專利名稱：電子發(fā)射裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射裝置，并具體涉及一種通過抑制發(fā)射延遲而防止顯示運動圖像時亮度發(fā)生改變的電子發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
通常，將電子發(fā)射裝置分成使用熱陰極作為電子發(fā)射源的電子發(fā)射裝置，和使用冷陰極作為電子發(fā)射源的電子發(fā)射裝置。有多種冷陰極電子發(fā)射裝置，包括場發(fā)射體陣列(FEA)型，金屬-絕緣體-金屬(MIM)型，金屬-絕緣體-半導體(MIS)型和表面?zhèn)鲗Оl(fā)射體(SCE)型。
FEA型電子發(fā)射裝置基于這樣一種原理當使用具有低功函數(shù)或高縱橫比的材料作為電子發(fā)射源時，由于處于真空環(huán)境的電場，導致易于從材料發(fā)射電子。已經(jīng)研究了使用基于鉬(Mo)或硅(Si)的尖端結(jié)構(gòu)，或者碳質(zhì)材料，如碳納米管，石墨和金剛石狀碳，作為電子發(fā)射區(qū)。
在普通FEA型電子發(fā)射裝置中，陰極、絕緣層和柵極相繼地形成在第一基板上，并在柵極和絕緣層中形成開口。在開口內(nèi)在陰極上形成電子發(fā)射區(qū)。在第二基板的與第一基板相對的表面上形成熒光物質(zhì)層和陽極。
陰極將發(fā)射電子所需的電流輸送給電子發(fā)射區(qū)，柵極使用其與陰極之間的電壓差控制電子發(fā)射。陽極接收數(shù)百到數(shù)千伏的直流(DC)電壓，并使熒光物質(zhì)層保持高電勢狀態(tài)，從而朝向熒光物質(zhì)層有效地加速從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。
通常，使用柵極作為掃描電極，并使用陰極作為攜帶圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)電極。
掃描脈沖相繼地施加給柵極，數(shù)據(jù)脈沖有選擇地施加給與接收掃描脈沖的柵極相對應的陰極。在兩電極之間的電壓差超過閾值的像素處的電子發(fā)射區(qū)周圍，形成電場，并且從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子。所發(fā)射的電子受到施加給陽極的高壓吸引，碰撞對應的熒光物質(zhì)層，從而使它們發(fā)光。
對于普通的電子發(fā)射裝置，當根據(jù)施加給陰極和柵極的驅(qū)動信號迅速、恰當?shù)乜刂齐娮影l(fā)射的出現(xiàn)和數(shù)量時，可根據(jù)圖像信號實現(xiàn)精確的顯示。通過到達陽極的發(fā)射電流來觀察電子發(fā)射的量。下面將互換地使用電子發(fā)射的量和發(fā)射電流。
當電子發(fā)射裝置顯示運動圖像或者當圖像轉(zhuǎn)換時，會加劇上述問題，同時導致發(fā)射電流發(fā)生相當大比例的改變。例如，當圖像從黑模式轉(zhuǎn)換到白模式時，發(fā)射電流應當隨驅(qū)動信號迅速地恢復。否則，在白模式的最初階段亮度將降低。
通常，將矩形波脈沖施加給陰極和柵極。矩形波脈沖包括相對較高電壓，并且所涉及的像素數(shù)量越多，則ON時間的作用周期越短。因陰極與柵極的相交區(qū)域產(chǎn)生的寄生電容所引起的驅(qū)動信號延遲，或者陰極和柵極的內(nèi)部電阻，會造成信號失真。驅(qū)動信號的延遲導致發(fā)射延遲，并降低顯示質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，電子發(fā)射裝置抑制發(fā)射延遲，以使顯示運動圖像時的亮度降低減小或最小，并提高顯示質(zhì)量。另一示例性實施例涉及一種驅(qū)動電子發(fā)射裝置的方法。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，電子發(fā)射裝置包括陰極，形成在陰極上的柵極，以及設(shè)置在陰極與柵極之間的絕緣層。電子發(fā)射區(qū)形成在陰極上，用于在因施加給陰極和柵極的電壓之間的電壓差而產(chǎn)生的電場的作用下，發(fā)射電子。驅(qū)動單元將電壓施加給陰極和柵極。陽極接收正電壓，以使從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子加速。施加給陰極的第一電壓Vc和施加給柵極的第二電壓Vg滿足以下條件0.4≤Vc/Vg＜0.8。
驅(qū)動單元將第一電壓和第二電壓分別施加給陰極和柵極，使得電子發(fā)射區(qū)不發(fā)射電子。
驅(qū)動單元將具有第一電壓和低于第一電壓的第三電壓的脈沖施加給陰極，同時將第二電壓施加給柵極。從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子量由第三電壓施加給陰極的時間周期決定。
在柵極上進一步形成聚焦電極，以接收0V或負電壓。
提供一種電子發(fā)射裝置的驅(qū)動方法，所述電子發(fā)射裝置使用第一電極，與第一電極絕緣的第二電極，以及形成在第一電極和第二電極中任何一個上面的電子發(fā)射區(qū)，其因施加給第一電極和第二電極的電壓差而發(fā)射電子。將第一電壓施加給第一電極。將具有第二電壓和第三電壓的脈沖施加給第二電極，同時將第一電壓施加給第一電極。第一電壓和第二電壓滿足條件0.4≤Vc/Vg＜0.8，其中Vc表示第一和第二電壓中較低的一個，Vg表示第一和第二電壓中較高的一個。
當將第三電壓施加給第二電極時，從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子。
在一個實施例中，在第二電極處形成電子發(fā)射區(qū)，Vc為第二電壓，Vg為第一電壓。
從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子量還由施加第三電壓的時間周期決定。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的電子發(fā)射裝置的示意圖。
圖2為用于根據(jù)本發(fā)明實施例的電子發(fā)射裝置的顯示板的部分分解透視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的顯示板的部分剖面圖。
圖4表示施加給根據(jù)本發(fā)明實施例的電子發(fā)射裝置的陰極和柵極的驅(qū)動波形。
圖5的曲線圖表示根據(jù)例1的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
圖6的曲線圖表示根據(jù)例2的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
圖7的曲線圖表示根據(jù)比較例1的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
圖8的曲線圖表示根據(jù)比較例2的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
圖9的曲線圖表示根據(jù)比較例3的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
圖10的曲線圖表示根據(jù)比較例4的電子發(fā)射裝置的發(fā)射延遲性質(zhì)。
具體實施例方式
如圖1中所示，電子發(fā)射裝置包括顯示板110，用于驅(qū)動掃描電極S1-Sn的掃描驅(qū)動單元140，用于驅(qū)動數(shù)據(jù)電極D1-Dm的數(shù)據(jù)驅(qū)動單元130，以及用于控制掃描和數(shù)據(jù)驅(qū)動單元140和130的控制單元150。
顯示板110具有n個掃描電極S1-Sn和m個數(shù)據(jù)電極D1-Dm，并且在掃描電極S1-Sn與數(shù)據(jù)電極D1-Dm的各相交區(qū)域形成電子發(fā)射區(qū)。
控制單元150接收圖像信號R，G和B，垂直同步信號V-SYNC以及水平同步信號H-SYNC，并產(chǎn)生掃描驅(qū)動信號和數(shù)據(jù)驅(qū)動信號。然后，控制單元150將這些信號施加給掃描驅(qū)動單元140和數(shù)據(jù)驅(qū)動單元130。掃描驅(qū)動單元140根據(jù)輸入的掃描驅(qū)動信號將掃描驅(qū)動電壓施加給掃描電極S1-Sn，數(shù)據(jù)驅(qū)動單元130根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)驅(qū)動信號將數(shù)據(jù)驅(qū)動電壓施加給數(shù)據(jù)電極D1-Dm。
如圖2和3中所示，顯示板110包括彼此平行設(shè)置且彼此分隔預定距離的第一基板2和第二基板4。在第一基板2處設(shè)置電子發(fā)射結(jié)構(gòu)，并在第二基板4處設(shè)置光發(fā)射結(jié)構(gòu)，以便發(fā)射可見光線并顯示所需的圖像。
陰極6在第一基板2上沿第一方向成條形圖案，第一絕緣層8形成在第一基板2上且基本覆蓋第一基板2的整個區(qū)域。第一絕緣層8還覆蓋陰極6。柵極10在第一絕緣層8上呈現(xiàn)與第一方向垂直的條形圖案。
陰極6與柵極10的相交區(qū)域形成單位像素，并按各個單位像素在陰極6上形成一個或多個電子發(fā)射區(qū)12。在第一絕緣層8和柵極10中形成與各電子發(fā)射區(qū)12對應的開口14，同時暴露出位于在第一基板2上圖案化的陰極6上的電子發(fā)射區(qū)12。
由在真空環(huán)境下施加電場時發(fā)射電子的材料形成電子發(fā)射區(qū)12，如碳質(zhì)材料和納米尺寸材料?？捎衫缣技{米管，石墨，石墨納米纖維，金剛石，金剛石狀碳，C60，硅納米絲或其組合，通過例如絲網(wǎng)印刷、直接生長、化學汽相沉積或濺射，形成電子發(fā)射區(qū)12。
如圖2和3中所示，電子發(fā)射區(qū)12形成為圓形形狀，并且在各個單位像素處沿陰極6的長度方向線性排列。不過，電子發(fā)射區(qū)12的形狀、每單位像素的數(shù)量以及排列不限于所示出的，而可按照多種方式改變。
第二絕緣層16和聚焦電極18形成在柵極10和第一絕緣層8上面。在第二絕緣層16和聚焦電極18處形成開口20，使電子束能通過。例如，可以在各個單位像素處一一對應地設(shè)置開口20。在此情形中，聚焦電極共同聚焦在一個單位像素處發(fā)射的電子。
聚焦電極18可基本覆蓋第一基板2的整個區(qū)域?？蓪⒕劢闺姌O18形成為涂覆在第二絕緣層16上的金屬膜，或者形成為附著到第二絕緣層16上的具有開口部分的金屬板。
在第二基板4的面對第一基板2的表面上形成紅色、綠色和藍色熒光物質(zhì)層22R，22G和22B，同時這三個熒光物質(zhì)層彼此分隔特定的距離。在各熒光物質(zhì)層22之間設(shè)置黑色層24，以提高屏幕對比度。
在該實施例中，用鋁基金屬材料在熒光物質(zhì)層22和黑色層24上形成陽極26。陽極26接收加速電子束所需的電壓，并反射熒光物質(zhì)層22放射出的可見光線，從而增加屏幕亮度。
或者，可由透明導電材料如氧化銦錫(ITO)形成陽極26。在此情形中，陽極位于熒光物質(zhì)層22和黑色層24的面對第二基板4的表面上，并且可將其圖案化成具有多個部分。
在第一基板2與第二基板4之間設(shè)置間隔物28，并使用密封元件如玻璃粉，將基板2與4的外圍彼此密封。排空基板2與4之間的內(nèi)部空間，并使其保持真空狀態(tài)，從而形成顯示板110。間隔物28處于黑色層24的非光發(fā)射區(qū)處。
利用上述結(jié)構(gòu)，陰極6與數(shù)據(jù)驅(qū)動單元130相連，以從其接收數(shù)據(jù)驅(qū)動電壓，且柵極10與掃描驅(qū)動單元140相連，以從其接收掃描驅(qū)動電壓。聚焦電極18接收0V或幾伏到數(shù)十伏的負(-)直流(DC)電壓，陽極26接收數(shù)百到數(shù)千伏的正(+)直流(DC)電壓。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子發(fā)射裝置可采用的驅(qū)動波形。
如圖4中所示，在周期T1內(nèi)掃描信號的ON電壓VS施加給掃描電極Sn，數(shù)據(jù)信號的ON電壓V1施加給數(shù)據(jù)電極Dm。這樣，由于施加給掃描電極Sn和數(shù)據(jù)電極Dm的電壓差VS-V1，導致從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子。所發(fā)射的電子碰撞熒光物質(zhì)層，從而使它們發(fā)射光。
之后，在周期T2內(nèi)掃描電極Sn保持掃描信號的ON電壓VS，并將數(shù)據(jù)信號的OFF電壓VD施加給數(shù)據(jù)電極Dm。從而，施加給掃描電極Sn和數(shù)據(jù)電極Dm的電壓差VS-VD減小，因此沒有從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子。在周期T1和T2內(nèi)可改變脈沖寬度，從而顯示出所需的灰度級。
在周期T3內(nèi)，將掃描信號的OFF電壓V1施加給掃描電極Sn，將數(shù)據(jù)信號的OFF電壓V1施加給數(shù)據(jù)電極Dm。從而，沒有從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子?？蓪呙栊盘柕腛FF電壓V1與數(shù)據(jù)信號的ON電壓V1設(shè)定為相同，如0V。
通過掃描脈沖和數(shù)據(jù)脈沖的組合來控制發(fā)射電流的ON/OFF以發(fā)射電流大小。參照圖2-4，通過聚焦電壓將從電子發(fā)射區(qū)12發(fā)射的電子聚焦到電子束中心處，電子通過聚焦電極18，并被陽極電壓吸引。所發(fā)射的電子朝向相應的熒光物質(zhì)層22加速，并碰撞熒光物質(zhì)層22。在此過程中，聚焦電極18和第二絕緣層14削弱陽極電場對于電子發(fā)射區(qū)12的影響。
在向陽極施加預定電壓期間，可以通過形成因柵極10與陰極6之間的電壓差產(chǎn)生的電場來控制發(fā)射電流，而不會受到外界因素(如陽極電場)的干擾。在此情形中，數(shù)據(jù)信號的OFF電壓VD與掃描信號的ON電壓VS的差值，即斷開電壓，是決定電子發(fā)射裝置的驅(qū)動特性的一個因素。
在一個實施例中，當用Vg表示施加給柵極的掃描信號的ON電壓VS，用Vc表示施加給陰極的數(shù)據(jù)信號的OFF電壓VD時，Vg和Vc的數(shù)值滿足以下條件(公式1)0.4≤Vc/Vg＜0.8。
圖5至10的曲線圖表示以Vc/Vg的變化為函數(shù)的發(fā)射延遲性質(zhì)。曲線圖的水平軸表示時間，其垂直軸表示發(fā)射電流。通過測量每分鐘的發(fā)射電流，同時實現(xiàn)白色模式十(10)分鐘，然后實現(xiàn)黑色模式一(1)分鐘，之后在實驗的其余時間轉(zhuǎn)變回白色模式，進行發(fā)射延遲實驗。
圖5表示根據(jù)例1得到的實驗結(jié)果，其中Vc/Vg為0.4。Vg的值設(shè)定為50V，Vc的值設(shè)定為20V。如圖所示，在第二白色模式的最初轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射電流迅速恢復，從而沒有觀察到發(fā)射延遲。
圖6表示根據(jù)例2得到的試驗結(jié)果，其中Vc/Vg為0.73。Vg的值設(shè)定為110V，Vc的值設(shè)定為80V。如圖所示，在第二白色模式的最初轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射電流迅速恢復，從而沒有觀察到發(fā)射延遲圖7表示比較例1中得到的實驗結(jié)果，其中Vc/Vg為0.8。Vg的值設(shè)定為100V，Vc的值設(shè)定為80V。如圖所示，在第二白色模式的最初轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射減小率近似為9.3％，發(fā)射延遲時間近似為一(1)分鐘。
發(fā)射減小率是第二白色模式的初始時刻測得的發(fā)射電流與第一白色模式的最后時刻測得的發(fā)射電流的比值。發(fā)射延遲時間是恢復到第一白色模式的最后時刻測得的發(fā)射電流的±5％內(nèi)所需的時間。在該發(fā)射延遲時間期間，屏幕亮度下降。
圖8表示根據(jù)比較例2得到的實驗結(jié)果，其中Vc/Vg為0.83。Vg的值設(shè)定為120V，Vc的值設(shè)定為100V。如圖所示，在第二白色模式的初始轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射減小率近似為24.4％，發(fā)射延遲時間為大約一(1)分鐘。
圖9表示根據(jù)比較例3得到的實驗結(jié)果，其中Vc/Vg為0.89。Vg的值設(shè)定為90V，Vc的值設(shè)定為80V。如圖所示，在第二白色模式的初始轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射減小率為大約31％，發(fā)射延遲時間為大約四(4)分鐘。
圖10表示根據(jù)比較例4得到的實驗結(jié)果，其中Vc/Vg為1。Vg和Vc的值均設(shè)定為70V。如圖所示，在第二白色模式的初始轉(zhuǎn)變時刻，發(fā)射減小率為大約75.6％，即使在九(9)分鐘之后發(fā)射電流也沒有恢復。
可以估計，由于隨著Vc與Vg的比值的增大，因外界因素如陰極和柵極的電阻或者兩電極之間的寄生電容，導致驅(qū)動信號發(fā)生失真或延遲，因而得到上述結(jié)果。當Vc/Vg的數(shù)值小于0.4時，接通電壓(圖4中所示的VS-V1)和斷開電壓(圖4中所示的VS-VD)之間的差值是如此小，以至于可以不發(fā)生基本的數(shù)據(jù)中斷操作。
設(shè)定Vc/Vg的數(shù)值，使其滿足公式1，從而由于限制了發(fā)射延遲，即便由于在引起相當大的發(fā)射電流改變的圖像轉(zhuǎn)換期間，也可產(chǎn)生優(yōu)異的運動圖像質(zhì)量。
盡管上面詳細描述了本發(fā)明的實施例，顯然應當理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于想到的此處基本發(fā)明概念的許多改變和/或變型，也處于如所附權(quán)利要求及其等效內(nèi)容所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射裝置，包括陰極；形成在所述陰極上的柵極；設(shè)置在陰極與柵極之間的絕緣層；形成在所述陰極上的電子發(fā)射區(qū)，所述電子發(fā)射區(qū)在因施加給陰極和柵極的各自電壓之間的差值所產(chǎn)生的電場的作用下，發(fā)射電子；驅(qū)動單元，用于將各自的電壓施加給所述陰極和柵極；以及陽極，用于接收正電壓，以使從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子加速，其中施加給所述陰極的第一電壓Vc與施加給所述柵極的第二電壓Vg滿足以下條件0.4≤Vc/Vg＜0.8。
2.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述驅(qū)動單元將第一電壓和第二電壓施加給各自的陰極和柵極，使得電子發(fā)射區(qū)不發(fā)射電子。
3.如權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射裝置，其中所述驅(qū)動單元將具有第一電壓和低于第一電壓的第三電壓的脈沖施加給陰極，同時將第二電壓施加給柵極，并且電子發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子量由第三電壓施加給所述陰極的時間周期決定。
4.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，還包括在所述柵極上形成的用于接收0V或負電壓的聚焦電極。
5.一種驅(qū)動電子發(fā)射裝置的方法，該電子發(fā)射裝置包括第一電極，與第一電極絕緣的第二電極，以及形成在第一電極和第二電極中任何一個處的電子發(fā)射區(qū)，所述電子發(fā)射區(qū)由于施加給第一電極和第二電極的電壓之差而發(fā)射電子，該方法包括將第一電壓施加給第一電極；和在將第一電壓施加給第一電極期間，將具有第二電壓和第三電壓的脈沖施加給第二電極；其中第一電壓和第二電壓滿足條件0.4≤Vc/Vg＜0.8，其中Vc表示第一電壓和第二電壓中較低的一個，Vg表示第一電壓和第二電壓中較高的一個。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在將第三電壓施加給第二電極時，從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射電子。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述電子發(fā)射區(qū)形成在第二電極上，Vc為第二電壓，Vg為第一電壓。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中從所述電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子量由施加第三電壓的時間周期決定。
9.一種電子發(fā)射顯示裝置，包括陰極；形成在所述陰極上的柵極；設(shè)置在所述陰極與柵極之間的絕緣層；形成在所述陰極上的電子發(fā)射區(qū)，所述電子發(fā)射區(qū)在因施加給陰極和柵極的各自電壓之間的差值所產(chǎn)生的電場的作用下，發(fā)射電子；驅(qū)動單元，用于將各自的電壓施加給所述陰極和柵極；陽極，用于接收正電壓，以使從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子加速；以及位于所述陽極上的熒光物質(zhì)層，其中施加給所述陰極的第一電壓Vc與施加給所述柵極的第二電壓Vg滿足以下條件0.4≤Vc/Vg＜0.8。
10.如權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射顯示裝置，其中所述驅(qū)動單元將第一電壓和第二電壓施加給各自的陰極和柵極，使得電子發(fā)射區(qū)不發(fā)射電子。
11.如權(quán)利要求10所述的電子發(fā)射顯示裝置，其中所述驅(qū)動單元將具有第一電壓和低于第一電壓的第三電壓的脈沖施加給陰極，同時將第二電壓施加給柵極，并且電子發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子量由第三電壓施加給所述陰極的時間周期決定。
12.如權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射顯示裝置，還包括在所述柵極上形成的用于接收0V或負電壓的聚焦電極。
13.如權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射顯示裝置，還包括設(shè)置在所述熒光物質(zhì)層之間的黑色層。
全文摘要
本發(fā)明公開了電子發(fā)射裝置和驅(qū)動所述電子發(fā)射裝置的方法，通過抑制發(fā)射延遲，可防止顯示運動圖像時亮度下降。該電子發(fā)射裝置包括陰極，形成在所述陰極上的柵極，和設(shè)置在陰極與柵極之間的絕緣層。電子發(fā)射區(qū)形成在所述陰極上，其在因施加給陰極和柵極的各自電壓之間的差值所產(chǎn)生的電場的作用下，發(fā)射電子。驅(qū)動單元將電壓施加給所述陰極和柵極。陽極接收正電壓，以使從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子加速。施加給所述陰極的第一電壓Vc與施加給所述柵極的第二電壓Vg滿足以下條件0.4 ≤Vc/Vg＜0.8。
文檔編號H01J29/00GK1892968SQ20061005762
公開日2007年1月10日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者全祥皓, 李天珪, 李相祚, 安商爀, 洪秀奉 申請人:三星Sdi株式會社