DE4207003A1

DE4207003A1 - Feldemissionsdisplay

Info

Publication number: DE4207003A1
Application number: DE4207003A
Authority: DE
Inventors: Rikio Ikeda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1992-09-10
Also published as: GB2254486B; US5378963A; GB9204704D0; KR920019214A; US5473219A; GB2254486A

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldemissionsdisplay in Flachbauweise, also ein Display, bei dem kleine punktförmige Kathoden als Elek tronenemissionsquellen verwendet werden.

Flache Displays, die in Zukunft statt der derzeit am meisten ver wendeten Kathodenstrahlröhren für Fernsehempfänger verwendet wer den sollen, sind seit langem Forschungsgegenstand. Zu den flachen Displays gehören LCDs, ELDs und PDPs (Plasma Display Panel) sowie Feldeffektdisplays, die sich durch hohe Schirmhelligkeit aus zeichnen.

Zunächst wird der Aufbau eines Feldemissionsdisplays kurz be schrieben: Konische Kathoden aus Molybdän mit einem Durchmesser bis zu 1,0 µm werden als Elektronenemissionsquellen auf einem Sub strat durch einen Halbleiterherstellprozeß erzeugt. Eins flache Gatselektrode mit Öffnungen für jede Kathode wird auf der Seite der Spitzen Enden der Kathoden ausgebildet. Die Gateelektrode ist von den Spitzen Enden der Kathoden ge trennt. Eine ausgewählte Hochspannung wird zwischen die Gateelektrode und die Kathoden gelegt. Dadurch entsteht ein elektrostatisches Feld, das Elektronen aus den Kathoden zieht. Ein vorgegebenes Bild wird dadurch auf einem Schirm erzeugt, daß eine lichtemittierende Schicht (Lumineszenz schicht), die auf der Rückseite einer Anode vorhanden ist, mit Elektronenstrahlen angeregt wird. Ein solches Feldemis sionsdisplay ist z. B. in US-36 65 241 sowie in der japani schen Veröffentlichung 1-2 94 336 einer Patentanmeldung be schrieben.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch ein Beispiel eines Feld emissionsdisplay aus dem Stand der Technik. Mehrere spitze Kathoden 2 sind auf einem Substrat 1 ausgebildet. Eine Gate elektrode 4 ist auf einem auf dem Substrat 1 ausgebildeten isolierenden Film 3 hergestellt. Elektronen werden durch eine Spannung zwischen der Gateelektrode 4 und den Kathoden 2 freigesetzt und aus den Kathoden herausgezogen. Die Gate elektrode 4 weist eine Öffnung 4a über jeder Kathode 2 auf. Elektronenstrahlen aus den Kathoden 2 treten durch die Öff nungen 4a durch und stoßen auf eine flache Anode 5, die dem Substrat 1 gegenübersteht und an das eine hohe Spannung ge legt wird. Die Elektronen erreichen eine lichtemittierende Schicht 6 auf der Rückseite der Anode 5, die dadurch Licht emittiert.

Die Abmessungen dieses Displays sind die folgenden: Der Durchmesser des Gates ist etwa 1 µm. Der Krümmungsradius der spitzen Enden der Kathoden ist 50 µm. Molybdän oder Wolfram wird als Material für diese Komponenten verwendet. Der Ab stand zwischen den Kathoden und der Anode ist 200 µm. Eine Spannung von 300 V wird zwischen diesen Elektroden angelegt. Die Treiberspannung des Gates ist 40 V.

Bei einem solchen Feldemissionsdisplay neigen die von den punktförmigen Kathoden emittierten Elektronen zur Streuung. Die Intensität des von der lichtemittierenden Schicht 6 emittierten Lichts reicht nicht aus.

Die Gründe für die Streuung der Elektronen werden im folgen den unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert, die eine vergrö ßerte Ansicht von Fig. 8 ist. Fig. 9 zeigt die Verteilung des Potentials zwischen dem Substrat und der Anode. Wenn eine gewünschte Spannung an das Gate 4 gelegt wird, sind Equipotentialflächen E gegen die Anode gekrümmt. Dies be zeichnet man als elektrostatische Feldlinse. Die Elektronen 1 erfahren Kräfte rechtwinklig zu den Equipotentialflächen E. Daher werden die Elektronen gestreut. Diejenigen Elektro nen, die in solcher Weise gestreut wurden, fallen auf die Anode 5 und erreichen die lichtemittierende Schicht 6 auf deren Rückseite. Daher verringert sich die Intensität des von der Schicht 6 emittierten Lichts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldeffekt display mit großer Helligkeit und hoher Schärfe anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Displays der drei unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge staltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Bei der ersten Lösung wird höhere Helligkeit dadurch er zielt, daß an der Anode Vorsprünge vorhanden sind, die in Richtung zu den spitzen Kathoden zeigen. Zwischen jeder spitzen Kathode und jedem Vorsprung an der Anode wird ein Feld erzeugt, das von der Kathode emittierte Elektronen auf den Vorsprung hin bündelt. Dies führt zu einem helleren und schärferen Bild.

Bei den Lösungen der Ansprüche 2 und 3 kommt es zu größerer Helligkeit und Schärfe dadurch, daß Sekundärelektronen er zeugt werden. Bei der Lösung gemäß Anspruch 2 erfolgt dies durch mehrfache Elektronenvervielfachung, während es bei der Lösung gemäß Anspruch 3 mit Hilfe des Maltaeffekts erfolgt.

Weitere Aufgaben, Wirkungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die anhand von Figuren erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der die Struktur und das elek trostatische Feld im Bereich einer Kathode bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldeffektdis plays zeigt;

Fig. 2 ist eine vergrößerte und teilgeschnittene perspekti vische Ansicht vom Substrat bis zu einer lichtemittierenden Schicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehun gen zwischen Elektroden beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldeffektdis plays;

Fig. 5 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch ein drit tes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldeffekt displays;

Fig. 6 ist eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht, die die Form einer Kathode des dritten Ausführungsbeispiels von Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch ein vier tes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldeffekt displays;

Fig. 8 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch ein be kanntes Feldeffektdisplay; und

Fig. 9 ist ein Teilquerschnitt durch einen vergrößerten Be reich aus Fig. 8.

Das Display gemäß Fig. 3 weist eine Kathodenspannungsversor gungseinheit 31 und eine Gateelektrode 32 auf, die für jedes Pixel unterteilt ist und eine abzutastende XY-Matrix bildet. Die Kathodenspannungsversorgungseinheit 31 ist mit mehreren Kathoden 31a ausgebildet, von denen jede Elektronenstrahlen emittiert. Die Gateelektrode 32 weist Öffnungen 32a an Posi tionen auf, die den Positionen der Kathoden 31a entsprechen. Die Gateelektrode 32 ist dicht bei den Kathoden 32a angeord net. Die Elektronenstrahlen treten durch die Öffnungen 32a der Gateelektrode 32 durch. Eine flache und ebene Anode 33 ist auf der der Kathodenspannungsversorgungseinheit 31 abge wandten Seite der Gateelektrode 32 angeordnet. Beim vorlie genden Ausführungsbeispiel ist die Anode 33 mit Vorsprüngen 33a ausgebildet, die den Kathoden 31a zugeordnet sind. Ein elektrostatisches Feld wird durch die Vorsprünge 33a konver giert, um zu verhindern, daß die Elektronenstrahlen gestreut werden.

Es wird nun die Spannung an jeder Elektrode beim vorliegen den Ausführungsbeispiel erläutert. Zwischen die Kathoden 31a und die Gateelektrode 32 wird eine Spannung von einigen Volt gelegt. Eine Spannung von etwa einigen 100 V wird zwischen die Kathoden 31a und die Anode 33 gelegt. Dementsprechend werden Elektronenstrahlen aufgrund der Spannung zwischen den Kathoden 31a und der Gateelektrode 32 emittiert, und diese emittierten Elektronenstrahlen werden durch das Potential der Anode 33 auf letztere gelenkt. Da die Anode die oben ge nannten Vorsprünge 32a aufweist, konvergieren die Elektro nenstrahlen gegen die Vorsprünge 33a, so daß die lichtemit tierende Schicht, die an der den Vorsprüngen 33a gegenüber liegenden Seite angeordnet ist, Licht mit hohem Wirkungsgrad emittiert.

Es wird nun der Aufbau des Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf Fig. 2 näher beschrieben. Das Flachdisplay des Ausführungsbeispiels verfügt über ein Substrat 11 und eine Kathodenspannungsversorgungsschicht 12 aus einem elektrisch leitenden Material. Ein isolierender Siliziumoxidfilm 13 ist auf der Kathodenspannungsversorgungsschicht 12 ausgebildet. Die Dicke T₁ des Siliziumoxidfilms 13 ist etwa 1 µm. Er ist mit einer Mehrzahl von Aussparungen 15 versehen, so daß die Kathodenspannungsversorgungsschicht 12 am Boden des Films 13 freiliegt. Eine kleine Kathode 14 mit konisch zugespitzter Form ist in jeweils einer der Aussparungen 14 ausgebildet. Jede Kathode 14 besteht aus einem Metall, wie Wolfram oder Molybdän. Die spitze Form der Kathoden 14 wird dadurch er zielt, daß ein Schrägaufdampfprozeß oder ein Abhebeprozeß verwendet wird. Die Kathoden 14 sind auf der Kathodenspan nungsversorgungsschicht 12 vorzugsweise in einer zweidimen sionalen Matrix angeordnet. Die spitzen Kathoden 14 weisen den Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks rechtwink lig zur Hauptfläche des Substrats auf. Die Höhe T₄ vom Boden zur Spitze der Kathoden 14 ist etwa 0,5 µm.

Eine dünne Gateelektrodenschicht 16 ist auf dem Silizium oxidfilm 13 ausgebildet. Die Gateelektrodenschicht 16 ver fügt über eine Vielzahl von Durchgangslöchern 17, die in Form einer zweidimensionalen Matrix in Positionen angeord net sind, die den Positionen der Kathoden 14 entsprechen. Der Durchmesser D₁ der Durchgangslöcher 17 ist etwa 1 µm. Da der Durchmesser D₁ der Durchgangslöcher 17, wie sie in der Gateelektrodenschicht 16 ausgebildet sind, kleiner ist als der Durchmesser der Aussparungen 15 des Siliziumoxidfilms 13, erstreckt sich die Gateelektrodenschicht 16 in radialer Richtung nach innen über die Aussparungen 15.

Die Anode, die über einen Vakuumraum der Kathode gegenüber steht, verfügt über eine Planarelektrode 18, eine lichtemit tierende Schicht 19 aus einem lichtemittierenden Material, das auf der dem Substrat abgewandten Seite der Anode aufge bracht ist, und einem Frontglas 20 auf der anderen Seite der lichtemittierenden Schicht 19. Die Länge T₂ des Vakuumraums zwischen der Gateelektrodenschicht 16 und der Anode 18 ist etwa 1 mm. Die Kathode und die Anode stehen einander gegen über, so daß sie den Vakuumraum einschließen. Elektronen strahlen von den Kathoden 14 erreichen die Anoden 18. Der Vakuumdruck im Vakuum ist z. B. 10^-7 Pa (10^-9 Torr).

Die Anode 18 ist aus einem dünnen planaren Aluminiumfilm hergestellt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Vor sprünge 2i in einer zweidimensionalen Matrix an Positionen angeordnet, die den Positionen der spitzen konischen Katho den 14 entsprechen. Jeder Vorsprung 21 weist konische Form auf und verfügt über eine Spitze, die der Spitze der jewei ligen Kathode 14 gegenübersteht. Die Anode 18 weist im we sentlichen eine konstante Filmdicke T₃ von etwa 10 nm (100 A) auf. Die Länge T₅ der Vorsprünge 21 beträgt z. B. 1 µm. Der Durchmesser der Vorsprünge 21 muß nicht notwendi gerweise kleiner sein als derjenige der Kathoden 14, sondern kann auch größer sein. Die Form der Vorsprünge 21 ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellte konische Form be schränkt, sondern sie kann z. B. pyramidenförmig oder halb kugelig sein oder die Form einer kleinen quadratischen Säule aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Vorsprünge 21 den Kathoden 14 im Verhältnis 1 : 1 zugeordnet, jedoch muß dies nicht notwendigerweise so sein. Ein Vorsprung kann meh reren Kathoden zugeordnet sein. Auch ist es möglich, daß die Vorsprünge 21 aus einem anderen Material bestehen.

Die lichtemittierende Schicht 19 ist mit der erforderlichen Schichtdicke auf der Anode 18 ausgebildet. Die lichtemittie rende Schicht 19 wird von den emittierten Elektronenstrahlen beleuchtet, nachdem diese durch die Anode 18 hindurchgetre ten sind; dadurch emittiert die lichtemittierende Schicht 19 Licht. Das Frontglas 20 besteht aus durchsichtigem Material und ist auf der lichtemittierenden Schicht 19 ausgebildet. Das erfindungsgemäße Display stellt ein Bild dadurch dar, daß das von der lichtemittierenden Schicht 19 ausgesandte Licht durch das Frontglas 20 dringt.

Anhand von Fig. 1 wird nun erläutert, wie das Streuen von Elektronenstrahlen durch eine Elektrode 18 mit Vorsprüngen 21 unterdrückt wird. Fig. 1 entspricht Fig. 9 zum Stand der Technik. Da die Anode 18 aus einem Aluminiumdünnfilm besteht und demgemäß elektrisch leitend ist, stellt sie eine Equi potentialfläche dar, deren Potential um einige 100 V höher liegt als dasjenige der Kathode 14. Die Equipotentialfläche E ändert sich abhängig von der Form der Vorsprünge 21 da durch, daß die Vorsprünge 21 über die Oberfläche der Anode 18 zur Kathode 14 vorspringen. Der Potentialgradient wird beim kürzesten Abstand zwischen den Spitzen der Kathoden 14 und den Vorsprüngen 21 am höchsten. Infolgedessen werden so gar Elektroden E^-, die normalerweise gestreut werden, zu den Vorsprüngen 21 der Anode 18 konvergiert, so daß die Intensi tät der auftreffenden Elektronen mit dem elektrostatischen Feldeffekt zunimmt. Eine Zunahme der Intensität der Elektro nenstrahlen hat eine Zunahme der Intensität des von der lichtemittierenden Schicht 19 ausgesandten Lichts zur Folge, so daß die Helligkeit des dargestellten Bildes zunimmt und auch die Bildschärfe zunimmt.

Das erfindungsgemäße flache Display verfügt über Vorsprünge auf der Anode, von denen jeder einer spitzen Kathode zuge ordnet ist. Das elektrostatische Feld um die Vorsprünge wird durch diese konzentriert, so daß von den Kathoden emittierte Elektronenstrahlen am Streuen gehindert werden. Infolgedes sen nimmt die Intensität des vom lichtemittierenden Material emittierten Lichts wie auch die Schärfe zu.

Das erste Ausführungsbeispiel wurde in Hinsicht auf die Ano denstruktur beschrieben. Ein helleres Bild kann auch dadurch erzielt werden, daß die Intensität der von der Kathode emit tierten Elektronenstrahlen erhöht wird. Nachfolgend wird der Aufbau einer Elektronenquelle in der Kathode genauer be trachtet.

Ein erfindungsgemäßes Flachdisplay gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel verfügt über eine Vielzahl von Elektronen quellen und ist dazu in der Lage, eine große Anzahl von Elektronen zum Bestrahlen einer lichtemittierenden Schicht auszusenden.

Fig. 4 ist ein schematischer Teilquerschnitt, der ein erfin dungsgemäßes Flachdisplay zeigt. Eine erste bis eine vierte Elektronenquelle 42 bis 45 sind in Form einer Mehrfach schicht auf einem Substrat 41 ausgebildet. Die erste bis vierte Elektronenquelle 42 bis 45 sind in geradzahlige Elek tronenquellen 42 und 44 sowie ungeradzahlige Elektronenquel len 43 und 45 durch einen Vakuumraum 46 unterteilt, zu des sen beiden Seiten sie stehen. Die erste bis vierte Elektro nenquelle 42 bis 45 sind so angeordnet, daß ihr Abstand von der Aluminiumanode 47 mit zunehmender Numerierung immer kleiner wird.

Die Primärelektronenquelle 42 weist eine Kathode 53 aus einem Metall wie Molybdän oder Wolfram auf, die zwischen isolierenden Siliziumoxidfilmen 51 und 52 liegt. Die Kathode 53 ist mit Masse verbunden. Sie ist vorzugsweise sägezahn förmig ausgebildet, mit einer Spitze 53a, in der das elek trostatische Feld konzentriert ist. Die Kathode 53 ist an der Spitze 53a offen, wodurch Elektronen durch eine Öffnung 54 ausgesendet werden können. Anziehende Elektroden 55a und 55b sind nahe der Grenze zwischen der Öffnung 54 und dem Va kuumraum 46 angeordnet. Elektronen von der Kathode 53 werden dadurch angezogen, daß die erforderliche Spannung zwischen die Elektroden 55a und 55b gelegt werden; Primärelektronen I werden in den Vakuumraum 46 gerichtet.

Die zweite Elektronenquelle 43 steht der ersten Elektronen quelle 42 getrennt durch den Vakuumraum 36 gegenüber und liegt zwischen dem Substrat 41 und der Anode 47, dabei etwas näher an der Anode 47 als die Primärelektronenquelle 42. Die zweite Elektronenquelle 43 verfügt über eine Elektronenquel lenschicht 57 aus Cäsiumoxid oder Magnesiumoxid und isolie renden Zwischenschichtfilmen 56 und 58, die die Elektronen quellenschicht 57 einbetten. Eine erforderliche positive Spannung wird an die Elektronenquellenschicht 57 gelegt. Sie wird von Primärelektronen I₁ vom Vakuumraum 46 her be strahlt, wie sie von der ersten Elektronenquelle 42 emit tiert werden. Dies hat zur Folge, daß verstärkte zweite Elektronen I₂ in der Elektronenquellenschicht 57 emittiert werden.

Die dritte Elektronenquelle 44 steht der zweiten Elektronen quelle 42 getrennt durch den Vakuumraum 46 gegenüber. Sie ist über dem Substrat 41 in solcher Höhe angeordnet, daß sie dichter bei der Anode 47 steht als die zweite Elektronen quelle 43. Die dritte Elektronenquelle 44 verfügt über eine Elektronenquellenschicht 60 aus Cäsiumoxid oder Magnesium oxid und isolierenden Zwischenschichtfilmen 59 und 61, die die Elektronenquellenschicht 60 einbetten. Eine Spannung, die höher als diejenige ist, die an die Elektronenquellen schicht 57 der zweiten Elektronenquelle 43 gelegt wird, wird an die Elektronenquellenschicht 60 der dritten Elektronen quelle 44 gelegt. Die Elektronenquellenschicht 60 wird von der Seite des Vakuumraums 46 her mit zweiten Elektronen I₂ von der zweiten Elektronenquelle 43 bestrahlt. Dementspre chend gibt die Elektronenquellenschicht 60 der dritten Elek tronenquelle 44 dritte Elektronen I₃ ab, die gegenüber den zweiten Elektronen I₂ verstärkt sind.

Die vierte Elektronenquelle 45 ist auf der Seite der zweiten Elektronenquelle 43 des Vakuumraums 46 angeordnet und steht der dritten Elektronenquelle 44 getrennt durch den Vakuum raum 46 gegenüber. Sie verfügt über eine Elektronenquellen schicht 42 aus Cäsiumoxid oder Magnesiumoxid, und sie steht der Anode 47 näher als die Elektronenquelle 44. Ein isolie render Zwischenschichtfilm 62 ist auf der der Anode 47 zuge wandten Seite der Elektronenquellenschicht 62 ausgebildet, so daß diese letztere zwischen den isolierenden Zwischen schichtfilmen 58 und 63 liegt. Eine Spannung, die höher ist als die an die Elektronenquellenschicht 60 der dritten Elek tronenquelle 44 gelegte Spannung wird an die Elektronenquel lenschicht 62 der vierten Elektronenquelle 45 gelegt. Die Elektronenquellenschicht 62 wird auf ihrer dem Vakuumraum 46 zugewandten Seite von dritten Elektronen I₃ von der dritten Elektronenquelle 44 bestrahlt, entsprechend wie dies für die zweite und die dritte Elektronenquelle erläutert wurde. Vierte Elektronen I₄, die gegenüber den dritten Elektronen I₃ verstärkt sind, werden von der Elektronenquellenschicht 62 der vierten Elektronenquelle 45 in den Vakuumraum 46 emittiert.

Eine Gateelektrode 64 ist über den isolierenden Zwischen schichtfilmen 61 und 63 zur Seite der Anode 47 hin aufge bracht, um das Bestrahlen der Anode 47 mit den vierten Elek tronen I₄ durch das durch die Gateelektrode 64 aufgebaute elektrostatische Feld zu steuern. Wenn eine hohe Spannung an die Gateelektrode 64 gelegt wird, wird die Anode 47 mit den vierten Elektronen I₄ bestrahlt. Liegt dagegen eine niedrige Spannung an der Gateelektrode 64, ist dies nicht der Fall. Die Gateelektrode 64 ist mit einer Öffnung 67 ausgebildet, durch die der Vakuumraum 46 zwischen den Elektronenquellen 42 bis 44 zur Anode 47 hin geöffnet ist. Wenn Elektronen quellen mit jeweils mehreren Elektronenquellen 42 bis 44 in Form einer zweidimensionalen Matrix auf dem Substrat 41 aus gebildet sind, sind die Öffnungen 67 entsprechend in der An ordnung einer zweidimensionalen Matrix vorhanden.

Die Anode 47 ist beabstandet von der Gateelektrode 64 ange ordnet, mit einem dazwischenliegenden Vakuumraum 68. Die Anode 47 verfügt über einen Aluminiumdünnfilm, der parallel zur Hauptfläche des Substrats 41 liegt. An die Anode 47 wird eine hohe Spannung gelegt. Sie weist eine Dicke von etwa 10 nm (100 A) auf. Elektronen von den Elektronenquellen er reichen die Anode 47 mit einer Energie, die vom elektrosta tischen Feld abhängt, das durch die Dünnfilmanode 47 erzeugt wird. Sie dringen bis zur lichtemittierenden Schicht 65 auf der anderen Seite der Anode 47 durch. Elektronen, die durch die mehreren Elektronenquellen 42 bis 45 beträchtlich ver stärkt wurden, treffen auf die emittierende Schicht 65, so daß diese intensives Licht emittieren. Dadurch wird durch das Frontglas 66 hindurch ein helles und scharfes Bild sichtbar.

Bei einem erfindungsgemäßen Flachdisplay mit dieser Struktur wird eine Spannung an die zweite Elektronenquelle 43 gelegt, die um etwa 50 bis 100 V höher ist als diejenigen, die an die erste Elektronenquelle 42 gelegt wird. Entsprechend wird an die dritte Elektronenquelle 44 eine Spannung gelegt, die um etwa 50 bis 100 V höher ist als die an die zweite Elek tronenquelle gelegte, während die an die vierte Elektronen quelle 45 gelegte Spannung wiederum 50 bis 100 V höher ist als die an die dritte Elektronenquelle 44 gelegte. Elektro nen werden aufeinanderfolgend durch jede der Elektronenquel len mit den schrittweise höheren Spannungen verstärkt und dann über den Vakuumraum 46 zu Anode 47 gelenkt.

Die Energie der Elektronen beträgt dann etwa 50 bis 100 eV. Die von der vierten Elektronenquelle 45 emittierten Elektro nen treffen mit einer Energie auf die Anode, die von der an die Gateelektrode 64 angelegte Spannung abhängt. Da die An zahl von Elektronen durch jede Elektronenquelle um mehr als das Zehnfache verstärkt wird, liefern die vierten Elektronen I₄, wie sie von der vierten Elektronenquelle 45 emittiert werden, eine ausreichend hohe Intensität. Dementsprechend strahlt die lichtemittierende Schicht 45 Licht hoher Inten sität ab, und sie erzeugt ein scharfes Bild.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind meh rere Elektronenquellen so angeordnet, daß sie einander ge genüberstehen, wobei eine um so höhere Spannung an einer je weiligen Elektronenquelle liegt, je näher sie der Anode 47 ist. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Z. B. können mehrere Elektronenquellen in einer Ebene angeordnet sein, so daß Elektronen in Bögen zwischen den Elektronen quellen laufen. Sie werden durch jede der Elektronenquellen verstärkt, bis sie schließlich auf die Anode treffen. Es müssen nicht notwendigerweise vier Elektronenquellen vorhan den sein, sondern es kann jede andere Zahl sein, also z. B. auch 3, 5 oder 6.

Beim Flachdisplay gemäß den eben beschriebenen Ausführungs beispielen werden Elektronen immer dann verstärkt, wenn sie auf eine Elektronenquelle treffen. Dies führt dazu, daß die lichtemittierende Schicht mit sehr starken Elektronenstrah len bestrahlt wird. Dadurch entsteht ein helles und scharfes Bild.

Das dritte Ausführungsbeispiel, wie es nun beschrieben wird, nutzt den sogenannten Maltaeffekt zum Erzeugen von Sekundär elektronen. Fig. 5 zeigt einen wichtigen Teil des Displays gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Eine Sekundärelektronen quelle 82 ist auf einem Teil eines Substrats 81 aus isolie rendem Material ausgebildet.

Die Sekundärelektronenquelle 82 verfügt über ein Laminat, das in einer Aussparung 93 im Substrat 81 angeordnet ist. Das Laminat verfügt über einen Aluminiumfilm 83, einen Alu miniumoxid-Dünnfilm 84, der auf den Aluminiumfilm 83 lami niert ist, und einen Cäsiumoxidfilm 85, der auf den Alumi niumoxidfilm 84 laminiert ist. Der unterste Aluminiumfilm 83 wird auf Massepotential gelegt. Der Aluminiumoxidfilm 84 zwischen dem Aluminiumfilm 83 und dem Cäsiumoxidfilm 85 ist ein Dünnfilm mit einer Dicke von 50 bis 100 nm (500 bis 1000 A). Von dieser Sekundärelektronenquelle werden Elektro nenstrahlen gemäß einem Mechanismus emittiert, wie er nun beschrieben wird.

Auf dem Substrat 11 ist beim Laminat mit den drei Filmen aus Metall und Metalloxiden eine Primärelektronenquelle 90 aus gebildet. Die Primärelektronenquelle 90 verfügt über eine Kathode 86 mit einer sägezahnförmigen Quelle zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, die als elektronenemittie rende Quelle dient. Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Form der Kathode 86 zeigt. Die Kathode 86 ist ein flaches Teil auf einem unteren isolierenden Film 88a; sie besteht aus einem Metall wie Molybdän oder Wolfram. Diejeni ge Seite der Kathode 86, die das elektrostatische Feld er zeugt, weist eine solche Sägezahnform auf, daß sie über Zahnspitzen 101 und Zahngründe 102 verfügt, die aufeinander folgend angeordnet sind. Das elektrostatische Feld ist an den Zahnspitzen 101 konzentriert, wodurch Primärelektronen aus der Kathode herausgezogen werden. Die Kathode 86 liegt zwischen einem unteren und einem oberen isolierenden Film 88a bzw. 88b. Eine Öffnung 87 ist an der das elektrostati sche Feld erzeugenden Seite 103 angeordnet.

Eine untere und eine obere Herausziehelektrode 89b bzw. 89a sowie ein unteres und ein oberes Beschleunigungsgitter 92b bzw. 92a stehen einander getrennt durch die Öffung 87 gegen über. Die obere Herausziehelektrode 89b ist an einem Ende des oberen isolierenden Films 88b angeordnet und steht der Sekundärelektronenquelle gegenüber, unter der die Kathode 86 angeordnet ist. Die untere Herausziehelektrode 39b ist an demjenigen Ende des unteren isolierenden Films 88a angeord net, der der zweiten Elektronenquelle gegenübersteht, auf der die Kathode 86 angeordnet ist. Die untere und die obere Herausziehelektrode 89b bzw. 89a sind neben der das elektro statische Feld erzeugenden Seite 103 der Kathode 86 angeord net. Primärelektronen werden aus der Kathode 86 dadurch herausgezogen, daß die hierfür erforderliche Spannung zwi schen die obere und die untere Herausziehelektrode 89b und 89a gelegt werden. Das untere Beschleunigungsgitter 92a ist auf der Hauptfläche des Substrats 81 angeordnet, so daß ein unterer isolierender Zwischenschichtfilm 91a zwischen der unteren Herausziehelektrode 89a und dem unteren Beschleuni gungsgitter 92a liegt. Das obere Beschleunigungsgitter 92b ist so angeordnet, daß ein oberer isolierender Zwischen schichtfilm 91b zwischen der oberen Herausziehelektrode 89b und dem oberen Beschleunigungsgitter 92b liegt. Das obere und das untere Beschleunigungsgitter 92b und 92a weisen eine Filmdicke auf, die größer ist als diejenige der Herauszieh elektroden 89b und 89a. Eine Spannung, die höher ist als die an die Herausziehelektroden 89b und 89a gelegte, wird an das obere und untere Beschleunigungsgitter 92b und 92a gelegt, um die Primärelektronen in der Öffnung 87 zu beschleunigen. Die Energie, die an die Primärelektronen übertragen wird, beträgt etwa 50 bis 100 eV.

Eine Anode 94 ist so angeordnet, daß sie dem Substrat 81 ge genübersteht, auf dem die Primärelektronenquelle 90 und die Sekundärelektronenquelle 82 nebeneinander angeordnet sind. Zwischen dem Substrat 81 und einer Anode 93 liegt ein Va kuumraum. Die Hauptfläche des Substrats 81 liegt im wesent lichen parallel zur planaren Anode 94. Eine Hochspannung wird an die Anode 94 so gelegt, daß von der Sekundärelektro nenquelle 82 erzeugte Elektronen die Anode 94 erreichen. Auf der Anode 94 ist auf ihrer dem Vakuumraum gegenüberliegenden Seite eine lichtemittierende Schicht 95 angeordnet. Auf die se treffen Elektronen, wodurch sie Licht emittiert. Die lichtemittierende Schicht 95 liegt zwischen der Anode 94 und einem Frontglas 96. Letzteres besteht aus durchsichtigem Glas, durch das hindurch ein Bild erkennbar ist.

Bei der Struktur dieses Ausführungsbeispiels eines Flachdis plays werden Elektronen aus der Kathode 86 durch die Öffnung 87 dadurch herausgezogen, daß eine Spannung zwischen die Ka thode 86 und die Herausziehelektrode 89a und 89b gelegt wird. Die Primärelektronen werden durch das obere und das untere Beschleunigungsgitter 92b und 92a beschleunigt. Die beschleunigten Primärelektronen fallen schräg auf die Ober fläche des Cäsiumoxidfilms 85 auf, wodurch dieser Sekundär elektronen emittiert. Infolge der Emission der Sekundärelek tronen wird der Cäsiumoxidfilm 85 positiv geladen. Dies führt zum Aufbau eines elektrostatischen Feldes auf dem Alu miniumoxidfilm 84, der als Dielektrikum wirkt. Da der Alumi niumoxidfilm 84 sehr dünn ist, baut sich ein starkes elek trostatisches Feld in der Nachbarschaft des Aluminiumoxid films auf. Durch dieses starke elektrostatische Feld werden Elektronen aus dem Aluminiumfilm gezogen (Maltaeffekt) und dann durch das elektrostatische Feld zwischen dem Aluminium oxidfilm 84 und der Anode 94 beschleunigt. Viele Elektronen, die auf die Anode 95 auftreffen, erreichen die lichtemittie rende Schicht 95, so daß diese Licht aussendet. Die Anzahl der Elektronen ist hoch, so daß auch die Intensität des emittierten Lichts hoch ist.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel eines Flachdisplays verwendet den Maltaeffekt, um dafür zu sorgen, daß viele Elektronen auf die lichtemittierende Schicht 95 treffen. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Intensität der Strahlen. Beim Ausführungsbeispiel ist die Sekundärelektro nenquelle ein Laminatfilm mit dem Cäsiumoxidfilm 85, dem Aluminiumoxidfilm 84 und dem Aluminiumfilm 83. Jedoch ist die Sekundärelektronenquelle nicht auf einen Aufbau mit einem solchen Laminatfilm beschränkt. Es kann auch ein Lami natfilm mit einem Magnesiumoxidfilm, einem Nickeloxidfilm und einem Nickelfilm sein.

Es wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.

Das vierte Ausführungsbeispiel stimmt im wesentlichen mit dem dritten überein, jedoch ist zusätzlich eine Gateelektro de 111 vorhanden. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszei chen gekennzeichnet. Für diese Teile wird die Beschreibung nicht mehr wiederholt.

Die Gateelektrode 111 ist auf einem isolierenden Zwischen schichtfilm 112 aufgebracht, der auf dem Substrat 81 und dem oberen Beschleunigungsgitter 92a aufgebracht ist. Der iso lierende Zwischenschichtfilm 112 und die Gateelektrode 111 stehen einander über der Sekundärelektrodenquelle gegenüber, um den Fluß der Elektronen zu steuern, die durch die Öffnung 116 und der Sekundärelektronenquelle 82 her kommen. Das Po tential der Gateelektrode 111 wird mit Hilfe eines Schalters 113 gesteuert. Dieser schaltet das Potential der Gateelek trode 111 entweder auf Masse oder auf einen Anschluß 114 mit einer erforderlichen Spannung. Wenn das Potential der Gate elektrode 111 das Massepotential ist, ist der Fluß von Elek tronen von der Sekundärelektronenquelle 82 unterbrochen. Wenn das Potential der Gateelektrode 111 dagegen eine aus reichende positive Spannung aufweist, gehen die Elektronen von der Sekundärelektronenquelle durch die Gateelektrode hindurch und stoßen auf die lichtemittierende Schicht 95.

Das Hinzufügen einer solchen Gateelektrode 111 ermöglicht es, daß die Elektronen gesteuert werden können, die aufgrund des Maltaeffekts aus der Sekundärelektronenquelle 82 austre ten. Entsprechend wie beim dritten Ausführungsbeispiel kann die Intensität des zur Bildanzeige emittierten Lichts erheb lich erhöht werden. Dementsprechend ergibt sich ein scharfes und sehr helles Bild.

Auch beim vierten Ausführungsbeispiel kann der Laminatfilm, in dem der Maltaeffekt auftritt, ein Laminat mit einem Mag nesiumoxidfilm sein, ohne Beschränkung auf einen Laminatfilm mit einem Cäsiumoxidfilm, einem Aluminiumoxid und einem Alu miniumfilm.

Claims

1. Flachdisplay mit:

- einem Substrat (11);
- mehreren spitzen Kathoden (14) auf dem Substrat;
- einer planaren Anode (18), die der Kathode getrennt durch einen Vakuumraum gegenübersteht; und
- einer Lichtemissionsanordnung (19) auf der der Kathode ge gegenüberliegenden Seite der Anode; dadurch gekennzeichnet, daß die Anode mehrere Vorsprünge (21) in den den Kathoden zugeordneten Positionen aufweist.

2. Flachdisplay mit:

- einem Substrat (41);
- mehreren Elektronenquellen, die auf dem Substrat angeord net sind;
- einer Elektrode (47), die den Elektronenquellen getrennt durch einen Vakuumraum gegenübersteht; und
- einer lichtemittierenden Einrichtung (65) auf der dem Sub strat gegenüberliegenden Seite der Elektrode; dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektronenquelle mehrere Einzelelektronenquellen (42-45) aufweist, wobei die Elek tronen von einer Teilelektronenquelle zur anderen verstärkt werden, bis sie schließlich auf die lichtemittierende Ein richtung treffen.

3. Flachdisplay mit:

- einem Substrat (81);
- mehreren Elektronenquellen, die auf dem Substrat angeord net sind;
- einer Elektrode (94), die der Elektronenquelle getrennt durch einen Vakuumraum gegenübersteht; und
- einer lichtemittierenden Einrichtung (95), die auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Elektrode angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle über eine Primärelektronenquelle (90) und eine Sekundärelektronenquel le (82) verfügt.

4. Flachdisplay nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärelektronenquelle (82) einen Laminatfilm mit einem Cäsiumoxidfilm (85), einem Aluminiumoxidfilm (84) und einem Aluminiumfilm (83) aufweist.

5. Flachdisplay nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärelektronenquelle einen Laminatfilm mit einem Magnesiumoxidfilm, einem Nickeloxidfilm und einem Nickelfilm aufweist.

6. Flachdisplay nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekenn zeichnet durch eine Gateelektrode (64; 111) zwischen der Elektronenquelle (42-45; 82) und der Elektrode (47; 94) zum Steuern eines Strahls von gegen die Elektrode emittier ten Elektronen.