DE4345503C2 - Vorrichtung zur Steuerung des Stroms für eine Feldemissions-Anzeigevorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Feldemissions-Anzeigevorrichtung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung des Stroms für eine Feldemissions-Anzeigevorrichtung mit einer Anzahl von Feldemittern (22A bis 22C) und mit einem positiven und einem negativen Spannungsversorgungsanschluß sowie einem elektrischen Widerstand (R; P¶R¶), dessen erster Widerstandsanschluß mit dem negativen Spannungsversorgungsanschluß und dessen zweiter Widerstandsanschluß über einen Transistorkanal (AA¶1¶) mit mindestens einem der Feldemitter (22A bis 22C) in Reihe geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Stroms für eine Feldemissions-Anzeigevorrichtung mit einer Anzahl von Feldemit­ tern und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Feldemissions- Anzeigevorrichtung.

Bei einer Feldemissions-Anzeigevorrichtung handelt es sich um eine Flachtafelanzeige, insbesondere eine matrixadressierbare Flachtafelan­ zeigevorrichtung, in der hohe Pixel-Aktivierungsspannungen geschaltet werden müssen. Es werden Reihen- und Spaltensignalspannungen ermög­ licht, die mit herkömmlichen CMOS-, NMOS- oder anderen üblichen integrierten Schaltkreisen hinsichtlich der Logik-Spannungspegel kom­ patibel sind, wobei außerdem viel höhere Pixel-Aktivierungsspannungen erreicht werden.

Über ein halbes Jahrhundert hinweg war die Kathodenstrahlröhre (CRT) das Anzeigegerät zur Visualisierung von Information schlechthin. Ob­ schon Kathodenstrahlröhren in diesem Zeitraum bezüglich ihrer speziel­ len Eigenschaften erheblich verbessert wurden, insbesondere hinsichtlich Farbe, Helligkeit, Kontrast und Auflösung, blieben diese Geräte nach wie vor voluminös und in starkem Maße leistungsverbrauchend. Mit dem Aufkommen von tragbaren Rechnern stieg entsprechend das Bedürf­ nis, Anzeigemittel zur Verfügung zu haben, die sich nicht nur durch geringes Gewicht und kompakte Bauweise auszeichnen, sondern außerdem mit geringer Leistung betrieben werden können. Obschon derzeit praktisch bei Laptop-Rechnern überall Flüssigkristallanzeigevor­ richtungen eingesetzt werden, leiden diese jedoch unter einem geringen Kontrast, verglichen mit Kathodenstrahlröhren, einem beschränkten Sichtwinkelbereich, wobei eine beträchtliche Leistungsaufnahme speziell bei den Farbversionen dieser Anzeigevorrichtungen hinzukommt, so daß sich ihr Einsatz für den Batteriebetrieb kaum empfiehlt. Verglichen mit Kathodenstrahlröhren gleicher Bildschirmgröße sind die Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtungen wesentlich teurer.

Aufgrund der Nachteile der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen konzen­ trierten sich die Entwicklungen in der Industrie sehr stark auf die Dünn­ schicht-Feldemissions-Anzeigevorrichtungen. Flachtafelanzeigen, die in dieser Technologie ausgeführt sind, besitzen ein matrixadressierbares Feld von spitz zulaufenden Dünnschicht-Kalt-Feldemissions-Kathoden in Kombination mit einem Leuchtstoffbildschirm. Das Phänomen der Feld­ emission wurde in den fünfziger Jahren entdeckt, und erhebliche For­ schungen durch zahlreiche Personen, beispielsweise Charles A. Spindt von SRI International, haben die Technologie derart verbessert, daß die Aussichten, billige, wenig Leistung aufnehmende, sich durch hohe Auf­ lösung und hohen Kontrast auszeichnende, flache Vollcolor-Anzeigevor­ richtungen herstellen zu können, vielversprechend sind. Allerdings bleibt noch viel Arbeit zu erledigen, um die Technologie bis zur kommerziel­ len Auswertbarkeit voranzutreiben.

Es gibt eine Reihe von Problemen in Verbindung mit den derzeit verfüg­ baren matrixadressierbaren Feldemissionsanzeigevorrichtungen. Frühere derartige Anzeigevorrichtungen wurden so aufgebaut, daß ein Spaltensig­ nal einen einzelnen leitenden Streifen innerhalb des Gitters aktivierte, während ein Reihensignal einen leitenden Streifen innerhalb der Emitter- Basiselektrode aktivierte. Am Schnittpunkt einer aktivierten Spalte mit einer aktivierten Reihe existiert dann eine Gitter-Emitter-Spannungsdiffe­ renz, die ausreicht, eine Feldemission zu induzieren, mit der Folge, daß der zugehörige Leuchtstoff in dem phosphoreszierenden Schirm auf­ leuchtet. In Fig. 1, die eine representative Darstellung des Aufbaus einer derartigen Vorrichtung ist, schneiden sich drei Gitterstreifen (Git­ ter) 11A, 11B und 11C mit einem Trio von Emitter-Basiselektroden- (Reihen-)Streifen 12A, 12B und 12C. In dieser Darstellung enthält jede Reihen-Spalten-Schnittstelle (das Äquivalent eines einzelnen Pixels oder Bildelements innerhalb der Anzeigevorrichtung) sechzehn Feldemissions­ kathoden (im folgenden "Emitter") 13. In der Praxis kann die Anzahl von Emitterspitzen pro Pixel sehr stark schwanken. Die Spitze jeder Emitterspitze ist umgeben von einer Gitterstreifen-Öffnung 14. Damit eine Feldemission erfolgt, muß die Spannungsdifferenz zwischen einem Reihenleiter und einem Spaltenleiter mindestens so groß sein wie eine Spannung, die akzeptierbaren Feldemissionspegeln entspricht. Die Inten­ sität der Feldemission hängt sehr stark von verschiedenen Faktoren ab, von denen der wichtigste die Schärfe der Kathoden-Emitterspitze und die Stärke des elektrischen Feldes an der Spitze ist. Obschon ein für den Betrieb von Flachtafelanzeigevorrichtungen geeigneter Pegel der Feld­ emission mit Emitter-Gitter-Spannungen von lediglich 80 Volt erreicht wurde (man erwartet, daß sich diese Zahl in den kommenden Jahren durch weitere Verbesserungen der Struktur des Emitters und durch Verbesserungen der Fertigungstechnik verringert), werden die Emissionsspannungen dennoch auch in der Zukunft wesentlich größer als 5 Volt sein, was dem Standardpegel "1" in der CMOS-, NMOS- und TTL-Technologie entspricht. Wenn also die Feldemissions-Schwellen­ spannung 80 Volt beträgt, müssen die Reihen- und Spaltenleitungen so ausgelegt werden, daß sie zwischen 0 und entweder +40 oder -40 Volt schalten können, um zu einer Schnittstellen-Spannungsdifferenz von 80 Volt zu kommen. Folglich ist es notwendig, ein Hochspannungs-Um­ schalten bei diesen Reihen- und Spaltenleitungen hervorzurufen. Es gibt folglich nicht nur das Problem, geeignete Treiber zum Schalten derart hoher Spannungen zu entwickeln, sondern man muß sich auch mit dem Problem übermäßiger Leistungsaufnahme befassen, bedingt durch die kapazitive Kopplung von Reihen- und Spaltenleitern. Das heißt: je höher die Spannung auf den Leitungen, desto größer ist die Leistung, die zum Treiben der Anzeigevorrichtung benötigt wird.

Ein Beispiel, bei welchem die zur Erzielung einer Lichtemission benö­ tigte Spannung mittels Schalttransistoren geschaltet werden muß, ist aus der DE 27 56 354 C2 bekannt, dort allerdings für eine Gasentladungs­ anzeigevorrichtung mit matrixartig angeordneten Gasentladungszellen.

Was gebraucht wird, ist ein Typ einer Feldemissionsanzeige- Architektur, der die Probleme des Schaltens hoher Spannungen überwin­ det und das Problem von Emitter-Gitter-Kurzschlüssen erheblich mildert und darüberhinaus die Leistungsaufnahme der Anzeigevorrichtung herab­ setzt.

Aus der DE 41 12 078 A1 ist eine Feldemissions-Anzeigevorrichtung bekannt, bei welcher zwischen den Feldemitter eines jeden Pixels und Masse ein Treibertransistor geschaltet ist, der in Abhängigkeit von der Ladespannung eines Kondensators leitend oder nicht-leitend gesteuert wird. Dabei ist der Kondensator zwischen Gate und Source des Treiber­ transistors geschaltet und ist mittels eines Ladetransistors, mit dem er in Reihe geschaltet ist, auf- und entladbar. Der Gateanschluß des Ladetran­ sistors ist mit dem Spaltenleiter und dessen Drainanschluß ist mit dem Reihenleiter des zugehörigen Pixels verbunden. Der Sourceanschluß des Ladetransistors ist mit dem Gateanschluß des Treibertransistors verbun­ den. Die beiden Transistoren brauchen nicht die relativ hohe Feldemis­ sionsspannung zu schalten sondern nur Spalten- und Reihenleitersignale, die viel niedriger sein können als die Feldemissionsspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Feldemissions- Anzeigevorrichtung der genannten Art für einen stabilen Pixelstrom zu sorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung nach An­ spruch 1 gelöst und mit einem Verfahren zur Herstellung einer Feld­ emissions-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird ein Stromregulierwiderstand über einen Transistorkanal steuerbar mit mindestens einem Feldemitter gekoppelt. Der Transistorkanal kann Teil zweier in Reihe geschalteten Niedrigvolt- Schalt-MOSFETs sein. Der Widerstand ist direkt mit einem negativen Spannungsversorgungsanschluß wie einer Masseschiene gekoppelt. Man erreicht stabile Stromwerte unabhängig von der Kathodenspannung innerhalb eines breiten Bereichs von Kathodenspannungen.

Bei einer Ausführungsform einer Feldemissions-Anzeigevorrichtung sind die Kanäle der beiden Transistoren eines jeden Pixels in Reihe geschaltet und sind die Steuerelektroden der beiden Transistoren des jeweiligen Pixels mit dem Reihenadreßleiter bzw. dem Spaltenadreßleiter verbun­ den.

Daß die Kanäle der beiden Transistoren eines Pixels in Reihe geschaltet sind, eröffnet die Möglichkeit, beide Transistoren mit einem gemein­ samen Kanal herzustellen. Damit kann viel Chipplatz eingespart werden im Vergleich zu einer Steuerschaltung mit zwei in Kaskade geschalteten Transistoren (DE 41 12 078 A1), die nur mit zwei getrennten Kanälen hergestellt werden können. Für eine Anzeigevorrichtung mit einer sehr großen Anzahl Pixeln und einer entsprechend großen Anzahl Transisto­ ren ist eine solche Einsparung an Chipplatz von hoher Bedeutung. Mit der erfindungsgemäßen Reihenschaltung der beiden Transistoren eines jeden Pixels kann daher der Abstand zwischen den einzelnen Pixeln erheblich verringert und die Auflösung der Anzeigevorrichtung entspre­ chend erhöht werden.

Bei einer Ausführungsform werden die Spaltenadreßleiter und die Rei­ henadreßleiter dazu verwendet, mindestens ein Paar von in Reihe ge­ schalteten Feldeffekttransistoren (FETs) zu steuern, wobei jedes Paar im leitenden Zustand die Basiselektrode eines einzelnen Emitterknotens mit einem Potiential koppelt, welches ausreichend niedrig ist in bezug auf ein konstantes, an das Gitter angelegtes Potential, um Feldemission zu induzieren. Jede Reihen-/Spalten-Schnittstelle (d. h. jedes Pixel) inner­ halb der Anzeigevorrichtung kann mehrere Emitterknoten enthalten, um die Herstellungsausbeute und die Produktzuverlässigkeit zu verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gitter des Feldes auf einen konstanten Potential (V_FE) gehalten, welches konsistent ist mit einer zuverlässigen Feldemission, wenn die Emitter auf Massepotential liegen. Individuelle Basiselektroden können über ein Paar aus in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren dadurch auf Masse gelegt werden, daß man eine Signalspannung sowohl an die Reihen- als auch an die Spaltenleitungen legt, die zu diesem Emitterknoten gehören. Einer der in Reihe geschalteten FETs wird durch ein Signal auf der Reihenleitung gesteuert, der andere FET wird von einem Signal auf der Spaltenleitung gesteuert. Zur Klarstellung sei gesagt, daß in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung jedes Bildelement mehrere Emitterknoten enthält und jeder Emitterknoten mehrere Kathodenemitter aufweist. Damit steuert jede Reihen-/Spaltenschnittstelle mehrere Paare von in Reihe geschalteten FETs und jedes Paar steuert einen einzelnen Emitter­ knoten, der mehrere Emitter enthält.

In einer Ausführungsform ist das Gitter von jeder Emitterbasis isoliert. Ein Pixel wird ausgeschaltet (d. h. in einen nicht-emittierenden Zustand gebracht), indem einer von beiden oder beide in Reihe geschalteten FETs abgeschaltet werden. Von dem Moment an, in dem mindestens einer der FETs nicht-leitend wird (d. h., die Gatespannung V_GS unter die Bauelement-Schwellenspannung V_T abfällt), werden Elektronen von den diesem Pixel entsprechenden Emitterspitzen abgeleitet oder entladen, bis die Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Gitter gerade un­ terhalb der Emissions-Schwellenspannung liegt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird jeder Emitter­ basisknoten über einen strombegrenzenden Feldeffekttransistor mit dem Gitter gekoppelt, wobei der Transistor einen kontinuierlichen Niedrig­ stromweg darstellt und eine Schwellenspannung von V_T besitzt. Während die Basis normalerweise auf einem Potential von V_GRID - V_T liegt, reicht die Spannungsdifferenz zwischen dem Gitter und jedem Emitter (im allgemeinen unter einem Volt) nicht aus, eine Feldemission hervorzuru­ fen. Wenn jedoch die Emitterbasis über einen Masseweg, der durch die beiden in Reihe geschalteten FETs an einer Reihen- und Spalten-Schnitt­ stelle gesteuert wird, auf Masse gelegt wird, tritt Feldemission ein. Damit der Masseweg aktiv wird, müssen beide Reihen- und Spalten- FETs gleichzeitig eingeschaltet sein (d. h. die Gate-Spannung an jedem Feldeffekttransistor muß größer sein als die Bauelement-Schwellenspan­ nung). Der Einsatz von strombegrenzenden Transistoren zum Koppeln jedes Emitterbasisknotens mit dem Gitter liefert bei Bedarf eine präzisere Schaltzeitsteuerung.

Eine Helligkeitssteuerung läßt sich dadurch erreichen, daß man die Gatespannungen jedes FET in dem Masseweg variiert, wodurch wiederum der Emissionsstrom eingestellt wird.

Bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung wird der Strom für jedes Pixel über die in Reihe geschalteten FETs in mindestens einem Emitterelektroden-Masseweg reguliert. Dieses Merkmal verbessert in starkem Maß die Gleichförmigkeit der Helligkeit über die gesamte An­ zeigefläche hinweg. Die Steuerung des Helligkeitspegels erfolgt in ein­ facher Weise dadurch, daß man die Gatespannung jedes FETs variiert. Zusätzlich verbessert das Niederspannungs-Schalten auf Pixel-Ebene die Arbeitsgeschwindigkeit der Anzeigevorrichtungen. Verwendet man die Architektur, in der eine Anzeigereihen-Leitung aktiviert und sämtliche Spalten gleichzeitig aktiviert werden, so läßt sich eine Grauabstufung dadurch erreichen, daß man das Tastverhältnis in jedem Spaltensignal während der Dauer der Aktivierung der Reihenleitung variiert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus der Gitter- und Emitterbasis-Elektroden in einer herkömm­ lichen Flachtafel-Feldemissionsanzeigevorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungs­ form eines einzelnen Emitterknotens einer Feldemissions- Anzeigevorrichtung ohne erfindungsgemäßen Widerstand, wobei die Emitterbasiselektrode von dem Gitter getrennt ist;

Fig. 3 eine schematische Skizze einer zweiten Ausführungsform eines einzelnen Emitterknotens einer Feldemissions-Anzei­ gevorrichtung ohne erfindungsgemäßen Widerstand, wobei ein strombegrenzender Transistor die Emitterbasiselek­ trode mit dem Gitter verbindet;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungs­ form eines einzelnen Emitterknotens einer Feldemissions­ anzeigevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Strom­ regulierwiderstand;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein mögliches Layout für eine Flach­ tafel-Anzeigearchitektur ohne erfindungsgemäßen Wider­ stand, wobei aus der Darstellung hervorgeht, wie mehrere Emitterknoten in eine einzelne Reihen-Spalten-Schnittstelle (d. h. ein einzelnes Pixel) einbaubar sind; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein mögliches Layout für eine Feld­ emissions-Anzeigevorrichtung mit erfindungsgemäßem Stromregulierwiderstand.

Gemäß Fig. 2, die eine Ausführungsform einer Feldemissions-Anzeige­ vorrichtung ohne erfindungsgemäßen Widerstand zeigt, ist ein einzelner Emitterknoten mit einem (auch als ein erstes Pixelelement bezeichneten) leitenden Gitter 21 versehen, welches sich über das gesamte Feld kon­ tinuierlich erstreckt und auf einem konstanten Potential V_GRID gehalten wird. Jedes Pixelelement innerhalb des Feldes wird durch eine Emitter­ gruppe zum Leuchten gebracht. Um die Produktzuverlässigkeit und die Fertigungsausbeute zu verbessern, besteht jede Emittergruppe aus mehre­ ren Emitterknoten, wobei jeder Knoten wiederum mehrere Feldemis­ sionskathoden enthält (auch als "Feldemitter" oder nur "Emitter" be­ zeichnet). Obschon der einzelne Emitterknoten gemäß Fig. 1 lediglich drei Emitter 22A, 22B, 22C aufweist, kann in der Praxis die Zahl viel höher sein. Jeder der Emitter 22 ist an eine Basiselektrode 23 ange­ schlossen, die gemeinsam für lediglich die Emitter eines einzelnen Emit­ terknotens ist. Die Kombination aus Emittern und Basiselektrode wird hier auch als ein zweites Pixelelement bezeichnet.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Basiselek­ trode 23 von dem Gitter 21 getrennt. Um eine Feldemission zu induzie­ ren, wird die Basiselektrode 23 über ein Paar von in Serie geschalteten Transistoren (Feldeffekttransistoren) Q_C und Q_R auf Masse gelegt. Der Transistor Q_C wird von einem Spaltenleitungssignal S_C offengesteuert, während der Transistor Q_R durch ein Reihenleitungssignal S_R offengesteuert wird. Die üblichen logischen Signalspannungen für die CMOS-, NMOS-, TTL- und andere Technologien integrierter Schaltkreise betragen durchwegs 5 Volt oder weniger und können hier sowohl für das Spalten- als auch das Reihenleitungssignal hergenommen werden. Es sei angemerkt, daß der Transistor Q_C ersetzt werden kann durch zwei oder mehr in Reihe ge­ schaltete FETs, die sämtlich von derselben Spaltenleitung gesteuert werden. In ähnlicher Weise kann der Transistor Q_R durch zwei oder mehr in Reihe geschaltete FETs ersetzt werden, die sämtlich, von dersel­ ben Reihenleitung gesteuert werden. In ähnlicher Weise können andere durch Steuerlogik gesteuerte FETs in Reihe innerhalb des Erdungsweges angeordnet sein. Ein Pixel (Bildelement) wird dadurch ausgeschaltet (d. h. in den nicht-emittierenden Zustand gebracht), daß entweder einer oder beide der in Reihe geschalteten FETs (Q_C und Q_R) ausgeschaltet werden.

Von dem Moment an, zu dem mindestens einer der FETs nicht-leitend wird (d. h. die Gate-Spannung V_GS unter den Bauelement-Schwellen­ spannungswert V_T abfällt), werden Elektronen aus den Emitterspitzen, die diesem Pixel entsprechen, so weit entladen, bis die Spannungsdiffe­ renz zwischen der Basis und dem Gitter gerade unterhalb des Emissions- Schwellenspannungswerts liegt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Emitterknotens ohne erfindungsgemäßen Widerstand, wobei der Emitterknoten funktionell und vom Aufbau her der ersten Ausführungsform des Emitterknotens nach Fig. 2 ähnlich ist. Der Hauptunterschied besteht darin, daß die Basis­ elektrode 23 mit dem Gitter 21 über einen strombegrenzenden N-Kanal- Feldeffekttransistor Q_L, der eine Schwellenspannung V_T besitzt, gekop­ pelt ist. Sowohl der Drain als auch das Gate des Transistors Q_L sind direkt mit dem Gitter 21 gekoppelt. Der Kanal des Transistors Q_L ist derart bemessen, daß der Strom nur auf einen derartigen Wert be­ schränkt ist, der benötigt wird, um die Basiselektrode 23 und die zuge­ hörigen Emitter 22A, 22B und 22C auf ein Potential zurückzustellen, das im wesentlichen dem Wert V_GRID - V_T gleicht, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, eine angemessene Grauabstufungs-Auf­ lösung zu gewährleisten.

Fig. 4 zeigt einen einzelnen Emitterknoten ähnlich dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 2, wobei hier jedoch der Emitterknoten über ein Paar von in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren Q_C und Q_R und außerdem über einen erfindungsgemäßen stromregulierenden Widerstand R auf Masse gelegt wird. Der Widerstand R liegt zwischen der Source des Transistors Q_R und Masse. In dem wahrscheinlichen Fall, daß die Gitterspannung größer als 20 Volt ist, muß das dem Gitter 21 am näch­ sten liegenden MOSFET-Bauelement (in diesem Fall das MOSFET Q_C) ein Hochspannungs-Bauelement sein, um einen Kathoden-Substrat- Durchbruch zu verhindern. Die Durchbruchsicherheit eines solchen Hochspannungstransistors hängt ab von dem Spannungshub des Emitter­ knotens.

Wie in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt, liegt in Serie zu dem Absenk- Strompfad, der von der Basiselektrode 23 über die Transistoren Q_C und Q_R zu Masse führt, eine schmelzbare Verbindung FL. Diese schmelzbare Verbindung (Schmelzsicherung) FL kann während der Prüfung des Bauelements durchge­ brannt werden, wenn ein Gitter-Emitter-Kurzschluß innerhalb dieser Emittergruppe vorliegt, um so die kurzgeschlossene Gruppe vom Rest des Feldes zu trennen und so die Bauelementausbeute heraufzusetzen und die Leistungsaufnahme des Anzeigefeldes zu verringern. Es sei angemerkt, daß die Lage der Schmelzsicherung FL innerhalb des Strom­ pfades ohne Auswirkungen ist, soweit es die Schaltungstechnik angeht. Das heißt, der Zweck, einen kurzgeschlossenen Knoten abzutrennen, wird unabhängig davon erreicht, ob die Schmelzsicherung zwischen den Transistoren Q_C und Q_R, zwischen der Basiselektrode 23 und dem auf Masse führenden Transistorpaar, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, oder zwischen Masse und dem auf Masse liegenden Transistorpaar liegt.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2, 3 und 4 sei angemerkt, daß die Grauabstufung (d. h. das Variieren der Pixel-Beleuchtung) in einer arbeitenden Anzeigevorrichtung dadurch erfolgen kann, daß man den Tastzyklus oder das Tastverhältnis (die Zeitspanne, in der die Emitter innerhalb eines Pixels tatsächlich emittieren, ausgedrückt als Prozentsatz der Vollbildzeit) variiert. Die Helligkeitssteuerung kann dadurch erfol­ gen, daß man den Emitterstrom variiert, beispielsweise über das Ändern der Gate-Spannungen entweder des Transistors Q_C oder des Transistors Q_R oder beider Transistoren.

Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Layout für Mehrfach-Emitterknoten für jede Reihen-Spalten-Schnittstelle des Anzeigefeldes ohne erfindungsge­ mäßen Widerstand. Ein Paar von Polysilizium-Reihenleitungen (Reihenadreßleiter) R₀ und R₁ schneidet sich senkrecht mit Metall-Spaltenleitungen (Spaltenadreßleiter) C₀ und C₁ sowie mit einem Paar Metall-Masseleitungen GND₀ und GND₁. Die Masselei­ tung GND₀ gehört zu einer Spaltenleitung C₀, während die Masseleitung GND₁ zur Spaltenleitung C₁ gehört. Für jede Schnittstelle von Reihen und Spalten (Reihen- und Spaltenleitung), d. h. für jedes individuell adressierbare Pixel innerhalb der Anzeigevorrichtung, gibt es mindestens eine Reihenleitung-Stichleitung E₀₀ ... E₁₁, welche die Gates und die Gate-Verbindungsstellen für Mehrfach-Emitter­ knoten innerhalb dieses Pixels bildet. Beispielsweise gehört die Stichleitung E₀₀ zur Schnittstelle der Reihe R₀ mit der Spalte C₀, die Stichleitung E₀₁ gehört zu der Schnittstelle der Reihe R₀ mit der Spalte C₁; die Stichleitung E₁₀ gehört zu der Schnittstelle der Reihe R₁ mit der Spalte C₀; und die Stichleitung E₁₁ gehört zu der Schnittstelle der Reihe R₁ mit der Spalte C₁. Alle diese Schnittstellen funktionieren in identi­ scher Weise, so daß hier lediglich die Komponenten in der Schnittstel­ lenzone R₀-C₀ im einzelnen erläutert werden.

Nach Fig. 5 trägt die Schnittzone R₀-C₀ drei Emitterknoten EN₁, EN₂ und EN₃. Jeder dieser Emitterknoten EN₁, EN₂, EN₃ enthält einen ersten aktiven Bereich (Transistorkanal) AA₁ und einen zweiten aktiven Bereich AA₂. Eine Metall-Masseleitung GND stellt Kontakt zu einem Ende eines ersten aktiven Bereichs AA₁ an einem ersten Kontakt CT₁ her. In Kombination mit dem ersten aktiven Bereich AA₁ bildet ein erster L-förmiger Polysilizium-Streifen S₁ das Gate des Feldeffekttransistors Q_C (vgl. Fig. 2). Die Metall-Spaltenleitung C₀ stellt den Kontakt zu dem Polysilizium-Streifen S₁ an einer zweiten Kontakt­ stelle CT₂ her. Die Polysilizium-Stichleitung E₀₀ bildet das Gate des Feldeffekttransistors Q_R (siehe wiederum Fig. 2 und 3). Ein erster Metallstreifen MS₁ verbindet den ersten aktiven Bereich AA₁ mit dem zweiten aktiven Bereich AA₂ durch Kotaktgabe über einen dritten Kon­ takt CT₃ bzw. einen vierten Kontakt CT₄.

Der Abschnitt des Metallstreifens MS₁, der zwischen dem dritten Kon­ takt CT₃ und dem vierten Kontakt CT₄ liegt, bildet die Schmelzverbin­ dung FL. Die Emitterbasiselektrode (siehe Position 23 in Fig. 2 und 3, da die Emitterbasiselektrode in diesem Layout nicht gezeigt ist) ist mit dem Metallstreifen MS₁ gekoppelt. Ein zweiter L-förmiger Polysilizium- Streifen S₂ bildet das Gate des Strombegrenzungstransistors Q_L, und ein zweiter Metallstreifen MS₂ ist an einem fünften Kontakt CT₅ mit dem zweiten Polysilizium-Streifen S₂ verbunden, und über einen dritten Kon­ takt CT₆ mit dem zweiten aktiven Bereich AA₂ verbunden. Die Gitter­ platte (siehe Position 21 in Fig. 2 und 3, da die Gitterplatte in diesem Layout nicht dargestellt ist) ist mit dem zweiten Metallstreifen MSZ verbunden. Es muß betont werden, daß das Layout nach Fig. 5 lediglich beispielhaft ist.

Fig. 6 zeigt ein mögliches Layout für eine Ausführungsform des Emit­ terknotens mit einem erfindungsgemäßen stromregulierenden Widerstand im Masseweg. Obschon dem Layout nach Fig. 5 sehr ähnlich, besteht ein Unterschied insofern, als kein Strombegrenzungstransistor Q_L durch den zweiten aktiven Bereich AA₂ und den Streifen S₂ (Fig. 5) gebildet wird, der als das Gate des Strombegrenzungstransistors Q_L fungiert. Bei diesem Layout werden die Emitterspitzen E₁ und E₂ direkt auf dem zweiten aktiven Bereich AA₂ gebildet. Ein weiterer Unterschied besteht in dem Vorhandensein des Stromregulierwiderstands R, der hier in Form eines C-förmigen Polysili­ zium-Streifens P_R ausgebildet ist. Ein Ende des C-förmigen Polysilizium- Streifens P_R hat direkten Kontakt mit dem ersten aktiven Bereich AA₁, während das andere einen Kontakt mit einer metallischen Erdungs­ leitung oder -schiene GND bei einer ersten Kontaktstelle CT₁ hat. Ob­ schon der größte Teil des C-förmigen Polysilizium-Streifens geringfügig mit einem Pegel dotiert ist, der den Widerstandswert für den Widerstand R in geeigneter Weise einstellt, sind seine Enden starkt dotiert, so daß ein wirksamer ohmscher Kontakt vorhanden ist.

Äquivalente Layouts sind möglich, und es sind andere Widerstands- und Leitermaterialien anstelle der Polysilizium- und Metallstrukturen in den Fig. 5 und 6 möglich.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Steuerung des Stroms für eine Feldemissions-An­ zeigevorrichtung mit einer Anzahl von Feldemittern (22A bis 22C), und mit einem positiven und einem negativen Spannungsversor­ gungsanschluß, gekennzeichnet durch einen elektrischen Widerstand (R; P_R), dessen erster Widerstandsanschluß mit dem negativen Spannungsversorgungsan­ schluß und dessen zweiter Widerstandsanschluß über einen Tran­ sistorkanal (AA₁) mit mindestens einem der Feldemitter (22A bis 22C) in Reihe geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• a) mehrere Reihenadreßleiter (R₀, R₁),
• b) mehrere Spaltenadreßleiter (C₀, C₁) sowie
• c) erste (E₀₀) und zweite (S₁) Gateelektroden, die dem Transistor­ kanal (AA₁) überlagert sind, wobei die erste Gateelektrode (E00) mit einem der Reihenadreßleiter (R₀, R₁) und die zweite Gateelektrode (S₁) mit einem der Spaltenadreßleiter (C₀, C₁) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• a) eine dem Transistorkanal (AA₁) überlagerte Gateelektrode, die für die Verbindung mit einer variablen Spannungsquelle vorgesehen ist,
• b) wobei der Strom durch die Feldemitter (22A bis 22C) in Abhängigkeit von der Spannung der variablen Spannungsquelle veränderbar ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer Feldemissions-Anzeigevorrichtung mit einer Anzahl von Feldemittern (22A bis 22C) sowie einem positiven und einem negativen Spannungsversorgungsanschluß (GND), dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Widerstand (R; P_R) über seinen ersten Widerstandsanschluß mit dem negativen Spannungsversorgungs­ anschluß gekoppelt und über seinen zweiten Widerstandsanschluß über einen Transistorkanal (AA₁) mit mindestens einem der Feld­ emitter (22A bis 22C) in Reihe geschaltet wird und über dem Transistorkanal (AA₁) ein Transistorgate (S₁, E₀₀, E₀₁, E₁₀, E₁₁) angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) mehrere Reihenadreßleiter (R0, R₁),
• b) mehrere Spaltenadreßleiter (C₀, C₁) sowie
• c) erste (E₀₀) und zweite (S₁) Gateelektroden vorgesehen werden, die dem Transistor­ kanal (AA₁) überlagert werden, wobei die erste Gateelektrode (E00) mit einem der Reihenadreßleiter (R₀, R₁) und die zweite Gateelektrode (S₁) mit einem der Spaltenadreßleiter (C₀, C₁) verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistorkanal (AA₁) eine Gateelektrode überlagert wird, die für die Verbindung mit einer variablen Spannungsquelle vorgesehen ist, mittels welcher der Strom durch die Feldemitter (22A bis 22C) in Abhängigkeit von der Spannung der variablen Spannungs­ quelle veränderbar gemacht wird.