DE69530960T2

DE69530960T2 - Material zur Bildung eines elektrisch leitfähigen Films, Verfahren zur Bildung eines elektrisch leitfähigen Films unter Verwendung desselben und Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, Elektronenquelle und Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69530960T2
Application number: DE69530960T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Matsuda; Ryoji Fujiwara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: EP0700064B1; KR100200259B1; CN1110832C; DE69530960D1; JP3208526B2; CN1131328A; JPH08104810A; CN1379413A; KR960008862A; EP0700064A1; US6106906A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein neues Material, das zur Bildung eines elektroleitfähigen Films verwendet werden kann, und ein Verfahren zur Bildung eines elektroleitfähigen Films durch Verwendung so eines neuen Materials sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung bzw. eines Elektronen emittierenden Bauelements, einer Elektronenquelle und eines Bilderzeugungsgeräts.
Ein neues Material gemäß der Erfindung, das zur Bildung eines elektroleitfähigen Films verwendet werden kann, kann auch zur Bildung einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht verwendet werden.
Verwandter Stand der Technik
Herkömmliche elektroleitfähige Filme, die für elektrische Verdrahtung und Elektroden verwendet werden können, haben eine Schichtdicke von mehreren hundert bis mehreren tausend Nanometern und werden typischerweise durch ein Verfahren, das die Anwendung eines Vakuumgeräts mit sich bringt, wie z. B. durch Aufdampfung oder Zerstäubung gebildet.
Ein elektroleitfähiger Film, der durch so ein Verfahren gebildet wird, kann für die vorstehend angegebenen Anwendungen gebraucht werden, solange seine elektrische Leitfähigkeit seiner Schichtdicke linear proportional ist. Wenn die elektrische Leitfähigkeit der Schichtdicke nicht mehr linear proportional ist, ist es wahrscheinlich, dass sie sich sprunghaft verändert und außer Kontrolle gerät. Außerdem würde der hergestellte Film bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren in den Anfangsstufen der Fertigung in Bezug auf chemische, physikalische und elektrische Eigenschaften einschließlich der elektrischen Leitfähigkeit ziemlich instabil sein. Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Filmbil dungsverfahren ist es somit vor allem in dem Fall, dass die Schichtdicke weniger als mehrere hundert Nanometer beträgt, und insbesondere in dem Fall, dass die Dicke weniger als mehrere zehn Nanometer beträgt, äußerst schwierig gewesen, die elektrischen Eigenschaften eines elektroleitfähigen Dünnfilms zu steuern. Die Anwendungen so eines elektroleitfähigen Dünnfilms schließen den Elektronen emittierenden Bereich von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung und die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht von Flüssigkristall-Bilderzeugungsgeräten ein. Zunächst wird nachstehend ein Elektronen emittierendes Bauelement beschrieben.
Es sind zwei Typen von Elektronen emittierenden Bauelementen bekannt gewesen, und zwar der Glühkathodentyp und der Kaltkathodentyp. Von diesen betrifft der Kaltkathodenemissionstyp Bauelemente, die Bauelemente vom Feldemissionstyp (nachstehend als FE-Typ bezeichnet), Elektronen emittierende Bauelemente vom Metall/Isolationsschicht/Metall-Typ (nachstehend als MIM-Typ bezeichnet) und Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung umfassen.
Beispiele für Bauelemente vom FE-Typ umfassen diejenigen, die von W. P. Dyke und W. W. Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956), und von C. A. Spindt, "Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976), vorgeschlagen werden.
Beispiele für MIM-Bauelemente sind in Abhandlungen offenbart, zu denen C. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Bauelements", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961), gehört.
Zu Beispielen für Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung gehört eines, das von M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965), vorgeschlagen wird.
Ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung wird unter Ausnutzung der Erscheinung verwirklicht, dass aus einem Dünnfilm mit einer kleinen Fläche, der auf einem Substrat gebildet ist, Elektronen emittiert werden, wenn erzwungen wird, dass ein elektrischer Strom parallel zu der Filmoberfläche fließt. Während Elinson für ein Bauelement dieses Typs die Anwendung eines SnO₂-Dünnfilms vorschlägt, wird in [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)] die Anwendung eines Au-Dünnfilms vorgeschlagen, wohingegen in [M. Hartwell und C. G. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)] und in [H. Araki u. a.: "Vacuum", Bd. 26, Nr. 1, S. 22 (1983)] die Anwendung eines In₂O₃/SnO₂- bzw. eines Kohlenstoff-Dünnfilms erörtert wird.
20 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht schematisch ein typisches Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung, das von M. Hartwell vorgeschlagen wird. In 20 bezeichnet Bezugszahl 1 ein Substrat. Bezugszahl 2 bezeichnet einen elektroleitfähigen Dünnfilm, der normalerweise hergestellt wird, indem durch Zerstäubung ein H-förmiger Metalloxid-Dünnfilm erzeugt wird, wobei aus einem Teil des Dünnfilms schließlich ein Elektronen emittierender Bereich 3 wird, wenn er einem Prozess der Zuführung von elektrischem Strom unterzogen wird, der nachstehend beschrieben und als "Stromzuführungs-Formierung" bezeichnet wird. In 20 hat der dünne horizontale Bereich des Metalloxidfilms, der ein Paar Bauelementelektroden trennt, eine Länge L₁ von 0,5 bis 1 [mm] und eine Breite W₁ von 0,1 [mm].
Ein Elektronen emittierender Bereich 3 wird in einem Elektronen emittierenden Bauelement mit Oberflächenleitung üblicherweise hergestellt, indem der elektroleitfähige Dünnfilm 2 des Bauelements einer Vorbehandlung unter Zuführung von elektrischem Strom, die als "Stromzuführungs-Formierung" bezeichnet wird, unterzogen wird. Bei dem Stromzuführungs-Formierungsprozess wird an vorgegebene entgegengesetzte Enden des elektroleitfähigen Dünnfilms 2 eine konstante Gleichspannung oder eine langsam ansteigende Gleichspannung, die typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 1 V/min ansteigt, angelegt, um den Film teilweise zu zerstören, zu verformen oder umzuwandeln und einen Elektronen emittierenden Bereich 3, der einen hohen elektrischen Widerstand hat, zu erzeugen. Der Elektronen emittierende Bereich 3 ist somit ein Teil des elektroleitfähigen Dünnfilms 2, in dem typischerweise ein oder mehr als ein Riss oder Spalt enthalten ist, so dass aus dem Riss oder Spalt Elektronen emittiert werden können. Ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung, das einem Stromzuführungs-Formierungsprozess unterzogen worden ist, emittiert aus seinem Elektronen emittierenden Bereich 3 Elektronen, wenn an den elektroleitfähigen Dünnfilm 2 eine Spannung angelegt wird, um durch das Bauelement einen elektrischen Strom fließen zu lassen.
Nun wird ein Anzeigegerät beschrieben, das einen Flüssigkristall enthält. Um beispielsweise ein Anzeigegerät zu verwirklichen, das einen Flüssigkristall in der verdrillten nematischen Form (im allgemeinen als TN-Form bezeichnet) enthält, wird auf einem Paar Elektroden, die auf jeder der einander gegenüberliegenden Oberflächen von Substraten angeordnet sind, je eine Ausrichtungsschicht gebildet und dann einem Reibprozess unterzogen, bei dem die Ausrichtungsschicht entlang einer Richtung, die zu der Richtung der Ausrichtung senkrecht verläuft, gerieben wird, und wird in den Zwischenraum zwischen den Ausrichtungsschichten, den Elektroden und den Substraten ein Flüssigkristall eingefüllt. Bei so einem Prozess werden die Moleküle des Flüssigkristalls derart ausgerichtet, dass sie elektrisch aktiv werden, so dass die Durchlässigkeit für auftreffendes Licht, das durch einen Polarisator hindurchgegangen ist, durch den Flüssigkristall beträchtlich verändert wird, wodurch auf dem Anzeigegerät Bilder erzeugt werden.
Von Elektronen emittierenden Bauelementen verschiedener Typen werden Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung vor allem für Bilderzeugungsgeräte, die einen großen Bildschirm haben, angewendet, weil sie einfach aufgebaut sind und in einfacher Weise hergestellt werden können. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben als Ergebnis eingehender Forschungsarbeiten herausgefunden, dass der Stromzuführungs-Formierungsprozess für die Herstellung von Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung, die ausgezeichnete elektrische Eigenschaften haben, von besonderer Bedeutung ist und dass die Anwendung eines Dünnfilms, der eine Schichtdicke von weniger als mehreren hundert Nanometern und vorzugsweise weniger als 20 Nanometern hat, für Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung beson ders geeignet ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich somit auf die Erfindung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines elektroleitfähigen Dünnfilms, dessen Schichtdicke unter dem vorstehend definierten Grenzwert liegt, eingelassen. Im Einzelnen kann ein elektroleitfähiger Dünnfilm, der aus einem Metall und/oder dessen Oxid besteht, hergestellt werden, indem eine Lösung, die einen metallorganischen Komplex enthält, durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung auf ein Substrat aufgetragen und das Substrat bei einer hohen Temperatur in der Atmosphäre hitzebehandelt wird. Während dieses Verfahren der Anwendung einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung in der Hinsicht vorteilhaft ist, dass damit ein elektroleitfähiger Dünnfilm mit einer großen Fläche hergestellt werden kann, weil es nicht wie im Fall der Aufdampfung die Anwendung eines Vakuumgeräts mit sich bringt, ist es von der Schwierigkeit begleitet, mit der ein Dünnfilm, der eine gleichmäßige Dicke hat, hergestellt wird, weil ein metallorganischer Komplex in hohem Maße zur Aggregation neigt. Während die starke Neigung zur Aggregation vermindert werden kann, indem der Kohlenwasserstoffanteil an der organischen Komponente des metallorganischen Komplexes erhöht wird, nimmt die Energie, die erforderlich ist, um Kohlenwasserstoff an die organische Komponente anzulagern und davon abzulösen, zu, wenn der Kohlenwasserstoffanteil ansteigt. Dies hat zur Folge, dass der geschmolzene metallorganische Komplex während des Hitzebehandlungsvorgangs leicht aggregieren kann, so dass ein elektroleitfähiger Dünnfilm mit einer ungleichmäßigen Schichtdicke erzeugt wird. Andererseits ist es wahrscheinlich, dass ein metallorganischer Komplex, der einen niedrigen Kohlenwasserstoffanteil an der organischen Komponente hat, auf einem Substrat, auf das er aufgetragen wird, eine ungleichmäßige Verteilung zeigt und während des Hitzebehandlungsvorgangs teilweise sublimieren kann, so dass ein Dünnfilm mit einer ungleichmäßigen Schichtdicke erzeugt wird. Während im Einzelnen zur Herstellung einer Elektronenquelle, die eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung, die über einer großen Fläche angeordnet sind, umfasst, ein elektroleitfähiger Dünnfilm mit einer sehr großen Fläche, der eine gleichmäßige und optimale Dicke hat, gebildet werden muss, kann die Leistung der Elektronen emittierenden Bauelemente beim Vor gang der Elektronenemission ungleichmäßig sein, wenn der elektroleitfähige Dünnfilm eine ungleichmäßige Verteilung der Schichtdicke und somit der elektrischen Eigenschaften zeigt.
Andererseits werden als Ausrichtungsschichten für Bilderzeugungsgeräte, die einen Flüssigkristall enthalten, allgemein Filme aus dielektrischen Substanzen wie z. B. Polyimidfilme, die eine Schichtdicke von weniger als mehreren zehn Nanometern und vorzugsweise weniger als 15 Nanometern haben, verwendet. So eine Ausführung ist jedoch von dem Problem einer ungleichmäßigen Schichtdicke begleitet, die ihrerseits zur Ansammlung einer großen Menge elektrischer Ladung auf Seiten der Flüssigkristall Ausrichtungsschicht, zu Hysterese, zu Nachbildern und zu anderen Störungen, die mit dem Durchlassgrad im Zusammenhang stehen, führt, wodurch die mit dem Gerät erzielte Bildqualität vermindert wird.
Diese Probleme werden gelöst, wenn der spezifische elektrische Widerstand des Polyimidfilms derart gesteuert werden kann, dass der Film bis zu einem gewissen Grade elektroleitfähig gemacht wird. Während für die Steuerung des spezifischen Widerstandes des Polyimidfilms eine ganze Anzahl von Verfahren vorstellbar ist, ist das zweckmäßigste die Steuerung der Impedanz des Polyimidfilms durch Dispergieren eines Metalls und/oder seines Oxids in dem Film.
Polyimid kann typischerweise durch chemische oder thermische Dehydratisierung und Cyclisierung (Imidierung) von Polyamidsäure, die eine Vorstufe von Polyimid ist, erhalten werden. Ein vorstellbares einfaches Verfahren zur Serstellung eines Polyimidfilms, der ein Metall und/oder sein Oxid in Form von dispergierten feinen Teilchen enthält, kann somit darin bestehen, dass Polyamidsäure und ein Metall oder eine organische Verbindung des Metalls vermischt werden, auf einem Substrat ein Film aus der Mischung gebildet wird und der Film dann imidiert wird. So ein Verfahren ist jedoch praktisch nicht durchführbar, weil die Carboxylgruppe der Polyamidsäure und das Metall leicht unter Vernetzung miteinander reagieren können und ein Gel bilden und die Bildung eines Films aus einem Polymer, das geliert hat, praktisch unmöglich ist.
Ein Imidfilm, der ein Metall und/oder sein Oxid enthält, kann alternativ gebildet werden, indem eine Mischung aus löslichem Imid und dem Metall oder einer organischen Verbindung des Metalls hergestellt und die Mischung durch eine zweckmäßige Maßnahme auf ein Substrat aufgeschichtet wird, um eine Mehrschichtenstruktur zu bilden. In diesem Fall kann ein Gelieren der Mischung vermieden werden, wenn nicht in lösliches Polyimid absichtlich eine Gruppe wie z. B. eine Carboxylqruppe eingeführt wird, um zu bewirken, dass das Polyimid aktiv einen Komplex mit Metall bildet. Die Strukturtypen von Polyimid, die mit diesem Verfahren verträglich sind, sind jedoch eng auf eine geringe Zahl begrenzt.
Für ein weiteres alternatives Verfahren zur Vermeidung des Gelierens der Mischung aus Polyamidsäure und dem Metall oder einer organischen Verbindung des Metalls kann eine Metallverbindung verwendet werden, die nicht erlauben würde, dass zwei oder mehr als zwei zusätzliche Liganden koordiniert werden. Es ist jedoch schwierig, eine Metallverbindung herzustellen und zu verwenden, die nur eine Komponente für die Koordination hat, wenn verhindert wird, dass solche zusätzlichen Liganden koordiniert werden. Wenn in einer Metallverbindung keine Komponente für die Koordination verfügbar ist, kann so eine Verbindung kaum unter Erzeugung einer gewünschten Mischung mit Polyamidsäure vermischt werden, und die Bestandteile der erhaltenen Mischung können meistens in verschiedene Phasen getrennt werden. Es ist somit sehr schwierig, einen Polyimidfilm zu bilden, der ein Metall und/oder sein Oxid in einem gleichmäßig dispergierten Zustand enthält.
In DE-A 2939920 ist eine elektrolytische Abscheidung unter Verwendung eines Elektrolysebades zum Elektroplattieren mit Palladium offenbart.
In EP-A 0391314 sind eine Strukturierung auf einem Substrat und eine entsprechende Mischung offenbart. Die Mischung enthält ein Reduktionsmittel und ein Metallsalz einer organischen Säure. Durch die Bestrahlung ausgewählter zu strukturierender Bereiche der Strukturierungsmischung mit UV-, sichtbarem oder IR-Licht wird in diesen Bereichen die Reduktionswirkung des bestrahlten Reduktionsmittels, das in der Mischung enthalten ist, beseitigt. Das Metallsalz der organischen Säure wird folglich durch das Reduktionsmittel nur dort reduziert, wo das Reduktionsmittel nicht bestrahlt worden ist, so dass auf dem Substrat die gewünschte Struktur bzw. das gewünschte Muster erzeugt wird.
In JP 63-192874 A ist die kostengünstige Herstellung eines glänzenden metallbeschichteten Films, der an der Oberfläche eines Gegenstandes anhaftet, durch Auftragen einer Emulsion, die aus einem Metallsalz einer Polycarbonsäure, einem Verdickungsmittel und Wasser besteht, auf die Oberfläche des Gegenstandes und Bestrahlen der aufgetragenen Emulsion mit UV-Licht offenbart.
GemäB der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines elektroleitfähigen Films, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist, bereitgestellt.
Der Film kann in dem Fall, dass seine Dicke weniger als mehrere hundert Nanometer beträgt, oder sogar in dem Fall, dass seine Dicke weniger als 20 Nanometer beträgt, wie es bevorzugt wird, Elektronen emittieren.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein Elektronen emittierendes Bauelement bzw. eine Elektronen emittierende Vorrichtung (nachstehend als "Elektronen emittierendes Bauelement" bezeichnet) hergestellt werden, indem ein Film gemäß der vorliegenden Erfindung einem Ausbildungs- bzw. Formierungsprozess unterzogen wird, wie er in Anspruch 15 dargelegt ist. Dem Film kann beispielsweise elektrischer Strom zugeführt werden, bis ein Elektronen emittierender Bereich mit einer modifizierten Struktur, die von der Struktur des elektroleitfähigen Films verschieden ist, hergestellt worden ist. Auf dem Substrat oder dem Film kann ein Paar Vorrichtungs- bzw. Bauelementelektroden angeordnet sein. Ausführungsformen des vorstehend erwähnten Elektronen emittierenden Bauelements haben die Eigenschaft, dass sie eine gleichmäßige Elektronenemission erzeugen. Eine Elektronenquelle kann eine Vielzahl solcher Elektronen emittierenden Bauelemente umfassen, und ein Bilderzeugungsgerät kann so ein Elektronen emittierendes Bauelement und ein Bilderzeugungselement umfassen.
Ausführungsformen des vorstehend erwähnten Bilderzeugungsgeräts vermindern oder verhindern die Probleme der ungleichmäßigen Helligkeit bzw. Leuchtstärke des angezeigten Bildes und der Hysterese.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein elektroleitfähiger Film zusammen mit einer Ausrichtungsschicht für die Ausrichtung eines Flüssigkristallmaterials gebildet werden und kann ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-Anzeigegeräts bereitgestellt werden, bei dem mindestens eine solche Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht gebildet wird und die Ausrichtungsschicht oder die Ausrichtungsschichten in ein Flüssigkristall-Anzeigegerät eingebaut werden.
Ausführungsformen der vorstehend erwähnten Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht haben die Eigenschaft einer im allgemeinen gleichmäßigen Schichtdicke und zeigen sogar in dem Fall, dass die Schichtdicke weniger als mehrere zehn Nanometer beträgt, im allgemeinen erwünschte elektrische Eigenschaften einschließlich elektrischer Leitfähigkeit.
Nun wird anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.
1 ist eine schematische Zeichnung eines Glassubstrats, das in Beispiel 26 verwendet wird.
2 ist eine schematische Schnittzeichnung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung.
3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Spannung, die an eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung angelegt wird, und dem Durchlassgrad der Vorrichtung zeigt.
4A und 4B sind schematische Schnittzeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung.
5 ist eine schematische Schnittzeichnung einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung.
6A bis 6C sind schematische Zeichnungen noch einer weiteren Ausführungsform eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung, die verschiedene Fertigungsschritte zeigen.
7A und 7B sind graphische Darstellungen, die schematisch Impulsspannungs-Kurvenformen zeigen, die für einen Formierungsprozess bei der Herstellung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung angewendet werden können.
8 ist ein Blockdiagramm eines Messsystems für die Ermittlung der Elektronenemissionsleistung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Elektronenemissionsleistung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung zeigt.
10 ist eine schematische Draufsicht einer Elektronenquelle vom Einfachmatrixtyp gemäß der Erfindung.
11 ist eine schematische Zeichnung des Anzeigefeldes einer bevorzugten Ausführungsform des Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung.
12A und 12B sind schematische Zeichnungen, die zwei mögliche Anordnungen des fluoreszierenden Films eines Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung veranschaulichen.
13 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung.
14 ist eine schematische Draufsicht einer Elektronenquelle vom Leiter- bzw. Kettentyp gemäß der Erfindung.
15 ist eine schematische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform des Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung, das eine Elektronenquelle vom Leiter- bzw. Kettentyp umfasst.
16 ist eine vergrößerte schematische Zeichnung der Elektronenquelle von 10.
17 ist eine Teilschnittzeichnung der Elektronenquelle von 16 entlang der Linie 17–17.
18A bis 18H sind schematische Zeichnungen der Elektronenquelle von Beispiel 36, die verschiedene Fertigungsschritte zeigen.
19 ist ein Blockdiagramm des Bilderzeugungsgeräts von Beispiel 37.
20 ist eine schematische Zeichnung eines herkömmlichen Elektronen emittierenden Bauelements.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, beschrieben.
Ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung umfasst ein Metall, das dazu dient, dem Material elektrische Leitfähigkeit zu erteilen, und hydrophobe und hydrophile Komponenten, die dazu dienen, die Gleiahmäßigkeit und die Steuerbarkeit der Dicke des Films während eines Hitzebehandlungsvorgangs zu verbessern.
Metalle, die verwendet werden können, um elektrische Leitfähigkeit zu erteilen, umfassen Pd, Ru, Ag, Cu, Cr, Tb, Cd, Fe, Pb und Zn, und jedes dieser Metalle kann durch Dispergieren oder in Form von Ionen in das Material eingeführt werden und kann in einer Konzentration zwischen 0,1 und 2 Masse% verwendet werden.
Die hydrophobe Komponente kann eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit einer großen Zahl von Kohlenstoffatomen sein. Wenn die Zahl der Kohlenstoffatome der hydrophoben Komponente andererseits zu groß ist, wird bei dem Prozess der Herstellung eines elektroleitfähigen "Films" einschließlich eines Elektronen emittierenden Bereichs, der nachstehend beschrieben wird, nur schlecht ein Film aus dem Material gebildet. Zur Erfüllung der vorstehenden Bedingungen kann die hydrophobe Komponente somit vorzugsweise eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen sein.
Die hydrophile Komponente kann eine Carbonsäure, ein Metallcarboxylat, ein Alkohol oder eine Aminogruppe sein. Die Verwendung eines Metallcarboxylats ist vorzuziehen, weil es in dem Molekül sowohl ein Metall als auch eine hydrophile Komponente enthält.
Ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung kann hergestellt werden, indem eine Verbindung, die eine hydrophobe Komponente hat, und eine andere Verbindung, die eine hydrophile Komponente hat, vermischt werden. Alternativ und vorzugsweise kann ein Material gemäß der Erfindung aus einer Verbindung, die sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Komponente hat, oder durch Vermischen von zwei oder mehr als zwei Verbindungen, die jeweils sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Komponente haben, hergestellt werden. Beispiele für Materialien, die für den Zweck der Erfindung verwendet werden können, umfassen langkettige Metallcarboxylate (z. B. Palladiumpalmitat, Terbiumpentadecanat und Eisenoleat) und langkettige Alkyl- und Alkenylamine (z. B. Didecylamin und Methyloctadecylamin).
Ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung wird hergestellt, indem irgendwelche der vor stehend angegebenen Verbindungen in einem geeigneten Verhältnis vermischt werden, und nötigenfalls in einem organischen Lösungsmittel gelöst, bevor es durch ein geeignetes Verfahren [z. B. durch Rotations- bzw. Schleuderauftrag, Tauchen oder die Langmuir-Blodgett-Methode (nachstehend als LB-Methode bezeichnet)] auf ein Substrat aufgetragen wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein Verfahren zur Bildung eines Palladium- oder Palladiumoxidfilms, der ein vorzuziehender elektroleitfähiger Dünnfilm ist, ausführlicher beschrieben. So ein Verfahren umfasst die Schritte der Abscheidung einer organischen Mischung, die mindestens einen organischen Palladiumkomplex enthält, auf einem Substrat, der Bestrahlung des abgeschiedenen Films aus der organischen Mischung mit Ultraviolettstrahlen und des Erhitzens und der Hitzebehandlung des Films.
Zur Abscheidung einer organischen Mischung auf einem Substrat für den Zweck der Erfindung können geeignete bekannte Verfahren zur Abscheidung eines Dünnfilms, zu denen Rotations- bzw. Schleuderauftrag, Tauchen und die LB-Methode gehören, angewendet werden. Von diesen sind die Verfahren des Rotations- bzw. Schleuderauftrags und des Tauchens einfach, jedoch ist die LB-Methode vorzuziehen, weil damit auf verhältnismäßig einfache Weise Filme erzeugt werden können, die eine gleichmäßige Dicke haben.
Nun wird die Anwendung der LB-Methode zur Bildung eines Films aus einer organischen Mischung durch Abscheidung beschrieben.
Ein organischer Palladiumkomplex, der für die Verwendung bei der LB-Methode zum Zweck der Erfindung geeignet ist, ist ein Alkylaminkomplex des Palladiumsalzes einer Säure, der pro chemisches Äquivalent Palladium zwei chemische Äquivalente Alkylamin und zwei chemische Äquivalente Fettsäure (die Essigsäure sein kann) enthält und durch die nachstehende allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: Pd²⁺[R¹COO^–]₂[R²R³R⁴N]₂ (1),worin jedes von R¹, R², R³ und R⁴ einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bezeichnet, wobei jedoch eines oder zwei von R², R³ und R⁴ ein Wasserstoffatom bezeichnen können. Kurz gesagt, das Alkylamin kann ein primäres, sekundäres oder tertiäres Amin sein. Ein Teil der Wasserstoffatome oder alle Wasserstoffatome der Kohlenwasserstoffkette können durch Fluoratome ersetzt sein. Man beachte jedoch, dass die Zahl der Kohlenstoffatome, die in jedem von R², R³ und R⁴ enthalten sind, vorzugsweise gleich 5 oder größer als 5 ist, damit der Rest hydrophob ist. Außerdem hat mindestens eines von R², R³ und R⁴ vorzugsweise 18 oder mehr Rohlenstoffatome und ist die Gesamtzahl ihrer Kohlenstoffatome nicht kleiner als 18.
Wenn ein LB-Film (d. h. ein Film, der durch die LB-Methode gebildet wird) nur unter Verwendung eines durch Formel (1) ausgedrückten Alkylaminkomplexes des Palladiumsalzes einer Säure gebildet wird, hat mindestens eines von R¹, R², R³ und R⁴ vorzugsweise 18 oder mehr Kohlenstoffatome. So ein Komplex kann durch die nachstehende Formel (2) ausgedrückt werden: Pd²⁺[CH₃COO^–]₂[(C₁₈H₃₇)₂NCH₃]₂ (2).
Alternativ kann ein organischer Palladiumkomplex, der eine geeignete Struktur hat, mit einem amphiphilen Material (nachstehend als Bindemittel bezeichnet), das für die Bildung eines Films durch die LB-Methode zum Zweck der Erfindung geeignet ist, vermischt werden. Verbindungen, die als Bindemittel verwendet werden können, umfassen gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen, und Beispiele für solche Fettsäuren umfassen Octadecansäure, Eicosansäure, Docosansäure und andere geradkettige Fettsäuren. Es können auch polymere Substanzen wie z. B. Poly(isobutylmethacrylat), Poly(methylmethacrylat) und Poly(butansäure) verwendet werden.
Für den Zweck der Erfindung kann die Verwendung eines Bindemittels die Auswahl organischer Palladiumkomplexe beträchtlich erweitern, weil so ein Bindemittel in hohem Maße zur Bildung eines LB-Films befähigt ist. Mit anderen Worten, der Palladiumkomplex, der für den Zweck der Erfindung zu verwenden ist, muss nicht unbedingt dazu befähigt sein, allein einen stabilen LB-Film zu bilden. Wenn beispielsweise ein durch Formel (1) ausgedrückter Alkylaminkom plex des Palladiumsalzes einer Säure mit so einem Bindemittel verwendet wird, kann er insbesondere ein Alkylaminkomplex der Formel (3) sein, wo die Gesamtzahl der in R¹, R², R³ und R⁴ enthaltenen Kohlenstoffatome verhältnismäßig gering ist: Pd²⁺[CHgCOO^–]₂[(C₁₀H₂₁)₂NH]₂ (3).
Während es für das Mischungsverhältnis des organischen Palladiumkomplexes und des Bindemittels keine Einschränkung gibt, liegt das Molverhältnis (auf das Monomer bezogen, wenn das Bindemittel ein Polymer ist) des organischen Palladiumkomplexes zu dem Bindemittel typischerweise zwischen 1 zu 0,01 und 1 zu 100. Wenn der Anteil des Bindemittels zunimmt, wird die Bildung eines LB-Films aus der Mischung einfacher, jedoch nimmt die Dichte des Palladiums ab. Mit anderen Worten, wenn der Anteil des Bindemittels hoch ist, muss die Gesamtschichtdicke im Vergleich zu der Schichtdicke in dem Fall, dass der Anteil des Bindemittels niedrig ist, größer gemacht werden, um einen Palladium- oder Palladiumoxidfilm mit einer gewünschten Dicke zu erhalten.
Umgekehrt nimmt die Fähigkeit des Bindemittels zur Bildung des LB-Films ab, wenn der Anteil des Bindemittels niedrig ist. Alles in allem liegt ein vorzuziehendes Verhältnis des Bindemittels zu dem organischen Palladiumkomplex in Form der molaren Konzentration zwischen 1 zu 0,4 und 1 zu 10, obwohl das vorstehend angegebene Verhältnis außer Acht gelassen und ein anderes Mischungsverhältnis gewählt werden kann, wenn der zu verwendende organische Palladiumkomplex eine ausreichend hohe Fähigkeit zur Bildung des LB-Films hat. Wenn dies der Fall ist, kann die Dichte des organischen Palladiumkomplexes als Wirkung der Verwendung einer Mischung zur besseren Steuerung des Aggregationseffekts, der Schichtdicke und der elektrischen Leitfähigkeit des Endprodukts in Form des Palladium- oder Palladiumoxidfilms gesteuert werden.
Ein LB-Film kann durch jedes geeignete bekannte Verfahren aus einer organischen Mischung der vorstehend beschriebenen Art gebildet werden, und eine vorhandene Einrichtung oder Anlage, die für die Herstellung so eines Films bestimmt ist, kann ohne bedeutende Abänderungen angewendet werden. Wenn für der Zweck der Erfindung aus einem Material der vorstehend beschriebenen Art durch die LB-Methode ein Film gebildet wird, muss das Wasser, das die untere Phase des Reaktionssystems bildet, nicht unbedingt Palladiumionen enthalten, und es kann dafür reines Wasser verwendet werden, so dass die Gesamtkosten der Bildung so eines Films beträchtlich gesenkt werden können und keine Überlegungen zu einer Entsorgung des verbrauchten Wassers der unteren Phase angestellt werden müssen.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird auf einem Substrat durch Abscheidung ein Film aus einer organischen Mischung, die mindestens einen organischen Palladiumkomplex enthält, vorzugsweise in einer Dicke von 10 bis 50 Å gebildet und danach mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt, um den Komplex bei organischen Anteilen (Komponenten) zu zersetzen bzw. zu spalten. Die Bestrahlung wird vorzugsweise in einer Ozonatmosphäre oder während der Einführung von Sauerstoff durchgeführt, damit die Spaltung bei organischen Anteilen beschleunigt werden kann.
Während des vorstehend erwähnten Vorgangs der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen wird der Film aus der organischen Mischung vorzugsweise erhitzt, ohne dass er geschmolzen wird, damit die Spaltung des Komplexes bei organischen Anteilen beschleunigt wird. Es sollte darauf geachtet werden, dass der Film bei einem Bereich in der Nähe der Quelle der Ultraviolettstrahlen nicht überhitzt wird, weil der Film in diesem Bereich leicht erhitzt werden kann.
Während die Zeitdauer, in der der Vorgang der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen durchgeführt wird, von der Intensität der Ultraviolettstrahlen, der Ozonkonzentration, dem Filmmaterial und anderen Einflussgrößen abhängt, muss der Komplex bei den organischen Anteilen in dem Film zu mindestens 50% gespalten werden. Der Komplex wird vorzugsweise zu mehr als 90% und insbesondere zu mehr als 99% gespalten, damit die mögliche Aggregation des geschmolzenen Filmmaterials in dem anschließenden Erhitzungs- und Hitzebehandlungsprozess minimiert wird.
Wenn der Schritt der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen beendet ist, wird der Film einem Erhitzungs- und Hitzebehandlungsschritt unterzogen. Dieser Vorgang wird vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 250°C für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten oder länger durchgeführt. Wenn der Hitzebehandlungsvorgang in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, wird das Palladium in dem Film thermisch oxidiert, so dass ein Palladiumoxidfilm erzeugt wird. Wenn der Hitzebehandlungsvorgang andererseits ohne Sauerstoff durchgeführt wird, wird das hitzebehandelte Produkt ein Palladiumfilm sein.
Der vorstehend beschriebene Vorgang der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen kann in den Erhitzungs- und Hitzebehandlungsschritt hinein ausgedehnt werden, ohne dass ein Problem hervorgerufen wird. Wenn der Vorgang der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen in einer ozonhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, kann der Erhitzungs- und Hitzebehandlungsschritt weggelassen werden, so dass direkt Palladiumoxid erhalten wird, wobei jedoch in diesem Fall der Schritt der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen sehr lange durchgeführt werden muss.
Bei einem Verfahren zur Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung kann ein gewünschter Palladium- oder Palladiumoxidfilm in sehr kurzer Zeit erzeugt werden, indem der Film nach seiner Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen hitzebehandelt wird.
Gemäß der Erfindung wird ein elektroleitfähiger Polyimid-Dünnfilm bereitgestellt, der ein Metall und/oder ein Metalloxid enthält. Es wird auch ein Verfahren zur Bildung eines elektroleitfähigen Polyimid-Dünnfilms, der ein Metall und/oder ein Metalloxid enthält, bereitgestellt, das die Schritte der Bildung einer Schicht aus einer Mischung von Polyamidsäureester und einem Metall oder einer metallorganischen Verbindung auf einem Substrat und der anschließenden Imidierung des Polyamidsäureesters umfasst.
Nun werden ein elektroleitfähiger Polyimid-Dünnfilm, der ein Metall und/oder ein Metalloxid enthält, und ein Verfahren zur Bildung so eines Dünnfilms beschrieben.
Für den Zweck der Erfindung wird als Vorstufe von Polyimid Polyamidsäureester verwendet. Ein Verfahren zur Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms umfasst die Schritte der Bildung einer Schicht aus einer Mischung so eines Polyamidsäureesters und eines Metalls oder einer metallorganischen Verbindung, die vorzugsweise eine Komplexverbindung von Palladium sein kann, die in einem verhältnismäßig geringen Ausmaß auf den Esteranteil des Polyamidsäureesters einwirken kann, auf einem Substrat und der anschließenden chemischen und/oder thermischen Imidierung des Polyamidsäureesters.
Für den Zweck der Erfindung wird Polyamidsäureester typischerweise durch die nachstehende Formel (4) ausgedrückt:
worin R³ eine Alkylgruppe mit einem oder mehr als einem Kohlenstoffatom bezeichnet, die durch Wasserstoffatome ersetzt sein kann, so dass R¹ und R² strukturell dieselben wie die von irgendeiner bekannten Polyamidsäure oder davon verschieden sein können. Bestimmte Beispiele für R¹ und R² sind nachstehend gezeigt. Man beachte, dass alternativ ein Copolymer verwendet werden kann, das zwei oder mehr als zwei verschiedene Polyamidsäureester umfasst.
Beispiele für R¹ in Formel (4)
Beispiele für R² in Formel (4)
Polyamidsäureester kann durch jedes bekannte Verfahren synthetisch hergestellt werden. Er kann beispielsweise hergestellt werden, indem als Ausgangssubstanz eine entsprechende Polyamidsäure verwendet wird und bewirkt wird, dass ihr Säurechlorid mit einem Alkohol oder Alkoxid, das eine gewünschte Alkylgruppe (in diesem Fall R³) hat, reagiert.
Während es keine bestimmte Obergrenze für die Zahl der Kohlenstoffatome von R³ gibt, ist die Anwendung einer sehr großen Zahl von Kohlenstoffatomen nicht zu empfehlen, weil während der Imidierung einige der Kohlenstoffatome entfernt werden müssen. Die Zahl der Kohlenstoffatome liegt vorzugsweise zwischen 1 und 30 und insbesondere zwischen 1 und 22. Polyamidsäureester ist normalerweise in einem polaren Lösungsmittel wie z. B. N,N-Dimethylacetamid (nachstehend als DMAc bezeichnet), 2-N-Methylpyrrolidon (nachstehend als NMP bezeichnet) oder γ-Butyrolacton oder in einer Lösungsmittelmischung, die so ein polares Lösungsmittel enthält, löslich.
Die Lösung des Polyamidsäureesters, der in einem Lösungsmittel gelöst worden ist, wird dann mit einem Metall oder einer metallorganischen Verbindung vermischt, um eine Lösung der Mischung (nachstehend als Polyamidsäureester-Metall-Mischung bezeichnet) herzustellen. Die Verwendung einer metallorganischen Verbindung kann im Vergleich zur Verwendung eines Metalls vorzuziehen sein, weil die metallorganische Verbindung in einem organischen Lösungsmittel leichter löslich ist. Während das Metall, das für den Zweck der Erfindung zu verwenden ist, keiner Einschränkung un terliegt, kann es geeigneterweise aus Pd, Ru, Ag, Cu, Cr, Tb, Cd, Fe, Pb und Zn ausgewählt werden. Für den Zweck der Erfindung ist vor allem eine metallorganische Verbindung vorzuziehen, die mit dem Esteranteil des Polyamidsäureesters in einem geringen Ausmaß einen Komplex bilden kann.
Eine vorzuziehende metallorganische Verbindung ist im Einzelnen entweder eine Verbindung, die einen oder zwei unkoordinierte Liganden hat, oder eine Verbindung, die mit Liganden gesättigt ist, von denen einer oder zwei leicht abgelöst werden können. Da Polyamidsäureester und ein Metall einen Komplex bilden können, wird eine Mischung von Polyamidsäureester und einem Metall nachstehend als Polyamidsäureester-Metall-Komplex bezeichnet.
Metallorganische Verbindungen, die für den Zweck der Erfindung verwendet werden können, werden nun anhand einer organischen Palladiumverbindung beschrieben, obwohl auch jede andere bekannte und geeignete metallorganische Verbindung verwendet werden kann.
Die nachstehende Formel (5) zeigt die Struktur einer typischen organischen Palladiumverbindung: Pd²⁺[R⁴COO^–]₂[R⁵R⁶R⁷N]₂ (5),worin R⁴ eine Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bezeichnet und jedes von R⁵, R⁶ und R⁷ eine Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bezeichnet. Sie können im Einzelnen aus einer Methylgruppe, einer Decylgruppe, einer Octadecylgruppe und anderen geeigneten Gruppen ausgewählt werden.
Eines oder zwei von R⁵, R⁶ und R⁷ können ein Wasserstoffatom bezeichnen. Mit anderen Worten, das Alkylamin, das koordinativ an Palladium gebunden ist, kann primär, sekundär oder tertiär sein. Die Wasserstoffatome von R⁵, R⁶ und R⁷ können teilweise oder ganz durch Fluoratome ersetzt sein.
Ein Polyamidsäureester-Palladium-Komplex, der unter Verwendung eines organischen Palladiumkomplexes und eines Polyamidsäureesters hergestellt worden ist, wird dann durch ein geeignetes Verfahren auf ein Substrat aufgeschichtet, um einen Film aus dem Polyamid säureester-Palladium-Komplex zu bilden. Da der Polyamidsäureester-Palladium-Komplex nicht geliert, kann er durch jedes bekannte und geeignete Dünnschichtbildungsverfahren, das aus Schleuderauftrag, Tauchen, der Langmuir-Blodgett-Methode (nachstehend als LB-Methode bezeichnet) und anderen Verfahren ausgewählt ist, auf das Substrat aufgeschichtet werden.
Da das Material sowohl hydrophile als auch hydrophobe Komponenten enthält, kann auf einem Substrat durch Schleuderauftrag ein Film mit einer gleichmäßigen Dicke gebildet werden und kann unter Anwendung der LB-Methode ein Film, der eine noch gleichmäßigere Dicke hat, erhalten werden.
Wie früher beschrieben wurde, kann ein elektroleitfähiger Dünnfilm gemäß der Erfindung für eine Flüssigkristallvorrichtung verwendet werden. Nun wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 wird auf einem Paar Glassubstraten 1 durch ein geeignetes Verfahren wie z. B. reaktive Zerstäubung ITO (Indiumzinnoxid) in einer gewünschten Dicke abgeschieden, um lichtdurchlässige Elektroden 2 zu bilden, die dann gereinigt werden und deren Oberfläche behandelt wird, damit sie hydrophob wird.
Dann wird eine Mischung einer DMAc-Lösung eines Polyamidsäuremethylesters mit der nachstehenden chemischen Formel (6) und eines metallorganischen Komplexes gemäß der Erfindung durch ein bekanntes Auftragverfahren auf ein Substrat (vorzugsweise einen Silicium-Wafer) aufgebracht.
Das Produkt wird dann in einem Elektroofen erhitzt, um eine Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht 3 zu bilden, die aus einem Polyimid mit der nachstehenden chemischen Formel (7) und einem Metall besteht. Die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht hat eine Schichtdicke von vorzugsweise mehreren zehn Nanometern und insbesondere weniger als 15 Nanometern. Die Oberfläche der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht wird dann einem Reibvorgang unterzogen.
Danach werden auf einem der Substrate als Zwischenstücke (Abstandshalter) 4 Aluminiumoxidkügelchen bzw. -perlen mit einer geeigneten Größe ausgebreitet, und die Substrate werden zur Bildung einer Zelle derart aufeinandergelegt, dass ihre Reibrichtungen einen gewünschten Winkel bilden. Dann wird in die Zelle ein Flüssigkristall eingespritzt, um eine Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Wie früher beschrieben wurde, besteht eine andere Anwendung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung in einem Elektronen emittierenden Bauelement mit Oberflächenleitung.
Nun wird ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung beschrieben.
Für den Zweck der Erfindung sind zwei Typen von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung möglich, und zwar ein planares (ebenes) und ein stufenförmiges Bauelement. Zuerst wird der Grundaufbau eines planaren Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung beschrieben.
4A und 4B sind schematische Zeichnungen, die ein planares Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung zeigen.
Unter Bezugnahme auf 4A und 4B umfasst das Bauelement ein Substrat 1, einen Elektronen emittierenden Bereich 2, einen elektroleitfähigen Dünnfilm 3 und ein Paar Bauelementelektroden 4 und 5.
Materialien, die für das Substrat 1 verwendet werden können, umfassen Quarzglas, Glas, das Verunreinigungen wie z. B. Na in einer verminderten Konzentration enthält, Natronkalkglas, Glassubstrat, das hergestellt wird, indem auf Natronkalkglas durch Zerstäubung eine SiO₂-Schicht gebildet wird, und keramische Substanzen wie z. B. Aluminiumoxid.
Während die gegenüberliegend angeordneten Bauelementelektroden 4 und 5 aus jedem Material mit hoher Leitfähigkeit hergestellt werden können, umfassen bevorzugte Materialien, die dafür in Frage kommen, Metalle wie z. B. Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd und ihre Legierungen, druckfähige leitfähige Materialien, die aus einem Metall oder einem Metalloxid, das aus Pd, Ag, RuO₂, Pd-Ag und Glas ausgewählt ist, hergestellt sind, lichtdurchlässige bzw. transparente leitfähige Materialien wie z. B. In₂O₂-SnO₂ und Halbleitermaterialien wie z. B. Polysilicium.
Der Zwischenraum L₁, durch den die Bauelementelektroden getrennt sind, die Breite W₁ der Bauelementelektroden, die Kontur bzw. das Profil des elektroleitfähigen Films 3 und andere Faktoren für die Gestaltung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleituag gemäß der Erfindung können in Abhängigkeit von der Anwendung des Bauelements festgelegt werden.
Der Zwischenraum L₁, durch den die Sauelementelektroden 4 und 5 getrennt sind, liegt in Abhängigkeit von der Spannung, die an die Bauelementelektroden anzulegen ist, usw. vorzugsweise zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern und insbesondere zwischen mehreren Mikrometern und mehreren zehn Mikrometern.
Die Breite W₁ der Bauelementelektroden liegt in Abhängigkeit von dem Widerstand der Elektroden und von den Elektronenemissionskenndaten des Bauelements vorzugsweise zwischen mehreren Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern. Die Schichtdicke d der Bauelementelektroden liegt zwischen mehreren hundert Å und mehreren Mikrometern.
Während das Elektronen emittierende Bauelement mit Oberflächenleitung, das in 4A und 4B veranschaulicht ist, hergestellt wird, indem Bauelementelektroden 4 und 5 und ein elektroleitfähiger Dünnfilm 3 nacheinander auf ein Substrat 1 aufgeschichtet werden, um eine Mehrschichtenstruktur zu bilden, kann es alternativ hergestellt werden, indem ein Dünnfilm 3, der einen Elektronen emittierenden Bereich umfasst, auf ein Substrat 1 aufgeschichtet wird und dann auf den Dünnfilm ein Paar gegenüberliegend angeordnete Bauelementelektroden 4 und 5 aufgeschichtet werden.
Der elektroleitfähige Dünnfilm 3 ist vorzugsweise ein feinteiliger Film, damit ausgezeichnete Elektronenemissionskenndaten erzielt werden. Die Dicke des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 wird als Funktion der Stufenüberdeckung des elektroleitfähigen Dünnfilms auf den Bauelementelektroden 4 und 5, des elektrischen Widerstandes zwischen den Bauelementelektroden 4 und 5 und der Parameter für den später beschriebenen Formierungsvorgang sowie anderer Faktoren festgelegt und liegt vorzugsweise zwischen mehreren Å und mehreren tausend Å und insbesondere zwischen zehn Å und zweihundert Å. Der elektroleitfähige Dünnfilm 3 zeigt normalerweise einen Flächenwiderstand zwischen 10³ und 10⁷ Ω/⧠.
Der elektroleitfähige Dünnfilm 3 wird aus feinen Teilchen eines Materials hergestellt, das aus Metallen wie z. B. Pd, Ru, Ag, Cu, Cr, Tb, Cd, Fe, Pb und Zn ausgewählt ist.
Der hierin angewendete Ausdruck "feinteiliger Film" bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aus einer großen Zahl feiner Teilchen besteht, die locker verteilt sein können, dicht angeordnet sein können oder einander regellos überlappen können (wobei unter bestimmten Bedingungen eine Inselstruktur gebildet wird). Der Durchmesser der feinen Teilchen, die für den Zweck der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind, liegt vorzugsweise zwischen mehreren Å und mehreren tausend Å und insbesondere zwischen zehn Å und zweihundert Å.
Der Elektronen emittierende Bereich 2 ist ein Teil des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 und enthält einen Riss oder Spalt mit einem hohen elektrischen Widerstand, wobei seine Leistung jedoch von der Dicke und dem Material des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 und von dem Stromzuführungs-Formierungsprozess, der nachstehend beschrieben wird, abhängt. Die Lage und das Profil des Elektronen emittierenden Bereichs 2 sind folglich nicht auf diejenigen beschränkt, die in 4A und 4B veranschaulicht sind.
Der Riss oder Spalt kann elektroleitfähige feine Teilchen mit einem Durchmesser zwischen mehreren Å und mehreren hundert Å enthalten. Diese elektroleitfähigen feinen Teilchen bestehen aus einigen der Elemente oder aus allen Elementen, die den elektroleitfähigen Dünnfilm 3 bilden. Der Elektronen emittierende Bereich 2, der den Riss oder Spalt enthält, und die benachbarten Bereiche des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 können Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen enthalten.
Nun wird ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung, das ein alternatives Profil hat, oder ein stufenförmiges Elektronen ermittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung beschrieben.
5 ist eine schematische Seitenschnittzeichnung eines stufenförmigen Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Bezugssymbol 21 in 5 bezeichnet ein Stufenbildungsteil. Ansonsten sind die Bauteile, die dieselben oder ähnliche wie die von 4A und 4B sind, jeweils mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet.
Das Bauelement umfasst ein Substrat 1, einen Elektronen emittierenden Bereich 2, einen elektroleitfähigen Dünnfilm 3 und ein Paar Bauelemeatelektroden 4 und 5, die aus Materialien hergestellt sind, die dieselben sind wie die eines planaren Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung, das vorstehend beschrieben wurde.
Das Stufenbildungsteil 21 besteht aus einem isolierenden Material wie z. B. SiO₂, wird durch Vakuumaufdampfung, Drucken oder Zerstäubung hergestellt und hat eine Schichtdicke, die dem Zwischen raum L₁ (4A und 4B), durch den die Bauelementelektroden eines planaren Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung, wie es vorstehend beschrieben wurde, getrennt sind, entspricht oder zwischen mehreren hundert Å und mehreren zehn Mikrometern liegt. Die Schichtdicke des Stufenbildungsteils 21 liegt vorzugsweise zwischen mehreren hundert Å und mehreren zehn Mikrometern und insbesondere zwischen mehreren hundert Å und mehreren Mikrometern, obwohl sie als Funktion des Verfahrens zur Herstellung des dort verwendeten Stufenbildungsteils, der Spannung, die an die Bauelementelektroden anzulegen ist, usw. ausgewählt wird.
Da der elektroleitfähige Dünnfilm 3 im allgemeinen nach den Bauelementelektroden 4 und 5 gebildet wird, kann er vorzugsweise auf die Bauelementelektroden 4 und 5 aufgeschichtet werden, obwohl die Bauelementelektroden 4 und 5 alternativ nach der Bildung des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 aufgeschichtet werden können, so dass sich die Bauelementelektroden 4 und 5 auf dem elektroleitfähigen Dünnfilm 3 befinden. Während der Elektronen emittierende Bereich 2 in 5 in dem Stufenbildungsteil 21 gebildet ist, hängen Lage und Kontur bzw. Profil des Elektronen emittierenden Bereichs 2 von den Bedingungen, unter denen er hergestellt wird, von den Bedingungen der Stromzuführungs-Formierung und von anderen damit zusammenhängenden Bedingungen ab und sind nicht auf die dort gezeigten beschränkt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines planaren Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung beschrieben, jedoch ist die folgende Beschreibung zum größten Teil auch auf ein stufenförmiges Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung anwendbar.
Während eine ganze Anzahl verschiedener Verfahren zur Herstellung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung vorstellbar ist, wird ein typisches Verfahren unter Bezugnahme auf 6A bis 6C beschrieben. In 6A bis 6C sind die Bauteile, die dieselben oder ähnliche wie die von 4A und 4B sind, jeweils mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet.

1) Nach gründlicher Reinigung eines Substrats 1 mit einem Reinigungsmittel (Detergens) und reinem Wasser wird auf dem Substrat 1 durch Vakuumaufdampfung, Zerstäubung oder irgendein anderes geeignetes Verfahren ein Material für ein Paar Bauelementelektroden 4 und 5 abgeschieden, die dann durch Photolithographie erzeugt werden (6A).
2) Auf der gesamten Oberfläche des Substrats 1, auf dem das Paar Bauelementelektroden 4 und 5 getragen wird, wird durch ein geeignetes Verfahren, das aus Schleuderauftrag, Tauchen, der LB-Methode und anderen Verfahren ausgewählt ist, ein Material für einen elektroleitfähigen Dünnfilm gebildet. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird unter dem Gesichtspunkt einer gleichmäßigen Dicke des aufgebrachten Film und der Steuerbarkeit der Schichtdicke vorzugsweise das Schleuderauftragverfahren und insbesondere die LB-Methode angewendet.

Nachdem auf dem Substrat ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms in einer gewünschten Dicke abgeschieden worden ist, wird das Material in einer O₃-haltigen Atmosphäre mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt, damit das Material bei dem organischen Anteil des Materials zersetzt bzw. gespalten wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Spaltung vonstatten geht, wird erhöht, indem die Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen in einer O₃-haltigen Atmosphäre durchgeführt wird oder durchgeführt wird, während Sauerstoff eingeführt und das Material erhitzt wird. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass der gebildete Dünnfilm nicht durch Wärmeeinwirkung geschmolzen wird, weil der Film bei einem Bereich in der Nähe der Quelle der Ultraviolettstrahlen leicht erhitzt werden kann.
Während die Zeitdauer, in der der Vorgang der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen durchgeführt wird, von der Intensität der Ul-traviolettstrahlen, der Ozonkonzentration, dem Filmmaterial und anderen Faktoren abhängt, muss der Komplex bei den organischen Anteilen in dem Film zu mindestens 50% gespalten werden. Der Komplex wird vorzugsweise zu mehr als 90% und insbesondere zu mehr als 99% gespalten, damit die mögliche Aggregation des geschmolzenen Filmmaterials in dem anschließenden Erhitzungs- und Hitzebehandlungsprozess minimiert wird.
Wenn der Schritt der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen beendet ist, wird der Film einem Erhitzungs- und Hitzebehandlungsschritt unterzogen. Dieser Vorgang wird vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 250°C für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten oder länger durchgeführt.
Der metallorganische Dünnfilm wird danach einem Strukturierungsvorgang unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens wie z. B. Abheben oder Ätzen unterzogen, um einen elektroleitfähigen Dünnfilm 3 herzustellen (6B).
Wenn für den Zweck der Erfindung aus einem Material der vorstehend beschriebenen Art durch die LB-Methode ein Film gebildet wird, muss das Wasser, das die untere Phase des Reaktionssystems bildet, nicht unbedingt Metallionen enthalten, und es kann dafür reines Wasser verwendet werden, so dass die Gesamtkosten der Bildung so eines Films beträchtlich gesenkt werden können und keine Überlegungen zu einer Entsorgung des verbrauchten Wassers der unteren Phase angestellt werden müssen.

3) Der abgeschiedene elektroleitfähige Dünnfilm wird danach einem Prozess unterzogen, der als "Formierung" bezeichnet wird. Im Einzelnen wird den Bauelementelektroden 4 und 5 durch eine Stromquelle (nicht gezeigt) elektrischer Strom zugeführt, bis in einem vorgegebenen Bereich des elektroleitfähigen Dünnfilms 3 ein Elektronen emittierender Bereich 2 erzeugt worden ist, der eine modifizierte Struktur zeigt, die von der Struktur des elektroleitfähigen Dünnfilm 3 verschieden ist (6C). Mit anderen Worten, der Elektronen emittierende Bereich 2 wird erzeugt, indem der elektroleitfähige Dünnfilm 3 örtlich derart zerstört, verformt oder umgewandelt wird, dass er eine modifizierte Struktur zeigt.

7A und 7B zeigen zwei verschiedene Impulsspannungen, die für die Stramazuführungs-Formierung angewendet werden können.
Die Spannung, die für die Stromzuführungs-Formierung anzuwenden ist, hat vorzugsweise eine Impulskurvenform. Es kann kontinuierlich eine Impulsspannung mit einer konstanten Höhe oder eine Spannung mit einem konstanten Spitzenwert angelegt werden (7A), oder es kann alternativ eine Impulsspannung mit einer zunehmenden Höhe oder eine Spannung mit einem zunehmenden Spitzenwert angelegt werden (7B).
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 7A die Anwendung einer Impulsspannung mit einer konstanten Wellen- bzw. Impulshöhe beschrieben.
In 7A hat die Impulsspannung eine Impulsdauer T₁ und ein Impulsintervall T₂, die typischerweise zwischen 1 μs und 10 ms bzw. zwischen 10 μs und 100 ms liegen. Die Höhe der Dreieckwelle (die Spitzenspannung für den Stromzuführungs-Formierungsvorgang) kann in Abhängigkeit von dem Profil des Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung zweckmäßig gewählt werden. Die Spannung wird typischerweise mehrere zehn Minuten lang in einem Vakuum mit einem geeigneten Vakuumgrad angelegt. Man beachte jedoch, dass die Impulskurvenform nicht auf die Dreieckform beschränkt ist und alternativ eine Rechteckform oder irgendeine andere Kurvenform angewendet werden kann.
78 zeigt eine Impulsspannung, deren Impulshöhe mit der Zeit zunimmt.
In 7B hat die Impulsspannung eine Impulsdauer T₁ und ein Impulsintervall T₂, die denen von 7A im wesentlichen ähnlich sind. Die Höhe der Dreieckwelle (die Spitzenspannung für den Stromzuführungs-Formierungsvorgang) wird mit einer Rate von beispielsweise 0,1 V je Schritt erhöht. Die Spannung wird wie im Fall der Impulsspannung von 7A im Vakuum angelegt.
Der Zeitpunkt für die Beendigung des Stromzuführungs-Formierungsvorgangs wird ermittelt, indem der Strom, der durch die Bauelementelektroden fließt, gemessen wird, wenn an das Bauelement während eines Intervalls T₂ der Impulsspannung eine Spannung, die ausreichend niedrig ist und den elektroleitfähigen Dünnfilm 3 (4A, 48 und 5) nicht örtlich zerstören oder verformem kann, angelegt wird. Der Stromzuführungs-Formierungsvorgang wird typischerweise beendet, wenn für den Bauelementstrom, der durch den elektroleitfähigen Dünnfilm 3 fließt, ein Widerstand von mehr als 1 MΩ beobachtet wird, während an die Bauelementelektroden eine Spannung von etwa 0,1 V angelegt wird.

4) Nach dem Stromzuführungs-Formierungsvorgang wird das Bauelement vorzugsweise einem Aktivierungsprozess unterzogen.

Bei einem Aktivierungsprozess wird an das Bauelement in einem Vakuum, das typischerweise zwischen 10^–4 und 10^–5 Torr (1 Torr = 1,333 mbar) liegt, wie im Fall des Formierungsprozesses wiederholt eine Impulsspannung angelegt. Bei diesem Prozess wird auf dem Elektronenn emittierenden Bereich 2 Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung, die in den organischen Substanzen, die in einer Vakuumatmosphäre in einer sehr geringen Konzentration vorhanden sind, enthalten ist, abgeschieden, was zu einer beträchtlichen Veränderung des Bauelementstroms und des Emissionsstroms des Bauelements führt. Der Aktivierungsprozess wird normalerweise durchgeführt, während der Bauelementstrom If und der Emissionsstrom beobachtet werden, und beendet, wenn der Emissionsstrom einen Sättigungspegel erreicht hat.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung sind unter Kohlenstoff und einer Kohlenstoffverbindung Graphit und nichtkristalliner Kohlenstoff (amorpher Kohlenstoff und eine Mischung von amorphem Kohlenstoff und feinen Graphitkristallen bzw. polykristallinem Graphit) zu verstehen, und die Dicke der Abscheidung so eines Kohlenstoffs oder so einer Kohlenstoffverbindung beträgt vorzugsweise weniger als 500 Å und insbesondere weniger als 300 Å.

5) Ein Elektronen emittierendes Bauelement, das in einem Stromzuführungs-Formierungsprozess und einem Aktivierungsprozess behandelt worden ist, wird dann vorzugsweise in einem Vakuum mit einem Vakuumgrad, der höher ist als die Vakuumgrade des Formierungs- und des Aktivierungsprozesses, zum Arbeiten angesteuert. Das Bau element wird insbesondere zum Arbeiten angesteuert, nachdem es in einem Vakuum mit einem so hohen Vakuumgrad bei 80°C bis 250°C erhitzt worden ist.

Im Einzelnen ist unter einem Vakuumgrad, der höher ist als die Vakuumgrade des Formierungsprozesses und des Aktivierungsprozesses, typischerweise; ein Vakuumgrad, der einem Druck von weniger als 5 × 10^–6 Torr entspricht, und vorzugsweise ein Ultrahochvakuumzustand, bei dem auf dem Bauelement kein zusätzlicher Kohlenstoff und/oder keine zusätzliche Kohlenstoffverbindung abgeschieden werden kann, zu verstehen.
Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Schrittes 5) kann die Bildung jeder zusätzlichen Abscheidung von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung wirksam unterdrückt werden, was zur Folge hat, dass der Bauelementstrom und der Emissionsstrom stabilisiert werden.
Nachstehend wird die Leistung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung beschrieben, das durch die vorstehend beschriebenen Prozesse hergestellt worden ist.
8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Messsystems für die Ermittlung der Elektronenemissionsleistung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung.
Unter Bezugnahme auf 8 sind die Bauteile, die dieselben oder ähnliche wie die von 4A und 48 sind, jeweils mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet. Das Messsystem hat ansonsten eine Stromquelle 51 zum Anlegen einer Bauelementspannung Vf an das Bauelement, ein Amperemeter 50 zum Messen des Bauelementstromes If, der zwischen den Bauelementelektroden 4 und 5 durch den elektroleitfähigen Dünnfilm 3 fließt, eine Anode 54 zum Einfangen des Emissionsstromes Ie, der durch Elektronen erzeugt wird, die von dem Elektronen emittierenden Bereich des Bauelements emittiert werden, eine Hochspannungsquelle 53 zum Anlegen einer Spannung an die Anode 54 des Messsystems und ein weiteres Amperemeter 52 zum Messen des Emissionsstromes Ie, der durch Elektronen erzeugt wird, die von dem Elektronen emittierenden Bereich 2 des Bauelements emittiert werden, sowie eine Vakuumkammer 55 und eine Vakuumpumpe 56.
Das Elektronen emittierende Bauelement mit Oberflächenleitung, die Anode 54 und andere Bauteile sind innerhalb der Vakuumkammer 55 angeordnet, wobei diese Vakuumkammer 55 mit einer Ausrüstung, die für den Betrieb eines Vakuumsystems erforderlich ist, ausgestattet ist, so dass die Leistung des Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung in einem Vakuum mit einem gewünschten Vakuumgrad beobachtet werden kann.
Die Vakuumpumpe 56 ist mit einem gewöhnlichen Hochvakuumsystem, das eine Turbopumpe oder eine Rotationspumpe umfasst, oder einem ölfreien Hochvakuumsystem, das eine ölfreie Pumpe wie z. B. eine Turbopumpe mit magnetischer Levitation oder eine Trockenpumpe umfasst, und einem Ultrahochvakuumsystem, das eine Ionenpumpe umfasst, ausgestattet. Die gesamte Vakuumkammer 55 und das darin enthaltene Substrat des Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung können mit einem Heizelement auf 250°C erhitzt werden. Somit ist klar, dass durch Anwendung eines Anzeigefeldes, das nachstehend beschrieben wird, (201 in 11) und seiner inneren Bauteile als Vakuumkammer und ihre inneren Bauteile alle Prozesse vom Stromzuführungs-Formierungsprozess an mit dieser Anordnung durchgeführt werden können.
Zur Ermittlung der Leistung des Elektronen emittierenden Bauelements kann an die Anode, die von dem Elektronen emittierenden Bauelement in einem zwischen 2 und 8 mm liegenden Abstand H angeordnet ist, eine Spannung zwischen 1 und 10 kV angelegt werden.
9 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Bauelementspannung Vf und dem Emissionsstrom Ie sowie dem Bauelementstrom If, die durch das Messsystem von 8 typischerweise beobachtet wird, schematisch veranschaulicht. Man beachte, dass in 9 für Ie und If im Hinblick darauf, dass der Betrag von Ie viel kleiner ist als der von If, willkürlich verschiedene Einheiten gewählt wurden. Man beachte ferner, dass so wohl die Vertikal- als auch die Horizontalachse der graphischen Darstellung einen linearen Maßstab darstellen.
Wie aus 9 ersichtlich ist, hat ein Elektronen emittierendes Bauelement gemäß der Erfindung in Bezug auf den Emissionsstrom Ie drei bedeutsame Merkmale, die nachstehend beschrieben werden.
Erstens zeigt ein Elektronen emittierendes Bauelement gemäß der Erfindung einen plötzlichen und steilen Anstieg des Emissionsstromes Ie, wenn die daran angelegte Spannung einen bestimmten Pegel (der nachstehend Schwellenspannung genannt und in 9 mit Vth bezeichnet wird) überschreitet, während der Emissionsstrom Ie praktisch nicht nachweisbar ist, wenn gefunden wird, dass die Spannung niedriger als der Schwellenwert Vth ist. Mit anderen Worten, ein Elektronen emittierendes Bauelement gemäß der Erfindung ist ein nichtlineares Bauelement, das für den Emissionsstrom Ie eine deutliche Schwellenspannung Vth hat.
Zweitens zeigt der Emissionsstrom Ie eine starke Abhängigkeit von der Bauelementspannung Vf, so dass der erstere mittels der letzteren wirksam gesteuert werden kann.
Drittens ist die emittierte elektrische Ladung, die durch die Anode 54 (8) eingefangen wird, eine Funktion der Zeitdauer des Anlegens der Bauelementspannung Vf. Mit anderen Worten, die Menge der elektrischen Ladung, die durch die Anode 54 eingefangen wird, kann mittels der Zeit, während deren die Bauelementspannung Vf angelegt wird, wirksam gesteuert werden.
Andererseits steigt der Bauelementstrom If relativ zu der Bauelementspannung Vf entweder monoton an, so dass eine Kennlinie bzw. Charakteristik erhalten wird, die nachstehend als "MI-Charakteristik" bezeichnet wird, wie sie in 9 mit einer ausgezogenen Linie bezeichnet wird, oder er verändert sich derart, dass eine Kurve gezeigt wird, die für eine spannungsgesteuerte fallende Widerstandscharakteristik (eine nachstehend als "VCNR-Charakteristik" bezeichnete Kennlinie bzw. Charakteristik), wie sie in 9 mit einer gestrichelten Linie bezeichnet wird, kennzeichnend ist. Diese verschiedenen Charakteristiken des Bauelementstroms sind von mehreren Faktoren abhängig, zu denen das Herstellungsverfahren, die Bedingungen, unter denen er gemessen wird, und die Umgebung für den Betrieb des Bauelements gehören. Man beachte jedoch, dass bei einem Elektronen emittierenden Bauelement mit Oberflächenleitung der Emissionsstrom Ie gegenüber der Bauelementspannung Vf eine MI-Charakteristik zeigt, wenn der Bauelementstrom If gegenüber der Bauelementspannung Vf eine VCNR-Charakteristik zeigt.
Nun wird eine Elektronenquelle beschrieben, die eine Anzahl von Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung umfasst.
Elektronen emittierende Bauelemente können in mehreren verschiedenen Weisen auf einem Substrat angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Anzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen in parallelen Zeilen entlang derselben Richtung angeordnet werden, um eine leiter- bzw. kettenförmige Anordnung zu verwirklichen. Alternativ können n Leitungen bzw. Drähte in Y-Richtung auf insgesamt m Leitungen bzw. Drähten in X-Richtung angeordnet werden, wobei dazwischen eine Zwischenschicht-Isolationsschicht derart angeordnet wird, dass die Bauelementelektroden jedes Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung mit einer der Leitungen in X-Richtung bzw. mit einer der Leitungen in Y-Richtung verbunden sind. Die letztere Anordnung wird als Einfachmatrixanordnung bezeichnet. Nun wird die Einfachmatrixanordnung ausführlich beschrieben.
Im Hinblick auf die drei vorstehend beschriebenen Grundmerkmale eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung kann es in Bezug auf die Elektronenemission gesteuert werden, indem die Wellen- bzw. Impulshöhe und die Wellenbreite bzw. Impulsdauer der Impulsspannung, die oberhalb des Schwellenspannungspegels an die entgegengesetzten Elektroden des Bauelements angelegt wird, gesteuert werden. Andererseits emittiert das Bauelement unterhalb des Schwellenspannungspegels praktisch keine. Elektronen. Gewünschte Elektronen emittierende Bau elemente mit Oberflächenleitung können deshalb unabhängig von der Anzahl der Elektronen emittierenden Bauelemente, die in einem Gerät angeordnet sind, angewählt und in Bezug auf die Elektronenemission als Reaktion auf ein Eingangssignal gesteuert werden, indem an jedes der angewählten Bauelemente eine Impulsspannung angelegt wird.
Eine Elektronenquelle, die eine Einfachmatrixanordnung hat, wie sie vorstehend beschrieben wurde, wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 10 umfasst die Elektronenquelle ein Substrat 1, das typischerweise aus Glas hergestellt ist, und eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleituag, Beten Anzahl und Aufbau in Abhängigkeit von der Anwendung zweckmäßig gewählt werden können.
Auf dem Substrat 1 sind insgesamt m Leitungen in X-Richtung 102 angeordnet, die mit Dx1, Dx2, ..., Dxm bezeichnet sind, aus einem elektroleitfähigen Metall hergestellt sind und durch Vakuumaufdampfung, Drucken oder Zerstäubung gebildet werden. Diese Leitungen sind in Bezug auf Material, Dicke und Breite derart gestaltet, dass an die Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung 104 nötigenfalls eine im wesentlichen gleiche Spannung angelegt werden kann.
Es sind insgesamt n Leitungen in Y-Richtung 103 angeordnet, die mit Dy1, Dy2, ..., Dyn bezeichnet sind und den Leitungen in X-Richtung 102 in Bezug auf Material, Dicke und Breite ähnlich sind.
Eine Zwischenschicht-Isolationsschicht (nicht gezeigt) ist zwischen den m Leitungen in X-Richtung 102 und den n Leitungen in Y-Richtung 103 angeordnet, damit sie voneinander elektrisch isoliert werden. m und n sind ganze Zahlen.
Die Zwischenschicht-Isolationsschicht (nicht gezeigt) ist typischerweise aus SiO₂ hergestellt und wird durch Vakuumaufdampfung, Drucken oder Zerstäubung auf der gesamten Oberfläche oder auf dem Teil der Oberfläche des isolierenden Substrats 1, auf dem die Leitungen in Y-Richtung gebildet sind, derart gebildet, dass sie ein gewünschtes Profil bzw. eine gewünschte Kontur zeigt. Die Dicke, das Material und das Verfahren zur Herstellung der Zwischenschicht-Isolationsschicht werden derart gewählt, dass bewirkt wird, dass sie der Potenzialdifferenz zwischen irgendeiner der Leitungen in X-Richtung 102 und irgendeiner der Leitungen in Y-Richtung 103, die an deren Überkreuzungspunkten beobachtbar ist, standhält.
Die entgegengesetzt angeordneten Elektroden (nicht gezeigt) von jedem der Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung 104 sind durch jeweilige Verbindungsleitungen bzw. -drähte 105, die aus einem elektroleitfähigen Metall hergestellt sind und durch ein geeignetes Verfahren wie z. B. Aufdampfung, Drucken oder Zerstäubung gebildet werden, mit der zugehörigen der m Leitungen in X-Richtung 102 und mit der zugehörigen der n Leitungen in Y-Richtung 103 verbunden.
Das elektroleitfähige Metallmaterial der Bauelementelektroden und dasjenige der Verbindungsleitungen 105, die von den m Leitungen in X-Richtung 102 bzw. von den n Leitungen in Y-Richtung 103 ausgehen, können dieselben sein oder können ein gemeinsames Element als Bestandteil enthalten. Sie können alternativ voneinander verschieden sein. Wenn die Bauelementelektroden und die Verbindungsleitungen aus demselben Material hergestellt sind, können sie zusammen als Bauelementelektroden bezeichnet werden, ohne dass zwischen den Bauelementelektroden und den Verbindungsleitungen ein Unterschied gemacht wird. Die Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung 104 können entweder auf dem Substrat 1 oder auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht (nicht gezeigt) gebildet werden.
Die Leitungen in X-Richtung 102 sind mit einer Abtastsignal-Zuführungseinrichtung (nicht gezeigt), die dazu dient, einer angewählten Zeile von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung 104 ein Abtastsignal zuzuführen, elektrisch verbunden.
Andererseits sind die Leitungen in Y-Richtung 103 mit einer Modulationssignal-Erzeugungseinrichtung (nicht gezeigt), die dazu dient, einer angewählten Spalte von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung 104 ein Modulationssignal zuzuführen und die angewählte Spalte entsprechend einem Eingangssignal zu modulieren, elektrisch verbunden. Man beachte, dass das Ansteuerungssignal, das jedem der Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung 104 zuzuführen ist, als Spannungsdifferenz zwischen dem Abtastsignal und dem Modulationssignal, die dem Bauelement zugeführt werden, ausgedrückt wird.
Nun wird unter Bezugnahme auf 11, 12A, 12B und 13 ein Bilderzeugungsgerät beschrieben, das eine Elektronenquelle gemäß der Erfindung mit einer Einfachmatrixanordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, umfasst. 11 ist eine schematische, perspektivische Teilschnittzeichung des Bilderzeugungsgeräts, und 12A und 12B sind schematische Zeichnungen, die zwei mögliche Anordnungen eines fluoreszierenden Films (nachstehend als Fluoreszenzschicht bezeichnet) 114, der für das Bilderzeugungsgerät von 11 verwendet werden kann, veranschaulichen, während 13 ein Blockdiagramm einer Ansteuerungsschaltung für das Anzeigefeld 201 des Bilderzeugungsgeräts von 11, das mit NTSC-Fernsehsignalen arbeitet, ist.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 11 der Grundaufbau des Anzeigefeldes des Bilderzeugungsgeräts veranschaulicht. Es umfasst ein Elektronenquellensubstrat 1 des vorstehend beschriebenen Typs, auf dem eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen getragen werden, eine Rückplatte 111, die das Elektronenquellensubstrat 1 festhält, eine Frontplatte 116, die hergestellt wird, indem eine Fluoreszenzschicht 114 und eine metallische Rückseitenschicht 115 auf die Innenfläche eines Glassubstrats 113 aufgebracht werden, und einen Tragrahmen 112, mit dem die Rückplatte 111 und die Frontplatte 116 durch Glasfritte verbunden werden, um ein Gehäuse 118 zu bilden, das dann mehr als 10 Minuten lang in der Atmosphäre oder in Stickstoff bei 400 bis 500°C hitzebehandelt und druck- und luftdicht abgeschlossen wird.
In 11 bezeichnet Bezugszahl 2 einen Elektronen emittierenden Bereich, und Bezugszahlen 102 und 103 bezeichnen die Leitung in X-Richtung bzw. die Leitung in Y-Richtung, die mit der jeweiligen Bauelementelektrode 5 bzw. 4 jedes Elektronen emittierenden Bauelements 104 verbunden sind. Die m Leitungen in X-Richtung und die n Leitungen in Y-Richtung sind mit den jeweiligen Außenanschlüssen Dx1 bis Dxm bzw. Dy1 bis Dyn verbunden.
Während das Gehäuse 118 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus der Frontplatte 116, dem Tragrahmen 112 und der Rückplatte 111 gebildet wird, kann die Rückplatte 111 weggelassen werden, wenn das Substrat 1 selbst genügend fest ist, da die Rückplatte 111 hauptsächlich bereitgestellt wird, um das Substrat 1 zu verstärken. Wenn dies der Fall ist, ist es möglich, dass keine unabhängige Rückplatte 111. erforderlich ist, und das Substrat 1 kann direkt mit dem Tragrahmen 112 verbunden werden, so dass das Gehäuse 118 aus einer Frontplatte 116, einem Tragrahmen 112 und einem Substrat 1 gebildet wird. Die Gesamtfestigkeit des Gehäuses 118 kann erhöht werden, indem zwischen der Frontplatte 116 und der Rückplatte 111 eine Anzahl von als Abstandshalter bezeichneten Trägerelementen (nicht gezeigt) angeordnet werden.
12A und 12B veranschaulichen schematisch zwei mögliche Anordnungen der Fluoreszenzschicht. Während die Fluoreszenzschicht 114 nur einen einzigen Leuchtstoff umfasst, wenn das Anzeigefeld zur Anzeige von Schwarzweißbildern angewendet wird, muss sie zur Anzeige von Farbbildern schwarze leitfähige Elemente 121 und Leuchtstoffe 122 enthalten, von denen die ersteren in Abhängigkeit von der Anordnung der Leuchtstoffe als schwarze Streifen oder als Elemente einer schwarzen Matrix bezeichnet werden. Schwarze Streifen oder Elemente einer schwarzen Matrix werden für ein Farbanzeigefeld derart angeordnet, dass die Leuchtstoffe 122, die drei verschiedene Primärfarben haben, weniger voneinander unterscheidbar gemacht werden und die nachteilige Wirkung der Verminderung des Kontrastes von angezeigten Bildern durch äußeres Licht abgeschwächt wird, indem die umgebenden Bereiche geschwärzt werden. Während als Hauptbestandteil der schwarzen Streifen normalerweise Graphit verwendet wird, kann alternativ ein anderes leitfähiges Material verwendet werden, das niedrige Lichtdurchlässigkeit und niedriges Reflexionsvermögen hat.
Es ist unabhängig von Schwarzweiß- oder Farbanzeige zweckmäßig, dass zum Aufbringen von Leuchtstoffen 122 auf das Glassubstrat 113 ein Fällungs- oder Druckverfahren angewendet wird.
Wie in 11 gezeigt ist, ist auf der Innenfläche der Fluoreszenzschicht 114 eine gewöhnliche metallische Rückseitenschicht 115 angeordnet. Die metallische Rückseitenschicht 115 wird bereitgestellt, um die Helligkeit bzw. Leuchtdichte des Anzeigefeldes zu erhöhen, indem bewirkt wird, dass die Lichtstrahlen, die von den Leuchtstoffen 122 (12A und 12B) emittiert werden und zu der Innenseite des Gehäuses gerichtet sind, in Richtung auf die Frontplatte 116 zurückkehren, um als Elektrode zum Anlegen einer Beschleunigungsspannung an Elektronenstrahlen angewendet zu werden und um die Leuchtstoffe 122 vor Schäden zu schützen, die verursacht werden können, wenn negative Ionen, die innerhalb des Gehäuses erzeugt worden sind, damit zusammenstoßen. Sie wird hergestellt, indem die Innenfläche der Fluoreszenzschicht 114 geglättet wird (bei einem Vorgang, der im allgemeinen als "Filmbildung" bezeichnet wird) und nach der Bildung der Fluoreszenzschicht 114 darauf durch Vakuumaufdampfung eine Al-Schicht gebildet wird.
An der Frontplatte 116 kann eine lichtdurchlässige Elektrode (nicht gezeigt), die der Außenfläche der Fluoreszenzschicht 114 gegenüberliegt, gebildet werden, um die Leitfähigkeit der Fluoreszenzschicht 114 zu erhöhen.
Wenn es um eine Farbanzeige geht, sollte man dafür sorgen, dass die Bestandteile jeder Gruppe aus Farbleuchtstoffen 122 und einem Elektronen emittierenden Bauelement 104 genau zueinander ausgerichtet sind, bevor die vorstehend aufgeführten Bauteile des Gehäuses miteinander verbunden werden.
Das Gehäuse 118 wird mit einer geeigneten Vakuumpumpe und einem Pumprohr (nicht gezeigt) bis zu einem Vakuumgrad von 10^–7 Torr evakuiert. Es kann eine Getterbehandlung durchgeführt werden, da mit der erzielte Vakuumgrad im Inneren des Gehäuses 118 aufrechterhalten wird, nachdem es abgedichtet worden ist. Bei einer Getterbehandlung wird ein Getterstoff (nicht gezeigt), der an einer vorgegebenen Stelle in dem Gehäuse 118 angeordnet ist, unmittelbar vor oder nach Abdichtung des Gehäuses 118 mit einem Widerstandsheizelement oder einem Hochfrequenzheizelement erhitzt, um durch Aufdampfen eine Schicht zu bilden. Ein Getterstoff enthält als Hauptbestandteil typischerweise Ba, und durch die Adsorptionswirkung der aufgedampften Schicht kann ein Vakuumgrad zwischen 1 × 10^–4 und 1 × 10^–7 Torr aufrechterhalten werden.
Die Prozesse bei der Herstellung von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung des Bilderzeugungsgeräts nach dem Formierungsprozess können zweckmäßig gestaltet werden, um die besonderen Anforderungen der gewünschten Anwendung zu erfüllen.
Nun wird unter Bezugnahme auf 13 eine Ansteuerungsschaltung für die Ansteuerung eines Anzeigefeldes 201 mit einer Elektronenquelle, wie es vorstehend beschrieben wurde, beschrieben. In 13 bezeichnet Bezugszahl 2071 ein Anzeigefeld. Die Schaltung umfasst ansonsten eine Abtastschaltung 202, eine Steuerschaltung 203, ein Schieberegister 204, einen Zeilenspeicher 205, eine Synchronisiersignal-Trennschaltung 206 und einen Modulationssignalgenerator 207. Vx und Va in 13 bezeichnen Gleichspannungsquellen.
Wie in 13 gezeigt ist, ist das Anzeigefeld 201 über Anschlüsse Dx1 bis Dxm und Dy1 bis Dyn und einen Hochspannungsanschluss Hv mit äußeren Schaltungen verbunden, von denen die Anschlüsse Dx1 bis Dxm dafür bestimmt sind, Abtastsignale zu empfangen, die dazu dienen, die Zeilen (aus jeweils n Bauelementen) einer Elektronenquelle in dem Gerät, das eine Anzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung, die in Form einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, umfasst, nacheinander einzeln abzutasten.
Andererseits sind die Anschlüsse Dy1 bis Dyn dafür bestimmt, ein Modulationssignal zu empfangen, das dazu dient, den Ausgangs-Elektronenstrahl von jedem der Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung einer durch ein Abtastsignal angewählten Zeile zu steuern. Dem Hochspannungsanschluss Hv wird durch die Gleichspannungsquelle Va ein Gleichspannung zugeführt, deren Pegel typischerweise etwa 10 kV beträgt und die eine Beschleunigungsspannung ist, die ausreichend hoch ist, um die Leuchtstoffe der angewählten Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung zu aktivieren.
Die Abtastschaltung 202 arbeitet folgendermaßen: Die Schaltung umfasst m Schaltelemente (von denen in 13 nur die Schaltelemente S1 und Sm besonders bezeichnet sind), von denen jedes entweder die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle Vx oder den Wert 0 [V] (den Erdpotenzialpegel) annimmt und schließlich mit einem der Anschlüsse Dx1 bis Dxm des Anzeigefeldes 201 verbunden wird. Jedes der Schaltelemente S1 bis Sm arbeitet entsprechend einem Steuersignal Tscan, das von der Steuerschaltung 203 zugeführt wird, und kann durch Vereinigen von Transistoren wie z. B. FETs (Feldeffekttransistoren) hergestellt werden.
Die Gleichspannungsquelle Vx dieser Schaltung ist dafür bestimmt, eine konstante Spannung auszugeben, die zur Folge hat, dass jede Ansteuerungsspannung, die an nicht abgetastete Bauelemente angelegt wird, wegen der besonderen Eigenschaft des Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung (oder wegen der Schwellenspannung für die Elektronenemission) auf einen Wert vermindert wird, der unter der Schwellenspannung liegt.
Die Steuerschaltung 203 koordiniert die Arbeitsabläufe von miteinander zusammenhängenden Bauteilen, so dass in Übereinstimung mit von außen zugeführten Videosignalen Bilder in geeigneter Weise angezeigt werden können. Sie erzeugt als Reaktion auf ein Synchronisiersignal Tsync, das aus der Synchronisiersignal-Trennschaltung 206, die nachstehend beschrieben wird, zugeführt wird, Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry.
Die Synchronisiersignal-Trennschaltung 206 trennt die Synchronisiersignalkomponente und die Leuchtdichtesignalkomponente, die ein von außen zugeführtes NTSC-Fernsehsignal bilden, und kann un ter Anwendung einer gebräuchlichen bekannten Frequenztrennschaltung (Frequenzfilterschaltung) leicht verwirklicht werden. Obwohl ein Synchronisiersignal, das durch die Synchronisiersignal-Trennschaltung 206 einem Fernsehsignal entnommen wird, bekanntlich aus einem Vertikalsynchronisiersignal und einem Horizontalsynchronisiersignal zusammensetzt ist, wird es hier aus praktischen Gründen ohne Beachtung seiner Signalkomponenten einfach als Tsync-Signal bezeichnet. Andererseits wird ein Leuchtdichtesignal, das einem Fernsehsignal entnommen und dem Schieberegister 204 zugeführt wird, als DATA-Signal bezeichnet.
DATA-Signale, die auf Zeitreihenbasis seriell zugeführt werden, werden durch das Schieberegister 204 für jede Zeile einer Serien-Parallel-Umsetzung entsprechend einem Steuersignal Tsft, das aus der Steuerschaltung 203 zugeführt wird, unterzogen. Mit anderen Worten, das Steuersignal Tsft wirkt als Schiebetaktsignal für das Schieberegister 204. Ein Satz von Daten für eine Zeile, die einer Serien-Parallel-Umsetzung unterzogen worden sind (und einem Satz von Ansteuerungsdaten für n Elektronen emittierende Bauelemente entsprechen), wird als n parallele Signale Id1 bis Idn aus dem Schieberegister 204 gesendet.
Der Zeilenspeicher 205 ist ein Speicher, der dazu dient, einen Satz von Daten für eine Zeile, bei dem es sich um die Signale Id1 bis Idn handelt, für eine erforderliche Zeitspanne entsprechend einem Steuersignal Tmry, das aus der Steuerschaltung 203 kommt, zu speichern. Die gespeicherten Daten werden als Id'1 bis Id'n ausgesendet und einem Modulationssignalgenerator 207 zugeführt.
Der erwähnte Modulationssignalgenerator 207 ist eigentlich eine Signalquelle, die jedes der Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung zweckmäßig ansteuert und seine Arbeit moduliert, und Ausgangssignale des Modulationssignalgenerators werden über die Anschlüsse Dy1 bis Dyn den Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung im Anzeigefeld 201 zugeführt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine deutliche Schwellenspannung vorhanden ist und dass das Bauelement nur Elektronen emittiert, wenn daran eine Spannung angelegt wird, die die Schwellenspannung überschreitet. Außerdem ändert sich der Betrag des Emissionsstromes als Funktion der Änderung der angelegten Spannung oberhalb des Schwellenwertes, obwohl der Betrag und die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Emissionsstrom in Abhängigkeit von den Materialien, der Anordnung und dem Herstellungsverfahren des Elektronen emittierenden Bauelements variieren können.
Im Einzelnen wird in dem Fall, dass an ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung eine impulsförmige Spannung angelegt wird, praktisch kein Emissionsstrom erzeugt, solange die angelegte Spannung unter dem Schwellenwert bleibt, während ein Elektronenstrahl emittiert wird, sobald die angelegte Spannung über den Schwellenwert ansteigt. Hier sollte beachtet werden, dass die Intensität eines Ausgangs-Elektronenstrahls gesteuert werden kann, indem der Spitzenwert Vm der impulsförmigen Spannung verändert wird. Ferner kann der Gesamtbetrag der elektrischen Ladung eines Elektronenstrahls durch Änderung der Impulsdauer gesteuert werden.
Somit kann zum Modulieren eines Elektronen emittierenden Bauelements als Reaktion auf ein Eingangssignal entweder ein Spannungsmodulationsverfahren oder ein Impulsdauermodulationsverfahren angewendet werden. Bei der Spannungsmodulation wird für den Modulationssignalgenerator 207 eine Spannungsmodulationsschaltung angewendet, so dass der Spitzenwert der impulsförmigen Spannung entsprechend den Eingangsdaten moduliert wird, während die Impulsdauer konstant gehalten wird. Andererseits wird bei der Impulsdauermodulation für den Modulationssignalgenerator 207 eine Impulsdauermodulationsschaltung angewendet, so dass die Impulsdauer der angelegten Spannung entsprechend den Eingangsdaten moduliert werden kann, während der Spitzenwert der angelegten Spannung konstant gehalten wird.
Obwohl es vorstehend nicht eigens erwähnt wurde, können das Schieberegister 204 und der Zeilenspeicher 205 entweder dem Digital- oder dem Analogsignaltyp angehören, solange Serien-Parallel-Umsetzungen und Speicherung von Videosignalen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Wenn Bauelemente bzw. Bauteile von Digitalsignaltyp angewendet werden, müssen die Ausgangssignale (DATA-Signale) der Synchronisiersignal-Trennschaltung 206 digitalisiert werden. So eine A-D-Umsetzung kann jedoch leicht durchgeführt werden, indem am Ausgang der Synchronisiersignal-Trennschaltung 206 ein A-D-Umsetzer angeordnet wird.
In Abhängigkeit davon, ob die Ausgangssignale des Zeilenspeichers 205 Digitalsignale oder Analogsignale sind, können für den Modulationssignalgenerator 207 natürlich verschiedene Schaltungen angewendet werden.
Wenn Digitalsignale angewendet werden, kann für den Modulationssignalgenerator 207 eine D-A-Umsetzerschaltung eines bekannten Typs angewendet werden, und nötigenfalls kann zusätzlich eine Verstärkerschaltung bzw. ein Verstärkungsglied angewendet werden. Was die Impulsdauermodulation anbetrifft, so kann der Modulationssignalgenerator 207 verwirklicht werden, indem eine Schaltung angewendet wird, bei der ein schneller Oszillator, ein Zähler zum Zählen der Zahl der Wellen, die durch den erwähnten Oszillator erzeugt werden, und ein Komparator zum Vergleichen der Ausgangssignale des Zählers und des Speichers kombiniert sind. Nötigenfalls kann ein Verstärker hinzugefügt werden, um die Spannung des Ausgangssignals des Komparators, das eine modulierte Impulsdauer hat, auf den Pegel der Ansteuerungsspannung eines Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung gemäß der Erfindung zu verstärken.
Wenn andererseits bei der Spannungsmodulation Analogsignale angewendet werden, kann für den Modulationssignalgenerator 207 geeigneterweise eine Verstärkerschaltung bzw. ein Verstärkungsglied mit einem bekannten Operationsverstärker angewendet werden, und es kann nötigenfalls eine Pegelwechselschaltung hinzugefügt werden. Was die Impulsdauermodulation anbetrifft, so kann eine be kannte Schwing- bzw. Oszillatorschaltung vom Spannungssteuerungstyp (VCO) angewendet werden, und zwar nötigenfalls mit einem zusätzlichen Verstärker, der anzuwenden ist, um die Spannung bis zu der Ansteuerungsspannung des Elektronen emittierenden Bauelements mit Oberflächenleitung zu verstärken.
Bei einem Bilderzeugungsgerät, das einen Aufbau hat, wie er vorstehend beschrieben wurde, und auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, emittieren die Elektronen emittierenden Bauelemente Elektronen, während daran über die Außenanschlüsse Dx1 bis Dxm und Dy1 bis Dyn eine Spannung angelegt wird. Die erzeugten Elektronenstrahlen werden dann beschleunigt, indem an die metallische Rückseitenschicht 115 oder an eine lichtdurchlässige Elektrode (nicht gezeigt) über den Hochspannungsanschluss Hv eine Hochspannung angelegt wird. Die beschleunigten Elektronen stoßen schließlich mit der Fluoreszenzschicht 114 zusammen, die ihrerseits zum Leuchten angeregt wird, so dass Bilder erzeugt werden.
Der vorstehend beschriebene Aufbau des Bilderzeugungsgeräts ist nur ein Beispiel, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und kann verschiedenen Abänderungen unterzogen werden. Das TV-Signalsystem, das bei so einem Gerät anzuwenden ist, ist nicht auf ein bestimmtes System eingeschränkt, und jedes System wie z. B. NTSC, PAL oder SECAM kann damit praktisch angewendet werden. Es ist für TV-Signale, die eine größere Zahl von Abtastzeilen mit sich bringen, (typischerweise für Signale eines hochauflösenden TV-Systems wie z. B. des MUSE-Systems) besonders geeignet, weil es für ein Anzeigefeld mit einer großen Fläche, das eine große Zahl von Pixels (Bildelementen) umfasst, angewendet werden kann.
Nun werden unter Bezugnahme auf 14 und 15 eine Elektronenquelle, die eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung, die leiter- bzw. kettenförmig auf einem Substrat angeordnet sind, umfasst, und ein Bilderzeugungsgerät, das so eine Elektronenquelle umfasst, beschrieben.
In 14, auf die zuerst Bezug genommen wird, bezeichnet Bezugszahl 1 ein Elektronenquellensubstrat und bezeichnet Bezugszahl 104 ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung, das auf dem Substrat angeordnet ist, während Bezugszahl 304 gemeinsame Leitungen für die Verbindung der Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung mit Außenanschlüssen D1 bis D10 bezeichnet.
Die Elektronen emittierenden Bauelemente 104 sind in Zeilen (nachstehend als Bauelementzeilen bezeichnet) angeordnet, so dass eine Elektronenquelle, die eine Vielzahl von Bauelementzeilen umfasst, gebildet wird, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Bauelementen hat.
Die Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung jeder Bauelementzeile sind jeweils durch ein Paar gemeinsame Leitungen 304 (z. B. durch gemeinsame Leitungen 304 für die Außenanschlüsse D1 und D2) miteinander elektrisch parallel geschaltet, so dass sie unabhängig angesteuert werden können, indem an das Paar gemeinsame Leitungen eine geeignete Ansteuerungsspannung angelegt wird. Im Einzelnen wird an die Bauelementzeilen, die zur Emission von Elektronen anzusteuern sind, eine Spannung angelegt, die den Elektronenemissions-Schwellenwert überschreitet, während an die übrigen Bauelementzeilen eine Spannung, die unter dem Elektronenemissions-Schwellenwert liegt, angelegt wird. Alternativ können jeweils zwei Außenanschlüsse, die zwischen zwei benachbarten Bauelementzeilen angeordnet sind, an einer einzigen gemeinsamen Leitung beteiligt sein. Somit können von den Außenanschlüssen D2 bis D9 die Außenanschlusspaare D2 und D3, D4 und D5, D6 und D7 bzw. D8 und D9 jeweils an einer einzigen gemeinsamen Leitung statt an zwei Leitungen beteiligt sein.
15 ist eine schematische perspektivische Zeichnung des Anzeigefeldes eines Bilderzeugungsgeräts, in das eine Elektronenquelle mit einer leiter- bzw. kettenförmigen Anordnung von Elektronen emittierenden Bauelementen eingebaut ist.
In 15 umfasst das Anzeigefeld Gitterelektroden 302, die jeweils mit einer Anzahl von Durchgangslöchern 303 zum Durchlassen von Elektronen versehen sind, und eine Gruppe von Außenanschlüssen G1 bis Gn, die mit den jeweiligen Gitterelektroden 302 verbunden sind. Man beachte, dass die gemeinsamen Leitungen 304 auf dem Substrat 1 in einem Stück gebildet sind.
Man beachte, dass in 15 die Bauteile, die denen von 11 ähnlich sind, jeweils mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet sind. Das Bilderzeugungsgerät von 15 unterscheidet sich von dem Bilderzeugungsgerät mit einer Einfachmatrixanordnung von 11 hauptsächlich in der Hinsicht, dass das Gerät von 15 Gitterelektroden 302 hat, die zwischen dem Elektronenquellensubstrat 1 und der Frontplatte 116 angeordnet sind.
In 15 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 302 zwischen dem Substrat 1 und der Frontplatte 116 angeordnet. Die Gitterelektroden 302 können Elektronenstrahlen, die von den Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung 104 emittiert werden, modulieren, wobei jede Gitterelektrode 302 entsprechend den jeweiligen Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung 104 mit Durchgangslöchern 303 zum Durchlassen von Elektronenstrahlen versehen ist.
Während in 15 streifenförmige Gitterelektroden gezeigt sind, beachte man jedoch, dass die Form bzw. das Profil und die Lagen der Elektronen nicht darauf beschränkt sind. Die Durchgangslöcher 303 können beispielsweise durch maschenförmige Öffnungen ersetzt werden, und die Gitterelektroden 302 können um die Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung 104 herum oder in deren Nähe angeordnet werden.
Die Außenanschlüsse D1 bis Dm und G1 bis Gn sind mit einer Ansteuerungsschaltung (nicht gezeigt) verbunden. Ein Bilderzeugungsgerät, das einen Aufbau hat, wie er vorstehend beschrieben wurde, kann zur Bestrahlung mit Elektronenstrahlen betrieben werden, indem den Zeilen von Gitterelektroden 302 im Gleichlauf (synchron) mit dem Vorgang der zeilenweisen Ansteuerung (Abtastung) der Elektronen emittierenden Bauelemente gleichzeitig Modulationssignale für eine einzige Zeile eines Bildes zugeführt werden, so dass das Bild zeilenweise angezeigt werden kann, während die Fluoreszenzschicht 114 in gesteuerter Weise mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird.
Ein Anzeigegerät gemäß der Erfindung, das einen Aufbau hat, wie er vorstehend beschrieben wurde, kann somit viele verschiedene industrielle und kommerzielle Anwendungen haben, weil es als Datensicht- bzw. Anzeigegerät für Fernsehrundfunk, als Endgerät für Videotelekonferenz, als Editiergerät für Steh- und Bewegtbilder, als Endgerät für ein Rechnersystem, als optischer Drucker, der eine lichtempfindliche Trommel umfasst, und in vielen anderen Weisen arbeiten kann.
Mit einem Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung kann der elektroleitfähige Dünnfilm gebildet werden, ohne dass die Erscheinung der Aggregation oder Sublimation gezeigt wird, so dass alle Elektronen emittierenden Bauelemente mit Oberflächenleitung gleichmäßig arbeiten können, ohne dass es eine unerwünschte Ungleichmäßigkeit des Betriebes gibt. Auf diese Weise kann ein Bilderzeugungsgerät erhalten werden, das deutliche Bilder anzeigen kann.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen beschrieben.
[Beispiel 1]
Ein metallorganischer Komplex von Palladiumacetat (nachstehend als PA bezeichnet) mit Methyldipropylamin (nachstehend als MDPA bezeichnet) wurde in der folgenden Weise für einen elektroleitfähigen Dünnfilm synthetisch hergestellt.
10 g PA wurden in 200 cm³ Chloroform gelöst, und 12,8 g MDPA wurden langsam dazugegeben. Dann wurde die Lösung 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reaktion in der Lösung wurden die Ausgangsmaterialien mit einer Silicagel-Säule entfernt, wobei 500 cm³ einer Lösung von PA-MDPA in Chloroform erhalten wurden. Die Lösung wurde dann auf 100 cm³ eingeengt und dreimal mit 50 cm³ Wasser gewaschen. Dann wurde sie mit Magnesiumsulfat getrocknet, und nach dem Trocknen wurde das Chloroform entfernt, wobei 16,4 g PA-MDPA erhalten wurden.
Danach wurde eine 0,4 m Lösung von PA-MDPA in Butylacetat hergestellt und als Material für einen elektroleitfähigen Dünnfilm verwendet.
[Beispiele 2 bis 6]
Organische Metallkomplexe wurden wie im Fall von Beispiel 1 hergestellt und in den jeweiligen organischen Lösungsmitteln gelöst, um 0,4 m Materialien für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms zu bilden, wie sie nachstehend aufgeführt sind.
[Beispiel 7]
Ein metallorganischer Komplex von Palladiumpropionat (nachstehend als PP bezeichnet) mit DDA wurde in der folgenden Weise für einen elektroleitfähigen Dünnfilm synthetisch hergestellt.
15,0 g Propionsäure wurden zu 12,7 g PA hinzugegeben und für die Reaktion 3 Stunden lang auf 80°C erhitzt. Nach Abkühlung wurde das Reaktionsprodukt in Chloroform gelöst und in einer Silicagel-Säule gereinigt, wobei nach Entfernung des Chloroforms 12,7 g PP erhalten wurden.
Danach wuden 10,1 g PP in 200 cm³ Chloroform gelöst, und 35,7 g DDA wurden langsam dazugegeben. Dann wurde die Lösung 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reaktion in der Lösung wurden die Ausgangsmaterialien mit einer Silicagel-Säule entfernt, wobei 500 cm³ einer Lösung von PP-DDA in Chloroform erhalten wurden. Die Lösung wurde dann auf 100 cm³ eingeengt und dreimal mit 50 cm³ Wasser gewaschen. Dann wurde sie mit Magnet siumsulfat getrocknet, und nach dem Trocknen wurde das Chloroform entfernt, wobei 28,7 g PP-DDA erhalten wurden.
Danach wurde eine 0,4 m Lösung von PP-DDA in Chloroform hergestellt und als Material für einen elektroleitfähigen Dünnfilm verwendet.
[Beispiele 8 bis 11]
Die folgenden Metallkomplexe und Carbonsäuren wurden als Ausgangsmaterialien für Ligandenaustauschreaktionen der Metallkomplexe verwendet und dann mit Aminen zur Reaktion gebracht, um metallorganische Komplexe herzustellen, aus denen als Materialien für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms jeweils eine 0,4 m Lösung des metallorganischen Komplexes in Chloroform hergestellt wurde.
(Beispiel 12]
Die in Beispiel 1 als Material für einen elektroleitfähigen Dünnfilm hergestellte 0,4 m Lösung von PA-MDPA in Butylacetat wurde durch Schleuderauftrag auf ein Glassubstrat aufgebracht, wobei gefunden wurde, dass sie als Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Dies wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Ein Film wird gebildet, indem die Lösung eines durch die nachstehende Formel (8) ausgedrückten Alkylaminkomplexes des Palladiumsalzes einer Säure durch ein Schleuderauftragverfahren auf ein Glassubstrat (25 mm × 38 mm) aufgebracht wird. Pd²⁺[CH₃COO^–]₂[(C₃H₇)₂NCH₃]₂ (8).
Die hier verwendete Lösung wurde hergestellt, indem der durch die vorstehende Formel (8) ausgedrückte Alkylaminkomaplex des Palladiumsalzes einer Säure in einer Konzentration von 0,4 mol/L in Butylacetat gelöst wurde, und der Schleuderauftragvorgang wurde 30 Sekunden lang mit einer Drehzahl von 1000 U/min durchgeführt.
Die hergestellte Probe wurde anschließend 2 Stunden lang in einer O₃-Atmosphäre durch ein handelsübliches UV/O₃-Veraschungsgerät (UV-300; erhältlich von Samco International) mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Das Substrat wurde während der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen nicht erhitzt, und die Sauerstoff-Durchflussmenge betrug 0,5 L/min, und dann wurde O₃ erzeugt. Während dieses Vorgangs wurde der Schicht- bzw. Flächenwiderstand des Films nach der Vierdrahtmethode ermittelt, wobei gefunden wurde, dass er nicht niedriger als 10⁹ Ω/⧠ war.
Danach wurde die Probe 12 Minuten lang einer Hitzebehandlung in einem Elektroofen, dessen Temperatur (in der Atmosphäre) auf 300°C eingestellt wurde, unterzogen, wobei ein Palladiumoxidfilm (PdO-Film) erzeugt wurde. Das erhaltene PdO wurde durch Röntgenbeugungsanalyse (nachstehend als XD-Verfahren bezeichnet) nachgewiesen, wobei das Vorhandensein eines Maximums (2,647 Å), das dem Abstand der Gitterebenen (101) entspricht, bestätigt wurde. Der Flächenwiderstand des Palladiumoxidfilms betrug 3 × 10⁴ Ω/⧠. Auf dem gebildeten Palladiumoxidfilm (dunkelbraun) wurde durch Sichtprüfung keine Unebenheit gefunden.
[Vergleichsbeispiel 1]
Eine Probe wurde genau wie im Fall von Beispiel 12 hergestellt, außer dass die UV/O₃-Behandlung weggelassen wurde. Durch Sichtprüfung wurde eine geringe Unebenheit gefunden, und die mittlere Schichtdicke war um etwa 30% geringer als die von Beispiel 12.
[Beispiele 13 bis 15]
Die nachstehend aufgeführten Materialien für einen elektroleitfähigen Dünnfilm wurden wie im Fall von Beispiel 12 durch Schleuderauftrag auf Glassubstrate aufgebracht, wobei gefunden wurde, dass sie für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms verwendet werden konnten.
[Beispiel 16]
Aus PA-MDODA, das in Beispiel 3 hergestellt worden war, wurde auf einem Glassubstrat ein Film gebildet und der UV/O₃-Behandlung und anderen Behandlungen unterzogen, wobei gefunden wurde, dass PA-MDODA als Material für einen elektroleitfähigen Dünnfilm verwen det werden kann. Das Verfahren zur Herstellung des Films war wie folgt. Pd²⁺[CH₃COO^–]₂[(C₁₈H₃₇)₂NCH₃]₂ (9)
Reinem Wasser bei 20°C wurde eine Chloroformlösung (0,4 mol/L) von PA-MDODA der Formel (9) zugesetzt, und der Oberflächendruck wurde auf 20 mN/m erhöht, um auf dem reinen Wasser einen monomolekularen Film aus PA-MDODA zu bilden. Während der Oberflächendruck aufrechterhalten wurde, wurde die Substratoberfläche einer Hexamethyldisilazan-Atmosphäre ausgesetzt, um die Oberfläche zu hydrophobieren. Dann wurde das Glassubstrat mit einer Geschwindigkeit von 3 mm/min in einer den monomolekularen Film kreuzenden Richtung (d. h. senkrecht zu dem Film) in das Wasser eingetaucht und mit derselben Geschwindigkeit herausgezogen, wobei auf dem Glassubstrat zwei LB-Filme aus PA-MDODA gebildet wurden. Der Eintauch/Herauszieh-Zyklus wurde wiederholt, bis 80 LB-Filme aus PA-MDODA hergestellt worden waren.
Dann wurde die Probe einer UV/O₃-Behandlung unter den Bedingungen von Beispiel 12 unterzogen und hitzebehandelt, um einen Palladiumoxidfilm herzustellen. Der Palladiumoxidfilm wurde wie im Fall von Beispiel 12 durch das XD-Verfahren nachgewiesen. Der Flächenwiderstand betrug 4 × 10⁴ Ω/⧠.
[Beispiele 17 bis 19]
Aus den nachstehend aufgeführten Materialien für einen elektroleitfähigen Dünnfilm wurden wie im Fall von Beispiel 16 durch die LB-Methode Filme hergestellt, wobei gefunden wurde, dass diese Materialien für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms verwendet werden konnten.
[Beispiel 20)
Ein Film, der aus einer Mischung eines in Beispiel 4 hergestellten, durch die nachstehende Formel (10) ausgedrückten Alkylaminkomplexes des Palladiumsalzes einer Säure (nachstehend als PA-DDA bezeichnet) und Docosansäure (nachstehend als C₂₂ bezeichnet) bestand, wurde auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 1 Inch gebildet und dann in einen Oxidfilm umgewandelt. Der Film wurde in der folgenden Weise hergestellt. Pd²⁺[CH₃COO^–]₂[(C₁₀H₂₁)₂NH]₂ (10)
Eine Chloroformlösung (0,5 mol/L) von PA-DDA und eine Chloroformlösung (0,5 mol/L) von C₂₂ wurden in einem Volumenverhältnis von 1 : 4 vermischt, und die Lösungsmischung wurde der Oberfläche von reinem Wasser bei 20°C zugesetzt. Dann wurde der Oberflächendruck auf 20 mN/m erhöht, um auf dem reinen Wasser einen monomolekularen Film aus einer Mischung von PA-DDA und C₂₂ (= 1 : 4) zu bilden. Während der Oberflächendruck aufrechterhalten wurde, wurde die natürliche Oxidschicht der Oberfläche des Wafers im Voraus mit einer 1%igen Lösung von Fluorwasserstoff entfernt, um die Oberfläche zu hydrophobieren. Dann wurde der Silicium-Wafer mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s in einer den monomolekularen Film kreuzenden Richtung in das Wasser eingetaucht und mit derselben Geschwindigkeit herausgezogen, wobei auf dem Silicium-Wafer zwei LB-Filme aus der Mischung von PA-DDA und C₂₂ (= 1 : 4) gebildet wurden. Der Eintauch/Herauszieh-Zyklus wurde wiederholt, bis 200 LB-Filme aus der Mischung von PA-DDA und C₂₂ (= 1 : 4) hergestellt worden waren. Es wurden insgesamt sechs Proben hergestellt. Dann wurden die Proben einer FT-IR-Spektralanalyse unterzogen.
Dann wurden die hergestellten Proben wie im Fall von Beispiel 12 in einer O₃-Atmosphäre durch ein handelsübliches UV/O₃-Veraschungsgerät (UV-300; erhältlich von Samco International) mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt, wobei die Bestrahlungsdauer 0 h (keine Bestrahlung), 0,5 h, 1 h, 1,5 h, 2 h bzw. 3 h betrug. Die Substrate wurden während der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen nicht erhitzt, und die Sauerstoff-Durchflussmenge betrug 0,5 L/min.
Die Proben wurden wieder einer FT-IR-Spektralanalyse unterzogen, wobei gefunden wurde, dass bei jeder Probe die Intensitäten der Absorptionsmaxima, die den organischen Anteilen zuzuschreiben sind, im Vergleich zu den jeweiligen Werten vor der W-Bestrahlung abgenommen hatten. Im Einzelnen wurde gefunden, dass die Intensitäten der Absorptionsmaxima bei 2918 cm^–1, 2851 cm^–1, 1474 cm^–1 und 721 cm^–1, die der Schwingung von CH₂ zuzuschreiben sind, im Vergleich zu den Werten vor der Bestrahlung bei der 0,5-stündigen Bestrahlung um etwa 65%, bei der 1,0-stündigen Bestrahlung um etwa 25%, bei der 1,5-stündigen Bestrahlung um etwa 3% und bei der 2- und der 3-stündigen Bestrahlung um weniger als 1% abgenommen hatten. Zu dieser Zeit wurde für jede Probe der elektrische Widerstand pro Oberflächeneinheit des Films gemessen, wobei gefunden wurde, dass er nicht weniger als 10⁹ Ω/cm² betrug.
Die Proben wurden anschließend in einem Elektroofen (12 Minuten lang in der Atmosphäre bei 300°C) hitzebehandelt, wobei gefunden wurde, dass die nicht bestrahlte Probe und die Probe mit der 0,5-stündigen Bestrahlung fleckig geworden waren und ihre Deckfilme bis zu einem gewissen Grade zerstört worden waren. Die Probe mit der 1-stündigen Bestrahlung trug vor allem entlang den Rändern ungleichmäßige Bereiche, die vermutlich durch Aggregation und Schmelzen verursacht waren. Bei den übrigen Proben wurden keine solchen Erscheinungen der Aggregation und des Schmelzens beobachtet.
In diesem Stadium betrug der Flächenwiderstand des Palladiumoxidfilms bei allen Proben 2 × 10⁴ Ω/⧠. In den FT-IR-Spektren der Proben wurden Intensitäten von Absorptionsmaxima (bei 590 cm^–1 und andere) beobachtet.
[Beispiele 21 bis 23]
Aus den nachstehend aufgeführten Materialien für einen elektroleitfähigen Dünnfilm wurden wie im Fall von Beispiel 20 durch die LB-Methode jeweils auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 Inch) Filme hergestellt und dann in Oxidfilme umgewandelt, wobei gefunden wurde, dass diese Materialien für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms versendet werden konnten. Die Filme wurden in der folgenden Weise hergestellt.
[Beispiel 24]
Für dieses Beispiel wurde die Zahl der LB-Film-Bildungszyklen von Beispiel 20 verändert. Die Proben dieser Beispiele wurden in der folgenden Weise hergestellt.
Die Proben wurden genauso sie die von Beispiel 20 hergestellt, außer dass auf den Substraten 100, 150, 250 und 500 LB-Filme gebildet wurden und die Glassubstrate (25 mm × 38 mm) zu ihrer Hydrophobierung mit Hexamethyldisilazan behandelt wurden. Die Flächenwiderstände der Proben betrugen 1,0 × 10⁵ Ω/⧠, 3,1 × 10⁴ Ω/⧠, 1,6 × 10⁴ Ω/⧠ bzw. 3,9 × 10³ Ω/⧠.
[Beispiel 25]
Die UV/O₃-Bestrahlungsbehandlung von Beispiel 20 wurde für dieses Beispiel verändert. Die Probe dieses Beispiels wurde genauso sie die von Beispiel 20 hergestellt, außer dass die UV/O₃-Bestrahlungsbehandlung in der Atmosphäre durchgeführt wurde. Die UV/O₃-Bestrahlungsbehandlung dieses Beispiels sind nachstehend beschrieben.
Die Bestrahlung mit UV-Strahlen wurde in der Atmosphäre mit einer 200-W-Niederspannungs-Quecksilberdampflampe, die eine Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen mit Wellenlängen von 197 nm und 248 nm erlaubte, 48 Stunden lang kontinuierlich durchgeführt. Die Quecksilberdampflampe und die Probe waren voneinander 10 cm entfernt.
In diesem Stadium betrug der Flächenwiderstand der Probe mehr als 10⁹ Ω/⧠. Nach einer Hitzebehandlung wie im Fall von Beispiel 20 hatte der Flächenwiderstand auf 2 × 104 Ω/⧠ abgenommen.
[Beispiel 26]
Für dieses Beispiel wurde ein Substrat verwendet, das eine andere Größe als das Substrat von Beispiel 20 hatte. Die Probe dieses Beispiels wurde genauso wie die von Beispiel 20 hergestellt, außer dass für dieses Beispiel ein Glassubstrat mit einem Durchmesser von 127 mm (5 Inch) verwendet wurde. Der elektrische Widerstand pro Oberflächeneinheit der Probe wurde an verschiedenen Stellen, wie sie in 1 gezeigt sind, gemessen, wobei die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Werte erhalten wurden.
Die vorstehende Tabelle zeigt, dass die Filme entlang den Richtungen innerhalb der Ebene in hohem Maße gleichmäßig waren.
[Beispiel 27]
Für dieses Beispiel wurden LB-Filme auf einem Glassubstrat wie im Fall von Beispiel 20 in der nachstehend beschriebenen Weise gebildet.
Ein LB-Film aus einer Mischung eines durch Formel (11) ausgedrückten Alkylaminkomplexes des Palladiumsalzes einer Säure (nachstehend als PA-OA bezeichnet) und Poly(isobutylmethacrylat) (nachstehend als PIBM bezeichnet) wurde auf einem Glassubstrat (25 mm × 38 mm) gebildet, das zur Hydrophobierung mit Hexamethyldisilazan behandelt worden war. Pd²⁺[CH₃COO^–]₂[(C₈H₁₇)₂NH]₂ (11).
Eine Chloroformlösung von PA-OA (0,5 mol/L) und eine Chloroformlösunq von PIBM (0,5 mol/L, auf das Monomer bezogen) wurden in einem Volumenverhältnis von 1 : 2 vermischt, und die Lösungsmischung wurde auf reinem Wasser bei 20°C gespreitet. Anschließend wurde der Oberflächendruck auf 10 mN/m erhöht, um einen monomolekularen Film aus der 1 : 2-Mischung von PA-OA und PIBM zu bilden. Während der Oberflächendruck aufrechterhalten wurde, wurde das Glassubstrat, das zur Hydrophobierung mit Hexamethyldisilazan behandelt worden war, mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s in einer den monomolekularen Film kreuzenden Richtung in das Wasser eingetaucht und mit derselben Geschwindigkeit-herausgezogen, wobei auf dem Glassubstrat zwei LB-Filme aus der Mischung von PA-OA und PIBM (= 1 : 2) gebildet wurden. Der Eintauch/Herauszieh-Zyklus wurde wiederholt, bis 200 LB-Filme aus der Mischung von PA-OA und PIBM (= 1 : 2) hergestellt worden waren.
Die hergestellte Probe wurde anschließend 2 Stunden lang in einer O₃-Atmosphäre durch ein handelsübliches UV/O₃-Veraschungsgerät mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Das Substrat wurde während der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen nicht erhitzt, und die Sauerstoff-Durchflussmenge betrug 0,5 L/min. In diesem Behandlungsstadium wurde der Flächenwiderstand des Films nach der Vierdrahtmethode ermittelt, wobei gefunden wurde, dass er nicht niedriger als 10⁹ Ω/⧠ war.
Danach wurde die Probe genauso wie im Fall von Beispiel 12 (12 Minuten lang bei 300°C in der Atmosphäre) hitzebehandelt, wobei ein Palladiumoxidfilm (PdO-Film) erzeugt wurde. Der Flächenwiderstand des Palladiumoxidfilms betrug 2 × 104 Ω/⧠.
[Beispiel 28]
Die Proben dieses Beispiels wurden genauso wie im Fall von Beispiel 20 hergestellt, außer dass die Hitzebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre statt an der Luft durchgeführt wurde.
Es wurde gefunden, dass die Probe, die keiner UV/O₃-Behandlung unterzogen worden war, und die Probe, die 0,5 Stunden lang UV/O₃ ausgesetzt worden war, fleckig geworden waren und ihre Deckfilme bis zu einem gewissen Grade zerstört worden waren. Die Probe, die 1 Stunde lang UV/O₃ ausgesetzt worden war, trug vor allem entlang den Rändern ungleichmäßige Bereiche, die vermutlich durch Aggregation und Schmelzen verursacht waren. Bei den übrigen Proben (mit 1,5-stündiger oder längerer UV/O₃-Bestrahlung) wurden keine solchen Erscheinungen der Aggregation und des Schmelzens beobachtet, so dass sie einen gleichmäßigen Film trugen.
Alle Proben, die 1,5 Stunden lang oder länger UV/O₃ ausgesetzt worden waren, zeigten einen Flächenwiderstand, der nicht höher als 2 × 10³ Ω/⧠ war. Pd wurde durch das XD-Verfahren nachgewiesen, wobei ein Maximum (2,39 Å) gefunden wurde, das dem Netzebenenabstand der Netz- oder Gitterebene (110) von PdO entsprach.
[Beispiel 29]
Eine DMAc-Lösung des durch die nachstehende Formel (12) ausgedrückten Methylesters einer Polyamidsäure (Konzentration: 2 mmol/ L, auf das Monomer bezogen) und eine Chloroformlösung von Palladiumacetat (Konzentration: 40 mmol/L) wurden in einem Verhältnis von 20 : 1 (Vol./Vol.) vermischt (wobei eine in dieser Weise hergestellte Mischung nachstehend als "Mischung I" bezeichnet wird).
Auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 1 Inch wurde durch 30-sekündigen Schleuderauftrag mit einer Drehzahl von 1000 U/min ein Film aus der Mischung I gebildet.
Die Probe wurde anschließend in einem Elektroofen 30 Minuten lang bei 150°C und dann weitere 30 Minuten lang bei 300°C erhitzt. Durch ein IR-Spektrum wurde bestätigt, dass die Probe aus Polyimid und Palladiumoxid bestand.
Es wurde gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Probe 1 × 10^–9 S/cm betrug. Andererseits betrug die elektrische Leitfähigkeit des aus dem Methylester der Polyamidsäure [Formel (12)] hergestellten Polyimids [Formel (13)] 1 × 10^–13 S/cm.
[Beispiel 30]
Eine DMAc-Lösung des durch die nachstehende Formel (14) ausgedrückten Octadecylesters einer Polyamidsäure (Konzentration: 2 mmol/L, auf das Monomer bezogen) und eine Chloroformlösung von Palladiumacetat (Konzentration: 40 mmol/L) wurden in einem Verhältnis von 20 : 1 (Vol./Vol.) vermischt (wobei eine in dieser Weise hergestellte Mischung nachstehend als "Mischung II" bezeichnet wird).
Ein Film aus der Mischung II wurde durch die nachstehend beschriebene LB-Methode auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 Inch) gebildet.
Die Mischung II, eine DMAc-Chloroform-Lösungsmischung (20 : 1), wurde auf der Oberfläche von reinem Wasser bei 20°C gespreitet, und der Oberflächendruck wurde auf 20 mN/m erhöht, um auf dem reinen Wasser einen monomolekularen Film aus der Mischung II zu bilden. Während der Oberflächendruck aufrechterhalten wurde, wurde ein Silicium-Wafer [Durchmesser: 25,4 mm (1 Inch)], dessen natürliche Oberflächenoxidschicht mit Fluorwasserstoff entfernt worden war, mit einer Geschwindigkeit von 6 mm/min in einer den monomolekularen Film kreuzenden Richtung in das Wasser eingetaucht und mit derselben Geschwindigkeit herausgezogen, wobei auf dem Silicium Wafer zwei LB-Filme aus der Mischung II gebildet wurden. Der Eintauch/ Herauszieh-Zyklus wurde wiederholt, bis 20 LB-Filme aus der Mischung II hergestellt worden waren.
Dann wurde die Probe 30 Minuten lang in einem Elektroofen unter vermindertem Druck bei 300°C erhitzt. Danach wurde der Druck auf den Atmosphärendruck erhöht (Ersatz durch Luft), und die Probe wurde 15 Minuten lang bei 350°C erhitzt. Durch ein IR-Spektrum wurde bestätigt, dass die Probe aus Polyimid und Palladiumoxid bestand. Es wurde gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Probe 7 × 10^–8 S/cm betrug.
[Beispiel 31]
Ein Film aus der Mischung II, der aus 20 LB-Filmen bestand, wurde genauso wie im Fall von Beispiel 30 hergestellt, und die Probe wurde 30 Minuten lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 300°C erhitzt. Durch ein IR-Spektrum wurde bestätigt, dass die Probe aus Polyimid und Palladiumoxid bestand. Es wurde gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Probe 5 × 10^–7 S/cm betrug.
[Beispiel 32]
Ein Film aus der Mischung II, der aus 20 LB-Filmen bestand, wurde genauso wie im Fall von Beispiel 30 auf einem Silicium-Wafer hergestellt.
Die Probe wurde dann zur Imidierung und zur Entfernung von Liganden aus der Palladiumverbindung 12 Stunden lang in eine Lösungsmittelmischung aus Pyridin, Acetanhydrid und Benzol (Volumenverhältnis = 1 : 1 : 10) eingetaucht. Durch ein IR-Spektrum wurde bestätigt, dass die Probe aus Polyimid und Palladiumoxid bestand. Es wurde gefunden, dass die Probe eine elektrische Leitfähigkeit von 6 × 10^–7 S/cm hatte.
[Beispiel 33]
Eine DMAc-Lösung des durch Formel (12) ausgedrückten Methylesters einer Polyamidsäure (Konzentration: 2 mmol/L, auf das Monomer bezogen) und eine Chloroformlösung von Bis(dodecylamin)palladium-Komplex bzw. (Dodecylamin)palladiumacetat (Konzentration: 40 mmol/L) wurden in einem Verhältnis von 20 : 1 (Vol./Vol.) vermischt (wobei eine in dieser Weise hergestellte Mischung nachstehend als "Mischung III" bezeichnet wird).
Ein Film aus der Mischung III wurde durch die nachstehend beschriebene LB-Methode auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 Inch) gebildet.
Die Mischung III, eine DMAc-Chloroform-Lösungsmischung (20 : 1), wurde auf der Oberfläche von reinem Wasser bei 20°C gespreitet, und der Oberflächendruck wurde auf 20 mN/m erhöht, um auf dem reinen Wasser einen monomolekularen Film aus der Mischung III zu bilden. Während der Oberflächendruck aufrechterhalten wurde, wurde ein Silicium-Wafer [Durchmesser: 25,4 mm (1 Inch)], dessen natürliche Oberflächenoxidschicht mit Fluorwasserstoff entfernt worden war, mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min in einer den monomolekularen Film kreuzenden Richtung in das Wasser eingetaucht und mit derselben Geschwindigkeit herausgezogen, wobei auf dem Silicium-Wafer zwei LB-Filme aus der Mischung III gebildet wurden. Der Eintauch/Herauszieh-Zyklus wurde wiederholt, bis 20 LB-Filme aus der Mischung III hergestellt worden waren.
Dann wurde die Probe 30 Minuten lang in einem Elektroofen unter vermindertem Druck bei 300°C erhitzt. Danach wurde der Druck auf den Atmosphärendruck erhöht (Ersatz durch Luft), und die Probe wurde 15 Minuten lang bei 350°C erhitzt. Durch ein IR-Spektrum wurde bestätigt, dass die Probe aus Polyimid und Palladiumoxid bestand. Es wurde gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Probe 8 × 10^–8 S/cm betrug.
[Beispiel 34]
Eine Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht wurde in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, wurde auf einem Paar Glassubstraten 1 durch reaktive Zerstäubung ITO (Indiumzinnoxid) für lichtdurchlässige Elektroden 2 in einer Dicke von 120 nm abgeschieden, und die abgeschiedenen Schichten wurden gewaschen und Hexamethyldisilazandampf ausgesetzt, um die Oberfläche zu hydrophobieren.
Dann wurden eine DMAc-Lösung des durch die nachstehende Formel (15) ausgedrückten Methylesters einer Polyamidsäure (Konzentration: 2 mmol/L, auf das Monomer bezogen) und eine Chloroformlösung von Palladiumacetat (Konzentration: 40 mmol/L) in einem Verhältnis von 20 : 1 (Vol./Vol.) vermischt (wobei eine in dieser Weise hergestellte Mischung nachstehend als "Mischung IV" bezeichnet wird).
Auf den Substraten bzw. auf einem Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 1 Inch wurde durch 20-sekündigen Schleuderauftrag mit einer Drehzahl von 2700 U/min ein Film aus der Mischung IV gebildet. Der gebildete Film war 3 nm dick.
Die erhaltene Probe wurde in einem Elektroofen mit einer Stickstoffatmosphäre 30 Minuten lang bei 300°C erhitzt, um eine Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht 3 herzustellen, die aus einem Polyimid, das durch die nachstehende Formel (16) ausgedrückt wird, und Palladium bestand. Die Oberfläche der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht 3 wurde einer Reibbehandlung (Eindruckbetrag: 0,4 mm, 1000 U/min, Geschwindigkeit 12 mm/s) unterzogen.
Auf einem der Substrate wurden als Abstandshalter 4 Aluminiumoxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 1,5 μm verteilt, und dann wurden die Substrate zur Bildung einer Flüssigkristallzelle derart zusammengelegt, dass die Reibrichtungen der Substrate antiparallel zueinander angeordnet waren, jedoch in der Substratebene miteinander einen Winkel von 10° bildeten (gekreuzte Reibrichtungen).
Eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung 5, die als Hauptbestandteil einen ferroelektrischen smektischen Flüssigkristall [CS-1014 (Handelsname; erhältlich von Chisso Co., Ltd)] enthielt, wurde in der isotropen Phase in die evakuierte Zelle eingespritzt und dann nach und nach mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/Stunde abgekühlt, um eine Flüssigkristallvorrichtung mit dem in 2 gezeigten Aufbau herzustellen.
Die Flüssigkristallvorrichtung wurde zwischen einem Paar gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeklemmt und auf ihr Betriebsverhalten geprüft, indem verschiedene unterschiedliche Spannungen angelegt wurden und die Intensität des durchgelassenen Lichts beobachtet wurde. Zuerst wurde eine Rücksetzimpulsspannung mit einer Impulsdauer von 100 μs und einer Wellen- bzw. Impulshöhe von –20 V angelegt, um die gesamte Oberfläche der Vorrichtung dunkel zu machen (d. h. in einen Zustand zu bringen, der als Durchlassgrad von 0% bezeichnet wird), und dann wurde eine Schreibimpulsspannung mit einer Impulsdauer von 20 μs angelegt. Nach dem Anlegen der Schreibimpulsspannung wurde ein Durchlassgrad von 26,7% beobachtet.
Dann wurde die Wellen- bzw. Impulshöhe der Schreibimpulsspannung nach und nach erhöht, bis die gesamte Oberfläche der Vorrichtung weiß geworden war (d. h. in einen Zustand gebracht worden war, der als Durchlassgrad von 100% bezeichnet wird), wobei eine Beziehung zwischen der Wellen- bzw. Impulshöhe der Schreibimpulsspannung und dem Durchlassgrad (V-T-Kennlinie) erhalten wurde, wie sie in 3 gezeigt ist (mit 0 und Volllinie bezeichnet). Anschließend wurde die Wellen- bzw. Impulshöhe der Schreibimpulsspannung nach und nach vermindert, bis die gesamte Oberfläche der Vorrichtung dunkel geworden war, wobei eine Beziehung erhalten wurde, wie sie ebenfalls in 3 gezeigt ist (mit x bezeichnet). Wie aus 3 deutlich ersichtlich ist, war die Hystereseschleife der steigenden und fallenden Wellen- bzw. Impulshöhe der Schreibimpulsspannung sehr klein, wodurch bewiesen wurde, dass die Flüssigkristallvorrichtung in Bezug auf die Gradation fein gesteuert werden kann.
Die Verzögerung (des optischen Ansprechens) nach dem Anlegen einer Schreibimpulsspannung betrug weniger als 0,1 s, und die Nachbilderscheinung war nicht erheblich.
Während in diesem Beispiel Palladium verwendet wurde, ist das Metall, das für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, nicht darauf beschränkt und kann aus Ru, Ag, Cu, Cr, Tb, Cd, Fe und Zn ausgewählt werden. Desgleichen können für den Zweck der Erfindung auch andere Flüssigkristallvorrichtungen als ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wie z. B. TN- und STN-Vorrichtungen angewendet werden. Das Verfahren zur Bildung einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht ist nicht auf das in diesem Beispiel angewendete Verfahren beschränkt, und die LB-Methode kann alternativ angewendet werden.
[Beispiel 35]
Ein Elektronen emittierendes Bauelement mit Oberflächenleitung mit einem in 4A und 4B gezeigten Aufbau wurde in der nachstehend gezeigten Weise hergestellt.
Als isoliertes Substrat 1 der Probe wurde ein Quarzsubstrat verwendet. Nach gründlicher Reinigung des Substrats mit einem organischen Lösungsmittel wurde ein Paar Pt-Elektroden 4, 5 gebildet. Die Bauelementelektroden waren durch einen Zwischenraum L₁ von 3 μm getrennt und hatten eine Breite W₁ von 500 μm und eine Dicke d von 30 nm (300 Å).
Danach wurden auf dem gesamten Substrat, das die Bauelementelektroden trug, als elektroleitfähiger Dünnfilm 3 achtzig LB-Filme aus dem in Beispiel 4 hergestellten PA-DDA/CHCl₃ gebildet. Nach 30-minütiger Bestrahlung des Substrats mit UV/O₃ und Erhitzen des Substrats auf 80°C wurde auf dem Substrat ein Film aus feinen Palladiumoxidteilchen (PdO-Teilchen) [mit einer mittleren Teilchengröße von 6 nm (60 Å)] gebildet, indem das Substrat 10 Minuten lang in einem Reinofen bei 300°C unter Atmosphärendruck hitzebehandelt wurde. Der Film aus feinen Teilchen hatte eine Schichtdicke von 0,02 μm und einen Flächenwiderstand von 2 × 10⁴ Ω/⧠.
Auf einem gewünschten Oberflächenbereich des Dünnfilms wurde ein Überzug mit Abmessungen von 300 μm ×200 μm gebildet, indem ein OMR-Resist aufgebracht wurde und danach einer Ar-Gas-Trockenätzbehandlung unterzogen wurde, um die feinen PdO-Teilchen des restlichen Bereichs zu entfernen. Dann wurde der Resist durch ein UV/O₃-Veraschungsgerät entfernt, um einen elektroleitfähigen Dünnfilm 3 herzustellen.
Anschließend wurde an die Bauelementelektroden 4, 5 bei einem Stromzuführungs-Formierungsprozess des Bauelements eine Spannung angelegt, um in dem elektroleitfähigen Film einen Elektronen emittierenden Bereich 2 zu erzeugen. 7A zeigt die Spannungs-Kurvenform, die für den Stromzuführungs-Formierungsprozess angewendet wurde. In 7A bezeichnen T1 und T2 die Impulsdauer bzw. das Impulsintervall der angelegten Impulsspannung, die für dieses Beispiel 1 Millisekunde bzw. 10 Millisekunden betrugen. Die Wellen- bzw. Impulshöhe (die Spitzenspannung für den Formierungsvorgang) der angelegten Impulsspannung betrug 5 V, und der Formierungsvorgang dauerte bei 133 × 10^–6 Pa (10^–6 Torr) etwa 60 Sekunden.
Die Elektronenemissionsleistung der Probe eines Elektronen emittierenden Bauelements mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wurde in einem in 8 gezeigten Messsystem beobachtet. Bei der vorstehend erwähnten Beobachtung betrug der Abstand H zwischen der Anode und dem Elektronen emittierenden Bauelement 4 mm, und das Potenzial der Anode 54 betrug 1 kV, wobei der Vakuumgrad in der Vakuumkammer des Systems während des gesamten Messvorgangs bei 133 × 10^–6 Pa (1 × 10^–6 Torr) gehalten wurde. Der Emissionsstrom Ie begann schnell anzusteigen, als die Bauelementspannung Vf einen so hohen Wert wie 8 V erreichte, und es wurden ein Bauelementstrom If von 2,0 mA und ein Emissionsstrom Ie von 1,0 μA beobachtet, als die Bauelementspannung auf 14 V anstieg, so dass ein Elektronenemissionswirkungsgrad von η = Ie/If(%) = 0,05% nachgewiesen wurde.
[Beispiel 36]
In diesem Beispiel wurde ein Bilderzeugungsgerät hergestellt, indem eine Elektronenquelle eingebaut wurde, die unter Verwendung von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung, die dieselben waren wie das Bauelement von Beispiel 35, verwirklicht wurde.
16 ist eine Teildraufsicht der Elektronenquelle. 17 ist eine Teilschnittzeichnung entlang der Linie 17–17. Die Bauteile, die dieselben wie die von 10 sind, sind jeweils mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet. In 16 und 17 bezeichnet Bezugszahl 141 eine Zwischenschicht-Isolationsschicht und bezeichnet Bezugszahl 142 eine Kontaktöffnung für die elektrische Verbindung einer Bauelementelektrode und einer zugehörigen unteren Leitung (Leitung in X-Richtung).
Zuerst werden unter Bezugnahme auf 18A bis 18H, die jeweils den nachstehenden Schritten a bis h entsprechen, die Schritte der Herstellung der Elektronenquelle beschrieben.
Schritt a: Nach gründlicher Reinigung eines Natronkalkglas-Substrats 1 wurden nacheinander durch Vakuumaufdampfung Cr und Au in einer Dicke von 5 nm (50 Å) bzw. 600 nm (6000 Å) aufgebracht, und dann wurde darauf durch Schleuderauftrag unter Anwendung einer Schleuderauftragvorrichtung ein Photoresist (AZ1350SF; erhältlich von Hoechst Corporation) gebildet und gehärtet bzw. hitzebehandelt. Danach wurde durch Belichtung und Entwicklung ein Photomaskenbild erzeugt, um eine Resiststruktur für die unteren Leitungen 102 herzustellen, und dann wurde die aufgedampfte Au/Cr-Schicht nass geätzt, um untere Leitungen 102 mit einem gewünschten Profil herzustellen.
Schritt b: Durch HF-Zerstäubung wurde als Zwischenschicht-Isolationsschicht 141 eine 0,5 μm dicke Siliciumoxidschicht gebildet.
Schritt c: Es wurde eine Photoresiststruktur für die Erzeugung von Kontaktöffnungen 142 in der in Schritt b abgeschiedenen Siliciumoxidschicht hergestellt, wobei diese Kontaktöffnungen 142 dann tatsächlich gebildet wurden, indem die Zwischenschicht-Isolationsschicht 141 unter Anwendung der Photoresiststruktur als Maske geätzt wurde. Für den Ätzvorgang wurde RIE (reaktives Ionenätzen) unter Verwendung von CF₄-Gas und H₂-Gas angewendet.
Schritt d: Danach wurde für Bauelementelektrodenpaare und für Zwischenräume, die die Elektroden der jeweiligen Paare trennen, eine Struktur aus Photoresist (RD-200N-10; erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) gebildet, und dann wurden Ti und Ni nacheinander durch Vakuumaufdampfung in einer Dicke von 5 nm (50 Å) bzw. 100 nm (1000 Å) darauf aufgedampft. Die Photoresiststruktur wurde mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, und die aufgedampfte Ni/Ti-Schicht wurde unter Anwendung eines Abhebeverfahrens behandelt, um Bauelementelektrodenpaare zu erzeugen, wobei die Elektroden jedes Paars durch einen Zwischenraum (L) von 3 μm voneinander getrennt waren und jeweils eine Breite von 300 μm hatten.
Schritt e: Nach der Bildung einer Photoresiststruktur für obere Leitungen (Leitungen in Y-Richtung) 103 auf den Bauelementelektroden 4, 5 wurden Ti und Au nacheinander durch Vakuumaufdampfung in einer Dicke von 5 nm (50 Å) bzw. 500 nm (5000 Å) aufgedampft, und dann wurden nicht benötigte Bereiche durch ein Abhebeverfahren entfernt, um obere Leitungen 103 mit einem gewünschten Profil herzustellen. Anschließend wurde eine Struktur hergestellt, bei der Resist in von den Kontaktöffnungen 142 verschiedenen Bereichen aufgebracht war, und Ti und Au wurden nacheinander durch Vakuumaufdampfung in einer Dicke von 5 nm (50 Å) bzw. 500 nm (5000 Å) aufgedampft, und dann wurden nicht benötigte Bereiche durch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wurden die Kontaktöffnungen ausgefüllt.
Schritt f: Auf der gesamten Oberfläche des Substrats wurde durch das in Beispiel 35 beschriebene Verfahren ein feinteiliger PdO-Film 161 gebildet.
Schritt g: Mit OMR-Resist wurde eine Struktur für einen elektroleitfähigen Dünnfilm gebildet.
Schritt h: Die Bereiche des feinteiligen PdO-Films 161, die in Schritt g nicht durch die Struktur bedeckt worden waren, wurden unter Verwendung von Ar-Gas herausgeätzt, und dann wurde der Resist durch UV/O₃-Veraschung entfernt.
Elektronen emittierende Bauelementen mit Oberflächenleitung wurden in der vorstehend beschriebenen Weise in einer großen Zahl auf ein- und demselben Substrat hergestellt, wurden jedoch noch keinem Formierungsprozess unterzogen, und die Bauelemente wurden auf den elektrischen Widerstand geprüft, wobei gefunden wurde, dass die Abweichung des elektrischen Widerstandes der Bauelemente weniger als ein Drittel der Abweichung bei vergleichbaren, durch ein herkömmliches Verfahren hergestellten Bauelementen betrug.
Dann wurde das Elektronenquellensubstrat 1, das keinem Stromzuführungs-Formierungsprozess unterzogen worden war, an einer Rückplatte 111 fest angebracht, und danach wurde eine Frontplatte 116 (durch Bildung einer Fluoreszenzschicht 114 und einer metallischen Rückseitenschicht 115 an der Innenfläche eines Glassubstrat 113 hergestellt) 5 mm oberhalb der Elektronenquelle 1 angeordnet, indem ein Tragrahmen 112 dazwischengelegt wurde. Auf Verbindungs flächen der Frontplatte 116, des Tragrahmens 112 und der Rückplatte 111 wurde Glasfritte aufgebracht, und diese Bauteile wurden dann in der Atmosphäre 10 Minuten lang bei 400°C hitzebehandelt und unter Erzielung eines hermetisch abgedichteten Zustandes miteinander verbunden. Auch das Elektronenquellensubstrat 1 wurde durch Glasfritte fest mit der Rückplatte 111 verbunden.
Für dieses Beispiel wurden streifenförmige Leuchtstoffe und schwarze Streifen, die aus einem gebräuchlichen Material, das als Hauptbestandteil Graphit enthält, hergestellt waren, verwendet. Die Leuchtstoffe wurden durch ein Aufschlämmungsverfahren auf das Glassubstrat 113 aufgebracht.
An der Innenfläche der Fluoreszenzschicht 114 ist normalerweise eine metallische Rückseitenschicht 115 angeordnet. In diesem Beispiel wurde eine metallische Rückseitenschicht hergestellt, indem an der Innenfläche der Fluoreszenzschicht 114, die einem Glättungsprozess (Filmbildung) unterzogen worden war, durch Vakuumaufdampfung eine Al-Schicht erzeugt wurde. Die Frontplatte 116 kann zusätzlich mit lichtdurchlässigen Elektroden versehen sein, die nahe der Außenfläche der Fluoreszenzschicht 114 angeordnet sind, um die Leitfähigkeit der Fluoreszenzschicht 114 zu verbessern. In diesem Beispiel wurden keine solchen Elektroden verwendet, weil sich die metallische Rückseitenschicht 115 als ausreichend leitfähig erwies.
Der hergestellte Glasbehälter wurde dann mit einem Pumprohr (nicht gezeigt) und einer Vakuumpumpe evakuiert, um innerhalb des Behälters einen ausreichenden Vakuumgrad zu erzielen. Wie im Fall von Beispiel 35 wurde danach der elektroleitfähige Film von jedem der auf dem Substrat angeordneten Elektronen emittierenden Bauelemente einem Stromzuführungs-Formierungsvorgang unterzogen, bei dem an die Bauelementelektroden der Elektronen emittierenden Bauelemente durch die entsprechenden Außenanschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn eine Spannung angelegt wurde, um in jedem elektroleitfähigen Film einen Elektronen emittierenden Bereich zu erzeugen.
Dann wurde das Pumprohr abgedichtet, indem es mit einem Gasbrenner erhitzt wurde, wobei ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse 118 erhalten wurde, das bei einem Vakuumgrad von 10^–7 Torr gehalten wurde.
Schließlich wurde eine Getterbehandlung durchgeführt, um in dem Glasbehälter einen hohen Vakuumgrad aufrechtzuerhalten.
Die Außenanschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn und der Hochspannungsanschluss Hv des Anzeigefeldes wurden an die jeweiligen Ansteuerungssysteme angeschlossen, um den Vorgang der Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts zu beenden. Das fertige Bilderzeugungsgerät wurde betrieben, indem an alle Elektronen emittierenden Bauelemente durch die Außenanschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn eine Spannung angelegt wurde, um zu bewirken, dass die Elektronen emittierenden Bauelemente Elektronen emittieren. Andererseits wurde an die metallische Rückseitenschicht 115 oder an die lichtdurchlässige Elektrode (nicht gezeigt) durch den Hochspannungsanschluss Hv eine Hochspannung von mehr als einigen kV angelegt, um Elektronenstrahlen zu beschleunigen und zu bewirken, dass sie mit der Fluoreszenzschicht 114 zusammenstoßen, der ihrerseits zur Emission von Licht Strom zugeführt wurde, wobei schöne Bilder angezeigt wurden, die im Vergleich zu den Bildern herkömmlicher Bilderzeugungsgeräte eine gute und gleichmäßige Qualität hatten.
[Beispiel 37]
19 ist ein Blockdiagramm eines Anzeigegeräts, das unter Anwendung eines durch Verwendung von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung von Beispiel 36 als Elektronenstrahlquellen hergestellten Anzeigefeldes verwirklicht worden ist und derart eingerichtet ist, dass es Sichtdaten liefert, die von verschiedenen Informations- bzw. Datenquellen einschließlich Fernsehübertragung und anderer Bildquellen kommen.
In 19 sind ein Anzeigefeld 190, eine Anzeigefeld-Ansteuerungsschaltung 171, ein Anzeigefeldsteuergerät 172, ein Multiple xer 173, ein Dekodierer 174, eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 175, eine Zentralverarbeitungseinheit (ZVE) 176, ein Bildgenerator bzw. Bilderzeuger 177, Bildeingabespeicher-Schnittstellen 178, 179 und 180, eine Bildeingabe-Schnittstelle 181, TV-Signalempfänger 182 und 183 und eine Eingabeeinheit 184 gezeigt.
Zusammen mit der in der Zeichnung gezeigten Schaltungen sind in dem Fall, dass das Anzeigegerät angewendet wird, um Fernsehsignale zu empfangen, die durch Video- und Audiosignale gebildet werden, Schaltungen, Lautsprecher und andere Bauelemente bzw. Bauteile für Empfang, Trennung, Wiedergabe, Verarbeitung und Speicherung von Audiosignalen (akustischen Signalen) erforderlich, jedoch sind solche Schaltungen und Bauelemente bzw. Bauteile hier im Hinblick auf den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung weggelassen.
Nun werden die Bauteile (Schaltungselemente) des Geräts dem Fluss von Bildsignalen durch die Bauteile folgend beschrieben.
Erstens ist der TV-Signalempfänger 182 eine Schaltung für den Empfang von TV-Bildsignalen, die über ein drahtloses Übertragungssystem unter Anwendung elektromagnetischer Wellen und/oder von Netzen für räumliche optische Telekommunikation übertragen werden. Das anzuwendende TV-Signalsystem ist nicht auf ein bestimmtes eingeschränkt, und irgendein System wie z. B. NTSC, PAL oder SECAM kann damit praktisch angewendet werden. Die Schaltung ist besonders geeignet für TV-Signale, die eine größere Zahl von Abtastzeilen umfassen (typischerweise für TV-Signale eines hochauflösenden TV-Systems wie z. B. des MUSE-Systems), weil sie für ein großes Anzeigefeld 190 angewendet werden kann, das eine große Zahl von Bildelementen (Pixels) umfasst. Die TV-Signale, die von dem TV-Signalempfänger empfangen werden, werden zu dem Dekodierer befördert.
Der TV-Signalempfänger 183 ist eine Schaltung für den Empfang von TV-Bildsignalen, die über ein verdrahtetes Übertragungssystem unter Anwendung von Koaxialkabeln und/oder optischen Fasern übertragen werden. Das anzuwendende TV-Signalsystem ist wie bei dem TV-Signalempfänger 182 nicht auf ein bestimmtes eingeschränkt, und die TV-Signale, die von der Schaltung empfangen werden, werden zu dem Dekodierer 174 befördert.
Die Bildeingabe-Schnittstelle 181 ist eine Schaltung zum Empfang von Bildsignalen, die aus einem Bildeingabegerät wie z. B. einer TV-Kamera oder einem Bildaufnahme-Abtastgerät (Bildabtaster bzw. Scanner) befördert werden. Sie befördert die empfangenen Bildsignale ebenfalls zu dem Dekodierer 174.
Die Bildeingabespeicher-Schnittstelle 180 ist eine Schaltung zum Auslesen bzw. Wiedergewinnen von Bildsignalen, die in einem Videobandgerät (nachstehend als VTR bezeichnet) gespeichert sind, und die ausgelesenen bzw. wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls zu dem Dekodierer 174 befördert.
Die Bildeingabespeicher-Schnittstelle 179 ist eine Schaltung zum Auslesen bzw. Wiedergewinnen von Bildsignalen, die in einer Bildplatte gespeichert sind, und die ausgelesenen bzw. wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls zu dem Dekodierer 174 befördert.
Die Bildeingabespeicher-Schnittstelle 178 ist eine Schaltung zum Auslesen bzw. Wiedergewinnen von Bildsignalen, die in einer Vorrichtung zum Speichern von Stehbilddaten wie z. B. einer so genannten Stehbildplatte gespeichert sind, und die ausgelesenen bzw. wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls zu dem Dekodierer 174 befördert.
Die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 175 ist eine Schaltung für die Verbindung des Anzeigegeräts mit einer externen Ausgangssiqnalquelle wie z. B. einem Rechner (Computer), einem Rechnernetz bzw. -verbund oder einem Drucker. Sie führt zwischen der ZVE 176 des Anzeigegeräts und einer externen Ausgangssignalquelle Eingabe-Ausgabe-Operationen für Bilddaten und für Daten über (Schrift)zeichen bzw. Symbole und graphische Darstellungen und in dem Fall, dass es angebracht ist, für Steuersignale und numerische Daten durch.
Die Bilderzeugungs- bzw. Bildgeneratorschaltung 177 ist eine Schaltung, die dazu dient, auf der Basis der Bilddaten und der Daten über (Schrift)zeichen bzw. Symbole und graphische Darstellungen, die aus einer externen Ausgangssignalquelle über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 175 eingegeben werden, oder der Daten, die aus der ZVE 176 kommen, Bilddaten zu erzeugen, die auf dem Bildschirm anzuzeigen sind.
Die Schaltung umfasst ladbare Speicher zum Speichern von Bilddaten und Daten über (Schrift)zeichen bzw. Symbole und graphische Darstellungen, Nur-Lese-Speicher (Festspeicher bzw. ROMs) zum Speichern von Bildmustern, die vorgegebenen Zeichenkodes entsprechen, einen Prozessor für die Verarbeitung von Bilddaten und andere Schaltungselemente, die für die Erzeugung von Schirmbildern notwendig sind.
Bilddaten, die durch die Bilderzeugungs- bzw. Bildgeneratorschaltung 177 für die Anzeige erzeugt worden sind, werden in den Dekodierer 174 gesendet, und sie können in dem Fall, dass es angebracht ist, auch über die Eingabe Ausgabe-Schnittstelle 175 in einen äußeren Schaltkreis wie z. B. ein Rechnernetz oder einen Drucker gesendet werden.
Die ZVE 176 steuert das Anzeigegerät und und führt die Operation der Erzeugung, Auswahl und Aufbereitung (Editierung) von Bildern durch, die auf dem Bildschirm anzuzeigen sind. Durch die ZVE 176 werden beispielsweise Steuersignale in den Multiplexer 173 gesendet und Signale für Bilder, die auf dem Bildschirm anzuzeigen sind, zweckmäßig ausgewählt oder kombiniert. Gleichzeitig erzeugt sie Steuersignale für das Anzeigefeldsteuergerät 172 und steuert sie den Betrieb des Anzeigegeräts in Bezug auf Bildanzeigefrequenz, Abtastverfahren (z. B. Abtastung mit oder ohne Zeilensprung), Zahl der Abtastzeilen pro Bildschirminhalt usw,
Die ZVE 176 sendet auch Bilddaten und Daten über (Schrift) zeiehen bzw. Symbole und graphische Darstellungen direkt in die Bilderzeugungs- bzw. Bildgeneratorschaltung 177 und hat über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 175 Zugriff zu externen Rechnern und Spei chern, um externe Bilddaten und externe Daten über (Schrift)zeichen bzw. Symbole und graphische Darstellungen zu erhalten. Die ZVE 176 kann zusätzlich derart gestaltet sein, dass sie wie die ZVE eines Arbeitsplatzrechners (Personalcomputers) oder eines Wortprozessors an anderen Operationen des Anzeigegeräts einschließlich der Operation der Erzeugung und Verarbeitung von Daten teilnimmt. Die ZVE 176 kann auch über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 175 mit einem externen Rechnernetz verbunden sein, um unter Zusammenwirkung damit Zahlenrechnungen und andere Operationen durchzuführen.
Die Eingabeeinheit 184 wird angewendet, um die Anweisungen bzw. Befehle, Programme und Daten, die durch die Bedienungsperson in sie eingegeben werden, zu der ZVE 176 zu befördern. Sie kann tatsächlich aus verschiedenen Eingabegeräten wie z. B. Tastaturen, Mäusen, Joysticks bzw. Steuerknüppeln, Strichkodelesern und Spracherkennungsgeräten sowie irgendwelchen Kombinationen davon ausgewählt werden.
Der Dekodierer 174 ist eine Schaltung für die Zurückverwandlung verschiedener Bildsignale, die über die erwähnten Schaltungen 177 bis 183 eingegeben werden, in Signale für drei Primärfarben, Leuchtdichtesignale und I- und Q-Signale. Der Dekodierer 174 umfasst vorzugsweise Bildspeicher, wie sie in 19 mit einer gestrichelten Linie bezeichnet sind, um Fernsehsignale wie z. B. Signale des MUSE-Systems zu behandeln, die für die Signalumsetzung Bildspeicher benötigen.
Die Bereitstellung von Bildspeichern erleichtert zusätzlich die Anzeige von Stehbildern sowie Operationen wie Kontrastverminderung, Interpolieren, Vergrößern, Verkleinern, Synthetisieren und Aufbereiten (Editieren) von Bildschirminhalten, die wahlweise durch den Dekodierer 174 in Zusammenarbeit mit der Bilderzeugungs- bzw. Bildgeneratorschaltung 177 und der ZVE 176 durchzuführen sind.
Der Multiplexer 173 wird angewendet, um Bilder, die auf dem Bildschirm anzuzeigen sind, entsprechend Steuersignalen, die durch die ZVE 176 eingegeben werden, zweckmäßig auszuwählen. Mit anderen Worten, der Multiplexer 173 wählt bestimmte umgesetzte Bildsignale, die aus dem Dekodierer 174 kommen, aus und sendet sie in die Ansteuerungsschaltung 171. Er kann auch den Bildschirm in mehrere Felder aufteilen, um gleichzeitig verschiedene Bilder anzuzeigen, indem er innerhalb der Zeitperiode für die Anzeige eines einzigen Bildschirminhalts bzw. Bilddatenübertragungsblocks von einer Gruppe von Bildsignalen auf eine andere Gruppe von Bildsignalen umschaltet wie im Fall eines Mehrfelderbildschirms beim Fernsehrundfunk.
Das Anzeigefeldsteuergerät 172 ist eine Schaltung für die Steuerung des Betriebes der Ansteuerungsschaltung 171 entsprechend Steuersignalen, die aus der ZVE 176 übertragen werden. Es arbeitet unter anderem derart, dass es zu der Ansteuerungsschaltung 171 Signale für die Steuerung des Ablaufs der Operationen der Stromquelle (nicht gezeigt) für die Ansteuerung des Anzeigefeldes überträgt, um die Grundoperation des Anzeigefeldes 190 festzulegen. Es überträgt zu der Ansteuerungsschaltung 171 auch Signale für die Steuerung der Bildanzeigefrequenz und des Abtastverfahrens (z. B. Abtastung mit oder ohne Zeilensprung), um die Art der Ansteuerung des Anzeigefeldes 190 festzulegen. In dem Fall, dass es angebracht ist, überträgt es zu der Ansteuerungsschaltung 171 auch Signale für die Steuerung der Qualität der Bilder, die auf dem Bildschirm anzuzeigen sind, in Bezug auf Leuchtdichte, Kontrast, Farbton und Schärfe.
Die Ansteuerungsschaltung 171 ist eine Schaltung für die Erzeugung von Ansteuerungssignalen, die dem Anzeigefeld 190 zuzuführen sind. Sie arbeitet entsprechend Bildsignalen, die aus dem erwähnten Multiplexer 173 kommen, und Steuersignalen, die aus dem Anzeigefeldsteuergerät 172 kommen.
Ein Anzeigegerät gemäß der Erfindung, das einen Aufbau hat, wie er vorstehend beschrieben wurde und in 19 veranschaulicht ist, kann auf dem Anzeigefeld 190 verschiedene Bilder anzeigen, die sich aus verschiedenen Bilddatenquellen ergeben. Im Einzelnen werden Bildsignale wie z. B. Fernsehbildsignale durch den Dekodierer 174 zurückverwandelt und dann durch den Multiplexer 173 ausgewählt, bevor sie in die Ansteuerungsschaltung 171 gesendet werden.
Andererseits erzeugt das Anzeigefeldsteuergerät 172 Steuersignale für die Steuerung des Betriebes der Ansteuerungsschaltung 171 entsprechend den Bildsignalen für die Bilder, die auf dem Anzeigefeld 190 anzuzeigen sind. Die Ansteuerungsschaltung 171 führt dem Anzeigefeld 190 dann entsprechend den Bildsignalen und den Steuersignalen Ansteuerungssignale zu. Auf diese Weise werden auf dem Anzeigefeld 190 Bilder angezeigt. Alle vorstehend beschriebenen Operationen werden durch die ZVE 176 in einer koordinierten Weise gesteuert.
Das vorstehend beschriebene Anzeigegerät kann nicht nur aus einer Anzahl von Bildern, die ihm übermittelt worden sind, bestimmte Bilder auswählen und anzeigen, sondern auch verschiedene Bildverarbeitungsoperationen einschließlich Operationen für das Vergrößern, Verkleinern und Drehen von Bildern, für das Hervorheben der Ränder von Bildern, für die Kontrastverminderung und das Interpolieren von Bildern, für die Änderung der Farben von Bildern und für das Modifizieren des Seitenverhältnisses von Bildern und Aufbereitungs- bzw. Editieroperationen einschließlich Operationen für das Synthetisieren, Löschen, Verbinden, Ersetzen bzw. Austauschen und Einfügen von Bildern durchführen, da die Bildspeicher, die in den Dekodierer 174 eingebaut sind, die Bilderzeugungs- bzw. Bildgeneratorschaltung 177 und die ZVE 176 an solchen Operationen teilnehmen. Obwohl es nicht unter Bezugnahme auf die vorstehende Ausführungsform beschrieben wurde, kann das Anzeigegerät mit zusätzlichen Schaltungen ausgestattet werden, die ausschließlich für Operationen zum Verarbeiten und Aufbereiten (Editieren) von Audiosignalen (akustischen Signalen) ausgelegt sind.
Ein Anzeigegerät gemäß der Erfindung, das einen Aufbau hat, wie er vorstehend beschrieben wurde, kann somit eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen haben, weil es als Datensicht- bzw. Anzeigegerät für Fernsehrundfunk, als Endgerät für Videotelekonferenz, als Aufbereitungs- bzw. Editiergerät für Steh- und Bewegtbilder, als Endgerät für ein Rechnersystem, als Büroautomatisierungsgerät wie z. B. Wortprozessor, als Spielautomat bzw. -konsole und in vielen anderen Weisen arbeiten kann.
19 zeigt natürlich nur ein Beispiel für den möglichen Aufbau eines Anzeigegeräts, das ein Anzeigefeld umfasst, das mit einer Elektronenquelle versehen ist, die durch Anordnung einer Anzahl von Elektronen emittierenden Bauelementen mit Oberflächenleitung hergestellt worden ist, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können einige der Schaltungselemente von 19, die für eine bestimmte Anwendung nicht erforderlich sind, weggelassen werden.
Im Gegensatz dazu können dort in Abhängigkeit von der Anwendung zusätzliche Bauteile bzw. Schaltungselemente angeordnet werden. Wenn beispielsweise ein Anzeigegerät gemäß der Erfindung als Bildtelefon angewendet wird, kann es zweckmäßig sein, dafür zu sorgen, dass es zusätzliche Bauteile bzw. Schaltungselemente wie z. B. eine Fernsehkamera, ein Mikrofon, eine Beleuchtungseinrichtung und Übertragungs-Empfangs-Schaltungen einschließlich eines Modems umfasst.
Ein Bilderzeugungsgerät, das durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wird, kann sehr flach bzw. dünn gemacht werden, weil die Elektronenquelle selbst, die Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung umfasst, keine große Tiefe erfordert. Außerdem kann das Anzeigefeld mit einer sehr großen Fläche hergestellt werden und eine verbesserte Leuchtdichte und einen weiten Betrachtungswinkel haben, so dass eine Anzeige von lebhaften, leuchtenden Bildern möglich gemacht wird.
Wie vorstehend ausführlich beschrieben wurde, werden durch die vorliegende Erfindung ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms, der eine gleichmäßige Schichtdicke und ausgezeichnete elektrische Eigenschaften einschließlich elektrischer Leitfähigkeit hat, sowie ein Verfahren zur Herstellung des elektroleitfähigen Dünnfilms bereitgestellt. Auf diese Weise können eine Elektronenquelle, die Elektronen emittierende Bauelemente mit Oberflächenleitung umfasst, die durch Anwendung so eines elektroleitfähigen Dünnfilms zur Bildung eines Elektronen emittierenden Bereichs hergestellt werden, und fähig ist, gleichmäßig unter Elek tronenemission zu arbeiten, und ein Bilderzeugungsgerät, in das so eine Elektronenquelle eingebaut ist, bereitgestellt werden.
Zweitens kann ein Material für die Bildung eines elektroleitfähigen Dünnfilms als Material für die Bildung einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht angewendet werden, die sogar in dem Fall, dass die Schichtdicke sehr gering ist, eine gleichmäßige Schichtdicke und gewünschte elektrische Eigenschaften einschließlich elektrischer Leitfähigkeit zeigt. Eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der ein elektroleitfähiger Dünnfilm gemäß der Erfindung angewendet wird, ist frei von ungleichmäßigem Anzeigeverhalten, deutlicher Hysterese und anderen Anzeigeproblemen, so dass unter Verwendung eines Flüssigkristalls ein Anzeigegerät von hoher Qualität bereitgestellt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektroleitfähigen Films mit den Schritten: (i) Aufbringen einer Vorstufe des elekroleitfähigen Films auf ein Substrat, wobei die Vorstufe im Wesentlichen aus (a), aus (b), aus (c) oder aus (d) besteht: (a) einem metallorganischen Komplex mit der Formel: (R¹COO)_nM(NR²R³R⁴)_m wobei: R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bezeichnet; R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen bezeichnen, vorausgesetzt, dass zumindest entweder R² oder R³ oder R⁴ nicht Wasserstoff ist; M ein Metallelement bezeichnet und n und m jeweils eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 bezeichnet; (b) einem metallorganischen Komplex oder einem Metallsalz und einer Verbindung mit der Formel: R⁵COOH wobei R⁵ für eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen steht; (c) einem metallorganischen Komplex und einem Polyamidsäureester; (d) einem metallorganischen Komplex: und Poly(butan)säure; wobei das Metal des metallorganischen Komplexes oder des Metallsalzes aus Pd, Ru, Ag, Cu., Cr, Tb, Cd, Fe, Pb und Zn ausgewählt ist, und (ii) Erhitzen der Vorstufe, um den elektroleitfähigen Film herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest R² oder R³ oder R⁴ 18 oder mehr Kohlenstoffatome hat und m und n im Bereich von 2 bis 4 liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Polyamidsäureester eine Alkoxycarbonylgruppe mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorstufe durch Schleuderbeschichten bzw. Spin-Coating auf dem Substrat abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Aufbringens der Vorstufe zur Bildung eines elektroleitfähigen Films auf einem Substrat einen Schritt des Bildens eines monomolekularen Films oder eines mehrschichtigen monomolekularen Films der Vorstufe auf dem Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vorstufe durch die Langmuir-Blodgett-Methode auf dem Substrat abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Vorstufe in einer Dicke von 1 bis 5 nm (10 bis 50 Å) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit dem weiteren Schritt des Bestrahlens der aufgebrachten Vorstufe mit Ultraviolettstrahlen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen in der Gegenwart von O₃ durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorstufe erhitzt wird, ohne sie zu schmelzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der elektroleitfähige Film einem mustererzeugenden Vorgang unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der elektroleitfähige Film ein Polymerfilm ist und derart behandelt wird, dass er zu einer Ausrichtungs-Schicht zum Ausrichten eines Flüssig-Kristall-Materials wird.
Verfahren zur Herstellung einer eine Ausrichtungsschicht oder -schichten aufweisende Flüssig-Kristall-Anzeige, das die Erzeugung zumindest einer Ausrichtungs-Schicht durch das Verfahren nach Anspruch 12 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei vor der Herstellung des elektroleitfähigen Films transparente Elektroden (2) auf einem Paar von Glassubstraten (1) durch Bearbeitung der Oberfläche derart gebildet werden, dass sie hydrophob werden, und im Anschluss an die Herstellung des elektroleitfähigen Films: (a) die Oberfläche des elektroleitfähigen Films einem Schleifvorgang unterzogen wird; (b) Aluminiumoxidkügelchen (4) auf einem Substrat als Zwischenstücke ausgebreitet werden; (c) die Substrate unter einem vorbestimmten Winkel zwischen ihren Schleifrichtungen zueinander angeordnet werden, um eine Zelle zu bilden; und (d) Flüssig-Kristall in die Zelle eingebracht wird, um die Flüssig-Kristall-Anzeige herzustellen.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, wobei ein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellter und mit: zwei Vorrichtungs-Elektroden (4, 5) versehenen elektroleitfähiger Film einem Ausbildungsprozess unterzogen wird, der das Anlegen von elektrischem Strom umfasst, bis ein Elektronen emittierender Bereich (2) mit einer modifizierten Struktur, die von derjenigen der nicht Elektronen emittierenden Bereiche des elektroleitfähigen Films verschieden ist, hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das das Herstellen der Elektronen emittierenden Vorrichtung auf: einer ebenen Oberfläche des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das das Herstellen der Elektronen emittierenden Vorrichtung auf: einer Stufe auf dem Substrat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1.5 bis 17, wobei der Elektronen emittierender Bereich (2) nach dem Ausbildungsprozess einem Aktivierungsprozess unterzogen wird, der das wiederholte Anlegen eines Spannungsimpulses an den Elektronen emittierenden Bereich (2) in einer Vakuumatmosphäre umfasst, so dass Kohlenstoff oder eine in einer geringen Konzentration in organischen Substanzen in der Vakuumatmosphäre enthaltene Kohlenstoffverbindung auf dem Elektronen emittierenden Bereich (2) abgeschieden wird.
Verfahren der Herstellung einer Elektronen-Emissionsquelle, die eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat umfasst, wobei die Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 hergestellt und mit zwei Vorrichtungs-Elektroden (4, 5) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Elektronen emittierenden Vorrichtungen in parallelen Reihen auf dem Substrat angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei eine Anordnung, die eine erste und zweite Gruppe von Leitern mit einer isolierenden Zwischenschicht zwischen den Gruppen umfasst, so an die Elektronen emittierenden Vorrichtungen verbunden wird, dass eine der Vorrichtungs-Elektroden (4, 5) jeder Elektronen emittierenden Vorrichtung mit einem aus der ersten Gruppe ausgewählten Leiter verbunden ist und die andere Vorrichtungs-Elektrode (4, 5) mit einem aus der zweiten Gruppe ausgewählten Leiter verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts, das Elektronen emittierende Vorrichtungen und ein Bilderzeugungselement umfasst, wobei die Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21 hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Bilderzeugungselement ein fluoreszierender Film (114) ist.