DE602004006701T2

DE602004006701T2 - Feldemissionsanzeige

Info

Publication number: DE602004006701T2
Application number: DE602004006701T
Authority: DE
Inventors: Tae-Sik Oh
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: KR20050051532A; EP1542258A2; EP1542258B1; US7446464B2; US20080290782A1; EP1542258A3; CN1622271A; DE602004006701D1; JP2005158696A; US20050116612A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feldemissionsanzeige und insbesondere eine Feldemissionsanzeige mit einer Emitterstruktur, die Fokussierungseigenschaften von Elektronenstrahlen verbessert.
Anzeigevorrichtungen, die einen der wichtigsten Teile in herkömmlichen Datenübertragungsmedien ausmachen, werden in Personalcomputern und Fernsehempfängern verwendet. Die Anzeigevorrichtungen beinhalten Kathodenstrahlröhren (CRTs, cathode ray tubes), die Hochgeschwindigkeitswärmeelektronenemission anwenden, und Flachbildschirme, wie Flüssigkristallanzeigen (LCD, liquid crystal display), Plasmaanzeigen (PDP, Plasma display panel) und Feldemissionsanzeigen (FED, field emission display), die sich in den letzten Jahren schnell entwickelt haben.
Unter den Flachbildschirmen ist eine FED eine Anzeigevorrichtung, die es ermöglicht, dass ein Emitter in regelmäßigen Intervallen auf einer Kathodenelektrode angeordnet ist, so dass Elektronen durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes an den Emitter emittiert werden und durch Kollision der Elektronen mit einem fluoreszierenden Material, das auf die Oberfläche der Anodenelektrode aufgetragen ist, Licht ausgestrahlt wird. Da die FED unter Verwendung des Emitters als Elektronenquelle darauf Bilder formt und anzeigt, kann die Qualität der Bilder in Abhängigkeit vom Material und der Struktur der Emitter beträchtlich schwanken.
Frühere FEDs verwenden eine Metallspitze (oder eine Mikrospitze) vom Spindt-Typ, die auf Molybdän (Mo) als Emitter ausgebildet ist. Um einen solchen Emitter mit Metallspitze in einer FED anzuordnen, sollte jedoch eine ultramikroskopische Vertiefung ausgebildet werden und es sollte das Molybdän gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche eines Bild schirms abgeschieden werden, was die Anwendung schwieriger Techniken und teueren Geräts erfordert und dadurch zu einer Erhöhung der Fertigungskosten führt. Deshalb gibt es eine klare Einschränkung bei der Fertigung eines FED für breite Bildschirme.
In der FED-Industrie wird Forschung zu Verfahren zum Ausbilden eines flachen Emitters einer FED unternommen, der ausreichende Mengen an Elektronen selbst bei niedriger Betriebsspannung emittieren kann und schließlich Prozesse zur Fertigung von FED vereinfachen kann.
Aktuelle Trends in der FED-Industrie zeigen, dass auf Kohlenstoff basierte Materialien, zum Beispiel Graphit, Diamant, diamantartiger Kohlenstoff (DLC), Fulleren (C₆₀) oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs), zur Fertigung eines flachen Emitters geeignet sind, und insbesondere die CNTs werden als höchst wünschenswert betrachtet, weil sie selbst bei einer niedrigen Betriebsspannung erfolgreich Elektronen emittieren können.
Die 1A und 1B sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer herkömmlichen FED. Mit Bezug zu den 1A und 1B weist die herkömmliche FED eine Triodenstruktur auf, die aus einer Kathodenelektrode 12, einer Anodenelektrode 22 und einer Gate-Elektrode 14 zusammengesetzt ist. Die Kathodenelektrode 12 und die Gate-Elektrode 14 sind auf einem hinteren Substrat 11 ausgebildet und die Anodenelektrode 22 ist an der Unterseite eines vorderen Substrats 21 ausgebildet. Eine fluoreszierende Schicht 23 ist aus R-, G- und B-Fluoreszenzmaterialien gebildet und eine Schwarzmatrix 24 ist auf der Unterseite der Anodenelektrode 22 ausgebildet, um den Kontrast zu erhöhen. Das hintere Substrat 11 und das vordere Substrat 21 sind in einem vorgegebenen Abstand voneinander entfernt. Der vorgegebene Abstand zwischen dem hinteren Substrat 11 und dem vorderen Substrat 21 wird dadurch eingehalten, dass ein Abstandhalter 31 zwischen dem hinteren Substrat 11 und dem vorderen Substrat 21 angeordnet ist. Bei der Herstellung der herkömmlichen FED wird die Kathodenelektrode 12 auf dem hinteren Substrat 11 ausgebildet, eine Isolierschicht 13 und die Gate-Elektrode 14, die beide winzige Aperturen 15 darin aufweisen, werden auf dem hinteren Substrat 11 abgeschieden und ein Emitter 16 wird in jeder der Aperturen 15 auf der Kathodenelektrode 12 ausgebildet.
Die herkömmliche FED kann jedoch die Farbreinheit und allgemeine Bildqualität aus den folgenden Gründen mindern. Der Großteil der vom Emitter 16 emittierten Elektronen kommen von Kanten des Emitters 16. Die Elektronen werden in einen Elektronenstrahl umgewandelt und der Elektronenstrahl wandert zur fluoreszierenden Schicht 23. Wenn er jedoch zur fluoreszierenden Schicht 23 wandert, kann der Elektronenstrahl aufgrund einer Spannung von einigen Dutzend Volt, die an der Gate-Elektrode 14 angelegt sind, dispergieren, in welchem Fall der Elektronenstrahl nicht nur ein fluoreszierendes Material eines gewünschten Pixels beleuchtet, sondern auch fluoreszierendes Material von Pixeln neben dem gewünschten Pixel.
Um die Tendenz des vom Emitter emittierten Elektronenstrahls zum Dispergieren zur fluoreszierenden Schicht 23 zu minimieren, können eine Mehrzahl von Emittern, die jeweils eine kleinere Fläche aufweisen als der einem Pixel entsprechende Emitter 16, in jeder der Aperturen 15 auf der Kathodenelektrode 12 angeordnet werden. In diesem Fall besteht jedoch eine deutliche Einschränkung für die Ausbildung einer Mehrzahl von Emittern in jedem Pixel mit einer bestimmten Größe, da die Gesamtfläche des Emitters 16 zum Beleuchten eines fluoreszierenden Materials eines Pixels abnimmt und ein Elektronenstrahl nicht ausreichend fokussiert wird.
Um zu verhindern, dass der Elektronenstrahl dispergiert, wenn er zu einer fluoreszierenden Schicht wandert, wurden andere herkömmliche FEDs mit Strukturen vorgeschlagen, die entsprechend in den 2A bzw. 2B dargestellt sind. Die herkömmlichen FEDs der 2A und 2B beinhalten jeweils eine zusätzliche Elektrode, die nahe einer Gate-Elektrode angeordnet ist, um die Fokussierungseigenschaften von Elektronenstrahlen zu verbessern.
Insbesondere ist bei der herkömmlichen FED von 2A eine Fokussierungselektrode 54, die ringförmig ist, um eine Gate-Elektrode 53 angeordnet. Bei der herkömmlichen FED von 2B ist eine doppelte Gatestruktur umfassend eine untere Gate-Elektrode 63 und eine obere Gate-Elektrode 64 so vorgesehen, dass sie die Elektronenstrahlen fokussiert. Die herkömmlichen FEDs der 2A und 2B weisen jedoch eine relativ komplizierte Struktur auf. Außerdem hat sich die Struktur der herkömmlichen FED von 2A oder 2B, in der ein Emitter 52 oder 62, der eine metallische Mikrospitze ist, auf einer Kathodenelektrode 51 oder 61 ausgebildet ist, noch nicht als ausreichend ergiebig gezeigt, was ihre Anwendung bei einer FED mit einem flachen Emitter angeht.
Indessen offenbart US-Patent Nr. 5,552,659 einen Elektronenemitter, der die Elektronenemissionsdivergenz durch Vorsehen von Einschränkungen beim Verhältnis zwischen der Dicke einer nicht isolierenden Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, wo der Elektronenemitter ausgebildet ist, und der Dicke einer dielektrischen Schicht und beim Verhältnis zwischen dem Durchmesser eines durch die nicht isolierende Schicht ausgebildeten Durchtritts, der dielektrischen Schicht und einer Gate-Schicht, die auf der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, und der Dicke der nicht isolierenden Schicht reduziert. Es ist jedoch sehr schwierig, den Elektronenemitter herzustellen, weil der Elektronenemitter eine sehr komplizierte Struktur aufweist, bei der eine Mehrzahl von Durchtritten ausgebildet werden, die jedem Pixel entsprechen, und eine Mehrzahl von Elektronenemittern in jedem der Durchtritte ausgebildet wer den. Außerdem gibt es räumliche Einschränkungen beim Herstellen des Elektronenemitters. Deshalb gibt es eine Grenze bei der Maximierung der Anzahl und Fläche von Emittern, die jedem Pixel entsprechen, und die Lebensdauer der Emitter kann verkürzt werden, wenn die Emitter über eine lange Zeit betrieben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Feldemissionsanzeige (FED) zur Verfügung, die die Fokussierungseigenschaften von Elektronenstrahlen verbessern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Feldemissionsanzeige (FED) nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Die FED beinhaltet ein erstes Substrat, eine Kathodenelektrode ausgebildet auf dem ersten Substrat, eine leitfähige Schicht ausgebildet über der Kathodenelektrode, so dass sie eine erste Apertur aufweist, durch die die Kathodenelektrode teilweise freigelegt ist, eine Isolierschicht ausgebildet auf der leitfähigen Schicht, so dass sie eine zweite Apertur aufweist, die mit der ersten Apertur verbunden ist, eine Gate-Elektrode ausgebildet auf der Isolierschicht, so dass sie eine dritte Apertur aufweist, die mit der zweiten Apertur verbunden ist, Emitter ausgebildet auf der Kathodenelektrode, die durch die erste Apertur freigelegt sind, wobei die Emitter in einem bestimmten Abstand voneinander auf beiden Seiten der ersten Apertur angeordnet sind, und ein zweites Substrat so angeordnet, dass es mit einem bestimmten Abstand dazwischen dem ersten Substrat zugewandt ist, wobei auf dem zweiten Substrat eine Anodenelektrode und eine fluoreszierende Schicht mit einer bestimmten Struktur ausgebildet sind.
Es kann ein Hohlraum in der Kathodenelektrode zwischen den Emittern so ausgebildet sein, dass das erste Substrat durch diesen hindurch freigelegt werden kann.
Die erste, zweite und dritte Apertur und der Hohlraum können Rechtecke sein, die sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode erstrecken.
Die Breiten der dritten und zweiten Apertur können größer sein als die Breite der ersten Apertur und die Breite des Hohlraums geringer sein als die Breite der ersten Apertur.
Der bestimmte Abstand zwischen den Emittern kann geringer sein als die Breite der ersten Apertur und die Breite des Hohlraums kann geringer sein als der bestimmte Abstand zwischen den Emittern.
Die Breite der dritten Apertur kann gleich sein wie die Breite der zweiten Apertur.
Die Breite der dritten Apertur kann größer sein als die Breite der zweiten Apertur.
Es können leitfähige Schichten auf beiden Seiten der Kathodenelektrode ausgebildet sein und sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode erstrecken, und die erste Apertur kann zwischen den leitfähigen Schichten ausgebildet sein.
Es können leitfähige Schichten auf beiden Seiten der Kathodenelektrode so ausgebildet sein, dass sie eine bestimmte Länge aufweisen, und die erste Apertur kann zwischen den leitfähigen Schichten ausgebildet sein.
Die leitfähige Schicht kann auf der Kathodenelektrode so ausgebildet sein, dass sie die erste Apertur umgibt.
Die leitfähige Schicht kann eine Isoliermaterialschicht aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie eine Oberseite und Seitenflächen der Kathodenelektrode bedeckt, und eine Metallschicht, die auf der Isoliermaterialschicht ausgebildet ist.
Eine Mehrzahl von ersten Aperturen, eine Mehrzahl von zweiten Aperturen und eine Mehrzahl von dritten Aperturen können für jedes Pixel ausgebildet sein, und die Emitter können in jeder der Mehrzahl von Aperturen ausgebildet sein.
Die Emitter können aus einem Material auf Kohlenstoffbasis ausgebildet sein.
Die Emitter können aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Feldemissionsanzeige (FED) zur Verfügung gestellt. Die FED beinhaltet ein erstes Substrat, eine Kathodenelektrode ausgebildet auf dem ersten Substrat, eine leitfähige Schicht ausgebildet über der Kathodenelektrode, so dass sie eine erste kreisförmige Apertur aufweist, durch die die Kathodenelektrode teilweise freigelegt ist, eine Isolierschicht ausgebildet auf der leitfähigen Schicht, so dass sie eine zweite kreisförmige Apertur aufweist, die mit der ersten kreisförmigen Apertur verbunden ist, eine Gate-Elektrode ausgebildet auf der Isolierschicht, so dass sie eine dritte kreisförmige Apertur aufweist, die mit der zweiten kreisförmigen Apertur verbunden ist; einen Emitter ausgebildet als Ring auf der Kathodenelektrode, der durch die erste kreisförmige Apertur freigelegt ist, wobei der Emitter entlang einem Innenumfang der ersten kreisförmigen Apertur angeordnet ist, und ein zweites Substrat so angeordnet, dass es mit einem bestimmten Abstand dazwischen dem ersten Substrat zugewandt ist, wobei auf dem zweiten Substrat eine Anodenelektrode und eine fluoreszierende Schicht mit einer bestimmten Struktur ausgebildet sind.
Es kann ein Hohlraum in der Kathodenelektrode im Emitter kreisförmig ausgebildet sein, so dass das erste Substrat hier hindurch freigelegt werden kann.
Es kann eine Mehrzahl von ersten kreisförmigen Aperturen, eine Mehrzahl von zweiten kreisförmigen Aperturen und eine Mehrzahl von dritten kreisförmigen Aperturen für jedes Pixel ausgebildet sein und die Emitter können in jeder der Mehrzahl von ersten kreisförmigen Aperturen ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Feldemissionsanzeige (FED) zur Verfügung gestellt. Die FED beinhaltet ein erstes Substrat, eine Kathodenelektrode ausgebildet auf dem ersten Substrat, eine auf der Kathodenelektrode ausgebildete Isoliermaterialschicht, eine leitfähige Schicht ausgebildet auf der Isoliermaterialschicht, eine erste Apertur ausgebildet durch die Isoliermaterialschicht und die leitfähige Schicht, so dass die Kathodenelektrode teilweise freigelegt werden kann, eine Isolierschicht ausgebildet auf der leitfähigen Schicht, so dass sie eine zweite Apertur aufweist, die mit der ersten Apertur verbunden ist, eine Gate-Elektrode ausgebildet auf der Isolierschicht, so dass sie eine dritte Apertur aufweist, die mit der zweiten Apertur verbunden ist, Emitter ausgebildet auf der Kathodenelektrode, die durch die erste Apertur freigelegt ist, wobei die Emitter zu beiden Seiten der ersten Apertur angeordnet sind, so dass sie in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt sind, und ein zweites Substrat so angeordnet, dass es mit einem bestimmten Abstand dazwischen dem ersten Substrat zugewandt ist, wobei auf dem zweiten Substrat eine Anodenelektrode und eine fluoreszierende Schicht mit einer bestimmten Struktur ausgebildet sind.
Die leitfähige Schicht kann von der Kathodenelektrode durch die Isoliermaterialschicht isoliert sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Feldemissionsanzeige (FED) zur Verfügung gestellt. Die FED beinhaltet ein erstes Substrat, eine Kathodenelektrode ausgebildet auf dem ersten Substrat, eine auf der Kathodenelektrode ausgebildete Isoliermaterialschicht, eine leitfähige Schicht ausgebildet auf der Isoliermaterialschicht, eine erste kreisförmige Apertur ausgebildet durch die Isoliermaterialschicht und die leitfähige Schicht, so dass die Kathodenelektrode teilweise freigelegt werden kann, eine Isolierschicht ausgebildet auf der leitfähigen Schicht, so dass sie eine zweite kreisförmige Apertur aufweist, die mit der ersten kreisförmigen Apertur verbunden ist, eine Gate-Elektrode ausgebildet auf der Isolierschicht, so dass sie eine dritte kreisförmige Apertur aufweist, die mit der zweiten Apertur verbunden ist, einen Emitter ausgebildet als Ring auf der Kathodenelektrode, die durch die erste kreisförmige Apertur freigelegt ist, wobei der Emitter entlang einem Innenumfang der ersten kreisförmigen Apertur angeordnet ist, und ein zweites Substrat so angeordnet, dass es mit einem bestimmten Abstand dazwischen dem ersten Substrat zugewandt ist, wobei auf dem zweiten Substrat eine Anodenelektrode und eine fluoreszierende Schicht mit einer bestimmten Struktur ausgebildet sind.
Die leitfähige Schicht kann von der Kathodenelektrode durch die Isoliermaterialschicht isoliert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich durch eine ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1A und 1B eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer herkömmlichen Feldemissionsanzeige (FED) sind;
2A und 2B Querschnittsansichten weiterer herkömmlicher FEDs sind;
3 eine Querschnittsansicht einer FED gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Draufsicht der FED von 3 ist;
5A, 5B und 5C Perspektivansichten von drei Beispielen einer leitfähigen Schicht sind, die auf jeder Kathodenelektrode der FED von 3 ausgebildet sind;
6, 7 und 8 Querschnittsansichten von Variationen der FED von 3 sind;
9 eine Draufsicht einer FED gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Draufsicht einer FED gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
11A, 11B und 11C Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der herkömmlichen FED von 1 darstellen;
12A, 12B und 12C Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 3 für einen Fall darstellen, bei dem kein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist;
13A, 13B und 13C Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 3 für einen Fall darstellen, bei dem ein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist;
14A, 14B und 14C Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 3 für einen Fall darstel len, bei dem die Breite des Hohlraums, der in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist, verändert wurde;
15A, 15B und 15C Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 7 darstellen; und
16A und 16B Schaubilder sind, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 8 darstellen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. In den Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente dar.
Die 3 und 4 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer Feldemissionsanzeige (FED) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug zu den 3 und 4 beinhaltet die FED zwei Substrate, d. h. ein erstes Substrat 110, das als hinteres Substrat bezeichnet wird, und ein zweites Substrat 120, das als vorderes Substrat bezeichnet wird. Das hintere Substrat 110 und das vordere Substrat 120 sind so ausgebildet, dass sie mit einem bestimmten Abstand dazwischen einander zugewandt sind. Ein Abstandhalter 130 ist zwischen dem hinteren Substrat 110 und dem vorderen Substrat 120 so angeordnet, dass der bestimmte Abstand dazwischen eingehalten werden kann. Das hintere und das vordere Substrat 110 und 120 sind typischerweise aus Glassubstraten gebildet.
Eine Struktur, die Elektronen emittieren kann, ist auf dem hinteren Substrat 110 ausgebildet und eine Struktur, die unter Verwendung der emittierten Elektronen Bilder realisieren kann, ist auf dem vorderen Substrat 120 ausgebildet.
Insbesondere sind eine Mehrzahl von Kathodenelektroden 111 auf dem hinteren Substrat 110 in regelmäßigen Intervallen in einer bestimmten Struktur angeordnet, zum Beispiel als Streifen. Die Kathodenelektroden 111 sind durch Abscheiden eines leitfähigen metallischen Materials oder eines transparenten leitfähigen Materials, wie Indiumzinnoxid (ITO), auf dem hinteren Substrat 110 auf eine Dicke von beispielsweise einigen Hundert bis einigen Tausend Å und Strukturieren des abgeschiedenen leitfähigen metallischen Materials oder transparenten leitfähigen Materials in Streifen ausgebildet. Das Material der Kathodenelektroden 111 kann in Abhängigkeit davon bestimmt sein, wie Emitter 115 ausgebildet werden, was später ausführlicher beschrieben wird.
Es sind bevorzugt Hohlräume 111a in den Kathodenelektroden 111 ausgebildet, so dass das hintere Substrat 110 durch diese hindurch freigelegt werden kann. Jeder der Hohlräume 111a ist zwischen Emittern 115 angeordnet. Die Hohlräume 111a können so ausgebildet sein, dass sie jeweils einem der Pixel 125 entsprechen. Außerdem können die Hohlräume 111a unter Berücksichtigung der Form ihrer jeweiligen Pixel 124 als Rechtecke ausgebildet sein, die sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode 111, d. h. eine Y-Richtung, weiter erstrecken als in die seitliche Richtung der Kathodenelektroden 111, d. h. eine X-Richtung.
Eine leitfähige Schicht 112 ist auf jeder der Kathodenelektroden 111 so ausgebildet, dass sie mit jeder der Kathodenelektroden 111 elektrisch verbunden ist. Die leitfähige Schicht 112 kann auf eine Dicke von ungefähr 2 bis 5 μm ausgebildet sein, indem eine leitfähige Paste auf jede der Kathodenelektroden 111 unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens aufgetragen und die leitfähige Paste bei einer bestimmten Temperatur plastifiziert wird. Erste Aperturen 112a, durch die die Kathodenelektroden 111 teilweise freigelegt werden, sind in der leitfähigen Schicht 112 ausgebildet. Die ersten Aperturen 112a können als Rechtecke ausgebildet sein, die sich in die Längsrichtung der Kathodenelekt roden 111 (d. h. die Y-Richtung) weiter erstrecken als in die seitliche Richtung der Kathodenelektroden 111 (d. h. die X-Richtung), so dass sie einem der Pixel 125 entsprechen. In einem Fall, bei dem die Hohlräume 111a in der Kathodenelektrode 111 wie oben beschrieben ausgebildet sind, sind die ersten Aperturen 112a so ausgebildet, dass sie eine Breite W₁ aufweisen, die größer ist als eine Breite W_C von Hohlräumen 111a, so dass sie mit ihren jeweiligen Hohlräumen 111a verbunden werden können.
Eine Isolierschicht 113 ist auf der leitfähigen Schicht 112 ausgebildet. Die Isolierschicht 113 ist auf der gesamten Oberfläche des hinteren Substrats 110 so ausgebildet, dass nicht nur die Oberseite der leitfähigen Schicht 112, sondern auch das zwischen den Kathodenelektroden 111 freigelegte hintere Substrat 110 mit der Isolierschicht 113 bedeckt sein kann, wie es in 3 gezeigt ist. Die Isolierschicht 113 kann auf eine Dicke von ungefähr 10 bis 20 μm ausgebildet sein, indem ein pastenartiges Isoliermaterial (auf das hintere Substrat 110) unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens aufgetragen und das Isoliermaterial bei einer bestimmten Temperatur plastifiziert wird. Es sind zweite Aperturen 113a in der Isolierschicht 113 so ausgebildet, dass sie mit ihren entsprechenden ersten Aperturen 112a verbunden werden können. Die zweiten Aperturen 113a können als Rechtecke ausgebildet sein, die sich in die Längsrichtung der Kathodenelektroden 111 (d. h. die Y-Richtung) weiter erstrecken als in die seitliche Richtung der Kathodenelektroden 111 (d. h. die X-Richtung), so dass sie jeweils einem der Pixel 125 entsprechen. Außerdem sind die zweiten Aperturen 113a so ausgebildet, dass sie eine Breite W₂ aufweisen, die größer ist als die Breite W₁ der ersten Aperturen 112a. Dementsprechend ist die leitfähige Schicht 112 durch die zweiten Aperturen 113a teilweise freigelegt.
Eine Mehrzahl von Gate-Elektroden 114 sind auf der Isolierschicht 113 in regelmäßigen Intervallen in einer bestimmten Struktur, zum Beispiel als Streifen ausgebildet. Die Gate-Elektroden 114 erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Kathodenelektroden 111 (der Y-Richtung) d. h. in die X-Richtung. Die Gate-Elektroden 114 können durch Abscheiden eines leitfähigen Metalls, z. B. Chrom (Cr), auf der Isolierschicht 113 unter Verwendung eines Sputterverfahrens und Strukturieren des leitfähigen Metalls in Streifen ausgebildet werden. Dritte Aperturen 114a, die mit ihren entsprechenden zweiten Aperturen 113a verbunden sind, sind jeweils bei den Gate-Elektroden 114 ausgebildet. Die dritten Aperturen 114a weisen die gleiche Form auf wie die zweiten Aperturen 113a. Die dritten Aperturen 114a können eine Breite W₃ aufweisen, die gleich der Breite W₂ der zweiten Aperturen 113a ist.
Die Emitter 115 sind auf jeder der Kathodenelektroden 111 ausgebildet, die durch die ersten Aperturen 112a freigelegt sind. Die Emitter 115 sind so ausgebildet, dass sie eine geringere Dicke aufweisen als die leitfähige Schicht 112 und auf den Kathodenelektroden 111 flach liegen. Die Emitter 115 emittieren Elektronen, wenn sie mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden, das durch eine Spannung erzeugt ist, die zwischen den Kathodenelektroden 111 und den Gate-Elektroden 114 angelegt ist. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Emitter 115 aus einem Material auf Kohlenstoffbasis gebildet, zum Beispiel Graphit, Diamant, diamantartigem Kohlenstoff (DLC), Fulleren (C₆₀) oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs). Bevorzugt sind die Emitter 115 aus CNTs gebildet, insbesondere so, dass sie selbst bei einer niedrigen Betriebsspannung gleichmäßig Elektronen emittieren können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Emitter 115 zu beiden Seiten jeder der ersten Aperturen 112a so angeordnet, dass sie in einer bestimmten Entfernung voneinander beabstandet sind. Zum Beispiel können zwei Emitter 115 in einer ersten Apertur 112a in Kontakt mit Seitenflächen der leitfähigen Schicht 112 angeordnet sein, die durch die erste Apertur 112a freigelegt ist, und können als parallele Striche aus gebildet sein, die sich in Längsrichtung der ersten Aperturen 112a (d. h. in Y-Richtung) erstrecken. Dementsprechend weisen die Emitter 115 eine größere Fläche auf als die aus dem Stand der Technik und können daher eine längere Lebensdauer garantieren als die aus dem Stand der Technik, selbst wenn sie über eine lange Zeit betrieben werden. Darüber hinaus ist in einem Fall, bei dem der Hohlraum 111a zwischen den Emittern 115 wie oben beschrieben ausgebildet ist, eine Entfernung zwischen den Emittern 115 geringer als die Breite W₁ jeder der ersten Aperturen 112a, aber größer als die Breite W_C jedes der Hohlräume 111a.
Die Emitter 115 können auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Zum Beispiel können die Emitter 115 durch Auftragen einer photosensitiven CNT-Paste auf die Oberseite des hinteren Substrats 110, Einstrahlen von Ultraviolett(UV)-Strahlen auf die Unterseite des hinteren Substrats 110 zum selektiven Freilegen der photosensitiven CNT-Paste und Entwickeln der photosensitiven CNT-Paste ausgebildet werden. In diesem Fall sollten die Kathodenelektroden 111 aus einem transparenten leitfähigen Material gebildet sein, d. h. ITO, und die leitfähige Schicht 112 und die Isolierschicht 113 sollten aus einem undurchlässigen Material gebildet sein. Alternativ können die Emitter 115 auf folgende Weise ausgebildet werden. Eine Katalysatormetallschicht aus Ni oder Fe wird auf der Oberseite jeder der Kathodenelektroden ausgebildet, die durch die erste Apertur 112a freigelegt sind, und CNTs wachsen vertikal von der Oberfläche der Katalysatormetallschicht durch Zuführen eines Gases auf Kohlenstoffbasis, wie CH₄, C₂H₂ oder CO₂, zu der Katalysatormetallschicht. Als weitere Alternative können die Emitter 115 durch Abscheiden von Photoresist in der ersten Apertur 112a, Strukturieren des Photoresist, so dass der Photoresist nur auf bestimmten Teilen der Oberseiten der Kathodenelektroden verbleiben kann, an denen die Emitter 115 auszubilden sind, Auftragen einer CNT-Paste auf den verbliebenen Photoresist und Erwärmen des hinteren Substrats 110 auf eine bestimmte Temperatur, so dass die CNT-Paste mit dem verbliebenen Photoresist thermisch reagiert, ausgebildet werden. Das zweite und dritte Verfahren zum Ausbilden der Emitter 115 sind frei von der Einschränkung des ersten Verfahrens zum Ausbilden der Emitter 115 bezüglich der Materialien für die Kathodenelektroden 111, die leitfähige Schicht 112 und die Isolierschicht 113.
Die 5A, 5B und 5C stellen drei Beispiele der leitfähigen Schicht 112 dar, die auf einer der Kathodenelektroden 111 ausgebildet ist. Mit Bezug zu 5A sind leitfähige Schichten 112 jeweils auf beiden Seiten einer Kathodenelektrode 111 ausgebildet, so dass sie sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode 111 erstrecken, in welchem Fall eine erste Apertur 112a zwischen den leitfähigen Schichten 112 ausgebildet ist. Emitter 115 sind zwischen den leitfähigen Schichten 112 so ausgebildet, dass sie eine bestimmte Länge in Längsrichtung der leitfähigen Schichten 112 aufweisen und mit Seitenflächen der leitfähigen Schichten 112 in Kontakt kommen. Ein Hohlraum 111a ist in der Kathodenelektrode 111 zwischen den Emittern 115 so ausgebildet, dass er die gleiche Länge aufweist wie die Emitter 115.
Mit Bezug zu 5B sind leitfähige Schichten 112 auf jeder Seite einer Kathodenelektrode 111 so ausgebildet, dass sie eine bestimmte Länge aufweisen, und eine erste Apertur 112a ist dazwischen ausgebildet. In diesem Fall können die leitfähigen Schichten 112 auf die gleiche Länge wie die Emitter 115 ausgebildet sein.
Mit Bezug zu 5C ist eine leitfähige Schicht 112 auf einer Kathodenelektrode 111 so ausgebildet, dass sie die erste Apertur 112a vollständig umgibt. Alle vier Seitenwände einer ersten Apertur 112a sind durch die leitfähige Schicht 112 definiert. Dementsprechend sind die Emitter 115 von der leitfähigen Schicht 112 vollständig umgeben.
Nochmals mit Bezug zu den 3 und 4, ist eine Anodenelektrode 121 auf der Unterseite des vorderen Substrats 120 ausgebildet, die der Oberseite des hinteren Substrats 110 zugewandt ist, und fluoreszierende Schichten 122 sind aus R-, G- und B-fluoreszierenden Materialien auf der Anodenelektrode 121 ausgebildet. Die Anodenelektrode 121 ist aus einem transparenten leitfähigen Material, wie ITO, ausgebildet, so dass von den fluoreszierenden Schichten 122 emittierte sichtbare Strahlen hindurch treten können. Die fluoreszierenden Schichten 122 sind so ausgebildet, dass sie sich in Längsrichtung der Kathodenelektroden 111 erstrecken, d. h. in die Y-Richtung.
Es können Schwarzmatrices 123 in den fluoreszierenden Schichten 122 auf der Unterseite des vorderen Substrats 120 ausgebildet sein, um den Kontrast zu verbessern.
Eine metallische Dünnschicht 124 kann auf den fluoreszierenden Schichten 122 und Schwarzmatrices 123 ausgebildet sein. Die metallische Dünnschicht 124 ist aus Aluminium auf eine so geringe Dicke ausgebildet (z. B. einige Hundert Å), dass von den Emittern 115 emittierte Elektronen leicht passieren können. Die R-, G- und B-fluoreszierenden Materialien der fluoreszierenden Schichten 122 emittieren sichtbare Strahlen, wenn sie durch Elektronenstrahlen angeregt werden, die von den Emittern 115 emittiert sind, und die von den R-, G- und B-fluoreszierenden Materialien der fluoreszierenden Schichten 122 emittierten sichtbare Strahlen werden von der metallischen Dünnschicht 124 reflektiert. Auf diese Weise nimmt die Menge an sichtbarem Licht, das von der gesamten FED ausgestrahlt wird, zu, und schließlich nimmt auch die Helligkeit der gesamten FED zu.
In einem Fall, bei dem die metallische Dünnschicht 124 auf dem vorderen Substrat 120 ausgebildet ist, muss die Anodenelektrode 121 nicht notwendigerweise ausgebildet sein, weil die metallische Dünnschicht 124 als leitfähige Schicht, d. h. eine Anodenelektrode dienen kann, wenn eine Spannung daran angelegt wird.
Das hintere Substrat 110 und das vordere Substrat 120 sind in einem bestimmten Abstand voneinander gelegen, so dass die Emitter 115 den fluoreszierenden Schichten 122 zugewandt sein können. Das hintere Substrat 110 und das vordere Substrat 120 sind durch Auftragen eines Versiegelungsmaterials (nicht gezeigt) um sie herum miteinander verbunden. Wie oben beschrieben, ist der Abstandhalter 130 zwischen dem hinteren Substrat 110 und dem vorderen Substrat 120 so angeordnet, dass die bestimmte Entfernung zwischen dem hinteren Substrat 110 und dem vorderen Substrat 120 eingehalten ist.
Die Funktion der FED gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Wenn bestimmte Spannungen an die Kathodenelektroden 111, die Gate-Elektroden 114 und die Anodenelektrode 121 angelegt werden, bildet sich zwischen diesen ein elektrisches Feld, so dass von den Emittern 115 Elektronen emittiert werden. Hierbei werden eine Spannung von 0 bis minus Dutzenden Volt, eine Spannung von einigen bis Dutzenden von Volt und eine Spannung von Hunderten bis Tausenden von Volt an die Kathodenelektroden 111, die Gate-Elektroden 114 bzw. die Anodenelektroden 121 angelegt. Die leitfähige Schicht 112 ist mit der Oberseite der Kathodenelektroden 111 in Kontakt und daher wird die gleiche Spannung, die an die Kathodenelektroden 111 angelegt wird, an die leitfähige Schicht 112 angelegt. Die emittierten Elektronen werden in Elektronenstrahlen umgewandelt und die Elektronenstrahlen werden zu den fluoreszierenden Schichten 122 geleitet, so dass sie schließlich mit den fluoreszierenden Schichten 122 kollidieren. Als Folge davon werden die R-, G- und B-fluoreszierenden Materialien der fluoreszierenden Schichten 122 angeregt und emittieren sichtbare Strahlen.
Wie oben beschrieben, da die Emitter 115 zu beiden Seiten jeder der ersten Aperturen 112a angeordnet sind, werden Elektronenstrahlen, die aus den von den Emittern 115 emittierten Elektronen gebildet sind, eher fokussiert als breit gestreut. Da außerdem die leitfähige Schicht 112 zu beiden Seiten der Emitter 115 angeordnet ist, können Elektronenstrahlen, aufgrund eines von der leitfähigen Schicht 112 gebildeten elektrischen Feldes, effizient fokussiert werden.
Darüber hinaus kann der Hohlraum 111a in jeder der Kathodenelektroden 111 so ausgebildet sein, dass die Emitter 115 von Äquipotentiallinien eines elektrischen Feldes umgeben sein können, die um die Emitter 115 gebildet sind. Aufgrund des elektrischen Feldes nimmt die Stromdichte zu und ein Spitzenwert in der Stromdichte ist präzise in jedem der Pixel 125 der fluoreszierenden Schichten 122 gelegen. Es ist möglich, Elektronenstrahlen durch Einstellen der Breite W_C des Hohlraums 111a effizienter zu fokussieren.
Wie oben beschrieben, kann die Farbreinheit eines Bildes durch Verbessern der Fokussierung von Elektronenstrahlen, die von den Emittern 115 emittiert sind, verstärkt werden und die Helligkeit des Bildes kann durch präzises Platzieren eines Spitzenwerts in der Stromdichte in jedem der Pixel 125 verstärkt werden. Dadurch ist es möglich, eine Abbildung in hoher Bildqualität zu realisieren.
Vorteile der FED gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden später mit Bezug zu den 10A bis 13C ausführlicher beschrieben.
Die 6, 7 und 8 sind Querschnittsansichten von Variationen der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug zu 6 kann jede der dritten Aperturen 114a in den Gate- Elektroden 114 so ausgebildet sein, dass sie eine Breite W₃ aufweist, die größer ist als die Breite W₂ der zweiten Aperturen 113a, die in der Isolierschicht 113 ausgebildet sind. Durch Ausbilden der dritten Aperturen 114a so dass sie eine größere Breite aufweisen als die zweiten Aperturen 113a, kann die Entfernung zwischen den Kathodenelektroden 111 und ihren zugehörigen Gate-Elektroden 114 vergrößert werden und auf diese Weise können die Spannungswiderstandscharakteristiken der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert werden.
Mit Bezug zu 7 kann eine leitfähige Schicht 112' eine Isoliermaterialschicht 1121 umfassen, die auf jeder der Kathodenelektroden 111 ausgebildet ist, und eine Metallschicht 1122, die so ausgebildet ist, dass sie die Oberseite und Seitenflächen der Isoliermaterialschicht 1121 bedeckt, in welchem Fall die Metallschicht 1122 mit den Kathodenelektroden 111 elektrisch verbunden ist, so dass sie Basisfunktionen der leitfähigen Schicht 112' dient. Insbesondere kann die leitfähige Schicht 112' durch Ausbilden einer Isoliermaterialschicht 1121 auf jeder der Kathodenelektroden 111 und Ausbilden der Metallschicht 1122 auf der Isoliermaterialschicht 1121 durch ein Abscheide-, Sputter- oder Beschichtungsverfahren ausgebildet werden. Die Metallschicht 1122 kann als Passivierungsschicht dienen, die die leitfähige Schicht 112' vor einem Ätzmittel schützt, wenn die zweiten Aperturen 113a in der Isolierschicht 113 unter Verwendung des Ätzmittels ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung der leitfähigen Schicht 112' zu verhindern, die durch das Ätzmittel bedingt ist. Insbesondere kann die leitfähige Schicht 112 von 6 durch das Ätzmittel beschädigt werden, weil sie aus einer leitfähigen Paste gebildet ist. Die leitfähige Schicht 112' von 7 wird jedoch durch das Ätzmittel nicht nachteilig beeinflusst, weil ihre Oberfläche aus der Metallschicht 1122 gebildet ist.
Mit Bezug zu 8 ist eine Isoliermaterialschicht 1123 auf den Kathodenelektroden 111 gebildet und eine leitfähige Schicht 112'' ist auf der Oberseite der Isoliermaterialschicht 1123 so ausgebildet, dass die leitfähige Schicht 112'' so weit von den Kathodenelektroden 111 entfernt angeordnet sein kann, wie es der Dicke der Isoliermaterialschicht 1123 entspricht, und von den Kathodenelektroden 111 durch die Isoliermaterialschicht 1123 isoliert sein kann. In diesem Fall kann die leitfähige Schicht 112'' mit einer anderen Energiequelle als der mit den Kathodenelektroden 111 verbundenen Energiequelle verbunden werden und damit eine andere Spannung als die auf die Kathodenelektroden 111 angelegte Spannung der leitfähigen Schicht 112'' zugeführt werden. Dadurch ist es möglich, den Elektronenstrahlfokussierungseffekt der leitfähigen Schicht 112'' durch Steuerung der an die leitfähige Schicht 112'' angelegten Spannung, unabhängig von der an die Kathodenelektroden 111 angelegten Spannung, zu maximieren. Dementsprechend kann die leitfähige Schicht 112'' als unabhängige Elektrode dienen, d. h. als Fokussierungselektrode.
Die leitfähige Schicht 112'' kann durch Ausbilden einer Isoliermaterialschicht 1123 auf den Kathodenelektroden 111 und Abscheiden eines leitfähigen metallischen Materials auf der Oberseite der Isoliermaterialschicht 1123 durch ein Sputter- oder Beschichtungsverfahren ausgebildet werden. Da die leitfähige Schicht 112'' aus einem metallischen Material ausgebildet ist, statt dass sie aus einer leitfähigen Paste ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass die leitfähige Schicht 112'' durch ein Ätzmittel geschädigt wird, das in einem Ätzprozess zum Ausbilden der zweiten Aperturen 113a in der Isolierschicht 113 verwendet wird.
Die übrigen Elemente der FED von 8 sind gleich wie ihre entsprechenden Gegenstücke der FED von 3 mit der Ausnahme, dass die ersten Aperturen 112a in der Isoliermaterialschicht und der leitfähigen Schicht 112'' in regelmäßigen Intervallen ausgebildet sind und die in je der der ersten Aperturen 112a angeordneten Emitter 115 in Kontakt mit Seitenflächen der Isoliermaterialschicht 1123 ausgebildet sind, die durch jede der ersten Aperturen 112a freigelegt sind.
Ein Längsende der leitfähigen Schicht 112'' kann mit jeder der Kathodenelektroden 111 elektrisch verbunden sein, in welchem Fall die gleiche Spannung an die leitfähige Schicht 112'' und die Kathodenelektroden 111 angelegt werden kann.
9 ist eine Draufsicht einer FED gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die FED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die gleiche Querschnittsstruktur wie die FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf, und daher wird keine Querschnittsansicht der FED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Mit Bezug zu 9 sind in jedem Pixel 225 eine Mehrzahl von ersten Aperturen 212a, zum Beispiel zwei erste Aperturen 212a, in einer leitfähigen Schicht 212 ausgebildet, zwei zweite Aperturen 213a sind in einer Isolierschicht 213 ausgebildet und zwei dritte Aperturen 214a sind in einer Gate-Elektrode 214 ausgebildet. Emitter 215 sind in jeder der ersten Aperturen 212a ausgebildet. Die Emitter 215, wie die Emitter 115 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sind auf einer Kathodenelektrode 212 ausgebildet, die durch die erste Apertur 212a freigelegt ist. Außerdem sind die Emitter 215 zu beiden Seiten jeder der ersten Aperturen 212a so angeordnet, dass sie eine bestimmte Entfernung voneinander beabstandet sind.
Eine Mehrzahl von Hohlräumen 211a, zum Beispiel zwei Hohlräume 211a, können in der Kathodenelektrode 211 entsprechend jedem Pixel 225 ausgebildet sein.
Weitere Elemente der FED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind gleich wie ihre entsprechenden Gegenstücke der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und daher wird ihre Beschreibung ausgelassen. Die in den 6, 7 und 8 gezeigten Variationen der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch bei der FED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelten.
10 ist eine Draufsicht einer FED gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die FED gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die gleiche Querschnittsstruktur auf wie die FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und daher wird keine Querschnittsansicht der FED gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Mit Bezug zu 10 sind eine in einer leitfähigen Schicht 312 ausgebildete erste Apertur 312a, eine in einer Isolierschicht 313 ausgebildete zweite Apertur 313a und eine in einer Gate-Elektrode 314 ausgebildete dritte Apertur 314a alle kreisförmig. Ein Innendurchmesser D₃ der dritten Apertur 314a und ein Innendurchmesser D₂ der zweiten Apertur 313a sind größer als ein Innendurchmesser D₁ der ersten Apertur 312a. Außerdem kann der Innendurchmesser D₃ der dritten Apertur 314 gleich dem Innendurchmesser D₂ der zweiten Apertur 313a sein.
Ein Emitter 315, der ringförmig ist, ist auf einer Kathodenelektrode, die durch die erste Apertur 312a freigelegt ist, entlang einem Innenumfang der ersten Apertur 312a ausgebildet. Ein Innendurchmesser D_E des Emitters 315 ist geringer als der Innendurchmesser D₁ der ersten Apertur 312a. Der Emitter 315 kann, wie die Emitter 115 in der ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, aus einem Material auf Kohlenstoffbasis, z. B. CNTs gebildet sein.
In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann ein Hohlraum 311a, der kreisförmig ist, in der Kathodenelektrode 311 ausgebildet sein. Der Hohlraum 311a ist im Inneren des Emitters 315 angeordnet. Deshalb ist der Innendurchmesser D_C des Hohlraums 311a geringer als der Innendurchmesser D₁ der ersten Apertur 312a und der Innendurchmesser D_E des Emitters 315.
In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine Mehrzahl von ersten Aperturen 312a, eine Mehrzahl von zweiten Aperturen 313a und eine Mehrzahl von dritten Apterturen für jedes Pixel 325 vorgesehen sein, in welchem Fall der Emitter 315 in jeder der Mehrzahl von ersten Aperturen 312a ausgebildet ist. Die übrigen Elemente der FED der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind gleich wie ihre entsprechenden Gegenstücke der FED der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und daher werden ihre Beschreibungen ausgelassen.
Die in den 6, 7 und 8 gezeigten Variationen der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch für die FED gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelten. Mit anderen Worten, der Innendurchmesser D₃ der in einer Gate-Elektrode 314 ausgebildeten dritten Apertur 314a kann größer sein als der Innendurchmesser D₂ der in der Isolierschicht 313 ausgebildeten zweiten Apertur 313a und die leitfähige Schicht 312 kann eine Isoliermaterialschicht umfassen, die auf der Kathodenelektrode 311 ausgebildet ist, und eine Metallschicht, die auf der Isoliermaterialschicht ausgebildet ist. Außerdem kann die leitfähige Schicht 312 auf der Oberseite der Isoliermaterialschicht ausgebildet sein, die auf der Kathodenelektrode 311 ausgebildet ist.
Es werden nun in den folgenden Abschnitten Simulationsergebnisse einer FED gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen FED beschrieben.
Bei Simulationen zur Elektronenstrahlemission werden die herkömmliche FED von 1 und die FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3 gezeigt ist, jeweils als beispielhafte Ausführungsformen des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung ausgewählt. Insbesondere weisen die FEDs gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fast die gleiche Querschnittsstruktur auf und weisen daher fast die gleichen Elektronenstrahlemissionscharakteristiken auf, und daher werden die FEDs der 3, 6, 7 und 8 als beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Simulationen zur Elektronenstrahlemission ausgewählt.
Vor den Simulationen werden konstruktive Abmessungen von Elementen jeder der herkömmlichen FED und der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgelegt. Zum Beispiel sind Bildschirme der herkömmlichen FED und der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils so festgelegt, dass sie eine RGB-Trioabstufung von ungefähr 0,69 mm in einem Fall aufweisen, bei dem sie mit einem Seitenverhältnis von 16:9, einer Diagonallinienlänge von 38 Zoll und einer horizontalen Auflösung von 1280 Zeilen ausgelegt sind, so dass eine Bildqualität auf High-Definition(HD)-Niveau realisiert wird. In diesem Fall ist in der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Isolierschicht bevorzugt so festgelegt, dass sie eine Höhe von 10 bis 20 μm aufweist, eine leitfähige Schicht ist bevorzugt so festgelegt, dass sie eine Höhe von 2 bis 5 μm aufweist, in der leitfähigen Schicht ausgebildete erste Aperturen sind bevorzugt so festgelegt, dass sie eine Breite W₁ von 60 bis 80 μm aufweisen, in der Isolierschicht ausgebildete zweite Aperturen sind bevorzugt so ausgelegt, dass sie eine Breite W₂ von 70 bis 90 μm aufweisen, in den Gate-Elektroden ausgebildete dritte Aperturen sind bevorzugt so festgelegt, dass sie eine Breite W₃ von 70 bis 95 μm aufweisen, und in Kathodenelektroden ausgebildete Hohlräume sind bevorzugt so festgelegt, dass sie eine Breite W_C von 10 bis 30 μm aufweisen.
Die oben genannten Elemente der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können jedoch bezüglich der Größe, Seitenverhältnisse und Auflösung des Bildschirms der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung andere Bemaßungen aufweisen als die hier angegebenen.
Die 11A bis 11C stellen Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der herkömmlichen FED von 1 dar. Mit Bezug zu 11A streut ein von einem Emitter der herkömmlichen FED emittierter Elektronenstrahl breit zu den fluoreszierenden Schichten der herkömmlichen FED.
Die vertikale Achse von 11B stellt die Stromdichte dar. Mit Bezug zu 11B sind Spitzenwerte in der Stromdichte vielmehr nahe den Kanten eines Pixels gelegen als in der Mitte der Pixel, weil die meisten Elektronen von den Kanten der Emitter emittiert werden, wie es oben beschrieben wurde. Wenn ein mittlerer Teil des Pixels eine geringe Stromdichte aufweist, können fluoreszierende Materialien des Pixels nicht ausreichend angeregt werden, wodurch die Helligkeit eines auf dem Bildschirm der herkömmlichen FED angezeigten Bildes abnimmt. Insbesondere in einem Fall, bei dem Emitter nicht exakt dort angeordnet sind, wo sie angeordnet sein sollten, oder in einem Fall, in dem vordere und hintere Substrate der herkömmlichen FED nicht präzise zueinander ausgerichtet sind, wenn sie miteinander verbunden werden, ist es wahrscheinlich, dass Spitzenwerte der Stromdichte nahe den Kanten jedes Pixels der herkömmlichen FED gelegen sind, was zu einer beträchtlichen Abnahme der Farbreinheit führt.
Mit Bezug zu 11C greift der Spot eines Elektronenstrahls, der an einer fluoreszierenden Schicht des herkömmlichen FED ankommt, unerwünschter Weise an einem anderen Pixel an.
Kurz gesagt, die herkömmliche FED von 1 kann zu einer geringen Farbreinheit und einer geringen Bildqualität führen.
Die 12A bis 12C stellen Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED gemäß der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fall dar, bei dem kein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist.
Mit Bezug zu 12A wird ein Elektronenstrahl, der von Emittern emittiert ist, die jeweils zu beiden Seiten einer ersten Apertur der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, aufgrund eines durch eine leitfähige Schicht gebildeten elektrischen Feldes vielmehr fokussiert, als dass er zu fluoreszierenden Schichten der entsprechenden FED breit gestreut wird. Mit Bezug zu 12B sind Spitzenwerte der Stromdichte allgemein in einem mittleren Teil eines Pixels gelegen.
Dementsprechend ist, wie in 12C gezeigt, die Größe des Spots eines Elektronenstrahls, der an einer fluoreszierenden Schicht ankommt, bei der vorliegenden Erfindung viel kleiner als beim Stand der Technik, und dadurch ist es möglich, das Problem aus dem Stand der Technik, dass ein auf ein Pixel gezielter Elektronenstrahl auch zu einem anderen Pixel übergreift, zu lösen. Selbst wenn bei der vorliegenden Erfindung die Stromdichte allgemein geringer ist als beim Stand der Technik, ist die Farbreinheit eines Bildes bei der vorliegenden Erfindung höher als beim Stand der Technik, weil die Fokussierungscharakteristiken von durch die Emitter der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung emittierten Elektronenstrahlen, im Vergleich zum Stand der Technik, beträchtlich verbessert sind. Da außerdem Spitzenwerte in der Stromdichte in einem mittleren Teil jedes Pixels gelegen sind, kann die Helligkeit eines auf dem Bildschirm der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angezeigten Bildes ausgeglichen werden.
Die 13A bis 13C stellen Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED gemäß der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fall dar, bei dem ein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist.
Mit Bezug zu 13A, aufgrund des in jeder Kathodenelektrode der FED von 3 ausgebildeten Hohlraums, wird ein elektrisches Feld um die Emitter gebildet, so dass die Emitter von Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes umgeben sein können. Aufgrund des elektrischen Feldes können Elektronenstrahlen, die von den Emittern emittiert sind, die jeweils zu beiden Seiten einer ersten Apertur angeordnet sind, effizient fokussiert werden, während sie sich zu fluoreszierenden Schichten ausbreiten.
Mit Bezug zu 13B ist ein Spitzenwert in der Stromdichte präzise in einem mittleren Teil eines Pixel gelegen.
Dementsprechend ist, wie in 13C gezeigt, die Größe des Spots eines Elektronenstrahls, der an einer fluoreszierenden Schicht ankommt, in einem Fall, bei dem ein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, viel kleiner als in einem Fall, bei dem kein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Stromdichte in einem Fall, bei dem ein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, höher als in einem Fall, bei dem kein Hohlraum in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildet ist und selbst als im Stand der Technik.
Deshalb ist es durch Ausbilden eines Hohlraums in jeder Kathodenelektrode einer FED möglich, die Fokussierungscharakteristiken von Elektronenstrahlen zu verstärken, die Stromdichte zu erhöhen, einen Spitzenwert in der Stromdichte an einem mittleren Teil jedes Pixels der FED zu platzieren und schließlich die Farbreinheit und Helligkeit der FED zu verbessern.
Die 14A bis 14C stellen Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der in 3 gezeigten FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fall dar, bei dem die Breite des in jeder Kathodenelektrode der entsprechenden FED ausgebildeten Hohlraums verändert wurde. Die Simulationsbedingungen der 14A bis 14C sind gleich wie bei den 13A bis 13C, mit der Ausnahme der Breite W_C des in jeder Kathodenelektrode der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Hohlraums. Insbesondere ist die Breite W_C des in jeder Kathodenelektrode der FED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Hohlraums in den 14A bis 14C größer als bei den 13A bis 13C.
Mit Bezug zu 14A ist ein elektrisches Feld um die Emitter so ausgebildet, dass die Emitter von Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes besser umgeben sind als in 12A.
Mit Bezug zu 14B ist ein Spitzenwert in der Stromdichte präzise in einem mittleren Teil eines Pixels gelegen.
Dementsprechend ist, wie in 14C gezeigt, die Größe des Spots eines Elektronenstrahls, der an einer fluoreszierenden Schicht ankommt, viel kleiner als in 13C. Außerdem ist die Stromdichte in 14C auch viel höher als in 13C.
Deshalb ist es durch Einstellen der Breite eines in jeder Kathodenelektrode eines FED ausgebildeten Hohlraums möglich, die Stromdichte beträchtlich zu erhöhen, Elektronenstrahlen effizient zu fokussieren und schließlich Bilder in hoher Qualität zu realisieren.
Die 15A, 15B und 15C sind Schaubilder, die Simulationsergebnisse zur Elektronenstrahlemission der FED von 7 darstellen.
Mit Bezug zu 15A ist, aufgrund einer leitfähigen Schicht, die aus einer Isoliermaterialschicht und einer Metallschicht gebildet ist, und eines Hohlraums, der in einer Kathodenelektrode ausgebildet ist, ein elektrisches Feld um Emitter so ausgebildet, dass die Emitter von Äquipotentiallinien eines elektrischen Feldes umgeben sein können. Dementsprechend können von den Emittern emittierte Elektronenstrahlen effizient fokussiert werden. Dadurch sind, wie in 15B gezeigt, Spitzenwerte der Stromdichte präzise in ihren jeweiligen Pixeln gelegen. Außerdem ist, wie in 15C gezeigt, die Größe eines Spots eines Elektronenstrahls auf einer fluoreszierenden Schicht sehr klein.
Wie oben beschrieben, kann die FED von 7 die gleichen Effekte aufweisen wie die FEDs der 3 und 6.
Die 16A und 16B sind Schaubilder, die Simulationsergebnisse zur Elektronenemission der FED von 8 darstellen. Mit Bezug zu den 16A und 16B weist die FED von 8, in der eine leitfähige Schicht auf der Oberseite einer Isoliermaterialschicht so ausgebildet ist, dass sie von einer Kathodenelektrode isoliert sein kann, die gleichen Effekte auf wie die FEDs der 3, 6 und 7. Die FED von 8 kann Elektronenstrahlen effizienter fokussieren als die FEDs der 3, 6 und 7, indem eine an die leitfähige Schicht angelegte Spannung eingestellt wird.
Wie oben beschrieben, kann die FED gemäß der vorliegenden Erfindung die Fokussierungscharakteristiken von aus den Emittern emittierten Elektronenstrahlen verbessern, Farbreinheit von Bildern erhöhen und auf diese Weise Bilder in hoher Qualität realisieren.
Darüber hinaus kann die FED gemäß der vorliegenden Erfindung die Helligkeit von Bildern verbessern, indem ein Spitzenwert in der Stromdichte in jedem Pixel präzise platziert wird.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug zu beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Veränderungen in Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Feldemissionsanzeige (FED) umfassend: ein erstes Substrat (110); eine Kathodenelektrode (111) ausgebildet auf dem ersten Substrat; eine leitfähige Schicht (112) ausgebildet über der Kathodenelektrode (111), so dass sie eine erste Apertur (112a) aufweist, durch die die Kathodenelektrode teilweise freigelegt ist; eine Isolierschicht (113) ausgebildet auf der leitfähigen Schicht, so dass sie eine zweite Apertur (113a) aufweist, die mit der ersten Apertur verbunden ist; eine Gate-Elektrode (114) ausgebildet auf der Isolierschicht (113), so dass sie eine dritte Apertur aufweist, die mit der zweiten Apertur verbunden ist; eine Emitteranordnung (115) ausgebildet auf der Kathodenelektrode mindestens auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Apertur und freigelegt durch die erste Apertur; und ein zweites Substrat (120) so angeordnet, dass es mit einem bestimmten Abstand dazwischen dem ersten Substrat zugewandt ist, wobei auf dem zweiten Substrat eine Anodenelektrode und eine fluoreszierende Schicht mit einer bestimmten Struktur ausgebildet sind.
FED nach Anspruch 1, wobei die Emitteranordnung Emitter umfasst, die in einem bestimmten Abstand (D) voneinander entfernt an jeder Seite der ersten Apertur angeordnet sind.
FED nach Anspruch 2, wobei ein Hohlraum (111a) in der Kathodenelektrode zwischen den Emittern so ausgebildet ist, dass das erste Substrat durch diesen hindurch freigelegt werden kann.
FED nach Anspruch 3, wobei die erste, zweite und dritte Apertur und der Hohlraum Rechtecke sind, die sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode erstrecken.
FED nach Anspruch 4, wobei die Breiten der dritten und zweiten Apertur (w₂, D₂; w₃, D₃) größer sind als die Breite der ersten Apertur (w₁, D₁) und die Breite des Hohlraums (w_c, D_c) geringer ist als die Breite der ersten Apertur.
FED nach Anspruch 5, wobei der bestimmte Abstand zwischen den Emittern geringer ist als die Breite der ersten Apertur und die Breite des Hohlraums geringer ist als der bestimmte Abstand zwischen den Emittern.
FED nach Anspruch 5, wobei die Breite der dritten Apertur gleich der Breite der zweiten Apertur ist.
FED nach Anspruch 5, wobei die Breite der dritten Apertur größer ist als die Breite der zweiten Apertur.
FED nach Anspruch 2, wobei leitfähige Schichten auf beiden Seiten der Kathodenelektrode ausgebildet sind und sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode erstrecken, und die erste Apertur zwischen den leitfähigen Schichten ausgebildet ist.
FED nach Anspruch 2, wobei leitfähige Schichten auf beiden Seiten der Kathodenelektrode so ausgebildet sind, dass sie eine bestimmte Länge aufweisen, und die erste Apertur zwischen den leitfähigen Schichten ausgebildet ist.
FED nach Anspruch 2, wobei die leitfähige Schicht auf der Kathodenelektrode so ausgebildet ist, dass sie die erste Apertur umgibt.
FED nach Anspruch 2, wobei die leitfähige Schicht eine Isoliermaterialschicht, die so ausgebildet ist, dass sie eine Oberseite und Seitenflächen der Kathodenelektrode bedeckt, und eine auf der Isoliermaterialschicht ausgebildete Metallschicht umfasst.
FED nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von ersten Aperturen, eine Mehrzahl von zweiten Aperturen und eine Mehrzahl von dritten Aperturen für jedes Pixel ausgebildet sind und die Emitter in jeder der Mehrzahl von ersten Aperturen ausgebildet sind.
Feldemissionsanzeige (FED) nach Anspruch 1, wobei: die erste Apertur kreisförmig ist (312a), die zweite Apertur kreisförmig ist (313a), die dritte Apertur kreisförmig ist (314a) und die Emitteranordnung (315) als Ring auf der Kathodenelektrode ausgebildet ist, der durch die erste kreisförmige Apertur freigelegt ist, wobei die Emitteranordnung entlang einem Innenumfang der ersten kreisförmigen Apertur angeordnet ist.
FED nach Anspruch 14, wobei ein Hohlraum in der Kathodenelektrode im Emitter kreisförmig ausgebildet ist, so dass das erste Substrat hier hindurch freigelegt werden kann.
FED nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Innendurchmesser der dritten kreisförmigen Apertur und der zweiten kreisförmigen Apertur größer sind als der Innendurchmesser der ersten kreisförmigen Apertur und der Innendurchmesser des Hohlraums geringer ist als der Innendurchmesser der ersten kreisförmigen Apertur.
FED nach Anspruch 16, wobei der Innendurchmesser des Emitters geringer ist als der Innendurchmesser der ersten kreisförmigen Apertur und der Innendurchmesser des Hohlraums geringer ist als der Innendurchmesser des Emitters.
FED nach Anspruch 17, wobei der Innendurchmesser der dritten kreisförmigen Apertur gleich dem Innendurchmesser der zweiten kreisförmigen Apertur ist.
FED nach Anspruch 17, wobei der Innendurchmesser der dritten kreisförmigen Apertur größer ist als der Innendurchmesser der zweiten kreisförmigen Apertur.
FED nach Anspruch 14, wobei die leitfähige Schicht eine Isoliermaterialschicht, die so ausgebildet ist, dass sie eine Oberseite und Seitenflächen der Kathodenelektrode bedeckt, und eine auf der Isoliermaterialschicht ausgebildete Metallschicht umfasst.
FED nach Anspruch 14, wobei eine Mehrzahl von ersten kreisförmigen Aperturen, eine Mehrzahl von zweiten kreisförmigen Aperturen und eine Mehrzahl von dritten kreisförmigen Aperturen für jedes Pixel ausgebildet sind und der Emitter in jeder der Mehrzahl von ersten kreisförmigen Aperturen ausgebildet ist.
Feldemissionsanzeige (FED) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 13 bis 19 oder 21, ferner umfassend eine auf der Kathodenelektrode ausgebildete Isoliermaterialschicht, und wobei die auf der Kathodenelektrode (111) ausgebildete leitfähige Schicht (112) auf der Isoliermaterialschicht ausgebildet ist, wobei die erste Apertur durch die Isoliermaterialschicht und die leitfähige Schicht hindurch ausgebildet ist.
FED nach Anspruch 22, wobei die leitfähige Schicht von der Kathodenelektrode durch die Isoliermaterialschicht isoliert ist.
FED nach Anspruch 22, wobei Isoliermaterialschichten und dann leitfähige Schichten sequentiell auf gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelektrode ausgebildet sind und sich in Längsrichtung der Kathodenelektrode erstrecken und die erste Apertur zwischen den leitfähigen Schichten und zwischen den Isoliermaterialschichten ausgebildet ist.
FED nach Anspruch 22, wobei Isoliermaterialschichten und dann leitfähige Schichten sequentiell auf gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelektrode so ausgebildet sind, dass sie eine bestimmte Länge aufweisen, und die erste Apertur zwischen den leitfähigen Schichten und zwischen den Isoliermaterialschichten ausgebildet ist.
FED nach Anspruch 22, wobei die Isoliermaterialschicht und die leitfähige Schicht auf der Kathodenelektrode so ausgebildet sind, dass sie die erste Apertur umgeben.
FED nach Anspruch 22, wobei ein Längsende der leitfähigen Schicht mit der Kathodenelektrode elektrisch verbunden ist.
FED nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Emitteranordnung aus einem Material auf Kohlenstoffbasis gebildet ist.
FED nach Anspruch 28, wobei die Emitteranordnung aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet ist.