CN1870215A - 场致发光装置 - Google Patents

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CN1870215A CNA2006100732912A CN200610073291A CN1870215A CN 1870215 A CN1870215 A CN 1870215A CN A2006100732912 A CNA2006100732912 A CN A2006100732912A CN 200610073291 A CN200610073291 A CN 200610073291A CN 1870215 A CN1870215 A CN 1870215A
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Abstract

一种包括静电镜头结构的场致发光装置(FED)。该FED包括：后基板；在后基板的上表面上的阴极；至少一组发射极，发射电子束，并且以竖直列设置在阴极的上表面上；栅极，设置在阴极的上表面上，以吸取来自发射极的电子，并且具有分别对应发射极的水平第一开口；第一绝缘层，位于栅极和阴极之间；聚焦电极，设置在栅极的上表面上，并且具有竖直的第二开口部分，连接到对应发射极组的第一开口部分上；第二绝缘层，位于聚焦电极和栅极之间；前基板，以预定距离设置在后基板的上方，其下表面上带有阳极；和荧光图案，形成在阳极的下表面上，当电子束撞击时发光；其中栅极和聚焦电极形成四极透镜结构。

Description

场致发光装置
技术领域
本发明涉及一种场致发光装置，特别是，在阴极上的发射极和阳极之间构成静电四极透镜结构的场致发光装置，其改善了聚焦效果。
背景技术
通常，场致发光装置(FED，field emission device)可以应用到平面显示装置或者发光装置。FED包括向设置在阴极上的发射极施加电场的栅极，以便发射极发射电子。电子与涂在阳极上的荧光材料碰撞，并且因此发光。带有双栅极结构的FED还包括在上述的栅极之外的聚焦电极。
通过使用从冷阴极发射的电子束，FED发光的亮度和色彩纯度不仅依赖于作为电子源的发射极的材料和结构，也依赖于FED精确聚焦发射的电子束恰好在发光的荧光材料图案上的能力。就是说，为了使用FED来实现高分辨率的显示装置，要求聚焦电子束在目标荧光材料图案上而不是邻近的荧光材料上的技术。
此外，当高电压施加到阳极上以获得高亮度和耐久性时，为了电稳定性，发射极和阳极之间的距离必须增加。然而，当发射极和阳极之间的距离增加时，电子束更可能发散。因此，就要求一种结构，其可以转换电子束对应荧光材料图案，并且精确聚焦电子束。
图1A是传统的带有双栅结构的FED20的SEM(标准电子组件)照片，而图1B是图解图1A所示的FED20的平面图。传统的带有双栅结构的FED20包括：在阴极上发射电子的发射极21；栅极22，在其上吸取电子，并且具有围绕该发射极21的第一开口部分22a；和聚焦电极23，用于在其上聚焦该吸取的电子束，并具有与第一开口部分22a同心的第二开口部分23a。栅极22与阴极绝缘，而聚焦电极23与栅极22绝缘。
图2A是带有对应于像素区的双栅结构的传统的FED20平面图。当从FED20发射的电子束不能有效辐射像素区时，如图2A所示，可以对应像素区设置多个FED20。
图2B是给聚焦电极23施加不同电压在图2A的FED20阳极表面上的电子束斑点的模拟图。当聚焦电压Vf为0V时，圆形电子束到达宽的区域上，而随着电压增加，电子束的区域变小。然而，当聚焦电压大约为50V时，围绕电子束出现光环，从而增加了电子束的区域。
通常，在利用FED的显示设备中，荧光材料图案具有竖直长度比水平宽度长的条形图案。因为根据传统的双栅结构到达阳极的电子束具有环形形状，所以电子束可以在荧光材料的宽度上偏移。特别是，如图2A所示，当两组或者更多组发射极，包括以竖直列设置的发射极，相对于一个像素区水平设置时，电子束的宽度增加。
同样，参照图2B，在聚焦电压-40V下，获得最佳的聚焦效果。就是说，为了在传统的双栅结构中获得有效的聚焦效果，在聚焦电极和栅极之间的电压可以很大，并且因此可以在聚焦电极和栅极之间发生电击穿。
发明内容
本发明提供一种场致发光装置(FED)，其聚焦从发射极发射的电子束，转换电子束的横截面成为对应于荧光图案的条形。
本发明也提供一种FED，其包括具有比栅极电压低的聚焦电极。
此外，本发明还提供一种FED，其中，从一组以竖直列设置的发射极发出并且对应于像素区的电子束，聚焦在发射极组的中心上。当至少两组发射极以水平行设置成对应于像素时，每组电子束朝着各组的中心轴聚焦。
根据本发明的一方面，提供的FED包括：后基板；在后基板上表面上的阴极；至少一组发射极，其发射电子束，并且以竖直列设置在阴极的上表面上，以从发射极吸取电子，而且具有分别对应于发射极的水平第一开口；第一绝缘层，放入栅极和阴极之间；聚焦电极，设置在栅极的上表面上，并且具有竖直方向的第二开口部分，连接到对应于发射极组的第一开口部分；第二绝缘层，放入聚焦电极和栅极之间；前基板，设置在后基板上方预定的距离上，在其下表面上带有阳极；荧光图案，形成在阳极的下表面上，当电子束撞击时发光；其中，栅极和聚焦电极形成四极透镜结构。
就是说，FED的静电四极透镜结构，可以由在对应于每个发射极的栅极中形成的第一开口和在对应于发射极组的聚焦电极中形成第二开口而形成。
根据本发明的另一个方面，提供的FED包括：后基板；在后基板上表面上的阴极；两组或多组发射极，发射电子束，并且设置在阴极的上表面上；栅极，设置在阴极的上表面上，以吸取从发射极发射的电子，并且具有分别对应于发射极的水平第一开口部分；第一绝缘层，放入栅极和阴极之间；聚焦电极设置在栅极的上表面上，并且具有竖直的第二开口部分，连接到对应于发射极组的第一开口部分；第二绝缘层，放入聚焦电极和栅极之间；前基板，以预定的距离设置在后基板的上方，在其下表面上带有阳极；和荧光图案，形成在阳极的下表面上，当电子束撞击时发光；其中两组或多组发射极设置成水平行，并且由栅极和聚焦电极形成的四极透镜结构偏转从每组发射极发出的电子束组，以便两组或者多组电子束相互交迭。
第一开口部分的竖直轴从对应于发射极的竖直轴偏移到右和左侧，并且电子束在该偏移相反的方向上偏转。对应于在一组中相同发射极的第一开口部分可以以相同的数量在相同的方向上设置。偏移方向可以是一组发射极中心的反方向。
第一开口部分可以从对应于发射极的竖直轴在第一方向偏移，并且在与第一方向相反的第二方向上偏转电子束。
如上所述，“竖直”是指竖直长度大于水平宽度的物体，“水平”是指水平宽度大于竖直长度的物体。术语“水平”和“竖直”不意味着绝对的方向，而是相对垂直的关系。同样，像素区域表示在显示装置中均匀的荧光图案，而子像素是在彩色显示装置中的单色光发射区。
附图说明
参照附图，通过详细描述其中的示范性实施例，本发明的上述和其它的特征和优点将变得更加显明，其中：
图1A是带有双栅结构的传统场致发光装置(FED)的SEM图像；
图1B是图1A所示的FED的平面图；
图2A是带有设置成对应于像素区的双栅结构的传统FED的平面图；
图2B是图2A的FED阳极表面的电子束斑点的模拟图像；
图3是图解静电四极透镜概念的概念性示意图；
图4是根据本发明实施例的FED四极透镜结构的透视图；
图5A和5B是根据本发明实施例的FED的电子束轨迹模拟图像；
图6是根据本发明第一实施例的FED的平面图；
图7是电子束通过不对称四极透镜的轨迹模拟图像；
图8是到达图6所图解的FED阳极表面的电子束点模拟图；
图9A和9B是根据本发明第二和第三实施例的FED的平面图；
图10是根据本发明第四实施例的FED的平面图；
图11是根据本发明第四实施例图解在图10中的FED，到达阳极表面上的电子束点模拟图像；
图12是根据本发明第五实施例的FED的平面图；
图13是根据本发明第五实施例图解在图12中的FED，到达阳极表面的电子束点模拟图像。
具体实施方式
图4是根据本发明实施例的FED四极透镜结构的透视图。传统上，采用FED的显示装置的荧光图案，为竖直长度大于水平宽度的条形。因此，如图3所示，在FED中的四极透镜结构可以具有横截面为更大的竖直长度而更小的水平宽度的电子束。
在FED中，正电压Vg施加到靠近发射极安装的栅极上，而低电压施加到聚焦电极上。因此，由栅极和聚焦电极可以提供四极透镜结构，其中V1等于Vf，而V2等于Vg(V1＜V2)。就是说，在本发明实施例中的四极透镜结构中，栅极具有水平开口，为一对彼此面对的水平电极，而聚焦电极具有竖直开口，为一对彼此面对的竖直电极。
图5A和5B是根据本发明实施例的FED的电子束轨迹模拟图。图5A展示了FED的水平表面，而图5B展示了FED的竖直表面。如上所述，由栅极EG和聚焦电极FG形成的四极透镜结构，减小了从发射极发射的电子束的宽度，并且增加了其高度。因此，可以最大限度地利用对应荧光图案发光表面，而不影响邻近的荧光图案。
图6是根据本发明第一实施例的FED的平面图。根据本发明第一实施例的FED包括后基板(未示出)和在后基板的上表面上的阴极(未示出)。对应于像素的发射极511、512和513设置在阴极竖直列上。发射极的组数可以为两个或更多。
从发射极吸取电子的栅极52设置在阴极的上表面上，而对应于发射极511、512和513的水平第一开口部分521a、522a和523a形成在阴电极52中。图6的第一开口部分是水平比竖直方向长的矩形。
聚焦电极53形成在栅极52上。聚焦电极53包括竖直第二开口部分53a，其竖直方向长于水平方向。第二开口53a连接到对应于发射极511、512和513的第一开口部分512a、522a和523a。
绝缘层放入阴极和栅极52之间与栅极52和聚焦电极53之间。电压Vg多为正电压，并且大于施加到阴极上的电压，施加到栅极52上来吸取电子，而低于Vg的电压施加到聚焦电极53上。
尽管在图6中没有示出，但是前基板以预定的距离设置在后基板上方。阳极形成在前基板上，给其施加高电压，而阳极的下表面包括荧光图案，由于电子束撞击而发光。荧光图案为竖直条，并且可以是竖直矩形形式，其相对于像素竖直方向大于水平方向。
如上所述，多个施加高电压的第一开口部分和施加相对低电压的第二开口部分连接起来，并且因此建立静电四极透镜结构。四极透镜转换从每个发射极发射的电子束横截面为对应于图3到5所描述的荧光图案的形状。
然而，发射极511和513从发射极511到513的中心偏移，具有不对称的四极透镜结构，其从第二开口部分53a的水平轴fc偏移预定的距离。这样，电子束在第二开口部分的水平轴到第一开口部分的水平轴，如g1c的偏移方向上偏转。
图7是电子束通过不对称四极透镜的轨迹模拟图像。聚焦电极(FG)103的第二开口部分设置在发射极的中心之下，并且等势线相对于电子束路径倾斜，并且因此电子束向下偏转。因此，从511到513的中心偏移的发射极511和513，具有不对称的四极透镜结构，其中，第一开口部分521a和523a的水平轴g1c和g3c从第二开口53a的水平轴fc偏移预定的距离。
图8是根据本发明第一实施例的FED阳极表面的到达电子束点模拟图像。如上所述，可见产生了竖直的长电子束。
图9A和9B是根据本发明第二和第三实施例的FED60和70的平面图。根据第二实施例的FED60的四极透镜结构可以由分别对应于发射极611、612和613的第一开口部分621a、622a和623a与连接到第一开口部分611a、612a和623a的竖直椭圆或圆角矩形的第二开口部分63a形成。此外，根据第三实施例的FED70的四极透镜结构可以由分别对应于发射极711、712和713的水平椭圆的第一开口部分721a、722a和723a与连接到第一开口部分721a、722a和723a的竖直椭圆或圆角矩形的第二开口部分73a形成。
图10是根据本发明第四实施例的FED110的平面图。根据第四实施例的FED110，包括在对应于像素区的竖直列中的两个或者更多FED50。就是说，两组或更多组发射极设置在相对于像素区的竖直列中，而第一开口部分和第二开口部分对应于每组发射极。图11是根据本发明第四实施例的到达阳极下表面的电子束斑点模拟图。两组或更多组的发射极可以对应于荧光图案。
图12是根据本发明第五实施例的FED的平面图。根据本实施例的FED120，包括设置在水平行中的两组或多组发射极，区别于在竖直列中设置两组或多组发射极的第四实施例。此外，从射极组发射的电子束组聚焦在发射极组的中心上，以防止电子束水平宽度增加。
根据第五实施例，FED120包括两组竖直延伸的发射极，该两组水平并排设置。对应于该两组发射极之一的栅极122的第一开口部分122a从两组的中心偏移。就是说，第一开口部分122a的竖直轴g1v从第二开口部分123a的竖直轴f1v偏移了一段距离d，并且因此电子束偏转。在这里，包括第一开口部分122a的栅极122的电压大于包括第二开口部分123a的聚焦电极123的电压，并且因此电子束偏转到两组的中心。
在两组的另一组中，第一开口部分的竖直轴g2v从该组的第二开口部分的竖直轴f2v偏移一段距离d，而电子束偏转到两组的中心。因此，当从两组或多组的发射极发射的电子束到达对应的荧光图案时，它们可以交迭在狭窄的水平宽度内。
图13是根据本发明第五实施例的到达阳极表面的电子束斑点的模拟图。根据本发明第五个实施例的FED120，像发射极设置为一行的形状时一样，保持了电子束的水平宽度，通过交迭由两组发射极输出的电子束提供了高亮度。
根据本发明的FED聚焦从发射极发射的电子束，并且转换电子束的横截面为对应荧光图案的条形，并且因此提供了高的亮度和色彩纯度。
此外，根据本发明的FED提供了具有相对于栅极小电势差的聚焦电极。同样，根据本发明的FED聚焦从竖直设置的发射极组发射的电子束到对应于像素区的发射极组的中心。此外，当两组或多组发射极相对于像素区设置成水平行时，从该组发射的电子束聚焦到该组的中心上。
尽管本发明已经参照其示范性实施例进行了特别展示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解的是，在此可以对其进行形式和细节上的各种变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1、一种场致发光装置，包括：
后基板；
在该后基板的上表面上的阴极；
至少一组发射极，用于发射电子束，并且在该阴极的该上表面上设置成竖直列；
栅极，设置在该阴极的该上表面上，以从该发射极吸取电子，并且具有分别对应该发射极的水平第一开口；
第一绝缘层，放入该栅极和该阴极之间；
聚焦电极，设置在该栅极的该上表面上，并且具有竖直的第二开口部分，连接到该对应发射极组的该第一开口部分上；
第二绝缘层，放入该聚焦电极和该栅极之间；
前基板，以预定的距离设置该后基板的上方，在其下表面上带有阳极；和
荧光图案，形成在该阳极的下表面上，当该电子束撞击时发光；
其中该栅极和该聚焦电极形成四极透镜结构。
2、如权利要求1所述的场致发光装置，其中该至少一组发射极包括在竖直列中的两个或更多发射极。
3、如权利要求1所述的场致发光装置，其中该至少一组发射极包括在水平行中的两组或多组发射极。
4、如权利要求1所述的场致发光装置，其中该栅极的该电压高于该聚焦电极的该电压。
5、如权利要求4所述的场致发光装置，其中该聚焦电极的该电压是接地电压。
6、如权利要求4所述的场致发光装置，其中该聚焦电极的该电压的范围是从-30V到0V。
7、如权利要求4所述的场致发光装置，其中每个该第一开口部分都是水平的矩形或者椭圆形，而每个该第二开口部分都是竖直的矩形或者椭圆形。
8、一种场致发光装置，包括：
后基板；
在该后基板的该上表面上的阴极；
两组或多组发射极，用于发射电子束，并且设置在该阴极的该上表面上；
栅极，设置在该阴极的该上表面上，以从该发射极吸取电子，并且具有分别对应该发射极的水平第一开口部分；
第一绝缘层，放入该栅极和该阴极之间；
聚焦电极，设置在该栅极的该上表面上，并且具有竖直的第二开口部分，连接到该对应发射极组的该第一开口部分上；
第二绝缘层，放入该聚焦电极和该栅极之间；
前基板，以预定的距离设置在该后基板的上方，在其下表面上带有阳极；和
荧光图案，形成在该阳极的下表面上，当与该电子束撞击时发光；
其中两组或者多组发射极以水平行设置，而由该栅极和该聚焦电极形成的该四极透镜结构偏转从每组该发射极发射的电子束组，以便两个或者多个电子束彼此交迭。
9、如权利要求8所述的场致发光装置，其中该第一开口部分从该对应发射极的该竖直轴在第一方向上偏移，并且在与该第一方向相反的第二方向上偏转该电子束。
10、如权利要求9所述的场致发光装置，其中对应发射极组的该第一开口部分，在该相同方向上并以该相同的数量从一组发射极的该中心偏移，并且该偏转方向是该发射极组的该中心的反方向。
11、如权利要求8所述的场致发光装置，其中该栅极的该电压高于该聚焦电极的该电压。
12、如权利要求11所述的场致发光装置，其中该聚焦电极的该电压是接地电压。
13、如权利要求11所述的场致发光装置，其中该聚焦电极的该电压范围是从-30V到0V。
14、如权利要求8所述的场致发光装置，其中每个该第一开口部分是水平的矩形或者椭圆形，而每个该第二开口部分是竖直的矩形或者椭圆形。
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