个或者多个数据电压施加给数据电极D1到Dm。
聚焦电极驱动器400将一个或者多个负电压施加到聚焦电极F1到Fn，以聚焦从电子发射体(未示出)发射的电子束并且屏蔽阳极电场，从而避免二极管发射。
图2是根据本发明一个实施例的电子发射设备的截面图。
图2的电子发射设备包括后基板10和前基板20。在后基板10上形成阴极30；绝缘层介于阳极30和第一栅电极60之间；以及另一绝缘层介于第一栅电极60和第二栅电极70之间。在阴极30上形成电子发射体50。
前基板20具有对着后基板10的表面。在前基板20对着后基板10的表面上形成用于引起电子碰撞以显示图像的荧光体40以及用于吸引从电子发射体50发射的电子的阳极80。
操作时，图2中的电子发射设备通过施加于阴极30和第一栅电极60之间的电压在电子发射体50上聚焦一个高电场，并且因此由于量子力学隧道效应而使得电子发射体50发射电子。从电子发射体50发射的电子在施加到阳极80的电压下加速，并且与荧光体40碰撞，因而引起荧光体40发光。
在图2中，示出第一栅电极60形成于阴极30上，绝缘层介于其间，但是本发明并不因此受限。例如，根据一个实施例，可以在阴极30下面形成第一栅电极60，在该情形中，电子发射体50形成于第一栅电极60上。
此外，在图2中，示出荧光体40形成于基板20的整个表面上，阳极80形成于荧光体40上，但是本发明并不因此受限。例如根据一个实施例，可以在基板20的整个表面上形成透明阳极，而荧光体40形成于该透明阳极上。，在该情况下，也可以在荧光体40上形成金属膜。
以下详细地描述使用根据本发明一个实施例的电子发射设备的显示设备的驱动方法。
在下面的描述中，使用阴极30作为数据电极Dm，并且使用第一栅电极60作为扫描电极Sn，但是本发明不因此受限。例如，可以使用阴极30作为数据电极D1到Dm中的任何一个或者多个，并且可以使用第一栅电极60作为扫描电极S1到Sn中的任何一个或者多个。此外，根据电子发射设备的电极配置，可以使用阴极30作为扫描电极Sn，可以使用第一栅电极60作为数据电极Dm。如本领域普通技术人员所知的，可以因此修改驱动方法。
此外，施加到选中扫描电极的扫描电压可以称之为“扫描信号的导通电压”，施加到未选中扫描电极的扫描电压可以称之为“扫描信号的关闭电压”。施加到数据电极以导通像素的电压可以称之为“数据信号的导通电压”，并且施加到数据电极以关闭像素的电压可以称之为“数据信号的关闭电压”。
图3是根据本发明第一实施例的显示设备的驱动波形图。
在间隔T1内，将扫描信号的导通电压VS施加到扫描电极Sn，并且将数据信号的导通电压V1施加到数据电极Dm。在扫描电极Sn和数据电极Dm之间的电压差VS-V1使得电子发射体50发射电子，然后电子与荧光体40碰撞，从而导通像素。
在间隔T2内，将数据信号的关闭电压VD施加到数据电极Dm，同时维持扫描信号对于扫描电极Sn的导通电压VS。在扫描电极Sn和数据电极Dm之间的减小的电压差VS-VD中断了电子发射体50的电子发射，从而关闭像素。
在间隔T3内，将扫描信号的关闭电压V1施加到扫描电极Sn，同时将数据信号的关闭电压VD施加到数据电极Dm，以关闭像素。然后将电压V1施加到数据电极Dm。这里，扫描信号的关闭电压V1等于数据信号的导通电压V1，并且通常设为0V。
在图3中，可以将第二栅电极70用作聚焦电极Fn(或者聚焦电极F1到Fn中的任一个或者多个)。将负电压V2持续施加到聚焦电极Fn，以在间隔T1内将来自电子发射体50的电子束聚焦到期望位置的荧光体40上，并且在间隔T2和T3内屏蔽阳极40的高的正电场，从而避免了二极管发射。
增加施加到聚焦电极Fn的负电压的大小可以增强电场屏蔽功能以及聚焦功能，但是减少了移动到阳极40的电子数量，因此降低了显示面板100的亮度。
因此，应该将既不太高又不太低的适当的负电压施加到聚焦电极Fn。可以通过增加用作聚焦电极Fn的第二栅电极70的膜厚或者增加其中形成有电子发射体50的孔(hole)的纵横比(深度/宽度)，来屏蔽由阳极40产生的电场。然而，这种电子发射设备的制造工艺非常复杂并且引起许多生产率和产量方面的问题。
因而，在本发明的第二实施例中，通过设置扫描信号的关闭电压低于数据信号的导通电压来防止了未选中像素上的二极管发射。
更详细地，图4图解了根据本发明第二实施例的显示设备的驱动波形图。
本发明的第二实施例不同于第一实施例之处在于扫描信号的关闭电压降低为电压V3。
通过设置扫描信号的关闭电压V3低于数据信号的导通电压V1，未选中的扫描电极(例如扫描电极S1到Sn中的一个或者多个)防止了电子发射体50的不希望的电子发射，并且聚焦电极(例如聚焦电极F1到Fn中的一个或者多个)屏蔽了阳极40的电场。
更特别地，在间隔T1中，施加扫描信号的导通电压VS到扫描电极Sn，并且施加数据信号的导通电压V1到数据电极Dm。扫描电极Sn和数据电极Dm之间的电压差VS-V1使得电子发射体50发射电子，然后电子与荧光体40碰撞来显示图像。
在间隔T2中，将数据信号的关闭电压VD施加到数据电极Dm，同时维持施加到扫描电极Sn的扫描信号的导通电压VS。降低了扫描电极Sn和数据电极Dm之间的电压差VS-VD，从而中断电子发射体50的电子发射。
在间隔T3中，施加扫描信号的关闭电压V3到扫描电极Sn，同时施加数据信号的关闭电压VD到数据电极Dm。然后施加电压V1到数据电极Dm。这里，施加到扫描电极Sn的电压V3低于施加到数据电极Dm的电压V1，所以扫描电极Sn屏蔽阳极40的电场。即，当使用第一栅电极60作为扫描电极Sn，同时使用阴极30作为数据电极Dm时，通过施加一个低于施加到阴极30电压的电压到未选中像素的第一栅电极60，第一栅电极60就屏蔽了施加到阳极30的高电压，其中该第一栅电极上施加的是扫描信号的关闭电压。
因而，通过用聚焦电极F1到Fn对未选中像素上的阳极电场的第一屏蔽以及用扫描电极S1到Sn对阳极电场的第二屏蔽，本质上避免因阳极电场引起的二极管发射。
在该第二实施例中，即使施加一个比第一实施例中更高的电压到阳极40，也没有出现二极管发射，因此增加了可以施加到阳极40上的电压，从而增强了图像的亮度。这减少了因二极管发射引起的图像畸变，从而提高了显示设备的图像质量。
图5是根据本发明第二实施例的显示设备的更完整的驱动波形图。
参照图5，依次施加扫描信号的导通电压VS到扫描电极S1到Sn，并且在像素选择时间内保持。当选择时间结束时施加扫描信号的关闭电压V3。
扫描信号的关闭电压V3设置的比数据信号的导通电压V1要低，因此能够防止在未选中像素上的二极管发射。
以下，参照图6和7以便描述在根据第一和第二实施例的驱动方法中阳极电场的屏蔽效果。图6和7的曲线图示出了当聚焦电极中至少一个的水平宽度为大约100μm且由阳极电压产生的电流为50μA时的实验结果。
更详细地，图6是示出在根据本发明第一实施例的驱动方法中响应于施加到聚焦电极(例如电极Fn)的电压而引起二极管发射的阳极电压的曲线图。在图6中，扫描信号的关闭电压设为0V。
从图6中可以看出，引起二极管发射的阳极电压随着施加到聚焦电极Fn的电压的增加以反方向增加。例如，在施加到聚焦电极Fn的电压大约为-20V时，可以施加到阳极40的电压大约为2.1kV，并且当施加到聚焦电极Fn的电压大约为-30V时其大约为2.3V。
图7是示出在根据本发明第二实施例的驱动方法中响应于施加到聚焦电极(例如电极Fn)的电压Vf和扫描信号(例如施加到未选中像素的一个或者多个扫描电极S1到Sn)的关闭电压(例如电压V3)而引起二极管发射的阳极电压的曲线图。
从图7中可以看出，引起二极管发射的阳极电压随着施加到聚焦电极Fn的电压Vf的增加以反方向增加。此外，引起二极管发射的阳极电压随着扫描信号的关闭电压的增加而以负方向增加更多。
例如，当施加到聚焦电极Fn的电压Vf大约为-20V并且扫描信号的关闭电压大约为-40V时，能够施加到阳极40的电压大约为2.7kV。此外，当施加到聚焦电极Fn的电压Vf大约为-30V并且扫描信号的关闭电压大约为-40V时，能够施加到阳极40的电压大约为2.9kV。
由此，根据本发明的第二实施例，使用聚焦电极来聚焦选中的像素的电子束，以允许像素的阳极的第一屏蔽。并且设置施加到未选中像素的扫描电极的电压低于施加到数据电极的电压，以实现阳极电场的第二屏蔽。
虽然本发明是结合一些示例性实施例来描述的，但是本领域普通技术人员可以理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明意欲覆盖包括在所附权利要求及其等效权利要求的宗旨和范畴内的各种修改。
Claims (20)
1.一种电子发射设备，包括：
第一电极，具有施加其上的数据信号；
第二电极，具有施加其上的扫描信号；和
电子发射体，用于响应于该数据信号和该扫描信号之间的电压差而发射电子，其中
设置该扫描信号的关闭电压低于该数据信号的导通电压。
2.如权利要求1所述的电子发射设备，其中，该电子发射体在间隔内发射电子，以施加该数据信号的导通电压到第一电极以及施加该扫描信号的导通电压到第二电极。
3.如权利要求2所述的电子发射设备，其中，该扫描信号的导通电压是正电压，并且该扫描信号的关闭电压是负电压。
4.如权利要求3所述的电子发射设备，其中，该数据信号的导通电压基本上等于地电压，并且该数据信号的关闭电压是正电压。
5.如权利要求2所述的电子发射设备，其中，该数据信号的导通电压基本上等于地电压，并且该数据信号的关闭电压是正电压。
6.如权利要求1所述的电子发射设备，还包括：
第三电极，具有施加其上的聚焦信号，用于聚焦从该电子发射体发射的电子。
7.如权利要求6所述的电子发射设备，其中设置该聚焦信号来具有预定的负电压。
8.如权利要求6所述的电子发射设备，其中，第一电极包括阴极；第二电极包括形成于第一电极上的第一栅电极以及介于第一栅电极和第一电极之间的第一绝缘层；并且第三电极包括形成于第二电极上的第二栅电极以及介于第二栅电极和第二电极之间的第二绝缘层。
9.如权利要求1所述的电子发射设备，还包括：
第二基板，具有用于吸引从该电子发射体发射的电子的第四电极，和形成于其上的荧光体，用于当受到从该电子发射体发射的电子碰撞时显示图像。
10.如权利要求9所述的电子发射设备，其中，第四电极是与荧光体一起形成的阳极。
11.如权利要求9所述的电子发射设备，其中第三电极位于第一电极和第四电极之间。
12.电子发射设备，包括：
面板，包括：第一基板，具有互相交叉设置的多个扫描和数据电极以及与之形成的电子发射体；和第二基板，具有至少一个与之形成的阳极；
数据驱动器，用于施加具有第一和第二电压的数据信号到该数据电极；和
扫描驱动器，用于施加第三电压到扫描电极中被选中的电极以及施加第四电压到扫描电极中未选中的电极，其中
因施加到该数据电极的第一电压和施加到该扫描电极中被选中的电极的第三电压之间的差引起该电子发射体发射电子，并且
设置第四电压低于第一电压。
13.如权利要求12所述的电子发射设备，还包括：
至少一个与第一基板一起形成的聚焦电极，用于聚焦从该电子发射体发射的电子并且屏蔽该阳极的电场。
14.如权利要求12所述的电子发射设备，还包括：
与第二基板一起形成的荧光体，用于当受电子碰撞时显示图像。
15.如权利要求12所述的电子发射设备，其中第四电压具有负电压电平。
16.一种驱动电子发射设备的方法，该电子发射设备包括：第一基板，具有至少一个与之形成的阳极；和第二基板，具有多个第一电极、电子发射体形成于其上的的多个第二电极和形成于第一电极上的第三电极，该方法包括：
(a)依次选择第一电极，以在第一间隔内施加第一电压且在第二间隔内施加第二电压；
(b)施加数据电压到第二电极；和
(c)在(a)和(b)期间施加第三电压到第三电极，
将第二电压设为一个使得第一电极在第二间隔内能够屏蔽该阳极的电场的电压值。
17.如权利要求16所述的方法，其中设置第二电压低于数据电压。
18.如权利要求17所述的方法，其中第二电压是负电压。
19.如权利要求16所述的方法，其中第三电压是负电压。
20.如权利要求16所述的方法，其中第二电压是负电压。
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