DE4132151C2 - Bildanzeigegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildanzeigegerät zur An­ zeige eines projizierten Bildes, einer Grafik oder ähnlichem, insbesondere auf ein Bildanzeigegerät, bei dem eine Elektro­ nenquelle zur Feldemission benutzt wird. Ein Bildanzeigegerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP 0 354 750 bekannt.

Ein herkömmliches Bildanzeigegerät, das ein Feldemissionsele­ ment benutzt, ist im allgemeinen aufgebaut, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Das her­ kömmliche Bildanzeigegerät enthält ein isolierendes Glassub­ strat 101, welches als ein erstes Substrat dient, auf dem eine Vielzahl von streifenförmigen Anoden 102 angeordnet sind, die sich ununterbrochen in die X-Richtung erstrecken. Die Anoden 102 sind derart angeordnet, daß sie sich zueinan­ der parallel in bestimmten Intervallen in der Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung befinden.

Weiterhin enthält das Bildanzeigegerät eine isolierende Schicht 103, die auf dem Substrat 101 abgeschieden wird, um so­ mit die Anoden 102 zu überdecken. Die isolierende Schicht 103 kann aus einem geeigneten Material, wie SiO₂, SiN, einer Mi­ schung von SiO₂ und Al₂O₃ oder ähnlichem hergestellt werden. Die isolierende Schicht ist in Bereichen ausgebildet, die den Anoden 102 mit Durchgangsöffnungen 104 entsprechen, welche voneinander in bestimmten Abständen oder Intervallen getrennt sind. An diesen Durchgangsöffnungen 104 befinden sich Leucht­ stoffschichten 105 in einer punktförmigen Anordnung. Diese Leuchtstoffschichten 105 sind elektrisch über ihre entspre­ chenden Durchgangsöffnungen 104 mit den Anoden 102 verbunden, woraus sich die Ausbildung von Punkten ergibt, die eine An­ zeigeebene darstellen.

Feldemitter 106 sind auf dem isolierenden Substrat 103 an die entsprechenden Phosphorschichten 105 angrenzend angeordnet. Jeder der Feldemitter 106 enthält einen Kammabschnitt 107, welcher durch Ätzung kammförmig ausgebildet ist. Eine Viel­ zahl von Feldemittern sind miteinander in jeder Reihe in der Y-Richtung verbunden, so daß eine Vielzahl von Feldemitter-An­ ordnungen 108 ausgebildet werden. Die derart ausgebildeten mehrfachen Feldemitter-Anordnungen 108 werden zueinander par­ allel in bestimmten Intervallen in der X-Richtung angeordnet, woraus sich eine als Einheit ausgebildete Feldemitter-Gruppe 109 ergibt. Eine Gateelektrode 110 ist auf der isolierenden Schicht 103 zwischen jedem der Feldemitter 106 und jedem der Leuchtstoffe 105 angeordnet. Die Gateelektroden 110 sind miteinander in jeder Reihe in der Y-Richtung verbunden, so daß eine Vielzahl von Gateelektroden-Anordnungen definiert werden, die zueinander in der X-Richtung parallel sind.

Ein deckelförmiges Gehäuse 113 wird auf dem Glassubstrat 101 aufgesetzt und abgedichtet. Das Gehäuse besitzt Seitenplatten 111 und einen rückseitigen Deckel oder Platte 112 und wirkt mit dem Substrat 101 derart zusammen, daß es eine luftdichte Kammer 114 mit einer kastenähnlichen Form bildet, die dann zu einem Hochvakuum abgepumpt wird. Auf der gesamten Innenober­ fläche des rückseitigen Deckels 112 ist eine Rückelektrode 115 abgeschieden, an die ein positives Potential angelegt wird, um einen Elektronenstrom abzulenken, der von den Feldemittern 106 hin zu der rückseitigen Platte 112 emittiert wird.

Wie aus dem vorangegangenen hervorgeht, ist das herkömmliche Bildanzeigegerät, das das feldemittierende Element benutzt, derart aufgebaut, daß die Gateelektroden 110 und die Leucht­ stoffschichten 105 auf der gleichen Fläche ausgebildet sind. Leider ergibt ein derartiger Aufbau, daß der Abstand oder das Intervall zwischen den entsprechenden Elektroden in Abhängig­ keit von der Genauigkeit des lithographischen Verfahrens bei der Durchführung eines Ätzvorganges bestimmt wird, so daß es für das Bildanzeigegerät sehr schwierig ist, eine Anzeige ho­ her Dichte bereitzustellen.

Aus EP 0 364 964 ist eine Feldemissionskathode bekannt, die längliche, parallele Streifen aus Kathodenmaterial auf einem ersten Substrat vorsieht, das durch ein zweites Substrat abgedeckt wird. Der sich ergebende Block aus den zwei Substraten mit dem Kathodenmaterial dazwischen wird in eine Anzahl kleinerer Blöcke geschnitten, so daß an mindestens einer Seite jedes Blocks ein Bereich des Kathodenmaterials freiliegt. Dieser freiliegende Bereich wird in Spitzen geformt, um Kathoden mit einer extrem dünnen Spitze zu bilden.

US 4,857,161 und DE 32 43 596 offenbaren Bildanzeigevorrichtungen mit Kathoden des Nadeltyps, wobei die nadelförmigen Kathoden in löcherförmige Aussparungen von darüberliegenden ebenen Gate-Elektroden reichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bildanzei­ gegerät bereitzustellen, bei dem das Intervall zwischen dem Emitter und dem Gate in Abständen im Submikronbereich genau gesteuert werden kann und bei dem die zur Elektronenemission an den Emittern erforderliche elektrische Feldstärke verringert ist, so daß das Bildanzeigegerät bei einer entscheidend verringerten Treiberspannung betrieben werden kann. Ferner soll eine verbesserte Haltbarkeit und eine gute Emissionsgleich­ förmigkeit verwirklicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bildanzeigegerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung in zerlegter Anordnung, die einen wesentlichen Teil eines ersten Ausführungs­ beispiels eines erfindungsgemäßen Bildanzeigege­ rätes zeigt;

Fig. 2, 3(a), 3(b), 4, 5(a), 5(b) und 6: aufeinanderfolgende schematische Schnittdarstel­ lungen, die die Schritte der Herstellung eines Abschnittes zur Elektronenemission in dem Bildan­ zeigegerät gemäß Fig. 1 zeigen;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines wesentlichen Teiles eines zweitens Ausführungsbeispiels eines erfin­ dungsgemäßen Bildanzeigegerätes;

Fig. 8 eine perspektivische Teildarstellung eines we­ sentlichen Teiles des Bildanzeigegerätes gemäß Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht eines wesentlichen Teils eines herkömmlichen Bildanzeigegerätes;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung des herkömmlichen Bildan­ zeigegerätes gemäß Fig. 9.

Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 6 bezug genommen, die ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar­ stellen. Ein Bildanzeigegerät 1 enthält ein erstes Substrat 2 und ein zweites Substrat 3, die zueinander parallel in einem bestimmten Abstand angeordnet sind. Seitenplatten (nicht ge­ zeigt) sind zwischen dem Außenrand des erstes Substrates 2 und dem des zweiten Substrates 3 angeordnet, woraus sich er­ gibt, daß eine kästenförmige Kammer gebildet wird, die dann zu einem Hochvakuum evakuiert wird.

Ein Abschnitt 4 zur Elektronenemission ist auf der inneren Oberfläche des ersten Substrates 2 ausgebildet. In dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel enthält der Abschnitt 4 zur Elektronenemission eine Vielzahl von Elektronenemissions-An­ ordnungen 7, von denen jedes eine Anzahl von Gates 5, die in jeder Reihe in einer X-Richtung angeordnet und miteinander verbunden sind, und eine Vielzahl von Emittern 6 umfaßt, die in jeder Reihe in der X-Richtung derart angeordnet sind, daß sie den Gates 5 entsprechen, und miteinander verbunden sind. Die Elektronenemissions-Anordnungen 7 sind zueinander paral­ lel in der Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung angeordnet. In jedem Satz der Gates 5 und Emitter 6 in jeder der Elektronen­ emissions-Anordnungen 7, deren Einzelheiten weiter unten be­ schrieben werden, ist das Gate 5 in einem im wesentlichen U-förmigen Muster und das erste Substrat 2 mit einer Vertiefung in dem Bereich seiner inneren Oberfläche ausgebildet, der von den jeweiligen U-förmigen Gates 5 umgeben wird. Jeder der Emitter 6, welcher den Satz in Zusammenwirkung mit jedem der Gates 5 ergibt, ist in einer rechteckigen Form mit kammförmigem Rand (Fig. 6) ausgebildet und in der Vertiefung angeordnet.

Das Bildanzeigegerät entsprechend dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel enthält weiterhin einen Leuchtanzeigeabschnitt 8 auf einem Bereich der inneren Oberfläche des zweiten Sub­ strates 3 gegenüber zu dem Abschnitt 4 zur Elektronenemission auf dem erstes Substrat 2. Der Abschnitt 8 zur Leuchtemission enthält eine Vielzahl von streifenförmigen Anoden 9, die neben­ einander in geeigneten Abständen in der X-Richtung angeordnet sind, wobei auf jeder ein Leuchtstoff 10 abgeschieden ist.

Der Aufbau und die Herstellung des Abschnittes 4 zur Elektro­ nenemission, der auf dem erstes Substrat 2 ausgebildet ist, wird im folgenden in seinen Einzelheiten unter Bezug auf die Fig. 2 bis 6 beschrieben, wobei jeweils nur ein Satz eines Gates 5 und eines Emitters 6 betrachtet wird.

Zunächst wird eine Schicht 11 aus Metall (wie Al, W oder ähn­ lichem) für die Gates auf dem isolierenden Substrat 2 abge­ schieden, welches aus SiO₂ oder ähnlichem hergestellt ist (Fig. 2).

Dann wird gemäß den Fig. 3(a) und 3(b) ein Resist 12 eines bestimmten Musters auf der Teilschicht 11 ausgebildet und ei­ nem Ätzprozeß mittels RIE-Techniken oder ähnlichem ausge­ setzt, um das U-förmige Gate 5 herzustellen.

Anschließend wird, wie in Fig. 4 gezeigt, der Bereich der oberen Oberfläche des Substrates 2, der nicht mit dem Gate 5 bedeckt ist, einer Naßätzung unterzogen, woraus sich die Aus­ bildung einer Vertiefung 13 ergibt.

Danach wird eine Emitterschicht 14 in der Vertiefung 13 aus­ gebildet (Fig. 5(a), 5(b)). Die Emitterschicht umfaßt eine Grundlage, die aus einem Metall, wie Mo, W, Al oder ähnlichem oder einem Metall, wie Ti, Al oder ähnlichem besteht, mit ei­ nem darauf abgeschiedenen Verbindungshalbleiter, der aus LaB₆ besteht.

Schließlich werden, wie in Fig. 6 dargestellt, unnötige Be­ reiche der Emitterschicht 14 entfernt, um den Emitter 6, der von dem U-förmigen Gate 5 umgeben wird, und auch eine Leitung 15 zu bilden, die mit dem Emitter 6 verbunden ist und von diesem abführt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel des Bildanzeigegerätes 1 beschrieben.

Zunächst erlaubt das Anlegen einer positiven Spannung an die gewünschten Gates 5, daß Elektronen von den Emittern 6 emit­ tiert werden, die von diesen Gates umgeben sind. Wenn dann zeitlich geeignet eine positive Spannung an die Anoden 9 an­ gelegt wird, die auf dem zweiten Substrat 3 gegenüber zu den Emittern 6 angeordnet sind, werden die von den Emittern 6 emittierten Elektroden veranlaßt, auf die Anoden 9 zu stoßen, so daß die Leuchtstoffe 10 zur Lichtabstrahlung angeregt wer­ den und sich die gewünschte Leuchtanzeige ausbildet. Der Raum oder Abstand zwischen jedem der Emitter 6 und jedem der Gates 5 auf dem erstes Substrat 2 ist in Abhängigkeit von der Dicke der Emitter 6 festgelegt. Die Dicke der Emitter 6, wel­ che in den Vertiefungen 13 ausgebildet sind, kann durch Ein­ stellung oder Veränderung der Zeitperiode gesteuert werden, während derer die Metallschicht für die Emitter 6 abgeschie­ den wird, so daß der Abstand mit hoher Genauigkeit festge­ setzt oder bestimmt werden kann. Das ergibt einen dreidimen­ sionalen Aufbau und ein Verfahren zur Herstellung des Bildan­ zeigegerätes, in dem der Abstand zwischen den Elektroden 5 und 6 sehr genau mit einer hohen Exaktheit im Vergleich mit dem herkömmlichen Bildanzeigegerät mit einem nahezu zweidi­ mensionalen Aufbau, bei dem die Emitter und Gates in der gleichen Ebene angeordnet sind, festgesetzt werden kann. So­ mit erlaubt es das dargestellte Ausführungsbeispiel, die Trei­ berspannung wesentlich zu verringern, und den Abschnitt zur Elektronenemission hoch zu verdichten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Anoden 9, welche als Leuchtanzeigeabschnitt dienen, in einer streifenähnlichen Form ausgebildet. Jedoch kann das Bildanzeigegerät auch derart ausgeführt werden, daß die Anode über der Gesamtheit der inneren Oberfläche des zweiten Substrates 3 ausgebildet wird, ein Leuchtstoff auf der Anode abgeschieden wird oder drei Leuchtstoffe, die entsprechend die Leuchtfarben rot, grün und blau aufweisen, voneinander getrennt auf den Anoden abgeschieden werden, und die Emitter und Gates in einer ma­ trixähnlichen Form auf dem erstes Substrat, getrennt durch eine isolie­ rende Schicht, angeordnet werden. Dabei erlaubt es der Ma­ trixbetrieb der Emitter und Gates einem ausgewählten Bereich der Anode, Licht zu emittieren.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bildanzeigegerätes, bei dem die Gates und Emitter in einer derartigen matrixähnlichen Form angeordnet sind, wie es wei­ ter unten beschrieben wird.

Das Bildanzeigegerät entsprechend dem zweiten Ausführungsbei­ spiel enthält ein erstes Substrat 20, auf dem streifenähnli­ che Emitterleitungen 21, die aus Indium-Zinn-Oxid, Al oder ähnlichem bestehen, nebeneinander in bestimmten Abständen an­ geordnet sind. Eine Widerstandsschicht 22, welche durch Do­ tierung von Polysilicium mit P, B oder ähnlichem ausgebildet wird, und eine isolierende Schicht 23 werden in Reihenfolge in einer geschichteten Form auf den Emitterleitungen 21 abge­ schieden. Die isolierende Schicht 23 ist mit Vertiefungen 24 ausgebildet, in denen die Emitter 25 angeordnet sind, wobei die Emitter 25 dann mit den Emitterleitungen 21 verbunden werden. Die Gates 26 sind auf der isolierenden Schicht 23 vorgesehen, die Gates 26 werden mit den Gateleitungen 27 ver­ bunden, die auf der isolierenden Schicht derart angeordnet sind, daß sie sich in einer Richtung senkrecht zu den Emit­ terleitungen 21 erstrecken.

Der Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann durch die Ausbildung der Emitterleitungen 21 auf dem erstes Substrat 20 und die anschließende Ausbildung der Widerstandsschicht 22 (10⁵ bis 10⁶ Ω·cm) über dem gesamten erstes Substrat 20 er­ reicht werden. Anschließend wird die isolierende Schicht 23 aus SiO₂ oder ähnlichem über der gesamten Oberfläche der Wi­ derstandsschicht 22 ausgebildet, wobei Techniken der chemi­ schen Dampfabscheidung (CVD) bei verringertem Druck benutzt werden. Danach werden die Emitter 25 durch die Durchgangsöff­ nungen in der isolierenden Schicht auf der Widerstandsschicht 22 ausgebildet, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel oben beschrieben wurde.

Das Bildanzeigegerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist derart aufgebaut, daß die Gates 26 und Emitter 25 auf dem erstes Substrat 20 als eine Matrix angeordnet sind. Somit ist es lediglich notwendig, einen einzelnen Leuchtstoff auf die Anode aufzubringen, die über der gesamten inneren Oberfläche des zweiten Substrates abgeschieden wurde, wenn eine einfarbige Anzeige gewünscht ist. Alternativ können drei Leuchtstoffe von roten, grünen und blauen Leuchtfarben auf der Anode abgeschieden werden, die ein gewünschtes Muster darstellt, falls eine vollständig farbige Anzeige erwünscht ist.

Das erfindungsgemäße Bildanzeigegerät ist derart aufgebaut, daß jeder der Emitter in einer Vertiefung des Substrates vor­ gesehen ist, woraus sich ergibt, daß das Intervall oder der Abstand zwischen dem Emitter und dem Gate in Abhängigkeit von der Dicke des Emitters bestimmt werden. Somit kann der Ab­ stand zwischen beiden Elektroden zugleich durch die Einstel­ lung oder Veränderung der Zeitperiode gesteuert werden, wäh­ rend derer die Schicht für den Emitter ausgebildet wird, so daß ein Abstand in der Größenordnung im Submikronbereich zwi­ schen den -beiden Bestandteilen mit hoher Genauigkeit vor­ gesehen werden kann. Daraus wird ersichtlich, daß das erfin­ dungsgemäße Bildanzeigegerät mit einer wesentlich verminder­ ten Treiberspannung betrieben werden kann, aber dennoch eine Anzeige mit einer hohen Anzeigedichte ermöglicht. Weiterhin sind die Emitter jeweils in einer rechteckigen Form mit kammförmigem Rand ausgebildet. Daher zeigen die Emitter jeweils eine im Vergleich mit einem Emitter, der als flache Platte ausgebildet ist, verrin­ gerte elektrische Feldstärke, so daß in einem erfindungsge­ mäßen Gerät die Treiberspannung weiter verringert werden kann. Weiterhin besitzt der Emitter im Vergleich mit einem Emitter, der mit einem dreieckigen Vorsprung ausgebildet ist, eine verbesserte Haltbarkeit und Emissionsgleichförmigkeit.

Claims (4)

1. Bildanzeigegerät mit
einem ersten Substrat (2, 20), das mit einer Vielzahl von Vertiefungen (13, 24) ausgebildet ist,
einer Vielzahl von Emittern (6, 25),
einem Gate (5, 26), das am Rand eines jeden Emitters auf dem ersten Substrat (2, 20) vorgesehen ist,
einem zweiten Substrat (3), das zusammen mit dem ersten Substrat eine Vakuumkammer bildet, und mit
einer Anoden-Leuchtstoff-Zusammensetzung, die auf dem zweiten Substrat in einer Lage gegenüber zu den Emit­ tern schichtförmig angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Emitter (6, 25) in den Vertiefungen (13, 24) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß ihre Oberflächen in einer Ebene unterhalb der Gate-Ebene liegen, daß diese Oberflächen rechteckförmig mit kammförmigem Rand sind, und daß
die jeweiligen Gates (5, 26) die entsprechenden Emitter (6, 25) U-förmig umgeben.

2. Bildanzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Emitter (25) und Gates (26) als eine Ma­ trix angeordnet sind.

3. Bildanzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein einzelner Leuchtstoff auf der An­ ode abgeschieden ist.

4. Bildanzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß rote, grüne und blaue Leuchtstoffe auf der Anode in einem gewünschten Muster abgeschieden sind.