DE69320590T2

DE69320590T2 - Helligkeitsmodulierte Kaltkathodeanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69320590T2
Application number: DE1993620590
Authority: DE
Inventors: Robert C. Scottsdale Arizona 85255 Kane; Robert T. Mesa Arizona 85213 Smith
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2013-09-25
Also published as: EP0596242B1; DE69320590D1; JPH06222735A; EP0596242A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Feldemissionsvorrichtungen, und insbesondere Feldemissionsvorrichtungen, welche als Bildanzeigevorrichtungen verwendbar sind, wie in der WO-A-9,205,571 offenbart.
Feldemissionsvorrichtungen (FEDs) sind bekannt und enthalten üblicherweise Elektronenemitter, welche Elektronen in einen freien Raum oder einen Vakuumbereich mittels eines induzierten elektrischen Feldes nahe der Oberfläche des Elektronenemitters emittieren. Das elektrische Feld wird in vielen Fällen durch Bereitstellung einer Extraktionselektrode oder einer Gatterelektrode in nächster Nähe zum Elektronenemitter und Anlegen eines geeigneten Potentials dazwischen realisiert. Emittierte Elektronen werden üblicherweise, obwohl nicht notwendigerweise, durch eine beabstandet angeordnete Anode gesammelt; jedoch sind in vielen Fällen Feldemissionsvorrichtungen identifizierbar als Elektronenemitter mit nur einer zugehörigen Extraktionselektrode. In den Fällen, bei denen Feldemissionsvorrichtungen als Elektronenquellen für Anzeigevorrichtungen verwendet werden, ist es erwünscht, eine Einrichtung zum Steuern der Elektronenemission zur Realisierung eines bevorzugten Anzeigebildes zu realisieren. Beispielsweise werden zum Erzeugen eines Bildes auf einem Betrachtungsschirm Elektronen von einigen einer Vielzahl von individuell adressierbaren Feldemissionsvorrichtungen oder einigen einer Matrix von individuell adressierbaren Feldemissionsvorrichtungen emittiert. Weiterhin kann es für manche Anwendungen ebenfalls erwünscht sein, einen Steuerpegel über die Helligkeit jedes Bildelements oder Pixels einer Vielzahl von Bildelementen oder Pixeln, welche die Anzeige enthält, auszuüben.
Es ist bekannt, daß durch Erzeugen einer Auswahlspannung zwischen der Extraktionselektrode der Feldemissionsvorrichtung und dem Elektronenemitter die Elektronenemission von dem Elektronenemitter in Übereinstimmung mit dem an einer Emissionsoberfläche des Elektronenemitters in Übereinstimmung mit der Fowler-Nordheim-Beziehung beschreibbar ist, welche allgemein ausdrückbar ist als:
J = AE²/φexp [Bφ3/2/E]
Aus der obigen Beziehung ist ersichtlich, daß die Stromdichte J von dem Elektronenemitter eine starke Funktion eines induzierten elektrischen Feldes (E) ist, welches direkt auf eine angelegte Extraktionsspannung bezogen ist. Jedoch bestimmt eine Anzahl weiterer Faktoren die Größe des induzierten Feldes. Ein erster Faktor ist die Nähe der Extraktionselektrode zum Elektronenemitter. Je näher die Extraktionselektrode für eine vorgegebene angelegte Extraktionsspannung ist, desto größer ist die Größe des induzierten elektrischen Feldes. Ein zweiter Faktor betrifft in umgekehrter Weise die Größe des induzierten elektrischen Feldes bezüglich des Krümmungsradius der Elektronenemissionsstruktur oder des Elektronenemitters. Als scharfe Spitzen, Kanten oder Konusse gebildete Elektronenemitter liefern eine große elektrische Feldvergrößerung nahe der Emissionsspitze, welche ein Bereich einer geometrischen Diskontinuität mit einem sehr geringen Krümmungsradius aufweist. Als dritter Faktor ist, wie aus der oben angeführten Fowler-Nordheim-Beziehung ersichtlich ist, der emittierte Strom eine Stärkefunktion der Materialoberflächen-Arbeitsfunktion (φ). Da jeder dieser Faktoren eine Variation für jede Feldemissionsvorrichtung irgendeiner Matrix von Feldemissionsvorrichtungen liefert, ist es unpraktisch, die Emissionssteuerung durch Einstellen der Extraktionsspannung oder Gatterspannung zwischen der Gatterelektrode und dem Elektronenemitter zu steuern. D. h., der Erfindung hat beobachtet, daß die Elektronenemission von den Elektronenemittern von beliebigen zwei Feldemissionsvorrichtungen in einer Matrix von Feldemissionsvorrichtungen aufgrund von Herstellungsvariablen verschieden sind und daß komplexe Verfahren, die beim Stand der Technik zur Kompensation dieser und weiterer Variationen verwendet wurden, unerwünschte komplexe Verfahren sind.
Eine alternative Technik, welche zum Bewirken einer Elektronenemissionssteuerung von den Feldemissionsvorrichtungen verwendet wird, liegt in der Bereitstellung einer steuerbaren bestimmten Stromquelle für die Elektronenemitter jeder Feldemissionsvorrichtung der Matrix von Feldemissionsvorrichtungen. Durch Bestimmung des verfügbaren Stroms für jede Feldemissionsvorrichtung ist es nicht notwendig, die Herstellungsvariationen zu beachten, da die Spannung zwischen der Extraktionselektrode und dem Elektronenemitter einen beliebigen erforderlichen Wert annimmt (innerhalb der Grenzen, welche durch die beigefügten Spannungsquellen errichtet sind), um den bestimmten Strom zu liefern.
Verfahren mit steuerbaren bestimmten Stromquellen ergeben Nachteile für eine erwünschte Funktionstüchtigkeit bei manchen Anwendungen. Jeder Elektronenemitter einer Feldemissionsvorrichtung (FED) hat eine Kapazität zugeordnet, welche jedesmal dann geladen werden muß, wenn die entsprechende FED Elektronen emittieren soll. Bei manchen Anwendungen müssen die gesteuerten Stromquellen verschiedene Ströme für jeden Elektronenemitter einer Vielzahl von FEDs in einer Matrix von FEDs liefern, um eine Grauskalenmöglichkeit für eine Bildanzeige zu bewirken. FEDs entsprechend Pixelorten, wo die Lichtintensität der Bildanzeige erwünschtermaßen gering ist, haben ein Erfordernis nach geringer Elektronenemission auferlegt und deshalb einen geringen bestimmten Strom von der gesteuerten bestimmten Stromquelle, die zugeordnet ist. Die zum Laden der Kapazität erforderliche Zeit, welche dem Elektro nenemitter irgendeiner FED zugeordnet ist, ist teilweise eine Funktion eines maximal verfügbaren Stroms in die Kapazität. Als solche bieten gesteuerte bestimmte Stromquellen insofern einen Nachteil, als daß bestimmte Strompegel entsprechend erwünschten geringen FED-Emissionspegeln nicht in der Lage sind, die zugehörige Kapazität zu laden.
Weiterhin muß bei Anwendungen, welche steuerbare bestimmte Stromquellen verwenden, wobei die Grauskalierung durch unterscheidbar unterschiedliche Strompegel bewirkt wird, die zugehörige FED-Emitterkapazität auf einen unterschiedlichen Pegel für jeden gesteuerten bestimmten Strompegel geladen werden. Dies erscheint klar bei der Betrachtung, daß die Emissionsstromdichte eine Funktion der Spannung zwischen der Gatterelektrode und dem Elektronenemitter ist und daß zum Liefern eines vorgeschriebenen oder bestimmten Stroms die Spannung einen entsprechenden Wert annimmt. D. h., ein hoher Strom entsprechend einem hohen Helligkeitspegel diktiert eine höhere Spannung als ein niedriger Strom entsprechend einem niedrigen Helligkeitspegel. Diese Variation im Strom, welcher für die Emission verfügbar ist und gleichzeitig für das Laden der zugehörigen Kapazität, liefert eine ungleiche Elektronenemissionscharakteristik an jedem Elektronenemitter der Matrix von FEDs. Bei vielen Anwendungen sind Variationen nicht tolerierbar und begrenzen die Verwendbarkeit dieses Betriebsverfahrens für Bildanzeigen.
Dementsprechend gibt es ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Feldemissionsvorrichtungs-Steuerschaltungsanordnung, welche zumindest einige dieser Nachteile überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Bedürfnis und weitere werden im wesentlichen erfüllt durch die Bereitstellung einer Feldemissionsvorrichtung mit einem Elektronenemitter zum Emittieren von Elektronen; einer Extraktionselektrode, welche bezüglich des Elektronenemitters proximal angeordnet ist, und einer Anode zum Sammeln von zumindest einigen der Emissionselektronen, welche bezüglich des Elektronenemitters distal angeordnet ist; wobei jeder Elektronenemitter eine zugehörige Kapazität aufweist, und wobei die Vorrichtung aufweist: eine steuerbare Stromquelle, die betriebsmäßig zwischen den Elektronenemitter und ein Referenzpotential geschaltet ist, wobei die gesteuerte Stromquelle einen Impuls konstanten Stroms an den Elektronenemitter zum Verbessern der Ansprechzeit für die Emission von Elektronen von dem Elektronenemitter ansprechend auf Stromsteuersignale liefert, welche an den externen Stromsteueranschluß angelegt werden; und eine Steuereingangsleitung zum Liefern von Stromsteuersignalen an die steuerbare Stromquelle, wobei die Steuereingangsleitung betriebsmäßig mit der steuerbaren Stromquelle zum Empfangen von Signalen zum Bestimmen der Dauer des Impulsstroms verbunden ist; wobei Spannungen betriebsmäßig zwischen die Extraktionselektrode und das Referenzpotential, zwischen die Anode und das Referenzpotential und zwischen die Steuereingangsleitung und das Referenzpotential anlegbar sind, um die Feldemissionsvorrichtung in einen EIN- Zustand zu versetzen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung mit betriebsmäßig verbundenen, extern vorgesehenen Spannungsquellen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung mit betriebsmäßig angeschlossenen Spannungsquellen und einer Konstantstromquelle;
Fig. 3 eine teilweise schematische Darstellung einer Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtungs-Elektronenemitterschaltung;
Fig. 5-7 graphische Darstellungen von Spannung-Zeit- Beziehungen für den Betrieb der Feldemissionsvorrichtungs-Elektronenemitterschaltung;
Fig. 8-10 graphische Darstellungen von Strom-Zeit- Beziehungen für den Betrieb einer Feldemissionsvorrichtungs-Elektronenemitterschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung mit betriebsmäßig angeschlossenen Spannungsquellen und einer gesteuerten Konstantstromquelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtungs-Bildanzeige mit gesteuerten Konstantstromquellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung 100, dargestellt durch eine Box mit gestrichelten Linien, einschließlich eines Elektronenemitters 101 zum Emittieren von Elektronen, einer Extraktionselektrode oder Gatterelektrode 102 und einer Anode 103 zum Sammeln von zumindest einigen irgendwelcher emittierter Elektronen. Bei physikalischen Ausführungsformen der Feldemissionsvorrichtungen ist die Extraktionselektrode 102 bezüglich des Elektro nenemitters 101 proximal angeordnet und im wesentlichen symmetrisch peripherisch um einen Radius bezüglich des Elektronenemitters 101. Die Anode 103 ist distal bezüglich des Elektronenemitters 101 angeordnet, wobei in diesem Fall die schematische Darstellung von Fig. 1 weiterhin als eine Querschnittsansicht beschreibend anzusehen ist. Ebenfalls dargestellt ist eine erste extern vorgesehene Spannungsquelle 104, welche betriebsmäßig zwischen der Gatterelektrode 102 und dem Elektronenemitter 101 angeschlossen ist, sowie eine zweite extern vorgesehene Spannungsquelle 105, welche betriebsmäßig zwischen der Anode 103 und dem Elektronenemitter 101 angeschlossen ist. Zu Zwecken der vorliegenden Illustration und genauso für die Praxis kann die Betriebsverbindung der ersten und zweiten extern vorgesehenen Spannungsquelle 104 und 105, welche als zum Elektronenemitter 101 erstellt abgebildet ist, tatsächlich als betriebsmäßig mit einem Referenzpotential verbunden angesehen werden, wie z. B. einer Massereferenz, wobei in diesem Fall der Elektronenemitter 101 ebenfalls mit dem Referenzpotential betriebsmäßig verbunden sein würde.
Der Betrieb einer Feldemissionsvorrichtung, wie z. B. derjenigen, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wird durch Anlegen einer geeigneten Spannung an der Extraktionselektrode 102 bewirkt, wie z. B. derjenigen, die durch die betriebsmäßig verbundene erste extern vorgesehene Spannungsquelle 104 lieferbar ist. Beispielsweise liegen Spannungen zwischen der Extraktionselektrode 102 und dem Referenzpotential im Bereich von 5,0 Volt bis 200,0 Volt. Mittels der Spannungsquelle 104, welche an der Extraktionselektrode 102 liegt, wird ein elektrisches Feld an einer Oberfläche des Elektronenemitters 101 induziert, was Anlaß zu einer Elektronenemission vom Elektronenemitter 101 gibt. Wenn eine geeignete Spannung an die Anode 103 angelegt wird, wie z. B. diejenige, welche durch die betriebsmäßig verbundene zweite Spannungsquelle 105 anlegbar ist, werden zumindest einige emittierte Elektronen an der Anode 103 gesammelt. Beispielsweise liegen die Spannungen zwi schen der Anode 103 und dem Referenzpotential im Bereich von 5,0 Volt bis 20.000,0 Volt.
Der emittierte Elektronenstrom kann durch Modulieren der Größe der an die Extraktionselektrode 102 angelegten Spannung variiert werden. Jedoch schließen Variationen in den physikalischen Realisierungen eine Möglichkeit aus, daß dieses Verfahren der modulierten Elektronenemission in hinreichender Weise von einer Feldemissionsvorrichtung zu einer weiteren reproduzierbar ist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung 200, welche durch eine Box aus einer gestrichelten Linie dargestellt ist, einschließlich eines Elektronenemitters 201 zum Emittieren von Elektronen, einer Extraktionselektrode oder Gatterelektrode 202 und einer Anode 203 zum Sammeln von zumindest einigen irgendwelcher emittierter Elektronen. Ebenfalls abgebildet ist eine erste extern vorgesehene Spannungsquelle 204, welche betriebsmäßig zwischen der Gatterelektrode 102 und einem Referenzpotential 240 angeschlossen ist, eine zweite extern vorgesehene Spannungsquelle 205, welche betriebsmäßig zwischen der Anode 203 und dem Referenzpotential 240 angeschlossen ist, und eine Konstant- oder Bestimmungsstromquelle 206, welche betriebsmäßig zwischen dem Elektronenemitter 201 und dem Referenzpotential 240 angeschlossen ist.
Der Betrieb der Feldemissionsvorrichtung 200 wird durch Bereitstellen einer geeigneten Extraktionsspannung für die Extraktionselektrode 202, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, und durch Bereitstellen eines Konstantstroms von Elektronen für den Elektronenemitter 201 mittels der Konstantstromquelle 206, welche betriebsmäßig damit verbunden ist, bewirkt. Zumindest einige emittierte Elektronen werden an der Anode 203 gesammelt, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Für die Feldemissionsvorrichtung 200 wird beobachtet, daß durch Bereitstellung der Konstantstromquelle 206 fabrikationsabhängige Emissionscharakteristika die Elektronenemission innerhalb der Grenzen der Konstantstromquelle 206 zur Kompensation für die Fabrikationsvariationen nicht beeinflussen. Die Konstantstromquelle 206 ist typischerweise eine Kombination elektronischer Elemente, welche in Kombination zum Bereitstellen eines vorbestimmten Stroms an einer Last arbeiten. Zusätzlichermaßen arbeiten Konstantstromquellen typischerweise durch Bereitstellen eines bestimmten Konstantstroms an eine angeschlossene Last ohne Beschränkung hinsichtlich der Lastcharakteristika. Die Konstantstromquelle 206 zeigt diesen besonderen Schaltungsbetrieb durch Bereitstellung einer Konstantstromquellen-Ausgangsspannung, welche betriebsmäßig mit dem Elektronenemitter 201 verbunden ist und welche somit erlaubt, daß ein Bereich von Spannungen an die Last, z. B. den Elektronenemitter 201, mit dem erwünschten Konstantstrom anlegbar ist. Bezüglich der Feldemissionsvorrichtung 200, mit dem die Konstantstromquelle 206 betriebsmäßig verbunden ist, nimmt die an den Elektronenemitter 201 über die Konstantstromquelle 206 angelegte Spannung einen Wert an, welcher in Zusammenhang mit der Spannung der Extraktionselektrode 202 eine erwünschte Elektronenemission in Übereinstimmung mit der Fowler-Nordheim-Beziehung, welche zuvor beschrieben wurde, liefert.
Fig. 3 ist eine teilweise schematische Darstellung einer Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen 350, 351 und 352, welche jeweils einen zugehörigen Elektronenemitter 301, 302 und 303 und eine Konstantstromquelle einer Vielzahl von Konstantstromquellen 306, 307 und 308 aufweisen. Eine Anode 313 zum Sammeln von zumindest einigen irgendwelcher emittierter Elektronen von jedem der Elektronenemitter 301, 302 und 303 ist ebenfalls dargestellt. Jede Konstantstromquelle 306, 307 und 308 kann selektivermaßen verwendet werden, um den zugehö rigen (betriebsmäßig angeschlossenen) Elektronenemitter oder Elektronenemittern 301, 302 und 303 einen vorbestimmten Konstantstrom zu liefern, welcher verschieden sein kann von irgendeinem Konstantstrom, welcher selektivermaßen von irgendeiner anderen der Vielzahl von Konstantstromquellen 306, 307 und 308 an irgendeinen anderen der Elektronenemitter 301, 302 und 303 der Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen 350, 351 und 352 lieferbar ist.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer Feldemissionsvorrichtungs-Elektronenemitterschaltung 400, wobei eine verteilte Schaltungsimpedanz dargestellt ist als eine Vielzahl von diskreten Shunt-Kapazitäten 402 und Reihenwiderständen 401, welche betriebsmäßig mit einer Gatter- Emitter-Kapazität 403 verbunden sind. Man wird leicht bemerken, daß die Anwendung einer Konstantstromquelle auf eine Ausführungsform der Schaltung 400 an einem Ort mit der Bezeichnung als Anschluß IN bewirkt, daß sich die Kapazitäten 402 und 403 in Übereinstimmung mit dem gelieferten Strom aufladen. Im Fall eines großen Stroms (in der Größenordnung von Mikroampere), der an dem Anschluß IN eingegeben wird, laden sich die Kapazitäten 402 und 403 während einer Zeitspanne, und die entsprechende Spannung, die in der Schaltung 400 auftritt, steigt schnell an und fährt fort, anzusteigen, bis ein Pegel erreicht ist, an dem die Elektronenemission von dem zugehörigen Elektronenemitter (dargestellt als Gatter-Emitter- Kapazität 403) im wesentlichen gleich dem eingegebenen Konstantstrom ist. Im Fall eines kleinen Stroms (in der Größenordnung von Nanoampere), der am Anschluß IN eingegeben wird, laden sich die Kapazitäten 402 und 403 während einer längeren Zeitspanne, und die entsprechende Spannung, die in der Schaltung 400 auftritt, steigt langsam an und fährt fort, anzusteigen, bis ein Pegel erreicht wird, an dem die Elektronenemission von dem zugehörigen Elektronenemitter (dargestellt als die Gatter-Emitter-Kapazität 403) im wesentlichen gleich dem eingegebenen Konstantstrom ist.
Fig. 5-7 sind graphische Darstellungen von Ladeeffekten auf die Spannung, welche sich in der Elektronenemitterschaltung 400, welche zuvor mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde, entwickeln. Jetzt mit Bezug auf die graphische Darstellung von Fig. 5 wird beobachtet, daß für einen hohen eingegebenen Strom die Elektronenemitterschaltung 400 schnell auf einen erwünschten Spannungspegel 501 geladen wird, um so einen vorbestimmten Konstantstrom für den zugehörigen Elektronenemitter zu erzeugen. Für einen mittleren eingegebenen Strom, wie z. B. für einen, welcher für eine geringere Elektronenemission von einer Feldemissionsvorrichtung eingegeben würde, lädt sich die Elektronenemitterschaltung 400 über ein längeres Zeitintervall, um sich auf einen erwünschten Spannungspegel 502, wie in Fig. 6 dargestellt, zu laden, nämlich im Vergleich zu dem, was in Fig. 5 dargestellt ist. Für einen geringen eingegebenen Strom, wie z. B. denjenigen, welcher für eine geringe Elektronenemission von einer Feldemissionsvorrichtung eingegeben würde, lädt sich die Elektronenemitterschaltung 400 sehr langsam, wie in Fig. 7 dargestellt, und wird möglicherweise nicht den erwünschten Spannungspegel 503 während einer vorgeschriebenen Zeitspanne erreichen, um dafür zu sorgen, daß der vorgeschriebene Konstantstrom als Elektronenstrom am Elektronenemitter einer Feldemissionsvorrichtung emittiert wird.
Fig. 8-10 sind graphische Darstellungen einer bevorzugten Elektronenemissionscharakteristik für Feldemissionsvorrichtungs-Elektronenemitter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Es ist vorgesehen, daß in jedem Fall eine Konstantstromquelle, welche einem Elektronenemitter zugeordnet ist, einer Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen einen im wesentlichen gleichen Strom erzeugt wie alle anderen Konstantstromquellen, die anderen Elektronenemittern der Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen zugeordnet sind. Weiterhin wird man beobachten, daß Fig. 8-10 darstellen, daß eine Anhäufung von emittierten Strömen im wesentlichen eine Funktion einer Dauer von nur der Elektronenemission ist. Beispielsweise ist, wie in Fig. 8 dargestellt, ein Elektronenemissionsstrom vorgesehen mit einer Größe (bezeichnet als Imax) für eine Zeitspanne, welche bei To beginnt und bei Toff endet. In Fig. 9 ist ein Elektronenemissionsstrom von im wesentlichen gleicher Größe (bezeichnet als Imax) vorgesehen für eine kürzere Zeitspanne, und zwar beginnend bei To und endend bei Toff. In Fig. 10 ist ein Elektronenemissionsstrom von im wesentlichen gleicher Größe (bezeichnet als Imax), wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, für eine noch kürzere Zeitspanne vorgesehen, und zwar beginnend bei To und endend bei Toff. Es erscheint klar, daß für diese drei verschiedenen Fälle, die in Fig. 8-10 gezeigt sind, eine Gesamtelektronenladung eine Funktion der Zeitdauer ist, während der der Strom Imax angelegt ist.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Feldemissionsvorrichtung 700, dargestellt durch eine Box aus einer gestrichelten Linie, einschließlich eines Elektronenemitters 701, einer Extraktionselektrode oder einer Gatterelektrode 702 und einer Anode 703. Eine erste extern vorgesehene Spannungsquelle 704 ist dargestellt als betriebsmäßig angeschlossen zwischen der Extraktionselektrode 702 und einem Referenzpotential 740, und eine zweite extern vorgesehene Spannungsquelle 705 ist als betriebsmäßig angeschlossen zwischen der Elektrode 703 und dem Referenzpotential 740 dargestellt, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Eine bestimmte gesteuerte Stromquelle 710 ist betriebsmäßig angeschlossen zwischen dem Elektronenemitter 701 der Feldemissionsvorrichtung 700 und dem Referenzpotential 740. Typischerweise ist eine Stromquelle ein Netzwerk von elektronischen Elementen, welche einen vorbestimmten Strom an eine Last liefern, wie zuvor beschrieben. Weiterhin ist die gesteuerte Stromquelle 710 eine Stromquelle, welche auf einen vorbestimmten Stromwert einstellbar ist. Eine Steuereingangsleitung 711 ist für die ge steuerte bestimmten Stromquelle 710 vorgesehen, um extern vorgesehene Stromdauerinformation an die gesteuerte bestimmte Stromquelle 710 zu koppeln. Eine Spannung-Zeit-Darstellung 751 zeigt, daß die Stromdauerinformation an die Steuereingangsleitung 711 als eine Spannung vorbeschriebener Zeitdauer gekoppelt wird. Alternativermaßen zeigt die Strom-Zeit- Darstellung 752, daß die Stromdauerinformation an die gesteuerte Konstantstromquelle 710 durch Koppeln eines Stroms vorbestimmter Zeitdauer auf die Steuereingangsleitung 711 geliefert wird. Das Koppeln der Stromdauerinformation auf die Steuereingangsleitung 711 setzt effektiverweise die gesteuerte Konstantstromquelle 710 in einen EIN-Modus zum Liefern des vorgeschriebenen oder vorbestimmten Konstantstroms an eine Elektronenemitterschaltung der Feldemissionsvorrichtung 700 während der Zeitdauer der Zeitdauerinformation, was zusammen mit dem Anlegen eines Aktivierungssignals, z. B. einer Spannung, an die Feldemissionsvorrichtungs-Extraktionselektrode effektiverweise die Feldemissionsvorrichtung 700 in den EIN- Modus setzt.
Mit Bezug auf Fig. 12 ist eine Feldemissionsvorrichtungs- Bildanzeige in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung abgebildet. Eine Matrix oder eine Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen, dargestellt innerhalb einer Box aus einer gestrichelten Linie mit der Bezeichnung 860, von denen jede zur selektiven Energieversorgung eines Bereichs einer Anode 806 vorgesehen ist, ist dort dargestellt. Proximal angeordnete Extraktionselektroden jeder Feldemissionsvorrichtung in der Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen 860 sind auf eine Art und Weise verbunden, daß Zeilen 804 und 805 an Extraktionselektroden verbundener Feldemissionsvorrichtungen 860 gebildet sind. Elektronenemitter 807 der Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen 860 sind auf eine Art und Weise selektiv verbunden, daß Spalten 808 gebildet sind, welche den Emittern 807 der verbundenen Feldemissionsvorrichtungen 860 entsprechen. Eine gesteuerte Stromquelle einer Vielzahl von gesteu erten Stromquellen 810, 811, 812 und 813 ist betriebsmäßig angeschlossen zwischen einer jeweiligen Säule der Vielzahl von Säulen 808 und einem Referenzpotential. Jede der Vielzahl von Zeilen 804 und 805 der Extraktionselektroden ist betriebsmäßig verbunden mit einem Ausgang einer Vielzahl von Ausgängen 816 eine Schalters 802, welcher vorgesehen ist, um selektiverweise eine Zeile der Vielzahl von Zeilen 804 und 805 von Extraktionselektroden zu aktivieren, nämlich durch betriebsmäßiges Verbinden einer ausgewählten Zeile mit einer Aktivierungssignaleinrichtung 803, welche betriebsmäßig zwischen dem Eingang 830 des Schalters 802 und dem Referenzpotential vorgesehen ist. Jede der gesteuerten Stromquellen der Vielzahl von gesteuerten Stromquellen 810, 811, 812 und 813 hat betriebsmäßig eine Steuereingangsleitung einer Vielzahl von Steuereingangsleitungen 840, 841, 842 und 843 angeschlossen, worauf Steuersignale gesetzt sind, um in selektiver Art und Weise die gesteuerte Stromquelle, die daran angebracht ist, in einen EIN-Zustand zu versetzen, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben. Die Dauer des EIN-Modus einer gesteuerten Stromquelle wird durch die Dauer des betriebsmäßig angeschlossenen Steuersignals bestimmt.
Die Elektronenemission findet von den Feldemissionsvorrichtungen der Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen 860 entsprechend der ausgewählten Zeile der Vielzahl von Zeilen 804 und 805 oder Extraktionselektroden statt. Jede Feldemissionsvorrichtung innerhalb der ausgewählten Zeile der Matrix 860 emittiert einen im wesentlichen identischen Elektronenstrom wie denjenigen jeder weiteren Feldemissionsvorrichtung der ausgewählten Zeile und wie bestimmt durch die jeweiligen gesteuerten Konstantstromquellen. Das Bewirken des Betriebs der Bildanzeigevorrichtung auf diese Art und Weise eliminiert Funktionstüchtigkeitsvariationen, welche aufgrund von Herstellungs- und Materialinkonsistenzen auftreten. Emittierte Elektronen werden vorzugsweise an der distal angeordneten Anode 806 gesammelt, welche für die in Betrachtung stehende Bildanzeige zumindest eine Schicht kathodenlumineszenten Materials 870 aufweist, die auf einem im wesentlichen transparenten Betrachtungsschirm 880 angeordnet ist. Eine extern vorgesehene Spannungsquelle 820 ist betriebsmäßig zwischen der Anode 806 und dem Referenzpotential angeschlossen, um eine attraktive Spannung an der Anode 806 zur Erleichterung des Sammelns von Elektronen anzulegen.
Die Anode 806 enthält eine Vielzahl von Bereichen 850, 851, 852, 853 und 854. Die Bereiche 850, 851, 852 und 853 sind den Feldemissionsvorrichtungen zugeordnet, welche als betriebsmäßig verbunden über die verbundenen Extraktionselektroden identifizierbar sind, welche die Zeile an Extraktionselektroden 804 ausmachen, die als ausgewählt durch die Schalteinrichtung 802 und betriebsmäßig verbunden mit der Aktivierungssignaleinrichtung 803 dargestellt ist. Jede der Feldemissionsvorrichtungen der ausgewählten Reihe an Extraktionselektroden 804 emittiert einen im wesentlichen gleichen Elektronenstrom, wie bestimmt durch die jeweilige zugehörige gesteuerte Stromquelle für eine Dauer, welche durch die Dauer der Steuersignaleingabe auf jede jeweilige Steuereingangsleitung bestimmt ist.
Beispielsweise emittiert die Feldemissionsvorrichtung, die der ausgewählten Reihe an Extraktionselektroden 805 und der gesteuerten Stromquelle 810 zugeordnet ist, Elektronen entsprechend einem bevorzugten Elektronenstrom, der durch die gesteuerte Stromquelle 810 bestimmt wird, während einer Dauer, während der die gesteuerte Stromquelle 810 im EIN-Modus ist, wie bestimmt durch das Steuersignal, das auf die Steuereingangsleitung 840 gekoppelt ist.
Die emittierten Elektronen werden an der Anode 806 im Bereich 850 gesammelt, welcher kathodenlumineszentes Material 870 auf eine gewünschte Lichtintensität anregt, wie dargestellt. Die Feldemissionsvorrichtung, welche der Zeile von Extraktions elektroden 805 und der gesteuerten Stromquelle 811 zugeordnet ist, emittiert ebenfalls Elektronen entsprechend dem bevorzugten Elektronenstrom, der durch die gesteuerte Stromquelle 811 bestimmt ist, während einer Dauer, während der die gesteuerte Stromquelle 811 im EIN-Modus ist, wie bestimmt durch das Steuersignal, das auf die Steuereingangsleitung 841 gekoppelt ist. Die Feldemissionsvorrichtungen, welche der Zeile 805 und jeweiligen gesteuerten Stromquellen 812 und 813 zugeordnet sind, emittieren in ähnlicher Weise Elektronen entsprechend dem bevorzugten Elektronenstrom und während einer Dauer in Übereinstimmung mit der Dauer, die durch das Steuersignal vorgeschrieben wird, das an die jeweilige Steuereingangsleitung 842 bzw. 843 angelegt wird.
Es sollte bemerkt werden, daß die Lichtintensität eines Bereichs der Vielzahl von Bereichen 850, 851, 852 und 853 der Anode 806 direkt bezogen ist auf die Dauer der gesteuerten Anregung durch emittierte Elektronen, da jede der gesteuerten Stromquellen 810, 811, 812 und 813 im wesentlichen den gleichen Elektronenstrom an die zugehörige Feldemissionsvorrichtung liefert, mit der sie betriebsmäßig verbunden ist. Weiterhin liefert der Bereich 850 eine größere Lichtintensität als der Bereich 851 und eine geringere Lichtintensität als der Bereich 852, was korreliert ist zur Dauer des Steuersignals an jeder der Steuereingangsleitungen, die dazu zugeordnet sind. Ein Steuersignal, das an die Steuereingangsleitung 840 angelegt ist, welches von längerer Dauer ist als das Steuersignal, das an die Steuereingangsleitung 841 angelegt ist, und von kürzerer Dauer als das Steuersignal, das an die Steuereingangsleitung 842 angelegt ist, erzeugt eine größere Lichtintensität im Bereich 850 als im Bereich 851 und eine geringere Lichtintensität im Bereich 853 als im Bereich 851.
Obwohl Fig. 12 zeigt, daß an jedem Schnittpunkt der Zeile 804, 805 und der Spalten 808 eine einzelne Feldemissionsvorrichtung vorgesehen ist, welche einen entsprechenden Bereich an der Anode 806 mit Energie versorgt, sollte man verstehen, daß jedes Anodenbildelement oder jeder Pixel durch eine Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen mit Energie versorgt werden kann, wobei in diesem Fall die Vielzahl von Feldemissionsvorrichtungen dargestellt ist durch eine einzelne schematische Darstellung an dem Schnittpunkt.

Claims

1. Feldemissionsvorrichtung (700) mit einem Elektronenemitter (701) zum Emittieren von Elektronen; einer Extraktionselektrode (702), welche bezüglich des Elektronenemitters (701) proximal angeordnet ist, und einer Anode (703) zum Sammeln von zumindest einigen der emittierten Elektronen, welche bezüglich des Elektronenemitters (701) distal angeordnet ist; wobei jeder Elektronenemitter eine zugehörige Kapazität aufweist und wobei die Vorrichtung aufweist:

eine gesteuerte Stromquelle (710), die betriebsmäßig zwischen dem Elektronenemitter (701) und einem Referenzpotential (740) angeschlossen ist, wobei die gesteuerte Stromquelle einen Konstantstromimpuls an den Elektronenemitter (701) zum Erhöhen der Ansprechzeit zur Emission von Elektronen von dem Elektronenemitter (701) ansprechend auf Stromsteuersignale, welche an den externen Stromsteueranschluß anlegbar sind, liefert; und

eine Steuereingangsleitung (711) zum Liefern von Stromsteuersignalen an die gesteuerte Stromquelle (710), wobei die Steuereingangsleitung (711) betriebsmäßig mit der gesteuerten Stromquelle (710) verbunden ist, zum Empfangen von Signalen zum Bestimmen der Dauer des Stromimpulses;

Spannungen, die betriebsmäßig zwischen der Extraktionselektrode (702) und dem Referenzpotential (740), zwischen der Anode (703) und dem Referenzpotential (740) und zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen sind, um die Feld emissionsvorrichtung (700) in einen EIN-Zustand zu versetzen.

2. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der EIN-Zustand der Feldemissionsvorrichtung (700) durch die Dauer der Spannung bestimmt ist, die betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angelegt ist.

3. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Spannungen, die betriebsmäßig zwischen der Extraktionselektrode (702) und dem Referenzpotential (740) und zwischen der Anode (703) und dem Referenzpotential (740) angelegt sind, und einen Strom, der betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen ist, um die Feldemissionsvorrichtung (700) in einen EIN-Zustand zu versetzen.

4. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der EIN-Zustand der Feldemissionsvorrichtung (700) durch die Dauer des Stroms bestimmt wird, der betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen ist.

5. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (703) einen im wesentlichen transparenten Betrachtungsschirm (880) mit zumindest einer kathodenlumineszenten Schicht (870), welche darauf angeordnet ist, zum Sammeln von zumindest einigen irgendwelcher emittierter Elektronen aufweist und distal bezüglich des Elektronenemitters (701) angeordnet ist.

6. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Spannungen, die betriebsmäßig zwischen der Extraktionselektrode (702) und dem Referenzpotential (740), zwischen der Anode (703) und dem Referenzpotential (740) und zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen sind, um die Feldemissionsvorrichtung (700) in einen EIN-Zustand zu versetzen.

7. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der EIN-Zustand der Feldemissionsvorrichtung (700) durch die Dauer der Spannung bestimmt ist, welche betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen ist.

8. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Spannungen, die betriebsmäßig zwischen der Extraktionselektrode (702) und dem Referenzpotential (740) und zwischen der Anode (703) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen sind, sowie einen Strom, der betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen ist, um die Feldemissionsvorrichtung (700) in einen EIN-Zustand zu versetzen.

9. Feldemissionsvorrichtung (700) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der EIN-Zustand der Feldemissionsvorrichtung (700) durch die Dauer des Stroms bestimmt ist, der betriebsmäßig zwischen der Steuereingangsleitung (711) und dem Referenzpotential (740) angeschlossen ist.