专利名称：采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁电平板显示器件，特别是一种使用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件的结构。
背景技术：
铁电薄膜阴极的电子发射现象近年来得到了广泛研究。不同于冷阴极场致电子发射，铁电薄膜阴极是通过薄膜内部的电极化反转把表面的补偿电子排斥出来，在没有引出电压的情况下即可发射出电子，是一种新型的低电压电子发射材料。为了降低成本及利于大规模生产，人们期望平板显示器件能够在集成电路装置的电压水平，即从几伏到100伏的范围内操作。1995年美国的O.Auciello等人实验发现(Applied Physics Letters，66卷，17期，1995，2183-2185页)80-110μm厚度的PLZT(锆钛酸铅镧)铁电薄膜在100-400V脉冲电压下，可得到电流密度为0.5-1.5mA/cm2的电子发射；0.8μm厚度的PZT(锆钛酸铅)铁电薄膜在10-40V脉冲电压下，可得到电流密度为0.07-0.15μA/cm2的电子发射。2000年美国的F.Liu和C.B.Fleddermann实验发现(Applied Physics Letters，76卷，12期，2000，1618-1620)0.8μm厚度的PNZT(锆钛酸铅铌)铁电薄膜在22V脉冲电压下，可得到电流密度为10μA/cm2的电子发射。这些发现使得铁电薄膜应用于平板显示器件成为可能。虽然已有文献(美国专利No.5,453,661，颁布于1995年和美国专利No.5,508,590，颁布于1996)提出采用铁电材料电子发射实现平板显示，但并没有一种可实现像素寻址和灰度显示的平板显示器件。
发明内容
本发明的目的是提出一种使用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，该器件能够方便地实现像素寻址和灰度显示。
本发明的技术方案是这样实现的由玻璃构成前后两个基板，两个基板以0.1-5mm的距离隔开，中间抽真空并用支撑柱支撑，后玻璃基板上设置有一组平行的条状扫描电极，扫描电极上有铁电薄膜，铁电薄膜上面制作有与扫描电极垂直的一组平行的条形栅格状寻址电极，前玻璃基板相对于后玻璃基板的一面有ITO阳极，ITO阳极上涂敷有荧光粉，每个扫描电极和寻址电极相交的位置为一个显示单元，三个相邻的显示单元分别涂敷红、绿、蓝荧光粉构成一个像素。
采用铁电薄膜作为电子发射源，铁电薄膜厚度在0.1-100μm。
所述的寻址电极采用栅格状。
所述的扫描电极采用条形电极。
所述的ITO阳极形状为覆盖全部显示单元的平面电极。
所述的ITO阳极形状为条形结构，并全部连接在一起。
所述的ITO阳极形状在每个单元为矩形，并通过条形部分连接在一起。
前后基板之间的真空度为10-5-10-1Torr。
由于采用以上结构的铁电薄膜平板显示器件具有如下技术效果(1)可采用阴极射线荧光粉，技术成熟。
(2)驱动电压比无机电致发光器件低(ELD驱动电压一般为200-250V)，驱动电压在10-100V。
(3)真空度比场发射器件低(FED真空度一般为10-7Torr以上)，仅要求10-5-10-1Torr。
(4)制作工艺简单，可实现大屏幕显示。
图1是本发明所提出的显示单元剖面图；图2是铁电薄膜的电滞特性曲线；图3是显示单元寻址与显示操作原理图；图4是本发明显示屏结构图；图5是本发明ITO阳极为覆盖全部显示单元的平面电极结构图；图6是本发明ITO阳极为条形结构示意图；图7是本发明ITO阳极为矩形的结构示意图。
具体实施例方式
参照图1所示，显示单元包括两个玻璃基板前玻璃基板100和后玻璃基板170。前玻璃基板100与后玻璃基板170中间的空间为真空空间180，真空度要求10-5～10-1Torr。前玻璃基板100和后玻璃基板170由支撑柱130支撑使得两个基板间距保持一致，支撑柱高度在0.1～5mm之间。后玻璃基板上制作有扫描电极160，扫描电极上面制作有铁电薄膜150，铁电薄膜150上面制作有栅格状寻址电极140。前玻璃基板100相对于后玻璃基板的一面制作有ITO阳极110，ITO阳极110上涂敷有荧光粉120。铁电薄膜材料可采用PZT、PLZT、PNZT、TGS等铁电材料。
本发明提出的铁电平板显示器件是这样工作的首先对所有单元进行预极化，然后，进行寻址与显示。当寻址到某一行时，是该行被寻址单元相对应的铁电薄膜内部极化方向发生反转，在发射面形成一层补偿电子。当该行寻址结束后，使该行被寻址单元相对应的铁电薄膜内部极化方向再次反转，把表明补偿电子发射出去，并在ITO阳极110加速电压的作用下，发射出的电子轰击荧光粉产生可见光。
参照图2所示，铁电薄膜的电滞回线特性曲线，横坐标为施加到铁电薄膜的电压，纵坐标为铁电薄膜的电极化强度。当铁电薄膜在一个方向被极化后，如果施加的电压没有反向，它的极化将保持不变。只有当外加反向电场时，极化才有一个比较大的变化。由此说明，铁电薄膜具有记忆功能，可用于寻址和显示来实现图像显示。
参照图3所示，一个显示单元的寻址与显示操作。寻址前，与显示单元相对应的铁电薄膜150的极化方向向下(a)。寻址时根据显示数据，如果显示单元需要发光，则在寻址电极140和扫描电极160之间施加寻址电压，使得铁电薄膜150极化方向反转b，如果显示单元不需要发光，则不施加寻址电压，极化方向不变。显示时，再寻址电极140和扫描电极160之间施加反向电压使得寻址后的铁电薄膜150极化方向再次反转c，铁电薄膜150上方会在寻址栅格电极140的孔隙中弹出电子。ITO阳极110一直施加一个高电压偏置，在ITO阳极110的作用下电子被加速，轰击荧光粉120发光。对于不需要发光的显示单元，因为极化方向一直没有变化，所以不会有电子弹出，也就不会发光。
参照图4所示，给出了采用上述显示单元结构的显示屏结构图，显示屏包含前玻璃基板100和后玻璃基板170。后玻璃基板170上制作有条形的扫描电极160，扫描电极160上制作有铁电薄膜150，铁电薄膜150上制作有垂直于扫描电极160的寻址电极140。扫描电极160和寻址电极140交叉的地方为一个显示单元。显示单元处的寻址电极制作成栅格状。前玻璃基板100在相对于后玻璃基板170一面上制作有ITO阳极110和荧光粉120。前玻璃基板100和后玻璃基板170之间是真空室。
参照图5所示，给出了一种铁电平板显示器件电极，IT0阳极为覆盖全部显示单元的平面电极结构图，为本发明的实施例之一。显示屏后玻璃基板170上正交排列有扫描电极160和寻址电极140。扫描电极160和寻址电极140交点处300为一个显示单元。非交叉点310处为非发光区域。三个相邻的显示单元320分别涂敷红、绿、蓝三种荧光粉构成一个像素。显示屏前玻璃基板100上制作有ITO阳极110。ITO阳极110为覆盖全部显示单元的平面电极。
参照图6所示，给出了另一种铁电平板显示器件电极，ITO阳极为条形结构示意图，为本发明的实施例之二。显示屏后玻璃基板170上正交排列有扫描电极160和寻址电极140。扫描电极160和寻址电极140交点处300为一个显示单元。非交叉点310处为非发光区域。3个相邻的显示单元320分别涂敷红、绿、蓝三种荧光粉构成一个像素。显示屏前玻璃基板100上制作有ITO阳极110。ITO阳极110形状为条形，并全部连接在一起。
参照图7所示，ITO阳极为矩形的结构示意图，为本发明的实施例之三。显示屏后玻璃基板170上正交排列有扫描电极160和寻址电极140。扫描电极160和寻址电极140交点处300为一个显示单元。非交叉点310处为非发光区域。3个相邻的显示单元320分别涂敷红、绿、蓝三种荧光粉构成一个像素。显示屏前玻璃基板100上制作有ITO阳极110。ITO阳极110在每个显示单元为矩形，并通过条形部分连接到一起。
权利要求
1.一种采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，由玻璃构成前后两个基板(100、170)，其特征在于，两个基板以0.1-5mm的距离隔开，中间抽真空并用支撑柱(130)支撑，后玻璃基板(170)上设置有一组平行的条状扫描电极(160)，扫描电极(160)上有铁电薄膜(150)，铁电薄膜(150)上面制作有与扫描电极(160)垂直的一组平行的条形栅格状寻址电极(140)，前玻璃基板(100)相对于后玻璃基板(170)的一面有ITO阳极(110)，ITO阳极(110)上涂敷有荧光粉(120)，每个扫描电极(160)和寻址电极(140)相交的位置为一个显示单元，三个相邻的显示单元分别涂敷红、绿、蓝荧光粉构成一个像素。
2.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，铁电薄膜(150)厚度在0.1-100μm。
3.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，寻址电极(140)采用栅格状。
4.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，扫描电极(160)采用条形电极。
5.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，ITO阳极(110)形状为覆盖全部显示单元的平面电极。
6.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于ITO阳极(110)形状为条形结构，并全部连接在一起。
7.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，ITO阳极(110)形状在每个单元为矩形，并通过条形部分连接在一起。
8.根据权利要求1所述的采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，其特征在于，前后基板之间的真空度为10-5-10-1Torr。
全文摘要
本发明公开了一种采用铁电薄膜作为阴极的平板显示器件，由玻璃构成前后两个基板，两个基板以0.1－5mm的距离隔开，中间抽真空并用支撑柱支撑，后玻璃基板上设置有一组平行的条状扫描电极，扫描电极上有铁电薄膜，铁电薄膜上面制作有与扫描电极垂直的一组平行的条形栅格状寻址电极，前玻璃基板相对于后玻璃基板的一面有ITO阳极，ITO阳极上涂敷有荧光粉，每个扫描电极和寻址电极相交的位置为一个显示单元，三个相邻的显示单元分别涂敷红、绿、蓝荧光粉构成一个像素。本发明制作工艺简单，可实现大屏幕显示，能够方便地实现像素寻址和灰度显示。
文档编号G02F1/13GK1702528SQ20051004198
公开日2005年11月30日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者刘纯亮, 梁志虎, 李永东, 刘祖军, 宋志棠 申请人:西安交通大学