CN101868753A - 场发射背光单元、其阴极结构及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供场发射装置，并且更具体地提供使连接外部电极的互连简化且能够局部变暗的场发射背光单元。为此，场发射背光单元的阴极结构包括：多个数据电极，形成在阴极基板上且彼此隔开；绝缘层，形成在数据电极上，并且具有暴露预定的数据电极的暴露区域；阴极电极，形成在绝缘层上并且通过暴露区域与数据电极电连接；以及至少一个场发射器，形成在阴极电极上，其中基于彼此电隔离的阴极电极限定阴极块，并且每个阴极块的亮度能够根据通过数据电极提供的电流来控制。

Description

场发射背光单元、其阴极结构及制造方法
技术领域
本发明涉及场发射装置，并且更具体地涉及能够局部变暗的场发射背光单元以及在该场发射背光单元中采用的阴极结构。
背景技术
通常，平板显示器可以分类为发光显示器和非发光显示器。
发光显示器包括等离子体显示面板(PDP)显示器和场发射显示器(FED)，非发光显示器包括液晶显示器(LCD)。
尽管作为非发光显示器的LCD重量轻且功耗低，但是它不能通过自发光产生图像，而是仅能通过外部进入的光产生图像。因此，在黑暗的地方无法观察到LCD产生的图像。为了解决该问题，在LCD的后表面上装备了背光单元。
传统上，作为背光单元，主要采用线光源的冷阴极荧光灯(CCFL)和点光源的发光二极管(LED)。
然而，这样的背光单元复杂且昂贵，并且由于光源设置在其侧部而使光的反射和透射消耗大量的能量。特别是，随着LCD变大，将难于保证均匀的亮度。
出于这些原因，近来已经开发了具有平板发射结构的场发射背光单元。与采用CCFL的传统背光单元相比，该场发射背光单元消耗的能量少，并且在宽范围的发射区域中显示出相对均匀的亮度。
通常，在场发射背光单元中，具有场发射器的阴极基板和具有磷光体的阳极基板设置为彼此面对并以给定的距离隔开，并且真空封装。从场发射器发射的电子与阳极基板的磷光体碰撞，从而通过磷光体的阴极射线发光而发射光。
现在，将参考图1描述传统场发射背光单元的结构。
图1图解了能够局部变暗的场发射背光单元，其具有金属栅极基板。
参考图1，具有金属栅极基板的传统场发射背光单元包括：作为下基板110的阴极基板、形成在下基板110上的多个阴极电极112、形成在多个阴极电极112上的场发射器114、作为上基板120的阳极基板、形成在上基板120上的阳极电极122、形成在阳极电极122上的磷光体层124、金属栅极基板132以及间隔物142和144。
当给阴极电极112施加给定量的电流时，场发射器114发射放射状传播的电子束。结果，从场发射器114发射的电子束到达对应于像素的磷光体124，该磷光体124发射光。
同时，为了亮度和高对比度的局部控制，控制施加给多个阴极电极112的电流量。为了精确地局部变暗，必须增加阴极电极112的数量，这使得连接外部电极的互连变得复杂。
因此，需要有效实现局部变暗而不使连接外部电极的互连复杂的方法。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供场发射背光单元，该场发射背光单元具有连接外部电极的简单互连，并且能够局部变暗(local dimming)。
参考下面的描述和本发明的示范性实施例，将了解本发明的其它目标。
技术方案
本发明的一个方面提供一种场发射背光单元的阴极结构，其包括：多个数据电极，形成在阴极基板上并且彼此隔开；绝缘层，形成在数据电极上并且具有暴露预定的数据电极的暴露区域；阴极电极，形成在绝缘层上并且通过暴露区域与数据电极电连接；以及至少一个场发射器，形成在阴极电极上，其中基于彼此电隔离的阴极电极限定阴极块，并且每个阴极块的亮度能够根据通过数据电极提供的电流来控制。
本发明的另一个方面提供一种制造场发射背光单元的阴极结构的方法，其包括：通过透明基板上的块限定控制亮度的阴极块；在各阴极块上形成彼此隔开的多个数据电极；形成具有暴露区域的绝缘层，该暴露区域暴露各阴极块上形成的数据电极的任何一个；在绝缘层上形成彼此隔开的多个阴极电极，该阴极电极的任何一个通过暴露区域与数据电极电连接；除了绝缘层没有形成阴极电极的部分之外，给阴极电极涂覆发射器膏；以及在基板的底表面上照射UV光，并且显影基板。
本发明的再一个方面提供一种场发射背光单元，其包括：上基板和下基板，彼此隔开且彼此面对；阳极电极和磷光体层，形成在上基板上；金属栅极基板，设置在上基板和下基板之间，以诱导场发射器的电子发射，并且具有发射的电子从其通过的开口；多个数据电极，在下基板上彼此隔开；绝缘层，形成在数据电极上并且具有暴露预定的数据电极的暴露区域；阴极电极，形成在绝缘层上并且通过暴露区域与数据电极电连接；以及至少一个场发射器，形成在阴极电极上，其中基于彼此电隔离的阴极电极限定阴极块，并且阴极块的亮度可以根据通过数据电极提供的电流来控制。
有益效果
如上所述，通过数据电极和绝缘层的双重结构，可以简单地形成连接外部电极的互连。
附图说明
图1图解了能够局部变暗的场发射背光单元，其具有金属栅极基板；
图2是根据本发明示范性实施例的场发射背光单元的主视图；
图3图解了UV背侧曝光；
图4图解了根据本发明示范性实施例通过背侧曝光制造场发射背光单元的阴极结构的工艺；
图5是根据本发明示范性实施例的场发射背光单元的平面图；
图6图解了根据本发明示范性实施例的场发射背光单元显示出的局部变暗状态；以及
图7图解了根据本发明示范性实施例的间隔物的位置。
具体实施方式
在下面的描述中，应当注意的是，如果认为本发明对已知功能和构造的描述会使本发明的主题模糊，则将省略其详细描述。下面描述的术语，作为考虑到其在本发明中的功能而限定的术语，可以根据使用者或操作者的目的或实际情况而不同。因此，应基于该说明书的通篇内容来进行限定。
用作液晶显示器背光的能够局部变暗的传统场发射背光单元通过改变流入形成在阴极基板上的每个阴极电极的电流来局部控制亮度，并且为了精确地局部变暗，阴极电极必须制作得很小并增加数量。然而，如上所述，根据阴极电极的增加数，连接外部驱动器的互连的数量也增加，并且在有限的空间内互连非常难于与外部驱动器连接。为了解决该问题，本发明提供了一种装置，其不限制能够局部变暗的单元模块的数量，并且可以容易地连接外部驱动器与电极。
现在，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例。
图2图解了根据本发明示范性实施例的场发射背光单元。
参考图2，根据本发明示范性实施例的场发射背光单元包括：作为阴极基板的下基板210、形成在下基板210上的多个数据电极212、形成在数据电极212上的绝缘层214、形成在绝缘层214上的阴极电极216、形成在阴极电极216上的场发射器218、作为阳极基板的上基板220、形成在上基板220上的阳极电极222、形成在阳极电极222上的磷光体层224、金属栅极基板232以及间隔物242和244。
下基板210与上基板220隔开并彼此面对，并且通过形成在下基板210与金属栅极基板232之间的间隔物242和形成在上基板220与金属栅极基板232之间的间隔物244而在下基板210与上基板220之间保持给定的距离。下基板210和上基板220可以是玻璃基板。
多个数据电极212形成在下基板210上，并且彼此隔开给定的距离。数据电极212可以由透明导电材料形成，该透明导电材料可以是氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)或碳纳米管(CNT)。这里，数据电极212由透明导电材料形成，以便于在形成场发射器时采用UV背侧曝光。然而，当与阴极电极中的开口(场发射器形成在阴极电极的该开口中)相同的开口形成在数据电极中时，可以使用不透明的电极作为数据电极。
绝缘层214形成在数据电极212上，并且包括暴露预定数据电极212的暴露区域215。
阴极电极216形成在绝缘层214上，并且通过暴露区域215与数据电极212电连接。
同时，在阴极电极216当中，根据彼此电隔离的阴极电极216限定阴极块211，并且阴极块211的亮度可以根据通过数据电极212提供的电流来进行控制。
阴极电极216可以由能够挡光的导电材料形成。这便于在形成场发射器时采用UV背侧曝光。
至少一个场发射器218形成在阴极电极216上，并且优选多个场发射器218形成为彼此隔开给定的距离。
场发射器218可以由具有优良的电子发射特性的电子发射材料形成，其包括碳纳米管、碳纳米纤维和含碳(carbonaceous)合成材料。
阳极电极222形成在上基板220上，并且磷光体层224涂覆在阳极电极222上。阳极电极222也可以由透明导电材料形成，例如ITO、IZO或ITZO。
金属栅极基板232用作从场发射器218诱导电子发射的栅极电极，并且通过间隔物242和244而与上基板220和下基板210隔开给定的距离。
多个开口236形成在金属栅极基板232中，其中开口236可以形成为对应于场发射器218的位置。
根据本发明示范性实施例的具有上述结构的能够局部变暗的场发射背光单元根据流过数据电极212的电流的变化来控制每个阴极块211的亮度。就是说，每个阴极块211中包括的数据电极212之一用作一个阴极块的电极互连，由此便于电极与外部驱动器的连接。
如上所述，根据本发明示范性实施例的场发射背光单元的数据电极212和绝缘层214可以由透明材料形成，并且阴极电极216可以由能够挡光的导电材料形成。这便于在场发射器由采用含碳材料的曝光膏形成时进行UV背侧曝光。
将参考图3描述通过UV背侧曝光制造场发射器的方法。
首先，如图3(a)所示，数据电极312和绝缘层314形成在透明基板310上，并且在绝缘层314上形成用于形成场发射器的图案316。
这里，数据电极312和绝缘层314由透明材料形成，用于形成场发射器的图案316由不透明的导电材料形成。
随后，如图3(b)所示，含碳材料的负性曝光膏318通过丝网印刷印刷在该堆叠结构上。
然后，如图3(c)所示，通过干燥该结构，在基板310的底表面上照射UV光，并且显影该结构，形成如图3(d)的结构。
就是说，通过图案化而从UV被遮挡的区域去除曝光膏318，并且进行诸如退火和表面处理的后续工艺，由此最终完成场发射器320。尽管这样形成的场发射器的大部分区域与绝缘层接触，但是场发射器的边缘与阴极电极接触，从而可以将场发射所需的电流提供给发射器。在场发射器采用背侧曝光形成时，场发射器具有均匀的高度，从而可以形成具有均匀高度和高可靠性的场发射器。
图4图解了根据本发明采用背侧曝光制造场发射背光单元的阴极基板的工艺。
首先，如图4(a)所示，具有图案的数据电极212形成在透明基板210上。这里，数据电极212由透明材料形成。
其后，如图4(b)所示，绝缘层214形成在数据电极212上。这里，绝缘层214由透明材料形成，并且具有暴露预定数据电极212的暴露区域215以形成阴极块211。
然后，如图4(c)所示，阴极电极216形成在绝缘层214上。这里，考虑阴极块211的尺寸和距离来形成阴极电极216。就是说，优选保持阴极块211之间实现电绝缘的充分距离，并且优选在磷光体发光期间不暴露各块之间的界面。
如图4(d)所示，除了电隔离阴极块211的隔离区域217之外，给该结构涂覆发射器膏218。
在如图4(e)所示通过在基板的底表面上照射UV光而进行背侧曝光并显影后，完成阴极基板，其中阴极块211彼此电隔离，如图4(f)所示。
数据电极和阴极电极以及绝缘层可以通过传统的沉积和光刻或丝网印刷而容易地形成。
图5图解了通过上述工艺完成的阴极基板。
参考图5，可以看到，暴露区域215形成在每个阴极块211上，并且如上所述，阴极电极216对应于数据电极212并通过暴露区域215逐一与数据电极212电连接。在给任何一个数据电极212施加电流时，电流仅流入一个阴极电极216，因此亮度可以通过在如此形成的阴极基板中的阴极块211来控制。此外，可以看到，通过包括在本发明中的数据电极212和绝缘层，阴极块211与电极之间的互连可以非常简单地形成。
图6图解了根据本发明的场发射背光单元显示出的局部变暗状态。在局部变暗期间，固定施加给金属栅极基板和阳极电极的电压，并且控制流过与特定的场发射器电连接的阴极电极和数据电极的电流量，由此控制从场发射器发射的电子束量，从而可以抑制特定部分的灰度级。
这里，电流量可以通过诸如TFT或MOSFET的半导体开关电路控制，并且流入发射器中的电子量可以由阴极电极控制，该阴极电极以脉冲宽度调制(PWM)或脉冲幅度调制(PAM)隔离。
此外，如图7所示，在间隔物242形成在孔的位置(没有形成场发射器)时，可以最小化非发射区域。
如上所述，通过数据电极和绝缘层的双重结构，连接外部电极的互连可以简单地形成。
尽管已经参考具体的示范性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式上和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种场发射背光单元的阴极结构，包括：
多个数据电极，形成在阴极基板上并且彼此隔开；
绝缘层，形成在所述数据电极上并且具有暴露预定的数据电极的暴露区域；
阴极电极，形成在所述绝缘层上并且通过所述暴露区域与所述数据电极电连接；以及
至少一个场发射器，形成在所述阴极电极上，
其中基于彼此电隔离的所述阴极电极限定阴极块，并且每个阴极块的亮度能够根据通过所述数据电极提供的电流来控制。
2.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述数据电极由透明导电材料形成。
3.根据权利要求2所述的阴极结构，其中所述透明导电材料是ITO、IZO、ITZO和CNT中的任何一种。
4.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述绝缘层上没有形成所述阴极电极的隔离区域形成为使相邻的阴极块彼此电隔离。
5.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述阴极电极由能够挡光的导电材料形成。
6.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述场发射器由碳纳米管、碳纳米纤维和含碳合成材料中的任何一种形成。
7.一种场发射背光单元的阴极结构的制造方法，包括：
通过透明基板上的块限定控制亮度的阴极块；
在各阴极块上形成彼此隔开的多个数据电极；
形成具有暴露区域的绝缘层，所述暴露区域暴露各阴极块上形成的数据电极的任何一个；
在所述绝缘层上形成彼此隔开的多个阴极电极，所述阴极电极的任何一个通过所述暴露区域与所述数据电极电连接；
除了所述绝缘层没有形成所述阴极电极的部分之外，给所述阴极电极涂覆发射器膏；以及
在所述基板的底表面上照射UV光，并且显影所述基板。
8.一种场发射背光单元，包括：
上基板和下基板，彼此隔开并彼此面对；
阳极电极和磷光体层，形成在所述上基板上；
金属栅极基板，设置在所述上基板和所述下基板之间，以诱导场发射器的电子发射，并且具有使发射的电子从其通过的开口；
多个数据电极，在所述下基板上彼此隔开；
绝缘层，形成在所述数据电极上，并且具有暴露预定的数据电极的暴露区域；
阴极电极，形成在所述绝缘层上，并且通过所述暴露区域与所述数据电极电连接；以及
至少一个场发射器，形成在所述阴极电极上，
其中基于彼此电隔离的所述阴极电极限定阴极块，并且所述阴极块的亮度能够根据通过所述数据电极提供的电流来控制。
9.根据权利要求8所述的场发射背光单元，还包括分别形成在所述下基板和所述金属栅极基板之间以及所述上基板和所述金属栅极基板之间的绝缘间隔物。
10.根据权利要求9所述的场发射背光单元，其中所述绝缘间隔物形成在所述暴露区域上。
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