DE10039479A1

DE10039479A1 - Lichtemittierende Zelle und Verfahren zum Emitieren von Licht

Info

Publication number: DE10039479A1
Application number: DE2000139479
Authority: DE
Inventors: Lai-Cheng Chen; Chun-Hui Tsai
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2001-03-15
Also published as: FR2797520B1; GB0019710D0; TW430857B; GB2355849A; JP2001101987A; FR2797520A1; TW471238B

Abstract

Eine lichtemittierende Zelle großer Helligkeit, geringen Energieverbrauchs und großer Genauigkeit wird vorgeschlagen, welche ein lichtemittierendes Material enthält, was aus Phosphor besteht, um Licht in Abhängigkeit zur Kollision mit einem Elektronenstrahl zu emittieren, wobei eine elektronenemittierende Einheit eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht aufweist, um einen Elektronenstrahl von der Kohlenstoffnanoröhrenschicht freizusetzen und den Elektronenstrahl auszusenden, um auf den Phosphor aufzutreffen.

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Zelle und ins besondere eine lichtemittierende Zelle, welche Kohlen stoffnanoröhren zum Auslösen eines Elektronenstrahls verwen det, der auf den Phosphor auftreffen soll.

Ein energiesparendes Display großer Helligkeit wird oft in vielen Fällen verwendet, um bedeutsame Nachrichten anzuzei gen, beispielsweise die Spielstandsanzeige in einem großen Sportstadion, die elektronische Anzeige auf einem öffentli chen Platz, Verkehrszeichen auf einer Autobahn usw.. Ein Dis play ist typischerweise eine Kombination aus einer großen Zahl lichtemittierender Zellen. Zur Zeit fallen die lich temittierenden Zellen zum Bilden eines Displays grob in fünf Kategorien, nämlich: Glühbirnen, kleine Kathodenstrahlröhren, Hochspannungsvakuumleuchtstoffanzeigen, kleine Leuchtstoff lampen und lichtemittierende Dioden.

Die Glühbirne verwendet die Grundsätze der Erhitzung eines Fadens zum Emittieren von Licht. Da die Temperatur des Fa dens, welcher aus Wolfram hergestellt ist, bei etwa 900°C bis 1.500°C gehalten werden muß, während die Glühlampe leuchtet, ist das durch Glühlampen gebildete Display ausgesprochen stark energieverbrauchend, so dass der Energiewirkungsgrad ausgesprochen niedrig ist. Hinzu kommt, da die Glühlampe le diglich ein gelblich-weißes Licht Emittieren kann, dass es ziemlich schwierig ist, diese zur Herstellung eines Farbdis plays zu verwenden.

Was die Kathodenstrahlröhre (CRT) betrifft, so verwendet die CRT einen Elektronenstrahl, welcher auf den Phosphor auf trifft, so dass der Lumineszenzwirkungsgrad des CRT ausge sprochen hoch ist. Theoretisch sollte der Energiewirkungsgrad der CRT ausgesprochen hoch sein. Die Elektronen in einer CRT werden jedoch durch Erhitzen einer heißen Kathode erzeugt, die durch Überzug der Metallfläche mit einem Oxid gebildet ist, welches leicht Elektronen abgeben kann, beispielsweise Bariumoxid. Während die heiße Kathode heizt, weist das Oxid die Fähigkeit auf, heiße Elektronen abzugeben. Da die Elek tronenkanone, welche verwendet wird, um die Elektronen zu er zeugen, eine punktförmige Elektronenquelle ist, muß die Tem peratur und der Strom der Elektronenkanone verstärkt werden, um eine höhere Elektronendichte zu erhalten. Dies bedeutet, dass für eine lichtemittierende Zelle, welche eine große Hel ligkeit aufweisen soll, die Lebensdauer der Elektronenkanone unvermeidlich verringert wird, und gleichzeitig entsprechend der Energieverbrauch erhöht wird. Andererseits ist wegen der erheblichen Größe der CRT diese nicht geeignet, um ein Dis play großer Genauigkeit zu bilden. Hinzu kommt, dass ein CRT- Display ausgesprochen große Energien verbraucht. Beispiels weise beträgt der Energieverbrauch eines CRT-Displays von 25 × 40 m etwa 2.000 kw. Obwohl der Energieverbrauch von kleinen CRTs lediglich 10% einer Glühlampe beträgt, führt die punkt förmige Elektronenquelle zu einem niedrigen Leuchtwirkungs grad.

Das Hochspannungsvakuumfluoreszenzdisplay (HVVFD) ist ähnlich der CRT mit der Ausnahme, dass die punktförmige Elektronen quelle durch eine linienförmige Elektronenquelle ersetzt ist. Die linienförmige Elektronenquelle wird durch Überziehen ei nes Wolframdrahts mit einem Oxid, welches leicht Elektronen abgeben kann, gebildet. Da die linienförmige Elektronenquelle viele Elektronen zum Auftreffen auf den Phosphor bringen kann, kann der Nachteil des hohen Energieverbrauchs des CRT- Displays erheblich unterdrückt werden. Hinzu kommt, dass die HVVFD drei ursprüngliche Farben - rot, grün und blau - in ei ner einzigen Zelle integrieren kann, so dass sie im Vergleich mit der CRT wesentlich zweckdienlicher zum Bilden eines Farbdisplays hoher Auflösung ist.

Dennoch, obwohl die HVVFD sehr viel besser als die CRT ist, ist die Struktur der HVVFD ziemlich kompliziert und schwierig herzustellen. Ferner verbraucht sie eine große Energiemenge beim Heizen des Wolframdrahts. Beispielsweise beträgt der Energieverbrauch eines Displays, welcher durch HVVFD's gebil det ist und eine Größe von 25 × 40 m aufweist, etwa 1.000 kW.

Die kleine Leuchtstofflampe, welche Ultraviolettstrahlen ver wendet, um den Phosphor zu erregen, kann ebenfalls verwendet werden, um ein Display zu bilden. Leider ist die Anzahl der Farben der Leuchtstofflampe zur Zeit sehr gering und es ist schwierig, ihre Größe unter eine Linie/mm zu senken. Folglich ist es etwas schwierig, diese zum Bilden eines genauen Dis plays zu verwenden.

Leuchtdioden (LED) wurden heutzutage in großem Maße bei gro ßen Displays verwendet. Obwohl die roten, grünen und blauen LEDs bisher entwickelt wurden, sind die roten und blauen LEDs großer Helligkeit schwierig herzustellen, und der Leuchtwirkungsgrad der LED ist nicht mit dem einer Leucht stofflampe vergleichbar. Zusätzlich zu dem Nachteil des nied rigen Leuchtwirkungsgrads weist die LED ein starkes Sichtwin kelproblem auf und ist folglich zur Bildung eines großen Dis plays nicht geeignet.

Zusammenfassend weist die übliche lichtemittierende Zelle die folgenden Nachteile auf:

a) einen niedrigen Leuchtwirkungsgrad,
b) einen hohen Energieverbrauch und
c) eine niedrige Auflösung.

Nach Analyse der heutigen lichtemittierenden Zellen kann ge funden werden, dass der Leuchtwirkungsgrad unter Verwendung von Elektronen, die auf Phosphor auftreffen, den bei der Ver wendung anderer lichtemittierender Techniken überlegen ist. Folglich weist die kleine CRT einen besseren Leuchtwirkungs grad als die Glühbirne, die Leuchtdiode usw. auf. Der Lö sungsweg jedoch, Elektronen durch Erhitzen zu erzeugen, stellt den größeren Anteil des Energieverbrauchs bei der kleinen CRT und der HVVFD dar. Wenn man wünscht, den Energie verbrauch zu senken, würde eine kalte Kathode die beste Wahl sein, um Elektronen in einer lichtemittierenden Zelle zu er zeugen.

Im Jahr 1995 entdeckte Rinzler als erster, dass eine Kohlen stoffnanoröhre, welche aus Kohlenstoffmaterial hergestellt ist, Elektronen freisetzen kann, was in "A simple and robust electron beam source from carbon nanotubes" von Philips G. Collins und A. Zettl, Appl., Phys. Lett. 69(13), Seiten 1969-1971, 1996, beschrieben ist. Im Jahr 1997 haben Wang et al. entdeckt, dass Kohlenstoffnanoröhren in einem niedrigen elek trischen Feld, wie beispielsweise 0,8 V/µm viele Elektronen freisetzen können, was in "Field emission from nanotube bund le emitters at low fields" von Q. H. Wang, T. D. Corrigan, J. Y. Dai, R. P. H. Chang und A. R. Krauss in Appl., Phys. Lett, 70(24), Seiten 3308-3310, 1997, beschrieben ist. Folglich kann eine energiesparende, sehr genaue lichtemittierende Zel le großer Helligkeit durch die Kombination einer Kohlen stoffnanoröhre in einem niedrigen elektrischen Feld und Phos phor geschaffen werden. Die dadurch geschaffene lichtemittie rende Zelle kann verwendet werden, um ein monochromes Display oder ein Farbdisplay zum Anzeigen statischer Texte und/oder dynamischer Bilderbotschaften auf einer elektronischen Tafel zu bilden.

Durch den Anmelder wird folglich versucht, eine lichtemittie rende Zelle durch Verwendung einer Kohlenstoffnanoröhre als Elektronenquelle zum Erzeugen von Elektronen, die auf den Phosphor zur Lichtemission auftreffen, zu schaffen.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine ener giesparende, lichtemittierende Zelle großer Helligkeit und großem Leuchtwirkungsgrad zu schaffen.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Licht vorzuschlagen.

Die lichtemittierende Zelle ist derart konfiguriert, dass sie ein lichtemittierendes Material enthält, welches Licht in Ab hängigkeit von dem Zusammenstoß mit einem Elektronenstrahl erzeugt und einer Elektronen aussendenden Einheit, welche als Elektronenquelle eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht aufweist, um einen Elektronenstrahl freizusetzen und den Elektronen strahl zum Auftreffen gegen das lichtemittierende Material zu bringen.

Das lichtemittierende Material besteht tatsächlich aus Phos phor.

Erfindungsgemäß enthält die lichtemittierende Zelle ferner ein Paneel, um daran das lichtemittierende Material zu befe stigen.

Nach vorliegender Erfindung enthält die elektronenemittieren de Einheit ein Substrat, welches eine leitende Leiterschicht darauf ausgebildet aufweist, um die Kohlenstoffnanoröhren schicht auf der leitenden Leiterschicht zu bilden.

Bevorzugt ist es, dass das Substrat ein Glassubstrat oder ein keramisches Substrat ist.

Nach vorliegender Erfindung enthält die lichtemittierende Zelle ferner einen aus Glas bestehenden Abstandshalter, um das Paneel von dem Substrat zu trennen.

Nach vorliegender Erfindung ist eine schwarze Matrix ferner nahe dem lichtemittierenden Material angeordnet, um den Kon trast zu verstärken.

Zusätzlich ist eine Aluminiumschicht an der Oberfläche des lichtemittierenden Materials und der schwarzen Matrix befe stigt, um die Reflexion zu verstärken.

Nach vorliegender Erfindung enthält die elektronenemittieren de Einheit ferner ein Gatter, welches oberhalb der Kohlen stoffnanoröhrenschicht ausgebildet ist, um den Elektronen strahl beim Auftreffen gegen das lichtemittierende Material bei einer speziellen Adresse zu steuern.

Der Elektronenstrahl wird dadurch imittiert, dass ein elek trisches Feld mit einer Intensität von 0,8 V/µm an dem Elek tronenstrahl angelegt wird, um den Elektronenstrahl zu be schleunigen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für die elektronenemittierende Einheit, welches folgende Verfahrensschritte umfaßt: (a) Formen der Kohlenstoffnanoröhrenschicht auf dem Substrat: mit der darauf geformten leitenden Leiterschicht, (b) Formen einer dielek trischen Schicht auf der Kohlenstoffnanoröhrenschicht, (c) Formen einer Leiterschicht auf der dielektrischen Schicht, (d) Formen einer Schutzschicht auf der Leiterschicht, (e) Übertragen eines Musters auf die Schutzschicht, (f) Entfer nen eines Teils der Schutzschicht entsprechend dem Muster, (g) Entfernen des Teils der elektrischen Schicht und der Lei terschicht, welche nicht mit der Schutzschicht bedeckt ist und (h) Abstreifen der restlichen Schutzschicht.

Alternativ hierzu wird die Kohlenstoffnanoröhrenschicht durch ein Druckverfahren hergestellt.

Die dielektrische Schicht besteht aus einem Isolationsmateri al. wie beispielsweise einem Glas oder Keramik.

Erfindungsgemäß wird die dielektrische Schicht durch ein Druckverfahren geformt.

Nach vorliegender Erfindung besteht die Leiterschicht aus Silber, Nickel oder Platin.

Erfindungsgemäß wird die Leiterschicht durch ein Druckverfah ren oder ein Verdampfungsverfahren hergestellt.

Bevorzugt wird die Schutzschicht aus einem fotoresistenten Material hergestellt und wird auf der Leiterschicht durch ein Wirbelüberzugsverfahren erzeugt.

Das Muster wird auf die Schutzschicht durch ein lithografi sches Verfahren oder alternativ ein Druckverfahren übertra gen.

Nach vorliegender Erfindung wird der Teil der dielektrischen Schicht und der Leiterschicht, die nicht durch die Schutz schicht überdeckt sind, durch ein Sandstrahlverfahren ent fernt.

Nach vorliegender Erfindung wird eine Vielzahl von Gatter stxukturen vorgesehen. Das Gatter kann ein Netzwerkleiter, eine Metallschicht mit einer darauf geformten Isolations schicht, einer Isolationsschicht mit einer darauf geformten Metallschicht, eine Isolationsschicht zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht oder einer er sten Isolationsschicht zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht und einer zweiten Metall schicht zwischen der zweiten Metallschicht und einer dritten Metallschicht sein.

Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von Adressiermechanismen für die lichtemittierende Zelle ebenfalls vorgeschlagen. Ein Adressiermechanismus besteht darin, dass die x-Koordinate und die y-Koordinate der speziellen Adresse zum Emittieren von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht mit einer mit dieser verbundenen Steuerschaltung festgelegt wird. Ein ande rer Adressiermechanismus besteht darin, dass die x-Koordinate (y-Koordinate) der speziellen Adresse zum Emittieren von Licht durch die Metallschicht des Gatters und die y- Koordinate (x-Koordinate) der speziellen Adresse zum Emittie ren von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht bestimmt wird. Andererseits wird die x-Koordinate der speziellen Adresse zum Emittieren von Licht durch die erste Metall schicht des Gatters und die y-Koordinate der speziellen Adresse zum Emittieren von Licht durch die zweite Metall schicht des Gatters bestimmt.

Erfindungsgemäß ist die gesamte lichtemittierende Zelle in einer Vakuumumgebung eingeschlossen.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung be trifft ein Verfahren zum Emittieren von Licht, welches fol gende Schritte umfaßt: Vorsehen eines lichtemittierenden Ma terials, welches Licht in Abhängigkeit von der Kollision mit einem Elektronenstrahl aussenden kann, Bereitstellen einer elektronenemittierenden Einheit, welche eine Kohlenstoffnano röhrenschicht als Elektronenquelle zur Abgabe eines Elektro nenstrahls aufweist, und Emittieren des Elektronenstrahls, um auf das lichtemittierende Material aufzutreffen.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist das lichtemittierende Material aus Phosphor hergestellt.

Vorzugsweise wird der Elektronenstrahl dadurch erzeugt, dass ein elektrisches Feld mit einer Intensität von 0,8 V/µm auf den Elektronenstrahl aufgebracht wird, um den Elektronen strahl zu beschleunigen.

Die obenstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der vor liegenden Erfindung ergeben sich in genauerer Weise aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche eine Netzwerks anschlußstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche die erste bevor zugte Ausführungsform der Metallkontaktanordnung zeigt, die bei einem Netzwerksanschluß nach vorliegender Erfindung ver wendet wird;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche die zweite be vorzugte Ausführungsform der Metallkontaktanordnung zeigt, die in einem Netzwerksanschluß nach vorliegender Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, welche die dritte be vorzugte Ausführungsform des Metallkontaktes zeigt, der in einem Netzwerksanschluß nach vorliegender Erfindung verwendet wird, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die vierte be vorzugte Ausführungsform des Metallkontaktes zeigt, der in einem Netzwerksanschluß nach vorliegender Erfindung verwendet wird.

In Fig. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der lich temittierenden Zelle nach vorliegender Erfindung gezeigt. Drei Phosphorsäulen 10 der Farben rot, grün und blau sind an dem Paneel 13 befestigt. Die schwarze Matrix (BM) 11 ist nahe jeder der Säulen aus Phosphor angeordnet, um den Kontrast zu verstärken und eine Aluminiumschicht 14 ist an der Oberfläche der schwarzen Matrix 11 und dem Phosphor 12 befestigt, um die Reflexion zu verstärken. Das Substrat 17 ist ein Glassubstrat oder ein keramisches Substrat mit einer darauf geformten lei tenden Leiterschicht 19. Eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht 18 ist auf der leitenden Leiterschicht 19 ausgebildet und ein Gatter 16, welches aus einem Netzwerksleiter hergestellt ist, ist zwischen der Kohlenstoffnanoröhrenschicht 16 und dem Pa neel 13 vorgesehen. Das Paneel 13 und das Substrat 17 sind durch einen Abstandshalter 15 aus Glas voneinander getrennt.

Die gesamte lichtemittierende Zelle ist in einer Vakuumumge bung eingeschlossen.

Im Hinblick auf das Merkmal von Kohlenstoffnanoröhren können solange als ein geringes elektrisches Feld, beispielsweise 0,8 V/µm, zwischen dem Gatter 16 und der Kohlenstoffnanoröh renschicht 18 angelegt ist, viele Elektronen von der Kohlen stoffnanoröhrenschicht 18 abgegeben werden. Während eine hohe Spannung, beispielsweise 5.000 V, an das Paneel 13 angelegt ist, so dass das Paneel 13 als Anode wirken kann, werden die Elektronen beschleunigt, um durch das Netzwerksgatter 16 hin durchzugelangen, und auf den Phosphor 12 aufzutreffen. Die leitende Leiterschicht 19 kann als Steuerschalter verwendet werden, um festzulegen, ob die Kohlenstoffnanoröhren 18 Elek tronen aufgrund der angelegten Spannung abgeben können oder nicht. Folglich kann ein großes Farbdisplay geschaffen wer den, indem eine große Menge lichtemittierender Zellen nach der vorliegenden Erfindung kombiniert wird.

Wie oben bereits erläutert, kann die Kohlenstoffnanoröhre un zählige Elektronen bei einem niedrigen elektrischen Feld ab geben, so dass die bei der CRT und der HVVFD auftretenden Schwierigkeiten überwunden werden können. Gleichzeitig können die allgemein bekannten Urfarben rot, grün und blau in einer einzigen lichtemittierenden Zelle kombiniert werden. Folglich kann die lichtemittierende Zelle verwendet werden, um eine energiesparende vollfarbige elektronische Tafel zu bilden.

Die elektronenemittierende Einheit dieser Ausführungsform be steht aus dem Gatter 16 und der Kohlenstoffnanoröhrenschicht 18, die auf der leitenden Leiterschicht 19 geformt ist. An stelle eines unabhängig ausgebildeten Gatten; 16 oberhalb der Kohlenstoffnanoröhrenschicht 18 anzuordnen, kann ein verein fachtes Herstellungsverfahren für die elektronenemittierende Einheit entwickelt werden, um die Schwierigkeit bei der Aus richtung vieler Schichten zu vermeiden. Der Fortgang des Her stellungsverfahrens für die elektronenemittierende Einheit ist in den Fig. 2(a) - 2(g) dargestellt und Schritt für Schritt im folgenden beschrieben:

1. Drucken einer Kohlenstoffnanoröhrenschicht 62 auf ein Glassubstrat oder ein keramisches Substrat 61 mit einer leitenden, darauf geformten Leiterschicht.
2. Drucken eines Isolationsmaterials oder eines elektrischen Materials, wie beispielsweise Glas, auf die Kohlen stoffnanoröhrenschicht 62, um als dielektrische Schicht 63 zu wirken.
3. Drucken einer Leiterschicht 64, wie beispielsweise Sil ber, Nickel oder Platin, auf die dielektrische Schicht 33 durch ein Druckverfahren oder ein Verdampfungsverfahren, um als Gatter zu wirken.
4. Formen einer Schutzschicht 65, wie beispielsweise einer fotoresistenten Schicht auf der Leiterschicht 64 durch ein Wirbelüberzugsverfahren.
5. Übertragen eines Musters auf die Schutzschicht durch ein lithografisches Verfahren oder ein Druckverfahren.
6. Entfernen eines Teils der Schutzschicht 65 entsprechend dem übertragenen Muster.
7. Entfernen der Teile der unbedeckten Leiterschicht 64 und der dielektrischen Schicht 63 durch ein Sandstrahlverfah ren.
8. Gegebenenfalls Abstreifen der verbleibenden Schutzschicht 65.

Die fertig elektronenemittierende Einheit ist in Fig. 2(g) gezeigt. Die Kohlenstoffnanoröhrenschicht 62 ist von dem Gat ter 64 durch eine dielektrische Schicht 63 getrennt. Folglich kann das Gatter zusammen mit der Kohlenstoffnanoröhrenschicht in einem einfachen Herstellungsverfahren hergestellt werden, und die Schwierigkeit in der Ausrichtung verschiedener Schichten leicht vermieden werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der lichtemittie renden Zelle nach vorliegender Erfindung gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Gatterstruktur in einer vergrö ßerten Darstellung auf der linken Seite von Fig. 3 gezeigt ist. Die Gatterstruktur in dieser Ausführungsform besteht aus einer ersten Metallschicht 221, einer Isolationsschicht 223 und einer zweiten Metallschicht 222. Wenn der Elektronen strahl durch das angelegte elektrische Feld beschleunigt wird und dabei ist, das Gatter 16 zu durchdringen, können ledig lich die Elektronen bei einer speziellen Adresse durch das Loch 224 des Gatters 16 gelangen und auf den Phosphor 12 auf treffen. Die Ausführung des Adressiermechanismus ist in Fig. 4 gezeigt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kann, wenn eine positive Spannung auf die leitenden Leiter 21 der leitenden Leiterschicht auf dem Substrat angelegt ist, der gesamte leitende Leiter Elektronen Emittieren. Nur wenn jedoch die zweite Metallschicht 31 eben falls eine positive Spannung erhält, können die ausgesandten Elektronen durch das Gatter hindurchgelangen und auf den Phosphor auftreffen, um Licht zu Emittieren. Es ist offen sichtlich, dass die x-Koordinate der Adresse für den Elektro nenstrahl, der durch das Gatter gelangen soll, durch die Me tallleiterschicht auf dem Substrat bestimmt wird und die y- Koordinate durch die zweite Metallschicht des Gatters festge legt wird.

Die Fig. 5(a) - 5(e) zeigen eine Vielzahl von Gatterstruktu ren der lichtemittierenden Zelle nach vorliegender Erfindung. Fig. 5(a) ist ein Prototyp der Gatterstruktur, welcher aus einem Netzwerksleiter 40 hergestellt ist. Ein, derartiges Gat ter ist unter der Bedingung verwendbar, dass keine Notwendig keit besteht, die Adresse zum Emittieren von Licht einzustel len oder dass die Adresse zum Emittieren von Licht durch die Kathode bestimmt wird. Das in Fig. 5(b) gezeigte Gatter ent hält eine Metallschicht 41 und eine Isolationsschicht 42 und die Adresse zum Emittieren von Licht wird durch die Metall schicht 41 gesteuert. Die Gatterstruktur nach Fig. 5(c) ist die gleiche wie die Gatterstruktur gemäß Fig. 5(b) mit der Ausnahme, dass die Relativlage der Metallschicht 41 und der Isolationsschicht 42 vertauscht ist. Die Gatterstruktur gemäß Fig. 5(d) ist eine alternative Konstruktion der Gatterstruk tur gemäß Fig. 5(b) und Fig. 5(c), welche eine erste Metall schicht 411, eine Isolationsschicht 42 und eine zweite Me tallschicht 412 umfaßt. Die x-Koordinate der Adresse zum Emittieren von Licht wird durch die erste Metallschicht 411 und die y-Koordinate der Adresse zum Emittieren von Licht von der zweiten Metallschicht 412 bestimmt. Die Gatterstruktur gemäß Fig. 5(e) ist eine abgewandelte Konstruktion der Gat terstruktur gemäß Fig. 5(d) und enthält eine erste Metall schicht 411, eine erste Isolation 421, eine zweite Metall schicht 412, eine zweite Isolationsschicht 422 und eine drit te Metallschicht 413. Der Adressiermechanismus gemäß Fig. 5(e) ist der gleiche wie der gemäß Fig. 5(d). Was die Funkti on der dritten Metallschicht 413 betrifft, so wird diese ver wendet, um das emittierte Licht auf einen Punkt zu fokussie ren.

Die Fig. 6(a) - 6(c) zeigen drei Adressiermechanismen der lichtemittierenden Zelle nach vorliegender Erfindung. Fig. 6(a) zeigt einen Gatteradressiermechanismus. Die erste Me tallschicht 521 des Gatters bestimmt die x-Koordinate der Adresse zum Emittieren von Licht, während die zweite Metall schicht 523 des Gatters die y-Koordinate der Adresse zum Emittieren von Licht festlegt. Der ausgesandte Elektronen strahl kann wahlweise durch das Gatter an einer speziellen Adresse hindurchgelangen, welche durch die erste Metall schicht 521 und die zweite Metallschicht 522 festgelegt ist und dann auf den Phosphor auftreffen.

Fig. 6(b) zeigt einen anderen Gatteradressiermechanismus für die lichtemittierende Zelle nach vorliegender Erfindung. Die Metallschicht 525 des Gatters bestimmt die x-Koordinate (y-. Koordinate) der Adresse zum Emittieren von Licht und die Koh lenstoffnanoröhrenschicht 511 bestimmt die y-Koordinate (x- Koordinate) zum Emittieren von Licht. Fig. 6(c) zeigt einen Kathodenadressiermechanismus für die lichtemittierende Zelle nach vorliegender Erfindung. Die Adresse zum Emittieren von Licht wird durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht 51 mit ei nem Steuerkreis 56, der mit dieser verbunden ist, bestimmt. Der Steuerkreis 56 kodiert das Steuersignal S und steuert dann die einzelnen Kohlenstoffnanoröhren 511 zum Abgeben der Elektronen. Die freigesetzten Elektronen werden durch das an gelegte elektrische Feld beschleunigt, um das Gatter 52 zu durchdringen und auf die Phosphorschicht 53 zum Emittieren von Licht aufzutreffen.

Zusammengefaßt nutzt die lichtemittierende Zelle nach vorlie gender Erfindung die Kohlenstoffnanoröhre zum Freisetzen von Elektronen bei einem geringen elektrischen Feld und emittiert die Elektronen zum Auftreffen auf den Phosphor, so dass sie die Eigenschaften eines hohen Leuchtwirkungsgrades, eines ge ringen Energieverbrauchs und einer hohen Auflösung aufweist. Folglicherweise ist sie geeignet, um zur Herstellung eines großen Displays verwendet zu werden.

Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist offensichtlich, dass diese und andere Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, wie er in den Pa tentansprüchen definiert ist.

Claims

1. Lichtemittierende Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Zelle folgende Bestandteile umfaßt:
ein lichtemittierendes Material (12), welches in Abhängigkeit von der Kollision mit einem Elektronenstrahl Licht emittieren kann; und
eine elektronenemittierende Einheit, welche als Elektronen quelle zum Freisetzen eines Elektronenstrahls und Aussenden eines Elektronenstrahls zum Auftreffen auf das lichtemittie rende Material (12) eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht (18) aufweist.

2. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das lichtemittierende Material aus Phosphor hergestellt ist.

3. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Zelle ferner ein Paneel (13) zum Anbringen des lichtemittierenden Materials auf die sem aufweist.

4. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Einheit ein Substrat (17) mit einer leitenden Leiterschicht (19) darauf ausgebildet aufweist, um die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (18) auf der leitenden Leiterschicht (19) zu formen.

5. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat (17) ein Glassubstrat ist.

6. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat (17) ein keramisches Substrat ist.

7. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Zelle ferner einen Ab standshalter (15) zum Trennen des Paneels (13) von dem Sub strat (17) umfaßt.

8. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Abstandshalter (15) aus Glas besteht.

9. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Zelle ferner eine schwarze Matrix (11) umfaßt, welche nahe dem lichtemittieren den Material (12) zur Verstärkung des Kontrasts angeordnet ist.

10. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Zelle ferner eine Me tallschicht (14) aufweist, die an der Oberfläche des licht emittierenden Materials (12) und der schwarzen Matrix (11) angebracht ist, um die Reflexion zu verstärken.

11. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die Metallschicht (14) aus Aluminium besteht.

12. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Einheit ferner ein Gat ter (16) umfaßt, welches oberhalb der Kohlenstoffnanoröhren schicht (18) geformt ist, um den Elektronenstrahl zum Auf treffen gegen das lichtemittierende Material (12) an einer spezifischen Adresse zu steuern.

13. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Elektronenstrahl dadurch erzeugt wird, dass ein elektrisches Feld an den Elektronenstrahl angelegt wird, um den Elektronenstrahl zu beschleunigen.

14. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass das elektrische Feld eine Intensität von 0,8 V/µm aufweist.

15. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die elektronenemittierende Einheit durch die folgenden Schritte gebildet wird:
Formen einer Kohlenstoffnanoröhrenschicht (62) auf einem Sub strat (61), welches eine darauf ausgebildete leitende Leiter schicht aufweist;
Formen einer dielektrischen Schicht (63) auf der Kohlen stoffnanoröhrenschicht (62)
Formen einer Leiterschicht (64) auf der dielektrischen Schicht (63);
Formen einer Schutzschicht (65) auf der Leiterschicht (64) Übertragen eines Musters auf die Schutzschicht (65);
Entfernen eines Teils der Schutzschicht (65) entsprechend dem Muster;
Entfernen des nicht durch die Schutzschicht bedeckten Teils der dielektrischen Schicht (63) und der Leiterschicht (64); und
Abstreifen der verbleibenden Schutzschicht (65).

16. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (62) durch ein Druckverfahren hergestellt ist.

17. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die dielektrische Schicht 63 aus einem Isola tionsmaterial besteht.

18. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Isolationsmaterial ein Glas ist.

19. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Isolationsmaterial ein keramischer Stoff ist.

20. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die dielektrische Schicht (63) durch ein Druckverfahren hergestellt ist.

21. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leiterschicht (64) aus einem aus der aus Silber, Nickel und Platin bestehenden Gruppe gewählten Mate rial besteht.

22. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leiterschicht (64) durch ein Druckverfah ren hergestellt ist.

23. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leiterschicht (64) durch ein Verdampfungs verfahren hergestellt ist.

24. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schutzschicht (65) aus einem fotoresisten ten Material besteht.

25. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schutzschicht (65) durch ein Wirbelüber zugsverfahren geformt ist.

26. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Muster auf die Schutzschicht (65) durch ein lithografisches Verfahren übertragen wird.

27. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Muster auf die Schutzschicht (65) durch ein Druckverfahren übertragen wird.

28. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass der nicht durch die Schutzschicht bedeckte Teil der dielektrischen Schicht (63) und der Leiterschicht (64) durch ein Sandstrahlverfahren entfernt wird.

29. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gatter (16) aus einem Netzwerksleiter be steht.

30. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 29, dadurch gekenn zeichnet, dass die x-Koordinate und die y-Koordinate der spe zifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Kohlen stoffnanoröhrenschicht (51) mit einem mit dieser verbundenen Steuerkreis (56) bestimmt wird.

31. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gatter (16) eine Isolationsschicht (42) und eine darauf geformte Metallschicht (41) umfaßt.

32. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 31, dadurch gekenn zeichnet, dass die x-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Metallschicht (525) und die y- Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (511) festgelegt wird.

33. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 31, dadurch gekenn zeichnet, dass die y-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Metallschicht (525) und die x- Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (511) festgelegt wird.

34. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gatter eine Metallschicht (41) und eine darauf geformte Isolationsschicht (42) aufweist.

35. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 34, dadurch gekenn zeichnet, dass die x-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Metallschicht (525) und die y- Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (511) festgelegt wird.

36. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 34, dadurch gekenn zeichnet, dass die y-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Metallschicht (525) und die x- Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die Kohlenstoffnanoröhrenschicht (511) festgelegt wird.

37. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gatter eine Isolationsschicht (42) auf weist, welche zwischen einer ersten Metallschicht (411) und einer zweiten Metallschicht (412) ausgebildet ist.

38. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 37, dadurch gekenn zeichnet, dass die x-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die erste Metallschicht (521) und die y-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die zweite Metallschicht (523) festgelegt wird.

39. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gatter eine erste Isolationsschicht (421), die zwischen einer ersten Metallschicht (411) und einer zwei ten Metallschicht (412) geformt ist und eine zweite Isolati onsschicht (422), die zwischen der zweiten Metallschicht (412) und einer dritten Metallschicht (413) geformt ist, auf weist.

40. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 39, dadurch gekenn zeichnet, dass die x-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die erste Metallschicht (521) und die y-Koordinate der spezifischen Adresse zum Aussenden von Licht durch die zweite Metallschicht (523) festgelegt wird.

41. Lichtemittierende Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die lichtemittierende Zelle in einer Vakuumum gebung eingeschlossen ist.

42. Verfahren zum Emittieren von Licht, dadurch gekennzeich net, dass das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines lichtemittierenden Materials (12), wel ches in Abhängigkeit von der Kollision mit einem Elektronen strahl Licht emittieren kann;
Bereitstellen einer elektronenemittierenden Einheit, welche eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht (18) aufweist als Elektro nenquelle zum Freigeben eines Elektronenstrahls; und
Emittieren des Elektronenstrahls, um auf das lichtemittieren de Material (12) aufzutreffen.

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Material (12) aus Phosphor hergestellt ist.

44. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl dadurch erzeugt wird, dass ein elektri sches Feld zwischen dem Elektronenstrahl angelegt wird, um den Elektronenstrahl zu beschleunigen.

45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeich net, dass das elektrische Feld eine Intensität von 0,8 V/µm aufweist.