专利名称：利用表面发射型电子源的平板显示装置的制作方法
技术领域：
本发明属于显示器件制造领域，涉及平板显示装置，特别涉及一种利用由多层薄
膜构成的电子源产生表面电子发射以激发气体原子的平板显示装置。
背景技术：
当前，等离子体显示器(PDP)以其响应速度快、动态图像分辨率高、暗室对比度 高、视角宽等优点，成为了平板电视市场上的主流器件之一。PDP的发光原理是利用惰性气 体的辉光放电以产生真空紫外线(VUV)，再由VUV激励三基色荧光粉发光。但目前PDP较低 的发光效率(l-21m/w)和较高的功耗制约了其应用的进一步推广和普及。
导致PDP的发光效率较低的主要原因为它们是利用惰性气体的辉光放电来发光， 而气体放电中大部分电能被用于气体原子的电离及离子加速上，这部分能量最后基本上都 转化为热能损失掉，而用于激发气体原子来产生VUV的电能很少。并且目前PDP的工作电 压一般较高，为150-260V。 如果能实现在不发生气体放电的情况下，直接由电子激发气体原子以产生VUV而 激发荧光粉发光，则可大大提高PDP的发光效率，并且可有效降低器件工作电压。而要在不 发生放电的情况下在气体空间中产生电子，则必须要有可不断地向气体空间注入较高能量 电子的电子源。 金属-绝缘体-金属(MM)和金属-绝缘体-半导体-金属(MISM)多层薄膜可构 成性能优良的电子源，它们能产生场助热电子发射，具有表面电子发射能力、低电压工作、 发射均匀性好和电子发散角小等特点，更为重要的是其抗污染能力强，实验已证实它们可 在很低的真空度甚至一定的气体环境下工作。目前，MM和MISM多层薄膜一般作为场发射 阴极应用于场发射显示器(FED)中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将气体放电发光技术和场电子发射技术相结合的一
种新型平板显示装置，该平板显示装置中设有多层薄膜构成的电子源，电子源在电场的作
用下产生表面电子发射，向气体空间注入能量较高的电子以直接激发气体原子，从而提高
平板显示装置的发光效率和亮度，并实现低电压工作，同时由于工作电压低，平板显示装置
还可采用薄膜晶体管(TFT)矩阵来驱动，使其驱动电路集成度提高并得到简化。 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案 本发明的基本构思是平板显示装置包括由玻璃材料制成的前基板和后基板，在 前、后基板之一或两者上设置有荧光粉层，在前基板或后基板上设置能产生表面电子发射 的电子源，它由用金属、绝缘体和半导体材料制备的多层薄膜构成，前、后基板间充入惰性 气体。平板显示装置利用电子源发射电子来激发气体原子辐射VUV，从而激发荧光粉发光。
具体方案如下 —种利用表面发射型电子源的平板显示装置，包括由玻璃材料制成的前基板1和后基板2，其特征在于所述前基板1或后基板2上设置有能产生表面电子发射的电子源； 所述前基板1和后基板2中至少一个涂覆有荧光粉层4 ;所述电子源由上电极7、绝缘膜6
和下电极5构成；所述下电极5平铺在后基板2表面，绝缘膜6平铺在下电极5表面，上电 极7平铺在绝缘膜6表面；所述上电极7与下电极5各包括多条平行的条状电极，上电极7 与下电极5成正交排列，在上电极7和下电极5的每一个交叉点处形成一个由电子源及荧 光粉层组成的显示单元，相邻显示单元之间设置有障壁8 ;所述障壁8的侧壁上涂覆有荧光 粉层4。所述前基板1和后基板2之间充有惰性气体，电子源置于惰性气体中。 所述绝缘膜6连续铺放在下电极5表面，或只铺放在上电极7与下电极5交叉点
处的下电极5表面。 所述绝缘膜6材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二钽、氮化硅、二氧化
铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm。 所述绝缘膜6具有多晶或非晶结构。 所述上电极7和绝缘膜6之间设置有半导体膜9 ; 所述电子源由上电极7、半导体膜9、绝缘膜6和下电极5构成。 所述半导体膜9材料从硫化锌、氧化锌、氧化镁锌、硫化镁、硫化镉、硒化锌、硒化
镉中选择，膜厚为3-100nm。 所述半导体膜9连续铺放在绝缘膜6表面，或只铺放在上电极7与下电极5交叉 点处的绝缘膜6表面。所述下电极5选用Al、 W、 Cr、 Ni、 Mo等材料制作，上电极7选用Au、 Pt、 Ir等材料制作。 所述显示单元采用由薄膜晶体管构成的矩阵来驱动。
上述技术方案可以是以下两种
第一种技术方案 平板显示装置包括由玻璃材料制成的前基板和后基板，在前基板或后基板上设置 能产生表面电子发射的电子源，它具有金属-绝缘体-金属的多层膜结构，即前基板或后基 板上依次设置下电极、绝缘膜和上电极，而在与电子源相对的基板上设置阳极，阳极表面设 置有荧光粉层，前、后基板间充入惰性气体。 所述绝缘膜6材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二钽、氮化硅、二氧化
铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm。 所述绝缘膜6具有多晶或非晶结构。 第二种技术方案 平板显示装置包括由玻璃材料制成的前基板和后基板，在前基板或后基板上设置 能产生表面电子发射的电子源，它具有金属_绝缘体_半导体_金属的多层膜结构，即前基 板或后基板上依次设置下电极、绝缘膜、半导体膜和上电极，而在与电子源相对的基板上设 置阳极，阳极表面设置有荧光粉层，前、后基板间充入惰性气体。 所述绝缘膜6材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二钽、氮化硅、二氧化
铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm。 所述绝缘膜6具有多晶或非晶结构。
所述半导体膜9材料从硫化锌、氧化锌、氧化镁锌、硫化镁、硫化镉、硒化锌、硒化 镉中选择，膜厚为3-100nm。 以上两种方案中所述下电极选用Al、W、Cr、Ni、Mo等材料制作，上电极选用Au、Pt、 Ir等材料制作，阳极为透明的ITO电极。 以上两种方案中所述上电极7与下电极5各包括多条平行的条状电极，上电极7
与下电极5成正交排列，在上电极7和下电极5的每一个交叉点处形成一个由电子源及荧
光粉层组成的显示单元，相邻显示单元之间设置有障壁8，障壁8的侧壁上涂覆有荧光粉层
4。平板显示装置的所有显示单元可采用由薄膜晶体管(TFT)构成的矩阵来驱动。 MIM结构多层膜构成的电子源的电子发射机理为，下电极中的电子在上、下电极间
强电场的作用下，依靠隧道效应穿过下电极金属和绝缘层之间的势垒，进入到绝缘层的导
带中。在其中经过各种散射和陷阱效应，不断失去能量，同时又从电场中得到能量。到达上
电极时，一部分电子的能量超过表面势垒而发射到真空或气体空间中。 MISM结构多层膜构成的电子源可在交流和直流两种模式下发射电子。交流模式
中，在驱动电压的负半周，电子在上、下电极间强电场的作用下从上电极注入到绝缘层和半
导体层之间的界面上，而在正半周中，界面态电子又回到半导体层中，并且得到加速，最终
一部分电子穿过上电极而发射到真空或气体空间中。直流模式中，下电极中的电子在上、下
电极间强电场的作用下，穿过绝缘层，进入半导体层并得到加速，到达上电极时，一部分电
子的能量超过表面势垒而发射到真空或气体空间中。 本发明的平板显示装置的工作过程为在下电极、上电极和阳极间施加适当的电压 后，电子源向气体空间发射电子，电子向阳极运动过程中与气体原子发生碰撞激发，通过控 制上电极、阳极与下电极间的电压，使得发射出的电子的能量高于气体原子的激发能，但低 于气体原子的电离能，则这些电子可直接激发气体原子而不引起电离，从而产生VUV，再由 VUV激励荧光粉发出可见光。与现有的PDP技术相比，本发明的平板显示装置可提高发光效 率，降低工作电压。并且由于工作电压低，平板显示装置还可采用TFT矩阵来驱动，使其驱 动电路集成度提高并得到简化。同时，本发明的平板显示装置的结构简单，适合于大批量生 产。
图1是本发明的第一种实例的利用表面发射型电子源的平板显示装置的结构示 意图； 图2是本发明的第二种实例的利用表面发射型电子源的平板显示装置的结构示 意图； 图3是本发明的第三种实例的利用表面发射型电子源的平板显示装置的结构示 意图； 图4是本发明的第四种实例的利用表面发射型电子源的平板显示装置的结构示 意图； 图5是本发明的一种实例的采用薄膜晶体管矩阵来驱动利用表面发射型电子源 的平板显示装置的示意图，其中，
图a是全局图，
图b是局部详解图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明内容作进一步的详细说明。 以下将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在以下的附图中，相同的附图 标记表示相同的构成元件。 参照图i所示，平板显示装置由用玻璃材料制成的前基板1和后基板2组成，在后 基板2上设置能产生表面电子发射的电子源，它具有金属-绝缘体-金属(MM)的多层膜 结构，即后基板2上依次设置下电极5、绝缘膜6和上电极7，上电极7与下电极5各包括多 条平行的条状电极，上电极7与下电极5成正交排列，在上电极7和下电极5的每一个交叉 点处形成一个由电子源及荧光粉层组成的显示单元，绝缘膜6是连续的、无图形的，相邻显 示单元之间设置有障壁8以分隔相邻的显示单元，在前基板1上设置阳极3，阳极3上和障 壁8的侧壁上设置有荧光粉层4，前、后基板1、2间充入含有氙气或含有氪气的惰性气体。
参照图2所示，平板显示装置由用玻璃材料制成的前基板1和后基板2组成，在后 基板2上设置能产生表面电子发射的电子源，它具有金属-绝缘体-金属(MM)的多层膜结 构，即后基板2上依次设置下电极5、绝缘膜6和上电极7，上电极7与下电极5各包括多条 平行的条状电极，上电极7与下电极5成正交排列，在上电极7和下电极5的每一个交叉点 处形成一个由电子源及荧光粉层组成的显示单元，绝缘膜6是不连续的，只制作在上电极7 与下电极5的交叉点处，相邻显示单元之间设置有障壁8以分隔相邻的显示单元，在前基板 1上设置阳极3，阳极3上和障壁8的侧壁上设置有荧光粉层4，前、后基板1、2间充入含有 氙气或含有氪气的惰性气体。 参照图1和图2所示，绝缘膜6材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二 钽、氮化硅、二氧化铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm。它们具有多晶或非晶结构。
参照图3所示，平板显示装置由用玻璃材料制成的前基板1和后基板2组成，在后 基板2上设置能产生表面电子发射的电子源，它具有金属_绝缘体_半导体_金属(MISM) 的多层膜结构，即后基板2上依次设置下电极5、绝缘膜6、半导体膜9和上电极7，上电极7 与下电极5各包括多条平行的条状电极，上电极7与下电极5成正交排列，在上电极7和下 电极5的每一个交叉点处形成一个由电子源及荧光粉层组成的显示单元，绝缘膜6和半导 体膜9是连续的、无图形的，相邻显示单元之间设置有障壁8以分隔相邻的显示单元，在前 基板1上设置阳极3，阳极3上和障壁8的侧壁上设置有荧光粉层4，前、后基板1、2间充入 含有氙气或含有氪气的惰性气体。 参照图4所示，平板显示装置由用玻璃材料制成的前基板1和后基板2组成，在后 基板2上设置能产生表面电子发射的电子源，它具有金属_绝缘体_半导体_金属(MISM) 的多层膜结构，即后基板2上依次设置下电极5、绝缘膜6、半导体膜9和上电极7，上电极7 与下电极5各包括多条平行的条状电极，上电极7与下电极5成正交排列，在上电极7和下 电极5的每一个交叉点处形成一个由电子源及荧光粉层组成的显示单元，绝缘膜6和半导 体膜9是不连续的，只制作在上电极7与下电极5的交叉点处，相邻显示单元之间设置有障 壁8以分隔相邻的显示单元，在前基板1上设置阳极3，阳极3上和障壁8的侧壁上设置有 荧光粉层4，前、后基板1、2间充入含有氙气或含有氪气的惰性气体。
6
参照图3和图4所示，绝缘膜(6)材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化 二钽、氮化硅、二氧化铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm，它们具有多晶或非晶结构。半 导体膜9材料从硫化锌、氧化锌、氧化镁锌、硫化镁、硫化镉、硒化锌、硒化镉中选择，膜厚为 3-100nm。 参照图5所示，由于利用表面发射型电子源的平板显示装置的工作电压较低(上、 下电极间的电压小于30V)，因此可采用薄膜晶体管矩阵来驱动。其工作过程描述如下当 行扫描电压扫描到TFT阵列的某一行时，该行X电极上为高电平，则该行上的全部晶体管T1 都导通，各列Y电极上的信号电压经过Tl给电容C充电，当电容C两端电压达到一定值时， 该显示单元的晶体管T2导通，此时直流电压SS直接加在显示单元的上、下电极7、5上，则 此显示单元中的电子源向气体空间发射电子，电子激发气体原子产生VUV，再由VUV激励荧 光粉发出可见光。当这一行扫描过后，该行Tl截止，电容C通过电阻R放电，当T2栅极电 压下降到阈值以下时，T2截止，该单元停止发光。该单元电子发射时间由存储电容上的电 压决定，通过控制发射时间来调整显示单元的灰度。 以上所述平板显示装置的下电极5选用Al、W、Cr、Ni、Mo等材料制作，上电极7选 用Au、 Pt、 Ir等材料制作，阳极3为透明的ITO电极。 本发明的平板显示装置依靠MIM薄膜结构和MISM薄膜结构的表面发射型电子源 发射电子来直接激发惰性气体中的氙原子或氪原子，从而产生VUV，再由VUV激励光致发光 荧光粉发光。与现有技术相比，这种发光方式由于避免了气体原子电离和离子在电场中的 加速所带来的能量损耗，因而可提高发光效率，降低工作电压。并且由于工作电压低，平板 显示装置还可采用TFT矩阵来驱动，使其驱动电路集成度提高并得到简化。同时，本发明的 平板显示装置结构简单，适合于大批量生产。 虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明作出了详细的描述，但并非用上述实施 例来限定本发明。本发明的利用表面发射型电子源的平板显示装置不局限于上述几种形 式，只要是按照本发明的技术方案，采用MIM薄膜结构和MISM薄膜结构电子源，利用表面电 子发射以直接激发气体原子，从而达到提高平板显示装置的发光效率和亮度，降低工作电 压的目的，均属于本发明的保护范围。
权利要求
一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，包括由玻璃材料制成的前基板(1)和后基板(2)，其特征在于所述前基板(1)或后基板(2)上设置有能产生表面电子发射的电子源；所述前基板(1)和后基板(2)中至少一个涂覆有荧光粉层(4)；所述电子源由上电极(7)、绝缘膜(6)和下电极(5)构成；所述下电极(5)平铺在后基板(2)表面，绝缘膜(6)平铺在下电极(5)表面，上电极(7)平铺在绝缘膜(6)表面；所述上电极(7)与下电极(5)各包括多条平行的条状电极，上电极(7)与下电极(5)成正交排列，在上电极(7)和下电极(5)的每一个交叉点处形成一个由电子源及荧光粉层组成的显示单元，相邻显示单元之间设置有障壁(8)；所述障壁(8)的侧壁上涂覆有荧光粉层(4)。
2. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 前基板(1)和后基板(2)之间充有惰性气体，电子源置于惰性气体中。
3. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 绝缘膜(6)连续铺放在下电极(5)表面，或只铺放在上电极(7)与下电极(5)交叉点处的 下电极(5)表面。
4. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 绝缘膜(6)材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二钽、氮化硅、二氧化铪和氧化锆 中选择，膜厚为3-500nm。
5. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 绝缘膜(6)具有多晶或非晶结构。
6. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 上电极(7)和绝缘膜(6)之间设置有半导体膜(9);所述电子源由上电极(7)、半导体膜 (9)、绝缘膜(6)和下电极(5)构成。
7. 如权利要求6所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 半导体膜(9)材料从硫化锌、氧化锌、氧化镁锌、硫化镁、硫化镉、硒化锌、硒化镉中选择，膜 厚为3-100nm。
8. 如权利要求6所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 半导体膜(9)连续铺放在绝缘膜(6)表面，或只铺放在上电极(7)与下电极(5)交叉点处 的绝缘膜(6)表面。
9. 如权利要求1所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于所述 下电极(5)选用Al、W、Cr、Ni、Mo等材料制作，上电极(7)选用Au、Pt、Ir等材料制作。
10. 如权利要求1和6所述一种利用表面发射型电子源的平板显示装置，其特征在于 所述显示单元采用由薄膜晶体管构成的矩阵来驱动。
全文摘要
本发明公开了一种利用表面发射型电子源的平板显示装置。所述平板显示装置包括前基板和后基板，前基板上设置有透明ITO电极，ITO电极上制作荧光粉层，后基板上按照金属-绝缘体-金属(MIM)结构依次设置下电极、绝缘膜和上电极，或者按照金属-绝缘体-半导体-金属(MISM)结构依次设置下电极、绝缘膜、半导体膜和上电极，此三层膜或四层膜构成了能产生表面电子发射的电子源，前、后基板间充入惰性气体，利用电子源发射电子来激发气体原子辐射真空紫外线，从而激发荧光粉发光。
文档编号G09G3/30GK101728186SQ20091021890
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者刘纯亮, 吴胜利, 胡文波, 郑宇 , 高燕龙 申请人:西安交通大学