DE68923074T2

DE68923074T2 - Auf einer feldemissionskathode basierendes flaches anzeigepaneel mit abstandhaltern aus organischem polymermaterial.

Info

Publication number: DE68923074T2
Application number: DE68923074T
Authority: DE
Inventors: Ivor Brodie; Henry Gurnick; Christopher Holland; Helmut Moessner
Original assignee: Innovative Display Development Partners LP
Current assignee: Innovative Display Development Partners LP
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2009-07-04
Also published as: JPH03501547A; EP0378654A1; ATE123903T1; US4923421A; JP3281365B2; EP0378654B1; EP0378654A4; DE68923074D1; WO1990000808A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf flache Anzeigeschirme des Feld-Emissions-Kathoden-Typs und insbesondere auf die Bildung von Abstandhaltern zwischen einer Kathodenanordnung und der Anzeigeoberfläche eines solchen Schirms und die dabei entstehende Struktur.
Flache Anzeigeschirme werden zum visuellen Anzeigen von Information in vielen Situationen eingesetzt, in denen die hohen Platzanforderungen einer herkömmlichen Kathodenstrahlröhre einen großen Nachteil darstellt. Sie werden als Personalcomputer-Anzeigen und bei einigen Anzeigeschirmen oder anderen Betriebsanzeigen verwendet, bei denen der Platz der wichtigste Faktor ist oder das Gewicht eine wichtige Überlegung darstellt. Einige flache Anzeigeschirme haben Kathodenanordnungen des Feld-Emission-Typs zur Grundlage. Eine solcher Anzeigeschirm ist in der US-Patentanmeldung Nr. 891.853 mit dem Titel "Zugriffsadressierter flacher Anzeigeschirm" (die der WO 8801098, veröffentlicht am 11.02.88, entspricht) und dem gleichen Rechtsnachfolger wie diese Anmeldung beschrieben. Diese Arten von Anzeigen haben den Vorteil, daß sie mit der bei CRTs (Kathodenstrahlröhren) weit entwickelten Kathodolumineszenztechnik arbeiten und gleichzeitig eine besonders dünne, einfache und mit hoher Auflösung arbeitende Anzeige vorsehen, die zum größten Teil durch Techniken hergestellt werden, die bei der Produktion von integrierten Schaltkreisen eingesetzt werden.
Bei flachen Anzeigeschirmen des Feld-Emissions-Kathoden- Typs ist es wichtig, daß die teilchenemittierende Oberfläche und die gegenüberliegende Anzeigefläche mit einem relativ kleinen aber gleichförmigen Abstand über die gesamte Fläche des Anzeigeoberfläche voneinander getrennt gehalten werden. Zwischen der emittierenden Kathoden-Oberfläche und der Anzeigefläche herrscht eine relativ hohe Spannungsdifferenz von z.B. im allgemeinen über 200 V. Es ist wichtig, daß ein elektrischer Durchbruch zwischen der emittierenden Oberfläche und der Anzeigenfläche verhindert wird. Der Abstand zwischen den beiden muß jedoch klein sein, um die erforderliche geringe Dicke und hohe Auflösung zu garantieren. Dieser Abstand muß auch zum Erreichen einer gleichförmigen Auflösung und Helligkeit und auch zum Verhindern von Anzeigenverzerrungen usw. gleichförmig sein. Das Entstehen eines ungleichförmigen Abstands ist bei einer flachen zugriffsadressierbaren Feld- Emissions-Kathoden-Anzeige viel wahrscheinlicher als bei einigen anderen Anzeigentypen, da typischerweise auch eine hohe Druckdifferenz auf die gegenüberliegenden Seiten der Anzeigefläche wirkt; z.B. ist die freiliegende Seite einer solchen Fläche atmosphärischem Druck ausgesetzt, während ein hohes Vakuum von weniger als 10&supmin;&sup6; Torr zwischen der Kathodenstruktur und der anderen Seite des Anzeigefläche erzeugt wird.
Es sind bisher viele Abstandhalteranordnungen für flache Kathoden-Anzeigeschirme des Feld-Emissions-Typs durch eine oder mehr Strukturen vorgesehen worden, die von der Kathodenanordnung und der Anzeigenfläche getrennt sind, wie das im US- Patent Nr. 4,183,125 für Gasentladungs-Anzeigen beschrieben ist. Dies führte zu Ausrichtungsproblemen. Leichte Abweichungen von der optimalen Ausrichtung können wesentliche Auswirkungen auf die Qualität der Anzeige haben. Das heißt, wenn bei einer hochauflösenden Anordnung der Abstandhalter nicht richtig ausgerichtet ist, werden von einer Kathodenanordnung ausgehende Elektronen nicht bis zur phosphorbeschichteten Anzeigenfläche gelangen, was zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Helligkeit führt. Das ist vor allem bei einer hochauflösenden Anordnung ein Problem, bei der nebeneinanderliegende Pixel sehr nahe beieinander liegen.
Die zuvor genannte Patentanmeldung Nr. 891,853 beschreibt einen Abstandhalter mit parallelen Füßchen, die mit der Anzeigefläche ein Stück bilden und die zwischen aneinanderliegenden Reihen von Pixeln eingestreut sind. Diese Ausführungsform hat zwar Vorteile, doch treten dabei auch Herstellungs- und Zusammenbauprobleme auf.
Ein gleichförmiger Abstand ist vor allem ein Problem. Eine in der Vergangenheit eingesetzte Lösung war, ein die Abstandhalter verbindendes Metall zu verwenden, das dann mit einer dielektrischen Schicht belegt wurde. Von dieser Möglichkeit wird in der US-A-4,091,305 bei einem flachen Anzeigeschirm des Gasentladungstyps Gebrauch gemacht. Sie ist zur Verwendung in einer Anordnung des Feld-Emission-Typs jedoch wegen der hohen zwischen der Anode und den Kathoden einer solchen Anordnung erforderlichen Spannungsdifferenz nicht geeignet. Diese hohe Spannung kann das Durchbruchpotential des dielektrischen Materials übersteigen und dazu führen, daß das Metall der Abstandhalterstäbchen einen Kurzschluß zwischen der Anzeigefläche und der emittierenden Kathodenoberfläche verursacht.
Ein weiterer Lösungsversuch war es, auf der Anzeigefläche und der Kathodenkonstruktion interagierende Abstandsteile vorzusehen. Das US-Patent 4,422,731 zeigt eine solche Anordnung in einem flachen Flüssigkristall-Anzeigeschirm. Wenn man eine solche Lösung bei einem Anzeigeschirm mit einer Feld- Emissions-Kathoden-Anordnung anwendet, treten die oben erörterten Ausrichtungsprobleme auf. Diese Ausrichtungsprobleme treten dann nicht zwischen einer Abstandhalterkonstruktion und einer Kathode, sondern zwischen der emittierenden Kathodenoberfläche und der Anzeigefläche selbst auf. Das heißt, daß eine nur geringfügige Fehlausrichtung zwischen der Kathode und der Anzeigefläche dazu führen kann, daß die Abstandhalter nicht richtig ausgerichtet sind und folglich ein Kurzschluß entsteht, die Anzeige nicht gleichmäßig ist usw. US-Patent Nr. 4,451,759 von Heynisch zeigt eine solche Anordnung für einen flachen Anzeigeschirm, bei der Metallstäbchen auf der Fläche in Ausrichtung mit hohlen, von der Kathode ausgehenden Zylindern sind. Dieser Versuch, die strukturellen Vorteile von Metall als Material für die Abstandhalterstäbchen mit einem Verhindern eines elektrischen Kurzschlusses zu verbinden, hat die oben erörterten Nachteile der Ausrichtungsprobleme.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine in der Herstellung von integrierten Schaltkreisen gebräuchliche Technik verwendet, Abstandhalter gleichförmiger Höhe in einem flachen Anzeigeschirm des Feld-Emissions-Typs und der dabei entstehenden Struktur zu bilden. Grob gesagt besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, entweder auf die Oberfläche der Feld- Emission-Kathode oder auf die gegenüberliegende Anzeigefläche eine Materialschicht aufzubringen, aus der die Abstandhalter gebildet werden sollen, Mustern der Abstandhalter aus der Materialschicht, Entfernen der Schicht bis auf die Teile, die die erwünschten Abstandhalter bilden, und danach Zusammenfügen der Anzeigefläche und der Kathodenoberfläche und dazwischen die erwünschen Abstandhalter in einer Sandwichstruktur.
Besonders bevorzugt wird, wenn die Abstandhalter aus einem Polyimidmaterial gebildet werden, einem polymerisierten organischen Polymer, das der hohen Brenntemperatur widerstehen kann, die bei der Bildung des hohen Betriebsvakuums auftritt, das bei einer Anzeige des Feld-Emissions-Kathoden-Typs erforderlich ist. Das Polymer wird erzeugt, indem ein Polyamidester, ein Vorläufer von Polyimid, auf die emittierende Kathodenoberfläche gebracht und die Oberfläche gedreht wird. Das Ergebnis ist, daß eine gleichförmig dicke Schicht der Polyamidsäure auf die Oberfläche aufgetragen wird und daher, wenn die die Säure imidisiert wird, die Polyimid-Abstandhalter gleichförmig hoch sind. Ein solches Material kann lichtempfindlich gemacht werden, und normale photolithographische Techniken, die bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet werden, werden zur Bildung der eigentlichen Abstandhalter vor der Imidisierung eingesetzt.
Es hat sich herausgestellt, daß ein Polyimid für die Abstandhalter verwendet werden kann, auch wenn dies ein organischer Stoff ist und die herkömmliche Ansicht herrscht, daß das Ausgasen eines organischen Materials das Vakuum nachteilig beeinflußt, das zwischen der emittierenden Oberfläche und der Anzeigefläche herrschen muß. Ausheizen des bevorzugten Polyimids bei einer hohen Temperatur (über 400ºC) in einem ultrahohen Vakuum (10&supmin;&sup9; Torr) entfernt alle flüchtigen Bestandteile. Außerdem wird durch die zum Bilden der Abstandhalter verwendete Art und Weise eine Vielzahl ziemlich kleiner, gleichförmig großer Abstandhalter hergestellt. Dadurch wird relativ dünnen Platten ermöglicht, einem Unterdruck von einer vollen Atmosphäre zu widerstehen. Die Verwendung von Techniken der Herstellung integrierter Schaltkreise zur Bildung der Abstandhalter ist bei einer Anzeige mit einer Feld-Emissions-Kathode besonders vorteilhaft, da eine solche Kathode sonst auch durch solche Techniken hergestellt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bei den drei Zeichnungsblättern zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische und schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigeschirms mit einer Feld-Emissions-Kathode,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Zugriffsweges der bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 3 eine planare Schnittdarstellung einer Feld-Emissions- Kathode mit einer Vielzahl von Abstandhaltern der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine vergrößerte teilweise Darstellung, die ein einzelnes Pixel der bevorzugten Ausführungsform zeigt und
Fig. 5 einen Ablaufplan, der eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform 11 eines erfindungsgemäßen flachen Anzeigeschirms. Sie weist eine durchsichtige Vorderplatte oder -Struktur 12 und eine Rückplatte 13 auf. Der Schirm ist zwar als runde Scheibe gezeigt, er kann jedoch auch andere Formen haben. In diesem Zusammenhang ist die Rückplatte am besten ein Halbleiterwafer, der eine quadratische Anordnung von Feld-Emissions-Kathoden des Typs bildet, der z.B. in den US-Patenten Nr. 3,665,241, 3,755,704 und 3,791,471 beschrieben ist.
Die Vorderplatte 12 ist durchsichtig und bildet die Anzeige. Sie hat eine mit 14 bezeichnete Anode (Fig. 4) auf der Fläche, die der teilchenemittierenden Oberfläche der Kathodenanordnung gegenüberliegt, damit ein entsprechendes Bombardement mit von einer solchen Anordnung emittierten Elektronen stattfinden kann. Eine Spannung, die im Verhältnis zur Kathode um 400 V oder mehr positiv ist, wird daran von einer entsprechenden Quelle aus angelegt, wie schematisch mit 16 in Fig. 1 angezeigt. Die beschriebene Anzeige ist farbig, und deshalb enthält jedes Pixel drei Leuchtstoffstreifen 17, 18 und 19, jeweils einen für eine der drei primären Farben -rot, grün und blau. Wie in Fig. 4 dargestellt, werden solche Streifen über der Anode 14 der Anzeigefläche angebracht. Sie können durch normale Photoabscheidungstechniken gebildet werden.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen flachen Anzeigeschirms ist zugriffsadressierbar. Zu diesem Zweck hat die Kathode eines jeden Pixels im rechten Winkel aufeinanderstehende Adressenleitungen, die einzeln angesteuert werden, wie das schematisch in Fig. 1 und 2 durch den Kathodenbasisansteuerungsblock 21 und den Kathodengatteransteuerungsblock 22 dargestellt ist. Drei Flußlinien gehen vom Gatteransteuerungsblock 22 zur Anzeige, während nur eine vom Basisansteuerungsblock 21 ausgeht, um ihr Verhältnis zueinander darzustellen, d.h. für jede Basis können drei Gatter individuell geschaltet werden.
Eine normale mit der Erfindung verwendbare Zugriffsadressierung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein mit 23 bezeichneter serieller Datenbus leitet eine erwünschte Anzeige darstellende digitale Daten über einen Puffer 24 an einen mit 26 bezeichneten Speicher. Ein Mikroprozessor 27 steuert das Ausgangssignal aus dem Speicher 26. Wenn die Information ein alphanumerisches Zeichen darstellt, wird das Ausgangssignal, wie durch eine Linie 28 dargestellt, an einen Zeichengenerator 29, der die das gewünschte Zeichen darstellende erforderliche Information an ein Schieberegister 31, das den Betrieb der Gatteransteuerungsschaltung steuert, weitergeleitet. Wenn andererseits die Information eine Anzeige darstellt, die kein alphanumerisches Zeichen ist, wird diese Information direkt vom Speicher 26 an das Schieberegister 31 geleitet, wie das durch die Flußlinie 32 dargestellt ist. Die Zeitabstimmschaltung 33 steuert den Betrieb der Gatteransteuerungsschaltung. Dieser Betrieb ist mit den Basisansteuerungen synchronisiert, wie das durch die Flußlinie 34 dargestellt ist. Die Zeitabstimmung der Einschaltung der im rechten Winkel zu einer ausgewählten Basis gelegenen Gatter wird so gesteuert, daß die Basen und Gatter einer ausgewählten Pixelreihe gleichzeitig eingeschaltet werden, so daß diese Elektronen zum Bereitstellen der erwünschten Pixelanzeige erzeugen. Eine ganze Reihe von Pixeln wird gleichzeitig eingeschaltet und nicht einzelne Pixel, die einzeln in einem Raster-Abtast-Verfahren eingeschaltet werden, wie das bei herkömmlichen Systemen üblich ist. Ein reihenweises Einschalten gewährleistet, daß jedes Pixel eine lange Einschaltdauer erfährt und dadurch heller wird. Einem Fachmann ist ersichtlich, daß ein Einschalten in vollen Spalten und als einzelne Reihen im wesentlichen das gleiche Ergebnis ergibt. Eine Zeilenabtastung erfolgt dann in senkrechten Spaltenlinien und nicht in waagrechten Zeilenlinien.
Fig. 3 ist eine planare Darstellung einer Feldemissionskathodenanordnung für eine erfindungsgemäße Anzeige, bei der die emittierende Oberfläche gezeigt ist, die in eine Matrix von Pixeln aufgeteilt ist. Jedes der Pixel, die sämtlich mit der Nummer 36 bezeichnet sind, hat eine Basiselektrode 37, die durch Photoabscheidungstechniken gebildet ist, und drei Gatter 38, die im rechten Winkel dazu liegen. Der Einfachkeit halber zeigt Fig. 3 schematisch nur zwei stark vergrößerte Abschnitte solcher Pixel. Die Pixelmatrix erstreckt sich jedoch über die gesamte Oberfläche, die innerhalb des Quatrats 40 auf dem Rückplattensubstrat 13 liegt.
Erfindungsgemäß umgeben mehrere Abstandhalter oder "Säulen" 39 ein jedes Pixel. Wie weiter unten im einzelnen näher erläutert, wird jeder Abstandhalter 39 durch eine Technik zur Herstellung integrierter Schaltkreise erzeugt, die dazu führt, daß er auf der teilchenemittierenden Oberfläche einen nur kleinen "Fuß" hat, d.h. seine Abmessungen an der emittierenden Oberfläche sind ungefähr 50 um x 50 um. So kann eine Vielzahl solcher Abstandhalter bei jedem Pixel angebracht sein, um auch örtliche Anzeigeverzerrungen zu minimieren, die durch Differenzdruck zustande kommen könnten.
In Fig. 4 ist ein einzelnes Pixel zur Anschaulichmachung der Struktur vergrößert dargestellt. Jedes Pixel ist von vier Abstandhaltern oder Säulen 39 umgeben. Die Basiselektrode 37 ist ein Streifen 41 einer leitenden Materialschicht, die auf ein isolierendes Substrat 42 aufgetragen wird. Wie dargestellt, ist der Basisstreifen 41 relativ breit und erstreckt sich über die vier Abstandhalter. Das heißt, er erstreckt sich zwischen den durch die Abstandhalter 39 der horizontal nebeneinander liegenden Pixel auf dem Substrat 42 definierten horizontalen Pfaden. Wie an einer der abgebrochenen Kanten in Fig. 4 gezeigt, hat ein solcher Streifen Elektronen-Emitter- Spitzen 43.
Die emittierende Kathodenoberfläche weist weiter für ein jedes der Pixel drei Gatterelektroden 44 ,46 und 47 auf, die im rechten Winkel zur Basis 41 verlaufen. Diese Gatterelektroden haben Öffnungen 48, die auf die Elektronen-Emitter- Spitzen 43 der Basis ausgerichtet sind und die eine Steuerung des Elektronenausstoßes daraus bewirken. In diesem Zusammenhang sind die Elektrodenstreifen vom Basissubstrat durch eine Isolierschicht aus z.B. Siliziumdioxid elektrisch isoliert.
Die Gatterelektroden 44 bis 47 sind jeweils auf die Leuchtschichtstreifen 17 bis 19 ausgerichtet. Wenn die einzelnen Pixel eingeschaltet sind, bewirken die Elektroden des eingeschalteten Pixels eine Steuerung der Dichte der emittierten Elektronen, die die entsprechenden Leuchtschichtstreifen bombardieren und das Leuchten bei diesem Pixel erzeugen. Das durch die Potentialdifferenz zwischen der Anode 14 und der Kathodenanordnung erzeugte elektrische Feld gewährleistet, daß die Teilchen die zur Bewirkung von Fluoreszenz erforderliche Energie haben.
Verschiedene Anforderungen müssen von den Säulen 39 erfüllt werden. Erstens müssen sie ausreichend nicht-leitend sein, um einen elektrischen Durchbruch zwischen der Kathodenanordnung und der Anode zu verhindern, obwohl der dazwischen liegende Raum nur sehr gering, z.B. 100 um, und die daran anliegende Potentialdifferenz relativ groß, z.B. 200 oder mehr V, ist. Außerdem dürfen sie sich mit der Zeit nur sehr geringfügig verformen, damit gewährleistet ist, daß die Lebensdauer des flachen Anzeigeschirms eine brauchbare Länge erreicht. Sie müssen unter Elektrodenbombardement stabil bleiben. Das heißt, bei jedem der Pixel werden Elektronen erzeugt, die die Abstandhalter bombardieren könnten. Diese Abstandhalter müssen einer Bombardierung ohne beeinträchtigende Auswirkungen widerstehen. Die Abstandhalter sollten auch der relativ hohen Brenntemperatur von z.B. 400ºC widerstehen, der der flache Anzeigeschirm ausgesetzt wird, wenn das hohe Vakuum erzeugt wird, das zwischen der Vorder- und der Rückplatte einer Anzeige des Feld-Emissions-Kathoden-Typs notwendig ist.
Zwar können verschiedene Materialien diese Anforderungen erfüllen, doch haben sich Polyimidharze als besonders brauchbar erwiesen. Sie werden schon in der Bildung von Zwischenschicht-Isolierstoffen in integrierten Schaltungen verwendet und sind weitreichend erforscht. (Siehe z.B. der Artikel mit dem Titel "Polyimides in Microelctronics" (Poyimide in der Mikroelektronik), von Pieter Burggraff, erschienen in der Märzausgabe 1988 von Semiconductor International, S. 58.) Wie in diesem Artikel betont, sind bestimmte Polyimide lichtempfindlich und können durch photolithographische Verfahren, wie sie normaleweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, gemustert werden. Polyimide werden durch die Polykondensationsreaktion eines aromatischen Dianhydrids und eines aromatischen Diamins gewonnen. Sie kommen meist in einer präimidisierten Form vor, z.B. als Polyamidsäure oder -ester. Eine solche Säure oder ein solches Ester ist in polaren organischen Lösungsmitteln leicht löslich und wandelt sich bei hohen Temperaturen, die die Lösungsmittel entfernen, in Polyimid um.
Ein Polyimid, das sich als besonders brauchbar bei der bevorzugten Ausführungsform herausgestellt hat, ist das von der Electronic Chemicals Group von CIBA-GEIGY Corporation, Santa Clara, California, hergestellte Polyimid Probimide 348 FC. Die Vorläufersubstanz ist lichtempfindlich und hat eine Viskosität von ungefähr 3500 c.s.. Es handelt sich dabei um eine NMP-Lösung mit ungefähr 48% Gewichtsanteilen eines Polyamidesters, mit einem Oberflächenmittel zur Benetzung und einem Lichtempfindlichkeitssteigerer.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Durchführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Ablaufplans. Es wird besonders bevorzugt, wenn der Vorläufer des Polyimids durch ein Drehverfahren auf das Substat aufgebracht wird. Dadurch wird gewährleistet, daß der Vorläufer gleichmäßig aufgetragen wird, so daß die zu bildenden Abstandhalter eine gleiche Höhe erhalten. In Fig. 5 wird das Probimide 348 FC auf die emittiernde Kathodenoberfläche gegossen, nachdem der Wafer zum Drehen in ein Futter oder dergleichen eingespannt wurde. Diese Substanz ist viskos, wie oben betont, und sie wird von der Mitte aus auf ungefähr ein Drittel des Substrathalbleiterwafers aufgebracht. Das Aufbringen ist in Fig. 5 durch Block 51 dargestellt. Das Substrat wird dann mit einer Geschwindigkeit und über eine ausreichend lange Zeit gedreht, so daß die erforderliche Beschichtungsdicke entsteht. Bei der spezifischen beschriebenen Durchführungsform wird das Substrat mit 650 U/min ungefähr 9 Sekunden lang gedreht. Die viskose Vorläufersubstanz bildet dann eine gleichmäßige Beschichtung auf dem Wafer mit einer Dicke von ungefähr 125 um. Block 52 stellt diesen Drehvorgang dar.
Es ist zu bemerken, daß die Abstandhalter zwar auch auf der Anzeigefläche und nicht auf der teilchenemittierenden Kathodenoberfläche gebildet werden könnten, es wird jedoch bevorzugt, sie auf der Kathode selbst zu erzeugen, um zu verhindern, daß die Leuchtschichtmaterialien auf der Anzeigefläche verschmutzt werden, was zu einer verminderten Effizient führen würde.
Die Kathode wird mit ungefähr 100ºC ungefähr 20-40 Min. lang nach dem Auftragen des Vorläufers ausgeheizt. Der Zweck dieses vorläufigen Ausheizens ist das Entfernen organischer Lösungsmittel aus dem Vorläufer. Dieses vorläufige Ausheizen ist durch den Block 53 in Fig. 5 dargestellt.
Das erwünschte Abstandhaltermuster wird dann auf die beschichtete Kathode mit einer entsprechenden Maske aufgetragen. Es ist wichtig, daß die Maske richtig ausgerichtet ist, um zu gewährleisten, daß die Abstandhalter schließlich am richtigen Ort sitzen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Technik zum richtigen Plazieren einer Maske für die Herstellung integrierter Schaltungen gut entwickelt ist, und mit den verfügbaren technischen Voraussetzungen ist es leicht, die genaue Ausrichtung zu bewirken, die bei der Verwendung von Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen zur Herstellung der Abstandhalter bei dieser Erfindung notwendig ist. Block 54 in Fig. 5 stellt diesen Schritt des Musterns dar. Nachdem die Maske richtig auf das Wafersubstrat ausgerichtet ist, wird der Wafer zur Entwicklung belichtet, indem er ungefähr 20 Minten einer Strahlung im ultravioletten Frequenzbereich ausgesetzt wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 5 durch den Block 56 vertreten. Feuchtigkeit wird dann aus dem Substrat entfernt, indem es ungefähr 20 Minuten in einen Ofen mit einer Temperatur von ungefähr 90 bis 100ºC gebracht wird. Während das Substrat immer noch warm ist, wird die Maskenschicht mit einer Zerstäuber-Sprühdüse mit einer geeigneten Entwicklersubstanz besprüht, wie z.B. QZ 3301, ein Entwickler der vorher erwähnten Electronic Chemicals Group von CIBA-GEIGY Corporation, bis die Entwicklung visuell deutlich wird. Block 57 stellt dieses Besprühen dar. Der Teil der Beschichtung, der nicht belichtet ist, wird dann durch Spülen mit einer geeigneten Spüllösung von der Kathode entfernt, z.B. mit QZ 3312, die eine Spüllösung der vorher erwähnten Electronic Chemicals Group von CIBA-GEIGY Corporation ist. Dieses Entfernen der Vorläuferschicht bis auf die Teile, die das entsprechende Abstandhaltermuster bilden, ist in Fig. 5 durch Block 58 dargestellt.
Das Substrat wird mit den erwünschten Abstandhaltern durch diesen Vorgang gemustert, welche aus dem Polyimidvorläufer bestehen. Ihre Höhe ist ungefähr 125 um. Dann wird das Abstandhaltermuster einer hohen Temperatur und einem hohen Vakuum zum letzten Vulkanisieren ausgesetzt, wodurch die erwünschten Polyimidabstandhalter gebildet werden. Das heißt, daß die Kathode mit dem Abstandhaltermuster ungefähr eine Stunde lang in einem ultrahohen Vakuum (10&supmin;&sup9; Torr) einer Temperatur von ungefähr 400ºC augesetzt wird. Die Temperatur der Kathode wird linear auf diesen Wert gesteigert mit einer Steigerungsrate von 2ºC pro Minute. Block 59 in Fig. 5 stellt diesen Vulkanisierungsschritt dar.
Das Ergebnis des obigen Vorgangs ist die Bildung der erwünschten Abstandhalter oder, anders ausgedrückt, einer mit Säulen bestückten Kathodenoberfläche, wie als Block 61 in Fig. 5 angegeben. Es hat sich herausgestellt, daß die Säulen während des Vulkanisierungsschritts auf eine Größe von ungefähr 100 um schrumpfen. Dieses Schrumpfen beeinträchtigt die erwünschte gleichmäßige Höhe der Abstandhalter nicht. Jedoch führt es dazu, daß die Abstandhalter dichter sind und eine höhere Festigkeit aufweisen.
Nach dem Bilden der Abstandhalter auf der emittierenden Kathodenoberfläche werden die Kathoden- und Anzeigeplatte sauber ausgerichtet und in einer Sandwichstruktur zusammengefügt. Es ist klar, daß in der bevorzugten Durchführungsform dieser Vorgang dadurch erleichtert wird, daß die Abstandstücke ganz auf der Oberfläche gebildet sind, d.h. daß es nicht notwendig ist, die Abstandhalterstücke auf beiden Oberflächen entsprechend auszurichten. Die Schirmflächen können dann in geeigneter Weise versiegelt werden, und es kann ein geeignetes Vakuum erzeugt werden, das einen Paschen-Durchbruch in dem Elektroden-Zwischenraum, d.h. dem Raum zwischen der Kathode und der Anode, verhindert. Wie oben erwähnt können die gebildeten Polyimid-Abstandhalter hohen Temperaturen widerstehen, z.B. das Ausheizen bei 400ºC während der Vakuumerzeugung.
Es ist offensichtlich, daß im wesentlichen die gesamte erfindungsgemäße Abstandhalteranordnung auf diejenige Fläche der Kathodenoberfläche beschränkt werden kann, auf der sich die Pixelanordnung befindet. Das heißt, daß die Anzahl Abstandstücke bei denjenigen Bereichen des Substrats, die nicht zum Elektronen-Emitter-Teil gehören, minimiert werden kann. Das bedeutet, daß die Substratsegmente 62 (Fig. 3) zur Bildung der mit der Anzeige zusammenhängenden Elektronik, wie Eingangs- und Ausgangsverarbeitungselektronik, Matrixverbindungen usw. zur Verfügung stehen, die durch Techniken wie bei der Herstellung integrierter Schaltungen erzeugt werden. Außerdem steht auch die Rückseite des Substrats, d.h. nicht die emittierende Seite, zur Bildung erwünschter Schaltungen für die Anzeige zur Verfügung. Durch den Wafer reichende Verbindungen des in der zuvor erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 891,853 beschriebenen Typs können in Kombination mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Erfindung wurde im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß dem Fachmann viele Abänderungen einfallen werden. So können zum Beispiel anstelle der zuvor erwähnten Polyimidsubstanz auch andere Materialien ein erwünschtes Abstandhaltermuster für anders konstruierte Anzeigeschirme des Feld-Emissions-Typs bilden.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von Abstandhaltern zwischen der Emitter-Oberfläche einer Feld-Emitter-Kathoden-Anordnung und einer gegenüberliegenden Anzeigefläche, wobei zwischen der Feld-Emitter-Kathoden-Anordnung und der gegenüberliegenden Anzeigefläche bei Benutzung der Abstandhalter der Druck weniger als 10&supmin;&sup6; Torr beträgt und die Spannungsdifferenz mindestens 200 V ist, mit den folgenden Schritten:

A. Aufbringen einer Schicht aus organischem Polymermaterial, aus dem die Abstandhalter (39) ausgebildet werden sollen auf die Kathodenoberfläche oder die Fläche;

B. Mustern der Materialschicht mit dem erwünschten Abstandhalter-Raster;

C. Entfernen der Schicht von der Anzeigefläche oder der Emitter-Oberfläche außer den Teilen davon, die das Abstandhalter-Raster bilden;

D. Brennen des Abstandhalter-Rasters bei einer hohen Temperatur und einem ultra-hohen Unterdruck zur Entgasung des organischen Polymermaterials; und

E. Anschließende Sandwichbildung aus der Anzeigefläche, der Kathoden-Oberfläche und dazwischen den Abstandhaltern des Rasters.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem Schritt des Schrumpfens der Abstandhalter auf eine gleichmäßige Höhe.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die organische Polymermaterialschicht aufgebracht wird, indem eine viskose Flüssigkeit des Materials, aus dem die Abstandhalter gebildet werden sollen, auf ein die Emitter-Oberfläche oder die Anzeigefläche bildendes Substrat aufgebracht wird und das Substrat gedreht wird, um es mit einer gleichmäßig dicken Schicht des Materials zu bedecken.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Schicht aus organischem Polymermaterial auf die Kathoden-Oberfläche aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das organische Polymermaterial ein licht-unempfindliches Material ist und der Schritt des Musterns folgende Schritte enthält: Abdecken der Materialschicht an all den Orten, an denen Abstandhalter nicht erwünscht sind, und Entwickeln des freiliegenden Materials.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das organische Polymermaterial ein Polyimid-Precursor ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter mit dem Schritt der Imidisierung des Polyimid-Precursors zum Bilden von Polyimid- Abstandhaltern.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das nach dem Schritt der Sandwichbildung den Schritt der Bildung eines Vakuums zwischen der Oberfläche und der Fläche aufweist.

9. Verfahren nach Anpsruch 8, bei dem die Kathoden-Oberfläche ein Raster aus Elektronen-Erzeugungs-Stellen bildet und ein Vielzahl der Abstandhalter zwischen diesen Stellen angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die gegenüberliegende Anzeigefläche ein Anzeigefeld ist, das an der genannten Fläche für Licht durchlässig ist und bei dem eine Vielzahl mit dieser Fläche in Ausrichtung befindlicher Leuchtschichtstellen einer Auswahl der elektronen-emittierenden Stellen zugeordnet ist, wodurch eine flache zugriffsadressierbare Schirm-Anzeige gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Vielzahl von Leuchtschichtstellen durch allgemein parallele Leuchtschichtstreifen bereitgestellt wird und das ferner den Schritt beinhaltet, bei dem eine Rasteranordnung von Pixeln gebildet wird, von denen jedes mindestens einen Teil eines jeweiligen Streifens enthält, und bei dem der Schritt des Musterns des Abstandhalter-Rasters mit einschließt, daß neben jeder für ein Pixel erwünschten Stelle eine Vielzahl von Abstandhaltern durch die Musterung vorgesehen wird.

12. Elektronische Vorrichtung mit:

einer Feld-Emitter-Kathode, die eine Elektronen emittierende Oberfläche bildet (43);

ein Anzeigeschirm (12) mit einer Anzeigefläche, die der emittierenden Oberfläche gegenüber liegt;

eine Vielzahl von Abstandhaltern (39) gleichmäßiger Höhe eines entgasten organischen Polymers, die sich zwischen der emittierenden Oberfläche und der Anzeigefläche erstrecken; und

bei der zwischen der Feld-Emitter-Kathode und der gegenüberliegenden Anzeigefläche bei der Anwendung der Druck weniger als 10&supmin;&sup6; Torr und die Spannungsdifferenz mindestens 200 V beträgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das organische Polymer ein Polyimid ist.

14. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Precursor des Polyimids ein Polyaminsäure-Ester ist.

15. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Feld-Emitter-Kathode eine Vielzahl elektronen-erzeugender Stellen hat, die ein Raster derselben bilden, der Anzeigeschirm auf der gegenüberliegenden Fläche durchsichtig ist und die Fläche Leucht-Beschichtungen (7, 13, 19) aufweist, die Pixel bilden, wodurch die Vorrichtung eine flache zugriffsadressierbare Schirm-Anzeige ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Abstandhalter zwischen den Pixeln der flachen zugriffsadressierbaren Schirm- Anzeige angeordnet sind.