DE69909538T2

DE69909538T2 - Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung, einer Elektronenquelle und eines Bilderzeugungsgeräts

Info

Publication number: DE69909538T2
Application number: DE69909538T
Authority: DE
Inventors: Masataka Ohta-ku Yamashita; Tatsuya Ohta-ku Iwasaki; Hisaaki Ohta-ku Kawade; Takeo Ohta-ku Ono; Toshikazu Ohta-ku Ohnishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: DE69937074D1; US6752676B2; JP3069956B2; KR19990072740A; DE69937074T2; EP1335399A3; KR100362972B1; EP1335399B1; EP1335399A2; EP0936653A1; US20020016124A1; DE69909538D1; EP0936653B1; JPH11297193A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung, einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl derartiger Elektronenemissionsvorrichtungen sowie ein Bildausbildungsgerät wie etwa eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen, die unter Verwendung der Elektronenquelle aufgebaut ist.
Stand der Technik
Die bekannten Elektronenemissionsvorrichtungen werden allgemein in zwei Arten klassifiziert, thermionische Elektronenemissionsvorrichtungen und Kaltkathoden-Elektronenemissionsvorrichtungen. Die Kaltkathoden-Elektronenemissionsvorrichtungen beinhalten Vorrichtungen in der Feldemissionsbauart (nachstehend mit "FE-Bauart" bezeichnet), Vorrichtungen in der Metall/Isolator/Metall-Bauart (nachstehend mit "MIM-Bauart" bezeichnet), Oberflächen-Elektronenemissionsvorrichtungen usw.
Beispiele der Vorrichtungen in FE-Bauart beinhalten die bei W. P. Dyke und W. W. Dolan: "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956), oder bei C. A. Spindt: "Physical Properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", Journal of Applies Physics, 47, 5248 (1976), offenbarten u. a.
Beispiele der bekannten Vorrichtungen in MIM-Bauart beinhalten die bei C. A. Mead: "Operation of Tunnel-Emission Devices", Journal of Applied Physics, 32, 646 (1961), usw. offenbarten.
Beispiele für die Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen beinhalten die bei M. I. Elinson, Radio Engineering Electron Physics, 10, 1290 (1965), usw. offenbarten.
Die Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen verwenden das Phänomen, dass eine Elektronenemission auftritt, wenn man einen elektrischen Strom parallel zu der Oberfläche in einer dünnen Schicht mit einer kleinen Fläche fließen lässt, die auf einem isolierenden Substrat ausgebildet ist. Beispiele der bis heute berichteten Oberflächen-Elektronenemissionsvorrichtungen beinhalten jene unter Verwendung einer Dünnschicht aus SnO₂ gemäß den vorstehend zitierten Elinson et al., jene unter Verwendung einer Dünnschicht aus Gold [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)], jene unter Verwendung einer Dünnschicht aus In₂O₃/SnO₂ [M. Hartwell und C. G. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conference", 519, (1975)], jene unter Verwendung einer Dünnschicht aus Kohlenstoff [Hisashi Araki et al.: Shinku (Vacuum), Band 26, Nr. 1, Seite 22 (1983)], usw.
Ein typisches Beispiel dieser Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen ist die Vorrichtungsstruktur des vorstehend zitierten M. Hartwell, die in 18 schematisch gezeigt ist. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Substrat. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine elektrisch leitende Schicht, die beispielsweise eine Dünnschicht aus einem in einem H-förmigen Muster ausgebildeten Metalloxid ist, in der ein Elektronenemissionsbereich 5 durch einen nachstehend beschriebenen und Stromversorgungsausbildung genannten Energiezufuhrvorgang ausgebildet wird. In der Zeichnung ist die Lücke L zwischen den Vorrichtungselektroden auf 0,5–1 mm und die Breite W' auf 0,1 mm eingestellt.
Bei diesen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen war es allgemeine Praxis, die leitende Schicht 4 dem Stromversorgungsausbildung genannten Energiezufuhrvorgang vor der Ausführung der Elektronenemission zu unterziehen, wodurch der Elektronenemissionsbereich 5 ausgebildet wurde. Im Einzelnen ist die Stromversorgungsausbildung ein Vorgang zum Anlegen einer Spannung an die beiden Enden der Leitungsschicht 4 zum lokalen Aufbrechen, Deformieren oder Modifizieren der leitenden Schicht 4, wodurch der Elektronenemissionsbereich 5 zu einem elektrischen Hochwiderstandszustand ausgebildet wird. Bei dem Elektronenemissionsbereich 5 wird ein Riss in einem Teil der leitenden Schicht 4 ausgebildet, und Elektronen werden nahe bei dem Riss emittiert.
Die vorstehend beschriebenen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen weisen den Vorteil auf, dass sie zur Ausbildung einer regelmäßigen Anordnung vieler Vorrichtungen über einen weiten Bereich aufgrund ihres einfachen Aufbaus in der Lage sind. Bis heute wurde eine Vielzahl von Anwendungen untersucht, um aus diesem Merkmal einen Vorteil zu ziehen. Sie wurden beispielsweise auf geladene Strahlquellen sowie Bildausbildungsgeräte wie etwa Anzeigevorrichtungen und dergleichen angewendet.
Ein Beispiel für eine bekannte Anwendung auf die Ausbildung einer regelmäßigen Anordnung vieler Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen ist eine Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Zeilen (in einer leiterartigen Konfiguration), wobei jede Zeile durch parallele Anordnung der Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen und Verbinden der beiden Enden (der beiden Vorrichtungselektroden) der individuellen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen durch Leitungen (gemeinsame Leitungen) ausgebildet ist (vergleiche beispielsweise die Druckschriften JP-A-64-31 332, JP-A-1-283 749 sowie JP-A-2-257 552).
Insbesondere im Fall der Anzeigevorrichtung kann diese als Anzeigevorrichtung in ebener Bauart ähnlich zu der einen Flüssigkristall verwendenden Anzeigevorrichtung ausgebildet werden, und ein als Anzeigevorrichtung in Selbstemissions-Bauart angeregtes Beispiel, das keine Hintergrundbeleuchtung benötigt, ist eine Anzeigevorrichtung mit einer Kombination aus einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen mit einem fluoreszierenden Element, das sichtbares Licht unter Bestrahlung mit Elektronenstrahlen von der Elektronenquelle emittiert (vergleiche US-Patentschrift Nr. 5 066 883).
Es gibt einige herkömmliche Verfahren, die als Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen bekannt sind. Eine Vielzahl von Verfahren einschließlich der Vakuumverdampfung, dem Sputtern, der chemischen Gasphasenabscheidung, der Dispersionsbeschichtung, der Eintauchbeschichtung, der Aufschleuderungsbeschichtung, dem Tintenstrahlverfahren (vergleiche die Druckschrift EP-A-0717 428) usw. sind beispielsweise als Verfahren zur Ausbildung der elektroleitenden Schicht bekannt, die dem vorstehend beschriebenen Stromversorgungsausbildungsvorgang zu unterziehen ist. Die bekannten Stromversorgungsausbildungsverfahren auf der elektroleitenden Schicht schließen ein Verfahren zur Energieaufbringung bei der elektroleitenden Schicht, während ein Substrat mit der elektroleitenden Schicht darauf erwärmt wird (vergleiche die Druckschrift JP-A-64-019 658), ein Verfahren zur Energiezufuhr bei der elektroleitenden Schicht unter reduzierender Umgebung (vergleiche die Druckschrift JP-A-6-012 997) sowie die Druckschrift EP-A-0 732 721) usw. ein.
Bei der Ausbildung der elektroleitenden Schicht ist es wünschenswert, die Schicht in homogener Dicke auszubilden, um gute Elektronenemissionseigenschaften zu erhalten. Es treten jedoch Unterschiede bei der Homogenität in Abhängigkeit von Unterschieden bei den verwendeten Verfahren auf. Zudem ist es bei der Stromversorgungsausbildung wünschenswert, insbesondere bei dem Ausbildungsvorgang von individuellen leitenden Schichten durch Leitungen, mit denen die vielen leitenden Schichten verbunden sind, wodurch darin Elektronenemissionsbereiche ausgebildet werden, einen derartigen Ausbildungsvorgang durchzuführen, dass Variationen bei den Elektronenemissionseigenschaften unter den individuellen leitenden Schichten minimiert werden. Mit einer steigenden Anzahl von verbundenen elektroleitenden Schichten werden jedoch die Unterschiede bei den Eigenschaftsvariationen größer.
ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit guten Elektronenemissionseigenschaften, eine Elektronenquelle mit derartigen Elektronenemissionsvorrichtungen sowie ein Bildausbildungsgerät bereitzustellen.
Ferner werden insbesondere Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit guten Elektronenemissionseigenschaften unabhängig von einem Verfahren zur Ausbildung von deren elektroleitender Schicht, einer Elektronenquelle mit derartigen Elektronenemissionsvorrichtungen sowie einem Bildausbildungsgerät bereitgestellt.
Ferner werden insbesondere Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit guten Elektronenemissionseigenschaften, einer Elektronenquelle mit derartigen Elektronenemissionsvorrichtungen, sowie eines Bildausbildungsgeräts bereitgestellt, selbst wenn der Energiezufuhrvorgang bei einer elektroleitenden Schicht einige Unregelmäßigkeiten in der Dicke zeigt.
Darüber hinaus wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen mit weniger Variationen bei den Elektronenemissionseigenschaften bereitgestellt.
Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bildausbildungsgeräts bereitgestellt, das ein Bild mit höherer Qualität ausbilden kann.
Als Lösung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit einer elektroleitenden Schicht mit einem Elektronenemissionsbereich zwischen Elektroden bereitgestellt, wobei ein Schritt zur Ausbildung des Elektronenemissionsbereichs in der elektroleitenden Schicht einen Schritt zum Anlegen einer Spannung für die Stromversorgung der elektroleitenden Schicht aufweist, während die elektroleitende Schicht bei einer Temperatur nicht über 150°C in einer Atmosphäre erwärmt wird, bei der ein Gas zur Förderung der Kohäsion der elektroleitenden Schicht und ein Reduktionsgas vorliegt.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen bereitgestellt, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung hergestellt sind.
Zudem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Bildausbildungsgeräts mit einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen und einem Bildausbildungselement zur Ausbildung eines Bildes unter der Bestrahlung von Elektronen von der Elektronenquelle bereitgestellt, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung hergestellt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1A, 1B und 1C zeigen eine Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung in ebener Bauart als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung;
Die 2A, 2B und 2C zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung;
3 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung bei Beispiel 1;
die 4A und 4B zeigen Beispiele von Ausbildungswellenformen;
5 zeigt ein Strukturschaubild eines erfindungsgemäßen Beispiels eines Vakuumverarbeitungsgeräts;
6 zeigt die Charakteristik eines Emissionsstroms über der Vorrichtungsspannung (I-V-Charakteristik) der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung;
7 zeigt eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Konfiguration als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenquelle;
8 zeigt ein bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts mit der Elektronenquelle in der einfachen Matrix-Konfiguration verwendetes Anzeigefeld;
die 9A und 9B zeigen fluoreszierende Schichten bei dem in 8 dargestellten Anzeigefeld;
10 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern des in 8 dargestellten Anzeigefelds;
11 zeigt eine Elektronenquelle in einer leiterartigen Konfiguration als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenquelle;
12 zeigt ein bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts mit der Elektronenquelle der leiterartigen Konfiguration verwendetes Anzeigefeld;
13 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle bei Beispiel 3;
14 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 14-14 aus 13;
die 15A, 15B, 15C und 15D zeigen Schnittansichten der Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Elektronenquelle bei Beispiel 3;
die 16E, 16F und 16G zeigen Schnittansichten der Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Elektronenquelle bei Beispiel 3;
17 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts;
18 zeigt ein Strukturschaubild einer bekannten Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung in ebener Bauart;
19 zeigt ein Gerät zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts;
20 zeigt ein Beispiel eines Verbindungszustands jeder Vorrichtung bei dem Ausbildungsschritt bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Bildausbildungsgeräts; und
21 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels der bekannten Elektronenemissionsvorrichtungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Erfindung wird nachstehend anhand des Beispiels einer Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung in ebener Bauart als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Die 1A, 1B und 1C zeigen ein Ausführungsbeispiel der Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung in ebener Bauart, wobei 1A eine Draufsicht, 1B eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B aus 1A und 1C eine Schnittansicht entlang der Linie 1C-1C aus 1A zeigt. Bei den 1A, 1B und 1C bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Substrat, 2 und 3 Vorrichtungselektroden, 4 eine elektroleitende Schicht und 5 einen Elektronenemissionsbereich. Gemäß den 1A, 1B und 1C wird die elektroleitende Schicht 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel oftmals in einer derartigen Struktur ausgebildet, dass sie in ihrem Zentralteil dick ist und zum Rand hin dünner wird.
Das Substrat 1 kann aus Silikatglas, Glas mit einer reduzierten Menge an Dotierstoffen wie etwa Natrium oder dergleichen, Sodakalkglas, ein durch Schichten von Siliziumdioxid auf Sodakalkglas durch Sputtern oder dergleichen erhaltenes Laminat, Keramiken wie etwa Aluminiumoxid oder dergleichen, einem Siliziumsubstrat usw. sein.
Das Material für die einander gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2, 3 kann ein gewöhnliches leitendes Material sein, das beispielsweise aus einer Gruppe von Metallen wie etwa Nickel, Chrom, Gold, Molybdän, Wolfram, Platin, Titan, Aluminium, Kupfer, Palladium und dergleichen, den Legierungen daraus, aus einem Metall oder Metalloxid wie etwa Palladium, Silber, Gold, Rutheniumdioxid, Palladiumsilber, oder dergleichen und Glas oder dergleichen zusammengesetzte gedruckte Leiter, transparente leitende Materialien wie etwa In₂O₃-SnO₂ oder dergleichen, leitende Halbleitermaterialien wie etwa Polysilizium oder dergleichen usw. zweckmäßig ausgewählt.
Die Lücke L zwischen den Vorrichtungselektroden, die Länge W der Vorrichtungselektroden, die Form der leitenden Schicht 4 usw. werden in Anbetracht der Anwendungsgestalt oder dergleichen entworfen. Die Vorrichtungselektrodenlücke L wird vorzugsweise im Bereich von einigen hundert nm bis mehreren hundert μm und noch bevorzugter im Bereich von mehreren μm bis einige zehn μm bestimmt, wobei die zwischen den Vorrichtungselektroden angelegte Spannung oder dergleichen in Betracht gezogen wird.
Die Vorrichtungselektrodenlänge W wird vorzugsweise im Bereich von einigen μm bis mehrere hundert μm bestimmt, wobei der Widerstand der Elektroden und die Elektronenemissionseigenschaften in Betracht gezogen werden, und die Dicke d der Vorrichtungselektroden 2, 3 liegt vorzugsweise im Bereich von einigen zehn nm bis mehreren μm.
Zusätzlich zu der in den 1A, 1B und 1C dargestellten Struktur kann die Vorrichtung ebenfalls in einer derartigen Struktur aufgebaut werden, dass die leitende Schicht 4 und die gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2, 3 in der angegebenen Reihenfolge auf dem Substrat 1 gestapelt werden.
Das Material für die leitende Schicht 4 kann beispielsweise aus einer Gruppe von Metallen wie etwa Palladium, Platin, Ruthenium, Silber, Gold, Indium, Blei und dergleichen sowie Oxiden wie etwa Palladiumoxid, Zinndioxid, Indiumoxid, Bleioxid, Antimonoxid und dergleichen ausgewählt werden, und ein für die Betriebsbedingungen bei dem nachstehend beschriebenen Ausbildungsschritt geeignetes Material wird daraus bedarfsgerecht ausgewählt.
Die leitende Schicht 4 ist vorzugsweise eine aus feinen Teilchen zusammengesetzte Feinpartikelschicht, um gute Elektronenemissionseigenschaften zu erhalten. Die Dicke der leitenden Schicht (Durchschnittsdicke) wird geeignet eingestellt, wobei die Stufenbedeckung über den Vorrichtungselektroden 2, 3, der Widerstand zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 usw. in Betracht gezogen werden, und wird normalerweise bevorzugt im Bereich von 0,1 nm (1 Å) bis mehrere hundert nm und noch bevorzugter im Bereich von 1 nm bis 50 nm bestimmt. Der Widerstand R_S liegt im Bereich von 1 × 10² bis 1 × 10⁷ Ω/·R_S ist ein Wert, der erhalten wird, wenn ein in der Längsrichtung einer Dünnschicht mit der Breite w und der Länge 1 gemessener Widerstand zu R = R_S (1/w) mit R_S = (ρ/t) definiert wird, wobei ρ der spezifische Widerstand ist.
Die vorliegend angeführte Feinpartikelschicht ist eine Schicht aus der Anhäufung von vielen feinen Teilchen, deren Feinstruktur ein Zustand ist, bei dem einige feine Teilchen individuell verstreut sind, und andere feine Teilchen zueinander benachbart oder miteinander überlappend angeordnet sind (dabei ist ein Zustand eingeschlossen, bei dem einige Teilchen angehäuft sind, um eine Inselstruktur als Ganzes auszubilden). Die Größe der feinen Teilchen liegt im Bereich von mehreren Å (1 Å = 0,1 nm) bis mehrere hundert nm und bewegt sich vorzugsweise im Bereich von 1 nm bis 20 nm.
Da die vorliegende Beschreibung den Begriff "feine Teilchen" mehrmals verwendet, wird deren Bedeutung nachstehend beschrieben.
Im Allgemeinen werden kleine Teilchen "feine Teilchen" genannt, und noch kleinere Teilchen werden "ultrafeine Teilchen" genannt. Noch kleinere Teilchen als "ultrafeine Teilchen", die Atome in einer Anzahl von nicht mehr als einige hundert enthalten, werden oftmals "Cluster" genannt.
Die Grenzen dazwischen sind jedoch nicht genau, und sie hängen davon ab, wie sie im Hinblick auf welche Eigenschaft klassifiziert werden. Zudem werden die "feinen Teilchen" und die "ultrafeinen Teilchen" manchmal beide als "feine Teilchen" bezeichnet, und die Beschreibung in der vorliegenden Beschreibung folgt dieser Definition.
Der Aufsatz "Jikken Butsurigaku Koza (Lesungen in Experimental-Physik) 14: Oberfläche und Feine Teilchen" (zusammengestellt von Tadao Kinoshita und am 1. September 1986 durch Kyoritsu Shuppan veröffentlicht) beschreibt beispielsweise "Wenn bei dem vorliegenden Aufsatz der Begriff feine Teilchen verwendet wird, gibt dieses Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 2–3 μm bis etwa 10 um an, und wenn insbesondere der Begriff ultrafeine Teilchen verwendet wird, bedeutet dies Teilchen mit einer Größe von etwa 10 nm bis etwa 2–3 nm. Beide Zustände werden manchmal einfach feine Teilchen genannt, und die Definition ist nicht immer genau, sondern eine grobe Richtlinie. Falls die ein Teilchen bildende Anzahl von Atomen einige zehn bis mehrere hundert ist, wird dies ein Cluster genannt." (vergleiche Seite 195, Zeilen 22 bis 26).
Ferner ist die Definition von "ultrafeinen Teilchen" des "Hayashi ultra-fine particle project" der Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft von Japan eine sehr viel kleinere untere Grenze der Teilchengröße, und zwar wie folgt.
Das "ultra-fine particle project" (1981 bis 1986) der Souzou Kagaku Gijutsu Suishin Seido (Kreative Wissenschafts- und Technologieförderungsorganisation) bestimmte, dass Teilchen mit der Größe (Durchmesser) im Bereich von annähernd 1 bis 100 nm "ultrafeine Teilchen" genannt werden. Dann ist ein ultrafeines Teilchen eine Ansammlung von ungefähr 100 bis 108 Atomen. Im Maßstab der Atome sind ultrafeine Teilchen große oder gigantische Teilchen (vergleiche "Ultra-Fine Particles – Creative Science and Technology", Seite 2, Zeilen 1 bis 4, 1988, zusammengestellt von Chikara Hayashi, Ryoji Ueda und Akira Tasaki und veröffentlicht von Mita Shuppan), und "Ein noch kleineres Teilchen als die ultrafeinen Teilchen, d. h. ein aus mehreren bis mehreren hundert Atomen zusammengesetztes Teilchen wird üblicherweise ein Cluster genannt" (vergleiche Seite 2, Zeilen 12 bis 13 in demselben Buch).
Unter Beachtung der vorstehend beschriebenen gewöhnlichen Namen geben "ultrafeine Teilchen" bei der vorliegenden Beschreibung eine Ansammlung aus vielen Atomen oder Molekülen an, wobei die untere Grenze der Teilchengröße einige Å (1 Å = 0,1 nm) bis ungefähr 1 nm und die obere Grenze etwa einige um ist.
Der Elektronenemissionsbereich 5 umfasst einen in einem Teil der leitenden Schicht 4 ausgebildeten Rissbereich, und hängt von einer nachstehend beschriebenen Rissausbildungstechnik ab. In einigen Fällen existieren leitende feine Teilchen mit Größen im Bereich von einigen Å bis einigen zehn nm innerhalb des Elektronenemissionsbereichs 5. Diese leitenden feinen Teilchen enthalten einen Teil oder alle Elemente des Materials, welches die leitende Schicht 4 ausbildet. Der Elektronenemissionsbereich 5 und die leitende Schicht 4 daneben enthalten außerdem in einigen Fällen Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C beschrieben. In den 2A, 2B und 2C sind dieselben Abschnitte wie die in den 1A, 1B und 1C dargestellten ebenfalls mit denselben Bezugszeichen wie in den 1A, 1B und 1C bezeichnet.
1) Das Substrat 1 wird mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel oder dergleichen gut gereinigt, das Material für die Vorrichtungselektroden wird darauf durch Vakuumverdampfung, Sputtern oder dergleichen abgeschieden, und danach werden die Vorrichtungselektroden 2, 3 auf dem Substrat 1 beispielsweise durch die Fotolithographietechnologie ausgebildet (2A).
2) Eine organometallische Lösung wird in der Form eines Tröpfchens auf dem mit den Vorrichtungselektroden 2, 3 bereitgestellten Substrat 1 abgegeben, so dass eine Verbindung zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 hergestellt wird, und wird danach getrocknet und erwärmt, um die leitende Schicht 4 auszubilden (2B). Die organometallische Lösung ist eine Lösung aus einem organischen Bestandteil, dessen Hauptelement das Metall des Materials für die vorstehend beschriebene leitende Schicht 4 ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Tintenstrahlverfahren vorzugsweise als Mittel zum Abgeben der organometallischen Lösung in der Form eines Tröpfchens angewendet. Wenn dieses Tintenstrahlverfahren verwendet wird, können kleine Tröpfchen in einem Bereich von annähernd 10 ng bis mehrere 10 ng erzeugt und an das Substrat mit einer guten Wiederholbarkeit abgegeben werden, und das Verfahren benötigt weder eine Strukturierung durch Photolithographie noch einen Vakuumvorgang, was somit im Hinblick auf die Produktivität bevorzugt wird. Vorrichtungen des Tintenstrahlverfahrens, die verwendet werden können, beinhalten jene des Blasenstrahlverfahrens unter Verwendung eines elektrothermischen Wandlers als Energieerzeugungselement, jene des Piezostrahlverfahrens unter Verwendung einer piezoelektrischen Vorrichtung, usw. Eine Einrichtung zum Backen des vorstehend angeführten Tröpfchens wird aus einer Gruppe mit einer elektromagnetischen Wellenbestrahlungseinrichtung, einer Heißluftbestrahlungseinrichtung sowie einer Einrichtung zum Erwärmen des gesamten Substrats ausgewählt. Die elektromagnetische Wellenbestrahlungseinrichtung kann beispielsweise unter einer Infrarotlampe, einem Argonionenlaser, einem Halbleiterlaser, usw. ausgewählt werden.
Das Verfahren zur Ausbildung der leitenden Schicht 4 ist nicht auf das vorstehend beschriebene beschränkt, sondern kann eine Vakuumverdampfung, ein Sputter-Vorgang, eine chemische Gasphasenabscheidung, eine Dispersionsbeschichtung, ein Eintauchvorgang, eine Aufschleuderbeschichtung oder ähnliches sein.
3) Der nächste Schritt ist ein Ausbildungsschritt zum Ausbilden des Elektronenemissionsbereichs (2C). Im Einzelnen wird das Substrat 1, auf dem die Vorrichtungselektroden 2, 3 und die leitende Schicht 4 ausgebildet sind, in einem Vakuumgerät eingestellt, und das Innere des Vakuumgeräts wird durch ein Evakuierungsgerät gut evakuiert. Danach wird das Substrat erwärmt, um die Temperatur zu erhöhen, und die Spannung von einer nicht dargestellten Energieversorgungsquelle wird zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 angelegt, um einen Energieversorgungsvorgang zu bewirken. Dann wird ein Gas zur Förderung der Reduktion oder Kohäsion des Materials für die leitende Schicht 4 in den Vakuumbehälter eingeführt, um die leitende Schicht 4 lokal aufzubrechen, zu deformieren oder zu modifizieren, wodurch der Elektronenemissionsbereich 5 der veränderten Struktur in dem strukturveränderten Abschnitt ausgebildet wird (2C).
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird gleichzeitig zu der Ausbildung des Elektronenemissionsbereichs 5 durch Erwärmen der leitenden Schicht 4 auf eine Temperatur nicht unter Raumtemperatur, vorzugsweise 50°C oder mehr, und Ausführen des Stromversorgungsvorgangs in einer Atmosphäre mit einem Gas zur Förderung der Reduktion oder Kohäsion der leitenden Schicht 4 gemäß vorstehender Beschreibung, ein Kohäsionsbetriebsvorgang in der Nähe des Elektronenemissionsbereichs bewirkt. Die Temperatur der leitenden Schicht 4 wird durch einen in der mit Energie versorgten leitenden Schicht 4 fließenden Strom (Membranstrom) erhöht, und die Schicht auf der erhöhten Temperatur reagiert mit dem zu reduzierenden Gas zur Förderung einer Reduktion oder Kohäsion. Dies erhöht weiter den Strom und ein Teil der leitenden Schicht 4 hängt zusammen, wobei eine lokale strukturelle Veränderung verursacht wird, wodurch ein Riss ausgebildet wird.
Bei einem Energieversorgungsbetriebsvorgang, bei dem das Substrat nicht in dem Reduktions- oder Kohäsionsgas erwärmt wird, verhindert die Anhaftung von Verunreinigungen auf der Oberfläche der leitenden Schicht 4 die Reduktions- oder Kohäsionsreaktion zwischen dem Gas und dem Material der leitenden Schicht und die Reaktion beginnt, nachdem die Verunreinigungen durch eine Erhöhung der Temperatur mit der Energieversorgung entfernt werden. Daher wird mehr Leistung umgesetzt als erwartet. Insbesondere gibt es einige Fälle, bei denen der Strom nicht in dünnen Abschnitten der leitenden Schicht aufgrund eines hohen Widerstands fließt, und die Temperatur wird dort nicht erhöht, wobei die Reaktion verhindert wird, so dass die Rissausbildung versagt. In Fällen, wo die Energie durch Leitungen zugeführt wird, die mit vielen Vorrichtungen verbunden sind, fließt ein Überschussstrom, wobei Spannungsabfälle in den Leitungen erhöht werden, wodurch Vorrichtungen mit verschiedenen Rissformen mit einer großen Verteilung der Elektronenemissionseigenschaften ausgebildet werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Substrat 1 zur Erhöhung der Temperatur erhitzt, wodurch ein Teil der an der Oberfläche der leitenden Schicht anhaftenden Verunreinigungen wie etwa Wasser oder dergleichen entfernt werden, um eine weitere Förderung der Reaktion zwischen dem Reduktions- oder Kohäsionsgas und der leitenden Schicht 4 zu erlauben. Die Reduktion oder Kohäsion schreitet somit selbst in den dünnen Abschnitten der leitenden Schicht 4 fort, so dass der Riss von Kante zu Kante der leitenden Schicht ausgebildet wird. Im Falle einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen oder einem die Elektronenquelle beinhaltenden Bildausbildungsgerät kann zudem der Energiezufuhrschritt zur Ausbildung der Elektronenemissionsvorrichtungen bei geringerem Strom ausgeführt werden, und die Spannungsabfälle werden in den gemeinsamen Leitungen verringert, wodurch gleichmäßigere Elektronenemissionseigenschaften sowie eine Verbesserung der Homogenität der Helligkeit erzielt werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Temperatur, auf die das Substrat 1 mit der darauf ausgebildeten leitenden Schicht 4 erwärmt und gehalten wird, in Abhängigkeit von dem Material für die leitende Schicht 4 geeignet bestimmt. Falls diese Temperatur zu hoch liegt, wird die Kohäsionsreaktion in der leitenden Schicht exzessiv, so dass die Ausbildung eines bevorzugten Elektronenemissionsbereichs in bestimmten Fällen fehlschlägt, oder die Kohäsion durch den gesamten Bereich der leitenden Schicht stattfindet, so dass anhaftende Teilchen voneinander abgesondert werden, so dass als Gesamtschicht in einigen Fällen die elektrische Leitung verloren geht. Die obere Grenze der Haltetemperatur liegt vorzugsweise zum Beispiel nicht über 100°C, wenn das Material der leitenden Schicht feine Teilchen aus PdO sind.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der vorstehend angeführte Ausbildungsvorgang unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C unter einer derartigen Bedingung ausgeführt, dass das Substrat auf eine Temperatur über der Raumtemperatur durch ein nicht dargestelltes Heizelement und in einer Atmosphäre mit dem Dampf (Gas) zur Förderung der Reduktion oder Kohäsion der leitenden Schicht 4 erwärmt wird.
Wenn die leitende Schicht 4 aus einem metallischen Oxid ausgebildet ist, kann das Gas zur Förderung der Reduktion oder Kohäsion des Materials für die leitende Schicht 4 aus reduzierenden Gasen ausgewählt werden, beispielsweise H₂, CO, CH₄ usw. Ein denkbarer Grund ist, dass eine Anhaftung auftritt, während das metallische Oxid in ein Metall reduziert wird. Wenn andererseits die leitende Schicht 4 metallisch ist, tritt die Förderung der Kohäsion mit CO oder CH₄ nicht auf, sondern wird unter Verwendung von H₂ beobachtet.
Der vorstehend angeführte Ausbildungsschritt wird vorzugsweise insbesondere im Falle des Tintenstrahlverfahrens unter den vielen verschiedenen Ausbildungsverfahren für die leitende Schicht 4 verwendet. Wenn die organometallische Lösung in der Form eines Tröpfchens wie bei dem Tintenstrahlverfahren oder dergleichen aufgebracht wird, unterscheiden sich die Dicken der aufgebrachten Lösungen in Abhängigkeit vom Ort aufgrund der Oberflächenspannung des Tröpfchens. Wenn die Lösung zur Ausbildung der leitenden Schicht getrocknet und gebacken wird, weist die leitende Schicht daher eine Verteilung der Schichtdicken aufgrund des Einflusses des Unterschieds bei den Dicken aufgrund der Oberflächenspannung auf. Normalerweise ist die leitende Schicht im Zentrum dick und wird zum Rand hin dünner. Es gibt ebenfalls Fälle, bei denen das Zentrum dünn ist, und die Schicht einmal zum Rand hin dicker wird, in Abhängigkeit von den Bedingungen. In jedem Falle ist es nicht leicht, die Schichtdicken der leitenden Schicht abzuflachen.
In Fällen, bei denen der Elektronenemissionsbereich durch den Energiezufuhrvorgang (Ausbildungsvorgang) der leitenden Schicht mit der vorstehend beschriebenen Dickenverteilung ausgebildet wird, sind die resultierenden Elektronenemissionseigenschaften manchmal gegenüber den Fällen unterlegen, bei denen andere Ausbildungsverfahren für die leitende Schicht 4 verwendet werden.
Das erste Beispiel ist ein Fall, bei dem der Elektronenemissionsbereich nicht im Randteil der leitenden Schicht ausgebildet wird, wo die Dicke am Kleinsten ist, wodurch die leitende Schicht dort kontinuierlich wird, um einen Stromflusspfad zu erzeugen. Dieser Zustand ist in 21 dargestellt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 das Substrat, 2 und 3 die Vorrichtungselektroden, 4 die leitende Schicht und 5 den Elektronenemissionsbereich. Der Elektronenemissionsbereich 5 wird nicht im Randteil 211 der leitenden Schicht 4 aufgrund seiner geringen Dicke ausgebildet. Daher fließt der Strom durch den Randteil 211, wenn die Ansteuerungsspannung an die Vorrichtungselektroden 2, 3 angelegt wird. Dieser Strom trägt nicht zu der Emission von Elektronen bei und erhöht somit in verschwenderischer Weise den Leistungsumsatz. Die Elektronenemissionsvorrichtung dieser Struktur weist im Wesentlichen eine nicht-lineare Charakteristik auf, und unter der Schwellenwertspannung fließt im Wesentlichen kein Vorrichtungsstrom. Wenn der Flusspfad gemäß vorstehender Beschreibung erzeugt wird, tritt eine ohmsche Komponente in der Strom-Spannungs-Charakteristik auf.
Das zweite Beispiel ist derart, dass der bei dem vorstehend beschriebenen Energiezufuhrvorgang fließende Strom in einem relativ dicken Abschnitt konzentriert wird, um zu einer Erhöhung der Breite des Risses in dem Elektronenemissionsbereich zu führen, wodurch das ausreichende Auftreten einer Emission von Elektronen unwahrscheinlich wird. Weil dabei der effektive Elektronenemissionsbereich verringert wird, wird die Anzahl der emittierten Elektronen vermindert.
Aus den vorstehend angeführten Gründen ist der vorstehend angeführte Ausbildungsschritt insbesondere effektiv, wenn ein Ausbildungsverfahren für die leitende Schicht 4 mit dem Tröpfchenaufbringungsschritt wie das Tintenstrahlverfahren oder dergleichen verwendet wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausbildungsschritt sind die Wellenformen der angelegten Spannung vorzugsweise insbesondere Pulswellenformen. Zum Anlegen derartiger Impulse gibt es das in 4A dargestellte Verfahren zum kontinuierlichen Anlegen von Impulsen mit einer Impulsspitzenwerthöhe einer konstanten Spannung, sowie das in 4B dargestellte Verfahren zum Anlegen von Impulsen mit ansteigenden Impulsspitzenwerthöhen.
Nachstehend wird zunächst unter Bezugnahme auf 4A das Verfahren zum kontinuierlichen Anlegen der Impulse mit einer Impulsspitzenwerthöhe einer Konstantspannung beschrieben. In 4A bezeichnen T₁ und T₂ die Impulsdauer und den Impulsabstand der Spannungswellenformen. T₁ wird vorzugsweise im Bereich von 1 μs bis 10 ms und T₂ im Bereich von 10 μs bis 10 ms eingestellt. Die Spitzenwerthöhe (die Spitzenwertspannung während der Energiezufuhrausbildung) der Dreieckswellen wird gemäß der Form der Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung geeignet ausgewählt. Unter diesen Bedingungen wird die Spannung beispielsweise für mehrere Sekunden bis mehrere zehn Sekunden angelegt. Die Impulswellenformen sind nicht auf Dreieckswellen beschränkt, sondern können beliebige gewünschte Wellenformen wie rechteckige Wellen und dergleichen sein.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 4B das Verfahren zum Anlegen der Spannungsimpulse mit ansteigenden Impulsspitzenwerthöhen beschrieben. In 4B bezeichnen T₁ und T₂ dasselbe wie bei 4A. Die Spitzenwerthöhen der Dreieckswellen steigen beispielsweise um Stufen von 0,1 V an.
Das Ende des Stromversorgungsausbildungsvorgangs kann derart erfasst werden, dass eine zu geringe Spannung, um die leitende Schicht 4 lokal aufzubrechen oder zu deformieren, während des Impulsabstands T₂ angelegt wird, und der zu dieser Zeit fließende Strom gemessen wird. Die Stromversorgungsausbildung endet beispielsweise, wenn der Strom beim Anlegen einer Spannung von 0,1 V gemessen wird, und der daraus berechnete Widerstand nicht weniger als 1 MΩ beträgt.
4) Die Vorrichtung, bei der der Elektronenemissionsbereich 5 in der leitenden Schicht 4 ausgebildet wird, wird vorzugsweise einem "Aktivierungsschritt" genannten Vorgang unterzogen. Dieser Aktivierungsschritt kann den Vorrichtungsstrom I_f und den Emissionsstrom I_e bedeutend verändern.
Der Aktivierungsschritt kann durch wiederholtes Anlegen von Impulsen zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 beispielsweise in einem ein Gas einer organischen Substanz enthaltenden Umgebung ausgeführt werden. Diese Umgebung kann aufgebaut werden, indem ein in der Umgebung verbleibendes organisches Gas verwendet wird, wenn das Innere eines Vakuumbehälters unter Verwendung beispielsweise einer Öldiffusionspumpe oder einer Drehpumpe evakuiert wird. Die Umgebung kann ferner auch durch das Einführen von Gas einer geeigneten organischen Substanz in ein Vakuum erhalten werden, das durch eine ausreichende Evakuierung mittels einer Ionenpumpe oder dergleichen erzielt wird. Der bevorzugte Gasdruck der organischen Substanz zu diesem Zeitpunkt variiert in Abhängigkeit von der Form der vorstehend beschriebenen Vorrichtungselektroden, der Gestalt des Vakuumbehälters, der Art der organischen Substanz, usw., und wird in Abhängigkeit von den Umständen geeignet bestimmt. Zweckmäßige organische Substanzen sind aliphatische Hydrokarbone von Alkan, Alken und Alkyn, aromatische Hydrokarbone, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Amine, organische Säuren wie etwa Phenol, Karbonsäure, Schwefelsäure und dergleichen, usw. Im Einzelnen beinhalten die anwendbaren organischen Substanzen durch C_nH_2n+2 dargestellte gesättigte Hydrokarbone wie etwa Methan, Ethan, Propan und dergleichen, durch die Zusammensetzungsformel C_nH_2n dargestellte ungesättigte Hydrokarbone oder dergleichen wie etwa Ethylen, Propylen und dergleichen, Benzen, Toluen, Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton, Methylethylketon, Methylamin, Ethylamin, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, usw. Dieser Vorgang verursacht eine Abscheidung von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung auf der Vorrichtung von der in der Umgebung vorliegenden organischen Substanz, wodurch der Vorrichtungsstrom I_f und der Emissionsstrom I_e bedeutend verändert werden.
Der Kohlenstoff oder die Kohlenstoffverbindung ist beispielsweise Graphit (einschließlich sogenanntem HOPG, PG und GC; wobei HOPG eine nahezu perfekte Graphitkristallstruktur andeutet, PG eine leicht gestörte Kristallstruktur mit Kristallkörnern von etwa 20 nm andeutet, und GC eine sehr viel stärker gestörte Kristallstruktur mit Kristallkörnern von etwa 2 nm angibt) oder nicht-kristalliner Kohlenstoff (was amorphen Kohlenstoff und eine Mischung aus amorphem Kohlenstoff mit feinen Kristallen der vorstehend angeführten Graphite angibt), und deren Dicke liegt vorzugsweise nicht über 50 nm und wünschenswerterweise nicht über 30 nm.
Die Beurteilung am Ende des Aktivierungsschritts kann geeignet erfolgen, während der Vorrichtungsstrom I_f und der Emissionsstrom I_e gemessen wird. Die Impulsdauer, der Impulsabstand, die Impulsspitzenwerthöhen, usw. werden nach Bedarf geeignet bestimmt.
5) Die durch diese Schritte erhaltene Elektronenemissionsvorrichtung wird vorzugsweise einem Stabilisierungsschritt unterzogen. Dieser Schritt ist ein Schritt zum Ausstoßen der organischen Substanz aus dem Vakuumbehälter. Ein Vakuumevakuierungsgerät zum Evakuieren des Vakuumbehälters ist vorzugsweise eines, das kein Öl verwendet, um zu vermeiden, dass das von dem Gerät erzeugte Öl die Eigenschaften der Vorrichtung beeinflusst. Im Einzelnen kann das Vakuumevakuierungsgerät eine Absorptionspumpe, eine Ionenpumpe usw. sein.
In Fällen, wo bei dem vorstehend angeführten Aktivierungsschritt die Öldiffusionspumpe oder die Drehpumpe als Evakuierungsgerät verwendet wurde, und das von der daraus erzeugten Ölkomponente resultierende organische Gas verwendet wurde, ist es erforderlich, den Partialdruck dieser Komponente so gering wie möglich zu halten. Der Partialdruck der organischen Substanz in dem Vakuumbehälter sollte ein Partialdruck sein, unter dem der vorstehend angeführte Kohlenstoff oder die Kohlenstoffverbindung im Wesentlichen daran gehindert wird, neu abgeschieden zu werden, und liegt vorzugsweise nicht über 1,3 × 10^–6 Pa und besonders bevorzugt nicht über 1,3 × 10^–8 Pa. Während der Evakuierung des Inneren des Vakuumbehälters wird vorzugsweise der gesamte Vakuumbehälter erwärmt, so dass der Ausstoß von an der Innenwand des Vakuumbehälters und der Elektronenemissionsvorrichtung anhaftenden organischen Molekülen erleichtert wird. Die Erwärmungsbedingung zu diesem Zeitpunkt ist vorzugsweise, dass der Vorgang bei 80 bis 250°C ausgeführt wird, vorzugsweise solange wie möglich nicht unter 150°C, aber die Erwärmungsbedingung ist nicht besonders auf diese Bedingung beschränkt. Die Erwärmung wird unter einer gemäß verschiedenen Bedingungen einschließlich der Größe und der Form des Vakuumbehälters, der Struktur der Elektronenemissionsvorrichtung usw. geeigneten ausgewählten Bedingung ausgeführt. Der Druck innerhalb des Vakuumbehälters muss so klein wie möglich eingestellt werden, und liegt vorzugsweise nicht über 1 × 10^–5 Pa und noch bevorzugter nicht über 1, 3 × 10^–6 Pa.
Die Umgebung während der Ansteuerung nach Abschluss des vorstehend angeführten Stabilisierungsschritts ist vorzugsweise die zum Zeitpunkt der Vervollständigung des Stabilisierungsvorgangs, aber nicht darauf beschränkt. Solange die organische Substanz gut entfernt wird, können ausreichend stabile Eigenschaften selbst mit einem geringen Anstieg des Drucks selbst aufrechterhalten werden. Eine neue Abscheidung von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung kann durch Verwendung einer derartigen Vakuumumgebung unterdrückt werden, so dass der Vorrichtungsstrom I_f und der Emissionsstrom I_e stabil werden.
Die Grundeigenschaften der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung werden nachstehend anhand eines Beispiels der vorstehend beschriebenen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung in ebener Bauart unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
5 zeigt ein Beispiel eines Vakuumverarbeitungsgeräts, und dieses Vakuumverarbeitungsgerät weist außerdem eine Funktion als Mess- und Bewertungsgerät auf. Bei 5 werden dieselben Abschnitte wie die in den 1A, 1B und 1C dargestellten durch dieselben Bezugszeichen wie bei den 1A, 1B und 1C bezeichnet.
In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 55 einen Vakuumbehälter und 56 eine Auslasspumpe. Die Elektronenemissionsvorrichtung wird in dem Vakuumbehälter 55 angeordnet. Im Einzelnen bezeichnet das Bezugszeichen 1 das die Elektronenemissionsvorrichtung ausbildende Substrat, 2 und 3 die Vorrichtungselektroden, 4 die leitende Schicht und 5 den Elektronenemissionsbereich. Das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine Energieversorgung zum Anlegen der Vorrichtungsspannung V_f an die Elektronenemissionsvorrichtung, 50 ein Amperemeter zum Messen des in der leitenden Schicht 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 fließenden Vorrichtungsstroms I_f, 54 eine Anodenelektrode zum Einfangen des von dem Elektronenemissionsbereich 5 der Vorrichtung emittierten Emissionsstroms I_e, 53 eine Hochspannungsenergieversorgung zum Anlegen einer Spannung an die Anodenelektrode 54, und 52 ein Amperemeter zum Messen des von dem Elektronenemissionsbereich 5 emittierten Emissionsstrom I_e. Eine Messung wird zum Beispiel unter derartigen Bedingungen ausgeführt, dass die Spannung der Anodenelektrode 54 im Bereich von 1 kV bis 10 kV eingestellt wird, und der Abstand H zwischen der Anodenelektrode 54 und der Elektrodenemissionsvorrichtung in dem Bereich von 2–8 mm liegt.
Die zum Messen unter einer Vakuumatmosphäre eines nicht gezeigten Vakuumsystems nötige Ausrüstung wird in dem Vakuumbehälter 55 bereitgestellt, und zur Durchführung einer Messung und Bewertung unter einer gewünschten Vakuumatmosphäre angepasst.
Die Ausstoßpumpe 56 ist aus einem gewöhnlichen Hochvakuumsystem mit einer Turbopumpe, einer Drehpumpe usw. und einem Ultrahochvakuumsystem mit einer Ionenpumpe usw. zusammengesetzt. Das gesamte vorliegend dargestellte Vakuumverarbeitungsgerät, in das das Substrat der Elektronenemissionsvorrichtung angeordnet wird, kann durch ein nicht dargestelltes Heizelement erwärmt werden. Daher können die Schritte der vorstehend angeführten Energieversorgungsausbildung und danach ebenso unter Verwendung dieses Vakuumverarbeitungsgeräts durchgeführt werden.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Emissionsstrom Ie und dem Vorrichtungsstrom I_f, die unter Verwendung des in 5 dargestellten Vakuumverarbeitungsgeräts gemessen werden, über der Vorrichtungsspannung V_f. 6 ist in willkürlichen Einheiten dargestellt, weil der Emissionsstrom I_e extrem kleiner als der Vorrichtungsstrom I_f ist. Sowohl die Abszisse als auch die Ordinate sind linear skaliert.
Wie aus 6 außerdem ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Elektronenemissionsvorrichtung die nachstehenden drei charakteristischen Eigenschaften bezüglich des Emissionsstroms I_e auf.
Zunächst erhöht diese Vorrichtung den Emissionsstrom I_e plötzlich mit dem Anlegen der Vorrichtungsspannung, welche nicht kleiner als eine bestimmte Spannung ist (was eine Schwellenwertspannung genannt wird; V_th in 6), und der Emissionsstrom I_e wird selten mit einer Vorrichtungsspannung erfasst, die kleiner als die Schwellenwertspannung V_th ist. Die Vorrichtung ist nämlich eine nicht-lineare Vorrichtung mit einer eindeutigen Schwellenwertspannung von V_th gegenüber dem Emissionsstrom I_e.
Zweitens kann der Emissionsstrom I_e durch die Vorrichtungsspannung V_f gesteuert werden, weil der Emissionsstrom I_e eine monoton steigende Abhängigkeit von der Vorrichtungsspannung V_f aufweist.
Drittens ist die durch die Anodenelektrode 54 (vergleiche 5) eingefangene Emissionsladung abhängig von dem Zeitpunkt des Anlegens der Vorrichtungsspannung V_f. Die durch die Anodenelektrode 54 eingefangene Ladungsmenge kann nämlich durch den Zeitpunkt des Anlegens der Vorrichtungsspannung V_f gesteuert werden.
Wie aus der vorstehend angegebenen Beschreibung ersichtlich ist, ist die erfindungsgemäße Elektronenemissionsvorrichtung eine Elektronenemissionsvorrichtung, deren Elektronenemissionseigenschaften vollständig gemäß einem Eingangssignal gesteuert werden können. Unter Verwendung dieser Eigenschaft kann die erfindungsgemäße Elektronenemissionsvorrichtung auf eine Ausrüstung in verschiedenen Gebieten einschließlich einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl derartiger Elektronenemissionsvorrichtungen, einem Bildausbildungsgerät usw. angewendet werden.
6 zeigt ein Beispiel, bei dem der Vorrichtungsstrom I_f ebenfalls monoton mit der Vorrichtungsspannung V_f steigt (nachstehend mit "MI-Charakteristik" bezeichnet), aber es wird angemerkt, dass es Fälle gibt, bei denen der Vorrichtungsstrom I_f eine spannungsgesteuerte negative Widerstandscharakteristik (nachstehend mit "VCNR-Charakteristik" bezeichnet) gegenüber der Vorrichtungsspannung V_f zeigt (obwohl es nicht dargestellt ist). Diese Eigenschaften können durch Steuern der vorstehend beschriebenen Schritte gesteuert werden.
Dank der Charakteristikeigenschaften der vorstehend beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtung gestattet die aus einer Vielzahl derartiger Elektronenemissionsvorrichtungen aufgebaute Elektronenquelle eine vollständige Steuerung der emittierten Elektronenmenge gemäß dem Eingangssignal, selbst bei einem Bildausbildungsgerät oder dergleichen, und kann auf vielen verschiedenen Gebieten angewendet werden.
Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung werden nachstehend beschrieben. Eine Elektronenquelle und ein Bildausbildungsgerät können beispielsweise durch Anordnen einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtungen auf einem Substrat aufgebaut werden.
Die Anordnungskonfiguration der Elektronenemissionsvorrichtungen kann aus einer Vielzahl von Konfigurationen ausgewählt werden. Ein Beispiel ist eine leiterartige Konfiguration, bei der viele parallel angeordnete Elektronenemissionsvorrichtungen jeweils an beiden Enden verbunden sind, viele Zeilen von Elektronenemissionsvorrichtungen (in einer Zeilenrichtung) angeordnet sind, und Elektronen von den Elektronenemissionsvorrichtungen durch über den Elektronenemissionsvorrichtungen und entlang einer zu den Leitungen senkrechten Richtung (d. h. in einer Spaltenrichtung) angeordnete Steuerelektroden (Gitterelektroden) gesteuert werden. Daneben ist ein anderes Beispiel eine Konfiguration, bei der viele Elektronenemissionsvorrichtungen in einer Matrix-Struktur entlang der X-Richtung und Y-Richtung angeordnet sind, erste Elektroden der in jeder Zeile angeordneten vielen Elektronenemissionsvorrichtungen mit einer gemeinsamen Leitung in X-Richtung verbunden sind, und zweite Elektroden der in jeder Spalte angeordneten vielen Elektronenemissionsvorrichtungen mit einer gemeinsamen Leitung in Y-Richtung verbunden sind. Diese Konfiguration ist die sogenannte einfache Matrix-Konfiguration. Zunächst wird die einfache Matrix-Konfiguration nachstehend beschrieben.
Die erfindungsgemäße Elektronenemissionsvorrichtung weist die vorstehend beschriebenen drei Charakteristiken auf. Genauer können von der Elektronenemissionsvorrichtung emittierte Elektronen durch die Spitzenwerthöhe und die Breite der zwischen den gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden angelegten gepulsten Spannung im Bereich nicht unterhalb der Schwellenwertspannung gesteuert werden. Im Bereich unter der Schwellenwertspannung werden andernfalls selten Elektronen emittiert. Gemäß dieser Charakteristik können im Falle der aus vielen Elektronenemissionsvorrichtungen zusammengesetzten Konfiguration Elektronenemissionsmengen außerdem für ausgewählte Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß dem Eingangssignal gesteuert werden, indem die gepulste Spannung geeignet an die individuellen Vorrichtungen angelegt wird.
Auf der Grundlage dieses Prinzips wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 ein Elektronenquellensubstrat beschrieben, das durch Anordnen einer Vielzahl von Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen erhalten wird, was ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung ist. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 71 ein Elektronenquellensubstrat, 72 Leitungen in X-Richtung und 73 Leitungen in Y-Richtung. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen und das Bezugszeichen 75 bezeichnet Verbindungsleitungen.
Die m-Leitungen 72 in X-Richtung umfassen D_x1, D_x2, ..., D_xm und können aus einem durch Vakuumverdampfung, Drucken, Sputtern oder dergleichen ausgebildeten leitenden Metall aufgebaut sein. Das Material, die Dicke und die Breite der Leitungen werden geeignet nach Bedarf entworfen. Die Leitungen 73 in Y-Richtung sind die n-Leitungen D_y1, D_y2, ..., D_yn und sind auf ähnliche Weise ausgebildet wie die Leitungen 72 in X-Richtung. Eine nicht dargestellte Zwischenisolationsschicht wird zwischen diesen m-Leitungen 72 in X-Richtung und den n-Leitungen 73 in Y-Richtung bereitgestellt, wodurch diese voneinander elektrisch separiert werden (wobei m, n beide positive ganze Zahlen bezeichnen).
Die nicht dargestellte Zwischenisolationsschicht ist durch Vakuumverdampfung, Drucken, Sputtern oder dergleichen ausgebildetes SiO₂ oder dergleichen. Die Dicke, das Material und das Herstellungsverfahren der Isolationsschicht werden beispielsweise geeignet eingestellt, so dass die Zwischenisolationsschicht auf der gesamten Oberfläche oder in einer geeigneten Struktur auf einem Teil des Substrats 71 ausgebildet wird, auf dem die Leitungen 72 in X-Richtung ausgebildet sind, und insbesondere so, dass die Isolationsschicht Potenzialdifferenzen bei Kreuzungsabschnitten zwischen den Leitungen 72 in X-Richtung und den Leitungen 73 in Y-Richtung widerstehen kann. Die Leitungen 72 in X-Richtung und die Leitungen 73 in Y-Richtung werden als externe Anschlüsse herausgeführt.
Paare der die Elektronenemissionsvorrichtungen 74 ausbildenden (nicht gezeigten) Vorrichtungselektroden werden jeweils mit den m-Leitungen 72 in X-Richtung und den n-Leitungen 73 in Y-Richtung durch die Verbindungsleitungen 75 aus einem elektroleitenden Metall oder dergleichen elektrisch verbunden.
Das Material für die Leitungen 72 in X-Richtung und die Leitungen 73 in Y-Richtung, das Material für die Verbindungsleitungen 75 und das Material für die Vorrichtungselektrodenpaare können einige oder alle der Bestandteilelemente gemeinsam haben, oder voneinander verschieden sein. Diese Materialien werden aus den vorstehend angeführten Materialien für die Vorrichtungselektroden geeignet ausgewählt. Falls das Material für die Vorrichtungselektroden dasselbe wie das Material für die Leitungen ist, können die mit den Vorrichtungselektroden verbundenen Leitungen als Vorrichtungselektroden betrachtet werden.
Mit den Leitungen 72 in X-Richtung ist eine nicht dargestellte Abtastsignalanlegeeinrichtung zum Anlegen eines Abtastsignals für die Auswahl einer Zeile der in X-Richtung ausgerichteten Elektronenemissionsvorrichtungen 74 verbunden. Mit den Leitungen 73 in Y-Richtung ist andererseits eine nicht dargestellte Modulationssignalerzeugungseinrichtung zum Modulieren jeder Spalte der in Y-Richtung ausgerichteten Elektronenemissionsvorrichtungen 74 gemäß dem Eingangssignal verbunden. Eine an jede Elektronenemissionsvorrichtung angelegte Ansteuerungsspannung wird als Differenzspannung zwischen dem an die Vorrichtung angelegten Abtastsignal und Modulationssignal zugeführt.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration können die individuellen Vorrichtungen unabhängig ausgewählt und angesteuert werden, indem die einfache Matrix-Leiterbahnstruktur verwendet wird.
Ein unter Verwendung der Elektronenquelle der einfachen Matrix-Konfiguration aufgebautes Bildausbildungsgerät wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 8, 9A und 9B und 10 beschrieben. 8 zeigt ein Beispiel eines Anzeigefelds des Bildausbildungsgeräts, und die 9A und 9B zeigen bei dem Bildausbildungsgerät gemäß 8 verwendete fluoreszierende Schichten. 10 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Ansteuerungsschaltung zum Ausführen einer Anzeige gemäß TV-Signalen des NTSC-Systems. Dieselben Abschnitte, wie die in 7 dargestellten, sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und werden bei der Beschreibung weggelassen. Die leitenden Schichten 4 sind zur Bequemlichkeit bei der Darstellung weggelassen. In 8 bezeichnen das Bezugszeichen 81 eine Rückplatte, auf der das Elektronenquellensubstrat 71 fixiert ist, und 86 eine Frontplatte, bei der eine fluoreszierende Schicht 84, ein Metallrücken 85 usw. auf einer inneren Oberfläche eines Glassubstrats 83 ausgebildet sind. Das Bezugszeichen 82 bezeichnet einen Stützrahmen, die Rückplatte 81 und Frontplatte 86 sind mit dem Stützrahmen 82 mit Frittglas oder dergleichen verbunden. Das Bezugszeichen 88 bezeichnet eine Umhüllung, die beispielsweise durch Backen im Temperaturbereich von 400°C bis 500°C in der Umgebungsatmosphäre oder in Stickstoff für 10 oder mehr Minuten versiegelt wird.
Die Umhüllung 88 umfasst die Frontplatte 86, den Stützrahmen 82 und die Rückplatte 81 gemäß vorstehender Beschreibung. Da die Rückplatte 81 hauptsächlich zum Zweck der Verstärkung der Festigkeit des Elektronenquellensubstrats 71 bereitgestellt ist, muss die separate Rückplatte 81 nicht bereitgestellt werden, falls das Substrat 71 selbst eine ausreichende Festigkeit aufweist. Mit anderen Worten, die Umhüllung 88 kann ebenso aus der Frontplatte 86, dem Stützrahmen 82 und dem Substrat 71 zusammengesetzt sein, indem der Stützrahmen 82 direkt mit dem Substrat 71 versiegelt wird. Andererseits ist es ebenfalls möglich, die Umhüllung 88 mit ausreichender Festigkeit gegen den Atmosphärendruck aufzubauen, indem eine nicht dargestellte Stützeinrichtung, die ein Abstandselement genannt wird, zwischen der Frontplatte 86 und der Rückplatte 81 zwischengelagert wird.
Die 9A und 9B zeigen fluoreszierende Schichten. Die fluoreszierende Schicht 84 kann im Monochromfall lediglich aus einem fluoreszierenden Material ausgebildet sein. Im Falle einer Farbfluoreszenzschicht kann die fluoreszierende Schicht aus einem schwarzen leitenden Material 91, das schwarze Streifen (9A) oder schwarze Matrix (9B) oder dergleichen genannt wird, und fluoreszierende Materialien 92 ausgebildet sein. Der Zweck der Bereitstellung der schwarzen Streifen oder der schwarzen Matrix ist, dass eine Farbmischung oder dergleichen unhinderlich ausgebildet wird, indem die trennenden Abschnitte zwischen den drei zur Farbanzeige nötigen Hauptfarb-Fluoreszenzmaterialien 92 geschwärzt werden, und dass eine Kontrastverringerung aufgrund der Reflexion von externem Licht auf der fluoreszierenden Schicht 84 unterdrückt wird. Das schwarze leitende Material 91 kann ein Material mit Graphit als Matrix sein, das normalerweise verwendet wird, oder es kann ein beliebiges elektroleitendes Material mit einer geringen Durchlässigkeit und Reflexion von Licht sein.
Ein Verfahren zum Beschichten des Glassubstrats 83 mit dem fluoreszierenden Material kann ungeachtet einer Monochrom- oder Farbanzeige ein Ausfällverfahren oder ein Druckverfahren usw. sein. Das schwarze Metall 85 wird normalerweise auf der inneren Oberflächenseite der fluoreszierenden Schicht 84 bereitgestellt. Der Zweck zur Bereitstellung des Metallrückens ist, dass die Helligkeit erhöht wird, indem durch die innere Oberflächenseite fallendes Licht des Nachleuchtens des fluoreszierenden Materials zu dem Glassubstrat 83 hin spiegelnd reflektiert wird, dass es als Elektrode zum Anlegen der Spannung zum Beschleunigen der Elektronenstrahlen arbeitet, dass es das fluoreszierende Material vor Schaden aufgrund der Bombardierung von in der Umhüllung erzeugten negativen Ionen schützt, usw. Der Metallrücken kann ausgebildet werden, indem nach der Herstellung der fluoreszierenden Schicht ein Glättungsvorgang (der üblicherweise "Filmbildung" genannt wird) bei der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht ausgeführt wird, und danach Aluminium darauf durch eine Vakuumverdampfung oder dergleichen abgeschieden wird.
Die Frontplatte 86 kann außerdem mit einer (nicht dargestellten) transparenten Elektrode auf der äußeren Oberflächenseite der fluoreszierenden Schicht 84 zur weiteren Verbesserung der elektrischen Leitung der fluoreszierenden Schicht 84 bereitgestellt werden.
Wenn der vorstehend angeführte Versiegelungsvorgang ausgeführt wird, müssen die Elektronenemissionsvorrichtungen mit den jeweiligen Farbfluoreszenzmaterialien im Falle einer Farbanzeige ausgerichtet werden, und somit ist ein ausreichender Ausrichtungsvorgang unumgänglich.
Das in 8 dargestellte Bildausbildungsgerät wird beispielsweise wie folgt hergestellt. 19 zeigt den schematischen Aufbau eines für die nachstehend angeführten Schritte verwendeten Geräts. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 190 eine Bombe, das Bezugszeichen 191 bezeichnet eine Ampulle, das Bezugszeichen 192 bezeichnet ein Ausstoßrohr, das Bezugszeichen 193 bezeichnet eine Vakuumkammer, das Bezugszeichen 194 bezeichnet ein Torventil, das Bezugszeichen 195 bezeichnet eine Ausstoßvorrichtung, das Bezugszeichen 196 bezeichnet eine Druckanzeige, das Bezugszeichen 197 bezeichnet ein Quadropol-Massenspektrometer, die Bezugszeichen 198a, 198b bezeichnen Gaseinlassleitungen und die Bezugszeichen 199a, 199b bezeichnen Gaseinlasssteuervorrichtungen.
Ein noch nicht der Ausbildung unterworfenes Anzeigefeld wird vorbereitet. Die Umfassung 88 des Anzeigefelds wird durch die Ausstoßröhre 192 mit der Vakuumkammer 193 verknüpft und über das Torventil 194 mit der Ausstoßvorrichtung 195 weiter verbunden. Die Vakuumkammer 193 ist mit einer Vakuumanzeige 196, dem Quadropol-Massenspektrometer 197 usw. zum Messen des Innendrucks und der Partialdrücke der jeweiligen Bestandteile in einer Atmosphäre ausgerüstet. Da es nicht leicht ist, den Innendruck der Umfassung 88 oder dergleichen unmittelbar zu messen, werden die Ablaufbedingungen durch Messen des Drucks oder dergleichen in der Vakuumkammer 193 gesteuert. Die Gaseinlassleitungen 198 sind mit der Vakuumkammer 193 verbunden, damit die Atmosphäre durch weiteres Einführen von benötigtem Gas in die Vakuumkammer 193 gesteuert wird. Die Umfassung 88 ist für eine Erwärmung auf eine Temperatur über der Raumtemperatur durch ein nicht dargestelltes Heizelement angeordnet.
Mit dem anderen Ende jeder Gaseinlassleitung 198 verbunden ist die Bombe 190 oder die Ampulle 191, die jeweils eine eingeführte Substanz als Substanzeinführungsquelle speichern. Jede Einlasssteuerungsvorrichtung 199 zum Steuern einer Einlassrate der eingeführten Substanz wird in der Mitte der verbundenen Gaseinlassleitung 198 bereitgestellt. Die Einlasssteuervorrichtungen 199 können spezifisch aus die Steuerung der Flussrate des Auslaufs erlaubende Ventile wie etwa langsame Auslaufventile, Massenflusssteuereinrichtungen usw. ausgewählt werden, und werden gemäß der Art der eingeführten Substanz bestimmt.
Das Innere der Umhüllung 88 wird durch das Gerät gemäß 19 evakuiert und ein Ausbildungsvorgang wird ausgeführt. Dabei wird die Umhüllung 88 auf eine Temperatur nicht unter 50°C durch das nicht dargestellte Heizelement erwärmt, und das erfindungsgemäße kohäsionsfördernde Gas wird durch die Gaseinlassleitung 198 eingeführt. Dabei kann der Ausbildungsvorgang derart ausgeführt werden, dass beispielsweise gemäß 20 die Leitungen 73 in Y-Richtung mit einer gemeinsamen Elektrode 201 verbunden werden, und die Spannungsimpulse gleichzeitig an die mit einer der Leitungen 72 in X-Richtung verbundenen Vorrichtungen von einer Energieversorgungseinrichtung 202 angelegt werden. Die Form der Impulse und die Bedingung zum Bestimmen des Endes können gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen der Elektronenemissionsvorrichtung ausgewählt werden.
Es ist außerdem möglich, die Ausbildung der mit vielen Leitungen in X-Richtung verbundenen Vorrichtungen zusammen auszuführen, indem phasenverschobene Impulse an die vielen Leitungen in X-Richtung sukzessive angelegt (durchlaufen) werden.
Danach wird der Aktivierungsschritt gemäß dem vorstehend angeführten Verfahren zum Herstellen der Elektronenemissionsvorrichtung ausgeführt. Genauer wird nach einer ausreichenden Evakuierung des Inneren der Umhüllung 88 eine Atmosphäre mit einer organischen Substanz aufgebaut, indem die organische Substanz durch die Gaseinlassleitung 198 eingeführt wird, oder indem eine Evakuierung durch die Öldiffusionspumpe oder die Rotationspumpe ausgeführt wird, und die in der Vakuumatmosphäre verbleibende organische Substanz verwendet wird. In bestimmten Fällen wird auch eine von der organischen Substanz verschiedene Substanz eingeführt, falls nötig. Wenn die Spannung an jede Elektronenemissionsvorrichtung in der die organische Substanz enthaltenden Atmosphäre angelegt wird, die gemäß vorstehender Beschreibung aufgebaut ist, wird der Kohlenstoff oder die Kohlenstoffverbindung oder eine Mischung daraus auf der Elektronenemissionsvorrichtung abgeschieden, wodurch sich die Elektronenemissionsmenge drastisch erhöht. Ein Verfahren zum Anlegen der Spannung an die Elektronenemissionsvorrichtungen bei diesem Aktivierungsschritt kann ein Verfahren zum gleichzeitigen Anlegen der Spannungsimpulse an die mit einer Richtungsleitung verbundenen Vorrichtungen durch eine ähnliche Verbindung wie bei dem Ausbildungsvorgang sein.
Nach dem vorstehend beschriebenen Aktivierungsschritt wird der Stabilisierungsschritt gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen der Elektronenemissionsvorrichtung ausgeführt. Während die Temperatur im Bereich von 80°C bis 250°C gehalten wird, wird nämlich die Umhüllung 88 erwärmt und durch die Ausstoßröhre 192 durch die kein Öl verwendende Ausstoßvorrichtung 195 wie etwa die Ionenpumpe oder die Absorptionspumpe bis zu einer Atmosphäre evakuiert, bei der die organische Substanz gut reduziert wird, beispielsweise bis zu einem Vakuum von etwa 1 × 10^–5 Pa. Danach wird die Ausstoßröhre 192 durch einen Brenner bis zum Schmelzen erwärmt, wodurch sie abgeschnitten und versiegelt wird.
Um den Druck nach der Versiegelung der Umhüllung 88 aufrechtzuerhalten, kann ebenso ein Getter-Betrieb ausgeführt werden. Dies ist ein Betrieb zum Erwärmen eines an einer vorbestimmten Position in der Umhüllung 88 angeordneten (nicht dargestellten) Getters durch Widerstandserwärmung, Hochfrequenzerwärmung oder dergleichen unmittelbar vor dem Ausführen der Versiegelung der Umhüllung 88 oder nach der Versiegelung, wodurch eine verdampfte Schicht ausgebildet wird. Der Getter enthält normalerweise als Hauptbestandteil Barium und dergleichen, und das Vakuum von beispielsweise 1 × 10^–5 Pa oder weniger wird durch eine Adsorptionswirkung der verdampften Schicht aufrechterhalten.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 10 ein strukturelles Beispiel der Ansteuerungsschaltung zum Ausführen einer Televisionsanzeige auf der Grundlage von TV-Signalen des NTSC-Systems auf dem unter Verwendung der Elektronenquelle der einfachen Matrix-Konfiguration aufgebauten Anzeigefeld beschrieben. Bei 10 bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein Bildanzeigefeld, 102 eine Abtastschaltung, 103 eine Steuerschaltung, 104 ein Schieberegister, 105 einen Zeilenspeicher, 106 eine Synchronsignaltrennungsschaltung, 107 eine Modulationssignalerzeugungseinrichtung und V_x und V_a Gleichspannungsquellen.
Das Anzeigefeld 101 ist mit den äußeren Schaltungen über die Anschlüsse D_x1 bis D_xn, den Anschlüssen D_y1 bis D_yn und den Hochspannungsanschluss 87 verbunden. An die Anschlüsse D_x1 bis Dxn sind Abtastsignale zum sukzessiven Ansteuern der in dem Anzeigefeld 101 angeordneten Elektronenquelle Reihe für Reihe angelegt (alle n Vorrichtungen), d. h. der in einer Matrix-Leiterbahnstruktur von m Zeilen × n Spalten angeordneten Gruppe von Elektronenemissionsvorrichtungen. An die Anschlüsse D_y1 bis D_yn werden Modulationssignale zum Steuern von Ausgangselektronenstrahlen der jeweiligen Elektronenemissionsvorrichtungen in einer durch das Abtastsignal ausgewählten Zeile angelegt. Dem Hochspannungsanschluss 87 wird die Gleichspannung von beispielsweise 10 kV von der Gleichspannungsquelle V_a zugeführt, die eine Beschleunigungsspannung zum Zuweisen ausreichender Energie an die von den Elektronenemissionsvorrichtungen emittierten Elektronenstrahlen zum Anregen des fluoreszierenden Materials ist.
Nachstehend wird die Abtastschaltung 102 beschrieben. Diese Schaltung beinhaltet im Inneren m Schaltvorrichtungen (in 10 durch S₁ bis S_m schematisch angegeben). Jede Schaltvorrichtung wählt entweder die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V_x oder 0 [v] (den Massepegel) zur elektrischen Verbindung an die Anschlüsse D_x1 bis D_xm des Anzeigefelds 101 aus. Jede Schaltvorrichtung S₁ bis S_m arbeitet auf der Grundlage eines Steuersignals T_scan, das von der Steuerschaltung 103 ausgegeben wird, und sie können beispielsweise durch eine Kombination von Schaltvorrichtungen wie etwa FETs aufgebaut sein.
Die Gleichspannungsquelle V_x wird eingestellt, um eine derartige Konstantspannung auszugeben, dass die an die nicht abgetasteten Vorrichtungen angelegte Ansteuerungsspannung nicht größer als die Elektronenemissionsschwellenwertspannung ist, wobei die Charakteristik (Elektronenemissionsschwellenwertspannung) der Elektronenemissionsvorrichtung zugrunde gelegt wird.
Der Steuerschaltung 103 kommt die Funktion zu, die Betriebsvorgänge der jeweiligen Abschnitte aneinander anzupassen, so dass eine zweckmäßige Anzeige auf der Grundlage der von außen zugeführten Bildsignale ausgeführt wird. Die Steuerschaltung 103 erzeugt Steuersignale T_scan, T_sft und T_mry an die jeweiligen Abschnitte auf der Grundlage eines von der Synchronsignalseparationsschaltung 106 geschickten Synchronsignals T_sync.
Die Synchronsignalseparationsschaltung 106 ist eine Schaltung zum Trennen eines Synchronsignalbestandteils und eines Helligkeitssignalbestandteils von dem von außen zugeführten TV-Signal des NTSC-Systems, das unter Verwendung einer gewöhnlichen Frequenzseparationsschaltung (Filter) oder dergleichen aufgebaut sein kann. Das durch die Synchronsignalseparationsschaltung 106 getrennte Synchronsignal umfasst ein vertikales Synchronsignal und ein horizontales Synchronsignal, die zur Vereinfachung der Beschreibung als ein T_sync-Signal dargestellt sind. Der von dem TV-Signal getrennte Helligkeitssignalbestandteil des Bildes ist zur Vereinfachung durch ein DATA-Signal dargestellt. Dieses DATA-Signal wird in das Schieberegister 104 eingegeben.
Das Schieberegister 104 ist zum Ausführen einer Seriell/Parallel-Wandlung für jede Bildzeile mit dem in Zeitserie seriell eingegebenen DATA-Signal bereitgestellt, und arbeitet auf der Grundlage des von der Steuerschaltung 103 geschickten Steuersignals T_sft. (Mit anderen Worten, das Steuersignal T_sft kann ebenfalls als Schiebetakt des Schieberegisters 104 bezeichnet werden.) Die Daten einer Bildzeile nach der Seriell/Parallel-Wandlung (die den Ansteuerungsdaten für n Elektronenemissionsvorrichtungen entsprechen) werden als n Parallelsignale I_d1 bis I_dn von dem Schieberegister 104 ausgegeben.
Der Zeilenspeicher 1O5 ist eine Speichervorrichtung zum Speichern der Daten einer Bildzeile für eine erforderliche Periode, und speichert die Inhalte von I_d1 bis I_dn gemäß dem Steuersignal T_mry, das von der Steuerschaltung 103 geschickt wird. Die gespeicherten Inhalte werden als I_d'1 bis I_d'n ausgegeben, welche an die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 zuzuführen sind.
Die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 ist eine Signalquelle zum geeigneten Ansteuern und Modulieren jeder der Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß den jeweiligen Bilddaten I_d'1 bis I_d'n, und die Ausgangssignale davon werden über die Anschlüsse D_y1 bis D_yn an die Elektronenemissionsvorrichtungen in dem Anzeigefeld 101 angelegt.
Gemäß vorstehender Beschreibung weisen die erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtungen die nachstehend aufgeführten Grundeigenschaften bezüglich des Emissionsstroms I_e auf. Genauer weisen die Vorrichtungen die bestimmte Schwellenwertspannung V_th für die Emission von Elektronen auf, so dass die Elektronenemission lediglich dann auftritt, wenn die angelegte Spannung nicht kleiner als V_th ist. Gegenüber Spannungen nicht kleiner der Elektronenemissionsschwellenwertspannung variiert der Emissionsstrom außerdem gemäß einer Veränderung der an jede Vorrichtung angelegten Spannung. Gemäß diesem Merkmal tritt beim Anlegen einer gepulsten Spannung an die Vorrichtung eine Elektronenemission beispielsweise nicht auf, wenn eine Spannung nicht größer der Elektronenemissionsschwellenwertspannung angelegt wird, aber ein Elektronenstrahl wird beim Anlegen einer Spannung ausgegeben, die nicht kleiner als die Elektronenemissionsschwellenwertspannung ist. Dadurch kann die Intensität des Ausgabeelektronenstroms durch Verändern der Spitzenwerthöhe V_m des Impulses gesteuert werden. Die Gesamtladungsmenge des Ausgabeelektronenstrahls kann durch Verändern der Impulsbreite P_w gesteuert werden.
Daher kann ein Spannungsmodulationsverfahren, ein Impulsdauermodulationsverfahren usw. als Verfahren zum Modulieren der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem Eingangssignal verwendet werden. Zum Ausführen des Spannungsmodulationsverfahrens kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 eine Schaltung des Spannungsmodulationsverfahrens sein, das zum Erzeugen von Spannungsimpulsen einer konstanten Länge und geeignet modulierenden Spitzenwerthöhen der Spannungsimpulse gemäß den Eingabedaten befähigt ist. Zum Ausführen des Impulsdauermodulationsverfahrens kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 eine Schaltung des Impulsdauermodulationsverfahrens sein, dass zur Erzeugung von Spannungsimpulsen mit einer konstanten Spitzenwerthöhe und zum geeigneten Modulieren der Spannungsimpulsweiten gemäß den Eingabedaten befähigt ist.
Das Schieberegister 104 und der Zeilenspeicher 105 können entweder von der Digitalsignalbauart oder der Analogsignalbauart sein. Dies liegt daran, dass ein notwendiger Punkt ist, dass die Seriell/Parallel-Wandlung und das Speichern der Bildsignale bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Im Falle der Digitalsignalbauart muss das Ausgangssignal DATA der Synchronsignalseparationsschaltung 106 digitalisiert werden, und wird durch einen bei einem Ausgabeabschnitt der Synchronsignalseparationsschaltung 106 angeordneten A/D-Wandler implementiert. In Verbindung dazu differiert die bei der Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 verwendete Schaltung leicht in Abhängigkeit davon, ob die Ausgangssignale des Zeilenspeichers 105 Digitalsignale oder Analogsignale sind. Im Falle des Digitalsignale verwendenden Spannungsmodulationsverfahrens ist genauer die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 beispielsweise ein D/A-Wandler und ein Verstärker oder dergleichen wird dazu hinzugefügt, falls nötig. Im Falle des Impulsdauermodulationsverfahrens ist die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 eine Schaltung, die beispielsweise durch Kombination eines Hochgeschwindigkeitsoszillators und einer Zähleinrichtung zum Zählen der von dem Oszillator ausgegebenen Anzahl an Wellen mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines Ausgabewerts von der Zähleinrichtung mit einem Ausgabewert von dem Speicher erhalten wird. Außerdem kann ein Verstärker zum Spannungsverstärken des bei der Impulsdauer modifizierten Modulationssignals, das von der Vergleichseinrichtung ausgegeben wird, bis zu der Ansteuerungsspannung der Elektronenemissionsvorrichtung hinzugefügt werden, falls nötig.
Im Falle des Spannungsmodulationsverfahrens unter Verwendung von Analogsignalen kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 beispielsweise ein Verstärker unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder dergleichen sein, und eine Pegelschiebeschaltung oder dergleichen kann ebenfalls dazu hinzugefügt werden, falls nötig. Im Falle des Impulsdauermodulationsverfahrens kann beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet werden, und ein Verstärker kann außerdem dazu hinzugefügt werden, damit das Modulationssignal bis zu der Ansteuerungsspannung der Elektronenemissionsvorrichtung spannungsverstärkt wird, falls nötig.
Bei dem erfindungsgemäßen Bildausbildungsgerät, das in der vorstehend angeführten Struktur aufgebaut werden kann, tritt eine Elektronenemission auf, wenn die Spannung an jede Elektronenemissionsvorrichtung über die externen Anschlüsse D_x1 bis Dxm, D_y1 bis D_yn außerhalb des Behälters angelegt wird. Gleichzeitig wird die Hochspannung über den Hochspannungsanschluss 87 an den Metallrücken 85 oder eine (nicht dargestellte) transparente Elektrode angelegt, wodurch die Elektronenstrahlen beschleunigt werden. Die fluoreszierende Schicht 84 wird mit den somit beschleunigten Elektronen bombardiert, um eine Lumineszenz hervorzurufen, wodurch ein Bild ausgebildet wird.
Die Struktur des vorliegend beschriebenen Bildausbildungsgeräts ist nur ein Beispiel für das erfindungsgemäße Bildausbildungsgerät und eine Vielzahl von Abwandlungen kann auf der Grundlage des erfindungsgemäßen technischen Konzepts ausgeführt werden. Die Eingangssignale wurden gemäß dem NTSC-System beschrieben, aber die Eingangssignale sind nicht auf dieses System beschränkt. Es können beispielsweise Signale des PAL-Systems, des SECAM-Systems oder dergleichen sein, oder Signale von Systemen mit TV-Signalen, die mehr Abtastzeilen als die vorstehend angeführten Systeme umfassen (beispielsweise hochauflösende TV-Systeme einschließlich des MUSE-Systems).
Nachstehend wird eine Elektronenquelle der vorstehend angeführten leiterartigen Konfiguration und ein Bildausbildungsgerät unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
11 zeigt ein Beispiel der Elektronenquelle mit der leiterartigen Konfiguration. In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 110 ein Elektronenquellensubstrat und 111 Elektronenemissionsvorrichtungen. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet gemeinsame Leitungen D₁ bis D₁₀ zur Verbindung der Elektronenemissionsvorrichtungen 111, die als externe Anschlüsse herausgeführt sind. Die Elektronenemissionsvorrichtungen 111 sind in parallelen Zeilen entlang der X-Richtung angeordnet (was nachstehend Vorrichtungszeilen genannt wird). Die Elektronenquelle umfasst eine Vielzahl derartiger Vorrichtungszeilen. Jede Vorrichtungszeile kann unabhängig angesteuert werden, indem die Ansteuerungsspannung zwischen die gemeinsamen Leitungen jeder Vorrichtungszeile angelegt wird. Genauer wird eine Spannung nicht kleiner der Elektronenemissionsschwellenwertspannung an eine Vorrichtungszeile angelegt, von der die Emission von Elektronenstrahlen erwartet wird, wohingegen eine Spannung nicht größer der Elektronenemissionsschwellenwertspannung an eine Vorrichtungszeile angelegt wird, von der erwartet wird, dass sie keine Elektronenstrahlen emittiert. Die zwischen den Vorrichtungszeilen angeordneten gemeinsamen Leitungen D₂ bis D₉ können ebenfalls als einzelne Integralleitungen ausgebildet sein; beispielsweise können D₂ und D₃ als einzelne Integralleitung ausgebildet sein.
12 zeigt ein Beispiel der Feldstruktur eines mit der Elektronenquelle der leiterartigen Konfiguration versehenen Bildausbildungsgeräts. Das Bezugszeichen 120 bezeichnet Gitterelektroden, 121 Öffnungen für Elektronen zum Passieren, D₁ bis Dm Anschlüsse außerhalb des Behälters und G₁ bis G_n mit den Gitterelektroden 120 verbundene Anschlüsse außerhalb des Behälters. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet ein Elektronenquellensubstrat, bei dem die gemeinsamen Leitungen zwischen den Vorrichtungszeilen in der Gestalt von Integralleitungen ausgebildet sind. In 12 sind dieselben Abschnitte wie die in 8 und 11 dargestellten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die leitenden Schichten 4 sind zur Vereinfachung bei der Darstellung weggelassen worden. Das dabei gezeigte Bildausbildungsgerät unterscheidet sich hauptsächlich von dem in 8 dargestellten Bildausbildungsgerät der einfachen MatriX-Konfiguration dahingehend, dass das vorliegende Bildausbildungsgerät mit den Gitterelektroden 120 zwischen dem Elektronenquellensubstrat 110 und der Frontplatte 86 versehen ist.
Bei 12 sind die Gitterelektroden 120 zwischen dem Substrat 110 und der Frontplatte 86 bereitgestellt. Die Gitterelektroden 120 sind zum Modulieren der von den Elektronenemissionsvorrichtungen 111 emittierten Elektronenstrahlen bereitgestellt und mit jeweils einer kreisförmigen Öffnung 121 pro Vorrichtung versehen, damit die Elektronenstrahlen die streifenförmigen Elektroden senkrecht zu den Vorrichtungszeilen der leiterartigen Konfiguration passieren können. Die Form und Anordnung der Gitterelektroden ist nicht auf die Darstellung gemäß 12 beschränkt. Die Öffnungen können beispielsweise eine Vielzahl von Passierungslöchern in einer Maschenstruktur sein, und die Gitterelektroden können um oder nahe den Elektronenemissionsvorrichtungen angeordnet sein.
Die Anschlüsse außerhalb des Behälters D₁ bis D_m und G₁ bis Gn sind mit einer nicht dargestellten Steuerschaltung verbunden. Modulationssignale für eine Bildzeile werden gleichzeitig an die Gitterelektrodenanordnung synchron zu der sukzessiven Ansteuerung (Abtastung) der Vorrichtungszeilen Zeile für Zeile angelegt. Dies erlaubt eine Anzeige des Bildes Zeile für Zeile mit einer steuernden Bestrahlung jedes Elektronenstrahls auf das fluoreszierende Material.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Bildausbildungsgerät kann als Anzeigevorrichtung zur Fernsehausstrahlung oder als eine Anzeigevorrichtung für ein Videokonferenzsystem, einen Computer oder dergleichen verwendet werden, und zusätzlich kann es außerdem als Bildausbildungsgerät oder dergleichen als ein unter Verwendung einer lichtempfindlichen Trommel oder dergleichen aufgebauten optischen Druckers verwendet werden.
17 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts, das zum Anzeigen von Bildinformationen angepasst ist, die von verschiedenen Bildinformationsquellen beispielsweise einschließlich einer Fernsehausstrahlung und dergleichen bereitgestellt ist.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 201 ein Anzeigefeld, 1701 eine Ansteuerungsschaltung des Anzeigefelds, 1702 eine Anzeigesteuerung, 1703 eine Multiplexeinrichtung, 1704 eine Dekodiereinrichtung, 1705 eine I/O-Schnittstellenschaltung, 1706 eine CPU, 1707 eine Bildausbildungsschaltung, 1708 bis 1710 Bildspeicherschnittstellenschaltungen, 1711 eine Bildeingabeschnittstellenschaltung, 1712 und 1713 TV-Signalempfangsschaltungen und 1714 eine Eingabeeinheit.
Das vorliegende Bildausbildungsgerät ist selbstverständlich zur Wiedergabe von Ton zusammen mit der Bildanzeige angeordnet, wenn ein sowohl ein Bildsignal als auch ein Tonsignal beinhaltendes Signal empfangen wird, wie beispielsweise bei einem Fernsehsignal; vorliegend wird jedoch die Beschreibung für Schaltungen, Lautsprecher, usw. bezüglich dem Empfang, der Trennung, der Wiedergewinnung, der Verarbeitung, der Speicherung usw. der nicht unmittelbar die Merkmale der vorliegenden Erfindung betreffenden Toninformationen weggelassen.
Die Funktionen der jeweiligen Einheiten werden nachstehend entlang dem Fluss eines Bildsignals beschrieben.
Zunächst ist die TV-Signalempfangsschaltung 1713 eine Schaltung für den Empfang des durch ein schnurloses Kommunikationssignal wie etwa beispielsweise Funkwellen, optische Raumkommunikation oder dergleichen empfangenen TV-Signals. Es gibt keine spezifischen Einschränkungen bei dem System des empfangenen TV-Signals und ein beliebiges System kann beispielsweise aus dem NTSC-System, dem PAL-System, dem SECAM-System usw. ausgewählt werden. Aus mehr Abtastzeilen als bei derartigen System zusammengesetzte TV-Signale wie beispielsweise sogenannte hochauflösende TV-Signale gemäß dem MUSE-Verfahren usw. sind bevorzugte Signalquellen, um Vorteil aus den Merkmalen des für eine großflächige Anzeige und einer großen Anzahl von Bildelementen geeigneten Anzeigefeldes zu ziehen.
Das durch die vorstehend angeführte TV-Signalempfangsschaltung 1713 empfangene TV-Signal wird an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
Die TV-Signalempfangsschaltung 1712 ist eine Schaltung für den Empfang des durch ein schnurgebundenes Kommunikationssystem übertragenen TV-Signals, wie etwa einem Koaxialkabel, einer optischen Faser oder dergleichen. Wie bei der TV-Signalempfangsschaltung 1713 gibt es keine spezifischen Beschränkungen bei dem System des empfangenen TV-Signals, und das durch diese Schaltung empfangene TV-Signal wird ebenfalls an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
Die Bildeingabeschnittstellenschaltung 1711 ist eine Schaltung für den Empfang eines von einer Bildeingabevorrichtung wie beispielsweise eine TV-Kamera, eine Bildleseabtasteinrichtung oder dergleichen zugeführten Bildsignals, und das somit empfangene Bildsignal wird an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1710 ist eine Schaltung für den Empfang eines bei einem Videobandrekorder (nachstehend mit "VTR" bezeichnet) gespeicherten Bildsignals, und das somit empfangene Bildsignal wird an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1704 ist eine Schaltung für den Empfang eines bei einer Videoplatte gespeicherten Bildsignals, und das somit empfangene Bildsignal wird an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1708 ist eine Schaltung für den Empfang eines Bildsignals von einer Vorrichtung, das Standbilddaten speichert, wie etwa eine Standbildplatte, und die somit empfangenen Standbilddaten werden in die Decodiereinrichtung 1704 eingegeben.
Die I/O-Schnittstellenschaltung 1705 ist eine Schaltung zum Verbinden der vorliegenden Bildanzeigevorrichtung an eine externe Ausgabevorrichtung wie etwa einen Computer, ein Computernetzwerk oder einen Drucker. Diese Schaltung erlaubt die Eingabe/Ausgabe von Bilddaten oder Zeichen und Grafikinformationen und erlaubt außerdem die Eingabe/Ausgabe von Steuersignalen und numerischen Daten zwischen der CPU 1706 in diesem Bildausbildungsgerät und der Ausgabe in bestimmten Fällen.
Die Bildausbildungsschaltung 1707 ist eine Schaltung zum Ausbilden von Bilddaten zur Anzeige auf der Grundlage der Bilddaten oder der Zeichen und Grafikinformationen, die von außen durch die I/O-Schnittstellenschaltung 1705 eingegeben werden, oder auf der Grundlage der Bilddaten oder der Zeichen- und Grafikinformationen, die von der CPU 1706 ausgegeben werden. Diese Schaltung beinhaltet zur Bildausbildung nötige Schaltungen wie beispielsweise einen beschreibbaren Speicher zum Speichern der Bilddaten oder der Zeichen- und Grafikdaten, einen Nur-Lese-Speicher zum Speichern von Bildmustern entsprechend Zeichen-Codes, einen Prozessor zum Ausführen der Bildverarbeitung usw.
Die durch diese Schaltung ausgebildeten Bilddaten zur Anzeige werden an die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben, und in einigen Fällen können sie außerdem durch die I/O-Schnittstellenschaltung 1705 an ein externes Computernetzwerk oder einen Drucker ausgegeben werden.
Die CPU 1706 führt hauptsächlich die Betriebssteuerung dieses Bildanzeigegeräts sowie die Betriebsvorgänge bezüglich der Ausbildung, Auswahl und der Editierung des Anzeigebilds aus.
Sie gibt beispielsweise ein Steuersignal an die Multiplexeinrichtung 1703 aus, wählt ein auf dem Anzeigefeld anzuzeigendes Bildsignal geeignet aus, oder sie kombiniert anzuzeigende Bildsignale geeignet. Dabei erzeugt die CPU ein Steuersignal an die Anzeigefeldsteuereinrichtung 1702 gemäß dem anzuzeigenden Bildsignal, um den Betrieb des Anzeigegeräts im Hinblick auf die Schirmanzeigefrequenz, das Abtastverfahren (beispielsweise entweder Zwischenzeilenverkettung oder keine Zwischenzeilenverkettung), der Anzahl von Abtastzeilen bei einem Schirm usw. geeignet zu steuern. Die CPU gibt außerdem die Bilddaten oder die Zeichen- und Grafikinformationen unmittelbar an die Bildausbildungsschaltung 1707 aus, oder greift auf einen externen Computer oder Speicher durch die I/O-Schnittstellenschaltung 1705 zu, um die Bilddaten oder die Zeichen- und Grafikinformationen einzubeziehen.
Die CPU 1706 kann außerdem angepasst werden, um bei Betriebsvorgängen für andere Zwecke als die vorstehend beschriebenen verwendet zu werden. Die CPU kann beispielsweise unmittelbar mit der Funktion zum Ausbilden oder Verarbeiten von Informationen wie ein PC, eine Textverarbeitungseinrichtung oder dergleichen verbunden werden, oder gemäß vorstehender Beschreibung kann die CPU mit einem externen Computernetzwerk durch die I/O-Schnittstellenschaltung 1705 zum Durchführen eines Betriebsvorgangs wie beispielsweise einer numerischen Berechnung oder dergleichen in Kooperation mit einer externen Vorrichtung verbunden sein.
Die Eingabeeinheit 1714 ist eine Vorrichtung, durch die ein Benutzer einen Befehl, ein Programm oder Daten an die CPU 1706 eingibt, die aus einer Vielzahl von Eingabevorrichtungen wie beispielsweise einer Tastatur, einer Maus, einem Joystick, einem Strichcodelesegerät, einer Spracherkennungseinheit usw. ausgewählt werden kann.
Die Decodiereinrichtung 1704 ist eine Schaltung zum Invertieren der von den Schaltungen 1707 bis 1713 eingegebenen vielen verschiedenen Bildsignale in die drei Primärfarbsignale oder in Helligkeitssignale und I-Signale und Q-Signale. Die Decodiereinrichtung 1704 ist vorzugsweise im Inneren mit einem Bildspeicher versehen, wie in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dies dient zur Handhabung eines den Bildspeicher benötigenden TV-Signals im Falle der Inversion, beispielsweise bei dem MUSE-System und dergleichen. Die Bereitstellung des Bildspeichers erleichtert die Anzeige eines Standbilds. Darüber hinaus stellt es den Vorteil der Erleichterung der Bildverarbeitung und Editierung einschließlich einer Ausdünnung, Interpolation, Vergrößerung, Reduktion und Synthese des Bilds in Kooperation mit der Bildausbildungsschaltung 1707 und der CPU 1706 bereit.
Die Multiplexeinrichtung 1703 wird zur geeigneten Auswahl des Anzeigefilds auf der Grundlage eines von der CPU 1706 zugeführten Steuersignals betrieben. Genauer wählt die Multiplexeinrichtung 1703 ein gewünschtes Bildsignal aus den von der Decodiereinrichtung 1704 zugeführten invertierten Bildsignalen aus, und gibt das ausgewählte Bildsignal an die Ansteuerungsschaltung 1701 aus. Dabei ist es auch möglich, Bildsignale auf geschaltete Weise innerhalb einer Bildanzeigezeitdauer auszuwählen, wodurch verschiedene Bilder in vielen Bereichen in einem Bild angezeigt werden, wie bei dem sogenannten Mehrbildfernsehen.
Die Anzeigefeldsteuereinrichtung 1702 ist eine Schaltung zum Steuern des Betriebs der Ansteuerungsschaltung 1701 auf der Grundlage eines von der CPU 1706 zugeführten Steuersignals.
Im Hinblick auf die Grundbetriebsweise des Anzeigefelds gibt die Steuereinrichtung ein Signal zum Steuern der Betriebssequenz der (nicht gezeigten) Energieversorgungseinrichtung zum Ansteuern des Anzeigefelds beispielsweise an die Ansteuerungsschaltung 1701 aus. Bezüglich des Ansteuerungsverfahrens des Anzeigefelds gibt die Steuereinrichtung Signale zum Steuern der Bildanzeigefrequenz und des Abtastverfahrens (beispielsweise entweder Zwischenbildverkettung oder keine Zwischenbildverkettung) beispielsweise an die Ansteuerungsschaltung 1701 aus. In einigen Fällen gibt die Steuereinrichtung mit der Einstellung der Bildqualität wie etwa Helligkeit, Kontrast, Farbton und Schärfe des Anzeigebilds verbundene Steuersignale an die Ansteuerungsschaltung 1701 aus.
Die Ansteuerungsschaltung 1701 ist eine Schaltung zum Erzeugen eines an das Anzeigefeld 1700 angelegten Ansteuerungssignals und arbeitet auf der Grundlage eines von der Multiplexeinrichtung 1703 zugeführten Bildsignals und eines von der Anzeigefeldsteuereinrichtung 1702 zugeführten Steuersignals.
Die Funktionen der jeweiligen Einheiten sind vorstehend beschrieben, und die beispielhaft in 17 dargestellte Struktur erlaubt diesem Bildausbildungsgerät die Anzeige der von verschiedenen Bildinformationsquellen zugeführten Bildinformationen auf dem Anzeigefeld 1700. Im Einzelnen werden die verschiedenen Bildsignale einschließlich der Fernsehausstrahlung usw. in der Decodiereinrichtung 1704 invertiert, und danach wird ein Bildsignal daraus in der Multiplexeinrichtung 1703 geeignet ausgewählt. Das ausgewählte Bildsignal wird in die Ansteuerungsschaltung 1701 eingegeben. Andererseits erzeugt die Anzeigesteuereinrichtung 1702 ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs der Ansteuerungsschaltung 1701 gemäß dem anzuzeigenden Bildsignal. Die Ansteuerungsschaltung 1701 legt ein Ansteuerungssignal an das Anzeigefeld 1700 auf der Grundlage des Bildsignals und des Steuersignals an. Dies verursacht die Anzeige eines Bildes auf dem Anzeigefeld 1700. Diese sequenziellen Betriebsvorgänge werden durch die CPU 1706 systematisch gesteuert.
Das vorliegende Bildausbildungsgerät kann ausgewählte Informationen aus den in dem Bildspeicher der Decodiereinrichtung 1704 gespeicherten Daten und den durch die Bildausbildungsschaltung 1707 ausgebildeten Daten anzeigen, und kann außerdem die nachstehend aufgeführten Betriebsvorgänge für die anzuzeigenden Bildinformationen durchführen; beispielsweise eine Bildverarbeitung einschließlich einer Vergrößerung, Reduktion, Rotation, Bewegung, Kantenverbesserung, Ausdünnung, Interpolation, Farbumwandlung, Größenverhältnisumwandlung des Bildes usw. sowie eine Bildeditierung einschließlich Synthese, Löschen, Verbinden, Austausch, Einfügen usw. Das Gerät kann außerdem mit einer entsprechenden Schaltung zum Ausführen einer Verarbeitung und Editierung von Toninformationen ähnlich zu der vorstehend beschriebenen Bildverarbeitung und Bildeditierung versehen sein.
Daher kann dieses einzelne Bildausbildungsgerät als Anzeigevorrichtung zur Fernsehausstrahlung, als Endgerätausrüstung für eine Videokonferenz, als Bildeditiervorrichtung zum Handhaben eines Standbildes und eines dynamischen Bildes, als Endgerätausrüstung eines Computers, als Endgerätausrüstung für Büroanwendungen wie etwa einer Textverarbeitung und dergleichen und als Spielvorrichtung arbeiten, und kann somit einen sehr breiten Anwendungsbereich für die Industrie oder für die Verbraucherverwendung aufweisen.
17 zeigt lediglich ein Beispiel der Konfiguration, bei dem das Bildausbildungsgerät das Anzeigefeld unter Verwendung der Elektronenemissionsvorrichtungen als Elektronenstrahlquelle beinhaltet, wobei selbstverständlich das erfindungsgemäße Bildausbildungsgerät nicht nur auf dieses Beispiel beschränkt ist.
Es entstehen beispielsweise keine Probleme, selbst falls die mit den eingeführten Funktionen verbundene Schaltungen, die zur Verwendung nicht nötig sind, bei den Komponenten gemäß 17 weggelassen werden. Andererseits kann in Abhängigkeit von der Verwendung eine zusätzliche Komponente hinzugefügt werden. Wo beispielsweise das vorliegende Bildausbildungsgerät als Videotelefon angewandt wird, wird das Gerät vorzugsweise mit zusätzlichen Komponenten wie etwa einer Videokamera, einem Tonmikrofon, einer Beleuchtungsvorrichtung, einer Sende-Empfangs-Schaltung mit einem Modem usw. versehen.
Da das vorliegende Bildausbildungsgerät die Elektronenemissionsvorrichtungen als Elektronenquelle verwendet, kann das Anzeigefeld vollständig dünner ausgebildet werden, so dass die Tiefe des Bildausbildungsgeräts verringert werden kann. Zusätzlich kann das die Elektronenemissionsvorrichtungen als Elektronenstrahlquelle verwendende Anzeigefeld vollständig in einem großen Schirm ausgebildet werden, es weist eine hohe Helligkeit auf, und es ist ausgezeichnet bei der Anzeige von Winkelcharakteristiken; daher kann das Bildausbildungsgerät ein Bild mit starkem Reiz mit voller Präsenz und mit hoher Sichtbarkeit anzeigen. Die Verwendung der die stabilen und hocheffizienten Elektronenemissionseigenschaften erzielenden Elektronenquelle kann ein helles und hochqualitatives Farbflachfernsehen mit einer langen Lebensdauer verwirklichen.
Beispiele
[Beispiele 1 bis 3 und Bezugsbeispiel 1]
Bei den vorliegenden Beispielen und dem Bezugsbeispiel wurden die Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen in der in den 1A, 1B und 1C dargestellten Struktur aufgebaut. Die Schritte zum Herstellen der Vorrichtungen der Beispiele und des Bezugsbeispiels sind nachstehend beschrieben.
(1) Eine Siliziumoxidschicht von 0,5 μm Dicke wurde auf einem gereinigten Sodakalkglas durch Sputtern ausgebildet, und dies wurde als Substrat 1 verwendet. Auf diesem Substrat wurde ein Maskenmuster aus einem Fotolack ("RD-2000N-41", von Hitachi Kasei AG verfügbar) mit dem Muster der Vorrichtungselektroden 2, 3 entsprechenden Öffnungen ausgebildet. Dann wurden Titan und Platin in einer Dicke von 5 nm bzw. in einer Dicke von 30 nm durch Vakuumverdampfung abgeschieden. Dann wurde das Maskenmuster des Fotolacks mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, und die Vorrichtungselektroden 2, 3 aus den Titan/Platin-Schichten wurden durch das Ablöseverfahren ausgebildet. Die Vorrichtungselektrodenlücke L betrug 10 μm, und die Vorrichtungselektrodenlänge W lag bei 300 μm.
(2) Bei dem nachstehend aufgeführten Schritt wurde die leitende Schicht 4 unter Verwendung einer Tintenstrahlvorrichtung ausgebildet. Die verwendete Tintenstrahlvorrichtung waren Bestandteile eines Tintenstrahldruckers ("BJ-10v", verfügbar von CANON Inc.). Die organometallische Lösung zum Ausbildung der leitenden Schicht 4 war eine Lösung, die durch Auflösen von 0,84 g Palladiumacetatmonoethanolamin (nachstehend mit "PAME" bezeichnet) in 12 g Wasser erhalten wird. Die thermogravimetrische (TG) Analyse wurde in Luft ausgeführt, und Röntgenstrahlbrechungsmessungen (XD) wurden zudem ausgeführt. Die Ergebnisse bewiesen, dass bei einer Erhöhung der Temperatur eine Zersetzung von PAME in das Metall Pd um die 170°C begann, und PdO wurde ab 280°C erzeugt.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Tintenstrahlvorrichtung wurde ein Tröpfchen der vorstehend angeführten wässrigen Lösung mit PAME aufgebracht, so dass eine Verbindung zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 ausgebildet wurde, und wurde dann getrocknet. Dieser Schritt wurde sechsmal wiederholt.
Die auf das Substrat aufgebrachten Tröpfchen wurden einem Erwärmungs-/Backvorgang bei 350°C für zehn Minuten an der Atmosphäre unterzogen, wodurch die leitende Schicht 4 aus feinen Teilchen aus PdO erhalten wurde. Diese leitende Schicht war im Wesentlichen von einer kreisförmigen Gestalt mit einem Durchmesser von etwa 120 um und einer Dicke von etwa 10 nm nahe dem Zentrum.
(3) Dann wurde der Elektronenemissionsbereich 5 durch den Ausbildungsschritt ausgebildet. Das Substrat 1 mit der gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildeten leitenden Schicht 4 wurde in den Vakuumbehälter 55 des in 5 dargestellten Vakuumverarbeitungsgeräts eingesetzt, und das Innere wurde auf 2,7 × 10^–4 Pa oder darunter durch die Evakuierungsvorrichtung 56 herunterevakuiert.
Dann wurde das vorstehend beschriebene Substrat 1 bei 50°C (Beispiel 1), bei 100°C (Beispiel 2), oder bei 150°C (Beispiel 3) durch das (nicht dargestellte) Heizelement erwärmt. Zur Stabilisierung der Temperatur wurde dieser Zustand für eine Stunde aufrechterhalten, bevor zum nächsten Schritt fortgeschritten wurde. Zu Referenzzwecken wurde eine Vorrichtung bei Raumtemperatur (etwa 25°C) ohne Erwärmung gehalten (Bezugsbeispiel 1):
Die Impulsspannung wurde zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 jeder Vorrichtung bei Raumtemperatur gemäß vorstehender Beschreibung angelegt. Die Impulswellenformen waren die in 4A dargestellten Dreiecksimpulse, welche eine Impulsspitzenwerthöhe von 11 V, eine Impulsdauer T₁ von 1 ms und einen Impulsabstand T₂ von 10 ms aufwiesen. Rechteckige Impulse mit einer Spitzenwerthöhe von 0,1 V wurden zwischen die Ausbildungsimpulse zwischengelagert, um den Strom zu messen, und der Widerstand wurde daraus erfasst.
Dann wurde ein Mischgas aus 2% H₂ und 98% N₂ in den Vakuumbehälter 55 bis zu einem Druck von 5 × 10⁴ Pa eingeführt. Bei jeder Vorrichtung verringerte sich der in der Vorrichtung fließende Strom graduell gleichzeitig mit der Einführung des Mischgases, erhöhte sich dann einmal, und verringerte sich danach plötzlich. Durch Erwärmung jeder der Vorrichtungen wurde der Widerstand rasch größer als 1 MΩ, und das Anlegen einer Spannung wurde an diesem Punkt gestoppt. Bei der nicht erwärmten Vorrichtung wurde das Anlegen einer Spannung 30 Minuten später gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt lag der Widerstand über 1 MΩ und die I-V-Charakteristik beinhaltete eine leicht ohmsche Komponente.
(4) Das Innere des Vakuumbehälters 55 wurde evakuiert, und danach wurde Aceton bis zu einem Druck von 2,7 × 10^–1 Pa eingeführt. Die rechteckige Impulsspannung wurde zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 angelegt, wodurch der Aktivierungsschritt durchgeführt wurde. Die Impulsdauer T₁ lag bei 0,5 ms, der Impulsabstand T₂ betrug 10 ms und die Impulsspitzenwerthöhe lag bei 15 V. Die Impulsspannung wurde für 40 Minuten angelegt.
Die Elektronenemissionseigenschaften wurden für jede der gemäß vorstehender Beschreibung erzeugten Elektronenemissionsvorrichtungen gemessen. Vor der Messung wurde das Innere des Vakuumbehälters 55 evakuiert, während der Vakuumbehälter 55 und die Elektronenemissionsvorrichtung bei 200°C bzw. bei 150°C erwärmt wurden, bevor der Druck 1 × 10^–6 Pa oder weniger erreichte. Danach wurde die Messung ausgeführt, während die rechteckigen Impulse mit der Impulsdauer T₁ = 100 μs, dem Impulsabstand T₂ = 10 ms und der Spitzenwerthöhe von 15 V an die Elektronenemissionsvorrichtung angelegt und eine Spannung von 1 kV an die Anodenelektrode 54 angelegt wurde. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Abstand H zwischen der Elektrodenemissionsvorrichtung und der Anodenelektrode 54 5 mm.
Der Vorrichtungsstrom I_f, der Emissionsstrom I_e, und die Elektronenemissionseffizienz η (%) [= I_e/I_f) × 100] jeder Vorrichtung waren wie folgt.
TABELLE 1
Für jede Vorrichtung wurde zum Messen der ohmschen Stromkomponente I_f bei 7 V (nicht mehr als der Schwellenwert für I_f bei jeder Vorrichtung) gemessen. Im Ergebnis wurde ein Strom von etwa 0,05 mA bei der Vorrichtung gemäß Referenzbeispiel 1 gemessen, aber es wurde kein Strom bei den anderen Vorrichtungen gemessen. Daher wurde verifiziert, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren effektiv war, um das Auftreten der ohmschen Stromkomponente zu verhindern. (Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Elektronenemissionseffizienz bei Temperaturen oberhalb denen von Beispiel 3 verringert wurde, und daher wird die Ausbildung vorzugsweise in einem zweckmäßigen Temperaturbereich ausgeführt.)
Bis zu dem vorstehend angeführten Schritt (3) ausgebildete Vorrichtungen ähnlich zu den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen wurden herausgenommen und mit einem Abtastelektronenmikroskop (SEM) und einem mikroskopischen Raman-Spektrometer untersucht. Die Gestalt des durch den Ausbildungsvorgang ausgebildeten Risses wurde mit dem SEM untersucht, und es ergab sich, dass der Riss über die gesamte Breite der leitenden Schicht bei den unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 1 und Beispiel 2 hergestellten Vorrichtungen ausgebildet wurde, aber der Riss wurde nicht im Randteil der leitenden Schicht bei der unter denselben Bedingungen wie bei Bezugsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtung beobachtet. Bei der unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 3 hergestellten Vorrichtung überwogen die Abschnitte mit größeren Breiten des Risses deutlich gegenüber jenen bei den Vorrichtungen gemäß den Beispielen 1 und 2.
Die Reduktionszustände der leitenden Schicht wurden mit dem mikroskopischen Raman-Spektrometer untersucht, und es ergab sich, dass die gesamte leitende Schicht nahezu perfektes Pd-Metall bei Beispiel 2 und Beispiel 3 war, aber bei Beispiel 1 existierte etwas PdO außer dem Pd-Bereich 31 um den Riss, wie es in 3 dargestellt ist. Die Vorrichtung gemäß dem Bezugsbeispiel 1 war ähnlich zu der gemäß Beispiel 1, schien aber mehr PdO zu enthalten.
[Bezugsbeispiele 2, 3]
Das Bezugsbeispiel 2 und das Bezugsbeispiel 3 wurden unter denselben Bedingungen wie Beispiel 1 bzw. Beispiel 2 hergestellt, außer dass bei dem vorstehend angeführten Schritt (3) die Impulsspannung in einem Vakuum angelegt wurde, deren Druck nicht mehr als 1 × 10^–6 Pa betrug. Bei Bezugsbeispiel 2 überschritt der Widerstand nicht 1 MΩ, und somit wurde das Anlegen von Impulsen 30 Minuten danach gestoppt. Bei Bezugsbeispiel 3 überschritt der Widerstand 1 MΩ nach dem Anlegen der Spannung für eine etwas längere Zeit als bei Beispiel 2, aber nicht lange seit dem Start des Anlegens der Impulse, und somit wurde das Anlegen der Impulse zu diesem Zeitpunkt gestoppt.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen wurde die Elektronenemissionscharakteristik und der ohmsche Strombestandteil auf eine ähnliche Weise wie bei den Beispielen 1 und 2 gemessen. Dem Ergebnis wurde bei Bezugsbeispiel 2 ein ohmscher Vorrichtungsstrom gemessen, der annähernd gleich zu dem bei Bezugsbeispiel 1 ist, und dessen Elektronenemissionscharakteristik war ebenfalls ungefähr gleich zu der bei Bezugsbeispiel 1.
Die Vorrichtung gemäß dem Bezugsbeispiel 3 wies einen geringen ohmschen Stromanteil auf, zeigte aber I_f = 1,0 mA, I_e = 0,9 mA und η = 0,09%, und daher waren die Elektronenemissionscharakteristiken der Beispiele 1, 2 jenen des Bezugsbeispiels 3 überlegen. Eine in einer zu Beispiel 2 ähnlichen Weise durch die Schritte bis zu (3) hergestellte Vorrichtung wurde mit einem SEM untersucht, und es ergab sich, dass die Abschnitte mit weiteren Breiten des Risses leicht mehr waren als bei Beispiel 2.
Aus den Ergebnissen dieser Bezugsbeispiele wurde ersichtlich, dass das Ausführen des Ausbildungsvorgangs in der H₂-Atmosphäre die zur Vermeidung des Auftretens der ohmschen Stromkomponente nötige Temperatur verringern konnte. Es wurde außerdem verifiziert, dass die Eigenschaften der hergestellten Elektronenemissionsvorrichtung verbessert wurden, selbst falls die Erwärmungsbedingungen dieselben waren.
[Beispiel 4]
Als viertes Beispiel der Erfindung wurde ein Bildausbildungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle gemäß 7 aufgebaut, bei der viele Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen der ebenen Bauart in der einfachen Matrix-Konfiguration angeordnet wurden.
Eine Draufsicht des Teils des Substrats 1, bei dem eine Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen in Matrix-Leiterbahnstruktur angeordnet sind, das mit dem vorliegenden Beispiel in Verbindung steht, ist in 13 dargestellt. Eine Schnittansicht entlang der Linie 14-14 in der Figur ist in 14 gezeigt (wobei der Elektronenemissionsbereich 5 bei der Darstellung weggelassen ist).
Die Herstellungsschritte der Elektronenquelle gemäß dem vorliegenden Beispiel sind in den 15A, 15B, 15C und 15D sowie den 16A, 16F und 16G gezeigt. In den 13 bis zu den 16E, 16F und 16G bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Abschnitte. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 141 eine Zwischenisolationsschicht und 142 ein Kontaktloch. Die Schritte werden nachstehend beschrieben.
(Schritt a)
Eine Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 μm wurde auf einem gesäuberten Sodakalkglas durch Sputtern ausgebildet, um ein Substrat 1 zu erhalten, und Chrom und Gold wurden sukzessive in einer Dicke von 5 nm bzw. in einer Dicke von 600 nm auf dem Substrat 1 durch Vakuumverdampfung abgeschieden. Danach wurde ein Fotolack ("AZ1370", verfügbar von Hoechst Inc.) durch eine Aufschleuderungseinrichtung aufschleuderungsbeschichtet und gebacken. Danach wurde das Fotomaskenbild belichtet und entwickelt, um eine Lackstruktur von unteren Leitungen 72 auszubilden, welche die Leitungen in x-Richtung werden soll. Dann wurden die abgeschiedenen Gold-/Chrom-Schichten nassgeätzt, um die unteren Leitungen 72 in der gewünschten Struktur auszubilden (15A).
(Schritt b)
Als Nächstes wurde die Zwischenisolationsschicht 141 aus einer Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von 1,0 μm durch HF-Sputtern abgeschieden (15B).
(Schritt c)
Ein Fotolackmuster zur Ausbildung der Kontaktlöcher 142 wurde auf der bei Schritt b abgeschiedenen Siliziumoxidschicht ausgebildet, und unter deren Verwendung als Maske wurde die Zwischenisolationsschicht 141 zur Ausbildung der Kontaktlöcher 142 geätzt. Der Ätzvorgang war ein RIE-Vorgang (Reaktives Ionen-Ätzen) unter Verwendung von CF₄- und H₂-Gasen (15C).
(Schritt d)
Danach wurde ein Muster, welches zu den Vorrichtungselektroden 2, 3 werden soll, und die Lücken zwischen den Vorrichtungselektroden mit einem Fotolack ("RD-2000N-41", verfügbar von Hitachi Kasai AG) ausgebildet, und Titan und Nickel wurden darauf mit einer Dicke von 5 nm bzw. 100 nm durch Vakuumverdampfung sukzessive abgeschieden. Das Fotolackmuster wurde mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, und die abgeschiedenen Schichten aus Nickel und Titan wurden abgelöst, wodurch die Vorrichtungselektroden 2, 3 mit der Vorrichtungselektrodenlücke L von 10 μm und einer Elektrodenlänge von 300 um ausgebildet wurden (Figur 15D).
(Schritt e)
Ein Fotolackmuster für obere Leitungen 73, welche die Leitungen in Y-Richtung werden sollen, wurde auf den Vorrichtungselektroden 2, 3 ausgebildet, und danach wurde Titan und Gold darauf mit einer Dicke von 5 nm bzw. 500 nm durch Vakuumverdampfung sukzessive abgeschieden. Danach wurden nicht benötigte Abschnitte durch einen Ablösevorgang zur Ausbildung der oberen Leitungen 73 in einer gewünschten Struktur entfernt (16E).
(Schritt f)
Die bei Beispiel 1 verwendete wässrige Lösung mit PAME wurde zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 in einer zu Beispiel 1 ähnlichen Weise unter Verwendung einer zu Beispiel 1 ähnlichen Tintenstrahlvorrichtung getropft. Die Lösung wurde bei 350°C für zehn Minuten erwärmt und gebacken, wonach die leitende Schicht 4 aus feinen Teilchen aus PdO ausgebildet wurde (16F).
(Schritt g)
Eine Struktur zum Beschichten der von den Abschnitten mit den Kontaktlöchern 142 verschiedenen Abschnitten mit einem Fotolack wurde ausgebildet, und Titan und Gold wurden darauf mit einer Dicke von 5 nm bzw. 500 nm durch Vakuumverdampfung sukzessive abgeschieden. Sodann wurden durch einen Ablösevorgang nicht benötigte Abschnitte entfernt, wodurch die Kontaktlöcher 124 gefüllt wurden (16G).
Dann wurde ein Bildausbildungsgerät unter Verwendung der noch nicht dem Ausbildungsvorgang unterzogenen Elektronenquelle aufgebaut, die gemäß vorstehender Beschreibung vorbereitet wurde. Der Ablauf wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 8 und 9A beschrieben.
Das mit den vielen Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen 74 gemäß vorstehender Beschreibung bereitgestellte Elektronenquellensubstrat 71 wurde auf der Rückplatte 81 fixiert, und danach wurde die (durch Ausbildung der fluoreszierenden Schicht 84 und dem Metallrücken 85 auf der inneren Oberfläche des Glassubstrats 83 aufgebaute) Frontplatte 86 durch den Stützrahmen 82 5 mm über dem Substrat 71 angeordnet. Auf Verbindungsabschnitte der Frontplatte 86, des Stützrahmens 82, der (nicht gezeigten) Atmosphärendruckstützeinrichtung und die Rückplatte 81 wurde Frittglas aufgebracht und bei 430°C unter Atmosphäre für zehn Minuten gebacken, um diese zu versiegeln. Die Rückplatte 81 wurde ebenfalls mit dem Substrat 71 mit Frittglas fixiert.
Die fluoreszierende Schicht 84, die im Monochromfall lediglich aus dem fluoreszierenden Material 92 ausgebildet sein würde, wurde in einem Streifenmuster (9A) der fluoreszierenden Materialien 92 bei dem vorliegenden Beispiel ausgebildet; im Einzelnen wurde die fluoreszierende Schicht 84 ausgebildet, indem zunächst die schwarzen Streifen ausgebildet wurden, und die drei fluoreszierenden Hauptfarbmaterialien 92 auf die Lückenabschnitte durch einen Aufschlämmvorgang aufgebracht wurden. Das Material der schwarzen Streifen war ein Graphit als Matrix enthaltendes Material, das üblicherweise gut bekannt ist.
Der Metallrücken 85 wurde auf der inneren Oberflächenseite der fluoreszierenden Schicht 84 bereitgestellt. Der Metallrücken 85 wurde nach der Herstellung der fluoreszierenden Schicht 84 ausgebildet, indem ein Glättungsvorgang (üblicherweise Schichtausbildung genannt) der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 84 ausgeführt wurde, und danach Aluminium durch Vakuumverdampfung abgeschieden wurde.
Die Frontplatte 86 wird manchmal mit einer transparenten Elektrode auf der äußeren Oberflächenseite der fluoreszierenden Schicht 84 versehen, damit die elektrische Leitung der fluoreszierenden Schicht 84 weiter verbessert wird, aber eine ausreichende elektrische Leitung wurde bei dem vorliegenden Beispiel bereits nur durch den Metallrücken 85 erzielt. Daher wurde die transparente Elektrode nicht bereitgestellt.
Bei dem Ausbildungsschritt des vorliegenden Beispiels wurde das in 19 schematisch gezeigte Vakuumverarbeitungsgerät verwendet, die Leitungen in Y-Richtung wurden mit einer mit Masse verbundenen gemeinsamen Elektrode verbunden, und die an alle Leitungen in X-Richtung angelegten Spannungsimpulse wiesen eine Impulsdauer von 1 ms und einen Impulsabstand von 240 ms auf. Im Einzelnen wurden Impulse mit einer Impulsdauer von 1 ms und einem Impulsabstand von 3,3 ms durch die Impulserzeugungseinrichtung erzeugt, und die Leitung in X-Richtung, an welche die Spannung angelegt wurde, wurde bei jedem Impuls durch eine Schaltvorrichtung auf eine benachbarte Leitung geschaltet.
Die Impulsspitzenwerthöhe lag bei 11 V und die Impulswellenformen waren rechteckige Wellen. Während des Ausbildungsvorgangs wurde das gesamte Anzeigefeld bei 100°C gehalten, und ein Mischgas von H₂ und N₂ wurde gleichzeitig mit dem Anlegen der Impulse wie bei Schritt (3) gemäß Beispiel 1 eingeführt.
Nach Abschluss des vorstehend angeführten Ausbildungsschritts wurde der Aktivierungsschritt unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 1 ausgeführt. Bei diesem Schritt war die Art des Anlegens der Impulse dieselbe, wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausbildungsschritt, aber die Impulse wurden alle zehn Zeilen der Leitungen in X-Richtung angelegt, weil der Betrieb nicht für alle Leitungen in X-Richtung gleichzeitig ausgeführt werden konnte. Daher wurde der Vorgang der Reihe nach abgeschlossen.
Danach wurde eine Verdampfung fortgeführt, während das gesamte Anzeigefeld bei 200°C gehalten wurde. Wenn der Druck in der Vakuumkammer einmal 10^–5 Pa oder weniger erreichte, wurde die Ausstoßröhre bis zum Schmelzen erwärmt und versiegelt, und dann wurde eine in der Umhüllung angeordnete (nicht gezeigte) Getter-Vorrichtung durch eine Hochfrequenz erwärmt, um den Getter-Betrieb zu bewirken.
Die nötigen Ansteuerungssysteme wurden mit dem vorstehend beschriebenen Anzeigefeld zur Ausbildung des Bildausbildungsgeräts verbunden, und 5 kV wurden über den Hochspannungsanschluss (87 in 8) an den Metallrücken angelegt, um eine Lumineszenz der fluoreszierenden Schicht zu bewirken. Die Lumineszenz wurde mit hoher Helligkeit aber geringen Variationen erhalten.
[Beispiel 5, Bezugsbeispiele 4, 5]
Vorstehend beschrieben sind lediglich die Beispiele zur Ausbildung der leitenden Schicht 4 durch das Tintenstrahlverfahren, aber die nachstehend beschriebenen Beispiele stellen jene dar, durch die der Effekt ebenfalls bestätigt wurde, wenn die leitende Schicht durch andere Mittel ausgebildet wurde.
Als fünftes Beispiel der Erfindung wurde ein Bildausbildungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle gemäß 7 aufgebaut, bei der viele Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen der ebenen Bauart in der einfachen Matrix-Konfiguration angeordnet wurden.
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde das Bildausbildungsgerät durch dieselben Herstellungsschritte bis zu dem Ausbildungsschritt aufgebaut, außer dem Ausbildungsschritt (f) für die leitende Schicht bei Beispiel 4, wobei das Elektronenquellensubstrat verwendet wurde, bei dem 720 Vorrichtungen auf jeder Zeile der Leitung in X-Richtung (obere Leitung) ausgerichtet wurden, und 240 Vorrichtungen auf jeder Zeile der Leitung in Y-Richtung ausgerichtet wurden. Die leitende Schicht wurde durch den nachstehend beschriebenen Schritt (f') ausgebildet.
(Schritt f')
Eine Chromschicht von 100 nm Dicke wurde durch Vakuumverdampfung abgeschieden und dann strukturiert, und organisches Palladium (ccp4230, von Okuno Seiyaku AG verfügbar) wurde darauf durch eine Aufschleuderungseinrichtung aufschleuderungsbeschichtet. Es wurde bei 300°C für zehn Minuten erwärmt und gebacken. Die somit ausgebildete und aus feinen Teilchen aus PdO als Matrix zusammengesetzte leitende Schicht 4 wies eine Dicke von 10 nm und einen Schichtwiderstand von 5 × 10⁴ Ω/ auf.
Danach wurde die Chromschicht 153 und die leitende Schicht 4 nach dem Backvorgang mit einem Säureätzmittel zur Ausbildung eines gewünschten Musters geätzt.
Mit der durch die vorstehend beschriebenen Herstellungsschritte erhaltenen und noch keinem Ausbildungsschritt unterzogenen Elektronenquelle wurde das Bildausbildungsgerät durch ähnliche Schritte wie bei Beispiel 4 hergestellt, wobei während dem Ausbildungsvorgang aller Zeilen die Spitzenwerthöhe der Spannung 10 V betrug, und die Substrattemperatur bei 100°C lag, und eine zu Beispiel 4 ähnliche Bildanzeigebewertung wurde ausgeführt. Bei dem Bildausbildungsgerät des vorliegenden Beispiels wurde die Dispersionsverteilung der Helligkeit für jedes Bildelement gemessen, und die Standardabweichung dabei betrug 10% oder weniger bezüglich dem Durchschnitt. Zudem wurde ein geringer ohmscher Strom gemessen.
Bei Bezugsbeispiel 4 war die Substrattemperatur während dem Ausbildungsvorgang die Raumtemperatur, in Abweichung von Beispiel 5, und die Spitzenwerthöhe der Spannung während dem Ausbildungsvorgang war dieselbe, 10 V. Die Reduktions- oder Kohäsionsreaktion schritt bei einem Teil der feinen Teilchenschicht aus PdO aufgrund des Einflusses von Oberflächenadsorbaten oder dergleichen nicht voran, wie es vorstehend beschrieben ist, und einige 10% aller Vorrichtungen waren Vorrichtungen mit einem ohmschen Strom von nicht weniger als 0,05 mA.
Zur Reduktion des ohmschen Stroms bei Bezugsbeispiel 4 wurde das Bezugsbeispiel 5 unter derartigen Bedingungen ausgebildet, dass die Substrattemperatur die Raumtemperatur und die Spitzenwerthöhe der Spannung während des Ausbildungsvorgangs 14 V war. Der ohmsche Strom wurde bei keiner Vorrichtung gemessen. Es traten jedoch Vorrichtungen mit verringerten Elektronenemissionsmengen auf, weil Risse in den leitenden Schichten 4 zur Erhöhung des Widerstands erzeugt wurden, so dass die Spannungsabfallmengen aufgrund der Leitungen verringert wurden, wodurch eine Hochspannung von den Elektroden 2, 3 an die leitenden Schichten 4 angelegt wurde, bei denen der Reduktions- oder Kohäsionsvorgang langsam stattfand.
Aus den vorstehenden Ergebnissen wurde verifiziert, dass die Wirkung der Befähigung zum Ausführen der Ausbildung ohne den ohmschen Strom und bei geringer Spannung selbst dann erzielt wurde, wenn die leitende Schicht 4 durch andere Verfahren als dem Tintenstrahlverfahren ausgebildet wurden.
Die vorliegende Erfindung kann eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer guten Elektronenemissionscharakteristik, eine derartige Elektronenemissionsvorrichtungen beinhaltende Elektronenquelle und ein Bildausbildungsgerät bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem insbesondere eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer guten Elektronenemissionscharakteristik ungeachtet des Ausbildungsverfahrens der leitenden Schicht, eine Elektronenquelle mit derartigen Elektronenemissionsvorrichtungen und ein Bildausbildungsgerät bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung kann ferner insbesondere eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer guten Elektronenemissionscharakteristik selbst mit einem Energiezufuhrvorgang bei der leitenden Schicht mit Dickeunregelmäßigkeiten, eine Elektronenquelle mit derartigen Elektronenemissionsvorrichtungen und ein Bildausbildungsgerät bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem insbesondere eine Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen mit geringen Variationen bei der Elektronenemissionscharakteristik bereitstellen.
Zudem kann die vorliegende Erfindung ein Bildausbildungsgerät bereitstellen, das zur Ausbildung eines hochqualitativen Bildes befähigt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit einer elektroleitenden Schicht (4) mit einem Elektronenemissionsbereich (5) zwischen Elektroden (2, 3), wobei ein Schritt zur Ausbildung des Elektronenemissionsbereichs in der elektroleitenden Schicht einen Schritt zum Anlegen einer Spannung für die Stromversorgung der elektroleitenden Schicht aufweist, während die elektroleitende Schicht bei einer Temperatur nicht über 150°C in einer Atmosphäre erwärmt wird, bei der ein Gas zur Förderung der Kohäsion der elektroleitenden Schicht und ein Reduktionsgas vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas zur Förderung der Kohäsion der elektroleitenden Schicht und das Reduktionsgas H₂, CO oder HC₄ ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erwärmung der elektroleitenden Schicht durch das Erwärmen eines Substrats (1) bewirkt wird, auf dem die elektroleitende Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Erwärmung des Substrats bei einer Temperatur nicht über 100°C ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Erwärmung des Substrats bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 100°C ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektroleitende Schicht eine durch einen Schritt zur Verteilung eines eine metallische Verbindung enthaltenden Tröpfchens auf einem Substrat ausgebildete elektroleitende Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Verteilung des Tröpfchens auf dem Substrat durch ein Tintenstrahlverfahren ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektroleitende Schicht eine elektroleitende Schicht mit einem metallischen Oxid als Matrix ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das metallische Oxid Palladiumoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung eine Oberflächenleitungselektronenemissionsvorrichtung ist.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 hergestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bildausbildungsgerätes mit einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen und einem Bildausbildungselement zur Ausbildung eines Bildes unter der Bestrahlung von Elektronen von der Elektronenquelle, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 hergestellt sind.