DE69514606T2

DE69514606T2 - Elektronenquelle mit redundanten Leitern

Info

Publication number: DE69514606T2
Application number: DE69514606T
Authority: DE
Inventors: Lawrence N. Dworsky; James E. Jaskie
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: KR100371627B1; DE69514606D1; US5528098A; EP0706198B1; EP0706198A1; KR960015660A; JPH08115677A; TW277137B

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich Elektronenemissionsanzeigeeinrichtungen und insbesondere ein neues Extraktionsgitter für eine Elektronenemissionsquelle.
Feldemissionseinrichtungen (FEDs, von Field emission devices) sind im Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise in einem weiten Bereich von Anwendungen beinhaltend Bildanzeigeeinrichtungen verwendet. Ein Beispiel eines FED ist in dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.142,184, das für Robert C. Kane am 25.08.1992 erteilt wurde, gegeben. FEDs benutzen üblicherweise wenigstens zwei Elektroden, einen Kathodenleiter und ein Gate oder Extraktionsgitter. Grundsätzlich werden das Extraktionsgitter und der Kathodenleiter im rechten Winkel ausgebildet, um die Anwendung von Reihen- und Spaltenadressierungen zur Stimulierung der Elektronenemission von Emissionsspitzen oder Emittern zu vereinfachen. Der Kathodenleiter und das Extraktionsgitter sind typischerweise durch eine dielektrische Schicht elektrisch isoliert. Während der Ausbildung des FED können Pinholes in der dielektrischen Schicht gebildet werden, die zu elektrischen Kurzschlüssen zwischen dem Extraktionsgitter und dem Kathodenleiter führen können. Aufgrund des elektrischen Kurzschlusses werden der Kathodenleiter und das Extraktionsgitter auf das gleiche Potential gebracht, wodurch verhindert wird, daß eine Spalte von Emittern und die Reihe energetisiert oder erregt wird. Die kurzgeschlossene Spalte von Emittern kann kein Bild erzeugen, so daß eine Anzeigeeinrichtung, die mit derartigen elektrischen Kurzschlüssen versehen ist, üblicherweise als eine dunkle oder kontinuierlich helle Linie erscheint, wo die kurzgeschlossenen Emittern angeordnet sind.
Die US-A-5 194 780 beschreibt eine Elektronenquelle, die Pixelbereiche umfaßt, wobei jeder Pixelbereich eine Mehrzahl von Emittern aufweist, die darauf gebildet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt schematisch einen vergrößerten Querschnittsteil einer Anzeigeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 2 stellt schematisch einen Grundriß eines Teils eines Extraktionsgitters gemäß der vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 3 stellt einen Grundriß eines Teils eines Kathodenleiters gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt schematisch einen vergrößerten Querschnittsteil einer Feldemissionsanzeigeeinrichtung 10 dar, die eine neue Elektronenquelle mit redundanten Leitern umfaßt. Die Elektronenquelle weist ein neues redundantes Leiterschema für ein Extraktionsgitter 17 und für Spaltenleiter der Elektronenquelle auf. Wie in der anschließenden Diskussion der Fig. 2 deutlicher wird, hat das Gitter 17 eine Mehrzahl von Extraktionselementen wie beispielsweise das Extraktionselement 27, das in Fig. 1 dargestellt ist. Die Einrichtung 10 umfaßt ein Substrat 11, auf das andere Teile der Einrichtung 10 gebildet sind. Das Substrat ist üblicherweise ein isolierendes oder halbisolierendes Material wie beispielsweise Silizium, umfassend eine dielektrische Schicht oder Glas. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 11 Glas. Wie im folgenden gezeigt wird, umfaßt die Elektronenquelle der Einrichtung 10 eine Widerstandsschicht, die grundsätzlich in eine Vielzahl von Widerstandsabschnitten auf dem Substrat 11 ausgebildet ist wie beispielsweise ein Widerstandsabschnitt 12. Die Mehrzahl von Widerstandsabschnitten werden üblicherweise als Ballastwiderstände, Barretter oder Stabilisierungswiderstände genutzt. Die Elektronenquelle umfaßt auch einen Spaltenleiter, der einen ersten Spaltenleiterstreifen 14 aufweist, der angewendet wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen einem Emitter 13, der auf dem Abschnitt 12 gebildet ist, und einer externen Spannungsquelle (die nicht dargestellt ist) zur Verfügung zu stellen. Wie im folgenden in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Elektronenquelle einen zweiten Spaltenleiterstreifen 25 auf, der nicht in Fig. 1 dargestellt ist. Obwohl nur ein Emitter 13 in dem Abschnitt, der in Fig. 1 dargestellt ist, gezeigt wird, hat die Elektronenquelle eine Mehrzahl von Emittern 13, wie im folgenden zu sehen sein wird. Das Gitter 17 ist auf einer dielektrischen Schicht 16 angeordnet, um das Gitter 17 von dem Substrat 11, dem Streifen 14 und dem Abschnitt 12 elektrisch zu isolieren. Das Gitter 17 hat eine Emissionsöffnung 15, die im wesentlichen zu dem Emitter 13 zentriert ist, um es Elektronen zu ermöglichen, von dem Emitter 13 zu einer distal angeordneten Anode 18 sich zu bewegen und ein Bild darauf zu erzeugen. Die Oberfläche der Anode 18, die dem Emitter 13 zugewandt ist, ist üblicherweise mit Phosphor beschichtet, um eine Anzeige vorzusehen, wenn Elektronen die Anode 18 treffen.
Fig. 2 stellt schematisch einen vergrößerten Grundriß eines Teils eines Extraktionsgitters 17 dar, das nicht in Fig. 1 dargestellt ist. Die Elemente der Fig. 2, die die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 aufweisen, sind die gleichen. Die Einrichtung 10 (Fig. 1) hat eine Mehrzahl von Emittern 13, wie in der Diskussion zu Fig. 1 dargestellt wurde. Die Emitter 13 sind in Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe innerhalb eines Pixelbereichs wie beispielsweise eines ersten Pixelbereichs 28 und eines zweiten Pixelbereichs 36 angeordnet ist. Die Emitter in einem Pixelbereich werden benutzt, um ein einziges Pixelbild auf der Anode 18 (Fig. 1) zu erzeu gen. Pixelbereiche 28 und 36 werden üblicherweise erzeugt, wo das Gitter 17 Emitter 13 oder Emissionselektroden 13 und die zugehörigen Spaltenleiter wie beispielsweise der Spaltenleiter, der Streifen 14 und 25, die im folgenden in Fig. 3 dargestellt sind, umfaßt.
Das Gitter 17 ist als eine Mehrzahl von Leitern, die elektrisch isoliert sind, ausgebildet, so daß bei einem Kurzschluß zwischen Leiter des Gitters und entweder dem Streifen 14 oder 25 (Fig. 3) es immer noch möglich ist, daß der andere Leiter des Gitters 17 funktioniert. Um dieses zu erreichen, umfaßt das Gitter 17 eine Mehrzahl von Extraktionselementen in jedem Pixelbereich, wobei wenigstens ein Extraktionselement grundsätzlich mit einem der Mehrzahl der Leitern des Gitters 17 elektrisch verbunden ist. Jeder Leiter der Mehrzahl von Leitern des Gitters 17 kann eine Mehrzahl derartiger Extraktionselemente in dem Pixelbereich aufweisen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Mehrzahl von Leitern des Gitters 17 einen ersten Leiterstreifen 21 auf, der nahe einer Kante der Pixelbereiche 28 und 36 angeordnet ist, und einen im wesentlichen parallelen zweiten Leiterstreifen 22, der mit einem Abstand 29, der durch einen Pfeil dargestellt ist, von dem Leiterstreifen 21 beabstandet ist. Der Abstand 29 ist ungefähr 12 bis 25 um, um die gewünschte Pixeldichte zu erreichen. Die Streifen 21 und 22 sind ungefähr 2 bis 100 um oder 200 bis 100 um (two to one hundred microns) weit, um einen niedrigen Widerstand zu haben, so daß die Schaltzeit minimiert wird, und um sich der Pixelgröße anzupassen. Der Streifen 22 ist nahe einer Kante der Pixelbereiche 28 und 36, die gegenüber des Streifens 21 sind, angeordnet. In dem Pixelbereich 28 hat das Gitter 17 ein erstes Extraktionselement 23, das durch ein gestricheltes Viereck dargestellt ist, und ein zweites Extraktionselement 26, das auch durch ein gestricheltes Viereck dargestellt ist. Das Element 23 ist auf dem Teil des Leiterstreifens 21 ausgebildet, der die Emitter 13 überdeckt, und das Element 26 ist angrenzend zu und im wesentlichen parallel zum Streifen 22 angeordnet. Das Element 26 ist mit dem Streifen 21 mittels einer "L"-geformten Leiterverlängerung des Streifens 21 elektrisch verbunden. Ein drittes Verlängerungselement 27, das durch ein gestricheltes Viereck dargestellt ist, ist in dem Teil des Leiterstreifens 22 ausgebildet, das die Emitter 13 überdeckt und ein viertes Verlängerungselement 24, das durch ein gestricheltes Viereck dargestellt ist, ist angrenzend und im wesentlichen parallel zum Streifen 21 und zwischen dem Streifen 21 und dem Element 26 angeordnet. Das Element 24 ist mit dem Streifen 22 durch eine "L"-geformte Leitererweiterung des Streifens 22 elektrisch verbunden. Also ist das Element 26 ein zweiter Abstand 37 vom Element 23, und das Element 27 ist ein dritter Abstand 38 von dem Element 23, so daß der Abstand 37 weniger als der Abstand 29 ist und der Abstand 38 weniger als der Abstand 37 ist. Die Elemente 23, 24, 26 und 27 können andere Ausgestaltungen haben; beispielsweise kann jeder Leiterstreifen 21 und 22 nur ein großes Quadrat aufweisen, das von jedem der Leiterstreifen 21 und 22 herausragt oder reicht. Jedes Element 23, 24, 26 und 27 hat eine Mehrzahl von Emissionsöffnungen 15, wobei jede Öffnung mit einem Emitter der Mehrzahl von Emittern 13 korrespondiert, wie in der Diskussion der Fig. 1 schon dargestellt wurde.
Das Gitter 17 umfaßt in dem Pixelbereich 36 Extraktionselemente 31, 32, 33 und 34, die ähnlich zu den Elementen 23, 24, 26 und 27 entsprechend sind. Es sollte bemerkt werden, daß der Teil der Einrichtung 10, der in Fig. 1 dargestellt ist, ein Querschnitt ist, der durch das Element 27 schneidet, so daß nur der Teil in dem Querschnitt der Fig. 1 dargestellt ist, der einen Emitter 13 umfaßt, der nahe dem Streifen 14 liegt.
Wenn entweder der Streifen 21 oder 22 mit einem darunterliegenden Kathodenleiter kurzgeschlossen ist, dann kann die externe Gitterspannung (die nicht dargestellt ist) dem nicht kurzgeschlossenen Streifen der Streifen 21 und 22 aufgeschlagen werden, so daß ein Bild auf der Anode 18 (Fig. 1) zur Verfügung gestellt wird. Der kurzgeschlossene Streifen der Streifen 21 und 22 wird nicht benutzt. Der Kurzschluß kann erkannt werden, wenn die Einrichtung 10 (Fig. 1) vor Verbindung aller externen Elektronikelemente (die nicht dargestellt sind) mit der Anzeige 10 getestet wird.
Fig. 3 stellt schematisch neue redundante Kathodenleiter 39 und 40 dar, die auch die Benutzung der Einrichtung 10 erleichtert, wenn ein elektrischer Kurzschluß vorkommt. Die Elemente der Fig. 3, die die gleichen wie in Fig. 1 und Fig. 2 sind, weisen die gleichen Bezugsziffern auf. Der Leiter 40 umfaßt Streifen 14 und Streifen 25, die im wesentlichen parallel und entlang gegenüberliegender Seiten des Bereichs 28 sind. Eine Mehrzahl von Widerstandsabschnitten 12, 19, 20 und 30 sind auf dem Substrat 11 zwischen den Streifen 14 und 25 im Bereich 28 ausgebildet. Die Abschnitte 12, 19, 20 und 30 sind in einem Muster ausgebildet, um entsprechend unter den Extraktionselementen 27, 26, 24 und 23 (Fig. 2) zu liegen. Die Abschnitte 12, 19, 20 und 30 können durch Auftragen einer kontinuierlichen Widerstandsschicht und Ätzen der Schicht, wie dieses für Fachleute im Stand der Technik bekannt ist, ausgebildet werden. Der Streifen 14 verbindet die Abschnitte 12 und 20 in einer Struktur oder einem Muster, das mit den Elementen 27 und 24 entsprechend korrespondiert, während der Streifen 25 die Abschnitte 19 und 30 in ein Muster verbindet, das entsprechend mit den Elementen 26 und 23 korrespondiert. Die Emitter 13 werden dann auf den Abschnitten 12, 19, 20 und 30 ausgebildet. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur 6 Emitter auf jedem Abschnitt 12, 19, 20 und 30 in Fig. 3 dargestellt.
Entsprechend ist der Leiter 39 in dem Bereich 36 angeordnet und umfaßt einen Leiterstreifen 41 und einen Leiterstreifen 42, die mit den Streifen 14 und 25 entsprechend korrespondieren. Der Bereich 36 weist auch Abschnitte 43, 44, 46 und 47 auf, die ähnlich zu den Abschnitten 12, 19, 20 und 30 sind und die mit den Mustern der Elemente 34, 33, 32 und 31 (Fig. 2) entsprechend korrespondieren.
Durch Nutzen des Gitters 17 (Fig. 2) zusammen mit den redundanten Leitern wird es dem Kathodenleiter der Fig. 3 ermöglicht, verschiedene mögliche nutzbare Verbindungen zur Verfügung zu stellen, sofern ein Kurzschluß stattfindet. Wenn der Streifen 14 mit dem Streifen 21 (Fig. 2) kurzgeschlossen ist, sind immer noch die Streifen 25 und 22 (Fig. 2) benutzbar, um ein Bild auf der Anode 18 (Fig. 1) zu erzeugen. Außerdem stellt die Benutzung der redundanten Kathodenleiter der Fig. 3 ein Vorteil über die Kathodenleiter des Standes der Technik dar, selbst wenn die redundante Kathodenleiter mit einem einfachen Leiterextraktionsgitter (conductor extraction grid) des Standes der Technik benutzt wird. In einem derartigen Fall kann das Extraktionsgitter des Standes der Technik mit einem der Streifen 14 oder 25 kurzge schlossen sein, wobei der nicht kurzgeschlossene der Streifen 14 und 25 immer noch verfügbar bleibt, um zum Emittieren von Elektronen benutzt zu werden. Wenn beispielsweise ein Extraktionsgitter des Standes der Technik mit dem Streifen 14 kurzgeschlossen ist, kann der Streifen 25 nicht kurzgeschlossen sein. Wenn eine externe Spannung an das Extraktionsgitter des Standes der Technik angelegt wird, sind der Streifen 14 und die Emitter 13 auf den Widerstandsabschnitten 12 und 20 auf dem gleichen Potential wie das Extraktionsgitter des Standes der Technik. Da der Streifen 25 und die Emitter 13 auf den Widerstandsabschnitten 19 und 30 auf einem anderen Potential liegen, können die Emitter 13 auf den Abschnitten 19 und 30 Elektronen emittieren.
Es sollte nun anerkannt werden, daß eine neue Elektronenquelle mit redundanten Leitern zur Verfügung gestellt wurde, die die Benutzung der Elektronenquelle vereinfacht, auch wenn ein elektrischer Kurzschluß innerhalb der Elektronenquelle herrscht. Das Ausbilden von Extraktionsgittern der Elektronenquelle in eine Mehrzahl von elektrisch isolierten Leiterstreifen erlaubt es, nicht kurzgeschlossene Gitterleiter ein Bild zu erzeugen. Entsprechend vereinfacht die Ausbildung eines redundanten Kathodenleiters, nicht kurzgeschlossene Teile des Kathodenleiters zu benutzen, um ein Bild zu erzeugen. Aus diesem Grunde können Anzeigeeinrichtungen, die kurzgeschlossene Leiter aufweisen, benutzt werden anstelle, daß diese weggeworfen werden, wodurch der Ertrag erhöht wird und die Kosten für Anzeigeeinrichtungen verringert werden.

Claims

1. Elektronenquelle mit redundanten Leitern umfassend:

einen ersten Widerstandsabschnitt (43) auf einem Substrat (11) und in einem Pixelbereich (36) der Elektronenquelle, wobei der erste Widerstandsabschnitt (43) eine Mehrzahl von Emissionselektroden oder Emittern (13) umfaßt, die darauf gebildet sind;

einen zweiten Widerstandsabschnitt (44) auf dem Substrat (11) und in dem Pixelbereich (36), wobei der erste Widerstandsabschnitt (43) von dem zweiten Widerstandsabschnitt (44) elektrisch isoliert ist und wobei der zweite Widerstandsabschnitt (44) eine Mehrzahl von Emissionselektroden oder Emittern (13) aufweist, die darauf gebildet sind;

einen ersten Spaltenleiterstreifen (41), der mit dem ersten Widerstandsabschnitt (43) elektrisch verbunden oder gekoppelt ist; und

einen zweiten Spaltenleiterstreifen (42), der mit dem zweiten Widerstandsabschnitt (44) elektrisch verbunden oder gekoppelt ist und der von dem ersten Spaltenleiterstreifen (43) isoliert ist.

2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein erstes Extraktionsgitterelement (34) umfaßt, das den ersten Widerstandsabschnitt (43) überdeckt und ein zweites Extraktionsgitterelement (33), das den zweiten Widerstandsabschnitt (44) überdeckt, wobei das erste Extraktionsgitterelement (34) von dem zweiten Extraktionsgitterelement (33) elektrisch isoliert ist.

3. Elektronenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen ersten Leiterstreifen (22) umfaßt, der mit dem ersten Extraktionsgitterelement (34) elektrisch verbunden ist und einen zweiten Leiterstreifen 21 umfaßt, der mit dem zweiten Extraktionsgitterelement (33) elektrisch gekoppelt ist, wobei der erste Leiterstreifen (22) von dem zweiten Leiterstreifen (21) elektrisch isoliert ist.

4. Elektronenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle außerdem ein drittes Extraktionsgitterelement (32) umfaßt, das im wesentlichen parallel zum ersten Extraktionsgitterelement (34) in dem Pixelbereich (36) ist und mit dem ersten Extraktionsgitterelement (34) elektrisch verbunden ist.

5. Elektronenquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein viertes Extraktionsgitterelement (31) umfaßt, das im wesentlichen parallel zum ersten Extraktionsgitterelement 34 in dem Pixelbereich (36) ist und mit dem zweiten Extraktionsgitterelement (33) elektrisch verbunden ist.

6. Elektronenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Extraktionsgitterelement (32) von dem ersten Leiterstreifen (22) vorspringt oder reicht und im wesentlichen parallel zum zweiten Extraktionsgitterelement (33) ist und wobei das zweite Extraktionsgitterelement (33) von dem zweiten Leiterstreifen (21) vorspringt oder reicht.