CN1737886A - 电子发射显示器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子发射显示器包含阳极和面板电极单元，该面板电极单元包含沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过该扫描电极延伸的数据电极。在该显示器和驱动该显示器的方法中，当电能施加到电子发射显示器时，施加阳极电压以驱动阳极，并且当阳极电压等于或高于参考电压时，施加电压到该面板电极单元的至少一个电极。

Description

电子发射显示器及其驱动方法
要求优先权
本申请在这里参照、引入并要求享受按照35 U.S.C.§119的规定应有的、先前于2004年6月30日向韩国知识产权局提交的“ELECTRON EMISSIONDISPLAY AND METHOD OF DRIVING THE SAME(电子发射显示器及其驱动方法)”的正式序列号为No.2004-50523的专利申请的全部利益。
技术领域
本发明涉及一种电子发射显示器(EED)，更具体地涉及一种控制一种电源序列的电子发射显示器。
背景技术
场发射显示器(FED)是一种采用冷阴极的电子发射显示器，可分为场发射器(FE)型电子发射显示器、金属-绝缘体-金属(MIM)型电子发射显示器、金属-绝缘体-半导体(MIS)型电子发射显示器、表面导电电子发射显示器(SED)和弹道电子表面发射显示器(BSD)。
在FE型电子发射显示器中，形成了由于真空中的电场而易于电子发射的发射器，并且电子从发射器阵列中发射。发射器由具有大的β函数(也即，纵横比)和小的β函数(也即，功函)的材料所形成。
MIM型电子发射显示器或MIS型电子发射显示器基于量子力学隧道效应工作，并且使用一种包含MIM或MIS结构的发射器。在MIM或MIS型电子发射显示器中，在其中插入绝缘层的两个金属层之间或一个金属层和一个半导体层之间施加电压，因此，电子从具有高电势的金属层或半导体层移动到具有低电势的金属层。
BSD基于这样的原理工作：如果半导体的尺寸减小到比半导体中的电子平均自由行程小的尺寸范围，电子就会没有散射地传输。BSD包括设置在欧姆电极之上并由金属或半导体形成的电子传输层(ETL)、以及设置在ETL上的绝缘层、薄金属层和磷光体层。这样，通过向欧姆电极和薄金属层提供电源以激发磷光体层，从而发射电子，由此发光。
在SED中，电流水平地施加到设置于基板的小区域薄层的表面上，以发射电子，并且在第一基板上形成一对第一电极和第二电极，使之彼此相对。第一传导层和第二传导层彼此靠近设置，以便分别覆盖第一和第二电极的表面。电子发射单元插在第一和第二传导层之间。并且，在第二基极之上的阳极上交替地设置红(R)、绿(G)、蓝(B)磷光体层，它们相邻的每一对由黑基质层隔开。
在SED中，将电源施加于第一和第二电极，使得电流水平流动到小区域电子发射单元的表面，因此，电子从电子发射单元发射并与设置在阳极的磷光体层碰撞，从而产生预定图像。
典型地，EED基于量子力学隧道效应工作，并且包含一种三极管结构，在这种结构中，电子由于栅极形成的电场而被发射，并且电子与形成在阳极上的磷光体层碰撞，以激发磷光体，从而发光。
在EED中，如果将预定的驱动电压施加到阴极和栅极，并且，将数百到数千V的正(+)电压施加到阳极，则由于阴极和栅极之间的电压差，电子发射源附近就产生了电场，从而发射电子。电子朝着施加了高电压的阳极传输，并且与相应的磷光体层碰撞以致发光。结果，显示预定图像。
在驱动彩色FED中，可以采用两种寻址方式：开关阳极法和非开关阳极法。
在开关阳极法中，红(R)子像素、绿(G)子像素和蓝(B)子像素共用单个FEA像素，并且，所有的同一颜色的阳极子像素彼此电气相连。开关阳极法采用是非开关阳极法三倍数目的电子发射源，并且，阳极和阴极的排列不是很重要。但是，必须将阳极电压设定为某一值或更小(大多数，1kV或更小)，以防止由于相邻磷光体子像素之间的电击穿而产生的混色，并且，阳极电压必须以高于三倍的速度施加。
在非开关阳极法中，每一个子像素利用一个额外的FEA子像素，并且单个像素的三个子像素彼此电气连接。由于相邻阳极子像素之间几乎不会发生电击穿，所以非开关阳极法使得高电压工作成为可能，并且这种方法不需要阳极电压高速转换。另一方面，与开关阳极法相比，需要三倍数目的栅极，并且，由于每一个阳极子像素所用的电子发射源数目小，所以每一个电子发射源必须供应相对大的电流，此外，阳极和阴极之间的对准误差会影响颜色纯度。
如果电压同时施加到阳极、栅极和阴极，则具有大约几kV额定电压的阳极电压最后达到额定电压水平。因而，如果当额定电压施加到栅极和阴极而阳极电压还没有达到它的额定水平时，则从阴极发射的电子不会朝着阳极加速，相反地它们流向栅极，从而导致漏电流。漏电流会切断栅极，破坏电子发射源，浪费电能。
发明内容
本发明提供了一种电子EED和驱动这种电子EED的方法，其中能够避免从电子发射源发射的电子泄漏到阳极以外部分。
根据本发明的一个方面，提供了一种驱动包含阳极和面板电极单元的电子发射显示器的方法，其中该面板电极单元具有沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过扫描电极延伸的数据电极。当电源施加到电子发射显示器时，该方法包括步骤：施加阳极电压以驱动阳极，并且当阳极电压等于或高于参考电压时，施加电压到该面板电极单元的至少一个电极。
如果阳极电压等于或高于参考电压，施加扫描电压以驱动该面板电极单元的扫描电极。
如果阳极电压等于或高于参考电压，施加数据电压以驱动该面板电极单元的数据电极。
阳极电压的参考电压可优选500V或更高。
在施加扫描电压的同时或之后，施加数据电压以驱动数据电极。
在施加数据电压的同时或之后，施加扫描电压以驱动扫描电极。
扫描电极包括栅极，数据电极包括阴极。
扫描电极可以包括阴极，数据电极可以包括栅极。
根据本发明的另一方面，提供了一种驱动包含阳极和面板电极单元的电子发射显示器的方法，其中该面板电极单元具有沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过扫描电极延伸的数据电极。当电源从电子发射显示器断开时，该方法包括从该面板电极单元的至少一个电极断开电压以断开该面板电极单元，和在电源从该面板电极单元的至少一个电极断开的同时或之后，断开阳极电压的步骤。
在从该面板电极单元的扫描电极断开扫描电压的同时或之后，从数据电极断开数据电压。
在从该面板电极单元的数据电极断开数据电压的同时或之后，从扫描电极断开扫描电压。
根据本发明的再一个方面，提供了一种包含阳极和面板电极单元的电子发射显示器，其中该面板电极单元具有沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过扫描电极延伸的数据电极。该电子发射显示器包括：电源，输出驱动阳极的阳极电压和驱动该面板电极单元的至少一个电极的面板驱动电压；驱动单元，响应第一控制信号并通过接收该面板驱动电压以驱动该面板电极单元的至少一个电极；定时控制器，为控制驱动单元而输出第一控制信号；阳极电压源，施加阳极电压到阳极；阳极电压检测器，检测和通过预定标度比来划分阳极电压，并输出结果；比较器，用参考电压比较检测、划分过的阳极电压，并输出比较结果作为第二控制信号；和第一开关，响应第二控制信号以将驱动电压切换到该面板电极单元的至少一个电极。
该电子发射显示器进一步包括响应第二控制信号以将扫描电压切换到扫描驱动器的第二开关，并且驱动单元包括用来驱动扫描电极的扫描驱动器。
该电子发射显示器进一步包括响应第二控制信号以将数据电压切换到数据驱动器的第二开关，并且驱动单元包括用来驱动数据电极的数据驱动器。
参考电压通过用500V或更高的预定电压除以标度比来获得。
该电子发射显示器进一步包括用来可变地设定参考电压的参考电压设定器。
当从该电子发射显示器断开电能时，在第一开关从该面板电极单元的至少一个电极断开该面板驱动电压的同时或之后，阳极电压源将阳极电压断开。
当从电子发射显示器断开电能时，在第一开关断开数据电压的同时或之后，第二开关断开扫描电压，并且，在扫描电压被断开的同时或之后，阳极电压源将阳极电压断开。
当从电子发射显示器断开电能时，在第一开关断开扫描电压的同时或之后，第二开关将数据电压断开，并且，在扫描电压被断开的同时或之后，阳极电压源将阳极电压断开。
附图说明
当与附图一起考虑时，通过参考如下详细描述，对于本发明更完整的正确评价和其中的许多附带优点能够凸现出来并更好地予以理解，附图中的相同的参考标记表示相同或相似的部件，其中：
图1显示了一种具有尖针型场发射阵列(FEA)的场发射器(FE)型电子发射显示器；
图2显示了一种具有平型FEA的FE型电子发射显示器；
图3显示了一钟具有碳纳米管(CNT)FEA的FE型电子发射显示器；
图4为根据本发明一个实施例的阐明驱动电子发射显示器的方法和显示电能开/关序列的时序图；
图5为根据本发明另一实施例的阐明驱动电子发射显示器的方法和显示电能开/关序列的时序图；
图6为根据本发明一个实施例的电子发射显示器框图；
图7为根据本发明一个实施例的下栅极型FED面板和驱动它的装置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细介绍本发明的实施例。
本发明涉及一种包括沿点阵面板的一个方向延伸的扫描电极、跨过扫描电极延伸的数据电极和阳极的电子发射显示器，和驱动该电子发射显示器的方法。
现在描述作为电子发射显示器的一个例子的场发射显示器(FED)。
基于栅极的位置，FED可被分为具有顶栅结构的FED或具有底栅结构FED。顶栅结构包括阴极、栅极和阳极，三者顺序设置在玻璃基板上，另一方面，底栅结构包括栅极、阴极和阳极，三者顺序设置在玻璃基板上。
本发明既可应用到顶栅型FED，又可应用到底栅型FED，而且，本发明可应用到微针尖型FED、平型FED和具有碳纳米管(CNT)FEA的FED。
图1显示了一种FE型EED。该显示器包括后基板112、阴极110、针尖型FEA 116、栅绝缘层108、栅极106、衬垫114、磷光体104、阳极102和前基板100。FE型电子发射显示器的工作原理将根据图1加以描述。
FEA 116作为超小电子枪来工作。如果将数十伏特的预定电压施加到阴极110和栅极106之间，那么电子118成为机械地隧穿量子并且从FEA 116的微针尖发射。发射的电子118由于施加到阳极102上数百至数千伏的高压而被加速。电子118朝着覆盖有磷光体104的阳极102加速，然后与磷光体104碰撞。磷光体104中的某元素电子受到电子118与磷光体104碰撞时发出的能量的激发而发光。所述微针尖典型的是硅针尖或金属针尖。
衬垫114在阳极102和阴极110之间维持一常值的真空间隙，因此，避免了基板100和112由于大气压力而破裂，并且避免了电子发射显示器工作时像素之间的串扰。
图2显示了另一种FE型电子发射显示器。该显示器包括后基板212、阴极210、扁平型FEA 216、栅绝缘层208、栅极206、衬垫(未示出)、磷光体204、阳极202和前基板200。一般地，扁平型FEA 216能够是金刚石薄层、类金刚石碳(DLC)薄层、表面导电发射器(SCE)、弹道电子表面发射器(BSE)、MIM或MIS。除FEA 216是扁平型以外，图2所示FED的各个元件与图1所示FED的那些元件基于相同的原理工作。
图3显示了另一种FE型电子发射显示器。该显示器包括后基板312、阴极310、碳纳米管(CNT)FEA 316、栅绝缘层308、栅极306、衬垫314、磷光体304、阳极302和前基板300。由于CNT FEA具有针尖型和扁平型FEA两者的优点，所以最近几年中，有关采用CNT的FED的广泛研究已经取得了进步。除FEA 316是CNT型以外，图3所示FED的各个元件与图1所示FED的那些元件基于相同的原理工作。
图4和图5为根据本发明实施例，阐明驱动电子发射显示器的方法和显示电源开关序列的时序图。具体地，图4显示了顶栅型FED的情况，而图5显示了底栅型FED的情况。
参考图4，在顶栅型FED的情况中，栅极作为扫描电极，而阴极作为数据电极。这样，栅电压Vgate成为扫描电压，阴极电压Vcathode成为数据电压。
参考图5，在底栅型FED的情况中，栅极作为数据电极，而阴极作为扫描电极。这样，栅电压Vgate成为数据电压，阴极电压Vcathode成为扫描电压。
至于顶栅结构和底栅结构，栅极和阴极的功能和施加到相应电极上的电压，作为一个实例如表1所示：
表1
扫描电极  数据电极
  顶栅结构 栅(Vgate＝0V，150V)  阴极(Vcathode＝0V，70V)
  底栅结构 阴极(Vcathode＝-80V，0V)  栅(Vgate＝0V，70V)
表1显示了发射电压设为150V的情况，也即当栅高电平电势与阴极低电平电势之间的差是150V时产生电子发射的情况。
在顶栅结构中，具有低电平0V和高电平150V的扫描脉冲施加到栅，具有低电平0V和高电平70V的数据脉冲施加到阴极。在这种情况下，当高电平扫描脉冲(Vgate＝150V)施加到栅而且阴极电压处于低电平(Vcathode＝0V)时，产生电子发射。在这点上，发射单元(emission cell)的亮度随施加到阴极上的低电平数据脉冲宽度而变化。
在底栅结构中，具有低电平-80V和高电平0V的扫描脉冲施加到阴极，具有低电平0V和高电平70V的数据脉冲施加到栅。在这种情况下，当低电平扫描脉冲(Vcathode＝-80V)施加到阴极而且栅电压处于高电平(Vgate＝70V)时，产生电子发射。在这点上，发射单元的亮度随施加到栅极上的高电平数据脉冲宽度而变化。
根据本发明的一个实施例，将参考图4描述顶栅型FED的通电顺序。
当打开顶栅型FED时，施加阳极电压Vanode以驱动阳极(t＝t0)，随着阳极电压Vanode增大并高于参考电压Vref时，施加阴极电压Vcathode以驱动阴极(也即，数据电极)(t＝t1)。
在施加阴极电压Vcathode也即t＝t1这一时刻的同时，施加栅电压Vgate以驱动栅极(也即扫描电极)。与图4所示相反，栅电压Vgate可以在施加了阴极电压Vcathode之后也即在t＝t1之后施加。
在下文中，根据本发明的实施例，将参考图4描述顶栅型FED的断电顺序。将施加到栅极的栅电压Vgate断开(t＝t2)。
在断开栅电压Vgate也即t＝t2这一时刻的同时，也将阴极电压Vcathode断开。与图4所示相反，阴极电压Vcathode可在栅电压Vgate断开也即t＝t2之后断开。
图5根据本发明的另一个实施例显示了底栅型FED的电能顺序。负电压的阴极电压作为扫描电压，正电压的栅电压作为数据电压。这样阴极电压和栅电压的功能与图4所示实施例中的不同，但是阴极电压和栅电压的电源开/关顺序与图4所示实施例中的相同。
图6为根据本发明一个实施例的FED框图。该FED包括电源636、阴极驱动器604、栅驱动器602、定时控制器600、阳极电压施加器608、阳极电压检测器620、参考电压设定器622、比较器624、第一开关632和第二开关634。
电源636输出驱动阳极的阳极电压Vanode、驱动阴极612的阴极电压Vcathode和驱动栅极610的栅电压Vgate。
定时控制器600为控制阴极驱动器604和栅驱动器602而输出第一控制信号。
阴极驱动器604和栅驱动器602响应第一控制信号相应地驱动阴极612和栅极610。
在顶栅结构中，栅极610作为扫描电极，而阴极612作为数据电极。另一方面，在底栅结构中，栅极610作为数据电极，而阴极612作为扫描电极。
在顶栅结构的场合，用来控制阴极驱动器604的第一控制信号可包括水平同步信号Hsync、红(R)、绿(G)和蓝(B)数据，和垂直同步信号Vsync。
阳极电压施加器608施加阳极电压618到面板606。
阳极电压检测器620检测阳极电压，采用预定标度比来除阳极电压，并输出结果。阳极电压可被划分为在比较器624工作范围内的电压，比如，12V或更小。
比较器624用参考电压628比较被检测且划分的阳极电压626，输出比较结果作为第二控制信号630。
第一开关632响应第二控制信号630，将数据电压Vdata切换到数据驱动器602。
第二开关634响应第二控制信号630，将阴极电压Vcathode切换到阴极驱动器604。
参考电压628可以是用该标度比除500V或更高的预定电压而得到的电压。在本发明中，参考电压628可通过参考电压设定器622可变地设定。
参考电压628由所制造的FED的特点决定。如果从电子发射源发射的电子在其它部分泄漏，比如栅极或网格(mesh)处，那么可能会损坏电子发射源，或者浪费电能。相应地，参考电压628可以是从电子发射源发射的电子不被泄漏而是流向阳极的电压。因此，根据如表1例中所示的阴极电压Vcathode和栅电压Vgate的条件，参考电压628可以是500V。
当断开电源时，栅电压Vgate首先断开同时维持阳极电压Vanode以避免泄漏电流。在栅电压Vgate断开的同时或之后，阴极电压Vcathode断开，随后阳极电压Vanode被断开。
图7为根据本发明一个实施例的底栅型FED面板和驱动它的装置的框图。
在图7中，用图6中相同的参考数字来表示相同的框。
参考图7的底栅型FED面板，在前基板702的背面上交替地设置其上分别覆盖有红(R)、绿(G)和蓝色(B)磷光体层的阳极704R、704G和704B，黑色基质层720介于阳极704R、704G和704B的每一相邻对之间。
在后基板712上，设置有分别对应着阳极704R、704G和704B的栅极706R、706G和706B。
阴极710跨越栅极706R、706G和706B设置。绝缘层726介于栅极706R、706G、706B和阴极710之间。
电子发射源716形成于栅极706R、706G、706B和阴极710之间的交叉点上。
在底栅型FED中，栅极706R、706G和706B用作数据电极并且由栅驱动器602驱动，阴极710用作扫描电极并且由阴极驱动器604驱动。
在绝缘层726上，对置电极722邻近相应的电子发射源716形成。对置电极722通过形成于绝缘层726内的通孔的导电插头分别与栅极706R、706G和706B电气相连。因此，对置电极722建立电场，将从电子发射源716发射的电子推送到阳极704R、704G和704B。
位于阴极710和阳极704R、704G和704B之间且施以网格电压Vmesh的网格724把从电子发射源716发射的电子加速到阳极704R、704G和704B。
本发明也能够在计算机可读记录媒体上被具体化为计算机可读代码。计算机可读记录媒体是能够存储随后由计算机系统读取的程序或者数据的任何一种数据存储设备。计算机可读记录媒体的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备。在这点上，存储在记录媒体上的程序由在具备信息处理能力的设备例如计算机中直接或间接使用的一系列指令所表示，以获取特定结果。相应地，术语“计算机”指的是包括输入单元、输出单元和计算单元以及具备信息处理能力以执行特定功能的任何类型的设备。面板驱动装置可是一种类型的计算机，即使它被限定于特定的面板驱动领域。
特别地，本发明的面板驱动方法在计算机上通过原理图或VHSIC硬件描述语言(VHDL)编写，并且能够将其连接到计算机并通过可编程集成电路(IC)比如场效应可编程门阵列(FPGA)具体化。记录媒体包括这种可编程IC。
综上所述，在本发明的电子发射显示器中，发自电子发射源的电子没有泄漏到其它部分，而是仅仅传输到阳极。因而避免了由于漏电流导致的栅极和电子发射源的毁坏，并且电能浪费最小化。
尽管本发明是参照其中的实施例进行具体的示出和描述，但是本领域的普通熟练技术人员可以理解，在不脱离所附的权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的前提下，其中可作各种形式和细节上的改变。

Claims (21)

1.一种驱动电子发射显示器(EED)的方法，该电子发射显示器包含阳极和面板电极单元，该面板电极单元包含沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过该扫描电极延伸的数据电极，此方法包括以下步骤，当电能施加到EED时：
施加阳极电压以驱动阳极；和
当阳极电压不小于参考电压时，施加电压到面板电极单元的至少一个电极。
2.权利要求1的方法，其中当阳极电压不小于参考电压时，施加扫描电压以驱动面板电极单元的扫描电极。
3.权利要求2的方法，其中扫描电压一施加就施加数据电压，以驱动数据电极。
4.权利要求1的方法，其中当阳极电压不小于参考电压时，施加数据电压以驱动面板电极单元的数据电极。
5.权利要求4的方法，其中数据电压一施加就施加扫描电压，以驱动扫描电极。
6.权利要求1的方法，其中阳极电压的参考电压不小于500V。
7.权利要求1的方法，其中扫描电极包括栅极，数据电极包括阴极。
8.权利要求1的方法，其中扫描电极包括阴极，数据电极包括栅极。
9.一种计算机可读媒体，其上具体为一个用来执行如权利要求1所述的方法的计算机程序。
10.一种驱动电子发射显示器(EED)的方法，该电子发射显示器包含阳极和面板电极单元，该面板电极单元包含沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过该扫描电极延伸的数据电极，此方法包括以下步骤，当从电子发射显示器断开电能时：
断开来自该面板电极单元的至少一个电极的电压以断开该面板电极单元；和
一断开该面板电极单元的所述至少一个电极的电能就断开阳极的电压。
11.权利要求10的方法，其中一从该面板电极单元的扫描电极断开扫描电压，就从数据电极断开数据电压。
12.权利要求10的方法，其中一从该面板电极单元的数据电极断开数据电压，就从扫描电极断开扫描电压。
13.一种计算机可读媒体，其上具体为一个用来执行如权利要求10所述的方法的计算机程序。
14.一种电子发射显示器(EED)，包括：
阳极；
面板电极单元，包含沿点阵类型面板的一个方向延伸的扫描电极和跨过该扫描电极延伸的数据电极；
电源，输出驱动阳极的阳极电压和驱动该面板电极单元的至少一个电极的面板驱动电压；
驱动单元，接收面板驱动电压和响应第一控制信号以驱动该面板电极单元的所述至少一个电极；
定时控制器，为控制该驱动单元而输出该第一控制信号；
阳极电压源，施加该阳极电压到该阳极；
阳极电压检测器，检测该阳极电压、通过预定标度比来划分检测到的阳极电压、且输出结果；
比较器，用参考电压来比较检测且划分过的阳极电压，并输出比较结果作为第二控制信号；和
第一开关，响应第二控制信号以将该面板驱动电压切换到该面板电极单元的所述至少一个电极。
15.权利要求14的显示器，其中该驱动单元包括驱动扫描电极的扫描驱动器，所述显示器进一步包括响应第二控制信号将扫描电压切换到扫描驱动器的第二开关。
16.权利要求15的显示器，其中，当电能从电子发射显示器断开时，第一开关一断开数据电压，第二开关就断开该扫描电压，并且，该扫描电压一断开，阳极电压源就将阳极电压断开。
17.权利要求14的显示器，其中该驱动单元包括驱动数据电极的数据驱动器，所述显示器进一步包括响应第二控制信号将数据电压切换到数据驱动器的第二开关。
18.权利要求17的显示器，其中，当电能从电子发射显示器断开时，第一开关将扫描电压一断开，第二开关就将数据电压断开，并且，该扫描电压一断开，阳极电压源就将该阳极电压断开。
19.权利要求14的显示器，其中该参考电压是通过将至少500V的预定电压除以标度比而获得的电压。
20.权利要求14的显示器，进一步地包括用来可变地设定参考电压的参考电压设定器。
21.权利要求14的显示器，其中，当电能从电子发射显示器断开时，第一开关一将面板驱动电压从面板电极单元的所述至少一个电极断开，该阳极电压源就将阳极电压断开。
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