DE60010434T2

DE60010434T2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur steuerung von feldemissionsstrom

Info

Publication number: DE60010434T2
Application number: DE60010434T
Authority: DE
Inventors: Kok Ken FOO; C. Robert RAUMBAUGH
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: JP2002537588A; EP1155432B1; US6060840A; WO2000049636A1; TW451256B; EP1155432A1; DE60010434D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zum Steuern von Feldemissionsdisplays und im Besonderen auf Verfahren und Schaltungen zum Aufrechterhalten eines konstanten Emissionsstroms in Feldemissionsdisplays.
Hintergrund der Erfindung
Feldemissionsdisplays sind dem Fachmann gut bekannt. Ein Feldemissionsdisplay umfasst eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte, welche eine dünne Hülle definieren. Die Kathodenplatte umfasst Spaltenelektroden und Gate-Extraktionselektroden, die verwendet werden, um eine Elektronenemission aus Elektronenemitterstrukturen, wie z. B. Spindt-Spitzen zu bewirken.
Während der Lebensdauer eines Feldemissionsdisplays können die emittierenden Oberflächen der Elektronenemitterstrukturen verändert werden, wie z. B. durch chemisches Reagieren mit Verunreinigungen, die aus Oberflächen in der Displayhülle entstehen. Die verunreinigten emittierenden Oberflächen haben typischerweise Elektronenemissionseigenschaften, die schlechter sind als die der ursprünglichen nicht verunreinigten emittierenden Oberflächen. Im Besonderen verursacht die Verunreinigung, dass der Elektronenemissionsstrom für einen gegebenen Satz von Betriebsparametern abnimmt.
Dem Fachmann auf dem Gebiet ist bekannt, dass ein gleichförmiger und konstanter Emissionsstrom durch Koppeln einer Stromquelle mit jeder der elektronenemittierenden Strukturen zur Verfügung gestellt werden kann. Die Stromquelle wird gesteuert, um den gewünschten Emissionsstrom zur Verfügung zu stellen. Dieses Schema kann jedoch in einer komplizierten Vorrichtung resultieren, die schwierig herzustellen und schwierig zu steuern ist.
Die EP 0833359 (NEC) beschreibt eine Feldemissionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von Kathodensegmenten und eine Mehrzahl von Gatesteuerschaltungen zur Verfügung gestellt werden. Jede der Gatesteuerschaltungen ist mit einem der Kathodensegmente verbunden. Jedes der Kathodensegmente umfasst eine Kathodenelektrode, eine Gate-Elektrode, eine dazwischen liegende Isolierschicht und eine Mehrzahl von konusförmigen Emittern, die in Öffnungen gebildet werden, die in der Gate-Elektrode und der Isolierschicht perforiert sind. Jede der Gatesteuerschaltungen detektiert einen Strom, der durch eines der Kathodensegmente fließt und eine Spannung der Gate-Elektrode des jeweiligen Kathodensegmen tes entsprechend dem detektierten Strom steuert, so dass der detektierte Strom nahe an einen definierten Wert gebracht wird.
Dementsprechend existiert ein Bedarf an einem Verfahren und an Mitteln zum Steuern des Emissionsstroms in einem Feldemissionsdisplay, die mindestens einige dieser Nachteile überwinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird Bezug auf die Zeichnungen genommen:
1 ist eine schematische Darstellung eines Feldemissionsdisplays gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Feldemissionsdisplays, das eine Stromsteuerung hat, die eine Offset-Spannungsquelle handhabt, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 ist ein Timingdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Feldemissionsdisplays darstellt, gemäß der Erfindung;
4 ist eine graphische Darstellung des Emissionsstroms versus der Potentialdifferenz (zwischen Spaltenspannung und Gate-Spannung) und zeigt weiterhin Betriebspunkte entsprechend verschiedener in 3 dargestellten Zeiten;
5 ist eine graphische Darstellung der Gate-Spannung vor und nach einem Schritt des Einstellens einer Gate-Spannung zum Steuern des Emissions- oder Anodenstroms, gemäß der Erfindung;
6 stellt die Graphen des Anodenstroms und der Gate-Spannung für ein Verfahren nach dem Stand der Technik des Betriebes eines Feldemissionsdisplays dar;
7 stellt die Graphen des Anodenstroms und der Offset-Spannung gemäß dem Verfahren der Erfindung dar;
8 ist ein Schaltdiagramm einer Steuerschaltung zum Steuern des Emissionsstroms, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
9 ist eine Familie von Betriebskurven des Emissionsstroms versus der Potentialdifferenz für ein Feldemissionsdisplay und stellt weiterhin eine Mappingfunktion gemäß dem Verfahren der Erfindung dar;
10 ist ein Timingdiagramm des Betriebes der Ausführungsform von 8, gemäß dem Verfahren der Erfindung;
11 ist ein Schaltdiagramm einer Steuerschaltung zum Steuern des Emissionsstroms, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
12 ist ein Timingdiagramm des Betriebes der Ausführungsform von 11, gemäß dem Verfahren der Erfindung.
Es ist verständlich, dass im Sinne der Einfachheit und Klarheit der Darstellung die in den Zeichnungen gezeigten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet worden sind. Zum Beispiel sind die Dimensionen einiger der Elemente relativ zueinander übertrieben dargestellt. Weiterhin sind, wo dies für angemessen erachtet wurde, die Bezugszeichen zwischen den Zeichnungen wiederholt worden, um entsprechende Elemente anzuzeigen.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Feldemissionsdisplay zum Aufrechterhalten eines konstanten Emissionsstroms über die Betriebslebensdauer des Displays. Das Verfahren der Erfindung umfasst die Schritte des Messens eines Emissionsstroms, des Vergleichens des gemessenen Wertes mit einem Sollwert und, wenn die Werte nicht gleich sind, des Handhabens einer Gate-Spannung, um zu bewirken, dass sich der Emissionsstrom dem Sollwert annähert, gemäß den Ansprüchen. Das Verfahren wird von Zeit zu Zeit ausgeführt, wie z. B. bei jeder Inbetriebnahme des Displays. Auf diese Weise wird über die Lebenszeit des Displays ein konstanter Emissionsstrom erreicht, was zu dem Vorteil einer konstanten Helligkeit des Displaybildes führt. Weiterhin stellen das Verfahren und das Display der Erfindung eine verbesserte Betriebslebensdauer zur Verfügung, die größer als die Lebensdauer eines entsprechenden Displays ist, welches bei einer konstanten Gate-Spannung betrieben wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines Feldemissionsdisplays (FED) 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das FED 100 umfasst eine FED-Vorrichtung 110 und eine Steuerschaltung 111 zum Steuern des Emissionsstroms.
Die FED-Vorrichtung 110 umfasst eine Kathodenplatte 112 und eine Anodenplatte 114. Die Kathodenplatte 112 umfasst ein Substrat 116, das aus Glas, Silizium und dergleichen gemacht sein kann. Eine erste Spaltenelektrode 118 und eine zweite Spaltenelektrode 120 sind auf dem Substrat 116 angeordnet. Die erste Spaltenelektrode 118 ist mit einer ersten Spannungsquelle 130, V₁, verbunden, und die zweite Spaltenelektrode 120 ist mit einer zweiten Spannungsquelle 132, V₂, verbunden. Auf den Spaltenelektroden 118, 120 ist eine dielektrische Schicht 122 angeordnet, die weiterhin eine Mehrzahl von Bohrungen definiert.
Eine Elektronenemitterstruktur 124, wie z. B. eine Spindt-Spitze, ist in jeder der Bohrungen angeordnet. Die Anodenplatte 114 wird angeordnet, um einen Emissionsstrom 134 zu empfangen, der durch die durch die Elektronenemitterstrukturen 124 emittierten Elektronen definiert ist. Eine Gate-Extraktionselektrode 126 wird auf der dielektrischen Schicht 122 gebildet und ist benachbart zu und getrennt von den Elektronenemitterstrukturen 124 angeordnet. Die Spaltenelektroden 118, 120 und die Gate-Extraktionselektrode 126 werden verwendet, um die Elektronenemitterstrukturen 124 selektiv zu adressieren.
Zum besseren Verständnis beschreibt 1 nur ein Paar von Spaltenelektroden und nur eine Gate-Extraktionselektrode. Es sollte jedoch klar sein, dass jede beliebige Zahl von Spalten- und Gate-Extraktionselektroden eingesetzt werden kann. Eine beispielhafte Zahl von Gate-Extraktionselektroden für eine FED-Vorrichtung ist 240, und eine beispielhafte Zahl von Spaltenelektroden ist 960. Dem Fachmann auf dem Gebiet sind Verfahren zum Herstellen von Kathodenplatten für matrixadressierbare Feldemissionsdisplays bekannt.
Die Anodenplatte 114 umfasst ein transparentes Substrat 136, das z. B. aus Glas gemacht ist. Eine Anode 138 wird auf dem transparenten Substrat 136 angeordnet. Die Anode 138 wird vorzugsweise aus einem transparenten leitenden Material gemacht, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Anode 138 eine kontinu ierliche Schicht, die dem gesamten emittierenden Bereich der Kathodenplatte 112 gegenüberliegt. Das heißt die Anode 138 ist vorzugsweise gegenüber der Gesamtheit der Elektronenemitterstrukturen 124 angeordnet.
Ein Eingang 142 der Anode 138 ist geeignet, mit einem Ausgang der Stromversorgung 146 verbunden zu werden. Die Stromversorgung 146 umfasst einen von verschiedenen Typen von Stromversorgungen, wie z. B. einen Aufwärtstransformator, eine piezoelektrische Stromversorgung und dergleichen. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Stromversorgung 146 eine variable, Hochspannungsstromversorgung, die eine Anodenspannung, V_A, in der Größenordnung von 5000 Volt zur Verfügung stellen kann. Ein Anodenstrom 144, I_A, fließt von der Stromversorgung 146 zu der Anode 138. Für die Werte der hierin beschriebenen Anodenspannung ist es eine nützliche Annahme, dass die Größe des Anodenstroms 144 gleich der Größe des Emissionsstroms 134 ist.
Auf der Anode 138 wird eine Mehrzahl von phosphorisierenden Stoffen 140 angeordnet. Die phosphorisierenden Stoffe 140 sind kathodolumineszent. Die phosphorisierenden Stoffe 140 emittieren Licht in Reaktion auf eine Aktivierung durch den Emissionsstrom 134. Dem Fachmann auf dem Gebiet sind auch Verfahren zum Herstellen von Anodenplatten für matrixadressierbare Feldemissionsdisplays bekannt.
Gemäß der Erfindung umfasst die Steuerschaltung 111 einen Sensor 150. Ein Eingang des Sensors 150 ist mit der Stromversorgung 146 verbunden. Ein Ausgangssignal 148 fließt von der Stromversorgung 146 zu dem Sensor 150. Das Ausgangssignal 148 umfasst Informationen entsprechend den Betriebsparametern der Stromversorgung 146. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal 148 Informationen über den elektri schen Strom, die Leistungsausgabe oder den Betriebsablauf der Stromversorgung 146 umfassen.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird der Emissionsstrom 134 oder der Anodenstrom 144 direkt, mit Hilfe einer Strommessung, oder indirekt gemessen. Eine indirekte Detektion führt zur Extraktion von Informationen über den Emissionsstrom 134 aus dem gemessenen Betriebsparameter der Stromversorgung 146. Zum Beispiel ist die Leistungsabgabe der Stromversorgung 146, als eine brauchbare Näherung, zu dem Anodenstrom 144 und entsprechend dem Emissionsstrom 134 proportional.
Der Sensor 150 spricht auf das Ausgangssignal 148 an und erzeugt ein Ausgangssignal 152, welches zum Aktivieren einer Stromsteuerung 154 nützlich ist. Das Ausgangssignal 152 umfasst außerdem Informationen entsprechend eines Betriebsparameters der Stromversorgung 146.
Die Stromsteuerung 154 hat einen Ausgang, der mit einem Eingang einer Gate-Spannungsquelle 158 verbunden ist. Ein Ausgang der Gate-Spannungsquelle 158 ist mit einem Eingang 128 der Gate-Extraktionselektrode 126 verbunden. In Reaktion auf das Ausgangssignal 152 des Sensors 150 erzeugt die Stromsteuerung 154 ein Ausgangssignal 156. Das Ausgangssignal 156 veranlasst die Gate-Spannungsquelle 158, eine Gate-Spannung, V_G, bei der Gate-Extraktionselektrode 126 einzustellen. Die Gate-Spannung wird durch eine Menge eingestellt, die ausreicht, um zu bewirken, dass der Emissionsstrom 134, und entsprechend der Anodenstrom 144, einen durch einen Sollwert gewünschten Wert erreichen.
2 ist eine schematische Darstellung des FED 100, das die Stromsteuerung 154 hat, die eine Offset-Spannungsquelle 160 handhabt, gemäß den Ansprüchen. Die Gate- Spannungsquelle 158 umfasst die Offset-Spannungsquelle 160 und eine Abtastspannungsquelle 164. Die Offset-Spannungsquelle 160 hat einen Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals 156 der Stromsteuerung 154. Um die Gate-Spannung gemäß der Erfindung einzustellen, handhabt das Ausgangssignal 156 die Offset-Spannungsquelle 160.
Die Offset-Spannungsquelle 160 stellt eine Offset-Spannung, V_OFFSET, bei einem Ausgang 162 zur Verfügung. Die Abtastspannungsquelle 164 ist zum Hinzufügen einer Abtastspannung, V_S, zu der Offset-Spannung nützlich. Die Offset-Spannungsquelle 160 und die Abtastspannungsquelle 164 stehen zueinander in Wirkverbindung, um das Hinzufügen der Offset- und Abtastspannungen zu erreichen. In der Ausführungsform von 2 ist die Offset-Spannungsquelle 160 mit der Abtastspannungsquelle 164 in Reihe geschaltet, so dass der Ausgang 162 der Offset-Spannungsquelle 160 mit einem negativen Eingang der Abtastspannungsquelle 164 verbunden ist. Die Abtastspannungsquelle 164 wird aktiviert, um die Abtastspannung durch die Steuerschaltung (nicht gezeigt) zur Verfügung zu stellen.
3 ist ein Timingdiagramm, das ein Verfahren zum Betreibern des FED 100 während des Displaybetriebsmodus des FED 100 darstellt. Der Displaybetriebsmodus ist durch die Erzeugung eines Displaybildes bei der Anodenplatte 114 gekennzeichnet. In 3 wird das selektive Adressieren der Elektronenemitterstruktur 124 bei dem Schnittpunkt der Gate-Extraktionselektrode 126 und der ersten Spaltenelektrode 118 dargestellt. 3 stellt einen Graphen 166 der Gate-Spannung und einen Graphen 168 der Spaltenspannung, V₁, bei der ersten Spaltenelektrode 118 dar. Vor t₀ ist die Spaltenspannung gleich V_1,1 und die Gate-Spannung gleich V_OFFSET,1. Da die Gate-Spannung geringer ist als die Spaltenspannung, tritt keine Elektronenemission auf. Bei t₀ wird die Abtastspannungsquelle 164 aktiviert, so dass eine Abtastspannung zu V_OFFSET,1 hinzugefügt wird, was in einer Gate-Spannung von V_G,1 resultiert.
Zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₄ wird die Gate-Extraktionselektrode 126 abgetastet. Das heißt, dass die Elektronenemitterstrukturen 124, die entlang der Gate-Extratkionselektrode 126 angeordnet sind, veranlasst werden können, zu emittieren, wenn den entsprechenden Spaltenelektroden eine angemessene Spannung zugeführt wird. In dem Beispiel von 3 wird die Elektronenemitterstruktur 124 bei der ersten Spaltenelektrode 118 durch Zuführen einer Spaltenspannung von V_1,2 veranlasst, zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₂ zu emittieren. Das heißt dass die Potentialdifferenz, ΔV, zwischen der Spaltenspannung und der Gate-Spannung hinreichend groß ist, um eine Elektronenemission mit einem gewünschten Wert zu bewirken.
Bei dem Zeitpunkt t₂ wird die Spaltenspannung auf V_1,1 zurückgesetzt, was zu einer ΔV führt, die unzureichend ist, um eine Emission zu bewirken, und die Elektronenemission wird beendet. Bei dem Zeitpunkt t₄ wird das Abtasten der Gate-Extraktionselektrode 126 durch Deaktivieren der Abtastspannungsquelle 164 beendet, so dass die Gate-Spannung zu dem Offset-Wert zurückkehrt.
Zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₈ wird eine andere Gate-Extraktionselektrode abgetastet. Zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₆ wird die Spaltenelektrode 118 noch einmal aktiviert, um eine Emission bei der abgetasteten Gate-Extraktionselektrode zu bewirken. Während des Displaybetriebsmodus wird die Anodenspannung, V_A, ausgewählt, um ei nen gewünschten Helligkeitspegel für das Licht zur Verfügung zu stellen, das aus der Anodenplatte 114 ausgegeben wird. Es kann z. B. eine Anodenbetriebsspannung, V_A,OP, in der Größenordnung von Tausenden von Volts eingesetzt werden.
4 stellt einen Graphen 169 des Emissionsstroms versus der Potentialdifferenz, ΔV, zwischen der Spaltenspannung und der Gate-Spannung dar und zeigt weiterhin Arbeitspunkte entsprechend den verschiedenen in 3 dargestellten Zeitpunkten an. Bei dem Zeitpunkt t₁ wird der Emissionsstrom 134 aktiviert, während bei den Zeitpunkten t₃, t₅ und t₇ die Elektronenemission vernachlässigbar ist.
5 stellt den Graphen 166 von 3 und einen Graphen 174 der Gate-Spannung jeweils vor und nach einem Schritt des Einstellens der Gate-Spannung, um die Emission oder den Anodenstrom zu steuern, dar, gemäß der Erfindung. Während des Betriebes des FED 100 wird die Offset-Spannung zunächst bei V_OFFSET,1 gesetzt. Wenn die Gate-Extraktionselektrode 126 abgetastet wird, wird die Abtastspannung hinzugefügt, was in einer Gate-Spannung von V_G,1 resultiert.
Bei einem nachfolgenden Zeitpunkt in dem Betrieb des FED 100 wird die Gate-Spannung gemäß der Erfindung eingestellt. Wenn der Emissionsstrom 134 abgenommen hat, ist die eingestellte Gate-Spannung, wie durch den Graphen 174 angezeigt, größer als die ursprüngliche Gate-Spannung. Während der Einstellung steigt die Offset-Spannung auf V_OFFSET,2 an. Nachfolgend, wenn die Gate-Extraktionselektrode 126 abgetastet wird, wird die konstante Abtastspannung zu der eingestellten Offset-Spannung hinzugefügt, wodurch die Gate-Spannung auf V_G,2 ansteigt.
6 stellt einen Graphen 170 der Gate-Spannung und einen Graphen 172 des Anodenstroms für ein Verfahren nach dem Stand der Technik dar, das ein Feldemissionsdisplay betreibt. Wie durch den Graphen 170 dargestellt, bleibt die Gate-Spannung über die Betriebslebensdauer des Displays bei V_G,0 konstant. Weiterhin wird der Anodenstrom, der dem Emissionsstrom entspricht, nicht gesteuert, so dass er während der Lebensdauer des Displays, wie durch den Graphen 172 angezeigt, kontinuierlich abnimmt. Der Betrieb des FED nach dem Stand der Technik beginnt bei dem Zeitpunkt t₀. Die Lebensdauer des Displays nach dem Stand der Technik, t'_LIFE, wird als die Gesamtbetriebszeit definiert, die für den Anodenstrom erforderlich ist, um einen ausgewählten Wert, I_A,f, zu erreichen. Der Wert von I_A,f wird typischerweise als ein Prozentwert eines ursprünglichen Anodenstroms, I_A,0, ausgedrückt, wie z. B. 50% von I_A,0.
7 stellt einen Graphen 176 des Anodenstroms 144 und einen Graphen 178 der Offset-Spannung dar, gemäß dem Verfahren der Erfindung. Die Abszisse stellt die Betriebszeit dar, während der das FED 100 im Displaybetriebsmodus ist. Somit sind in 7 mindestens vier Perioden des Betriebes des FED 100 dargestellt. Die Zeiten, die an der Abszisse in 7 besonders angezeigt werden, entsprechen nicht notwendigerweise den Zeiten, die in anderen Abbildungen der Beschreibung besonders angezeigt werden.
In dem Beispiel von 7 wird das Steuerverfahren der Erfindung bei jeder Inbetriebnahme des FED 100, unmittelbar vor einer Betriebsperiode, durchgeführt. Um die Displaybetriebslebensdauer von der nach dem Stand der Technik zu unterscheiden oder abzugrenzen, werden der ursprüngliche Wert, I_A,0, und der endgültige Wert, I_A,f, des Anodenstroms 144 in 7 so gewählt, dass sie gleich denen von 6 sind.
Der Betrieb des FED 100 beginnt bei dem Zeitpunkt t₀. Eine Betriebsperiode beginnt zusätzlich bei jedem der Zeitpunkte t₁, t₂ und t₃. Bei den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ werden weiterhin die Werte des Anodenstroms 144 und die Offset-Spannung gezeigt, die vor und nach der Steuerung des Emissionsstroms existieren, gemäß der Erfindung. Zum Beispiel zeigt bei dem Zeitpunkt t₁ der niedrigere Punkt auf dem Graphen 176 den Wert des Anodenstroms 144 am Ende der ersten Betriebsperiode an.
Bei der Inbetriebnahme des FED 100 wird, unmittelbar vor der zweiten Betriebsperiode, das Verfahren der Erfindung eingesetzt, um die Offset-Spannung aus V_OFFSET,1 auf V_OFFSET,2 einzustellen. Die eingestellte Offset-Spannung bewirkt, dass der Anodenstrom 144 zu dem Sollwert zurückkehrt, der der ursprüngliche Wert, I_A,0, des Anodenstroms 144 ist.
Die Betriebslebensdauer, t_LIFE, des FED 100 wird durch eine maximale Offset-Spannung, V_OFFSET,MAX, und durch die untere Grenze, I_A,f, des Anodenstroms 144 bestimmt. Die maximale Offset-Spannung kann durch die Betriebsgrenzen der Offset-Spannungsquelle 160 definiert werden. Die maximale Offset-Spannung kann einer maximalen Spannung gleich sein, die durch die Offset-Spannungsquelle 160 zur Verfügung gestellt wird. Alternativ kann die maximale Offset-Spannung durch Grenzen, die den Schaltstromerfordernissen auferlegt sind, oder durch Treiberbegrenzungen definiert werden.
Für die durch 7 dargestellte Ausführungsform umfasst daher die Betriebslebensdauer die Zeit, t₃, die erforderlich ist, um die maximale Offset-Spannung, V_OFFSET,MAX, zu erreichen. Die Betriebslebensdauer umfasst weiterhin die Betriebslebensdauer (t_LIFE–t₃), die für den Anodenstrom 144 erforderlich ist, um den ausgewählten endgültigen Wert, I_A,f, zu erreichen, während das FED 100 bei einer konstanten Offset-Spannung von V_OFFSET,MAX, arbeitet.
Die Steigungen der Segmente des Graphen 176 werden in 7 als gleich dargestellt. Sie können jedoch verschieden sein. Außerdem wird der Unterschied im Anodenstrom (Graph 176) zwischen aufeinander folgenden Betriebsperioden, bei den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ dargestellt, als konstant dargestellt. Der Unterschied im Anodenstrom kann jedoch variieren. Weiterhin ist die Dauer einer jeden Betriebsperiode nicht notwendigerweise gleich.
In 7 wird die Lebensdauer, t'_LIFE, des in 6 dargestellten Standes der Technik angezeigt. Aus 7 wird klar, dass das Verfahren der Erfindung eine merklich verbesserte Displaylebensdauer, t_LIFE, über der nach dem Stand der Technik hinaus, zur Verfügung stellt. Die realisierte Verbesserung der Lebensdauer muss jedoch nicht gleich der in 7 gezeigten sein.
Wie mit Bezug auf 7 beschrieben, kann die Einstellung der Gate-Spannung gemäß der Erfindung bei jeder Inbetriebnahme des Displays auftreten. Der Umfang der Erfindung ist nicht auf dieses besondere Timingschema begrenzt. Zum Beispiel können die Schritte der Erfindung am Ende von ausgewählten Displayrahmen, während Abschaltintervallen, durchgeführt werden.
8 ist ein Schaltdiagramm der Steuerschaltung 111, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform von 8 umfasst die Stromsteuerung 154 einen Zähler 182 und einen Komparator 184, und die Offset- Spannungsquelle 160 umfasst einen variablen Widerstand 193 und einen Regler 200, der parallel zu einem Widerstand 202 geschaltet ist.
Die Steuerschaltung 111 von 8 umfasst weiterhin ein elektrisches Relais 179 und einen variablen Widerstand 181, welche zum Einstellen der Anodenspannung, V_A, nützlich sind. Das elektrische Relais 179 ist an einem ersten Terminal mit einer Rückkopplungsschaltung (nicht gezeigt) der Stromversorgung 146 und an einem zweiten Terminal mit dem variablen Widerstand 181 verbunden. Das elektrische Relais 179 wird durch ein Signal (nicht gezeigt) gesteuert, das bewirkt, dass das elektrische Relais 179 die Verbindung zwischen der Stromversorgung 146 und dem variablen Widerstand 181 herstellt oder unterbricht.
Ein erster Eingang 186 des Zählers 182 ist mit dem Ausgang des Sensors 150 verbunden. Der Ausgang des Zählers 182 ist mit einem Eingang des Komparators 184 verbunden, und die Ausgänge 192 des Komparators 184 sind mit den Eingängen des variablen Widerstandes 193 verbunden.
In der Ausführungsform von 8 ist der Sensor 150 ein Impulsmodulator, wie z. B. ein Impulsbreitemodulator und/oder ein Impulsfrequenzmodulator. Das Ausgangssignal 152 ist ein digitales Signal. Die Breite und Frequenz der Impulse codieren Informationen, die den Betriebsparametern der Stromversorgung 146 entsprechen. Das heißt, das Ausgangssignal 152 ist z. B. eine Funktion der Zeit, Temperatur, Ausgangsleistung und/oder des Betriebsablaufs.
Das Ausgangssignal 152 wird zu dem ersten Eingang 186 des Zählers 182 übertragen. Ein Puffer 195 wird mit dem ersten Eingang 186 des Zählers 182 verbunden, um das Laden des Ausgangssignals 152 zu minimieren. Der erste Eingang 186 ist mit dem Taktgeber des Zählers 182 verbunden. Der Zähler 182 hat einen zweiten Eingang 188, der mit der Taktfreigabe des Zählers 182 verbunden ist. Der zweite Eingang 188 ist geeignet, ein Zählerfreigabesignal 180 zu empfangen. Der Zähler 182 erzeugt ein Ausgangssignal 190, welches ein Datensignal ist, das N Bits umfasst.
Der variable Widerstand 193 umfasst eine Mehrzahl von Widerständen 198, 196, die parallel geschaltet sind. Die Widerstände eines jeden der Widerstände 198, 196 werden individuell ausgewählt und müssen nicht denselben Wert haben. Jeder der Widerstände 198 ist weiterhin in Reihe mit einem Transistor 194 geschaltet, welcher eine Schaltfunktion durchführt, um eine Steuerung des Stromflusses durch die Widerstände 198 zu erlauben. Die Basis eines jeden Transistors 194 ist mit einem der Ausgänge 192 des Komparators 184 verbunden. Der Komparator 184 steuert den effektiven Widerstand des variablen Widerstandes 193 durch Steuern des Betriebszustandes der Transistoren 194.
Der effektive Widerstand, R_effective, des variablen Widerstandes 193 wird durch die folgende Gleichung gegeben: (1) Reffective = 1/(1/R1 + Σ1/R),wo:
R1 = der Widerstand des Widerstandes 196, und die Summe wird über solche der Widerstände 198 gebildet, durch die ein Stromfluss freigegeben wird.
Der Regler 200 ist ein einstellbarer linearer Regler. Somit ist die Offset-Spannung, V_OFFSET, durch die folgende Gleichung gegeben: (2) VOFFSET = Vb(R2/Reffective)wo:
V_b = eine durch den einstellbaren linearen Regler definierte Konstante,
R₂ = der Widerstand des Widerstandes 202, und Reffective = wie oben durch die Gleichung (1) definiert.
Die Gleichung (2) ist so lange gültig, wie der Wert eines Spannungssignals 197, das einem Eingang des Reglers 200 zugeführt wird, größer ist als die Ausgangsspannung, die V_OFFSET ist.
Die Gleichungen (1) und (2) zeigen, dass, wenn die Widerstände 198 durch den Komparator 184 effektiv hinzugefügt werden, der effektive Widerstand des variablen Widerstandes 193 abnimmt und die Offset-Spannung ansteigt.
Der Komparator 184 verwendet die durch das Ausgangssignal 190 zur Verfügung gestellten Informationen, um die erforderliche Einstellung der Offset-Spannung zu bestimmen. In der Ausführungsform von 8 wird die Offset-Spannung durch den effektiven Widerstand des variablen Widerstandes 193 bestimmt. Somit führt der Komparator 184 die Funktion des Freigebens des erforderlichen effektiven Widerstandes des variablen Widerstandes 193 durch.
Zum Beispiel kann der Schritt des Einstellens der Gate-Spannung durch das Abbilden eines detektierten Wertes des Emissionsstroms 134 in einen Sollwert erreicht werden, um die eingestellte Gate-Spannung zu definieren. Für die Ausführungsform von 8 verwendet die Mapping-Operation den detektierten Wert des Emissionsstroms 134, um bei einer Konfiguration für den variablen Widerstand 193 anzukommen, die die eingestellte Offset-Spannung erzeugt. Die Mapping-Operation kann durch Verwenden einer Nachschlagetabelle implementiert werden. Die Informationen in der Nachschlagetabelle werden durch Einsetzen einer Mapping-Funktion erzeugt.
Die Formulierung der Mapping-Funktion erfordert Informationen über die Beziehung zwischen dem Emissionsstrom 134 und der Gate-Spannung. Eine nützliche Annäherung ist z. B., dass der Emissionsstrom 134 proportional zu der Offset-Spannung ist. Alternativ kann eine präzisere Beziehung für eine gegebene Display-Konstruktion durch Verwenden von empirischen Verfahren oder Computersimulationen bestimmt und, wie ausführlicher mit Bezug auf 9 beschrieben, verwendet werden.
Die Formulierung der Mapping-Funktion erfordert weiterhin Informationen über die Beziehung zwischen dem Emissionsstrom 134 und der Anodenspannung. Im Allgemeinen variiert der Emissionsstrom mit der Anodenspannung. Weiterhin ist, gemäß dem Verfahren der Erfindung, die Anodenspannung im Verlauf der Steuer- und Display-Betriebsmodi des FED 100 vorzugsweise nicht konstant.
Im Verlauf der Schritte zum Steuern des Emissionsstroms 134 ist, gemäß dem Verfahren der Erfindung (Steuermodus), die Anodenspannung, V_A, bei der Anode 138 vorzugsweise gleich einem Steuerwert, V_A,C. Während des Display-Betriebsmodus des FED 100 ist die Anodenspannung jedoch gleich der Anodenbetriebsspannung, V_A,OP. Der Steuerwert, V_A,C, ist geringer als die Anodenbetriebsspannung, V_A,OP. Der Steuerwert wird ausgewählt, um eine Emission von sichtbarem Licht bei der Anodenplatte 114 während des Steuerbetriebs modus zu verringern oder zu eliminieren, während die Anodenbetriebsspannung ausgewählt wird, um ein Displaybild zur Verfügung zu stellen, das einen besonderen Helligkeitspegel hat.
Somit ist der Sollwert des Emissionsstroms 134 während des Steuerbetriebsmodus nicht gleich dem erwünschten Wert des für den Displaybetriebsmodus ausgewählten Emissionsstroms 134. Vielmehr wird der Sollwert für den Steuermodus ausgewählt, um die Auswirkung des Anstiegs der Anodenspannung auf den Emissionsstrom 134 zu berücksichtigen, wenn der FED 100 in den Display-Betriebsmodus eintritt.
9 ist eine Familie der Betriebskurven 201, 203, 205 des Emissionsstroms, I, versus der Potentialdifferenz, ΔV, (zwischen Spaltenspannung und Gate-Spannung) für den FED 100 bei einer konstanten Temperatur. 9 stellt weiterhin eine Mapping-Funktion zum Abbilden eines gemessenen Arbeitspunktes in einen Arbeitspunkt dar, der einen Emissionsstrom hat, welcher gleich dem Sollwert ist, gemäß dem Verfahren der Erfindung. Im Allgemeinen verändert sich die Betriebskurve des FED 100 bezüglich der Betriebszeit aufgrund der Verunreinigung der Elektronenemitterstrukturen 124. Das heißt, eine chemische Veränderung der emittierenden Oberfläche resultiert in einer Veränderung der Arbeitsfunktion der Oberfläche und erzeugt daher eine Verschiebung in der Betriebskurve.
Die erste Betriebskurve 201 von 9 ist die ursprüngliche Betriebskurve des FED 100. Die zweite Betriebskurve 203 ist die Betriebskurve bei dem Zeitpunkt einer ersten Detektion und Einstellung des Emissionsstroms 134, gemäß dem Verfahren der Erfindung. Die dritte Betriebskurve 205 ist die Betriebskurve des FED 100 bei dem Zeitpunkt ei ner zweiten Detektion und Einstellung des Emissionsstroms 134, gemäß dem Verfahren der Erfindung.
Anfänglich arbeitet das FED 100 bei einem ersten Arbeitspunkt 199 auf der ersten Betriebskurve 201; der Emissionsstrom 134 ist gleich I₀, was der gewünschte Wert ist, und ΔV ist gleich ΔV₀. Während der ersten Betriebsperiode nimmt der Wert des Emissionsstroms 134, z. B. aufgrund einer Verunreinigung der elektronenemittierenden Strukturen 124, ab.
Bei der Inbetriebnahme des FED 100 nach der ersten Betriebsperiode wird der Wert des Emissionsstroms 134 bei einem Wert von I₁ detektiert, und ΔV bleibt unverändert bei einem Wert von ΔV₀, so dass das FED 100 bei einem zweiten Arbeitspunkt 209 arbeitet. Die Bestimmung des Arbeitspunktes erlaubt eine Identifizierung der Betriebskurve, die in diesem Beispiel die zweite Betriebskurve 203 ist.
Durch Identifizieren der Betriebskurve kann die erforderliche ΔV gefunden werden. Die erforderliche ΔV wird durch Identifizieren des Arbeitspunktes entlang der Betriebskurve gefunden, die einen Emissionsstrom umfasst, der gleich dem gewünschten Wert I₀ ist. In dieser Weise wird ein dritter Arbeitspunkt 211 entlang der zweiten Betriebskurve 203 ausgewählt, und der erforderliche Wert von ΔV wird als ΔV₁ vorgesehen. Weil die Werte von ΔV, der Abtastspannung und der Spaltenspannung bekannt sind, kann die erforderliche Offset-Spannung berechnet werden. Der erforderliche effektive Widerstand des variablen Widerstandes 193 kann dann bestimmt werden.
Die Mapping-Funktion wird in gleicher Weise verwendet, um die erforderliche Offset-Spannung zur Verwendung während der dritten Betriebsperiode zu berechnen, wie in 9 weiter dargestellt. Bei der Inbetriebnahme der dritten Betriebsperiode wird der Wert des Emissionsstroms 134 bei einem Wert von I₂ detektiert, und ΔV ist bei einem Wert von ΔV₁, so dass das FED 100 bei einem vierten Arbeitspunkt 213 arbeitet, der sich auf der dritten Betriebskurve 205 befindet. Ein fünfter Arbeitspunkt 215 ist der Arbeitspunkt auf der dritten Betriebskurve 205, die den gewünschten Emissionsstrom, I₀, umfasst. Der erforderliche Wert von ΔV für die dritte Betriebsperiode ist daher ΔV₂.
10 ist ein Timingdiagramm des Betriebes der Ausführungsform von 8, gemäß dem Verfahren der Erfindung. Um den Emissionsstrom 134 zu steuern, wird zuerst bei dem Zeitpunkt t₀ die Stromversorgung 146 eingeschaltet, wie durch einen Graphen 191 in 10 dargestellt.
Das Ausgangssignal 148 wird durch einen Graphen 204 in 10 dargestellt. In der Ausführungsform von 8 ist das Ausgangssignal 148 ein Wechselstrom (A. C.)-Signal entsprechend der Leistungsausgabe der Stromversorgung 146. Beginnend bei dem Zeitpunkt t₁ und in Reaktion auf das Ausgangssignal 148, erzeugt der Impulsmodulator des Sensors 150 das Ausgangssignal 152, das durch einen Graphen 206 in 10 dargestellt wird.
Bei dem Zeitpunkt t₀ wird die Anodenspannung, V_A, bei der Anode 138 (1) auf den Steuerwert V_A,C, wie in dem Graphen 208 von 10 dargestellt, hochgefahren. Während des Display-Betriebsmodus des FED 100 wird die Anodenspannung bei dem Zeitpunkt t₄ auf die Anodenbetriebsspannung, V_A,OP, wie durch den Graphen 208 dargestellt, erhöht.
Der Wert der Anodenspannung wird durch die Konfiguration des elektrischen Relais 179 und des variablen Widerstandes 181 bestimmt (8). Während des Steuerbetriebs modus wird das elektrische Relais 179 veranlasst, die Verbindung zwischen der Stromversorgung 146 und dem variablen Widerstand 181 zu unterbrechen. Diese Konfiguration des elektrischen Relais 179 wird durch einen Graphen 217 für Zeitpunkte vor dem Zeitpunkt t₄ dargestellt. Der Graph 217 zeigt weiterhin, dass das Relais 179 bei dem Zeitpunkt t₄ veranlasst wird, eine Verbindung zwischen der Stromversorgung 146 und dem variablen Widerstand 181 herzustellen. Der Wert der Anodenspannung (V_A,OP) für spätere Zeitpunkte als t₄ wird durch den Widerstandswert des variablen Widerstandes 181 bestimmt.
Bei dem Zeitpunkt t₂ wird das Zählerfreigabesignal 180 in den zweiten Eingang 188 zum Freigeben des Zählers 182 eingespeist, wie durch einen Graphen 210 in 10 dargestellt. Wenn freigegeben, erzeugt der Zähler 182 die Zählerbits des Ausgangssignals 190, wie durch einen Graphen 212 dargestellt.
Die Offset-Spannung, die durch einen Graphen 216 dargestellt wird, wird auf einen ursprünglichen Wert gesetzt, welcher eine Standardeinstellung oder der Wert sein kann, der während der Betriebsperiode unmittelbar vor der Stromsteuersequenz verwendet wurde. Die Offset-Spannung wird allen Gate-Extraktionselektroden des FED 100 zugeführt.
Die Abtastspannung wird ebenfalls allen Gate-Extraktionselektroden der Anordnung durch einen Schaltkreis (nicht gezeigt) zugeführt. Allen Spaltenelektroden des FED 100 werden emissionsaktivierende Potentiale zugeführt. In dieser Weise werden bei dem Zeitpunkt t₂ alle elektronenemittierende Strukturen 124 veranlasst, Elektronen zu emit tieren, wodurch der Emissionsstrom 134 definiert wird, wie durch einen Graphen 207 von 10 dargestellt.
Vorzugsweise werden alle der elektronenemittierenden Strukturen 124 in der Anordnung veranlasst zu emittieren. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration begrenzt; weniger als alle elektronenemittierenden Strukturen 124 können veranlasst werden, zu emittieren. Die Aktivierung der gesamten Anordnung, oder eines wesentlichen Anteils davon, ist für ein Verringern von Signalfehlern vorteilhaft, welche durch elektrisches Signalrauschen hervorgerufen werden können. Das heißt, dass der Fehler aufgrund von Signalrauschen abnimmt, wenn der gemessene Wert des Emissionsstroms 134 zunimmt. Der Emissionsstrom 134 wird dann bei der Anode 138 empfangen (1). Die Erzeugung des Emissionsstroms 134 verursacht eine Veränderung in dem Ausgangssignal 148, wie durch den Graphen 204 bei dem Zeitpunkt t₂ angezeigt.
Während der Periode zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ misst die Steuerschaltung 111 den Emissionsstrom 134 und vergleicht den gemessenen Wert mit einem Sollwert. In der Ausführungsform von 8 wird der Emissionsstrom 134 durch Messen einer Leistungsausgabe der Stromversorgung 146 gemessen. Die Leistungsausgabe kann z. B. durch Messen des Betriebsablaufs der Stromversorgung 146 gemessen werden.
Wenn der gemessene Wert des Emissionsstroms 134 nicht gleich dem Sollwert ist, aktiviert der Komparator 184 einen effektiven Widerstand des variablen Widerstandes 193, der die Gate-Spannung in einer Weise einstellt, die ausreicht, um zu bewirken, dass sich der Emissionsstrom 134 dem Sollwert annähert. Höchstvorzugsweise wird der Emissionsstrom 134 veranlasst, gleich dem Sollwert zu sein.
Bei dem Zeitpunkt t₃ aktiviert der Komparator 184 ausgewählte der Transistoren 194, wie durch einen Graphen 214 in 10 dargestellt. In dem Beispiel von 10 wird der effektive Widerstand des variablen Widerstandes 193 verringert, was einen Anstieg in der Offset-Spannung verursacht, wie durch den Graphen 216 bei dem Zeitpunkt t₃ dargestellt.
Nach der Einstellung des effektiven Widerstandes beendet das Zählerfreigabesignal 180 (Graph 210) das Zählen des Zählers 182. Ebenso wird die Elektronenemission, zum Zwecke des Steuerns des Emissionsstroms 134, beendet, wie durch den Graphen 207 bei dem Zeitpunkt t₃ dargestellt. Das Beenden der Emission durch die Anordnung verursacht eine Veränderung in dem Ausgangssignal 148, wie durch den Graphen 204 bei dem Zeitpunkt t₃ dargestellt.
Bei dem Zeitpunkt t₄ wird die Anodenspannung auf die Anodenbetriebsspannung, V_A,OP, erhöht, wie durch den Graphen 208 dargestellt. Die Anodenbetriebsspannung wird ausgewählt, um einen nützlichen Helligkeitspegel zum Erzeugen des Displaybildes zur Verfügung zu stellen. Die Anodenspannung wird dadurch erhöht, dass das elektrische Relais 179 veranlasst wird, eine Verbindung zwischen der Stromversorgung 146 und dem variablen Widerstand 181 (8) herzustellen, was durch den Graphen 217 bei dem Zeitpunkt t₄ dargestellt wird.
11 ist ein Schaltdiagramm der Steuerschaltung 111 zum Steuern des Emissionsstroms 134, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform von 11 wird der Emissionsstrom 134 durch Messen eines Stroms, I_PS, gemessen, welcher durch die Stromversorgung 146 fließt. Der gemessene Strom kann z. B. ein Strom sein, der durch eine Sekundärspule eines Aufwärtstransformators der Stromversorgung 146 fließt. In der Ausführungsform von 11 ist das Ausgangssignal 148 aus der Stromversorgung 146 ein Stromsignal.
In der Ausführungsform von 11 umfasst der Sensor 150 einen Strom-Spannungswandler 218, einen zweiten Komparator 224 und einen Oszillator 234. Ein Eingang des Strom-Spannungswandlers 218 ist geeignet, mit der Stromversorgung 146 verbunden zu werden, und ein Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 218 wird mit einem ersten Eingang 222 des zweiten Komparators 224 verbunden. Ein zweiter Eingang 226 des zweiten Komparators 224 ist geeignet, ein Spannungsnachschlagesignal 228 zu empfangen.
Der Ausgang des zweiten Komparators 224 ist mit einem ersten Eingang 232 des Oszillators 234 verbunden. Ein zweiter Eingang 236 des Oszillators 234 ist mit einem Reset verbunden und ist geeignet, ein Reset-Signal 238 zu empfangen. Der Ausgang des Oszillators 234 ist mit dem ersten Eingang 186 des Zählers 182 der Stromsteuerung 154 verbunden. Der Schaltkreis der Stromsteuerung 154 und der Gate-Spannungsquelle 158 wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
12 ist ein Timingdiagramm des Betriebes der Ausführungsform von 11, gemäß dem Verfahren der Erfindung. Um den Emissionsstrom 134 zu steuern, wird bei dem Zeitpunkt t₀ zuerst die Stromversorgung 146 eingeschaltet, wie durch den Graphen 191 in 12 dargestellt. Bei dem Zeitpunkt t₀ wird auch die Anodenspannung auf den Steuerwert, V_A,C, hochgefahren, wie durch den Graphen 208 dargestellt.
Bei dem Zeitpunkt t₁, wie durch einen Graphen 250 dargestellt, ist die Offset-Spannung gleich einem ursprüngli chen Wert, der eine Standardeinstellung oder ein Wert sein kann, der während einer Betriebsperiode unmittelbar vor der Stromsteuersequenz verwendet wurde. Die Offset-Spannung wird allen Gate-Extraktionselektroden des FED 100 zugeführt.
Die Abtastspannung wird ebenfalls allen Gate-Extraktionselektroden der Anordnung durch einen Schaltkreis (nicht gezeigt) zugeführt. Allen Spaltenelektroden des FED 100 werden emissionsaktivierende Potentiale zugeführt. In dieser Weise werden alle elektronenemittierenden Strukturen 124 veranlasst, Elektronen zu emittieren, wodurch der Emissionsstrom 134 definiert wird. Wie durch den Graphen 207 von 12 dargestellt, beginnt die Elektronenemission bei dem Zeitpunkt t₁. Der Emissionsstrom 134 wird dann bei der Anode 138 empfangen (1). Das Ausgangssignal 148 wird durch den Graphen 204 dargestellt. Bei dem Zeitpunkt t₁ verändert sich das Ausgangssignal 148 in Reaktion auf die Erzeugung des Emissionsstroms 134.
Das Ausgangssignal 148 aus der Stromversorgung 146 wird an den Strom-Spannungswandler 218 übertragen, welcher einen Schaltkreis umfasst, der für das Wandeln des Stromsignals des Ausgangssignals 148 in ein entsprechendes Spannungssignal 220 nützlich ist. Der Strom-Spannungswandler 218 kann z. B. ein einfacher Widerstand sein. Der Wert, V_I, des Spannungssignals 220 wird durch einen Graphen 240 in 12 dargestellt. Die Steuerung von V_I beginnt bei dem Zeitpunkt t₃, bei dem die Stromsteuerung 154 aktiviert wird, in einer Weise, die mit Bezug auf 8 und 10 beschrieben wird.
Bei dem Zeitpunkt t₂ wird dem zweiten Eingang 226 des zweiten Komparators 224 das Spannungsnachschlagesignal 228 zugeführt, wie durch einen Graphen 241 in 12 dargestellt. Ein Sollwert, V_C, des Spannungsnachschlagesignals 228 entspricht dem gewünschten Wert des Emissionsstroms 134 während des Steuerbetriebsmodus. Das Reset-Signal 238 wird, ebenfalls bei dem Zeitpunkt t₂, dem zweiten Eingang 236 des Oszillators 234 zugeführt, wie durch einen Graphen 242 in 12 dargestellt.
Der zweite Komparator 224 vergleicht den Wert, V_I, des Spannungssignals 220 mit dem Sollwert, V_C, des Spannungsnachschlagesignals 228. Solange V_C größer als V_I ist, definiert ein Ausgangssignal 230 des zweiten Komparators 224 ein Freigabesignal, das die Taktfreigabe des Oszillators 234 aktiviert. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄ ist V_I geringer als V_C, und das Ausgangssignal 230 wird auf seinen Freigabezustand aktiviert, wie durch einen Graphen 244 gezeigt.
Der Oszillator 234 reagiert auf das Ausgangssignal 230 des zweiten Komparators 224 und erzeugt das Ausgangssignal 152, das durch einen Graphen 246 in 12 dargestellt wird. Bei dem Zeitpunkt t₃ gibt das Zählerfreigabesignal 180 den Zähler 182 frei, wie durch den Graphen 210 gezeigt. In Reaktion auf das Ausgangssignal 152 des Sensors 150 erzeugt der Zähler 182 das Ausgangssignal 190, das durch den Graphen 212 in 12 dargestellt wird.
Der Komparator 184 und die Gate-Spannungsquelle 158 funktionieren in ähnlicher Weise wie der, der mit Bezug auf 8 und 10 beschrieben wird, was in der Einstellung des effektiven Widerstandes des variablen Widerstandes 193 resultiert, wie durch einen Graphen 248 in 12 dargestellt. Die Offset-Spannung nimmt zu, wenn der effektive Widerstand verringert wird, wie durch den Graphen 250 gezeigt.
Die Einstellungen werden beendet, wenn V_I gleich V_C ist (Graph 240), was in dem vorliegenden Beispiel bei dem Zeitpunkt t₄ eintritt. Bei diesem Zeitpunkt definiert das Ausgangssignal 230 (Graph 244) des zweiten Komparators 224 ein Nicht-Freigabesignal, das die Taktfreigabe des Oszillators 234 nicht aktiviert. Somit hört der Oszillator 234 auf, das Ausgangssignal 152 zu erzeugen (Graph 246), und es werden keine Bits durch den Zähler 182 übertragen (Graph 212).
Der Sollwert des Spannungsnachschlagesignals 228 wird von dem zweiten Komparator 224 entfernt (Graph 241). Die Elektronenemission durch die Anordnung der elektronenemittierenden Strukturen wird danach bei dem Zeitpunkt t₅ beendet (Graph 207), was eine Veränderung in dem Ausgangssignal 148 verursacht (Graph 204) und weiterhin verursacht, dass der Wert von V_I abfällt (Graph 240). Bei dem Zeitpunkt t₆ wird die Anodenspannung (Graph 208) in der mit Bezug auf 10 beschriebenen Weise auf die Anodenbetriebsspannung, V_A,OP, heraufgefahren.
Es wird zusammengefasst, dass sich die Erfindung auf ein Verfahren und ein Feldemissionsdisplay bezieht, welche zum Aufrechterhalten eines konstanten Emissionsstroms über die Lebensdauer des Displays nützlich sind. Gemäß den Ansprüchen umfasst das Verfahren der Erfindung einen Schritt zum Handhaben einer Gate-Spannung, um zu bewirken, dass ein Emissionsstrom gleich einem Sollwert ist. Ein Feldemissionsdisplay gemäß den Ansprüchen umfasst eine Steuerschaltung zum Steuern des Emissionsstroms bei der Inbetriebnahme. Das Verfahren und Display der vorliegenden Erfindung stellen die Vorteile einer konstanten Helligkeit stellen die Vorteile einer konstanten Helligkeit und eine verbesserte Displaybetriebslebensdauer im Vergleich zum Betrieb bei einer konstanten Gate-Spannung zur Verfügung.
Obwohl wir spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben haben, werden dem Fachmann auf dem Gebiet weitere Modifikationen und Verbesserungen in den Sinn kommen. Der Schritt des Abbildens eines gemessenen Wertes des Emissionsstroms in einen Sollwert kann z. B. das Verwenden von Betriebskurven umfassen, welche die Auswirkungen von Temperaturänderungen berücksichtigen. In einem anderen Beispiel kann der zweite Komparator eine Tiefpassfilterschaltung umfassen. In noch einem weiteren Beispiel und gemäß der Erfindung kann der Emissionsstrom durch Messen des Anodenstroms bei dem Eingang zu der Anode gemessen werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100), das eine Mehrzahl von elektronenemittierenden Strukturen (124), eine Gate-Extraktionselektrode (126) und eine Anode (138) hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewirken, dass die Mehrzahl von elektronenemittierenden Strukturen (124) Elektronen emittieren, wodurch der Emissionsstrom (134) definiert wird; Messen des Emissionsstroms (134), wodurch ein gemessener Wert definiert wird; Vergleichen des gemessenen Wertes mit einem Sollwert; und Anlegen einer Gate-Spannung einschließlich einer Offset-Spannung an der Gate-Extraktionselektrode (126), dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der gemessene Wert nicht gleich dem Sollwert ist, die Gate-Spannung durch Einstellen der Offset-Spannung in einer Weise eingestellt wird, die ausreichend ist, um zu verursachen, dass sich der Emissionsstrom (134) dem Sollwert annähert.
Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Messens des Emissionsstroms (134) die Schritte des Empfangens des Emissionsstroms (134) an der Anode (138), wodurch ein Anodenstrom (144) definiert wird, und das Messen des Anodenstroms (144) umfasst.
Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 1, bei dem das Feldemissionsdisplay (100) durch eine Anodenbetriebsspannung gekennzeichnet ist, und wobei es weiterhin, gleichzeitig mit dem Schritt des Verursachens, dass die Mehrzahl von elektronenemittierenden Strukturen (124), Elektronen emittiert, den Schritt des Bereitstellens einer ersten Anodenspannung an der ersten Anode (138) umfasst, wobei die erste Anodenspannung geringer ist als die Anodenbetriebsspannung.
Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Verbindens der Anode (138) mit der Stromversorgung (146) umfasst und bei dem der Schritt des Messens des Emissionsstroms (134) die Schritte des Empfangens des Emissionsstroms (134) an der Anode und des Messens einer Leistungs- bzw. Energie- bzw. Spannungsausgabe der Stromversorgung (146) umfasst.
Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Einstellens der Gate-Spannung den Schritt des Einstellens der Gate-Spannung in einer Weise umfasst, die ausreicht, um zu verursachen, dass der Emissionsstrom (134) gleich dem Sollwert ist.
Verfahren zum Steuern eines Emissionsstroms (134) in einem Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Einstellens der Gate-Spannung die Schritte des Abbildens des gemessenen Wertes in den Sollwert, um eine eingestellte Gate-Spannung zu definieren, und des Zuführens der eingestellten Gate-Spannung zu der Gate-Extraktionselektrode (126) umfasst.
Feldemissionsdisplay (100), das folgendes umfasst: eine Kathodenplatte (112), die eine Mehrzahl von elektronenemittierenden Strukturen (124) und eine Gate-Extraktionselektrode (126) hat, die getrennt von der Mehrzahl der elektronenemittierenden Strukturen (124) angeordnet ist; eine Anodenplatte (114), die geeignet ist, Elektronen zu empfangen, die durch die Mehrzahl von elektronenemittierenden Strukturen (124) emittiert werden, und die eine Anode (138) hat, wobei die Anode (138) geeignet ist, mit einer Stromversorgung (146) verbunden zu werden; einen Sensor (150), der einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Eingang geeignet ist, mit der Stromversorgung (146) verbunden zu werden; und eine Stromsteuerung (154), die einen Eingang (152) und einen Ausgang (156) hat, wobei der Eingang der Stromsteuerung (154) mit dem Ausgang des Sensors (150) verbunden ist, gekennzeichnet durch; eine Gate-Spannungsquelle (158) einschließlich einer Offset-Spannungsquelle (160), wobei die Gate-Spannungs quelle (158) einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Eingang der Gate-Spannungsquelle (158) mit dem Ausgang der Stromsteuerung (154) verbunden ist, und wobei der Ausgang der Gate-Spannungsquelle (158) mit der Gate-Extraktionselektrode (126) verbunden ist, so dass die Offset-Spannungsquelle (160) mit dem Stromsteuerausgang (156) verbunden ist, um die Gate-Spannung in einer Weise einzustellen, die ausreichend ist, um zu verursachen, dass sich der Emissionsstrom dem Sollwert annähert.
Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 7, wobei die Gate-Spannungsquelle (158) einschließlich der Offset-Spannungsquelle weiterhin eine Abtastspannungsquelle umfasst, wobei die Offset-Spannungsquelle mit der Abtastspannungsquelle in Wirkverbindung steht, so dass die Abtastspannungsquelle, wenn sie aktiviert wird, einer durch die Offset-Spannungsquelle zur Verfügung gestellten Offset-Spannung eine Abtastspannung hinzufügt.
Feldemissionsdisplay (100) nach Anspruch 7, wobei der Sensor (150) einen Strom-Spannungs-Wandler (218), der einen Eingang und einen Ausgang hat, einen Komparator (184), der erste und zweite Eingänge hat, und einen Oszillator (234) umfasst, der einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers (218) geeignet ist, mit der Stromversorgung (146) verbunden zu werden, wobei der Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers (218) mit dem ersten Eingang des Komparators (184) verbunden ist, wobei der zweite Eingang des Komparators (184) geeignet ist, ein Spannungsnachschlagesignal zu empfangen, wobei der Ausgang des Komparators (184) mit dem Eingang des Oszillators (234) verbunden ist, wobei der Ausgang des Oszillators (234) mit dem Eingang der Stromsteuerung (154) verbunden ist.