DE602005000942T2

DE602005000942T2 - Elektronenemissionsvorrichtung

Info

Publication number: DE602005000942T2
Application number: DE602005000942T
Authority: DE
Inventors: Chun-Gyoo Legal & IP T Lee; Sang-Hyuck Legal & IP T Ahn; Su-Bong Legal & IP T Hong; Byong-Gon Legal & IP T Lee; Sang-Ho Legal & IP T Jeon; Sang-Jo Legal & IP Lee; Yong-Soo Legal & IP T Choi
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2005243648A; EP1569258B1; EP1569258A3; US7279830B2; CN1670885A; ATE360882T1; DE602005000942D1; EP1569258A2; CN100342472C; US20050189870A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenemissionsvorrichtung.
Beschreibung verwandter Technik
Im Allgemeinen können die Elektronenemissionsvorrichtungen in zwei Typen klassifiziert werden. Ein erster Typ verwendet eine Heiß- (oder thermoionische) Kathode als Elektronenemissionsquelle, und ein zweiter Typ verwendet eine Kaltkathode als die Elektronenemissionsquelle.
Außerdem gibt es bei Elektronenemissionsvorrichtungen des zweiten Typs einen Feldemitterarray-(FEA-)Typ, einen Metall-Isolator-Metall-(MIM-)Typ, einen Metall-Isolator-Halbleiter-(MIS-)Typ und einen Surface-Conduction-Emission-(SCE-)Typ.
Die Elektronenemissionsvorrichtungen vom MIM-Typ und vom MIS-Typ haben entweder eine Metall/Isolator/Metall-(MIM-)Elektronenemissionsstruktur oder eine Metall/Isolator/Halbleiter-(MIS-)Elektronenemissionsstruktur. Wenn Spannungen an die Metalle oder den Halbleiter angelegt werden, wandern Elektronen von dem Metall oder Halbleiter mit hohem elektrischem Potential zu dem Metall mit niedrigem elektrischem Potential und werden beschleunigt, wodurch Elektronen emittiert werden.
Die Elektronenemissionsvorrichtung vom SCE-Typ beinhaltet erste und zweite auf einem Substrat einander gegenüberliegend angeordnete Elektroden und eine leitfähige Dünnschicht, die zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist. An der leitenden Dünnschicht werden Mikrorisse geschaffen, um Elektronenemissionsgebiete auszubilden. Wenn Spannungen an die Elektroden angelegt werden, während der elektrische Strom dazu gebracht wird, zu der Oberfläche der leitenden Dünnschicht zu fließen, werden von den Elektronenemissionsgebieten Elektronen emittiert.
Die Elektronenemissionsvorrichtung vom FEA-Typ basiert auf dem Prinzip, dass, wenn ein Material mit niedriger Austrittsarbeit oder einem hohen Seitenverhältnis als Elektronenemissionsquelle verwendet wird, aufgrund des elektrischen Feldes in einer Vakuumatmosphäre von dem Material leicht Elektronen emittiert werden. Eine vordere, spitz zulaufende Spitzenstruktur auf der Basis von Molybdän, Silizium oder eines kohlenstoffhaltigen Materials, wie zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhren, Graphit und/oder diamantähnlicher Kohlenstoff, wurde entwickelt, um als die Elektronenemissionsquelle verwendet zu werden.
Im Allgemeinen hat eine Elektronenemissionsvorrichtung auf Kaltkathoden-Basis erste und zweite Substrate, die einen Vakuumbehälter bilden. Elektronenemissionsgebiete und Ansteuerelektroden zur Steuerung der Elektronenemission der Elektronenemissionsgebiete sind auf dem ersten Substrat ausgebildet. Auf dem zweiten Substrat sind Leuchtstoffschichten und eine Elektronenbeschleunigungselektrode zur effektiven Beschleunigung der von der Seite des ersten Substrats in Richtung der Leuchtstoffschichten emittierten Elektronen ausgebildet, wodurch Licht emittiert und/oder gewünschte Bilder dargestellt werden.
Die Elektronenemissionsvorrichtung vom FEA-Typ hat eine Triodenstruktur, in der Kathoden- und Gate-Elektroden auf dem ersten Substrat als die Ansteuerelektroden ausgebildet sind und eine Anodenelektrode auf dem zweiten Substrat als die Elektronenbeschleunigungselektrode ausgebildet ist. Die Kathoden- und die Gate-Elektroden sind an verschiedenen Ebenen angeordnet und empfangen separat verschiedene Spannungen, so dass von den leitend mit den Kathodenelektroden verbundenen Elektronenemissionsgebieten Elektronen emittiert werden.
Bei der Elektronenemissionsvorrichtung vom FEA-Typ ist die Anzahl an von den Elektronenemissionsgebieten emittierten Elektronen bezüglich der Feldstärke des um die Elektronenemissionsgebiete ausgebildeten elektrischen Feldes (E) exponentiell erhöht. Die Feldstärke des elektrischen Feldes (E) kann proportional zu der an die Gate-Elektroden angelegten Spannung und zu der Nähe der Elektronenemissionsgebiete zu den Gate-Elektroden sein.
Jedoch ist bei den gegenwärtig verfügbaren Elektronenemissionsvorrichtungen die Feldstärke des elektrischen Feldes (E) aufgrund der strukturellen Beschränkung der Gate-Elektroden nicht maximiert, so dass die Menge an von den Elektronenemissionsgebieten emittierten Elektronen nicht wesentlich erhöht werden kann, und dies macht es schwierig, einen Bildschirm mit hoher Luminanz zu realisieren.
Selbstverständlich kann die an die Gate-Elektroden angelegte Spannung erhöht werden, um das obige Problem zu lösen. Jedoch ist es in solch einem Fall aufgrund der erhöhten Leistungsaufnahme schwierig, umfassenden Gebrauch der Elektronenemissionsvorrichtung zu machen, und mit der Verwendung eines teuren Treibers werden die Produktionskosten der Elektronenemissionsvorrichtung erhöht.
US 5,828,288 offenbart eine mikroelektronische Feldemittervorrichtung, die ein Substrat, einen leitfähigen Sockel auf besagtem Substrat und eine Kantenemitterelektrode auf besagtem Sockel umfasst, wobei die Kantenemitterelektrode eine Emitterdeckschicht mit einer Kante umfasst. Um Emission von einem eingelassenen Sockelkantenemitter nach oben zu richten, beinhaltet eine Gate-Struktur einen relativ dicken Nb-Gate-Leiter auf einer Reihe von Schichten, bestehend aus SiO₂ auf einer Schicht aus SiO auf einem Isolatorstapel mit einer oberen Schicht über der Nb-Gate-Schicht. Die in US 5,828,288 offenbarte mikroelektronische Feldemittervorrichtung kann jedoch nicht die oben erwähnten Probleme lösen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronenemissionsvorrichtung bereitgestellt, welche die Anzahl an emittierten Elektronen erhöhen kann, ohne die Ansteuerspannung zur Erzeugung der Elektronenemission zu erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektronenemissionsvorrichtung eine Vielzahl von auf einem ersten Substrat ausgebildeten Gate-Elektroden, wobei die Gate-Elektroden auf einer ersten Ebene angeordnet sind; eine auf den Gate-Elektroden ausgebildete Isolierschicht; eine Vielzahl von auf der Isolierschicht ausgebildeten Kathodenelektroden; eine Vielzahl von leitend mit den Kathodenelektroden verbundenen Elektronenemissionsgebieten, wobei die Elektronenemissionsgebiete auf einer zweiten Ebene angeordnet sind; sowie eine Vielzahl von Gegenelektroden; wobei die Gate-Elektroden und die Gegenelektroden dazu ausgelegt sind, eine gleiche Spannung zu empfangen; und wobei der Abstand (D) zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gegenelektroden folgender Bedingung genügt: 1(μm) ≤ D ≤ 28,1553 + 1,7060t(μm), wobei t eine Dicke der Isolierschicht kennzeichnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektronenemissionsvorrichtung eine Vielzahl von auf einem ersten Substrat ausgebildeten ersten Kathodenelektroden, wobei die ersten Kathodenelektroden auf einer ersten Ebene angeordnet sind; eine auf den ersten Kathodenelektroden ausgebildete Isolierschicht; eine Vielzahl von auf der Isolierschicht ausgebildeten Gate-Elektroden, wobei die Gate-Elektroden auf einer zweiten Ebene angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Kathodenelektroden; eine Vielzahl von leitend mit den zweiten Kathodenelektroden verbundenen Elektronenemissionsgebieten, wobei die ersten Kathodenelektroden und die zweiten Kathodenelektroden dazu ausgelegt sind, eine gleiche Spannung zu empfangen; und wobei der Abstand (D') zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gate-Elektroden folgender Bedingung genügt: 1(μm) ≤ D' ≤ 28,1553 + 1,7060t(μm), wobei t eine Dicke der Isolierschicht kennzeichnet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen illustrieren zusammen mit der Beschreibung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären.
1 ist eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Teilschnittansicht der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Teildraufsicht des in 1 gezeigten ersten Substrats.
4 ist eine Teildraufsicht des ersten Substrats, die eine Variante der Kathodenelektroden und der Elektronenemissionsgebiete illustriert.
5 ist ein Graph zur Illustration des Variationsmusters in der Feldstärke des an die Elektronenemissionsgebiete angelegten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der Variation des Abstands zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gegenelektroden.
6A, 6B und 6C sind Graphen, die die elektrische Feldstärke der Elektronenemissionsgebiete gemessen entsprechend der Variation des Abstands zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gegenelektroden illustrieren, wenn die Dicke der Isolierschicht 30 μm, 25 μm und 1 μm beträgt.
7 ist ein Graph, der die Variation des Kathodenstroms in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen den Gate-Elektroden und den Kathodenelektroden illustriert.
8 ist ein Graph, der den Leckstrom in Abhängigkeit von der Variation des Abstands zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gegenelektroden illustriert.
9 ist ein Graph, der die elektrische Feldstärke in Abhängigkeit von der Variation des Abstands zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gegenelektroden mit einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung illustriert.
10 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Teilschnittansicht des ersten Substrats der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Variante der Widerstandsschichten und der Elektronenemissionsgebiete illustriert.
13 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Teilschnittansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Draufsicht des ersten Substrats der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Ansteuerungswellenformdiagramm, das ein Beispiel von Ansteuerungswellenformen darstellt, die geeignet sind, an die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung angelegt zu werden.
18 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Teildraufsicht eines ersten Substrats einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer achten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Teilschnittansicht des ersten Substrats der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der achten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die die Varianten der Widerstandsschichten und der Elektronenemissionsgebiete illustriert.
21 ist eine Teilschnittansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zur Illustration Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben. Entsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibung als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen.
Eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 bis 8 erklärt.
Wie in 1 bis 3 gezeigt beinhaltet die Elektronenemissionsvorrichtung der ersten Ausführung erste und zweite Substrate 2 und 4, die parallel zueinander mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind, um einen inneren Raum zu bilden. Um Licht zu emittieren und/oder gewünschte Bilder anzuzeigen, wird eine Elektronenemissionsstruktur an dem ersten Substrat 2 bereitgestellt, um Elektronen zu emittieren, und eine Lichtemissions- oder Anzeigestruktur wird an dem zweiten Substrat 4 bereitgestellt, um infolge der Elektronen sichtbare Strahlen zu emittieren.
Insbesondere werden Gate-Elektroden 6 in einem Streifenmuster auf dem ersten Substrat 2 in einer ersten Richtung des ersten Substrats 2 (beispielsweise in einer y-Achsenrichtung von 1) ausgebildet. Eine Isolierschicht 8 ist auf der gesamten Oberfläche des ersten Substrats 2 ausgebildet, um die Gate-Elektroden 6 zu bedecken. Kathodenelektroden 10 werden in einem Streifenmuster auf der Isolierschicht 8 in einer zweiten, die Gate-Elektroden 6 kreuzenden Richtung (beispielsweise in einer x-Achsenrichtung von 1) ausgebildet.
Elektronenemissionsgebiete 12 sind an einseitigen Teilstücken der Kathodenelektroden 10 ausgebildet, wobei sie teilweise die Kathodenelektroden 10 so berühren, dass sie leitend mit den Kathodenelektroden 10 verbunden sind. Die Elektronenemissionsgebiete 12 sind an den jeweiligen Bildpunktbereichen bereitgestellt, die auf dem ersten Substrat 2 dort definiert sind, wo sich die Gate- und die Kathodenelektroden 6 und 10 kreuzen.
Die Elektronenemissionsgebiete 12 sind auf der Isolierschicht 8 ausgebildet, wobei sie die einseitigen Teilstücke der Kathodenelektroden 10 mit einer vorbestimmten Breite berühren. Wahlweise können, wie in 4 gezeigt, Kerben 16 an einseitigen Teilstücken von Kathodenelektroden 14 ausgebildet sein, um Elektronenemissionsgebiete 12 aufzunehmen, und die Elektronenemissionsgebiete 12 sind innerhalb der Kerben 16 angeordnet, wobei sie laterale Seiten der Kathodenelektroden 14 berühren.
Die Elektronenemissionsgebiete 12 sind mit einem Material zum Emittieren von Elektronen unter Anlegen eines elektrischen Feldes ausgebildet. Das Material kann ein kohlenstoffhaltiges Material und/oder ein Material in Nanometergröße sein. Zusätzlich können die Elektronenemissionsgebiete 12 aus Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Graphit-Nanofaser, Diamant, diamantähnlichem Kohlenstoff, C60, Silizium-Nanodraht und/oder einer Kombination derselben gebildet sein. Die Elektronenemissionsgebiete 12 können durch Siebdruck, chemische Gasphasenabscheidung, direktes Wachstum und/oder Sputtern gebildet werden.
Gegenelektroden 18 (die auch als zweite Gate-Elektroden bezeichnet werden können) sind auf der Isolierschicht 8 ausgebildet, wobei sie leitend mit den Gate-Elektroden 6 verbunden sind, um dieselbe Spannung wie letztere zu empfangen. Die Gegenelektroden 18 berühren die Gate-Elektroden 6 durch Durchgangslöcher 8a, die an der Isolierschicht 8 ausgebildet sind, wobei sie leitend mit derselben verbunden sind. Die Gegenelektroden 18 sind an jeweiligen auf dem ersten Substrat 2 definierten Bildpunktbereichen angeordnet, wobei sie von den Elektronenemissionsgebieten 12 abgerückt und zwischen den Kathodenelektroden 10 (oder den Kathodenelektroden 14) angeordnet sind.
Wie in 1 bis 4 gezeigt haben die Gegenelektroden 18 eine annähernd quadratische Form, aber ihre Form ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, die Form der Gegenelektroden 18 kann auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden.
Wenn vorbestimmte Ansteuerspannungen an die Gate- und die Kathodenelektroden 6 und 10 angelegt werden, um elektrische Felder um die Elektronenemissionsgebiete 12 herum zu bilden, bilden die Gegenelektroden 18 im Betrieb und unter Bezug auf 1 bis 3 ferner an den lateralen Seiten der Elektronenemissionsgebiete 12 elektrische Felder. Entsprechend ermöglichen es die Gegenelektroden 18, die Emission von den Elektronenemissionsgebieten 12 zu steigern, obwohl eine niedrige Ansteuerspannung an die Gate-Elektroden 6 angelegt wird.
Mit obiger Struktur hat die Gate-Elektrode 6 die Rolle einer ersten Elektrode, die an der von der Kathodenelektrode 10 verschiedenen Ebene angeordnet ist, um ein elektrisches Feld zum Emittieren von Elektronen zu bilden, und die Gegenelektrode 18 hat die Rolle einer zweiten Elektrode, die an derselben Ebene wie das Elektronenemissionsgebiet 12 angeordnet ist, um zusätzlich das elektrische Feld zum Emittieren von Elektronen zu bilden.
Außerdem sind bei der Struktur, bei der die Gegenelektroden 18 auf der Isolierschicht 8 ausgebildet sind, die Elektronenemissionsgebiete 12 teilweise oder gänzlich näher an den Gegenelektroden 18 als an einseitigen Peripherien der den Gegenelektroden 18 gegenüberliegenden Kathodenelektroden 10 platziert. Das heißt, dass, wie in 3 gezeigt, der kürzeste Abstand D zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 kleiner als der kürzeste Abstand a zwischen der Kathodenelektrode 10 und der Gegenelektrode 18 ist, und in diesem Fall ist der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 verringert.
Rote, grüne und blaue Leuchtstoffschichten 20 sind auf der dem ersten Substrat 2 gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Substrats 4 ausgebildet, und schwarze Schichten 22 sind zwischen den Leuchtstoffschichten 20 angeordnet, um den Bildschirmkontrast zu steigern. Eine Anodenelektrode 24 ist auf den Leuchtstoffschichten 20 und den schwarzen Schichten 22 mit einem metallischen Material, wie zum Beispiel Aluminium, durch Abscheidung ausgebildet.
Die Anodenelektrode 24 erhält von außen Gleichstromspannungen von einigen zehn bis einigen tausend Volt und beschleunigt die von der Seite des ersten Substrats 2 in Richtung der Leuchtstoffschichten 20 emittierten Elektronen. Zusätzlich reflektiert die Anodenelektrode 24 die sichtbaren Strahlen, die in Richtung des ersten Substrats 2 von den Leuchtstoffschichten 20 zu der Seite des zweiten Substrats 4 ausgestrahlt werden, um die Bildschirmluminanz weiter zu steigern.
Wahlweise kann die Anodenelektrode 24 mit einem transparenten leitfähigen Material, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO), ausgebildet werden. In diesem Fall ist die Anodenelektrode (nicht gezeigt) auf den dem zweiten Substrat 4 gegenüberliegenden Oberflächen der Leuchtstoffschichten 20 und der schwarzen Schichten 22 platziert. Die Anodenelektrode kann auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 4 ausgebildet oder in eine Vielzahl von Teilstücken mit einem vorbestimmten Muster unterteilt sein.
Weiterhin sind unter Bezug auf 1 bis 3 sind die ersten und zweiten Substrate 2 und 4 so angeordnet, dass die Kathoden- und die Anodenelektroden 10 und 24 einander gegenüberliegen und durch eine Dichtfritte an ihren Peripherien miteinander verbunden sind. Der innere Raum zwischen den ersten und zweiten Substraten 2 und 4 wird abgesaugt, so dass er sich in einem Vakuumzustand befindet, um dadurch eine Elektronenemissionsvorrichtung zu konstruieren. Zusätzlich sind eine Vielzahl von Abstandshaltern 26 an dem nicht lichtemittierenden Bereich zwischen den ersten und zweiten Substraten 2 und 4 angeordnet, um sie mit einem vorbestimmten Abstand voneinander abzurücken.
Die obig strukturierte Elektronenemissionsvorrichtung wird angesteuert, indem den Gate-Elektroden 6, den Kathodenelektroden 10 und der Anodenelektrode 24 von außen eine vorbestimmte Spannung geliefert wird. Zum Beispiel empfangen die Kathodenelektroden 10 Minus-(–) Abtastspannungen von einigen bis einigen zehn Volt, um als die Abtastelektroden zu dienen, und die Gate- und die Gegenelektroden 6 und 18 empfangen Plus-(+) Datenspannungen von einigen bis einigen zehn Volt, um als die Datenelektroden zu dienen.
Natürlich können Plus-(+) Spannungen an alle Kathoden- und Gate-Elektroden 10 und 6 angelegt werden, um sie anzusteuern. Das heißt, es kann mit der Elektronenemissionsvorrichtung eingerichtet werden, dass, wenn die Kathodenelektrode 10 eine Erdspannung (zum Beispiel 0 V) erhält und die Gate-Elektrode 6 eine Plus-(+) Spannung von einigen zehn Volt erhält, die Bildpunkte sich anschalten, und dass, wenn alle Kathoden- und Gate-Elektroden 10 und 6 eine Plus-(+) Spannung von einigen zehn Volt empfangen, die Bildpunkte sich abschalten.
Entsprechend bilden sich aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Kathodenelektroden 10 und den Gate-Elektroden 6 elektrische Felder an den Unterseiten der Elektronenemissionsgebiete 12, wo die Gate-Elektroden 6 platziert sind, und an den lateralen Seiten der Elektronenemissionsgebiete 12, wo die Gegenelektroden 18 ausgebildet sind. Die von den Elektronenemissionsgebieten 12 emittierten Elektronen werden von der an die Anodenelektrode 24 angelegten hohen Spannung in Richtung des zweiten Substrats 4 angezogen und kollidieren mit den entsprechenden Leuchtstoffschichten 20, wodurch Licht emittiert wird.
Im Betrieb steht die Feldstärke des an die Elektronenemissionsgebiete 12 angelegten elektrischen Feldes in engem Zusammenhang mit der an die Gate-Elektroden 6 angelegten Spannung, der Stärke der Isolierschicht 8 und dem Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18.
In dieser Ausführung sind ein Elektronenemissionsgebiet 12 und eine Gegenelektrode 18 mit einem optimalen Abstand voneinander abgerückt, um die Feldstärke des an das Elektronenemissionsgebiet 12 angelegten elektrischen Feldes zu maximieren und um den Leckverlust an Strom zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 zu minimieren. Der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 ist durch die in der Ebene des ersten Substrats 2 gemessene Dimension angegeben.
5 illustriert schematisch das Variationsmuster in der Feldstärke des an das Elektronenemissionsgebiet angelegten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der Variation des Abstands zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode. Wie in 5 gezeigt ist an der Kurve der elektrischen Feldstärke ein Knickpunkt A, an dem der Wert des elektrischen Feldes zuerst verringert und dann erhöht wird, in einem bestimmten Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode vorhanden.
In einem Fall, in dem genau ein Knickpunkt vorhanden ist, kann der maximale Wert des Abstands D zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 an diesem Knickpunkt sein. In einem Fall, in dem zwei oder mehr Knickpunkte vorhanden sind, kann der maximale Wert des Abstands D zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 der größte Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode 18 an diesen Knickpunkten oder der kleinste Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 an diesen Knickpunkten sein. In einer Ausführung wird der kleinste Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 verwendet.
Die Lage des Knickpunkts an der Kurve der elektrischen Feldstärke unterscheidet sich in Abhängigkeit der Stärke der Isolierschicht 8 unter denselben Ansteuerbedingungen. Das heißt, je kleiner die Stärke der Isolierschicht 8, desto mehr sind die Elektronenemissionsgebiete 12 von dem von den Gate-Elektroden 6 erzeugten elektrischen Feld beeinflusst. In einem Fall, in dem die Isolierschicht 8 durch einen Dünnschichtbildungsprozess wie zum Beispiel Abscheidung gebildet ist, kann sie eine Stärke von ungefähr 0,5–1 μm aufweisen. In einem Fall, in dem die Isolierschicht 8 durch einen Dickschichtbildungsprozess wie zum Beispiel Siebdruck gebildet ist, kann sie eine Stärke von ungefähr 10–30 μm aufweisen.
Wenn die Stärke der Isolierschicht 8 mit t bezeichnet wird, kann der Abstand D zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 10 mit dem Vorhandensein des Knickpunkts folgendermaßen ausgedrückt werden: D = 28,1553 + 1,7060t(μm) (1).
In einem Fall, in dem ein oder mehrere Knickpunkte an der Kurve der elektrischen Feldstärke vorhanden sind, bezieht sich der Ausdruck 1 auf die Lage des Knickpunkts mit dem kleinsten Abstandswert.
6A, 6B und 6C sind Graphen, die die elektrische Feldstärke des Elektronenemissionsgebiets in Abhängigkeit von der Variation des Abstands zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode illustrieren, wenn die Stärke der Isolierschicht ungefähr 30 μm, 25 μm beziehungsweise 1 μm beträgt. In diesen drei Fällen haben die Elektronenemissionsvorrichtungen mit Ausnahme der Stärke der Isolierschicht dieselbe Struktur. In 6A, 6B und 6C wurden die Ergebnisse der Experimente durchgeführt, wenn wie illustriert ungefähr 70 V an die Gate-Elektroden angelegt sind, ungefähr –80 V an die Kathodenelektroden angelegt sind und ungefähr 4 kV an die Anodenelektrode angelegt sind.
Wie in 6A gezeigt ist ein Knickpunkt, an dem die elektrische Feldstärke zuerst verringert und dann erhöht wird, wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode verändert (erhöht oder verringert) wird, dort vorhanden, wo der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 80 μm beträgt. Entsprechend wird, wenn die Stärke der Isolierschicht ungefähr 30 μm beträgt, der maximale Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu ungefähr 80 μm bestimmt.
Wie in 6B gezeigt sind zwei Knickpunkte dort vorhanden, wo der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 70 μm beträgt beziehungsweise ungefähr 90 μm beträgt. Entsprechend wird, wenn die Stärke der Isolierschicht ungefähr 25 μm beträgt, der maximale Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu ungefähr 90 μm oder zu ungefähr 70 μm bestimmt.
Wie in 6C gezeigt ist ein Knickpunkt dort vorhanden, wo der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 30 μm beträgt. Entsprechend wird, wenn die Stärke der Isolierschicht ungefähr 1 μm beträgt, der maximale Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu ungefähr 30 μm bestimmt.
Wie oben beschrieben wird der maximale Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 auf der Grundlage des Knickpunkts an dem Graphen, der die elektrische Feldstärke illustriert, bestimmt. Je kleiner der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18, desto mehr wird die Feldstärke des an das Elektronenemissionsgebiet 12 angelegten elektrischen Feldes erhöht, wodurch die Menge an emittierten Elektronen zunimmt.
7 illustriert die Variation in dem elektrischen Kathodenstrom als Funktion der Spannungsdifferenz zwischen der Gate-Elektrode und der Kathodenelektrode, wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 35 μm, 20 μm beziehungsweise 10 μm beträgt. Der elektrische Kathodenstrom bezieht sich auf die Menge an von den Elektronenemissionsgebieten emittierten Elektronen. In diesem Experiment beträgt die Stärke der Isolierschicht ungefähr 20 μm, und ungefähr 70 V werden an die Gate-Elektroden angelegt, ungefähr –80 V werden an die Kathodenelektroden angelegt, und ungefähr 4 kV werden an die Anodenelektrode angelegt.
Aus 7 kann abgeleitet werden, dass innerhalb der Spanne, die die Bedingung des maximalen Abstands zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode erfüllt, die Menge an von den Elektronenemissionsgebieten emittierten Elektronen umso mehr erhöht wird, je kleiner der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ist.
Um andererseits den minimalen Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 zu identifizieren, ist ein Leckverlust eines Stroms, der von der Variation in dem Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 abhängt, in 8 illustriert. Der Leckverlust des Stroms zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ist für die Stärke der Isolierschicht nicht von Belang.
Wie in 8 gezeigt wird innerhalb der Spanne, in der der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 2 μm oder weniger beträgt, der Leckverlust des Stroms umso mehr erhöht, je kleiner der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ist, und wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 1 μm oder weniger beträgt, erhöht sich der Leckverlust des Stroms radikal. In Anbetracht der experimentellen Ergebnisse sollte der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 1 μm oder mehr betragen.
Wie oben beschrieben übersteigt der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 in einem Fall, in dem ein oder mehrere Knickpunkte an der Kurve, die die Feldstärke des an die Elektronenemissionsgebiete 12 angelegten elektrischen Feldes anzeigt, vorhanden sind, nicht den größten Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 an jenen Knickpunkten, oder der Abstand übersteigt nicht den kleinsten Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 an jenen Knickpunkten.
Ferner übersteigt in einem Fall, in dem genau ein Knickpunkt an der Kurve der elektrischen Feldstärke vorhanden ist, der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode 18 nicht den Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode an diesem einen Knickpunkt. Ungeachtet der Anzahl an Knickpunkten sollte der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 ungefähr 1 μm oder mehr betragen.
Der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 kann folgendermaßen ausgedrückt werden: 1(μm) ≤ D ≤ 28,1553 + 1,7060t(μm) (2)
In diesem Fall liegt die Stärke t der Isolierschicht in der Spanne von ungefähr 0,5–30 μm.
Wenn andererseits der maximale Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 den Abstand übersteigt, bei dem der Knickpunkt vorhanden ist, kann die Feldstärke des an das Elektronenemissionsgebiet 12 angelegten elektrischen Feldes erhöht werden, doch es besteht die Tendenz, dass Elektronen an der Oberfläche der Isolierschicht 8 geladen werden. Das heißt, die exponierte Fläche der Isolierschicht 8, die zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und denjenigen Gegenelektroden 18, die nicht von diesen Elektroden 8 und 12 bedeckt sind, platziert ist, wird vergrößert, so dass die Oberfläche der Isolierschicht 8 an dieser Fläche mit Elektronen geladen werden kann.
Das Aufladen der Isolierschicht 8 mit Elektronen induziert unkontrollierbare Emission oder Bogenentladung und setzt dadurch die Anzeigestabilität der Elektronenemissionsvorrichtung herab. Ferner besteht die Tendenz zu so genannter Diodenemission, bei der Elektronen aufgrund des elektrischen Feldes der Anode an den abgeschalteten Bildpunkten falsch emittiert werden. Aus diesem Grund sollte keine zu hohe Spannung an die Anodenelektrode 24 angelegt werden, und bei der Erhöhung der Bildschirmluminanz ergibt sich eine Grenze.
Bei einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein maximaler Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 numerisch gegeben. 9 illustriert die elektrische Feldstärke der Elektronenemissionsgebiete als Funktion der Variation des Abstands zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Gegenelektrode 18 gemäß der zweiten Ausführung. Das in 9 illustrierte Ergebnis ist unter den sich von denjenigen, die mit den in 6A bis 6C illustrierten Ergebnissen in Zusammenhang stehen, unterscheidenden Ansteuerbedingungen gemessen.
In der Zeichnung zeigt die A-Kurve einen Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 30 μm beträgt, die B-Kurve zeigt einen Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 25 μm beträgt, und die C-Kurve zeigt einen Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 1 μm beträgt. In diesen drei Fällen haben die Elektronenemissionsvorrichtungen mit Ausnahme der Stärke der Isolierschicht dieselbe Struktur, und die Experimente wurden unter der Bedingung durchgeführt, dass ungefähr 100 V an die Gate-Elektroden angelegt werden, ungefähr 0 V an die Kathodenelektroden angelegt werden und ungefähr 1 kV an die Anodenelektrode angelegt wird.
Wie in 9 gezeigt ist in dem Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 30 μm beträgt, und in dem Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 25 μm beträgt, die elektrische Feldstärke umso mehr verringert, je kleiner der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ist. Wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 50 μm erreicht, erhöht sich die elektrische Feldstärke proportional zu der Verringerung dieses Abstands. Das heißt, dass bei den A- und B-Kurven der Knickpunkt, an dem die elektrische Feldstärke zuerst verringert und dann erhöht wird, wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode verändert (erhöht oder verringert) wird, dort vorhanden ist, wo der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 50 μm beträgt.
In dem Fall, in dem die Stärke der Isolierschicht ungefähr 1 μm beträgt, wird die elektrische Feldstärke umso mehr verringert, je kleiner der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ist. Wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 35 μm erreicht, erhöht sich die elektrische Feldstärke radikal. Das heißt, dass bei der C-Kurve der Knickpunkt, an dem die elektrische Feldstärke zuerst verringert und dann erhöht wird, wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode verändert (erhöht oder verringert) wird, dort vorhanden ist, wo der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 35 μm beträgt.
Entsprechend sollte in den obigen drei Fällen, die verschiedene Stärken der Isolierschicht zeigen, der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode auf einen kleineren Abstand als denjenigen Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode, an dem der Knickpunkt vorhanden ist, festgesetzt werden. Daher wird in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu ungefähr 30 μm oder weniger bestimmt.
Wenn der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode ungefähr 15 μm oder weniger beträgt, wobei die obigen drei Fälle verschiedene Stärken der Isolierschicht zeigen, übersteigt ferner die Feldstärke des an die Elektronenemissionsgebiete angelegten elektrischen Feldes 60 V/μm. Daher wird in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu 15 μm oder weniger bestimmt.
Somit und in Anbetracht des Vorangehenden wird der Abstand zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode zu ungefähr 1 bis 30 μm oder zu ungefähr 1 bis 15 μm bestimmt. Entsprechend wird mit der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der Ausführung von 9 der Leckverlust des Stroms minimiert, und der Effekt der Verstärkung des von den Gegenelektroden erzeugten elektrischen Feldes wird maximiert, wodurch die Menge an emittierten Elektronen zunimmt und die Ansteuerspannung abnimmt.
Nun werden Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß bestimmten anderen Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesen bestimmten Ausführungen kann ein Abstand zwischen einem Elektron und der Gegenelektrode so bestimmt, dass er gleich dem für Emissionsgebiete der Ausführungen von 1 bis 9 beschriebenen Abstand ist.
Wie in 10 gezeigt sind Vorsprünge 30 an den einseitigen Peripherien der den Gegenelektroden 18 gegenüberliegenden Kathodenelektroden 28 ausgebildet, und die Elektronenemissionsgebiete berühren die Vorsprünge 30. Eine in der Längsrichtung der Kathodenelektrode 28 gemessene Breite W1 des Vorsprungs 30 wird als dieselbe wie eine in dieser Richtung gemessene Breite W2 der Gegenelektrode 18 bestimmt.
Die Vorsprünge 30 sind selektiv an den den Gegenelektroden 18 gegenüberliegenden Teilstücken der Kathodenelektroden 28 (oder nur an den Teilstücken der Kathodenelektroden 28) ausgebildet, wodurch der Effekt des an einem bestimmten Bildpunkt betriebenen elektrischen Feldes auf die benachbarten Bildpunkte vermindert wird und das Ansteuern durch die jeweiligen Bildpunkte präziser gesteuert wird.
Wie in 11 gezeigt sind bei einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung Widerstandsschichten 32 zwischen der Kathodenelektrode 28 und den Elektronenemissionsgebieten 12 ausgebildet. Insbesondere können die Widerstandsschichten 32 zwischen den Vorsprüngen 30 der Kathodenelektrode 28 und den Elektronenemissionsgebieten 12 angeordnet sein. Die Widerstandsschichten 32 können einen spezifischen Widerstand von ungefähr 0,01–10¹⁰ Ω/cm aufweisen und steuern gleichförmig die Menge an von den Elektronenemissionsgebieten 12 durch die jeweiligen Bildpunkte emittierten Elektronen.
In der vierten Ausführung sind die Elektronenemissionsgebiete 12 auf der Isolierschicht 8 ausgebildet, wobei sie laterale Seiten der Widerstandsschichten 32 berühren. Wie in 12 gezeigt können sich die Widerstandsschichten 32' in einer Ausführung ebenfalls in Richtung der Gegenelektroden 18 erstrecken, und die Elektronenemissionsgebiete 12 sind auf den Widerstandsschichten 32' ausgebildet. In einer Ausführung beträgt die Stärke der Widerstandsschichten 32' ungefähr 0,5 μm oder weniger, ist also kleiner als die Stärke der Isolierschicht 8. Somit sind die Elektronenemissionsgebiete 12 und die Gegenelektroden 18 im Wesentlichen an ungefähr derselben Ebene platziert.
Wie ebenfalls in 12 gezeigt ist in einem Fall, in dem das Elektronenemissionsgebiet 12 auf der Widerstandsschicht 32' ausgebildet ist, die Kontaktfläche zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12 und der Widerstandsschicht 32' vergrößert, wodurch der Effekt der Widerstandsschicht 32' weiter erhöht wird.
Wie in 13 gezeigt sind bei einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung Öffnungsbereiche 36 an der Kathodenelektrode 34 ausgebildet, wobei sie teilweise die Oberfläche der Isolierschicht freilegen. Entsprechend durchdringen die elektrischen Felder der unter den Öffnungsbereichen 36 platzierten Gate-Elektroden 6 die Isolierschicht und die Öffnungsbereiche 36 und wirken auf die Elektronenemissionsgebiete 12 ein, wodurch während eines Betriebes der Elektronenemissionsvorrichtung stärkere elektrische Felder um die Elektronenemissionsgebiete 12 herum gebildet werden.
Wie in 14 und 15 gezeigt sind bei einer Elektronenemissionsanzeige gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung erste Kathodenelektroden 38 in einem Streifenmuster auf dem ersten Substrat 2 in einer ersten Richtung des ersten Substrats 2 (beispielsweise in einer y-Achsenrichtung von 14 und 15) angeordnet, und eine Isolierschicht 8' ist auf der gesamten Oberfläche des ersten Substrats 2 angeordnet, wobei sie die ersten Kathodenelektroden 38 bedeckt. Gate-Elektroden 40 sind auf der Isolierschicht 8' ausgebildet, wobei sie in einer zweiten, die ersten Kathodenelektroden 38 kreuzenden Richtung verlaufen (beispielsweise in einer x-Achsenrichtung von 15).
Zweite Kathodenelektroden 42 sind auf der Isolierschicht 8 zwischen den Gate-Elektroden 40 ausgebildet, und Elektronenemissionsgebiete 12' sind auf der Isolierschicht 8' ausgebildet, wobei sie die zweiten Kathodenelektroden 42 berühren. Die zweiten Kathodenelektroden 42 berühren die ersten Kathodenelektroden 38 durch Durchgangslöcher 8a', die an der Isolierschicht 8' ausgebildet sind, wobei sie leitend mit derselben verbunden sind. Die zweiten Kathodenelektroden 42 und die Elektronenemissionsgebiete 12' sind an den jeweiligen auf dem ersten Substrat 2 definierten Bildpunktbereichen bereitgestellt.
Ein Abstand D' zwischen dem Elektronenemissionsgebiet 12' und der Gate-Elektrode 40 kann gleich dem für die Ausführungen von 1 bis 9 beschriebenen Abstand D zwischen dem Elektronenemissionsgebiet und der Gegenelektrode bestimmt werden.
Wie in 16 gezeigt, empfangen in einer Ausführung Gate-Elektroden (beispielsweise die Gate-Elektroden 40 von 14 und 15) Abtastsignalspannungen von einer Abtastsignal-Anlegeeinheit 44 und werden als die Abtastelektroden verwendet. Zusätzlich empfangen erste Kathodenelektroden (beispielsweise die ersten Kathodenelektroden 38 von 14 und 15) auf dem ersten Substrat 2 Datensignalspannungen von einer Datensignal-Anlegeeinheit 46 und werden als die Datenelektroden verwendet.
17 illustriert die an die Elektronenemissionsanzeige anzulegende Ansteuerungswellenform gemäß der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Einfachheit halber werden die Gate-Elektroden nun als die "Abtastelektroden" bezeichnet, und die ersten und/oder zweiten Kathodenelektroden werden als die "Datenelektroden" bezeichnet.
Wie in 17 gezeigt wird eine Ein-Spannung V_S eines Abtastsignals innerhalb des Zeitabschnitts T1 an eine Abtastelektrode Sn angelegt. Zusätzlich wird eine Ein-Spannung V₁ eines Datensignals an die Datenelektrode D_M angelegt. Aufgrund der Differenz V_S–V₁ der an die Abtastelektrode Sn und die Datenelektrode D_M angelegten Spannungen werden von dem Elektronenemissionsgebiet Elektronen emittiert und kollidieren mit Leuchtstoffschichten (beispielsweise den Leuchtstoffschichten 20 von 1, 2 und/oder 14), wodurch Licht emittiert wird.
Danach wird die Ein-Spannung V_S des Abtastsignals innerhalb des Zeitabschnitts T2 an der Abtastelektrode Sn aufrechterhalten, und eine Aus-Spannung V_D des Datensignals wird an die Datenelektrode Dm angelegt. Somit wird die Differenz der an die Abtastelektrode Sn und die Datenelektrode Dm angelegten Spannungen auf V_S–V_D verringert, so dass Elektronen nicht von dem Elektronenemissionsgebiet emittiert werden. Die Grauwerte können durch Variieren der Impulsbreite innerhalb der Abschnitte von T1 und T2 richtig ausgedrückt werden.
Mit dem Zeitabschnitt T3 wird eine Aus-Spannung V1 des Abtastsignals an die Abtastelektrode Sn angelegt, und eine Aus-Spannung V1 des Datensignals wird an die Datenelektrode Dm angelegt, so dass Elektronen nicht von dem Elektronenemissionsgebiet emittiert werden. Zu dieser Zeit wird die Aus-Spannung V1 des Abtastsignals so bestimmt, dass sie gleich der Ein-Spannung V1 des Datensignals ist, oder wird üblicherweise zu 0 V bestimmt.
In Anbetracht des Vorhergehenden wird bei der Struktur, bei der Elektronenemissionsgebiete leitend mit den ersten und zweiten Kathodenelektroden zum Empfangen des Datensignals verbunden sind, der maximale für die Elektronenemission benötigte Wert des elektrischen Stroms durch die Anzahl an Datenelektroden geteilt. Das heißt, wenn die Elektronenemissionsvorrichtung einen vollständig weißen Bildschirm bildet, sollte die Menge an von der einer Abtastelektrode entsprechenden Vielzahl von Elektronenemissionsgebieten emittierten Elektronen maximiert werden. Der maximale für die Elektronenemission benötigte Wert des elektrischen Stroms ist durch alle Datenelektroden beschränkt (oder teilweise diesen aufgebürdet), so dass der Strom zu den jeweiligen Datenelektroden fließt, wobei der maximale Wert des elektrischen Stroms durch die Anzahl an Datenelektroden geteilt wird.
Entsprechend besteht mit der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß den Ausführungen von 14 bis 17 kein Luminanzunterschied in Richtung der Gate-Elektroden (beispielsweise in die Horizontalrichtung des Bildschirms). Zusätzlich ist, wenn der durch die Kathodenelektroden fließende Strom auch bei Vorhandensein eines Leitungswiderstandes von einigen Megaohm (MΩ) an einer ersten Kathodenelektrode klein ist, die Luminanzverschlechterung aufgrund des Spannungsabfalls immer noch extrem gering.
Wie in 18 gezeigt hat eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung dieselben Grundstrukturkomponenten wie die, die mit der sechsten Ausführung in Zusammenhang stehen, außer dass die Vorsprünge 50 an den Elektronenemissionsgebieten 12' gegenüberliegenden einseitigen Teilstücken der Gate-Elektroden 40 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 50 werden verwendet, um einen sehr geringen Abstand zwischen den Elektronenemissionsgebieten 12' und den Gate-Elektroden 40 bereitzustellen und um den Effekt des an einem bestimmten Bildpunkt betriebenen elektrischen Feldes auf die benachbarten Bildpunkte zu vermindern, wodurch die jeweiligen Bildpunkte präziser angesteuert werden.
Wie in 19 gezeigt hat eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einer achten Ausführung dieselben Grundstrukturkomponenten wie die, die mit der sechsten und/oder der siebten Ausführung in Zusammenhang stehen, außer dass die Widerstandsschichten 28' zwischen den zweiten Kathodenelektroden 42 und den Elektronenemissionsgebieten 12' ausgebildet sind. Die Elektronenemissionsgebiete 12' sind auf der Isolierschicht 8 ausgebildet, wobei sie laterale Seiten der Widerstandsschichten 28' berühren. Wie in 20 gezeigt können in einer Ausführung die Elektronenemissionsgebiete 12' auch auf den Widerstandsschichten 28' ausgebildet sein.
In einer Ausführung sind die Elektronenemissionsgebiete 12' auf den Widerstandsschichten 28' ausgebildet, und die Stärke der Widerstandsschichten 28' beträgt ungefähr 0,5 μm oder weniger, was wesentlich kleiner ist als die Stärke der Isolierschicht 8.
Somit kann angenommen werden, dass die Elektronenemissionsgebiete 12 und die Gate-Elektroden 40 im Wesentlichen an ungefähr derselben Ebene platziert sind.
Unter Bezug auf 21 ist gemäß einer neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Gitterelektrode 52 zwischen den ersten und den zweiten Substraten 2 und 4 mit einer Vielzahl von Elektronenstrahl-Durchgangslöchern 52a angeordnet. Die Gitterelektrode 52 fokussiert die in Richtung des zweiten Substrats 4 gerichteten Elektronen und hindert die Wirkung des elektrischen Felds der Anode auf die Elektronenemissionsgebiete 12, wodurch Diodenlichtemission aufgrund des elektrischen Feldes der Anode verhindert wird.
Zusätzlich zeigt 21, dass obere Abstandshalter 26a zwischen dem zweiten Substrat und der Gitterelektrode angeordnet sind, und die unteren Abstandshalter 26b sind zwischen dem ersten Substrat und der Gitterelektrode angeordnet.
In Anbetracht des Vorhergehenden ist bei der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß den Ausführungen der vorliegenden Erfindung der Leckverlust des Stroms zwischen den Elektronenemissionsgebieten und den Gate-Elektroden minimiert, und die Feldstärke des an die Elektronenemissionsgebiete angelegten elektrischen Feldes ist erhöht. Infolgedessen ist die Menge an emittierten Elektronen erhöht, wodurch die Bildschirmluminanz und die Farbdarstellung verbessert werden und die Leistungsaufnahme verringert wird.
Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene innerhalb des Umfangs der angefügten Patentansprüche beinhaltete Modifikationen abdecken soll.

Claims

Elektronenemissionsvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Gate-Elektroden (6), die auf einem ersten Substrat (2) ausgebildet sind, wobei die Gate-Elektroden (6) auf einer ersten Ebene angeordnet sind; eine auf den Gate-Elektroden (6) ausgebildete Isolierschicht (8); eine Mehrzahl von Kathodenelektroden (10, 14, 28, 34), die auf der Isolierschicht (8) ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Elektronenemissionsgebieten (12), die leitend mit den Kathodenelektroden (10, 14, 28, 34) verbunden sind, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) auf einer zweiten Ebene angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Gegenelektroden (18); wobei die Gate-Elektroden (6) und die Gegenelektroden (18) dazu ausgelegt sind, eine gleiche Spannung zu empfangen; und wobei ein Abstand (D) zwischen den Elektronenemissionsgebieten (12) und den Gegenelektroden (18) folgender Bedingung genügt: 1(μm) ≤ D ≤ 28,1553 + 1,7060t(μm)wobei t eine Stärke der Isolierschicht (8) kennzeichnet.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gegenelektroden (18) auf der zweiten Ebene der Elektronenemissionsgebiete (12) platziert sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolierschicht (8) eine Stärke von 0,5 μm bis 30 μm aufweist.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gegenelektroden (18) auf der Isolierschicht (8) ausgebildet sind und die Gate-Elektroden (6) durch an der Isolierschicht (8) ausgebildete Durchgangslöcher (a) berühren.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) auf der Isolierschicht (8) derart ausgebildet sind, dass laterale Seiten der Elektronenemissionsgebiete (12) laterale Seiten der Kathodenelektroden (10, 14, 28, 34) berühren.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Mehrzahl von zwischen den Kathodenelektroden (28) und den Elektronenemissionsgebieten (12) angeordneten Widerstandsschichten (32, 32').
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Gegenelektroden (18) auf einer zu der Ebene der Elektronenemissionsgebiete (12) parallelen Ebene platziert sind und die Elektronenemissionsgebiete (12) auf den Widerstandsschichten (32, 32') angeordnet sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Öffnungsbereiche (36) intern an den Kathodenelektroden (34) ausgebildet sind, um eine Oberfläche der Isolierschicht (8) freizulegen.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) mit einem aus der aus Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Graphit-Nanofaser, Diamant, diamantähnlichem Kohlenstoff, C60 und Silizium-Nanodraht bestehenden Gruppe ausgewählten Material gebildet sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein dem ersten Substrat (1) gegenüberliegendes zweites Substrat (4); eine Mehrzahl von Leuchtstoffschichten (20) und eine Anodenelektrode (24), die auf dem zweiten Substrat (4) ausgebildet ist; und eine Gitterelektrode (52), die zwischen den ersten und zweiten Substraten (2, 4) angeordnet ist.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) und die Gegenelektroden (18) mit einem Abstand von 1 bis 30 μm voneinander angeordnet sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) teilweise von einseitigen Peripherien der den Gegenelektroden (18) gegenüberliegenden Kathodenelektroden (28) in Richtung der Gegenelektroden (18) hervorragen.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Kathodenelektroden (28) eine Mehrzahl von in Richtung der Gegenelektroden (18) gerichteten Vorsprüngen (30) aufweisen und wobei die Elektronenemissionsgebiete (12) die Vorsprünge (30) berühren.
Elektronenemissionsvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von ersten Kathodenelektroden (38), die auf einem ersten Substrat (2) ausgebildet sind, wobei die ersten Kathodenelektroden (38) auf einer ersten Ebene angeordnet sind; eine auf den ersten Kathodenelektroden (38) ausgebildete Isolierschicht (8); eine Mehrzahl von Gate-Elektroden (40), die auf der Isolierschicht (8) ausgebildet sind, wobei die Gate-Elektroden (40) auf einer zweiten Ebene angeordnet sind; eine Mehrzahl von zweiten Kathodenelektroden (42); und eine Mehrzahl von Elektronenemissionsgebieten (12'), die leitend mit den zweiten Kathodenelektroden (42) verbunden sind; wobei die ersten Kathodenelektroden (38) und die zweiten Kathodenelektroden (42) dazu ausgelegt sind, eine gleiche Spannung zu empfangen; und wobei ein Abstand (D') zwischen den Elektronenemissionsgebieten (12') und den Gate-Elektroden (40) der folgenden Bedingung genügt: 1(μm) ≤ D' ≤ 28,1553+1,7060t(μm)wobei t eine Stärke der Isolierschicht (8) kennzeichnet.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweiten Kathodenelektroden (42) auf der zweiten Ebene der Gate-Elektroden (40) platziert sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Elektronenemissionsgebiet (12') und die Gate-Elektrode (40) mit dem Abstand (D') von 1 bis 15 μm voneinander angeordnet sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweiten Kathodenelektroden (42) auf der Isolierschicht (8) ausgebildet sind und die ersten Kathodenelektroden (38) durch an der Isolierschicht (8) ausgebildete Durchgangslöcher (8a) berühren.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Elektronenemissionsgebiete (12') auf der Isolierschicht (8) derart ausgebildet sind, dass laterale Seiten der Elektronenemissionsgebiete (12') laterale Seiten der zweiten Kathodenelektroden (42) berühren.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Gate-Elektroden (40) eine Mehrzahl von in Richtung der Elektronenemissionsgebiete (12') gerichteten Vorsprüngen (50) aufweisen.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Mehrzahl von zwischen den zweiten Kathodenelektroden (42) und den Elektronenemissionsgebieten (12') angeordneten Widerstandsschichten (28').
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die zweiten Kathodenelektroden (42) im Wesentlichen auf einer zu der Ebene der Elektronenemissionsgebiete (12') parallelen Ebene platziert sind und die Elektronenemissionsgebiete (12') auf den Widerstandsschichten (28') angeordnet sind.
Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Abtastsignal-Anlegeeinheit (44) und eine Datensignal-Anlegeeinheit (46), wobei die Gate-Elektroden (40) mit der Abtastsignal-Anlegeeinheit (44) leitend verbunden sind und die ersten Kathodenelektroden (38) mit der Datensignal-Anlegeeinheit (46) leitend verbunden sind.