專利名稱：一種利用兩組柵極電極實(shí)現(xiàn)像素單元尋址的場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)，更具體地說，涉及一種利用兩組柵極電極實(shí)現(xiàn)像素單元尋址的場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)作為一種新型的平板顯示技術(shù)，因具有諸多潛在優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有發(fā)展前景的顯示技術(shù)。目前，F(xiàn)ED尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模市場(chǎng)化，兼顧成本與性能的帶柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是促進(jìn)FED實(shí)用化的一個(gè)重要因素。在常規(guī)FED中，像素單元的尋址一般通過由柵極電極條和陰極電極條按照無源矩陣(Passive-Matrix)布線的方式實(shí)現(xiàn)。圖1是常規(guī)FED中電子源陣列的局部示意圖，沿虛線方向切開的局部剖視圖示于圖2中。參照?qǐng)D1和2，電子源陣列包括形成在玻璃襯底⑴ 上的陰極電極( 、薄膜絕緣層(6)、柵極電極(9)和冷陰極C3)。其中陰極電極( 和柵極電極(9)的延伸方向相互垂直。冷陰極C3)制作在陰極電極( 上。一般地，在其余柵極電極和陰極電極維持一個(gè)參考電位的情況下，對(duì)其中一條柵極電極施加高于參考電位的高電位，同時(shí)對(duì)其中一條陰極電極施加低于參考電位的低電位，可激發(fā)電子源陣列中一個(gè)像素單元的冷陰極發(fā)射電子，實(shí)現(xiàn)像素單元的尋址。例如，對(duì)其余電極施加參考電位，對(duì)柵極電極(9a)施加高電位，對(duì)陰極電極Oa)施加低電位，能在該兩條電極所交的開口 Ga)內(nèi)形成激發(fā)電場(chǎng)，使得開口 Ga)內(nèi)的冷陰極(3a)發(fā)射電子束并轟擊熒光粉層(5a)發(fā)光?；谏鲜鲇蓶艠O電極條和陰極電極條按照無源矩陣布線的方式實(shí)現(xiàn)像素單元的尋址時(shí)，相應(yīng)的器件中需制作條狀陰極電極O)、隔離陰極電極O)與柵極電極(9)的薄膜絕緣層(6)，在薄膜絕緣層(6)上制作條狀柵極電極(9)，在陰極電極( 上制作冷陰極 (3)。其中，薄膜絕緣層(6)的絕緣能力決定了電子源陣列的工作可靠性，高質(zhì)量的薄膜絕緣層的制作涉及復(fù)雜的制作工藝、高精密技術(shù)、及使用昂貴的設(shè)備，導(dǎo)致高制造成本。另外， 制作薄膜絕緣層的工藝過程中的副產(chǎn)物，例如刻蝕殘余，對(duì)制作高性能的冷陰極是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用兩組柵極電極實(shí)現(xiàn)像素單元尋址的場(chǎng)發(fā)射顯示器(也稱 FED)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)利用基板襯底實(shí)現(xiàn)柵極電極與陰極電極之間的電絕緣，免除了薄膜絕緣層的制作，簡化了工藝復(fù)雜性，促使器件具有很高的絕緣性能和工作穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明，提供一種FED器件結(jié)構(gòu)，包括陰極基板⑴；陰極電極G)，其形成于所述陰極基板⑴上且與公共電極(5)連接；聚焦電極(3)，其形成于所述陰極基板⑴ 上且與公共電極( 連接；平面柵電極(8)，其形成于所述陰極基板(1)上，且與向第一方向延伸的第一柵極電極08)連接；柵極基板(10)；第二柵極電極(11)，其形成于柵極基板(10)上，且其向第二方向延伸引出；第一隔離層(15)，其位于陰極基板(1)和柵極基板 (10)之間；陽極基板(16)，其設(shè)有陽極電極(17,20)和熒光粉層(18)；第二隔離層(19)，其位于柵極基板(10)和陽極基板(16)之間。所述的柵極基板(10)的材料是玻璃、陶瓷、任意介電基材或通過任意方法制成的表面絕緣的基材。所述的每一個(gè)開口(9)對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，且其形狀為圓形、橢圓形、矩形、正方形或長條形。所述第二柵極電極(11)覆蓋開口(9)的內(nèi)表面和下表面的部分或全部區(qū)域。所述的開口(9)及開口(9)下表面覆蓋有第二柵極電極(11)的區(qū)域之和在所述陰極基板(1)的投影區(qū)域上包含有所述陰極電極G)，平面柵電極(8)和聚焦電極(3)。所述的陰極電極(4)在所述第一方向和第二方向中的一者或兩者上與所述第二柵極電極(11)的距離小于所述的平面柵電極⑶在相同方向上與所述第二柵極電極(11)的距離。所述的聚焦電極C3)在所述第一方向和第二方向中的一者或兩者上與所述第二柵極電極(11)的距離大于所述的平面柵電極(8)在相同方向上與所述第二柵極電極(11)的距離。


圖1為常規(guī)FED中電子源陣列的局部示意圖；圖2為常規(guī)FED中電子源陣列的剖面示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FED的局部橫斷截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FED的陰極基板(1)的局部頂視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FED的陰極基板(1)和柵極基板(10)相互組裝后的局部頂視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FED的冷陰極⑵表面的電場(chǎng)強(qiáng)度與第一柵極電極 (28)和第二柵極電極(11)的電壓的關(guān)系的模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例下面，將通過參照

本發(fā)明的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FED的局部橫斷截面圖。圖4是陰極基板⑴的局部頂視圖，圖5是陰極基板(1)和柵極基板(10)相互組裝后的局部頂視圖。參照?qǐng)D3，本實(shí)施例中的FED包括彼此相對(duì)設(shè)置且間隔開預(yù)定距離的陰極基板 (1)、柵極基板(10)和陽極基板(16)。陰極基板(1)和陽極基板(16)通常由玻璃制成，柵極基板(10)通常由玻璃、陶瓷等具有良好絕緣性的材料制成。陰極基板(1)和柵極基板 (10)之間，以及柵極基板(10)和陽極基板(16)之間被設(shè)置于其間的第一隔離層(15)和第二隔離層(19)間隔開。第一隔離層(15)通常由絕緣介質(zhì)漿料燒結(jié)而成，厚度為ΙΟμπ!至 20 μ m;第二隔離層(19)通常由絕緣物件例如陶瓷片、光纖條充當(dāng)，厚度為Imm至6mm。陰極基板(1)及布置其上的部件和柵極基板(10)及布置其上的部件是電子源陣列的組成部分，布置在陽極基板(16)上的部件受電子源陣列發(fā)射的電子轟擊發(fā)光，形成圖像。參照?qǐng)D3和圖4，每個(gè)像素單元在陰極基板(1)上的部件包括陰極電極、冷陰極(2)、平面柵電極(8)和聚焦電極(3)。更具體地，陰極電極⑷以一定的幾何形狀布置，在本實(shí)施例中為圓環(huán)狀，圓環(huán)的直徑可以為50 μ m至500 μ m,圓環(huán)的寬度可以為2 μ m至10 μ m。每個(gè)像素單元的陰極電極⑷均與公共電極(5)連接。冷陰極⑵制作在陰極電極⑷上，可由納米冷陰極材料如氧化銅納米線(CuONW)等制成，厚度為1 μ m至5 μ m。平面柵電極(8)和聚焦電極C3)根據(jù)陰極電極的形狀作相應(yīng)設(shè)置，在本實(shí)施例中為圓環(huán)狀，圓環(huán)的直徑可以為50 μ m至500 μ m,圓環(huán)的寬度可以為2 μ m至10 μ m。平面柵電極⑶與陰極電極⑷或陰極電極⑷與聚焦電極⑶在陰極基板⑴上的距離可以是Ιμπι至20μπι。每個(gè)像素單元的聚焦電極(3)均與公共電極(5)連接。陰極電極0)、 聚焦電極C3)和公共電極( 可集成為單一單位。多個(gè)第一電極(11)以規(guī)則間距且以預(yù)定圖案例如條形圖案布置在陰極基板⑴ 上。多個(gè)第一柵極電極08)中的每個(gè)延伸在第一方向上，且連接同一方向上一列像素的多個(gè)平面柵電極(8)。第一柵極電極08)和平面柵電極(8)可集成為單一單位。參照?qǐng)D3和圖5，每個(gè)像素在柵極基板(10)上的區(qū)域包括第二柵極電極(11)和開口(9)。柵極基板(10)的厚度和開口(9)的直徑可以是50μπι至500μπι。更具體地，多個(gè)第二柵極電極(11)以規(guī)則間距且以預(yù)定圖案例如條形圖案布置在柵極基板(10)的上表面上。多個(gè)第二柵極電極(11)中的每個(gè)延伸在第二方向上。第二柵極電極(11)可覆蓋開口(9)的內(nèi)表面和下表面的全部或部分區(qū)域。在本實(shí)施例中，第二柵極電極(11)覆蓋了開口(9)的全部內(nèi)表面，同時(shí)覆蓋開口(9)下表面由開口邊緣處遠(yuǎn)離開口中心寬度(Wl)為ΙΟμπι至200μπι的圓環(huán)狀區(qū)域。陰極電極0)、公共電極(5)、平面柵電極(8)、聚焦電極(3)、第一柵極電極08) 和第二柵極電極(11)可由導(dǎo)電材料如鉻(Cr)形成，厚度為02μπι至2μπι。參照?qǐng)D3，陽極基板(16)上制作有陽極電極00)。陽極電極00)由透明導(dǎo)電材料如氧化錫銦(ITO)形成，厚度在02μπι至ιμπι之間。導(dǎo)電層Ο0)上制備條形、點(diǎn)狀或整面的熒光粉層(18)。若為提高亮度在熒光粉層(18)上制作陽極電極(17)，則陽極電極OO) 可忽略。陽極電極(17)可由鋁(Al)形成，厚度在0.05μπι至0. 5μπι之間?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述具有上述構(gòu)造的FED的運(yùn)行。該FED中，當(dāng)預(yù)定電壓施加到公共電極(5)、第一柵極電極(觀)、第二柵極電極(11)以及陽極電極O0)時(shí)，冷陰極(2)表面將建立起一定的電場(chǎng)強(qiáng)度。圖6是計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的結(jié)果，示出了當(dāng)公共電極( 施加O伏電壓，陽極電極OO)施加5千伏電壓時(shí)，冷陰極( 表面的電場(chǎng)強(qiáng)度與第一柵極電極08) 和第二柵極電極(11)的電壓的關(guān)系。圖6表明當(dāng)?shù)谝粬艠O電極08)和第二柵極電極(11) 均施加100伏電壓時(shí)，冷陰極⑵表面的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了最大值；第一柵極電極08)和第二柵極電極(11)中的一者或兩者施加O伏電壓時(shí)，冷陰極( 表面的電場(chǎng)強(qiáng)度都大幅度地下降。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將很明顯，通過對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，例如調(diào)整陰極電極 G)、平面柵電極(8)和第二柵極電極(11)三者互相之間的距離，可使得僅當(dāng)?shù)谝粬艠O電極 (28)和第二柵極電極(11)均施加100伏電壓時(shí)，產(chǎn)生的電場(chǎng)滿足冷陰極( 發(fā)射電子的要求，此時(shí)，冷陰極( 發(fā)射的電子束被聚焦電極C3)聚焦并穿過開口(9)且向熒光粉層(18) 加速并撞擊之，使之發(fā)射可見光；而當(dāng)?shù)谝粬艠O電極08)和第二柵極電極(11)中的一者或兩者施加O伏電壓時(shí)，冷陰極( 不發(fā)射電子。參照?qǐng)D5，該FED中的第一柵極電極Q8)與第二柵極電極(11)呈互相垂直的布線形式，若給公共電極(5)施加O伏電壓，陽極電極OO)施加5千伏電壓，且只給其中多條第一柵極電極中的一條08a)和多條第二柵極電極中的一條(Ila)施加100伏電壓，其余所有第一柵極電極08b)和第二柵極電極(lib)施加O伏電壓，那么只有在施加了 100伏電壓的第一柵極電極08a)和第二柵極電極(Ila)的所交區(qū)域內(nèi)定義的一個(gè)像素單元的冷陰極Oa)發(fā)射電子，并使此像素單元發(fā)光。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的FED在免去了薄膜絕緣層的制作的前提下實(shí)現(xiàn)了像素單元的尋址功能。 很明顯，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，所述的部件的尺寸可依賴于FED的屏幕的大小、長寬比、以及分辨率而改變。
權(quán)利要求
1.一種利用兩組柵極電極實(shí)現(xiàn)像素單元尋址的場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)結(jié)構(gòu)，包括陰極基板(1)；陰極電極G)，其在所述陰極基板(1)上形成且與公共電極( 連接；聚焦電極(3)，其在所述陰極基板(1)上形成且與公共電極( 連接；平面柵電極(8)，其在所述陰極基板(1)上形成且與向第一方向延伸的第一柵極電極 (28)連接；柵極基板(10)，其具有多個(gè)開口(9)且與所述陰極基板(1)相對(duì)設(shè)置并通過第一隔離層(15)與所述陰極基板(1)間隔開預(yù)定距離；第二柵極電極(11)，其在所述柵極基板(10)的開口(9)區(qū)域形成且向與所述第一方向垂直的第二方向延伸引出；冷陰極O)，其形成在所述陰極電極(4)上；以及陽極基板(16)，其與所述柵極基板(10)相對(duì)設(shè)置并通過第二隔離層(19)與所述柵極基板(10)間隔開預(yù)定距離，其上具有預(yù)定圖案的陽極電極(17，20)和熒光粉層(18)。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述的柵極基板(10)的材料是玻璃、陶瓷、任意介電基材或通過任意方法制成的表面絕緣的基材。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述的每一個(gè)開口(9)對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，且其形狀為圓形、橢圓形、矩形、正方形或長條形。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述第二柵極電極(11)覆蓋開口(9)的內(nèi)表面和下表面的部分或全部區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述的開口(9)及開口(9)下表面覆蓋有第二柵極電極(11)的區(qū)域之和在所述陰極基板(1)的投影區(qū)域上包含有所述陰極電極，平面柵電極⑶和聚焦電極(3)。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述的陰極電極(4)在所述第一方向和第二方向中的一者或兩者上與所述第二柵極電極(11)的距離小于所述的平面柵電極(8)在相同方向上與所述第二柵極電極(11)的距離。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述的聚焦電極C3)在所述第一方向和第二方向中的一者或兩者上與所述第二柵極電極(11)的距離大于所述的平面柵電極(8)在相同方向上與所述第二柵極電極(11)的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用兩組柵極電極實(shí)現(xiàn)像素單元尋址的場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括陰極基板，柵極基板和陽極基板。本發(fā)明的場(chǎng)發(fā)射顯示器的像素單元的開關(guān)狀態(tài)由第一柵極電極和第二柵極電極控制，驅(qū)動(dòng)電壓低，結(jié)構(gòu)中不需制作薄膜絕緣層，利于降低成本。本發(fā)明中的電極結(jié)構(gòu)能確保陰極電極、第一柵極電極和第二柵極電極三者之間具有高強(qiáng)度的電絕緣特性，利于提高場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)的工作可靠性。
文檔編號(hào)H01J31/12GK102243974SQ20111013736
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者佘峻聰, 羅杰, 許寧生, 鄧少芝, 陳軍 申請(qǐng)人:中山大學(xué)