DE69827388T2

DE69827388T2 - Hochspannungsverträgliche abstandshalterschicht

Info

Publication number: DE69827388T2
Application number: DE69827388T
Authority: DE
Inventors: J. Christopher SPINDT; B. George HOPPLE
Original assignee: Candescent Intellectual Property Services Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: JP2001508926A; EP1526562A2; EP1526562B1; KR20010020517A; JP2004139996A; DE69827388D1; WO1999000818A1; EP1526562A3; EP0992054A1; JP3984646B2; KR100394210B1; HK1024778A1; DE69842114D1; US5872424A; US6013981A; US6218783B1; JP3984648B2; EP0992054A4; EP0992054B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Flachbildschirme. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein Beschichtungsmaterial für eine Abstandshalterstruktur eines Flachbildschirms.
Stand der Technik
Bei einigen Flachbildschirmen ist eine Rückplatte (engl. Backplate) für gewöhnlich unter Verwendung einer Abstandshalterstruktur von einer Frontplatte bzw. einem Schirmträger (engl. Frontplate) getrennt. Bei Anwendungen mit hoher Spannung sind die Rückplatte und die Frontplatte zum Beispiel durch Abstandshalterstrukturen voneinander getrennt, die eine Höhe von ungefähr 1-2 Millimetern aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung betrifft der Begriff hohe Spannung ein Anoden-Kathoden-Potenzial von über 1 Kilovolt. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Abstandshalterstruktur mehrere Streifen oder individuelle Wandstrukturen, die jeweils eine Breite von etwa 50 Mikrometern aufweisen. Die Streifen sind in parallelen horizontalen Reihen angeordnet, wobei sich jeder Streifen über die Breite des Flachbildschirms erstreckt. Der Zwischenabstand der Reihen von Streifen ist von der Stärke der Rückplatte und der Frontplatte sowie der Streifen abhängig. Auf Grund dieser Tatsache ist es wünschenswert, dass die Streifen besonders stark bzw. fest sind. Die Abstandshalterstruktur muss eine Reihe hoher bzw. anspruchsvoller physikalischer Voraussetzungen erfüllen. Eine genaue Beschreibung von Abstandshalterstrukturen findet sich in der gleichzeitig anhängigen U.S. Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/683,789 von Spindt et al mit dem Titel "Spacer Structure For Flat Panel Display and Method for Operating Same" (WO-A-98 03 986) des gleichen Anmelders wie der vorliegenden Erfindung.
Bei einem kennzeichnenden Flachbildschirm muss die Abstandshalterstruktur einer langen Liste von Eigenschaften und Merkmalen genügen. Im Besonderen muss die Abstandshalterstruktur ausreichend stark bzw. widerstandsfähig sein, um den atmosphärischen Kräften standhalten zu können, welche die Rückplatte und die Frontplatte zueinander hin zusammendrücken (bei einem Flachbildschirm mit einer Diagonalen von 25,4 cm (10 Zoll) muss die Abstandshalterstruktur einer Kompressionskraft von bis zu einer Tonne standhalten können). Darüber hinaus muss jeder der Streifenreihen in der Abstandshalterstruktur die gleiche Höhe aufweisen, so dass die Streifenreihen genau zwischen entsprechende Pixelzeilen passen. Ferner muss jede der Streifenreihen in der Abstandshalterstruktur sehr flach sein, um zu gewährleisten, dass die Abstandshalterstruktur eine einheitliche Unterstützung über die inneren Oberflächen der Rückplatte und der Frontplatte vorsieht. Die Abstandshalterstruktur muss einen thermischen Ausdehnungskoeffizient (CTE als englische Abkürzung von Coefficient of Thermal Expansion) aufweisen, der dem der Rückplatte und der Frontplatte sehr ähnlich ist, an denen die Abstandshalterstruktur angebracht ist (Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet ein sehr ähnlicher thermischer Ausdehnungskoeffizient, dass der CTE der Abstandshalterstruktur höchstens um ungefähr zehn Prozent von dem CTE der Rückplatte und der Frontplatte abweicht, an denen die Abstandshalterstruktur angebracht ist). Der Temperaturwiderstandskoeffizient (TCR als englische Abkürzung von Temperature Coefficient of Resistance) der Abstandshalterstruktur muss ebenfalls niedrig sein. Eine zulässige Abstandshalterstruktur muss alle vorstehend beschriebenen physikalischen Eigenschaften aufweisen und mit hoher Ergiebigkeit kostengünstig herstellbar sein. Neben den vorstehend aufgeführten physikalischen Voraussetzungen muss die herkömmliche Abstandshalterstruktur ferner verschiedene Voraussetzungen in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften erfüllen. Im Besonderen muss eine Abstandshalterstruktur spezifische Widerstands- und Sekundäremissionseigenschaften aufweisen sowie eine hohe Widerstandsfähigkeit in Bezug auf einen Hochspannungsdurchschlag.
Bei herkömmlichen Abstandshalterstrukturen gemäß dem Stand der Technik ist ein Isoliermaterial wie etwa Aluminiumoxid mit einer Beschichtung bzw. einem Überzug überzogen. Bei derartigen Abstandshalterstrukturen gemäß dem Stand der Technik weist das Isoliermaterial einen sehr hohen Schichtwiderstand auf, während die Beschichtung einen niedrigeren Schichtwiderstand besitzt. Andere Ansätze gemäß dem Stand der Technik verwenden eine Abstandshalterstruktur, bei der sowohl das Isoliermaterial als auch die überlagernde Beschichtung einen sehr hohen Schichtwiderstand aufweisen.
Aufgrund der hohen Anzahl der strengen physikalischen Anforderungen bzw. Voraussetzungen für den Großteil der Abstandshalterstruktur (d.h. die hohe Festigkeit, eine präzise Widerstandsfähigkeit, ein niedriger TCR, ein genauer CTE, präzise mechanische Abmessungen, etc.) ist es somit wünschenswert, die zusätzlichen Anforderungen in Bezug auf die Anforderungen an die Oberfläche zu separieren. Benötigt wird somit eine Abstandshalterstruktur, welche die vorstehend beschriebenen Anforderungen in Bezug auf die physikalischen und elektrischen Eigenschaften erfüllt, ohne dabei den Prozess der Fertigung der Abstandshalterstruktur deutlich komplizierter zu gestalten und ohne die damit verbundenen Kosten erheblich zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Die beanspruchte vorliegende Erfindung macht es überflüssig, dass das Material eines Abstandshalters spezifische Eigenschaften in Bezug auf die Sekundäremission erfüllt sowie die Voraussetzungen wie etwa eine hohe Festigkeit, eine präzise Widerstandsfähigkeit, ein niedriger TCR, ein genauer CTE, präzise mechanische Abmessungen und dergleichen. Die beanspruchte vorliegende Erfindung erreicht ferner eine Abstandshalterstruktur Abstandshalterstruktur, welche die vorstehend beschriebenen physikalischen, elektrischen und Emissions-bezogenen Anforderungen an die Eigenschaften erfüllt, ohne dabei den Prozess der Fertigung der Abstandshalterstruktur deutlich komplizierter zu gestalten und ohne die damit verbundenen Kosten erheblich zu erhöhen. Die beanspruchte vorliegende Erfindung erreicht die vorstehenden Realisierungen mit einem Beschichtungsmaterial, das auf einen Abstandshalterkörper aufgetragen wird. Darüber hinaus erreicht die beanspruchte vorliegende Erfindung die vorstehenden Realisierungen ohne eine strenge Vorgabe in Bezug auf den CTE, den TCR, die Widerstandsfähigkeit oder die einheitlichen Anforderungen an die Beschichtung. Die beanspruchte vorliegende Erfindung führt ferner Vorteile auf, die ein widerstandsfähiger Abstandshalterkörper mit sich bringt sowie einer Beschichtung eines Abstandshalters, der einen Schichtwiderstand aufweist, der höher ist als der des Abstandshalterkörpers.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst die beanspruchte vorliegende Erfindung ein Beschichtungsmaterial mit einem spezifischen Widerstand, einer spezifischen Dicke und spezifischen Sekundäremissionseigenschaften. Das Beschichtungsmaterial der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele eignet sich im Besonderen zur Beschichtung der Abstandshalterstruktur eines Flachbildschirms. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Beschichtungsmaterial gekennzeichnet durch:
einen Schichtwiderstand ρ_sc und einen Flächenwiderstand r, wobei Schichtwiderstand ρ_sc und r definiert sind durch: ρsc > 100 (ρsw) und r < ρsw (l2/8).
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ρ_sw der Schichtwiderstand einer Abstandshalterstruktur, auf die das Beschichtungsmaterial aufgetragen werden kann, und l ist die Höhe der Abstandshalterstruktur, auf welche das Beschichtungsmaterial aufgetragen werden kann. Der Grundschichtwiderstand ρ_sw ist hierbei als der Widerstand der Struktur dividiert durch die Höhe und multipliziert mit dem Perimeter bzw. Umfang definiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Schichtwiderstand ρ_sw der genannten Abstandshalterstruktur einen Wert von ungefähr 10¹⁰ bis 10¹³ Ω/r auf. In Verbindung mit einem Beschichtungsmaterial mit diesen Eigenschaften kann bei der vorliegenden Erfindung auf die Auferlegung strenger bzw. strikter Anforderungen an die Sekundäremissionseigenschaft für das Grundmaterial verzichtet werden, das die Abstandshalterstruktur in einem Flachbildschirm umfasst.
Zur Vermeidung der strikten Anforderungen an den Wert oder die Einheitlichkeit bzw. die Gleichmäßigkeit der Beschichtung und des Schichtwiderstands ρ_sc ist es wünschenswert, dass der Wert im Vergleich zu ρ_sw hoch ist, das heißt: ρsc > ungefähr 100 (ρsw)
Wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei ρ_sw um den Schichtwiderstand der Abstandshalterstruktur, auf die das Beschichtungsmaterial aufgetragen werden kann. Darüber hinaus weist das Beschichtungsmaterial in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Flächenwiderstand r auf, wobei r wie folgt definiert ist: ΔVcc/jc
ΔV_cc/j_c entspricht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Spannung über die Dicke der Beschichtung bei einem Ladestrom j_c, wobei der verwendet Wert von ΔV_cc zur Kennzeichnung von r für eine kennzeichnende HV-Anzeige im Bereich von ungefähr 1 bis 20 Volt liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist j_c wie folgt definiert: ⨜jinc(E)(1 – δ(E))dE.
In der vorstehenden Beziehung entspricht j_inc(E) der Elektronenstromdichte als eine Funktion der auf das Beschichtungsmaterial auftreffenden Energie E, und δ bezeichnet das Sekundäremissionsverhältnis des Beschichtungsmaterials als eine Funktion der Energie E der auf das Beschichtungsmaterial auftreffenden Elektronen. ΔV_cc und j_c können zum Beispiel durch Abtastströme und Energieverschiebungen in den Spitzen etwa unter Verwendung der Auger- oder Fotoelektronen-Spektroskopie gemessen werden. Wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein gegebenes Beschichtungsmaterial mit derartigen Eigenschaften auf die Auferlegung strikter Anforderungen an die Sekundäremissionseigenschaften des Materials verzichtet werden, welches die Abstandshalterstruktur eines Flachbildschirms umfasst. Dabei können die Widerstandsfähigkeit und andere Eigenschaften des Abstandshalters ohne strenge Anforderungen an δ angepasst werden, und wobei ferner die Beschichtung ohne strenge Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit angepasst werden kann.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zweifelsohne für den Fachmann auf dem Gebiet beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ersichtlich, die in den verschiedenen Abbildungen der Zeichnungen veranschaulicht sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Patentschrift enthalten und Teil dieser sind, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Es zeigen:
1 eine graphische Darstellung eines kennzeichnenden Sekundäremissionskoeffizienten (δ) vs. der einfallenden Strahlenenergie (E), die auf ein Beschichtungsmaterial auftrifft;
2 eine graphische Darstellung einer kennzeichnenden einfallenden Stromdichte (j_inc) vs. der einfallenden Strahlenenergie (E), die auf einer bestimmten Höhe entlang der Abstandshalterstruktur auftrifft;
3 eine schematische Seitenansicht einer Abstandshalterstruktur, mit einer Darstellung der Ladungseigenschaften, die der Abstandshalterstruktur gemäß der beanspruchten vorliegenden Erfindung zugeordnet ist;
4 eine schematische Draufsicht einer Abstandshalterstruktur, mit einer Darstellung der Elektronen anziehenden Eigenschaften, die einer Abstandshalterstruktur gemäß der beanspruchten vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, wobei ein Spannungswert von HV-ΔV an eine angrenzende Anode angelegt wird;
5 eine schematische Draufsicht einer Abstandshalterstruktur, mit einer Darstellung der Elektronen abweisenden Eigenschaften, die einer Abstandshalterstruktur gemäß der beanspruchten vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, wobei ein Spannungswert von HV+ΔV an eine angrenzende Anode angelegt wird;
6 eine schematische Seitenschnittansicht einer Abstandhalterstruktur mit einem darauf aufgetragenen Beschichtungsmaterial gemäß der beanspruchten vorliegenden Erfindung; und
7 eine schematische Seitenschnittansicht einer Abstandshalterstruktur, mit einem Differenzialabschnitt dx mit einem darauf aufgetragenen Beschichtungsmaterial gemäß der beanspruchten vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird im Detail Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der beanspruchten Erfindung genommen, wobei Beispiele dieser in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die vorliegende beanspruchte Erfindung wird zwar in Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass diese beanspruchte vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr umfasst die beanspruchte Erfindung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente, die rechtsmäßig dem Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition in den anhängigen Ansprüchen vorgesehen sein können. Die folgende genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung führt ferner zahlreiche spezifische Einzelheiten aus, um ein umfassendes Verständnis der beanspruchten vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist es jedoch ersichtlich, dass die vorliegende beanspruchte Erfindung auch ohne die spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurde auf eine detaillierte Beschreibung allgemein bekannter Verfahren, Abläufe, Bauteile und Schaltungen verzichtet, um die Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Ferner erwähnt die folgende Erörterung im Besonderen Abstandshalterwände, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass die beanspruchte vorliegende Erfindung sich auch für die Verwendung in Verbindung mit verschiedenen anderen Abstandshalterstrukturen eignet, zu denen unter anderem Pfosten, Verstrebungen, Stifte, Wandsegmente, T-förmige Objekte und dergleichen zählen.
In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 1 zeigt diese einen typischen Graphen 100 des Sekundäremissionskoeffizienten (δ) vs. der einfallenden Strahlenenergie (E), die in einem oder mehreren bestimmten Winkeln auf ein Beschichtungsmaterial auftrifft. Damit eine Abstandshalterstruktur "elektronisch unsichtbar" bleibt (d.h. Elektronen nicht ablenkt, die von einer Reihenelektrode an der Rückplatte zu den Pixelleuchtpunkten an der Frontplatte verlaufen), wird die Abstandshalterstruktur bei der vorliegenden Erfindung mit Beschichtungsmaterial mit einer spezifischen Widerstandsfähigkeit und Sekundäremissionseigenschaften bedeckt. Ebenfalls dargestellt sind die ersten und zweiten "Übergangsenergien", mit δ = 1 (d. h. E₁ und E₂).
In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 2 zeigt ein Graph 200 die einfallende Stromdichte (j_inc) vs. der einfallenden Strahlenenergie (E), die auf ein Beschichtungsmaterial auftrifft. Wie dies in dem Graphen 100 angezeigt wird, variiert die einfallende Stromdichte nahe dem Wert von E₂. Diese Energieverteilung variiert natürlich entlang der Wand.
Die vorliegende Erfindung minimiert schädliche Ladungen der Abstandshalterstruktur. Die vorliegende Erfindung erreicht diese Realisierung, indem δ auf oder nahe dem Wert 1 gehalten wird. Wie dies in dem Graphen 200 aus 2 dargestellt ist, variiert δ jedoch mit der einfallenden Strahlenenergie E. Das optimale Beschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit wie folgt ausgeführt definiert. Wünschenswert ist eine Beschichtung mit einem niedrigen Wert δ, wobei die Ladung effizient in die Masse eines mit Widerstand behafteten Abstandselements abgegeben wird, wobei dies jedoch keinen nennenswerten Beitrag zu der Leitfähigkeit des Abstandselements in eine parallel zu der Oberfläche verlaufende Richtung leistet.
In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 3 ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abstandshalterstruktur 300 vorgesehen. Bei einer derartigen Abstandshalterstruktur wird der obere Abschnitt 302 der Abstandshalterstruktur 300 (d.h. nahe der Frontplatte 304 des Flachbildschirms) leicht negativ geladen. Im Gegensatz dazu lädt sich der untere Abschnitt 306 der Abstandshalterstruktur 300 (d.h. nahe der Kathode) leicht positiv. Das heißt, Elektronen, die auf den oberen Abschnitt 302 der Abstandshalterstruktur 300 auftreffen, treffen für gewöhnlich mit einer Energie oberhalb des Werts E₂ aus 2 auf die Abstandshalterstruktur 300 auf. Der obere Abschnitt 302 der Abstandshalterstruktur 300 lädt sich negativ, da δ(E) < 1 gilt. In ähnlicher Weise treffen Elektronen, die auf den unteren Abschnitt 306 der Abstandshalterstruktur 300 auftreffen, mit Energien unterhalb des Werts von E₂ aus 2 auf und laden somit den unteren Abschnitt 306 der Abstandshalterstruktur 300 positiv. Bei einer Gesamtbetrachtung neigt eine Energieverteilung der Elektronen mit entsprechenden Energiewerten oberhalb und unterhalb von E₂ allerdings dazu, die Gesamtladung an der Abstandshalterstruktur 300 aufzuheben. Als Folge dessen ist die nahe liegende Pixelablenkung als eine Funktion des Gesamtelektronenstroms sehr gering.
In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 4 ist eine schematische Draufsicht der Abstandshalterstruktur 300 dargestellt, die nahe liegende Elektronen anzieht. Wie dies bereits vorstehend erwähnt worden ist, wird die Netto- bzw. Gesamtaufladung an der erfindungsgemäßen Abstandshalterstruktur 300 aufgehoben. Durch Verringerung des Wertes der hohen Spannung (HV), die an die Anode angelegt wird (d.h. den Frontplattenbereich des Flachbildschirms), verändert sich die Ladungseigenschaft der erfindungsgemäßen Abstandshalterstruktur 300. Im Besonderen wird die Abstandshalterstruktur 300 durch Verringerung von HV auf HV-ΔV, wie dies in den Abbildungen der 1 und 4 dargestellt ist, mit einem Anstieg des Anodenstroms zunehmend positiv geladen. Daraus resultiert, dass die erfindungsgemäße Abstandshalterstruktur 300 Elektronen anzieht, für gewöhnlich gemäß der Darstellung unter 402, wenn eine Spannung HV von HV-ΔV an die Anode angelegt wird. Bei der vorliegenden Erfindung gilt für einen HV-Wert von ungefähr 6000 Volt, dass ΔV für gewöhnlich einen Wert zwischen 1000 und 2000 Volt aufweist oder ungefähr von 15 bis 30 Prozent des HV-Wertes. Obwohl vorstehend ein derartiger Wert für ΔV angegeben ist, kann ΔV auch verschiedene andere Werte aufweisen.
Durch das Überziehen eines Bahnwiderstands-Abstandselements mit einer weniger leitfähigen Beschichtung können durch die beanspruchte vorliegende Erfindung auch weitere Vorteile realisiert werden. Speziell die Vorteile einer grob einheitlichen Abstandshalter-Widerstandsfähigkeit über die Masse bzw. Bahn im Gegensatz zu an der Oberfläche können aufrechterhalten werden. Eine genaue Beschreibung dieser Vorteile finden sich in der gleichzeitig anhängigen U.S. Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/684,270 von Spindt et al mit dem Titel "Spacer Locator Design for Three-Dimensional Focusing Structures in a Flat Panel Display" (US-A-5,859,502) des gleichen Anmelders wie der vorliegenden Erfindung.
In Bezug auf die Abbildung aus 5 ist eine schematische Draufsicht der Abstandshalterstruktur 300 dargestellt, welche nahe liegende Elektronen abweist. Wie dies vorstehend ausgeführt worden ist, wird die Gesamt- bzw. Nettoaufladung an der erfindungsgemäßen Abstandshalterstruktur 300 ungefähr aufgehoben. Durch eine Erhöhung des Hochspannungswertes (HV), der an die Anode angelegt wird, wird die Ladungseigenschaft der erfindungsgemäßen Abstandshalterstruktur 300 verändert.
Durch eine Erhöhung von HV auf HV+ΔV gemäß der Abbildung aus 5 wird die Abstandshalterstruktur 300 im Besonderen zunehmend negativ mit dem ansteigenden Anodenstrom geladen. Daraus resultiert, dass die erfindungsgemäße Abstandshalterstruktur 300 Elektronen abweist, wie dies kennzeichnenderweise unter 502 dargestellt ist, wenn eine Spannung von HV+ΔV an die Anode angelegt wird. Abhängig von der an die Anode angelegten Spannung zieht eine Abstandshalterstruktur mit den vorstehend in Bezug auf die vorliegende Erfindung beschriebenen Eigenschaften entweder Elektronen an oder stößt diese ab. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, weist AV bei einem HV-Wert von ungefähr 6000 Volt gemäß der vorliegenden Erfindung somit einen Wert im Bereich von 1000 bis 200 Volt oder ungefähr 15 bis 30 Prozent des HV-Wertes auf.
In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 6 ist ein Abstandselement 600 mit einer Höhe l mit einem Beschichtungsmaterial 602 überzogen. Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, ist eine Beschichtung mit einem niedrigen Wert für δ wünschenswert, wobei zudem Ladung effizient in die Masse eines widerstandsfähigen Abstandselements abgegeben wird, wobei dies jedoch keinen nennenswerten Beitrag zu der Leitfähigkeit des Abstandselements in eine parallel zu der Oberfläche verlaufende Richtung leistet. Die Abbildung aus 6 zeigt zum Zwecke der Klarheit zwar eine Abstandshalterstruktur des Wandtyps, wobei sich die beanspruchte vorliegende Erfindung jedoch ebenso zur Verwendung in Verbindung mit verschiedenen anderen Arten von Abstandshalterstrukturen eignet. Der Abstandshalter 600 erstreckt sich zwischen der Rückplatte 604 und der Frontplatte 606. Zu Schätz- bzw. Annäherungszwecken ist es nützlich einen einheitlichen Ladestrom j_c zu betrachten.
Unter derartigen Bedingungen und für den Fall, dass ρ_sc ≫ ρ_sw gilt, ist die maximale Ladespannung ΔV_w wie folgt gegeben:
wobei ρ_sw dem Schichtwiderstand des Bahnabstandshalters 600 entspricht. Die Ableitung des Wertes für ΔV_w ist nachstehend in Bezug auf die Abbildung aus 7 gegeben.
In Bezug auf die Abbildung aus 7 ist eine schematische Seitenschnittansicht einer Abstandshalterstruktur dargestellt, mit einem Differenzialabschnitt dx 700. Bei einer derartigen Konfiguration tritt eine unterste oder niedrige Spannung an der Basis (d.h. der Rückplatte) des Abstandshalters 600 auf, wobei eine maximale oder hohe Spannung an der oberen Seite (d.h. an der Anode) des Abstandshalters 600 auftritt. Der Strom i, der in dx 700 eintritt, wird wie folgt berechnet: i(x) + jcdxL = i(x + dx) (2)wobei L die Länge des Abstandshalters in die Seite ist.
Unter Verwendung der Definition einer Ableitung wird die Gleichung 2 zu:
In ähnlicher Weise wird der Spannungsabfall über dx 700 unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (Spannung = Strom × Widerstand) ermittelt, d.h. V = IR, so dass folgendes folgt
Unter Verwendung der Definition einer Ableitung kann die Gleichung (4) wiederum so gelöst werden, dass folgendes folgt:
Die Ableitung von Gleichung (5) ergibt eingesetzt in Gleichung (3)
Die Lösung von Gleichung (6) für die Grenzbedingungen V(I) = hohe Spannung, HV, und V(0) = 0 mit einer Bewertung von x = 1/2 ist durch folgende Gleichung gegeben:
Wobei der Term
den Ladungsfehler darstellt.
Die Beschichtung 602 gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Schichtwiderstandsfähigkeit ρ_sc auf, die 100 mal größer ist als die Schichtwiderstandsfähigkeit ρ_sw des Abstandshalters 600, auf den das Beschichtungsmaterial 602 aufgetragen wird. Das heißt ρsc > 100ρsw (8)
Indem der Schichtwiderstand der Beschichtung 602 deutlich höher ist als der Schichtwiderstand des Abstandhalters 600 beeinflusst jede etwaige Abweichung der Einheitlichkeit der Beschichtung 602 auf dem Abstandshalter 600 im Wesentlichen nicht die Einheitlichkeit des Schichtwiderstands der Kombination aus Abstandshaltermaterial und Beschichtungsstruktur. Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung bedeutet eine einheitliche Widerstandsfähigkeit eine Abweichung von weniger als zwei Prozent. Die optimale Beschichtung 602 gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich ferner gut für einen niedrigeren Schichtwiderstandswert, indem die Einheitlichkeit des optimalen Beschichtungsmaterials 602 entsprechend erhöht wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Beschichtung 602 gemäß der vorliegenden Erfindung die Spannung ΔV_cc an der Beschichtung 602 für einen gegebenen Ladungsstrom j_c im Vergleich zu der Ladungsspannung ΔV_w (siehe Gleichung 1) in der Masse des Abstandshalters 600 klein gestaltet. Im Besonderen weist die erfindungsgemäße Beschichtung 602 eine Spannung ΔV_cc an der Beschichtung 602 auf, gleich
Das heißt, V_cc ist kleiner als die erforderliche Spannung für die Abgabe des Stroms nach außen durch die Masse der Wand. In einer vereinfachten Ansicht ist der Schichtwiderstand durch die Widerstandsfähigkeit dividiert durch die Dicke t der Materialschicht gegeben, und der Schichtwiderstand ρ_sc der Beschichtung 602 ist wie folgt definiert:
wobei ρ_c der Widerstandsfähigkeit des Beschichtungsmaterials 602 in Ω-cm entspricht.
In der Praxis existieren Ungleichmäßigkeits-, Oberflächen- und Zwischenflächeneffekte, so dass ρ_sc(z) durch die Beschichtung nicht einheitlich ist, und mit
(die Richtung von ρ_sc(z) durch die Beschichtung 602 ist in der Abbildung aus 6 durch den Pfeil 608 dargestellt). Wahrscheinlich noch wichtiger ist es, dass Felder im Bereich von 5 kV/1,25 mm (d.h. 4 V/μm) an die Beschichtung 602 in die "Schichtwiderstandsrichtung" angelegt werden, und wobei Felder im Bereich von 500 V/μm in die "Flächenwiderstandsrichtung" angelegt werden. Der VCR des Materials bedeutet, dass wir den Flächenwiderstand r (mit ungefähr 10 Volt an der Beschichtung 602) von 500 V/μm und den Schichtwiderstand r (mit ungefähr 5 Kilovolt entlang der Beschichtung 602) mit 4 V/μm an Stelle der Annäherungen r = ρ_ct und
verwenden müssen. In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen und der Flächeneinheit, über welche der Ladungsstrom j_c angelegt wird, kann dies wie folgt ausgedrückt werden:
Durch die Verknüpfung der Ergebnisse der Gleichungen (9), (10) und (11) ist ΔV_cc des Beschichtungsmaterials 602 gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt definiert:
Daraus resultiert, dass der Flächenwiderstand des Beschichtungsmaterials 602 gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt definiert ist:
Somit weißt das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial 602 einen Schichtwiderstand ρ_sc auf, der größer ist als ungefähr 100(ρ_sw) und einen Flächenwiderstand r, der kleiner ist als ρ_sw(l²/8). Obwohl hierin ein derartiger Wert für r angegeben ist, wird hiermit festgestellt, dass der Wert von r variieren kann und zum Beispiel r < ρ_sw (l²/80) entsprechen kann. Wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner eine kombinatorische Abstandshalterstruktur und Beschichtungsmaterialstruktur gebildet wird, weist die Abstandshalterstruktur einen Grundwiderstandswert und eine einheitliche Widerstandsfähigkeit entlang der Höhe/Länge der Struktur auf. Das heißt, die Abstandshalterstruktur weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen einheitlichen Widerstand über deren Dicke auf, so dass die Widerstandsfähigkeit durch die Dicke der Abstandshalterstruktur um nicht mehr als einen Faktor von 5 variiert.
Darüber hinaus weist die Abstandshalterstruktur eine einheitliche Widerstandsfähigkeit entlang ihrer Höhe auf, so dass die Widerstandsfähigkeit nicht um mehr als ungefähr zwei Prozent entlang der Höhe der Abstandshalterstruktur variiert bzw. abweicht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Abstandshalterstruktur ferner eine Höhe von ungefähr 1-2 Millimetern auf sowie einen thermischen Ausdehnungskoeffizient, der dem thermischen Ausdehnungskoeffizient einer Frontplatte und einer Rückplatte entspricht, an der die Abstandshalterstruktur angebracht werden kann (wenn eine Abstandshalterstruktur vom Wandtyp verwendet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel reflektiert die Frontplatte einen Teil der gestreuten Elektronen an der Abstandshalterstruktur. Hiermit wird festgestellt, dass die spezifische Beschichtung abhängig von der Elektronenrückstreuung von der Frontplatte variieren kann. Obwohl derartige Werte und Bedingungen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet werden, ist die beanspruchte vorliegende Erfindung auch gut für die Verwendung verschiedener anderer Werte und Bedingungen für die Abstandshalterstruktur geeignet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Beschichtungsmaterial 602 zusätzlich aus einem Material mit einer niedrigen Elektronen-Sekundäremission, wie etwa aus einem Ceriumoxidmaterial. Zwar bildet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein derartiges Material die Beschichtung 602, wobei sich die vorliegende Erfindung jedoch auch zur Gestaltung der Beschichtung 602 etwa aus einem Chromoxidmaterial oder einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial eignet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Beschichtungsmaterial 602 ferner in einer Schicht mit einer Dicke von ungefähr 200 Angström auf den Abstandshalter 600 aufgetragen.
Die vorliegende Erfindung macht somit die Anforderung für ein Abstandshaltermaterial überflüssig, bestimmte Eigenschaften in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit und die Sekundäremission erfüllen zu müssen, zusätzlich zu anderen Anforderungen wie zum Beispiel einer hohen Festigkeit, einer präzisen Widerstandsfähigkeit, eines niedrigen TCR, eines genauen CTE, präziser mechanischer Abmessungen und dergleichen. Die beanspruchte vorliegende Erfindung erreicht ferner eine Abstandshalterstruktur, welche die vorstehenden Anforderungen an die physikalischen und elektrischen Eigenschaften erfüllt, ohne dabei den Prozess der Fertigung der Abstandshalterstruktur deutlich komplizierter zu gestalten und ohne die damit verbundenen Kosten erheblich zu erhöhen.
Die vorstehenden Beschreibungen der spezifischen Ausführungsbeispiele der beanspruchten vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Sie sind nicht umfassend und schränken die beanspruchte Erfindung nicht auf genau die offenbarten Ausführungen ein, und wobei in Anbetracht der vorstehenden Lehren offensichtlich zahlreiche Modifikationen und Variationen möglich sind. Die Ausführungsbeispiele wurden so ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der beanspruchten Erfindung und deren praktische Anwendung am besten zu erläutern, um dem Fachmann auf dem Gebiet dadurch die beste Nutzung der Erfindung und verschiedener Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, wie sie diese am besten für den beabsichtigten Verwendungszweck eignen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die anhängigen Ansprüche und deren Äquivalente definiert, die gemäß dem Umfang der beanspruchten vorliegenden Erfindung rechtsmäßig enthalten sein können.

Claims

Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung, die für einen Flachbildschirm geeignet ist, wobei die Kombination folgendes umfasst: a) einen Abstandshalter mit einem Schichtwiderstand ρ_sw; und b) ein auf den genannten Abstandshalter aufgetragenes Beschichtungsmaterial, wobei das genannte Beschichtungsmaterial einen Schichtwiderstand ρ_sc aufweist, wobei ρ_sc größer ist als ρ_sw und einen Flächenwiderstand r aufweist, der kleiner ist als ρ_sw(l²/8), wobei l der Höhe des genannten Abstandshalters entspricht.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Schichtwiderstand ρ_sc des genannten Beschichtungsmaterials einen Wert aufweist, der ungefähr größer ist als das 100fache des Schichtwiderstands ρ_sw des genannten Abstandshalters.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei ρ_sc > 100(ρ_sw) und r < ρ_sw(l²/8).
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der genannte Flächenwiderstand r kleiner ist als ungefähr ρ_sw(l²/8).
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 3, wobei der genannte Schichtwiderstand ρ_sc des genannten Beschichtungsmaterials einen Wert aufweist, der ungefähr größer ist als das 100fache des Schichtwiderstands ρ_sw des genannten Abstandshalters.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der genannte Schichtwiderstand ρ_sc des genannten Abstandshalters einen Wert von ungefähr (10¹⁰ Ω/r) bis (10¹³ Ω/r) aufweist.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Abstandshalter einen einheitlichen spezifischen Widerstand durch dessen Dicke aufweist, so dass der genannte spezifische Widerstand durch die genannte Dicke des genannten Abstandshalters um nicht mehr als einen Faktor von 5 variiert.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Abstandshalter einen einheitlichen spezifischen Widerstand entlang dessen Höhe aufweist, so dass der genannte spezifische Widerstand entlang der genannten Höhe des genannten Abstandshalters um nicht mehr als ungefähr zwei Prozent variiert.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Abstandshalter eine Höhe von ungefähr 1-2 Millimetern aufweist.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Abstandshalter einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb von ungefähr zehn Prozent des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Schirmträgers und einer Gegenelektrode aufweist, an denen der genannte Abstandshalter angebracht werden kann.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das genannte Beschichtungsmaterial, das auf den genannten Abstandshalter aufgetragen wird, aus der Gruppe ausgewählt wird, die ein Ceroxidmaterial, ein Chromoxidmaterial und ein diamantartiges Kohlenstoffmaterial umfasst.
Kombination aus einer Abstandshalterstruktur und -beschichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das genannte Beschichtungsmaterial, das auf den genannten Abstandshalter aufgetragen wird, eine Dicke von ungefähr 200 Angström aufweist.