DE69301630T2

DE69301630T2 - Feldemissions-flache Bildwiedergabeanordnung

Info

Publication number: DE69301630T2
Application number: DE69301630T
Authority: DE
Inventors: Gregory Peter Kochanski
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2013-05-21
Also published as: JPH0689675A; DE69301630D1; EP0572170A1; US5283500A; EP0572170B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Feldemissionsanzeigevorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Flache Feldemissionsanzeigen (Fiat Panel Field Emission Displays, FPFED) sind bekannt. Siehe beispielsweise den Bericht auf Seite 11 der Ausgabe von Semiconductor International vom Dezember 1991. Siehe auch C.A. Spindt et al., IEEE Transactions on Electron Devices, Band 36(1), Seiten 225-228. Kurz zusammengefaßt, umfaßt eine derartige Anzeige typischerweise eine flache Vakuumzelle mit einem Matrixfeld von auf der Rückseitenplatte der Zelle gebildeten mikroskopischen Feldemitterkathodenspitzen, und eine phosphorbeschichtete Anode auf der Vorderseite der Zelle. Zwischen Kathode und Anode ist ein drittes Element, häufig als "Gitter" oder "Gate" bezeichnet angeordnet.
Wie beispielsweise im amerikanischen Patent 4,940,916 offenbart ist, umfaßt die Kathodenstruktur typischerweise eine Vielzahl von einzeln adressierbaren Leiterstreifen, und die Gatestruktur umfaßt ähnlich eine Vielzahl von einzeln adressierbaren Leiterstreifen, die in einem Winkel (typischerweise einem rechten Winkel) zu den Kathoden-Leiterstreifen angeordnet sind. Jeder Schnittbereich definiert ein Anzeigeelement (Pixel). Jedem Pixel ist eine Vielzahl von Emittern (beispielsweise 10²-10³ Emitter/Pixel) zugeordnet, und jedem Emitter ist eine Öffnung durch das Gate zugeordnet, so, daß sich Elektronen frei von dem Emitter zur Anode bewegen können. Ein vorgegebenes Pixel wird durch Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen dem Kathoden-Leiterstreifen und dem Gate- Leiterstreifen, deren Schnittpunkt das Pixel definiert, aktiviert. Typischerweise wird eine Spannung, die bezüglich der Kathode positiver als die Gatespannung ist, an die Anode angelegt, um den emittierten Elektronen die erforderliche, relativ hohe Energie (beispielsweise etwa 400 eV) zu vermitteln.
Wie auch in dem 916er Patent offenbart ist, können FPFEDs einen strombegrenzenden Widerstand (18 der Fig. 3 der 916er) in Reihe mit jedem Kathoden-Leiterstreifen aufweisen. Um ein mit einer derartigen Anordnung verbundenes Problem zu vermeiden (nämlich die Tatsache, daß derartige FPFEDs aufgrund der unvermeidlichen Gegenwart von Emitterspitzen mit besonders günstiger Struktur häufig abnormal helle Punkte umfassen), lehrt das 916er Patent anstatt des strombegrenzenden Widerstandes 18 die Bereitstellung eines Reihenwiderstands Ri für jede einzelne Emitterspitze. Dies wird durch Einfügung einer Widerstandsschicht (5 der Fig. 4 des 916er) zwischen dem Kathoden-Leiterstreifen und der Emitterspitze durchgeführt.
Eine derartige Anordnung erfordert jedoch typischerweise, daß viele (beispielsweise etwa 10³) Emitterspitzen für jedes Pixel vorgesehen werden, um wahrnehmbare Helligkeitsschwankungen zu verhindern, falls eine oder mehrere Emitterspitzen versagen. Dies wiederum hat einen relativ hohen Blindwiderstand pro Pixel zur Folge, was seinerseits im allgemeinen zu einem relativ hohen Leistungsverbrauch führt.
Im Hinblick auf das beträchtliche wirtschaftliche Potential von FPFEDs ist es höchst wünschenswert, einen FPFED verfügbar zu haben, der frei von den oben diskutierten und/oder anderen Nachteilen der FPFEDs gemäß dem Stand der Technik ist oder mindestens weniger unterworfen ist. Dieses Patent offenbart ein derartiges FPFED.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und exemplarisch in Gegenständen verkörpert, die eine flache Feldemissions-Kathodolumineszenz-Anzeige umfassen. Derartige Gegenstände umfassen typischerweise eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen Kathoden-Elektrodeneinrichtungen und eine Vielzahl von Gate-Elektrodeneinrichtungen, derartig angeordnet, daß die Kathoden- und Gate- Elektrodeneinrichtungen eine Matrixstruktur bilden, die eine Vielzahl von Schnittbereichen umfaßt. Die Kathoden- Elektrodeneinrichtungen umfasben eine Vielzahl von Mikropunkt-Emittereinrichtungen ("Mikropunkte") und Impedanzeinrichtungen zum Beschränken des Stroms durch die Mikropunkte. In einem vorgegebenen Schnittbereich befindet sich eine Vielzahl von Mikropunkten (beispielsweise > 10 pro Farbe). Die Mikropunkte sind der Gate-Elektrodeneinrichtung zugewandt, und im wesentlichen ist jedem der Mikropunkte in dem vorgegebenen Schnittbereich eine Öffnung durch die Gate- Elektrodeneinrichtung zugeordnet. Der Gegenstand umfaßt ferner Anodeneinrichtungen, die ein zur Kathodolumineszenz fähiges Material umfassen. Die Anodeneinrichtungen sind derart angeordnet, daß von den Mikropunkten emittierten Elektroden in den vorgegebenen Schnittbereichen auf die Anodeneinrichtungen auftreffen können. Der Gegenstand umfaßt ferner eine Einrichtung zum Anlegen einer ersten Spannung V&sub1; zwischen einer vorbestimmten Kathoden-Eelektrodeneinrichtung und einer gegebenen vorbestimmten Gate-Elektrodeneinrichtung und eine Einrichtung zum Anlegen einer zweiten Spannung V&sub2; zwischen der vorbestimmten Kathoden-Elektrodeneinrichtung und der Anodeneinrichtung.
Von Bedeutung ist, daß die vorstehend erwähnten Impedanzeinrichtungen erste Impedanzeinrichtungen umfassen, die im wesentlichen den gesamten (typischerweise den gesamten) Strom tragen, der im wesentlichen allen (typischerweise allen) Mikropunkt-Emittereinrichtungen in einem oder mehreren (typischerweise weniger als fünf, vorzugsweise einen) Schnittbereichen zugeordnet ist, einschließlich des vorgegebenen Schnittbereichs und einschließlich weniger als alle der Schnittbereiche in einer Spalte oder Reihe.
Häufig umfassen die Erfindung verkörpernde FPFEDs zweite Impedanzeinrichtungen, die eine Vielzahl von Impedanzen umfassen, wobei eine gegebene Impedanz der Vielfalt den Strom zu einem oder mehreren (typischerweise weniger als fünf, aber in allen Fällen weniger als alle) Mikropunkt-Emittern des vorgegebenen Schnittbereichs trägt.
Die Gegenwart der ersten Impedanz, die all den Mikropunkten eines Pixels gemeinsam ist, kann die gewünschte Eigenschaft der Selbstkompensation zu dem vorgegebenen Pixel vermitteln. Damit ist gemeint, daß sich für den Fall einer bedeutenden Veränderung der Emissionseigenschaften (einschließlich starke Emission, niedrige Emission, selbst einem Schaltungsfehler) von einem oder mehreren Mikropunkten in dem vorgegebenen Schnittbereich die Helligkeit des vorgegebenen Pixels relativ wenig ändert, da der Strom durch die anderen Mikropunkte automatisch derart eingestellt wird, daß die Gesamthelligkeit relativ unverändert bleibt. Daher werden weniger Mikropunkte pro Pixel benötigt, was einen niedrigeren Leistungsverbrauch und/oder eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht. Es ist zu erkennen, daß Änderungen der Emissionseigenschaften der Mikropunkte im wesentlichen ein unvermeidlicher Aspekt von FEFPDs der relevanten Art sind (beispielsweise aufgrund der Auswirkungen von Verunreinigungen der Mikropunkte auf die Lebensdauer der Anzeige). Die Erfindung verkörpernde Anzeigen können verhältnismäßig unempfindlich auf derartige Veränderungen der Emissionseigenschaften sein.
Die wahlfreie Bereitstellung von Gate-Impedanzen kann eine Struktur zur Folge haben, in der ein vorgegebenes Pixel selbst in dem Fall eines Kurzschlußfehlers eines oder mehrerer Mikropunkte des Pixels weiter funktioniert, wie ausführlicher untenstehend diskutiert werden wird. Kurz gesagt, kann die Einführung von Gate-Impedanzen bedeutsam die Auswirkung eines Emitter-/Gate-Kurzschlusses auf die Pixelhelligkeit vermindern, falls die Gate-Impedanz wesentlich größer als die äquivalente Impedanz in der Emitterschaltung ist.
Ein bedeutender Gesichtspunkt dieser Offenbarung ist die Erkenntnis, daß Kondensatoren statt einiger Widerstände vorteilhaft in FPFEDs verwendet werden können. Wie untenstehend ausführlicher diskutiert werden wird, erfordert die Auswechselung von Kondensatoren für Widerstände einige Entwurfsänderungen, typischerweise umfassend eine Erhöhung der Anzahl der Mikropunkte/Pixel mit einem Faktor von etwa zwei. Die Auswechselung kann jedoch die Herstellbarkeit wesentlich verbessern, da es verhältnismäßig einfach ist, monolithische Kondensatoren der erforderlichen Kapazitätswerte zu erzeugen, während es häufig schwierig ist, monolithische Widerstände der erforderlichen hohen Widerstandswerte reproduzierbar zu erzeugen. Überdies kann das Verwenden von kapazitiven Impedanzen zu FPFED- Konstruktionen führen, die verhältnismäßig unempfindlich auf Temperaturschwankungen sind, da hohe Widerstandswerte typischerweise bedeutende Temperaturabhängigkeiten einführen, während Kondensatoren typischerweise verhältnismäßig temperaturunempfindlich sind. Wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt wird, ist in einem FPFED mit kapazitiven Impedanzen die Emission von den zwei Mikropunkten von einem gekoppelten Paar von Mikropunkten typischerweise nicht gleich.
Es wird erkannt, daß flache Anzeigen bzw. Anzeigekonsolen der relevanten Art im allgemeinen hochsymmetrische Strukturen sind, so daß Merkmale, die als einem vorgegebenen Schnittbereich (entsprechend einem "Pixel") entsprechend beschrieben wurden, alle oder wenigstens im wesentlichen alle Schnittbereiche betreffen.
Die Erfindung kann in einer Vielzahl von verschiedenen Konstruktionen verkörpert werden, einige von ihnen werden ausführlich untenstehend beschrieben. Ferner können neue wahlfreie Merkmale hinzugefügt werden, um weitere Verbesserungen zu erreichen. Beispielsweise kann mittels eines photoleitfähigen Elementes die Selbstregulation verbessert werden, falls das Element derart vorgesehen ist, daß es dazu dient, die Spannung zwischen den Mikropunkten und dem Gate zu vermindern, wenn sich die Helligkeit eines Pixels erniedrigt. Die Bereitstellung eines photoleitfähigen Elementes vermindert auch die Empfindlichkeit der Pixelhelligkeit auf die genauen Werte der einem Pixel zugeordneten Widerstände. Aus dem vorstehend erwähnten Grund ist dies ein vorteilhaftes Merkmal. Gate- Impedanzen können hinzugefügt werden, um den Leistungsverbrauch zu beschränken und die Auswirkung eines Kurzschlusses zwischen einem Mikropunkt und der Gate- Elektrode zu vermindern. Eine zusätzliche (Hufs-) Gate- Elektrode kann hinzugefügt werden, um in dem Raum zwischen der Anode und der Hilfs-Gate-Elektrode erzeugte Ionen einzufangen. Eine derartige zusätzliche Elektrode kann vorteilhaft verwendet werden, um den Druck in der Zelle zu überwachen oder die Elektronen, die sich von dem Mikropunkt- Emitter zur Anode bewegen, zu fokussieren oder die Elektronenbahn zu krümmen. Eine Gettereinrichtung kann in die Zelle eingebaut werden, so daß ein niedriger Umgebungsdruck beibehalten werden kann. Eine derartige Gettereinrichtung umfaßt beispielhaft Mikropunkt-Emitter (und/oder Gate-Elektroden) aus einem Gettermetall, beispielsweise Ta, Ti, Nb oder Zr.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 bzw. 2 stellen schematisch relevante Aspekte eines FPFED gemäß dem Stand der Technik und einer beispielhaften FPFED gemäß der Erfindung dar;
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch beispielhafte Kathodenanordnungen.
Fig. 5 zeigt schematisch eine beispievihafte Gateanordnung;
Fig. 6 erläutert die Schichtstruktur in einem beispielhaften FPFED mit Gate-Widerständen und einer Drucküberwachungseinrichtung;
Fig. 7 und 8 zeigen schematisch relative Aspekte erfindungsgemäßer FPFEDs, die ein photoleitfähiges Element umfassen;
Fig. 9 erläutert die Struktur eines beispielhaften, erfindungsgemäßen FPFED, das Kondensatoren als Impedanzelemente verwendet;
Fig. 10 stellt schematisch die Metallgestaltung eines Abschnitts eines FPFED der in Fig. 9 gezeigten Art dar;
Fig. 11 stellt schematisch die Gestaltung der lithographischen Muster für einen Teil einer beispielhaften Kathoden- und Gatestruktur gemäß der Erfindung dar; und
Fig. 12 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung einiger bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 stellt schematisch ein für den Stand der Technik typisches Schaltungsbild dar. Es ist zu erkennen, daß die Figur einen einzelnen Schnittbereich betrifft. Die Zahl 11 verweist auf die Kathoden-Elektrode, 12 auf die Gate-Elektrode und 13 auf die Anode. Die Mikropunkte 151, 152 .... 15n sind an die Kathoden-Elektrode angeschlossen durch eine Einrichtung, die die Widerstandselemente 171, 172 .... 17n, und die Öffnungsflächen 161, 162 .... 16n in der Gate-Elektrode umfaßt. Das Netzgerät 18 ist zum Anlegen einer Spannung V&sub1; zwischen den Elektroden 11 und 12 und einer Spannung V&sub2; zwischen 11 und 13 angepaßt.
Der entsprechende Abschnitt einer beispielhaften Anzeige gemäß der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 gezeigt, wobei 21 auf die Kathoden-Elektrode verweist, 231 .... 23m auf die Widerstandselemente, 241 .... 24m auf die Mikropunkte und 251 .... 25m auf die Öffnungen in der Gate- Elektrode 12. Das Widerstandselement 22 verbindet die Mikropunkt-Baugruppe mit der Kathoden-Elektrode 21 und führt den gesamten Strom zu alle den Mikropunkten in dem vorgegebenen Schnittbe reich.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Fig. 12 dargestellt, in welcher Gate Impedanzen 120i (i=1, ...m) hinzugefügt sind und die Impedanzen 23i (Fig. 2) weggelassen sind. Es ist zu erkennen, daß die Ausführungsform der Fig. 12 statt einer einheitlichen Gate-Elektrode (beispielsweise 12 der Fig. 2), getrennte Gate-Elektroden 12i umfaßt.
Fig. 3 stellt schematisch einen relevanten Abschnitt einer Kathoden-Elektrode in Aufsicht dar. Die Zahl 31 verweist auf den hoch leitfähigen Abschnitt (beispielsweise Al), der Kathoden-Elektrode, der als ein "Bus" (beispielsweise ein Spaltenbus) bezeichnet wird. Der Bus erzeugt einen elektrischen Kontakt mit dem bemusterten Widerstands- (beispielsweise mit einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10&sup5; Ohm-cm) Material 32 (beispielsweise Indium-Zinn-Oxid oder im wesentlichen undotiertes Si). Das bemusterte Material umfaßt einen eingeengten Abschnitt 33, der im wesentlichen den Widerstandselementen 22 der Fig. 2 entspricht. Das bemusterte Material kann auch eine Vielzahl von eingeengten Abschnitten 341-34m (m 100) umfassen, welche im wesentlichen den Widerstandselementen 231-23m der Fig. 2 entsprechen. An den distalen Enden der strahlenförmigen Widerstandselemente befinden sich die Mikropunkte 351-35m, die einen elektrischen Kontakt mit deren zugeordneten Widerstandselementen herstellen. Beispielsweise ist der Radius des strahlenförmigen Musters etwa 50 µm und der Abstand zwischen benachbarten Mikropunkten beträgt ungefähr 5 µm. Ferner weist das Widerstandselement 33 beispielsweise einen Widerstand im Bereich von 3-30x10&sup6; Ohm, beispielsweise ungefähr 10x10&sup6; Chm auf und jedes Widerstandselement 341 weist einen exemplarischen Widerstand im Bereich von 0,3- 3x10&sup9; Ohm, beispielsweise um 10&sup9; Ohm auf. Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß das Vorhandensein der Widerstände 34i nicht wesentlich ist und daß die beschriebene Struktur leicht durch herkömmliche Techniken, die Lithographie und Ätzen umfassen, hergestellt werden kann. Ferner ist es offensichtlich, daß die beschriebene Anordnung nur beispielhaft ist und andere Anordnungen möglich sind.
Beispielsweise könnte es wünschenswert sein, daß die Mikropunkt-Emitter gleichförmiger über die Pixelfläche verteilt sind und/oder ein Pixel eine andere Form als eine kreisförmige aufweist.
Die den Widerständen 231-23m der Fig. 2 entsprechenden Widerstandselemente müssen nicht verlängerte Elemente der in Fig. 3 gezeigten Art sein, sondern können statt dessen Elemente der in dem 916er Patent offenbarten Art sein. Eine derartige Ausführungsform ist schematisch in Fig. 4 gezeigt, in welcher auf einem sich erstreckenden Teil 41 des bemusterten Widerstandsmaterials 32 eine wahlfreie hoch leitfähige Schicht 42 liegt (welche dazu dienen kann, den Widerstand für jeden Mikropunkt-Emitter 44i anzugleichen; i=1 ... m), mit einer Schicht 43 mit hohem Widerstand auf 42 oder 41, wie es beispielsweise sein kann. Die Schicht 43 entspricht der Schicht 24 des 916er Patents und kann Eigenschaften und eine Zusammensetzung wie die in diesem Patent beschriebenen aufweisen.
Wie es herkömmlich der Fall ist, ist auf die Kathoden-Elektrodeneinrichtung ein dielektrisches Material (beispielsweise SiO&sub2;) abgeschieden, das als Abstandsmaterial dient, welches die Gate-Elektrodeneinrichtung von der Kathoden-Elektrodeneinrichtung isoliert. Siehe die Schicht 8 des 916er Patents. Über die Abstandsschicht ist ein leitfähiges Material abgeschieden, welches nach der Bemusterung als die Gate-Elektrode dient. Siehe die Schicht 10 des 916er Patents. Mittels herkömmlicher Lithographie und Ätzen werden Öffnungen durch die Gateschicht und die Abstandsschicht in die Schnittbereiche gebildet, und die Mikropunkte werden durch Abscheiden durch die Öffnungen, alles in bekannter Weise, gebildet.
Um den Verlust eines Pixels im Falle des Kurzschließens eines oder mehrerer Mikropunkte zu der jeweiligen Gate-Elektrode zu verhindern, ist es wünschenswert, Gate-Impedanzen bereitzustellen. Eine beispielhafte Anordnung, die komplementär zu der Kathodenanordnung der Fig. 3 ist und Gate-Widerstände verwendet, ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Die Zahl 51 verweist auf den Bus (beispielsweise ein Reihenbus) und 52 auf das bemusterte Material mit hohem spezifischen Widerstand, wobei im wesentlichen, wie diskutiert, alle auf einer dielektrischen Abstandsschicht abgeschieden sind. Ringe 531 ... 53m umfassen ein Material mit hoher Leitfähigkeit, typischerweise das gleiche Material wie die Mikropunkte (beispielsweise Mo). Die "Speichen" 541-54m sind die Gate-Widerstände. Die Zahlen 551 ... 55m verweisen auf die Öffnungen in der Gatestruktur und 561 ... 56m auf die Spitzen der Mikropunkte. Es wird erkannt, daß keine Bedingung besteht, daß eine getrennte Impedanz (beispielsweise ein Widerstand) jedem Mikropunkt zugeordnet sein muß, obwohl es typischerweise wünschenswert ist, die Anzahl der Mikropunkte pro Impedanz auf eine Zahl kleiner als oder gleich fünf, beispielsweise drei zu beschränken. Die Gate-Impedanzen weisen vorteilhafterweise Werte auf, die sehr viel größer (beispielsweise mit wenigstens einem Faktor von 10 mal der Anzahl von Mikropunkten pro Pixel) sind als der Impedanzwert, welcher der Kathodenbus-zu- Mikropunktverbindung (beispielsweise Widerstand 22) zugeordnet ist.
Der zwischen der Anode und einer wahlfreien auf der schon beschriebenen Gate-Elektrodenbaugruppe gebildeten Hilfs-Gate-Elektrode fließende Strom kann verwendet werden, um das Vakuum in der Anzeigezelle zu überwachen.
Fig. 6 stellt schematisch einen Querschnitt der Schichtstruktur dar, welcher einem vorgegebenen Mikropunkt zugeordnet ist. Auf dem Substrat 60 ist eine leitfähige Schicht 61 vorgesehen (welche den Mikropunkt über eine geeignete Impedanz an den Kathodenbus anschließt). Die Nummer 62 verweist auf eine Widerstandsschicht (entsprechend zu 24 des 916er Patents), 63 auf die Abstandsschicht und 64 auf die Gate-Elektrode (entsprechend zum Ring 531 der Fig. 5). Die Zahl 65 verweist auf den Gate-Widerstand (entsprechend zu 541 der Fig. 5), 66 auf eine isolierende Schicht (beispielsweise 0,5 µm SiO&sub2;) und 67 auf die Hilfs- Gate-Elektrode (beispielsweise Mo). Einrichtungen 68 sind vorgesehen, um den Strom zwischen der Anode 69 und der Hilfs-Gate-Elektrode zu messen. Die Einrichtungen 68 stellen wahlfrei ein Ausgangssignal bereit, falls der Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, womit eine Druckerhöhung in der Zelle über einen vorbestimmten Pegel angezeigt wird.
Das Stromüberwachen kann mit einer bekannten Einrichtung realisiert werden, beispielsweise mittels eines IC-Verstärkers und einer geeigneten herkömmlichen Auslese- Einrichtung. Das obige auf die Einrichtung 68 zurückzuführende Ausgangssignal kann, wie untenstehend diskutiert werden wird, dazu dienen, das Arbeiten der Gettereinrichtung auszulösen.
Wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt wird, ist es notwendig, eine gutes Vakuum (typischerweise in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; Torr) innerhalb des FPFED für eine ausgedehnte Dauer, typischerweise Jahre, aufrecht zu erhalten. Andererseits ist es bekannt, daß Elektronenbombardement der Anodenmaterialien (beispielsweise Phosphore) zu einem Ausgasen führt und folglich zu einem Aufbau von Gas in der Zelle. Um einen unannehmbaren Aufbau zu verhindern oder zu verzögern und so die nutzbare Lebenszeit eines FPFED zu verlängern, ist es wünschenswert, eine Gettereinrichtung in der Zelle bereitzustellen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Gettereinrichtung, die von außerhalb der Zelle betätigt werden kann, immer wenn es angezeigt wird, beispielsweise durch eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Anzeige oder durch eine Erhöhung des Hilfs-Gate- /Anodenstroms. Beispielsweise umfassen die Gettereinrichtungen Mikropunkte, die eines der bekannten Gettermetalle, beispielsweise Ta, Ti, Nb oder Zr umfassen. Es wird in Erwägung gezogen, daß die größte Mehrheit 0 90 oder sogar 99 %) der Mikropunkte ein herkömmliches Emittermaterial umfassen, typischerweise Mo. Es wird auch in Erwägung gezogen, eine Schaltung bereitzustellen, die das Aktivieren eines Stapels (beispielsweise 20 %) der Getter- Mikropunkte ohne Aktivieren der anderen Mikropunkte ermöglicht. Mit Aktivieren ist das Verursachen einer ausreichenden Feldemission von einem Getter-Mikropunkt gemeint, so daß das Gettermetall von dem Mikropunkt oder der zugeordneten Gate-Elektrode verdampft wird. Dies wird typischerweise das Anlegen einer Spannung V&sub3; > V&sub1; zwischen den Getter-Mikropunkten und dem Gate und einen Pfad zwischen der Stromversorgung und den Getter-Mikropunkten mit niedrigem Widerstand erfordern. Das verdampfte Gettermaterial wird u.a. auf die Anode abgeschieden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Menge des verdampften Gettermetalis übereinstimmend mit dem Ziel der Gasdruckbeibehaltung so viel wie möglich zu beschränken. Beispielhaft können die Mikropunkte in getrennten Reihen (oder Spalten) zwischen den Pixelreihen (oder Spalten) angeordnet sein, wobei jede Reihe (oder Spalte) getrennt adressierbar ist. Alternativ können die Getter-Mikropunkte auch um die Peripherie der Anzeige angeordnet werden.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt photoleitfähige Elemente, die weiter dazu dienen, die Selbstregulierung der Pixelhelligkeit zu verbessern. Typischerweise ist ein photoleitfähiges Element jedem Pixel zugeordnet und derartig angeordnet, daß ein vorgegebenes Element im wesentlichen nur Licht von dem zugeordneten Pixel empfängt. Beispielhaft ist das photoleitfähige Element wie in Fig. 7 schematisch gezeigt verbunden, wobei das Element durch einen variablen Widerstand 70 dargestellt ist. Ein alternatives Verbindungskonzept ist in Fig. 8 veranschaulicht, wobei 811 ... 81m Gate-Widerstände sind, 82 ist das photoleitfähige Element und 83 ist ein wahlfreier strombegrenzender Widerstand. Die photoleitfähigen Elemente können durch herkömmliche Techniken (beispielsweise Dampfabscheidung, Photolithographie und Ätzen) unter Verwendung bekannter photoleitfähiger Materialien, beispielsweise SbS, PbO, ZnO, CdS, CdSe oder PbS gebildet werden.
Wie vorstehend offenbart wurde, wurde herausgefunden, daß wenigstens einige der Widerstände eines FPFED vorteilhafterweise durch Kondensatoren ersetzt werden können, was zu einer einfacher herstellbaren Anzeige führt. Wie nun erläutert werden wird, obwohl im allgemeinen nicht einer-für-einen, ist die Auswechselung verhältnismäßig einfach. Falls Kondensatoren verwendet werden, wird natürlich wenigstens V&sub1; eine Wechseispannung sein. Mit "Wechseispannung" ist hier eine Spannung gemeint, die sowohl oberhalb als auch unterhalb eines geeigneten Pegeis verläuft, welcher nicht notwendigerweise null ist. Eine Wechseispannung wird üblicherweise nicht sinusförmig sein und beispielsweise dreieckförmige Pulse umfassen.
Fig. 9 stellt schematisch einem Abschnitt eines Schnittbereichs (typischerweise ein Schnittbereich umfassend 20 oder mehr Mikropunkte pro Farbe) zugeordnete elektrische Anschlüsse dar. Die Nummer 90 verweist auf den Kathodenbus (beispielsweise ein Reihenbus) und 91 auf den Gatebus (beispielsweise ein Spaltenbus) die Impedanz, die den gesamten Strom zu all den Mikropunkten führt, umfaßt einen Kondensator 92 (beispielsweise in der Größenordnung von 1 pF) und einen Widerstand 96. (Der Widerstand 96 kann wahlweise an den Bus 90 oder an eine geeignete konstante Spannung V&sub3; angeschlossen werden.) Die Gate-Impedanzen umfassen Kondensatoren 93 (beispielsweise etwa 0,01 pF) und (wahlfreie) Widerstände 97. Die Zahlen 94 und 95 verweisen auf Mikropunkte und 98 und 99 auf die zugeordneten Gate- Elektroden. Vorteilhafterweise (zum Zwecke der einfachen Herstellung) sind die Widerstandselemente nicht lineare Widerstände (Varistoren), die einen sehr hohen Widerstand (beispielsweise größer 10&sup8; Ohm für 96) für Spannungen unterhalb eines vorbestimmten Wertes (beispielsweise 30 Volt) aufweisen), und einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand (beispielsweise 10&sup7; Ohm für 96) für Spannungen oberhalb des Wertes, und somit zum Festsetzen der Spannung an dem vorbestimmten Wert dienen. Wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen, verursacht das Anlegen von Wechseistromsignalen geeigneter Phase an 90 und 91 eine aufeinanderfolgende Emission von 94 und 95, was eine Lichtemission von der Anode zur Folge hat. Für einige Auswahlmöglichkeiten der Impedanzen 96 und 97 kann es unnotig sein, zusätzliche Mikropunkte 95 vorzusehen.
Der Entwurf der Fig. 9 ist für eine Anzeige geeignet, die reihenförmig abgetastet wird und in welcher alle gewünschten Pixel in einer vorgegebenen Reihe nahezu gleichzeitig beleuchtet werden. Der Entwurf toleriert verhältnismäßig große Änderungen der Werte der Widerstände 96 und 97 und ist deshalb verhältnismäßig einfach herzustellen. Diese Toleranz ist aufgrund des Umstands, daß diese Widerstände zwischen den Bildern nur ihre zugeordneten Kondensatoren entladen müssen. Somit sind wenigstens in einigen Fällen so große Abweichungen der Widerstände wie ein Faktor 10 annehmbar.
Fig. 10 stellt schematisch eine beispielhafte Realisierung eines Abschnitts eins FPFED dar, wobei der Abschnitt im wesentlichen der Fig. 9 entspricht. Auf einem geeignet vorbereiteten Substrat 1000 ist eine erste Metalischicht (beispielsweise Mo), die derart bemustert ist, daß der Reihenbus 100, die Kondensator-Elektrode 101 und Leiterstreifen 102 übrig bleiben. Nach der Abscheidung einer geeigneten dielektrischen Schicht (beispielsweise 0,5 µm SiO&sub2;) wird eine zweite Metalischicht (beispielsweise Al, Cu) abgeschieden und derartig bemustert, daß der Leiter 200 und der Spaltenbus 201 übrig bleiben. Nach der Abscheidung einer anderen dielektrischen Schicht (beispielsweise 0,5 µm SiO&sub2;) wird eine amorphe Si-Schicht abgeschieden und durch eine herkömmliche Einrichtung derartig bemustert, daß die Varistoren 400 und 401 (entsprechend den Widerständen 96 bzw. 97 der Fig. 9) übrig bleiben. Nachdem Ätzen der Öffnungen durch das Dielektrikum bis zu den ersten Metallstreifen 102 wird eine bemusterte dritte Metalischicht (beispielsweise Mo) durch beispielsweise eine herkömmliche Lift-off-Technik gebildet. Das Muster umfaßt ein Kondensator-Gegenelektrode 300 (bildet zusammen mit 101 den Kondensator 92 der Fig. 9), eine Kondensator-Gegenelektrode 301 ((bildet zusammen mit 201 den Kondensator 93 der Fig. 9), die Gate-Elektroden 302 und verschiedene Leiterstreifen, die nicht besonders identifiziert sind. Durch herkömmliche Techniken werden die Mikropunkte 303 gebildet.
Wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen, sind einige vertikale Verbindungen (Vias) auch erforderlich. Insbesondere sind die Pfade 130 und 131 zwischen den ersten Metalleiterstreifen 102 und dem dritten Metall erforderlich (eine vertikale Verbindung ist schematisch in Fig. 10 mittels eines kleinen Quadrats gezeigt), wie die vertikalen Verbindungen 230 zwischen dem zweiten Metall und dem dritten Metall und die vertikalen Verbindungen 240 zwischen dem zweiten Metall und den Varistoren 401. Die vertikalen Verbindungen können mittels herkömmlichen Techniken gebildet werden.
Typische beispielhafte Abmessungen des Musters der Fig. 10 sind folgende: Die Breite von 201 und die Länge von 301 jeweils etwa 10 µm (resultierend zu einem ebenen 10 µm x 10 µm Kondensator); die Breite von 101 etwa 10 µm, wobei die Länge von 101 derartig ausgewählt ist, daß sich die Sollkapazität ergibt. Die Varistorwerte sind typischerweise derartig ausgewählt, daß während der Emission von den relevanten Mikropunkten nur ein kleiner Bruchteil (beispielsweise 10 %) des Stroms durch die Varistoren fließt.
Beispiel: Die Kathodenanordnung des FPFED ist auf folgende Weise hergestellt. Auf einem herkömmlichen vorbereiteten Glassubstrat wird eine 50 nm dicke Cu-Schicht abgeschieden. Die Schicht wird derartig bemustert, daß der Spaltenbus 110 der Fig. 11 übrig bleibt. Danach wird eine 70 nm dicke Schicht von (leicht Ta-reichem) Ta&sub2;O&sub5; abgeschieden, gefolgt von der Abscheidung einer 50 nm dicken Schicht von Mo. Die Mo-Schicht wird derartig bemustert, daß die Leiterlinien 111, die Kondensatorpiatten 112, 113 und 114 (alle in Fig. 11) übrig bleiben. Darauffolgt die Abscheidung einer 1,5 µm dicken SiO&sub2;-Schicht und einer 200 nm Mo-Schicht. Die Mo-Schicht wird derartig bemustert, daß der Reihenbus 115, die Kondensatorstreifenplatten 116, 117, 118 und Leiterstreifen 119, 120 und 121 (alle in Fig. 11) übrig bleiben. In Fig. 11 sind vertikale Verbindungen zwischen den zwei Mo-Schichten mittels Verdrahten 122 gezeigt und die Mikropunkte (befinden sich auf der unteren Mo-Schicht) sind durch Kreise 123 angedeutet. Die vertikalen Verbindungen und Mikropunkte werden mittels herkömmlicher Techniken gebildet. Die verschiedenen Schichten werden in herkömmlicher Art und Weise durch Bedampfen abgeschieden.
Es ist zu erkennen, daß Fig. 11 schematisch nur einen kleinen Abschnitt der gesamten Kathodenanordnung darstellt. Die gesamte beispielhafte Struktur umfaßt 256x256 Pixel, wobei jedes Pixel eine Gesamtgröße von 0,3x0,3 mm aufweist. Der Kondensator 124 der Fig. 11 entspricht dem Kondensator 92 der Fig. 9 und weist einen Wert von 1,6 pF auf, und der Kondensator 125 der Fig. 11 entspricht dem Kondensator 93 der Fig. 9 und weist einen Wert von 0,01 pF auf. Das Dielektrikum des Kondensators 124 leckt, so daß ein effektiver Parallelwiderstand bereitgestellt wird, der dem Widerstand 96 der Fig. 9 entspricht. Die Zusammensetzung des Ta-Oxid-Layers ist derartig ausgewählt, daß der Leckwiderstand von 124 etwa 0,67 x 10&sup9; Ohm beträgt, womit eine RC-Zeitkonstante von etwa 10&supmin;³ Sekunden bereitgestellt wird. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß die beispielhafte Struktur der Fig. 11 keine zu den wahlfreien Widerständen 97 der Fig. 9 gleichwertige Widerstände umfaßt. Die beispielhafte Struktur umfaßt 16 Paare von Mikropunkten pro Pixel und Farbe.

Claims

1. Gegenstand umfassend eine Feldemissions- Kathodolumnineszenzanzeigeeinrichtung mit:

a) einer Vielzahl von Kathodenelektrodeneinrichtungen umfassend:

i) eine Vielzahl von Mikropunktemittereinrichtungen (241-24m) und

ii) Impedanzeinrichtungen (22, 231-23m) zum Beschränken eines den

Mikropunktemittereinrichtungen zugeordneten Stroms,

b) einer Vielzahl von Gateelektrodeneinrichtungen (12), die derart angeordnet sind, daß die Kathoden- und Gateelektrodeneinrichtungen eine Matrixanordnung mit Säulen und Spalten und einer Vielzahl von Schnittbereichen bilden, wobei eine Vielzahl der Mikropunktemittereinrichtungen in einem vorgegebenen Schnittbereich angeordnet ist, wobei die Mikropunktemittereinrichtungen der Gateelektrodeneinrichtung zugewandt sind, wobei im wesentlichen jeder Mikropunkteinrichtung in dem vorgegebenen Schnittbereich eine Öffnung (251-25m) durch die Gateelektrodeneinrichtung zugeordnet ist,

c) einer Anodeneinrichtung (13) mit Material, das zur Kathodolumineszenz fähig ist, wobei die Anodeneinrichtung derart angeordnet ist, daß die Elektronen, die von der Mikropunktemittereinrichtung in dem vorgegebenen Schnittbereich emittiert werden, auf die Anodeneinrichtung auftreffen können, und

d) einer Einrichtung (18) zum Aufbringen einer ersten Spannung V&sub1; zwischen einer vorbestimmten Kathodenelektrodeneinrichtung und einer vorbestimmten Gateelektrodeneinrichtung, urid einer Einrichtung (18) zum Anlegen einer zweiten Spannung V&sub2; zwischen der vorbestimmten Kathodenelektrodeneinrichtung und der Anodeneinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Impedanzeinrichtung eine erste Impedanzeinrichtung (22) umfaßt, welche im wesentlichen den gesamten Strom führt, der im wesentlichen allen Mikropunktemittereinrichtungen in einem oder mehreren Schnittbereichen einschließlich des vorgegebenen Schnittebereichs zugeordnet ist, jedoch umfassend weniger als alle Schnittbereiche in einer Spalte oder Reihe.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, bei welchem die erste Impedanzeinrichtung eine Kondensatoreinrichtung (92) umfaßt, und bei welchem wenigstens V&sub1; eine Wechseispannung ist.

3. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die erste Impedanzeinrichtung im wesentlichen den gesamten Strom führt, der im wesentlichen allen Mikropunktemittereinrichtungen in weniger als fünf der Schnittbereiche zugeordnet ist.

4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die Impedanzeinrichtung ferner eine zweite Impedanzeinrichtung mit einer Vielzahl von Impedanzen (231-23m) umfaßt, wobei eine vorgegebene Impedanz der Vielzahl von Impedanzen den Strom zu einer oder mehreren, jedoch zu weniger als allen, Mikropunktemittereinrichtungen des vorgegebenen Schnittbereichs führt.

5. Gegenstand nach Anspruch 4, bei welchem die vorgegebene Impedanz eine Kondensatoreinrichtung umfaßt.

6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem, die dem vorgegebenen Schnittbereich zugeordnete Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl von Gateelektroden (121-12m) umfaßt, wobei einer vorgegebenen Gateelektrode eine oder mehrere, aber weniger als alle, Mikropunktemitter des vorgegebenen Schnittbereichs zugeordnet ist, und wobei der vorgegebenen Gateelektrode mindestens eine Gateimpedanzeinrichtung (1201) des Impedanzwertes Zg zugeordnet ist, wobei die Impedanzeinrichtung einen Strom von der Gatelektrode (121) zur Einrichtung (18) zum Anlegen einer ersten und/oder zweiten Spannung führen kann.

7. Gegenstand nach Anspruch 2, bei welchem der vorgegebene Schnittbereich wenigstens ein gekoppeltes Paar von Mikropunktemittern (94, 95) umfaßt, wobei die Kopplung so ist, daß die Spannung zwischen einem der Mikropunktemittern und der zugehörigen Gateelektrodeneinrichtung während wenigstens eines Teil eines Zyklus der Wechselspannung V&sub1; positiv ist, und die Spannung zwischen dem anderen der Mikropunktemitter und der zugehörigen Gateelektrodeneinrichtung wenigstens während eines Teils des verbleibenden Zyklus von V&sub1; positiv ist.

8. Gegenstand nach Anspruch 1, ferner umfassend ein photoleitendes Element, daß dem vorgegebenen Schnittbereich zugeordnet ist, und einen Strompfad zwischen der Kathodenelektrodeneinrichtung (21) und der Gateelektrodeneinrichtung (12) bereitstellt, dessen Widerstandswert eine Funktion des von einem Bereich der dem vorgegebenen Schnittbereich zugeordneten Anodeneinrichtung emittierten Lichtes ist.

9. Gegenstand nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Hilfsgateelektrodeneinrichtung (67), die von der Elektrodeneinrichtung beabstandet und zwischen der Gateelektrodeneinrichtung und der Anodenelektrodeneinrichtung angeordnet ist.

10. Gegenstand nach Anspruch 9, bei welchem ein elektrisch leitfähiger Pfad zwischen der Hilfselektrodeneinrichtung und der Anodeneinrichtung bereitgestellt ist, wobei der Pfad eine Einrichtung (68), die einen in dem Pfad fließenden Strompegel anzeigen kann, umfaßt.

11. Gegenstand nach Anspruch 1, umfassend eine oder mehrere Gettereinrichtungen, die aus einem Metall bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Ta, Ti, Nb und Zr umfaßt, und ferner eine Einrichtung zum Erhitzen wenigstens einer der Gettereinrichtungen derart, daß wenigstens etwas des Metalls der Gettereinrichtung verdampft wird, umfaßt.

12. Gegenstand nach Anspruch 10, ferner umfassend eine oder mehrere Gettereinrichtungen, die ein Metall enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Ta, Ti, Nb und Zr umfaßt, und ferner eine Einrichtung zum Erhitzen wenigstens einer der Gettereinrichtungen in Ansprechen auf einen Strompegel in dem Pfad, der einen vorbestimmten Strompegel überschreitet, umfaßt, wobei das Erhitzen derart ausgeführt wird, daß wenigstens etwas des Metalls der Gettereinrichtung verdampft wird.

13. Gegenstand nach Anspruch 2, bei welchem die erste Impedanzeinrichtung ferner eine Widerstandseinrichtung (96) parallel zu der Kondensatoreinrichtung (92) umfaßt, wobei die Widerstandseinrichtung derart ausgewählt ist, daß während der Emission von der Mikropunktemittereinrichtung in dem vorgegebenen Schnittbereich höchstens 10% des gesamten Stroms zu der Mikropunktemittereinrichtung durch die Widerstandseinrichtung fließt.