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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronen emittierendes Element,
das Elektronen unter Anwendung des Phänomens der Elektronen-Emission im
elektrischen Feld mach, und betrifft eine Bild-Anzeige-Vorrichtung,
die Gebrauch von einem derartigen Elektronen emittierenden Element
macht. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine dünne Bild-Anzeige-Vorrichtung,
wie sie beispielsweise in audiovisuellen Anlagen verwendet wird.
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Bis
jetzt werden hauptsächlich
Kathodenstrahl-Rohre (cathode ray tubes; CRTs) für Anzeigen (Bild-Anzeige-Vorrichtungen)
wie beispielsweise Farbfernseh- oder Computermonitore verwendet.
Jedoch gibt es seit jüngerer
Zeit einen Bedarf für
immer kleinere, leichtere und dünnere
Bild-Anzeige-Vorrichtungen, und die Entwicklung neuer dünnerer Bild-Anzeige-Vorrichtungen
floriert.
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Diese
Situation hat zu Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für einige
Arten von dünnen Bild-Anzeige-Vorrichtungen
geführt,
und von diesen blüht
insbesondere die Entwicklung von Flüssigkristall-Anzeigen und Plasma-Anzeigen.
Flüssigkristall-Anzeigen finden Anwendung
in vielen Produkten wie beispielsweise tragbaren Computern, tragbaren Fernsehgeräten, Videokameras
und Fahrzeug-Navigations-Systemen. Plasma-Anzeigen finden Anwendung
in Produkten wie beispielsweise 20 in oder 40 in großen Anzeigen
bzw. Displays.
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Jedoch
haben Flüssigkristall-Anzeigen
bzw. Displays das Problem, dass ihr Sicht-Winkel schmal ist und ihre Response-Zeiten
langsam sind, während Plasma-Display-Vorrichtungen das
Problem haben, dass sie kaum eine hohe Brillanz erreichen können und
ihr Energieverbrauch groß ist.
Als dünne
Bild-Anzeige-Vorrichtungen, die diese Probleme lösen, fanden Bild-Anzeige-Vorrichtungen
weit verbreitete Beachtung, die von dem sogenannten „Feld-Emissions"-Phänomen Gebrauch
machen, bei dem Elektronen bei regulären Temperaturen in einem Vakuum emittiert
werden (solche Vorrichtungen werden im folgenden als „FEDs" bezeichnet). Ein
derartiges FED ist selbstemittierend, so dass ein breiter Sicht-Winkel und
eine hohe Brillanz erreicht werden können. Darüber hinaus ist ihr Grundprinzip
(Verwendung eines Elektronenstrahls, um zu bewirken, dass ein Phosphorlicht
emittiert) dasselbe wie in herkömmlichen Kathodenstrahl-Rohren,
so dass ein Bild mit hoher Farb-Reproduzierbarkeit natürlich gezeigt
werden kann.
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Als
Elektronen emittierende Elemente für die FEDs wurden beispielsweise
Elektronen emittierende Elemente des Mikrochip-Typs des Spindt-Typs, oberflächenleitende
Elemente, die auf einem dünnen Metall-Film
oder einen dünnen
Oxid-Film gebildet sind, und Elektronen emittierende Elemente des MIM-Typs
(oder ähnlich
aufgebaute Elektronen emittierende Elemente) vorgeschlagen.
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In
den jüngst
zurückliegenden
Jahren haben Materialien auf Kohlenstoff-Basis wie Diamant, Graphit,
DLC (diamond-like carbon, Diamant-artiger Kohlenstoff) und Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine breite
Aufmerksamkeit als Elektronen emittierende Materialien zur Herstellung
von Elektronen emittierenden Elementen erlangt.
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Ein
derartiges Elektronen emittierendes Element ist beispielsweise offenbart
in den japanischen Patentanmeldungen Tokkai Hei 10-149,760 und Tokkai
Hei 10-12124.
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Die 8 und 9 sind schematische Querschnittszeichnungen
eines ersten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements (siehe Tokkai Hei 10-149,760).
Das Elektronen emittierende Element in 8 wird
hergestellt durch Aufbringen von gereinigten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101,
die durch Bogenemission hergestellt werden, auf ein Träger-Substrat 102,
das aus einem synthetischen Harz hergestellt wurde (8A),
und anschließendes
Aufbringen eines Resists und Bilden eines Musters in Übereinstimmung
mit dem Layout der Elektronen emittierende Abschnitte 103 durch
Lithographie, so dass Elektronen emittierende Abschnitte 103,
die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 bestehen,
auf dem Träger-Substrat 102 gebildet
werden (8B). In diesem Fall liegen die
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 auf
dem Träger-Substrat 102 übereinander
wie umgefallene Bäume,
wie dies in 9 gezeigt ist.
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Wenn
ein elektrisches Feld an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101, die in
einem Elektronen emittierenden Abschnitt 103 mustermäßig angeordnet
sind, in einem derartigen Elektronen emittierenden Element angelegt
wird, werden von den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 Elektronen
emittiert.
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10 ist
eine schematische Querschnittszeichnung eines zweiten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements (siehe dieselbe Druckschrift Tokkai
Hei 10-149,760).
Das Elektronen emittierende Element in 10 schließt ein:
ein Träger-Substrat 111,
eine Kathoden-Verdrahtungs-Schicht 112, die auf dem Träger-Substrat 111 angeordnet
ist, und einen Elektronen emittierenden Abschnitt 116,
der auf der Kathoden-Verdrahtungs-Schicht 112 angeordnet ist.
Der Elektronen emittierende Abschnitt 116 schließt einen
leitfähigen
konvexen Abschnitt 114, der zu einem Abschnitt einer leitfähigen Material-Schicht 113 ausgebildet
ist, und eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 ein, die
teilweise in der Spitze des leitfähigen konvexen Abschnitts 114 eingelassen
sind.
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Im
folgenden findet sich eine Erklärung
eines Verfahrens zur Herstellung dieses zweiten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements. Zuerst wird ein Substrat eines
Silicium-Einkristalls hergestellt, und ein weibliches Form-Substrat
für den
leitfähigen
konvexen Abschnitt 114 wird durch anisotropes Ätzen gebildet.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 werden
auf diesem konkaven Abschnitt angeordnet, ein leitfähiges Material
wie beispielsweise Wolfram ist oben drauf durch Sputtern abgeschieden,
und ein leitfähiges
Material zum Verdrahten ist oben drauf aufgesputtet. Danach wird
das weibliche Form-Substrat entfernt, was zu einem Elektronen emittierenden
Element führt,
wie es in 10 gezeigt ist.
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In
diesem Elektronen emittierenden Element sind die Elektronen emittierenden
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 an
der Spitze des leitfähigen
konvexen Abschnitts 114 angeordnet, wo ein elektrisches
Feld sich zu konzentrieren neigt, so dass ein großes elektrisches
Feld mit einer geringen Betriebsspannung erzeugt werden kann und
die Elektronen emittierenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 Elektronen
effizient emittieren.
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11 ist
eine schematische Querschnittszeichnung eines dritten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements (Tokkai Hei 10-12,124). Das in 11 gezeigte
Elektronen emittierende Element wird wie folgt gebildet: Zuerst
wird ein Aluminium-Film 122 beispielsweise
durch Dampf-Abscheidung auf einem flachen Glas-Substrat 121 gebildet. Danach
wird der Aluminium-Film 122 gespült, und ein isolierender Film 123 wird
durch einen Anoden-Oxidationsprozess gebildet. Nach diesem Prozess
wird der untere bzw. Bodenabschnitt der Poren 124, die während des
Anoden-Oxidationsprozesses
gebildet wurden, den gesamten Weg bis zu dem Aluminium-Film 122 durch
anisotropes RIE-Ätzen
geätzt.
In einem Elektro-Färbeprozess
wird ein Nickel-Metall-Katalysator 125 in den Poren 124 versenkt,
und es wird schrittweise ein Aufheiz-Prozess bei 1150° C in einer
gemischten Atmosphäre
aus Methangas und Wasserstoff durchgeführt, und so werden Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 erzeugt
und wachsen gelassen. Mit diesen Schritten können die Elektronen emittierenden
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 orientierungsmäßig mit
hoher Präzision
aufgereiht werden und unter Bildung eines Elektronen emittierenden Elements
mit scharfen Spitzen angeordnet werden.
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Mit
einem derartigen Elektronen emittierenden Element können die
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 orientierungsmäßig in Reihe
in einer Form mit scharfen Spitzen angeordnet werden, so dass ein elektrisches
Feld wirksam an dem Elektronen emittierenden Material konzentriert
werden kann, um so ein Elektronen emittierendes Element mit hoher
Effizienz zu erhalten.
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Jedoch
weist das herkömmliche
Elektronen emittierende Element, das in 8 gezeigt
ist, die folgenden Probleme auf: Zu allererst liegen dann, wenn
Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 auf
das Träger-Substrat 102 durch
ein Verfahren wie beispielsweise Drucken aufgebracht werden, deswegen,
weil die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 eine
Stab-artige längliche
Molekular-Form aufweisen, diese übereinander
wie gefallene Bäume,
wie dies in 9 gezeigt ist, wenn sie an dem
Träger-Substrat 102 befestigt sind.
In dieser Situation stellt die Orientierung der Elektronen emittierenden
Kohlen- stoff-Nanoröhrchen 101 das
Problem dar, dass die Spitzen, die höchst wichtig für die Elektronen-Emission
sind, teilweise verborgen sind. So konzentriert sich dann, wenn
eine Spannung an das Elektronen emittierende Element angelegt wird,
das elektrische Feld nicht wirksam, so dass ein effizientes Elektronen
emittierendes Element nicht erhalten wird. Darüber hinaus ist der Prozess,
die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 dazu
zu bringen, eine aufrechte Position in Bezug auf das Träger-Substrat 102 anzunehmen,
indem man sie unter Druck einsetzt oder versenkt, außergewöhnlich schwierig,
um damit jedes einzelne Molekül
der zahllosen Kohlenstoff-Nanoröhrchen 101 aufrecht
auf dem Träger-Substrat 102 stehen
zu lassen.
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Darüber hinaus
sind in dem herkömmlichen Elektronen
emittierenden Element, wie es in 10 gezeigt
ist, bei dem oben beschriebenen Herstellungs-Verfahren die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 auf
einem konkaven Abschnitt angeordnet, und ein leitfähiges Material
ist oben auf diese aufgesputtert, so dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 innerhalb der
Spitze des leitfähigen
konvexen Abschnitts 114 verborgen sind. Damit konzentriert
sich selbst dann, wenn sich das elektrische Feld in dem leitfähigen konvexen
Abschnitt konzentriert, das elektrische Feld nicht ausreichend auf
den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 115 selbst,
so dass ein wirksames Elektronen emittierendes Element nicht erhalten
wird. Darüber
hinaus ist der Schritt zur Ausbildung des leitfähigen konvexen Abschnitts 114 selbst
kompliziert, und es gibt eine Grenze für die Größe des Silicium-Substrats,
so dass dies kein Verfahren ist, das preiswert für große Substrate durchgeführt werden
kann. Darüber
hinaus ist es schwierig, Unregelmäßigkeiten der konvexen Form
zu unterdrücken,
und es gibt Probleme im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Produktionskosten.
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Darüber hinaus
stehen in dem herkömmlichen
Elektronen emittierenden Element, das in 11 gezeigt
ist, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 aufrecht
auf dem Glas-Substrat 121, so dass eine Elektronen-Emission
aufgrund einer elektrischen Feld-Konzentration erreicht werden kann.
Jedoch beginnt sich deswegen, weil die Quelle für die Elektronen-Emission in
dem isolierenden Film 123 verborgen ist, wenn die Elektronen-Emission beginnt,
die Oberfläche
des isolierenden Films 123 elektrisch aufzuladen, was das
elektrische Feld ändert,
so dass eine Elektronen-Emission instabil wird und eine wirksame
Elektronen-Emission nicht erhalten wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 etwas
aus den Poren 124 herausstehen zu lassen, jedoch ist es
schwierig, den Grad des Herausstehens der Kohlenstoff-Nanoröhrchen 126 während des
Schritts des Molekül-Wachstums
zu steuern, und große
Schwankungen treten leicht auf. Darüber hinaus besteht deswegen,
weil dieser Schritt bei Temperaturen oberhalb von 1000° C durchgeführt wird,
das Problem, dass übliche
Glasplatten solchen hohen Temperaturen nicht standhalten, so dass
es Beschränkungen
im Hinblick auf das Material und die Größe der Substrate gibt, was
zu demselben Problem im Hinblick auf Effizienz, Zuverlässigkeit
und Kosten führt,
wie oben angegeben.
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Mit
den oben angesprochenen Problemen des Standes der Technik im Gedanken,
und unter Berücksichtigung
vorteilhafter Eigenschaften bei Verwendung für Bild-Anzeige-Vorrichtungen insbesondere,
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kohlenstoff-Tinte
bereitzustellen, die eine Elektronen emittierende Komponente enthält, und
ein Elektronen emittierendes Element, auf das die Kohlenstoff-Tinte
in einem preiswerten Druck-Schritt aufgebracht wird, der für eine Massen-Produktion
geeignet ist, wobei das Elektronen emittierende Element eine gute
elektrische Feld-Emissions-Effizienz
aufweist, bei niedrigen Betriebsspannungen betrieben werden kann
und in der Lage ist, Elektronen selbst bei einem niedrigen Grad
von Vakuum zu emittieren. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektronen
emittierenden Elements zur Verfügung
zu stellen. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Elektronen emittierendes Element bereitzustellen,
wie es in einer Bild-Anzeige-Vorrichtung verwendet wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hoch auflösende Bild-Anzeige-Vorrichtung
mit hoher Bildqualität
und Effizienz bereitzustellen, die ein derartiges verbessertes Elektronen emittierendes
Element einschließt.
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Um
diese Aufgaben zu realisieren, wird eine erfinderische Kohenstoff-Teilchen-Zusammensetzung bereitgestellt.
Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Kohlenstoff-Tinte gemäß der Erfindung,
die mit einem organischen Bindemittel zu einer Paste verarbeitet
wird, und ein Lösungsmittel
umfasst Kohlenstoff-Teilchen, die einen 6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring
aufweisen, und Träger-Teilchen zum
Tragen der Kohlenstoff-Teilchen bereitzustellen, wobei die Größe der Träger-Teilchen
geringer ist, als die in Längsrichtung
gesehene Länge
der Kohlenstoff-Teilchen.
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Ein
Elektronen emittierendes Element in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird hergestellt durch Aufbringen einer Kohlenstoff-Tinte
auf vorbestimmte Positionen eines Leiters, der mustermäßig auf
ein Substrat aufgebracht ist, wobei die Kohlenstoff-Tinte mit einem
organischen Bindemittel und einem Lösungsmittel zu einer Paste verarbeitet
wird, und die Tinte umfasst (i) Kohlenstoff-Teilchen, die einen
6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring
aufweisen; und (ii) Träger-Teilchen
zum Tragen der Kohlenstoff-Teilchen, worin die Größe der Träger-Teilchen
geringer ist als die in Längsrichtung gesehene
Länge der
Kohlenstoff-Teilchen, und Brennen der Tinte. Wenn die Tinte auf
ein Substrat aufgebracht wird, tragen die Träger-Teilchen einige der Kohlenstoff-Teilchen, so dass
sie einer im wesentlichen aufrechten Orientierung in Bezug auf das
Substrat stehen. In dieser Situation kontaktieren die Träger-Teilchen
die Kohlenstoff-Teilchen
nur an Bereichen der Oberfläche
der Kohlenstoff-Teilchen.
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Bei
der Kohlenstoff-Tinte und dem Elektronen emittierenden Element in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung werden Kohlenstoff-Teilchen, die
einen 6-gliedrigen
Kohlenstoff-Ring aufweisen und als Elektronen emittierendes Material
dienen, zu einer Paste verarbeitet, und zwar mit einem organischen
Bindemittel und einem Lösungsmittel. So
können
sie in speziellen Positionen und speziellem Umfang auf einem Substrat
oder der Kathoden-Verdrahtung unter Verwendung eines preiswerten
Verfahrens wie beispielsweise Drucken, das geeignet für eine Massen-Produktion
ist, aufgebracht werden. Da in dieser Konfiguration Träger-Teilchen eingeschlossen
sind, die die Kohlenstoff-Teilchen tragen, werden die Kohlenstoff-Teilchen
durch die Träger-Teilchen getragen,
so dass sie nicht auf das Substrat fallen und nicht aufeinander
liegen, und viele Kohlenstoff-Teilchen liegen in aufrechter Orientierung
in Bezug auf das Substrat vor. Darüber hinaus zerfallen durch
das Brennen der Tinte nach ihrem Aufbringen das organische Bindemittel
und das Lösungsmittel,
und Kohlenstoff-Teilchen bleiben haftend an dem Leiter auf dem Substrat
zurück.
Darüber hinaus
ist das Kohlenstoff-Material,
das 6-gliedrige Kohlenstoff-Ringe einschließt, ein guter elektrischer Leiter,
und seine Arbeits-Funktion ist so niedrig, dass dann, wenn in einer
Vakuum-Umgebung ein elektrisches Feld an die Kohlenstoff-Teilchen
des Elektronen emittierenden Elements in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung angelegt wird, die Kohlenstoff-Teilchen Elektronen entlang
den Kraft-Linien des elektrischen Feldes emittieren. Da viele Kohlenstoff-Teilchen
sich in einer aufrechten Orientierung in Bezug auf die Substrat-Oberfläche befinden,
neigt ein elektrisches Feld dazu, sich an den Kanten der einzelnen
Kohlenstoff-Teilchen zu konzentrieren, so dass die Emission zahlreicher
Elektronen mit einem schwächeren
elektrischen Feld erreicht werden kann, d. h. einer geringeren Betriebsspannung.
Folglich kann in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ein Elektronen emittierendes Element
mit hoher Elektronen-Emissions-Effizienz
mit einem nicht teueren Verfahren erreicht werden, das für eine Massen-Produktion geeignet
ist, wie beispielsweise durch Drucken, so dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten wird, das in passender Weise für eine Bild-Anzeige-Vorrichtung verwendet
werden kann.
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In
der Kohlenstoff-Tinte und dem Elektronen emittierenden Element in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist die Größe der Träger-Teilchen auf dem Substrat
kleiner als die in Längsrichtung
gesehene Länge
der Kohlenstoff-Teilchen. Bei dieser Konfiguration schließen nach
dem Zeitpunkt, zu dem die Kohlenstoff-Tinte auf – beispielsweise – das Substrat
aufgebracht wurde, die Kohlenstoff-Teilchen die Träger-Teilchen ein; da
jedoch ihre in Längsrichtung
gesehene Länge
größer ist
als die Größe der Träger-Teilchen,
bilden sie keinen Film auf den Träger-Teilchen, so dass es mit
größerer Zuverlässigkeit sichergestellt
werden kann, dass zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen in einer aufrechten Orientierung
auf dem Substrat stehen, auf das sie aufgebracht wurden. Folglich
kann es in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung mit hoher Zuverlässigkeit sichergestellt werden,
dass ein Elektronen emittierendes Element erhalten wird, das Elektronen
emittierende Abschnitte mit hoher Effizienz auf weist, so dass ein
Elektronen emittierendes Element erhalten werden kann, das für eine Bild-Anzeige-Vorrichtung geeignet
ist.
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In
der Kohlenstoff-Tinte und in dem Elektronen emittierenden Element
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Träger-Teilchen
gewählt
sind aus der Gruppe, die besteht aus einem selbst-verbrennbaren
Pulver, das in ein Gas zerfällt,
wenn es erhitzt oder verbrannt wird, und einem thermisch zerfallendem
Schaummittel-Pulver. Mit dieser Konfiguration wird die Tinte gebrannt,
nachdem sie aufgetragen wurde, und nicht nur das organische Bindemittel
und das Lösungsmittel,
sondern auch die Träger-Teilchen
werden zersetzt, so dass nur die Kohlenstoff-Teilchen auf dem Leiter
des Substrats in einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das
Substrat haftend verbleiben. Das Kohlenstoff-Material, das einen
6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring aufweist, ist ein guter elektrischer
Leiter, das Potential des Leiters breitet sich über die gesamte Ansammlung
von Kohlenstoff-Teilchen aus, und das elektrische Feld erreicht
sogar die Leerstellen, nachdem die Träger-Teilchen zersetzt wurden,
so dass die Elektronen-Emissions-Effizienz sogar noch weiter verbessert
werden kann.
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In
der Kohlenstoff-Tinte und in dem Elektronen emittierenden Element
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Zersetzungs-Temperatur des verbrennbaren
Pulvers und die Zersetzungs-Temperatur des thermisch zerfallenden
Schaummittel-Pulvers niedriger ist als die Zersetzungs-Temperatur
des organischen Bindemittels. Bei dieser Konfiguration werden das
verbrennbare Pulver oder das thermisch zerfallende Schaummittel-Pulver
zuerst zersetzt, während
das organische Bindemittel zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen in einer
aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat während des
Brennens hält,
nachdem die Kohlenstoff-Tinte aufgebracht wurde. So kann der Zustand,
in dem zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen in einer aufrechten Orientierung
in Bezug auf das Substrat stehen, auf das sie aufgebracht wurden,
mit besserer Zuverlässigkeit
realisiert werden. Folglich kann es in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung mit besserer Zuverlässigkeit
sichergestellt werden, dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten wird, das Elektronen emittie rende Bereiche mit hoher Effizienz
aufweist, so dass ein Elektronen emittierendes Element erhalten
werden kann, das für
eine Bild-Anzeige-Vorrichtung geeignet ist.
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In
dem Elektronen emittierenden Element in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist es bevorzugt, dass in einer Aggregation bzw. Ansammlung
von Kohlenstoff-Teilchen Leerräume,
die eine Größe im Bereich
von 0,05 bis 5 μm
aufweisen, durch Zersetzen der Träger-Teilchen gebildet werden.
Bei dieser Konfiguration bilden die Kohlenstoff-Teilchen Ansammlungen,
die Leerräume
mit Größen in diesem
Bereich einschließen,
so dass noch mehr Kohlenstoff-Teilchen in einer aufrechten Orientierung
auf dem Substrat stehen, und der Einfluss des elektrischen Feldes
erstreckt sich in das Innere der Ansammlungen, was die Elektronen-Emissions-Effizienz
noch weiter verbessert.
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In
der Kohlenstoff-Tinte und in dem Elektronen emittierenden Element
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kohlenstoff-Teilchen Kohlenstoff-Nanoröhrchen einschließen. Bei
dieser Konfiguration haben die Kohlenstoff-Nanoröhrchen nicht nur eine hohe
Elektronen-Emissions-Effizienz aufgrund ihrer länglichen, stabartigen Molekülform, sondern
es werden in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung viele Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch
die Träger-Teilchen gestützt und
nehmen eine aufrechte Orientierung in Bezug auf das Substrat ein,
an dem sie haften, so dass sich elektrische Felder noch besser an
der Spitze der Kohlenstoff-Nanoröhrchen
konzentrieren, was zu einer noch höheren Effizienz führt. Folglich
kann es in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung mit größerer Zuverlässigkeit
sichergestellt werden, dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten wird, das Elektronen emittierende Abschnitte mit hoher
Effizienz aufweist, so dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten werden kann, das für eine
Bild-Anzeige-Vorrichtung
geeignet ist.
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In
der Kohlenstoff-Tinte und in dem Elektronen emittierenden Element
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kohlenstoff-Teilchen Graphit
einschließen.
Graphit ist ein preiswertes Material, das leicht industriell zu erhalten
ist, jedoch ist seine Effizienz der Elektronen-Emission in einem
elektrischen Feld nicht so gut wie diejenige von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Jedoch werden durch Kombinieren von Graphit mit der vorliegenden
Erfindung zahlreiche Graphit-Teilchen durch die Träger-Teilchen
getragen und können
in einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat, auf
das sie aufgebracht wurden, zum Haften gebracht werden, so dass
elektrische Felder dazu neigen, sich an der Spitze der Graphit-Kristalle
zu konzentrieren, was zu einer höheren
Elektronen-Emissions-Effizienz führt.
Folglich kann in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung mit größerer Zuverlässigkeit
sichergestellt werden, dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten wird, das Elektronen emittierende Abschnitte mit hoher
Effizienz aufweist, so dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten werden kann, das für
eine Bild-Anzeige-Vorrichtung geeignet ist.
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Darüber hinaus
wird dann, wenn Kohlenstoff-Fasern, die zu Graphit-Pulver gemacht
wurden, für
die Kohlenstoff-Teilchen der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
die Direktionalität
der Kohlenstoff-Teilchen-Cluster verbessert, was den Effekt einer
Erhöhung
der Effizienz hat.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Elektronen emittierenden Elements
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte, dass man die
oben beschriebene Kohlenstoff-Tinte wenigstens in eine mit einem
Muster versehene konkave Platte füllt; die Kohlenstoff-Tinte,
die in die mit einem Muster versehene konkave Platte gefüllt wurde,
auf ein Drucktuch überträgt; und
die auf das Druck-Tuch übertragene
Kohlenstoff-Tinte auf ein Substrat überträgt. Mit dieser Konfiguration
kann die Kohlenstoff-Tinte übertragen
und zuverlässig
auf das Substrat oder die Kathoden-Installation aufgebracht werden,
selbst wenn Kohlenstoff-Teilchen, Träger-Teilchen und organisches
Bindemittel mit unterschiedlichen Teilchengrößen in der Kohlenstoff-Tinte gemischt
sind. Darüber
hinaus werden zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen in einer aufrechten
Orientierung in Bezug auf das Substrat aufgebracht, d. h. in demselben
Zustand, in dem die Kohlenstoff-Tinte in die konkave Platte eingefüllt wird.
Als Ergebnis wird in Übereinstimmung
mit dem Herstellungs-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Elektronen emittierendes Element mit Elektronen emittierenden Abschnitten
mit hoher Effizienz in einem preiswerten Verfahren erhalten, das
für eine
Massen-Produktion geeignet ist, so dass ein Elektronen emittierendes Element
erhalten werden kann, das für
eine Bild-Anzeige-Vorrichtung geeignet ist.
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Bei
Verwendung der Kohlenstoff-Tinte und des Elektronen emittierenden
Elements der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
herzustellen. In einer ersten Konfiguration schließt eine
Bild-Anzeige-Vorrichtung zur Ausbildung von Bildern durch Erzeugen
einer Phosphor-Schicht unter Emittieren von Licht mit Elektronen,
die von Elektronen emittierenden Elementen emittiert werden, ein:
einen Vakuum-Behälter; eine Phosphor-Schicht;
ein mit einer Kathoden-Verdrahtung, die aus einem mit einem Muster
versehenen Leiter hergestellt ist, versehenes Substrat; und Elektronen
emittierende Elemente, die hergestellt wurden durch Aufbringen einer
Kohlenstoff-Tinte,
die mit einem organischen Bindemittel und einem Lösungsmittel
zu einer Paste verarbeitet wurde, auf vorbestimmte Positionen des
Substrats, wobei die Tinte umfasst: (i) Kohlenstoff-Teilchen, die
einen 6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring aufweisen; und (ii) Träger-Teilchen
zum Tragen der Kohlenstoff-Teilchen, wobei die Größe der Träger-Teilchen kleiner
ist als die in Längsrichtung
gesehene Länge
der Kohlenstoff-Teilchen; und Brennen der Tinte. Die Kathoden-Installation
bzw. -Verdrahtung ist mustermäßig zu Streifen
angeordnet. Die Phosphor-Schicht weist elektrisch getrennte Streifen
auf, die in einer Ebene parallel zu den Streifen der Kathoden-Installation
angeordnet sind und sich im wesentlichen senkrecht zu den Streifen
der Kathoden-Installation erstrecken. Die Bild-Anzeige-Vorrichtung
ist zwischen den Streifen der Phosphor-Schicht und den Streifen
der Kathoden-Installation Matrix-betrieben. Mit dieser Konfiguration
einer Bild-Anzeige-Vorrichtung ruft das Ausbilden von Elektronen
emittierenden Elementen an den Matrix-Schnittstellen, die durch
die Streifen der Kathoden-Installation und die Streifen der Phosphor-Schicht
gebildet werden, und das zeitweise Ändern des Potentials jedes
der Streifen in Übereinstimmung
mit einem anzuzeigenden Bild die Situation hervor, dass Elektronen
nur von Elektronen emittierenden Elementen an den Schnittstellen
emittiert werden, an denen das elektrische Feld zwischen den Streifen
einen Wert übersteigt,
bei dem das Elektronen emittierende Element Elektronen emittiert,
wodurch die Phosphor-Schicht zeitweise Licht nur an vorbestimmten
Abschnitten emittiert, so dass als Ergebnis ein Bild angezeigt werden
kann. Das Elektronen emittierende Element der vorliegenden Erfindung
kann in einem Verfahren hergestellt werden, das preiswert ist und
für eine
Massen-Produktion geeignet ist, und seine Effizienz ist hoch, so
dass die Bild-Anzeige-Vorrichtung, die so konfiguriert ist, wie dies
oben beschrieben wurde, in ähnliche
Weise in einem Prozess hergestellt werden kann, der preiswert ist,
und für
eine Massen-Produktion geeignet ist und hohe Effizienz aufweist.
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In
einer zweiten Konfiguration schließt eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
zur Ausbildung von Bildern durch Erzeugen einer Phosphor-Schicht
unter Emittieren von Licht mit Elektronen, die von Elektronen emittierenden
Elementen emittiert werden, ein: einen Vakuum-Behälter; eine
Phosphor-Schicht; ein mit einer Kathoden-Verdrahtung, die aus einem
mit einem Muster versehenen Leiter hergestellt ist, versehenes Substrat;
und Elektronen emittierende Elemente, die hergestellt wurden durch
Aufbringen einer Kohlenstoff-Tinte, die mit einem organischen Bindemittel und
einem Lösungsmittel
zu einer Paste verarbeitet wurde, auf vorbestimmte Positionen des
Substrats, wobei die Tinte umfasst: (i) Kohlenstoff-Teilchen, die einen
6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring aufweisen; und (ii) Träger-Teilchen
zum Tragen der Kohlenstoff-Teilchen, wobei die Größe der Träger-Teilchen
kleiner ist als die in Längsrichtung
gesehene Länge
der Kohlenstoff-Teilchen;
und Brennen der Tinte; und Gate-Elektroden, die zwischen der Phosphor-Schicht und dem Substrat
angeordnet sind. Die Kathoden-Installation bzw. -Verdrahtung ist
mustermäßig zu Streifen
angeordnet. Die Gate-Elektroden weisen elektrisch getrennte Streifen
auf, die in einer Ebene parallel zu den Streifen der Kathoden-Installation angeordnet sind
und sich im wesentlichen senkrecht zu den Streifen der Kathoden-Installation
erstrecken. Die Bild-Anzeige-Vorrichtung ist zwischen den Streifen der
Phosphor-Schicht und den Streifen der Kathoden-Installation Matrix-betrieben.
Mit dieser Konfiguration einer Bild-Anzeige-Vorrichtung ruft das
Ausbilden von Elektronen emittierenden Elementen an den Matrix-Schnittstellen,
die durch die Streifen der Kathoden-Installation und die Streifen
der Gate-Elektroden gebildet werden, und das zeitweise Ändern des Potentials
jedes der Streifen in Übereinstimmung
mit einem anzuzeigenden Bild die Situation hervor, dass Elektronen
nur von Elektronen emittierenden Elementen an den Schnittstellen
emittiert werden, an denen das elektrische Feld zwischen den Streifen
einen Wert übersteigt,
bei dem das Elektronen emittierende Element Elektronen emittiert,
wodurch die Phosphor-Schicht zeitweise Licht nur an vorbestimmten Abschnitten
emittiert, so dass als Ergebnis ein Bild angezeigt werden kann.
Das Elektronen emittierende Element der vorliegenden Erfindung kann
in einem Verfahren hergestellt werden, das preiswert ist und für eine Massen-Produktion
geeignet ist, und seine Effizienz ist hoch, so dass die Bild-Anzeige-Vorrichtung,
die so konfiguriert ist, wie dies oben beschrieben wurde, in ähnliche
Weise in einem Prozess hergestellt werden kann, der preiswert ist,
und für
eine Massen-Produktion geeignet ist und hohe Effizienz aufweist.
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Es
ist bevorzugt, dass die Bild-Anzeige-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weiter Steuerungs-Elektroden zwischen der Phosphor-Schicht
und den Gate-Elektroden umfasst, wobei die Steuerungs-Elektroden
in der Weise funktionieren, dass sie einen Elektronen-Strahl fokussieren oder
fokussieren und ablenken. Das Elektronen emittierende Element der
vorliegenden Erfindung weist eine sehr hohe Elektronen-Emissions-Effizienz auf, so
dass seine Anwendungsfläche
klein sein kann, und da es mustermäßig in einem Druck-Schritt
aufgebracht werden kann, wenn es an den Matrix-Schnittstellen aufgebracht
wird, kann es als Punkt im Vergleich zur Größe der Pixels der Phosphor-Schicht angesehen
werden. Bei Anwenden des Prinzips auf diese Konfiguration, das Licht
von einem Punkt durch einfache optische Mittel auf einen Punkt fokussiert werden
kann, fokussiert der Fokussier-Schritt der Steuer-Elektroden-Platte
den Elektronen-Strahl,
der durch einen Punkt emittiert wird, auf einen Punkt auf der Phosphor-Schicht,
die der elektro-optischen Bild-Ebene entspricht, und zwar innerhalb
des Umfangs von Aberrationen. So kann die Spot-Größe auf der
Phosphor-Schicht reduziert werden, so dass man dadurch eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
mit einer höheren
Bild-Auflösung
erhält.
Wenn darüber
hinaus diese Konfiguration weiter mit einer Ablenkungs-Funktion
versehen ist, kann eine derartige Ablenkungs-Funktion einen kleinen
fokussierten Spot über
eine Mehrzahl von Phosphor-Pixels abtasten und diese Phosphor-Pixels
Licht emittieren lassen, was die Auflösung noch weiter verbessert.
So kann mit dieser Konfiguration eine Bild-Anzeige-Vorrichtung erhalten
werden, die in einem preiswerten Ver fahren, das für eine Massen-Produktion
geeignet ist, hergestellt werden kann, die eine hohe Effizienz und verbesserte
Auflösung
aufweist.
-
In
der Bild-Anzeige-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es bevorzugt, dass das Substrat in dem Vakuum-Behälter integriert
ist. Ein Kombinieren des Substrats mit dem Vakuum-Behälter zu
einem Element reduziert die Kosten von Material und erleichtert
den Zusammenbau-Prozess, was die Bild-Anzeige-Vorrichtung sogar
noch weniger teuer macht.
-
1 ist eine Querschnittszeichnung eines Elektronen
emittierenden Elements gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
eine Querschnittszeichnung eines Elektronen emittierenden Elements
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
3 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum
Herstellen eines Elektronen emittierenden Elements in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
4 ist
eine Querschnittszeichnung von Kohlenstoff-Tinte, die in einen konkaven
Abschnitt eingefüllt
wurde.
-
5 ist
eine Explosions-Ansicht einer Bild-Anzeige-Vorrichtung in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
6 ist
eine Explosions-Ansicht einer Bild-Anzeige-Vorrichtung in Übereinstimmung
mit einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
7 ist
eine Querschnittsansicht, die zeigt, wie eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung arbeitet.
-
8 ist eine schematische Querschnittszeichnung
eines ersten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements.
-
9 ist
eine noch detailliertere Querschnittszeichnung, die die Struktur
eines ersten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements zeigt.
-
10 ist
eine schematische Querschnittszeichnung eines zweiten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements.
-
11 ist
eine schematische Querschnittszeichnung eines dritten herkömmlichen
Elektronen emittierenden Elements.
-
Im
folgenden findet sich eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen. In diesen Ausführungsformen
wurden entsprechende Elemente mit denselben Nummern versehen und
werden nur dort erklärt,
wo dies nötig
ist, um Doppel-Erklärungen zu
vermeiden.
-
Erste Ausführungs
-
1 ist eine schematische Querschnittszeichnung,
die ein Elektronen emittierendes Element gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
1A zeigt
schematisch das Elektronen emittierende Element der vorliegenden
Erfindung mit darauf aufgebrachter Kohlenstoff-Tinte, und 1B zeigt
schematisch das Elektronen emittierende Element, nachdem die Tinte
gebrannt wurde. Bei dem Elektronen emittierenden Element von 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 Kohlenstoff-Teilchen,
und die Bezugsziffer 2 bezeichnet Träger-Teilchen, die aus einem
Material hergestellt sind, das sich nach dem Brenn-Schritt zu einem
Gas zersetzt. Bezugsziffer 3 bezeichnet ein organisches
Bindemittel, Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Substrat, und
Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Kathoden-Installation bzw. -Verdrahtung.
-
Die
Kohlenstoff-Tinte gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
enthält
Kohlenstoff-Teilchen, die
einen 6-gliedrigen Ring einschließen, und wird zu einer Paste
mit dem organischen Bindemittel 3 und einem Lösungsmittel
verarbeitet. Die Kohlenstoff-Tinte umfasst die Träger-Teilchen 2,
die die Kohlenstoff-Teilchen 1 tragen. Wenn diese Kohlenstoff-Tinte vorab
auf vorbestimmte Positionen des Substrats 4 mit der Kathoden-Installation 5 aufgetragen
wird, fallen die Kohlenstoff-Teilchen 1 nicht auf das Substrat 4 herunter,
wie in 1A ersichtlich ist, und zahlreiche
Kohlenstoff-Teilchen 1 bleiben in einer aufrechten Orientierung
in Bezug auf das Substrat 4. Zum Aufbingen der Kohlenstoff-Tinte
kann Vorteil aus den Eigenschaften der Tinte gezogen werden, und
die Tinte kann in einem bestimmten Muster mit einem Druck-Verfahren
aufgebracht werden, so dass eine Herstellung mit wenigen Schritten
und in geeigneter Weise für
eine Massen-Produktion möglich
ist. In der Zeichnung sind die Kohlenstoff-Teilchen als stabförmige Teilchen
gezeichnet, um die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung klar
zu machen. Darüber
hinaus muss dann, wenn das Substrat 4 leitfähig ist,
die Kathoden-Installation 5 nicht notwendigerweise bereitgestellt
werden, so lange die Elektronen emittierenden Kohlenstoff-Teilchen 1 mit
Strom versorgt werden können.
-
Als
nächstes
wird das gesamte Element, das die Kohlenstoff-Tinte einschließt, wie
es in 1A gezeigt ist, gebrannt. Nach
dem Brennen sind das organische Bindemittel 3 und die Träger-Teilchen 2 zerfallen,
und zwar durch das Brennen, und nur die Kohlenstoff-Teilchen 1 bleiben
an dem Substrat 4 oder der Kathoden-Installation 5 in
einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4 befestigt,
wie dies in 1B gezeigt ist. Leerräume 6 werden
an den Stellen gebildet, an denen die Träger-Teilchen waren.
-
Als
Material für
die Träger-Teilchen 2,
die in dem Brenn-Schritt zersetzt werden, kann ein pulverisiertes
Material mit einer vorbestimmten mittleren Teilchengröße, das
Selbst-Verbrennbarkeit
aufweist, wie beispielsweise Cellulosenitrat, oder ein Pulver eines
thermisch zerfallenden Schaummittels, das Azodicarboamid oder Dinitrosopentamethylentetramin als
Haupt-Komponente aufweist, d. h. ein Material, das in ein Gas zerfällt, wenn
es erhitzt wird, verwendet werden.
-
Wenn
Isobutylmethacrylat, Poly-α-methylstyrol,
Polymethylmethacrylat, Poltetrafluorethylen oder ein anderes depolymerisierendes
Harz als Material für
das organische Bindemittel 3 verwendet wird, kann dieses
in ausreichender Weise durch Erhitzen und Brennen weggebrannt werden,
und da die inhärente
Festigkeit der Kohlenstoff-Teilchen 1 hoch ist, fallen
diese nach dem Brennen nicht um, und ein günstiger Zustand wird erreicht.
-
Wenn
außerdem
Butylcarbitol oder Isobutylcarbitol in einer geeigneten Menge als
Lösungsmittel verwendet
wird, wenn man das organische Bindemittel 3 verwendet,
kann die Viskosität
der Tinte eingestellt werden, und es kann eine geeignete Kohlenstoff-Tinte für den Druck-Schritt
erhalten werden.
-
Das
Elektronen emittierende Element, das wie vorstehend beschrieben
gebildet und konfiguriert wird, funktioniert wie folgt: Wenn ein
elektrisches Feld von der Oberseite in 1B angelegt
wird, konzentriert sich das elektrische Feld an den Spitzen der Kohlenstoff-Teilchen 1,
die in Bezug auf das Substrat 4 aufrecht stehen, wie beispielsweise
die Kohlenstoff-Teilchen 7a bis 7h in der Zeichnung.
Das Kohlenstoff-Material, das einen 6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring
einschließt,
ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein guter elektrischer Leiter
ist und eine niedrige Arbeits-Funktion aufweist, so dass es beginnt, Elektronen
bei niedrigen elektrischen Feldstärken zu emittieren, und wenn
das elektrische Feld an seinen Spitzen konzentriert ist, wie dies
im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Fall ist, wird ein starker Strom
im Verhältnis
zur Konzentration des Feldes emittiert. Für eine reguläre elektrische
Feld-Elektronen-Emission führt
eine Konzentration des elektrischen Feldes zu einem erheblichen
Anstieg der Elektronen-Emissions-Effizienz,
wie dies durch die folgende Gleichung gezeigt ist: I
= aE2e–b/E worin I der
Emissions-Strom ist, E das elektrische Feld ist und a und b Konstanten
sind.
-
Da
die Figuren zur Vereinfachung schematische Querschnittszeichnungen
sind, ist nur eine mäßige Zahl
der Spitzen 7a bis 7h der Kohlenstoff-Teilchen,
die der Konzentration des elektrischen Feldes unterworfen werden,
in den Figuren gezeigt; tatsächlich
gibt es jedoch sehr zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1,
die in Bezug auf das Substrat 4 aufrecht angeordnet sind,
so dass es keine Erschöpfung
und Variation von Kohlenstoff-Teilchen 1 während der
Elektronen-Emission gibt.
-
Wie
oben erklärt
wurde, werden bei der Kohlenstoff-Tinte und dem Elektronen emittierenden
Element der vorliegenden Erfindung Kohlenstoff-Teilchen 1,
die einen 6-gliedrigen
Kohlenstoff-Ring einschließen,
als Elektronen emittierendes Material zu einer Tinte verarbeitet,
die mit einem preiswerten Verfahren, das für eine Massen-Produktion geeignet ist,
wie beispielsweise mit Drucken auf ein Substrat 4 oder
eine Kathoden-Installation 5 unter spezieller Einstellung
von Position und Ausmaß aufgebracht werden
kann. Darüber
hinaus bleiben beim Brennen der Tinte, die auf das Substrat 4 oder
die Kathoden-Installation 5 aufgebracht wird, zahlreiche
Kohlenstoff-Teilchen 1 in
einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4,
ohne auf das Substrat 4 herunter zu fallen, so dass aufgrund
des Effekts des konzentrierten elektrischen Feldes selbst bei einem schwachen
elektrischen Feld, d. h. einer niedrigen Betriebsspannung, zahlreiche
Elektronen-Emissionen erhalten werden können. In der Folge kann mit der
vorliegenden Erfindung ein Elektronen emittierendes Element mit
hoher Elektronen-Emissions-Effizienz mit einem Druck-Schritt, der
preiswert ist und der für
eine Massen-Produktion geeignet ist, erhalten werden, so dass ein
Elektronen emittierendes Element, das für eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
geeignet ist, erhalten werden kann.
-
Gute
Ergebnisse können
erhalten werden, wenn Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Kohlenstoff-Teilchen 1 in
der Kohlenstoff-Tinte und dem Elektronen emittierenden Element der
vorliegenden Ausführungsform
verwendet werden. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind jüngst entdeckt
worden, zusammen mit anderen neuen kristallinen Kohlenstoff-Materialien, wie beispielsweise
Fullerenen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen
sind zylindrisch und schließen
6-gliedrige Kohlenstoff-Ringe ein. Der Durchmesser der Kohlenstoff- Nanoröhrchen beträgt einige
nm bis einige Dutzend nm, und ihre Länge kann einige μm übersteigen.
Wenn die Kohlenstoff-Nanoröhrchen
pulverisiert und als Kohlenstoff-Teilchen 1 der
Kohlenstoff-Tinte gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, ist nicht nur ihre Elektronen-Emissions-Effizienz hoch,
und zwar aufgrund ihrer stabartigen länglichen Molekülform, sondern
aufgrund der Tatsache, dass sie an dem Substrat 4, auf
das sie aufgebracht wurden, effizienter in einer aufrechten Orientierung
haften, kann das elektrische Feld besser an der Spitze der Kohlenstoff-Nanoröhrchen konzentriert
werden, die die besten bekannten Elektronen-Emissions-Eigenschaften
zeigen, so dass eine noch höhere
Effizienz erwartet werden kann.
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Es
ist auch möglich,
Graphit-Pulver als Kohlenstoff-Teilchen 1 zu verwenden.
Graphit weist Kristalle in Form eines 6-gliedrigen Rings auf einer
dünnen
Schicht angeordnet auf und hat Schuppen-förmige Teilchen. Graphit ist
ein preiswertes Material, das leicht industriell zu erhalten ist.
Da jedoch die Elektronen-Emissions-Effizienz durch die Molekülform bestimmt
wird, ist seine Effizienz nicht so hoch wie die von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Jedoch können durch
Kombinieren mit der vorliegenden Erfindung zahlreiche Graphit-Teilchen
in einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4,
auf das sie aufgebracht wurden, zum Haften gebracht werden, und
die Erfinder haben beobachtet, dass für Kohlenstoff-Materialien mit
6-gliedrigen Kohlenstoff-Ringen wie beispielsweise Graphit die Abschnitte,
an denen die 6-gliedrigen Kohlenstoff-Ringe gebrochen sind, d. h.
an der Kante der Schuppen-förmigen
Teilchen, die Elektronen-Emission
am leichtesten erreicht werden kann. Folglich kann dann, wenn Graphit
als Kohlenstoff-Teilchen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, das elektrische Feld an den Kanten der Graphit-Kristalle konzentriert
werden, und Graphit kann als Material mit hoher Elektronen-Emissions-Effizienz
verwendet werden.
-
Wenn
darüber
hinaus Kohlenstoff-Fasern, die zu pulverisiertem Graphit verarbeitet
wurden, als Kohlenstoff-Material verwendet werden, wird die Direktionalität bzw. Gerichtetheit
der Kohlenstoff-Teilchen-Cluster verbessert, wie dies der Fall ist
für Kohlenstoff-Nanoröhrchen,
was die Wirkung einer Erhöhung
der Effizienz hat.
-
Darüber hinaus
wird die Zersetzungs-Temperatur für die Träger Teilchen 2, die
durch Erhitzen oder Brennen zersetzt werden, in der Kohlenstoff-Tinte
und in dem Elektronen emittierenden Element der vorliegenden Ausführungsform
auf einen Wert eingestellt, der niedriger ist als die Zersetzungstemperatur
des organischen Bindemittels. Wenn das organische Bindemittel 3 und
die Träger-Teilchen 2 möglicherweise
durch Brennen zersetzt werden, kann ein Elektronen emittierendes
Element erhalten werden, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung aufweist.
In diesem Beispiel werden die Träger-Teilchen 2 zuerst
zersetzt, während
das organische Bindemittel 3 zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1 in
einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4 während des
Brennens erhält,
nachdem die Kohlenstoff-Tinte aufgetragen wurde. So kann zuverlässig der
Zustand, in dem zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1 in einer
aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4 stehen,
wie dies in 1 gezeigt ist, realisiert
werden.
-
Weiter
wird die Höhe
der Träger-Teilchen 2 (wie
im folgenden als „Größe der Träger-Teilchen 2" bezeichnet wird)
in der Kohlenstoff-Tinte oder in dem Elektronen emittierenden Element
gemäß der vorliegenden
Erfindung so gewählt,
dass sie kleiner ist als die Länge
der Kohlenstoff-Teilchen 1 in Längsrichtung. In diesem Zusammenhang
bedeutet „Längsrichtung" die Länge der
Stäbe im
Fall von stabförmigen
Teilchen, wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Kohlenstoff-Fasern,
oder die Länge der
längsten
Seite im Fall von Schuppen-förmigen Teilchen,
wie beispielsweise Graphit-Pulver.
Wenn die Kohlenstoff-Tinte auf das Substrat 4 aufgebracht wurde,
schließen
die Kohlenstoff-Teilchen 1 die Träger-Teilchen 2 ein.
Wenn in dieser Situation die Größe der Träger-Teilchen 2 viel
größer ist
als die in Längsrichtung
gesehene Länge
der Kohlenstoff-Teilchen 1, werden die Kohlenstoff-Teilchen 1 wie
ein Film auf den Träger-Teilchen 2,
was die Wirkung der Konzentration des elektrischen Feldes verringert. Wenn
jedoch die in Längsrichtung
gesehene Länge der
Kohlenstoff-Teilchen 1 so gewählt ist, dass sie länger ist
als die Träger-Teilchen 2,
bilden die Kohlenstoff-Teilchen 1 keinen Film auf den Träger-Teilchen 2,
und mehr Kohlenstoff-Teilchen nehmen eine aufrechte Orientierung
in Bezug auf das Substrat 4, auf das sie aufgebracht wurden
ein. Wenn die Größe der Träger-Teilchen 2 zu
klein ist, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung verringert,
so dass es bevorzugt ist, dass die Größe der Träger-Teilchen 2 wenigstens
die Hälfte
der in Längsrichtung
gesehenen Länge
der Kohlenstoff-Teilchen 1 beträgt.
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Was
darüber
hinaus die spezifische Größe der Kohlenstoff-Teilchen 1 angeht,
gleichen sich dann, wenn die Kohlenstoff-Teilchen 1 zu
kurz sind, die über
alles gesehenen Unregelmäßigkeiten
aus, so dass der Effekt der Konzentration des elektrischen Feldes
gesenkt wird, und wenn die Kohlenstoff-Teilchen 1 zu lang
sind, wird ein präzises
Aufbringen eines Musters mit einem Druck-Schritt schwierig, so dass
vorzugsweise die Kohlenstoff-Tinte Kohlenstoff-Teilchen mit einer
Länge von
0,1 bis 10 μm
hat.
-
Die
Größe der Träger-Teilchen 2 sollte
so gewählt
werden, dass sie im Bereich von 0,05 μm bis 5 μm liegt, abhängig von der Größe der Kohlenstoff-Teilchen 1.
Eine sphärische
Form ohne Direktionalität
bzw. Gerichtetheit ist wirksam, um so viele Kohlenstoff-Teilchen 1 wie
möglich
aufrecht gegenüber
dem Substrat 4 stehen zu lassen. Jedoch sind die Träger-Teilchen
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf sphärische
Formen beschränkt,
und andere Formen einer bestimmten Dicke, wie beispielsweise ein
rechtwinkliger fester Körper,
ein kubisch geformter Körper,
ein pyramidaler Körper,
ein konischer Körper,
ein Pyramidenstumpf-förmiger
Körper
usw. sind auch möglich,
so lange sie die Kohlenstoff-Teilchen 1 in Bezug auf das
Substrat 4 aufrecht stehen lassen, ohne Rücksicht
auf ihre Orientierung.
-
Mit
dieser Konfiguration kann ein Elektronen emittierendes Element erhalten
werden, das gebildet wird durch Aufbringen von Kohlenstoff-Teilchen 1 mit einem
6-gliedrigen Kohlenstoff-Ring auf ein Substrat 4 oder eine
Kathoden-Installation 5, die auf einem Substrat 4 vorgesehen
ist, und das Leerräume
einer Größe im Bereich
von 0,05 μm
bis 5 μm
innerhalb der Ansammlung bzw. Aggregation von Kohlenstoff-Teilchen 1 hat.
Und darüber
hinaus wurde die vorliegende Ausführungsform erklärt für den Fall,
dass eine Gruppe von Kohlenstoff-Teilchen 1 als ein unabhängiges Elektronen
emittierendes Element fungiert. Jedoch erübrigt es sich, zu sagen, dass
dann, wenn die Zahl von Elektronen, die durch eine Gruppe von Kohlenstoff-Teilchen 1 emittiert
werden, unzu reichend dafür
ist, für
einen Elektronen-Strahl verwendet zu werden, es auch möglich ist,
eine Vielzahl von Gruppen von Kohlenstoff-Teilchen 1 zur
Bildung einer Elektronen-Emissions-Quelle zu kombinieren.
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Darüber hinaus
zeigen die Figuren den Fall, in dem die Kohlenstoff-Teilchen 1 alle
dieselbe Größe haben
und die Träger-Teilchen 2 alle
dieselbe Größe haben.
Jedoch kann dieselbe Wirkung, wie sie oben erklärt wurde, erhalten werden,
wenn Teilchen 1 und 2 unterschiedlicher Größe gemischt
werden, und zwar innerhalb der bevorzugten Bereiche von Größen, da
zahlreiche Teilchen 1 und 2 in demselben Aufbringungs-Abschnitt
zugegen sind.
-
Zweite Ausführungsform
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2 ist
eine schematische Querschnittszeichnung eines Elektronen emittierenden
Elements in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
das Element, nach dem eine Kohlenstoff-Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung
auf das Element aufgebracht und weggebrannt wurde. Der Aspekt, der
von der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verschieden ist, ist derjenige, dass
die Träger-Teilchen
aus einem Material hergestellt sind, das sich während der Herstellungs-Schritte
nicht zersetzt oder weggebrannt wird. Die folgenden Erläuterungen machen
Gebrauch von denselben Bezugszeichen für dieselben Elemente wie in
der ersten Ausführungsform,
um doppelte Erklärungen
zu vermeiden, und fokussieren sich auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
dem in 2 gezeigten Elektronen emittierenden Element bezeichnet
die Bezugsziffer 1 Kohlenstoff-Teilchen, bezeichnet die
Bezugsziffer 8 Träger-Teilchen,
die nicht durch einen Brenn-Schritt zersetzt werden, bezeichnet
die Bezugsziffer 4 ein Substrat und bezeichnet die Bezugsziffer 5 eine
Kathoden-Installation. Zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1 sind an dem Substrat 4 in
einer aufrechten Orientierung in Bezug auf das Substrat 4 zum
Haften gebracht. Jedoch bleiben im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform
die Träger-Teilchen
nach dem Brennen zurück.
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Für die Träger-Teilchen 8 sollte
ein Material verwendet werden, das sich während des Brenn-Schritts nicht
zersetzt, beispielsweise Teilchen aus einem anorganischen Material
wie beispielsweise Glas, Aluminiumoxid oder Siliciumoxid oder Metall-Teilchen
aus Aluminium, Titan, Gold oder Nickel.
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Das
folgende ist eine Erklärung
der Arbeitsweise eines Elektronen emittierenden Elements, das wie
oben beschrieben ausgebildet und konfiguriert wurde. Wenn ein elektrisches
Feld von der Oberseite in 2 angelegt
wird, konzentriert sich das elektrische Feld in den Spitzen der
Kohlenstoff-Teilchen, die aufrecht in Bezug auf das Substrat 4 stehen,
wie beispielsweise die Kohlenstoff-Teilchen 7a bis 7h in der
Figur, so dass eine hohe Elektronen-Emissions-Effizienz erreicht
werden kann. Da die Träger-Teilchen 8 selbst
nach dem Brennen zurückbleiben,
ist der Einfluss des elektrischen Feldes ein wenig schwächer als
in der ersten Ausführungsform,
jedoch stabilisieren die Träger-Teilchen 8 auch
die aufrechte Orientierung der Kohlenstoff-Teilchen 1 in
Bezug auf das Substrat 4 in allen Produktions-Schritten und
verstärken
die Zuverlässigkeit,
da die Träger-Teilchen 8 zu
der Haft-Festigkeit selbst nach dem Brennen beitragen.
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Hierin
sind alle Struktur-Elemente und Funktions-Effekte, die für diese
Ausführungsform
nicht erläutert
wurden, dieselben wie diejenigen, die für die erste Ausführungsform
erläutert
wurden, so dass ihre weitere Erklärung weggelassen wurde.
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Dritte Ausführungsform
-
3 ist ein Diagramm, das das Prinzip eines
Teils eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektronen emittierenden
Elements in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein Elektronen emittierendes
Element, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform
hergestellt wird, hat grundsätzlich dieselbe
Konfiguration wie das Elektronen emittierende Element der ersten Ausführungsform
und der zweiten Ausführungsform,
die oben beschrieben wurden (siehe 1 und 2).
Das folgende ist eine Erklärung
eines Verfahrens zur Ausbringung einer Kohlenstoff-Tinte durch Offset-Druck,
was ein Druck-Verfahren ist, das charakteristisch für die vorliegende
Erfindung ist, und es ist ein Teil des Herstellungsprozesses.
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Wie
in 3A gezeigt, wird eine konkave Platte 11,
die konkave Abschnitte 12 in einem geeigneten vorbestimmten
Muster aufweist, hergestellt, und die konkave Platte 11 wird
mit einer Kohlenstoff-Tinte 13 gefüllt. Die konkaven Abschnitte 12 der konkaven
Platte 11 können
leicht gefüllt
werden durch Tropfen einer geeigneten Menge von Kohlenstoff-Tinte 13 in
diese hinein oder durch Ausbringen der Kohlenstoff-Tinte 13 mit
beispielsweise einem Rakel 14.
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Danach
wird die Kohlenstoff-Tinte 13, die in die konkaven Abschnitte 12 eingefüllt wurde,
auf ein Drucktuch 15 übertragen,
wie dies in 3B gezeigt ist. Wenn ein Silicon-Kautschuk
für die Übertragungsoberfläche dieses
Drucktuchs 15 verwendet wird, können geeignete Übertragungen
durchgeführt werden,
da Silicon-Kautschuk eine gute chemische Beständigkeit aufweist und ein weiches
Material ist. Wenn darüber
hinaus die konkave Platte 11 flach ist und die Tinten-Übertragungsfläche des
Drucktuchs 15 bogenförmig
ist, kann die Kohlenstoff-Tinte 13 einfach durch Anpressen
und Rollen des Drucktuches 15 über die konkave Platte 11 übertragen
werden.
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Danach
wird die Kohlenstoff-Tinte 13, die auf das Drucktuch 15 übertragen
wurde, auf ein Substrat 4 übertragen (siehe 1 und 2), auf
dem das Elektronen emittierende Element gebildet werden soll, wie
in 3C gezeigt wird. Dabei kann die Kohlenstoff-Tinte 13 auf
das Substrat 4 mit sehr hoher Präzision aufgebracht werden,
beispielsweise wenn alle Positions-Bezüge in Reihe angeordnet sind,
d. h. wenn der Positions-Bezug von zwei orthogonalen Seiten der
Platte, das Muster der konkaven Abschnitte 12 in der konkaven
Platte 11, das Drucktuch 15 und das Substrat 4 in
Reihe angeordnet sind.
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Unter
Verwendung des oben angegebenen Druck-Schritts kann die Kohlenstoff-Tinte 13 auf
das Substrat 4 übertragen
und zuverlässig
auf diesem aufgebracht werden, selbst wenn Kohlenstoff-Teilchen 1,
Träger-Teilchen 2 (8)
und organisches Bindemittel 3 mit unterschiedlichen Teilchengrößen in der Kohlenstoff-Tinte 13 gemischt
sind.
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Eine
der überraschenden
Wirkungen der vorliegenden Erfindung ist, dass durch Einfüllen von ausreichend
gemischter Kohlenstoff-Tinte 13 in konkave Abschnitte 12 einer
konkaven Platte 11, die eine vorbestimmte Tiefe aufweist,
zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1 aufrecht
in Bezug auf das Substrat 4 stehen, auf das die Tinte aufgebracht
wird, und zwar in derselben Orientierung, in der sie in die konkaven Abschnitte 12 eingefüllt wurden.
Diese Orientierung ist in 4 gezeigt.
Ohne den Zustand zu stören,
in dem die Struktur-Elemente, wie beispielsweise die Kohlenstoff-Teilchen 1,
die Träger-Teilchen 2 (8)
und das organische Bindemittel 3 der Kohlenstoff-Tinte 13 während des
Füllens
vermischt werden, werden zahlreiche Kohlenstoff-Teilchen 1 in
einer aufrechten Position in dem konkaven Abschnitt 12 gemischt,
wie dies in 4 gezeigt ist. Folglich ist
die Wirkung dieses Verfahrens zusammen mit der Konfiguration der Kohlenstoff-Tinte 13 gemäß der vorliegenden
Erfindung besser, als wenn ein anderes Druck-Verfahren angewendet
wird. Darüber
hinaus ist das Aufbringen der Kohlenstoff-Tinte 13 mit dem oben angegebenen Druck-Schritt
preiswert und für
eine Massen-Produktion
geeignet. Folglich wird mit dem Herstellungs-Verfahren der vorliegenden
Erfindung ein Elektronen emittierendes Element mit hoher Effizienz
erhalten, das Elektronen emittierende Abschnitte aufweist, die in
einem preiswerten Schritt gebildet werden, der für eine Massen-Produktion geeignet
ist, so dass ein vorteilhaftes Elektronen emittierendes Element
erhalten werden kann, das für
eine Bild-Anzeige-Vorrichtung
verwendet wird. Es ist bevorzugt, dass es während der Übertragung kein Verwischen gibt
und dass die Teilchen in der Kohlenstoff-Tinte 13 in einigen
Schichten angeordnet sind, so dass geeignete Druck-Ergebnisse und
ein Elektronen emittierendes Element mit hoher Effizienz erhalten
werden können,
wenn die Tiefe des konkaven Abschnitts 12 so gewählt wird,
dass sie im Bereich von 5 μm
bis 40 μm
liegt, abhängig
von der Größe der Kohlenstoff-Teilchen 1.
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Vierte Ausführungsform
-
Das
folgende ist eine Erklärung
einer Bild-Anzeige-Vorrichtung, die Gebrauch von einem Elektronen
emittierenden Element in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung macht, und zwar unter Bezug auf die beigefügten Figuren.
Das Elektronen emittierende Element, das für die Bild-Anzeige-Vorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
verwendet wird, hat grundsätzlich
dieselbe Konfiguration wie das Elektronen emittierende Element der
ersten oder der zweiten Ausführungsform,
wie sie oben beschrieben wurden (siehe 1B und 2),
so dass strukturelle Einzelheiten des Elektronen emittierenden Elements weggelassen
werden, und es wird auf dieses einfach Bezug genommen mit dem Begriff „Elektronen
emittierendes Element".
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5 ist
eine perspektivische Explosions-Darstellung, die die Konfiguration
einer Bild-Anzeige-Vorrichtung zeigt, die von einem Elektronen emittierenden
Element gemäß der vorliegenden
Erfindung Gebrauch macht. Die Bild-Anzeige-Vorrichtung, die in 5 gezeigt
ist, schließt
eine vordere Platte 31, eine rückwärtige Platte 32, eine
auf der Innenoberfläche
der vorderen Platte 31 gebildete Phosphor-Schicht, eine
Anoden-Anordnung 34 von elektrisch
voneinander getrennten Streifen, die mit der Phosphor-Schicht 33 in
Kontakt stehen, ein Substrat 36, eine Kathoden-Anordnung 35 eines
geeignet gemusterten Leiters, der auf dem Substrat 36 gebildet
ist, und eine Mehrzahl von Elektronen emittierenden Elementen 37 ein.
Ein Vakuum-Behälter
wird durch die Vorderplatte 31 und die rückwärtige Platte 32 gebildet,
und die anderen strukturellen Elemente sind in diesem Vakuum-Behälter eingeschlossen.
Ein Vakuum von etwa 10–6 bis 10–8 Torr
(ca. 10–4 bis
10–6 Pa)
wird in dem Vakuum-Behälter
aufrechterhalten. Die Vorderplatte 31 besteht aus einem
transparenten Element, so dass Licht, das von der Phosphor-Schicht 33 emittiert
wird, von außen
beobachtet werden kann. Es muss jedoch nicht der gesamte Vakuum-Behälter transparent
sein, und die rückwärtige Platte 32 kann
aus irgendeinem Material bestehen, das geeignet ist zum Aufrechterhalten
eines Vakuums.
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Die
Phosphor-Schicht 33 wird beispielsweise hergestellt durch
Aufbringen eines Phosphor-Materials, das Licht emittiert, wenn es
mit einem Elektronen-Strahl bestrahlt wird, auf die Innenfläche der
Vorderplatte 31. Wenn die Bild-Anzeige-Vorrichtung eine monochrome
Anzeige ist, ist es ausreichend, ein einzelnes Phosphor-Material
einer bestimmten Emissions-Farbe auf die Innenfläche der Vorderplatte 31 aufzubringen;
jedoch werden im Fall einer Phosphor-Schicht 33 für eine Farb-Anzeige
schwarze Streifen auf die Innenfläche der Frontplatte 31 aufgebracht,
und danach wird eine Mehrzahl von Phosphor-Streifen auf die Innenfläche der
Vorderplatte 31 aufgebracht, beispielsweise in der Reihenfolge
rot (R), grün
(G) und blau (B). Solche Phosphor-Streifen können auf der Frontplatte 31 mit
einem Direkt-Druck-Prozess wie beispielsweise durch Off-Set-Druck,
einen Übertragungs-Prozess,
wie beispielsweise Drucken auf eine Harz-Platte und Übertragen des gedruckten Musters
durch Hitze oder Druck, oder mit einem Lithographie-Prozess wie
beispielsweise einem herkömmlichen
Kathodenstrahl-Rohr gebildet werden.
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Die
Anoden-Anordnung 34 steht in Kontakt mit der Phosphor-Schicht 33 und
ist elektrisch in Streifen getrennt. Es ist ausreichend, wenn der
Abstand der Streifen der vorbestimmte Anzeige-Punkt-Abstand der
Bild-Anzeige-Vorrichtung ist, und er sollte mit den Phosphor-Streifen
R, G und B im Fall einer Farb-Anzeige abgestimmt werden. Wenn ein
transparentes gleitfähiges
Material wie beispielsweise ITO (Indium-Zinn-Oxid) als Material für die Anoden-Anordnung 34 verwendet
wird, blockiert dies nicht das Licht, das von der Phosphor-Schicht 33 emittiert
wird.
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Die
Kathoden-Einrichtung 35 ist auf dem Substrat 36 angeordnet
und ist in Streifen mustermäßig aufgeteilt,
die in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu den Streifen
der Anoden-Anordnung 34 liegt und sich im wesentlichen
rechtwinklig zu den Streifen der Anoden-Anordnung 34 erstreckt.
Das oben genannte ITO kann als Material für die Kathoden-Einrichtung 35 verwendet
werden, jedoch muss die Kathoden-Einrichtung 35 nicht notwendigerweise aus
einem transparenten Material hergestellt sein, und sie kann auch
mit einem Muster versehen sein, beispielsweise durch Drucken einer
leitfähigen
Paste wie beispielsweise eine Silber-Paste oder Gold-Paste, oder
durch Photo-Ätzen
eines Verdrahtungsmusters nach Bilden eines leitfähigen Films,
beispielsweise aus einem Metall, auf das Substrat 36.
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Eine
Mehrzahl von Elektronen emittierenden Elementen ist auf der Kathoden-Einrichtung 35 an
jeder Schnittstelle zwischen der streifenförmigen Anoden-Anordnung 34 und
der Kathoden-Einrichtung 35 angeordnet. Die spezielle Struktur
der Elektronen emittierenden Elemente 37 ist dieselbe wie
diejenige in dem Elektronen emittierenden Element der oben beschriebenen
ersten und zweiten Ausführungsform (siehe 1B und 2),
so dass eine weitere Erklärung
ihrer Konfiguration und des Verfahrens zu ihrer Herstellung weggelassen
wurde.
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Die
streifenförmige
Kathoden-Einrichtung 35 und die Anoden-Anordnung 34,
die mit der Phosphor-Schicht 33 in Kontakt steht, betreiben
die Matrix-Reihen und Spalten in der Bild-Anzeige-Vorrichtung, die
wie oben beschrieben konfiguriert ist, und da die Elektronen emittierenden
Elemente an der Schnittstelle der Matrix angeordnet sind, können die Elektronen
emittierenden Elemente 37 an bestimmten Schnittstellen
dazu veranlasst werden, Elektronen zu emittieren, und zwar in Übereinstimmung
mit der Potentialdifferenz zwischen den streifenförmigen Reihen
und Spalten. Wenn beispielsweise ein bestimmter ausgewählter Streifen
der Anoden-Anordnung 34 unter hohe Spannung gesetzt wird
und alle anderen Streifen auf eine Spannung gesetzt werden, die
niedriger ist als die hohe Spannung, und wenn ein bestimmter ausgewählter Streifen
in der Kathoden-Einrichtung 35 auf eine niedrige Spannung
gesetzt wird und alle anderen Streifen auf eine Spannung gesetzt
werden, die höher
ist als die niedrige Spannung, dann wird ein starkes elektrisches
Feld nur an der Schnittstelle der gewählten Streifen erzeugt. Beginnend
mit diesem starken elektrischen Feld werden Elektronen nur an bestimmten
vorbestimmten Schnittstellen emittiert, und nur an Positionen der
Phosphor-Schicht 33,
die diesen Schnittstellen entsprechen, werden Elektronen beschleunigt und
treffen auf den Phosphor auf, so dass der Phosphor Licht emittiert.
Wenn sich die ange legte Spannung zeitweise in Übereinstimmung mit der Bild-Anzeige ändert, ist
es möglich,
dafür zu
sorgen, dass nur vorbestimmte Abschnitte der Phosphor-Schicht zeitweise
Licht emittieren, wodurch ein Bild angezeigt werden kann.
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Da
die Elektronen-Emissions-Effizienz des Elektronen emittierenden
Elements 37 der vorliegenden Erfindung hoch ist, kann die
Matrix-Betriebsspannung, die zwischen der Anoden-Anordnung 34 und
Kathoden-Einrichtung 35 angelegt wird, niedrig gehalten
werden, und es kann eine Bild-Anzeige-Vorrichtung hoher Effizienz
mit einer kleiner Betriebsschaltung realisiert werden, und als weiterer überraschender
Effekt der vorliegenden Erfindung kann eine preiswerte Bild-Anzeige-Vorrichtung
mit hoher Effizienz erhalten werden.
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Die
vorliegende Ausführungsform
wurde für den
Fall erläutert,
dass das Substrat 36 und die rückwärtige Platte getrennte Elemente
sind. Jedoch ist es auch möglich,
die Kathoden-Einrichtung 35 und die Elektronen emittierenden
Elemente 37 direkt auf der rückwärtigen Platte 32 zu
bilden. In diesem Fall ist das Substrat 36 in die rückwärtige Platte 32 integriert, die
ein Teil des Vakuum-Behälters
ist, so dass durch Kombinieren der Elemente zu einem Bauteil Materialkosten
reduziert werden können
und der Zusammenbau-Prozess erleichtert wird, was die Bild-Anzeige-Vorrichtung
noch weniger teuer macht.
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Fünfte Ausführungsform
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Das
folgende ist eine Erklärung
einer Bild-Anzeige-Vorrichtung, die Gebrauch von einem Elektronen
emittierenden Element gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung macht. Das Elektronen emittierende Element,
das für die
Bild-Anzeige-Vorrichtung
dieser Ausführungsform
verwendet wird, hat grundsätzlich
dieselbe Konfiguration wie das Elektronen emittierende Element der
oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform (siehe 1B und 2),
so dass strukturelle Einzelheiten des Elektronen emittierenden Elements
weggelassen werden, und es wird auf dieses einfacherweise als „Elektronen
emittierendes Element" Bezug
genommen.
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Darüber hinaus
wurden detaillierte Erläuterungen
struktureller Elemente, die dieselben sind wie die Bild-Anzeige-Vorrichtung
der vierten Ausführungsform,
weggelassen.
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6 ist
eine perspektivische Explosions-Ansicht, die die Konfiguration einer
Bild-Anzeige-Vorrichtung
unter Verwendung eines Elektronen emittierenden Elements gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die Bild-Anzeige-Vorrichtung, die in 6 gezeigt
ist, schließt
eine vordere Platte 41, eine hintere Platte 42,
eine Phosphor-Schicht 43, die auf der innenseitigen Oberfläche der
vorderen Platte 41 gebildet ist, ein Substrat 46,
eine Kathoden-Einrichtung 45 aus einem geeignet mustermäßig ausgebildeten
Leiter, der auf dem Substrat 46 gebildet ist, Gate-Elektroden 44 zum
Steuern der Emission von Elektronen, die zwischen der Phosphor-Schicht 43 und
dem Substrat 46 angeordnet sind, und eine Mehrzahl von
Elektronen emittierenden Elementen 47 ein.
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Ein
Vakuum-Behälter
wird durch die vordere Platte 41 und die rückseitige
Platte 42 gebildet, und die anderen Struktur-Elemente sind
in diesem Vakuum-Behälter
eingeschlossen. Darüber
hinaus wird ein Vakuum von etwa 10–6 bis
10–8 Torr
(etwa 10–4 bis 10–6 Pa)
in dem Vakuum-Behälter,
der durch die vordere Platte 41 und die hintere Platte 42 gebildet
wird, aufrechterhalten.
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Die
Kathoden-Einrichtung 45 ist mustermäßig in Form von Streifen ausgebildet,
und die Gate-Elektroden 44 haben elektrisch getrennte Streifen,
die in einer Ebene parallel zu den Streifen der Kathoden-Einrichtung 45 angeordnet
sind und sich im wesentlichen senkrecht zu den Streifen der Kathoden-Einrichtung 45 erstrecken.
Durchgangslöcher 48 für Elektronen-Strahlen,
die von den Elektronen emittierenden Elementen 47 emittiert
werden, sind in den Gate-Elektroden 44 gebildet. Anschließend werden die
Elektronen emittierenden Elemente 47 auf der Kathoden-Einrichtung 45 an
den Schnittstellen zwischen der streifenförmigen Kathoden-Einrichtung 45 und
den Gate-Elektroden 44 angeordnet.
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Das
Material für
die vordere Platte 41 und die rückwärtige Platte 42 sowie
die spezielle Konfiguration der Phosphor-Schicht 43, der
Kathoden-Einrichtung 45 und der Elektro nen emittierenden
Elemente 47 kann dieselbe sein wie für die Bild-Anzeige-Vorrichtung der oben
beschriebenen vierten Ausführungsform
(siehe 5), so dass weitere Erklärungen bezüglich ihrer Struktur und der
Verfahren zu ihrer Herstellung weggelassen wurden.
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Die
streifenförmige
Kathoden-Einrichtung 45 und die Gate-Elektroden 44 betreiben
die Matrix-Reihen und -Spalten in der Bild-Anzeige-Vorrichtung,
die wie oben beschrieben konfiguriert ist, und da die Elektronen
emittierenden Elemente 47 an den Schnittstellen der Matrix
angeordnet sind, können
die Elektronen emittierenden Elemente an vorbestimmten Schnittstellen
dazu veranlasst werden, Elektronen zu emittieren, und zwar in Übereinstimmung
mit der Potential-Differenz zwischen den streifenförmigen Reihen
und Spalten. Wenn beispielsweise ein bestimmter ausgewählter Streifen
der Gate-Elektroden 44 auf hohe Spannung gesetzt wird und
alle anderen Streifen auf eine Spannung gesetzt werden, die niedriger
ist als die hohe Spannung, und wenn ein bestimmter ausgewählter Streifen
der Kathoden-Einrichtung 45 auf niedrige Spannung gesetzt
wird und alle anderen Streifen auf eine Spannung gesetzt werden,
die höher
ist als die niedrige Spannung, dann wird ein starkes elektrisches
Feld nur an der Schnittstelle der ausgewählten Streifen erzeugt. Ausgehend von
diesem starken elektrischen Feld werden Elektronen nur an bestimmten
vorbestimmten Schnittstellen emittiert, passieren die Elektronen-Strahl-Durchgangslöcher 48,
die in den Gate-Elektroden 44 vorgesehen sind, und nur
an Positionen der Phosphor-Schicht 43, die diesen Schnittstellen
entsprechen, werden Elektronen beschleunigt und treffen auf die
Phosphor-Schicht auf, so dass der Phosphor Licht emittiert. Wenn
sich die angelegte Spannung zeitweise in Übereinstimmung mit der Bild-Anzeige ändert, ist
es möglich,
nur vorbestimmte Abschnitte der Phosphor-Schicht zu veranlassen,
zeitweise Licht zu emittieren, wodurch ein Bild angezeigt werden
kann.
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Da
die Elektronen-Emissions-Effizienz der Elektronen emittierenden
Elemente 47 der vorliegenden Erfindung hoch ist, kann die
Matrix-Betriebsspannung, die zwischen den Gate-Elektroden 44 und der
Kathoden-Einrichtung 45 angelegt wird, niedrig gehalten
werden, und es kann eine Bild-Anzeige-Vorrichtung hoher Effizienz
mit einer kleinen Betriebs-Schaltung realisiert werden, und als
weitere überraschende
Wirkung der vorliegenden Erfindung kann eine preiswerte Bild-Anzeige-Vorrichtung
mit hoher Effizienz erhalten werden.
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7 ist
eine Querschnittszeichnung eines Beispiels einer Bild-Anzeige-Vorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform,
die weiter mit einer Elektroden-Platte 51 zum Fokussieren
von Elektronen-Strahlen versehen ist. Die Bezugsziffer 49 bezeichnet
ein quasi-punkt-förmiges
Elektronen emittierendes Element und die Bezugsziffer 50 bezeichnet
die Flugbahn eines Elektrons, das durch das quasi-punkt-förmige Elektronen
emittierende Element 49 emittiert wurde. Die anderen Struktur-Elemente
sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen in den oben beschriebenen
Konfigurationen, so dass dieselben Struktur-Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen wurden, und ihre weitere Erklärung wurde
weggelassen, wobei man sich auf die Aspekte konzentrierte, die verschieden
sind, sowie auf den Betrieb der Elektroden-Platte 51.
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Das
Elektronen emittierende Element 49 gemäß der vorliegenden Erfindung
hat eine sehr hohe Elektronen-Emissions-Effizienz, so dass sein
Anwendungsbereich klein sein kann, und da es mustermäßig in einem
Druck-Schritt hergestellt werden kann, wenn es an den Schnittstellen
zwischen den Gate-Elektroden 44 und der Kathoden-Einrichtung 45 aufgebracht
wird, kann es nur einen Teil des Oberflächen-Bereichs eines Pixels
der Phosphor-Schicht messen, so dass es praktisch als ein Punkt
angesehen werden kann (d. h. quasi-punkt-förmig ist).
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Die
von den quasi-punkt-förmigen
Elektronen emittierenden Elementen 49 emittierten Elektronen
nehmen anfänglich
divergierende Elektronen-Flugbahnen 50 ein, wie dies in 7 gezeigt
ist. Jedoch ähnlich
zu dem Prinzip, dass Licht von einem Punkt durch einfache optische
Mittel auf einen Punkt fokussiert werden kann, fokussiert der Fokussier-Schritt
der Elektroden-Platte 51 den Elektronen-Strahl, der von
den quasi-punktförmigen
Elektronen in emittierenden Elementen 49 emittiert wird,
auf im wesentlichen einen Punkt auf der Phosphor-Schicht 43,
der der Elektronen-optischen Bild-Ebene entspricht, und zwar innerhalb
des Umfangs von Aberrationen. So kann die Punkt-Größe auf der
Phosphor-Schicht 43 reduziert werden, wodurch man eine
höhere
Bild-Auflösung erhält.
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Wenn
darüber
hinaus diese Konfiguration weiter mit einer Ablenkungs-Funktion
versehen ist, kann eine derartige Ablenkungs-Funktion einen kleinen
fokussierten Bild-Punkt über
eine Mehrzahl von Phosphor-Pixels scannen und diese Phosphor-Pixels Licht
emittieren lassen, so dass die Zahl von Anzeige-Pixels so erhöht werden
kann, dass sie größer ist als
die Zahl von Elektronen emittierenden Elementen 49, was
eine hohe Auflösung
des angezeigten Bildes selbst dann ermöglicht, wenn die Dichte des
Elektronen emittierenden Elements 49 nicht über einen
bestimmten Wert hinaus erhöht
werden kann, und zwar wegen struktureller Beschränkungen für die oben beschriebene Matrix-Struktur. Folglich
hat diese Konfiguration den überraschenden
Effekt, dass eine preiswerte Bild-Anzeige-Vorrichtung mit hoher
Effizienz erhalten werden kann, die sogar eine höhere Auflösung aufweist.
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Die
vorliegende Ausführungsform
wurde für den
Fall erläutert,
dass das Substrat 46 und die rückseitige Platte 42 getrennte
Elemente sind. Jedoch ist es auch möglich, die Kathoden-Einrichtung 45 und die
Elektronen emittierenden Elemente 47 direkt auf der rückseitigen
Platte 42 auszubilden. In diesem Fall ist das Substrat 46 in
die rückwärtige Platte 42 integriert,
die ein Teil des Vakuum-Behälters
ist, so dass durch Kombinieren dieser beiden Elemente in ein Bauteil
Material-Kosten reduziert werden können und der Zusammenbau-Prozess
erleichtert wird, was die Bild-Anzeige-Vorrichtung sogar noch weniger
teuer macht.