专利名称：高分辨率彩色场发射荧光显示器的制作方法
技术领域：
本发明属于场发射荧光显示领域，特别属于高分辨率全彩色场发射显示领域。
场发射荧光显示是矩阵式荧光显示的一种，其特征是它的阴极为场发射阴极。
目前的各类平板型矩阵荧光显示器，构成矩阵的方法归纳起来有如下几种1.栅极和阳极构成显示矩阵。栅极和阳极各自分别为一组相互平行的电极，二者相互正交放置，构成显示矩阵。矩阵式荧光真空荧光显示属于这一类，如SID88 Digest，P301。这类显示器由于阳极为一组相互平行的分立电极，用电路控制开和关，因而阳极电压不可能太高，例如几百伏以下，适用于单色显示器。
2.栅极和栅构成显示矩阵。此类显示器的显示矩阵由二组相互正交的删极构成。阳极为一连续阳极，因而允许用较高的阳极电压，如几KV到几十KV。使用于全彩色显示器。矩阵式电子荧光显示器属于这一类。例如美国专利No.5，170，100。
3.阴极本身构成矩阵，如目前的各种场发射荧光显示器。其阴极的基电极和控制电极为二组互相正交的电极，构成显示矩阵，阳极为一个连续电极。用很小的阴极阳极间距离，从而在阳极上得到矩阵显示器。例如美国专利No.4，923，421和No.5，015，912。
4.阴极和阳极构成显示矩阵。例如上述场发射荧光显示器，为提高分辨率，阳极改为一组平行电极，它与阴极的基电极或控制电极相互正交，构成显示矩阵。
目前的场发射荧光显示器，用上述第3、4种方式构成显示矩阵。由一个场发射阴极阵列和一个阳极构成。场发射阴极由大量场发射微尖组成，每一微尖都有一个基电极和一个控制电极，阳极面上有发光层。
场发射微尖在它的基电极和控制电极所形成的电场作用下场发射电子。由于控制电极在微尖的四周，尖端所发射的电子的出射角相当大，因而在阳极上形成一个比阴极微尖大得多的发光点。致使它产生的图像边缘模糊，分辨率低。
另一方面，由于几乎所有阴极射线发光材料，除极少数如ZnO∶Zn外，都需要有较高的阳极激发电压，例如几KV到几十KV，否则亮度和发光效率都将很低，而切寿命也短。例如阳极电压在500V以下，除ZnO∶Zn外，寿命和效率都欠好，而ZnO∶Zn只发兰、绿色，只可用于单色显示。若要产生优质、高效和长寿命的彩色图像显示，阳极电压大约应为1KV-30KV。在如此高的阳极电压下，为了避免阴极和阳极之间击穿，阴极和阳极之间必须有足够的间距。但此间距越大，阳极上形成的发光点就越大，分辨率越低。因此上述第3种结构难于使用较高的阳极电压。
上述第4类结构，则用阳极为分立阳极，可得到较高的分辨率，但各阳极用电路控制开和关，因而阳极电压也不可能太高。
为了改进第3类结构的分辨率，有人在每个场发射微尖的控制极和阳极之间加上一个聚焦电极，加上负电压，使由尖端发射出的电子束聚焦，例如SID93Digest，P601。这说结构的特点是每一个聚焦电极，各个微尖分别聚焦。由于微尖很小，数量极多，每一个微尖增加一个聚焦电极，明显增加了工艺难度。而且微尖均匀分布，难以加入支撑板，因而不适于制作大屏幕显示器。
本发明克服了上述缺点，利用场发射阴极本身由许多微小的场发射微尖构成的特点，用电子透镜成像的方法在阳极上形成高分辨率的显示矩阵，同时又可使用很高的阳极电压，从而得到分辨率很高、彩色很好、亮度和效率都很高的彩色显示器。可用于制造几英寸到100多英寸的平板电视、HDTV以及高分辨率和各种计算机显示器。
本发明的高分辨彩色显示器包括一个场发射阴极阵列;
一系列场发射阴极阵列的基电极;
一系列场发射阴极阵列的控制电极;
一个和场发射阴极阵列相对应的电子透镜阵列;
一个阳极;
一个在阳极面上与阳极阵列相对应的发光点阵列;
一个在阳极和电子透镜之间的支撑板;
一个在阴极和电子透镜之间的支撑板;
一个显示器面板和一个显示器背板，此面板和背板以及四周的密封墙形成一个扁平的真空容器。把上述所有另件都密封在同一真空容器之中。
按照本发明的高分辨率彩色场发射荧光显示器的最佳实施例a.一个场发射阴极;
b.此场发射阴极被分成若干组，每组由若干小阴极组成，每一小阴极包括若干场发射微尖;
c.各小阴极排列成一定的图形构成一个矩阵式阵列;
d.一系列相互平行的场发射阴极的控制电极，每一电极包含一行小阴极;
e.一系列相互平行的场发射阴极的基电极，每一电极包含一系列小阴极;
f.一个与小阴极阵列相对应的电子透镜阵列，一个小阴极有一个电子透镜;
g.一个在显示器面板内表面的阳极;
h.一个在阳极面上的发光点阵列，此发光点阵列由红、兰、绿发光点组成，一个发光点与一个小阴极相对应;
i.一个在阴极与电子透镜之间的支撑板;
j.一个在阳极与电子透镜之间的支撑板;
k.一个显示器的背板，它和显示器面板及四周密封墙构成一个平板型真空室，将上述各另件密封在同一个真空室之中。
下面结合附图，详细描述本发明的场发射荧光显示器的实施例，其中
图1为现有技术的场发射荧光显示器的结构示意图;
图2为现有技术的场发射荧光显示器为改善电子聚焦的显示器结构示意图;
图3为本发明的场发射荧光显示器的结构示意图;
图4为本发明的一种支撑板的结构图;
图5为本发明显示器的电极连接方法和驱动电压的波形图。
图1为现有技术的场发射荧光显示器的结构示意图。其中101和102分别为显示器的背板和面板;103为背板内表面上的场发射阴极;104为场发射阴极的微尖;105为场发射阴极的基电极;106为场发射阴极的控制电极;107为位于显示器面板102内表面上的阳极;108为阳极上的发光层;109为面板和背板之间的支柱;110为真空室。
场发射微尖104在微尖和控制电极之间的电场作用下，场发射电子。由于控制电极在微尖的四周，被控制极的电场拉出的电子向四周发射，其电子束的发射角θ相当大，如图1中111所示。因而电子束在阳极上形成一个面积比微尖大得多的发光点，即散焦。致使它产生的图像边缘模糊，分辨率低。
另一方面，为了得到彩色好、亮度高、发光效率高的显示，阳极必须有较高的电压，例如1KV以上。为了避免在此高压作用下击穿，阳极和阴极之间的距离D应较大，以保证显示器可靠工作。由图1可见，D越大，上述散焦现象越严重，分辨率越低。
图2为现有技术中为上述散焦缺点的一种结构。其中201和202分别为显示器的背板和面板;203为场发射阴极的微尖;204为场发射阴极的基极;205为它的控制电极;206为位于显示器面板内表面的阳极;207为阳极上的发光层;208为位于控制极与阳极之间的聚焦电极;209和210为绝缘层。聚焦电极208上加上较控制极为负的电压，使由微尖203发射出来的电子聚焦，然后飞向阳极。如图2中211所示。
在图2所示的结构中，每一个微尖都增加一个聚焦电极，由于微尖很小而数量很大，因而增加了工艺的复杂性。
图3为本发明的结构原理示意图。图中301和302分别为显示器的背板和面板;303为位于背板内表面上的场发射阴极阵列，它由若干小阴极304组成，每一个小阴极包含若干个场发射微尖305;306为场发射阴极;307为它的控制电极。基电极306和控制电极分别为一系列相互平行的电极条，二者互相正交。每个交叉点上有一个小阴极。308为位于显示器面板内表面的阳极，阳极上有发光层309。在阳极和阴极之间为电子透镜阵列310，图中311和312为二块支撑板，电子透镜被固定在二支撑板之间。由场发射阴极303发出的电子，经电子透镜310把场发射阴极成像在阳极上。各小阴极和各发光点相对应，由基电极和控制电极控制小阴极的电子发射，就能控制与它们相对应的发光点的发光。如果发光点是一系列红、兰、绿三基色发光点。则可显示彩色图像。发光层的近阴极一面有或没有铝膜。
支撑板311和312可由光刻玻璃制成。
电子透镜阵列中的每个电子透镜可以只包含一个小阴极和三个发光点，红、兰、绿各一个。即一个电子透镜包含一个彩色象素;也可以一个电子透镜包含若干个彩色象素。
电子透镜的最简单形成为一个小孔，利用类似于光学针孔成像的原理，把小阴极阵列的图形成像在阳极上。但这种小孔电子的透过率将受很大限制，即阳极电流会很小，因而亮度低，难于实用。
电子透镜的另一简单形式是一个网电极，由金属丝光刻腐蚀成的金属网构成，当此网电极加上适当的电压，它将和支撑板312的墙一起形成一个电子透镜，调节网电极的电位即可改变电子束的聚焦，使各小阴极发出的电子很好地射到与它们各自相对应的发光点上，而不会有明显的点之间的“串话”，即可得到良好的彩色。
此种网电极所形成的电子透镜具有远比上述小孔成象时大得多的电子透过笼京，即可有大得多的阳极电流，即可得到亮度高、彩色好的显示。
为了改进电子透镜的形能和消除支撑板312的支撑墙壁上充电所带的会使阴极发射电流不稳定的影响，可在此支撑板墙壁做一个电极313。此电极313加上适当的电压，可改进电子透镜的性能并消除墙壁充电。
电子透镜也可以由一个或几个圆孔电极形成，各圆孔电极加上适当的电压形成电子透镜，将小阴极阵列成象在阳极上。
为了消除支撑板墙充电使阴极发射电流不稳定的影响，近阴极的一块支撑板312可用有一定导电能力的高阻材料，以消除充电。
如图3所示，为了使支撑板有较大的强度，支撑板的墙应有尽可能大的厚度又不影响显示器的分辨率。为此可取较小的电子透镜与阴极间距D1，较大的阳极和电子透镜间距D2。
为了消除支撑板对显示图象的影响，二个支撑板的墙都应尽可能的薄。近阳极的支撑板墙可加工成尖壁形，尖的一端与阳极接触，以减小支撑板墙所形成的阴影。
近阳极的支撑板也可加工成方或圆锥尖针状支柱，如图4所示，其中401为近阳极的支撑板。此板被加工成二部分，上部尖针402，下部为可把尖针连接在一起的基架403。由于此种支撑板与阳极接触的部分仅为一些尖端，因而可消除支撑墙在显示图象中形成的暗影。
当显示屏幕很大时，上述二个支撑板可用若干个较小的支撑板拼接而成。
工作时，场发射阴极的控制极用于行扫描，基电极用于送图象信号数据。
也可以反过来，场发射阴极的基电极用于行扫描，控制极用于送图象信号。
电子透镜的电位可用于调节聚焦及图象亮度，也可用于行扫描或送图象数据，这时场发射阴极的基电极和控制电极之一用于送图象信号或行扫描。
为简化扫描电路，电子透镜电极可与场发射阴极中的基电极或控制电极组合编码扫描。用于组合编码扫描的电极应与电子透镜电极平行，均为水平方向。
扫描方式如图5a所示，图中501为电子透镜电极;502为场发射阴极的基电极或控制电极。该显示器共N行，电子透镜电极被等分成P组，每组n行，每组内的n行电极相互连接，作为一个电极。与它对应的场发射阴极的基电极或控制电极502也被等分成P组，每组n行，各组相对应的行相连接，共n个电极。如图5a所示。工作时，加上如图5b所示的电压，其中503为加到电子透镜电极的波形，504为加到场发射阴极的电压波形。二组电压结合，即可产生由第1行到N行的依次扫描，从而简化了扫描电路。若用505的波形代替504，则产生隔行扫描。
本发明的场发射荧光显示器具有如下优点1.利用场发射阴极本身十分微小的特点，用电子透镜把它们成象在阳极上的方法，可得到极高的分辨率;
2.电子透镜具有很高的电子透过孔径，因此亮度高;
3.电子透镜成象，象点之间串话很少，因此色纯度高，彩色好;
4.本发明的结构，可使用较高的阳极电压，因而发光效率高，寿命长;
5.用支撑板结构，不仅可制造几英寸到几十英寸的高分辨率的显示器，也可制造几十英寸到100英寸以上的大屏幕显示。
权利要求
1.一种高分辨率彩色场发射荧光显示器，其特征在于包括一个场发射阴极阵列；一系列场发射阴极的基电极；一系列场发射阴极的控制电极；一个于场发射阴极阵列相对应的发光点阵列；一个阳极；一个在阳极面上的与阴极阵列相对应的发光点阵列；一个在阳极和电子透镜之间的支撑板；一个在阴极和电子透镜之间的支撑板；一个显示器面板，其内表面上为阳极，一个背板，所说的阴极在背板内表面上。所说的面板和背板以及四周的密封墙构成一个平板形的真空室，把上述各零件密封在同一个真空室之中。场发射阴极发出的电子，经电子透镜聚焦并成像在阳极上，电子激发阳极上的发光材料，使它激发发光，从而产生分辨率很高的显示；。
2.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的场发射阴极有一系列相互平行的基电极和一系列相互平行的控制电极，二组电极互相正交，构成一个矩阵;
3.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的场发射阴极被分成若干组，每组由若干小阴极组成，每一小阴极包括若干场发射微尖;
4.一种如权利要求3所述的显示器，其特征在于所说的各组小阴极排列成一定的图形，每组小阴极各有一个电子透镜。各小阴极与阳极上的发光点相对应，各小阴极发射的电子，经电子透镜聚焦并打到相应的发光点上，控制各小阴极的电子发射，即可控制发光点的发光;
5.一种如权利要求4所述的显示器，其特征在于所说的每组小阴极仅有一个小阴极，与它相对应的有一个电子透镜和一个发光点;
6.一种如权利要求4所述的显示器，其特征在于所说的每组小小阴极有3个小阴极，它与相对应的红、兰、绿3个发光点，即一个彩色象素，发光层的近阴极一面有或没有铝膜;
7.一种如权利要求4所述的显示器，其特征在于所说的每组小阴极包含有与多个彩色象素相对应的小阴极，它们共有一个电子透镜;
8.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的电子透镜由一个网电极构成，此网电极由金属丝或蚀刻金属网构成。此网电极加上适当的电压，它和支撑墙一起形成一个电子透镜。调节网电极电位，可改变由阴极发射来的电子束聚焦，并使它们准确地打到相对应的发光点上。此电子透镜既有大的电子透过孔径，又不会有明显的发光点之间的“串话”以得到高的亮度，清晰度和色纯度。
9.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的支撑板中，近阴极的一块，各支撑墙上有一电极，以改进电子透镜的性能和消除墙壁上的充电;
10.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的支撑板中，近阴极的一块为有一定导光能力的高电阻材料，获其表面有高阻层，从而消除墙壁充电和改善电子透镜的形能;
11.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的电子透镜由一个或几个园孔电极形成，各园孔电极加适当的电压，形成电子透镜，把小阴极阵列成象在阳极上;
12.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的二支撑板，由光刻玻璃制成;
13.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的二支撑板中，近阳极的一块比另一块厚，从而允许支撑板有较厚的墙而不影响显示图像的分辨率;
14.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的二支撑板的墙应尽可能薄，近阳极的一块支撑板的近阳极一端为尖劈形成尖针形，以消除支撑墙在图像中形成的阴影;
15.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的二支撑板由若干个较小的板拼接而成，用于制造大屏幕显示;
16.一种如权利要求1和2所述的显示器，其特征在于所说的场发射阴极的基电极用于行扫描，控制极用于图像信号;
17.一种如权利要求1和2所述的显示器，其特征在于所说的场发射阴极控制极用于行扫描，基电极用于送图像信号;
18.一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的电子透镜电极用于控制图像亮度;
19.一种如权利要求1和2所述的显示器，其特征在于所说的电子透镜与场发射阴极中的基极或控制电极平行，二者组合编码产生行扫描，以减小行驱动器。即一个N行扫描线的，电子透镜电极等分为P组，各组n行，每组内n行电极连接一起作为一个电极，与它相对应的阴极的基电极或控制电极也等分为P组，每组n行，各组相对应行相互连结，共n个电极。此n个电极依次反复扫描，电子透镜电极也依次扫描，从而产生N行扫描，而扫描驱动器只需要(n+P)个。
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率全彩色场发射荧光显示器。它主要包括一个场发射阴极阵列，电子透镜阵列，一个阳极和在阳极上的红、蓝、绿发光点阵列组成。阴极、电子透镜和阳极之间有支撑板，形成一个薄而牢固的结构。所有上述零件均被密封在同一个平板型真空容器之中。
文档编号H01J31/20GK1107253SQ9410079
公开日1995年8月23日 申请日期1994年2月18日 优先权日1994年2月18日
发明者葛世潮, 葛晓勤, 黄晞 申请人:葛晓勤