DE102006013223B4

DE102006013223B4 - Feldemissionsanzeigevorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE102006013223B4
Application number: DE102006013223A
Authority: DE
Inventors: Jung Yu Jhudong Li; Shih-Pu Chen; Yi-Ping Lin; Jau-Chyn Huang; Ching-Sung Hsiao
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: KR100809466B1; JP4319664B2; CN1959917B; GB2428869B; GB0602429D0; DE102006013223A1; TWI260669B; KR20070013999A; CN1959917A; TW200705505A; FR2889354B1; GB2428869A; US20070096075A1; JP2007035613A; US7598665B2; FR2889354A1

Abstract

Feldemissionsvorrichtung mit:
einem Substrat;
einer über dem Substrat ausgebildeten ersten leitenden Schicht, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt ist;
einer über dem Substrat ausgebildeten zweiten leitenden Schicht, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt ist;
an der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht ausgebildeten Emittern zum Übertragen von Elektronen; und
einer über dem Substrat ausgebildeten Phosphorschicht, die zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist,
wobei die Elektronen sowohl von der ersten leitenden Schicht durch die Phosphorschicht zu der zweiten leitenden Schicht als auch in umgekehrter Richtung in einer zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonalen Richtung übertragen werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Elektronen emittierende Vorrichtung und insbesondere eine Feldemissionsanzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben derselben.
In den letzten Jahren wurden Flachbildschirme entwickelt und in elektronischen Anwendungen verbreitet verwendet. Beispiele für Flachbildschirme umfassen die Flüssigkristallbildschirme („LCD”, vom Englischen Liquid Crystal Display), Plasmabildschirme („PDP”, vom Englischen Plasma Display Panel) und Feldemissionsanzeigevorrichtungen („FED”, vom Englischen Field Emission Display). FEDs stoßen als Anzeigevorrichtung der nächsten Generation, die die Vorteile von LCDs und PDPs aufweist, auf beträchtliche Aufmerksamkeit. FEDs, die auf dem Prinzip der Feldemission von Elektronen aus Mikrospitzen arbeiten, können bekanntermaßen einige der Beschränkungen überwinden und bieten gegenüber herkömmlichen LCDs und PDPs erhebliche Vorteile. FEDs haben verglichen mit herkömmlichen LCDs und PDPs zum Beispiel höhere Kontrastverhältnisse, breitere Betrachtungswinkel, eine höhere maximale Helligkeit, geringeren Stromverbrauch, kürzere Reaktionszeiten und breitere Betriebstemperaturbereiche. Daher werden FEDs in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die von Heimfernsehen bis zu gewerblichen Geräten und Computern reichen.
Mit der Eigenschaft der Eigenlumineszenz kann eine FED als unabhängige Lichtquelle statt als Anzeigevorrichtung dienen. Das Prinzip der Feldemission von Elektronen wird unter Bezugnahme auf 1 kurz erläutert. 1 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Feldemissionsanzeigevorrichtung („FED”) 10. Bezug nehmend auf 1 umfasst die FED-Vorrichtung 10 eine Kathode 12, auf der Kathode 12 ausgebildete Emitter 13, eine Anode 14, eine auf einer (nicht bezeichneten) Oberfläche der Anode 14 ausgebildete Phosphorschicht 16 und Abstandhalter 18. Die Emitter 13 emittieren Elektronen, die in einem zwischen der Kathode 12 und der Anode 14 ausgebildeten elektrischen Feld hin zur Phosphorschicht 16 beschleunigt werden. Die Richtung des elektrischen Felds ist im Wesentlichen parallel zur Normalenrichtung von Kathode 12 oder Anode 14. Die Phosphorschicht 16 liefert Lumineszenz, wenn die emittierten Elektronen mit Phosphorpartikeln zusammenstoßen. Das von der Phosphorschicht 16 bereitgestellte Licht wird durch die Anode 14 zu einer (nicht dargestellten) Anzeigevorrichtung übertragen, beispielsweise einer LCD-Vorrichtung. Zwischen der Kathode 12 und der Anode 14 sind Abstandhalter 18 zum Wahren eines vorbestimmten Abstands zwischen diesen angeordnet. Die Abstandhalter 18 können durch eine Glaseinbau-Dichtmasse an der Kathode 12 und der Anode 14 befestigt werden. Der durch die Kathode 12, die Anode 14 und die Abstandhalter 18 ausgebildete Innenraum muss in einem Vakuumzustand gehalten werden, um eine kontinuierliche fehlerfreie Emission von Elektronen sicherzustellen.
Die herkömmliche FED-Vorrichtung 10 kann die folgenden Nachteile aufweisen. Die Eigenschaft der Feldemission der FED-Vorrichtung 10 reagiert hochempfindlich auf den Abstand zwischen der Kathode 12 und der Anode 14. Der Abstand muss mit einer Toleranz in der Mikrometer-Größenordnung (μm) präzis geregelt werden, was eine größere Auslegung der FED-Vorrichtung 10 verhindert und eine gleichmäßige Lumineszenz von der FED-Vorrichtung 10 schwierig macht. Ferner kann die Anode 14 als Element in dem Strahlengang von der Phosphorschicht 16 bereitgestelltes Licht abschwächen oder sogar blockieren. Um ein solches Risiko zu vermeiden, verwendet die Anode 14 häufig ein transparentes Material, beispielsweise Indiumzinnoxid („ITO” vom Englischen Indium Tin Oxide). Das transparente Material ist für gewöhnlich im Verhältnis zu den Gesamtkosten der FED-Vorrichtung 10 teuer. Die oben erwähnten Nachteile, einschließlich der verhältnismäßig kleinen Toleranz bei der Abstandsregelung und der Kostenunwirtschaftlichkeit bei Verwendung einer transparenten Anode, machen es schwierig, die FED-Vorrichtung 10 auf den Markt zu bringen.
US 6 445 122 B1 bezieht sich auf eine Anordnung mit einer Kathode, einer Anode sowie einer Phosphorschicht, die auf der Anode beschichtet wird. Elektrisches Feld ist zwischen der Kathode und Anode gebildet, so dass die Elektronen in einer Richtung im Wesentlich parallel zur Normalenrichtung des Substrats übertragen werden.
US 4 827 177 offenbart eine Feldemissionsvorrichtung mit zwei Elektroden, wobei Elektronen sich von der Emissionsspitze der einer der Elektroden zu der anderen Elektrode bewegen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Feldemissionsanzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Feldemissionsanzeigevorrichtung gerichtet, die ein oder mehrere Problemen beheben, die sich aus den Beschränkungen und Nachteilen des Stands der Technik ergeben.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführung wird eine Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, die ein Substrat, eine über dem Substrat ausgebildete erste leitende Schicht, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt ist, eine über dem Substrat ausgebildete zweite leitende Schicht, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt ist, auf der ersten leitenden Schicht und auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildete Emitter zum Übertragen von Elektronen und eine über dem Substrat ausgebildete Phosphorschicht, die zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist, umfasst, wobei die Elektronen sowohl von der ersten leitenden Schicht durch die Phosphorschicht zu der zweiten leitenden Schicht als auch in umgekehrter Richtung in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung übertragen werden können.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, die ein Substrat, eine über dem Substrat ausgebildete erste Elektrode, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt ist, eine über dem Substrat ausgebildete zweite Elektrode, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt ist, der ersten Elektrode entsprechende erste Emitter zum Emittieren von Elektronen in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung und der zweiten Elektrode entsprechende Emitter zum Empfangen von von den ersten Emittern emittierten Elektronen und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete Phosphorschicht, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
Ferner wird eine Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, die eine auf einer Oberfläche ausgebildete erste Elektrode, eine auf im Wesentlichen der gleichen Oberfläche ausgebildete zweite Elektrode, die von der ersten Elektrode beabstandet ist, und auf der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Emitter zum Übertragen von Elektronen in eine zur Normalenrichtung der Oberfläche im Wesentlichen orthogonale Richtung umfasst.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, die ein Substrat, mehrere über dem Substrat ausgebildete erste Elektroden, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt sind, mehrere über dem Substrat ausgebildete zweite Elektroden, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt sind, mehrere über dem Substrat ausgebildete Phosphorschichten, wobei jede der mehreren Phosphorschichten zwischen einer der mehreren ersten Elektroden und einer der mehreren zweiten Elektroden angeordnet ist, und an jeder der mehreren ersten Elektroden und an jeder der mehreren zweiten Elektroden ausgebildete Emitter zum Übertragen von Elektronen durch die mehreren Phosphorschichten umfaßt, wobei jeweils die beiden Elektroden und die Phosphorschicht auf derselben Ebene nebeneinander ausgebildet sind und die Elektronen auf dem Weg von der ersten Elektronen zur zweiten Elektrode die Phosphorschicht parallel zur Ebene durchqueren.
Des Weiteren noch wird erfindungsgemäß eine Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, die ein Substrat, eine über dem Substrat ausgebildete erste Einrichtung für Rotlichtemission, die eine erste Kathode, eine erste Anode und eine zwischen der ersten Kathode und der ersten Anode angeordnete erste Phosphorschicht aufweist, eine über dem Substrat ausgebildete zweite Einrichtung für Grünlichtemission, die eine zweite Kathode, eine zweite Anode und eine zwischen der zweiten Kathode und der zweiten Anode angeordnete zweite Phosphorschicht aufweist, eine über dem Substrat ausgebildete dritte Einrichtung für Blaulichtemission, die eine dritte Kathode, eine dritte Anode und eine zwischen der dritten Kathode und der dritten Anode angeordnete dritte Phosphorschicht aufweist, sowie an jeder der ersten, zweiten und dritten Kathode und an jeder der ersten, zweiten und dritten Anode ausgebildete Emitter zum Übertragen von Elektronen durch die erste, zweite und dritte Phosphorschicht umfaßt, wobei jeweils Kathode, Phosphorschicht und Anode auf derselben Ebene nebeneinander angeordnet sind und die Phosphorschicht von den Elektronen auf ihrem Weg von der Kathode zur Anode in einer Richtung parallel zur Ebene durchquert wird.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, welches umfasst: das Vorsehen eines Substrats, das Vorsehen einer ersten leitenden Schicht über dem Substrat, das Vorsehen einer zweiten leitenden Schicht über dem Substrat, das Vorsehen von Emittern auf der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht, das Vorsehen einer Phosphorschicht über dem Substrat zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht, das Vorspannen der ersten leitenden Schicht bei einem ersten Spannungswert, das Vorspannen der zweiten leitenden Schicht bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert und das Emittieren von Elektronen, wobei die Elektronen sowohl von der ersten leitenden Schicht durch die Phosphorschicht zu der zweiten leitenden Schicht als auch in ungekehrter Richtung in einer zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonalen Richtung übertragen werden können.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, welches umfasst: das Vorsehen eines Substrats, das Vorsehen einer ersten Elektrode über dem Substrat, das Vorspannen der ersten Elektrode bei einem ersten Spannungswert, das Vorsehen einer zweiten Elektrode über dem Substrat, das Vorspannen der zweiten Elektrode bei einem zweiten Spannungswert, der größer als der erste Spannungswert ist, das Vorsehen von der ersten Elektrode entsprechenden ersten Emittern, das Vorsehen von der zweiten Elektrode entsprechenden zweiten Emittern, das Vorsehen einer Phosphorschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, und das Emittieren von Elektronen von den ersten Emittern zu den zweiten Emittern in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung an die Hand gegeben, welches umfasst: das Vorsehen einer ersten Elektrode auf einer Oberfläche, das Vorsehen einer zweiten Elektrode auf der im Wesentlichen gleichen Oberfläche, die von der ersten Elektrode beabstandet ist, das Vorsehen von Emittern an der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, das Vorsehen einer Phosphorschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und das Übertragen von Elektronen in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehende Kurzdarstellung sowie die folgende eingehende Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen gehen bei Lesen unter Einbeziehung der beigefügten Zeichnungen besser hervor. Für die Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung werden in den Zeichnungen Ausführungen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden. Es versteht sich aber, dass die Erfindung nicht auf die exakten Anordnungen und Hilfsmittel, wie sie dargestellt werden, beschränkt ist. Die Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Feldemissionsanzeigevorrichtung („FED”);
2A ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer erfindungsgemäßen Ausführung;
2B ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
3 ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
4A ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
4B ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
5A ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
5B ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
5C ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
5D ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
6 ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung;
7 ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung; und
8 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben einer FED-Vorrichtung nach einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2A ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 20 nach einer erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 2A umfasst die FED-Vorrichtung 20 ein Substrat 22, eine erste leitende Schicht 23, eine zweite leitende Schicht 25, eine Phosphorschicht 24 und Emitter 26 und 27. Das Substrat 22 umfasst ein Material gewählt aus einem von Glas, Polymer, Teflon oder Keramik, das für das Vorsehen elektrischer Isolierung geeignet ist, ist aber nicht hierauf beschränkt. Alternativ umfasst das Substrat 22 eine Siliciumbasis, auf der eine Siliciumoxidschicht wie SiO₂ oder eine Siliciumnitridschicht wie Si₃N₄ ausgebildet ist. Die auf dem Substrat 22 ausgebildete erste leitende Schicht 23 ist bei einem ersten Spannungswert vorgespannt. Die auf dem Substrat 22 ausgebildete zweite leitende Schicht 25 ist bei einem zweiten Spannungswert vorgespannt, der größer als der erste Spannungswert ist. Die erste leitende Schicht 23 und die zweite leitende Schicht 25 können durch ein Abscheidungsverfahren mit Hilfe einer Elektronenstrahlkanone (E-Gun) oder ein Sputterverfahren ausgebildet werden. Die erste leitende Schicht 23 und die zweite leitende Schicht 25 fungieren als Kathode bzw. Anode der FED-Vorrichtung 20. Die Größenordnung des ersten Spannungswerts und des zweiten Spannungswerts hängt von der Entfernung zwischen der ersten leitenden Schicht 23 und der zweiten leitenden Schicht 25, dem Material der Emitter 26 und 27 und der Arbeitsspannung von Phosphor 24 ab. In einer erfindungsgemäßen Ausführung hat ein zwischen der ersten leitenden Schicht 23 und der zweiten leitenden Schicht 25 ausgebildetes elektrisches Feld etwa 5 V/μm. Geeignete Materialien für die erste leitende Schicht 23 und die zweite leitende Schicht 25 umfassen Fe, Co und Ni mit einer Dicke von etwa 10 Nanometer (nm), sind aber nicht hierauf beschränkt.
Die Emitter 26 und 27 werden zum Beispiel durch chemische Gasphasenabscheidung („CVD”, vom Englischen Chemical Vapour Deposition), durch plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung („PECVD”, vom Englischen Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition), durch thermische Gasphasenabscheidung oder durch andere geeignete chemisch-physikalische Abscheidungsverfahren wie reaktives Sputtern, Ionenstrahlsputtern und Doppelionenstrahlsputtern jeweils auf der ersten leitenden Schicht 23 und der zweiten leitenden Schicht 25 ausgebildet. Die Emitter 26 und 27 umfassen ein Material, das aus einem von Kohlenstoffnanomaterial, Metalloxid oder Metall gewählt wird, sind aber nicht hierauf beschränkt. In einer Ausführung umfassen die Emitter 26 und 27 eines von Kohlenstoffnanoröhre, Kohlenstoffnanoplatte, Kohlenstoffnanowand, Diamantschicht, diamantähnliche Kohlenstoffschicht, GaN, GaB, Si, Metallschicht wie W und Mo, ZnO-Nanostab oder Spindelanordnung. Die Höhe der Emitter 26 und 27 beträgt etwa 1 bis 3 μm (Mikrometer).
Die Emitter 26 und 27 dienen zum Emittieren von Elektronen. Im Einzelnen werden die emittierten Elektronen in einem (mit einem durchgehenden Pfeil dargestellten) elektrischen Feld von der ersten leitenden Schicht 23 durch die Phosphorschicht 24 zur zweiten leitenden Schicht 25 beschleunigt. In einer erfindungsgemäßen Ausführung betragen die Spannungswerte der ersten leitenden Schicht 23 und der zweiten Metallschicht 25 etwa 0 Volt bzw. 300 bis 1.000 Volt. Wenn die emittierten Elektronen auf Phosphorpartikel stoßen, erzeugt die Phosphorschicht 24 (in breiten Pfeilen dargestellte) Lumineszenz, einschließlich farbiger Lumineszenz wie Emission von rotem (R), grünem (G) und blauem (B) Licht. Die Phosphorschicht 24 kann durch ein Rotationsbeschichtungsverfahren, Tauchbeschichtung oder Sputterabscheidung gebildet werden und hat eine Dicke in der Größenordnung von mehreren Mikrometern.
2B ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 20-1 nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 2B weist die FED-Vorrichtung 20-1 mit Ausnahme der Emitter 26-1 und 27-1 einen ähnlichen Aufbau zu der in 2A gezeigten FED 20 auf. Jeder der Emitter 26-1 weist einen Spitzenteil 260 auf, der in eine Richtung zur Erleichterung der Übertragung der emittierten Elektronen weist. Im Einzelnen weisen die Spitzenteile 260 im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie das elektrische Feld, um die Emission von Elektronen zu erleichtern. Jeder der Emitter 27-1 weist andererseits einen Spitzenteil 270 auf, der in eine Richtung zur Erleichterung der Übertragung der emittierten Elektronen weist. Im Einzelnen weisen die Spitzenteile 270 im Wesentlichen in die zum elektrischen Feld entgegengesetzte Richtung, um den Empfang von emittierten Elektronen zu erleichtern.
3 ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 30 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 3 weist die FED-Vorrichtung 30 mit Ausnahme der Phosphorschicht 34 einen ähnlichen Aufbau zu der in 2A gezeigten FED 20 auf. Im Gegensatz zur Phosphorschicht 24, die zwischen der ersten leitenden Schicht 23 und der zweiten leitenden Schicht 25 angeordnet ist, bedeckt die Phosphorschicht 34 die erste leitende Schicht 23 und die zweite leitende Schicht 25 der FED-Vorrichtung 30.
4A ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 40 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 4A weist die FED-Vorrichtung 40 mit Ausnahme einer reflektierenden Schicht 42 und einer dielektrischen Schicht 43 einen ähnlichen Aufbau zu der in 2A gezeigten FED 20 auf. Die reflektierende Schicht 42 mit einer Dicke in der Größenordnung von einem Mikrometer wird auf dem Substrat 20 zum Beispiel durch einen Vorgang physikalischer Dampfphasenabscheidung („PVD”, vom Englischen Physical Vapor Deposition) ausgebildet. Ein geeignetes Material für die reflektierende Schicht 42 umfasst Al oder Ag, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die dielektrische Schicht 43 mit einer Dicke in der Größenordnung von mehreren Mikrometern wird auf der reflektierenden Schicht 42 zum Beispiel durch einen thermischen Prozess ausgebildet. Ein geeignetes Material für die dielektrische Schicht 43 umfasst eines von Siliciumoxid wie zum Beispiel SiO₂ oder Siliciumnitrid wie zum Beispiel Si₃N₄, ist aber nicht hierauf beschränkt.
4B ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 40-1 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 4B weist die FED-Vorrichtung 40-1 mit Ausnahme der dielektrischen Schicht 43-1 einen ähnlichen Aufbau zu der in 4A gezeigten FED 40 auf. Im Gegensatz zur dielektrischen Schicht 43, die eine auf der reflektierenden Schicht 42 ausgebildete durchgehende Schicht ist, ist die dielektrische Schicht 43-1 in dem Bereich, in dem sich die Phosphorschicht 24 befindet, nicht durchgehend. Dadurch ist die Phosphorschicht 24 auf der reflektierenden Schicht 42 angeordnet.
5A ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 50 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 5A weist die FED-Vorrichtung 50 mit Ausnahme einer dritten leitenden Schicht 56 einen ähnlichen Aufbau zu der in 2A gezeigten FED 20 auf. Die dritte leitende Schicht 56 mit einer Dicke in der Größenordnung von einem Mikrometer ist auf dem Substrat 20 zum Beispiel durch einen PVD-Prozess ausgebildet. Geeignetes Material für die dritte leitende Schicht 56 umfasst eines von Al oder Ag, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Phosphorschicht 24 ist auf der dritten leitenden Schicht 56 ausgebildet, die zum Entladen von in der Phosphorschicht 24 gespeicherten Elektronen dient.
5B ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 50-1 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 5B weist die FED-Vorrichtung 50-1 mit Ausnahme einer reflektierenden Schicht 52 und einer dielektrischen Schicht 53 einen ähnlichen Aufbau zu der in 5A gezeigten FED 50 auf. Die reflektierende Schicht 52, die der in 4A gezeigten reflektierenden Schicht 42 von Material und Maßparametern her ähnelt, dient zum Verstärken der von FED 50-1 erzeugten Lumineszenz. Die dielektrische Schicht 53, die der in 4A gezeigten dielektrischen Schicht 43 von Material und Maßparametern her ähnelt, dient zum Vorsehen einer elektrischen Isolierung zwischen der reflektierenden Schicht 52 und den leitenden Schichten 23 und 25 der FED-Vorrichtung 50-1.
5C ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 50-2 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 5C weist die FED-Vorrichtung 50-2 ein Metallsubstrat 51, eine dielektrische Schicht 54, eine erste leitende Schicht 55, eine erste Emitterschicht 58, eine zweite leitende Schicht 57 und eine zweite Emitterschicht 59 auf. Das Metallsubstrat 51 dient als reflektierende Schicht für das Reflektieren von Licht, das von der Phosphorschicht 24 emittiert wird. Die dielektrische Schicht 54 sieht die erforderliche elektrische Isolierung zwischen dem Metallsubstrat 51 und der ersten leitenden Schicht 55 und der zweiten leitenden Schicht 57 vor. Die erste leitende Schicht 55 weist eine schräge Seitenwand 55-1 auf, die der Phosphorschicht 24 zugewandt ist. Analog umfasst die zweite leitende Schicht 57 eine schräge Seitenwand 57-1, die der Phosphorschicht 24 zugewandt ist. Ein Winkel θ zwischen der schrägen Seitenwand 55-1 bzw. 57-1 und einer (nicht bezeichneten) oberen Fläche der dielektrischen Schicht 54 beträgt etwa 60°. Die schrägen Seitenwände 55-1 und 57-1 tragen dazu bei, das Risiko einer nicht durchgehenden ersten Emitterschicht 58 oder zweiten Emitterschicht 59 zu verringern, wozu es andernfalls bei leitenden Schichten mit nur vertikalen Seitenwänden kommen kann.
5D ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 50-3 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 5D weist die FED-Vorrichtung 50-3 mit Ausnahme einer dielektrischen Schicht 54-1, die sich nicht durchgehend auf dem Metallsubstrat 51 erstreckt, einen ähnlichen Aufbau zu der in 5C gezeigten FED 50-2 auf. Die Phosphorschicht 24 ist auf dem Metallsubstrat 51 angeordnet, das als Grundlage für die Phosphorschicht 24 dient.
6 ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 60 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 6 weist die FED-Vorrichtung 60 ein Substrat 62, mehrere erste Elektroden 63, mehrere zweite Elektroden 65 und mehrere Phosphorschichten 64 auf. Jede der über dem Substrat 62 ausgebildeten mehreren ersten Elektroden 63 mit einem ähnlichen Aufbau wie die vorstehend beschriebene erste leitende Schicht 23 dient als Kathode. Jede der über dem Substrat 62 ausgebildeten mehreren zweiten Elektroden 65 mit einem ähnlichen Aufbau wie die vorstehend beschriebene zweite leitende Schicht 25 dient als Anode. Jede der über dem Substrat 62 ausgebildeten mehreren Phosphorschichten 64 ist zwischen einer der mehreren ersten Elektroden 63 und einer der mehreren zweiten Elektroden 65 angeordnet. Die FED-Vorrichtung 60 dient als Lichtquelle statt als Anzeigevorrichtung.
7 ist ein schematisches Diagramm einer FED-Vorrichtung 70 nach einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung. Bezug nehmend auf 7 weist die FED-Vorrichtung 70, die als Lichtquelle oder Pixel dienen kann, ein Substrat 72, erste Elektroden 73-1, 73-2 und 73-3, zweite Elektroden 75-1, 75-2 und 75-3 sowie Phosphorschichten 74-R, 74-G und 74-B auf. Die für Rotlichtemission vorgesehene Phosphorschicht 74-R ist zwischen der ersten Elektrode 73-1 und der zweiten Elektrode 75-1 angeordnet, die zusammen ein erstes Subpixel der FED-Vorrichtung 70 bilden. Ferner ist die für Grünlichtemission vorgesehene Phosphorschicht 74-G zwischen der ersten Elektrode 73-2 und der zweiten Elektrode 75-2 angeordnet, die zusammen ein zweites Subpixel der FED-Vorrichtung 70 bilden. Weiterhin ist die für Blaulichtemission vorgesehene Phosphorschicht 74-B zwischen der ersten Elektrode 73-3 und der zweiten Elektrode 75-3 angeordnet, die zusammen ein drittes Subpixel der FED-Vorrichtung 70 bilden.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben einer FED-Vorrichtung nach einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt. Bezug nehmend auf 8 wird bei Schritt 81 ein Substrat vorgesehen. Als Nächstes werden bei Schritt 82 eine über dem Substrat ausgebildete erste leitende Schicht und eine über dem Substrat ausgebildete zweite leitende Schichte vorgesehen. Die erste leitende Schicht ist von der zweiten leitenden Schicht beabstandet. Bei Schritt 83 werden Emitter an der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht vorgesehen. Als Nächstes wird bei Schritt 84 eine über dem Substrat ausgebildete und zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnete Phosphorschicht vorgesehen. Der Fachmann auf dem Gebiet wird nachvollziehen, dass nach dem Zusammenbau die Phosphorschicht, die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht und die Emitter bei einem Unterdruck von zum Beispiel etwa 1.33 × 10^–4 Pa gehalten werden, um eine kontinuierliche fehlerfreie Emission von Elektronen sicherzustellen. Bei Schritt 85 wird die erste leitende Schicht bei einem ersten Spannungswert vorgespannt und die zweite leitende Schicht wird bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt. Bei Schritt 86 werden Elektronen von einem von erster leitender Schicht oder zweiter leitender Schicht durch die Phosphorschicht zum anderen von erster leitender Schicht oder zweiter leitenden Schicht in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung emittiert.
Bei der Beschreibung der stellvertretenden erfindungsgemäßen Ausführungen hat die Beschreibung das Verfahren und/oder den Prozess der vorliegenden Erfindung unter Umständen als bestimmte Schrittfolge dargestellt. Insofern das Verfahren bzw. der Prozess nicht von der hierin dargelegten bestimmten Reihenfolge von Schritten abhängig ist, sollte das Verfahren bzw. der Prozess aber nicht auf die beschriebene bestimmte Schrittfolge beschränkt sein. Wie der Durchschnittsfachmann weiß, können andere Schrittfolgen möglich sein. Daher sollte die in der Beschreibung dargelegte bestimmte Reihenfolge der Schritte nicht als Einschränkung der Ansprüche ausgelegt werden. Ferner sollten die auf das Verfahren und/oder den Prozess der vorliegenden Erfindung gerichteten Ansprüche nicht auf die Ausführung ihrer Schritte in der festgehaltenen Reihenfolge beschränkt werden, und ein Fachmann auf dem Gebiet kann mühelos erkennen, dass die Abfolge verändert werden und dennoch innerhalb des Wesens und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung bleiben kann.

Claims

Feldemissionsvorrichtung mit: einem Substrat; einer über dem Substrat ausgebildeten ersten leitenden Schicht, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt ist; einer über dem Substrat ausgebildeten zweiten leitenden Schicht, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt ist; an der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht ausgebildeten Emittern zum Übertragen von Elektronen; und einer über dem Substrat ausgebildeten Phosphorschicht, die zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist, wobei die Elektronen sowohl von der ersten leitenden Schicht durch die Phosphorschicht zu der zweiten leitenden Schicht als auch in umgekehrter Richtung in einer zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonalen Richtung übertragen werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine auf dem Substrat ausgebildete reflektierende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, welche weiterhin eine auf der reflektierenden Schicht ausgebildete dielektrische Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitende Schicht und die zweite leitende Schicht auf der dielektrischen Schicht angeordnet sind und die Phosphorschicht auf der reflektierenden Schicht angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht und die Phosphorschicht auf der dielektrischen Schicht angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter Spitzen aufweisen und die Spitzen der auf mindestens einer von erster leitender Schicht und zweiter leitender Schicht ausgebildeten Emitter in eine Richtung weisen, um die Übertragung der Elektronen durch die Phosphorschicht zu erleichtern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche weiterhin eine zwischen dem Substrat und der Phosphorschicht ausgebildete dritte leitende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7 bei Abhängigkeit von Anspruch 3, welche weiterhin eine zwischen der dielektrischen Schicht und der Phosphorschicht ausgebildete dritte leitende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter aus einer Kohlenstoffnanoröhre, Kohlenstoffnanoplatte, Kohlenstoffnanowand, Diamantschicht, diamantähnliche Kohlenstoffschicht, GaN, GaB, W-Schicht, Mo-Schicht, Si oder ZnO bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auch aus Glas, Polymer, Teflon, Keramik, aus einer Siliciumoxidschicht versehene Siliciumschicht oder aus einer mit einer Siliciumnitridschicht versehene Siliciumschicht besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Metallsubstrat umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von erster leitender Schicht und zweiter leitender Schicht eine der Phosphorschicht zugewandte schräge Seitenwand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorschicht auf dem Metallsubstrat angeordnet ist.
Feldemissionsvorrichtung mit: einem Substrat; einer über dem Substrat ausgebildeten ersten leitenden Schicht, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt ist; einer über dem Substrat ausgebildeten zweiten leitenden Schicht, die bei einem zweiten Spannungswert vorgespannt ist, der größer als der erste Spannungswert ist; der ersten Elektrode entsprechenden ersten Emittern zum Emittieren von Elektronen in eine zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonale Richtung, der zweiten Elektrode entsprechenden zweiten Emittern zum Empfangen von von den ersten Emittern emittierten Elektronen, und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete Phosphorschicht, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 14, welche weiterhin eine die erste Elektrode und die zweite Elektrode bedeckende Phosphorschicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, welche weiterhin eine auf dem Substrat ausgebildete reflektierende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, welche weiterhin eine auf der reflektierenden Schicht ausgebildete dielektrische Schicht umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, welche weiterhin eine zwischen dem Substrat und der Phosphorschicht ausgebildete dritte leitende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, welche weiterhin eine über dem Substrat ausgebildete Phosphorschicht und eine zwischen der dielektrischen Schicht und der Phosphorschicht ausgebildete dritte leitende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, welche weiterhin eine auf der dielektrischen Schicht ausgebildete Phosphorschicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, 18, 19 oder 20, welche weiterhin eine auf der reflektierenden Schicht ausgebildete Phosphorschicht umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Emitter hin zur Phosphorschicht weisende Spitzen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Emitter hin zur Phosphorschicht weisende Spitzen aufweisen.
Feldemissionsvorrichtung mit: einem Substrat; mehreren über dem Substrat ausgebildeten ersten Elektroden, die bei einem ersten Spannungswert vorgespannt sind; mehreren über dem Substrat ausgebildeten zweiten Elektroden, die bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert vorgespannt sind; mehreren über dem Substrat ausgebildeten Phosphorschichten, wobei jede der mehreren Phosphorschichten zwischen einer der mehreren ersten Elektroden und einer der mehreren zweiten Elektroden angeordnet ist; und an jeder der mehreren ersten Elektroden und an jeder der mehreren zweiten Elektroden ausgebildeten Emittern zum Übertragen von Elektronen durch die mehreren Phosphorschichten, wobei jeweils die beiden Elektroden und die Phosphorschicht auf derselben Ebene nebeneinander ausgebildet sind und die Elektronen auf dem Weg von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode die Phosphorschicht parallel zur Ebene durchqueren.
Vorrichtung nach Anspruch 24, welche weiterhin eine auf dem Substrat ausgebildete reflektierende Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 25, welche weiterhin eine auf der reflektierenden Schicht ausgebildete dielektrische Schicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 24, 25 oder 26, welche weiterhin eine zwischen jeder der mehreren Phosphorschichten und dem Substrat angeordnete Metallschicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, welche weiterhin eine zwischen jeder der mehreren Phosphorschichten und der dielektrischen Schicht angeordnete Metallschicht umfasst.
Feldemissionsvorrichtung mit: einem Substrat; einer über dem Substrat ausgebildeten ersten Einrichtung für Rotlichtemission, die eine erste Kathode, eine erste Anode und eine zwischen der ersten Kathode und der ersten Anode angeordnete erste Phosphorschicht aufweist; einer über dem Substrat ausgebildeten zweiten Einrichtung für Grünlichtemission, die eine zweite Kathode, eine zweite Anode und eine zwischen der zweiten Kathode und der zweiten Anode angeordnete zweite Phosphorschicht aufweist; einer über dem Substrat ausgebildeten dritten Einrichtung für Blaulichtemission, die eine dritte Kathode, eine dritte Anode und eine zwischen der dritten Kathode und der dritten Anode angeordnete dritte Phosphorschicht aufweist; und an jeder der ersten, zweiten und dritten Kathode und an jeder der ersten, zweiten und dritten Anode ausgebildeten Emittern zum Übertragen von Elektronen durch die erste, zweite und dritte Phosphorschicht, wobei jeweils Kathode, Phosphorschicht und Anode auf derselben Ebene nebeneinander angeordnet sind und die Phosphorschicht von den Elektronen auf ihrem Weg von der Kathode zur Anode in einer Richtung parallel zur Ebene durchquert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung, die zweite Einrichtung und die dritte Einrichtung in einer Anordnung ausgebildet sind.
Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung, welches umfasst: Vorsehen eines Substrats; Vorsehen einer ersten leitenden Schicht über dem Substrat; Vorsehen einer zweiten leitenden Schicht über dem Substrat; Vorsehen von Emittern an der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht, Vorsehen einer Phosphorschicht über dem Substrat zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht; Vorspannen der ersten leitenden Schicht bei einem ersten Spannungswert; Vorspannen der zweiten leitenden Schicht bei einem sich von dem ersten Spannungswert unterscheidenden zweiten Spannungswert; und Emittieren von Elektronen, wobei die Elektronen sowohl von der ersten leitenden Schicht durch die Phosphorschicht zu der zweiten leitenden Schicht als auch in umgekehrter Richtung in einer zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonalen Richtung übertragen werden können.
Verfahren nach Anspruch 31, welches weiterhin das Reflektieren von von der Phosphorschicht bereitgestelltem Licht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, welches weiterhin das Richten von Spitzen der Emitter in eine Richtung zur Erleichterung der Übertragung der Elektronen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, 32 oder 33, welches weiterhin das Entladen von in der Phosphorschicht gespeicherten Elektronen umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung, welches umfasst: Vorsehen eines Substrats; Vorsehen einer ersten Elektrode über dem Substrat; Vorspannen der ersten Elektrode bei einem ersten Spannungswert; Vorsehen einer zweiten Elektrode über dem Substrat; Vorspannen der zweiten Elektrode bei einem zweiten Spannungswert, der größer als der erste Spannungswert ist; Vorsehen von der ersten Elektrode entsprechenden ersten Emittern, Vorsehen von der zweiten Elektrode entsprechenden zweiten Emittern; Vorsehen einer Phosphorschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, und Emittieren von Elektronen von den ersten Emittern zu den zweiten Emittern in einer zur Normalenrichtung des Substrats im Wesentlichen orthogonalen Richtung, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
Verfahren nach Anspruch 35, welches weiterhin das Vorsehen einer die erste Elektrode und die zweite Elektrode bedeckenden Phosphorschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, welches weiterhin das Richten der ersten Emitter hin zu der Phosphorschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 35, 36 oder 37, welches weiterhin das Richten der zweiten Emitter hin zu der Phosphorschicht umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Feldemissionsvorrichtung, welches umfasst: Vorsehen einer ersten Elektrode auf einer Oberfläche; Vorsehen einer zweiten Elektrode auf im Wesentlichen der gleichen Oberfläche, wobei sie von der ersten Elektrode beabstandet ist; Vorsehen von Emittern an der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode; Vorsehen einer Phosphorschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, und Übertragen von Elektronen in eine zur Normalenrichtung der Oberfläche im Wesentlichen orthogonale Richtung, wobei die Elektronen sowohl von der ersten Elektrode durch die Phosphorschicht zu der zweiten Elektrode als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden können.
Verfahren nach Anspruch 39, welches weiterhin das Reflektieren von von der Phosphorschicht bereitgestelltem Licht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, welches weiterhin das Entladen von in der Phosphorschicht gespeicherten Elektronen umfasst.