TWI272870B - Field emission display device - Google Patents

Description

1272870 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 顯示器，尤指一種可使電子分 本發明係關於一種平面 佈均勻化之場發射顯示器。 5 【先前技術】

10 15 顯示器在人們現今生活中的重要性曰益增加，除了使 用電腦或網際網路外，電視機、手機、個人數位助理（pDA)、 數位相機等，均須透過顯示器控制來傳遞訊息。相較於傳 統映像管顯示器，新世代的平面顯示器具有重量輕、體積 小、及符合人體健康的優點，但其視角、亮度、功率消耗 等問題仍有改善的空間。 在眾多新興的平面顯示器技術中，場發射顯示器（field emission display ’ FED)不_有傳統映像管高畫質的優 點’且相較於液晶顯示器的視角不清、使用溫度範圍過小、 及反應速度慢而言，場發射顯示器具有高製成率、反應時 間迅速、良好的協調顯示性能、超過1〇〇虹的高亮度、輕薄 構造、寬廣視角、工作溫度範圍大、高行動效率、及良好 的偏斜方向辨認性等優點。 此外，FED使用時不需背光模組，所以即使在戶外陽 光下使用，依然能夠提供優異的亮度表現。隨著夺米科技 的發^促使FED擁有勒新的電子發射元件的材：:、而形 成目！熱門的研發方向。奈米碳管型之場發射顯示器，其 主要是利用奈米碳管尖端放電的原理，而取代習知壽命短 20 1272870 %4 暫且製作不易之電子尖端發射元件。因此，目前FED已被 視為相當有機會與液晶顯示技術競爭，甚至將其取代的新 顯不技術。

場發射顯示器的工作原理與傳統陰極映像管相似，須 在低於10-6 torr之真空環境下利用電場將陰極尖端的電子 拉出，並且在陽極板正電壓的加速下，撞擊陽極板的螢光 粉而產生發光（Luminescence)現象。因此，電場的強弱會直 接影響陰極放射出的電子數量，亦即電場越大陰極放射出 的電子數量越多。相對地，當電場強弱分佈不均勻時，將 造成電子發射分佈不均勻的問題。 傳統低成本的網版印刷（screen printing)製程中，材料 須經由高溫燒結的過程方可成形，但是高溫燒結後的材料 無法形成一表面平坦之層間，甚至容易崩塌變形。然而， 白知多製作於陰極上表面之電子發射體，因為製程中陰極 層表面不平整的問題，而導致電子發射體分佈的高度不均 勻的現象。 由於場發射顯示器的每一個晝素皆各自擁有對應的場 t射陣列’因此，當電子發射體的分佈高度不均勻時，將 造成其感應的電場強弱不均勻的問題，而相對產生電子發 2〇射不均勻的缺點。如此，即導致場發射顯示器的畫面亮^ 不均、對比度低、及產品良率不佳等缺點，進而影響晝面 的成像品質。 因此，為了解決上述電子發射體的分佈高度不均勻的 問題，習知於網印製程中，當各層間材料燒結成形後，則 6 1272870 需另增加-平坦化製程，才能獲得平整之層間結構。雖然 此種方法解決了±述習知問題’但是其製程繁項，亦提^ 場發射顯示器之製作成本。 所以，目前亟需一種可使電子發射體分佈均勻之場發 射顯7F器’不僅使電場分佈均句化，進而使電子分佈均勾 化，以提供一高品質之晝面成像。 【發明内容】 本發明場發射顯示器主要是將電子發射體形成於表面 10平坦之基板，並且鄰接於陰極且維持電性連接，以改善習 知電子發射體分佈高度不均句的問題。此外，本發明:結 構改良可簡化製程且能控制較佳的產品良率，即可降低場 發射顯示器之製造成本。 本發明是提供一種場發射顯示器，其包括有一含有一 15螢光粉層與一陽極之上基板、一下基板、至少一具有開孔 圖樣之陰極、一位於陰極上表面之絕緣層、至少一位於絕 緣層上方之閘極、以及至少一位於陰極開孔内之電子發射 體。其中，電子發射體是鄰接於陰極且彼此電性連接，且 具有開孔圖樣之陰極是位於下基板之上表面。藉此，本發 20明场發射顯不器不僅可提供均勾化之電子發射，且相對地 可增加晝面亮度的均勻性及色彩的對比度。 本發明場發射顯示器中，陰極開孔圖樣之開孔數目無 限制，較佳可具有至少一開孔，且更佳可具有複數個開孔。 於本發明一態樣中，當陰極具有複數個開孔時，其陰極之 1272870 開孔排列方式無限制，較佳可排列成—MxN之矩陣圖形， 且Μ及N皆為一大於零之整數。 此外本务明陰極之開孔形狀無限制，較佳可為四方 形、圓形、多邊形、橢圓形、不規則形、或其組合。另外， 5除了上述矩陣圖形之開孔圖樣外，本發明陰極之開孔圖樣 亦可為至少一溝槽，且溝槽的排列方式較佳可平行排列於 下基板之表面。 於本發明場發射顯示器中，該位於具有開孔圖樣之陰極 上方之絕緣層可更包括有至少一開孔之圖樣，較佳可為複 10數個開孔之圖樣。當絕緣層具有複數個開孔時，絕緣層之 開孔排列方式無限制，較佳可排列成一ΜΧΝ之矩陣圖开^， 且Μ及Ν皆為一大於零之整數。 一較佳具體例中，本發明絕緣層之開孔圖樣是相同於陰 才。之開孔圖樣，且開孔形狀亦相同。當然，本發明絕緣層 15之開孔圖樣可不相同於陰極之開孔圖樣，且開孔形狀亦^ 不相同。所以本發明絕緣層與陰極之開孔圖樣、形狀可依 製程需求而調整。 本發明電子發射體位於具有開孔圖樣之陰極開孔内之 南度無限制，較佳可填滿於具有開孔圖樣之陰極開孔内。 20且本發明絕緣層之開孔圖樣相同於陰極之開孔圖樣時，本 發明電子發射體可位於陰極與絕緣層之開孔内，且較佳可 鄰接於陰極與絕緣層，並與陰極電性連接。其中，本發明 電子發射體位於陰極與絕緣層開孔内之高度無限制。 本發明電子發射體位於具有開孔圖樣之陰極開孔内之 8 1272870 · 形狀無限制，其係鄰接於陰極並且與陰極電性連接即可。 本發明電子發射較佳可為點狀或中空環狀之電子發射體。 • &中’本發明電子發射體的形狀或尺寸可視製造成本、電 +發射效率、或陰極開孔的形狀等因素而調整其適當的形 5 狀大小。 一。。此外，本發明所使用之閘極可為習用任一種場發射顯 不器適用之閘極，較佳可為複數個閘極、或整合為一體之 φ $極板。其中，在此所提及之複數個閘極可為任何形狀之 環狀閘極，且以-對一或一對多之對應關係而相對於本發 10 明之複數個電子發射體。 由於場發射顯示器的每一個顯示畫素皆各自擁有對應 的場發射陣列，且電子發射體是在陰極與閘極間的外加偏 壓下發射出電子，因此，本發明閘極、陰極、與電子發射 體之結構形狀可相互搭配組成，以準確地控制每個電子發 15射體發射出電子的時間，進而準確地掌握每個畫素之顯^ 時間。 χ 本發明電子發射體所發射出的電子，由於受到上基板 及下基板間之電位差的影響，所以可由下基板往上基板的 • 方向加速移動，撞擊並激發上基板螢光粉層之螢光粉體， • 20而產生人眼所見的可見光。因此，電子數量的多募與其分 佈的均勻性即成為照明亮度與光線均勻之關鍵。 為了有效地聚集電子發射體所發射出的電子、或達到 倍增二次電子數目之功效，並且隔絕上基板電極的高電場 對下基板電極的影響，本發明場發射顯示器可更包括至少 ¢72870 · 一具有複數個孔洞之金屬板片，其位於上基板與下基板之 間，俾能使場發射顯示器的電路更易於控制。 本發明場發射顯示器中，其金屬板片孔洞圖樣之孔洞 排列方式無限制，較佳可排列成一 ΜχΝ之矩陣圖形，且Μ 5及Ν白為一大於零之整數。且本發明金屬板片孔洞形狀無限 制車乂佳可為四方形、圓形、多邊形、橢圓形、不規則形、 或其組合。另外，除了上述矩陣圖形之孔洞圖樣外，本發 明金屬板片之孔洞圖樣亦可為至少一溝槽，且該溝槽的排 列方式較佳可相互平行排列，即本發明之金屬板片可為不 1〇 連續之金屬片所組成。 另外，本發明介於上基板與下基板之間金屬板片的數 目無限制。事實上，本發明之金屬板片可視製程需求而調 整其位置或其層間數目。 再者，本發明金屬板片所含有的複數個孔洞其排列方 15 式無限制，較佳為排列成一ΜχΝ之矩陣圖形，其中 個別為一大於零之整數。本發明金屬板片所含有的孔洞形 狀無限制，較佳可為四方形、圓形、多邊形、橢圓形、不 規則形 '或其組合。於本發明之一較佳態樣中，本發明金 屬板片所含有的複數個孔洞恰巧是以一對一之對應關係， 20 對應於於本發明絕緣層與陰極所含有的開孔圖樣。 再者’於本發明金屬板片所提及之.孔洞中，其孔洞開 口直控與内緣直徑大小無限制。其内緣直徑與孔洞開口直 仏可為相等、或不相等。 本發明場發射顯示器所適用金屬板片之材料可為任何 1272870 * 一種材料，較佳為一金屬材料或一合金，更佳為一表面具 有電子放大功效材料之金屬或合金材料。且在此所提及之 電子放大材料可為任一種具有電子放大功效之材料，較佳 可為一金屬合金，例如銀鎂合金、銅鈹合金、銅鋇合金、 5金鋇合金、金詞合金、_貝金合金、_鐵合金、或上述組 合，或一金屬氧化物，例如··鈹氧化物、鎂氧化物、鈣氧 ㈣、銀、氧化物、絲化物、或上述組合。藉此，本發明 %發射顯示器可增加激發螢光粉體的電子數目，以提升整 體晝素之亮度與色彩對比。 10 為了更增加本發明場發射顯示器之畫素亮度與其均勻 性，本發明之金屬板片可視需求地施加一異於陽極或陰極 之電位，以達到倍增二次電子數目之功效或者有效地聚集 電子發射體所發射出的電子。 本發明場發射顯示器可應用於習知任一種場發射顯示 15器中，較佳可為一奈米碳管型（Carbon Nanotube，CNT)之場 發射顯示器。本發明所使用之電子發射體可為習用任何可 發射電子之材料，較佳可包含一含碳化合物（carb〇n_based material)，且此含碳化合物可選自由石墨、鑽石、類鑽石結 構之碳（diamond-like carbon)、奈米碳管、碳六十、及其組 20 合所組成之羣組。一較佳具體例中，本發明係使用一奈米 碳管材料作為一電子發射體，即為一種奈米碳管型（Carb〇n Nanotube，CNT)之場發射顯示器。 此外’本發明場發射顯示器之上基板可更包括一遮光 層，且遮光層可密接於螢光粉層旁，以用來遮除漏光或增 11 1272870 * 加對比。本發明場發射顯示器之下基板可更包含至少一開 關元件，其係連接於本發明之至少一陰極，以驅動鄰接於 陰極之電子發射體。其中，本發明在此所提及之開關元件 可為習用任何主動或被動驅動式開關元件，較佳可為薄膜 電曰a體（TFT)、溥膜二極體、或矩陣掃描驅動電路。 10 15 20 因本發明場發射顯示器之結構改良，不僅可使電子發 射體直接形成於平坦之基板表面，且使電子發射體與陰極 間維持一電性連接。故此，本發明場發射顯示器可大幅地 改善電，子發射體分佈不均所造成的問題，且亦可簡化場發 射顯示器之製程以降低製作成本。即本發明場發射顯示^ 可具有市場競爭之優勢。 【實施方式】 實施例一 明參閱圖1 ’圖！係為本發明一較佳具體實施例 射顯示器⑽’其主要包括—含有透明面板u、陽極η、榮 光粉層U、與遮光層14之上基板1〇;以及一下基板2〇。盆 :板r:nri3是為—螢光或其他發光材料，透明 二為-玻璃、或其他透明材料為主之材料，且陽極 疋為化銦錫、或氧化銦辞等透明導電材料。 如圖1所示，本實施例之下基板20包括有：底部面柄 有複數個圓形開孔之陰極22、具有複數個圓：開孔 之、，.巴緣層23、f子發射體24、與具有圓形 25,其中絕緣層23是為-二氧化㈣混合物二Γ; 12 1272870 · 子發射體24是為一奈米碳管或奈米碳管與銀粉之混合物材 料0 本例之陰極22是披覆於底部面板21之上，且本例絕緣 層23之孔洞圖樣恰巧是搭配陰極22之孔洞圖樣，而形成相 5同的排列方式與相同的孔洞形狀。此外，本例環狀閘極25 之中空孔洞形狀亦相同於絕緣層23與陰極22所形成之孔洞 形狀，其皆為圓形矩陣的排列方式，並且係以一對一的對 應於形成於底部面板21之複數個電子發射體24。 凊注意，本發明陰極、絕緣層、與環狀閘極之結構與 10 其形狀應不限於此實施例所述之内容。 再者，本實施例之電子發射體24是恰巧填滿於陰極22 之圓形開孔内，即於已暴露之部分底部面板21上表面形成 該電子發射體24。因此，本例電子發射體24是直接形成於 表面平坦且暴露之下基板表面上，且該電子發射體Μ之兩 15側仍與陰極22電性連接。藉此，本發明可避免傳統陰極材 料燒結後造成表面不平坦而導致電子發射體高度分佈不均 勻之問題。 本例中電子發射體24與陰極22是具有相同高度，其不 僅鄰接於陰極22 ’且彼此電性連結。當然，本發明電子發 2〇射體24填入陰極22與絕緣層23之開孔高度無限制。本㈣ 電子發射體之高度亦可介於陰極與絕緣層之間、或者電子 發㈣可恰巧與絕緣層具有相同高度，應不限於本例所述 之範圍。 請參閱圖1所示，本例之圓環形閘極2 5是位於絕緣層2 3 13 1272870 上方，且電子發射體24是恰巧填滿於陰極22之圓形開孔内 並電性連結，因此，本例是藉由控制施加於陰極22與閘極 25之電壓差的變化，以控制每個電子發射體24在指定的時 間發射出電子。 由於電子發射體24發射出的電子會受到上基板1〇及下 基板20間之電位差的影響，而由下基板2〇往上基板⑺的方 向加速移動。當電子撞擊到上基板1〇之螢光粉層13時，會 和螢光材料發生反應而產生可見光，則產生的可見光會^ 透此透光面板11至外部，進而由人眼所看見。 10 15

20 於本實施例中，本發明場發射顯示器之製備方法可不 限制，較佳可採用習知任何場發射顯示器之製備方法，例 如·網印、喷塗、濺鍍、塗佈、微影、或蝕刻等製程，以 形成一具有本發明結構之場發射顯示器。其中，本實施例 場發射顯示器之結構可簡化下基板製程步驟，而相較於習 知製程’其簡便之製作方式可達到降低製作成本之目的。 貫施例二 二參閱圖2，圖2係為本發明一較佳具體實施例之場笋 射顯示器200之示意圖，其主要包括有上基㈣、下基才二 =及金屬板片5G。其中’本實施例上基板顺下基板4〇 之、·、。構是相㈣實施例-所示之内容，其差異僅在於兩基 = 30、4G中有—層具有複數個圓形孔洞之金屬板片％，則 "他…構皆相似於圖丨所示之場發射顯示器1 〇〇。 表面具有電子放大功 ’且其具有的複數個 其中’本例之金屬板片5〇是為一 效之鎳鐵或銀鎂合金材料之金屬薄板 14 1272870 圓形開口之孔洞是恰巧對應於下基板40上絕緣層23與陰極 22所含有之圓形開孔圖樣。藉此’本例金屬板片⑽除了豆 有產生倍增之二次電子數目之功效，亦能隔絕上基板3〇中 陽極32高電場對下基板40電極的影響。 5 另外，本例之金屬板片50亦可被施加一外加負電場， 以達到聚集電子發射體24所發射之電子之功效。 如圖2所示，本例金屬板片50所包含的孔洞是為一内緣 直徑與孔洞開口直徑不相等之孔洞，且所形成的孔洞壁面 形狀是由一凹面朝上之弧面與一凹面朝下之弧面組合而 10 成’其中凹面朝上與凹面朝下之弧面面積係不相等。 本例金屬板片50之孔洞壁面所包含之凹面朝下部分可 用以收集電子發射體24所發射出的一次電子。其中，二次 電子是經由一次電子撞擊金屬板片5〇表面之電子放大材料 後所產生的。 15 雖然本貝鈀例金屬板片50之孔洞壁面為凹面朝上或朝 下之弧面且其孔，同内緣直徑與開口直徑並不相等。請注 意，本發明金屬板片5〇之孔洞形狀與其形成之壁面應不限 於本實施例所述之範圍。 實施例三 2〇 請參閱圖3 ’圖3係為本發明一較佳具體實施例之場發 射顯=器300之示意圖，其主要包括有上基板⑹、下基板 70、複數層金屬板片8〇、及複數層夾置於金屬板片8〇間的 第二絕緣層81。 本貫知例場發射顯示器3〇〇之結構是相同於實施例二 15 1272870 所示之内容，其差異僅在於兩基板60、70中有三層具有複 數個圓形孔洞之金屬板片80、及兩層夾置於金屬板片8〇間 的第二絕緣層81之外，其他結構皆相似於圖2所示之場發射 顯示器200。其中，該夾置於金屬板片8〇間的第二絕緣層“ 5 是用以穩定多層金屬板片80之結構，使其不易歪斜。 因本例之多層金屬板片80結構，可提升電子碰撞頻 率，進而產生更多用以撞擊螢光粉體之二次電子，即便本 例％發射顯示器是採用一低驅動電壓，卻可具有高亮度之 特色。 1〇 基於上述本發明多種實施例之場發射顯示器結構，本 發明場發射顯示器可有效地提升電子發射之均勻性，並且 藉由金屬板片可增加激發螢光粉體的電子數目，以整體提 升畫素之=度與色彩對比，而提供一高品質之畫面成像。 上述貝^例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 15主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 20 16 25 1272870 【圖式簡單說明】 示器之剖面示意圖 示器之剖面示意圖 示器之剖面示意圖 圖1係本發明一較佳實施例之場發射顯 圖2係本發明一較佳實施例之場發射顯 圖3係本發明一較佳實施例之場發射顯

【主要元件符號說明】 1G ' 30、60上基板 11、3 1、61透明面板 13 ' 33 ' 63螢光粉層 21 ' 41 ' 71底部面板 23 ' 43、73絕緣層 25、45、75 閘極 81第二絕緣層 20、40、70下基板 12 ' 32 ' 62 陽極 14、34、64遮光層 22 ' 42 ' 72 陰極 24 ' 44 ' 74電子發射體 50、80金屬板片 100、200場發射顯示器

10 17

Claims (1)

1272870 十、申請專利範圍： L —種場發射顯示器，係包括： 一上基板，係包含一螢光粉層與一陽極； 一下基板； 5 至少一具有開孔圖樣之陰極，係位於該下基板上表面； 一絕緣層，係位於該陰極上表面； 至少一閘極，係位於該絕緣層上表面；以及 至少一電子發射體，係位於該等陰極之開孔内； 其中，該電子發射體係鄰接於該陰極且彼此電性連接。 10 2·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 其中該陰極之圖樣係具有至少一開孔。 3·如申請專利範圍第2項所述之場發射顯示器，其中 该等開孔係排列成一 ΜχΝ之矩陣圖形，且“及N皆個別為一 大於零之整數。 15 4·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 該電子發射體係填滿於該陰極之開孔内。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 該絕緣層係具有至少一開孔之圖樣。 6·如申請專利範圍第5項所述之場發射顯示器，其甲 20 該絕緣層之開孔圖樣係相同於該陰極之開孔圖樣。 7·如申請專利範圍第6項所述之場發射顯示器，其中 該等電子發射體係位於該陰極與該絕緣層之該等開孔内。 8.如申請專利範圍第7項所述之場發射顯示器，其中 該等電子發射體係鄰接於該陰極與該絕緣層，且與該陰極 18 1272870 電性連接。 9·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 邊陰極之開孔係包括至少一形狀選自由四方形、圓形、多 邊形、橢圓形、不規則形、及其組合所組成之羣組。 5 10·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 5亥陰極之開孔係為一溝槽。 11 ·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 该等閘極係為複數個閘極、或整合為一體。 12.如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 10 更包括至少一具有複數個孔洞之金屬板片，係位於該上基 板與該下基板之間。 13 ·如申請專利範圍第12項所述之場發射顯示器，其中 該等孔洞係排列成一 ΜχΝ之矩陣圖形，且Μ及N皆個別為一 大於零之整數。 15 14·如申請專利範圍第12項所述之場發射顯示器，其中 δ亥等孔洞之形狀係包括至少一形狀選自由四方形、圓形、 多邊形、橢圓形、不規則形、及其組合所組成之羣組。 15·如申請專利範圍第12項所述之場發射顯示器，其 中，該孔洞中之内緣直徑與開口直徑係相等。 20 16·如申請專利範圍第12項所述之場發射顯示器，其 中’該孔洞中之内緣直徑與開口直徑係不相等。 17·如申請專利範圍第12項所述之場發射顯示器，其中 該等金屬板片係為一金屬材料、或一合金。 18.如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 19 J272870' 5亥電子發射體係包含一含碳化合物，且該含碳化合物係選 自由石墨、鑽石、類鑽石結構之碳、奈米碳管、碳六十、 及其組合所組成之羣組。 19·如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中 該上基板更包括一遮光層，且該遮光層係密接於該螢光粉 層旁。 "