DE4416597B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme mittels gebündelter multipler Strahlsysteme in additiver Strahlungs-Lithographie auf einem isolierenden Grundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst mittels bekannter lithographischer Methoden (Licht-, Röntgen- bzw. Korpuskular-Strahlung) in einem ersten Raster auf einem Vakuum haltenden, isolierenden Grundmaterial eine Leiterbahnstruktur zur Potentialführung aufgebracht wird, dass danach sowohl bei der Herstellung der Produktionsvorrichtungen als auch bei der Herstellung der Endprodukte mittels multipler Korpuskularstrahl-induzierter Deposition in vorwiegend schrägen Richtungen durch entsprechende Strahlführung bzw. Substratkippung in einem zweiten Raster Emitter-Drähte mit Strombegrenzerwiderständen und metallischen Emitter-Spitzen erzeugt werden und in einem dritten Raster in entgegengesetzten Neigungen bzw. in axial versetzten Richtungen Extraktor-Drähte erzeugt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art und eine Vorrichtung zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 7 angegebenen Art.
  • Ein solches Verfahren ist beispielsweise in: H. F. Gray "The field emitter display", Information Display Vol. 9, Nr. 3 (1993) S. 9-14 offenbart.
  • Die bisherigen flachen Farb-Bildschirme werden nach bekannten Verfahren mit Silizium- oder Molybdän-Emittern als Strahlungsquellen in lithographischer Technik mit optischer oder Elektronenstrahl-Lithographie in Verbindung mit Aufdampf-Techniken und Ätz-Techniken hergestellt. Sie erfordern wegen der leichten Zerbrechlichkeit der Strahlungsquellen einen hinreichend starren und damit schweren Bildschirm aus Glas sowie, wegen der geringen Emittanz pro Kathode – > 10 μA bei 50 V -, relativ hohe Spannungen zu ihrem Betrieb. Der Batteriebetrieb solcher Bildschirme erfordert deshalb Spannungswandler.
  • Durch die flächige Ausführung der Extraktor-Elektrode für die wegen Redundanz erforderliche große Anzahl von Kathoden – ca. 9 bis 16 pro Bildpunkt – ist eine große Kapazität pro Bildpunkt zu laden.
  • Die bisherigen Versuche einer Verbesserung des flachen Bildschirmes als Erzeugnis scheiterten vorwiegend an den Schwächen der Bildpunkt-Strahlungsquellen.
  • Aus der US 4,618,801 ist ein Verfahren der Vakuumelektronischen Anzeige mit thermischen Emittern, Extraktor-Gitter, Strahlformungsoptik, Leuchtstoffschicht und Vakuumeinschuss zwischen Glasplatten bekannt. Diese Art einer Anzeige hat sich in vielfältiger Weise durchgesetzt, ist aber aufgrund der thermischen Kathoden und dem dadurch bedingten hohen Energieverbrauch in großen Flächenanzeigen, wie Flach-Bildschirmen, nicht wirtschaftlich.
  • Aus der US 4,969,850 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kaltkathoden-Feldemissionsvorrichtung bekannt. Dabei werden stabförmige Elektronenemitter durch Füllen von Röhren in Aluminiumoxid mit Metall erzeugt, indem die Oxid-Rohr-Matrix als verlorene Form behandelt wird und zum Freilegen der Metallstäbe nach Füllung der Röhren teilweise ganz oder chemisch abgeätzt wird. Da die Oberflächenspannung bei der abschließenden nasschemischen Behandlung der Metallstäbe diese verbiegt, entstehen wechselseitig zueinander geneigte Metallstäbe, die als Feldemitter genutzt werden können. Eine Extraktor-Struktur ist dabei nicht vorgesehen. Dieses Verfahren führt nicht zu wirtschaftlich sowie zu zuverlässig reproduzierbar hergestellten Feldemitter-Elektronenquellen.
  • In der US 5,259,799 wird ein Verfahren offenbart, das Silikon-Feldemitter-Spitzen benützt, die durch Oxidation zugespitzt und durch Verwendung mehrerer lithographischer und Halbleiter-Verfahrensschritte zugespitzt wurden, um einen Emitter zu bilden. Zudem verwendet das Verfahren in einer sich selbst ausrichtenden Art multistrukturelle Elektroden in einer isolierten Schicht auf einem Chip mit Silikontechnologie einschließlich einem mikromechanischen Polierschritt zur Strukturöffnung. Das Ziel ist es, einen Strahl herzustellen, der von Elektronenquellen mit Silikontechnologie vergleichbar der Silikonchipfabrikation gesteuert wird. Die Firma Micron hat auf diese Weise erfolgreich einen brillanten Digital-Kamera-Bildschirm als Sucherschirm hergestellt.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mittels eines neuen Herstellungsverfahrens für die Bildpunkt-Strahlungsquellen eine Produktverbesserung zu erzielen, wobei sowohl dieses Verfahren als auch die prinzipielle Ausführung der Vorrichtungen zur Herstellung der Produktionsmittel und auch des Produktes anwendbar sein soll.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels den im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Verfahrensschritten. Vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeiten des Verfahrens sind in den Kennzeichen der Unteransprüche 2 bis 6 aufgeführt.
  • Eine Vorrichtung für die Herstellung der Produktionsmittel und des flachen Bildschirmes selbst ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 7 beschrieben.
  • Einige vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeiten einer solchen Vorrichtung sind aus den Merkmalen der Unteransprüche 8 bis 13 ersichtlich.
  • Das Prinzip der Erfindung besteht in der parallelen Herstellung der Bildpunkte des flachen Farb-Bildschirms mit Hilfe der Korpuskularstrahl-induzierten Deposition.
  • Der wesentliche Unterschied zu anderen, früheren Versuchen, den flachen Bildschirm mit Feldemitter-Strahlungsquellen auf Silizium-Basis zu bauen, besteht beim beschriebenen Verfahren in der Verwendung multipler elektronenoptischer Systeme, die selbst metallische Drahtspitzen als Feldemitter benutzen. Diese entstehen mit herausragenden Eigenschaften bezüglich der Materialzusammensetzung, hier Gold-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, unter hochgradiger elektronischer Anregung durch eine Strahlerleistungsdichte von >60 MW/cm2 in Elektronenstrahl-Rastergeräten mit Feldemissionskathoden.
  • Gold ist als der stabilste Emitter mit dem höchsten Emissionsstrom berichtet worden. Die Emitter-Drähte, die durch die Deposition mit Elektronen entstanden, lassen sich in allen Richtungen zum Substrat durch Strahlführung oder Substratkippung aufbauen und haben dabei eine Belastbarkeit von bis zu 500000 A/cm2, bevor sie schmelzen. Der Feldemissionsstrom pro Emitter beträgt dabei bis zu 120 μA bei 18 V und setzt bei 12 V ein. Dabei ist eine Emitter-Extraktor-Entfernung > 500 nm bevorzugt worden. Mit der Beschleunigungslinse werden die Einzelstrahlen auf ausreichende Energie für die Deposition gebracht.
  • Durch die Möglichkeit, die Elektronenstrahl-induzierte Deposition auch auf Glas oder Kunststoff-Materialien mit leitfähigen Leiterbahnen zu erzielen, kann der flache Bildschirm auf flexibler Unterlage zusammen mit der Steuerelektronik in Hybrid-Bauweise aufgebaut werden. Die Zerbrechlichkeit bekannter flacher Bildschirme entfällt, wenn flexible Grundmaterialien angewendet werden können. Gleichzeitig reduziert sich das Gewicht der Anordnung. Durch die Verwendung der multiplen Strahlerzeuger und Strahlführungssysteme ist die Herstellung ähnlich einer Drucktechnik mit einem flachen Gerät möglich.
  • Wie höchstauflösende Bilder zeigen, die im Transmissions-Elektronenmikroskop gewonnen wurden, sind die deponierten Spitzen frei von einem Überzug mit Kontaminat und aus Gold-Einkristallen aufgebaut, welche nur wenige Netzebenen besitzen und daher bereits unter einem inneren Zug stehen, der die Gitterkonstante der Einkristalle verringert. Die Einkristalle haben 3 bis 8 nm Durchmesser und stellen daher Orte höherer Feldstärke dar, was die geringe Einsatzspannung der Emission erklärt.
  • Durch die Möglichkeit, die Elektronenstrahl-induzierte Deposition auch auf Glas oder Kunststoff-Materialien mit leitfähigen Leiterbahnen zu erzielen, kann der flache Bildschirm auf flexibler Unterlage zusammen mit der Steuerelektronik in Hybrid-Bauweise aufgebaut werden. Durch die Wabenstützstruktur und die geringen Vakuum-Anforderungen kann der Bildschirm sehr flach gehalten werden, ja kann faltbar ausgeführt sein oder gerollt werden. Dies bietet vielfältige Anwendungen auch in der bildverarbeitenden Technik. Die geringe Einsatzspannung und eine möglicherweise geringe Nachbeschleunigungsspannung zur Erzeugung des sichtbaren Lichtes in der Leuchtsubstanz erlaubt den batteriegetriebenen Aufbau unter Verwendung herkömmlicher 9 V Batterien. Die Leistung beträgt bei 1 μA pro Emitter und 20 V Gesamtbeschleunigungsspannung, bei 3 Farben und 106 Bildpunkten auf 100 cm2: 2 Watt pro cm. Bei 1/20 sec als Bildpunkt-Leuchtzeit beträgt die Gesamtenergie 0,1 Wsec/cm2.
  • Durch den Aufbau der Bildpunkt-Erzeuger aus Drähten wird die zu ladende Kapazität um den Faktor ca. 160, bezogen auf die Leiterbahn-Kapazität, verringert, was zu einer verringerten Anforderung an die Gesamt-Ladeleistung beim Bildsteuervorgang führt.
  • Brodie beschrieb ein Vielstrahlsystem, das von einer Elektronenquelle ausgeht und als konventionelles Lithographiesystem eingesetzt wurde, siehe Ivor Brodie, Eugene R. Westerberg, Donald R. Cone, Julius J. Muray, Norman Williams, Leonard Gasiorek "A Multiple Electron Beam Exposure System for High Throughput, Direct Write Submicrometer Lithography", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 28, No. 11, November 1981, S. 1422 ff., Chang und Kern beschrieben multiple Strahlsysteme mit der SAFE Technik zur Anwendung in der Elektronenstrahl-Lithographie, jedoch ist ihr System zu kompliziert für eine baldige technische Realisierbar keit, siehe L.P. Muray, U. Staufer, E. Bassous, D. P. Kern, T. H. P. Chang "Experimental evaluation of a scanning tunneling microscope-microlens system", J. Vac. Sci. Technol. B 9(6), Nov/Dec 1991, S. 2955 ff. Die dort vorgeschlagene Verwendung makroskopischer Linsen ermöglicht wegen deren großer Fehler nicht die geforderte feine Bündelung des Strahls auf wenige nm.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen die:
  • 1 schematisch die Ausführungsform der Vorrichtung zum Aufbau des flachen Bildschirmes,
  • 2a einen Emitter mit zwei Extraktor-Elektroden,
  • 2b einen Emitter mit drei Extraktor-Elektroden,
  • 2c einen Emitter mit vier Extraktor-Elektroden,
  • 3a einen Bildpunkt, bestehend aus Emitter mit zwei Extraktor- und zwei Fokussier-Elektroden,
  • 3b einen Bildpunkt, bestehend aus Emitter mit drei Extraktor- und drei Fokussier-Elektroden,
  • 3c einen Emitter mit vier Extraktor-Elektroden und mit vier Fokussier-Elektroden, und
  • 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus des flachen Bildschirms mit Fokussier-Schablone und Ionenspiegel, bestehend aus Emitter, Extraktor-Linse, Fokussier-Linse, Beschleunigungsstrecke, Beschleunigungslinse und Leuchtschirm.
  • 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Aufbaus des Produktionsgeräts für die parallele Registrierung der Bildpunkte des flachen Bildschirms mit Hilfe der Elektronen(Ionen)strahl-induzierten Deposition.
  • Das Herstellungsverfahren für den flachen Farb-Bildschirm wird ohne Verwendung von Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial, aber mit Hilfe der additiven Elektronen- oder Ionenstrahl-Lithographie unter Verwendung der Korpuskularstrahl-induzierten Deposition eingesetzt.
  • Dazu wird, wie 1 zeigt, auf einem isolierenden, gegebenenfalls auch flexiblen Grundmaterial 1, das Vakuum isolierend ausgeführt ist, durch Lithographie mit Licht-, Röntgen-, oder Korpuskularstrahlung eine ein- oder mehrlagige Leiterbahnstruktur in Form einer Metallisierung oder einem anderen leitfähigen Belag strukturiert aufgebracht. Die entstehenden Leitungen dienen der erforderlichen Potentialführung zur Versorgung der Emitter-Drähte 2 und der Emitter-Spitze mit negativem Potential relativ zum Extraktor-Draht 3 mit positivem Potential. Der Emissionsstrom kann dabei durch geeignete Maßnahmen für jede einzelne Emitter-Spitze automatisch stabilisiert sein.
  • Die Extraktor-Drähte 3 sind von Fokussier- und Ablenk-Drähten 4 umgeben, mit deren Hilfe die Bildpunkte parallel beeinflusst werden können. Die Beschleunigungselektrode 5 trägt Detektoren 7 für Sekundärstrahlung (Ionen, Elektronen, Röntgen-Strahlung), mit deren Hilfe die Fokussierung der Strahlen einzeln oder parallel überprüft werden kann.
  • Das Bildschirm-Target 6 befindet sich auf dem zur Deposition geeigneten Potential (5 – 10 kV). Es wird durch piezoelektrische Verschiebung mit höchster Auflösung und durch mechanische Verschiebung mit 0,1 μm Auflösung verschoben, sodass die Einzelbildpunkte aus Extraktor und Emitter und die entsprechenden größeren Felder der Bildpunkte mit der jeweils erforderlichen Genauigkeit registriert werden können.
  • Der Zwischenraum zwischen Target 6 und Mittelelektrode 5 ist mit einem organometallischen Präkursor mit ausreichendem Dampfdruck angefüllt, sodass einerseits die Ausbreitung der fokussierten Elektronenstrahlen nicht gestört wird, andererseits aber ausreichend Material vorhanden ist, um die Emitter- 2 und Extraktor-Nadeln 3, aus welchen die einzelnen Bildpunkte bestehen, auf der mit Leiterbahnen versehenen Targetstruktur in einer zur flächigen Produktion geeigneten Geschwindigkeit aufwachsen zu lassen. Durch die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Bildpunkte ist die großflächige Herstellung derartiger Bildschirmstrukturen möglich.
  • Die gesamte Anordnung kann in mehreren Produktionsschritten bei Farb-Bildpunkt-Größen von 0,1 mm Durch messer mit 1000 × 1000 Bildpunkten ein quadratisches Emitter-Extraktor-Feld von 10 cm Kantenlänge erzeugen. Da der Farbbildpunkt aus drei Emitter-Kollektor-Draht-Paaren besteht, die jeweils innerhalb eines μm stehen, und die Paare im Abstand von 1/3 Bildpunkt = 33 μm aufgebaut sind, ist zwischen den Bildpunkten ausreichend Platz für weitere redundante, die Bildpunkte mit belichtende Emitter und für die Leiterbahnführung.
  • Zum Aufbau des flachen Bildschirmes kann in einer der Produktionsvorrichtung ähnlichen Anordnung eine Zweilagen-Leiterbahn-Struktur eingesetzt werden, um die drei negativen R-G-B-Leitungen und die entsprechenden R-G-B-Extraktor-Leitungen senkrecht dazu zu erzeugen. Das Bild der flachen Bildschirme entsteht in herkömmlicher Weise durch Multiplexen der Emitter- und Extraktor-Potentiale über die entsprechenden Leitungen mit 1/50 sec. pro Bild. Die entsprechende Beschaltung der Leiterbahnen wird in konventioneller Hybrid-Technik, z. B. mit Flip-Chip Lötstellen ausgeführt.
  • Die Leitungen dienen der erforderlichen Potentialführung zur Versorgung des Emitter-Drahtes und der Emitter-Spitze mit negativem Potential relativ zum Extraktor-Draht mit positivem Potential in ausreichender Höhe. Der die Emitter-Spitze tragende Draht kann dabei aus Material mit unterschiedlichem Widerstand gefertigt sein, sodass die Emitter-Spitze erstens durch Joulesche Wärme aufgeheizt wird und dadurch gleichbleibende Emissionseigenschaften besitzt, zweitens die absorbierten Gase von der Spitze abgetrieben werden, und drittens durch den durch den Emissionsstrom erzeugten Spannungsabfall am Emitter-Draht-Widerstand das Potential an der Spitze so begrenzt wird, dass auch bei Überspannung kein exponentiell ansteigender Strom aus der Spitze austreten kann, der die Spitze zerstören würde.
  • Dieser bei jedem Emitter eingebaute individuelle Schutzwiderstand und Maximalstrombegrenzer wird separat vor den Emitter geschaltet oder beim Aufbauen des Emitter-Drahtes direkt erzeugt. Die Emitter-Spitze wird dann durch geänderte Depositionsbedingungen als metallischer Emitter mit niedrigerem Widerstand und geringerem Kohlenstoffgehalt erzeugt. Emitter-Draht und – Spitze stehen dabei parallel oder schief zum Extraktor-Draht oder zu zwei Extraktor-Drähten. Es werden auch andere Geometrien der Emitter-Extraktor-Anordnung mit drei, vier, sechs oder acht Drähten vorgeschlagen, die dann zusätzliche steuernde und auch fokussierende Wirkungen auf den emittierten Strahl haben.
  • Durch eine isolierende, flächige und räumliche Wabenstruktur wird ein Leuchtschirm getragen, der ebenfalls entsprechend der Anordnung der Bildpunkte größerflächig mit Leuchtsubstanzen strukturiert belegt ist. Diese sind so geartet, dass die vom Emitter emittierten Elektronen die Leuchtsubstanz zum Abstrahlen von Licht gewünschter Farbe und Intensität anregen können. Zwischen der Emitter-Extraktor-Platte und der Leuchtplatte, die wiederum aus gegebenenfalls flexiblem Vakuum isolierenden Material gefertigt ist, liegt die erforderliche Beschleunigungsspannung für die Elektronen.
  • Die Sandwich-Struktur kann sehr dünn sein, da bei dem kurzen Laufweg der Elektronen nur Feinvakuum erforderlich ist. Eine vor der Leuchtsubstanz angeordnete posi tive Elektrode, die als durchgehende Schicht in der Abstand haltenden Wabenstruktur eingelegt ist, dient als Ionenspiegel und verhindert, dass die durch Elektronenaufprall ausgelösten Sekundärionen auf die Spitze treffen und diese zerstören.
  • Mit 1000 Bildpunkten lässt sich ein quadratisches Farbbild von 10 cm Kantenlänge erzeugen. Da der Farbbildpunkt aus drei Emitter-Kollektor-Draht-Paaren, die je nach Paar innerhalb eines μm stehen, im Abstand von 1/3 Bildpunkt = 33 μm aufgebaut ist, ist zwischen den Bildpunkten ausreichend Platz für die Leiterbahnführung.
  • Es kann eine Zweilagen-Leiterbahn-Struktur eingesetzt werden, um die drei negativen R-G-B-Leitungen und die entsprechenden R-G-B-Extraktor-Leitungen senkrecht dazu zu erzeugen. Das Bild entsteht in herkömmlicher Weise durch Multiplexing der Leitungen mit 1/50 sec. pro Bild. Die entsprechende Beschaltung der Leiterbahnen wird in konventioneller Hybrid-Technik, z. B. mit Flip-Chip Lötstellen, ausgeführt.
  • Aus den 2a, 2b, 2c sowie 3a, 3b und 3c sind verschiedene Ausführungsformen der Bildpunkt-Erzeugerstrukturen, bestehend aus Leiterbahnen, Emitter und Extraktoren verschiedener Anzahl, zu erkennen. Im einzelnen zeigen die:
  • 2a einen Emitter mit zwei Extraktor-Elektroden. Diese sind geneigt, um das beschleunigende Feld zu ergeben, das die Elektronen zum Bildschirm aufsteigen lässt;
  • 2b einen Emitter mit drei Extraktor-Elektroden. Diese sind geneigt, um das verstärkt beschleunigende Feld zu ergeben, das die Elektronen senkrecht zur Ebene zum Bildschirm aufsteigen lässt;
  • 2c einen Emitter mit vier Extraktor-Elektroden. Diese sind geneigt, um das beschleunigende Feld zu ergeben, das die Elektronen senkrecht zum Bildschirm aufsteigen lässt.
  • Nach den 2a, 2b, 2c ist der für einen Bildpunkt benötigte Elektronenemitter von zwei, drei oder vier Extraktor-Elektroden in Form von Drähten mit Spitzen umgeben, welche durch Elektronenstrahl-induzierte Deposition direkt auf den Leiterbahnen aufgebaut werden, oder durch das lithographische Verfahren der Umwandlung von Palladium-Acetat oder anderen organometallischen Feststoffen, die beim Elektronenbeschuss einer aufgebrachten Schicht einen metallischen Niederschlag ausreichender Leitfähigkeit ergeben, aufgebaut.
  • 3a zeigt den Emitter mit zwei Extraktor-Elektroden und zwei Fokussier-Elektroden. Diese sind wiederum geneigt, um das beschleunigende Feld zu ergeben, das die Elektronen zum Bildschirm aufsteigen lässt. Die Fokussier-Elektroden ermöglichen es, die Zylinder-Linsen-Wirkung zu erzeugen, die erforderlich ist, um den Bildpunkt in einer Richtung zu fokussieren.
  • 3b zeigt den Emitter mit drei Extraktor-Elektroden und drei Fokussier-Elektroden. Diese sind geneigt, um das verstärkte beschleunigende und fokussierende Feld zu ergeben, das die Elektronen senkrecht zur Ebene zum Bildschirm aufsteigen lässt und den Bildpunkt in der gewünschten Größe beschränken hilft. Die erforderliche Erd-Elektrode ist nicht realisiert und kann durch die Leuchtschirm-Elektrode ersetzt werden.
  • 3c zeigt den Emitter mit vier Extraktor-Elektroden und vier Fokussier-Elektroden. Diese sind geneigt, um das beschleunigende Feld zu ergeben, das die Elektronen senkrecht zum Bildschirm aufsteigen lässt. Die Fokusier-Elektroden ermöglichen die Formgebung und Fokussierung des Bildpunktes mit zwei verschiedenen Vergrößerungsmaßstäben in x- und y-Richtung.
  • Entsprechend den 3a, 3b, 3c sind außer den Extraktor-Elektroden noch zusätzliche Fokussier-Elektroden vorhanden. Diese beeinflussen die aus dem Emitter extrahierten Elektronen in Form eines beschleunigenden oder eines verzögernden elektrischen Feldes.
  • Werden z. B. die in den 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c als Extraktoren verwendeten Drähte als Emitter verwendet, die einen zentralen Extraktor umstehen und von den als weitere Extraktoren wirksamen Fokussier-Drähten umgeben sind, so sind in solcher Anordnung Hochstrom-Anwendungen mit parallel emittierenden Emittern pro Bildpunkt möglich.
  • 4 zeigt den Aufbau des aus dem Bildpunkt-Erzeuger mit geschalteter Beschleunigungs-Lochraster-Platte aufgebauten flachen Bildschirm.
  • Aus 4 ist ersichtlich, dass den die Bildpunkte erzeugenden Strukturen eine Lochraster-Platte als Be schleunigungselektrode nachgeschaltet ist, die auf einem weiteren beschleunigenden Potential liegt und bei den Elektronen eine weitere Fokussierung und Bündelung bewirkt. Diese kann auch als Ionenspiegelelektrode ausgebildet sein, um die vom Leuchtschirm ausgelösten Ionen von der Kathode fernzuhalten. Des Weiteren kann diese Lochraster-Platte benutzt werden, um die Leuchtsubstanzen 11 im Raster der Bildpunkte aufzudampfen.
  • Der die Emitter-Spitze tragende Draht 2 (siehe 1) kann aus Material mit unterschiedlichem Widerstand gefertigt sein, sodass die Emitter-Spitze erstens durch Joulesche Wärme aufgeheizt wird und dadurch gleichbleibende Emissionseigenschaften besitzt, zweitens die adsorbierten Gase von der Spitze abgetrieben werden, und drittens durch den durch den Emissionsstrom erzeugten Spannungsabfall am Emitter-Draht-Widerstand das Potential an der Spitze so begrenzt wird, dass auch bei Überspannung kein exponentiell ansteigender Strom aus der Spitze austreten kann, der die Spitze zerstören würde.
  • Dieser pro Emitter eingebaute individuelle Schutzwiderstand und Maximalstrombegrenzer wird separat vor den Emitter geschaltet oder beim Aufbauen des Emitter-Drahtes 2 in diesem direkt erzeugt. Die Emitter-Spitze wird dann durch geänderte Depositionsbedingungen als metallischer Emitter mit niedrigerem Widerstand und geringerem Kohlenstoffgehalt erzeugt. Emitter-Draht und -Spitze stehen dabei schief zum Extraktor-Draht 3, oder zu zwei Extraktor-Drähten.
  • Durch eine isolierende, flächige und räumliche Wabenstruktur 9 wird ein Leuchtschirm 10 getragen, der ebenfalls entsprechend der Anordnung der Bildpunkte größerflächig mit Leuchtsubstanzen 11 strukturiert belegt ist.
  • Diese sind so geartet, dass die vom Emitter emittierten Elektronen die Leuchtsubstanz zum Abstrahlen von Licht gewünschter Farbe und Intensität anregen können. Zwischen der Emitter-Extraktor-Platte 1 und der Leuchtschirm-Platte 10, die wiederum aus gegebenenfalls flexiblem Vakuum-isolierendem Material mit durchsichtiger leitfähiger Beschichtung gefertigt ist, liegt die erforderliche Beschleunigungsspannung für die Elektronen.
  • Die Sandwich-Struktur kann sehr dünn sein, da bei dem kurzen Laufweg der Elektronen nur Feinvakuum erforderlich ist. Eine vor der Leuchtsubstanz angeordnete positive Elektrode 12, die als durchgehende Schicht in der Abstand haltenden Wabenstruktur 9 eingelegt ist, liegt auf positivem Potential Us gegenüber der auf einer leitfähigen durchsichtigen Schicht befindlichen Leuchtschirmschicht 11 und dient als Ionenspiegel und verhindert, dass die durch Elektronenaufprall ausgelösten Sekundärionen auf die Spitze 3 treffen und diese zerstören, siehe auch 4.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme mittels gebündelter multipler Strahlsysteme in additiver Strahlungs-Lithographie auf einem isolierenden Grundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst mittels bekannter lithographischer Methoden (Licht-, Röntgen- bzw. Korpuskular-Strahlung) in einem ersten Raster auf einem Vakuum haltenden, isolierenden Grundmaterial eine Leiterbahnstruktur zur Potentialführung aufgebracht wird, dass danach sowohl bei der Herstellung der Produktionsvorrichtungen als auch bei der Herstellung der Endprodukte mittels multipler Korpuskularstrahl-induzierter Deposition in vorwiegend schrägen Richtungen durch entsprechende Strahlführung bzw. Substratkippung in einem zweiten Raster Emitter-Drähte mit Strombegrenzerwiderständen und metallischen Emitter-Spitzen erzeugt werden und in einem dritten Raster in entgegengesetzten Neigungen bzw. in axial versetzten Richtungen Extraktor-Drähte erzeugt werden.
  2. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Raster eine Zweilagen-Leiterbahn-Struktur für je drei R-G-B-Leitungen mit negativem Potential für die Emitter als zweites Raster und mit positivem Potential für die Extraktoren als drittes Raster hergestellt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter-Draht aus Material mit unterschiedlichem Widerstand gefertigt wird, indem die Emitter-Spitze durch geänderte Depositionsbedingungen als metallischer Emitter mit niedrigerem Widerstand und geringerem Kohlenstoffgehalt erzeugt und einmal durch Joulesche Wärme aufgeheizt wird, bis sie gleichbleibende Emissionseigenschaften besitzt, durch die die adsorbierten Gase von der Spitze abgetrieben werden, und durch die der Emissionsstrom durch den erzeugten Spannungsabfall am Emitter-Draht-Widerstand auch bei Überspannung unterhalb eines zerstörenden exponentiell ansteigenden Stromes begrenzt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die bzw. mit der Elektronenstrahl-induzierte(n) Deposition, wenigstens für die Herstellung von Extraktor-Elektroden, lithographische Verfahren der Um wandlung von Palladium-Acetat oder anderen organometallischen Feststoffen, die beim Elektronenbeschuss einer aufgebrachten Schicht einen metallischen Niederschlag ausreichender Leitfähigkeit ergeben, verwendet werden.
  5. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zur additiven Lithographie durch Deposition benötigten Moleküle eingeführt und mittels fokussierter Strahlen die Drähte für die Emitter-Extraktor-Fokussier-Anordnung schrittweise gleichzeitig erzeugt werden.
  6. Verfahren zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur schrittweisen Veränderung der Auftrefforte für die Strahlen mit niedriger und hoher Auflösung das gesamte Target mechanisch und piezoelektrisch grob und fein verschoben wird und dass mittels der Extraktor-Fokussierung eine individuelle Feinpositionierung der einzelnen Strahlen durchgeführt wird.
  7. Vorrichtung zur Herstellung der Bildpunkt-Strahlungsquellen für flache Farb-Bildschirme mit einem Emitter-Träger mit Emitter-Drähten, deren Spitzen zum Bildschirm-Target gerichtet sind, und mit strahlbündelnden Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass als strahlbündelnde Elemente, sowohl beim Produkt auch bei der Produktionsvorrichtung, neben den Emitter-Drähten wenigstens ein zur Emitter-Spitze geneigter Extraktor-Draht auf dem Extraktor-Träger angeordnet ist, und dass dazu bei der Produktionsvorrichtung weitere aus Drahtspitzen gebildete, ebenfalls gegenüber den Extraktordrähten geneigte Fokussier-Elektroden in größerem Abstand vom Emitter-Draht angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Raster in zwei getrennte Leiterbahnen aufgeteilt ist, auf denen zwei Emitter-Drähte aufgebracht sind, die, sich an den Spitzen berührend, eine Haarnadel bilden, die eine Spitze trägt, wobei die Potentialverbindung zwischen den getrennten Leiterbahnen über die Emitter-Spitzenberührung hergestellt ist, die wenigstens anfangs zwecks Formierung der Emitter-Spitze mittels Stromdurchfluss einer Erhitzung ausgesetzt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die für einen Bildpunkt benötigte(n) Elektronen-Emitter von mindestens zwei Extraktor-Elektroden in Form von zum Emitter hin geneigten Drähten mit Spitzen umgeben ist (sind), die direkt auf den Leiterbahnen des dritten Rasters angeordnet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktor-Elektroden von zusätzlichen Fokussier-Elektroden mindestens gleicher Anzahl umgeben sind, die in Form eines beschleunigenden bzw. verzögernden Fel des die aus dem Emitter extrahierten Elektronen durch das durch sie erzeugte elektrische Feld in ihrer Bahn, und so die Form des Bildpunktes und seine Beleuchtungs-Stromdichteverteilung in ihrer Bahn, in erwünschter Art beeinflussen.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den die Bildpunkte erzeugenden Strukturen und dem Leuchtschirm eine Ionenspiegelelektrode als Beschleunigungselektrode nachgeschaltet ist, die auf einem weiteren beschleunigenden Potential liegt und für die Elektronen eine weitere Fokussierung und Bündelung bewirkt und die vom Leuchtschirm ausgelösten Ionen von der Kathode fernhält.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenspiegelelektrode zur Erzeugung eines dynamischen, die Feldemission nicht störenden Ionenstromes derart geformt und in einem Abstandshalter zwischen Emitter-Fläche und Leuchtschirm so eingebaut ist, dass die Ionen mittels eines nicht rotationssymmetrischen Feldes zu Orten außerhalb der bildpunkterzeugenden Emitterstrukturen und Elektroden abgelenkt sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Emitter-Extraktor-Struktur und der Ionenspiegelelektrode eine Lochrasterplatte mit auf einen Punkt fokussierender Eigenschaft eingefügt ist, die für ein Feld mit einer Vielzahl von Strahlenbündel wirksam ist.
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