CN1892968A - 电子发射装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电子发射装置和驱动所述电子发射装置的方法，通过抑制发射延迟，可防止显示运动图像时亮度下降。该电子发射装置包括：阴极，形成在所述阴极上的栅极，和设置在阴极与栅极之间的绝缘层。电子发射区形成在所述阴极上，其在因施加给阴极和栅极的各自电压之间的差值所产生的电场的作用下，发射电子。驱动单元将电压施加给所述阴极和栅极。阳极接收正电压，以使从电子发射区发射的电子加速。施加给所述阴极的第一电压Vc与施加给所述栅极的第二电压Vg满足以下条件：0.4 ≤Vc/Vg＜0.8。

Description

电子发射装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种电子发射装置，并具体涉及一种通过抑制发射延迟而防止显示运动图像时亮度发生改变的电子发射装置。
背景技术
通常，将电子发射装置分成使用热阴极作为电子发射源的电子发射装置，和使用冷阴极作为电子发射源的电子发射装置。有多种冷阴极电子发射装置，包括场发射体阵列(FEA)型，金属-绝缘体-金属(MIM)型，金属-绝缘体-半导体(MIS)型和表面传导发射体(SCE)型。
FEA型电子发射装置基于这样一种原理：当使用具有低功函数或高纵横比的材料作为电子发射源时，由于处于真空环境的电场，导致易于从材料发射电子。已经研究了使用基于钼(Mo)或硅(Si)的尖端结构，或者碳质材料，如碳纳米管，石墨和金刚石状碳，作为电子发射区。
在普通FEA型电子发射装置中，阴极、绝缘层和栅极相继地形成在第一基板上，并在栅极和绝缘层中形成开口。在开口内在阴极上形成电子发射区。在第二基板的与第一基板相对的表面上形成荧光物质层和阳极。
阴极将发射电子所需的电流输送给电子发射区，栅极使用其与阴极之间的电压差控制电子发射。阳极接收数百到数千伏的直流(DC)电压，并使荧光物质层保持高电势状态，从而朝向荧光物质层有效地加速从电子发射区发射的电子。
通常，使用栅极作为扫描电极，并使用阴极作为携带图像数据的数据电极。
扫描脉冲相继地施加给栅极，数据脉冲有选择地施加给与接收扫描脉冲的栅极相对应的阴极。在两电极之间的电压差超过阈值的像素处的电子发射区周围，形成电场，并且从电子发射区发射电子。所发射的电子受到施加给阳极的高压吸引，碰撞对应的荧光物质层，从而使它们发光。
对于普通的电子发射装置，当根据施加给阴极和栅极的驱动信号迅速、恰当地控制电子发射的出现和数量时，可根据图像信号实现精确的显示。通过到达阳极的发射电流来观察电子发射的量。下面将互换地使用电子发射的量和发射电流。
当电子发射装置显示运动图像或者当图像转换时，会加剧上述问题，同时导致发射电流发生相当大比例的改变。例如，当图像从黑模式转换到白模式时，发射电流应当随驱动信号迅速地恢复。否则，在白模式的最初阶段亮度将降低。
通常，将矩形波脉冲施加给阴极和栅极。矩形波脉冲包括相对较高电压，并且所涉及的像素数量越多，则ON时间的作用周期越短。因阴极与栅极的相交区域产生的寄生电容所引起的驱动信号延迟，或者阴极和栅极的内部电阻，会造成信号失真。驱动信号的延迟导致发射延迟，并降低显示质量。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，电子发射装置抑制发射延迟，以使显示运动图像时的亮度降低减小或最小，并提高显示质量。另一示例性实施例涉及一种驱动电子发射装置的方法。
在本发明的一个示例性实施例中，电子发射装置包括阴极，形成在阴极上的栅极，以及设置在阴极与栅极之间的绝缘层。电子发射区形成在阴极上，用于在因施加给阴极和栅极的电压之间的电压差而产生的电场的作用下，发射电子。驱动单元将电压施加给阴极和栅极。阳极接收正电压，以使从电子发射区发射的电子加速。施加给阴极的第一电压Vc和施加给栅极的第二电压Vg满足以下条件：0.4≤Vc/Vg＜0.8。
驱动单元将第一电压和第二电压分别施加给阴极和栅极，使得电子发射区不发射电子。
驱动单元将具有第一电压和低于第一电压的第三电压的脉冲施加给阴极，同时将第二电压施加给栅极。从电子发射区发射的电子量由第三电压施加给阴极的时间周期决定。
在栅极上进一步形成聚焦电极，以接收0V或负电压。
提供一种电子发射装置的驱动方法，所述电子发射装置使用第一电极，与第一电极绝缘的第二电极，以及形成在第一电极和第二电极中任何一个上面的电子发射区，其因施加给第一电极和第二电极的电压差而发射电子。将第一电压施加给第一电极。将具有第二电压和第三电压的脉冲施加给第二电极，同时将第一电压施加给第一电极。第一电压和第二电压满足条件0.4≤Vc/Vg＜0.8，其中Vc表示第一和第二电压中较低的一个，Vg表示第一和第二电压中较高的一个。
当将第三电压施加给第二电极时，从电子发射区发射电子。
在一个实施例中，在第二电极处形成电子发射区，Vc为第二电压，Vg为第一电压。
从电子发射区发射的电子量还由施加第三电压的时间周期决定。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的电子发射装置的示意图。
图2为用于根据本发明实施例的电子发射装置的显示板的部分分解透视图。
图3为根据本发明一实施例的显示板的部分剖面图。
图4表示施加给根据本发明实施例的电子发射装置的阴极和栅极的驱动波形。
图5的曲线图表示根据例1的电子发射装置的发射延迟性质。
图6的曲线图表示根据例2的电子发射装置的发射延迟性质。
图7的曲线图表示根据比较例1的电子发射装置的发射延迟性质。
图8的曲线图表示根据比较例2的电子发射装置的发射延迟性质。
图9的曲线图表示根据比较例3的电子发射装置的发射延迟性质。
图10的曲线图表示根据比较例4的电子发射装置的发射延迟性质。
具体实施方式
如图1中所示，电子发射装置包括显示板110，用于驱动扫描电极S1-Sn的扫描驱动单元140，用于驱动数据电极D1-Dm的数据驱动单元130，以及用于控制扫描和数据驱动单元140和130的控制单元150。
显示板110具有n个扫描电极S1-Sn和m个数据电极D1-Dm，并且在扫描电极S1-Sn与数据电极D1-Dm的各相交区域形成电子发射区。
控制单元150接收图像信号R，G和B，垂直同步信号V-SYNC以及水平同步信号H-SYNC，并产生扫描驱动信号和数据驱动信号。然后，控制单元150将这些信号施加给扫描驱动单元140和数据驱动单元130。扫描驱动单元140根据输入的扫描驱动信号将扫描驱动电压施加给扫描电极S1-Sn，数据驱动单元130根据输入的数据驱动信号将数据驱动电压施加给数据电极D1-Dm。
如图2和3中所示，显示板110包括彼此平行设置且彼此分隔预定距离的第一基板2和第二基板4。在第一基板2处设置电子发射结构，并在第二基板4处设置光发射结构，以便发射可见光线并显示所需的图像。
阴极6在第一基板2上沿第一方向成条形图案，第一绝缘层8形成在第一基板2上且基本覆盖第一基板2的整个区域。第一绝缘层8还覆盖阴极6。栅极10在第一绝缘层8上呈现与第一方向垂直的条形图案。
阴极6与栅极10的相交区域形成单位像素，并按各个单位像素在阴极6上形成一个或多个电子发射区12。在第一绝缘层8和栅极10中形成与各电子发射区12对应的开口14，同时暴露出位于在第一基板2上图案化的阴极6上的电子发射区12。
由在真空环境下施加电场时发射电子的材料形成电子发射区12，如碳质材料和纳米尺寸材料。可由例如碳纳米管，石墨，石墨纳米纤维，金刚石，金刚石状碳，C60，硅纳米丝或其组合，通过例如丝网印刷、直接生长、化学汽相沉积或溅射，形成电子发射区12。
如图2和3中所示，电子发射区12形成为圆形形状，并且在各个单位像素处沿阴极6的长度方向线性排列。不过，电子发射区12的形状、每单位像素的数量以及排列不限于所示出的，而可按照多种方式改变。
第二绝缘层16和聚焦电极18形成在栅极10和第一绝缘层8上面。在第二绝缘层16和聚焦电极18处形成开口20，使电子束能通过。例如，可以在各个单位像素处一一对应地设置开口20。在此情形中，聚焦电极共同聚焦在一个单位像素处发射的电子。
聚焦电极18可基本覆盖第一基板2的整个区域。可将聚焦电极18形成为涂覆在第二绝缘层16上的金属膜，或者形成为附着到第二绝缘层16上的具有开口部分的金属板。
在第二基板4的面对第一基板2的表面上形成红色、绿色和蓝色荧光物质层22R，22G和22B，同时这三个荧光物质层彼此分隔特定的距离。在各荧光物质层22之间设置黑色层24，以提高屏幕对比度。
在该实施例中，用铝基金属材料在荧光物质层22和黑色层24上形成阳极26。阳极26接收加速电子束所需的电压，并反射荧光物质层22放射出的可见光线，从而增加屏幕亮度。
或者，可由透明导电材料如氧化铟锡(ITO)形成阳极26。在此情形中，阳极位于荧光物质层22和黑色层24的面对第二基板4的表面上，并且可将其图案化成具有多个部分。
在第一基板2与第二基板4之间设置间隔物28，并使用密封元件如玻璃粉，将基板2与4的外围彼此密封。排空基板2与4之间的内部空间，并使其保持真空状态，从而形成显示板110。间隔物28处于黑色层24的非光发射区处。
利用上述结构，阴极6与数据驱动单元130相连，以从其接收数据驱动电压，且栅极10与扫描驱动单元140相连，以从其接收扫描驱动电压。聚焦电极18接收0V或几伏到数十伏的负(-)直流(DC)电压，阳极26接收数百到数千伏的正(+)直流(DC)电压。
图4表示根据本发明一个实施例的电子发射装置可采用的驱动波形。
如图4中所示，在周期T1内扫描信号的ON电压VS施加给扫描电极Sn，数据信号的ON电压V1施加给数据电极Dm。这样，由于施加给扫描电极Sn和数据电极Dm的电压差VS-V1，导致从电子发射区发射电子。所发射的电子碰撞荧光物质层，从而使它们发射光。
之后，在周期T2内扫描电极Sn保持扫描信号的ON电压VS，并将数据信号的OFF电压VD施加给数据电极Dm。从而，施加给扫描电极Sn和数据电极Dm的电压差VS-VD减小，因此没有从电子发射区发射电子。在周期T1和T2内可改变脉冲宽度，从而显示出所需的灰度级。
在周期T3内，将扫描信号的OFF电压V1施加给扫描电极Sn，将数据信号的OFF电压V1施加给数据电极Dm。从而，没有从电子发射区发射电子。可将扫描信号的OFF电压V1与数据信号的ON电压V1设定为相同，如0V。
通过扫描脉冲和数据脉冲的组合来控制发射电流的ON/OFF以发射电流大小。参照图2-4，通过聚焦电压将从电子发射区12发射的电子聚焦到电子束中心处，电子通过聚焦电极18，并被阳极电压吸引。所发射的电子朝向相应的荧光物质层22加速，并碰撞荧光物质层22。在此过程中，聚焦电极18和第二绝缘层14削弱阳极电场对于电子发射区12的影响。
在向阳极施加预定电压期间，可以通过形成因栅极10与阴极6之间的电压差产生的电场来控制发射电流，而不会受到外界因素(如阳极电场)的干扰。在此情形中，数据信号的OFF电压VD与扫描信号的ON电压VS的差值，即断开电压，是决定电子发射装置的驱动特性的一个因素。
在一个实施例中，当用Vg表示施加给栅极的扫描信号的ON电压VS，用Vc表示施加给阴极的数据信号的OFF电压VD时，Vg和Vc的数值满足以下条件(公式1)：0.4≤Vc/Vg＜0.8。
图5至10的曲线图表示以Vc/Vg的变化为函数的发射延迟性质。曲线图的水平轴表示时间，其垂直轴表示发射电流。通过测量每分钟的发射电流，同时实现白色模式十(10)分钟，然后实现黑色模式一(1)分钟，之后在实验的其余时间转变回白色模式，进行发射延迟实验。
图5表示根据例1得到的实验结果，其中Vc/Vg为0.4。Vg的值设定为50V，Vc的值设定为20V。如图所示，在第二白色模式的最初转变时刻，发射电流迅速恢复，从而没有观察到发射延迟。
图6表示根据例2得到的试验结果，其中Vc/Vg为0.73。Vg的值设定为110V，Vc的值设定为80V。如图所示，在第二白色模式的最初转变时刻，发射电流迅速恢复，从而没有观察到发射延迟
图7表示比较例1中得到的实验结果，其中Vc/Vg为0.8。Vg的值设定为100V，Vc的值设定为80V。如图所示，在第二白色模式的最初转变时刻，发射减小率近似为9.3％，发射延迟时间近似为一(1)分钟。
发射减小率是第二白色模式的初始时刻测得的发射电流与第一白色模式的最后时刻测得的发射电流的比值。发射延迟时间是恢复到第一白色模式的最后时刻测得的发射电流的±5％内所需的时间。在该发射延迟时间期间，屏幕亮度下降。
图8表示根据比较例2得到的实验结果，其中Vc/Vg为0.83。Vg的值设定为120V，Vc的值设定为100V。如图所示，在第二白色模式的初始转变时刻，发射减小率近似为24.4％，发射延迟时间为大约一(1)分钟。
图9表示根据比较例3得到的实验结果，其中Vc/Vg为0.89。Vg的值设定为90V，Vc的值设定为80V。如图所示，在第二白色模式的初始转变时刻，发射减小率为大约31％，发射延迟时间为大约四(4)分钟。
图10表示根据比较例4得到的实验结果，其中Vc/Vg为1。Vg和Vc的值均设定为70V。如图所示，在第二白色模式的初始转变时刻，发射减小率为大约75.6％，即使在九(9)分钟之后发射电流也没有恢复。
可以估计，由于随着Vc与Vg的比值的增大，因外界因素如阴极和栅极的电阻或者两电极之间的寄生电容，导致驱动信号发生失真或延迟，因而得到上述结果。当Vc/Vg的数值小于0.4时，接通电压(图4中所示的VS-V1)和断开电压(图4中所示的VS-VD)之间的差值是如此小，以至于可以不发生基本的数据中断操作。
设定Vc/Vg的数值，使其满足公式1，从而由于限制了发射延迟，即便由于在引起相当大的发射电流改变的图像转换期间，也可产生优异的运动图像质量。
尽管上面详细描述了本发明的实施例，显然应当理解的是，本领域技术人员易于想到的此处基本发明概念的许多改变和/或变型，也处于如所附权利要求及其等效内容所限定的本发明的精神和范围之内。

Claims (13)

1、一种电子发射装置，包括：
阴极；
形成在所述阴极上的栅极；
设置在阴极与栅极之间的绝缘层；
形成在所述阴极上的电子发射区，所述电子发射区在因施加给阴极和栅极的各自电压之间的差值所产生的电场的作用下，发射电子；
驱动单元，用于将各自的电压施加给所述阴极和栅极；以及
阳极，用于接收正电压，以使从电子发射区发射的电子加速，
其中施加给所述阴极的第一电压Vc与施加给所述栅极的第二电压Vg满足以下条件：
0.4≤Vc/Vg＜0.8。
2、如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述驱动单元将第一电压和第二电压施加给各自的阴极和栅极，使得电子发射区不发射电子。
3、如权利要求2所述的电子发射装置，其中所述驱动单元将具有第一电压和低于第一电压的第三电压的脉冲施加给阴极，同时将第二电压施加给栅极，并且电子发射区所发射的电子量由第三电压施加给所述阴极的时间周期决定。
4、如权利要求1所述的电子发射装置，还包括在所述栅极上形成的用于接收0V或负电压的聚焦电极。
5、一种驱动电子发射装置的方法，该电子发射装置包括第一电极，与第一电极绝缘的第二电极，以及形成在第一电极和第二电极中任何一个处的电子发射区，所述电子发射区由于施加给第一电极和第二电极的电压之差而发射电子，该方法包括：
将第一电压施加给第一电极；和
在将第一电压施加给第一电极期间，将具有第二电压和第三电压的脉冲施加给第二电极；
其中第一电压和第二电压满足条件0.4≤Vc/Vg＜0.8，其中Vc表示第一电压和第二电压中较低的一个，Vg表示第一电压和第二电压中较高的一个。
6、如权利要求5所述的方法，其中在将第三电压施加给第二电极时，从电子发射区发射电子。
7、如权利要求6所述的方法，其中所述电子发射区形成在第二电极上，Vc为第二电压，Vg为第一电压。
8、如权利要求5所述的方法，其中从所述电子发射区发射的电子量由施加第三电压的时间周期决定。
9、一种电子发射显示装置，包括：
阴极；
形成在所述阴极上的栅极；
设置在所述阴极与栅极之间的绝缘层；
形成在所述阴极上的电子发射区，所述电子发射区在因施加给阴极和栅极的各自电压之间的差值所产生的电场的作用下，发射电子；
驱动单元，用于将各自的电压施加给所述阴极和栅极；
阳极，用于接收正电压，以使从电子发射区发射的电子加速；以及
位于所述阳极上的荧光物质层，
其中施加给所述阴极的第一电压Vc与施加给所述栅极的第二电压Vg满足以下条件：
0.4≤Vc/Vg＜0.8。
10、如权利要求9所述的电子发射显示装置，其中所述驱动单元将第一电压和第二电压施加给各自的阴极和栅极，使得电子发射区不发射电子。
11、如权利要求10所述的电子发射显示装置，其中所述驱动单元将具有第一电压和低于第一电压的第三电压的脉冲施加给阴极，同时将第二电压施加给栅极，并且电子发射区所发射的电子量由第三电压施加给所述阴极的时间周期决定。
12、如权利要求9所述的电子发射显示装置，还包括在所述栅极上形成的用于接收0V或负电压的聚焦电极。
13、如权利要求9所述的电子发射显示装置，还包括设置在所述荧光物质层之间的黑色层。
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