CN1131328A - 形成导电薄膜的材料,用其制成导电薄膜的方法以及用途 - Google Patents
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Abstract
一种用于在衬底上形成导电薄膜的材料由金属和疏水及亲水成分组成。最好是,该材料包括由通式(R1COO)nM(NR2R3R4)表示的金属有机复合物,其中R1代表烷基,R2、R3和R4的每个代表氢原子、烷基或链烯基团,M代表金属元素,n和m中的每个都代表等于或大于1的整数。该材料可以用于制成电子发射器件的导电膜或制成液晶校正膜。
Description
本发明涉及一种可用于制成导电薄膜的新型材料,和一种通过使用该新型材料制成导电薄膜的方法,以及一种制造电子发射器件,电子源和成象装置的方法。
按照本发明可用于制成导电薄膜的新型材料还可用于制成液晶校正薄膜。
可用于电气布线和电极的现有导电薄膜具有几百至几千毫微米的薄膜厚度,其典型地可借助于包括使用真空设备的方法如汽相淀积或溅射来制成。
借助于该方法制成的导电薄膜只要其导电率线性正比于其薄膜厚度便可应用于上面所确定的应用场合。如果导电率不再线性正比于薄膜厚度,则很可能会使其突然地变化并且失去控制。另外,采用上述方法,将使所制备的薄膜的化学,物理和包括导电率的电特性在制造的最初阶段相当不稳定。由此,采用上述现有薄膜制造方法来控制导电薄膜的电特性是极其困难的,特别是在薄膜厚度小于几百毫微米的时候,尤其是在厚度小于数十毫微米的时候。这种薄导电膜的应用包括表面传导电子发射器件的电子发射区和液晶型成象装置的液晶校正薄膜。首先,在下面将描述电子发射器件。
已知有两种类型的电子发射器件:热离子阴极型和冷阴极型。其中,冷阴极发射型是指这样的器件,其包括场发射型(下面称作FE型)器件,金属/绝缘层/金属型(下面称为MIM型)电子发射器件和表面传导电子发射器件。FE型器件的例子包括由W.P.Dyke&W.W.Dolan在“场发射”,(电子物理发展(Advance inElectron Physics),8,89(1956))中提出的,和由C.A.Spindt在“带有钼锥体的薄膜场发射阴极的物理特性”(日本应用物理杂志(J.Appl.Phys.),47,5248(1976))中提出的那些。
MIM器件的例子公开在论文中,其包括C.A.Mead的“隧道发射器件的操作”(日本应用物理,32,646(1961))中提出的。
表面传导电子发射器件的例子包括一由M.I.Elinson在无线电工程电子物理,10,1290(1965)中提出的。表面传导电子发射器件是通过利用在迫使电流与薄膜表面平行地流动而从衬底上所形成小薄膜发射出电子的现象来实现的。当Elinson提出将SnO2薄膜用于这种型式的器件时,在〔G.Dittmer:“薄固化膜”,9,317(1972)〕中提出使用Au薄膜,而在〔M.Hartwell和C.G.Fonstad:“IEEE Trans,ED Conf.”,519(1975)〕和〔H.Araki等人:“Vacuum,”Vol.26,No.1,p.22(1983)〕中分别地讨论了In2O3/SnO2的使用和碳薄膜的使用。
附图的图20示意地表示由M.Harlwell提出的典型表面传导电子发射器件。在图20中,标号1表示衬底,标号3表示通常通过借助于溅射而生产的H形薄金属氧化膜而制备的导电薄膜,其部分在经受下述称作“赋能成形”的电气赋能处理时最后制成电子发射区2。在图20中,分开一对器件电极的金属氧化膜的薄膜水平区具有0.5至1〔mm〕的长度L1和0.1〔mm〕的宽度W1。
通常地,电子发射区2是通过将器件导电薄膜3经过电气赋能的最初工艺(其称作“赋能成形”)而在表面传导电子发射器件中制成。在赋能成形工艺中,将恒定DC电压或典型地以1V/min的速率升高的缓慢上升DC电压施加到导电薄膜3的特定相反两端,用以部分地破坏,变形或变换薄膜并制成具有较高耐电性的电子发射区2。由此,使电子发射区2成为导电薄膜3的一部分,其中典型地包含有一间隙或多间隙,使得电子可通过间隙而发射。已经过了赋能成形工艺的表面传导电子发射器件在将电压施加到导电薄膜3而使电流通过器件时,会将电子从器件的电子发射区2发射。
现在,将描述由液晶组成的显示装置。例如,为了完成由以扭转向列型(通常称作TN型)液晶组成的显示装置,可将校正薄膜形成在安置于每个衬底的相反表面上的一对电极上,然后将其经过摩擦处理工艺,其中使薄膜沿垂直于校正的方向被摩擦,并且将液晶填入薄膜、电极和衬底之间的空间中。使用这种工艺,使液晶的分子排列成具有电活性,使得已通过偏振镜的入射光的透射率明显地可通过液晶来改变,使图象可形成在显示装置上。
对于各种类型的电子发射器件,表面传导电子发射器件特别适用于具有大显示屏的成象装置,因为其结构简单并且可以用简单方法来制造。深入研究的努力结果,本发明的发明人已发现,赋能成形工艺在制造具有优异电特性的表面传导电子发射器件中是非常重要的,并且其中可使用薄膜厚度小于几百毫微米,优选的是小于20毫微米的薄膜,其特别适合于表面传导电子发射器件。因此,本发明的发明人已着手发明一种制备具有在上述限定下的薄膜厚度的导电薄膜的改进方法。特别是,由金属和/或其氧化物制成的导电薄膜可通过将含有金属有机化合物的溶液借助于旋涂器而涂敷到衬底上并在大气中的高温下烘焙衬底而制成。在使用旋涂器这种技术由于它不包括在汽相淀积情况下使用真空装置因而有利于生产出大导电薄膜的同时,其还会伴有这样的困难,即由于金属有机化合物具有较高的聚集性,因此使制备的薄膜具有不均匀的厚度。当较高聚集趋势可通过增加金属有机化合物有机部分的烃浓度而降低时,添附烃和使其与有机部分分开所需要的能量会随着烃浓度的上升而增加。结果,熔化的金属有机化合物在烘焙操作过程中会很容易地聚集,使制成的导电薄膜具有不均匀的薄膜厚度。另一方面,在有机部分上具有低烃浓度的金属有机化合物在将其涂敷到衬底上时,很可能会表现出不均匀的分布,并且其在烘焙处理过程中会部分地被升华,使制成的薄膜具有不均匀的薄膜厚度。特别是,当具有不均匀的和最佳厚度的很大导电薄膜必须形成用以制备由安置在大薄膜区域上的多个表面传导电子发射器件组成的电子源时,如果导电薄膜具有不均匀的薄膜厚度以及电特性分布时,会使电子发射器件不稳定地执行发射电子的操作。
其时,具有薄膜厚度小于数十毫微米,最好小于15毫微米的电介质薄膜如聚酰亚胺薄膜可广泛地用作由液晶组成的成象装置的校正薄膜。然而,这种设置会伴随有不均匀薄膜厚度的问题,其会依次引起在液晶校正薄膜的部分上累积大量电荷,磁滞现象,残留影象和其它有关透射性的问题,使得降低了装置的图象质量。
如果可以控制聚酰亚胺薄膜的电阻率使其在一定程度上导电的话,这些问题都将会被解决。当许多技术都可以想到用来控制聚酰亚胺薄膜的电阻率时,最便于使用的一种将是通过将一金属和/或其氧化物分散在薄膜中来控制聚酰亚胺薄膜的阻抗。
聚酰亚胺可典型地通过将聚酰胺酸即一种聚酰亚胺的前体化学地或热脱水和环化(酰亚胺化)而获得。由此,制造含有可分散细颗粒形式的金属和/或其氧化物的聚酰亚胺薄膜的可想到的容易方法就是混合聚酰胺酸和金属或金属有机化合物,以在衬底上形成混合物的薄膜,然后酰亚胺化该薄膜。然而,该方法没有实用的可能,这是由于聚酰胺酸的羧基和金属会很容易地相互反应以交联成凝胶,并且不可能实际地形成已凝胶的聚合物薄膜。
含有金属和/或其氧化物的酰亚胺薄膜可交替地通过制备一种可溶性酰亚胺和金属或金属有机化合物的混合物,并通过适当方法将该混合物放置在一衬底上而制成,用以形成一多层结构。然后,就能避免混合物的凝结,除非有意地将基因如羧基引入可溶性聚酰亚胺中以使后者活性地形成具有金属的化合物。然而,适合于这种技术的聚酰亚胺的结构类型仅仅限于很小的量。
可将不允许两个或两个以上附加待配位的配合基的金属化合物用于另一种避免聚酰胺酸和金属或金属有机化合物的混合物凝胶的变型方法。然而,当这样的附加配合基被禁止配位时,就很难制备和使用只有一部分配位的金属化合物。如果在金属化合物中没有一部分适用于配位,那么该化合物就几乎不能同聚酰胺酸混合以制成所需要的混合物,并且所获得的混合物成分往往会被分成不同相。由此,很难制成含有金属和/或其氧化物以均匀分散状态的聚酰亚胺薄膜。
鉴于上述同样问题,本发明的目的就是提供一种能够均匀地发射电子的电子发射器件,和一种电子源,它是由可均匀地发射电子的电子发射器件组成,以及一种由该电子源组成的成象装置。
本发明的另一目的就是提供一种材料,它可用以制成一种能够有效地发射电子的导电薄膜,甚至其具有的薄膜厚度小于几百毫微米,最好是小于20毫微米,和一种通过使用该材料制成导电薄膜的方法。
本发明的再一个目的就是提供一种高质量成象装置,它没有显示图象不均匀亮度的问题和滞后现象。本发明还一目的就是提供一种材料,它可用以制成具有均匀薄膜厚度的液晶校正薄膜,并且表现出所需的包括导电率的电特性,甚至薄膜厚度小于数十毫微米,和一种制造这种液晶校正薄膜的方法。
按照本发明的一方面,就是提供一种用以制成导电薄膜的材料,其中所述材料包括金属和疏水与亲水成分。
按照本发明的另一方面,就是提供一种用以制造导电薄膜的方法,其中所述方法包括将上述相同材料涂敷到衬底上并对其加热的步骤。
按照本发明的再一方面,就是提供一种制造导电薄膜的方法,其中所述方法包括在衬底上形成单分子薄膜并对其加热的步骤。
按照本发明的又一方面,提供一种制造由通过上述相同方法所制成的导电薄膜组成的电子发射器件,由该电子发射器件组成的电子源和由该电子源组成的成象装置的方法,以及一种制造液晶校正薄膜和液晶显示装置的方法。
图1是一玻璃衬底的示意图,它用于例26中;
图2是按照本发明的铁电液晶器件的截面示意图;
图3是表示按照本发明施加到液晶器件上的电压和器件透射率之间的关系的曲线图;
图4A和图4B是按照本发明的表面传导电子发射器件优选实施例的截面示意图;
图5是按照本发明的表面传导电子发射器件另一优选实施例的截面示意图;
图6A至6C按照本发明的表面传导电子发射器件的又一实施例的示意图,它表示不同的制造步骤;
图7A和7B是表示可用于制造按照本发明的表面传导电子发射器件的形成过程的脉冲电压波形示意曲线图;
图8是用以确定按照本发明的表面传导电子发射器件的电子发射性能的计量系统的方框图;
图9是表示按照本发明的表面传导电子发射器件的电子发射性能的曲线图;
图10是按照本发明的简单矩阵型电子源的平面示意图;
图11是按照本发明的成象装置优选实施例的显示屏示意图;
图12A和12B是示意图,表示按照本发明的成象装置荧光膜的两种可能构型;
图13是按照本发明成象装置优选实施例的方框图;
图14是按照本发明梯子形电子源的平面示意图;
图15是按照本发明并由梯子形电子源组成的成象装置优选实施例的示意图;
图16是图10电子源放大示意图;
图17是沿图16线17—17线截取的电子源局部截面图;
图18A至图18H是例36电子源的示意图,它表示不同的制造步骤;
图19是例17成象装置的方框图;
图20是常用电子发射装置的示意图。
现将通过参照附图所示出的本发明优选实施例来描述本发明。
按照本发明用于制成导电薄膜的材料包括赋予材料以导电率的金属,和用以改善在烘焙操作过程中薄膜的均匀度和厚度控制能力的亲水和疏水成分。
可用作导电性的金属包括Pd,Rn,Ag,Cu,Cr,Tb,Cd,Fe,Pb和Zn,并且可将任何这些金属通过分散或作为离子而引入材料中,并且其可使用浓度在0.1至2重量%之间。
疏水成分可以是具有大量碳原子的烷基或链烯基团。另一方面,如果疏水成分的碳原子数量太大,那么在制造包含有电子发射区的导电“薄膜”过程中只会形成很差的材料薄膜,这将在下面加以描述。由此,为了满足上述要求,疏水成分最好是具有18至30碳原子的烷基或链烯基团。
亲水成分可以是羧酸,金属羧酸盐,醇或氨基团。最好使用金属羧酸盐,因为它在分子中包括金属和亲水成分两者。
按照本发明用以制成导电薄膜的材料可以通过混合具有疏水成分的化合物和具有亲水成分的另一种化合物而制备。可替换地和优选地,按照本发明的材料可通过具有疏水和亲水两种成分的化合物来制备,或通过混合两种或两种以上每种均具有疏水和亲水两种成分的化合物来制备。可用于本发明的材料的例子包括具有长链的金属羧酸盐(如,十六酸钯,十五酸铽,油酸铁),具有长链的烷基和链烯基胺(如,二癸基胺,甲基十八烷基胺)。
按照本发明用以制造导电薄膜的材料可通过以适当比率混合上述任何化合物来制备,并且,如果必要的话,可在通过适当方法(如,旋转涂敷,浸渍,Langmuir-Blodgett′s技术(下面称作LB技术))将其涂敷到衬底上以前,将其溶解在有机溶剂中。
现将通过参照一种制造钯或钯氧化物薄膜作为优选的导电薄膜的方法来更加详细地描述本发明。该方法包括下列步骤:将一种包含有至少一种有机钯复合物的有机混合物淀积在一衬底上,用紫外线照射所淀积的有机混合物薄膜,并加热和烘焙薄膜。
用以淀积薄膜的适用已知技术包括旋转涂敷,浸渍和LB技术,其均可适用于本发明而将有机混合物淀积在衬底上。当然,旋转涂敷和浸渍技术是简单的,而LB技术是优选的,因为它能够以相对简单的方式制造具有均匀厚度的薄膜。
现将描述用以通过淀积制成有机混合物薄膜的LB技术的使用。
适用于使用LB技术而用于本发明的有机钯复合物是一种含有两种化学当量烷基胺和两种化学当量脂肪酸(其可以是醋酸)的酸一钯盐与一种化学当量钯的烷基胺复合物,它可通过下面通式(1)表示:
Pd2+〔R1COO-〕2〔R2R3R4N〕2 (1)其中R1,R2,R3和R4的每个表示具有1至30碳原子的烃类,并且R2,R3和R4中的一个或两个可以是氢。简言之,烷基胺可以是伯胺,仲胺或叔胺。链烃的部分或所有的氢原子可由氟原子取代。然而,注意包含在R2,R3和R4的每个中的碳原子数最好等于或大于5,以便使其成为疏水的。另外,R2,R3和R4中的至少一个最好具有18或更多的碳原子,并且它的碳原子总数不小于18。
当LB薄膜(一种借助于LB技术制成的薄膜)通过只使用由通式(1)表示的酸—钯盐的烷基胺复合物来制成时,R1,R2,R3和R4中至少一个最好具有18或更多碳原子。这种复合物可通过下列通式(2)来表示:
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C18H37)2NCH3〕2 (2)
可替换地,可将具有适当结构的有机钯复合物同两亲材料(下面指的是一粘合剂)混合,其适于借助LB技术制成薄膜而用于本发明。可用作粘合剂的化合物包括具有18至30碳原子的饱和或不饱和脂肪酸,并且这种脂肪酸的例子包括十八烷酸,二十烷酸,二十二烷酸和其它直链脂肪酸。还可使用聚合物如聚甲基丙烯酸异丁酯,聚甲基丙烯酸甲酯和聚丁酸。
对本发明来说,粘合剂的使用可明显地扩大有机钯复合物的选择,因为这种粘合剂极有能力制成LB薄膜。换句话说,适用于本发明的钯复合物其本身没有必要具有制成稳定LB薄膜的能力。例如,当由通式(1)表示的酸—钯盐的烷基胺复合物使用这种粘合剂时,它特定地是一种通式(3)的烷基胺复合物,其中包含在R1,R2,R3和R4中的碳原子总数相对较小。
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C10H21)2NH〕2 (3)
当对于有机钯复合物和粘合剂的混合比没有限制时,有机钯复合物相对于粘合剂的摩尔比(如果粘合剂是聚合物则以单体计算)典型地在1至0.01和1至100之间。随着粘合剂比例的增加,混合物LB薄膜的形成就会越容易,但钯的密度下降了。换句话说,当粘合剂比例与在粘合剂比例较低时的薄膜厚度相比较高时,就可以制成整个薄膜厚度较大,从而获得具有所需厚度的钯或钯氧化物薄膜。
相反地,当粘合剂的比例较低时,粘合剂制成LB薄膜的能力就会降低。总之,粘合剂与有机钯复合物的优选比以摩尔浓度计算将在1至0.4和1至10之间,不过如果所使用的有机钯复合物具有足够高的LB薄膜制成能力,那么就可以忽略上述比并可选择不同的混合比。如果情况就是这样,那么就可以按使用混合物的效果来控制有机钯复合物的密度,用以更好地控制钯或钯氧化物薄膜最终产品的聚集作用、薄膜厚度和导电率。
LB薄膜可以通过使用任何适用的已知技术和设计用来制成这种薄膜的现存设备而不用任何大的改变便可由上述型式的有机混合物制成。当借助于本发明所使用的LB技术而由上述型式的材料制成薄膜时,不必需要反应系统的低相水来包含钯离子,而可以使用纯水,使得制成这种薄膜的整个成本可以明显地降低,并且可以不需要考虑去处理废低相水。
就本发明来说,包含至少一有机钯复合物的有机混合物薄膜可以通过最好淀积10至50的厚度,并用紫外线照射以便分解复合物的有机部分而在衬底上制成。照射最好是在臭氧气氛中或同时引入氧气而进行,使得可以加速有机部分的分解。
在上述紫外线照射操作中,为了加速复合物有机部分的分解,最好是加热有机混合物薄膜而不使其熔化。应格外小心不要使靠近紫外线源的区域上的薄膜过热,因为薄膜在该区域很容易地被加热。
在进行紫外线照射操作过程中的时间取决于紫外线强度,臭氧浓度,薄膜材料和其它因素,同时,复合物还必须使薄膜中至少50%的有机部分被分解。为了减小熔化薄膜材料在连续的加热和烘焙处理过程中可能的聚集,复合物最好是大于90%,更好是大于99%的部分被分解。
当紫外线照射步骤结束时,要将薄膜经受加热和烘焙步骤。该操作最好在大于250℃的温度下进行大约10分钟或以上的周期。如果烘焙操作是在含氧气氛中进行,薄膜中的钯会热氧化制成钯氧化物薄膜。另一方面,如果烘焙操作不在氧的气氛进行,那么烘焙后的产物将是钯薄膜。
紫外线照射的上述操作可延伸到加热和烘焙步骤中而不会产生任何问题。如果在含臭氧的气氛中进行紫外线照射操作时,可以省略加热和烘焙步骤而直接地获得钯氧化物,那么也将使紫外线照射步骤的过程进行很长时间。
采用按本发明制造导电薄膜的方法,所需的钯或钯氧化物薄膜可以在用紫外线照射它以后通过烘焙薄膜而在很短的周期内制成。
按照本发明,可提供一种含有金属和/或金属氧化物的导电聚酰亚胺薄膜。还可以提供一种制造含有金属和/或金属氧化物的导电聚酰亚胺薄膜的方法,它包括下列步骤:在一衬底上形成一层聚酰胺酸酯和金属或金属有机化合物的混合物,接着将聚酰胺酸酯进行酰亚胺化。
现将描述含有金属和/或金属氧化物的导电聚酰亚胺薄膜和制造该薄膜的方法。
对发明来说,可将聚酰胺酸酯用作聚酰亚胺的前体。制造导电薄膜的方法包括下列步骤,在衬底上形成一层这种聚酰胺酸酯和金属或金属有机化合物的混合物,它最好是一种钯的复合化合物,其能够以相对小的程度作用于聚酰胺酸酯的酯部分,然后,对聚酰胺酸酯进行化学地和/或热的酰亚胺化处理。
对于本发明来说,聚酰胺酸酯典型地可通过下列通式(4)来表示:其中R3表示具有一个或一个以上碳原子的烷基,其可以由氢原子来取代,使得R1和R2在结构上可与任何已知聚酰胺酸相同或不同。下面示出了R1和R2的特殊例子。注意可替换地可使用由两种或两种以上聚酰胺酸酯组成的共聚物。
聚酰胺酸酯可以通过任何已知方法合成地来制备。例如,它可以通过使用相应的聚酰胺酸作为起始物并使它的酸性氯化物同具有所需烷基(在这种情况下为R3)的醇或烃氧基金属(alcoxyde)反应来制备。
当对于R3的碳原子数没有特定的上限时,使用极大量的碳原子是不合适的,因为一些碳原子在酰亚胺化处理时必须除去。碳原子数最好是在1和30之间,更好是在1和22之间。聚酰胺酸酯通常地可溶解在极性溶剂中如N,N-二甲基乙酰胺(下面称作DMAC),2-N-甲基吡咯烷酮(下面称作DMP)或γ-丁内酯,或含有这种极性溶剂的混合溶剂。
然后,将溶解在溶剂中的聚酰胺酸酯溶液同金属或金属有机化合物混合以制备混合物溶液(下面指聚酰胺酸酯—金属混合物)。使用金属有机化合物如果与使用金属相比较将是优选的,因为前者更易溶解于有机溶剂。当对于本发明来说不限制所使用的金属时,它可以方便地选自Pd,Ru,Ag,Cu,Cr,Tb,Cd,Fe,Pb和Zn。对于本发明来说,特别优选的是金属有机化合物,它能制成在很小程度上具有聚酰胺酸酯的酯部分的复合物。
特别是,金属有机化合物最好或是具有一个或两个不配位的配位基的化合物,或是具有配位基而饱和的化合物,而其配位基的一个或两个可很容易地被除去。由于聚酰胺酸酯和金属能形成一种复合物,所以将把聚酰胺酸酯和金属的混合物在下面称作聚酰胺酸酯—金属复合物。
现将通过钯有机化合物来描述可适用于本发明的金属有机化合物,不过还可以使用任何其它适用的金属有机化合物。
下列通式(5)表示典型的钯有机化合物的结构。
Pd2+〔R4COO-〕2〔R5R6R7N〕2 (5)其中R4表示具有1至4碳原子的烃链,并且R5,R6和R7的每个表示具有1至30碳原子的烃链。特别地,它们可以选自甲基,癸基,十八烷基和其它适当的基团。
R5,R6和R7中的一个或两个可以是氢原子,换句话说,与钯配位的烷基胺可以是伯的,仲的或叔的,R5,R6和R7的部分或所有氢原子可以由氟原子取代。
然后将使用钯有机复合物和聚酰胺酸酯所制备的聚酰胺酸酯—钯复合物通过适当方式层叠在一衬底上以制成聚酰胺酸酯—钯复合物的薄膜。由于聚酰胺酸酯—钯复合物不会凝胶,因此它可以借助于任何已知适用的薄膜制造技术而层叠在衬底上,其制造技术可以选自旋涂法,浸渍法,Langmuir-Blodgett′s技术(下面称作LB技术)和其它方法。
由于材料是由疏水和亲水成分组成的,所以具有均匀厚度的薄膜可通过旋涂法在衬底上形成,具有更均匀厚度的薄膜可通过使用LB技术而获得。
如前所述,按照本发明的导电薄膜可用于液晶器件。现将描述按照本发明制备液晶器件的方法。
参照图2,淀积ITO达到所需厚度从而通过适当方式如活性溅射在一对玻璃衬底1上形成透明电极2,然后,将其清洗并进行表面处理使其成为疏水的。
然后,将具有下列化学通式(6)的聚酰胺酸甲酯的DMAc溶液和按照本发明的金属有机复合物的混合物借助于已知的应用方法而施加到衬底(最好是硅片)上。
以后,将适当尺寸的氧化铝珠散布在衬底之一上作为间隔4,并且以这样的方式将衬底的一个放置在另一个上以形成一单元,使得它们的摩擦方向表示所需角度。然后,将液晶注入单元中以制成液晶器件。
如前所述,按照本发明导电薄膜的另一种应用就是表面传导电子发射器件。
现将描述按照本发明的表面传导电子发射器件。
两种类型的表面传导电子发射器件是可以适用于本发明的,一个是平面型,一个是阶梯型。首先,将描述平面型表面传导电子发射器件的基本构造。
图4A和4B是表示按照本发明的平面型表面传导电子发射器件的示意图。
参照图4A和4B,器件包括衬底1,电子发射区2,导电薄膜3和一对器件电极4和5。
可用于衬底1的材料包括石英玻璃,含有杂质如Na至降低浓度水平的玻璃,钠钙玻璃,借助于溅射而在钠钙玻璃上形成SiO2层所实现的玻璃衬底,陶瓷物质如氧化铝。
当相对设置的器件电极4和5是由任何高导电材料制成时,其优选的材料包括金属如Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu和Pd以及它们的合金,由金属或金属氧化物制成的可印刷导电材料,其选自Pd,Ag,RuO2,Pd-Ag和玻璃,透明导电材料如In2O3-SnO2和半导体材料如多晶硅。
用以设计按照本发明的表面传导电子发射器件的器件电极的间距L1,器件电极的长度W1,导电薄膜3的外形和其它因素可根据器件的应用来确定。
器件电极4和5的间距L1根据施加在器件电极上的电压等最好是在几百毫微米和几百微米之间,更好是在几微米和数十微米之间。
器件电极的长度W1根据器件电极的电阻和电子发射特性最好是在几微米和几百微米之间。器件电极的薄膜厚度d是在几百埃和几微米之间。
当图4A和4B中所示的表面传导电子发射器件是通过在衬底1上连续地设置器件电极4和5和导电薄膜3而制备成多层结构时,其可替换地还可通过在衬底1上设置包括电子发射区的薄膜3,然后在薄膜上设置一对相对设置的器件电极4和5来制备。
导电薄膜3为了提供优异的电子发射特性最好是微粒薄膜。导电薄膜3的厚度是按照在器件电极4和5上导电薄膜阶梯覆盖范围,器件电极4和5之间的电阻,和将在下面描述的成形处理的参数,以及其它因素的变化而确定的,其最好是在几埃和几千埃之间,更好是在10埃和200埃之间。导电薄膜3通常表现出的每单位表面积的电阻是在103和107Ω/□之间。
导电薄膜3是由微粒材料制成的,其选自金属如Pd,Ru,Ag,Cu,Cr,Tb,Cd,Fe,Pd和Zn。
这里所使用的术语“微粒薄膜”是指由大量微粒组成的薄膜,其微粒可松散地分散,致密地布置或相互随机地叠置(在一定条件下形成岛结构)。适用于本发明的微粒直径最好是在几埃和几千埃之间,更好是在10埃和200埃之间。
电子发射区2是导电薄膜3的一部分,并且它是由较高的电阻间隔组成,不过它的性能取决于导电薄膜3的厚度和材料以及将在下面描述的赋能成形处理。因此,电子发射区2的位置和形状不限于图4A和4B中所示的情况。
间隔可以包含导电微粒,其直径在几和几百埃之间,这些导电微粒是由某些或所有构成导电薄膜3的元素制成。包括间隔的电子发射区2和相邻于导电薄膜3的区域可包含碳和碳化合物。
现将描述按照本发明具有可替换外形的表面传导型电子发射器件或阶梯型表面传导电子发射器件。
图5是阶梯型表面传导电子发射器件的截面侧视示意图,其可应用于本发明。在图5中,标号21表示成阶梯形部分。另外,与图4A和4B相同或类似的那些部分分别地通过相同的标号来表示。
器件包括衬底1,电子发射区2,导电薄膜3和一对器件电极4和5,它们均是由与如上所述平面型表面传导电子发射器件相同的材料制成。
成阶梯形部分21是由绝缘材料如SiO2制成,它是通过真空淀积,印刷或溅射制成,并且其具有的薄膜厚度对应于如上所述平面型表面传导电子发射器件的器件电极间距L1(图4A和图4B),或在几百埃和几十埃之间。成阶梯形部分21的薄膜厚度最好是在几百埃和几十毫微米之间,更好是在几百埃和几微米之间,不过它还可以作为这里所使用的制造成阶梯形部分的方法,施加到器件电极上的电压等的函数来选择。
当在器件电极4和5以后形成导电薄膜3时,其最好是设置在器件电极4和5上,不过器件电极4和5可替换地在形成导电薄膜3之后来设置,使得在器件电极4和5上可发现后者。当在图5中的成阶梯部分21中形成电子发射区2时,它的位置和构形取决于这些条件,其条件是指制备条件,赋能成形条件和其它相关条件,而其不限于这里所指的条件。
下面将描述一种制造平面型表面传导电子发射器件的方法,不过,下列描述几乎全部可应用于阶梯型表面传导电子发射器件。
当许多不同方法均可适用于制造按照本发明的表面传导电子发射器件时,一种典型的方法将通过参照图6A至6C来描述。在图6A至6C中,与图4A和4B相同或类似的那些部分将分别通过相同的标号来表示。
1)在用洗净剂和纯水彻底清洗衬底1以后,将材料借助真空淀积,溅射或某种其它适用技术淀积在衬底1上作为一对器件电极4和5,其中电极是通过光刻法制成的(图6A)。
2)用于导电薄膜的材料通过选自旋转涂敷,浸渍,LB方法和其它技术的适当方法在形成有器件电极对4和5的衬底1整个表面上制成。对于本发明来说,从所提供薄膜的均匀厚度和薄膜厚度的控制能力的观点来看,最好使用旋转涂敷法,更好是使用LB技术。
在淀积了用以在衬底上制成的导电薄膜材料达到所需厚度以后,将材料在含O3气氛中用紫外线照射以分解材料的有机部分。分解过程中的速度通过在含O3气氛中进行紫外线照射或同时导入氧气并加热材料而加速。然而,应当格外小心不要通过加热而使所制成的薄膜熔化,因为,薄膜很容易在靠近紫外线源的区域上受热。
当进行紫外线照射处理过程中的时间取决于紫外线强度,臭氧浓度,薄膜材料和其它因素时,复合物必须使在薄膜中的至少50%的有机部分被分解。为了减少熔化薄膜材料在连续加热和烘焙处理中可能的聚集,复合物最好大于90%被分解,更好是大于99%。
当紫外线照射步骤结束时,要使薄膜经受加热和烘焙步骤。该步骤最好是在大于250℃的温度下进行大约10分钟或以上的周期。
以后,使金属有机薄膜经受图形形成处理,可采用适当的技术如剥离或蚀刻,以制成导电薄膜3(图6B)。
当由上述类型的材料借助于LB技术制成适用于本发明的薄膜时,不需要使反应系统的低相水含有金属离子,并可对其使用纯水,使得制成该薄膜的整个成本可以大大地降低,并且可不需要考虑去处理废低相水。
3)以后,使所淀积的导电薄膜经受称作“成形”的处理。特别是,器件电极4和5借助于电源(未示出)进行电气赋能直到在导电薄膜3的确定区域上制成电子发射区2,它所表现出的变形结构不同于导电薄膜3(图6C)。换句话说,电子发射区2可通过局部地将导电薄膜3破开,变形或变换而制成,使其表现出变形的结构。
图7A和7B表示可用于赋能成形的两种不同脉冲电压。
用于赋能成形的电压最好具有脉冲波形。可将具有恒定高度或恒定峰值电压的脉冲电压连续地施加(图7A),或可替换地,可将具有逐步升高高度或逐步升高峰值电压的脉冲电压施加(图7B)。
首先,参照图7A来描述具有恒定波高的脉冲电压。
在图7A中,脉冲电压具有脉冲宽度T1和脉冲间隔T2,它们典型地分别在1μsec.和10msec.之间和在10μsec.和100msec.之间。三角波的高度(用于赋能成形处理的峰值电压)可根据表面传导电子发射器件的构形而适当地进行选择。电压典型地可在具有适当真空度的真空中施加几十分钟。然而,应注意,脉冲波形不限于三角波,可替换地还可使用矩形或某些其它波形。
图7B表示脉冲高度随时间增加的脉冲电压。
在图7B中,脉冲电压具有宽度T1和脉冲间隔T2,它们基本上类似于图7A。三角波的高度(用于赋能成形处理的峰值电压)以例如0.1V每级的速率而增加。电压是按照图7A脉冲电压的情况在真空中施加。
当在脉冲电压间隔T2过程中对器件施加非常低并且不能局部地破坏或变形导电薄膜3的电压(图4A,4B和5)时,通过测量流过器件电极的电流将使赋能成形处理终止。典型地,赋能成形处理是在对于流过导电薄膜3的器件电流观察到电阻大于1M欧姆同时对器件电极施加大约0.1V的电压时终止。
4)在赋能成形处理以后,器件最好经受活化处理。
在活化处理中,如在成形处理的情况一样,在典型地为10-4和10-5乇之间的真空中重复地对器件施加脉冲电压。在该处理中,将含于以很微小浓度存在于真空气氛中的有机物质中的碳或碳化物淀积在电子发射区2上,用以引起器件电流和器件发射电流的明显地改变。活化处理通常是在观察器件电流If和发射电流时进行,并且在发射电流达到饱和水平时终止。
就本发明来说,碳和碳化合物是指石墨和非结晶碳(无定形碳,无定形碳和石墨结晶的混合物),并且淀积该碳或碳化物的厚度最好是小于500埃,更好是小于300埃。
5)然后将已在赋能成形工艺和活化工艺中进行了处理的电子发射器件最好在比成形和活化处理的真空度更高的真空中进行处理。更好是,将已在该高真空度的真空中进行了处理的器件在80℃至250℃下进行处理。
尤其是,比成形和活化处理工艺要高的真空度典型地是指大于5×10-6乇的真空度,并且其最好是达到超高真空状态,其中不会有额外的碳和/或碳化合物淀积在器件上。
上述步骤5的结果,使碳或碳化物的任何附加淀积形成可以被有效地抑制,从而可稳定器件电流和发射电流。
下面将描述借助上述处理来制备的表面传导电子发射器件的性能。
图8是用以确定表面传导电子发射器件的电子发射性能的计量系统示意方框图。
参照图8,与图4A和4B相同的或类似的各部分分别地用相同的参考数字来表示。另外,计量系统电源51用以给器件施加器件电压Vf,安培计50用于测量流过器件电极4和5之间的导电薄膜3的器件电流If,阳极54用以俘获由器件电子发射区所发射的电子而产生的发射电流Ie,高压源53用以将电压施加给计量系统的阳极54和另一安培计52用以计量由器件电子发射区2所发射的电子而产生的发射电流Ie,以及真空室55和真空泵56。
表面传导电子发射器件,阳极54和其它部件被设置在真空室55内,其中真空室55提供有必要的设备用以操作真空系统,使得可以在所需真空度的真空中观察表面传导电子发射器件的性能。
真空泵56提供有普通高真空系统,它包括涡轮泵或回转泵,或无油高真空系统,它包括无油泵如磁悬浮涡轮泵或干泵,和超高真空系统,它包括离子泵。将整个真空室55和其中所包含的表面传导电子发射器件的衬底借助于加热器加热到250℃,因此,人们将会理解,通过使用将描述于下面(在图11中的201)的显示屏和作为真空室的其内部部件以及其内部部件,使得赋能成形处理的所有处理工艺均可用这种设置来完成。
为了确定电子发射器件的性能,可将1和10KV之间的电压施加到阳极上,它与电子发射器件间隔距离H,其是在2和8mm之间。
图9表示一曲线图,其示意地示出了典型地由图8计量系统所观察到的器件电压Vf同发射电流Ie和器件电流If之间的关系。注意,对于图9中的Ie和If可任意地选择不同的单位,因为Ie具有的大小远小于If。注意,曲线的纵轴和横轴二者表示线性尺度。
如图9所示,按照本发明的电子发射器件就发射电流Ie来说具有三个明显特征,其将被描述如下。
首先,按照本发明的电子发射器件当所施加的电压超过一定水平(其下面被称作阀值电压并且在图9中用Vth来表示)时表现出发射电流Ie的突然急剧增加,而当发现施加的电压低于阀值电压Vth时发射电流Ie实际上是不可测的。换句话说,按照本发明的电子发射器件是非线性器件,其具有明显的阀值电压Vth对应于发射电流Ie。
其二,由于发射电流Ie很大程度地取决于器件电压Vf,因此,前者可有效地通过后者来控制。
其三,由阳极54(图8)所俘获的发射的电荷是器件电压Vf施加时间过程的函数,换句话说,由阳极54所俘获的电荷量可通过器件电压Vf施加的时间而有效地控制。
另一方面,器件电流If或是相对于器件电压Vf而单调地增加,该特性下面称作“MI特性”,如图9中实线所示,或变化成一曲线,其具体为电压控制负电阻特性(该特性下面称作“VCNR特性”),如图9中虚线所示。这些器件电流的不同特性取决于许多因素,其包括制造方法,可被计量的条件和用以操作器件的环境。然而,要注意,如果器件电流If对于表面传导电子发射器件中的器件电压Vf表现出VCNR特性时,发射电流Ie将对于器件电压Vf而表现出MI特性。
现将描述按照本发明由许多表面传导电子发射器件组成的电子源。
可将电子发射器件以许多不同的方式布置在衬底上。例如,可将许多电子发射器件沿相同方向的平行的行来布置,从而实现象梯形的布置。另外,可将总数为n的Y方向导线布置在总数为m的x方向导线上,其间设置有层间绝缘层,以这种方式布置使得每个表面传导电子发射器件的器件电极可连接于X方向导线中的一个和Y方向导线中的一个。后一种布置被称作简单矩阵布置。现将详细地描述简单矩阵布置。
鉴于上述按照本发明的表面传导电子发射器件的三个基本性能特征,可通过控制施加到器件相反电极上脉冲电压的波高和波宽在阀值电压水平以上来对电子发射进行控制。另一方面,器件在阀值电压水平以下实际上不发射任何电子。因此,不管设置在装置中的电子发射器件数量,所需表面传导电子发射器件均可根据将脉冲电压施加到每个所选择的器件上的输入信号进行选择并对电子发射进行控制。
现将参照图10描述如上所述的具有简单矩阵布置的电子源。
参照图10,电子源包括一衬底1,其典型地由玻璃制成,和多个表面传导电子发射器件,其数量和构形可根据应用而适当地选择。
在衬底1上设置有总数为m的x方向导线102,其由Dx1,Dx2,…,Dxm表示并且是由真空淀积,印刷或溅射制成的导电金属制成。这些导线可按照材料,厚度和宽度来如此设计,如果必要,可将实质上相等的电压施加到表面传导电子发射器件104。
设置总数为n的Y方向导线103,其由Dy1,Dy2,…,Dyn表示,其在材料,厚度和宽度方面类似于X方向导线102。
在m个X方向导线102和n个Y方向导线103之间设置层间绝缘层(未示出),用以将其彼此电隔离。m和n二者为整数。
层间绝缘层(未示出)典型地由SiO2制成,并且在绝缘衬底1的整个表面或部分表面上形成,其上借助于真空淀积,印刷或溅射制成Y方向导线,其显示出所需形式。层间绝缘层的厚度,材料和制造方法是这样来选择使得它可承受在任何X方向导线102和任何Y方向导线103之间其交叉处可测得的电位差。
将每个表面传导电子发射器件104的相反设置的电极(未示出)通过各连接导线105而连接于m个X方向导线102中的相关一个和n个Y方向导线103中的相关一个上,其中连接导线105由导电金属制成,并通过适当方法如汽相淀积,印刷或溅射制成。
器件电极的导电金属材料和由m个X方向导线102和n个Y方向导线103延伸的连接导线105的材料可以是相同的或含有一共同元素作为成分。可替换地,它们可以是相互不同的。如果器件电极和连接导线是由相同材料制成的,那么它们共称为器件电极而无法辨别连接导线。表面传导电子发射器件104可以或是在衬底1上或是在层间绝缘层(未示出)上制成。
可将X方向导线102电连接于扫描信号施加装置(未示出),用以将扫描信号施加于所选择的表面传导电子发射器件104行。
另一方面,可将Y方向导线103电连接于调制信号发生装置(未示出),用以将调制信号施加于所选择的表面传导电子发射器件104列,并按照输入信号调制所选择的列。注意,施加于每个表面传导电子发射器件104的驱动信号可用施加于器件的扫描信号和调制信号的电压差表示。
现将参照图11,12A,12B和13描述由按照本发明的电子源组成并具有如上所述简单矩阵布置的成象装置。图11是成象装置局部切开透视图,并且图12A和12B是示意图,其表示可用于图11的成象装置的荧光膜114的两种可能构形,而图13是用于图11成象装置的显示屏201的驱动电路方框图,其可操作NTSC电视信号。
首先参照图11,它表示成象装置显示屏的基本构造,它包括上述型式的电子源衬底1,其上带有多个电子发射器件,背板111,其板牢固地保持电子源衬底1,通过在玻璃衬底113的内表面上放置荧光膜114和金属背115而制备的面板116,和支撑架112,可将背板111和面板116借助于烧结玻璃而连接于其上,以形成封闭体118,其然后在空气或氮气中烘焙至400到500℃10分钟以上,并气密地加以密封。
在图11中,标号2表示电子发射区,标号102和103分别表示X方向导线和Y方向导线,其连接于每个电子发射器件104的各器件电极4和5上。m个X方向导线和n个Y方向导线被连接于各外部端子Dx1至Dxm和Dy1至Dyn上。
当在上述实施例中封闭体118是由面板116,支撑架112和背板111制成时,如果衬底1其本身有足够强则可省略背板111,因为提供的背板111主要用以加强衬底1。如果情况如此,就可不需要单独背板111,并且可将衬底1直接连接于支撑架112,使得封闭体118是由面板116,支撑架112和衬底1所构成。封闭体118的整个强度可通过在面板116和背板111之间设置许多称作间隔物(未示出)的支撑元件来增加。
图12A和12B示意地表示荧光膜两种可能的布置。当荧光膜114只由单一荧光体组成而显示屏是用以显示黑白图象时,它就需要包括用以显示彩色图象的黑导电元件121和荧光体122,其前者被称作黑条或黑质元件,其取决于荧光体的布置。黑条或黑质元件是为彩色显示屏设置的,使得三种不同原色的荧光体122具有较小的分辨率,并且降低外部光显示图象对比度的反向效应会通过区域周围的加黑而减弱。当石墨通常被用作黑条的主要成分的同时,还可使用其它具有低光透射率和反射率的导电材料。
无论是黑白或彩色显示,沉淀或印刷技术均适用于将荧光体122施加在玻璃衬底113上。
如图11中所示,可将普通金属背115设置在荧光膜114的内表面上,提供金属背115是为了增强显示屏的亮度,它是通过使由荧光体122(图12A和12B)发出并且射到封闭体内部的光束再返回到面板115,可使用它作为电极来给电子束施加加速电压,并且保护荧光体122免受损坏,其损坏可能会在封闭体内所产生的负离子与其相碰撞时出现。它是通过平整荧光膜114的内表面(在处理中通常称为“成膜”)并在形成荧光膜114以后通过真空淀积而在其上制成Al膜而制成。
透明电极(未示出)可以在面向荧光膜114的外表面的面板116上制成,以为了提高荧光膜114的导电率。
应格外地小心来精确地校正每组彩色荧光体122和电子发射器件104,如果包含有彩色显示,则在上述排列之前要将封闭体的各部分连接在一起。
封闭体118可借助于适当的真空泵和排气管(未示出)而抽空达到10-7乇的真空度。为了保持封闭体118内部在其密封以后所获得的真空度,可进行吸气处理。在吸气处理中,设置在封闭体118中预定位置上的吸气剂(未示出)借助于电阻加热器或高频加热器来加热,使得在封闭封闭体118之前或以后通过立即汽相淀积形成一薄膜。吸气剂典型地含Ba作为一主要成分,并且通过汽相淀积薄膜的吸收作用可维持1×10-4和1×10-7之间的真空度。
在成形工艺之后制造成象装置的表面传导电子发射器件的工艺可被适当地设计成满足所要应用的特殊需要。
下面参照图13来说明一个用于驱动显示屏201的驱动电路,该显示屏201如上述那样包括一电子源。在图13中,标号201代表一显示屏。另外,该电路包括:一扫描电路202、一控制电路203、一移位寄存器204、一线存储器205、一同步信号分离电路206和一调制信号发生器207。在图13中,Vx和Va代表DC电压源。
如图13所示,显示屏201通过端子Dx1至Dxm、Dy1至Dyn和高压端Hv同外部电路相连,其中端子Dx1至Dxm被设计成用来接收扫描信号,用于在所述装置中按依次顺序地驱动电子源的(n器件的)行,该装置包括许多以m行和n列的矩阵形式排列的表面传导型电子发射器件。
另一方面,端子Dy1至Dyn被设计用来接收调制信号,用于控制由一扫描信号所选择的一行的每个表面传导型电子发射器件的输出电子束。高压端Hv由具有约10KV电平的DC电压的DC电压源Va供电,该电平是足够高的加速电压以给所选的表面传导型电子发射器件的荧光体赋能。
扫描电路202以下述方式工作。该电路包括M切换器件(在图13中仅特别地标出器件S1和Sm),每个切换器件或者提取DC电压源Vx的输出电压或者提取0〔V〕(接地电位电平),并且同显示屏201的端子Dx1至Dxm之一相连。每个切换器件S1至Sm根据由控制电路203所馈入的控制信号Tscan而动作,并且可以由组合晶体管如FET制备。
该电路的DC电压源Vx被设计为输出一恒定电压,以使所有加到器件上的驱动电压被减小到了阀值电压以下,这些器件由于表面传导电子发射器件的特性(或用于电子发射的阀值电压)而没有被扫描。
控制电路203协调相关部件的工作以使图象能够根据外部馈入的视频信号而适当地显示出来。其响应从同步信号分离电路206所供给的同步信号Tsync而产生控制信号Tscan、Tsft和Tmry,这将在下面描述。
同步信号分离电路206分离同步信号成份和亮度信号成份以形成一外部供给的NTSC电视信号,并且能够易于使用公知的频率分离(滤波器)电路来实现。尽管由同步分离电路206从电视信号所提取的同步信号象公知的那样,是由垂直同步信号和水平同步信号所组成,但为了简化起见在这里被简单地标为Tsync信号,而不管其组成信号。另一方面,从电视信号抽出的亮度信号被标为DATA信号,其被提供给移位寄存器204。
移位寄存器204在DATA信号上给每线完成串/并变换,根据由控制电路43提供的控制信号Tsft以连续时基连续地提供该DATA信号。换句话说,控制信号Tsft作为一个给移位寄存器204的移位时钟来工作。作为经过串/并变换的一线的一组数据(和相对于用于n个电子发射器件的一组数据)从移位寄存器204送出,作为n个并列信号Id1至Idn。
线存储器205是用于根据来自控制电路203的控制信号Tmry对于所需时间周期存储用于一线的一组数据,该组数据是信号Id1至Idn。所存储的数据作为I′d1至I′dn被送出并提供给调制信号发生器207。
所述调制信号发生器207实质上是一信号源,它适当地驱动和调制每个表面传导型电子发射器件的工作,该器件的输出信号通过端子Dy1至Dyn被提供给显示板201上的表面传导型电子发射器件。
如上所述,根据本发明的表面传导电子发射器件的特征是,存在一个清楚的阈值电压,仅当施加的电压超过该值时器件才发射电子。另外,尽管施加电压和发射电流之间的关系和数据根据电子发射器件的材料、形状和制造方法而发生变化,但发射电流的电平成为阈值电平之上的施加电压的变化的函数。
尤其是,根据本发明,当脉冲型电压加到表面传导电子发射器件上时,对于施加电压保持在阈值电平之下来说,几乎没有发射电流产生,然而一旦施加电压升高到阈值电平以上时就会发射电子束。在此应该注意到,输出电子束的强度可以通过改变脉冲型电压的峰值电平Vm来进行控制。另外,电子束的电荷总量可以通过改变脉冲宽度来进行控制。
这样,调制方式或脉宽调制可以被用于调制一电子发射器件以响应一输入信号。使用电压调制时,一电压调制型电路被用于调制信号发生器207,以使在脉冲宽度保持不变期间根据输入数据来调制脉冲型电压的峰值电平。另一方面,使用脉宽调制时,一脉宽调制型电路被用于调制信号发生器207,以使在施加电压的峰值电平保持不变期间可以根据输入数据来调制施加电压的脉冲宽度。
虽然上面没有涉及,但只要视频信号的串/并变换和存储在一定速度下进行,移位寄存器204和线存储器205既可以是数字信号型也可以是模拟信号型。
如果使用数字信号型器件,同步信号分离电路206的输出信号DATA需要进行数字化处理。但这种变换可以通过在同步信号分离电路206的输出端上配置一个A/D转换器而很容易地完成。
不用说,可以根据线存储器205的输出信号是数字信号还是模拟信号而可将各种电路用于调制信号发生器207。
如果使用数字信号,可将公知类型的D/A转换器电路用于调制信号发生器207,如果需要还可以附加放大器电路。对于脉宽调制,调制信号发生器207可以使用一个电路来实现,该电路把一高速振荡器、一用于对所述振荡器所发生的波数据进行计数的计数器和一用于比较计数器和存储器的输出的比较器相结合。如果需要,可以附加放大器以把具有调制的脉冲宽度的比较器的输出信号电压放大到本发明的表面传导型电子发射器件的驱动电压的电平上。
另一方面,如果模拟信号被用于电压调制,则由公知的运算放大器组成的放大器电路可以被适当地用于调制信号发生器207,如果需要也可在其上附加电平移位电路。对于脉宽调制,如果需要,一公知的电压控制型振荡电路(VCO)可以被用在一附加放大器中,该附加放大器被用于把电压放大到表面传导型电子发射器件的驱动电压上。
具有上述构形的成象装置可以用于本发明,由于一个电压通过外接端子Dx1至Dxm和Dy1至Dyn而被施加,则使电子发射器件发射电子。然后,通过把一高压借助于高压端Hv加到金属后背115或透射电极(未示出)上,使所产生的电子束被加速。加速的电子最终碰撞到荧光膜114上,通通发光而产生图象。
成象装置的上述构型只是本发明可以使用的一个例子,其也可以有各种改型。在这种装置中使用的TV信号制式并不仅限于特定的一种,其中能够使用任何制式,例如NTSC、PAL或SECAM。由于它能用于包括大量象素的大显示屏,则其特别适用于包含大量扫描线(例如MUSE制式的高清晰度电视制式)的电视信号。
下面参照图14和15来对电子源和成象装置进行说明,上述电子源包括许多以梯子状排列在衬底上的表面传导电子发射器件;而上述成象装置由这样的电子源构成。
首先参照图14,标号1表示电子源衬底,标号104表示排列在衬底上的表面传导电子发射器件,标号304表示用于连接表面传导电子发射器件的共用线D1至D10。
电子发射器件104排列成行(以下称为器件行)以形成由许多器件行组成的电子源,每行具有多个器件。
每一器件行的表面传导发射器件通过一对共用线304(例如,作为外接端D1和D2的共用线304)相互并联地电连接起来,以便通过给这对共用线施加适当的驱动电压来单独地驱动它们。特别是,可给器件行施加超过电子发射阀值电平的电压以驱动其发射电子,而给剩余的器件行施加低于电子发射阈值电平的电压。作为代换,任何排列在两个相邻器件行之间的两条外接端可以共用一条单独的共用线。这样,在共用线D2至D9中,D2和D3、D4和D5、D6和D7以及D8和D9都可以分别共用一条共用线,以代替两条线。
图15是成象装置的显示屏的透视图,该成象装置同具有梯子状排列的电子发射器件的电子源相结合。
在图15中,显示屏包括许多栅极电极302,每个栅极电极302上具有大量的用于允许电子从中穿过的孔303和一组外接端子D1至Dm,以及另一组外接端子G1至Gn,这组外接端子G1至Gn同各个栅极电极302相连。共用线304被集成地形成在衬底1上。
在图15中,类似于图11的那些部件分别用相同的标号代表。该成象装置与图11的简单矩阵排列的成象装置的主要区别是:图15的装置具有设置在电子源衬底1与面板116之间的栅极电极302。
在图15中,条形栅极电极302被安置在衬底1与面板116之间。栅极电极302可以调制从表面传导电子器件104所发射的电子束,其每个都具有许多与各个表面传导电子发射器件104所对应的通孔303,以允许电子束能从中穿过。
然而,在图15所示的条形栅极电极中,电极的外形和位置并不仅限于此。例如,孔303可以由网眼状的孔所代替,栅极电极302也可以被安置在表面传导电子发射器件104的周围或附近。
可将外接端子D1至Dm和G1至Gn连接到驱动电路(未示出)上。具有上述构型的成象装置可以通过与在逐行的基础上驱动(扫描)电子发射器件的操作同步地同时将调制信号施加到用于图象单线的各行栅极电极302上而对电子束照射进行处理,使得图象可以在电子束以控制的方式照射到荧光膜114上时在逐条线的基础上被显示。
这样,根据本发明的具有上述构型的显示装置具有宽广的工业和商业应用范围,这是因为其能够用于电视广播的显示装置、用于图象电话会议的终端装置、用于静止的和活动的图象的编辑装置、用于计算机系统的终端装置、由光敏鼓构成的光打印机以及许多其他用途。
用根据本发明的制造成象装置的方法,可以形成导电薄膜而不会出现集结或升华现象,从而使所有的表面传导电子发射器件都能均匀一致地工作,而没有任何不希望的工作不均匀现象。这样,就能获得可清晰地显示图象的成象装置。
下面借助实例来说明本发明。
(例1)
醋酸钯(下文称为PA)与甲基二丙基胺(下文称为MDPA)的金属有机复合物以下列方式被合成制备用于导电薄膜。
把10gPA溶解到200cm3的三氯甲烷中并慢慢地加入12.8gMDPA。然后,在室温下搅拌该溶液2个小时。在溶液中的反应完成之后,借助二氧化硅凝胶柱除去原料以获得500cm3的PA-MDPA/三氟甲烷溶液。然后该溶液被浓缩成100cm3并用50cm3的水洗三次。然后,用硫酸镁使其干燥,在进行干燥后,除去三氯甲烷而制成16.4g的PA-MDPA。
此后,制备0.4M的PA-MDPA/醋酸丁酯溶液,并用作为导电薄膜的材料。
(例2至6)
象例1那样制备金属有机复合物并溶解到各个有机溶剂中以制成0.4M的用于形成下列导电薄膜的材料。
例 | 金属复合物 | 胺 | 材料 |
2 | 醋酸铜 | 甲基二丁基胺 | 醋酸铜-甲基二丁基胺/CH3COOC2H5(以下称为CA-MDBA/CH3OOC2H5 |
3 | 醋酸钯 | 甲基十八烷基胺 | 醋酸钯-甲基十八烷基胺(以下称为PA-MDODA/CHCl3) |
4 | 醋酸钯 | 二癸基胺 | 醋酸钯-二癸基胺(以下称为PA-DDA/CHCl3) |
5 | 醋酸银 | 乙基双十六烷基胺 | 醋酸银-乙基双十六烷基胺(以下称为SA-EDHA/CH3COOC2H5) |
6 | 醋酸钌 | 二癸基胺 | 醋酸钌-二癸基胺(以下称为RA-DDA/CHCl3) |
注意:为了避免光分解对于SA-EDHA要在暗室中进行反应。
(例7)
以下列方式合成地制备丙酸钯(以下称为PP)与DDA的金属有机复合物,以用于导电薄膜。
把15.0g丙酸加到12.7gPA中并加热到80℃保持3小时以进行反应。在冷却后,把反应产物溶解到三氯甲烷中并在二氧化硅凝胶柱中进行提纯以使在去掉三氯甲烷后制得12.7gPP。
此后,把10.1gPP溶解到200cm3的三氯甲烷中并在其中慢慢加入35.7g DDA。然后在室温下搅拌该溶液两个小时,在溶液中的反应完成后,借助二氧化硅凝胶柱去除原料以获得500cm3的PP-DDA/三氯甲烷溶液,然后该溶液被浓缩到100cm3并用50cm3的水洗三次。然后,用硫酸镁使其干燥,在干燥处理后,去除三氯甲烷而制成28.7gPP-DDA。
此后,准备0.4M的PP-DDA/三氯甲烷溶液并用作为导电薄膜的材料。
(例8至11)
下列金属复合物和羧酸被用作为金属复合物的配位置换反应的起始料,然后被用来同胺反应以制成金属有机复合物,其中0.4M的金属有机复合物/三氯甲烷溶液作为制成导电薄膜的材料。
例 | 金属复合物 | 羧酸 | 胺 | 材料 |
8 | 醋酸铬 | 硬脂酸 | DDA | 硬脂酸铬-DDA/CHCl3(以下称为ChST-DDA) |
9 | 醋酸钯 | 软脂酸 | 硬脂胺 | 软脂酸钯-硬脂胺/CHCl3(以下称为FPl-STA) |
10 | 醋酸铽 | 十五烷酸 | 癸基胺 | 十五烷酸铽-癸基胺/CHCl3(以下称为TPD-DA) |
11 | 醋酸铁 | 油酸 | DDA | 油酸铁-DDA/CHCl3(以下称为FO-DDA) |
(例12)
把0.4M的例1中所制备的醋酸丁酯溶液(0.4M-PA-MDPA/醋酸丁酯)作为导电薄膜的材料通过旋涂施加到玻璃衬底上,根据本发明其可以用作为形成导电薄膜的一种材料。这将在下面更详细地说明。
借助旋转涂敷技术把由下列式(8)所表示的钯—酸盐的烷基胺复合物涂敷到玻璃衬底(25mm×38mm)上而形成薄膜。
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C3H7)2NCH3〕2 (8)
在此所使用的溶液是通过把由上式(8)所表示的钯—酸盐的烷基胺复合物溶解到醋酸丁酯中以0.4mol/L的浓度而制备的,然后以1000rpm的速率进行30秒的旋涂处理。
借助于商业上实用的UV/O3灰化装置(UV-300:可由Samco International获得)在O3气氛中用紫外线连续照射所制备的样品2个小时。在紫外线照射中衬底未被加热,氧气流速是0.5L/min则制成O3。在该工作时间中,由四端方法来决定薄膜每单位表面积的电阻,其不低于109Ω/cm2。
此后,在温度被控制在300℃的电炉中对样品进行12分钟的热处理(在大气中)以制成氧化钯(PdO)薄膜。借助X射线衍射学鉴定所获得的PdO相一致(下面称为XD技术),确定对应于晶格面(101)间隔的峰值(2.647)的存在。氧化钯薄膜每单位表面积的电阻是3×104Ω/cm2。通过肉眼观察在所形成的氧化钯薄膜(深棕色)上未发现不均匀。
(比较例1)
除了省略UV/O3工艺之外严格按例子12的条件制备样品。通过肉眼观察可发现有轻微不均匀,平均薄膜厚度比例1约小30%。
(例13至15)
与例12的情况相同,通过旋涂把导电薄膜的下列材料施加到玻璃衬底上以使它们能被用于制成导电薄膜。
例 | 导电薄膜的材料 | 氧化膜的电阻/Ωcm-2 XD峰值/ |
13 | 0.4M-RA-DDA/CHCl3 | 4.2×104 3.182(110) |
14 | 0.4M-ChST-DDA/CHCl3 | 4.6×104 2.664(104) |
15 | 0.4M-TPD-DA/CHCl3 | 3.4×104 3.101(222) |
(例16)
在玻璃衬底上形成由例3中所制备的PA-MDODA所制成的薄膜,并经过UV/O3和其他的处理,发现其能作为导电薄膜的材料。制备该薄膜的方法如下:
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C10H21)2NH〕2 (9)
把式(9)的PA-MDODA的三氯甲烷溶液(0.4mol/L)加到20℃的纯水中并把表面压力提高到20mN/m以在纯水上形成PA-MDODA的单分子膜。在保持该表面压力期间,该表面被暴露在六甲基二硅氮烷气氛中以使形成表面疏水性。然后,沿着与单分子膜正交的方向以3mm/min的速率使玻璃衬底浸没,并以相同速率拉起,以便于在玻璃衬底上形成两个LB薄膜层的PA-MDODA。重复进行浸没/拉起循环以制成80LB薄膜层的PA-MDODA。
然后,在例12的条件下使样品经过UV/O3处理并进行烘焙以制成氧化钯薄膜。与例12的情况一样,借助XD技术鉴定氧化钯薄膜。单位表面积的电阻是4×104Ω/cm2。
(例17至19)
与例16的情况相同,通过LB技术制备导电薄膜的下列材料,发现他们能被用于形成导电薄膜。
例 | 导电薄膜的材料 | 氧化膜的电阻/Ωcm-2 XD峰值/ |
17 | 0.4M-RA-DDA/CHCl3 | 3.7×104 3.181(110) |
18 | 0.4M-ChST-DDA/CHCl3 | 4.3×104 2.663(104) |
19 | 0.4M-TPD-DA/CHCl3 | 3.2×104 3.101(222) |
(例20)
在具有1英寸直径的硅片上形成LB薄膜,该LB薄膜由在例4中所制备的由下式(10)所表示的钯—酸盐的烷基胺复合物(以下称为PA-DDA)和二十二烷酸(以下称为C22)的混合物所制成。以下述方法制备该薄膜。
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C10H21)2NH〕2 (10)
PA-DDA的三氯甲烷溶液(0.5mol/L)和C22的三氯甲烷溶液(0.5mol/L)被混合成1∶4的体积比,该混合物溶液被加到20℃的纯水表面上。然后,把表面压力提高到20mN/m以便于在纯水上形成PA-DDA和C22(1∶4)的混合物的单分子膜。在保持该表面压力期间,借助于1%的氟化氢溶液预先把自然的氧化表面层去掉以形成表面疏水性。然后,沿着与单分子膜正交的方向以2mm/min的速率使硅片浸没并以相同的速率拉起,以便于在硅片上形成PA-DDA和C22(1∶4)的混合物的两LB薄膜层。重复进行该浸没/拉起循环以制成200LB薄膜层的PA-DDA和C22(1∶4)的混合物。共制备了六个样品。然后用FT-IR光谱测试这些样品。
然后,与例12的情况相同,借助于商业上实用的UV/O3灰化装置(UV-300;从Samco International/获得)在O3气氛中用紫外线把所制备的样品分别照射0(即未照射)、0.5、1、1.5、2和3小时。在紫外线照射期间衬底未被加热,氧气流动率为0.5L/min。
再次用FT-IR光谱测试样品,发现对于每个样品属于有机部分的吸收峰值强度已经从UV照射前的水平上降低了。特别是,发现对于2918cm-1、2851cm-1、1474cm-1和721cm-1属于CH2的振荡的吸收峰值强度已经从测试之前的水平降低到如下程度:对于0.5小时照射为约65%、对于1.0小时照射为约25%、对于1.5小时照射为约3%、对于2和3小时照射为1%以下。在该次处理时,测定每个样品每单位表面积薄膜的电阻不低于109Ω/cm2。
接着,在电炉中对样品进行热处理(在大气中在300℃下保护12分钟),发现未照射的样品和照射了0.5小时的样品已经变污,在一定程度上他们的薄膜层已经被破坏了。进行了1小时照射的样品尤其是沿着边缘具有由聚集和熔化所产生的不均匀部分。而在其余的样品上没有发现聚集和熔化的征兆。
在此阶段,对于所有样品,每单位表面积氧化钯薄膜的电阻是2×104Ω/cm2。在样品的FT-IR光谱中观察到吸收峰值强度(590cm-1等)。
(例21至23)
与例20的情况相同,通过LB技术在具有1英寸直径的硅片上分别制备下列材料的导电薄膜,然后转换成氧化膜,发现他们能用于制成导电薄膜。以下述方式制备该薄膜。
例 | 导电薄膜的材料 | 氧化膜的电阻/Ωcm-2 |
21 | 0.5M-RA-DDA/CHCl3+0.5M-油酸 | 4.1×104 |
22 | 0.4M-FO-DDA/CHCl3+0.5M-DDA | 5.5×104 |
23 | 0.4M-PPA-STA/CHCl3+0.5M-十五烷酸 | 3.2×104 |
(例24)
在该例中改变例20的LB薄膜形成循环的数量。以下列方式制备该例的样品。
除了在衬底20上形成100、150、250和500LB薄膜层之外严格按照例20来制备样品,并且用六甲基二硅氮烷来处理玻璃衬底(25mm×38mm)以使其具有疏水性。样品单位表面的电阻分别是:1.0×105Ω/cm2、3.1×104Ω/cm2、1.6×104Ω/cm2和3.9×103Ω/cm2。
(例25)
在该例中改变了例20的UV/O3照射的处理。除了在大气中进行UV/O3照射的工艺之外,严格按照例20来制备本例的样品。下面说明本例的UV/O3照射处理。
借助能够辐射波长197nm和248nm的紫外线的200w低电压水银灯,在大气中连续48小时进行UV线照射。水银灯和样品相互分开10cm。
在该阶段,每单位表面积样品的电阻大于109Ω/cm2。在与例20相同的烘熔处理之后,每单位表面积的电阻降到2×104Ω/cm2。
(例26)
在该例中使用具有与例20不同尺寸的衬底。在该例子中,除了使用具有5英寸直径的玻璃衬底之外,严格按照例20来制备本例的样品。图1所示的不同位置确定了每单位表面积样品的电阻,并获得了下表所列的数值。
位置 | 每单位面积的电阻(×10-4Ω/cm2) | 位置 | 每单位面积的电阻(×10-4Ω/cm2) |
X5X4X3X2X1 | 1.961.971.951.941.96 | y5y4y3y2y1 | 2.021.951.961.951.96 |
0 | 1.96 | ||
-X1-X2-X3-X4-X5 | 1.951.951.961.951.94 | -y1-y2-y3-y4-y5 | 1.941.941.951.941.92 |
上表表示出:薄膜沿着内平面方向是高度均匀的。
(例27)
在本例中,象以下述方式的例子那样在玻璃衬底上形成LB薄膜。
在已经用六甲基二硅氮烷(以下称为PIBM)进行处理而具有了疏水性的玻璃衬底上形成由式(11)所示的钯—酸盐的烷基胺复合物(以下称为PA-OA)和聚(丙烯酸异丁酯)的混合物的LB薄膜。
Pd2+〔CH3COO-〕2〔(C8H17)2NH〕2 (11)
把PA-OA(0.5mol/L)的三氯甲烷溶液和PIBM(0.5mol/L,根据单体)的三氯甲烷溶液混合成1∶2的体积比,并把所混合的溶液在20℃的纯水上展开。接着,把表面压力提到10mN/m以形成PD-OA和PIBM的1∶2的混合物的单分子膜。在保持该表面压力期间,已经用六甲基二硅氮烷进行处理而具有了疏水性的玻璃衬底沿着与单分子膜正交的方向以2mm/sec.的速率浸没并以相同速率拉起,以在玻璃衬底上形成两LB薄膜层的PA-OA和PIBM(=1∶2)的混合物。反复进行浸没/拉起循环以制成200LB薄膜层的PA-OA和PIBM(=1∶2)的混合物。
借助商业上实用的UV/O3灰化装置,在O3气氛中用紫外线依次地照射所制的样品两个小时,在紫外线照射期间不加热衬底并且氧气流动率为0.5L/min。在该处理阶段,由四端子方法决定了每单位表面积薄膜的电阻,发现其不低于109Ω/cm2。
此后,严格地按例12(在大气中300℃下保持12分钟)处理样品以制成氧化钯(PdO)薄膜。每单位表面积氧化钯薄膜的电阻是2×104Ω/cm2。
(例28)
除了用在氮气氛中代替空气来进行热处理之外,严格地按照例子20来制备本例子中的样品。
未用UV/O3处理的样品和在UV/O3中暴露0.5小时的样品被发现已经变污,在一定程度上他们的薄膜层已经损坏了。而暴露在UV/O3中1小时的样品特别是沿着边缘具有由聚集和熔化所产生的不均匀部分。在其余的样品(进行了1.5小时以上的UV/O3照射)上未观察到聚集和熔化的征兆,因而他们是均匀的薄膜。
而暴露在UV/O3中1.5小时以上的所有样品所呈现的每单位表面积电阻都不高于2×103Ω/cm2。借助XD技术确定Pd,得到相对于PdO的晶格平面(110)的平面间隙的峰值(2.39)。
(例29)
把由下式(12)所表示的聚酰胺酸的甲酯的DMAC溶液(浓度:2mmol/L,以单体的形式)和醋酸钯的三氯甲烷溶液(浓度:40mmol/L)混合成20∶1的比例(V/V)(以这种方式所制备的混合物在下文称为混合物I)。
通过施加以1,000rpm的转速的旋转保持30秒而在具有1英寸直径的硅片上形成混合物I的薄膜。
样品按顺序地在电炉中以150℃加热30分钟然后以300℃加热30分钟。通过IR光谱得以确认:样品是由聚酰亚胺和氧化钯制成。
(例30) (13)
把由下式(14)所表示的聚酰胺酸的十八烷基酯的DMAC溶液(浓度:2mmol/L,以单体形式)和醋酸钯的三氯甲烷溶液(浓度:40mmol/L)混合成20∶1的比例(V/V)(以该方式制备的混合物在下文被称为混合物II)。
通过下述的LB技术在具有1英寸直径的硅片上形成混合物II的薄膜。
在20℃的纯水表面上扩散混合物II的DMAc-三氯甲烷混合溶液(20∶1),然后把表面压力提高到20mN/m以在纯水形成混合物II的单分子膜。在保持表面压力期间,借助氟化氢去掉了自然氧化表面层的硅片(直径:1英寸)沿着与单分子膜正交的方向以6mm/min的速率浸没并以相同的速率拉起,以在硅片上形成两层LB薄膜层的混合物。重复进行浸没/拉起循环以制成20层LB薄膜层的混合物II。
然后在减压下以300℃在电炉中把样品加热30分钟。此后,把压力提高到大气压(用空气代替)并且以350℃加热样品15分钟。通过IR光谱确认:样品由聚酰亚胺和氧化钯制成。所获得的样品的导电率是7×10-8S/cm。
(例31)
严格按照例30来制备具有20层的混合物II的LB薄膜,在氮气氛中以300℃加热样品30分钟。由IR光谱确认:样品由聚酰亚胺和氧化钯制成。所获得的样品的导电率是5×10-7S/cm。
(例32)
严格按照例30在硅片上制备具有20层混合物II的LB薄膜。
然后把样品浸没在吡啶、醋酸酐和苯(体积比为1∶1∶10)的混合溶剂中12小时,用于进行酰亚胺化和从钯组份中消除配合基。由IR光谱确认:样品由聚酰亚胺和氧化钯制成。所获得的样品的导电率为6×10-7S/cm。
(例33)
把由式(12)所表示的聚酰胺酸的甲酯的DMAC溶液(浓度:2mmol/L,以单体形式)和(十二烷基胺)醋酸钯的三氯甲烷溶液(浓度:40mmol/L)混合成20∶1的比例(V/V)(以该方法制备的混合物在下文被称为混合物III)。
通过下文所述的LB技术在具有1英寸直径的硅片上形成混合物III的薄膜。
在20℃的纯水表面上展开混合物III的DMAc-三氯甲烷混合溶液(20∶1),并把表面压力提高到20mN/m以在纯水中形成混合物III的单分子膜。在保持该表面压力期间,使已经由氟化氢消除了自然氧化表面层的硅片(直径:1英寸)沿着与单分子膜正交的方向以10mm/min的速率浸没并以相同的速率拉起,以在硅片上形成两LB薄膜层的混合物III。反复进行该浸没/拉起循环以制成20层LB薄膜的混合物III。
然后,在减压下在电炉中以300℃把样品加热30分钟。此后,把压力提到大气压(用空气代替)并且以350℃把样品加热15分钟。由IR光谱确认:样品由聚酰亚胺和氧化钯制成。所获得的样品的导电率是8×10-8S/cm。
(例34)
以下述方式制备液晶校正膜。
如图2所示,通过活性溅射在一对玻璃衬底1上把ITO淀积到120nm厚以作为透明电极2,并清洗该淀积层使其暴露在六甲基二硅氮烷蒸汽中以获得表面疏水性。
然后把由下式(15)所表示的聚酰胺酸的甲酯的DMAc溶液(浓度:2mmol/L,以单体的形式)和醋酸钯的三氯甲烷溶液(浓度:40mmol/L)混合成20∶1(V/V)(以该方法所制备的混合物在下文中称为混合物IV)。
借助以2700rpm转速的旋涂保持20秒而在具有一英寸直径的硅片上形成混合物IV的薄膜。所制成的薄膜为3nm厚。
在具有氮气氛的电炉中以300℃把所获得的样品加热30分钟,以制成钯和由下式(16)所表示的聚酰亚胺的液晶校正膜膜3。液晶校正膜膜(3)的表面经过摩擦处理(降低:0.4mm、1000rpm、速度12mm/sec.)。
在作为隔板4的一个衬底上喷涂具有1.5μm的平均粒径的氧化铝颗粒,然后把衬底放在一起形成液晶单元,以使衬底的摩擦方向相对地布置成相互平行,并且呈现出相对于平面内方向(垂直摩擦)的10°的程度。
以各向同性相作为主要成份的铁电净化液晶CS-1014(商业名称,可由Chisso Co.,Ltd获得)的铁电液晶5的混合物被注入已排空的单元,然后以0.5℃/小时的速率逐渐冷却,以制成具有图2所示的构型的液晶器件。
用一对Cross Nicol偏振光镜夹住液晶器件,通过施加各种不同的电压并观察透射光线的强度来对其性能进行测试。首先,施加具有-20V的波高、100μsec.的脉冲宽度的复位脉冲电压以使整个器件表面变暗(被称为0%透射率的状态),然后施加具有20μsec.的脉冲宽度的写入脉冲电压。在施加写入脉冲电压之后,观测到26.7sec.的透射率。
然后,逐渐提高写入脉冲电压的波高直到整个器件表面变白(被称为100%透射率的状态)为止,以获得图3(带O和实线)所示写入脉冲电压的波高和透射率(V-T特性)之间的关系。接着,逐渐降低写入脉冲电压的波高直到整个器件表面变暗为止,以获得图3(带X)所示的关系。从图3可清楚看出,提高和降低写入脉冲电压的波高的滞后环非常小,则证明了:液晶器件可以对光度进行良好控制。
在施加写入脉冲电压之后的延迟(光学响应的)小于0.1秒,并且余象现象不明显。
虽然在本例中使用钯,但能够用于本发明的金属并不仅限于此,可以从Ru、Ag、Cu、Cr、Tb、Cd、Fe和Zn中任选。同样,除了铁电液晶器件之外的液晶器件如TN和STN器件也可用于本发明。形成液晶校正层的方法也并不仅于本例中所用的这一种,也可以使用LB方法。
(例35)
具有如图4A和4B所示构型的表面传导电子发射器件以下述方式制备。
一石英衬底被用于样品的绝缘衬底1。在用一种有机溶剂对其进行彻底清洗之后,形成一对Pt电极4、5。这对器件电极被分开3μm的距离L并具有500μm的宽度W和300的厚度d。
然后,按例4制备80层的PA-DDA/CHCl3从而在支承器件电极的整个衬底上形成为导电薄膜3。在用UV/O3照射衬底30分钟之后,把衬底加热到80℃,通过在大气压下在干净的烘箱中以300℃将其烘焙10分钟而在衬底上形成氧化钯(PdO)细小颗粒(具有60的平均粒径)的薄膜。细小颗粒的薄膜具有0.02μm的膜厚和2×104Ω/□的每单位表面积电阻。
通过施加一OMR保护层在薄膜的指定表面积上形成具有300μm×200μm尺寸的覆盖层,然后使其经过Ar气干刻蚀工艺以清除其余面积上的PdO细小颗粒。然后,用UV/O3灰化法清除保护层以制成导电薄膜3。
接着,在电成形处理中给器件电极4、5施加一电压,以使器件在导电膜上形成电子发射区2。图7A表示用于电赋能形成工序的电压波形。在图7A中,T1和T2分别代表所加脉冲电压的脉冲宽度和脉冲间隔,在该例子中它们分别是1毫秒和10毫秒。所加脉冲电压的波高(用于形成处理的峰值电压)是5V,成形处理在10-6乇下持续60秒。
在上述配置中,在图8所示的测定系统中,观察电子发射器件的样品的电子发射性能。在上述观测中,阳极和电子发射装置之间的距离H是4mm,阳极54的电位是1KV,在整个测量处理中,该系统的真空室中的真空度保持在1×10-6乇。当器件电压Vf变到8V那么高时,发射电流Ie开始迅速增加,当器件电压升到14V时可观测到2.0mA的器件电流Ie和1.0μA的发射电流,从而证明了η=Ie/If(%)=0.05%的电子发射效率。
(例36)
在该例中,通过加入由使用与例35相同的表面传导电子发射器件所实现的电子源来制成成象装置。
图16是电子源的局部平面图。图17是沿线17—17而视的局部截面图。与图10相同的部份用相同的标号代表。在图16和17中,标号141代表层间绝缘层,标号142代表用于使器件电极5同相应下导线(X方向导线)电连接的连接孔。
首先,通过参照图18A至18H来说明制备电子源的步骤,图18A至18H分别对应下列步骤a至h。
步骤a:在彻底清洗钠钙玻璃衬底1之后,通过真空淀积顺序地分别敷以50和6000厚度的Cr和Au,然后通过使用施涂机的旋转涂敷在其上形成抗光蚀剂(AZ1350SF:由Hoechst公司获得),并进行烘焙。然后对光掩膜图象进行曝光并显影以制成用于下导线102的保护层图形,然后湿刻蚀该积淀的Au/Cr薄膜以制成具有所需形状的下导线102。
步骤b:通过RF溅射形成厚度为0.5μm的氧化硅薄膜作为层间绝缘层141。
步骤c:制备抗光蚀剂图形,用于在步骤b中所淀积的氧化硅薄膜中形成连接孔142,使用抗光蚀剂图形作为一个掩膜,通过刻蚀层间绝缘层141形成连接孔142。使用CF4和H2气的RIE(反应式离子刻蚀)被用于刻蚀处理。
步骤d:然后,形成抗光蚀剂(RD—2000N—10:从HitachiChemical Co.,Ltd.得到)的图形作为器件电极对和隔开各对电极的间隙,然后通过真空淀积顺序地在其上分别淀积厚度为50和1000的Ti和Ni。用一种有机溶剂溶解抗光蚀剂图形,并使用剥离技术来处理Ni/Ti淀积膜,以制成相互隔开3μm距离(L)的器件电极对,每个电极对具有300μm的宽度。
步骤e:在器件电极4、5上形成抗光蚀剂图形作为上导线(Y方向导线)103之后,通过真空淀积按顺序淀积出厚度分别为50和5000的Ti和Au,然后利用剥离技术清除不需要的部分以制成具有所需形状的上导线103。接着,制备用于在除连接孔142之外的面积上涂敷保持层的图形,接着通过真空淀积法按顺序地分别淀积出厚度为50和5000的Ti和Au,然后利用剥离技术清除不需要面积以充满连接孔。
步骤f:用例子35所述方法在衬底的整个表面上形成PdO细小颗粒薄膜。
步骤g:形成用于带OMR保护层的导电薄膜的图形。
步骤h:使用Ar气把未用步骤g中的图形所覆盖的PdO细小颗粒薄膜的面积刻蚀掉,然后用UV/O3灰化处理清除保护层。
以上述方式在相同的和单个的衬底上制备大量的表面传导电子发射器件,但他们尚未经过成形工序处理,并且检测器件的电阻而发现:器件电阻上的偏差小于用现有方法所制备的比较器件的三分之一。
接着,把还未经过电成形工序处理的电子源衬底1坚固地安装到背板111上,然后,通过在其间插入支承框架112而把面板116(通过在玻璃衬底113的内表面上形成荧光膜114和金属后背113所制备)布置在电子源1上方5mm处。把熔化的玻璃涂敷在面板116、支承框112和背板111的连接区域上,然后在大气中以400℃焙烧10分钟,从而结合在一起成为牢牢的密封条件。借助熔化的玻璃,电子源衬底1也牢固地同背板111相结合。
在该例中使用由以石墨作为主要成份的通用材料所制成的黑色条和条状荧光体。通过淤浆技术把荧光体涂敷到玻璃衬底113上。
金属后背115被正常地布置在荧光膜114的内表面上。在本例子中,通过在已经过平滑处理(镀膜)的荧光膜88的内表面用真空淀积法制成Al膜来制备金属后背。为了改善荧光膜114的导电率,面板116可以附加地装备紧靠着荧光膜114外表面布置的透明电极,但由于结果表面金属后背115具有足够的导电性所以在本例中没有使用这样的电极。
然后用排气管(未表示出)和抽气泵来把所制备的玻璃容器抽成真空,以在该容器内获得足够的真空度。然后,如实施例35那样,使布置在衬底上的每个电子发射器件的导电膜经过电成形处理,其中通过外接端子Dox1和Doxm和Doy1至Doyn把电压加到电子发射器件的器件电极上,以在每个导电薄膜中形成电子发射区域。
然后通过用气体燃烧器对其加热来密封排气管,以获得牢牢密封的壳体118,其保持在10-7乇的真空度下。
最后,为了在玻璃容器内保持高真空度,进行吸气剂处理。
把外接端子Dox1至Doxm和Doy1至Doyn以及显示屏的高压端Hv分别连接到驱动系统中,以完成制备成象装置的工程。通过从外接端子Dox1至Doxm和Doy1至Doyn把电压加到每个电子发射器件上来使完成后的成象装置工作,从而使电子发射器件发射电子。同时,从高压端Hv给金属后背115或透明电子二极管(未表示出)施加几KV以上的高电压,来使电子束加速,从而使其同荧光膜114碰撞,其依次被赋能,发射光从而显示出优质的图象,与任何现有成象装置相比,该图象具有优良和均匀的质量。
(例37)
图19是通过使用显示屏来构成显示装置的方框图,该显示屏是由使用例子36的表面传导电子发射器作为电子束源所制备的,并被布置成能够提供来自包括电视传送和其他图象源的信息的各种源的可视信息。
在图19中,表示出:显示屏190、显示屏驱动器171、显示屏控制器172、多路调制器173、译码器174、输入/输出接口175、CPU176、图象发生器177、图象输入存储器接口178,179,180、图象输入接口181、电视信号接收器182、183和输入单元184。
如果显示装置被用于接收由视频和音频信号所构成的电视信号,就要求一些电路、扬声器和其他装置与附图所示电路一起来进行接收、分离、再生、处理和存储音频信号。但是,考虑到本发明的范围,在此省略了这些电路和装置。
现在说明装置的各个部件,按照图象信号流过的顺序。
首先,TV信号接收器183是一个用于接收通过使用电磁波和/或空间光学通信网的无线传输系统所发射的TV图象信号的电路。所要使用的TV信号制式并不仅限于一种特定的,例如NTSC、PAL和SECAM等各种制式都能在其中使用。由于其能被用于包括大量像素的大型显示屏190,因而其尤其适合于包含大量扫描线(典型的例如MUSE制式的高清晰度TV制线)的TV信号。由TV信号接收器所接收的TV信号被传送给译码器。
TV信号接收器183是一个用于接收通过使用同轴电缆和/或光纤的有线传输系统所传输的TV图象信号的电路。与TV信号接收器182一样,所用的TV信号制式并不仅限于特定的一种,由该电路所接收的TV信号被传送给译码器。
图象输入接口181是一个用于接收从例如TV摄像机或图象拾取扫描器的图象输入器件所传送来的图象信号的电路。其也把所接收的图象信号传送给译码器174。
图象输入存储器接口180是一个用于接收存储在录象机(以下称为VTR)中的图象信号的电路,所接收的图象信号也被传送给译码174。
图象输入存储器接口179是一个用于接收存储在视盘中的图象信号的电路,所接收的图象信号也被传送给译码器174。
图象输入存储器接口178是一个用于接收存储在这样一种装置中的图象信号的电路,所述装置用于存储静止图象数据,例如所谓静止盘。所接收的图象信号也被传送给译码器174。
输入/输出接口175是一个用于把显示装置和外部输出信号源例如计算机、计算机网络或打印机连接起来的电路。其对图象数据和字符和图形上的数据进行输入/输出处理,如果合适的话,也对显示装置的CPU176和外部输出信号源之间的控制信号和数字数据进行处理。
图象生成电路177是一个电路,用于根据从外部输出信号源通过输入/输出接口175输入的图象数据和字符及图形上的数据或来自CPU176的数据在显示屏上生成所要显示的图象数据。
该电路包括:用于存储图象数据和字符与图形上的数据的可写存储器、用于存储对应的给定的字符码的图象图形的只读存储器、用于处理图象数据的处理器和用于生成屏幕图象所需的其他电路部分。
由图象生成电路177所发生的用于显示的图象数据被送入译码器174,如果合适,他们也可通过输入/输出接口175被送入外部电路如计算机网络或打印机等。
CPU176控制显示装置并对将要在显示屏上显示的图象进行生成、选择和编辑处理。例如,对于将要在显示屏上显示的图象,CPU176送给多路调制器173控制信号并适当地选择或合成信号。在此同时,其产生用于显示屏控制器172的控制信号,并以图象显示频率、扫描方式(即,隔行扫描或非隔行扫描)、每帧的扫描线数等等的形式来控制显示装置的工作。
CPU176也直接给图象生成电路177发出图象数据和字符与图形上的数据,并通过输入/输出接口175进入外部计算机和存储器,以获得外部图象数据和字符与图形上的数据。CPU176也可以专门设计成象个人计算机或文字处理机一样,参与包括发生和处理数据的工作的显示装置的其他工作。CPU176也可以通过输入/输出接口175同外部计算机网络相连以执行计算和其他工作,同其协同工作。
输入单元184被用于通过操作者给CPU176传送指令、程序和数据。事实上,其可以从各种输入装置例如键盘、鼠标器、操纵棒、条形码阅读器和语音识别装置及其他们的组合中任意选择。
译码器174是一个电路,用于通过所述电路177至183把各种图象信号输入变换成用于三原色、亮度信号和I与Q信号的信号。最好,译码器174包括由图19中虚线所表示的图象存储器,用于处理电视信号,例如需要用于信号变换的图象存储器的MUSE制式的那些信号。
所提供的图象存储器也便于静止图象的显示和一些诸如淡出、插入、放大、缩小、合成及编辑等处理,而上述处理要由译码器174与图象生成电路177和CPU176一同来进行。
多路调制器173被用于根据由CPU176所给出的控制信号适当地选择要在显示屏上显示的图象。换句话说,多路调制器173选择来自译码器174的某些变换后的图象信号,并把其送入驱动电路171。其也能把显示屏分成许多帧,在显示一帧的时间周期内,通过从一组图象信号转换为另一组图象信号而同时显示不同的图象。
显示屏控制器172是一个电路,用于根据从CPU176传送的控制信号来控制驱动电路171的工作。其中,为了确定显示屏190的基本工作,其给驱动电路171传送信号以控制用于驱动显示屏的电源(未表示出)的工作次序。为了确定驱动显示屏90的方式,其也向电路171传送信号以控制图象显示次序和扫描方法(即,隔行扫描或非隔行扫描)。如果合适,其也给驱动电路171传送信号以亮度、对比度、色调和清晰度的形式来控制将要显示在显示屏上的图象质量。
驱动电路171是一个用于产生加到显示屏190上的驱动信号的电路。其根据来自所述多路调制器173的图象信号和来自显示屏控制器172的控制信号而工作。
根据本发明并具有上述及图19所示构型的显示装置,能够在显示屏190上显示来自各种图象数据源的各种图象。特别是,例如电视图象信号这样的图象信号可以由译码器174进行变换并在送入驱动电路171之前由多路调制器173进行选择。
另一方面,显示控制器172产生控制信号,用于根据作为将要在显示屏190上显示的图象的图象信号来控制驱动电路171的工作。驱动电路171则根据图象信号和控制信号把驱动信号提供给显示屏190。这样,图象显示在显示屏190上。所有上述工作都由CPU176以协调方式进行控制。
上述显示装置不但能选择和显示大量输入图象中的特定图象,而且也能进行下列各种图象处理工作:放大、缩小、旋转、加框、淡出、插入、变色及改变图象的纵横比和下列各种编辑工作:合成、清除、连接、代换和插入图象,通过在译码器174、图象生成电路177和CPU176中加入图象存储器来提供这些功能。虽然相对于上述实施例没有描述,但能提供专用于音频信号处理和编辑工作的附加电路。
这样,根据本发明和具有上述构型的显示装置,具有广泛的各种工业和商业用途,这是因为其能作为:用于电视广播的显示装置、用于电视电话会议的终端装置、用于静止和活动画面的编辑装置、用于计算机系统的终端装置、例如文字处理机那样的OA设备、游戏机以及许多其他方面。
不言而喻,图19仅仅表示出显示装置的构型的一个例子,该显示装置包括带有通过布置大量表面传导电子发射器件所制备的电子源的显示屏,本发明并不仅限于此。例如,可以省去图19中那些对特定用途不需要的电路部分。
相反,也可以根据用途在其中配置附加组件。例如,如果本发明的显示装置被用于电视电话,其可以相应地包括一些附加组件,例如,电视摄像机、话筒、照明设备和包括调制解调器的传输/接收电路。
因为本身包括表面传导电子发射器件的电子源不需要太大的深度,则本发明的成象装置可以作得很平。另外,显示屏可以作得非常大并且具有增强的亮度和宽的视角,使其能够显示生动鲜艳的图象。
如上所述详细描述的那样,本发明提供一种材料,用于形成具有均匀薄膜厚度和包括导电率的优越电特性的导电薄膜,本发明也提供了其制造方法。这样,就提供了一种包括表面传导电子发射器件的电子源,通过使用这种导电薄膜来制备上述器件以形成电子发射区域并能够使电子发射均匀地进行,成象装置采用了这种电子源。
其次,本发明中用于形成导电薄膜的材料也可以用作为用于形成液晶校正薄膜的材料,该薄膜也具有均匀的膜厚度和所需的包括导电率的电性质,即使薄膜厚度非常小。使用本发明的导电薄膜的液晶器件克服了不均匀显示特性、很大的滞后现象及一些其他问题,从而提供了高质量的使用液晶的显示装置。
Claims (47)
1.一种用以制成导电薄膜的材料,其特征在于所述材料是由金属和疏水与亲水成分组成。
2.按照权利要求1的用以制成导电薄膜的材料,其中所述疏水成分具有烷基或链烯基团,和所述亲水成分具有羰基或氨基团。
3.按照权利要求1的用以制成导电薄膜的材料,其中它包括一化合物,该化合物在一分子中包含疏水和亲水成分。
4.按照权利要求3的用以制成导电薄膜的材料,其中所述化合物是一种金属有机化合物。
5.按照权利要求4的用以制成导电薄膜的材料,其中所述金属有机化合物是一种由通式(1)表示的金属有机复合物:
(R1COO)nM(NR2R3R4)m …(1)[其中R1表示烷基,R2,R3和R4的每个表示氢原子,烷基或链烯基团,M表示一金属元素和m和n各表示等于或大于1的整数]
6.按照权利要求5的用以制成导电薄膜的材料,其中所述的金属有机复合物中,R1表示具有1至4碳原子的烷基,R2,R3和R4的每个表示氢原子或具有1至30碳原子的烷基或链烯基团,条件是至少R2,R3和R4中的一个具有等于或大于18个碳原子,并且R2,R3和R4的碳原子总数等于或大于18,m和n的每个表示1和4之间的整数。
7.按照权利要求3的用以制成导电薄膜的材料,其中所述化合物由通式(2)表示:R5COOH …(2)[其中R5表示具有18至30碳原子的烷基或链烯基团]。
8.按照权利要求7的用以制成导电薄膜的材料,其中它进一步包含一金属有机化合物。
9.按照权利要求3的用以制成导电薄膜的材料,其中所述化合物是一聚合物。
10.按照权利要求9的用以制成导电薄膜的材料,其中它进一步包含一金属有机化合物。
11.按照权利要求9的用以制成导电薄膜的材料,其中所述聚合物是聚酰胺酸酯。
12.按照权利要求11的用以制成导电薄膜的材料,其中所述聚酰胺酸酯包含具有8至30个碳原子的烷氧羰基。
13.按照权利要求1的用以制成导电薄膜的材料,其中所述金属选自Pd,Ru,Ag,Cu,Cr,Tb,Cd,Fe,Pb和Zn。
14.一种制造导电薄膜的方法,它包括将用以制成导电薄膜的材料涂敷到衬底上并加热该材料的步骤,其中所述用以制成导电薄膜的材料是按照权利要求1至13的任一个材料。
15.按照权利要求14制造导电薄膜的方法,其中它进一步包括用紫外线照射所述涂敷的材料的步骤。
16.按照权利要求15制造导电薄膜的方法,其中所述紫外线照射是在有O3的情况下进行的。
17.一种制造电子发射器件的方法,该器件提供有导电薄膜,它包括电子发射区,其特征在于它包括制造含有电子发射区的所述导电薄膜的步骤,并且所述步骤是采用按照权利要求14制造导电薄膜的方法而完成的。
18.按照权利要求17制造电子发射器件的方法,其中它进一步包括用紫外线照射所述涂敷的材料的步骤。
19.按照权利要求17制造电子发射器件的方法,其中所述紫外线照射是在O3存在的情况下进行的。
20.一种制造电子源的方法,该电子源是由许多电子发射器件组成,每个器件提供有含电子发射区的导电薄膜,其特征在于所述电子发射器件是由按照权利要求17至19的任何方法而制造的。
21.一种制造成象装置的方法,该装置是由电子发射器件和成象元件组成,每个器件提供有含电子发射区的导电薄膜,其特征在于所述电子发射器件是由按照权利要求17至19的任何方法而制造的。
22.一种制造导电薄膜的方法,它包括将用以制成导电薄膜的材料涂敷到衬底上并加热该材料的步骤,其中将所述用以制成导电薄膜的材料涂敷到所述衬底上的处理包括在所述衬底上制成用以制成导电薄膜材料的单分子薄膜的步骤。
23.按照权利要求22制造导电薄膜的方法,其中它进一步包括用紫外线照射所述单分子薄膜的步骤。
24.按照权利要求23的制成导电薄膜的方法,其特征是,在O3存在下进行所述紫外线照射。
25.按照权利要求22至24中任一项的制成导电薄膜的方法,其特征是,用于形成导电薄膜的所述材料包括金属和疏水与亲水成分。
26.一种制造带有包括电子发射区的导电薄膜的电子发射器件的方法,其特征在于,它包括形成具有电子发射区的导电薄膜的步骤,所述步骤由按照权利要求22的形成导电薄膜的方法来实行。
27.按照权利要求26的制造电子发射器件的方法,其特征是,它进一步包括用紫外线照射所述涂敷材料的步骤。
28.按照权利要求27的制成导电薄膜的方法,其特征是,在O3存在下进行所述紫外线照射。
29.按照权利要求26至28中任一项的制造电子发射器件的方法,其特征是,用于制成导电薄膜的所述材料包括金属和疏水及亲水成分。
30.一种制造由许多电子发射器件组成的电子源的方法,其中每个电子发射器件都具有包括电子发射区的导电薄膜,其特征是,由按照权利要求26至28中任一项的方法来制造所述电子发射器件。
31.按照权利要求30的制造电子源的方法,其特征是,用于制成导电薄膜的所述材料包括金属和疏水及亲水成分。
32.一种制造由电子发射器件和成象部件组成的成象装置的方法,其中每个电子发射器件都具有包括电子发射区的导电薄膜,其特征在于,用按照权利要求26至28中任一项的方法来制造所述电子发射器件。
33.按照权利要求32的制造成象装置的方法,其特征是,用于制成导电薄膜的所述材料包括金属和疏水及亲水成份。
34.一种制造液晶校正膜的方法,其包括把用于形成导电薄膜的材料涂敷到衬底上并对该材料进行加热的步骤,其特征在于,用于制成导电薄膜的所述材料是按照权利要求1至13任一项的材料。
35.按照权利要求34的制成液晶校正膜的方法,其特征是,它进一步包括用紫外线照射所述单分子膜的步骤。
36.按照权利要求34的制成液晶校正膜的方法,其特征是,在O3存在下进行这种紫外线照射。
37.一种制造具有液晶校正膜的液晶显示装置的方法,其特征在于,它包括形成液晶校正膜的步骤,并且用按照权利要求34的方法来实施所述步骤。
38.按照权利要求37的制造液晶显示装置的方法,其特征是,它进一步包括用紫外线照射所述单分子膜的步骤。
39.按照权利要求38的制造液晶装置的方法,其特征是,在O3存在下实施所述紫外线照射。
40.一种制成液晶校正膜的方法,其包括把用于形成导电薄膜的材料涂敷到衬底上并对该材料进行加热的步骤,其特征在于,把用于制成导电薄膜的所述材料涂敷到所述衬底上的工艺包括在所述衬底上形成用于形成导电薄膜的所述材料的单分子膜的步骤。
41.按照权利要求40的制成液晶校正膜的方法,其特征是,它进一步包括用紫外线照射所述单分子膜的步骤。
42.按照权利要求41的制成液晶校正膜的方法,其特征是,在O3存在下实施所述紫外线照射。
43.按照权利要求40至42中任一项制成液晶校正膜的方法,其特征是,用于形成导电薄膜的材料包括金属和疏水与亲水成份。
44.一种制造包括液晶校正膜的液晶显示装置的方法,其特征在于,它包括形成液晶校正膜的步骤,并且用按照权利要求40的方法来实施所述步骤。
45.按照权利要求44的制造液晶显示装置的方法,其特征是,它进一步包括用紫外线照射所述单分子膜的步骤。
46.按照权利要求45的制造液晶显示装置的方法,其特征是,在O3存在下进行所述紫外线照射。
47.按照权利要求44至46任一项的制造液晶显示装置的方法,其特征是,用于形成导电薄膜的所述材料包括金属和疏水及亲水成分。
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