一种场致发射激发气体放电显示装置及其驱动方法
【专利摘要】本发明涉及一种场致发射激发气体放电显示装置及其驱动方法，所述场致发射激发气体放电显示装置包括一前玻璃基板，所述前玻璃基板下表面设有一阳极，所述阳极上设置有荧光粉；和一后玻璃基板，与所述前玻璃基板相对设置，所述后玻璃基板上表面间隔且平行设有条状阴极，所述条状阴极上覆盖有一绝缘层，所述绝缘层上方间隔且平行设有条状栅极，且所述条状阴极与所述条状栅极垂直设置，所述条状栅极与所述条状阴极的交叉点处设有纳米材料。本发明中气体放电是通过阴栅控制场致发射电子源所发射的大量电子实现的，可大大降低器件驱动电压，提高发光效率。
【专利说明】一种场致发射激发气体放电显示装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示器制造【技术领域】，尤其是一种场致发射激发气体放电显示装置及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]随着信息显示技术的发展，显示器已成为全球性、实时性信息交流的主要手段。从阴极射线管显示器到液晶显示器、场致发射显示器、有机电致发光显示器、电子纸和三维立体显示等，显示技术正跟着现代科技的步伐，将绚丽多彩的世界呈现在人们的眼前。
[0003]场致发射激发气体放电显示结构的分类，可按照场致发射电子源与气体放电显示器件PDP结构的组合区分。可分为CNT-ACPDP型FGD与MIM-DCPDP型FGD，CNT-ACPDP型FGD结构上采用介质保护层，即在表面放电型交流TOP的表面电极上增加电子发射源CNT，该结构可防止气体原子易受污染的电子源发射性能的下降，采用交流驱动，电极由X、Y电极与寻址电极组成，通过增强MgO的二次电子发射提高气体放电效率。Y电极与寻址电极负责扫描寻址，X电极与Y电极间维持放电显示。MM-DCPDP型FGD采用抗污染能力强的电子源MM，没有介质保护层结构，因此采用直流驱动，在MM的上下电极以及阳极上施加适当驱动波形，通过波形控制MM发射出电子，电子朝阳极运动与气体原子发生碰撞造成气体放电，激发气体产生紫外线，荧光粉被紫外线激励发光。
[0004]CNT-ACPDP型FGD制作工艺较简单，但驱动复杂。由于驱动电路包括直流控制场致电子发射与交流维持气体放电，增加复杂难度的同时提高了设计成本，研究应用中具有很大的局限性。MIM-DCPDP型FGD结构简单，易于实现，采用直流驱动的方法使驱动的设计难度降低，节约成本，同时MIM电子源具有驱动电压低的优点，所以研究更加广泛。
[0005]传统MIM阴极的有效发射区域受限于像素大小，这属性反过来限制了电流发射密度，同时电子因经过绝缘层、上电极的散射，以及各种陷阱效应而失去能量，导致最终只有极少的电子越过表面势垒发射到真空中被阳极吸收，电子发射效率低成了 MIM最大的缺点。目前，MM阴极的最高电流发射密度是50 μ A/cm2，远远低于FED的要求。为了解决这个问题，提出了改变电极材料或者绝缘层厚度的方法，这些操作能有效的增加发射电流密度。以纳米材料代替金属薄膜电极作为器件的调控栅极，薄且连续的纳米材料薄膜，电子容易穿过并且易于控制，同样具备较强的抗污染能力，可使电子发射特性劣化速度被减缓的同时FGD器件寿命得以增加。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的是提供一种场致发射激发气体放电显示装置及其驱动方法。
[0007]本发明采用以下方案实现:一种场致发射激发气体放电显示装置，其特征在于:包括
一前玻璃基板，所述前玻璃基板下表面设有一阳极，所述阳极上设置有荧光粉；和 一后玻璃基板，与所述前玻璃基板相对设置，所述后玻璃基板上表面间隔且平行设有条状阴极，所述条状阴极上覆盖有一绝缘层，所述绝缘层上方间隔且平行设有条状栅极，且所述条状阴极与所述条状栅极垂直设置，所述条状栅极与所述条状阴极的交叉点处设有纳米材料。
[0008]在本发明一实施例中，所述前玻璃基板与所述后玻璃基板之间密封有惰性气体。
[0009]在本发明一实施例中，所述纳米材料为碳纳米管或石墨烯。
[0010]本发明还提供一种所述的场致发射激发气体放电显示装置的驱动方法，其特征在于:
激发显示时，在需要显示的单元中，阴极施加扫描脉冲，与栅极施加的数据信号形成电压差，而在不需要显示的单元中，阴极和栅极间施加的电压为反向电压，不会发射电子，扫描完后产生一个同步信号；若检测到同步信号，则阳极施加书写脉冲，与栅极间的电压差激发气体辐射紫外线，紫外线激发荧光粉发光；
维持显示时，阴极施加低于扫描电压的负值电压，与栅极形成的电压差维持发射电子，同时栅极与阳极间的电压差不足以重新激发气体原子却能维持已激发的原子继续辐射紫外线，达到维持显示的目的。
[0011 ] 在本发明一实施例中，提供一驱动电路，所述驱动电路包括前级控制电路模块和后级驱动系统模块；所述前级控制电路模块包括视频采集处理器、数据缓冲存储器和FPGA控制模块，所述后级驱动系统模块包括阳极灰度调制驱动、栅极寻址驱动和阴极扫描驱动。
[0012]在本发明一实施例中，所述视频采集处理器包括视频接收模块、视频A/D转换模块和数据格式转换模块。
[0013]本发明具有以下优点:①相比于CNT-ACPDP型F⑶，MIN-DCPDP型FGD的制造工艺与驱动电路比较简单，可以降低生产成本。②在本发明的场致发射激发气体放电显示装置中，气体放电是通过阴栅控制场致发射电子源所发射的大量电子实现的，可大大降低器件驱动电压，提高发光效率。③本发明中的场致发射激发气体放电显示装置电子源采用MIN阴极结构，由下电极隧穿上来的电子能更容易得从纳米材料交织的间隙间透过，大大降低了上电极对电子的散射和陷讲效应，从而提闻电子发射效率。④扫描与维持分尚的驱动波形，当不被选择的显示单元阴栅间的电压为反向电压，不会发射电子，从而提高了对比度并且能有效降低串扰，同时具备存储功能。
[0014]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明场致发射激发气体放电显示装置结构示意图。
[0016]图2为本发明扫描与维持分离的驱动波形图。
[0017]图3为本发明场致发射激发气体放电显示装置驱动系统原理框图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本发明提供一种场致发射激发气体放电显示装置，包括
一前玻璃基板1，所述前玻璃基板I下表面设有一面状阳极2，所述阳极2上设置有荧光粉3 ;和
一后玻璃基板8，与所述前玻璃基板I相对设置(组装)，所述后玻璃基板8上表面间隔且平行设有条状阴极7，所述条状阴极7上覆盖有一面状绝缘层6，所述绝缘层6上方间隔且平行设有条状栅极5，且所述条状阴极5与所述条状栅极7垂直设置，所述条状栅极7与所述条状阴极5的交叉点处设有纳米材料4。
[0019]电子发射源采用的是金属-绝缘层-纳米材料，即MIN结构，其中电子发射源的金属层作为器件的阴极，纳米材料作为栅极，电子发射源的阴栅极调节控制电子的发射时间，阳极与栅极之间的电压增强电子与气体原子的碰撞，决定气体原子是否被激发辐射紫外线。栅极上施加高电压，阴极上施加低电压，阴极在栅极的调控下发射电子束，阳极施加高压，栅极施加低压，显示单元在阳极与栅极的控制下气体放电辐射紫外线激发荧光粉发光。
[0020]优选的，所述前玻璃基板I与所述后玻璃基板8之间密封有惰性气体，所述纳米材料为碳纳米管或石墨烯等。
[0021]如图2所示，本发明还提供一种所述的场致发射激发气体放电显示装置的驱动方法，
阳极所施加的脉冲电压低电平代表0V，高电平为正电压；栅极所施加的脉冲电压高电平为0V，低电平为负电压；阴极有三种电压值，高电平为0V，低电平为两种不同的负值电压。在电子发射源采的上下电极以及阳极上施加适当驱动波形，通过波形控制电子源发射出能量低于气体原子的电离能却高于其激发能的电子，如此电子朝阳极运动时引起与气体原子之间的碰撞则不造成气体电离，但却能激发气体产生紫外线，然后荧光粉被紫外线激励发光。
[0022]激发显示时，在需要显示的单元中，阴极施加扫描脉冲，与栅极施加的数据信号形成电压差，而在不需要显示的单元中，阴极和栅极间施加的电压为反向电压，不会发射电子，扫描完后产生一个同步信号；若检测到同步信号，则阳极施加书写脉冲，与栅极间的电压差激发气体辐射紫外线，紫外线激发荧光粉发光；
维持显示时，阴极施加低于扫描电压的负值电压，与栅极形成的电压差维持电子发射源发射电子，同时栅极与阳极间的电压差不足以重新激发气体原子却能维持已激发的原子继续辐射紫外线，达到维持显示的目的。
[0023]如图3所示，提供一驱动电路，所述驱动电路包括前级控制电路模块和后级驱动系统模块；系统中的显示信号在经过前级控制电路模块处理后，送至后级驱动系统模块中，从而在显示屏上驱动显示；所述前级控制电路模块包括视频采集处理器、数据缓冲存储器和FPGA控制模块，所述后级驱动系统模块包括阳极灰度调制驱动、栅极寻址驱动和阴极扫描驱动。
[0024]其中，所述视频采集处理器包括视频接收模块、视频A/D转换模块和数据格式转换模块；视频采集处理器接收视频信号源，视频接收部分采用目前市面上比较流行的接收接口，有VGA接口，S-VIDEO接口，DVI接口等，配合各接口的控制芯片进行设计，正确采集各种视频信号。该部分是实现电视信号、VCD信号、DVD信号的接收，将输入的PAL制式模拟视频图像信号送入视频A/D (模拟/数字)转换部分，在该单元进行视频的A/D采集，变换为数字图像信号，输出到数据格式转换部分，然后根据FED显示屏要求的分辨率要求，做相应处理，输出FGD要求的数据格式，最后在FPGA控制模块单元中数据缓存写地址产生器的控制下存入数据缓冲存储器。FPGA控制模块产生数据缓冲存储器、阳极灰度调制驱动、栅极寻址驱动、阴极扫描驱动以及阳极书写同步信号等的控制信号，并传送到相应的数据缓冲存储器、阳极灰度调制驱动、栅极寻址驱动以及阴极扫描驱动等的接收I/O 口，实现图像视频信号的控制传输。
[0025]阳极灰度调制驱动与栅极寻址驱动是将输入数据直接调制成脉宽表示的灰度信号，并进行功率放大，他们之间通过同步信号来控制工作时序。阳极灰度调制驱动与栅极寻址驱动是要采用FPGA控制技术，设计HV632PG所要的控制信号(SC、CC、LC、BL等)。设计专用的视频时钟，采用FPGA锁相环进行分频与处理，产生HV632PG所需的计数时钟CC(4MHz)和移位时钟SC(5MHz)，其他信号分别由FPGA根据列同步信号等产生出来，采用总线设计方式传输到每一片HV632PG的各控制信号端。同样FPGA输出的控制信号与其主板传送过来的数据信号需要通过高速光耦电路进行隔干扰处理，再通过驱动器芯片，提高负载能力，进而输送给HV632PG芯片进行灰度处理，HV632PG输出高压驱动灰度调制信号加载给显示电极，在列扫描脉冲控制下，实现采集图像数据在FED显示屏上显示。FPGA的选址技术设计是利用列板上HV632PG芯片I/O管脚的信号输出所对应驱动的列电极并不是按照FED显示屏列电极的顺序，通过软件设计符合FED显示要求的驱动地址，存入FPGA芯片的查找表单元，当数据信号要输出显示时就要根据显示屏显示的位置在查找表中寻找出相应的地址，取出数据，再依次输送到相应的驱动芯片进行灰度调制，进而输出到显示电极上显示。在本发明中，单个列驱动单元采用了三个三极管串联而成，该驱动单元耐压可以达到500V。
[0026]阴极扫描驱动的设计思想是利用现有的FPGA设计技术，在前级控制电路模块输送过来的列同步信号、时钟信号等完成对列驱动芯片所需的控制信号的设计。阴极扫描驱动是用来对列扫描脉冲信号进行译码并完成功率增益的电路，该电路模块在完成电压、电流幅度放大的同时实现驱动电路与FGD显示屏的参数匹配。它输出的扫描的高压脉冲信号是送至FGD显示屏相应的引线电极驱动显示。阴极扫描驱动电路单元起到了逐行扫描的功能，在选通的某一列置高位，其余各列置低位。逐行选通，逐行显示。实现选址功能的代码是通过Verilog HDL语言来编写完成的。
[0027]系统中的信号在经过前级控制电路模块处理后，由同步信号控制，分别送至后级驱动系统模块中的阳极灰度调制驱动和栅极寻址驱动，在阴极扫描驱动电路单元作用下，从而在显示屏上驱动显示。往显示器的栅极上输送图像数据，通过对阴极进行逐行选址，在选中的栅极施加高电压，其余施加低电压，通过同步信号，在阳极上施加与所需显示图像相对应的脉冲；通过控制阳极上的脉冲宽度或数目来实现灰度显示；当阴极电位高于栅极电位时，阴极场致发射截止。
[0028]一般情况下，栅极控制阴极场致发射，栅极极上施加与所需显示图像相对应的脉冲选择显示单元发射电子，阳极施加书写脉冲实现气体放电发光显示。而在本发明中，视频信号经过前级控制电路模块的处理，再通过后级驱动系统模块施加在显示屏的栅极上；扫描驱动电路产生的扫描信号施加在阴极上，进行选址；阴极在栅极的调控下发射电子，发射的电子在阳极书写脉冲的控制下激发气体辐射紫外线激发荧光粉发光。
[0029]上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种场致发射激发气体放电显示装置，其特征在于:包括 一前玻璃基板，所述前玻璃基板下表面设有一阳极，所述阳极上设置有荧光粉；和 一后玻璃基板，与所述前玻璃基板相对设置，所述后玻璃基板上表面间隔且平行设有条状阴极，所述条状阴极上覆盖有一绝缘层，所述绝缘层上方间隔且平行设有条状栅极，且所述条状阴极与所述条状栅极垂直设置，所述条状栅极与所述条状阴极的交叉点处设有纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种场致发射激发气体放电显示装置，其特征在于:所述前玻璃基板与所述后玻璃基板之间密封有惰性气体。
3.根据权利要求1所述的一种场致发射激发气体放电显示装置，其特征在于:所述纳米材料为碳纳米管或石墨烯。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的场致发射激发气体放电显示装置的驱动方法，其特征在于: 激发显示时，在需要显示的单元中，阴极施加扫描脉冲，与栅极施加的数据信号形成电压差，而在不需要显示的单元中，阴极和栅极间施加的电压为反向电压，不会发射电子，扫描完后产生一个同步信号；若检测到同步信号，则阳极施加书写脉冲，与栅极间的电压差激发气体辐射紫外线，紫外线激发荧光粉发光； 维持显示时，阴极施加低于扫描电压的负值电压，与栅极形成的电压差维持发射电子，同时栅极与阳极间的电压差不足以重新激发气体原子却能维持已激发的原子继续辐射紫外线，达到维持显示的目的。
5.根据权利要求4所述的一种场致发射激发气体放电显示装置的驱动方法，其特征在于:提供一驱动电路，所述驱动电路包括前级控制电路模块和后级驱动系统模块；所述前级控制电路模块包括视频采集处理器、数据缓冲存储器和FPGA控制模块，所述后级驱动系统模块包括阳极灰度调制驱动、栅极寻址驱动和阴极扫描驱动。
6.根据权利要求5所述的一种场致发射激发气体放电显示装置的驱动方法，其特征在于:所述视频采集处理器包括视频接收模块、视频Α/D转换模块和数据格式转换模块。
【文档编号】G09G3/285GK103943441SQ201410194803
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月10日 优先权日:2014年5月10日
【发明者】郭太良, 叶芸, 胡利勤, 林志贤, 林金堂, 张永爱 申请人:福州大学