TWI437603B - 場發射顯示器 - Google Patents

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TWI437603B
TWI437603B TW099144218A TW99144218A TWI437603B TW I437603 B TWI437603 B TW I437603B TW 099144218 A TW099144218 A TW 099144218A TW 99144218 A TW99144218 A TW 99144218A TW I437603 B TWI437603 B TW I437603B
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Tzung Han Yang
Chi Tsung Lo
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Description

場發射顯示器
本發明係關於一種場發射顯示器，尤指一種可提高光利用率之場發射顯示器。
顯示器在人們現今生活中的重要性日益增加，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)不僅擁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、及反應速度慢之缺點而言，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、輕薄構造、寬廣視角、工作溫度範圍大、及良好的偏斜方向辨認性等優點。
圖1為傳統場發射顯示器之工作原理示意圖。場發射顯示器主要包括陰極12、電子發射層14、陽極15、發光層16以及閘極19，其中陽極15及發光層16係形成於前基板17上，而陰極12、電子發射層14及閘極19則係設置於底基板11上。據此，於陰極12與閘極19間施加電壓時，陰極12與閘極19間將形成電場，遂使電子穿遂(tunnel)效應發生，而電子便由電子發射層14釋放出，藉由施加於陽極15上之電壓，進而可使電子加速撞擊發光層16，激發發光層16放出光線。此外，閘極19可用以精確地控制電子發射的時間及增加電子流的密度，且閘極19與陰極12可藉由絕緣層13電性隔離。
一般而言，電子發射層14所釋出之電子僅能撞擊發光層表層161，故發光層表層161將會是發光效率最高之一側，亦即，發光層16所發出之光大部分會侷限於裝置內部而無法向外發光，另一方面，由於傳統場發射顯示器之出光面背對發光層表層161，因此發光層表層161所放出的光必須再穿透發光層16，陽極15及前基板17才能向外發光，其造成之光效率損耗將進一步降低出光率，故上述傳統場發射顯示器普遍有發光效率不佳之問題。
本發明之目的係在提供一種場發射顯示器，俾能提高光利用率，且可解決傳統場發射顯示器需採用高成本ITO陽極之問題。
為達成上述目的，本發明提供一種場發射顯示器，其包括：一底基板；複數條陰極，係設置於該底基板上；一絕緣層，係設置於該些陰極上且具有複數個陣列排列之開口，其中該些開口係對應該些陰極；複數條陽極，係設置於該絕緣層上，並與該些陰極排列成一矩陣(matrix)，其中該些陽極分別具有至少一撞擊面，且該至少一撞擊面為一斜面或一曲面；以及複數個陣列排列之子畫素單元，其分別包括：一發光區，具有設置於該至少一撞擊面上之發光層；以及至少一發射塊，係對應該發光區且設置於該些開口中，並與該些陰極電性連接且凸出該些開口。更詳細地說，每一發光區可與其兩側對應之發射塊構成一子畫素單元，且複數個子畫素單元可構成一畫素單元，進而形成複數個陣列排列之畫素單元。
本發明之場發射顯示器更可包括：一前基板，係設置於該底基板之上方。又，本發明之場發射顯示器更可包括：一支撐單元，係設置於該底基板與該前基板之間，且該底基板與該前基板間之區域為一真空區域。在此，該底基板可為一絕緣基板，而該前基板可為一透光基板。
於本發明中，陰極及陽極皆為條狀結構，其中陽極橫截面舉例可為三角形、梯形、半圓形或弓形等，而其底面積較佳係大於頂面積，更佳為陽極縱截面之面積係由頂部往底部遞增。尤其，橫截面為梯形之陽極更可作為底基板與前基板間之支撐柱。另外，陽極可高於發射塊，而發光層可僅設置於陽極側面之撞擊面上，亦即，陽極未對應發射塊之頂部可不設有發光層。在此，本發明所述之陽極底面積係指陽極面向底基板之底部面積，而陽極頂面積係指陽極面向前基板之頂部面積。此外，本發明所述之陽極橫截面係指垂直於陽極軸向之截面，而陽極縱截面係指平行於陽極軸向之截面。
據此，本發明係將陰極、發射塊、陽極及發光層皆設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射顯示器(發光效率差)，本發明之場發射顯示器可展現較佳的發光效率，且無需採用高成本之ITO陽極。
此外，於本發明中，陽極之撞擊面較佳係由可反射光線之導電材料所構成，俾使往發光層內部的光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。舉例說明，本發明之每一陽極可為一條狀部，且該條狀部較佳係由可反射光線之導電材料所構成；或者，每一陽極可包括一條狀部及一導電層，其中該導電層係位於該條狀部上，且該導電層較佳係由可反射光線之導電材料所構成，而條狀部則可為中空或由導電或非導電材料所構成。據此，本發明之陽極不僅作為電極用，其亦具有反射光線之功能，以進一步提高本發明場發射顯示器之光利用率。
於本發明中，每一發射塊可包括一導電凸塊及一電子發射層，該導電凸塊與該陰極電性連接，而該電子發射層係位於該導電凸塊表面。在此，該導電凸塊之材料並無特殊限制，其可為任何習知適用之導電材料，而該導電凸塊之形狀亦無特殊限制，其可為矩形塊、圓柱狀等等。此外，本發明電子發射層之材料並無特殊限制，其可為任何習知適用之電子發射材料，如奈米碳材(奈米碳管、奈米碳壁等)。
於本發明中，發光層之材料並無特殊限制，其可使用任何習知適用之螢光粉、磷光粉材料；此外，該些發光區可為複數個放出不同光色之發光區(如紅色發光區、藍色發光區及綠色發光區)，以達到彩色顯像之效果。
綜上所述，本發明係將所有主要作動元件(即陰極、發射塊、陽極及發光層)設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射顯示器(發光效率差)，本發明之場發射顯示器可展現較佳的發光效率。尤其，本發明之陽極撞擊面更可由具有反射效果之導電材料所構成，俾使往發光層內部的光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。此外，本發明可解決傳統場發射顯示器需採用高成本ITO陽極之問題。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
請參見圖2A，係為本發明一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖，其主要包括：底基板21、陰極22、絕緣層23、發射塊24、陽極25、發光層26、前基板27及支撐單元28，其中支撐單元28係設置於底基板21與前基板27之間，俾使底基板21與前基板27間之區域為真空區域，此外，陰極22、發射塊24、陽極25及發光層26則皆設置於底基板21上，而作為出光面之前基板27則係位於發光層26發光效率最佳(即發光層表層)之該側。據此，相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之場發射顯示器(發光效率差)，本實施例之場發射顯示器可展現較佳的發光效率。尤其，於本實施例之場發射顯示器中，往發光層26內部的光可再被陽極25之撞擊面R反射至前基板27，故可進一步提高出光率。
詳細地說，如圖2A所示，陰極22係形成於底基板21上，且陰極22表面上形成有一絕緣層23，以隔絕陰極22與陽極25間之電性導通，此外，絕緣層23形成有複數個陣列排列之開口231，以顯露對應陰極22之部分區域，而發射塊24則係設置於該些開口231中，以電性連接至陰極22並凸出該些開口231。於本實施例中，該些發射塊24包括導電凸塊241及電子發射層242，其中導電凸塊241係與陰極22電性連接，而電子發射層242則係位於該導電凸塊241之表面。據此，電子可自電子發射層242發射出，以撞擊陽極25上之發光層26而放光。
另外，如圖2A所示，本實施例之陽極25係由橫截面(垂直於圖2B所示之陽極25軸向Y之截面)為三角形之條狀部251所構成，且對應於發射塊24之撞擊面R係為斜面，而發光層26則係位於陽極25之撞擊面R上，其中陽極25縱截面(平行於圖2B所示之陽極25軸向Y之截面)之面積係由頂部往底部遞增，據此，發光層26所放出的光可朝向前基板27側進行外部發光。此外，本實施例條狀部251(作為陽極25)之材料係使用可反射光線之導電材料(本實施例係使用鋁)，據此，當電子發射層242所發射出之電子轟擊陽極25撞擊面R上之發光層26時，陽極25之撞擊面R可再將發光層26所放出之光反射至底基板21上方之前基板27，以提高光利用率。相較於習知使用氧化銦錫(ITO)作為陽極之場發射顯示器，本實施例可使用電荷導離效果較佳之材料作為陽極25材料，以有效避免電荷累積，同時解決傳統場發射顯示器需採用高成本ITO陽極之問題。於本實施例中，該前基板27係一透光基板，而自撞擊面R反射之光線可透過該前基板27至外部。
更進一步說明，請參見圖2B，其係沿著圖2A之AA’連線所得之俯視圖。如圖2B所示，本實施例之複數個條狀陰極22(分別為A1、A2、A3)係陣列排列於底基板上，其中該底基板係一絕緣基板；接著，絕緣層23係設置於底基板及陰極22上，且形成有複數個陣列排列之開口231，以顯露對應陰極22之部分區域；之後，形成複數個發射塊24於該些開口231中，且該些發射塊24與對應陰極22電性連接並凸出開口231；最後，複數個三角條狀陽極25(分別為B1、B2、B3、B4)陣列排列於絕緣層23上，以與陰極22構成m×n矩陣(本實施例係採用3×4矩陣作為說明)，而發射塊24則係位於兩相鄰陽極25之間，其中陽極25兩側對應於發射塊24之撞擊面上設有發光層，以定義出複數個發光區，其分別為紅色發光區R1、R2、R3、R4，藍光發光區B1、B2、B3、B4，綠色發光區G1、G2、G3、G4，且每一發光區與其對應之發射塊24構成一子畫素單元(如PR2 、PB2 、PG2 等)，而每三組可放出不同光色之子畫素單元(如PR2 、PG2 、PB2 )構成一畫素單元(如P2)。詳細地說，綠色發光區G2與其兩側對應之發射塊C31、C32構成一子畫素單元PG2 ，藍色發光區B2與其兩側對應之發射塊C21、C22構成一子畫素單元PB2 ，紅色發光區R2與其兩側對應之發射塊C11、C12構成一子畫素單元PR2 ，而該三組子畫素PG2 、PB2 、PR2 則構成一畫素單元P2；同理，綠色發光區G3、藍光發光區B3與紅色發光區R3分別與其兩側對應之發射塊C32及C33、C22及C23、C12及C13構成三組子畫素單元，而該三組子畫素單元則構成另一畫素單元；另外，綠色發光區G1、藍光發光區B1與紅色發光區R1分別與其一側對應之發射塊C31、C21及C11構成三組子畫素單元，而該三組子畫素單元構成一畫素單元；同理，綠色發光區G4、藍光發光區B4與紅色發光區R4分別與其一側對應之發射塊C33、C23及C13構成三組子畫素單元，而該三組子畫素單元構成另一畫素單元。
據此，舉例說明，當陰極A1及陽極B2分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11、C12發射出，並撞擊紅色發光區R2，俾使子畫素單元PR2 中之紅色發光區R1放出紅光，據此，該畫素單元P2即會顯示紅光；當陰極A1、A2及陽極B2分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11、C12、C21及C22發射出，並分別撞擊紅色發光區R2及藍色發光區B2，俾使紅色發光區R2及藍色發光區B2分別放出紅光及藍光，據此，該畫素單元P2即會顯示紅光與藍光之混合光色；同理，當陰極A1、A2、A3及陽極B2分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11、C12、C21、C22、C31及C32發射出，並分別撞擊紅色發光區R2、藍色發光區B2及綠色發光區G2，俾使紅色發光區R2、藍色發光區B2及綠色發光區G2分別放出紅光、藍光及綠光，據此，該畫素單元P2即會顯示紅光、綠光及藍光之混合光色。此外，亦可藉由控制輸入電壓，以控制每一子畫素單元之放光強度。
如上所述，可依據輸入訊號，選擇性地對陰極A1、A2、A3及陽極B1、B2、B3、B4輸入低電位及高電位，以選擇性地驅動m×n矩陣中複數個子畫素單元(如PR2 、PB2 、PG2 等)，其中由於每一畫素單元係由三個子畫素單元(分別為紅色發光區、藍色發光區及綠色發光區)組成，故透過控制子畫素單元時，即可控制畫素單元的顏色與灰階，以達到顯像之效果。
實施例2
本實施例之場發射顯示器與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖3所示，本實施例之陽極25係由條狀部251及導電層252所構成，其中條狀部251所使用之材料為非導電材料，而導電層252係由可反射光線之導電材料(本實施例係使用鋁)所形成，俾用於反射光線及傳導電流。
實施例3
本實施例之場發射顯示器與實施例2所述大致相同，惟不同處在於，如圖3所示，本實施例陽極25之條狀部251為中空。
實施例4
本實施例之場發射顯示器與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖4所示，本實施例之陽極25係由橫截面為梯形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之斜面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上。
此外，於本實施例另一態樣中，發光層26亦可僅設置於陽極25之兩側表面，而陽極25之頂部(未設有發光層26)可直接與前基板27接觸，以同時作為底基板21與前基板27間之支撐柱。
實施例5
本實施例之場發射顯示器與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖5所示，本實施例之陽極25係由橫截面為半圓形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之曲面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上。
實施例6
本實施例之場發射顯示器與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖6所示，本實施例之陽極25係由橫截面為弓形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之曲面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上；此外，發射塊24之電子發射層242僅設置於導電凸塊241對應於陽極25之側表面上，即導電凸塊241之頂部未設有該電子發射層242。
實施例7
本實施例之場發射顯示器與實施例5所述大致相同，惟不同處在於，如圖7所示，本實施例之陽極25高於發射塊24，且發光層26僅設置於陽極25側面對應於發射塊24之撞擊面R上，亦即，陽極25未對應發射塊24之頂部未設有發光區26。
據此，本發明係將所有主要作動元件(即陰極、發射塊、陽極及發光層)設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射顯示器(發光效率差)，本發明之場發射顯示器可展現較佳的發光效率。尤其，本發明之陽極撞擊面更可由具有反射效果之導電材料所構成，俾使往發光層內部的光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。此外，本發明之目的係在提供一種場發射顯示器，俾能提高光利用率。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所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。
12,22,A1,A2,A3．．．陰極
13,23．．．絕緣層
14,242．．．電子發射層
15,25,B1,B2,B3,B4．．．陽極
16,26．．．發光層
161．．．發光層表層
19．．．閘極
11,21．．．底基板
24,C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33．．．發射塊
241．．．導電凸塊
251．．．條狀部
252．．．導電層
17,27．．．前基板
28．．．支撐單元
Y．．．軸向
R．．．撞擊面
P2．．．畫素單元
PR2, PB2 ,PG2 ．．．子畫素單元
R1,R2,R3,R4．．．紅色發光區
B1,B2,B3,B4．．．藍色發光區
G1,G2,G3,G4．．．綠色發光區
圖1係傳統場發射顯示器之工作原理示意圖。
圖2A係本發明一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
圖2B係沿著圖2A之AA’連線所得之俯視圖。
圖3係本發明另一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
圖4係本發明另一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
圖5係本發明另一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
圖6係本發明另一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
圖7係本發明另一較佳實施例之場發射顯示器剖視圖。
21．．．底基板
22．．．陰極
23．．．絕緣層
24．．．發射塊
241．．．導電凸塊
242．．．電子發射層
2．．．陽極
251．．．條狀部
26．．．發光層
27．．．前基板
28．．．支撐單元
R．．．撞擊面

Claims (12)

  1. 一種場發射顯示器，包括：一底基板；複數條陰極，係設置於該底基板上；一絕緣層，係設置於該些陰極上且具有複數個陣列排列之開口，其中該些開口係對應該些陰極；複數條陽極，係設置於該絕緣層上，並與該些陰極排列成一矩陣(matrix)，其中該絕緣層隔絕該些陰極及該些陽極間之電性導通，且該些陽極分別具有至少一撞擊面，且該至少一撞擊面為一斜面或一曲面；以及複數個陣列排列之子畫素單元，其分別包括：一發光區，具有設置於該至少一撞擊面上之發光層；以及至少一發射塊，係對應該發光區且設置於該些開口中，並與該些陰極電性連接且凸出該些開口；其中，該些陰極、該絕緣層、該些陽極、及該些子畫素單元係設置於該底基板處，且該撞擊面係面向該發射塊之一表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中，該些發光區為複數個放出不同光色之發光區。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之場發射顯示器，其中，該些發光區分別獨立為一紅色發光區、一藍色發光區或一綠色發光區。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極之底面積大於頂面積。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極之橫截面為三角形、梯形、半圓形或弓形。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極之該至少一撞擊面係由一可反射光線之導電材料所構成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極分別為一條狀部，且該條狀部係由該可反射光線之導電材料所構成。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極分別包括一條狀部及一導電層，該導電層係位於該條狀部上，且該導電層係由該可反射光線之導電材料所構成。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器，更包括：一前基板，係設置於該底基板之上方。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器，更包括：一支撐單元，係設置於該底基板與該前基板之間，且該底基板與該前基板間之區域為一真空區域。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器，其中，該些發射塊分別包括一導電凸塊及一電子發射層，且該電子發射層係位於該導電凸塊表面。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器，其中，該些陽極高於該些發射塊。
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