DE69517019T2

DE69517019T2 - Einen getter enthaltende flache feldemissionsanzeigevorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69517019T2
Application number: DE69517019T
Authority: DE
Inventors: Claudio Boffito; Sergio Carella
Original assignee: SAES Getters SpA
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: KR960706186A; JPH09509525A; JP3103115B2; CA2174962C; WO1995023425A1; CN1092395C; IT1273349B; CA2174962A1; KR100234857B1; EP0748513A1; US5934964A; EP0748513B1; ITMI940359A1; DE69517019D1; CN1136364A; US6042443A; RU2137245C1; ITMI940359A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldemitter-Flachdisplay mit einem inneren Vakuum. Displays dieses Typs werden oftmals als FEDs (Field Emitter Displays) bezeichnet und gehören zur größeren Gruppe der Flat Panel Displays (FPDs). Diese FEDs enthalten bekanntermaßen auch einen Satz Mikrokathoden, einige elektrische Durchführungen und eine Vielzahl Phosphore.
Im Einzelnen enthält ein FED eine Vielzahl Elektronen emittierender spitzer Mikrokathoden (Mikrospitzen) und eine Vielzahl von Gitterelektroden, die in einer sehr kurzen Entfernung von diesen Kathoden angeordnet sind, so dass ein sehr hohes elektrisches Feld erzeugt wird, wobei sich zwischen Kathoden und Phosphoren ein Vakuum befindet, das mitunter einige zehn bis einige hundert um dick sein kann. Die Kathode kann auch ein Diamantemitter sein. Das Vakuum wird üblicherweise von einem Gettermaterial auf einer Höhe von unter 10&supmin;&sup5; mbar gehalten.
Manchmal sind die Spitze der Mikrokathoden, die Gitterelektroden und die Phosphore auf einer einzigen flachen Oberfläche ausgerichtet, wie von Henry F. Gray in "Information Display" (3/93, S. 11) beschrieben.
In der Patentanmeldung EP-A-0 443 865 ist ein Verfahren zur Herstellung eines FED beschrieben, worin ein nichtleitendes Substrat, beispielsweise Quarz, das die Mikrokathoden und möglicherweise auch die Gitterelektroden zusätzlich zu möglichen Hilfsanoden zur Beschleunigung trägt, auf einem Teil, der frei von Kathoden und anderen Elektroden ist, mit einer dünnen Schicht einer verdampfbaren Getterlegierung überzogen ist, die auf Barium, beispielsweise BaAl&sub4;, basiert.
Die so erhaltenen FEDs haben jedoch einige Nachteile, da Getter dieser Art, um funktionieren zu können, eine aktivierende Wärmebehandlung (> 800ºC) brauchen, welche üblicherweise mittels Radiofrequenzen durchgeführt werden kann, die von Induktionsspulen außerhalb des FED ausgesendet werden, wobei im Fall eines verdampfbaren Gettermaterials durch die Wärmebehandlung ein Film aus einem Metall (beispielsweise Barium, einer der im breitesten Umfang eingesetzten verdampfbaren Getter) auf wohldefinierten, lokalisierten Zonen der Innenfläche des FED aufgebracht werden sollte.
Da Barium ein guter elektrischer Leiter ist, können seine Ablagerungen, insbesondere in einem sehr kleinen Raum wie in FEDs, Kurzschlüsse oder elektrische Durchbrüche der Isolierflächen auslösen, weiterhin können durch diese Behandlung lokale Hitzeschocks verursacht werden, wodurch die mechanische Widerstandsfähigkeit der FEDs ernsthaft gefährdet wird.
Im Allgemeinen wird der Einbau eines Getters mit ausreichendem Gassorptionsvermögen durch den zur Verfügung stehenden sehr kleinen Raum behindert.
In der Vergangenheit ist von einigen vorgeschlagen worden, den Displays einen wie in Fig. 6 gezeigten Ansatz oder "Schwanz" C hinzuzufügen, der einen Getter G aufnehmen soll, ohne in die Dicke des Vakuumraums zwischen den Mikrokathoden MT und dem Bildschirm SCH einzugreifen. Durch ein solches Verfahren wird jedoch die Dicke und damit das Volumen der Displays übermäßig vergrößert.
Dieser Nachteil - und dieser Ansatz - entfallen bei den Displays, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, das in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, hergestellt werden.
In jüngerer Vergangenheit ist in der Patentanmeldung EP-A-572 170 vorgeschlagen worden, den verdampfbaren Getter durch andere spezielle Typen eines Getters, der vorzugsweise in großer Menge wie beispielsweise die Mikrokathoden (Mikrospitzen) vorliegt, beispielsweise durch Zirconium, zu ersetzen, das zur Gruppe der nicht verdampfbaren Getter (NEG) gehört.
Auch dieser Vorschlag ist aber nicht frei von negativen Auswirkungen, da die Elektronenemission der scharfen Spitze der Mikrokathoden, wenn diese oxidierenden Gasen ausgesetzt ist, in der Praxis durch Bildung von Zirconiumoxid verändert werden kann.
Ein weiterer Nachteil liegt in den Schwierigkeiten begründet, die entstehen, wenn die Mikrospitzen erzeugt werden, üblicherweise, durch chemisches Ätzen vorgebildeter Schichten, da das Verfahren Fremdstoffe in den Mikrospitzen zurückläßt, die deshalb das meiste ihres Gettervermögens verlieren.
Schließlich wird, wie bereits erwähnt, durch die Oxidation der Mikrospitzen, welche stattfindet, wenn diese als Getter verwendet werden, deren Elektronenemissionscharakteristika verändert.
In EP-A-455 162 ist ein Feldemitter-Flachdisplay offenbart, dessen inneres Vakuum von einer Wand in zwei Teile unterteilt wird, wobei in einer eher komplizierten Konstruktion der vordere Teil die Phosphore und Mikrokathoden für den Bildaufbau umfaßt und der andere oder die Hinterkammer das Gettermaterial enthält. Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein FED bereitzustellen, durch welches wenigstens einer der oben genannten Nachteile des Standes der Technik behoben wird.
Andere erfindungsgemäße Aufgaben sind die Beseitigung der Ablagerung von Gettermaterial oder anderen Materialien auf unerwünschten Zonen in FEDs und die Integration eines Getters in den sehr begrenzten Raum der FEDs, wodurch deren Herstellung gleichzeitig vereinfacht wird.
Weitere Aufgaben sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen.
Oben genannte Nachteile sind von der Anmelderin durch die Erfindung behoben worden.
Die Erfindung besteht im weitesten Sinne aus einem Feldemitter-Flachdisplay gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays wie im Anspruch 11 definiert. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Auf dem Gebiet der FEDs gab es bisher keine definierte Lösung für die Probleme, welche die Auswahl des Gettermaterials und das Verfahren zur Herstellung dieser FEDs betrafen, insbesondere warfen die speziellen Merkmale der FEDs heikle und schwierige Fragen zu Größe, Qualität und Einfachheit der Herstellung in Bezug auf Erzeugung und Aufrechterhaltung des für ihren Betrieb notwendigen Vakuums auf.
Die erfindungsgemäßen Displays stellen eine erfolgreiche Wahl dar, welche diese Fragen auf äußerst zufriedenstellende Weise beantwortet.
Der Innenraum des erfindungsgemäßen FED wird vorzugsweise, wie in Fig. 7 gezeigt, von zwei aus einem Isoliermaterial hergestellten dünnen Platten gebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander, entlang ihres Umfangs hermetisch abgedichtet und durch ein Hochvakuum getrennt sind und eine Dicke von einigen zehn oder hundert bis zu einigen tausend Mikrometern besitzen. Dabei trägt die erste Platte (SCH) die Phosphore und die zweite Platte (S) die beispielsweise aus Molybdän hergestellten Mikrokathoden und möglicherweise auch einige beispielsweise aus Niob hergestellte Gitterelektroden sowie eine oder mehrere poröse Schichten aus nicht verdampfbarem Gettermaterial.
Derartige Schichten werden dann zwischen den beiden dünnen Platten angeordnet, weshalb diese Schichten (oder dünnen Streifen) ein integraler Bestandteil des Displays (FED) sind.
Die getragenen porösen Schichten, die in den erfindungsgemäßen Displays vorhanden sind, basieren auf Gettermaterialien mit in bestimmten Fällen sehr niedriger Aktivierungstemperatur (≤ 500ºC und sogar ≤ 450ºC), welche auf metallischen und nichtmetallischen dünnen Substraten durch verschiedene Verfahren aufgebracht und vorteilhafterweise danach einer möglicherweise langen Sinterbehandlung unterzogen werden können, welche die Gettermaterialien verfestigt, wodurch verhindert wird, dass diese Teilchen verlieren, die für oben genannte Zwecke äußerst schädlich wären.
Für die erfindungsgemäße Aufgabe besonders geeignete Gettermaterialien sind Sinterzusammensetzungen, die im Wesentlichen hergestellt sind aus:
A) Zirconium und/oder Titan und/oder Thorium und/oder den verwandten Hydriden und/oder deren Kombinationen und
B) Getterlegierungen, basierend auf Zirconium und/oder Titan, ausgewählt aus:
i) den Zr-Al-Legierungen gemäß USP 3 203 901 und/oder Zr-Ni- und Zr-Fe-Legierungen gemäß USP 4 071 335 und USP 4 306 887,
ii) den Zr-M1-M2-Legierungen gemäß USP 4 269 624 (wobei M1 ausgewählt ist aus V und Nb und M2 ausgewählt ist aus Fe und Ni) und den Zr-Ti-Fe- Legierungen gemäß USP 4 907 948,
iii) den Zirconium und Vanadium enthaltenden Legierungen und insbesondere den Zr-V-Fe- Legierungen gemäß EP-A-93/830411 und
iv) deren Kombinationen.
Die als St 121 und/oder St 122 bekannten Zusammensetzungen, die von der Anmelderin hergestellt und vertrieben werden, bestehen im Wesentlichen aus folgenden zwei Gruppen von Komponenten:
H) Titanhydrid und
K) Getterlegierungen, ausgewählt aus:
a) Zr-Al-Legierungen gemäß oben genanntem Punkt B/i) und insbesondere 84 Gew.-% Zirconium enthaltenden Legierungen (für St 121),
b) Zr-V- oder Zr-V-Fe-Legierungen gemäß oben genanntem Punkt B/iii) (für St 122) und
c) deren Kombinationen
und haben sich für diese Verwendung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die erfindungsgemäßen Displays können durch verschiedene Verfahren erhalten werden. Entsprechend einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform werden diese Displays durch ein Verfahren hergestellt, worin
a) die poröse Schicht erhalten wird durch Abscheiden eines nicht verdampfbaren Gettermaterials auf einem Substrat und durch Sintern des abgeschiedenen Materials in einem geeigneten Vakuumofen,
b) Umhüllen der so erhaltenen getragenen Schicht in dem inneren Raum gemeinsam mit den anderen inneren Bestandteilen des Displays, entlang dem Rand des letzteren,
c) Evakuieren des inneren Raums durch eine Vakuumpumpe und hermetisches Versiegeln während des Pumpens und
d) Abscheiden des Gettermaterials auf dem Substrat mittels Elektrophorese oder manueller oder mechanischer Applikation, vorzugsweise Spray, einer Suspension der Gettermaterialteilchen in einem Suspensionsmittel.
Ein mechanisches Aufbringungsverfahren, das sich von der Sprühbeschichtung unterscheidet, kann beispielsweise das Auftragen der Suspension durch ein bzw. mehrere Blätter oder durch eine Streichmaschine mit einem Rakel sein.
Hinsichtlich der Elektrophoreseverfahren siehe die der Anmelderin erteilten vorhergehenden Patente GB-B-2 157 486 und EP-B-0 275 844.
Zur hermetischen Versiegelung des Displayinnenraums wird üblicherweise ein Sinterversiegeln bei Evakuierung durchgeführt, dem eine starke Entgasung, ebenfalls bei Evakuierung, des Innenraums und der umgebenden Wände vorhergeht. Sinterversiegeln und Entgasung werden bei hohen Temperaturen durchgeführt, die nützlicherweise angewendet werden können, um die erforderliche thermische Aktivierung des Gettermaterials (ohne Aktivierung kann ein Getter seine Aufgaben nicht erfüllen) durchzuführen, wobei all das erreicht werden kann, ohne auf eine der lästigen separaten Aktivierungen, beispielsweise durch Induktionsspulen, zurückgreifen zu müssen, die in der Vergangenheit angewendet worden sind. Dabei ist festzustellen, dass dies nur durch die von der Anmelderin ausgewählten speziellen Gettermaterialien möglich ist, die eine sehr niedrige Aktivierungstemperatur besitzen.
Eine noch bevorzugtere Ausführungsform dieses Verfahrens, das zur Herstellung der getragenen porösen Schicht aus nicht verdampfbarem Gettermaterial bereitgestellt wird, umfasst folgende Stufen:
a) Herstellen einer Suspension von nicht verdampfbaren Gettermaterialteilchen in einem Suspensionsmittel,
b) Beschichten eines Substrats mittels dieser Suspension durch das Sprühbeschichtungsverfahren und
c) Sintern.
Diese Teilchen sind vorteilhafterweise hergestellt aus einer Mischung von:
H) Titanhydridteilchen mit einer mittleren Größe, die im Wesentlichen zwischen 1 und 10 um (vorzugsweise 3 bis 5 um) liegt, und einer Oberfläche von 1 bis 8,5 m²/g (vorzugsweise 7 bis 8 m²/g) und
K) Getterlegierungsteilchen mit einer mittleren Teilchengröße, die im Wesentlichen zwischen 5 und 15 um (vorzugsweise 8 bis 10 um) liegt, und einer Oberfläche von 0,5 bis 2,5 m²/g,
wobei die Getterlegierung aus Zr-Al-Legierungen und Zr-V- Fe-Legierungen und deren Kombinationen ausgewählt ist und das Gewichtsverhältnis von H-Teilchen zu K-Teilchen 1 : 10 bis 10 : 1 und vorzugsweise 1 : 1 bis 3 : 1 beträgt.
Durch die Verwendung von Gettermaterialpulvern mit dieser Teilchengröße und dieser spezifischen Oberfläche wird ein gutes Sorptionsvermögen für die Gase sichergestellt, die sich während der Herstellung und der Lebensdauer von FEDs bilden. Diese Gase sind üblicherweise H&sub2; und sauerstoffhaltige Gase (wie CO, CO&sub2;, H&sub2;O, O&sub2;), welche für die Mikrokathodenspitzen sehr schädlich sind, wobei das Sorptionsvermögen für CO einen Wert von etwa 0,5 · 10&supmin;³ mbar·l/cm² erreichen kann
Als Suspensionsmittel kann eines der in oben genanntem Patent GB-B-2 157 486 genannten Dispersionsmittel oder ein anderes äquivalentes Mittel eingesetzt werden.
Die poröse Getterschicht kann von einem metallischen, leitenden nichtmetallischen (beispielsweise Silicium) oder isolierenden Substrat getragen werden. Das bedeutet, dass alle diese Möglichkeiten von der im Folgenden benutzten Bezeichnung "getragene poröse Schicht" abgedeckt werden.
Im Fall eines metallischen Substrats ist die Dicke üblicherweise sehr klein, beispielsweise 5 bis 50 um, darüber hinaus kann das Substrat, wie im Patent EP-B-0 275 844 beschrieben, monometallisch oder multimetallisch sein.
Ein Beispiel für ein metallisches Substrat ist eine Schicht aus Titan, Molybdän, Zirconium, Nickel, einer Chrom-Nickel-Legierung oder Eisenbasislegierung, möglicherweise mit einer Aluminiumschicht verbunden, wie im Patent EP-B-0 274 844 beschrieben, wobei ein solches Substrat vorteilhafterweise ein dünner Streifen sein kann, der vorzugsweise Löcher oder Schlitze beliebiger Form, beispielsweise runde, rechteckige, quadratische, polygonale, ovale, keulenförmige und elliptische, enthält.
Ein weiterer spezieller Typ eines metallischen Substrats kann eine der in EP-A-0 577 898 beschriebenen, auf Eisen und Mangan basierenden unmagnetischen Legierungen sein.
Ist das Substrat im Wesentlichen isolierend bzw. nichtmetallisch, kann eine NEG-Suspension direkt auf ein solches isolierendes bzw. nichtmetallisches Substrat oder auf eine monometallische bzw. multimetallische Verankerungsschicht aufgebracht werden, die oben genannten metallischen Substraten völlig ähnlich ist und vorteilhafterweise dazwischen gelegt werden kann.
Gemäß einer Alternative kann eine NEG-Suspension separat auf einen Metallstreifen aufgebracht werden, der anschließend mechanisch in eine Mikronut des isolierenden Substrats eingefügt werden kann.
Zur Durchführung der Sprühbeschichtung kann es vorteilhaft sein, das "Mehrzyklenverfahren" anzuwenden. Dieses Verfahren besteht darin, die entsprechende Oberfläche einen sehr kurzen Zeitraum, beispielsweise einige Sekunden oder sogar weniger als eine Sekunde lang, zu besprühen, den Sprühvorgang einen Zeitraum zu unterbrechen, der länger als der vorangegangene, etwa 10 bis 50 Sekunden, lang ist, so dass die flüchtigen Flüssigkeiten verdampfen können, und danach die Sprühstufe, die Verdampfungsstufe usf. gemäß den Erfordernissen zu wiederholen. Der wiederholte Sprühvorgang kann vorteilhafterweise mit einer einzigen Düse oder alternativ, indem der wiederholte Einsatz einer einzigen Düse durch die Verwendung einer Reihe einstufiger Düsen ersetzt wird, die auf geeignete Weise entlang eines sich bewegenden Trägerstreifens beabstandet sind, durchgeführt werden; eine zweite Alternative besteht in der Verwendung eines feststehenden Streifens, der von einer Reihe sich bewegender beabstandeter Düsen besprüht wird.
Die in den Einzelzyklen eingesetzten Suspensionen können gleich oder voneinander verschieden sein; in bestimmten Fällen ist es sogar möglich, in einem oder mehreren Zyklen eine Suspension von Teilchen A (oder H, beispielsweise Titanhydrid) allein und in einem zweiten Schritt eines oder mehrerer Zyklen eine Suspension von Teilchen B (oder K, beispielsweise Zr-V- bzw. Zr-V-Fe- Legierungen) allein aufzusprühen. Alternativ ist es möglich, verschiedene Konzentrationen, beispielsweise graduelle, der beiden Teilchenarten zu verwenden.
Damit ist es vorteilhafterweise möglich, Getterschichten zu erhalten, die überlagernde Elementarschichten mit derselben oder einer anderen Zusammensetzung umfassen, wobei diese Sätze von Elementarschichten, welche auf der Substratseite eine oder mehrere Elementarschichten enthalten, die im Wesentlichen nur aus Titanteilchen bestehen, sich hinsichtlich der Haftung auf dem Substrat als sehr vorteilhaft erwiesen haben.
Nach Beendigung der Sprühbeschichtung wird das beschichtete Substrat mittels vorsichtiger Erwärmung durch Heißluft, beispielsweise bei 70 bis 80ºC, getrocknet; anschließend wird eine Vakuumsinterbehandlung bei einem Druck von unter 10&supmin;&sup5; mbar und einer Temperatur, die im Wesentlichen 650 bis 1200ºC beträgt, durchgeführt.
Hierbei bedeutet der Ausdruck "Sintern" den Vorgang der Erhitzung einer Gettermaterialschicht bei einer Temperatur und einen Zeitraum lang, die ausreichen, einen gewissen Masseübergang unter angrenzenden Teilchen ohne übermäßige Verkleinerung der spezifischen Oberfläche zu bewirken. Durch den Masseübergang werden die Teilchen miteinander verbunden, wodurch die mechanische Festigkeit steigt und die Haftung der Teilchen am Träger möglich wird, wobei niedrigere Temperaturen längere Zeiträume erfordern. Entsprechend einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Temperatur gewählt, die gleich oder etwas höher als die Sintertemperatur der H-Komponente und etwas niedriger als die Sintertemperatur der K-Komponente ist.
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "isolierend", mit dem mögliche Substrate bezeichnet werden, ein Material, das bei Arbeitstemperatur elektrisch nicht leitend ist, beispielsweise feuerfeste Keramik, Quarzglas, Quarz und Siliciumdioxid, allgemeiner ausgedrückt, feuerfeste Metalloxide und insbesondere Aluminiumoxid.
Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
- Fig. 1 und 2 mikroskopische Aufnahmen getragener poröser Schichten zeigen,
- Fig. 3 ein Diagramm, das die aus Kohlenmonoxidsorptionsversuchen erhaltenen Ergebnisse veranschaulicht,
- Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines isolierenden FED-Substrats ("Rückplatte"), das mit einem dünnen Getterstreifen mit der Dicke d beschichtet ist, der von einem nicht veranschaulichten dünnen Verankerungsstreifen getragen wird, wobei die Mikrokathoden (Mikrospitzen) nicht gezeigt sind,
- Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren "Rückplatte", die anstelle von einem mit zwei Streifen beschichtet ist,
- Fig. 6 einen Querschnitt durch ein mit einem "Schwanz" versehenes FED des Standes der Technik und
- Fig. 7 einen vereinfachten Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes FED
zeigt.
Fig. 1 ist eine 1000fach vergrößerte mikroskopische Aufnahme eines sichtbaren Oberflächenbereichs der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Schicht, welche deutlich die hohe Porosität und den guten Sinterumfang der Probe zeigt.
Fig. 2 ist eine 1860fach vergrößerte mikroskopische Aufnahme (durch Rückstreumessung) eines Teils des Querschnitts der Schicht von Beispiel 1 (A-A-Schnitt in Fig. 4), welche nicht nur die gute Porosität der Schicht, sondern auch die zufriedenstellend gleichmäßige Verteilung der Komponenten des gesinterten Gemischs sowie die gute Verankerung auf dem Ni-Cr-Substrat veranschaulicht.
Fig. 3 ist ein Diagramm der Ergebnisse der Kohlenmonoxidsorptionsversuche mit den gemäß Beispiel 1 erhaltenen Proben; wegen der Beschriftung von X-Achse (Q) und Y-Achse (G) siehe die vorhergehende internationale Patentanmeldung WO 94/02957, mit dem Unterschied, dass in diesem Fall die Sorption auf 1 cm² exponierter Oberfläche gemeint ist. Bezüglich der Einzelheiten ist festzustellen, dass die erfindungsgemäß und gemäß Beispiel 1 erhaltene Probe
- eine Anfangssorptionsgeschwindigkeit G&sub1; des Kohlenmonoxids von etwa 3 l/s·cm² und
- eine Menge Q&sub1; an sorbiertem Kohlenmonoxid von etwa 0,5 · 10&supmin;³ mbar·l/cm², wenn die Geschwindigkeit G auf 0,1 l/s·cm² gesunken ist,
aufweist.
Die Sorptionsversuche wurden unter folgenden Betriebsbedingungen durchgeführt:
- Sorptionstemperatur: 25ºC,
- Aktivierungstemperatur: 500ºC (10 min),
- Versuchsdruck: 3 · 10&supmin;&sup5; mbar.
In Fig. 4 ist ein Feldemitterdisplay ohne den Fluoreszenzbildschirm gezeigt, worin ein quadratischer Träger mit einem rechteckigen Streifen aus einer porösen NEG-Schicht mit der Dicke d parallel zu einer Seite des Trägers versehen ist.
Der Streifen aus einem porösen Getter kann vorteilhafterweise durch Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des FED und insbesondere der Sinterversiegelungsstufe oder der vorhergehenden Entgasungsstufe thermisch aktiviert werden, wobei Temperaturen von etwa 300 bis 450ºC erreicht werden; wegen Einzelheiten bezüglich des Ausdrucks "Sinterversiegeln" siehe die italienische Patentanmeldung MI93A 002422.
Darüber hinaus kann der poröse Getterstreifen vorteilhafterweise an eine oder mehrere elektrische Durchführungen P angeschlossen und fertig für eine nachfolgende weitere Aktivierung sein, falls diese erforderlich sein sollte.
In Fig. 5 ist ein FED, das dem in Fig. 4 ähnlich, aber mit zwei zueinander senkrechten Streifen, wovon einer länger als der andere ist, versehen ist, ohne die Durchführungen gezeigt.
In Fig. 6 ist ein FED des Standes der Technik, worin das Gettermaterial in einem "Schwanzteil" untergebracht ist, wie in JP-A-61 264 654 für eine Lampe offenbart, gezeigt.
In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Feldemitterdisplay (FED) ohne einen "Schwanz", wobei ein isolierendes Substrat S und eine poröse NEG-Schicht (G) durch einen metallischen Verankerungsstreifen NS voneinander getrennt sind, gezeigt.

Beispiel

150 g Titanhydrid mit einer Teilchengröße von kleiner als 60 um wurden zusammen mit 50 cm³ entionisiertem Wasser in den Stahlbehälter einer Planetenkugelmühle gefüllt.
Nach natürlicher Verdunstung des Wassers wurde durch Einstellung von Zeitdauer (etwa 4 Stunden) und Mahlgeschwindigkeit und Auswahl einer geeigneten Anzahl und Größenkombination der Kugeln im Behälter ein Titanhydridpulver mit einer Teilchengröße von unter 20 um (mittlere Größe 3 bis 5 um) erhalten. Die spezifische Oberfläche betrug 8,35 m²/g.
150 g der Legierung St 101 (84% Zr, 16% Al) mit einer Teilchengröße von unter 53 um wurden unter denselben Bedingungen und mit denselben Parametern, die zum Vermahlen des Titanhydrids angewendet worden waren, vermahlen, wobei ein Pulver aus Teilchen mit einer Teilchengröße von unter 30 um (mittlere Größe 8 bis 19 um) erhalten wurde. Die spezifische Oberfläche betrug 2,06 m²/g.
Anschließend wurden in einer Kunststoffflasche 70 g des vermahlenen Titanhydrids mit 30 g der fein vermahlenen St101-Legierung vermischt. Dies sind die typischen Verhältnisse zur Bildung eines mit St 121 bezeichneten Getterverbundmaterials. Danach wurden 150 cm³ eines Suspensionsmittels zugegebenen, das durch Vermischen von 300 cm³ Isobutylacetat, 420 cm³ Isobutylalkohol und 5,3 g Kollodium (Nitrocellulose) erhalten Worden war. Die Flasche wurde dann verschlossen und länger als 4 Stunden mechanisch geschüttelt.
Es wurde eine homogene Suspension erhalten, die, wenn sie eine Zeit lang aufbewahrt wird, vor Verwendung wieder etwa zwei Stunden lang geschüttelt werden muss.
Danach wurde die Suspension durch ein Sprühsystem, das einen Kunststoffvorratsbehälter, ein druckgeregeltes Nadelsprühventil (Modell 7805 Spray Valve der Firma EFD) und eine Regeleinheit (Modell Valvemate 7040, von EFD) umfasste, auf die Oberfläche eines metallischen Trägers aufgebracht.
Für dieses Beispiel wurden 0,05 mm dicke, 4 mm breite streifenförmige metallische Träger aus Ni-Cr verwendet (in anderen Versuchen wurden 0,02 mm dicke Folien verwendet).
Das Ventil wurde so von einem Stativ gehalten, dass sich die Sprühdüse etwa 30 cm von der horizontalen Oberfläche des Trägers entfernt befand. Der Abscheidevorgang umfasste eine Folge von Schritten (Zyklen), worin das Ventil etwa eine Sekunde lang geöffnet wurde, wodurch die Suspension in Form kleinster Tröpfchen hinausströmte, danach wurde es etwa 15 Sekunden lang geschlossen, wodurch das Suspensionsmittel verdunsten konnte. Zur Beschleunigung dieses Vorgangs wurde der Träger durch eine Heizplatte auf etwa 30ºC gehalten.
Die Dicke der Gettermaterialschicht war proportional zur Anzahl der Sprühzyklen.
Die nur auf einer Seite mit einem St121-Pulver beschichteten Proben wurden in einen Vakuumofen gelegt, worin der Druck auf unter 10&supmin;&sup5; mbar vermindert worden war, anschließend wurde die Temperatur auf etwa 450ºC erhöht und dort etwa 15 Minuten lang gehalten.
Danach wurde die Temperatur im Ofen auf 900ºC erhöht (Sintertemperatur) und dort 30 Minuten lang gehalten.
Schließlich wurde das System auf Umgebungstemperatur abgekühlt und wurden die beschichteten Träger aus dem Ofen geholt; die Dicke der Schicht aus gesintertem Pulver betrug 150 bis 180 um entlang der Oberfläche des metallischen Trägers.
Fig. 1 und 2 sind mikroskopische Aufnahmen, erhalten durch REM (Rasterelektronenmikroskopie) der sichtbaren Oberfläche der Gettermaterialschicht nach dem Sintern.
Fig. 1, d. h. eine 1000fach vergrößerte mikroskopische Aufnahme eines sichtbaren Oberflächenbereichs der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Gettermaterialschicht, zeigt deutlich die hohe Porosität und den guten Sinterumfang der Probe.
Fig. 2, d. h. eine 1860fach vergrößerte mikroskopische Aufnahme (durch Rückstreumessung) eines Teils des Querschnitts der Gettermaterialschicht dieses Beispiels (A-A-Schnitt in Fig. 4), veranschaulicht nicht nur die gute Porosität der Schicht, sondern auch die zufriedenstellend gleichmäßige Verteilung der Komponenten des gesinterten Gemischs sowie die gute Verankerung auf dem Ni-Cr-Substrat.
Fig. 3 (Kurve 1) veranschaulicht die Kohlenmonoxidsorptionsversuche.

Claims

1. Ein Feldemitter-Flachdisplay mit einem inneren Vakuum, das durch zwei dünne, aus einem isolierenden Material hergestellten Platten (SCH, S) definiert ist, wobei diese umhüllt sind durch eine Schicht eines anregbaren Phosphors, eine Vielzahl von ein hohes elektrisches Feld erzeugenden Gitterelektroden, eine Vielzahl von Mikrokathoden (MT), die durch das hohe elektrische Feld getriebene Elektronen emittieren, einen Vakuumstabilisator (G) und eine Vielzahl von elektrischen Durchführungen (P), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte (SCH) die Schicht des anregbaren Phosphors trägt und die zweite Platte (S) die Mikrokathoden (MT) und den Vakuumstabilisator (G) trägt, wobei letzerer im wesentlichen gebildet ist aus einer porösen, auf einem Träger befindlichen Schicht eines nicht verdampfbaren Gettermaterials, 20 bis 180 um, vorzugsweise 20 bis 150 um, dick ist und diese Schicht durch einen Bereich umhüllt ist, der im wesentlichen frei von Mikrokathoden ist.

2. Ein Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gettermaterial (G) im wesentlichen gebildet ist aus einem gesinterten Teilchengemisch, ausgewählt aus den folgenden zwei Gruppen:

A) Zirkon und/oder Titan und/oder Thorium und/oder die verwandten Hydride und/oder deren Kombinationen;

B) Getterlegierungen, basierend auf Zirkon und/oder Titan, ausgewählt aus:

i) den Zr-Al-Legierungen und/oder Zr/Ni und/oder Zr- Fe-Legierungen;

ii) den Zr-M1-M2-Legierungen (wobei M1 ausgewählt ist aus V und Nb und M2 ausgewählt ist aus Fe und Ni) und/oder den Zr-Ti-Fe-Legierungen;

iii) den Zirkon und Vanadium enthaltenden Legierungen und insbesondere den Zr-V-Fe-Legierungen; und

iv) deren Kombinationen.

3. Ein Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht des nicht verdampfbaren Gettermaterials von einem Substrat getragen wird, das im wesentlichen aus einem monometallischen oder multimetallischen, dünnen Streifen (NS), vorzugsweise 5 bis 50 um dick, gebildet ist.

4. Ein Display nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Streifen (NS) im wesentlichen aus einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus Nickel, Titan, Molybdän, Zirkon, Chrom-Nickel-Legierungen und auf Eisen basierenden Legierungen hergestellt ist.

5. Ein Display nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Streifen Löcher oder Durchgangsöffnungen enthält.

6. Ein Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht des nicht verdampfbaren Gettermaterials (G) von einem Substrat (S) getragen wird, das im wesentlichen gebildet ist aus einem isolierenden Material oder einem nicht metallischen, leitfähigen Substrat, vorzugsweise separiert von dem Gettermaterial (G) durch eine zwischengeordnete, monometallische oder multimetallische Fixierschicht, die vollständig dem Streifen (NS) nach Anspruch 4 entspricht.

7. Ein Display nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material eine quadratische, rechteckige oder wenigstens teilweise mehreckige Form aufweist und wenigstens eine poröse Schicht des nicht verdampfbaren Gettermaterials (G) trägt, wobei diese Schicht wenigstens eine rechtwinklige Oberfläche aufweist, deren Seiten im wesentlichen parallel zu einer der Seiten des Substrats ist.

8. Ein Display nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (S) eine quadratische oder rechtwinklige Form aufweist und zwei dieser gegenseitig senkrechten Schichten trägt, die dieselbe oder verschiedene Längen aufweisen.

9. Ein Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht des Gettermaterials zusammengesetzt ist aus einer Reihe von elementaren überlappenden Schichten, die dieselbe oder eine verschiedene Zusammensetzung aufweisen.

10. Ein Display nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der elementaren Schichten von den ersten auf der Seite des Trägersubstrats (S) im wesentlichen nur aus Titanteilchen hergestellt sind.

11. Ein Verfahren zur Herstellung eines Displays nach Anspruch 1, worin

a) die poröse Schicht erhalten wird durch Abscheiden eines nicht verdampfbaren Gettermaterials (G) aus einem Substrat (S; NS) und durch Sintern des abgeschiedenen Materials in einem geeigneten Vakuumofen;

b) Umhüllen der so erhaltenen getragenen Schicht in dem inneren Raum gemeinsam mit den anderen inneren Bestandteilen des Displays, entlang dem Rand des letzteren,

c) Evakuieren des inneren Raums durch eine Vakuumpumpe und hermetisches Versiegeln während des Pumpens und

d) Abscheiden des Gettermaterials auf dem Substrat mittels Elektrophorese oder manueller oder mechanischer Applikation, vorzugsweise Spray, einer Suspension der Gettermaterialteilchen in einem Suspensionsmittel.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht des nicht verdampfbaren Gettermaterials (G) thermisch aktiviert ist durch Verbinden der Schicht mit einem oder mehreren elektrischen Durchgängen (P) und durch Ausnutzen des elektrischen Widerstands der Schicht.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Raum hermetisch durch eine Schmelzversieelun unter Anlegen eines Vakuums versiegelt wird, anschließend ebenfalls unter Anlagen eines Vakuums eine Entgasung durchgeführt wird, wobei beide Maßnahmen bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, die das Gettermaterial thermisch aktivieren.

14. Ein Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die getragene poröse Schicht des Gettermaterials erhalten wird durch

a) Herstellen einer Suspension der nicht verdampfbaren Gettermaterial (G)-Teilchen in einem Suspensionsmedium,

b) Beschichten des Trägersubstrats mittels dieser Suspension durch das Sprühbeschichtungsverfahren und

c) Sintern der so erhaltenen Schicht.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine Mischung sind, die im wesentlichen besteht aus

H) Titanhydridteilchen mit einer mittleren Größe, die im wesentlichen zwischen 1 und 15, vorzugsweise 3 bis 15 um, liegt und einer Oberfläche von 1 bis 8,5, vorzugsweise 7 bis 8 m²/g, und

K) Getterlegierungsteilchen mit einer mittleren Teilchengröße, die im wesentlichen zwischen 5 und 50, vorzugsweise 8 bis 10 um, liegt und einer Oberfläche von 0,5 bis 2,5 m²/g,

worin die Getterlegierung ausgewählt ist aus den Zr-Al- Legierungen, den Zr-V-Legierungen, den Zr-V-Fe- Legierungen und deren Kombinationen und worin das Gewichtsverhältnis der H-Teilchen und der K-Teilchen 1 : 10 bis 10 : 1 und vorzugsweise 1 : 1 bis 3 : 1 beträgt.

16. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche eine oder mehrere Male oder Zyklen mit einer vorbestimmten Zeit aufgesprüht wird und an jeden Sprühvorgang eine Pause angeschlossen wird, die ein ausreichendes Verdampfen der Bestandteile des Suspensionsmittels ermöglicht und wobei die Pausenzeit länger als die vorherige Besprühungszeit ist.

17. Ein Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einzelnen Zyklen verwendeten Suspensionen wenigstens teilweise wechselseitig unterschiedlich sind.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sprühzyklus oder die ersten zwei bis drei Sprühzyklen ausschließlich mit einer Suspension aus Titanhydridteilchen durchgeführt werden.