CN1783176A - 有源矩阵驱动显示元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高辉度、均匀发光的高密度有源矩阵荧光显示管，具有多个像素、多个扫描线和多个信号线。显示元件包括逻辑电路、保持单元、AND电路、前置驱动器电路和像素驱动器。逻辑电路由用于每个像素的行地址选择电路、输入数据和逻辑控制电路构成。保持单元驱动为每个像素而设的阳极。AND电路对保持在保持单元内的信号和来自输入数据信号线的消隐反向信号执行逻辑积。前置驱动器电路驱动前一级的输出晶体管。像素驱动器与连接在前置驱动器电路上的驱动器输出电路相一致。前置驱动器电路由增强型P沟道场效应晶体管和耗尽型P沟道场效应晶体管形成。

Description

有源矩阵驱动显示元件
技术领域
本发明涉及有源矩阵驱动显示元件，在每个有源矩阵驱动显示元件内，半导体器件形成在真空密封外壳的内表面上，该半导体器件包括以矩阵形式形成的、将要被分别驱动的多个阳极。本发明还涉及能够提供高清晰度和高辉度(intensity)的荧光显示管、电致发光显示器(ELD)以及场发射显示器(FED)。
背景技术
目前，液晶显示器、等离子体显示器、ELD、荧光显示管、FRD等正在实际中被用作平板显示器。在这些显示器中，荧光显示管和FED属于自发光型显示器。这些显示器由于能够提供高分辨率而被研制用于下一代电视机，以替代传统的CRT。
特别地，可以提供高亮度或高辉度的有源矩阵驱动荧光显示器已经被期待用在平视(head-up)显示元件中。
然而，当用单矩阵驱动这类显示器时，由于占空比随着显示器分辨率的提高而变小，因此导致亮度不够。而且，还存在着为了获得足够亮度而增大电流时会引起发光元件恶化或发光物质(例如荧光物质)恶化的问题。
在荧光显示管中，从至少一侧透明的真空密封外壳(壳体)内的每个阴极发出的电子撞击涂覆在相应阳极上的荧光物质，并使荧光物质发光，从而显示期望的图案。在这类荧光显示管中，存在着一种包括一发光显示面的有源矩阵荧光显示管，该发光显示面通过安装在绝缘基板上的半导体芯片来获得。以矩阵形式排列有多个阳极且每个阳极都涂覆有荧光物质的发光显示部分和控制发光显示部分发光的驱动电路集成地制作在半导体芯片上。
构成有源矩阵驱动荧光显示管的驱动电路披露在例如日本专利公开第56-24993号中。在这篇参考文献中，荧光物质涂覆在集成于单晶基板的场效应晶体管(FET)的源极上，以形成显示点。当荧光物质随着从阴极发出的电子而发光时，实现显示操作。其亮度通过相应栅极或漏极的电势而得以控制。
另外，日本专利公开第6-71202号披露一种液晶驱动电路，包括作为单元电路的图腾柱型MOS晶体管电路。该MOS晶体管电路由四个N沟道金属氧化物半导体(MOS)晶体管形成，为了处理高速和低功耗，这四个N通道金属氧化物半导体(MOS)晶体管以很大的电流驱动能力将具有正相和反相的一对输入信号转换成具有正相和反相的一对输出信号。
而且，CMOS晶体管通常被用作有源矩阵驱动显示元件结构，每个CMOS晶体管都由一个P沟道MOS晶体管和一个N沟道MOS晶体管形成，以进行高速和低功耗处理。
另外，日本专利公开第2002-244588号中披露一种发光维持型显示器内的图像显示装置，该发光维持型显示器包括像素选择晶体管、像素电流控制晶体管以及信号电压保持电容器。在这种显示器中，用作电源电压输送线的相邻扫描线消除了电源电压输送线所占据的面积。在这种图像显示装置中，孔径比或像素电极面积的减小可以被降至最小，以获得足够的显示亮度。而且，在所披露的这种图像显示装置中，像素选择晶体管具有连接在一个扫描线上的栅极，连接在信号线上的源极，以及连接在电容器一个电极和像素电流控制晶体管栅极上的漏极。像素电流控制晶体管具有连接在像素电极上的漏极和连接在电容器另一个电极和其它扫描线上的源极。
在有源矩阵型荧光显示装置中，发光显示一侧用半导体芯片来构造，具有阳极的发光显示部分和控制发光显示部分发光的驱动电路集成地形成在该半导体芯片上，在每个该阳极上都涂覆有荧光物质并以矩阵形式排列。因此，在半导体集成电路制造技术中诸如光刻或刻蚀之类的制造方法可以被用来在硅芯片上容易地形成精细布线的导体或阳极。也即，显示点的组装密度可以提高，每一个显示点都由阳极形成。因此，通过采用光刻法或印刷技术在阳极上涂覆荧光物质，可以实现更高清晰度的点矩阵结构。
而且，在有源矩阵驱动荧光显示管的发光显示部分内，荧光物质涂覆在连接到驱动电路的每个阳极上，其中驱动电路形成在覆盖玻璃基板的硅膜上。涂覆有荧光物质的阳极经由形成在硅膜之上的绝缘膜内的通孔连接在驱动电路上。从而，就披露了通过将驱动电路经由形成在硅膜上表面上的绝缘层内的通孔连接到阳极而扩展阳极的这种技术，因此，像素可以以0.31mm的节距进行排列。(例如，参看日本专利公开第2002-8571号和第2002-215098号。)
另外，日本专利公开第11-329310号披露了均衡发光显示部分的光发射的技术。在这种技术中，用作围绕着各个阳电极的平栅格(flat grid)的辅助电极被设置在形成阳极基板(anode substrate)表面的阳极表面上，而且该辅助电极接地或者连接到正电压源。日本专利公开第2004-87404号也披露了均衡发光显示部分的光发射的技术。在这种技术中，荧光显示装置包括设置在阳电极与灯丝状阴极之间的栅格电极(grid electrode)，以及容纳阳极、灯丝状阴极和栅格电极且具有至少一个透明侧面的真空密封外壳。辅助电极被设置成围绕着位于阳极基板的阳极形成表面上的每个阳极。该辅助电极接地或者连接到正电压源。
如上所述，传统的有源矩阵荧光显示装置由于采用的是阳极基板从而能够进行静态显示，其中具有阳极的发光显示部分和控制该发光显示部分的光发射的控制电路集成地形成在阳极基板上，该阳极以矩阵形式排列并涂覆有荧光物质。因此，这种传统的装置具有优良的效果，可以在阳极电压为+15伏下获得3000到4000cd/m2的高辉度，而且由于它的高像素密度，还能够实现高分辨率的点矩阵结构。
因为这种传统的荧光显示管可以提供高辉度显示和高像素密度，所以实现高分辨率点矩阵结构的这种优良效果可以被充分利用。为此，某种技术披露了用于平视显示应用的更高辉度的有源荧光显示管。也即，当灯丝偏压为负，栅格电极电压和阳极电压分别为24伏时，VFD的辉度为8400cd/m2。然而，当灯丝偏压为负时，非显示部分却以300cd/m2的亮度发光，这是因为即使在非显示模式下，栅极与阳极之间相对于灯丝也存在着电势差(例如，参看日本专利公开第11-174989号)。
然而，在有源矩阵驱动的情形下，存在的问题是晶体管的数目和布线导体的数目增加了。在依照传统有源矩阵驱动操作的荧光显示管、FED或ELD中，除扫描线和信号线外还需要恒定电压线和电源电压输送线。而且，除像素选择晶体管和信号电压保持电容器外还需要电流驱动晶体管。因此，在有源矩阵驱动的情形中，存在的问题是晶体管数目的增加和布线导体数目的增加引起像素电极面积或孔径比的减小。
特别地，用于使电流流动的恒定电压线需要充分地降低阻抗，由此大量地占据了像素面积。举例来说，当像素尺寸为100μm×300μm，而布线宽度为10μm，布线长度为300μm时，恒定电压线占据了很大比例(例如10％)的像素面积。结果，在有机ELD的情形下，存在的问题就是孔径比减小，从而使显示模糊不清。
而且，在传统的有源矩阵驱动荧光显示管中，发光显示部分内阳极之间的节距为310μm的临界值。围绕着每个阳极的辅助电极被设置用来避免周边处光发射的不均匀和显示质量的恶化。这种结构需要70μm的阳极节距(等于32μm的辅助电极和辅助电极与阳极之间间距的总和)。从而，显示像素的一侧变为240μm。发光表面相对于显示区的占据率具有59％的临界值。因此，问题在于像素尺寸和发光面积的占据率存在着一定限制，从而精细显示变得很困难。
为了解决上述问题并使有源矩阵驱动荧光显示管内的阳极小型化，本发明人对阳极的小型化、阳极表面上形成的荧光物质的节距的窄化，以及光发射的均衡进行了研究。
在传统的N沟道MOSFET电路的情形中，因为整个IC芯片内电源线数目的增加，显示像素部分所需要的两个电源线(包括低压电源线和高压电源线)，以及耐高压晶体管数目的增加，所以IC芯片面积变得很大。
在传统的CMOSFET电路的情形中，需要用于低压和高压的两个电源线，而且两个晶体管元件(包括P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管)的制作会导致光掩模数目的增加。因此，存在的问题是晶片的成本不能降低。
下面，将参看图5说明包含有源矩阵驱动元件的有源矩阵驱动装置的电路结构，其中有源矩阵驱动元件由N沟道MOS晶体管形成。
有源矩阵驱动装置50示出了一个像素的驱动器电路。该有源矩阵驱动装置50包括显示像素行选择电路51和逻辑控制电路52、用于驱动为每个显示像素而设的阳极的保持单元53和驱动电路单元59、以及用于显示像素单元61、地址信号线55、数据信号线56、电源63和灯丝62的驱动器输出电路60。耗尽型MOSFET 58将栅极(处于输出末级)转变为高电平。耗尽型MOSFET 58可以用高阻抗元件替换。
输入信号是行地址选择信号、逻辑控制信号或显示数据信号。解码器仅选择一个带有行地址信号的行地址信号线55。显示数据以每列被输入。
依照行地址信号和数据信号保持单元53保持到以矩阵形式排列的各个像素的数据。这对应于一行的数据。行地址信号按顺序增加。重复这一步骤，直到数据写入所有行内。
驱动器输出电路58、59和显示像素部分61的驱动器输出电路60组合起来接收保持数据和消隐信号的逻辑积，并由此输出显示数据。
驱动器电路由增强型N沟道MOS晶体管59和耗尽型N沟道MOS晶体管58形成。末级的驱动器电路由N沟道MOS晶体管60形成。该三个N沟道MOS晶体管58、59和60的每一个都由耐高压的N沟道MOS晶体管形成。
用于驱动器电路的N沟道MOS晶体管在OFF(关)显示模式下必须被设定为GND(接地)或OPEN(开路)。因此，N沟道MOS晶体管输出的电压在接地电压(GND)和高电压(VH)之间变化。除末级的驱动器电路之外，驱动器电路59还需要耐高压的MOS晶体管。结果，由N沟道MOS晶体管形成的电路就具有限制以减小像素部分面积。也即，电路会消耗大量的电流，需要除低压电源之外的高压电源，需要为每个像素设两个电源，而且需要三个耐高压晶体管。
为了尝试窄化荧光物质的点节距并均衡光发射，本发明人制作了荧光显示管。即，在传统的有源矩阵驱动荧光显示管内，发光部分之间的节距被设定为310μm，其中在每个发光部分上，发射青色的ZnO:Zn荧光物质层涂敷在大量由阳极形成的点状像素中的每一个上。将宽度为32μm的辅助电极围绕着每个阳极形成。这样，对应于辅助电极宽度和阳极节距总和的70μm就确保了阳极之间的间距。设置了有源矩阵基板，在有源矩阵基板上形成有方形显示像素，每个方形显示像素的各边均为240μm，并且将栅格设置在阳极之上。
在这种有源矩阵驱动荧光显示管中，散热器安装在阳极基板的背面上。在向栅格施加21.5伏电压和向阳极施加60伏电压的条件下，可以探知成品的显示状态。最终，获得20000cd/m2，但是栅格发生了变形并与灯丝接触。因此，不能得到可靠的有源矩阵驱动荧光显示管。
为了获得20000cd/m2高辉度的可靠的有源矩阵驱动荧光显示管，已经发现，网状栅格必须被移去以防止其热变形，而且平栅格也必须被移去以提高荧光物质的占据率。
然而，只消除网状栅格和平栅格可能会导致出现字符缺失(charactermissing)，这是传统技术的一个问题。
已经假定并研究得出，通过将灯丝排列成小节距，并由此使灯丝之间的像素不充分地发光，字符缺失可得以改善。
揣度下面这些减少字符缺失的因素以找到解决方案。
(1)每个都涂敷有荧光物质、直接设置在灯丝之下的像素和每个都涂敷有荧光物质、设置在灯丝之间的间隔下面的像素一致地发光。在这种情形下，灯丝与阳极之间的距离例如为1mm。灯丝之间的距离例如为1.5mm。因而，位于悬挂(suspended)灯丝之间距的中央的阳极与灯丝之间的距离被设定为长于灯丝之间的距离。通过窄化灯丝之间的间距，从灯丝辐射发出的热电子的速度分量V(该速度分量平行于从灯丝辐射发出的热电子的像素平面)不会显著地减小。因此，这种结构可以将晶片或相邻于晶片但未被驱动的像素的效应降至最小，其中晶片被设定为与灯丝相同的电势。
(2)而且，在灯丝之间距的中央位置处的阳极充分地接收来自灯丝的热电子。即使当相邻阳极处于无光状态时，也可以提供充足的电子。因而，由涂敷有设于灯丝之间间距之下的荧光物质的像素引起的字符缺失可以被减少，从而显示质量被均衡。
发明内容
本发明是基于上述认识而做出的。
本发明的一个目的是在如荧光显示管、有机ELD或FED的有源矩阵驱动显示装置中提供一种图像显示装置，该图像显示装置可以在孔径比降低和像素电极面积减小(被抑制到最小)的情况下获得充足的显示亮度。
另外，本发明提供一种高辉度的、包括有阳极基板的有源矩阵驱动荧光显示管，以矩阵形式排列的发光显示部分和用于有选择地控制阳极并控制该发光显示部分光发射的驱动器电路集成地形成在该基板上。发光显示部分由多个阳极形成，每个阳极上涂覆有荧光物质。使阳极之间的间隔变窄。这种高辉度的有源矩阵驱动荧光显示管可以用作有源矩阵驱动荧光显示管、多色有源矩阵驱动荧光显示管、平视显示器，其中的每个都包括精细阳极(fineanode)和具有均匀光发射的发光显示部分。
本发明正是为了解决上述问题而做出的。包括多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示元件包括像素驱动器；该像素驱动器包括由行地址选择电路和逻辑控制电路形成的逻辑电路；设置用于每个像素的保持单元；用于对保持在所述保持单元内的信号和来自输入数据信号线的消隐反向信号执行逻辑积的AND(“与”)电路；由增强型P沟道场效应晶体管和耗尽型P沟道场效应晶体管形成的前置驱动器电路；以及连接在所述前置驱动器电路上的输出驱动器电路。
另外，依照本发明，前置驱动器电路包括增强型P沟道场效应晶体管和高阻抗元件。
此外，在本发明的另一个方面中，包括多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示元件，包括由用于每个显示像素的行地址和逻辑控制电路形成的逻辑电路；用于驱动阳极的保持单元和驱动电路，该阳极被设置用于每个显示像素；以及位于显示像素单元内的驱动器输出电路。输入信号由行地址选择信号、逻辑控制信号和显示数据形成；解码器只为一行选择行地址信号；显示数据每列地输入；用于以矩阵形式排列的像素的、由AND电路提供的显示数据对应于一行的数据，该AND电路对所述行地址信号和所述数据信号线执行逻辑积；并且所述行地址信号按顺序重复地增加，直到数据写入所有行。对保持数据和消隐信号执行逻辑积的所述AND电路经由所述驱动器电路向末级的驱动器电路输出作为显示数据的数据。
依照本发明，因为这种驱动器电路可以小型化，所以涂覆有荧光物质的像素的尺寸也可以小型化。因为存储器部分和输出驱动器电路设置在像素的下面，所以可以避免由于入射的光或电子束而引起的IC的错误操作。
而且，每个像素的小型化使得各个点之间的间隙减小。根据这种高精度的有源矩阵驱动荧光显示管，显示质量可得以改善。增强的平面亮度(或辉度)可提供高亮度，并且使得由单向透视玻璃(或组合器)投射的显示部分的像素数目很容易地增加。
因此，每个都由两种颜色的发光阳极构成的像素可以实现高辉度、高精度的多色发光有源矩阵驱动荧光显示管。而且，每个都由三种颜色的发光阳极构成的像素可以实现高亮度、高精度的全色发光有源矩阵驱动荧光显示管。
附图说明
在阅读下面的详细说明和附图的基础上，本发明的各种目标、特征以及优点将变得更加明显，在附图中：
图1是说明依照本发明的P沟道MOS FET电路的示意图；
图2是说明一个像素内的结构的简图；
图3是说明依照本发明的多驱动电路的简图；
图4是说明依照本发明的荧光显示管***的电路图；以及
图5是说明传统的N沟道MOS FET电路的示意图。
具体实施方式
下面参看图1，说明包含用依照本发明一个实施方案的P沟道MOS晶体管构造的精细阳极(fine anode)的有源矩阵驱动装置。
参看图1，有源矩阵驱动装置包括由行地址和用于显示像素(displaypixel)的逻辑控制电路形成的逻辑电路，用于驱动每个显示像素的阳极的保持单元和驱动电路，以及用于显示像素部分的驱动器输出电路。
有源矩阵驱动器装置10包括由行选择电路11和用于显示像素的逻辑控制电路形成的驱动电路，用于驱动对于每个显示像素而形成的阳极的保持单元13和驱动电路19，以及用于显示像素部分21、地址信号线15、数据信号线16、电源23以及灯丝22的驱动器输出电路20。所示的这个驱动电路10是对于一个像素的驱动电路。耗尽型MOSFET 18将输出末级的栅极转变为低电平，该耗尽型MOSFET 18可以用高阻抗元件替换。
输入信号包括行地址选择信号、逻辑控制信号和显示数据信号。选择器响应于行地址信号仅选择一行的地址信号线15。显示数据每行地输入。
响应于行地址信号和数据信号，保持单元13为以矩阵形式排列的每个像素保持数据。该数据对应于每行的数据。重复按顺序增加行地址信号，直到所有行的数据被写入。
驱动电路18、19和用于显示像素21的驱动器输出电路10响应于保持数据和消隐信号的逻辑积接收输出的数据，然后输出显示数据。
驱动电路由增强型P沟道MOS晶体管19和耗尽型P沟道MOS晶体管18形成。末级的驱动器电路由P沟道MOS晶体管20形成。只有P沟道MOS晶体管58是耐高压N沟道MOS晶体管。
输入信号包括行地址选择信号、逻辑控制信号和显示数据信号。借助于选择器，仅对于单条线选择行地址信号。对于每一列，输入显示数据。
连接在行地址信号线和数据信号线上的AND电路为以矩阵形式排列的每个像素保持数据。该数据对应于一行的数据。行地址信号顺序增加，并重复这一操作，直到所有行的数据都被写入。
末级的驱动器电路接收从AND电路输出的数据，并输出显示数据，其中的AND电路经由驱动电路耦合到保持数据和消隐信号。
驱动电路仅由增强型P沟道MOS晶体管和耗尽型P沟道MOS晶体管形成。末级的驱动器由P沟道MOS晶体管形成。
为此，在阳极驱动操作时，向阳极施加信号电平电压，该信号电平电压与灯丝中心抽头(center tapped)的电压相重合。
这种结构允许从驱动电路输出的信号处于低电平电压。
因此，除末级晶体管之外不再需要耐高压的晶体管。
因为这种结构可以仅用P沟道MOS晶体管来构造，所以，每个显示像素部分只需要低压电源和GND。
该特征使得具有庞大设计规则的单个耐高压晶体管对于每个像素都是足够的，从而电流的消耗能够被抑制到很小的值。而且，因为包含低电压和GND的两个电源线对于***已经是足够的，所以像素的尺寸也可以减小。为此，保持电路、驱动电路和驱动器电路可以设置在驱动器输出部分内的形成像素的阳极之下。另外，像素可以以较窄的节距进行排列，以便实现高清晰度的显示。
一个像素的结构示出在图2中。
该像素包括存储器保持电路、驱动器电路和驱动器。上面涂覆有荧光物质的像素部分具有两个Al层。上述这些电路设置在这两个Al层图案之下。
因为每个电路都具有屏敝入射光或电子束的结构，因此IC的可靠性得以增强。
图4示出以有源矩阵驱动显示元件实现的荧光显示管***。该荧光显示管***包括显示面板30和用于驱动显示面板30的控制器(控制IC)31。控制IC 31采用一个用于CIG(玻璃内芯片)的串行-并行驱动器。具有存储功能的控制器IC可被用作控制IC 31。
同步于CLK信号，该***接收来自CPU 32的串行数据信号(SI)。LAT信号是用于将数据写入控制器IC 31的信号。BK信号是来自于控制器的信号，用于确定输出宽度。WE信号和BKD信号都直接输入到显示面板。WE信号是数据写入控制信号。BKD信号是用于调节显示部分30的亮度的信号。
在这种电路结构中，只有低压电源被用作IC驱动电源。这种电路结构还需要用于灯丝35中心抽头的电源(Vct)，作为附加电源。因为显示面板电路仅由P沟道晶体管构成，所以驱动器可以有利地用低压进行驱动。
在设于本发明荧光显示管***内的有源矩阵驱动显示元件中，发光部分由以20μm的间隔排列成矩阵形式的大量点状像素制成。在每个发光部分中，发出青色的ZnO:Zn荧光物质层涂覆在一个边长为226μm的方形铝(Al)薄膜电极上。
由一个边长为226μm的方形铝(Al)薄膜形成的每个电极经由形成在覆盖硅晶片的绝缘层内形成的通孔连接在每个有源矩阵驱动元件的输出驱动器的漏极上。
每个有源矩阵驱动元件与单侧为226μm的铝(Al)薄膜电极的面积占据比率大约为45％。从而，Al薄膜电极可以进一步地精细化(fine)。
制作阳极基板，其中，有源矩阵驱动元件以已知的方式放置在真空密封外壳的内表面上，其中荧光物质涂覆在每个电极的表面上，该每个电极形成在有源矩阵驱动元件的表面上。
有源矩阵驱动IC由以矩阵形式排列的大量点状发光部分形成，这些点状发光部分对应于以20μm间隔排列成矩阵形式的方形Al薄膜电极，每个Al薄膜电极具有226μm的边长，有源矩阵驱动IC设置在荧光显示管内。由此制作出有源矩阵驱动荧光显示管，其中荧光物质层之上的各灯丝之间的间距为1.5mm，并且灯丝与荧光物质表面之间的间距为1.0mm。散热器附接在荧光显示管内的阳极基板的背面上。在向阳极施加20伏电压时，已经确定阳极在显示状态下一致地发光。
当连接在阳极上的驱动器的栅极处于OFF时，漏极变为开路，其中有源矩阵驱动元件的像素形成在该阳极上。形成在有源驱动元件表面之上的绝缘层积聚从有源驱动元件表面上的阴极而来的电子，从而其几乎具有与灯丝相同的电势。相应地，假定在向被提供有发光(lighting)信号的阳极施加20伏或更高的电压时，阳极可以从灯丝接收到足够的热电子，从而能够获得一致显示。
在本发明的有源矩阵驱动荧光显示管中，由于没有栅网，因此不会发生栅网变形和由栅网造成的光遮蔽。此外，由于没有平栅格，发光面积的占据率得以提高，从而获得40000cd/m2或更高的亮度。
而且，由于在有源矩阵驱动IC之上没有平栅格，因此有源矩阵驱动IC可得以小型化，从而能够实现IC成本的降低。
图3示出多驱动电路的结构。
在多(两色)驱动操作的情形中，数据信号线是共享的。然而，选择器12a可以选择到在相同位置处以颜色划分的各个像素的数据。
AND电路保持到以矩阵形式排列的每个像素的数据，该AND电路连接在数据信号线上并连接到输出信号上，该输出信号来自与行信号和选择器配合的AND电路。随后的电路结构以类似于图1所示的方式仅由P沟道MOS晶体管构成。
而且，消隐信号被分别地输入，因而以多种模式变换它们，从而可以调节颜色平衡。
下面，将说明依照本发明的有源矩阵驱动IC被用在FED的阳极基板上的情形。
在显示像素部分，每个像素电极由透明电极如ITO形成。用作发光层的荧光物质涂覆在透明电极上。阴极基板被设置成面对着显示像素部分，在阴极基板上用已知制作工艺形成有Spint型冷阴极电子发射元件。由此制作出FED，其中壳体的内部被抽成真空。荧光物质的光发射穿过透明电极和玻璃基板而得以使用。在这种情形下，像素的孔径比很大地影响着亮度。在本发明中，随着元件面积的减小，孔径比提高40％到50％。因此，可以形成高辉度阳极有源矩阵驱动FED。
下面，将说明在驱动有机EL显示器的情形中的一个实施方案。
在显示像素部分，每个像素电极都由透明电极如ITO形成。用作发光层的有机薄膜形成在透明电极上。阴极形成在顶层。来自有机发光层的光发射穿过透明电极和玻璃基板而得以使用。在这种情形下，像素的孔径比很大地影响着亮度。在本发明中，随着元件面积的减小，孔径比提高40％到50％。因此，可以制作出高辉度的有机EL显示器。
下面，详细说明安装在荧光显示管内、图4所示的本发明有源矩阵驱动元件的一个实施方案。
在本实施方案的有源矩阵驱动荧光显示管30内，硅晶片或半导体芯片固定在外壳基板的内表面上，多个将被分别驱动的阳极以矩阵形式形成在该硅晶片或半导体芯片上。该显示管具有由绝缘基板例如玻璃制成的外壳和密封在基板上的盒状容器。外壳的内部被抽空，保持高真空环境。
在外壳内，矩形硅晶片可靠地固定在基板的上表面。由SiN和磷酸玻璃制成的绝缘层形成在硅晶片顶面上。大量的点状发光部分以矩阵形式和20μm的间隔形成并排列。在这些点状发光部分中，每个都具有一个边长为226μm的方形Al薄膜电极分别经由通孔连接在绝缘层内形成的漏极上。矩形硅晶片由盘状形式的硅基板制成，该盘状形式的硅基板通过对精炼的高纯度单晶硅圆柱体切片而获得。换句话说，多个矩形元件形成在盘状硅晶片上。然后，切掉该多个矩形元件。在每个矩形元件中，制作所需用的结构，该结构包括矩阵形式的多个发光点、用作分别为各个发光点而设的开关元件的晶体管、用于驱动处于有源矩阵模式下的各个发光点的连接布线结构和驱动器、以及用于存储器的驱动元件。
参看图4，矩形硅晶片用管芯焊接涂胶粘接在基板上。包括荧光物质层的、而且每个都涂覆有ZnO:Zn荧光物质层的阳极导体和阳极以矩阵形式排列在硅晶片的顶面上。用作开关元件的晶体管(未示出)形成在每个阳极之下。用作电子源的灯丝状阴极被支撑在外壳内的硅晶片之上。发射材料涂覆在芯线例如钨周围，该芯线通过电学激励进行加热。例如含有Ba的碱土金属氧化物可以作为发射材料。
灯丝状阴极被支撑，以使灯丝与位于被支撑灯丝之间距的中央的阳极之间的距离比灯丝之间的距离要长。具体地，灯丝与阳极之间的距离是1mm，灯丝之间的距离是1.0mm。因而，灯丝被支撑，以使灯丝与设在灯丝之间距的中央的阳极之间的距离比灯丝之间的距离要长。
在这种结构中，设置在灯丝之间距的中央的阳极充分地接收来自灯丝的热电子。即使当相邻的阳极处于熄灭(light-out)状态时，也可以被供给足够的电子，从而显示变得很均匀。
接下来，说明制作依照本实施方案的显示管1的过程。
(1)在切割的圆形硅晶片(具有8英寸的直径和0.6mm的厚度)上形成用于显示管1的矩形元件。在一个实例中，在单个圆形硅晶片上制作17个矩形元件(硅晶片)。
(2)将含有紫外感光树脂的荧光物质浆料均匀地涂覆在圆形硅晶片的顶面上。
(3)使用UV灯，将圆形硅晶片的顶面经由光掩模曝光于紫外线，该光掩模具有对应于发光点外形的开口。
(4)采用水显影(water development)漂洗软化的荧光物质浆料。
(5)在已经形成荧光物质图案的圆形硅晶片的顶面上涂覆用丙酮分散的丙烯酸，并进行干燥，从而形成丙烯酸保护层。当从圆形硅晶片切掉矩形元件时，用水洗掉切屑。丙烯酸保护层可以防止荧光物质在碰到水时发生剥落。在后烧结过程中，去除在低温下可分解的丙烯酸。
(6)借助于切割(dicing)例如采用金刚石切割器，从圆形硅晶片切掉矩形元件(硅晶片)。
(7)用管芯焊接涂胶将切掉的矩形元件管芯焊接，即粘接在显示管内的基板的顶面上，在管芯焊接涂胶中，Ag和有机Ti混合在一起。因为由Ag和有机Ti制成的该管芯焊接涂胶很容易分解，所以在产品完成之后它不留在外壳内。
(8)在控制IC内，用管芯焊接涂胶将用于CIG(玻璃内芯片)的串行一并行驱动器粘接在同一个基板的顶面上。
(9)借助于热分解，去除在上述步骤中使用的荧光物质层内的树脂，涂覆荧光物质的丙烯酸树脂和管芯焊接涂胶。将氧化铝溶胶烧结并固化，从而转换成绝缘盖膜。
(10)进行引线接合过程。即，形成在矩形元件和基板的顶面上的电极，和形成在矩形元件和基板顶面上的电极分别用导线进行连接。
(11)然后，进行面对面的接合。即，将完成的引线框架放置在基板上的预定位置处。将中间结构放置在完成的外壳之上，并用固定装置(例如夹子)进行临时固定。
(12)在约450℃下烧结并密封该中间结构。因而，外壳与基板之间的密封玻璃发生熔融，从而固定外壳、引线框架和基板。
(13)然后，将外壳的内部抽真空。当外壳处于预定高真空环境时，密封排气管。当溅射吸气剂时，将吸气膜形成在外壳的内表面上。
(14)在160℃至300℃时，在烤箱内烧结该结构，从而吸气膜吸收残余的气体。
(15)显示管接受老化。
在对如上所述制作的显示管进行驱动操作时，开关晶体管选择位于放置在外壳内的硅晶片之上的预期阳极，从阴极发射出的电子撞击到对应于所选阳极的荧光物质层上。当有选择性地使矩阵中的预期阳极发光时，显现出任意图形显示。
在散热器附接在荧光显示管内阳极基板的背面上时，向阳极施加60伏电压，以确定显示的状态。使荧光物质均匀地发射光，从而获得发光辉度为40000cd/m2的显示。
因为没有使用网状栅，所以网栅不会出现变形。而且，因为网栅不会遮蔽光，所以可以获得40000cd/m2发光辉度的显示。
因为平栅格没有设置在有源矩阵驱动IC之上，所以该有源矩阵驱动IC可得以小型化。从而，IC的成本可以被降低。
在散热器附接在荧光显示管内的阳极基板的背面时，向阳极施加15伏电压以确定显示的状态，从而获得4000cd/m2的发光辉度。位于灯丝之间的阳极周围的边缘部分处的亮度被降低。然而，在向阳极施加20伏电压时，观察到阳极在均匀地发光。
当施加20伏或更高电压的阳极充分地接收来自灯丝的热电子时，有源矩阵基板的电势变得与灯丝的电势相同。为此，假定即使当相邻电极不发光时，也可以提供足够的电子，从而显示变得很均匀。
在图3所示的多(两色)驱动操作中，对于连接在有源矩阵驱动IC的驱动器的漏极上的一个像素而形成发出青色的ZnO:Zn荧光物质层。对于其它像素形成发出tango色的ZnCdS:Ag，Cl荧光物质层。因而，以类似于实施方案1的方式制作有源矩阵驱动显示管。在向阳极施加15伏电压时，观察到发出青色的ZnO:Zn荧光物质以4000cd/m2的亮度均匀地发光，发出tango色的ZnCd:Ag，Cl荧光物质以400cd/m2的亮度均匀地发光。
在这种结构中，全色(三色)结构可以通过向阳极添加蓝色荧光物质来容易地制作。
下面，将说明采用多晶硅Si的实施方案。
在这个实施方案中，用作阳极基板的基体的brosilicate玻璃(在后面说明)被用于构造真空密封外壳的玻璃部件。
阳极基板是有源矩阵基板，发光显示部分和用于控制发光显示部分的驱动电路整体地形成在该有源矩阵基板上。阳极基板具有形成在玻璃基板表面之上的多晶硅薄膜，该玻璃基板用作基体。包含薄膜晶体管(TFT)的半导体集成电路形成在多晶硅薄膜中。半导体电路配置驱动电路。形成在多晶硅膜内的薄膜晶体管具有比形成在非晶硅膜内的薄膜晶体管高两到三位数的特性。特别地，显示区的尺寸被显著增大。
以低于玻璃基板畸变点的温度处理的所谓低温多晶硅薄膜被用作该多晶硅膜。该低温多晶硅膜通常用在450℃至600℃，并且例如用已知的、像化学气相沉积(CVD)法的技术形成。不含钠的brosilicate玻璃被用作玻璃基板，钠会不利地影响晶体管的性能。在多晶硅膜内形成的半导体集成电路通过已知的制作工艺，采用低温多晶硅膜进行制作。
多晶硅膜的表面覆盖着一层钝化膜(绝缘膜)，发光显示部分形成在该钝化膜上。发光显示部分由以矩阵形式并以预定节距排列在钝化膜上的阳极、一一地涂覆在每个阳极上的点状发光物质、和一一地排列在钝化膜上围绕着每个阳极的辅助电极组成。
用作一部分驱动电路的阳极驱动部分中的薄膜晶体管形成的部分形成在每个阳极之下。该薄膜晶体管形成的部分经由形成在钝化膜内的通孔连接到阳极。在这种情形中，阳极和焊盘都由铝形成。该荧光物质用传统显示装置中所用的荧光物质形成。钝化膜、阳极、荧光物质以及焊盘可以依照传统的先前技术来形成。
在这种荧光显示装置中，从电加热灯丝发出的热电子从阳极基板辐射出。在有源矩阵驱动操作时，辐射的电子进入每个都施加有正电压的阳极，使荧光物质发出光。从而显示输入数据的图像。
因此，可以提供像素节距为250μm或更小、像素间隔为20μm或更小的有源驱动荧光显示管。在散热器粘接在阳极基板背面上时，向阳极施加60伏电压。在这种状态下，观察到可以获得高辉度的有源矩阵驱动荧光显示管，其中荧光物质均匀地发光，而且像素以40000cd/m2的亮度均匀地发光。
该亮度可以比用传统高辉度有源矩阵驱动荧光显示管实现的大约10000cd/m2提高四倍。从而，通过采用这种高辉度的有源矩阵驱动荧光显示管，高辉度的点矩阵平视显示器就可以用于实际用途。
而且，还可以提供高辉度的多色有源矩阵驱动荧光显示管。
此外，借助于利用本发明的有源矩阵驱动IC结构，还可以提供用于高辉度微图案中的有机ELD和高辉度微图案中的FED的阳极基板。

Claims (13)

1.一种包含多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示元件，包括像素驱动器，该像素驱动器包括：
由行地址选择电路和逻辑控制电路形成的逻辑电路；
为每个像素设置的保持单元；
用于对保持在所述保持单元内的信号和来自输入数据信号线的消隐反向信号执行逻辑积的AND电路；
由增强型P沟道场效应晶体管和耗尽型P沟道场效应晶体管形成的前置驱动器电路；以及
连接在所述前置驱动器电路上的输出驱动器电路。
2.一种包含多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示元件，包括像素驱动器，该像素驱动器包括：
由行地址选择电路和逻辑控制电路形成的逻辑电路；
为每个像素设置的保持单元；
用于对保持在所述保持单元内的信号和来自输入数据信号线的消隐反向信号执行逻辑积的AND电路；
由增强型P沟道场效应晶体管和高阻抗元件形成的前置驱动器电路；以及
连接在所述前置驱动器电路上的输出驱动器电路。
3.如权利要求1或2限定的有源矩阵驱动显示元件，其中被设置用于所述多个像素中每一个的所述驱动器输出电路由耐高压晶体管构成，而且其中用于驱动阳极的所述保持单元和用于驱动前一级输出晶体管的所述前置驱动器电路由低耐电压的晶体管构成。
4.如权利要求1-3中任一项限定的有源矩阵驱动显示元件，还包括像素电极，该像素电极使连接到所述输出驱动器电路的漏极上的像素内的发光材料发射光；而且其中像素驱动单元由P沟道MOS场效应晶体管形成，所述像素驱动单元包括用于驱动为每个所述像素而设置的阳极的所述保持单元、用于对保持在所述保持单元内的信号和来自输入数据信号线的消隐反向信号执行逻辑积的所述AND电路、用于驱动前一级的输出晶体管的所述前置驱动器电路、以及连接在所述前置驱动器电路上的所述驱动器输出电路。
5.如权利要求4限定的有源矩阵驱动显示元件，其中所述P沟道MOS场效应晶体管包括具有一个由氧化硅形成的I层的P沟道MOS场效应晶体管。
6.一种包含多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示元件，所述有源矩阵驱动显示元件包括：
由用于每个显示像素的行地址和逻辑控制电路形成的逻辑电路；
用于驱动为每个显示像素设置的阳极的保持单元和驱动器电路；以及
位于显示像素单元内的驱动器输出电路；
其中输入信号由行地址选择信号、逻辑控制信号和显示数据形成；解码器只为一行选择行地址信号；显示数据每列地输入；而且用于以矩阵形式排列的像素的、由AND电路提供的显示数据对应于一行的数据，该AND电路对所述行地址信号和所述数据信号线执行逻辑积；所述行地址信号按顺序重复地增加，直到数据写入所有行；其中对保持数据和消隐信号执行逻辑积的所述AND电路经由所述驱动器电路向末级的驱动器电路输出作为显示数据的数据。
7.如权利要求1-6中任一项限定的、包含多个像素、多个扫描线和多个信号线的有源矩阵驱动显示装置，其中数据信号线共享使用；选择器切换所述数据信号；AND电路为以矩阵形式排列的每个像素保持数据，所述AND电路配合在行地址信号、来自所述选择器内的AND电路的信号输出以及数据信号线上，在相同部分每个像素以颜色进行划分；其中消隐信号被单独地输入，以改变每一个多模式。
8.如权利要求1-7中任一项限定的有源矩阵驱动显示元件，其中AND电路的保持电路之后的电路被设置用于每个单元，AND电路对数据信号线和行选择的信号线执行逻辑积；其中所述电路设置在每个像素之下。
9.如权利要求1-8中任一项限定的有源矩阵驱动显示元件，其中所述驱动器电路由制作在硅晶片上的场效应晶体管形成。
10.如权利要求1-9中任一项限定的有源矩阵驱动显示元件，其中所述驱动器电路由场效应晶体管形成，每个场效应晶体管由非晶硅制成。
11.一种包括如权利要求1-10中任一项限定的有源矩阵驱动显示元件的荧光显示装置，其中所述驱动电路和用于驱动所述驱动电路的集成电路安装在真空外壳内，并且其中像素由作为漏极的阳极形成，每个阳极上涂覆有荧光物质。
12.如权利要求11限定的荧光显示管，其中灯丝之间的间距是灯丝与阳极之间的间距的1.5倍或更小。
13.如权利要求11限定的有源矩阵驱动荧光显示管，其中灯丝之间的间距是1.5mm或更小。
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