DE69607990T2

DE69607990T2 - Bilderzeugungsgerät hergestellt unter Verwendung einer elektrisch leitfähigen Fritte

Info

Publication number: DE69607990T2
Application number: DE69607990T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kawate; Kazuhiro Ohki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-06
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH08241049A; DE69607990D1; US5770918A; JP3624041B2; CN1143051A; EP0721195B1; EP0721195A1; CN1060747C

Description

Die Erfindung betrifft einen Bilderzeugungsapparat beziehungsweise -gerät, der beziehungsweise das dadurch realisiert ist, daß ein spezifischer Typ einer Elektronen leitenden Glasmasse beziehungsweise Fritte (in der Form eines pulverförmigen, pastenartigen oder gebrannten Materials) verwendet wird.
Ein Bilderzeugungsapparat, der Elektronen verwendet, umfaßt typischerweise einen Mantel zum Aufrechterhalten einer Vakuumbedingung innerhalb desselben, eine Elektronenquelle zum Emittieren von Elektronen, eine Steuerschaltung für die Elektronenquelle, einen Bilderzeugungsteil mit fluoreszierenden Körpern beziehungsweise Teilen, die im Falle des Auftreffens von Elektronen fluoreszieren, eine Beschleunigungselektrode zum Beschleunigen der Bewegung der Elektronen in Richtung auf das Bilderzeugungsteil, eine Hochspannungsquelle für die Beschleunigungselektrode und andere Bestandteile.
Ein Bilderzeugungsapparat vom flachen Typ, der eine sehr flache Hülle beziehungsweise Mantel umfaßt, kann mit Abstandshaltern versehen sein, damit er dem Atmosphärendruck Widerstand leisten kann. (vergleiche unter anderem die Japanische Offenlegungsschrift Nummer 2-299136.)
Nachfolgend werden Elektronen emittierende Vorrichtungen beschrieben, die für die Elektronenquelle eines Bilderzeugungsapparates verwendet werden.
Bislang sind zwei Typen von Elektronen emittierenden Vorrichtungen bekannt; die Vorrichtung vom thermo-ionische Elektronen emittierenden Typ und die Vorrichtung vom Elektronen emittierenden Typ mit kalter Kathode. Von diesen beiden bezieht sich der Emissionstyp mit kalter Kathode auf Vorrichtungen, die diejenigen vom Feldemissionstyp (nachfolgend abgekürzt als FE-Typ) beinhalten, Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Metallisolierende Schicht/Metall- Typ (nachfolgend als MIM-Typ abgekürzt) und Elektronen emittierende Vorrich tungen vom Oberflächenleitungstyp. Beispiele für Vorrichtungen vom FE-Typ beinhalten diejenigen, die von 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, 5284 (1976), vorgeschlagen wurden.
Beispiele für MIM-Vorrichtungen sind in Veröffentlichungen offenbart, die C. A. Mead "The tunnel-emission amplifler", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) einschließen.
Beispiele für Elektronen emittierende Vorrichtungen mit Oberflächenleitung beinhalten diejenige, die von M. I. Elison, Radio Eng. Electron Phys., 10 (1965) vorgeschlagen wurde.
Eine Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp wird dadurch realisiert, daß man das Phänomen verwendet, daß Elektronen von einem auf einem Substrat gebildeten, kleinen Dünnfilm emittiert werden, wenn ein elektrischer Strom dazu veranlaßt wird, parallel zu der Filmoberfläche zu fließen.
Während Elinson die Verwendung von SnO&sub2;-Dünnfilmen für eine Vorrichtung von diesem Typ vorschlägt, wird in G. Dittmer "Thin Solid Films", 9, 317 (1972) die Verwendung von Au-Dünnfilmen vorgeschlagen, wohingegen die Verwendung von In&sub2;O&sub3;/SnO&sub2;-Dünnfilmen beziehungsweise diejenige von Kohlenstoff- Dünnfilmen in M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975) und in H. Araki et al., "Vacuum", Band 26, Nummer 1, Seite 22 (1983) diskutiert werden.
Fig. 13 der beigefügten Zeichnungen illustriert schematisch eine typische Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, die von M. Hartwell vorgeschlagen wurde. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 31 ein Substrat. Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Elektronen leitenden Dünnfilm, der normalerweise dadurch hergestellt wird, daß ein H-förmiger Metalloxid-Dünnfilm mittels Sputtern erzeugt wird, von dem ein Teil schließlich einen Elektronen emittierenden Bereich 35 ausmacht, wenn er einem Stromleitungsprozeß unterzogen wird, der nachfolgend unter dem Begriff "Energetisierung" beschrieben ist. Man beachte, daß der Elektronen emittierende Bereich 35 lediglich schematisch gezeigt ist, da es bislang keinerlei Erkenntnisse über seine Position oder sein Profil gibt.
Üblicherweise wird der Elektronen emittierende Bereich 35 in einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp hergestellt, indem man den Elektronen leitenden Dünnfilm 34 der Vorrichtung einem Prozeß der vorläufigen Stromleitung unterzieht, die als "Energetisierung" bezeichnet wird. Bei dem Energetisierungsprozeß wird eine Gleichstromspannung oder eine langsam ansteigende Gleichstromspannung, die typischerweise mit einer Rate von 1 V/min ansteigt, an entgegengesetzte Enden des Elektronen leitenden Dünnfilms 34 angelegt, um den Film teilweise zu zerstören, zu deformieren oder zu transformieren und einen Elektronen emittierenden Bereich 35 zu erzeugen, der einen elektrischen Hochwiderstand darstellt.
Daher ist der Elektronen emittierende Bereich 35 Teil des Elektronen leitenden Dünnfilms 34, der typischerweise eine oder mehrere Einkerbungen aufweist, so daß Elektronen davon emittiert werden. Man beachte, daß, wenn sie einem Energetisierungsprozeß unterzogen ist, die Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp in der Lage ist, Elektronen aus ihrem Elektronen emittierenden Bereich 35 zu emittieren, wann immer eine geeignete Spannung an den Elektronen leitenden Dünnfilm 34 angelegt wird, um einen elektrischen Strom durch die Vorrichtung laufen zu lassen.
Da die Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp eine besonders einfache Struktur aufweist und auf eine einfache Weise hergestellt werden kann, kann eine große Zahl derartiger Vorrichtungen vorteilhafterweise ohne Schwierigkeit auf einer großen Fläche angeordnet werden. Tatsächlich wurde eine Zahl von Studien unternommen, die dem Ziel dienten, diesen Vorteil von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp voll auszunutzen. Beispielsweise wurden verschiedene Typen von Bilderzeugungsapparaten vorgeschlagen, einen Bilderzeugungsapparat vom Flachtyp eingeschlossen.
In einem typischen Beispiel für eine Elektronenquelle, die eine große Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp umfasst, sind die Vorrichtungen in parallelen Reihen angeordnet und die positiven Elektroden (das heißt diejenigen an der Seite des höheren Potentials) und die negativen Elektroden (das heißt diejenigen an der Seite des niedrigeren Potentials) der Vorrichtungen jeder Reihe können mit den entsprechenden gemeinsamen Drähten verbunden sein. (Vergleiche zum Beispiel die Japanische Offenlegungsschrift Nummer 1-31332.)
Verschiedene Typen von Bilderzeugungsapparaten, die Bild-Anzeigevorrichtungen einschließen, können dadurch realisiert werden, daß eine Elektronenquelle, die eine große Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp umfaßt, und ein Bilderzeugungsteil miteinander kombiniert werden, das sichtbares Licht emittiert, wenn es von aus der Elektronenquelle stammenden Elektronen getroffen wird. (Vergleiche zum Beispiel US-Patent Nummer 5,066,883.) Da qualitativ hochwertige Bilderzeugungsapparate vom Emissionstyp mit einem großen Anzeigebildschirm relativ leicht hergestellt werden können, indem Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp verwendet werden, nimmt man von derartigen Apparaten an, daß sie in großem Umfange CRTs in der nahen Zukunft ersetzen werden.
Beispielsweise umfaßt ein Bilderzeugungsapparat, der in der Japanischen Offenlegungsschrift Nummer 2-257551 offenbart ist, eine Elektronenquelle, die von einer großen Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp gebildet ist, die in Reihen angeordnet sind, von denen jede ausgewählt werden kann, indem ein geeignetes Steuersignal an ein ausgewähltes Paar von Drähten angelegt wird, die parallel zu den Reihen der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp angeordnet sind (zeilenausgerichtete Drähte), und an einen Ausgewählten der Drähte (spaltenausgerichtete Drähte), die mit Steuerelektroden verbunden sind, die senkrecht zu den spaltenausgerichteten Drähten angeordnet sind und in einem Zwischenraum zwischen der Elektrodenquelle und einem fluoreszierenden Teil beziehungsweise Stück sich befinden.
Die europäische Patentanmeldung EP-A 0 690 472 offenbart einen Bilderzeugungsapparat von der Art, die in dem nachfolgenden Hauptanspruch, Anspruch 1, definiert ist. Wie dort offenbart, werden Abstandshalter mit der Stirn- beziehungsweise Frontplatte und/oder dem Substrat als Elektronenquelle mittels einer Elektronen leitenden Glasmasse beziehungsweise Fritte verbunden, bei der es sich um ein Glas handelt, das ein Elektronen leitendes Additiv wie etwa ein Metall enthält.
Es sind verschiedene Typen von Elektronen leitenden Glasmassen bekannt, die pulverförmige Mischungen von Metall und Glas beinhalten. Die Japanische Offenlegungsschrift Nummer 56-20240 offenbart ein Elektronen leitendes Material, bei dem es sich um eine pulverförmige Mischung von Silber und Glas handelt.
Jedoch wurde gefunden, daß übliche Typen von Elektronen leitenden Glasmassen und ein Bilderzeugungsapparat, der eine derartige Elektronen leitende Glasmasse verwendet, mit den folgenden Problemen verknüpft sind.
In einer Reihe von umfassenden Forschungsbemühungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Bilderzeugungsapparat bereitgestellt, wobei ein Typ einer Elektronen leitenden Glasmasse verwendet wurde, die durch Kombinieren eines pulverförmigen Metalls und eines pulverförmigen Glases mit einem niedrigen Schmelzpunkt hergestellt ist, wobei der Apparat wenigstens eine Stirn- beziehungsweise Frontplatte umfaßt, die ein fluoreszierendes Teil beziehungsweise Stück aufweist sowie eine Elektronen beschleunigende Elektrode, und ein Substrat als Elektronenquelle, das sich gegenüber der Frontplatte befindet und eine Elektronenquelle und Elektronen leitende Abstandshalter aufweist, die sich zwischen der Elektronen beschleunigenden Elektrode und der Elektronenquelle befinden. Im Ergebnis wurde gefunden, daß die Abstandshalter mechanisch befestigt und elektrisch mit der Elektronen beschleunigenden Elektrode und der Elektronenquelle verbunden werden können, jedoch in zufriedenstellender Weise lediglich dann, wenn die Vorgehensweise des mechanischen Befestigens und des elektrischen Verbindens der Abstandshalter mit der Elektronen beschleunigenden Elektrode und der Elektronenquelle in einer strikt kontrollierten Weise bei einem erhöhten Niveau an fachmännischen Fähigkeiten stattfindet.
Genauer gesagt bedeutet dies, daß, wenn das Verhältnis des pulverförmigen Glases relativ zu dem pulverförmigen Metall in der Elektronen leitenden Glasmasse erhöht wird, um ein zufriedenstellendes Niveau an mechanischer Festigkeit zum Absichern der Abstandshalter in ihrer Position zu erzielen, dies nicht dazu führt, daß ein zufriedenstellendes Niveau in Bezug auf die elektrische Verbindbarkeit erzielt wird, so daß die Abstandshalter elektrisch so geladen werden, daß das zwischen ihnen existierende elektrische Feld modifiziert wird und die Bahnkurven der Elektroden nach einer langen Verwendungszeit zum Anzeigen von Bildern versetzt werden. Dann können folgerichtig die fluoreszierenden Stücke beziehungsweise Teile ihre Position sowie die Konturen ihrer fluoreszierenden Flecken verändern. Wenn im Gegensatz dazu das Verhältnis des pulverförmigen Metalls relativ zu dem pulverförmigen Glas in der Elektronen leitenden Glasmasse erhöht wird, um ein zufriedenstellendes Niveau an elektrischer Verbindbarkeit sicherzustellen, wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Elektronen leitenden Glasmasse erhöht und konsequenterweise wird ein großer Unterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Abstandshalter auf der Grundla ge von Glas und demjenigen der Elektronen leitenden Glasmasse erzeugt, was besonders in Bereichen bemerkbar wird, wo sie zusammengefügt werden, was zu beschädigten Abstandshaltern und anderen Komponenten des Bilderzeugungsapparates führt. Das Gesamtergebnis war eine Hülle, die dem Atmosphärendruck nicht standhalten konnte.
Die Erfindung ist darauf ausgerichtet, einen Bilderzeugungsapparat bereitzustellen, bei dem Änderungen in den Positionen und den Konturen seiner fluoreszierenden Flecken in effektiver Weise minimiert sind.
Erfindungsgemäß wird ein Bilderzeugungsapparat bereitgestellt, der eine Stirn- beziehungsweise Frontplatte mit einem fluoreszierenden Teil beziehungsweise Stück umfaßt sowie eine Elektronen beschleunigende Elektrode, ein Substrat als Elektronenquelle, das sich gegenüber der Front- beziehungsweise Stirnplatte befindet, und eine Elektronenquelle und einen Elektronen leitenden Abstandshalter aufweist, der sich zwischen der Elektronen beschleunigenden Elektrode und der Elektronenquelle befindet, wobei der Elektronen leitende Abstandshalter elektrisch mit der Elektronen beschleunigenden Elektrode und/oder einem Draht der Elektronenquelle mittels einer Elektronen leitenden Glasmasse verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektronen leitende Glasmasse ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt und 3 bis 95 Gew.-% eines Füllmaterials aus feinen Glasteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 5 um und 50 um umfaßt, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind.
Die vorstehend identifizierten technologischen Probleme werden mit der genannten Anordnung gelöst.
Genauer gesagt beinhaltet erfindungsgemäß der Typ der Elektronen leitenden Glasmasse ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt und ein Füllmaterial aus feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind, was dem Erfordernis der Sicherstellung der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Verbindbarkeit Genüge tut. Mit einem derartigen Typ einer Elektronen leitenden Glasmasse trägt, wenn das Verhältnis der feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind, zu dem Glas erhöht wird, um ein ausreichendes Niveau an elektrischer Verbindbarkeit zu erzielen, lediglich das Metall auf der Oberfläche der Teilchen zu einem möglichen Ansteigen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases der Glasmasse bei, um einen beliebigen merklichen Anstieg in dem gesamten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Frit ten-Glasmasse zu unterbinden und eine ausreichende Festigkeit in Bindungsbereichen zu erhalten, verglichen mit dem Falle, wo der Anteil an pulverförmigem Metall erhöht wird. Zusammengefaßt erfüllt die Elektronen leitende Glasmasse, die erfindungsgemäß eingeschlossen ist, das Erfordernis des mechanischen Absicherns der Festigkeit und dasjenige einer elektrischen Verbindbarkeit in gleicher Weise. So ist ein Bilderzeugungsapparat gemäß der Erfindung frei von den vorstehend erwähnten Problemen der üblichen Bilderzeugungsapparate.
Da die bei der vorstehend genannten Bilderzeugungsvorrichtung verwendete Elektronen leitende Glasmasse ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt und ein Füllmaterial aus metallbeschichteten feinen Glasteilchen umfaßt, seien nachfolgend die folgenden beiden Dokumente erwähnt.
Das US-Patent Nummer 4,496,475 offenbart eine Elektronen leitende Glasmasse, die ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt umfaßt sowie ein Füllmaterial aus feinen Glasperlen, die an der Oberfläche mit Ag beschichtet sind; die Glasmasse enthält das Füllmaterial aus feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche mit Metall in einer Menge von 4 bis 16 Gew.-% beschichtet sind; der Gehalt an dem Füllmaterial aus feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind, beträgt wenigstens 3 bis 40 Gew.-%; das Füllmaterial aus feinen Glasteilchen ist Alkaliglas; das Füllmaterial aus feinen Glasteilchen besteht aus kugelförmigen beziehungsweise sphärischen Teilchen; die feinen Glasteilchen sind durch Metallplattierung beschichtet; ein Hilfsmittel aus einem Bindemittel und einem Lösungsmittel ist in der Elektronen leitenden Glasmasse miteingeschlossen, um sie pastenförmig auszugestalten; das Metall hat eine Schichtdicke von zwischen 0,1 um und die Elektronen leitende Glasmasse liegt in einem gebrannten Zustand vor. Die Glasmasse, die dort offenbart ist, hat eine Anwendung für die Herstellung von leitfähigen Filmen zur Verwendung als Endelemente von keramischen Widerständen und als Zwischenschichtplatten von mehrschichtigen Widerständen.
Das US-Patent Nummer 3,846,345 offenbart eine Elektronen leitende Glasmasse, die Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt umfaßt sowie ein Füllmaterial aus feinen Glasperlen, die an der Oberfläche mit Metall beschichtet sind, wobei das Glas einen niedrigen Schmelzpunkt und das Füllmaterial aus feinen Glasteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 44 um (325 mesh) aufweist. Die dort offenbarte Glasmasse hat eine Anwendung für die Herstellung von Widerstandsfilmen und leitfähigen Filmen zur Verwendung als Hybrid-IC-Widerstände und Leiter.
Figg. 1A und 1B zeigen eine schematische Ansicht von oben sowie eine Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Obenflächenleitungstyp.
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp in der stufenförmigen Ausprägung.
Figg. 3A bis 3C sind schematische Querschnittsansichten von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp in verschiedenen Stadien der Herstellung.
Figg. 4A und 4B sind graphische Darstellungen, die die Wellenformen der Spannung zeigen, die zur Energetisierung zum Zwecke der Erfindung verwendet werden können.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Ventilsystems zum Bestimmen der Elektronen emittierenden Leistung der Elektronen emittierenden Vorrichtung zum Zwecke der Erfindung.
Fig. 6 ist ein Graph, der die typische Elektronen emittierende Leistung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung zeigt.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht von oben einer Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Anordnung.
Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsapparates.
Figg. 9A und 9B sind zwei mögliche Anordnungen von fluoreszierenden Teilen beziehungsweise Stücken, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden können.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines Bilderzeugungsapparates, das ein schematisches Stromflußdiagramm einer Steuerschaltung zeigt, die zur Anzeige von Bildern gemäß NTSC-Fernsehsignalen verwendet werden kann.
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht von oben einer Elektronenquelle, die eine leiterartige Anordnung zeigt.
Fig. 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsapparates.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht von oben einer üblichen Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp.
Fig. 14 ist eine schematische Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsapparates.
Figg. 15A und 15B sind schematische Teil-Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsapparates.
Figg. 16A bis 16C sind schematische Teil-Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsapparates.
Figg. 17A bis 17C sind schematische Teil-Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsapparates.
Ein erfindungsgemäßer Bilderzeugungsapparat zeigt die vorstehend beschriebene Konfiguration.
Erfindungsgemäß eingeschlossene Elektronen leitende Glasmassen, umfassend ein Elektronen leitendes Füllmaterial aus feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind, zeigen nicht einen merklichen Anstieg des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wenn sie mit einem Elektronen leitenden Füllmaterial aus feinen Metallteilchen verglichen werden.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von granulierbaren Metallen wie etwa Ag, Al, Au, Fe, Cu, Ni oder Pb betragen im allgemeinen mehr als 120 · 10&supmin;&sup7;ºC&supmin; ¹, und sie betragen viel mehr als derjenige eines Füllmaterials aus feinen Glasteilchen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im allgemeinen kleiner als 90 · 10&supmin;&sup7;ºC&supmin;¹ ist. Deshalb steigt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glasmaterials mit dem Gehalt an partikulärem Metallfüllmaterial merklich an, wenn er mit einem Glasmaterial verglichen wird, das ein partikuläres beziehungsweise teilchenförmiges Glasfüllmaterial enthält. Angesichts dessen umfaßt die Elektronen leitende Glasmasse ein Elektronen leitendes Füllmaterial aus feinen Glasteilchen, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind, was erforderlich ist, um einen bestimmten Gehalt an elektrischer Leitfähigkeit zu erzielen, wohingegen das Glas mit einem relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Basisteil des Füllmaterials verwendet wird, so daß die Elektronen leitende Glasmasse nicht einen merklichen Anstieg im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigt, wenn der Gehalt an dem Füllmaterial erhöht wird.
Zum Zwecke der Erfindung handelt es sich bei dem Basisteil des Elektronen leitenden Füllmaterials der Elektronen leitenden Glasmasse beziehungsweise Fritte vorzugsweise um kugelförmige Teilchen aus Alkaliglas oder Silicium(IV)-oxid. Die kugelförmigen Basisteile zeigen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser, der im wesentlichen gleich demjenigen der kugelförmigen Glasteilchen ist, die mit dem Elektronen leitenden Füllmaterial gemischt sind und einen relativ niedrigen Schmelzpunkt zeigen. Vorzugsweise zeigen ihre Durchmesser keine große Abweichung vom Durchschnittswert. Der maximale Durchmesser der Basisteile beträgt vorzugsweise den gleichen Wert wie derjenige der kugelförmigen Glasteilchen, die mit ihnen gemischt sind. Wenn die Elektronen leitende Glasmasse auf kleine Objekte aufgebracht wird (mit einer Größe von weniger als 1 mm), so zeigen sie einen Durchmesser von weniger als der Hälfte dieser Größe.
Die erfindungsgemäß mit eingeschlossene Elektronen leitende Glasmasse kann dadurch hergestellt werden, daß ein Metallfilm auf der Oberfläche der Basisteile mittels Plattierung erzeugt wird. Eine darunterliegende Schicht kann verwendet werden, um eine gute Adhäsion zwischen dem Basisteil und der metallischen Oberflächenschicht sicherzustellen. Das für den metallischen Oberflächenfilm verwendete Metall ist typischerweise ausgewählt aus Cu, Cr, Ni, Au, Ag und Pt, wenn auch die Verwendung von Au, Ag oder Pt bevorzugt ist, da diese Metalle im wesentlichen frei von Oxidation sind. Die Filmdicke liegt zwischen 0,005 und 1 um, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,1 um. Wenn die Filmdicke 1 um überschreitet, steigt der Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Bestandteile an, so daß es zu einer Oberfläche mit Rissen kommt. Da das Metall lediglich auf der Oberfläche der Basisteile aufgebracht ist, kann das Füllmaterial zu merklich reduzierten Kosten bereitgestellt werden, wenn es mit der Verwendung eines Füllmaterials aus pulverförmigem Gold verglichen wird.
In der erfindungsgemäß mit eingeschlossenen Elektronen leitenden Glasmasse wird ein Elektronen leitendes Füllmaterial dem Glas mit dem niedrigen Schmelzpunkt in einem Ausmaß von 3 bis 95 Gew.-% hinzugefügt. Wenn das Verhältnis kleiner ist als 3%, verliert die Elektronen leitende Glasmasse vollkommen ihren spezifischen Volumen-Widerstand. Sie zeigt einen spezifischen Volumen-Wider stand zwischen 10&supmin;&sup5; und 10&sup4; Ω·cm und eine starke Haftung, relativ zu auf Alkaliglas.
Der Gehalt an Elektronen leitendem Füllmaterial beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 25 Gew.-%. Wenn der Gehalt innerhalb dieser Werte liegt, zeigt die Elektronen leitende Glasmasse einen stabilen spezifischen Volumen-Widerstand von zwischen 10&supmin;³ und 10¹&sup0; Ω·cm und eine stärkere Adhäsion, bezogen auf das Alkaliglas. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt oberhalb von 40 Gew.-% liegt, fällt der spezifische Volumen-Widerstand auf einen Wert irgendwo zwischen 10&supmin;&sup5; und 1 Ω·cm, und die Adhäsion beziehungsweise Haftung, bezogen auf das Alkaliglas, wird abgeschwächt. Zusammengefaßt steigt, wenn der Gehalt an Elektronen leitendem Füllmaterial niedrig ist, der elektrische Widerstand der Glasmasse an, jedoch nimmt die Haftung der Glasmasse, relativ zu Alkaliglas, zu. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn der Gehalt an Elektronen leitendem Füllmaterial hoch ist, der elektrische Widerstand der Glasmasse ab, jedoch schwindet auch die Haftung der Glasmasse, bezogen auf das Alkaliglas.
Im Falle der Bindung eines Materials, das einen von der Elektronen leitenden Glasmasse abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, können niedrig expansive keramische Füllmaterialien vorzugsweise in einem Mischanteil von 0 bis 25 Gew.-% der Elektronen leitenden Glasmasse hinzugegeben werden, so daß die Mischung den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das zu bindende Material aufweist.
Niedrig expansive keramische Füllmaterialien, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden, zeigen vorzugsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 70 · 10&supmin;&sup7;ºC&supmin;¹ und enthalten wenigstens eine der Verbindungen Zirkoniumoxid, Bleititanat, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid, Mullit, Cordierit, β-Eukryptit und β-Spodumen. Wenn jedoch der Gehalt 25 Gew.-% überschreitet, nimmt die mechanische Festigkeitskraft ab.
Die niedrig expansiven keramischen Füllmaterialien, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden, haben vorzugsweise einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser und einen maximalen Teilchendurchmesser, der kleiner ist als derjenige ihrer Gegenstücke des Elektronen leitenden Füllmaterials.
Die hergestellte pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse wird pastenförmig ausgestaltet, wenn es bevorzugt ist, für die Glasmasse eine gute Anwendbarkeit zu erhalten. Pastenförmige Glasmassen können hergestellt werden, indem die pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse mit einem Hilfsmittel gemischt wird, das durch Lösen eines Bindemittels in einem Lösungsmittel erhalten ist. Das Bindemittel kann ein synthetisches Acrylharz sein, und bei den Lösungsmitteln kann es sich um organische Lösungsmittel handeln, wie etwa Alkohol oder Ether.
Die pulverförmige oder pastenartige Elektronen leitende Glasmasse kann den gewünschten Gehalt an mechanischer Festigkeit bereitstellen sowie denjenigen an elektrischem Leitvermögen, wenn sie gebrannt wird. Falls notwendig, kann ein Vor-Brennschritt verwendet werden, um vorläufig das organische Bindemittel zu zersetzen und zu verbrennen, das in der pastenförmigen Elektronen leitenden Glasmasse enthalten ist.
Die Elektronen leitende Glasmasse kann mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht werden. Sie kann genau und fein aufgebracht werden, wenn das Glas mit dem niedrigen Schmelzpunkt und das Füllmaterial einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser zwischen 5 und 50 um aufweisen.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsapparat beschrieben werden, der dadurch realisiert wird, daß die Elektronen leitende Glasmasse gemäß der Erfindung miteingeschlossen ist. Zunächst wird eine Elektronenquelle erläutert, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden kann. Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Typ der Oberflächenleitung haben eine einfache Konfiguration und können in einfacher Weise hergestellt werden, sie sind deswegen auch bevorzugt als Elektronenquelle vom Kalt-Kathodentyp eines Bilderzeugungsapparates gemäß der Erfindung.
Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden, können entweder in Form des Flachtyps oder des gestuften Typs vorliegen. Figg. 1A und 1B sind schematische Ansichten von oben beziehungsweise eine schematische Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp.
Unter Bezugnahme auf Figg. 1A und 1B umfaßt die Vorrichtung ein Substrat 1, ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3, einen Elektronen leitenden Dünnfilm 4 und einen Elektronen emittierenden Bereich 5.
Das Substrat 1 ist typischerweise aus Alkaliglas oder einem Glassubstrat hergestellt, das durch Bilden einer SiO&sub2;-Schicht auf Alkaliglas realisiert ist.
Während die gegenüberliegend angeordneten Vorrichtungselektroden 2 und 3 aus einem beliebigen hochleitfähigen Material hergestellt sein können, beinhalten bevorzugte Kandidaten derartiger Materialien Metalle wie etwa Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, T1, Al, Cu und Pd und ihre Legierungen, druckbare leitende Materialien aus einem Metall oder einem Metalloxid wie etwa Pd, Ag, RuO&sub2; und Pd-Ag zusammen mit Glas oder ähnlichem, transparente leitende Materialien wie etwa In&sub3;O&sub3;-SnO&sub2; und halbleitende Materialien wie etwa Polysilicium.
Der Abstand L, der die Vorrichtungselektroden 2 und 3 voneinander trennt, liegt vorzugsweise zwischen einigen hundert Angström (1 Å 0,1 nm) und einigen hundert um (Mikrometern). Die zwischen den Vorrichtungselektroden anzulegende Spannung ist vorzugsweise so niedrig wie möglich. Im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit beträgt der Abstand, der die Vorrichtungselektroden trennt, vorzugsweise zwischen mehreren um (Mikrometern) und mehreren hundert um (Mikrometern).
Die Länge W der Vorrichtungselektroden 2 und 3 beträgt vorzugsweise zwischen mehreren um (Mikrometern)und mehreren hundert um (Mikrometern), in Abhängigkeit vom Widerstand der Elektroden und der Elektronen emittierenden Charakteristika der Vorrichtung. Die Filmdicke d der Vorrichtungselektroden 2 und 3 liegt zwischen mehreren hundert nm (Nanometern) und mehreren um (Mikrometern).
Man beachte, daß anders als in der Konfiguration gemäß Figg. 1A und 1B eine Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp alternativ hergestellt werden kann, indem aufeinanderfolgend ein Elektronen leitender Dünnfilm 4 und Vorrichtungselektroden 2 und 3 auf einem Substrat 1 gebildet werden.
Der Elektronen leitende Dünnfilm 4 ist vorzugsweise ein feinpartikulärer Film, um eine hervorragende Elektronen emittierende Charakteristik sicherzustellen. Die Dicke des Elektronen leitenden Dünnfilms 4 wird bestimmt als eine Funktion der stufenförmigen Abdeckung des Elektronen leitenden Dünnfilms auf den Vorrichtungselektroden 2 und 3, des elektrischen Widerstandes zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 und den Parametern, die für die Energetisierungsbehandlung, die nachfolgend beschrieben werden wird, gewählt wurde, wie auch durch andere Faktoren, und sie liegt vorzugsweise zwischen mehreren Angström und mehreren tausend Angström, stärker bevorzugt zwischen zehn Angström und fünfhundert Angström. Der Elektronen leitende Dünnfilm 4 zeigt normalerweise einen Blattwiderstand zwischen 10³ und 10&sup7; Å/·.
Der Elektronen leitende Dünnfilm 4 ist hergestellt aus feinen Teilchen eines Materials, ausgewählt aus Metallen wie etwa Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W und Pb, Oxiden wie etwa PdO, SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;, PbO und Sb&sub2;O&sub3;, Boriden wie etwa HfB&sub2;, ZrB&sub2;, LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbiden wie etwa TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC und WC, Nitriden wie etwa TiN, ZrN und HfN, Halbleitern wie etwa Si und Ge und Kohlenstoff.
Der hierin verwendete Ausdruck "feinpartikulärer Film" bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aus einer großen Zahl von feinen Teilchen zusammengesetzt ist, die locker dispergiert sein können, eng anliegend angeordnet sein können oder wechselseitig und zufällig sich überlappen können (um unter bestimmten Bedingungen eine inselartige Struktur zu bilden). Der Durchmesser der feinen Teilchen, die zum erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden sollen, liegt zwischen mehreren Angström (1 Å 0,1 nm) und mehreren tausend Angström, vorzugsweise zwischen zehn Angström und zweihundert Angström.
Bei dem Elektronen emittierende Bereich 5 handelt es sich um einen Riß oder Risse, die in einem Teil des Elektronen leitenden Dünnfilms 4 gebildet sind und typischerweise als Ergebnis einer Energetisierung gebildet werden. Er kann Elektronen leitende Feinteilchen mit einem Durchmesser zwischen mehreren Angström und mehreren hundert Angström innerhalb des Risses aufweisen. Derartige Elektronen leitende Feinteilchen können einen Teil oder alles der Materialien enthalten, die verwendet werden, um den Dünnfilm 4 herzustellen.
Der Elektronen emittierende Bereich 5 und ein Teil des sich nahe an dem Elektronen emittierenden Bereich 5 befindenden Elektronen leitenden Dünnfilms 4 können Kohlenstoff und eine oder mehr als eine der Kohlenstoffverbindungen enthalten.
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp mit einer Stufe.
In Fig. 2 sind die Komponenten, die dieselben oder ähnlich denjenigen von Figg. 1A beziehungsweise 1B sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bezugszeichen 21 bezeichnet einen abgestuften Bereich.
Die Vorrichtung umfaßt ein Substrat 1, ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3, einen Elektronen leitenden Dünnfilm 4 und einen Elektronen emittierenden Bereich 5, der aus denselben Materialien hergestellt sein kann wie diejenigen der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp eines flachen Typus, wie vorstehend beschrieben, und einen eine Stufe bildenden Bereich 21, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist. Der eine Stufe bildende Bereich 21 hat eine Filmdicke, die als Distanz L fungiert, die die Vorrichtungselektroden der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp eines flachen Typus trennt, und sie liegt zwischen einigen hundert Angström (1 Å 0,1 nm) und mehreren zehn um (Mikrometer). Vorzugsweise liegt die Filmdicke des eine Stufe bildenden Bereichs 21 zwischen einigen hundert Angström und mehreren um (Mikrometer), in Abhängigkeit von dem Verfahren des Erzeugens eines eine Stufe bildenden Bereichs und sollte mittels der zwischen die Vorrichtungselektroden anzulegenden Spannung gesteuert werden.
Wenn der Elektronen leitende Dünnfilm 4 nach den Vorrichtungselektroden 2 und 3 und dem stufenförmigen Abschnitt 21 gebildet wird, kann er vorzugsweise auf die Vorrichtungselektroden 2 und 3 gelegt werden. Während der Elektronen emittierende Bereich 5 bei dem stufenförmig ausgebildeten Abschnitt 21 in Fig. 2 linear ausschaut, ist seine Lage und seine Kontur abhängig von den Bedingungen, unter denen er hergestellt wird, den Bedingungen der Energetisierung und anderen verwandten Bedingungen und nicht auf diese dort gezeigte Lage und Kontur beschränkt.
Nun wird ein Herstellungsverfahren für ein Substrat als Elektronenquelle unter Bezugnahme auf die Figg. 1A und 1B und 3A bis 3C beschrieben werden. In Figg. 3A bis 3C sind die Komponenten dieselben oder ähnlich zu denjenigen von Figg. 1A und 1B und wurden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
(1) Nachdem ein Substrat 1 mit einem Detergens und reinem Wasser sorgfältig gereinigt ist, wird ein Material auf dem Substrat 1 mittels Vakuumverdampfung, Sputtern oder einigen anderen geeigneten Techniken für ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 abgeschieden, welche dann durch Fotolithografie hergestellt werden (Fig. 3A).
(2) Ein organischer Metalldünnfilm wird auf dem Substrat 1, das darauf das Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 trägt, durch Aufbringen einer organischen Metallösung gebildet und dadurch, daß man die aufgebrachte Lösung für eine gegebene Zeitdauer darauf beläßt. Die organische Metallösung enthält als Hauptbestandteil eine organische Metallverbindung des Metalls, das den vorstehend beschriebenen, Elektronen leitenden Dünnfilm 4 ausmacht. Danach wird der Dünnfilm aus dem organischen Metall erhitzt, gebrannt und anschließend einem musterbildenden Arbeitsschritt unterzogen, wobei eine geeignete Technik, wie etwa ein Lift-Off-Verfahren oder ein Ätzverfahren verwendet wird, um einen Elektronen leitenden Dünnfilm 4 herzustellen (Fig. 3B).
Während eine Lösung mit einem organischen Metall verwendet wird, um einen Dünnfilm gemäß der vorstehend gegebenen Beschreibung herzustellen, kann alternativ dazu ein Elektronen leitender Dünnfilm 4 durch Vakuumverdampfen, Sputtern, chemische Dampfabscheidung (CVD), Dispergierbeschichtung, Tauchen, Schleuderbeschichtung oder einige andere Techniken gebildet werden.
(3) Danach werden die Vorrichtungselektroden 2 und 3 einem Stromleitungsprozess unterzogen, der hier als "Energetisierung" bezeichnet wird. Insbesondere werden die Vorrichtungselektroden 2 und 3 mittels einer Energiequelle (nicht gezeigt) elektrisch energetisiert, bis der Elektronen leitende Dünnfilm 4 lokal zerstört ist, deformiert oder transformiert ist, dergestalt daß er einen strukturell modifizierten Bereich zeigt, der als Elektronen emittierender Bereich (Fig. 3C) bezeichnet wird.
Figg. 4A und 4B zeigen zwei verschiedene Spannungspulsdiagramme, die zur Energetisierung verwendet werden können.
Die zur Energetisierung zu verwendende Spannung liegt vorzugsweise in Form einer pulsförmigen Welle vor. Eine gepulste Spannung mit einer konstanten Wellenhöhe oder einer konstanten Peak-Spannung kann kontinuierlich angewendet werden (wie in Fig. 4A gezeigt), oder alternativ dazu kann eine gepulste Spannung mit einer ansteigenden Wellenhöhe oder einer ansteigenden Peak-Spannung angewendet werden (wie in Fig. 4B gezeigt).
Zunächst wird eine gepulste Spannung mit einer konstanten Wellenhöhe beschrieben werden (Fig. 4A).
In Fig. 4A zeigt die gepulste Spannung eine Pulsbreite T1 und ein Pulsintervall T2, die typischerweise zwischen 1 us und 10 ms liegen, beziehungsweise zwischen 10 us und 100 ms. Die Höhe der dreieckförmigen Welle (die Peak-Spannung für den Arbeitsschritt der Energetisierung) kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Profil der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp gewählt werden. Die Spannung wird typischerweise für eine Zeitdauer zwischen mehreren Sekunden und mehreren zehn Minuten im Vakuum eines geeigneten Grades, typischerweise 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) angelegt. Man beachte jedoch, daß die Wellenform des Pulses nicht auf eine dreieckige oder eine rechteckige Form beschränkt ist, sondern es kann auch eine andere Wellenform alternativ verwendet werden.
Fig. 4B zeigt eine gepulste Spannung, deren Pulshöhe mit der Zeit ansteigt. In Fig. 4B zeigt die gepulste Spannung eine Breite T1 und ein Pulsintervall T2, die im wesentlichen ähnlich denjenigen von Fig. 4A sind. Die Höhe der dreieckigen Welle (die Peak-Spannung für den Verfahrensschritt der Energetisierung) erhöht sich mit einer Rate von beispielsweise 0,1 V für jeden Schritt.
Der Verfahrensschritt der Energetisierung wird beendet, indem der Strom gemessen wird, der durch die Vorrichtungselektroden läuft, wenn eine Spannung, die ausreichend niedrig ist und die nicht lokal den Elektronen leitenden Dünnfilm 4 zerstören oder deformieren kann, an die Vorrichtung während eines Intervalls T2 der gepulsten Spannung angelegt wird. Typischerweise wird der Verfahrensschritt der Energetisierung dann beendet, wenn ein Widerstand von größer als 1 MOhm bei dem Vorrichtungsstrom beobachtet wird, der durch den Elektronen leitenden Dünnfilm läuft, während eine Spannung von ungefähr 0,1 V an die Vorrichtungselektroden angelegt wird.
(4) Nach dem Verfahrensschritt zur Energetisierung wird die Vorrichtung vorzugsweise einem Aktivierungsvorgang unterzogen.
Bei einem Aktivierungsvorgang wird eine gepulste Spannung mit einer konstanten Wellenhöhe wiederholt an die Vorrichtung in einer Vakuum-Atmosphäre mit einem Vakuumgrad von zwischen 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) und 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) angelegt, wie auch bei dem Vorgang der Energetisierung. In diesem Verfahren wird Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung, die in den organischen Substanzen, die im Vakuum in einer sehr geringen Konzentration existieren, enthalten sind, auf dem Elektronen leitenden Dünnfilm abgeschieden, so daß eine merkliche An derung im Strom der Vorrichtung If und dem Emissionsstrom Ie der Vorrichtung veranlaßt wird.
Der Vorgang der Aktivierung wird durchgeführt, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie beobachtet werden, er wird beendet, wenn der Emissionsstrom Ie sich einem Sättigungsgrad nähert. Die bei diesem Vorgang angelegte gepulste Spannung ist vorzugsweise gleich der Spannung, die zum Steuern der Vorrichtung beim tatsächlichen Betrieb verwendet wird.
Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung, die hierbei verwendet werden, sind Graphit (sowohl mono- oder polykristalliner Graphit eingeschlossen) oder amorpher Kohlenstoff (oder eine Mischung von amorphen Kohlenstoff und polykristallinem Kohlenstoff), die Filmdicke einer derartigen Substanz, die für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden soll, liegt vorzugsweise unterhalb von 50 nm (500 Å), vorzugsweise unterhalb von 30 nm (300 Å).
(5) Eine Elektronen emittierende Vorrichtung, die einem Energetisierungsverfahren und einem Aktivierungsverfahren unterzogen wurde, wird dann vorzugsweise so gesteuert, daß sie in einem Vakuum mit einem Grad betrieben wird, der höher ist als derjenige, der bei der Energetisierung und der Aktivierung verwendet wurde. Vorzugsweise wird die Vorrichtung in einem Vakuum noch zu mehr als 80ºC bis 150ºC erhitzt, bevor sie in Betrieb genommen wird.
Der Grad des Vakuums, der höher ist als derjenige Grad, der bei dem Energetisierungsvorgang und dem Aktivierungsvorgang eingesetzt wurde, bezieht sich speziell auf ein Vakuum von 10&supmin;&sup6; Torr oder einen höheren Grad, bei dem nicht zusätzlich Kohlenstoff oder eine oder mehr als eine Kohlenstoffverbindung sich auf dem Elektronen leitenden Dünnfilm abscheiden. Bei einer derartigen Behandlung kann der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie der Vorrichtung stabilisiert werden.
Die Leistung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, die mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, auf die die Erfindung anwendbar ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figg. 5 und 6 beschrieben werden.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Anordnung, die eine Vakuumkammer umfaßt, die für die vorstehend beschriebenen Verfahren verwendet wer den kann. Sie kann auch als ein Meßsystem verwendet werden, um die Leistung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung von dem Typ, der hier untersucht wird, zu bestimmen. In Fig. 5 werden die Bestandteile beziehungsweise Komponenten der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wie sie in Figg. 1A und 1B verwendet wurden. Bezugnehmend auf Fig. 5, beinhaltet das Meßsystem eine Vakuumkammer 55 und eine Vakuumpumpe 56. Eine Elektronen emittierende Vorrichtung wird in der Vakuumkammer 55 platziert. Die Vorrichtung umfaßt ein Substrat 1, ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3, einen Dünnfilm 4 und einen Elektronen emittierenden Bereich 5. Andererseits zeigt das Meßsystem eine Energiequelle 51 zum Anlegen einer Vorrichtungsspannung Vf an die Vorrichtung, ein Ampermeter 50 zum Messen des Vorrichtungsstroms If, der durch den Dünnfilm 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 fließt, eine Anode (Elektronen beschleunigende Elektrode) 54 zum Aufnehmen des Emissionsstroms Ie, der von den vom Elektronen emittierenden Bereich der Vorrichtung emittierten Elektronen erzeugt wird, eine Hochspannungsquelle 53 zum Anlegen einer Spannung an die Anode 54 des Meßsystems und ein anderes Ampermeter 52 zum Messen des Emissionsstroms Ie, der durch die von dem Elektronen emittierenden Bereich 5 der Vorrichtung emittierten Elektroden erzeugt wird. Um die Leistung der Elektronen emittierenden Vorrichtung zu bestimmen, kann eine Spannung zwischen 1 und 10 kV an die Anode angelegt werden, die sich in einem Abstand von der Elektronen emittierenden Vorrichtung, nämlich der Distanz H befindet, die zwischen 2 und 8 mm liegt.
Instrumente, eingeschlossen eine Vakuum-Meßeinrichtung (nicht gezeigt) und andere Stücke der Ausrüstung, die für das Meßsystem notwendig sind, sind in der Vakuumkammer 55 so angeordnet, daß die Leistung der Elektronen emittierenden Vorrichtung oder die Elektronenquelle in der Kammer in geeigneter Weise untersucht werden können. Die Vakuumpumpe 56 ist mit einem gewöhnlichen Hochvakuum-System versehen, das eine Turbopumpe oder eine Rotationspumpe und ein Ultrahochvakuum-System umfaßt, das eine Ionenpumpe umfaßt. Die Vakuumkammer, die die Elektronenquelle enthält, kann auf 200ºC mittels einer Heizvorrichtung (nicht gezeigt) erhitzt werden. So können alle Vorgänge von dem Energetisierungsvorgang an mit dieser Anordnung durchgeführt werden.
Fig. 6 zeigt einen Graph, der schematisch die Beziehung zwischen der Vorrichtungsspannung Vf und dem Emissionsstrom Ie zeigt, der Vorrichtungsstrom If wird typischerweise mittels des Meßsystems von Fig. 5 beobachtet. Man beachte, daß in Fig. 6 verschiedene Einheiten willkürlich für Ie und If in Hinsicht auf die Tatsache gewählt sind, daß Ie um eine Größenordnung kleiner ist als If. Wie man in Fig. 6 sehen kann, zeigt die untersuchte Elektronen emittierende Vorrichtung drei bemerkenswerte Merkmale in bezug auf dem Emissionsstrom Ie, die nachfolgend beschrieben werden.
(i) Zunächst zeigt die Elektronen emittierende Vorrichtung einen plötzlichen und steilen Anstieg im Emissionsstrom Ie, wenn die angelegte Spannung ein bestimmtes Niveau überschreitet (das nachfolgend als Schwellenwertspannung bezeichnet wird und durch Vth in Fig. 6 bezeichnet ist), wobei der Emissionsstrom Ie für den Fall praktisch nicht nachweisbar ist, wenn die angelegte Spannung unterhalb des Schwellenwerts Vth liegt. Anders ausgedrückt handelt es sich bei der untersuchten Elektronen emittierenden Vorrichtung um eine nicht-lineare Vorrichtung, die einen klaren Schwellenwert Vth bezüglich des Emissionsstroms Ie aufweist.
(ii) Zum Zweiten kann, da der Emissionsstrom Ie hochgradig von der Vorrichtungsspannung Vf abhängt (als eine stetig ansteigende Fuktion), der erstere in effektiver Weise durch den letzteren gesteuert werden.
(iii) Drittens ist die emittierte elektrische Ladung, die von der Anode 54 aufgefangen wird, eine Funktion der Dauer der Anwendungszeit der Vorrichtungsspannung Vf. Anders gesagt kann die Menge an elektrischer Ladung, die vor der Anode 54 gesammelt wird, in effektiver Weise über die Zeit gesteuert werden, während der die Vorrichtungsspannung Vf angelegt ist.
Wegen der vorstehend genannten, bemerkenswerten Merkmale ist es klar, daß das Elektronen emittierende Verhalten einer Elektronenquelle, die eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen umfaßt und deshalb dasjenige eines Bilderzeugungsapparats, der eine derartige Elektronenquelle beinhaltet, leicht in Antwort auf ein Input-Signal gesteuert werden kann. So kann eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsapparat bei einer Vielzahl von Anwendungen gefunden werden.
Nachfolgend wird nun ein Bilderzeugungsapparat beschrieben werden, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Ein Substrat als Elektronenquelle, das von einem Bilderzeugungsapparat umfaßt ist, wird durch Anordnung einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp auf einem Substrat hergestellt.
Elektronen emittierende Vorrichtungen können auf einem Substrat in einer Vielzahl von unterschiedlichen Weisen angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp in parallelen Reihen längs einer Richtung angeordnet sein, wobei jede Vorrichtung mittels Drähten an ihren gegenüberliegenden Enden verbunden ist (nachfolgend bezeichnet als ein leiterartiges Substrat als Elektronenquelle), oder in einer einfachen Matrix-Anordnung, bei der jeweils Paare von Elektroden einer Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp jeweils mit einem der Drähte in X-Richtung und einem der Drähte in Y-Richtung der Elektronenquelle verbunden sind (nachfolgend als matrixartiges Substrat als Elektronenquelle bezeichnet).
Ein Bilderzeugungsapparat, der ein Substrat als Elektronenquelle vom leiterartigen Typ umfaßt, sollte Steuerelektroden (Gitterelektroden) zum Steuern des Flugs der Elektronen aufweisen, die von den Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp emittiert werden.
Eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Konfiguration wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben werden. In Fig. 7 umfaßt die Elektronenquelle ein Substrat 71 als Elektronenquelle, Drähte 72 in X-Richtung, Drähte 73 in Y-Richtung, Elektronen emittierende Vorrichtungen 74 vom Oberflächenleitungstyp sowie Verbindungsdrähte 75. Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen 74 vom Oberflächenleitungstyp können entweder vom flachen Typ beziehungsweise Flachtyp sein oder vom Typ mit einer Stufe, der vorstehend beschrieben worden ist.
Bei Fig. 7 kann das Substrat 71 als Elektronenquelle ein Glassubstrat sein, wie es bereits früher beschrieben wurde, mit einem geeigneten Profil, das in optimaler Weise für eine spezifische Anwendung gewählt ist.
Eine Gesamtmenge m von Drähten 22 in X-Richtung, welche mit Dx1, Dx2, ..., Dxm bezeichnet sind, und eine Gesamtmengen von Drähten in Y-Richtung, die mit Dy1, Dy2, ..., Dyn bezeichnet sind, wird bereitgestellt.
Das Material, die Dicke und die Breite dieser Drähte werden in geeigneter Weise ausgewählt, so daß die gleiche Spannung an die Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp angelegt werden kann. Eine isolierende Zwischenschicht (nicht gezeigt) ist zwischen den m Drähten in X-Richtung und den n Drähten in Y-Richtung aufgebracht, um diese elektrisch voneinander zu isolieren (bei sowohl m als auch n handelt es sich um ganze Zahlen).
Die isolierende Zwischenschicht (nicht gezeigt) wird typischerweise auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des isolierenden Substrats 71 gebildet, das darauf die Drähte 72 in X-Richtung trägt. Jeder der Drähte 72 in X-Richtung und der Drähte 73 in Y-Richtung erstreckt sich nach außen, um einen externen Anschluß zu bilden.
Die einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden (nicht gezeigt) einer jeder der Elektronen emittierenden Vorrichtungen 74 vom Oberflächenleitungstyp werden so verbunden, daß einer der m Drähte 72 in X-Richtung und einer der n Drähte 73 in Y-Richtung jeweils mit verbindenden Drähten 75 in Beziehung zueinander gesetzt ist.
Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp können entweder auf dem Substrat oder auf der isolierenden Zwischenschicht (nicht gezeigt) gebildet werden.
Wie nachfolgend näher beschrieben werden wird, sind die Drähte 72 in X-Richtung elektrisch mit einer Scan-Signalerzeugungseinrichtung (nicht gezeigt) zum Anlegen eines Signals an eine ausgewählte Reihe beziehungsweise Zeile von Elektronen emittierenden Vorrichtungen 74 vom Oberflächenleitungstyp gemäß einem Input-Signal verbunden. Auf der anderen Seite sind die Drähte 73 in Y- Richtung elektrisch mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Modulationssignals (nicht gezeigt) zum Anlegen eines Modulationssignals an eine ausgewählte Spalte von Elektronen emittierenden Vorrichtungen 74 vom Oberflächenleitungstyp verbunden, und sie modulieren die ausgewählte Spalte gemäß einem Input-Signal.
Man beachte, daß die an jede der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp anzulegende Spannung ausgedrückt ist als der Spannungsunterschied von Scan-Signal und Modulationssignal, die an die Vorrichtung angelegt sind.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kann jede der Vorrichtungen ausgewählt werden und gesteuert werden, um unabhängig voneinander mittels einer Drahtanordnung in Form einer einfachen Matrix zu arbeiten.
Nachfolgend wird nun ein Bilderzeugungsapparat beschrieben, der eine wie oben beschriebene Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Anordnung zeigt, wobei Bezug genommen wird auf Figg. 8 bis 10.
Bei Fig. 8 handelt es sich um eine teilweise aufgeschnittene, schematische perspektivische Ansicht des Bilderzeugungsapparats, und Figg. 9A und 9B sind schematische Ansichten, die zwei mögliche Konfigurationen eines fluoreszierenden Films illustrieren, der als der Bilderzeugungsapparat verwendet werden kann, wo hingegen Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für den Bilderzeugungsapparat darstellt, die für NTSC-Fernsehsignale arbeitet.
Indem zuerst auf Fig. 8 Bezug genommen wird, die die Basiskonfiguration der Anzeigekonsole des Bilderzeugungsapparats illustriert, umfaßt diese ein Substrat 71 als Elektronenquelle von dem vorstehend beschriebenen Typ, das darauf eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen trägt, eine Stirnplatte 86, die hergestellt ist, indem ein fluoreszierender Film 84 und eine metallische Rückseite (Elektronen beschleunigende Elektrode) 85 auf der inneren Oberfläche des Alkaliglas-Substrats 83 aufgelegt sind, einen Tragerahmen 82 und Elektronen leitende Abstandshalter 89, die dadurch hergestellt werden, daß ein Elektronen leitender Film aus einer Substanz wie SnO&sub2; auf dem dünnen Alkaliglas-Substrat hergestellt werden. Diese Bestandteile beziehungsweise Komponenten sind in hermetischer Weise versiegelt, um eine Hülle beziehungsweise einen Mantel 88 zu bilden. Eine gewöhnliche isolierende Glasmasse wird zum Binden des Substrats 71 als Elektronenquelle verwendet, der Stirnplatte 86 und des Tragerahmens 82, wobei die Elektronen leitende Glasmasse 80 gemäß der Erfindung dazu verwendet wird, die Elektronenquelle (Drähte) des Substrats als Elektronenquelle und die Elektronen beschleunigende Elektrode und die Elektronen leitenden Abstandshalter 89 der Stirnplatte zu binden. Zum Zwecke der Erfindung bedeutet eine gewöhnliche Glasmasse ein pulverförmiges anorganisches Klebemittel, das Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt als Hauptbestandteil enthält, dem ein pulverförmiges keramisches Füllmaterial hinzugefügt wird, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu regulieren, um das Erzeugen von Rissen auf Grung eines großen Unterschiedes zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasmasse und demjenigen des Objekts, an dem die Glasmasse aufgebracht ist, zu verhindern.
In Fig. 8 bezeichnet Bezugszeichen 74 eine Fläche, die dem Elektronen emittierenden Bereich, wie er in Figg. 1A und 1B gezeigt ist, entspricht. Bezugszeichen 72 beziehungsweise 73 bezeichnen einen Draht in X-Richtung und einen Draht in Y-Richtung, die mit den paarweisen Elektroden einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp verbunden sind.
Figg. 9A und 9B illustrieren schematisch zwei mögliche Anordnungen der fluoreszierenden Teile 92, die zum Zwecke der Erfindung verwendet werden können. Während das fluoreszierende Teil 92 lediglich ein einziges fluoreszierendes Teil umfaßt, wenn die Anzeigekonsole dazu verwendet wird, schwarze und weiße Bilder zu zeigen, ist es für das Anzeigen von Farbbildern notwendig, daß die Anzeigekonsole leitfähige Teile 91 und fluoreszierende Teile 92 umfaßt, von denen die ersteren als schwarze Streifen (Fig. 9A) oder Teile einer schwarzen Matrix (Fig. 9B) bezeichnet werden, in Abhängigkeit von der Anordnung der fluoreszierenden Teile.
Schwarze Streifen oder Teile einer schwarzen Matrix sind für eine farbiges Anzeigekonsole so angeordnet, daß die Farbmischung der fluoreszierenden Teile 92 der drei verschiedenen Primärfarben weniger unterscheidbar gemacht wird und daß der gegenläufige Effekt, daß der Kontrast der angezeigten Bilder auf dem fluoreszierenden Film 84 durch reflektiertes externes Licht abgeschwächt wird, durch Verdunkeln der umgebenden Flächen reduziert wird.
Während Graphit normalerweise als Hauptbetandteil der schwarzen Streifen verwendet wird, können alternativ dazu andere leitfähige Materialien mit einem niedrigen Transmissionsvermögen für Licht und Reflektivität verwendet werden.
Eine Ausfällungs- oder Drucktechnik wird in geeigneter Weise verwendet, um ein fluoreszierendes Material auf dem Glassubstrat 93 aufzubringen, unabhängig davon, ob es sich um eine Schwarz-Weiß- oder Farb-Anzeigevorrichtung handelt.
Eine gewöhnliche metallische Rückseite 85 (Fig. 8) ist an der inneren Oberfläche des fluoreszierenden Filma 84 angeordnet.
Die metallische Rückseite 85 ist bereitgestellt, um das Leuchten der Anzeigenkonsole zu verstärken, was dadurch verursacht wird, daß die Strahlen des von den fluoreszierenden Teilen emittierten und auf die Innenseite der Hülle gerichteten Lichts wieder zurück in Richtung auf die Stirnplatte 86 geworfen werden, um sie als eine Elektrode zum Anlegen einer beschleunigenden Spannung für Elektronenstrahlen zu verwenden und die fluoreszierenden Teile gegen Beschädigungen zu schützen, die verursacht werden könnnten, wenn an der Innenseite der Hülle erzeugte negative Ionen mit ihnen zusammenstoßen. Sie wird hergestellt, indem die innere Oberfläche des fluoreszierenden Films (beim Betrieb normalerweise genannt "Befilmung" genannt) geglättet wird und ein Al-Film darauf erzeugt wird, indem nach dem Erzeugen des fluoreszierenden Films eine Vakuumverdampfung durchgeführt wird.
Eine transparente Elektrode (nicht gezeigt) kann auf der Stirnplatte 86 gebildet werden, die der äußeren Oberfläche des fluoreszierenden Films 84 gegenübersteht, um die Leitfähigkeit des fluoreszierenden Films 84 gegenübersteht, um die Leitfähigkeit des fluoreszierenden Films 84 zu erhöhen.
Die Umhüllung beziehungsweise Hülle 88 wird mittels einer Auslaßleitung (nicht gezeigt) evakuiert, bis die Atmosphäre auf der Innenseite auf einen Wert des Vakuums von 10&supmin;&sup5; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) reduziert ist. Ein besseres Verfahren kann durchgeführt werden, um den gewünschten Grad des Vakuums an der Innenseite der Umhüllung 88 nach ihrer Versiegelung zu erzielen.
In einem sogenannten Getter-Verfahren wird ein Getter, das an einer festgelegten Position in der Umhüllung 88 angeordnet ist, mittels einer Widerstandsheizvorrichtung oder einer Hochfrequenzheizvorrichtung erhitzt, um einen Verdampfungsfilm, unmittelbar bevor oder nachdem die Umhüllung 88 versiegelt wurde, zu bilden.
Ein sogenanntes Getter enthält typischerweise Ba als Hauptbestandteil, und es kann einen Vakuumgrad zwischen 1 · 10&supmin;³ und 1 · 10&supmin;&sup5; Pa (1 · 10&supmin;&sup5; und 1 · 10&supmin;&sup7; Torr) durch den Adsorptionseffekt des Verdampfungsfilms aufrechterhalten. Die Verfahrensschritte zum Herstellen der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp des Bilderzeugungsapparats nach dem Herstellungsprozeß können in geeigneter Weise so ausgelegt werden, daß sie den spezifischen Erfordernissen der beabsichtigten Anwendung Rechnung tragen.
Nachfolgend wird nun eine Steuerschaltung zum Steuern einer Anzeigekonsole unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, die eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrix-Anordnung umfaßt, um Fernsehbilder gemäß den Signalen des NTSC-Fernsehens anzuzeigen.
In Fig. 10 bezeichnet Bezugszeichen 101 eine Anzeigekonsole. Auf der anderen Seite umfaßt die Schaltung eine Scan-Schaltung 102, eine Steuerschaltung 103, ein Schieberegister 104, einen Zeilenspeicher 105, einen Synchronisationssignal- Trennschaltkreis 106 und einen Generator 107 für ein Modulationssignal. Vx und Va in Fig. 10 bezeichnen Quellen für eine DC-Spannung.
Die Anzeigekonsole 101 ist mit äußeren Schaltkreisen über Anschlußpunkte Dox1 bis Doxm, Doy1 bis Doyn und Hochspannungsanschlußpunkt Hv verbunden, von diesen Anschlußpunkten sind Dox1 bis Doxm so ausgelegt, daß sie Scan-Signale zum sequenziellen Steuern auf einer Eins-zu-Eins-Basis der Reihen beziehungsweise Zeilen (von N Vorrichtungen) einer Elektronenquelle in dem Apparat steuern, der eine Zahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp umfaßt, die in der Form einer Matrix mit M-Zeilen und N-Spalten angeordnet sind.
Auf der anderen Seite sind die Anschlußpunkte Doy1 bis Doyn so ausgelegt, daß sie ein Modulationssignal empfangen, um den Output-Elektronenstrahl jeder der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp einer Zeile steuern, die durch ein Scan-Signal ausgewählt ist. Der Hochspannungsendpunkt beziehungsweise -anschlußpunkt Hv wird von einer DC-Spannungsquelle Va mit einer DC-Spannung von typischerweise etwa 10 kV gespeist, was ausreichend hoch ist, um die fluoreszierenden Teile der ausgewählten, Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp zu energetisieren.
Der Scan-Schaltkreis 102 arbeitet in der folgend wiedergegebenen Art und Weise. Der Schaltkreis umfaßt M-Schaltvorrichtungen (von denen lediglich die Vorrichtungen S1 und Sm spezifisch in Fig. 10 angedeutet sind), von denen jede entweder die Output-Spannung der DC-Spannungsquelle Vx oder aber 0[V] (das heißt den Wert für das Grundpotential) annimmt, und sie wird mit einem der Anschlußpunkte Dox1 bis Doxm der Anzeigekonsole 101 verbunden.
Jede der Umschaltvorrichtungen S1 bis Sm arbeitet gemäß einem Steuersignal Tscan, das aus der Steuerschaltung 103 kommt, es kann mittels der Kombination von Transistoren wie etwa FETs eingestellt werden.
Die DC-Spannungsquelle Vx dieses Schaltkreises ist so ausgelegt, daß als Output eine konstante Spannung von der Art zustande kommt, daß eine beliebige Steuerspannung, die an Vorrichtungen angelegt ist, die nicht gescannt werden, auf Grund der Leistung der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp (oder des Schwellenwerts der Spannung für die Elektronenemission), auf weniger als den Schwellenwert für die Spannung reduziert wird.
Der Steuerschaltkreis 103 koordiniert die Arbeitsweisen der aufeinander bezogenen Komponenten, so daß die Bilder in geeigneter Weise gemäß den von extern zugeführten Videosignalen angezeigt werden. Er erzeugt Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry in Antwort auf das Synchronisationssignal Tsync, das von dem Synchronisationssignal-Trennschaltkreis 106 eingespeist wird, der nachfolgend beschrieben werden wird.
Der Synchronisationssignal-Trennschaltkreis 106 trennt die Synchronisationssignal-Komponente und die Leuchtsignal-Komponente von einem extern eingespeisten NTSC-Fernsehsignal und kann leicht dadurch realisiert werden, daß ein allgemein bekannter Schaltkreis zur Trennung der Frequenz (Filter) verwendet wird.
Auch wenn ein Synchronisationssigal, das einem Fernsehsignal durch den Synchronisationssignal-Trennschaltkreis 106 entnommen wird, aus - wie bekannt - vertikalen Synchronisationssignalen und horizontalen Synchronisationssignalen besteht, wird es hier der Bequemlichkeit halber einfach als Tsync-Signal bezeichnet, wobei man die Komponenten der Signale außer Acht läßt.
Auf der anderen Seite wird ein Leuchtsignal, das einem Fernsehsignal entnommen wird, welches dem Schieberegister 104 zugeführt wird, als DATA-Signal ausgelegt.
Das Schieberegister 104 führt für jede Zeile eine serielle/parallele Umwandlung der DATA-Signale durch, die seriell auf der Basis ihrer zeitlichen Reihenfolge in Übereinstimmung mit dem aus dem Steuerschaltkreis 103 zugeführten Steuersignal Tsft eingespeist wird. (In anderen Worten arbeitet das Steuersignal Tsft als ei ne Schiebeuhr für das Schieberegister 104.) Ein Satz von Daten für eine Zeile, die einer seriellen/parallelen Umwandlung unterzogen wurden (und die einem Satz von Steuerdaten für N Elektronen emittierende Vorrichtungen entsprechen), wird an das Schieberegister 104 als N-parallele Signale Id1 bis Idn abgegeben.
Der Zeilenspeicher 105 dient als Speicher zum Speichern eines Datensatzes für eine Zeile, wobei es sich um Signale Id1 bis Idn handelt, für eine bestimmte Zeitdauer gemäß dem Steuersignal Tmry, das dem Steuerschaltkreis 103 entstammt. Die gespeicherten Daten werden als I'd1 bis I'dn abgegeben und einem Modulationssignalgenerator 107 zugeführt.
Dieser Modulationssignalgenerator 107 ist tatsächlich eine Signalquelle, die in geeigneter Weise die Arbeit jeder der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp steuert und moduliert, Output-Signale dieser Vorrichtung werden an die Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp in die Anzeigekonsole 101 über die Anschlußpunkte Doy1 bis Doyn gegeben.
Wie bereits vorstehend beschrieben, ist eine Elektronen emittierende Vorrichtung, auf die die Erfindung anwendbar ist, durch die folgenden Merkmale im Sinne eines Emissionsstroms Ie gekennzeichnet. Zunächst einmal existiert ein kleinerer Schwellenwert für die Spannung Vth und die Vorrichtung emittiert Elektronen lediglich dann, wenn eine Spannung daran angelegt wird, die oberhalt von Vth liegt (Fig. 6).
Zum Zweiten ändert sich das Niveau des Emissionsstroms Ie als eine Funktion der Änderung in der angelegten Spannung, die oberhalb des Schwellenwertes Vth liegt, obwohl der Wert für Vth und die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Emissionsstrom in Abhängigkeit von den Materialien, der Konfiguration und dem Herstellungsverfahren der Elektronen emittierenden Vorrichtung variieren kann.
Insbesondere wird, wenn eine pulsförmige Spannung an die Elektronen emittierende Vorrichtung angelegt wird, praktisch so gut wie kein Emissionsstrom erzeugt, solange die angelgte Spannung unterhalb des Schwellenwerts verbleibt, wohingegen ein Elektronenstrahl emittiert wird, wenn die angelegte Spannung einmal über den Schwellenwert ansteigt.
Es sei festgehalten, daß die Intensität des Output-Elektronenstrahls dadurch gesteuert werden kann, daß das Peak-Niveau Vm der pulsförmigen Spannung geändert wird.
Zusätzlich kann die Gesamtmenge der elektrischen Ladung eines Elektronenstrahls dadurch gesteuert werden, daß die Pulsbreite Pw gesteuert wird.
So kann entweder die Modulationsmethode oder die Pulsbreitemodulation verwendet werden, um eine Elektronen emittierende Vorrichtung in Antwort auf ein Input-Signal zu modulieren. Bei der Spannungsmodulation wird ein Schaltkreis vom Spannungsmodulationstyp für den Generator 107 für das Modulationssignal verwendet, so daß das Peak-Niveau der pulsförmigen Spannung entsprechend den Eingabedaten moduliert wird, während die Pulsweite konstant gehalten wird. Bei der Modulation der Pulsweite wird andererseits ein Schaltkreis vom Pulsweiten- Modulationstyp für den Generator 107 des Modulationssignals verwendet, so daß die Pulsweite der angelegten Spannung gemäß den Eingabedaten moduliert werden kann, während das Peak-Niveau der angelegten Spannung konstant gehalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Bilderzeugungsapparat gemäß der Erfindung Fernsehbilder mittels der vorstehend beschriebenen Steuerungsmechanismen anzeigen.
Obwohl es vorstehend nicht besonders erwähnt wurde, kann es sich bei dem Schieberegister 104 und dem Zeilenspeicher 105 entweder um einen vom digitalen oder analogen Signaltyp handeln, solange die seriellen/parallelen Umwandlungen und das Speichern der Videosignale mit einer gegebenen Rate durchgeführt werden.
Wenn Vorrichtungen vom digitalen Signaltyp verwendet werden, müssen die Ausgangssignal-Daten des Synchronisationssignal-Trennschaltkreises 106 digitalisiert werden. Jedoch kann eine derartige Konversion dadurch leicht durchgeführt werden, indem ein A/D-Konverter am Ausgang des Synchronisationssignal- Trennschaltkreises 106 angeordnet wird. Es kann überflüssig sein zu sagen, daß verschiedene Schaltkreise für den Generator 107 für das Modulationssignal in Abhängigkeit davon verwendet werden können, ob die Ausgangssignale des Zeilenspeichers 105 digitale Signale sind oder analoge Signale.
Wenn digitale Signale verwendet werden, kann ein D/A-Konverterschaltkreis eines bekannten Typs für den Generator 107 des Modulationssignals verwendet werden, und es kann ein Verstärkungsschaltkreis, falls notwendig, zusätzlich verwendet werden.
Für die Pulsweitenmodulation kann der Generator 107 für das Modulationssignal realisiert werden, indem ein Schaltkreis verwendet wird, der eine Hochgeschwindigkeits-Oszillationsvorrichtung, eine Zählvorrichtung zum Zählen der Zahl der von der genannten Oszillationsvorrichtung erzeugten Wellen und eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen des Ausgangs der Zählvorrichtung und desjenigen des Speichers verwendet werden. Falls notwendig kann eine Verstärkungsvorrichtung hinzugefügt werden, um die Spannung des Ausgangssignals der Vergleichsvorrichtung mit der modulierten Pulsweite auf das Niveau der Steuerspannung einer erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp zu verstärken.
Wenn auf der anderen Seite analoge Signale mit Spannungsmodulation verwendet werden, kann in geeigneter Weise ein Verstärkungsschaltkreis, der bekannte Arbeitsverstärkungsvorrichtungen umfaßt, für den Generator 107 für das Modulationssignal verwendet werden, und es kann ein Niveau-Schiebeschaltkreis hinzugefügt werden, falls notwendig. Für die Pulsweitenmodulation kann, wenn notwendig, ein bekannter Oszillationsschaltkreis vom Steuerspannungstyp (VCO) mit einer zusätzlichen, für die Verstärkung der Spannung bis zur Steuerspannung der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp zu verwendenden Verstärkungsvorrichtung verwendet werden.
Bei einem Bilderzeugungsapparat mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration, auf den die Erfindung anwendbar ist, emittieren die Elektronen emittierenden Vorrichtungen, wenn eine Spannung angelegt wird, mittels der externen Anschlußpunkte Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn Elektronen. Anschließend werden die erzeugten Elektronenstrahlen beschleunigt, indem eine Hochspannung an die metallische Rückseite 35 oder an eine transparente Elektrode (nicht gezeigt) mittels des Hochspannungsanschlußpunktes Hv angelegt wird. Die beschleunigten Elektroden kollidieren schließlich mit dem fluoreszierenden Film 84, der wiederum zu glühen anfängt, um Bilder zu erzeugen.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration des Bilderzeugungsapparates ist lediglich ein Beispiel, auf das die Erfindung anwendbar ist, sie kann verschiedenen Modifikationen unterworfen werden. Das mit einem derartigen Apparat zu verwendende TV-Signalsystem ist nicht auf ein NTSC-System beschränkt und irgendein anderes System wie etwa PAL oder SECAM kann damit in geeigneter Weise verwendet werden. Es ist insbesondere für TV-Signale geeignet, die eine große Zahl von Scan-Zeilen (typischerweise ein Highdefinition-TV-System wie etwa das MUSE-System) einbeziehen, da es für große Anzeigekonsolen verwendet werden kann, die eine große Zahl von Bildpunkten umfassen.
Nun wird eine Elektronenquelle unter Bezugnahme auf die Figg. 11 und 12 beschrieben werden, die eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp umfassen, die in leiterartiger Manier auf einem Substrat angeordnet sind, sowie ein Bilderzeugungsapparat, der eine derartige Elektronenquelle umfaßt.
Indem zunächst auf Fig. 11 Bezug genommen wird, bezeichnet Bezugszeichen 110 ein Substrat als Elektronenquelle, und Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, die sich auf dem Substrat angeordnet befindet, wobei Bezugszeichen 112 ganz allgemein gemeinsame Drähte Dx1 bis Dx10 zum Verbinden der Elektronen leitenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp bezeichnet. Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen 111 sind auf dem Substrat 110 in Zeilen längs der X-Richtung angeordnet (die nachfolgend als Vorrichtungszeilen bezeichnet werden), so daß eine Elektronenquelle vom Leitertyp gebildet wird, die eine Vielzahl von Vorrichtungszeilen umfaßt, von denen jede Zeile eine Vielzahl von Vorrichtungen zeigt.
Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp einer jeden Vorrichtungszeile können unabhängig durch Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an das Paar von gemeinsamen Drähten gesteuert werden. Insbesondere wird an die Vorrichtungszeile, die so gesteuert werden soll, daß sie Elektronen emittiert, eine Spannung angelegt, die den Schwellenwert für das Emittieren von Elektronen übersteigt, wohingegen eine Spannung unterhalb des Schwellenwerts für das Emittieren von Elektronen an die übrigbleibenden Vorrichtungszeilen angelegt wird. Alternativ dazu können beliebige zwei externe Anschlußpunkte, die sich zwischen zwei benachbarten Vorrichtungszeilen befinden, sich eine einzelne gemeinsame Verdrahtung teilen. So können die gemeinsamen Verdrahtungen Dx2 bis Dx9, Dx2 und Dx3 eine einzige gemeinsame Verdrahtung anstelle von zwei Verdrahtungen sich teilen.
Fig. 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsapparates, der eine Elektronenquelle inkorporiert, die eine leiterartige Anordnung von Elektronen emittierenden Vorrichtungen hat. In Fig. 12 umfaßt diese Gitterelektroden 120, von denen jede mit einer Zahl von Bohrungen 121 versehen ist, die zulassen, daß Elektronen dadurch hindurchgehen, sowie einen Satz von externen Anschlußpunkten Dox1, Dox2, ..., Doxm, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 122 bezeichnet sind, gemeinsam mit einem anderen Satz von externen Anschlußpunkten G1, G2, ..., Gn, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 123 bezeichnet und mit den entsprechenden Gitterelektroden 123 verbunden sind, sowie ein Substrat 124 als Elektronenquelle, das gemeinsame Drähte zum Verbinden der Vorrichtungszeilen hat. Man beachte in Fig. 12, daß die Komponenten ähnlich denjenigen der Fig. 8 beziehungsweise 11 sind, die mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind.
Der Bilderzeugungsapparat unterscheidet sich von dem Bilderzeugungsapparat mit einer einfachen Matrixanordnung (Fig. 8) hauptsächlich dadurch, daß der Apparat von Fig. 12 Gitterelektroden 120 aufweist, die zwischen dem Substrat 110 als Elektronenquelle und der Stirnplatte 86 angeordnet sind.
In Fig. 12 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 120 zwischen dem Substrat 110 und der Stirnplatte 86 zum Modulieren der Elektronenstrahlen angeordnet, die von den Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp emittiert werden, wobei jede mit durchgehenden Bohrungen 121 in Ubereinstimmung mit den entsprechenden Elektronen emittierenden Vorrichtungen versehen ist, um zuzulassen, daß die Elektronenstrahlen dort hindurch laufen können.
Man beachte jedoch, daß, während in Fig. 12 streifenförmige Gitterelektroden gezeigt sind, das Profil und die Anordnung der Elektroden nicht darauf beschränkt sind. Beispielsweise können sie alternativ dazu mit maschenförmigen Öffnungen versehen sein und um oder nahe den Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp angeordnet sein.
Die externen Anschlußpunkte 122 und die externen Anschlußpunkte für die Gitter 123 sind elektrisch mit einem Steuerschaltkreis (nicht gezeigt) verbunden.
Ein Bilderzeugungsapparat mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann für Bestrahlung mit Elektronenstrahlen betrieben werden, indem simultan Modulationssignale an die Reihen der Gitterelektroden für eine einzige Zeile eines Bildes synchron mit dem Betrieb der Steuerung (Scannen) der Elektronen emittierenden Vorrichtungen auf einer Reihe-für-Reihe-Basis angelegt werden, so daß das Bild auch auf einer Zeile-für-Zeile-Basis angezeigt wird.
So kann eine Anzeigevorrichtung beziehungsweise -apparat mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration eine breite Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen haben, da sie als eine Anzeigevorrichtung für Fernsehsendungen, als Terminal-Apparat für Video-Telekonferenzen, als Terminal-Apparat für ein Computersystem, als optischer Drucker, der eine photosensitive Trommel umfaßt, und auf viele andere Weisen betrieben werden kann.
Für den Zweck der Erfindung muß es sich nicht notwendigerweise bei den Elektronen emittierenden Vorrichtungen um Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp handeln, sondern auch Elektronen emittierende Vorrichtungen vom MIM-Typ oder Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Feld- Emissionstyp können alternativ als Elektronenquelle in Form einer kalten Kathode verwendet werden. Alternativ dazu kann als Elektronenquelle eine thermo-ionische Kathode für einen Bilderzeugungsapparat gemäß der Erfindung verwendet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Eine Elektronen leitende Glasmasse, die ein Elektronen leitendes Füllmaterial umfaßte, der aus mit Au plattierten Alkaliglaskörnern bestand, wurde hergestellt.
Die Alkaliglaskörner, die als Grundmaterial des Elektronen leitenden Füllmaterials verwendet wurden, hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von 15 um und eine in bezug auf die Größe der Körner gute Verteilung. Die Oberfläche der Alkaliglaskörner wurde mit einer darunterliegenden Schicht aus einem Ni-Film in einer Dicke von 0,1 um plattiert und anschließend mit Au in einer Dicke von 0,02 um, um das Füllmaterial Elektronen leitend zu machen.
Das Elektronen leitende Füllmaterial wurde dann mit einer pulverförmigen Fritten-Glasmasse gemischt, die kein Füllmaterial enthielt, und zwar bis zu einem Mischungsverhältnis von 40 Gew.-%, um eine pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen.
Die hergestellte Elektronen leitende Glasmasse wurde dann mit einem Hilfsmittel aus einem Lösungsmittel aus Terpineol kombiniert, das darin ein Acrylharzbindemittel (Dichtungsmaterial) löste, so daß eine pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse hergestellt wurde, die leicht aufgebracht werden konnte.
Die Paste aus der Elektronen leitenden Glasmasse wurde dann auf einer Alkaliglasplatte mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht und in einem lufthaltigen elektrischen Ofen bei einer maximalen Temperatur von 400ºC bis 450ºC gebrannt.
Die gebrannte Elektronen leitende Glasmasse zeigte eine Sicherungsfestigkeit, bezogen auf das Alkaliglas, sowie einen spezifischen Volumen-Widerstand von 1 mΩ·cm, der für die elektrische Verbindung ausreichend war.

Beispiel 2

Eine Elektronen leitende Glasmasse, die ein Elektronen leitendes Füllmaterial umfaßte, das aus mit Ag plattierten Silicium(IV)-oxid (SiO&sub2;)-Körnern bestand, wurde hergestellt.
Die Silicium(IV)-oxid-Körner, die als Grundmaterial für das Elektronen leitenden Füllmaterial verwendet wurden, hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von 10 um und eine in bezug auf die Dimension gute Körnerverteilung. Die Oberfläche der Silcium(IV)-oxid-Körner wurde mit einer unteren Schicht aus einem Ni- Film in einer Dicke von 0,1 um plattiert und dann mit Ag in einer Dicke von 0,03 um, um das Füllmaterial Elektronen leitend zu machen.
Das Elektronen leitende Füllmaterial wurde dann mit einem pulverförmigen Glasmassen-Glas beziehungsweise einer Fritten-Glasmasse gemischt, das beziehungsweise die kein Füllmaterial enthielt, in einem Mischungsverhältnis von 30 Gew.-%, um eine pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen.
Die hergestellte Elektronen leitende Glasmasse wurde dann mit einem Hilfsmittel aus einem Lösungsmittel aus Terpineol kombiniert, das darin ein Acrylharzbin demittel (Dichtungsmaterial) löste, um so eine pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen, die leicht aufgebracht werden konnte. Die Paste aus der Elektronen leitende Glasmasse wurde dann auf eine Alkaliglas-Platte aufgebracht und wie im Fall von Beispiel 1 gebrannt.
Die gebrannte Elektronen leitende Glasmasse zeigte eine ausreichende Sicherungsfestigkeit relativ zu dem Alkaliglas, und einen spezifischen Volumen- Widerstand von einigen 10 mΩ·cm, was für eine elektrische Verbindung ausreichend war.

Beispiel 3

Die Elektronen leitende Glasmasse von Beispiel 1 wurde dazu verwendet, ein Substrat als Elektronenquelle vom Matrix-Typ und eine Stirnplatte zusammenzubauen, um einen Bilderzeugungsapparat herzustellen.
Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht in partiellem Aufriß des Bilderzeugungsapparats dieses Beispiels, und Fig. 14 zeigt eine partielle Querschnittsansicht des Bilderzeugungsapparats, geschnitten längs der Linie A-A' ind Fig. 8. Bezugnehmend auf Fig. 14 wird ein Elektronen leitender Abstandshalter 4 gezeigt, der durch Erzeugen eines Halbleiter-Dünnfilms 4B auf der Oberfläche einer Alkaliglasplatte 4A hergestellt ist, Stücke einer Elektronen leitenden Glasmasse 3, ein Substrat (aus Alkaliglas) 1 als Elektronenquelle mit Drähten 2 in X- Richtung, eine Stirnplatte 10, die ein Alkaliglas-Substrat 7 einschließt, ein fluoreszierender Film 8 und eine metallische Rückseite 9 sowie ein Tragerahmen 6.
Die Elektronen leitenden Abstandshalter und andere Abstandshalter wurden gesichert und elektrisch verbunden mit dem Substrat 1 als Elektronenquelle und der Stirnplatte 10, indem die Elektronen leitende Glasmassenpaste von Beispiel 1 mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht, vorläufig gebrannt und mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte 10 verbunden wurde. Der Tragerahmen 6 wurde gleichzeitig mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte 10 mittels Stücken einer gewöhnlichen isolierenden Glasmasse 5 verbunden.
Die Elektronen leitenden Abstandshalter 4 des so hergestellten Bilderzeugungsapparats zeigten eine zufriedenstellende Sicherungsfestigkeit und elektrische Verbindbarkeit.
Wenn die elektrische Verbindung der Abstandshalter 4 mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte 10 nicht ausreichend ist, können die Abstandshalter elektrisch aufgeladen werden, um das von ihnen erzeugte elektrische Feld zu ändern und dadurch auch die Flugbahnen der Elektronen, so daß die Positionen und das Profil der fluoreszierenden Flecken des fluoreszierenden Teils modifiziert werden können. Wenn auf der anderen Seite die Sicherungsfetigkeit nicht ausreichend ist, kann der Abstandshalter nicht in der Lage sein, dem Atmosphärendruck standzuhalten. Jedoch waren die Abstandshalter dieses Beispiels vollkommen frei von diesen Problemen.

Beispiel 4

Ein Bilderzeugungsapparat, der ein leiterartiges Substrat als Elektronenquelle umfaßte, wurde hergestellt.
Bei diesem Beispiel wurden Elektronen leitende zylindrische Abstandshalter aus Alkaliglas, die mit einem Halbleiter-Dünnfilm beschichtet waren, verwendet. Die Elektronen leitenden Abstandshalter wurden gesichert und elektrisch mit einem Substrat und einer Stirnplatte mittels der Elektronen leitenden Glasmasse, die in Beispiel 2 hergestellt wurde, verbunden. Wie in dem Fall von Beispiel 3 zeigten die Elektronen leitenden Abstandshalter des hergestellten Bilderzeugungsapparats eine zufriedenstellende Sicherungsfestigkeit und elektrische Verbindbarkeit, und sie arbeiteten ebenso effektiv wie diejenigen von Beispiel 3.

Beispiel 5

Pulver aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und ein Elektronen leitendes Füllmaterial wurden in verschiedenen Gew.-%-Verhältnissen, wie in Tabelle 1 gezeigt, gemischt, und die Mischungen wurden auf ihre Bindefestigkeit und ihren spezifischen Volumen-Widerstand untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind auch in Tabelle 1 gezeigt. Die Bindefestigkeit wurde mittels eines Tests auf Scherungsreibung getestet, wobei eine Spannungstestvorrichtung (erhältlich von Orientec Co., Ltd.) verwendet wurde, und der spezifische Volumen-Widerstand wurde mittels eines Dünnfilmtests unter Verwendung eines hohen Widerstandes getestet.
LS0200 (Handelsname: erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) wurde bei diesem Beispiel als Glas mit dem niedrigen Schmelzpunkt verwendet. Körnerartige beziehungsweise granuläre Silicium(IV)-oxid-Pellets (SiO&sub2;) mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 42 um und einem maximalen Durchmesser von 60 um wurden als das Grundmaterial des Elektronen leitenden Füllmaterials verwendet. Sie zeigten in bezug auf ihre Dimension eine gute Verteilung. Die Silicium(IV)-oxid-Pellets wurden stromlos plattiert, um auf der Oberfläche derselben eine untere Schicht aus Ni mit einer Schichtdicke von 0,1 um zu bilden und eine Au-Schicht darüber mit einer Filmdicke von 0,03 um. Sie wurden als Elektronen leitender Füllmaterial verwendet. Das gemischte pulverförmige Elektronen leitende Glas wurde dann bei 400ºC bis 450ºC zur Bewertung gebrannt. Wie man in Tabelle 1 sehen kann, liegt der Gehalt an Elektronen leitendem Füllmaterial zwischen 3 und 95%, vorzugsweise zwischen 10 und 60%, optimal zwischen 10 und 25%, um eine Elektronen leitende Glasmasse herzustellen, die sowohl in Hinsicht auf die Bindungsfestigkeit als auch den spezifischen elektrischen Widerstand zufriedenstellend ist.

Beispiel 6

Granuläre Silicium(IV)-oxid-Pellets mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 23 um und einem maximalen Durchmesser von 48 um wurden als das Grundmaterial des Elektronen leitenden Füllmaterials dieses Beispiels verwendet. Sie zeigten in bezug auf die Dimension eine gute Verteilung. Die Silicium(IV)-oxid- Pellets wurden stromlos plattiert, um auf der Oberfläche derselben eine untere Schicht aus Ni in einer Filmdicke von 0,1 um zu bilden und eine Au-Schicht darüber in einer Filmdicke von 0,02 um. Sie wurden als Elektronen leitendes Füllmaterial verwendet.
Pulver aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt (LS3000: nicht-kristallines Glas ((enthaltend PbO, B&sub2;O&sub3; und TiO&sub2; als Hauptbestandteile), erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) wurde mit dem Elektronen leitenden Füllmaterial gemischt, das in einem Verhältnis in Gew.-% von 27% hinzugegeben war, dem ein niederexpansives keramisches Füllmaterial (Zircon) in einem Anteil von 10 Gew.-% hinzugegeben war, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen, um so eine pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen.
Die hergestellte pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse wurde dann mit einem Hilfsmittel aus einem Lösungsmittel aus Terpineol kombiniert, das darin ein Acrylharz-Bindemittel (Dichtungsmaterial) löste, in einem Gewichtsverhältnis von 10% auf ein Verhältnis von 1 : 12, bezogen auf das Gewicht, um so eine pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen, die leicht aufgebracht werden konnte.
Die Paste aus der Elektronen leitenden Glasmasse wurde dann auf einer Alkaliglasplatte mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht, getrocknet und vorläufig bei 350ºC bis 380ºC an der Atmosphäre gebrannt, um das Hilfsmittel zu entfernen. Sie wurde dann bei 450ºC bis 450ºC in der Luft gebrannt.
Die gebrannte Elektronen leitende Glasmasse zeigte relativ zu dem Alkaliglas eine ausreichende Bindungsfestigkeit und einen spezifischen Volumen-Widerstand von 30 mΩ·cm, was für die elektrische Verbindung hervorragend war.

Beispiel 7

Granuläre Alkaliglas-Pellets mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 18 um und einem maximalen Durchmesser von 32 um wurden als Grundmaterial für das Elektronen leitenden Füllmaterial dieses Beispiels verwendet. Sie zeigten in bezug auf die Dimension eine gute Verteilung. Die Alkaliglas-Pellets wurden plattiert, um auf ihrer Oberfläche eine darunterliegende Schicht aus Ni in einer Filmdicke von 0,1 um zu bilden und eine Ag-Schicht darüber in einer Filmdicke von 0,03 um. Sie wurden als Elektronen leitendes Füllmaterial verwendet.
Pulver aus Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt (LS6500: kristallines Glas (enthaltend PbO, B&sub2;O&sub3; und ZnO als Hauptbestandteile), erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) wurde mit dem Elektronen leitenden Füllmaterial gemischt, das in einem Gew.-%-Verhältnis von 38% zugegeben war, um eine pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen.
Die hergestellte pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse wurde dann mit einem Hilfsmittel aus einem Lösungsmittel aus Terpineol, das darin ein Acrylharz- Bindemittel (Dichtungsmaterial) zu 10 Gew.-% bis zu einem Verhältnis von 1 : 12, bezogen auf das Gewicht, gelöst enthielt, gemischt, um so eine pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen, die leicht aufgebracht werden konnte.
Die Paste aus der Elektronen leitenden Glasmasse wurde dann auf eine Alkaliglasplatte aufgebracht, getrocknet und vorläufig bei 350ºC bis 380ºC an der Atmosphäre gebrannt, um das Hilfsmittel zu entfernen. Sie wurde dann bei 430ºC bis 480ºC an der Luft gebrannt.
Die gebrannte Elektronen leitende Glasmasse zeigte eine relativ zu dem Alkaliglas ausreichende Sicherungsfestigkeit und einen spezifischen Volumen-Widerstand von 1 mΩ·cm, was für die elektrische Verbindung hervorragend war.

Beispiel 8

Granuläre Alkaliglas-Pellets mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 12 um und einem maximalen Durchmesser von 32 um wurden als Grundmaterial des Elektronen leitenden Füllmaterials dieses Beispiels verwendet. Sie zeigten in bezug auf die Dimension eine gute Verteilung. Die Alkaliglas-Pellets wurden plattiert, um auf ihrer Oberfläche eine untere Schicht aus Ni in einer Dicke von 0,15 und darüber eine Au-Schicht in einer Filmdicke von 0,05 um zu bilden. Sie wurden als Elektronen leitendes Füllmaterial verwendet.
Pulver aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt (LS3000: nicht-kristallines Glas (enthaltend PbO, B&sub2;O&sub3; und TiO&sub2; als Hauptbetandteile), erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) wurden mit dem Elektronen leitenden Füllmaterial gemischt, zugegeben in einem Gew.-% -Verhältnis von 52%, wozu ein niedrig expansives keramischer Füllmaterial (Zircon) in einer Menge von 6 Gew.-% hinzugegeben war, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen, um die pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen.
Die so hergestellte pulverförmige Elektronen leitende Glasmasse wurde dann mit einem Hilfsmittel aus einem Lösungsmittel aus Terpineol, das darin ein Acrylharz-Bindemittel (Dichtungsmaterial) mit 10 Gew.-% zu einem Verhältnis von 1 : 12, bezogen auf das Gewicht, löste, um eine pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse herzustellen, die leicht aufgebracht werden konnte.
Die Paste aus der Elektronen leitenden Glasmasse wurde dann auf eine Alkaliglasplatte aufgebracht, getrocknet und vorläufig bei 350ºC bis 380ºC gebrannt in der Atmosphäre, um das Hilfsmittel zu entfernen. Sie wurde dann bei 400ºC bis 450ºC an der Luft gebrannt.
Die gebrannte Elektronen leitende Glasmasse zeigte eine ausreichende Bindungsfestigkeit, relativ zu derjenigen des Alkaliglases, und einen spezifischen Volumen- Widerstand von 0,5 mΩ·cm, was für elektrische Verbindung ausgezeichnet war.

Beispiel 9

In diesem Beispiel wurde ein Bilderzeugungsapparat mit einer in Fig. 8 gezeigten Konfiguration hergestellt, indem die Elektronen leitende Glasmasse eines jeden der Beispiele 5 bis 8 verwendet wurde.
Figg. 15A und 15B sind partielle Querschnittsansichten längs der Linien A-A' und B-B' in Fig. 8.
In den Figg. 15A und 15B werden Elektronen leitende Abstandshalter 100 gezeigt, die durch Erzeugen eines Halbleiterfilms 100A auf der Oberfläche einer Alkaliglasplatte gebildet sind, Stücke der Elektronen leitenden Glasmasse 303 zum Binden der Elektronen leitenden Abstandshalter mit einer Breite von 320 um, ein Substrat 310 als Elektronenquelle, das aus einem Substrat 301 aus Alkaliglas hergestellt ist und darauf Drähte 302 in X-Richtung und eine Stirnplatte 309 mit einem Substrat 308 aus Alkaliglas trägt, ein fluoreszierender Film 307 und eine metallische Rückseite 306. Die Elektronen leitende Glasmasse 303 war die pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse von Beispiel 5 bis 8, die auf die metallische Rückseite 306 und die Drähte 302 in X-Richtung mittels einer Dispergiervorrichtung aufgetragen wurde und vorläufig gebrannt wurde. Anschließend wurde der Abstandshalter 100 mit der metallischen Rückseite 306 längs angeordnet und gegen die metallische Rückseite 306 an einer Seite derselben gepreßt, bevor gebrannt wurde, um eine elektrische Bindung und eine mechanische Sicherung mit der metallischen Rückseite herzustellen. Anschließend erfolgte eine Ausrichtung mit dem entsprechenden Draht 302 in X-Richtung, preßte gegen eine Seite derselben und brannte, um eine elektrische Verbindung zu erzeugen und ihn mechanisch mit dem Draht zu befestigen. Der Bilderzeugungsapparat wurde nach Vervollständigung dieser Vorgehensweisen hergestellt.
Die Elektronen leitenden Abstandshalter des hergestellten Bilderzeugungsapparates zeigten eine zufriedenstellende mechanische Bindungsfestigkeit und eine gute elektrische Verbindbarkeit.
Wenn die elektrische Verbindung der Abstandshalter mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte nicht ausreichend ist, können die Abstandshalter elektrisch aufgeladen werden, um die elektrischen Felder, die sie herstellen, zu ändern und daher die Flugbahnen der Elektronen zu beeinflussen, so daß die Positionen und das Profil der fluoreszierenden Flecken auf den fluoreszierenden Teilen modifiziert werden können. Wenn auf der anderen Seite die Sicherungsfestigkeit nicht ausreichend ist, kann der Abstandshalter nicht in der Lage sein, dem Atmosphärendruck standzuhalten. Jedoch sind die Abstandshalter dieses Beispiels vollständig frei von diesen Problemen.

Beispiel 10

Bei diesem Beispiel wurden Bilderzeugungsapparate mit einer in Fig. 8 gezeigten Konfiguration hergestellt, indem die Elektronen leitende Glasmasse eines jeden der Beispiele 5 bis 8 verwendet wurden.
Figg. 16A und 16B sind partielle Querschnittsansichten, die längs der Linien A-A' beziehungsweise B-B' in Fig. 8 genommen wurden, Fig. 16C ist eine Querschnittsansicht der Elektronen leitenden Glasmasse, die dort aufgebracht ist und die längs der Linie 16C-16C von Fig. 16B genommen wurde.
In den Figg. 16A bis 16C wird ein Elektronen leitender Abstandshalter 100 gezeigt, der durch Erzeugen eines Halbleiterfilms 100A auf der Oberfläche einer Alkaliglasplatte hergestellt ist, Verbindungsteile 403, die für die Elektronen leitenden Abstandshalter verwendet werden sollen, wobei jedes der Verbindungsteile ein Stück einer Elektronen leitenden Glasmasse 403a einschloß, die in den Beispielen 5 bis 8 hergestellt wurde, und eine Breite von 250 um aufweist, sowie Stücke von Glas einer kristallinen Glasmasse beziehungsweise -fritte mit einer Breite von 250 um, ein Substrat 410 als Elektronenquelle, das aus einem Substrat 401 eines Alkaliglases hergestellt ist und darauf Drähte 402 in X-Richtung trägt sowie eine Stirnplatte 409, die ein Substrat 408 aus Alkaliglas hat, ein fluoreszierender Film 407 und eine metallische Rückseite 406.
Wie man in Figg. 16A bis 16C sehen kann, wurde die Elektronen leitende Glasmasse 403a in pastenförmiger Form als Elektronen leitende Glasmasse zunächst auf der metallischen Rückseite 406 und dem Draht 402 in X-Richtung mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht, wohingegen das Glas 403b aus der kristallinen Glasmasse (LS7107: erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) auf einem zentralen Bereich der Fläche aufgebracht wurde, die durch den Abstandshalter 100 bedeckt wurde, jedoch nicht durch die Elektronen leitende Glasmasse 403a, ebenfalls mittels einer Dispergiervorrichtung. Die aufgebrachten zwei Typen von Glasmassen wurden vorläufig gebrannt.
Danach wurde der Abstandshalter 100 mit der metallischen Rückseite 406 ausgerichtet, gegen die metallische Rückseite 406 an einer Seite derselben gedrückt und gebrannt, um die metallische Rückseite mit der Glasmasse 403a zu verbinden und mechanisch mit der Glasmasse 403b zu sichern. Danach wurde er mit dem entsprechenden Draht 402 in X-Richtung ausgerichtet, gegen dieselbe an ihrer Seite gedrückt und gebrannt, so daß der Draht 402 in X-Richtung und der Abstandshalter 100 elektrisch mit der Glasmasse 403 verbunden und mechanisch mittels der Glasmasse 403 aneinander gesichert wurden. Der Bilderzeugungsapparat wurde hergestellt, nachdem diese Vorgehensweisen vervollständigt waren.
Zusammengefaßt wurden in diesem Beispiel die Stirnplatte, das Substrat als Elektronenquelle und die Abstandshalter des Bilderzeugungsapparats durch die Elektronen leitende Glasmasse gemäß der Erfindung verbunden und mechanisch aneinander mittels des Glases der kristallinen Glasmasse miteinander mechanisch gesichert.
Die Elektronen leitenden Abstandshalter des hergestellten Bilderzeugungsapparats zeigten eine zufriedenstellende mechanische Sicherungsfestigkeit und eine gute elektrische Verbindbarkeit.
Wenn die elektrische Verbindung der Abstandshalter mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte nicht ausreichend ist, so können die Abstandshalter elektrisch aufgeladen werden, um das elektrische Feld, das sie herstellen, zu verändern und dadurch die Flugbahnen der Elektronen, so daß die Positionen und die Profile der fluoreszierenden Flecken auf dem fluoreszierenden Teil modifiziert werden können. Wenn auf der anderen Seite die Sicherungsfestigkeit nicht ausreichend ist, kann der Abstandshalter nicht in der Lage sein, dem Atmosphärendruck stand zuhalten. Jedoch waren die Abstandshalter dieses Beispiels vollkommen frei von diesen Problemen.

Beispiel 11

Bei diesem Beispiel wurde ein Bilderzeugungsapparat mit der in Fig. 8 gezeigten Konfiguration hergestellt, indem die Elektronen leitende Glasmasse von Beispiel 8 verwendet wurde.
Figg. 17A und 17B sind partielle Querschnittsansichten, die längs der Linien A-A' beziehungsweise B-B' in Fig. 8 genommen wurden, und Fig. 17C ist eine Querschnittsansicht der Elektronen leitenden Glasmasse, die dort aufgebracht wurde, und sie ist längs der Linien 17C-17C in Fig. 17B genommen.
In Figg. 17A bis 17C sind Elektronen leitende Abstandshalter 100 gezeigt, die hergestellt wurden, indem ein Halbleiterfilm 100A auf der Oberfläche einer Alkaliglasplatte gebildet wurde, Bindungsstücke 503, die für die Elektronen leitenden Abstandshalter zu verwenden waren, von denen jedes dieser Bindungsstücke ein Stück einer Elektronen leitenden Glasmasse 503a beinhaltete, das in den Beispielen 5 bis 8 hergestellt war und das eine Breite von 250 um aufwies, sowie Stücke von Glas einer nicht-kristallinen Glasmasse mit einer Breite von 150 bis 200 um, ein Substrat 510 als Elektronenquelle, hergestellt aus einem Substrat 501 aus Alkaliglas mit Drähten 502 in X-Richtung darauf, sowie eine Stirnplatte 509, die ein Substrat 508 aus Alkaliglas hatte, ein fluoreszierender Film 507 und eine metallische Rückseite 506.
Wie man in Figg. 17A bis 17C sehen kann, wurde ein Glas einer nicht-kristallinen Glasmasse (LS3081: erhältlich von Japan Electric Glass Co., Ltd.) mittels einer Dispergiervorrichtung auf der metallischen Rückseite 506 und dem Draht 502 in X-Richtung in einem zentralen Bereich dieser Fläche mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht, die durch den Abstandshalter 100 bedeckt werden sollte, um den Querschnitt zu reduzieren, wohingegen die pastenförmige Elektronen leitende Glasmasse von Beispiel 8 auf die Fläche mit dem reduzierten Querschnitt ebenso mittels einer Dispergiervorrichtung aufgebracht wurde. Die aufgebrachten beiden Typen von Glasmassen wurden dann vorläufig gebrannt.
Danach wurde der Abstandshalter 100 mit der metallischen Rückseite 506 ausgerichtet, gegen die metallische Rückseite 506 an einer Seite davon gepreßt und gebrannt, so daß die metallische Rückseite 506 und der Abstandshalter 100 elektrisch durch die Glasmasse 503a verbunden wurden und aneinander durch die Glasmasse 503b mechanisch gesichert wurden. Anschließend wurde er mit dem entsprechenden Draht 502 in X-Richtung ausgerichtet, dagegen an der anderen Seite derselben gepreßt und gebrannt, so daß der Draht 402 in X-Richtung und der Abstandshalter 100 elektrisch mit der Glasmasse 503a verbunden und mechanisch aneinander mittels der Glasmasse 503b gesichert wurden. Der Bilderzeugungsapparat wurde hergestellt, nachdem diese Vorgehensweisen vervollständigt waren.
Zusammengefaßt, in diesem Beispiel wurden die Stirnplatte, das Substrat als Elektronenquelle und die Abstandshalter des Bilderzeugungsapparats elektrisch durch die Elektronen leitende Glasmasse verbunden und mechanisch aneinander mittels des Glases der nicht-kristallinen Glasmasse gesichert.
Die Elektronen leitenden Abstandshalter des hergestellten Bilderzeugungsapparats zeigten eine zufriedenstellende mechanische Sicherungsfestigkeit und eine gute elektrische Verbindbarkeit.
Wenn die elektrische Verbindung der Abstandshalter mit dem Substrat 1 und der Stirnplatte nicht ausreichend ist, so können die Abstandshalter elektrisch aufgeladen werden, so daß die von ihnen produzierten elektrischen Felder geändert werden und sich daher auch die Flugbahnen der Elektronen ändern, so daß die Positionen und das Profil der fluoreszierenden Flecken auf dem fluoreszierenden Teil modifiziert werden können. Wenn auf der anderen Seite die Sicherungsfestigkeit nicht ausreichend ist, kann der Abstandshalter nicht in der Lage sein, dem Atmosphärendruck standzuhalten. Jedoch sind die Abstandshalter dieses Beispiels vollkommen frei von diesen Problemen. Tabelle 1
N.B.: A: hervorragend
B: gut
C: befriedigend
D: nicht meßbar

Claims

1. Bilderzeugungsapparat, umfassend eine Stirnplatte (86) mit einem fluoreszierenden Teil (84) und einer Elektronen beschleunigenden Elektrode (85), einem vis à vis der Stirnplatte befindlichen Substrat (71) mit einer Elektronenquelle (72 bis 74) und einem Elektronen leitenden Abstandshalter (89), der sich zwischen der Elektronen beschleunigenden Elektrode (85) und der Elektronenquelle (72 bis 74) befindet, wobei der Elektronen leitende Abstandshalter (89) elektrisch mit der Elektronen beschleunigenden Elektrode (85) und/oder einem Draht (72) der Elektronenquelle (72 bis 74) mittels einer Elektronen leitenden Glasmasse (80) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen leitende Glasmasse (80) ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt und 3 bis 95 Gew.-% eines Füllmaterials aus feinen Glasteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 5 um und 50 um umfaßt, die an der Oberfläche metallbeschichtet sind.

2. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 1, wobei der elektronenleitende Abstandshalter (89) sowohl an der Elektronen beschleunigenden Elektrode (85) als auch der Elektronenquelle (72 bis 74) befestigt und mit ihnen elektrisch verbunden ist mittels der Elektronen leitenden Glasmasse (80).

3. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Grundmaterial des Abstandshalters (89) Alkaliglas ist.

4. Bilderzeugungsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektronenquelle (72 bis 74) eine Elektronen emittierende Vorrichtung (74) mit Oberflächenleitung umfaßt.

5. Bilderzeugungsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektronen leitende Glasmasse (80) ein keramisches Füllmaterial mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 70 · 10&supmin;&sup7;ºC&supmin;¹ umfaßt.

6. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 5, wobei der Gehalt des Füllmaterials an feinen, an der Oberfläche metallbeschichteten Glasteilchen zwischen 10 und 60 Gew.-% beträgt.

7. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 6, wobei der Gehalt des Füllmaterials an feinen, an der Oberfläche metallbeschichteten Glasteilchen zwischen 10 und 25 Gew.-% beträgt.

8. Bilderzeugungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Füllmaterial aus feinen Glasteilchen um Silicium(IV)-oxid oder Alkaliglas handelt.

9. Bilderzeugungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmaterial aus feinen Glasteilchen aus kugelförmigen Teilchen besteht.

10. Bilderzeugungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Füllmaterial um feine, metallplattierte Glasteilchen handelt.

11. Bilderzeugungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Hilfsmittel von Bindemittel und Lösungsmittel in die Elektronen leitende Glasmasse einbezogen wird, um sie pastenartig zu gestalten.

12. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 11, wobei die Elektronen leitende Glasmasse (80) in einem gebrannten Zustand vorliegt.

13. Bilderzeugungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall eine Schichtdicke zwischen 0,005 und 1 um aufweist.

14. Bilderzeugungsapparat nach Anspruch 13, wobei die Schichtdicke zwischen 0,02 und 0,1 um liegt.