发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置及其驱动方法 |
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| 申请号 | CN201010561421.3 | 申请日 | 2010-11-27 | 公开(公告)号 | CN102148119B | 公开(公告)日 | 2012-12-05 |
| 申请人 | 福州大学; | 发明人 | 郭太良; 姚剑敏; 林志贤; 叶芸; 陈志龙; 张永爱; 徐胜; 胡利勤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及显示器制造技术领域，特别是一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置及其驱动方法，该装置包括相互平行设置的 阳极 板和阴栅板，其特征在于：阴栅板上间隔布设有 阴极 和栅极，所述阴极和栅极在阴栅板上按一定结构循环设置，以在阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的 电子 发射单元，各阴、栅 电极 之间为 真空 状态，阳极板上对应间隔均布有阳极，该驱动方法阴栅 电压 起扫描作用，阳极电压起 信号 调制作用，当阴栅板每根电极固定作为阴极或栅极时，采用固定电压驱动，当阴栅板上的电极可阴栅互换时，采用脉冲扫描的驱动方法。该装置制造工艺简单，制造难度低，相应的驱动方法有利于提高FED显示装置的工作性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，其特征在于：所述阴栅板上间隔布设有阴极和栅极，所述阴极和栅极在所述阴栅板上以栅极-阴极-栅极结构为一个单元循环设置，以在所述阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的电子发射单元，各阴、栅电极之间为真空状态，且所述阴极上制作有电子发射材料，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。 |
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| 说明书全文 | 发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置及其驱动方法技术领域[0001] 本发明涉及显示器制造技术领域，特别是一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置及其驱动方法。 背景技术[0002] 场致发射显示器（FED）作为一种新型的平板显示器，是继液晶显示器（LCD）、等离子体显示器(PDP)等之后另一种最具有发展前景的新一代平板显示器。FED具有高分辨率、高对比度、宽视角、响应速度快，耐高低温、抗震、低辐射以及生产成本较低，易于实现数字化显示等特点，具有广阔市场应用前景。 [0003] 场致发射显示器按照结构可简单的分为二极型FED和三极型FED。二极型FED主要由阴极和阳极电压组成，阴极在阳极电场的作用下发射电子，轰击阳极上的荧光粉而发光；三极型FED主要有阴极、栅极和阳极组成，阴极在栅极电场的调控下发射电子，轰击阳极上的荧光粉而发光。 [0004] 二极型FED制作工艺较简单，但开启电压高，均匀性差。由于驱动电路耐压限制，二极型FED的阳极电压不易提高，因此亮度较低，灰度再现性差，实际应用中具有很大的局限性。三极型FED由于色纯好、亮度高和驱动电压低等优点，所以应用更加广泛。 [0005] 三极结构按照栅极位置的不同，可分为前栅型FED、后栅型FED和平行栅型FED等。前栅型FED由于栅极与阴极之间距离小，所需调制电压较低，阳极上无需进行高压调制，但是前栅结构制作工艺复杂，不易实现大面积显示，且器件发射均匀性难以保证。后栅型FED将栅极埋在阴极之下，利用栅极与阴极边缘的强电场，使阴极边缘的发射材料产生电子发射，但是，阴极直接暴露在阳极电场之下，阳极电压不宜太高，否则会造成二极式发射。且这种结构为了防止相邻单元的串扰必须缩小阴极与阳极之间的距离，限制了阳极电压的提高，不利于提高荧光粉的发光效率。平行栅型FED中阴极与栅极平行分布在同一平面上，发射材料分布在阴极上，阴极与栅极之间为真空状态，采用普通的曝光工艺和刻蚀工艺一次性就可以在基板上完成阴极与栅极的制作。另外，平行栅结构中绝缘层只要求分布在阴栅行列扫描的交叉点处，器件的栅控性能及发射性能不受绝缘层的影响，大大降低了工艺的复杂性及难度。由于制作工艺简单，成本远小于前栅和后栅结构，故平行栅结构是FED最易实现大面积显示的一种三极结构。 发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置及其驱动方法，该装置制造工艺简单，制造难度低，相应的驱动方法有利于提高FED显示装置的工作性能。 [0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，其特征在于：所述阴栅板上间隔布设有阴极和栅极，所述阴极和栅极在所述阴栅板上以栅极-阴极-栅极结构为一个单元循环设置，以在所述阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的电子发射单元，各阴、栅电极之间为真空状态，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数的1/3。所述阴极上制作有电子发射材料。 [0009] 基于上述结构，本发明提供了相应的驱动方法，其特征在于：当各栅极互不连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用三电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加负电压，在中部阴极相邻两侧的栅极施加正电压，其余阴、栅电极施加零电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在两侧栅极的共同调控下发射电子，轰击阳极对应位置的荧光粉发光；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0010] 基于上述结构，本发明还提供了另一种驱动方法，其特征在于：当各栅极相互连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加低电压，其余所有阴、栅电极均施加高电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0011] 本发明还提供了另一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，其特征在于：所述阴栅板上间隔均布有阴极和栅极，所述阴极和栅极在所述阴栅板上按栅极-阴极结构循环设置，并以栅极结束设置，以在所述阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的电子发射单元，且相邻两电子发射单元之间共用一栅极，所述各阴、栅电极之间为真空状态，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数的1/2。所述阴极上制作有电子发射材料。 [0012] 基于上述第二种结构，本发明提供了相应的驱动方法，其特征在于：当各栅极互不连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用三电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加负电压，在中部阴极相邻两侧的栅极施加正电压，其余阴、栅电极施加零电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在两侧栅极的共同调控下发射电子，轰击阳极对应位置的荧光粉发光；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0013] 基于上述第二种结构，本发明还提供了另一种驱动方法，其特征在于：当各栅极相互连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加低电压，其余所有阴、栅电极均施加高电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0014] 本发明又提供了另一种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，其特征在于：所述阴栅板上间隔均布有可作为阴极和栅极互换使用的电极，所述各电极之间为真空状态，且电极上均制作或均不制作电子发射材料，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。 [0015] 基于上述第三种结构，本发明提供了相应的驱动方法，其特征在于：在阳极上施加寻址高电压，并采用三电位脉冲扫描的驱动方法驱动阴栅板：在所述阴栅板上取第n个电极施加负电压作为阴极，在所述第n个电极相邻两侧两个电极施加正电压作为栅极，组成一电子发射单元，其余电极施加零电压，以使所述第n个阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法，给第（n+1）个电极施加负电压作为阴极，相邻两侧两个电极施加正电压作为栅极，其余电极施加零电压，形成另一电子发射单元，如此反复循环，以驱动阴栅板。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数减2。 [0016] 基于上述第三种结构，本发明还提供了另一种驱动方法，其特征在于：在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位脉冲扫描的驱动方法驱动阴栅板：在所述阴栅板上取第n个电极施加低电压作为阴极，在所述第n个电极相邻两侧两个电极施加高电压作为栅极，组成一电子发射单元，其余电极也施加高电压，以使所述第n个阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法，给第（n+1）个电极施加低电压作为阴极，其余电极施加高电压，形成另一电子发射单元，如此反复循环，以驱动阴栅板。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数减2。 [0017] 本发明的有益效果是阴栅板上按一定间隔平行分布着两种电极即阴极和栅极，阴栅极之间为真空状态，不存在介质绝缘问题，由此可以简化器件制备工艺，降低制备难度。基于同一类电子发射单元，提供了不同的结构实现方式。同时，本发明还提供了相应的驱动方法，阴栅电压起扫描作用，阳极电压起信号调制作用。当阴栅板每根电极固定作为阴极或栅极时，采用固定电压驱动，当阴栅板上的电极可阴栅互换时，采用脉冲扫描的驱动方法，从而提高了FED显示器的工作性能。 附图说明 [0018] 图1（a）、图1（b）是本发明装置阴栅板上电极以栅极-阴极-栅极结构为一个单元循环设置，栅极互不连接的两个连续时刻的整体结构图。 [0019] 图1（c）、图1（d）是本发明装置阴栅板上电极以栅极-阴极-栅极结构为一个单元循环设置，所有栅极互相连接的两个连续时刻的整体结构图。 [0020] 图1（e）、图1（f）、图1（g）是本发明装置阴栅板上电极按栅极-阴极结构循环设置，栅极互不连接的三个连续时刻的整体结构图。 [0021] 图1（h）、图1（i）、图1（j）是本发明装置阴栅板上电极按栅极-阴极结构循环设置，所有栅极互相连接的三个连续时刻的整体结构图。 [0022] 图1（k）、图1（l）、图1（m）是本发明装置阴栅板上电极可阴、栅互换的三个连续时刻的整体结构图。 [0023] 图1（n）是本发明装置如图1（a）、图1（b）所示结构的驱动方法时序图。 [0024] 图1（o）是本发明装置如图1（c）、图1（d）、图1（h）、图1（i）、图1（j）所示结构的驱动方法的时序图。 [0025] 图1（p）是本发明装置如图1（e）、图1（f）图1（g）所示结构的驱动方法时序图。 [0026] 图1（q）是本发明装置阴栅板上电极可阴、栅互换的三电位驱动方案时序图。 [0027] 图1（r）是本发明装置阴栅板上电极可阴、栅互换的两电位驱动方案时序图。 具体实施方式[0028] 本发明发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，所述阴栅板上间隔布设有阴极和栅极，所述阴极和栅极在所述阴栅板上以栅极-阴极-栅极结构为一个单元循环设置，以在所述阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的电子发射单元，各阴、栅电极之间为真空状态，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数的1/3。所述阴极上制作有电子发射材料。 [0029] 基于上述结构，本发明提供了相应的驱动方法：当各栅极互不连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用三电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加负电压，在中部阴极相邻两侧的栅极施加正电压，其余阴、栅电极施加零电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在两侧栅极的共同调控下发射电子，轰击阳极对应位置的荧光粉发光；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0030] 基于上述结构，本发明还提供了另一种驱动方法：当各栅极相互连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加低电压，其余所有阴、栅电极均施加高电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0031] 本发明还提供了第二种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置的实现方案，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，所述阴栅板上间隔均布有阴极和栅极，所述阴极和栅极在所述阴栅板上按栅极-阴极结构循环设置，并以栅极结束设置，以在所述阴栅板上形成依次并排的多个栅-阴-栅结构的电子发射单元，且相邻两电子发射单元之间共用一栅极，所述各阴、栅电极之间为真空状态，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数的1/2。所述阴极上制作有电子发射材料。 [0032] 基于上述第二种结构，本发明提供了相应的驱动方法：当各栅极互不连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用三电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加负电压，在中部阴极相邻两侧的栅极施加正电压，其余阴、栅电极施加零电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在两侧栅极的共同调控下发射电子，轰击阳极对应位置的荧光粉发光；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0033] 基于上述第二种结构，本发明还提供了另一种驱动方法：当各栅极相互连接时，在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位固定电压的驱动方法驱动阴栅板：取一电子发射单元，在其中部阴极施加低电压，其余所有阴、栅电极均施加高电压，以使所述电子发射单元的中部阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法依次给各电子发射单元的阴、栅电极施加电压，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0034] 本发明又提供了第三种发射单元双栅单阴式无介质三极FED装置的实现方案，包括相互平行设置的阳极板和阴栅板，所述阴栅板上间隔均布有可作为阴极和栅极互换使用的电极，所述各电极之间为真空状态，且电极上均制作或均不制作电子发射材料，所述阳极板上对应间隔均布有阳极。 [0035] 基于上述第三种结构，本发明提供了相应的驱动方法：在阳极上施加正电压，并采用三电位脉冲扫描的驱动方法驱动阴栅板：在所述阴栅板上取第n个电极施加负电压作为阴极，在所述第n个电极相邻两侧两个电极施加正电压作为栅极，组成一电子发射单元，其余电极施加零电压，以使所述第n个阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法，给第（n+1）个电极施加负电压作为阴极，相邻两侧两个电极施加正电压作为栅极，其余电极施加零电压，形成另一电子发射单元，如此反复循环，以驱动阴栅板。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数减2。 [0036] 基于上述第三种结构，本发明还提供了另一种驱动方法：在阳极上施加寻址高电压，并采用两电位脉冲扫描的驱动方法驱动阴栅板：在所述阴栅板上取第n个电极施加低电压作为阴极，在所述第n个电极相邻两侧两个电极施加高电压作为栅极，组成一电子发射单元，其余电极也施加高电压，以使所述第n个阴极在相邻两侧栅极的调控下发射电子；按照上述方法，给第（n+1）个电极施加低电压作为阴极，其余电极施加高电压，形成另一电子发射单元，如此反复循环，以驱动阴栅板。此时，电子发射单元数目为阴栅板电极总数减 2。 [0037] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0038] 本发明基于双栅单阴式电子发射单元的无介质三极FED的整体结构示意图如图1（a）至图1（m）所示，主要由阳极板1和阴栅板2组成。阳极板1上按一定的间隔均匀分布着阳极电极12。阴栅板2上按一定间隔平行分布着电极21，其中图1（a）至图1（j）所示是阴栅板电极固定不可互换时的整体结构图，该结构中阴极上制作电子发射材料22，栅极上不制作电子发射材料22。其中图1（a）、图1（b）为栅极-阴极-栅极循环结构电极互不连接的整体结构图，图1（c）、图1（d）为栅极-阴极-栅极循环结构所有栅极直接连接的整体结构图，图1（e）、图1（f）、图1（g）为栅极-阴极循环结构电极互不连接的整体结构图，图1（h）、图1（i）、图1（j）为栅极-阴极循环结构所有栅极直接连接的整体结构图。图1（k）、图1（l）和图1（m）所示是阴栅板阴栅电极可互换时的整体结构图，该结构中电极上均制作或均不制作电子发射材料22。 [0039] 基于上述结构，本发明提供了相应的驱动方案。对于阳极板，在阳极上施加寻址高电压，该电压高于施加于栅极以及阴极的电压，使阳极起到收集电子的作用。对于阴栅板，在选中的阴栅板上的电子发射单元中施加高低电压，如此选中的电极与相邻的非选中的电极之间也将存在一定的电压差，可能造成“半亮”的问题。本发明将采用三电位驱动以及两电位驱动的方法解决这一问题。 [0040] 三电位驱动方法指在选中电子发射单元的阴极施加负电压-Vk，栅极施加正电压+Vg，其余电极施加零电压0V，由于电极之间的电子发射存在阈值电压，即当电极之间电压差低于阈值电压时，不发射电子，当电极之间电压差高于阈值电压时，发射电子。因而，利用这一特性，所施加的正负电压差大于电子发射的阈值电压，正电压与零电压、负电压与零电的电压差小于电子发射的阈值电压，从而解决“半亮”问题。 [0041] 两电位驱动方法仅利用高电位HV以及低电位LV，在选中的电子发射单元的左侧所有电极施加与选中电子发射单元最左边电极相同的电压，右侧的所有电极施加与选中电子发射单元最右边电极相同的电压。由于选中电极与相邻非选中电极电压一致，从而消除由于电压差引起的“半亮”问题。 [0042] 当阴栅板为如图1（a）、图1（b）所示的结构时，采用三电位驱动方法，如图1（n）所示，在T1时刻，栅极1a施加正电压+Vg，阴极1施加负电压-Vk，栅极1b施加正电压+Vg，其余电极施加零电压0V，该时刻对应的结构图如图1（a）所示，此时此三个电极组成一个栅-阴-栅结构的电子发射单元，阴极1在栅极1a以及栅极1b的共同调控下发射电子，轰击阳极板上对应位置的荧光粉。在T2时刻，将同样的正负电压施加于第二组栅-阴-栅结构的电子发射单元，如图1（b）所示，则阴极2在栅极2a和栅极2b的共同调控下发射电子，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0043] 当阴栅板为如图1（c）、图1（d）所示结构时，采用两电位驱动方法，如图1（o）所示栅极始终施加高电压HV，阴极当被选中时施加低电压LV，其余时刻施加高电压HV，T1和T2时刻分别对应的结构图如图1（c）和图1（d）所示，如此阴极在相邻两根栅极的调控下发射电子。 [0044] 当阴栅板为如图1（e）、图1（f）、图1（g）所示的结构时，采用三电位驱动方法，如图1(p) 所示，在T1时刻，栅极1施加正电压+Vg，阴极1施加负电压-Vk，栅极12施加正电压+Vg，其余电极施加零电压0V，该时刻对应的结构图如图1(e)所示，此时此三个电极组成一个栅-阴-栅结构的电子发射单元，阴极1在栅极1以及栅极12的共同调控下发射电子，轰击阳极板上对应位置的荧光粉。在T2时刻，栅极12施加正电压+Vg，阴极2施加负电压-Vk，栅极23施加正电压+Vg，该时刻对应的结构图如图1（f）所示，此时此三个电极组成另一个栅-阴-栅结构的电子发射单元，阴极2在栅极12和栅极23的共同调控下发射电子。在T3时刻，将相同的电压加到栅极23、阴极3以及栅极34上，如图1（g）所示，如此反复循环，以驱动阴栅板。 [0045] 当阴栅板为如图1（h）、图1（i）、图1（j）所示的结构时，采用两电位驱动方法，时序图如图1（o） 所示，栅极始终施加高电压HV，阴极当被选中时施加低电压LV，其余时刻施加高电压HV，T1、T2、T3时刻分别对应的结构图如图1（h）、1（i）和图1（j）所示，如此阴极在相邻两根栅极的调控下发射电子。 [0046] 当阴栅板为如图1（k）、图1（l）、图1（m）所示的结构时的驱动方法：图1（q）为三电位驱动方法时序图，如图所示，电极1到电极5为相邻的5根电极，在T1时刻，电极1施加正电压+Vg，电极2施加负电压-Vk，电极3施加正电压+Vg，其余电极施加零电压0V，该时刻对应的结构图如图1（k）所示，此时，电极2作为阴极，电极1和电极3作为栅极，则三个电极组成一个栅-阴-栅结构的电子发射单元，电极2在电极1和电极3的调控下发射电子。在T2时刻，电极2施加正电压+Vg，电极3施加负电压-Vk，电极4施加正电压+Vg，其余电极施加零电压0V，该时刻对应的结构图如图1（l）所示,此时，电极3作为阴极，电极2和电极4作为栅极，从而组成另一个栅-阴-栅结构的电子发射单元。在T3时刻，电极3施加正电压+Vg，电极4施加负电压-Vk，电极5施加正电压+Vg，如图1（m）所示，如此反复循环，实现在不降低分辨率的情况下，驱动阴栅板。图1（r）为两电位驱动方法时序图，如图所示，电极1到电极5为相邻的5根电极，在T1时刻，电极1施加高电压HV，电极2施加低电压LV，电极3施加高电压HV，其余电极施加高电压HV，该时刻对应的结构图如图1（k）所示，此时，电极2作为阴极，电极1和电极3作为栅极，则三个电极组成一个栅-阴-栅结构的电子发射单元，电极2在电极1和电极3的调控下发射电子。在T2时刻，电极2施加高电压HV，电极3施加低电压LV，电极4施加高电压HV，其余电极施加高电压HV，该时刻对应的结构图如图1（l）所示，此时，电极3作为阴极，电极2和电极4作为栅极，从而组成另一个栅-阴-栅结构的电子发射单元。在T3时刻，电极3施加高电压HV，电极4施加低电压LV，电极5施加高电压HV，如图1（m）所示，如此反复循环，实现在不降低分辨率的情况下，驱动阴栅板。 [0047] 以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。 |
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