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Gebiet der Erfindung
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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.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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Beispiele
für die
Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtungen
beinhalten die bei M. I. Elinson, Radio Engineering Electron Physics,
10, 1290 (1965), usw. offenbarten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 ).
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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 ).
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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.
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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.
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Die
vorliegenden Erfinder suchten nach der Bereitstellung eines Verfahrens
zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit ausgezeichneten
Elektronenemissionseigenschaften, das insbesondere nicht von dem
Verfahren zur Herstellung der elektroleitenden Schicht als solches
abhängt,
und obwohl die elektroleitende Schicht, die einem Energiezufuhrvorgang
unterliegt, eine Anzahl von Dickenunregelmäßigkeiten aufweisen kann.
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Die
vorliegenden Erfinder suchten außerdem nach der Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer
Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen mit weniger Variationen
bei den Elektronenemissionseigenschaften insgesamt.
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Die
vorliegenden Erfinder suchten ferner nach der Bereitstellung eines
Verfahrens zur Herstellung eines Bildausbildungsgerätes, das
zur Ausbildung eines Bildes mit verbesserter Qualität befähigt ist.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt
ist ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung
mit einem Elektrodenpaar und einer elektroleitenden Schicht mit
einem Elektronenemissionsbereich, wobei die elektroleitende Schicht
zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet ist, wobei der Elektronenemissionsbereich
durch einen Vorgang ausgebildet wird, bei dem: die elektroleitende
Schicht zwischen dem Elektrodenpaar auf einem Substrat hergestellt
und angeordnet wird; die Vorrichtung sodann in einem Vakuumbehälter angeordnet
und das Innere des Vakuumbehälters
evakuiert wird; das Substrat sodann erwärmt wird, und eine Spannung
zwischen dem Elektrodenpaar angelegt wird, um eine Energiezufuhr
an die elektroleitende Schicht zu bewirken; und an den Beginn des
Erwärmungsvorgangs
und des Energiezufuhrvorgangs anschließend ein reduzierendes Gas in
den Vakuumbehälter
zur Förderung
der Kohäsion
der elektroleitenden Schicht eingeführt wird.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt
ist außerdem
ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl
von Elektronenemissionsvorrichtungen, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen
durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines
Elektronenemissionsvorrichtung hergestellt sind.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt
ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Bildausbildungsgerätes mit
einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen
und einem Bildausbildungselement zur Ausbildung eines Bildes unter
Bestrahlung von Elektronen von der Elektronenquelle, wobei die Elektronenemissionsvorrichtungen
durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung
hergestellt sind.
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Die 1A, 1B und 1C zeigen
eine Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung
in ebener Bauart als Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung;
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Die 2A, 2B und 2C zeigen
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung;
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3 zeigt
eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung
bei Beispiel 1;
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die 4A und 4B zeigen
Beispiele von Ausbildungswellenformen;
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5 zeigt
ein Strukturschaubild eines erfindungsgemäßen Beispiels eines Vakuumverarbeitungsgeräts;
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6 zeigt
die Charakteristik eines Emissionsstroms über der Vorrichtungsspannung
(I-V-Charakteristik) der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung;
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7 zeigt
eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Konfiguration als
Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Elektronenquelle;
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8 zeigt
ein bei einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts mit der Elektronenquelle
in der einfachen Matrix-Konfiguration verwendetes Anzeigefeld;
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die 9A und 9B zeigen
fluoreszierende Schichten bei dem in 8 dargestellten
Anzeigefeld;
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10 zeigt
ein Beispiel einer Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern des in 8 dargestellten
Anzeigefelds;
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11 zeigt
eine Elektronenquelle in einer leiterartigen Konfiguration als Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Elektronenquelle;
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12 zeigt
ein bei einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts mit der
Elektronenquelle der leiterartigen Konfiguration verwendetes Anzeigefeld;
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13 zeigt
eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle bei Beispiel
3;
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14 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie 14-14 aus 13;
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die 15A, 15B, 15C und 15D zeigen
Schnittansichten der Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Elektronenquelle
bei Beispiel 3;
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die 16E, 16F und 16G zeigen Schnittansichten der Herstellungsschritte
der erfindungsgemäßen Elektronenquelle
bei Beispiel 3;
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17 zeigt
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts;
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18 zeigt
ein Strukturschaubild einer bekannten Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung
in ebener Bauart;
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19 zeigt
ein Gerät
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bildausbildungsgeräts;
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20 zeigt
ein Beispiel eines Verbindungszustands jeder Vorrichtung bei dem
Ausbildungsschritt bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Bildausbildungsgeräts; und
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21 zeigt
eine Draufsicht eines Beispiels der bekannten Elektronenemissionsvorrichtungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand des Beispiels einer Oberflächenleitungs-Elektronenemissionsvorrichtung
in ebener Bauart als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 RS liegt
im Bereich von 1 × 102 bis 1 × 107 Ω/☐.
RS ist ein Wert, der erhalten wird, wenn
ein in der Längsrichtung
einer Dünnschicht
mit der Breite w und der Länge
l gemessener Widerstand zu R = RS (1/w)
mit RS = (ρ/t) definiert wird, wobei ρ der spezifische
Widerstand ist.
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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.
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Da
die vorliegende Beschreibung den Begriff "feine Teilchen" mehrmals verwendet, wird deren Bedeutung
nachstehend beschrieben.
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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.
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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.
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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 μm 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).
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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.
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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).
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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 μm
ist.
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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 (1 Å = 0,1
nm) 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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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, CO3 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.
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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
If und den Emissionsstrom Ie 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 CnH2n+2 dargestellte
gesättigte
Hydrokarbone wie etwa Methan, Ethan, Propan und dergleichen, durch
die Zusammensetzungsformel CnH2n 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
If und der Emissionsstrom Ie 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 If und der Emissionsstrom
Ie 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 If und
der Emissionsstrom Ie 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 Vf an
die Elektronenemissionsvorrichtung, 50 ein Amperemeter
zum Messen des in der leitenden Schicht 4 zwischen den
Vorrichtungselektroden 2, 3 fließenden Vorrichtungsstroms
If, 54 eine Anodenelektrode zum
Einfangen des von dem Elektronenemissionsbereich 5 der
Vorrichtung emittierten Emissionsstroms Ie, 53 eine Hochspannungsenergieversorgung
zum Anlegen einer Spannung an die Anodenelektrode 54, und 52 ein
Amperemeter zum Messen des von dem Elektronenemissionsbereich 5 emittierten
Emissionsstrom Ie. 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.
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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.
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6 zeigt
den Zusammenhang zwischen dem Emissionsstrom Ie und
dem Vorrichtungsstrom If, die unter Verwendung
des in 5 dargestellten Vakuumverarbeitungsgeräts gemessen
werden, über
der Vorrichtungsspannung Vf. 6 ist
in willkürlichen
Einheiten dargestellt, weil der Emissionsstrom Ie extrem kleiner als
der Vorrichtungsstrom If 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 Ie auf.
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Zunächst erhöht diese
Vorrichtung den Emissionsstrom Ie plötzlich mit
dem Anlegen der Vorrichtungsspannung, welche nicht kleiner als eine
bestimmte Spannung ist (was eine Schwellenwertspannung genannt wird;
Vth in 6), und
der Emissionsstrom Ie wird selten mit einer
Vorrichtungsspannung erfasst, die kleiner als die Schwellenwertspannung
Vth ist. Die Vorrichtung ist nämlich eine
nicht-lineare Vorrichtung mit einer eindeutigen Schwellenwertspannung
von Vth gegenüber dem Emissionsstrom Ie.
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Zweitens
kann der Emissionsstrom Ie durch die Vorrichtungsspannung
Vf gesteuert werden, weil der Emissionsstrom
Ie eine monoton steigende Abhängigkeit
von der Vorrichtungsspannung Vf aufweist.
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Drittens
ist die durch die Anodenelektrode 54 (vergleiche 5)
eingefangene Emissionsladung abhängig
von dem Zeitpunkt des Anlegens der Vorrichtungsspannung Vf. Die durch die Anodenelektrode 54 eingefangene
Ladungsmenge kann nämlich
durch den Zeitpunkt des Anlegens der Vorrichtungsspannung Vf 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.
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6 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Vorrichtungsstrom If ebenfalls
monoton mit der Vorrichtungsspannung Vf steigt
(nachstehend mit "MI-Charakteristik" bezeichnet), aber
es wird angemerkt, dass es Fälle
gibt, bei denen der Vorrichtungsstrom If eine
spannungsgesteuerte negative Widerstandscharakteristik (nachstehend
mit "VCNR-Charakteristik" bezeichnet) gegenüber der
Vorrichtungsspannung Vf zeigt (obwohl es
nicht dargestellt ist). Diese Eigenschaften können durch Steuern der vorstehend
beschriebenen Schritte gesteuert werden.
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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.
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Die
m-Leitungen 72 in X-Richtung umfassen Dx1,
..., D2, Dxm 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 Dy1, Dy2, Dyn 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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Vx und Va Gleichspannungsquellen.
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Das
Anzeigefeld 101 ist mit den äußeren Schaltungen über die
Anschlüsse
Dx1 bis Dxn, den
Anschlüssen
Dy1 bis Dyn und
den Hochspannungsanschluss 87 verbunden. An die Anschlüsse Dx1 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 x n Spalten angeordneten Gruppe von Elektronenemissionsvorrichtungen.
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An
die Anschlüsse
Dy1 bis Dyn 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
Va zugeführt,
die eine Beschleunigungsspannung zum Zuweisen ausreichender Energie
an die von den Elektronenemissionsvorrichtungen emittierten Elektronenstrahlen
zum Anregen des fluoreszierenden Materials ist.
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Nachstehend
wird die Abtastschaltung 102 beschrieben. Diese Schaltung
beinhaltet im Inneren m Schaltvorrichtungen (in 10 durch
S1 bis Sm schematisch
angegeben). Jede Schaltvorrichtung wählt entweder die Ausgangsspannung
der Gleichspannungsquelle Vx oder 0 [v]
(den Massepegel) zur elektrischen Verbindung an die Anschlüsse Dx1 bis Dxm des Anzeigefelds 101 aus.
Jede Schaltvorrichtung S1 bis Sm arbeitet
auf der Grundlage eines Steuersignals Tscan,
das von der Steuerschaltung 103 ausgegeben wird, und sie
können beispielsweise
durch eine Kombination von Schaltvorrichtungen wie etwa FETs aufgebaut
sein.
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Die
Gleichspannungsquelle Vx 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.
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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 Tscan, Tsft und Tmry an die jeweiligen Abschnitte auf der
Grundlage eines von der Synchronsignalseparationsschaltung 106 geschickten
Synchronsignals Tsync.
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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 Tsync-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.
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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 Tsft. (Mit anderen Worten,
das Steuersignal Tsft 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 Id1 bis
Idn von dem Schieberegister 104 ausgegeben.
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Der
Zeilenspeicher 105 ist eine Speichervorrichtung zum Speichern
der Daten einer Bildzeile für
eine erforderliche Periode, und speichert die Inhalte von Id1 bis Idn gemäß dem Steuersignal
Tmry, das von der Steuerschaltung 103 geschickt
wird. Die gespeicherten Inhalte werden als Id'1 bis Id'1 ausgegeben,
welche an die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 zuzuführen sind.
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Die
Modulationssignalerzeugungseinrichtung 107 ist eine Signalquelle
zum geeigneten Ansteuern und Modulieren jeder der Elektronenemissionsvorrichtungen
gemäß den jeweiligen
Bilddaten Id'1 bis
Id'n,
und die Ausgangssignale davon werden über die Anschlüsse Dy1 bis Dyn an die
Elektronenemissionsvorrichtungen in dem Anzeigefeld 101 angelegt.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung weisen die erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtungen
die nachstehend aufgeführten
Grundeigenschaften bezüglich
des Emissionsstroms Ie auf. Genauer weisen
die Vorrichtungen die bestimmte Schwellenwertspannung Vth für die Emission
von Elektronen auf, so dass die Elektronenemission lediglich dann
auftritt, wenn die angelegte Spannung nicht kleiner als Vth 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 Vm des Impulses gesteuert werden. Die Gesamtladungsmenge
des Ausgabeelektronenstrahls kann durch Verändern der Impulsbreite Pw gesteuert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
Dx1 bis Dxm, Dy1 bis Dyn 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.
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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).
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Nachstehend
wird eine Elektronenquelle der vorstehend angeführten leiterartigen Konfiguration
und ein Bildausbildungsgerät
unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
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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.
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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 Gn 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.
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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.
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Die
Anschlüsse
außerhalb
des Behälters
D1 bis Dm 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Funktionen der jeweiligen Einheiten werden nachstehend entlang dem
Fluss eines Bildsignals beschrieben.
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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.
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Das
durch die vorstehend angeführte
TV-Signalempfangsschaltung 1713 empfangene TV-Signal wird an
die Decodiereinrichtung 1704 ausgegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
CPU 1706 führt
hauptsächlich
die Betriebssteuerung dieses Bildanzeigegeräts sowie die Betriebsvorgänge bezüglich der
Ausbildung, Auswahl und der Editierung des Anzeigebilds aus.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Multiplexeinrichtung 1703 wird zur geeigneten Auswahl des
Anzeigebilds 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.
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Die
Anzeigefeldsteuereinrichtung 1702 ist eine Schaltung zum
Steuern des Betriebs der Ansteuerungsschaltung 1701 auf
der Grundlage eines von der CPU 1706 zugeführten Steuersignals.
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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 μm 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
Vorrichtung | Ausbildungstemperatur | If (mA) | Ie (μA) | η (%) |
Bsp.
1 | 50°C | 1,4 | 1,5 | 0,11 |
Bsp.
2 | 100°C | 1,3 | 1,3 | 0,10 |
Bsp.
3 | 150°C | 0,60 | 0,48 | 0,08 |
Bez-bsp.
1 | RT
(25°C) | 0,90 | 0,75 | 0,08 |
-
Für jede Vorrichtung
wurde zum Messen der ohmschen Stromkomponente If bei
7 V (nicht mehr als der Schwellenwert für If 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 If = 1,0 mA, Ie =
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 μm
ausgebildet wurden (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.
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Die
vorliegende Erfindung kann außerdem
insbesondere eine Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen
mit geringen Variationen bei der Elektronenemissionscharakteristik
bereitstellen.
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Zudem
kann die vorliegende Erfindung ein Bildausbildungsgerät bereitstellen,
das zur Ausbildung eines hochqualitativen Bildes befähigt ist.