DE69531028T2

DE69531028T2 - Elektronenemittierende Vorrichtung, Elektronenquelle und Bilderzeugungsgerät zur Verwendung der Vorrichtung und ihr Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69531028T2
Application number: DE69531028T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Ohta-ku Iwasaki; Masato Ohta-ku Yamanobe; Takeo Ohta-ku Tsukamoto; Keisuke Ohta-ku Yamamoto; Yasuhiro Ohta-ku Hamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: EP0696044A3; CA2155062A1; EP0696044A2; CN1222974C; CN1310462A; CN1283863A; CN1122951A; JP3332676B2; KR100248031B1; CA2155062C; DE69531028D1; AU2831895A; EP0696044B1; US6171162B1; JPH08102247A; KR100356253B1; AU700998B2; CN1245732C; US6147449A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronenemittierende Vorrichtung, insbesondere eine elektronenemittierende Vorrichtung, die eine stabile Elektronenemission für eine lange Zeit beibehalten kann, eine Elektronenquelle, die die elektronenemittierenden Vorrichtungen verwendet, ein Bilderzeugungsgerät, wie beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung und eine Belichtungseinrichtung, die die Elektronenquelle verwenden, ebenso wie Herstellungsverfahren für die elektronenemittierende Vorrichtung, die Elektronenquelle und das Bilderzeugungsgerät.
Elektronenemittierende Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die hier betrachtet werden, sind von dem Typ, wie beispielsweise in EP-A-0605881 beschrieben, der auf einem Substrat ein Paar von Elektroden und eine dazwischen angeordnete und das Paar von Elektroden verbindende elektrisch leitfähige Schicht umfasst, wobei die elektrisch leitfähige Schicht einen elektronenemittierenden Bereich einschließlich eines Spaltes besitzt.
Es gibt bisher zwei Hauptarten von elektronenemittierenden Vorrichtungen, d. h. elektronenemittierende Vorrichtungen vom Glühkathoden-Typ und elektronenemittierende Vorrichtungen vom Kaltkathoden-Typ. Elektronenemittierende Vorrichtungen vom Kaltkathoden-Typ enthalten den Feldemissions-Typ (nachfolgend mit FE abgekürzt), dem Metall/Isolationsschicht/Metall-Typ (nachfolgend mit MIM abgekürzt), dem Oberflächenleitungstyp, usw.
Beispiele für elektronenemittierende FE-Vorrichtungen sind beispielsweise in W. P. Dyke & W. W. Dolan, „Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) und C. A. Spindt, „Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) beschrieben.
Ein Beispiel für elektronenemittierende MIM-Vorrichtungen ist beispielsweise in C. A. Mead, „Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) beschrieben.
Ein Beispiel für oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtungen ist beispielsweise in M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965) beschrieben.
Oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtungen funktionieren auf der Grundlage eines derartigen Phänomens, dass, wenn eine dünne Schicht eines kleinen Bereichs auf der Grundplatte gebildet ist und ein Strom zugeführt wird, dass er parallel zur Schichtoberfläche fließt, werden daraus Elektronen emittiert. Als derartige oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtungen wurde beispielsweise durch den vorstehend zitierten Elison eine, die eine dünne Schicht aus SnO₂ verwendet, eine, die eine dünne Au-Schicht verwendet [G. Dittmer: Thin Solid Films, 9, 317 (1972)], eine, die eine dünne Schicht aus In₂O₃/SnO₂ verwendet [M. Hartwell und C. G. Fonstad: „IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)], und eine, die eine dünne Kohlenstoffschicht verwendet [Hisashi Araki et al.: Vacuum, Band 26, Nr. 1, 22 (1983)] beschrieben.
Als ein typisches Beispiel für derartige oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtungen zeigt 20 schematisch den Vorrichtungsaufbau, der durch M. Hartwell et al. in der vorstehend zitierten Schrift vorgeschlagen wurde. In 20 wird mit einer Bezugszahl 1 ein Substrat bezeichnet (es wird im Folgenden als „eine Basisplatte" bezeichnet). 4 ist eine elektrisch leitfähige dünne Schicht, die z. B. auf einer durch Kathodenzerstäubung in ein H-förmiges Muster gebildeten Me talloxid-Dünnschicht gebildet ist, in der ein elektronenemittierender Bereich 5 durch eine als (nachher beschriebenes) Erregungsformen bezeichnete Erregungsbehandlung gebildet ist. Übrigens wird der Abstand L zwischen gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden auf 0,5 bis 1 mm und die Breite W der elektrisch leitfähigen Dünnschicht auf 0,1 mm festgesetzt.
In diesen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen war es bisher üblich, dass vor dem Beginn der Elektronenemission der elektronenemittierende Bereich 5 vorhergehend durch eine Erregungsformen genannte Erregungsbehandlung gebildet wird. Insbesondere bedeutet der Begriff „Erregungsformen" eine Behandlung durch Anlegen einer Gleichspannung oder einer stufenweise mit einer sehr niedrigen Rate von ungefähr 1 V/Minute ansteigenden Spannung beispielsweise über die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4, um sie örtlich zu zerstören, zu deformieren oder zu denaturieren, um dadurch den elektronenemittierenden Bereich 5 zu bilden, der in einen Zustand mit hohem elektrischen Widerstand transformiert wurde. In dem elektronenemittierenden Bereich 5 wird ein Spalt in einem Teil der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 erzeugt und Elektronen werden aus der Nachbarschaft des Spalts emittiert.
Da die vorstehenden oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen im Aufbau einfacher sind und relativ einfach in großer Zahl mit einer hohen Dichte gebildet werden können, wird ihre Anwendung bei einem Bilderzeugungsgerät oder dergleichen erwartet. Wenn eine stabile Elektronenemission für eine lange Zeit fortgesetzt wird und Kenndaten und Effizienz der Elektronenemission verbessert werden, wird es in einem Bilderzeugungsgerät beispielsweise unter Verwendung einer fluoreszierenden Schicht als einem Bilderzeugungselement möglich sein, ein Gerät mit niedrigem Strom, Helligkeit und hoher Qualität, z. B. flache Fernseheinheiten zu verwirklichen. Auch können bei dem Erfordernis, den Strom zu verringern, die Kos ten einer Ansteuerschaltung und so des Herstellens des Bilderzeugungsgeräts gesenkt werden.
Jedoch ist die vorstehend durch M. Hartwell et al. vorgeschlagene elektronenemittierende Vorrichtung in den Punkten stabiler Elektronenemissionskenndaten und Effizienz nicht ausreichend zufriedenstellend. Somit ist es im Stand der Technik sehr schwierig, ein Bilderzeugungsgerät auszubilden, das eine hohe Leuchtdichte und ausgezeichnete Stabilität im Betrieb durch Verwendung derartiger elektronenemittierender Vorrichtungen besitzt.
Ein Grund, aus dem ausreichend stabile Kenndaten einer Elektronenemission bei herkömmlichen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen wie vorstehend erwähnt nicht erreicht werden, ist wahrscheinlich eine Veränderung in der Mikrostrukturform des elektronenemittierenden Bereichs, der dadurch verursacht ist, dass aufgrund Wärme, die durch den durch den elektronenemittierenden Bereich fließenden Strom erzeugt wird, das dem Spalt gegenüberliegende Enden der elektrisch leitfähigen Dünnschicht bildende Material durch Sublimation verloren wird, oder die elektrisch leitfähige Dünnschicht wird örtlich geschmolzen und deformiert.
Um dieses Problem lösen zu können, wird in der vorliegenden Erfindung, wie in den anhängenden Ansprüchen definiert, eine Beschichtungsschicht aus einem Material (z. B. einem hauptsächlich aus einem Metall hergestellten Material), das sich von dem Material der elektrisch leitfähigen Dünnschicht in dem elektronenemittierenden Bereich unterscheidet, in dem elektronenemittierenden Bereich mit der in der elektrisch leitfähigen Dünnschicht gebildeten Ritze gebildet. Um zu verhindern, dass die elektrisch leitfähige Dünnschicht in dem elektronenemittierenden Bereich durch örtliches Schmelzen deformiert wird oder durch Sublimation verbraucht wird, ist es erforderlich, dass das Material der Beschichtungsschicht einen höheren Schmelzpunkt besitzt als der des Materials der elektrisch leitfähigen Dünnschicht in dem elektronenemittierenden Bereich, oder eine höhere Temperatur besitzt, bei der es einen Dampfdruck gleich dem Druck einer Vakuumatmosphäre entwickelt, mit der die Vorrichtung gegenwärtig angesteuert wird, bei der sie im allgemeinen einen Dampfdruck von ungefähr 1,3 × 10^–3 Pa (nahezu 10^–5 Torr) entwickelt, als dem des Material der elektrisch leitfähigen Dünnschicht. Auch, wenn eine dieser Bedingungen nicht durch ein Metall erfüllt wird, wird auch ein ähnlicher Vorteil beispielsweise erwartet, wenn eine Oxidschicht auf der Oberfläche gebildet ist und das Oxid eine dieser Bedingungen erfüllt. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass elektronenemittierende Bereiche von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen dazu neigen, mit einer höheren Rate auf der Seite des höheren Potentials als auf der Seite des niedrigeren Potentials verbraucht zu werden. Daher ist es erforderlich, dass die Beschichtungsschicht zumindest ein Ende der elektrisch leitfähigen Dünnschicht bedeckt, das auf der Seite des höheren Potentials angeordnet ist und der Ritze des elektronenemittierenden Bereichs gegenüberliegt, bevorzugt ebenso ein Ende der elektrisch leitfähigen Dünnschicht auf der Seite des höheren Potentials bedeckt. Zusätzlich kann die elektronenemittierende Vorrichtung auch eine derartige Struktur enthalten, dass die Beschichtungsschicht einen Bereich der elektrisch leitfähigen Dünnschicht bedeckt, der sich von seinem der Ritze gegenüberliegenden Ende bis zu einer Vorrichtungselektrode erstreckt, aber nahe der Ritze.
Es wird anerkannt, dass die US-A-5285129 eine elektronenemittierende Vorrichtung mit einer zwischen einem Paar von Elektroden angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht aus feinen Partikeln, die ein Paar von Elektroden verbindet, offenbart. Eine mit Muster versehene Beschichtungsschicht, die beispielsweise aus Wolfram besteht, ist auf der Oberfläche der elekt risch leitfähigen Schicht ausgebildet, um den elektronenemittierenden Bereich davon in eine Vielzahl von getrennten Segmenten aufzuteilen. Der beschichtete Teil der elektrisch leitfähigen Schicht wird unfähig zur Emission von Elektronen gemacht.
Es wird anerkannt, dass die EP-A-0343645 eine elektronenemittierende Vorrichtung mit einer zwischen einem Paar von Elektroden angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht, die diese verbindet, offenbart. Ein elektronenemittierender Bereich ist aus der elektrisch leitfähigen Schicht gebildet. Eine Beschichtungsschicht, die beispielsweise aus einem der Metalle Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re oder Ir ist, mit einem elektrischen Flächenwiderstand größer als dem des elektronenemittierenden Bereichs und nicht mehr als 10¹⁰ W/⧠, ist auf der Oberfläche des zumindest den Rand des elektronenemittierenden Bereichs umgebenden Substrats ausgebildet. Die Beschichtungsschicht ist mit den Elektroden verbunden und ergibt eine Potentialverteilung, die in der direkten Nachbarschaft des elektronenemittierenden Bereichs fest und nicht fließend ist.
In den Zeichnungen zeigen:
1A und 1B schematische Ansichten einer beispielhaften Struktur einer elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Ansicht einer anderen beispielhaften Struktur einer elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3A bis 3D schematische Ansichten zur Erklärung eines erfindungsgemäßen Herstellungsvorgangs,
4A und 4B Darstellungen von Signalverläufen von beim erfindungsgemäßen Herstellungsvorgang verwendeten Dreieckpulsen,
5 eine schematische Darstellung einer beim erfindungsgemäßen Herstellungsvorgang verwendeten Vakuumbehandlungsvorrichtung und zur Auswertung von Kenndaten,
6 eine Darstellung von Elektronenemissionskenndaten der erfindungsgemäßen elektronenemittierenden Vorrichtung,
7 eine Darstellung zur Erklärung einer Matrixverdrahtung einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle,
8 eine teilweise durchbrochene perspektivische Ansicht, die ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle vom Matrixverdrahtungstyp schematisch zeigt,
9A und 9B schematische Ansichten zur Erklärung von Anordnungen einer Schicht einer fluoreszierenden Substanz,
10 ein Blockschaltbild zur Erklärung eines Ansteuerverfahrens eines Bilderzeugungsgeräts unter Verwendung der Elektronenquelle vom Matrixverdrahtungstyp,
11A und 11B Darstellungen von Signalverläufen von bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsvorgang verwendeten Rechteckpulsen und zur Auswertung von Kenndaten,
12 eine Darstellung einer bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsvorgang verwendeten elektrolytischen Beschichtungsvorrichtung,
13A bis 13C schematische Ansichten von Anordnungen eines Spalts eines elektronenemittierenden Bereichs und von Be schichtungsschichten, die hauptsächlich aus einem Metall hergestellt sind, in der erfindungsgemäßen elektronenemittierenden Vorrichtung,
14 bis 14H Schnittansichten zur Erklärung eines Herstellungsvorgangs der Elektronenquelle vom Matrixverdrahtungstyp
15 eine Darstellung zur Erklärung der elektrischen Verbindung für eine in dem Herstellungsvorgang der Elektronenquelle des Matrixverdrahtungstyps durchgeführten Formungsbehandlung,
16 eine Darstellung einer bei dem Herstellungsvorgang des Bilderzeugungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Vakuumbehandlungsvorrichtung,
17 ein Blockschaltbild zur Erklärung einer Systemkonfiguration unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsgeräts,
18A bis 18C Ansichten zur Erklärung eines Herstellungsvorgangs einer Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyps,
19 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht, die schematisch ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp zeigt,
20 eine schematische Ansicht der Struktur einer durch M. Hartwell et al. vorgeschlagenen herkömmlichen Struktur und
21 eine schematische Ansicht von Anordnungen der Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp.
Die 1A und 1B sind schematische Drauf- bzw. Schnittansichten, die eine beispielhafte Struktur einer erfindungsgemäßen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtung vom Planar-Typ zeigt.
In den 1A und 1B ist durch 1 eine Basisplatte bezeichnet, 2 und 3 sind Vorrichtungselektroden, 4 eine elektrisch leitfähige Dünnschicht, 5 ein elektronenemittierender Bereich und 6 die vorstehend erwähnte Beschichtungsschicht aus einem Material mit dem höheren Schmelzpunkt.
Die Basisplatte 1 kann aus einem von zahlreichen Gläsern, wie beispielsweise Quarzglas, Glas mit einer Verunreinigung, wie beispielsweise Na in reduziertem Inhalt, Natronkalkglas, Glas mit SiO₂ beschichtet auf Natronkalkglas, z. B. durch Kathodenzerstäubung, oder Keramiken, wie beispielsweise Tonerde bzw. Aluminiumoxyd hergestellt sein.
Die Vorrichtungselektroden 2, 3, die einander gegenüberliegen, können aus irgendeinem von gewöhnlichen leitfähigen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann ein Material für die Vorrichtungselektroden aus Metallen, wie beispielsweise Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd oder Legierungen daraus, gedruckten Leitern mit Metallen, wie beispielsweise Pd, Ag, Au, RuO₂ und Pd-Ag oder Oxiden darauf, Glas usw., transparenten Leitern, wie beispielsweise In₂O₃-SnO₂ und Halbleitern, wie beispielsweise Polysilizium ausgewählt werden.
Der Abstand L zwischen den Vorrichtungselektroden, die Länge W jeder Vorrichtungselektrode, die Form der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4, usw. sind angesichts der Form der Anwendung und anderer Bedingungen entworfen. Der Abstand L zwischen den Vorrichtungselektroden ist bevorzugt im Bereich von einigen zehn nm bis einigen Hundert μm, bevorzugter im Bereich von einigen μm bis einigen zehn μm, wobei die zwischen den Vorrich tungselektroden angelegte Spannung, die Elektronen emittierende könnende elektrische Intensität, usw. berücksichtigt wird.
Unter Berücksichtigung eines Widerstandswerts zwischen den Vorrichtungselektroden und Kenndaten einer Elektronenemission, kann die Länge W jeder Vorrichtungselektrode im Bereich von einigen μm bis zu einigen Hundert μm festgelegt werden. Die Schichtdicke d der Vorrichtungselektroden 2, 3 kann in dem Bereich von einigen zehn nm bis einigen μm festgesetzt werden.
Zusätzlich zur in den 1A und 1B gezeigten Struktur kann die oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung auch durch aufeinanderfolgendes Laminieren der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 und der sich gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2, 3 auf der Grundplatte 1 strukturiert werden.
Um gute Kenndaten der Elektronenemission auszubilden, ist es bevorzugt, dass die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 aus einer feinen Partikelschicht bestehend aus feinen Partikeln gebildet wird. Die Dicke der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 wird geeignet unter Berücksichtigung einer Stufenbedeckung zu den Vorrichtungselektroden 2, 3, eines Widerstandswerts zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3, Bedingungen der (später beschriebenen) Formungsbehandlung, usw. eingestellt. Im allgemeinen ist die Schichtdicke bevorzugt im Bereich von einigen 0,1 nm bis einigen Hundert nm, bevorzugter im Bereich von 1 nm bis 50 nm. Auch besitzt die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 einen Widerstandswert R_S im Bereich von 10² bis 10⁷ Ω/⧠. Es ist zu beachten, dass R_S auf der Grundlage von R = R_S(l/w) bestimmt wird, wobei R der Widerstand einer Dünnschicht mit einer Dicke t, einer Breite w und einer Länge 1 ist. Während eine Formungsbehandlung in dieser Beschreibung beispielsweise im Hinblick auf eine Erregungsbehandlung beschrieben wird, sind Arten einer Ausführung der Formungsbehandlung nicht auf eine Erregung beschränkt und enthalten andere geeignete physikalische oder chemische Vorgänge, die einen Spalt in der Schicht verursachen und einen Zustand mit hohem Widerstand ausbilden kann.
Praktische Beispiele eines zur Bildung der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 verwendeten Materials enthalten Metalle, wie beispielsweise Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn und Pb, Oxide, wie beispielsweise PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO und Sb₂O₃, Boride, wie beispielsweise LaB6, CeB₆, YB₄ und GdB₄, Karbide, wie beispielsweise TiC und SiC, Nitride, wie beispielsweise TiN, und Halbleiter, wie beispielsweise Si und Ge.
Da der Begriff „feine Partikel" in dieser Beschreibung sehr oft auftritt, wird die Bedeutung dieses Begriffs erklärt.
Ein kleiner Partikel wird ein „feiner Partikel" genannt und ein Partikel kleiner als der feine Partikel wird ein „ultrafeiner Partikel" genannt. Es ist auch gebräuchlich, dass ein Partikel kleiner als der ultrafeine Partikel und bestehend aus Hundert oder weniger Atomen ein „Cluster" genannt wird.
Jedoch ist die Grenze zwischen durch die jeweiligen Begriffe dargestellten Partikelgrößen nicht streng, sondern verändert sich abhängig davon, welche Eigenschaft berücksichtigt wird, wenn kleine Partikel klassifiziert werden. „Feine Partikel" und „ultrafeine Partikel" werden oft zusammen „feine Partikel" genannt und diese Beschreibung verwendet diese Regel.
„Experimental Physics Lecture 14 Surface-Fine Particle", (zusammengestellt durch Koreo Kinoshita, Kyoritsu Publishing, veröffentlicht am 1. September 1986) liest sich wie folgt.
„Es wird angenommen, dass, wenn in diesem Aufsatz der Begriff „feiner Partikel" verwendet wird, dies Partikel mit einem Durchmesser grob im Bereich von 2–3 μm bis 10 nm bedeutet und der Begriff „ultrafeiner Partikel" besonders verwendet wird, er bedeutet Partikel mit einer Partikelgröße grob im Bereich von 10 nm bis 2 – 3 nm. Beide Partikel werden oft zusammen einfach als „feine Partikel" bezeichnet und die vorstehend erwähnten Bereiche sind nie streng begrenzt, sondern sollte als Leitlinie verstanden werden. Wenn die Anzahl von Atomen, die einen Partikel bilden, in der Größenordnung von 2 bis einige zehn bis einige Hundert ist, wird der Partikel ein Cluster genannt." (Seite 195, Zeilen 22–26).
Zusätzlich ist auf der Grundlage der Definition des „ultrafeinen Partikels" durch „Hayashi – Ultra Fine Particle Project" in New Technology Development Operation Group of Japan, eine untere Grenze der Partikelgröße niedriger als die vorstehende, wie folgt.
„In „Ultra Fine Particle Project" (1981–1986) gemäß dem Creative Science & Technology Promotion System wurde entschieden, alle Partikel mit einer Partikelgröße (Durchmesser) im Bereich von 1 bis 100 nm als „ultrafeine Partikel" zu bezeichnen. Auf der Grundlage dieser Definition ist ein ultrafeiner Partikel ein Aggregat von Atomen mit einer Anzahl grob von 100 bis 10⁸. Mit Blick auf die atomare Skala ist der ultrafeine Partikel ein großer oder sehr großer Partikel." („Ultra Fine Particle – Creative Science & Technology – „, zusammengestellt von Chikara Hayashi, Ryoji Ueda und Akira Tasaki, Mita Publishing 1988, Seite 2, Zeilen 1 bis 4) und „Ein Partikel kleiner als der ultrafeine Partikel, das heißt, ein Partikel bestehend aus Atomen in der Zahl von einigen bis einigen Hundert wird im allgemeinen als ein Cluster bezeichnet." (Ibid., Seite 2, Zeilen 12 bis 13).
Angesichts der im allgemeinen verwendeten vorstehenden Sprachregelung wird angenommen, dass der in dieser Beschreibung ver wendete Begriff „feiner Partikel" ein Aggregat von zahlreichen Atomen und/oder Molekülen mit einer Partikelgröße, deren untere Grenze grob von einigen 0,1 nm bis 1 nm und obere Grenze grob ungefähr einige μm ist, bedeutet.
Der elektronenemittierende Bereich 5 wird durch eine im Teil der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 entwickelte Ritze mit hohem Widerstand gebildet und wird abhängig von der Dicke, Eigenschaften und Material der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4, der Art des (später beschriebenen) Erregungsformens, usw. gebildet. Der elektronenemittierende Bereich 5 kann durch elektrisch leitfähige feine Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich von einigen 0,1 nm bis einigen zehn nm gebildet werden. Die elektrisch leitfähigen feinen Partikel enthalten einen Teil oder alle Elemente, die ein Material der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 ausmachen. Der elektronenemittierende Bereich 5 enthält die Beschichtungsschicht 6 aus einem Material mit dem höheren Schmelzpunkt.
Eine oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung vom Stufen-Typ wird nun beschrieben.
2 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Struktur einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtung vom planaren Typ, die auch als die oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
In 2 werden dieselben Bestandteile wie die in den 1A und 1B durch dieselben Bezugszahlen wie die in den 1A und 1B bezeichnet. Ein Stufenbildungsabschnitt wird durch 7 bezeichnet. Eine Basisplatte 1, Vorrichtungselektroden 2 und 3, eine elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 und ein elektronenemittierender Bereich 5 können aus ähnlichen Materialien wie in der vorstehend erklärten oberflächenleitenden e lektronenemittierenden Vorrichtung vom planaren Typ hergestellt sein. Der Stufenbildungsabschnitt 7 wird beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise SiO₂ durch Vakuumdampfaufbringung, Drucken, Kathodenzerstäubung oder dergleichen gebildet. Die Schichtdicke des Stufenbildungsabschnitts 7 entspricht dem Abstand L zwischen den Vorrichtungselektroden in der vorstehend erklärten oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtung vom planaren Typ und kann daher im Bereich vom einigen zehn nm bis einigen zehn μm sein. Während die Schichtdicke des Stufenbildungsabschnitts 7 unter Berücksichtigung des Herstellungsvorgangs des Stufenbildungsabschnitts, der zwischen den Vorrichtungselektroden anlegten Spannung, der elektrischen Intensität zur Emission von Elektronen, usw. eingestellt wird, ist sie bevorzugt im Bereich von einigen zehn nm bis einigen μm.
Die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 wird auf die Vorrichtungselektroden 2, 3 laminiert, nachdem die Vorrichtungselektroden 5, 6 und der Stufenbildungsabschnitt 7 gebildet wurden. Obwohl der elektronenemittierende Bereich 5 in dem Stufenbildungsabschnitt 7 in 2 linear gebildet ist, hängen die Form und Position des elektronenemittierenden Bereichs 5 von den Herstellungsbedingungen, den Formungsbedingungen, usw. ab und sind nicht auf die veranschaulichten beschränkt.
Während die vorstehend erläuterten oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen durch zahlreiche Verfahren hergestellt werden können, ist ein Beispiel für die Herstellungsverfahren in den 3A bis 3D veranschaulicht.
Ein Herstellungsverfahren wird nachstehend folgend aufeinanderfolgenden Schritten unter Bezugnahme auf die 1A und 1B und die 3A bis 3D beschrieben. In den 3A bis 3D werden dieselben Bestandteile wie die in den 1A und 1B durch dieselben Bezugszahlen wie die in den 1A und 1B bezeichnet.

1) Die Basisplatte 1 wird ausreichend mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel gewaschen. Dann wird ein Vorrichtungselektrodenmaterial mittels Vakuumdampfaufbringung, Kathodenzerstäubung oder dergleichen auf die Basisplatte aufgebracht. Danach wird das aufgebrachte Material durch Photolithographie mit einem Muster versehen, beispielsweise, um die Vorrichtungselektroden 2, 3 auf der Basisplatte 1 zu bilden ( 3A).
2) Über die Basisplatte 1 einschließlich der darauf gebildeten Vorrichtungselektroden 2, 3 wird eine organische Metalllösung beschichtet, um einen Dünnschicht aus organischem Metall zu bilden. Als die organische Metalllösung wird eine Lösung aus einer organischen Metallverbindung bestehend aus einem Materialmetall der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 als einem Hauptelement gebildet. Die Dünnschicht aus organischem Metall wird zur Kalzinierung erhitzt und dann durch Abheben, Ätzen oder dergleichen mit Muster versehen, um einen elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 zu bilden (3B). Während die organische Metalllösung auf die Basisplatte 1 beschichtet wird, kann die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 nicht nur durch einfache Beschichtung, sondern auch durch Vakuumdampfaufbringung, Kathodenzerstäubung, chemische Dampfaufbringung, Dispersionsbeschichtung, Eintauchen, Dispersionsbe-
3)
genannt Formen durchgeführt. Wenn eine Spannung von einer (nicht gezeigten) Energiequelle zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 angelegt wird, wird der elektronenemittierende Bereich 5 in einem Teil der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 gebildet (3C). Beispiele der zur Erregungsbildung angelegten Spannungssignalverläufe sind in den 4A und 4B gezeigt.

Der Spannungssignalverlauf ist bevorzugt ein pulsähnlicher Signalverlauf. Die Erregungsformung kann durch Anlegen von Spannungspulsen mit einem konstanten Spitzenwert aufeinanderfolgend (4A) oder durch Anlegen von Spannungspulsen mit stufenweise erhöhten Spitzenwerten (4B) durchgeführt werden.
In 4A stellen T1 und T2 jeweils eine Pulsbreite und ein Pulsintervall des Spannungssignalverlaufs dar. Gewöhnlich wird T1 gesetzt, dass es in den Bereich von 1 μsec. bis 10 msec. Fällt, und T2 wird gesetzt, das es in den Bereich von 10 μsec. bis 100 msec. fällt. Ein Spitzenwert des Dreiecksignalverlaufs (d. h. eine Spitzenspannung während der Erregungsformung) ist geeignet ausgewählt, abhängig von dem Typ von oberflächenleitender elektronenemittierender Vorrichtung. Unter diesen Bedingungen wird die Spannung für einen Zeitraum von einigen Sekunden bis einigen 10 Minuten bei einem geeigneten Grad des Vakuums angelegt. Der Pulssignalverlauf ist nicht auf einen dreieckigen beschränkt, sondern kann irgendein gewünschter Signalverlauf, wie beispielsweise ein rechteckiger, sein.
Im in 4B gezeigten Verfahren können T1 und T2 auf ähnliche Werte wie im in 4A gezeigten Verfahren gesetzt werden. Ein Spitzenwert des Dreiecksignalverlaufs (d. h. eine Spitzenspannung während der Erregungsformung) wird stufenweise erhöht, beispielsweise mit einer Rate von 0,1 V pro Puls.
Die Zeit, zu der die Erregungsformung beendet werden soll, kann durch Anlegen einer Spannung, deren Wert derart ausgewählt ist, dass sie die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 nicht örtlich zerstört oder deformiert, und durch Messen eines Vorrichtungsstroms während des Pulsintervalls T2 erfasst wer den. Als Beispiel wird eine Spannung von ungefähr 0,1 V angelegt und ein sich ergebender Vorrichtungsstrom wird gemessen, um einen Widerstandswert zu bestimmen. Wenn der Widerstandswert 1 MΩ überschreitet, wird die Erregungsformung beendet.

4) Dann wird die Beschichtungsschicht aus einem Material mit dem höheren Schmelzpunkt gebildet. Das Material der Beschichtungsschicht ist bevorzugt ein einfaches Metall oder eine Legierung von Elementen, die zu den Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa und VIIIa in den fünften und sechsten Perioden gehören, oder eine Mischung daraus, da sie den hohen Schmelzpunkt haben. Genauer, Nb, Mo, Ru, Hf, Ta, W, Re, Os und Ir besitzen den Schmelzpunkt nicht niedriger als 2000°C in der Form eines einfachen Metalls und werden daher bevorzugt als das Material verwendet. Zr und Rh sind auch verwendbar, da sie den Schmelzpunkt nähe 2000°C besitzen. Die Temperatur, bei der das Material einen Dampfdruck von 1,3 × 10^–3 Pa (10^–5 Torr) entwickelt, beträgt 1370K für Pd, das beispielsweise verwendet wird, um die elektrisch leitfähige Dünnschicht zu bilden, wohingegen diese Temperatur 2840 K für W, 2680 K für Ta, 2650 K für Re, 2600 K für Os, 2390 K für Nb und so weiter beträgt. Somit kann irgendeines dieser Elemente bevorzugt verwendet werden. Insbesondere isst W ein bevorzugtes Material, da es unter diesen Metallen den höchsten Schmelzpunkt von 3380°C besitzt. Auch besitzt Ni, das zur vierten Periode gehört, als ein einfaches Metall den Schmelzpunkt von 1453°C niedriger als 1554°C von Pd, aber eine durch Hinzufügen von W von ungefähr 10 Atom-Prozent gebildete Legierung von Ni besitzt den auf 1500°C oder mehr erhöhten Schmelzpunkt. Wenn weiterhin eine Oxidschicht auf der Legierungsoberfläche gebildet ist, steigt der Schmelzpunkt auf nahe 2000°C und die Rate des Verdampfens aufgrund des elektrischen Felds wird äußerst verringert. Daher wird auch erwartet, dass Ni eine Wirkung eines Verhin derns einer Abnutzung des elektronenemittierenden Bereichs zeigt.

Da die Beschichtungsschicht nur nahe dem elektronenemittierenden Bereich gebildet wird, ist es einfach, irgendeinen Dünnschicht-Aufbringungsvorgang zu verwenden, durch den die Beschichtungsschicht aufgebracht wird, indem eine Spannung zwischen den Vorrichtungselektroden angelegt wird. Genauer, es kann ein Vorgang eines Anlegens einer Spannung zwischen den Vorrichtungselektroden und eines Bildens einer beschichteten Schicht durch eine Elektrolytbeschichtung oder chemisches Dampfaufwachsen, durch das eine Spannung in einer eine Verbindung eines zu beschichtenden Metalls enthaltenden Atmosphäre zwischen den Vorrichtungselektroden angelegt wird und die Verbindung wird getrennt, um eine Schicht des Metalls aufzubringen.
Bei dem Beschichtungsvorgang verwendete Beschichtungsbäder enthalten beispielsweise ein Zitronensäure-Ammoniak-Bad, das Na₂WO₄ und NiSo₄ enthält, und ein Nickel-Schwefelsalizylat-Bad zur Bildung einer Ni-Dünnschicht. Zur Erzeugung der Atmosphäre bei dem chemischen Dampfaufwachsen verwendete Metallverbindungen enthalten beispielsweise Metallhalogene, wie beispielsweise Fluoride, Chloride, Boride und Iodide, Metallalkylate, wie beispielsweise Methylate, Ethylate und Benzylate, Metall-β-Diketonate, wie beispielsweise Acetylacetonate, Dipivaloylmethanate und Hexafluoracetylacetonate, Metall-Enyl-Komplexverbindungen, wie beispielsweise Allyl-Komplexverbindungen und Cyclopentadienyl-Komplexverbindungen, Aren-Komplexverbindungen, wie beispielsweise Benzen-Komplexverbindungen, Metallkarbonyle, Metallalkoxide und mit irgendeinem der vorstehenden kombinierte Verbindungen. Aus der Notwendigkeit eines Aufbringens des vorstehend erwähnten Materials mit dem höheren Schmelzpunkt, enthalten Beispiele bevorzugter in der vorliegenden Erfindung verwendeter Verbindungen
NbF₅, NbCl₅, Nb (C₅H₅) (CO)₄, Nb(C₅H₅)₂Cl₂, OsF₄, Os (C₃H₇O₂)₃,
Os(CO)₅, Os₃(CO)₁₂, Os (C₅H₅)₂, ReF₅, ReCl₅, Re(CO)₁₀, ReCl(CO)₅,
Re(CH₃)(CO)₅, Re(C₅H₅)(CO)₃, Ta(C₅H₅)(CO)₄, Ta(OC₂H₅)₅.
Ta(C₅H₅)₂Cl₂, Ta(C₅H₅)₂H₃, WF₆, W(CO)₆, W(C₅H₅)₂Cl₂, W(C₅H₅)₂H₂, W(CH₃)₆, usw.. Abhängig von den Bedingungen kann eine andere Substanz, wie beispielsweise Kohlenstoff, als das zu beschichtende Metall in der Beschichtungsschicht enthalten sein.
Bei dieser Behandlung kann ein Kristallinität der Beschichtungsschicht auch durch Einführung einer Substanz mit einer Ätzfähigkeit, wie beispielsweise Wasserstoff, zusammen mit der Metallverbindung gesteuert werden. Es ist auch möglich, die Form und anderes der Beschichtungsschicht, z. B. durch Heizen der Vorrichtung zu steuern. Eine derartige Steuerung wird geeignet abhängig von den Bedingungen durchgeführt.
Da die Beschichtungsschicht mit dem Fortschritt der Behandlung gebildet wird, wird der zwischen den Vorrichtungselektroden fließende Strom erhöht. Demgemäss wird der Zeitpunkt, zu dem die Behandlung beendet werden soll, durch Messen eines Stromwerts bestimmt. Über die Bedingungen zur Bestimmung, ob die Behandlung beendet sein soll oder nicht, wird geeignet unter Berücksichtigung der Behandlungsweise, der Form der Vorrichtung, usw. entschieden.
Nach Beendigung der Behandlung wird die Vorrichtung gereinigt. Genauer, im Fall einer Verwendung des Beschichtungsvorgangs wird die Vorrichtung mit Wasser oder dergleichen gewaschen und dann getrocknet. Im Fall einer Verwendung des chemischen Dampfaufwachsens wird die Metallverbindung aus der Vakuumbehandlungsvorrichtung evakuiert, um eine reine Vakuumatmosphäre zu erzeugen, während die Vorrichtung und/oder die Vakuumbehandlungsvorrichtung auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden, wenn erforderlich, und die Vorrichtung wird in der reinen Vakuumatmosphäre für einen bestimmten Zeitraum stehen gelassen.
Die durch die vorstehende Behandlung gebildete Beschichtungsschicht kann derart sein, dass feine Partikel dicht angeordnet sind, um die Schicht zu bilden. In diesem Zustand haben die feinen Partikel eine Größe grob im Bereich von 30 bis 100 nm, obwohl die Partikelgröße abhängig von der während der Behandlung und/oder Orten auf einer Vorrichtung verändert wird.
Grundkennlinien der durch die vorstehend erklärten Schritte hergestellten elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
5 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Vakuumbehandlungsvorrichtung, die als eine Mess/auswertevorrichtung verdoppelt ist. In 5 bezeichnen dieselben Bezugszahlen wie die in den 1A und 1B identische Teile zu denen in den 1A und 1B. Gemäss 5 wird durch 15 eine Vakuumleitung und 16 eine Evakuierungspumpe bezeichnet. Eine elektronenemittierende Vorrichtung umfasst eine Basisplatte 1, auf der die elektronenemittierende Vorrichtung hergestellt ist, Vorrichtungselektroden 2 und 3, einen elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 und einen elektronenemittierenden Bereich 5. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist die Beschichtungsschicht, die aus einem Material mit dem höheren Schmelzpunkt hergestellt ist, innerhalb und nahe der Ritze beschichtet. Weiterhin ist 11 eine Energieversorgung zum Anlegen einer Vorrichtungsspannung Vf an die elektronenemittierende Vorrichtung, 10 ein Amperemeter zum Messen eines durch die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 fließenden Vorrichtungsstroms If und 14 eine Anodenelektrode zur Aufnahme eines von dem elektronenemittierenden Bereich 5 der Vorrichtung emittierten Emissionsstroms Ie. Zu sätzlich ist 13 eine Hochspannungs-Energiequelle zum Anlegen einer Spannung an die Anodenelektrode 14 und 12 ist ein Amperemeter zum Messen des von dem elektronenemittierenden Bereich 5 der Einrichtung emittierten Emissionsstroms Ie. Die Messung wird beispielsweise durch Einstellung der an die Anodenelektrode angelegten Spannung im Bereich von 1 kV bis 10 kV und des Abstands H zwischen der Anodenelektrode und der elektronenemittierenden Vorrichtung im Bereich von 2 mm bis 8 mm durchgeführt.
Die Vakuumleitung 15 ist mit zusätzlichen (nicht gezeigten) Einheiten versehen, wie beispielsweise einer zur Erzeugung einer Vakuumatmosphäre zur Messung erforderlichen Vakuummessgerät, so dass die Vorrichtung unter einer gewünschten Vakuumatmosphäre gemessen und ausgewertet wird. Die Evakuierungspumpe 16 enthält ein normales Hochvakuumvorrichtungssystem mit einer Turbopumpe und einer Drehpumpe und ein Ultrahochvakuumvorrichtungssystem mit einer Ionenpumpe oder dergleichen. Die Gesamtheit der Vakuumbehandlungsvorrichtung, in der die elektronenemittierende Vorrichtung angeordnet ist, kann durch eine (nicht gezeigte) Heizeinrichtung auf 250°C geheizt werden. Demgemäss kann die Vakuumbehandlungsvorrichtung verwendet werden, um die Schritte nachfolgend der vorhergehenden Erregungsformung durchzuführen. Durch 18 ist eine Materialquelle in der Form einer Ampulle oder einer Zerstäuberflasche zur Speicherung des in die Vakuumbehandlungsvorrichtung einzuführenden Materials, wie erforderlich, bezeichnet. 17 ist ein Ventil zur Anpassung des Ausmaßes des in die Vorrichtung eingeführten Materials.
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Emissionsstrom Ie und dem Vorrichtungsstrom If und der durch die in 5 gezeigte Vakuumbehandlungsvorrichtung gemessenen Vorrichtungsspannung Vf darstellt. Es ist zu beachten, dass der Graph in beliebigen Einheiten dargestellt ist, da der Emissi onsstrom Ie viel kleiner als der Vorrichtungsstrom If ist. Die vertikalen und horizontalen Achsen stellen jede eine lineare Skala dar.
Wie aus 6 ersichtlich, besitzt die oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung drei Kennlinienmerkmale im Hinblick auf den Emissionsstrom Ie wie folgt.

(i) In der elektronenemittierenden Vorrichtung wird der Emissionsstrom Ie abrupt erhöht, wenn die Vorrichtungsspannung größer als ein bestimmter Wert (genannt eine Schwellenspannung Vth in 6) angelegt wird, aber er wird unter der Schwellenwertspannung Vth nicht nennenswert erfasst. Somit ist die vorliegende Vorrichtung eine nichtlineare Vorrichtung mit der vorbestimmten Schwellenwertspannung Vth für den Emissionsstrom Ie.
(ii) Der Emissionsstrom Ie erhöht sich abhängig von der Vorrichtungsspannung Vf monoton und daher kann der Emissionsstrom Ie durch die Vorrichtungsspannung Vf gesteuert werden.
(iii) Durch die Anodenelektrode 14 aufgenommene emittierte Ladungen hängen von der Zeit ab, während der die Vorrichtungsspannung V angelegt wird. Somit kann das Ausmaß von durch die Anodenelektrode aufgenommenen Ladungen mit der Zeit gesteuert werden, während der die Vorrichtungsspannung Vf angelegt wird.

Wie aus der vorstehenden Erklärung verständlich, kann eine Elektronenemissionskennlinie der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach ansprechend auf ein Eingabesignal gesteuert werden. Durch Verwendung dieses Merkmals werden Anwendungen auf einer Vielzahl von Gebieten einschließlich einer Elektronenquelle, eines Bilderzeugungsgeräts, usw. unter Verwendung eines Felds der zahlreichen elektronenemittierenden Vorrichtungen verwirklicht.
Weiterhin erhöht sich in 6 der Vorrichtungsstrom If im Hinblick auf die Vorrichtungsspannung Vf monoton (nachfolgend MT-Kennlinie genannt). Der Vorrichtungsstrom If kann eine (nicht gezeigte) spannungsgesteuerte negative Widerstandskennlinie (nachfolgend VCNR-Kennlinie genannt) im Hinblick auf die Vorrichtungsspannung Vf zeigen. Diese Kennlinien des Vorrichtungsstroms sind abhängig von der Herstellungsbedingungen steuerbar.
Anwendungsbeispiele für die elektronenemittierende Vorrichtung, die entsprechend der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, werden nachstehend beschrieben. Eine Elektronenquelle oder ein Bilderzeugungsgerät können beispielsweise hergestellt werden, indem eine Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Basisplatte angeordnet wird.
Die elektronenemittierenden Vorrichtungen können auf einer Basisplatte durch zahlreiche Verfahren angeordnet sein.
Durch ein Verfahren ist eine Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen Seite an Seite (in einer Reihenrichtung) angeordnet und an ihren beiden Enden durch Drähte parallel zwischenverbunden, um eine Reihe von elektronenemittierenden Vorrichtungen zu bilden, wobei diese Reihe von elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer großen Anzahl angeordnet ist. Steuerelektroden (auch als Gitter bezeichnet) sind über den elektronenemittierenden Vorrichtungen angeordnet, das sie in einer Richtung (genannt eine Spaltenrichtung) senkrecht zu den Reihenrichtungsdrähten zur Steuerung der Emission von Elektronen von den elektronenemittierenden Vorrichtungen liegen. Dies ist eine Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp. Durch ein anderes Verfahren ist eine Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer Matrix angeordnet, das sie in der X-Richtung und der Y-Richtung liegen. Die einen der gegenüberliegenden Elektroden der Vielzahl von in derselben Reihe liegenden elektronenemittierenden Vorrichtungen sind gemeinsam mit einem X-Richtungs-Draht verbunden und die anderen der gegenüberliegenden Elektroden der Vielzahl von in derselben Spalte liegenden elektronenemittierenden Vorrichtungen sind gemeinsam mit einem Y-Richtungs-Draht verbunden. Dies ist eine Elektronenquelle von einfachen Matrixverdrahtungstyp. Der einfache Matrixverdrahtungstyp wird zuerst genau beschrieben.
Die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, besitzen die vorstehend erwähnten Kennlinien von (i) bis (iii). Mit anderen Worten, von jeder der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen emittierten Elektronen werden abhängig vom Spitzenwert und der Breite einer zwischen den einander gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden angelegten pulsähnlichen Spannung gesteuert, wenn die angelegte Spannung höher als der Schwellenwert ist. Andererseits werden bei der Spannung niedriger als der Schwellenwert beinahe keine Elektronen emittiert. Basierend auf diesen Kennlinien ist es, auch, wenn die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer großen Anzahl angeordnet sind, möglich, irgendeine gewünschte der elektronenemittierenden Vorrichtungen auszuwählen und das Ausaß der davon emittierten Elektronen ansprechend auf ein Eingabesignal durch geeignetes Anlegen der pulsähnlichen Spannung an jede entsprechende Vorrichtung zu steuern.
Eine entsprechend dem vorstehenden Prinzip durch Anordnung einer Anzahl von erfindungsgemäßen elektronenemittierenden Vorrichtungen konstruierte Elektronenquellenbasisplatte wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In 7 ist durch 21 eine Elektronenquellenbasisplatte bezeichnet, 22 ist ein X-Richtungsdraht, 23 ist ein Y-Richtungsdraht, 24 eine oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung und 25 ein Verbindungsdraht. Die oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung 24 kann entweder vom planaren oder vom Stufen-Typ sein.
Dann werden m Zeilen von X-Richtungsdrähten 22, die mit Dx1, Dx2, ... ,Dxm bezeichnet sind, unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Metalls oder dergleichen durch Vakuumdampfaufbringung, Drucken, Kathodenzerstäubung oder dergleichen gebildet. Das Material, die Schichtdicke und Breite der Drähte werden Fall für Fall geeignet entworfen. Auch werden die Y-Richtungsdrähte aus n-Zeilen von Dy1, Dy2, ... ,Dyn gebildet und werden auf eine den X-Richtungsdrähten 22 gleiche Weise gebildet. Eine (nicht gezeigte) Zwischenschicht-Isolierschicht ist zwischen den m Zeilen von X-Richtungsdrähten 22 und den n Zeilen von Y-Richtungsdrähten 23 angeordnet, um die Drähte 22, 23 voneinander elektrisch zu isolieren. (Es ist zu beachten, dass m, n jedes ein positives Integer sind.) Die nicht gezeigte Zwischenschicht-Isolierschicht besteht aus SiO₂ oder dergleichen, das durch Vakuumdampfaufbringung, Drucken, Kathodenzerstäubung oder dergleichen gebildet ist. Beispielsweise wird die Zwischenschicht-Isolierschicht in einer gewünschten Form gebildet, um die gesamte oder Teil-Oberfläche der Basisplatte 21 zu bedecken, auf der die X-Richtungsdrähte 22 gebildet wurden. Die Dicke, das Material und der Herstellungsvorgang der Zwischenschicht-Isolierschicht wird geeignet eingestellt, um den Potentialunterschied insbesondere in Teilen auszuhalten, wo die X-Richtungsdrähte 22 und die Y-Richtungsdrähte 23 einander schneiden. Die X-Richtungsdrähte 22 und die Y-Richtungsdrähte 23 werden aus der Basisplatte herausgeführt, um externe Anschlüsse auszubilden.
Jeweilige (nicht gezeigte) paarweise Elektroden der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 sind elektrisch mit den m Zeilen von X-Richtungsdrähten 22 und den n Zeilen von Y-Richtungsdrähten 23 verbunden, wie durch die Verbindungsdrähte 25 gezeigt, die unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Metalls oder dergleichen durch Vakuumdampfaufbringung, Drucken, Kathodenzerstäubung oder dergleichen gebildet sind.
Das Material der Drähte 22 und 23, das Material der Verbindungsdrähte 25 und das Material der paarweisen Vorrichtungselektroden kann in einem Teil oder allen der Komponentenelemente davon dasselbe sein oder kann voneinander verschieden sein. Diese Materialien sind beispielsweise geeignet aus den vorstehend in Verbindung mit den Vorrichtungselektroden erklärten Materialien ausgewählt. Es ist zu beachten, dass, wenn die Vorrichtungselektroden und die Drähte aus demselben Material gemacht sind, der Begriff „Vorrichtungselektroden" verwendet werden kann, um sowohl die Vorrichtungselektroden als auch die damit verbundenen Verdrahtungen zusammen zu meinen.
Die X-Richtungsdrähte 22 sind elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Abtastsignalerzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Abtastsignals zur Auswahl jeder Reihe der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen 24, die in der X-Richtung feldförmig angeordnet sind, ansprechend auf ein Eingangssignal verbunden. Andererseits sind die Y-Richtungsdrähte 23 elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Modulationssignalerzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Modulationssignals verbunden, um jede Spalte der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen 24, die in der Y-Richtung feldförmig angeordnet sind, ansprechend auf ein Eingangssignal zu modulieren. Eine an jede der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen angelegte Ansteuerspannung wird als eine Differenzspannung zwischen dem Abtastsignal und dem Modulationssignal, die beide an diese Vorrichtung angelegt sind, zugeführt.
Mit den vorstehenden Anordnungen können die einzelnen Vorrichtungen unabhängig voneinander durch Verwendung einer einfachen Matrixverdrahtung ausgewählt und angesteuert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 8, 9A, 9B und 10 ein durch Verwendung der vorstehenden Elektronenquelle vom einfachen Matrixverdrahtungs-Typ hergestelltes Bilderzeugungsgerät beschrieben. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Anzeigetafel des Bildserzeugungsgeräts, 9A und 9B sind schematische Ansichten von fluoreszierenden Schichten zur Verwendung in dem Bilderzeugungsgerät gemäß 8 und 10 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer angepassten Ansteuerschaltung zur Anzeige eines Bilds entsprechend Fernsehsignalen von NTSC-Standards.
In 8 ist durch 21 eine Elektronenquellenbasisplatte bezeichnet, auf der eine Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen feldförmig angeordnet ist, 31 ist eine Rückplatte, an der die Elektronenquellenbasisplatte 21 befestigt ist, 36 ist eine Frontplatte, die durch Laminieren einer fluoreszierenden Schicht 34, einer Metallrückseite 35, usw. auf einer inneren Oberfläche einer Glasbasisplatte 33 hergestellt ist, und 32 ist ein Trägerrahmen. Die Rückplatte 31 und die Frontplatte 36 sind mit dem Trägerrahmen 32 durch Anlegen von geschmolzenem Glas oder dergleichen und Backen in einer Atmosphäre von Luft oder Stickstoffgas bei einer Temperatur im Bereich von 400°C bis 500°C für 10 Minuten oder mehr verbunden, wodurch die verbundenen Teile hermetisch versiegelt sind, um eine Umhüllung 37 auszubilden.
Übrigens stellt Bezugszahl 24 oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtungen dar und 22, 23 stellen jeweils mit jeweiligen der paarweisen Vorrichtungselektroden der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen verbundene X- und Y-Richtungsverdrahtungen dar.
Die Umhüllung 37 wird durch die Frontplatte 36, den Trägerrahmen 32 und die Rückplatte 31 gebildet, wie vorstehend erwähnt. Da jedoch die Rückplatte 31 zum Zweck des hauptsächlichen Verstärkens der Stärke der Basisplatte 21 ausgebildet ist, kann auf die Rückplatte 31 als ein separates Element verzichtet werden, wenn die Basisplatte 21 selbst eine ausreichenden Stärkegrad besitzt. In diesem Fall kann der Trägerrahmen 32 direkt auf eine hermetisch versiegelte Weise mit der Basisplatte 21 verbunden sein, wodurch die Umhüllung 37 durch die Frontplatte 36, den Trägerrahmen 32 und die Basisplatte 21 gebildet ist. Alternativ kann ein nicht gezeigter Abstandshalter genannter Träger zwischen der Frontplatte 36 und der Rückplatte 31 angeordnet sein, so dass der Umhüllung 37 einen ausreichenden Grad von Stärke gegen den atmosphärischen Druck besitzt.
Die 9A und 9B zeigen schematisch Beispiele für die fluoreszierende Schicht 34. Die fluoreszierende Schicht 34 kann aus einer fluoreszierenden Substanz allein für eine monochrome Anzeige gebildet sein. Für eine Farbanzeige ist die fluoreszierende Schicht 34 durch eine Kombination von schwarzen Leitern 38 und fluoreszierenden Substanzen 39 gebildet, wobei die schwarzen Leiter 38 abhängig von den Mustern der fluoreszierenden Substanzen schwarze Streifen oder eine schwarze Matrix genannt werden. Der Zweck eines Ausbildens der schwarzen Streifen oder schwarzen Matrix besteht darin, schwarze Bereiche zwischen den fluoreszierenden Substanzen 39 in drei für eine Farbanzeige notwendigen Primärfarben auszubilden, so dass eine Farbmischung weniger deutlich wird und eine durch Reflektion von äußerem Licht durch die fluoreszierende Schicht 34 verursachte Verringerung im Kontrast unterdrückt wird. Die schwarzen Streifen oder dergleichen können nicht nur aus Graphit als einem Hauptbestandteil enthaltenden Materialien gemacht sein, die gewöhnlich im Stand der Technik verwendet werden, aber es können auch irgendwelche anderen Materialien sein, die elektrisch leitfähig sind und kleine Durchlässigkeit und Reflektion gegenüber Licht besitzen.
Fluoreszierende Substanzen können auf die Glasbasisplatte 33 durch Niederschlagen, Drucken oder dergleichen unbeachtlich dessen, ob das Bild monochrom oder farbig ist, beschichtet werden. Auf einer inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 34 ist gewöhnlich die Metallrückseite 35 ausgebildet. Die Metallrückseite besitzt Funktionen eines Erhöhens der Leuchtdichte durch Spiegelreflektieren von Licht, das von den fluoreszierenden Substanzen zur inneren Seite emittiert wird, zur Frontplatte 36, die als eine Elektrode dient, um eine Spannung zur Beschleunigung von Elektronenstrahlen anzulegen, und zum Schützen der fluoreszierenden Substanzen gegen eine Beschädigung durch in der Umhüllung erzeugte negative Ionen. Die Metallrückseite kann nach Bildung der fluoreszierenden Schicht durch Glättung einer inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht hergestellt werden (dieser Schritt wird im allgemeinen als Schichtbilden bezeichnet) und durch dann Aufbringen von Al darauf beispielsweise durch Vakuumdampfaufbringung.
Um die elektrische Leitfähigkeit der fluoreszierenden Schicht 34 zu erhöhen, kann die Frontplatte 36 eine (nicht gezeigte) transparente Elektrode enthalten, die auf einer äußeren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 34 ausgebildet ist.
Vor dem hermetischen Abdichten der Umhüllung, wie vorstehend erklärt, muss eine vorsichtige Ausrichtung im Fall der Farban zeige durchgeführt werden, so dass die fluoreszierenden Substanzen in jeweiligen Farben und die elektronenemittierenden Vorrichtungen präzise entsprechend zueinander angeordnet sind.
Das in 8 gezeigte Bilderzeugungsgerät ist beispielsweise wie folgt hergestellt.
Wie bei dem vorstehend erklärten Behandlungsschritt wird die Umhüllung 37 durch eine (nicht gezeigte) Evakuierungsröhre durch eine Evakuierungsvorrichtung, die kein Öl verwendet, wie beispielsweise eine Ionenpumpe oder eine Sorptionspumpe evakuiert, während sie, wenn erforderlich, geeignet geheizt wird, um dadurch eine Atmosphäre mit einem Vakuumgrad von ungefähr 10^–5 Pa auszubilden, wobei ein Ausmaß an verbleibenden organischen Materialien ausreichend klein ist. Dann wird die Umhüllung 37 hermetisch versiegelt. Um einen derartigen Vakuumgrad in der versiegelten Umhüllung 37 beizubehalten, kann die Umhüllung einem Gettern unterzogen werden. Dieser Vorgang wird direkt vor oder nach dem Versiegeln der Umhüllung 37 durch ein Heizen eines in einer (nicht gezeigten) vorbestimmten Position innerhalb der Umhüllung 37 angeordneten Fangstoffs bzw. Getters durchgeführt durch ein Widerstandsheizen oder ein Hochfrequenzheizen, um eine Dampfaufbringungsschicht des Getters zu bilden. Der Getter enthält gewöhnlich Ba als Hauptkomponente. Der innere Raum der Umhüllung kann auf einem Vakuumgrad in dem Bereich von 1 × 10^–4 bis 1 × 10^–5 Pa durch den Adsorptionsvorgang der Dampfaufbringungsschicht beibehalten werden. Übrigens werden die Schritte nachfolgend der Formungsbehandlung der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen geeignet gesetzt.
Eine beispielhafte Konfiguration einer Ansteuerschaltung zur Anzeige eines Fernsehbilds entsprechend Fernsehsignalen mit NTSC-Standards auf einer durch Verwendung der Elektronenquelle vom einfachen Matrixverdrahtungstyp hergestellten Anzeigetafel wird nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. In 10 ist durch 41 eine Bildanzeigetafel bezeichnet, 42 ist eine Abtastschaltung, 43 ist eine Steuerschaltung, 44 ist ein Verschieberegister, 45 ist eine Zeilenspeichereinrichtung, 46 ist eine Synchronisationssignaltrennschaltung, 47 ist eine Modulationssignalerzeugungseinrichtung und Vx und Va sind Gleichspannungsquellen.
Die Anzeigetafel 41 ist mit den externen elektrischen Schaltungen durch Anschlüsse Dox1 bis Doxm, Anschlüsse Doy1 bis Doyn und einen Hochspannungsanschluss Hv verbunden. An die Anschlüsse Dox1 bis Doxm ist ein Abtastsignal zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der in der Anzeigetafel ausgebildeten Elektronenquelle, d. h. einer Gruppe von in einer Matrix mit M Reihen und N Spalten verdrahteten oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen auf einer Reihe-für-Reihe-Basis (d. h. in Einheiten von N Vorrichtungen) angelegt.
Andererseits ist an die Anschlüsse Doy1 bis Doyn ein Modulationssignal zur Steuerung von von den oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer durch das Abtastsignal ausgewählten Reihe ausgegebenen Elektronenstrahlen. Der Hochspannungsanschluss Hv wird beispielsweise mit einer Gleichspannung von 10 kV von der Gleichspannungsquelle Va versorgt. Diese Gleichspannung dient als eine Beschleunigungsspannung, um den von den oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen emittierten Elektronenstrahlen genügend Energie zu geben, um die entsprechenden fluoreszierenden Substanzen zu erregen.
Nun wird die Abtastschaltung 42 beschrieben. Die Abtastschaltung 42 enthält eine Anzahl M von Schalteinrichtungen (in 10 symbolisch durch S1 bis Sm gezeigt). Jede der Schalteinrichtungen wählt eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle Vx oder 0 V (Massepegel) aus und ist elektrisch mit ei nem entsprechenden der Anschlüsse Dox1 bis Doxm der Anzeigetafel 41 verbunden. Die Schalteinrichtungen 51 bis Sm werden entsprechend einem durch die Steuerschaltung 43 ausgegebenen Steuersignal Tscan betätigt und werden einfach durch eine Kombination von typischen Schalteinrichtungen, wie beispielsweise FETs, ausgebildet.
Die Gleichspannungsquelle Vx gibt eine in diesem Ausführungsbeispiel eingestellte konstante Spannung auf der Grundlage von Kennlinien der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen (d. h. der elektronenemittierenden Schwellenspannung) aus, so dass die an die nicht einer Abtastung unterliegenden Vorrichtungen angelegte Ansteuerspannung niedriger als die elektronenemittierende Schwellenspannung gehalten wird.
Die Steuerschaltung 43 lässt die zahlreichen Komponenten übereinstimmend miteinander funktionieren, um ein Bild entsprechend den von der Außenseite eingegebenen Videosignalen richtig anzuzeigen. Somit erzeugt entsprechend einem von der Synchronisationssignaltrennschaltung 46 zugeführten Synchronisationssignal Tsyn die Steuerschaltung 43 Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry für die zugehörigen Komponenten.
Die Synchronisationssignaltrennschaltung 46 ist eine Schaltung zur Trennung einer Synchronisationssignalkomponente und einer Leuchtdichtesignalkomponente von einem von der Außenseite angelegten NTSC-Fernsehsignal und kann unter Verwendung einfacher Frequenztrenneinrichtungen (Filter) oder dergleichen gebildet sein. Das durch die Synchronisationssignaltrennschaltung 46 getrennte Synchronisationssignal umfasst ein vertikales Synchronisationssignal und ein horizontales Synchronisationssignal, aber es ist hier zur Vereinfachung der Beschreibung durch das Signal Tsync dargestellt. Auch ist die von dem Fernsehsignal getrennte Video-Leuchtdichtesignalkomponente zur Vereinfachung der Beschreibung durch ein Signal DATA darge stellt. Das Signal DATA wird in das Verschieberegister 44 eingegeben.
Das Verschieberegister 44 führt eine Seriell/Parallel-Wandlung des Signals DATA, das zeitlich aufeinanderfolgend in das Register eingegeben wird, für jede Zeile eines Bilds aus. Das Verschieberegister 44 wird durch das von der Steuerschaltung 43 zugeführte Steuersignal Tsft betätigt (daher kann das Steuersignal Tsft als ein Verschiebetakt für das Verschieberegister 44 betrachtet werden). Daten für eine Zeile des Bilds (entsprechend Daten zur Ansteuerung der Anzahl N von elektronenemittierenden Vorrichtungen), die sich aus der Seriell/Parallel-Wandlung ergeben, werden von dem Verschieberegister 44 als eine Anzahl N von parallelen Signalen Id1 bis Idn ausgegeben.
Die Zeilenspeichereinrichtung 45 ist eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Daten für eine Zeile des Bilds für einen Zeitraum so lange wie erforderlich. Die Zeilenspeichereinrichtung 45 speichert die Inhalte der parallelen Signale Id1 bis Idn entsprechend dem von der Steuerschaltung 43 zugeführten Steuersignal Tmry. Die gespeicherten Inhalte werden als I'd1 bis I'dn ausgegeben und an die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 angelegt.
Die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 ist eine Signalquelle zur richtigen Ansteuerung der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen entsprechend den jeweiligen Videodaten I'd1 bis I'dn auf eine modulierte Weise. Ausgangssignale von der Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 werden an die entsprechenden oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen in der Anzeigetafel 41 durch die Anschlüsse Doy1 bis Doyn angelegt.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen die elektronenemittierenden Vorrichtungen, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, jede Grundkennlinien unter denen der Emissionsstrom Ie zu betrachten ist. Genauer, die elektronenemittierende Vorrichtung besitzt eine definite Schwellenwertspannung Vth zur Emission von Elektronen und emittiert Elektronen nur, wenn eine Vth überschreitende Spannung angelegt wird. Zusätzlich wird für die den Elektronenemissionsschwellenwert überschreitende Spannung der Emissionsstrom auch abhängig von Veränderungen in der an die Vorrichtung angelegten Spannung verändert. Wenn daher eine pulsähnliche Spannung an die Vorrichtung angelegt wird, werden keine Elektronen emittiert, wenn die angelegte Spannung kleiner als der Elektronenemissionsschwellenwert ist, aber es wird ein Elektronenstrahl erzeugt, wenn die angelegte Spannung den Elektronenemissionsschwellenwert überschreitet. Bei dieser Gelegenheit kann die Intensität des erzeugten Elektronenstrahls durch Veränderung eines Spitzenwerts Vm des Pulses gesteuert werden. Weiterhin kann das Gesamtausmaß von Ladungen des erzeugten Elektronenstrahls durch Veränderung einer Breite Pw des Pulses gesteuert werden.
Somit kann die elektronenemittierende Vorrichtung entsprechend einem Eingangssignal durch ein Spannungsmodulationsverfahren, ein Pulsbreitenmodulationsverfahren, usw. moduliert werden. Im Fall einer Verwendung des Spannungsmodulationsverfahrens kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 durch Verwendung einer Schaltung vom Spannungsmodulationstyp verwirklicht werden, die einen Spannungspuls mit einer festen Länge erzeugt und einen Spitzenwert des Spannungspulses entsprechend Eingangsdaten moduliert.
Im Fall einer Verwendung des Pulsbreitenmodulationsverfahrens kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 durch Verwendung einer Schaltung vom Pulsbreitenmodulationstyp verwirklicht werden, die einen Spannungspuls mit einem festen Spit zenwert erzeugt und eine Breite des Spannungspulses entsprechend Eingangsdaten moduliert.
Das Verschieberegister 44 und die Zeilenspeichereinrichtung 45 kann entworfen sein, für irgendwelche digitalen Signale und analogen Signale angepasst zu sein. Egal, es ist wesentlich, dass die Seriell/Parallel-Wandlung und Speicherung von Videosignalen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewirkt werden kann.
Für einen digitalen Signalentwurf ist es erforderlich, das von der Synchronisationssignaltrennschaltung 46 ausgegebene Signal DATA in ein digitales Signal umzuwandeln, aber dies kann einfach verwirklicht werden, indem ein A/D-Wandler in einen Ausgabeteil der Schaltung 46 aufgenommen wird. Abhängig davon, ob das Ausgangssignal der Zeilenspeichereinrichtung 45 digital oder analog ist, muss weiterhin die für die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 verwendete Schaltung auf etwas verschiedene Wege entworfen sein. Genauer, wenn das Spannungsmodulationsverfahren unter Verwendung eines digitalen Signals verwendet wird, ist die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 z. B. durch einen A/D-Wandler gebildet und kann, wenn erforderlich, zusätzlich einen Verstärker, usw. enthalten.
Wenn das Pulsbreitenmodulationsverfahren unter Verwendung eines digitalen Signals verwendet wird, ist die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 durch eine Schaltung in Kombination von beispielsweise einem Hochgeschwindigkeitsoszillator, einem Zähler zum Zählen der Anzahl von Wellenausgaben von dem Oszillator und einem Komparator zum Vergleichen eines Ausgabewerts des Zählers und eines Ausgabewerts der Zeilenspeichereinrichtung gebildet. Wenn erforderlich, kann in diesem Fall auch ein Verstärker zur Verstärkung einer Spannung des Modulationssignals, das von dem Komparator ausgegeben wird und eine modulierte Pulsbreite hat, zur Ansteuerspannung für die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen hinzugefügt werden.
Wenn andererseits das Spannungsmodulationsverfahren unter Verwendung eines analogen Signals verwendet wird, kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 durch einen Verstärker, z. B. unter Verwendung eines Operationsverstärkers gebildet sein und, wenn erforderlich, kann sie zusätzlich eine Pegelverschiebeschaltung enthalten. Wenn das Pulsbreitenmodulationsverfahren unter Verwendung eines analogen Signals verwendet wird, kann die Modulationssignalerzeugungseinrichtung 47 beispielsweise durch einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) gebildet sein. Wenn es erforderlich ist, kann in diesem Fall auch ein Verstärker zur Verstärkung einer Spannung des Modulationssignals zur Ansteuerspannung für die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen hinzugefügt werden.
In einem derart aufgebauten erfindungsgemäßen Bilderzeugungsgerät werden Elektronen durch Anlegen einer Spannung über die sich auswärts der Umhüllung erstreckenden Anschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn an die elektronenemittierenden Vorrichtungen emittiert. Der Elektronenstrahlen werden durch Anlegen einer hohen Spannung an die Metallrückseite 35 oder die (nicht gezeigte) transparente Elektrode über den Hochspannungsanschluss Hv beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen treffen auf die fluoreszierende Schicht 34, die Fluoreszenz erzeugt, um ein Bild zu erzeugen.
Die vorstehend erklärten Anordnungen des Bilderzeugungsgeräts sind ein Beispiel für ein Bilderzeugungsgerät, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und können auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung auf zahlreichen Wegen modifiziert werden. Das Eingangssignal ist nicht auf ein vorstehend erwähntes NTSC-Fernsehsignal beschränkt, sondern kann irgendein anderes Fernsehsignal mit PAL- und SECAM-Standards sein, einschließlich einer anderen Art von Fernsehsignal (z. B. ein sogenanntes Hochqualitäts-Fernsehsignal vom MUSE-Standard) mit der größeren Anzahl von Abtastzeilen als die vorstehenden Arten.
Eine Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp und ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung einer derartigen Elektronenquelle wird nun unter Bezugnahme auf die 21 und 19 beschrieben.
21 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp. In 21 ist durch 21 eine Elektronenquellenbasisplatte bezeichnet, 24 ist eine elektronenemittierende Vorrichtung und 26 oder Dx1 bis Dx10 sind gemeinsame Drähte zur Zwischenverbindung der elektronenemittierenden Vorrichtungen 24. Eine Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 ist auf der Basisplatte 21 Seite an Seite feldförmig angeordnet, um in der X-Richtung aufgereiht zu sein (eine sich ergebende Reihe von elektronenemittierenden Vorrichtungen wird eine Vorrichtungsreihe genannt). Die Vorrichtungsreihe ist in einer vielfachen Anzahl angeordnet, um eine Elektronenquelle zu bilden. Durch geeignetes Anlegen einer Ansteuerspannung zwischen den gemeinsamen Drähten jeder Vorrichtungsreihe können jeweilige Vorrichtungsreihe unabhängig voneinander angesteuert werden. Insbesondere, wird eine den Elektronenemissionsschwellenwert überschreitende Spannung an die Vorrichtungsreihen angelegt wird, von denen Elektronenstrahlen zu emittieren sind, wohingegen eine Spannung niedriger als der Elektronenemissionsschwellenwert an die Vorrichtungsreihen angelegt wird, von denen keine Elektronenstrahlen emittiert werden. Übrigens werden diese Paare der gemeinsamen Drähte Dx2 bis Dx9, die zwischen zwei benachbarten Vorrichtungsreihen angeordnet sind, z. B. Dx2 und Dx3, jede als ein einzelner Draht gebildet werden.
19 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Tafelstruktur des Bilderzeugungsgeräts einschließlich der Elektronenquelle vom Kettenverdrahtungstyp. Durch 84 ist eine Gitterelektrode bezeichnet, 85 ist eine Öffnung, die Elektronen ein Passieren erlaubt, 86 sind sich aus der Umhüllung erstreckende Anschlüsse wie durch Dox1, Dox2, ... , Doxm bezeichnet, 87 sind sich aus der Umhüllung erstreckende Anschlüsse wie durch G1, G2, ... ,Gn bezeichnet und mit den entsprechenden Gitterelektroden 84 verbunden und 21 ist eine Elektronenquellenbasisplatte. Es ist zu beachten, dass in 19 dieselben Bezugszahlen wie die in den 8, 11A und 11B identische Elemente bezeichnen. Das Bilderzeugungsgerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist prinzipiell verschieden von dem in 8 gezeigten Bilderzeugungsgerät vom einfachen Matrixverdrahtungstyp, in dem die Gitterelektroden 84 zwischen die Elektronenquellenbasisplatte 21 und die Frontplatte 36 gesetzt sind.
Die Gitterelektroden 84 dienen dazu, von den oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen emittierte Elektronenstrahlen zu modulieren. Die Gitterelektroden 84 sind streifenförmige Elektroden, die sich senkrecht zu den Vorrichtungsreihen in der Kettenverdrahtung erstrecken, und besitzen darin gebildete ringförmige Öffnungen 85 zum Durchlassen der Elektronenstrahlen in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zu den elektronenemittierenden Vorrichtungen. Die Form und eingestellte Position der Gitterelektroden ist nicht notwendigerweise auf die in 19 veranschaulichten begrenzt. Beispielsweise können die Öffnungen eine große Anzahl von maschenähnlichen kleinen Öffnungen sein oder können in Umgebungen oder der Nachbarschaft der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen angeordnet sein.
Die externen Anschlüsse 86 und die externen Gitteranschlüsse 87, die sich beide aus der Umhüllung erstrecken, sind elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Steuerschaltung verbunden.
In dem Bilderzeugungsgerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Strahlung der Elektronenstrahlen auf fluoreszierende Substanzen gesteuert werden, um ein Bild auf einer Zeilen-für-Zeilen-Basis durch gleichzeitiges Anlegen von Modulationssignalen für eine Zeile des Bilds an jede Reihe der Gitterelektrode synchron mit den aufeinanderfolgend auf einer Reihe-Für-Reihe-Basis angesteuert werdenden (abgetasteten) Vorrichtungsreihen anzuzeigen.
Das Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur als eine Anzeige für Fernsehempfang, sondern auch als Anzeigen für Fernsehkonferenzsysteme, Computer, usw., einschließlich eines Bilderzeugungsgeräts für einen durch eine photoleitfähige Trommel usw. gebildeten optischen Drucker.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit Beispielen beschrieben.
[Beispiel 1]
Eine elektronenemittierende Vorrichtung gemäß diesem Beispiel besitzt dieselbe Struktur wie in den 1A und 1B gezeigt. Ein Herstellungsvorgang der elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D beschrieben.
(Schritt-a)
Eine 0,5 μm dicke Siliziumoxidschicht wurde auf dem gereinigten Natronkalkglas durch Kathodenzerstäubung gebildet, um die Basisplatte 1 vorzubereiten. Ein Photoresist (RD-2000N-41, von Hitachi Chemical Co., Ltd.) wurde auf der Basisplatte 1 gebildet und mit Muster versehen. Eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 100 nm dicke Ni-Schicht wurden dann darauf in dieser Rei henfolge durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht. Das Photoresistmuster wurde durch ein organisches Lösungsmittel gelöst, um die aufgebrachten Ni/Ti-Schichten durch Abheben zu lassen, wodurch die Vorrichtungselektroden 2, 3 gebildet sind. Der Abstand L zwischen den Vorrichtungselektroden wurde auf L = 3 μm gesetzt und die Breite W jeder Vorrichtungselektrode wurde auf W = 300 μm gesetzt.
(Schritt-b)
Um die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 auszubilden, wurde eine Cr-Maske wie folgt gebildet. Eine 100 nm dicke Cr-Schicht wurde durch Vakuumdampfaufbringung auf die Basisplatte 1 mit den darauf gebildeten Vorrichtungselektroden 2, 3 aufgebracht und Öffnungen wurden entsprechend der Form der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 4 durch den einfachen photolithographischen Vorgang definiert. Die Cr-Schicht wurde dadurch gebildet.
Dann wurde eine Paladium(Pd)aminkomplexlösung (ccp-4230 von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) auf der Basisplatte unter Drehung durch Verwendung einer Scheibe beschichtet, gefolgt von einem Heizen zur Kalzinierung in Luft bei 300°C für 10 Minuten. Die somit gebildete Schicht war eine feine Partikelschicht, die PdO als Hauptbestandteil enthält und eine Dicke von 10 nm besitzt.
(Schritt-c)
Die Cr-Maske wurde durch Nassätzen entfernt. Die feine PdO-Partikelschicht wurde durch Abheben mit Muster versehen, um die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 in der gewünschten Form zu bilden. Die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 hatte einen Widerstandswert R_S von 2 × 10⁴ Ω/⧠.
(Schritt-d)
Als nächstes wurde die Vorrichtung in die Vakuumbehandlungseinrichtung übertragen, eine Verdopplung als die Mess/Auswerteeinrichtung, wie in 5 für die Formungsbehandlung gezeigt. Die Formungsbehandlung wurde durch Evakuieren des Inneren der Vakuumleitung 15 durch die Evakuierungseinrichtung 16 durchgeführt, bis ein Druck von 2,3 × 10^–3 Pa erreicht ist, und danach Anlegen einer Pulsspannung zwischen die Vorrichtungselektroden 2 und 3.
Die in diesem Beispiel verwendete Evakuierungseinrichtung war das sogenannte Ultrahochvakuum-Evakuierungssystem mit einer Sorptionspumpe und einer Ionenpumpe. In der folgenden Beschreibung wurde, wenn es nicht anders spezifiziert ist, ein derartiges Ultrahochvakuum-Evakuierungssystem als die Evakuierungseinrichtung verwendet.
Für die Formungsbehandlung verwendete Spannungspulse hatten den in 4B gezeigten Signalverlauf, in dem die Pulsbreite T1 = 1 msec. und das Pulsintervall T2 = 10 msec. betrug. Ei Spitzenwert des Dreiecksignalverlaufs wurde in Schritten von 0,1 V erhöht. Ein (nicht gezeigter) Rechteckpuls von 0,1 V wurde zwischen einen Formungspuls und einen nächsten eingefügt, um die Formung auszuführen, während ein Widerstandswert beobachtet wird. Die Formungsbehandlung wurde zur selben Zeit beendet, zu der der Widerstandswert 1 MΩ überschritt. Der Spitzenwert (d. h. die Formungsspannung) bei der Beendigung betrug 5,0 bis 5,1 V.
(Schritt-e)
WF₆ wurde in die Vakuumleitung 15 durch ein Ventil 17 mit langsamen Lecken eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung 15 wurde angepasst, um bei 1,3 × 10^–1 Pa gehalten zu werden. Dann wurden Dreieckspulse mit einem Spitzenwert von 14 V an die Vorrichtung zur Aktivierungsbehandlung angelegt. Die Pulsbreite und das Intervall wurden auf dieselben wie die in der vorstehenden Formungsbehandlung verwendeten eingestellt. Mit der Aktivierungsbehandlung wurde eine Wolfram(W)-Schicht in dem elektronenemittierenden Bereich gebildet. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden. Da die Elektronenemissionseffizienz η (=Ie/If) nach ungefähr 30 Minuten ihr Maximum erreichte, wurde in diesem Beispiel die Einführung von WF₆ gestoppt und die Aktivierungsbehandlung wurde dann beendet. Die Bestimmung, ob die Elektronenemissionseffizienz ein Maximum erreichte oder nicht, erfolgte durch Berechnung von η aus den gemessenen Ergebnissen von Ie und If, durch Berechnen des Zeitdifferentials ⧠η/⧠τ von η und durch Bestimmen des Zeitpunkts, an dem der Differentialwert für eine Minute rund um 0 verblieb.
[Beispiel 2]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde H₂ zusammen mit WF₆ in Schritt-e in die Vakuumleitung eingeführt. Die verbleibenden Schritte waren dieselben wie in Beispiel 1. Ein Teildruck von H₂ wurde auf 1,3 × 10^–2 Pa angepasst.
[Vergleichsbeispiel 1]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
In diesem Vergleichsbeispiel wurde die Vakuumleitung durch ein Ultrahochvakuum-Evakuierungssystem mit einer Drehpumpe und ei ner Turbopumpe evakuiert und der Druck in der Vakuumleitung wurde auf ungefähr 2,7 × 10^–9 Pa angepasst. Dreieckpulse mit einem Spitzenwert von 14 V wurden dann an die Vorrichtung zur Aktivierungsbehandlung angelegt. Mit der Aktivierungsbehandlung wurden der Emissionsstrom Ie und der Vorrichtungsstrom If drastisch erhöht. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Nach Durchführung der Aktivierungsbehandlung während 30 Minuten wurde das Pulsanlegen angehalten und das Evakuierungssystem wurde auf dasselbe Ultrahochvakuum-Evakuierungssystem wie in Beispiel 1 geschaltet, gefolgt von einem Fortsetzen der Evakuierung, während die Vakuumleitung auf ungefähr 200°C erhitzt wird. Bei Bestätigung, dass der Druck in der Vakuumleitung 1,3 × 10^–6 Pa erreichte, wurde das Heizen der Vakuumleitung angehalten und die Aktivierungsbehandlung wurde beendet.
Elektronenemissionskennlinien und zeitabhängige Veränderungen davon von Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurden gemessen. Während der Messung wurde der Druck in der Vakuumleitung bei 1,3 × 10^–6 Pa beibehalten. An die Vorrichtungen zur Messung angelegte Spannungspulse waren Rechteckpulse von 14 V mit der Pulsbreite von T1 = 100 μsec. und dem Pulsintervall von T2 = 10 msec. Ie wurde durch Einstellung des Abstands zwischen der Anodenelektrode und der Vorrichtung auf 4 mm und der Spannung auf 1 kV gemessen.
Die Vorrichtungen wurden für 100 Stunden fortwährend angesteuert, während derer zeitliche Veränderungen im Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Eine der in einer vielfachen Anzahl für jedes der Beispiele 1, 2 und das Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen wurde nicht der Messung unterzogen und die Topographie seines elektronenemittierenden Bereichs wurde unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops (SEM) überwacht. Um die Kristallinität der Beschichtungsschicht aus W auszuwerten, wurde weiterhin die Elektronenstrahlbrechung der Beschichtungsschicht überwacht, um zu bestätigen, ob ein Brechungsmuster auftrat oder nicht.
Die gemessenen Ergebnisse des Emissionsstroms Ie sind nachstehend angegeben.
Als ein Ergebnis der Überwachung durch SEM wurde bestätigt, dass die Beschichtungsschicht aus W für beide Vorrichtungen der Beispiele 1 und 2, wie in 13A veranschaulicht auf der Seite mit hohem Potential (positive Elektrode) des elektronenemittierenden Ritzes gebildet wurde. Auf der Seite des niedrigen Potentials (negative Elektrode) wurde keine bemerkenswerte Beschichtungsschicht gefunden. Für einige der unter Bedingungen ähnlich denen in diesem Beispiel hergestellte Vorrichtungen wurde abhängig von den Bedingungen eine leichte Beschichtungsschicht auch auf der Seite des niedrigen Potentials gefunden, wie in 13C veranschaulicht.
Ergebnisse der Elektronenstrahlbeugungsmessung waren wie folgt. Ein ein klares Beugungsmuster darstellender kristalliner Teil und ein amorpher Teil, für den ein Ring beobachtet wurde, wurden im Beispiel 1 gemischt, wohingegen im Beispiel 2 ein klares Beugungsmuster von W beobachtet wurde. Es wurde auch bestätigt, dass die Spitzenform in Beispiel 2 etwas schärfer als in dem kristallinen Teil gemäß Beispiel 1 war und in Beispiel 2 ein höherer Grad an Kristallinität erreicht wurde. Diese Ergebnisse waren vermutlich aufgrund dessen, dass der in dem Schritt des Bildens der Beschichtungsschicht eingeführte Wasserstoff als ein Ätzgas dient und nur Kristalle von W mit einer guten Kristallinität aufgewachsen wurden.
[Beispiel 3]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
WF₆ wurde durch das langsame Leckventil in die Vakuumleitung eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung wurde angepasst, um bei 1,3 × 10^–3 Pa gehalten zu werden. Rechteckpulse mit einem Spitzenwert von 14 V und einer abwechselnd umgeschalteten Polarität, wie in 11A gezeigt, wurden dann zur Aktivierungsbehandlung an die Vorrichtung angelegt. Die Pulsbreite T1, T'1 und der Zeitraum T2 betrugen 1 msec. bzw. 10 msec. und das Intervall T'2 zwischen den Pulsen entgegengesetzter Polarität betrug 5 msec.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Elektronenemissionseffizienz η ein Maximum erreichte, wurde die Behandlung angehalten und das Innere der Vakuumleitung wurde fortwährend evakuiert, um den Druck bei 1,3 × 10^–6 Pa oder darunter zu halten.
[Beispiel 4]
Die Vorrichtung wurde folgend Beispiel 3 hergestellt, außer dass H₂ zusammen mit WF₆ in Schritt-e in die Vakuumleitung eingeführt wurde. Ein Teildruck von WF₆ wurde auf 1,3 × 10^–3 Pa angepasst und ein Teildruck von H₂ wurde auf 1,3 × 10^–4 Pa angepasst.
Die Vorrichtungen gemäß den Beispielen 3 und 4 wurden einer Messung der Elektronenemissionskennlinien, einer Überwachung der Topographie durch SEM und einer Messung der Elektronenstrahlbeugung unterzogen. Bedingungen zur Messung der Elektronenemissionskennlinien waren dieselben wie die für die Beispiele 1, 2 und das Vergleichsbeispiel 1 eingestellten. Die Ergebnisse sind nachstehend.
Als ein Ergebnis der Topographieüberwachung durch SEM wurde bestätigt, dass Beschichtungsschichten aus W außerdem auf beiden der hohen und niedrigen Potentialseiten für die Einrichtungen gemäß Beispiel 3 und 4 gebildet wurden, wie in 13B veranschaulicht. Ergebnisse der Elektronenstrahlbeugung waren, dass ein ein klares Beugungsmuster der Kristalle zeigender Teil und ein Teil, für den ein Ring beobachet wurde, in Beispiel 3 wie in Beispiel 1 gemischt wurden, wohingegen ein klares Beugungsmuster von Kristallen in Beispiel 4 wie in Beispiel 2 überwacht wurden.
[Beispiel 5]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
W(CO)₆ wurde durch Öffnen des langsamen Leckventils in die Vakuumleitung eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung wurde angepasst, dass er bei 1,3 × 10^–2 Pa gehalten wird. Rechteckpulse mit einem Spitzenwert von 14 V, wie in 11B gezeigt, wurden dann zur Aktivierungsbehandlung an die Vorrichtung angelegt. Die Pulsbreite T1 und das Intervall T2 waren 3 msec. bzw. 10 msec. Mit der Aktivierungsbehandlung wurde eine Wolframschicht in dem elektronenemittierenden Bereich gebildet. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Elektronenemissionseffizienz η ein Maximum erreichte, wurde das Pulsanlegen und die Einführung von W(CO)₆ angehalten und das Innere der Vakuumleitung wurde fortwährend evakuiert, um den Druck bei 1,3 × 10^–6 Pa oder darunter zu halten.
[Beispiel 6]
Die Vorrichtung wurde unter denselben Bedingungen hergestellt wie in Beispiel 5, außer, dass die in Schritt-e angelegten Pulse Rechteckpulse von 18 V waren.
[Beispiel 7]
Die Vorrichtung wurde unter denselben Bedingungen hergestellt wie in Beispiel 5, außer, dass H₂ in Schritt-e zusammen mit W(CO)₆ in die Vakuumleitung eingeführt wurde. Ein Teildruck von W(CO)₆ wurde auf 1,3 × 10^–3 Pa angepasst und ein Teildruck von H₂ wurde auf 1,3 × 10^–9 Pa angepasst.
Die Vorrichtungen gemäß den Beispielen 5 bis 7 wurden einer Messung der Elektronenemissionskennlinien unter denselben Be dingungen wie im Beispiel 1 unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend.
Als ein Ergebnis der Topographieüberwachung durch SEM wurde bestätigt, dass für irgendeine der Vorrichtungen eine Beschichtungsschicht aus W auf der Seite des hohen Potentials des elektronenemittierenden Bereichs wie in Beispiel 2 gebildet wurde.
[Beispiel 8]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
W(C₅H₅)₂H₂ wurde durch Öffnen des langsamen Leckventils in die Vakuumleitung eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung wurde angepasst, dass er bei 1,3 × 10^–2 Pa gehalten wird. Rechteckpulse mit einem Spitzenwert von 18 V, wie in 11B gezeigt, wurden dann zur Aktivierungsbehandlung an die Vorrichtung angelegt. Die Pulsbreite T1 und das Intervall T2 waren 3 msec. bzw. 10 msec. Mit der Aktivierungsbehandlung wurde die Wolframschicht in dem elektronenemittierenden Bereich gebildet. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Elektronenemissionseffizienz η ein Maximum erreichte, wurde das Pulsanlegen und die Einführung von W (C₅H₅)₂H₂ angehalten.
Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wurde einer Messung von Elektronenemissionskennlinien unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Ergebnisse sind nachfolgend.
Als ein Ergebnis einer Topographieüberwachung durch SEM wurde bestätigt, dass eine Beschichtungsschicht auf der Seite des hohen Potentials des elektronenemittierenden Bereichs wie in Beispiel 1 gebildet wurde. Als ein Ergebnis einer Untersuchung einer Zusammensetzung der Beschichtungsschicht durch einen Elektronenprobenmikroanalysator (EPMA) wurde herausgefunden, dass die Beschichtungsschicht ein wesentliches Ausmaß von Kohlenstoff zusätzlich zu Wolfram enthielt.
[Beispiel 9]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
Mo(CO)₆ wurde durch Öffnen des langsamen Leckventils in die Vakuumleitung eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung wurde angepasst, um bei 1,3 × 10^–3 Pa gehalten zu werden.
Rechteckpulse mit einem Spitzenwert von 16 V, wie in 11B gezeigt, wurden dann zur Aktivierungsbehandlung an die Vorrichtung angelegt. Die Pulsbreite T1 und das Intervall T2 wa ren 3 msec. bzw. 10 msec. Mit der Aktivierungsbehandlung wurde eine Molybdänschicht in dem elektronenemittierenden Bereich gebildet. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Elektronenemissionseffizienz η ein Maximum erreicht, wurden das Pulsanlegen und die Einführung von Mo(CO)₆ angehalten und das Innere der Vakuumleitung wurde fortwährend evakuiert, um den Druck bei 1,3 × 10^–6 Pa oder niedriger zu halten.
[Beispiel 10]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
Hf(C₅H₅)₂H₂ wurde durch Öffnen des langsamen Leckventils in die Vakuumleitung eingeführt und der Druck in der Vakuumleitung wurde angepasst, um bei 1,3 × 10^–3 Pa gehalten zu werden. Rechteckpulse mit einem Spitzenwert von 18 V, wie in 11B gezeigt, wurden dann zur Aktivierungsbehandlung an die Vorrichtung angelegt. Die Pulsbreite T1 und das Intervall T2 waren 3 msec. bzw. 10 msec. Mit der Aktivierungsbehandlung wurde eine Hafniumschicht in dem elektronenemittierenden Bereich gebildet. Während der Aktivierungsbehandlung wurde die Pulsspannung angelegt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen wurden.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Elektronenemissionseffizienz η ein Maximum erreichte, wurde das Pulsanlegen und die Einführung von Hf(C₅H₅)₂H₂ angehalten.
Die Vorrichtungen gemäß den Beispielen 9 bis 10 wurden einer Messung der Elektronenemissionskennlinie unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Ergebnisse sind nachfolgend.
Als ein Ergebnis der Topographieüberwachung durch SEM wurde bestätigt, dass für irgendeine der Vorrichtungen gemäß den Beispielen 9 und 10 eine Beschichtungsschicht auf der Seite des hohen Potentials des elektronenemittierenden Bereichs gebildet wurde.
[Beispiel 11]
Nachdem Beispiel 1 bis Schritt-d gefolgt wurde, wurde die Aktivierungsbehandlung wie folgt durchgeführt.
(Schritt-e)
Die Vorrichtung wurde in einer in eine in 12 schematisch gezeigte Beschichtungsschichtbildungseinrichtung gefüllte Beschichtungslösung getaucht, um eine Metallschicht durch Beschichtung zu bilden. Eine Elektrolytbeschichtung wurde durch Anlegen von Dreieckpulsen mit einem Spitzenwert von 10 V mit den als negative bzw. positive Elektroden dienenden Vorrichtungselektroden 2, 3 durchgeführt. Wenn man Takashi Omi, Masaru Batate und Hisashi Yamamoto, „Surface Technology", Band 40, Nr. 2311-316 (1989) konsultiert, wurde die Zusammensetzung der Beschichtungslösung aus Na₂WO₄·2H₂O; 40 g/l, NiS₄·6H₂O; 70 g/l und Zitronensäure; 80 g/l gebildet und wurde unter Verwendung von NH₄OH zu pH6 angepasst.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der durch die Vorrichtung fließende Strom 5 mA erreichte, wurde das Pulsanlegen angehalten, gefolgt durch Waschen und Trocknen der Vorrichtung.
Mit der vorstehenden Aktivierungsbehandlung wurde eine Beschichtungsschicht hergestellt aus einer Legierung von W und Ni primär auf der Seite der Vorrichtungselektrode 2 in dem durch das Formen gebildeten elektronenemittierenden Bereich gebildet.
Die Vorrichtungen gemäß diesem Beispiel 11 wurden einer Messung der Elektronenemissionskennlinie unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Messung wurde durch Neuanordnung der Vorrichtungselektroden 2, 3 durchgeführt, um als positive bzw. negative Elektroden gegenüber den Polaritäten in dem Beschichtungsschritt zu dienen. Das Innere der Vakuumleitung wurde evakuiert, um den Druck bei 1,3 × 10^–6 Pa oder niedriger zu halten. Die gemessenen Ergebnisse sind nachfolgend.
[Beispiel 12]
In diesem Beispiel wurde die vorliegende Erfindung angewendet, um die Elektronenquelle mit einer Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Vorrichtungen, die auf einer Basisplatte angeordnet und in einer Matrixverdrahtung untereinander verbunden sind, wie schematisch in 7 gezeigt, und auch, um ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle herzustellen. Die Anzahl von Vorrichtungen beträgt 100 für jede der X- und Y-Richtungen.
Der Herstellungsvorgang wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 14A bis 14H beschrieben.
Schritt-A
Eine 0,5 μm dicke Siliziumoxidschicht wurde auf einem gereinigten Natronkalkglas durch Kathodenzerstäubung gebildet, um eine Basisplatte 1 vorzubereiten. Eine 5 nm dicke Cr-Schicht und eine 600 nm dicke Au-Schicht wurden dann auf die Basisplatte 1 in dieser Reihenfolge durch Vakuumdampfaufbringung laminiert. Ein Photoresist (AZ1370, von Hoechst Co.) wurde darauf unter Drehung unter Verwendung einer Scheibe beschichtet und dann gebacken. Danach wurde durch Belichtung und Entwicklung eines Photomaskenbilds ein Resistmuster für untere Drähte 22 gebildet. Die aufgebrachten Au/Cr-Schichten wurden durch Nassätzen ausgewählt entfernt, um dadurch die unteren Drähte 22 in dem gewünschten Muster zu bilden.
Schritt-B
Dann wurde eine aus einer 1,0 μm dicken Siliziumoxidschicht gebildete Zwischenisolierschicht 61 über den gesamte Basisplatte durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung aufgebracht.
Schritt-C
Ein Photoresistmuster zur Bildung der Kontaktlöcher 62 in der in Schritt-B aufgebrachten Siliziumoxidschicht wurde beschichtet und unter Verwendung von ihm als Maske wurde die Zwischenschichtisolierschicht 61 ausgewählt geätzt, um die Kontaktlöcher 62 zu bilden. Das Ätzen wurde durch den RIE( Reaktives Ionenätz)-Vorgang unter Verwendung einer Gasmischung aus CF₄ und H₂ ausgeführt.
Schritt-D
Ein Photoresist (RD-2000N-41, von Hitachi Chemical Co., Ltd.) wurde in einem Muster gebildet, um Vorrichtungselektroden 2, 3 und elektronenemittierende Bereiche G dazwischen zu definieren. Eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 100 nm dicke Ni-Schicht wurden dann darauf in dieser Reihenfolge durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht. Das Photoresistmuster wurde durch ein organisches Lösungsmittel gelöst, um die aufgebrachten Ni/Ti-Schichten durch Abheben übrig zu lassen. Die Vorrichtungselektronen 2, 3, von denen jede die Elektrodenbreite von 300 μm mit den elektronenemittierenden Bereichen G von 3 μm dazwischen besitzt, wurden dadurch gebildet.
Schritt-E
Ein Photoresistmuster für obere Drähte 23 wurde auf den Vorrichtungselektroden 2 und 3 gebildet. Eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 500 nm dicke Au-Schicht wurde dann darauf in dieser Reihenfolge durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht. Das unnötige Photoresistmuster wurde entfernt, um die oberen Drähte 23 durch Abheben zu bilden.
Schritt-F
Als nächstes wurde eine 30 nm dicke Cr-Schicht 63 durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht und mit Muster versehen, um Öffnungen entsprechend der Form einer elektrisch leitfähigen Dünnschicht 64 zu haben. Eine Paladium(Pd)aminkomplexlösung (ccp4230) wurde darauf unter Drehung durch Verwendung einer Scheibe und dann Erhitzen für eine Kalzination bei 300°C für 12 Minuten beschichtet. Die aus feinen PdO-Partikeln hergestellte elektrisch leitfähige Dünnschicht 64 wurde dadurch gebildet und hatte eine Schichtdicke von 70 nm.
Schritt-G
Die Cr-Schict 63 wurde durch Nassätzen unter Verwendung eines Ätzmittels zusammen mit unnötigen Teilen der elektrisch leitfähigen Dünnschicht 64 aus feinen PdO-Partikeln weggeätzt. Die elektrisch leitfähige Dünnschicht 64 in dem gewünschten Muster wurde dadurch gebildet und besaß einen Widerstandswert R_S von 4 × 10⁴ Ω/⧠.
Schritt-H
Ein Resist wurde in einem Muster beschichtet, um die Oberflächen verschieden von den Kontaktlöchern 62 zu bedecken. Eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 500 nm dicke Au-Schicht wurde dann darauf in dieser Reihenfolge durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht. Unnötige Teile wurden entfernt, um die mit den Aufträgen gefüllten Kontaktlöcher 62 durch Abheben zu machen.
Ein Bilderzeugungsgerät wurde unter Verwendung einer so hergestellten Elektronenquelle gebildet. Der Herstellungsvorgang des Bilderzeugungsgeräts wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Schritt-I
Die Elektronenquellenbasisplatte 21 wurde auf der Rückplatte 31 befestigt. Dann wurde eine Frontplatte 36 (mit einer fluoreszierenden Schicht 34 und einer Metallrückseite 35 laminiert auf eine innere Oberfläche einer Glasbasisplatte 33) 5 mm oberhalb der Basisplatte 21 mit dem Zwischenfügen eines Trägerrahmens 32 angeordnet und nach Anlegen von geschmolzenem Glas an verbundene Teile zwischen der Frontplatte 36, dem Trägerrahmen 32 und der Rückplatte 31 wurde die Anordnung in einer Atmosphäre aus Luft oder Stickstoffgas bei 400°C bis 500°C für 10 Minuten oder mehr zum hermetischen Abdichten der verbundenen Teile gebacken. Geschmolzenes Glas wurde auch verwendet, um die Basisplatte 21 an der Rückplatte 31 zu befestigen. In 8 ist durch 24 eine elektronenemittierende Vorrichtung bezeichnet und 22, 23 sind X- bzw. Y-Richtungsdrähte.
Die fluoreszierende Schicht 34 ist im monochromen Fall aus nur einer fluoreszierenden Substanz gebildet. Zur Erzeugung eines Farbbilds verwendete dieses Beispiel ein Streifenmuster von fluoreszierenden Substanzen. Somit wurde die fluoreszierende Schicht 34 durch zuerst Bilden von schwarzen Streifen und dann Beschichten von fluoreszierenden Substanzen in jeweiligen Farben in Spalte zwischen den schwarzen Streifen hergestellt. Die schwarzen Streifen wurden unter Verwendung eines Materials gebildet, das Graphit als eine Hauptkomponente enthält, das herkömmlich im Stand der Technik verwendet wird. Fluoreszierende Substanzen wurden auf die Glasbasisplatte 33 durch das „Slurry"- bzw. Schmitz-Verfahren beschichtet.
Auf der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 34 ist gewöhnlich die Metallrückseite 35 angeordnet. Nach Bildung der fluoreszierenden Schicht wurde die Metallrückseite 35 durch Glätten der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht (dieser Schritt wird gewöhnlich Beschichten genannt) und dann Aufbringen von Al darauf durch Vakuumdampfaufbringung hergestellt.
Um die elektrische Leitfähigkeit der fluoreszierenden Schicht 34 zu erhöhen, kann die Frontplatte 36 in einigen Fällen mit einer (nicht gezeigten) transparenten Elektrode auf einer äußeren Seite der fluoreszierenden Schicht 34 versehen sein. Eine derartige transparente Elektrode wurde in diesem Beispiel weggelassen, da mit der Metallrückseite allein ausreichend elektrische Leitfähigkeit erhalten wurde.
Vor dem vorstehenden hermetischen Abdichten wurde eine Ausrichtung der jeweiligen Teile mit gebührender Sorgfalt ausge führt, da im Farbfall die fluoreszierenden Substanzen in jeweiligen Farben und die elektronenemittierenden Vorrichtungen präzise zueinander ausgerichtet sein müssen.
Schritt-J
Die Atmosphäre in der somit beendeten Glasumhüllung wurde durch eine Vakuumpumpe durch eine Evakuierungsröhre auf einen Vakuumgrad von ungefähr 10^–4 Pa evakuiert. Wie in 15 gezeigt, wurde die Formungsbehandlung auf einer Zeile-für-Zeile-Basis durch Zwischenverbindungen der Y-Richtungsdrähte 23 durchgeführt. In 15 ist mit 66 eine gemeinsame Elektroden zum Zwischenverbinden der Y-Richtungsdrähte 23 bezeichnet, 67 ist eine Energieversorgung, 68 ist ein Widerstand zur Messung eines Stroms und 69 ist ein Oszilloskop zur Überwachung des Stroms.
Schritt-K
Nachfolgend wurde eine Beschichtungsschicht gebildet. Der Aufbau der Behandlungsvorrichtung ist in 16 gezeigt. Ein Bilderzeugungsgerät 71 ist über eine Evakuierungsröhre 72 mit einer Vakuumkammer 73 verbunden. Die Vakuumkammer 73 wird durch eine Evakuierungseinrichtung 74 evakuiert und die Atmosphäre darin wird durch einen Druckmesser 75 und ein Quadrupel-Massenspektrometer (Q-Masse) 76 erfasst. Mit der Vakuumkammer 73 sind zwei Gaseinführungssysteme verbunden, von denen eines zur Einführung eines Aktivierungsmaterials und das andere zur Einführung eines Material (Ätzgas) zum Ätzen des aktivierenden Materials verwendet wird. In diesem Beispiel wurde das Ätzgaseinführungssystem nicht verwendet.
Das Aktivierungsmaterialeinführungssystem ist über eine Gaseinführungseinheit 77 mit einem Solenoidventil und einer Massenflusssteuereinrichtung mit einer Materialquelle 78 verbun den. In diesem Beispiel war die Materialquelle 78 durch Füllen von W(CO)₆ in eine Ampulle und dann Verdampfen davon vorbereitet.
Die Gaseinführungseinheit 77 wurde zur Einführung von W(CO)₆ in die Tafel (Umhüllung) gesteuert und der Druck in der Umhüllung wurde auf 1,3 × 10^–4 Pa angepasst, gefolgt von einem Anlegen von Rechteckpulsen von 18 V. Die Pulsbreite und das Intervall wurde auf 3 msec. bzw. 10 msec. eingestellt.
Die Aktivierungsbehandlung wurde auf einer Reihe-für-Reihe-Basis durchgeführt. Rechteckpulse mit einem Spitzenwert Vact = 18 V wurden an jeden der mit einer Reihe von Vorrichtungen verbundenen X-Richtungsdrähte angelegt und alle Y-Richtungsdrähte wurden mit der gemeinsamen Elektrode verbunden, wie im vorstehenden Schritt-J.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der durch eine Reihe fließende Vorrichtungsstrom If angestiegen ist, dass If > 200 mA (2 mA pro Vorrichtung) erfüllt ist, wurde die Aktivierungsbehandlung für diese Reihe beendet, gefolgt von einer Behandlung einer nächsten Reihe. Somit wurde die Aktivierungsbehandlung ebenso wiederholt, bis zur letzten Reihe.
Schritt-L
Bei Beendigung der Aktivierungsbehandlung für alle Reihen war das Ventil der Gaseinführungseinheit geschlossen, um ein Einführen von W(CO)₆ anzuhalten, und die Glasumhüllung wurde dann fortwährend während 5 Stunden evakuiert, während die Umhüllung in ihrer Gesamtheit auf ungefähr 200°C erhitzt wurde. Danach wurden die elektronenemittierenden Vorrichtungen auf eine einfache Matrixweise angesteuert, um Elektronen zu emittieren, was die fluoreszierende Schicht veranlasst, Fluoreszenz von ihrer gesamten Oberfläche zu erzeugen, um zu bestätigen, dass die Tafel normal funktionierte. Nach der Bestätigung wurde die gesamte Evakuierungsröhre erhitzt und geschmolzen, um hermetisch versiegelt zu sein. Dann wurde der in der Tafel angeordnete (nicht gezeigte) Getter durch Hochfrequenzheizen plattiert.
In dem so vervollständigten Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wurden Elektronen durch Anlegen des Abtastsignals und des Modulationssignals an die elektronenemittierenden Vorrichtungen von der jeweiligen (nicht gezeigten) Signalerzeugungseinrichtung über die sich außerhalb der Umhüllung erstreckenden Anschlüsse Dx1 bis Dxm und Dy1 bis Dyn emittiert. Die Elektronenstrahlen wurden durch Anlegen einer Hochspannung von 5,0 kV an die Metallrückseite 35 über den Hochspannungsanschluss Hv beschleunigt, was ein Auftreffen der beschleunigte Elektronen auf der fluoreszierenden Schicht 34 verursacht, die erregt wurde, Fluoreszenz zur Bildung eines Bilds zu erzeugen. Als ein Ergebnis einer fortwährenden Ansteuerung der Tafel für 100 h in einem vollflächig erleuchteten Zustand, wurde der Zustand einer Anzeige eines guten Bilds während des Zeitraums beibehalten.
17 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für eine Anzeigevorrichtung, in der das Bilderzeugungsgerät (Anzeigetafel) gemäß Beispiel 12 angeordnet ist, um von zahlreichen Bildinformationsquellen einschließlich beispielsweise Fernsehsendung zugeführte Bildinformationen anzeigen zu können. In 17 ist mit 91 eine Anzeigetafel bezeichnet, 92 ist eine Ansteuereinrichtung für die Anzeigetafel, 93 ist eine Anzeigesteuereinrichtung, 94 ist ein Multiplexer, 95 ist ein Decoder, 96 ist eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle, 97 ist eine CPU, 98 ist eine Bilderzeugungseinrichtung, 99, 100 und 101 sind Bildspeichereinrichtungsschnittstellen, 102 ist eine Bildeingabeschnittstelle, 103 und 104 sind Fernsehsignalempfänger und 105 ist eine Eingabeeinheit. (Wenn die vorliegende Anzeigevorrich tung ein Signal empfängt, z. B. ein Fernsehsignal, einschließlich sowohl Videoinformationen als auch Sprachinformationen, zeigt die Vorrichtung natürlich ein Bild an und gibt die Sprache simultan wieder. Jedoch werden Schaltungen, ein Lautsprecher, eine Verarbeitung, eine Speicherung, usw. von Sprachinformationen, die nicht in direkter Beziehung zu den Merkmalen der vorliegenden Erfindung stehen, hier nicht beschrieben.) Funktionen der vorstehenden Teile werden nachstehend entlang einem Fluss von Bildsignalen beschrieben.
Zuerst ist der Fernsehsignalempfänger 104 eine Schaltung zum Empfangen eines beispielsweise über ein drahtloses Übertragungsysystem in der Form elektrischer Wellen oder räumlicher optischer Kommunikation übertragenen Fernsehbildsignals. Eine Art des zu empfangenden Fernsehsignals ist nicht auf ein besonderes beschränkt, sondern kann beispielsweise irgendeine Art der NTSC-, PAL- und SECAM-Standards sein. Eine andere Art Fernsehsignal (z. B. ein sogenanntes Hochqualitäts-Fernsehsignal einschließlich der MUSE-Standard-Typs) mit der größeren Anzahl von Abtastzeilen als die vorstehenden Arten ist eine Signalquelle, die passt, den Vorteil der Anzeigetafel zu nutzen, die für eine Vergrößerung der Bildschirmgröße und der Anzahl von Bildelementen geeignet ist. Das durch den Fernsehsignalempfänger 104 empfangene Fernsehsignal wird an den Decoder 95 ausgegeben.
Dann ist der Fernsehsignalempfänger 103 eine Schaltung zum Empfang eines über ein drahtgebundenes Übertragungssystem in der Form von Koaxialkabeln oder optischen Fasern übertragenen Fernsehbildsignals. Wie bei dem Fernsehsignalempfänger 104 ist ein durch den Fernsehsignalempfänger 103 zu empfangendes Fernsehsignal nicht auf ein bestimmtes beschränkt. Das durch den Empfänger 103 empfangene Fernsehsignal wird auch an den Decoder 95 ausgegeben.
Die Bildeingabeschnittstelle 102 ist eine Schaltung zum Aufnehmen eines von einer Bildeingabeeinheit, wie beispielsweise einer Fernsehkamera oder einer Bildleseabtasteinrichtung zugeführten Bildsignals. Das durch die Schnittstelle 102 aufgenommene Bildsignal wird an den Decoder 95 ausgegeben.
Die Bildspeichereinrichtungsschnittstelle 101 ist eine Schaltung zum Aufnehmen eines in einer Video(band)aufzeichnungseinrichtung (im folgenden als VTR abgekürzt) gespeicherten Bildsignals. Das durch die Schnittstelle 101 aufgenommene Bildsignal wird an den Decoder 95 ausgegeben.
Die Bildspeichereinrichtungsschnittstelle 100 ist eine Schaltung zum Aufnehmen eines auf einer Videoplatte gespeicherten Bildsignals. Das durch die Schnittstelle 100 aufgenommene Bildsignal wird an den Decoder 95 ausgegeben.
Die Bildspeichereinrichtungsschnittstelle 99 ist eine Schaltung zum Aufnehmen eines Bildsignals von einer Standbilddaten speichernden Einrichtung, wie einer sogenannten Standbildplatte. Das durch die Schnittstelle 99 aufgenommene Bildsignal wird an den Decoder 95 ausgegeben.
Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 96 ist eine Schaltung zum Verbinden der Anzeigevorrichtung mit einem externen Computer oder Computernetzwerk oder einer Ausgabeeinrichtung, wie beispielsweise einem Drucker. Es ist möglich, nicht nur eine Eingabe/Ausgabe von Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen durchzuführen, sondern in einigen Fällen auch eine Eingabe/Ausgabe eines Steuersignals und von Zahlendaten zwischen der CPU 97 in der Anzeigevorrichtung und der Außenseite durchzuführen.
Die Bilderzeugungseinrichtung 98 ist eine Schaltung zur Erzeugung von Anzeigebilddaten auf der Grundlage von von der Außenseite über die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 96 eingegebenen Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen oder von der CPU 97 ausgegebenen Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen. In der Bilderzeugungseinrichtung 98 sind beispielsweise eine wiederbeschreibbare Speichereinrichtung zur Speicherung von Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen, eine Nur-Lese-Speichereinrichtung zur Speicherung von Bildmustern entsprechend Zeichencodes, eine Verarbeitungseinrichtung zur Bildverarbeitung und andere zur Bilderzeugung erforderliche Schaltungen enthalten.
Die durch die Bilderzeugungseinrichtung 98 erzeugten Anzeigebilddaten werden gewöhnlich an den Decoder 95 ausgegeben, aber sie können in einigen Fällen auch über die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 96 an ein externes Computernetzwerk oder einen Drucker ausgegeben werden.
Die CPU 97 führt hauptsächlich eine Funktionssteuerung der Anzeigevorrichtung und Aufgaben betreffend einer Erzeugung, Auswahl und Editierung eines Anzeigebilds aus.
Beispielsweise gibt die CPU 97 ein Steuersignal zur Auswahl eines oder Kombination eines der anzuzeigenden Bildsignale auf der Anzeigetafel, wie gewünscht, an den Multiplexer 94 aus. In dieser Verbindung gibt die CPU 97 auch ein Steuersignal abhängig vom anzuzeigenden Bildsignal an die Anzeigetafelsteuereinrichtung 72 aus, wodurch die Funktion der Anzeigevorrichtung ausgedrückt durch die Bildanzeigefrequenz, Abtastbetriebsart (z. B. Zeilensprung oder Nicht-Zeilensprung), die Anzahl von Abtastzeilen pro Bild, usw. richtig gesteuert wird.
Weiterhin gibt die CPU 97 Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen direkt an die Bilderzeugungseinrichtung 98 aus oder greift über die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 96 zur Eingabe von Bilddaten und Zeichen/Zeichnungsinformationen auf einen externen Computer oder eine Speichereinrichtung zu. Es ist selbstverständlich, dass die CPU 97 in Bezug auf alle geeigneten Aufgaben für andere Zwecke als die vorstehenden verwendet werden kann. Beispielsweise kann die CPU 97 direkt in Beziehung zu Funktionen eines Erzeugens oder Verarbeitens von Informationen wie mit einem Personalcomputer oder einer Textverarbeitungseinrichtung stehen. Alternativ kann die CPU 97, wie vorstehend erwähnt, über die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 96 mit einem externen Computernetzwerk verbunden sein, um numerische Berechnungen und anderen Aufgaben in Zusammenwirkung mit externer Ausrüstung auszuführen.
Die Eingabeeinheit 105 wird verwendet, wenn ein Benutzer Befehle, Programme, Daten, usw. an die CPU 97 eingibt und kann irgendeine von zahlreichen Eingabeausrüstungen, wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, ein Joystick, ein Barcodeleser und eine Spracherkennungsvorrichtung sein.
Der Decoder 95 ist eine Schaltung zur Rückumwandlung von von den Schaltungen 98 bis 104 eingegebenen zahlreichen Bildsignalen in Signale für drei Primärfarben oder ein Leuchtdichtesignal, ein I-Signal und ein Q-Signal. Wie durch gepunktete Linien in der Zeichnung angezeigt, enthält der Decoder 95 bevorzugt eine Bildspeichereinrichtung in sich. Dies ist daher, dass der Decoder 95 beispielsweise auch diese Fernsehsignale einschließlich des MUSE-Standard-Typs handhabt, die eine Bildspeichereinrichtung zur Rückumwandlung erfordern. Weiterhin bringt das Vorsehen der Bildspeichereinrichtung einen Vorteil eines Ermöglichens einer einfachen Anzeige eines Standbilds mit sich oder einer einfachen Durchführung einer Bildverarbeitung und Editierung, wie beispielsweise eines Ausdünnens, einer Interpolation, einer Vergrößerung, einer Verkleinerung und einer Synthese von Bildern in Zusammenarbeit mit der Bilderzeugungseinrichtung 98 und der CPU 97.
Der Multiplexer 94 wählt ein Anzeigebild entsprechend dem von der CPU 97 eingegebenen Steuersignal, wie gewünscht, aus. Mit anderen Worten, der Multiplexer 94 wählt ein gewünschtes der vom Decoder 95 eingegebenen rückumgewandelten Bildsignale aus und gibt es an die Ansteuereinrichtung 92 aus. In diese Verbindung können durch schaltendes Auswählen von zwei oder mehr der Bildsignale in einer Anzeigezeit für ein Bild auch verschiedene Bilder in einer Vielzahl jeweiliger durch Aufteilung eines Bildschirms definierter Bereiche wie bei dem sogenannten Mehrbildschirmfernsehen angezeigt werden.
Die Anzeigetafelsteuereinrichtung 93 ist eine Schaltung zur Steuerung der Funktion der Ansteuereinrichtung 92 entsprechend einem von der CPU 97 eingegebenen Steuersignal.
Als eine Funktion in Bezug zu der Basisfunktion der Anzeigetafel gibt die Steuereinrichtung 93 an die Ansteuereinrichtung 92 ein Signal zur Steuerung von beispielsweise der Funktionsabfolge einer (nicht gezeigten) Energieversorgung zur Ansteuerung der Anzeigetafel aus. Auch gibt die Steuereinrichtung als eine Funktion in Bezug zu einem Verfahren einer Ansteuerung der Anzeigetafel an die Ansteuereinrichtung 92 Signale beispielsweise zur Steuerung einer Bildanzeigefrequenz und einer Abtastbetriebsart (z. B. Zeilensprung oder Nicht-Zeilensprung).
Abhängig von den Fällen kann die Anzeigetafelsteuereinrichtung 93 an die Ansteuereinrichtung 92 Steuersignale zur Anpassung der Bildqualität ausgedrückt durch Leuchtdichte, Kontrast, Tönung und Schärfe des Anzeigebilds ausgeben.
Die Ansteuereinrichtung 92 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines an die Anzeigetafel 91 angelegten Ansteuersignals. Die Ansteuereinrichtung 92 wird entsprechend dem von dem Multiplexer 94 eingegebenen Bildsignal und dem von der Anzeigetafelsteuereinrichtung 93 eingegebenen Steuersignal betätigt.
Mit den zahlreichen wie in 17 gezeigt angeordneten Komponenten und den Funktionen wie vorstehend beschrieben, kann die Anzeigevorrichtung von einer Vielzahl von Bildinformationsquellen eingegebene Bildinformationen auf der Anzeigetafel 91 anzeigen. Genauer, zahlreiche Bildsignale einschließlich des Fernsehsendesignals werden durch den Decoder 95 rückwärtsgewandelt und zumindest eines davon wird durch den Multiplexer 94 auf Anforderung ausgewählt und dann in die Ansteuereinrichtung 92 eingegeben. Andererseits erteilt die Anzeigesteuereinrichtung 93 ein Steuersignal zur Steuerung der Funktion der Ansteuereinrichtung 92 entsprechend dem anzuzeigenden Bildsignal. Die Ansteuereinrichtung 92 legt ein Ansteuersignal entsprechend sowohl dem Bildsignal als auch dem Steuersignal an die Anzeigetafel 91 an. Dadurch wird ein Bild auf der Anzeigetafel 91 angezeigt. Eine Reihe von vorstehend erwähnten Funktionen wird unter Überwachung der CPU 97 gesteuert.
Zusätzlich zur einfachen Anzeige der aus einer Vielzahl von Punkten mit der Hilfe der in dem Decoder 95 eingebauten Bildspeichereinrichtung, der Bilderzeugungseinrichtung 98 und der CPU 97 ausgewählten Bildinformationen kann die vorliegende Anzeigevorrichtung auf die anzuzeigenden Bildinformationen auch nicht nur eine Bildverarbeitung, wie beispielsweise eine Vergrößerung, Verkleinerung, Drehung, Bewegung, Kantenhervorhebung, Ausdünnung, Interpolation, Farbumwandlung und Wandlung des Bildseitenverhältnisses, sondern auch eine Bildeditierung, wie beispielsweise Synthese, Löschen, Koppeln, Ersetzen und Einsetzen durchführen. Obwohl es in der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels nicht besonders bestimmt ist, kann auch eine Schaltung ausgebildet sein, die zur Verarbeitung und Editierung von Sprachinformationen bestimmt ist, ebenso wie die vorstehend erwähnten Schaltungen zur Bildverarbeitung und Editierung.
Demgemäss kann auch eine einzelne Einheit der vorliegenden Anzeigevorrichtung Funktionen einer Anzeige für Fernsehen, einen Anschluss für Fernsehkonferenzen, einen Bildeditor zur Handhabung von Stand- und Bewegtbildern, einen Computeranschluss, einen Büroautomationsanschluss einschließlich einer Textverarbeitungseinrichtung, eine Spielmaschine usw. haben; daher kann es in sehr breiten industriellen und häuslichen Feldern angewendet werden.
Es ist unnötig, zu sagen, dass 17 nur ein Beispiel für den Aufbau der Anzeigevorrichtung unter Verwendung der Anzeigetafel zeigt, in der die Elektronenquelle oberflächenleitende elektronenemittierende Elemente umfasst und die vorliegende Erfindung nicht auf das veranschaulichte Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann auf diese Schaltungen der in 17 gezeigten Komponenten, die für den Verwendungszweck nicht notwendig sind, verzichtet werden. Im Gegensatz dazu können abhängig vom Verwendungszweck andere Komponenten hinzugefügt werden. Wenn die vorliegende Anzeigevorrichtung als ein Fernsehtelephon verwendet wird, ist es bevorzugt, als zusätzliche Komponenten eine Fernsehkamera, ein Audiomikrophon, eine Beleuchtungseinrichtung und eine Sende/Empfangsschaltung einschließlich eines Modems auszubilden.
[Beispiel 13]
Dieses Beispiel betrifft eine Elektronenquelle von Kettenverdrahtungstyp und ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle. Die 18A bis 18C zeigen schematisch einen Teil der folgenden Schritte. Der Herstellungsvorgang der Elektronenquelle und das Bilderzeugungsgerät gemäß diesem Beispiel wird nachstehend beschrieben. Die Elektronenquelle wird durch Anordnung der elektronenemittierenden Vorrichtungen in der Anzahl 100 × 100 hergestellt.
Schritt-A
Eine 0,5 μm dicke Siliziumoxidschicht wurde auf einem gereinigten Natronkalkglas durch Kathodenzerstäubung gebildet, um die Elektronenquellenbasisplatte 21 vorzubereiten. Ein Photoresist (RD-2000N-41 von Hitachi Chemical Co., Ltd.) wurde auf der Basisplatte 21 gebildet und mit Muster versehen, um Öffnungen entsprechend der Form gemeinsamer Drähte, die sich als Vorrichtungselektroden verdoppeln, zu haben. Eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 100 nm dicke Ni-Schicht wurden dann darauf in dieser Reihenfolge durch Vakuumdampfaufbringung aufgebracht. Das Photoresistmuster wurde durch ein organisches Lösungsmittel gelöst, um die aufgebrachten Ni/Ti-Schichten durch Abheben übrig zu lassen, wodurch gemeinsame Drähte 81 gebildet werden, die sich als Vorrichtungselektroden verdoppeln. Der Abstand L zwischen den Vorrichtungselektroden wurde auf L = 3 μm gesetzt.
Schritt-B
Eine 300 nm dicke Cr-Schicht wurde durch Vakuumdampfaufbringung auf die Basisplatte 1 aufgebracht und Öffnungen 82 wurden entsprechend dem Muster einer elektrisch leitfähigen Dünnschicht durch den gewöhnlichen Photolithographievorgang definiert. Eine Cr-Maske 83 wurde dadurch gebildet.
Dann wurde eine Paladium(Pd)aminkomplexlösung (ccp-4230 von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) auf die Basisplatte unter Drehung durch Verwendung einer Scheibe beschichtet, gefolgt von einem Heizen zur Kalzinierung in Luft bei 300°C für 12 Minuten. Die so gebildete Schicht war eine elektrisch leitfähige Feinpartikel-Scicht, die PdO als Hauptbestandteil enthält und eine Dicke von ungefähr 7 nm besitzt.
Schritt-C
Die Cr-Maske wurde durch Nassätzen entfernt. Die PdO-Feinpartikel-Schicht wurde durch Abheben mit Muster versehen, um die elektrisch leitfähige Dünnschicht 4 in der gewünschten Form zu bilden. Die elektrisch leitfähige Schicht 4 hatte einen Widerstandswert R_s von 2 × 10⁴ Ω/⧠.
Schritt-D
Als nächstes wurde die Basisplatte in der in 5 gezeigten Vakuumbehandlungsvorrichtung angeordnet, in der die Formungsbehandlung auf einer Reihe-für-Reihe-Basis durchgeführt wurde. Die Art der Formungsbehandlung wurde folgend der in Beispiel 1 verwendeten gesetzt. Zum Zeitpunkt, zu dem der Widerstandswert jeder Reihe 100 kΩ überschritt, wurde die Formungsbehandlung für diese Reihe beendet, gefolgt von einer Behandlung einer nächsten Reihe.
Schritt-E
Die Grundplatte wurde in dieselbe Beschichtungslösung, wie in Beispiel 11 verwendet, getaucht und Rechteckpulse von 10 V wurden zwischen den Drähten auf den positiven und negativen Elektrodenseiten angelegt. Die Plattierung wurde auf einer Zeile-für-Zeile-Basis durchgeführt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der durch jede Vorrichtung fließende Strom 5 mA erreichte, war die Beschichtung für diese Zeile beendet, gefolgt von einer Beschichtung einer nächsten Zeile. Bei dieser Behandlung wurde die Spannung durch Setzen der Polaritäten entgegengesetzt zu den gegenwärtig für einen Emission von Elektronen eingestellten angelegt. Als ein Ergebnis wurde eine Beschichtungsschicht aus einer W-Ni-Legierung auf der negativen Elektrodenseite bei der Beschichtung, d. h. der positiven Elektrodenseite bei der gegenwärtigen Ansteuerung gebildet.
Schritt-F
Eine Anzeigetafel wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 12 hergestellt. Da jedoch die Anzeigetafel gemäß diesem Beispiel eine Gitterelektrode besitzt, ist ihr Aufbau etwas verschieden von dem in Beispiel 12. Die Elektronenquellenbasisplatte 21, die Rückplatte 31, die Frontplatte 36 und eine Gitterelektrode 84 wurden bereitgestellt, wie in 19 gezeigt, wobei die Anschlüsse 86 und Gitteranschlüsse 87 verbunden sind, um sich auswärts der Umhüllung zu erstrecken. Übrigens ist 85 eine Öffnung für ein Durchlassen von Elektronen.
Als ein Ergebnis einer fortwährenden Ansteuerung des Bilderzeugungsgeräts (Anzeigetafeln) gemäß den Beispielen 12 und 13 für 100 Stunden in einem vollflächig erleuchteten Zustand, wurde eine stabile Leistung in der Funktion irgendeiner Tafel beibehalten.
Wie vorstehend vollständig beschrieben, wird in den elektronenemittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, der Elektronenquelle unter Verwendung der elektronenemittierenden Vorrichtungen und dem Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle eine Verschlechterung der Kennlinien der Elektronenemission über eine Langzeitansteuerung unterdrückt und daher werden stabile Kennlinien der Elektronenemission und stabile Anzeigefunktionen von Bildern erreicht.

Claims

Elektronenemittierende Vorrichtung mit einem Paar von Elektroden (2, 3); und einer zwischen dem Paar von Elektroden angeordneten und diese verbindenden elektrisch leitfähigen Schicht (4), wobei die elektrisch leitfähige Schicht einen elektronenemittierenden Bereich (5) einschließlich eine Ritze besitzt, wobei die elektronenemittierende Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine in der Ritze angeordnete Beschichtungsschicht (6), die mit der elektrisch leitfähigen Schicht (4) verbunden ist und innerhalb der Ritze einen Spalt niedriger als und entlang der Ritze bildet, wobei die Beschichtungsschicht hauptsächlich aus einem Material ist, dessen Schmelzpunkt höher als der Schmelzpunkt der elektrisch leitfähigen Schicht ist, oder aus einem Material, das einen Dampfdruck von 1,3 × 10^–3 Pa entwickelt, bei einer höheren Temperatur als das Material der elektrisch leitfähigen Schicht, wobei das Material der Beschichtungsschicht Metall oder Metalloxid ist, auf einem Substrat (1).
Elektronenemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungsschicht an einem Ende der elektrisch leitfähigen Schicht, gegenüber der Ritze angeordnet ist.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Beschichtungsschicht auch am anderen Ende der elektrisch leitfähigen Schicht, gegenüber der Ritze angeordnet ist.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Mischung von Metallen ausgewählt aus den zu den Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa und VIIIa der Periodentabelle ausgewählten Metallelementen oder ein Oxid eines derartigen Metalls ist.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Material ein aus Mo, Hf, W und Ni ausgewähltes Metall oder ein Oxid davon ist.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungsschicht aus feinen Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von nicht weniger als 30 nm gebildet ist.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektronenemittierende Vorrichtung eine oberflächenleitende elektronenemittierende Vorrichtung ist.
Elektronenquelle mit einer Vielzahl von auf einer Basisplatte (21) feldförmig angeordneten elektronenemittierenden Vorrichtungen (24), wobei jede der elektronenemittierenden Vorrichtungen (24) eine elektronenemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Elektronenquelle nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in Reihen angeordnet ist und elektrisch durch eine Kettenverdrahtung (26; 81) untereinander verbunden sind.
Elektronenquelle nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in Reihe und Spalten angeordnet und elektrisch durch eine Matrixverdrah tung (22, 23) untereinander verbunden sind.
Bilderzeugungsgerät mit: einem Bilderzeugungselement (36); und einer Elektronenquelle (21–24) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 11, wobei das Bilderzeugungselement (36) eine gegenüber der Elektronenquelle angeordnete fluoreszierende Schicht (34) besitzt.
Elektronenemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10 oder Bilderzeugungsgerät nach einem der Ansprüche 11 oder 12, und eine Spannungsquelle (11), die angeordnet ist, mit der oder jeder der elektronenemittierenden Vorrichtungen verbunden zu werden, so dass ein höheres Potential an die Elektrode (2) oder eine dieser Elektroden des Paars von Elektroden (2, 3) angelegt werden soll, mit der ein Teil der elektrisch leitfähigen Schicht (4) mit der an ihrem Ende gegenüber der Ritze angeordneten Beschichtungsschicht (6) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung der elektronenemittierenden Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Schritt eines Ausbildens des Paars von Elektroden und der zwischen dem Paar von Elektroden angeordneten und sie verbindenden elektrisch leitfähigen Schicht (4) auf dem Substrat (1), wobei die elektrisch leitfähige Schicht den elektronenemittierenden Bereich (5) einschließlich der Ritze besitzt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch einen Schritt eines Aufbringens eines Metalls oder einer Metallverbindung, um die in der Ritze angeordnete Beschichtungsschicht (6) herzustellen, wobei die Beschichtungs schicht mit der elektrisch leitfähigen Schicht (4) verbunden ist und innerhalb der Ritze einen Spalt niedriger als und entlang der Ritze bildet, während eine Spannung an die elektrisch leitfähige Schicht (4) angelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Metall durch Anlegen der Spannung an die elektrisch leitfähige Schicht in einem Beschichtungsbad aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Metall durch Anlegen der Spannung an die elektrisch leitfähige Schicht in einer Atmosphäre einschließlich einer das Metall enthaltenden Metallverbindung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Atmosphäre auch Wasserstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Metallverbindung eine Verbindung eines aus den Elementen gehörig zu den Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa und VIIIa der Periodentabelle ausgewählten Metallelements ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Metallverbindung ein Halogen ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Halogen ein Fluorid ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Fluorid ein Wolframhexafluorid WF₆ ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Metallverbindung eine Karbonylverbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Karbonylverbindung W(CO)₆ oder Mo(CO)₆ ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Metallverbindung eine Enylkomplexverbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Enylkomplexverbindung W (C₅H₅)₂H₂ oder Hf (C₅H₅)₂H₂ ist.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von auf einer Basisplatte feldförmig angeordneten elektronenemittierenden Vorrichtungen mit den Schritten eines Herstellens jeder der elektronenemittierenden Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 14 bis 25.
Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts mit einer Elektronenquelle, die eine Vielzahl von auf einer Basisplatte feldförmigangeordneten elektronenemittierenden Vorrichtungen und ein Bilderzeugungselement umfasst, einschließlich eines Herstellens der Elektronenquelle durch das Verfahren gemäß Anspruch 26 und Bereitstellen der Elektronenquelle mit dem Bilderzeugungselement.