DE69636290T2

DE69636290T2 - Elektronen-emittierende Vorrichtung sowie Elektronenquelle und Bilderzeugungsgerät, die solche Vorrichtungen benutzen

Info

Publication number: DE69636290T2
Application number: DE69636290T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon K.K. Takeo Ohta-ku Tsukamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: CN1137213A; KR100188977B1; US6231413B1; EP0725413B1; CN1099690C; JP2932250B2; EP0725413A1; DE69605691D1; JPH08273523A; EP0944106B1; US5986389A; EP0944106A1; DE69605691T2; DE69636290D1; US6435928B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektronenemittierende Vorrichtung und insbesondere auf eine elektronenemittierende Vorrichtung mit einem stabilen Emissionsstrom sowie einer Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung derartiger elektronenemittierender Vorrichtungen.
Es gibt zwei Arten von Elektronenemittier- bzw. Elektronenemissionsvorrichtungen, den Thermoionentyp und den Kaltkathodentyp. Von diesen bezieht sich der Kaltkathodentyp auf Vorrichtungen, zu denen der Feldemissionstyp (nachstehend als FE-Typ bezeichnet), Metall/Isolierschicht/Metalltyp (nachstehend als MIM-Typ bezeichnet), Elektronenemissionsvorrichtungen und Oberflächenleit-Elektronenemissionsvorrichtungen gehören. Vorgeschlagene Beispiele der Vorrichtung des FE-Typs kommen 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, 5248 (1976).
Beispiele von MIM-Vorrichtungen sind offenbart in C. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961).
Beispiele von Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit enthalten einen Vorschlag von M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965).
Eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit wird unter Verwendung des Phänomens realisiert, dass Elektronen aus einem auf einem Substrat gebildeten kleinen Dünnfilm emittiert werden, wenn ein elektrischer Strom gezwungen wird, parallel zur Filmoberfläche zu fließen. Während Elinson die Verwendung von Sn0₂-Dünnfilm für eine Vorrichtung dieser Art vorgeschlagen hat, ist die Verwendung von Au-Dünnfilm von G. Dittmar, "Thin Solid Films", 9, 317 (1972) vorgeschlagen worden, wohingegen die Verwendung von In₂0₃/Sn0₂ und die eines Kohlenstoffdünnfilms jeweils in M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEE Trans. ED Conf.", 519 (1975) und H. Araki et al., "Vacuum", Vol. 26, Nr. 1, Seite 22 (1983) abgehandelt ist.
23 der beiliegenden Zeichnung stellt schematisch eine von M. Hartwell vorgeschlagene typische Oberflächenleit-Elektronenemissionsvorrichtung dar. In 23 bedeutet Bezugszeichen 201 ein Substrat. Bezugszeichen 202 bedeutet einen elektrisch leitenden Dünnfilm, der üblicherweise hergestellt wurde durch Erzeugen eines H-förmigen dünnen Metalloxidfilms mittels Sputtern, wobei ein Teil dessen eine Elektronenemissionszone 203 bildet, wenn er einer Stromleitbehandlung unterzogen wird, die "Erregungsformierung" bezeichnet und später beschrieben wird. In 23 ist der enge Film zwischen einem Paar Vorrichtungselektroden angeordnet und hat eine Länge G von 0,5 bis 1 mm und eine Breite W' von 0,1 mm.
Herkömmlicherweise wird eine Elektronenemissionszone 203 in einer Oberflächenleit-Elektronenemissionsvorrichtung erzeugt durch Unterziehen des elektrisch leitenden Dünnfilms 202 der Vorrichtung einer vorläufigen Behandlung, die sich "Erregungsformierung" nennt. In einem Erregungsformierungsprozess wird eine konstante Gleichspannung oder eine langsam ansteigende Gleichspannung, die typischerweise mit einer Rate von 1 V/min ansteigt, an vorgegebene gegenüberliegende Enden des elektrisch leitenden Dünnfilms 202 angelegt, um diesen teilweise zu zerstören, zu deformieren oder den Film umzuwandeln und eine hochohmige Elektronenemissionszone 203 zu erzeugen. Somit ist die Elektronenemissionszone 203 Teil des elektrisch leitenden Dünnfilms 202, der typischerweise einen oder mehrere Brüche enthält, so dass Elektronen von diesem Bruch emittiert werden können. Angemerkt sei, dass einmal der Erregungsformierungsbehandlung unterzogen, eine Oberflächenleit-Elektronenemissionsvorrichtung Elektronen von ihrer Elektronenemissionszone 203 emittiert, wann immer eine geeignete Spannung am elektrisch leitenden Dünnfilm 202 anliegt, um einen elektrischen Strom durch die Vorrichtung fließen zu lassen.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 6-141670 offenbar einen weiteren Aufbau einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit. Sie enthält ein Paar gegenüberstehend angeordneter Vorrichtungselektroden eines elektrisch leitenden Materials und einen Dünnfilm eines anderen elektrisch leitenden Materials, das angeordnet ist zur Verbindung der Vorrichtungselektroden. Eine Elektronenemissionszone wird erzeugt im elektrisch leitenden Dünnfilm, wenn letzterer einer Erregungsformierung unterzogen wird. 2A und 2B veranschaulichen schematisch eine bekannte Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit (obwohl deren Aufbau auch auf eine Elektronenemissionsvorrichtung nach der Erfindung anwendbar ist, die später zu beschreiben ist).
Mit einer derartigen Elektronenemissionsvorrichtung kann die Stärke des von der Vorrichtung emittierten Elektronenstrahls bemerkenswert verbessert werden, indem sie einem Prozess unterzogen wird, der als "Aktivierung" bezeichnet wird. Für einen Aktivierungsprozess wird die Vorrichtung in einem Vakuumgerät untergebracht, und eine Impulsspannung wird zwischen die Vorrichtungselektroden angelegt, bis Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung aus einer geringfügigen Menge organischer Substanzen erzeugt wird, die sich im Vakuum befinden und nahe an der Elektronenemissionszone angeordnet sind, um die Elektronenemissionswirkung der Vorrichtung zu verbessern.
Eine derartige Vorrichtung ist vorteilhaft bei einer von M. Hartwell vorgeschlagenen Vorrichtung, weil der elektrisch leitende Dünnfilm mit einer Elektronenemissionszone der Vorrichtung der obigen Erfindung unabhängig präpariert werden kann, so dass ein Material, das wiederholt einer Erregungsformierung unterzogen wird, beispielsweise als elektrisch leitender Dünnfilm, der sich aus feinen Partikeln zusammensetzt, hierfür verwendet werden kann. Dieses Merkmal schafft den besonderen Vorzug, wenn eine große Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit, die einheitlich zur Elektronenemission beitragen, herzustellen sind.
Mit dem aktuellen technologischen Stand kann der Emissionsstrom Ie einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit jedoch nicht befriedigend gesteuert werden, damit er keinerlei unzulässige Fluktuationen aufweist. Mit anderen Worten, die Stärke des von einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleit fähigkeit emittierten Elektronenstrahls wird in der Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit des zuvor beschriebenen anderen Aufbaus ständig fluktuieren, wobei das Verhältnis des Durchschnittsemissionsstroms <Ie> zur Abweichung DIe etwa 10 % nach einem Stabilisierungsprozess ist, der später zu beschreiben ist.
Das Verhältnis ist offensichtlich so klein wie möglich zu machen, um eine Feinsteuerung der Stärke des von einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit emittierten Elektronenstrahls fein zu steuern, da eine derartige fein steuerbare Vorrichtung ein weites Anwendungsfeld findet.
Die Elektronenemissionseigenschaft einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit kann eine Art von Speichereffekt zeigen, der die Arbeitsweise irreversibel ändert, abhängig von der höchsten Spannung, die an die Vorrichtung angelegt wird. Fluktuationen des Emissionsstromes Ie können mit Fluktuationen der effektiven angelegten Spannung an die Elektronenemissionszone der Vorrichtung begleitet sein, und von daher kann die Elektronenemissionseigenschaft einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit geändert werden, wenn eine hohe Spannung als Ergebnis derartiger Fluktuationen in der effektiven Spannung und graduelle Verschlechterung im Verlauf der Zeit angelegt und das Anlegen einer derartigen hohen Spannung wiederholt wird.
Vorstellbare Gründe derartiger Fluktuationen im Emissionsstrom Ie, die zu einer verschlechterten Elektronenemissionseigenschaft führen, enthalten (1) Änderungen der Arbeitsweise aufgrund einer Adsorption oder Desorption von Gasmolekülen, die im Vakuum für den Elektronenemissi onsbereich zurückbleiben, (2) Deformation des Elektronenemissionsbereichs aufgrund von Zonenbombardierungen und (3) Diffusion und Bewegungen von Atomen der Elektronenemissionszone.
Techniken zum Unterdrücken derartiger Fluktuationen im Emissionsstrom Ie und sich daraus ergebende Verschlechterung der Elektronenemissionseigenschaft einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit, die bis heute vorgeschlagen worden sind, umfassen die Verwendung eines externen Widerstands, der mit der Vorrichtung in Serie geschaltet ist. Wenn es jedoch zu einer Elektronenquelle kommt, präpariert durch Anordnen einer großen Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen, kann die Verwendung eines einzigen externen in Serie geschaltet Widerstands weder hinreichend noch befriedigend Fluktuationen des Emissionsstroms Ie einer jeden der Elektronenemissionsvorrichtungen unterdrücken.
Eine Verbesserung zu dieser Technik kann in der Verwendung einer Vielzahl von Widerständen bestehen, die jeweils mit den Elektronenemissionsvorrichtungen der Elektronenquelle verbunden sind. Jedoch ist es nicht möglich, die Widerstände einer großen Anzahl von Widerständen gleichzumachen, und die Verwendung von Widerständen ungleicher Widerstandswerte kann die Abweichungen verstärken, die der individuellen Elektronenemissionsvorrichtung eigen sind. Sind einmal die Widerstände mit den Elektronenemissionsvorrichtungen verbunden, müssen sie einem Erregungsformierungsprozess unterzogen werden, und lenken von allen Anstrengungen zum Optimieren der Erregungsformierung ab.
In Hinsicht auf die zuvor genannten Probleme besteht Bedarf nach Elektronenemissionsvorrichtungen, die mit je weils passenden Widerständen versehen sind, die nach einer Erregungsformierungsoperation gebildet werden, sowie nach einem Verfahren der Herstellung derartiger Vorrichtungen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfinder strebte deshalb danach, eine Elektronenemissionsvorrichtung mit verringerten Fluktuationen in einem Emissionsstrom zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen, die weniger anfällig ist, die Elektronenemissionseigenschaft zu verschlechtern.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektronenemittiervorrichtung mit einem Paar von Elektroden und einem Paar von elektrisch leitenden Filmen vorgesehen, die zwischen bzw. mit dem Paar von Elektroden mit einem elektronenemittierenden Bereich, der einen zwischen dem Paar von elektrisch leitenden Filmen eingefügten Spalt umfasst, angeordnet bzw. verbunden sind, wobei die Vorrichtung einen Schichtstoffverbund eines Halbleitermaterials oder eines Metalloxids und eines Films aus Kohlenstoff oder eines Kohlenstoffverbunds an dem Rand des elektronenemittierenden Bereichs und zumindest einem des Paares von elektrisch leitenden Filmen aufweist.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektronenquelle vorgesehen, mit einer Vielzahl von Elektronenemittiervorrichtungen, die mit Verdrahtungsleitern auf einem gemeinsamen Substrat verbunden ist, wobei jede Elektronenemittiervorrichtung eine wie unmittelbar vorstehend beschriebene Elektronenemittiervorrichtung ist.
Nach einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bilderstellungsvorrichtung vorgesehen, mit einer wie vorstehend beschriebenen Elektronenquelle und einem Bilderstellungselement zum Erzeugen von Bildern bei Bestrahlung durch von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahlen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1A bis 1H schematische Querschnittsseitenansichten einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach der Erfindung, die mögliche unterschiedliche Konfigurationen von einem oder mehr als einem zusätzlichen Film zeigen,
2A eine schematische Ansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit vom Flächentyp,
2B eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung von 2A,
3 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht einer stufenförmigen Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit,
4A bis 4C schematische Querschnittseitenansichten einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit bei verschiedenen Stufen im Verlauf der Herstellung,
5A und 5B Graphen, die Spannungswellenformen zeigen, die beim Herstellprozess der Elektronenemissionsvorrichtung verwendbar sind,
6 ein schematisches Diagramm eines Vakuumverarbeitungsgerätes, das verwendet werden kann zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit und zur Bewertung der Eigenschaft der Vorrichtung,
7A und 7B Graphen, die schematisch die Elektronenemissionseigenschaft einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach der Erfindung darstellen,
8 eine schematische Aufsicht auf eine Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtung,
9 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsgerätes mit einer Elektronenquelle mit Matrixverdrahtung,
10A und 10B mögliche Anordnungen von Fluoreszenzgliedern der Bilderstellungsvorrichtung,
11 ein schematisches Schaltbild einer Ansteuerschaltung, die verwendet werden kann zur Bildanzeige gemäß NTSC-Fernsehsignalen sowie ein Blockdiagramm eines Bilderzeugungsgerätes mit einer Elektronenquelle mit Matrixverdrahtung, die von einer derartigen Ansteuerschaltung ansteuerbar ist,
12 ein schematisches Blockdiagramm eines Vakuumverarbeitungssystems, das zur Herstellung eines Bilderzeugungsgerätes nach der Erfindung verwendet werden kann,
13 eine schematische Ansicht einer Elektronenquelle mit leiterförmiger Verdrahtung,
14 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsgerätes mit einer Elektronenquelle mit leiterförmiger Verdrahtung,
15 ein schematisches Schaltbild, das zum Ausführen eines Erregungsformierungsprozesses an einer Elektronenquelle verwendet werden kann,
16 einen Graph, der eine Technik zum bestimmen des Zusatzwiderstandes zeigt, der durch einen Widerstandsfilm vorgesehen ist,
17 einen Graph, der die Wellenform einer Impulsspannung zeigt, die bei der Herstellung von Elektronenemissionsvorrichtungen zum Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
18 eine schematische Teilansicht einer Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtungsanordnung,
19 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Elektronenquelle von 18 entlang der Linie 19-19,
20A bis 20H schematische Teilquerschnittsansichten einer Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtungsanordnung, die unterschiedliche Herstellungsschritte zeigen,
21 ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung, die zum Erregungsformierungsprozess im Beispiel 11 verwendet wird,
22 ein schematisches Blockdiagramm eines Bildanzeigesystems, das unter Verwendung einer Bilderstellungsvorrichtung realisiert ist, und
23 eine schematische Aufsicht auf eine M. Hartwell-Elektronenemissionsvorrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit vorgesehen, die über einen elektrisch leitenden Dünnfilm mit einer Elektronenemissionszone verfügt und beschichtet ist mit einem zusätzlichen Film wenigstens auf der Niedrig-Potenzialseite an der Grenze der Elektronenemissionszone, um einen zusätzlichen widerstand zu bilden. Ein derartiger zusätzlicher Film kann auch auf der höheren Potenzialseite der Grenze der Elektronenemissionszone vorgesehen sein. Ein derartiger zusätzlicher Film ist entweder aus Halbleitermaterial oder Metalloxid und ist gebildet, um einen zusätzlichen Widerstand in einem Bereich von 500 Ω bis 100 kΩ zwischen gegenüberstehend angeordneten Vorrichtungselektroden bereitzustellen, wenn die Vorrichtung zur Elektronenemission angesteuert wird.
Hier sei angemerkt, dass auch eine Feldemissions-Elektronenemissionsvorrichtung (FE-Vorrichtung) Fluktuationen im Emissionsstrom Ie zeigt, und es ist eine Technik vorgeschlagen worden, eine zusätzliche Widerstandsschicht un ter der kathodischen Komponente anzuordnen, um derartige Fluktuationen zu beseitigen. Im Falle einer FE-Vorrichtung ist der zusätzliche Widerstand, der zur Steuerung des Emissionsstromes dient, typischerweise in der Größenordnung von 1 MΩ bis zu mehreren Zehn MΩ vorgesehen, bezüglich des Emissionsstromes von etwa 0,1 bis 1 μA in Hinsicht auf die Tatsache, dass der Emissionsstrom im Gesamtstrom dominant ist, der durch die Vorrichtung fließt.
Hinsichtlich der Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit ist nun der Emissionsstrom relativ gering zum Gesamtstrom If, der die Vorrichtung durchfließt. In einem typischen Beispiel wird ein Ie von etwa 1 μA für einen If mit einer Stärke von 1 mA erzeugt. Im Ergebnis intensiver Nachforschungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass durch Hinzufügen eines passenden Zusatzwiderstandes, der zum If-Pegel der Vorrichtung passt, Fluktuationen im If und von daher jene im Ie in effektiver Weise unterdrückt werden können. Während der Unterdrückungseffekt mit einem großen Zusatzwiderstand merklich wird, gibt der große Zusatzwiderstand Anlass zur Erhöhung eines Spannungsabfalls von mehr als 100 V zum sich daraus ergebenden Anstieg der erforderlichen Spannung zum Ansteuern der Vorrichtung, wenn er 100 kΩ übersteigt. Folglich ist die Verwendung eines exzessiv großen Zusatzwiderstandes nicht praktikabel.
Ein Elektronenemissionsvorrichtung nach der Erfindung enthält des Weiteren einen Film aus Kohlenstoff oder einen Film aus einer Kohlenstoffverbindung, erzeugt als Ergebnis eines Aktivierungsprozesses. Zum Zwecke der Erfindung kann ein derartiger Film aus Kohlenstoff oder aus einer Kohlenstoffverbindung auf dem zusätzlichen Film zum Bereitstellen eines Zusatzwiderstandes gebildet werden, wie zuvor beschrieben, alternativ kann der zusätzliche Film zum Bereitstellen eines Zusatzfilms auf einem Film aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung gebildet werden, der auf dem elektrisch leitenden Dünnfilm gebildet wird.
In einer Elektronenquelle, die durch Anordnen einer großen Zahl von Elektronenemissionsvorrichtungen auf einem Substrat realisiert wird, ist der Zusatzwiderstand vorzugsweise größer als der Widerstand der Leitungen, die die Vorrichtungen verbinden.
Es werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung weiterhin unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar sowohl bei Elektronenemissionsvorrichtungen des Flächentyps als auch des Stufentyps. Zuerst wird die Vorrichtung des Flächentyps beschrieben.
2A und 2B zeigen schematisch eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit des ebenen Typs., auf bei der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann. Eine Aufsicht ist in 2A gezeigt, während 2B eine Querschnittsansicht zeigt.
Bezüglich der 2A und 2B enthält die Vorrichtung ein Substrat 1, eine niederpotenzialseitige Vorrichtungselektrode und eine hochpotenzialseitige Vorrichtungselektrode 2 und 3, einen niederpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm und einen hochpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 4 und 5 sowie eine einen Spalt umfassende Elektronenemissionszone 6.
Materialien, die für das Substrat 1 verwendet werden können, umfassen Quarzglas, Glas mit Dotierungen wie beispielsweise Na zu einem reduzierten Konzentrationspegel, Silikatglas, Glassubstrat, die aus einer Si0₂-Schichtstruktur auf Silikatglas mittels Sputtern, keramische Substanzen wie Tonerde sowie Si realisiert sind.
Während die gegenüberliegend angeordneten Vorrichtungselektroden 2 und 3 aus einem beliebigen gut leitenden Material bestehen können, enthalten bevorzugte Kandidatenmaterialien Metalle wie Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd und deren Legierungen, die druckbare leitende Materialien aus einem Metall oder einem Metalloxid sind, ausgewählt unter Pd, Ag, Ru0₂, Pd-Ag und Glas, transparenten Leitmaterialien wie In₂0₃-SnO₂ und Halbleitermaterialien wie polykristallines Silizium.
Der Abstand L, der die Vorrichtungselektroden voneinander trennt, die Länge W der Vorrichtungselektroden, die Kontur des elektrisch leitenden Dünnfilms 4 und 5 und andere Faktoren der Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit zum Zwecke der Erfindung können abhängig von der Anwendung der Vorrichtung bestimmt werden. Der Abstand L, der die Vorrichtungselektroden 2 und 3 trennt, ist vorzugsweise zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert von Mikrometern, und vorzugsweise zwischen mehreren Mikrometern und mehreren zehn Mikrometern.
Die Länge W der Vorrichtungselektroden ist abhängig vom Widerstand der Elektroden und der Elektronenemissionskennlinien der Vorrichtung und liegt vorzugsweise zwischen mehreren Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern. Die Filmstärke d der Vorrichtungselektroden 2 und 3 liegt zwischen mehreren zehn Nanometern und mehreren Mikrometern.
Eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit zum Zwecke der Erfindung kann einen anderen Aufbau als den in den 2A und 2B gezeigten haben und kann alternativ präpariert werden durch Schichten von Dünnfilmen 4 und 5 auf einem Substrat 1 und dann ein Paar gegenüberliegend angeordneter Vorrichtungselektroden 2 und 3 auf dem Dünnfilm.
Die elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 sind vorzugsweise Feinpartikelfilme, um exzellente Elektronenemissionskennlinien zu schaffen. Die Stärke der elektrisch leitenden Dünnfilme wird als eine Funktion stufenförmiger Bedeckung der elektrisch leitenden Dünnfilme auf den Vorrichtungselektroden 2 und 3 bestimmt, wobei der elektrische Widerstand zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 und den Parametern für die später zu beschreibende Erregungsformierungsoperation sowie andere Faktoren vorzugsweise zwischen mehreren zehntel und mehreren Nanometern und vorzugsweise 1 und 50 Nanometern liegt. Die elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 zeigen normalerweise einen Flächenwiderstand Rs zwischen 10² und 10⁷ Ω/☐. Angemerkt sei, dass Rs der durch R = Rs(1/w) festgelegte Wert ist, wobei w und l die Breite beziehungsweise die Länge eines Dünnfilms sind und wobei R der Widerstand in Längsrichtung des Dünnfilms ist. Während der Formierungsprozess hinsichtlich der Stromleitbehandlung zum Zwecke der Erfindung beschrieben wird, sei auch angemerkt, dass der Erstellungsprozess einen Prozess enthält, bei dem ein Bruch bzw. Spalt im Dünnfilm entsteht, um dort einen hochohmigen Zustand zu erzeugen.
Die elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 bestehen aus feinen Partikeln eines Materials, das ausgesucht ist unter Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W und Pb, Oxiden wie PdO, SnO₂, In₂0₃, PbO und Sb₂0₃, Boriden wie HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄ und GdB₄, Karbiden wie TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC und WC, Nitriden wie TiN, ZrN und HfN, usw.
Die hier verwendete Bezeichnung "Feinpartikelfilm" bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aus einer sehr großen Anzahl feiner Partikel besteht, die entweder lose dispergiert, fest oder sich wechselweise zufällig überlappend angeordnet sein können (um unter gewissen Umständen eine Inselstruktur zu bilden).
Der Durchmesser von zum Zwecke der Erfindung zu verwendenden Feinpartikeln liegt zwischen einigen Zehntel Nanometern bis hin zu einigen Hundert Nanometern, und vorzugsweise zwischen einem Nanometer und 20 Nanometern.
Da der Ausdruck „Feinpartikel" hier häufig verwendet wird, ist er nachstehend ausführlicher beschrieben.
Ein kleines Partikel wird „Feinpartikel" genannt, und ein Partikel, das kleiner als ein Feinpartikel ist, wird „ultrafeines Partikel" genannt. Ein Partikel, das kleiner als ein „ultrafeines Partikel" und durch einige Hundert Atome gebildet ist, wird „Cluster" genannt.
Diese Definitionen sind jedoch nicht einschränkend, und der Schutzbereich eines jeden Ausdrucks kann abhängig von der einzelnen Ausgestaltung des zu behandelnden Partikels variieren. Ein „ultrafeines Partikel" kann einfach „Feinpartikel" genannt werden, wie in Falle dieser Patentanmeldung.
„The Experimental Physics Course No. 14: Surface/Fine Particle" (Herausgeber Koreo Kinoshita, Veröffentlichung Kyoritu, 1. September 1986) beschreibt wie folgt:
„Ein wie hier verwendetes Feinpartikel, das Partikel genannt wird, das einen Durchmesser irgendwo zwischen 2 bis 3 μm und 10 nm aufweist, und ein wie hier verwendetes ultrafeines Partikel bedeutet ein Partikel, das einen Durchmesser irgendwo zwischen 10 nm und 2 bis 3 nm aufweist. Diese Definitionen sind jedoch keinesfalls einschränkend, und ein ultrafeines Partikel kann auch einfach Feinpartikel genannt werden. Deshalb sind diese Definitionen in jedem Fall eine Faustregel. Ein Partikel, das aus zwei bis einigen Hundert (oder einigen Zehn) Atomen gebildet ist, wird Cluster genannt." (Ibid., S. 195, Zeilen 22 bis 26).
Außerdem definiert „Hayashi's Ultrafine Particle Projekt" der New Technology Development Corporation ein „ultrafeines Partikel" unter Verwendung einer kleineren Untergrenze für die Partikelgröße wie folgt:
„Das 'Ultrafine Particle Project' (1981 bis 1986) unter der 'Creative Science and Technology Promoting Scheme' definiert ein ultrafeines Partikel als ein Partikel, das einen Durchmesser zwischen etwa 1 und 100 nm aufweist. Dies bedeutet, dass ein ultrafeines Partikel ein Agglomerat von etwa 100 bis hin zu 10⁸ Atomen ist. Vom Standpunkt des Atoms aus ist ein ultrafeines Partikel ein riesiges oder ultrariesiges Partikel." („Ultrafine Particle – Creative Science and Technology": Herausgeber Chikara Hayashi, Ryoji Ueda, Akira Tazaki, Mita-Veröffentlichung, 1988, S. 2, Zeilen 1 bis 4). „Ein Partikel, das kleiner als ein ultrafeines Partikel und durch einige bis einige Hundert Atome gebildet ist, wird Cluster genannt." (Ibid., S. 2, Zeilen 12 und 13).
Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen allgemeinen Definitionen bezieht sich der Ausdruck "Feinpartikel", wie er hier verwendet wird, auf ein Agglomerat einer größeren Anzahl von Atomen und/oder Molekülen eines Durchmessers mit einer geringen Grenze zwischen mehreren Zehntel Nanometern und einem Nanometer mit einer oberen Grenze von mehreren Mikrometern.
Die Elektronenemissionszone 6 ist zwischen der niedrigeren Potenzialseite und der höheren Potenzialseite der elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 gebildet und enthält einen elektrisch hochohmigen Bruch, obwohl deren Eigenschaften abhängig sind von der Stärke, der Natur und dem Material der elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 und dem Erregungsformierungsprozess, der hiernach beschrieben wird. Die Elektronenemissionszone 6 kann auf der Innenseite elektrisch leitende Feinpartikel mit einem Durchmesser zwischen mehreren Zehntel Nanometern und mehreren Zehn Nanometern haben. Das Material derartiger elektrisch leitender Feinpartikel kann ausgewählt werden aus allen oder einem Teil der Materialien, die zur Vorbereitung der elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 dienen.
1A bis 1H sind schematische Querschnittsseitenansichten einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach einem ersten Aspekt der Erfindung, die typische andere Konfigurationen zeigen.
1A zeigt die grundlegendste Konfiguration eines Zusatzfilms 7 zum Bereitstellen eines Zusatzwiderstands, gebildet an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und dem niederpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 4 einer Elektronenemissionsvorrichtung nach der Erfin dung. Die Vorrichtung kann zum Ausführen einer gewünschten Weise durch passende Auswahl der Stärke, eines Profils und eines spezifischen Widerstands für den Film gemacht sein, um einen gewünschten Zusatzwiderstand bereitzustellen.
Materialien, die für den Zusatzfilm verwendet werden können, enthalten Halbleitersubstanzen, wie beispielsweise Si und Ge und Metalloxide. Wenn eine Halbleitersubstanz verwendet wird, kann der spezifische Widerstand des Films reguliert werden durch Auswahl passender Konzentrationen für jede enthaltene Dotierung. Wenn ein Metalloxid verwendet wird, kann der spezifische Widerstand des Films reguliert werden durch Steuern der Abweichung des Sauerstoffgehalts aus der stöchiometrischen Zusammensetzung der Verbindung oder durch Bilden einer Mischung aus einem Metall und einem Oxid mit einem kontrollierten Mischungsverhältnis.
Während die Struktur der Elektronenemissionszone 6 nicht detailliert dargestellt ist, kann sie in sich dispergierte Feinpartikel enthalten.
In 1B ist auch ein Zusatzfilm 7 an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 gebildet und dem hochpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 5, um einen Zusatzwiderstand bereitzustellen. Diese Konfiguration ist ebenfalls realisierbar.
In 1C ist ein Metallfilm 9 in einem Aktivierungsprozess gebildet auf einem Zusatzfilm 7, gebildet an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und dem niederpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 4, um einen Zusatzwiderstand vorzusehen. Angemerkt sei, dass zwei Filme nur auf der Seite niedrigen Potenzials der Vorrich tung in 1C gebildet sind; derartige Filme können auch an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 auf der Seite höheren Potenzials gebildet sein, wie im Falle von 1D.
Der Metallfilm 7 (oder ein Film 8 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung, der nachstehend beschrieben ist), wird zur bemerkenswerten Erhöhung des Vorrichtungstroms If gebildet, der durch eine Elektronenemissionsvorrichtung fließt, und des Emissionsstroms Ie, der von emittierten Elektronen dieser Vorrichtung erzeugt wird.
In 1E sind Zusatzfilme 7 jeweils an der Grenze der Elektronenemissionszone und der Seite niedrigeren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms gebildet und auf derjenigen der Elektronenemissionszone und auf die Seite höheren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms, um einen Zusatzwiderstand bereitzustellen, und dann wird ein Metallfilm 9 nur auf einem der Zusatzfilme gebildet (das heißt, der eine auf der Seite niedrigeren Potenzials, wie in 1E).
In 1F wird ein Zusatzfilm 7 an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und der Seite niedrigeren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms 4 gebildet, um einen Zusatzwiderstand zu schaffen, und ein Metallfilm 9 ist an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und der Seite höheren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms 5 gebildet.
In 1G sind Zusatzfilme 7 jeweils an der Grenze der Elektronenemissionszone und der Seite niedrigeren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms gebildet und derjenige der Elektronenemissionszone und der Seite höhe ren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms, um einen Zusatzwiderstand wie in 1B zu schaffen, und dann werden diese in einem Aktivierungsprozess jeweils mit Filmen 8 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung bedeckt.
In 1H sind Zusatzfilme 7 zum Schaffen eines Zusatzwiderstandes und die zugehörigen Filme 8 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung umgekehrt gegenüber jenen von 1G aufgelegt.
In den gemäß 1G bis 1H gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung können Zusatzfilme 7 zum Bereitstellen eines Zusatzwiderstands und Filme 8 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung auf der Seite niedrigeren Potenzials und auf der Seite höheren Potenzials gebildet werden. Gemäß der Erfindung wird ein Schichtstoffverbund 7 und ein Film 8 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung an der Grenze des elektronenemittierenden Bereichs 6 und an zumindest einem der elektrisch leitenden Filme 4, 5 mit niedrigerem und höherem Potenzial gebildet.
Angemerkt sei, dass die möglichen Konfigurationen eines oder mehrerer als ein zusätzlicher Film nach der Erfindung nicht auf jene in den 1A bis 1H gezeigten beschränkt sind, und viele andere Konfigurationen sind denkbar, das zuvor erläuterte Problem zu lösen.
Nun wird eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit des Stufentyps beschrieben.
3 ist eine schematische Querschnittseitenansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleit fähigkeit des Stufentyps, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
In 3 bedeutet Bezugszeichen 11 einen Stufenbildungsabschnitt. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 1, Vorrichtungselektroden 2 und 3 und elektrisch leitende Dünnfilme 4 und 5 sowie eine Elektronenemissionszone 6, die aus denselben Materialien bestehen wie die Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit des flachen Typs (Ebenentyp), wie zuvor beschrieben, sowie ein Schrittbildungsabschnitt 11 aus einem Isolationsmaterial, wie beispielsweise Si0₂, erzeugt durch Vakuumaufdampfung, Ducken oder Sputtern, und mit einer Höhe gemäß dem Abstand L, der die Vorrichtungselektroden voneinander trennt, einer flach gebauten Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit, wie sie zuvor beschrieben wurde, oder zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren zehn Mikrometern. Vorzugsweise ist die Höhe des Schrittbildungsabschnitts 11 zwischen mehreren zehn Nanometern und mehreren Mikrometern, obwohl sie als eine Funktion des Herstellverfahrens des Schrittbildungsabschnitts gewählt wird, der dort verwendet wird, und der an die Vorrichtungselektroden angelegten Spannung.
Nach Bilden der Vorrichtungselektroden 2 und 3 und dem Schrittbildungsabschnitt 11 werden die elektrisch leitenden Dünnfilme 4 und 5 jeweils auf die Vorrichtungselektroden 2 und 3 gelegt. Während die Elektronenemissionszone 6 auf dem Schrittbildungsabschnitt 11 in 3 gebildet wird, sind ihre Stellen und Kontur abhängig von den Umständen, unter denen sie präpariert wurden, den Erregungsformierungsbedingungen und anderen betreffenden Umständen, und sind nicht auf die dargestellten beschränkt.
Während verschiedene Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach der Erfindung denkbar sind, veranschaulichen 4A bis 4C schematisch ein typisches dieser Verfahren.
Nun wird ein Herstellverfahren einer flach gebauten Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach der Erfindung anhand der 2A und 2B und 4A bis 4C beschrieben. Angemerkt sei, dass in den 4A bis 4C dieselben Komponenten oder diesen ähnliche in den 2A und 2B jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

1) Nach sorgfältigem Reinigen eines Substrates 1 mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel wird ein Material auf das Substrat 1 mittels Vakuumaufdampfung, Sputtern oder einigen anderen geeigneten Techniken für ein Paar Vorrichtungselektroden 2 und 3 aufgetragen, die dann fotolithografisch (4A) erzeugt werden.
2) Ein organischer metallischer Dünnfilm wird auf dem Substrat 1 gebildet, das auf sich das Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 trägt, durch Anwenden einer organischen Metalllösung und Belassen der angewandten Lösung für eine vorgegebene Zeitdauer. Die organische Metalllösung kann als grundlegendes Ingredienz irgendeines der Metalle enthalten, die zuvor für die elektrisch leitende Dünnfilme 4 und 5 angegeben sind. Danach wird der organische metallische Dünnfilm getempert und nachfolgend einer Musterungsoperation unter Verwendung einer geeigneten Technik unterzogen, wie Abheben oder Ätzen, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 12 zu erzeugen (4B). Während eine organische Metalllösung zur Herstellung der Dünnfilme in der obigen Beschreibung verwendet wurde, kann ein elektrisch leitender Dünnfilm 12 alternativ durch Vakuumaufdampfung, Sputtern, chemische Dampfauftragung, Dispersionsbeschichtung, Eintauchen, Schleuderbeschichtung oder durch irgendeine andere Technik gebildet werden.
3) Danach wird die Vorrichtung einem Prozess unterzogen, der als "Erregungsformierung" bezeichnet wird.

6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Anordnung mit einer Vakuumkammer, die für den Formierungsprozess und auch für die nachfolgenden Prozesse verwendet werden kann. Er kann auch als Kalibriersystem zum Bestimmen der Eigenschaft einer Elektronenemissionsvorrichtung des jeweiligen Typs verwendet werden. Bezüglich 6 enthält das Kalibriersystem eine Vakuumkammer 26 und eine Vakuumpumpe 27. Eine Elektronenemissionsvorrichtung ist in der Vakuumkammer 26 untergebracht. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 1, nieder- und hochpotenzialseitige Vorrichtungselektroden 2 und 3, nieder- und hochpotenzialseitige elektrisch leitende Dünnfilme 4 und 5 und eine Elektronenemissionszone 6. Ansonsten hat das Kalibriersystem eine Stromversorgung 21 zum Anlegen einer Vorrichtungsspannung Vf an die Vorrichtung, ein Amperemeter 22 zum Messen des Vorrichtungsstromes If, der durch die Dünnfilme 4 und 5 zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 fließt, eine Anode 25 zum Aufnehmen des durch aus der Elektronenemissionszone der Vorrichtung emittierten Elektronen erzeugten Emissionsstroms Ie, eine Hochspannungsquelle 23 zum Anlegen einer Spannung an die Anode 25 des Kalibriersystems und ein weiteres Amperemeter 24 zum Messen des Emissionsstromes Ie, der erzeugt wird durch die von der Elektronenemissionszone 6 der Vorrichtung emittierten Elektronen. Zur Bestimmung der Eigenschaft der Elektronenemissionsvorrichtung kann eine Spannung zwischen 1 und 10 kV an die Anode angelegt werden, die von der Elektronenemissionsvorrichtung um einen Abstand H beabstandet ist, der zwischen 2 und 8 mm beträgt.
In der Vakuumkammer sind Instrumente einschließlich einem Vakuummessgerät und andere Teile der Vorrichtung untergebracht, die für das Kalibriersystem erforderlich sind, so dass die Eigenschaft der Elektronenemissionsvorrichtung oder der Elektronenquelle in der Kammer genau getestet werden kann. Die Vakuumpumpe 27 kann mit einem üblichen Hochvakuumsystem einschließlich einer Turbopumpe und einer Rotationspumpe ausgestattet sein, und ein Ultrahoch-Vakuumsystem mit einer Zonenpumpe. Die gesamte Vakuumkammer, die ein Elektronenquellensubstrat in sich trägt, kann mit einem Heizelement (nicht dargestellt) erwärmt werden. Somit kann die Vakuumverarbeitungsanordnung verwendet werden für den Formierungsprozess und die nachfolgenden Prozesse. Bezugszeichen 28 bedeutet eine Substanzquelle, die eine in die Vakuumkammer einzuführende Substanz speichert, wann immer diese erforderlich ist. Die Substanzquelle kann eine Ampulle oder eine Bombe sein. Bezugszeichen 29 bedeutet ein Ventil, das verwendet wird, um die Lieferrate der Substanz in die Vakuumkammer zu regulieren.
Hier wird jetzt ein Erregungsformierungsprozess beschrieben als Wahl für das "Formieren". Genauer gesagt, an die Elektroden 2 und 3 wird eine Spannung aus einer Stromquelle (nicht dargestellt) angelegt, bis eine Elektronenemissionszone 6 (4C) in einem vorgegebenen Bereich des elektrisch leitenden Dünnfilms 12 (4B) erzeugt ist, um eine modifizierte Struktur zu zeigen, die sich von derjenigen des elektrisch leitenden Dünnfilms 12 unterscheidet. Mit anderen Worten, der elektrisch leitende Dünnfilm 12 wird lokal und strukturell zerstört, deformiert oder transformiert, um als Ergebnis eines Erregungsformierungsprozesses eine Elektronenemissionszone 6 zu erzeugen. 5A und 5B zeigen unterschiedliche Impulsspannungen, die bei der Erregungsformierung verwendet werden können.
Die für die Erregungsformierung zu verwendende Spannung hat vorzugsweise eine Impulswellenform. Eine Impulsspannung mit einer konstanten Höhe oder einer konstanten Spitzenspannung kann gleichbleibend angelegt werden, wie in 5A gezeigt, oder alternativ kann eine Impulsspannung mit ansteigender Höhe oder ansteigender Spitzenspannung angelegt werden, wie in 5B gezeigt.
In 5A hat die Impulsspannung eine Impulsbreite T1 und ein Impulsintervall T2, das typischerweise zwischen 1 μs und 100 ms beziehungsweise 10 μs und 100 ms liegt. Die Höhe der Dreieckswelle (die Spitzenspannung für die Erregungsformierungsoperation) kann abhängig vom Profil der Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit passend gewählt werden. Die Spannung wird typischerweise für mehrere Sekunden bis mehrere Zehn Minuten angelegt. Angemerkt sei, dass die Impulswellenform nicht auf die dreieckige und die rechteckige beschränkt ist, sondern einige andere passende Wellenformen können alternativ verwendet werden.
5B zeigt eine Impulsspannung, deren Impulshöhe mit der Zeit ansteigt. In 5B hat die Impulsspannung eine Breite T1 und ein Impulsintervall T2, die im wesentlichen jenen von 5A gleich sind. Die Höhe der Dreieckswelle (die Spitzenspannung der Erregungsformierungsoperation) wird jedoch schrittweise mit einer Schritthöhe von beispielsweise 0,1 V erhöht.
Die Erregungsformierungsoperation wird durch Messen des Stromes abgeschlossen, der durch die Vorrichtungselektroden fließt, wenn eine Spannung, die hinreichend niedrig ist und lokal keine Zerstörung oder Deformierung des elektrisch leitenden Dünnfilms 12 herbeiführen kann, angewandt wird. Typischerweise ist die Erregungsformierungsoperation abgeschlossen, wenn ein Widerstand größer als 1 MΩ für den durch die Vorrichtung fließenden Strom des elektrisch. leitenden Dünnfilms festgestellt wird, während eine Spannung von etwa 0,1 V an den Vorrichtungselektroden anliegt.

4) Nach der Erregungsformierungsoperation wird ein Film 7 gebildet, um einen zusätzlichen Widerstand an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und dem niederpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 7 gebildet. Falls erforderlich, kann ein anderer Film an der Grenze der Elektronenemissionszone und dem hochpotenzialseitigen elektrisch leitenden Dünnfilm 5 gebildet werden.

Die Vakuumkammer 2b wird weiter von der Vakuumpumpe 27 evakuiert, um den Innendruck gleich oder geringer als 10^–3 Pa zu reduzieren. Wenn Si für den Film 7 verwendet wird, wird Dampf einer Siliziumverbindung, wie beispielsweise SiCl₄, SiH₂Cl₂, SiHCl₃ oder SiH₄ in die Vakuumkammer 26. eingeführt, und eine Impulsspannung wird an die Vorrichtungselektroden 2 und 3 angelegt, um allmählich Si anzulagern. Der durch Aufdampfung gebildete Film kann qualitativ verbessert werden und durch geeignetes Tempern des Films stabilisiert werden.
Angemerkt sei, dass unter der Annahme, dass eine Anzahl von -Elektronenemissionsvorrichtungen gemeinsam dem zuvor beschriebenen Prozess des Formierens eines Halbleiter films unterzogen werden (wie im Falle des Bildens einer Elektronenquelle, wie hiernach beschrieben wird) auf jeder Vorrichtung, und die Vorrichtungen zeigen ursprünglich ungleiche Widerstände, ein elektrischer Strom fließt mit erhöhter Rate durch die Vorrichtung, ursprünglich mit einem geringen Widerstand, um einen relativ dicken Film zu bilden und einen größeren Zusatzwiderstand zu schaffen. Folglich zeigen die Vorrichtungen Widerstände, die nahe aneinander liegen, zugunsten der Eigenschaft der Elektronenquelle.
Wenn für den Film 7 ein Metalloxid verwendet wird, kann eine hochflüchtige Metalllverbindung vorzugsweise mit Sauerstoffgas mit einem passenden Partialdruck verwendet werden, so dass das Metalloxid leicht aufgetragen werden kann, wenn eine Impulsspannung angelegt wird.
Alternativ, aber außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, kann Stickstoffgas oder Ammoniakgas in die Vakuumkammer mit einer Metallverbindung eingeführt werden, um ein Metallnitrid aufzutragen. Außerdem kann alternativ, aber außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, ein Metallkarbid durch Einführen eines Wasserstoffkarbidgases, wie beispielsweise CH₄ gebildet werden.
Hochflüchtige Metallverbindungen, die für die Erfindung verwendbar sind, enthalten halogenisierte Metalle oder organische Metallverbindungen. Genauer gesagt A1Cl3, TiCl₄, ZrCl₄, TaCl₄, MoCl₅, WF₆, Triisobutylaluminium, Dimethylaluminiumhydrid, Monomethylaluminiumhydrid, Mo(Co)₆, W(CO)₆ und (PtCl₂)₂(CO)₃ stellen passende Kandidatenverbindungen dar.

5) Nachfolgend wird die Vorrichtung vorzugsweise einem Aktivierungsprozess unterzogen. Ein Aktivierungsprozess erfolgt durch Mittel, durch die der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie merklich verändert werden.

In einem Aktivierungsprozess kann eine Impulsspannung an die Vorrichtung wiederholt angelegt werden, wie im Falle des Erregungsformierungsprozesses, in einer Atmosphäre des Gases einer organischen Substanz. Die Atmosphäre kann unter Verwendung des organischen Gases erzeugt werden, das in einer Vakuumkammer nach Evakuieren der Kammer mittels einer Öldiffusionspumpe oder einer Rotationspumpe oder durch hinreichendes Evakuieren einer Vakuumkammer mittels einer Zonenpumpe zurückbleibt, wobei danach das Gas einer organischen Substanz in das Vakuum eingeführt wird. Der Gasdruck der organischen Substanz wird bestimmt als Funktion des Profils der zu behandelnden Elektronenemissionsvorrichtung, des Profils der Vakuumkammer, der Art der organischen Substanz und anderen Faktoren. Organische Substanzen, die für den Zweck des Aktivierungsprozesses geeignet sind, enthalten aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Alkane, Alkene und Alkine, aromatische Hydrokarbonate, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Amine, organische Säuren wie Phenol, Karbolsäuren und Schwefelsäuren. Spezielle Beispiele enthalten gesättigte Kohlenwasserstoffe, ausgedrückt durch die allgemeine Formel C_nH_2m+2 wie beispielsweise Methan, Ethan und Propan, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, ausgedrückt durch die allgemeine Formel C_nH_2n, wie beispielsweise Ethylen und Propylen, Benzen, Toluone, Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Acetone, Methylethylketone, Methylamine, Ethylamine, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure und Propansäure und eine Mischung dieser. Im Ergebnis eines Aktivierungsprozesses wird Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung auf der Vorrichtung aus den organischen Substanzen in der Atmosphäre aufgetragen, um für eine bemerkenswerte Änderung des Vorrichtungsstroms If und des Emissionsstroms Ie zu sorgen.
Die Zeit vom Abschluss des Aktivierungsprozesses wird in passender Weise bestimmt durch Beobachten des Vorrichtungsstromes If und des Emissionsstromes Ie. Die Impulsbreite, das Impulsintervall und die Impulswellenhöhe der zu verwendenden Impulsspannung für den Aktivierungsprozess werden passend ausgewählt.
Zum Zwecke der Erfindung enthalten Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen Graphit (nämlich HOPG, PG und GC, von denen HOPG eine im wesentlichen perfekte kristalline Graphitstruktur hat und PG eine etwas gestörte kristalline Struktur hat mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 200 Angström, während die kristalline Struktur von GC weiter gestört ist mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 20 Angström) und nichtkristallinen Kohlenstoff (bezieht sich auf amorphen Kohlenstoff und eine Mischung aus amorphem Kohlenstoff und feinkörnigem Kristall des Graphit), und die Stärke des aufgetragenen Films beträgt vorzugsweise weniger als 50 Nanometer, weiter vorzuziehen ist weniger als 30 nm. Für den Aktivierungsprozess kann eine Kohlenstoffverbindung wie Hydrokarbonate anstelle von Graphit verwendet werden.
Angemerkt sei, dass die Sequenz des Ausführens vom Aktivierungsprozess der Bildung eines Films aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung und dem Prozess zum Bilden des Films zum Bereitstellen eines Zusatzwiderstandes umgekehrt werden können.

5) Eine Elektronenemissionsvorrichtung, die in einem Erregungsformierungsprozess behandelt und dann in einem Aktivierungsprozess ausgeführt wurde, wird dann vorzugsweise einem Stabilisierungsprozess unterzogen. Dies ist ein Prozess zum Beseitigen beliebiger organischer Substanzen, die in der Vakuumkammer verbleiben. Die Vakuumund Absaugvorrichtung, die für diesen Prozess zu verwenden ist, umfasst vorzugsweise nicht die Verwendung von Öl, so dass kein verdampftes Öl erzeugt wird, das einen nachteiligen Effekt auf die Eigenschaft der behandelten Vorrichtung während des Prozesses ausübt. Somit ist die Verwendung einer Sorptionspumpe und einer Zonenpumpe eine vorzuziehende Wahl.

Wenn eine Öldiffusionspumpe oder eine Rotationspumpe für den Aktivierungsprozess verwendet wird, und das vom Öl erzeugte organische Gas ebenfalls verwendet wird, muss der Partialdruck des organischen Gases unter allen Umständen minimiert werden. Der Partialdruck des organischen Gases in der Vakuumkammer ist vorzugsweise geringer als 1 × 10^–6 Pa und weiter zu bevorzugen geringer als 1 × 10^–8 Pa, wenn kein Kohlenstoff oder keine Kohlenstoffverbindung zusätzlich aufgetragen werden. Die Vakuumkammer wird vorzugsweise nach Erwärmen der gesamten Kammer evakuiert, so dass organische Moleküle durch die Innenwände der Vakuumkammer absorbiert werden und die Elektronenemissionsvorrichtung in der Kammer kann leicht beseitigt werden. Während die Vakuumkammer vorzugsweise auf 80°C oder darüber, vorzugsweise auf 150°C oder darüber, erwärmt wird, solange wie möglich, können alternativ andere Heizbedingungen ausgewählt werden, abhängig von der Größe und dem Profil der Vakuumkammer und der Konfiguration der Elektronenemissionsvorrichtung in der Kammer sowie andere Gesichtspunkte. Der Druck in der Vakuumkammer braucht nicht so gering wie möglich zu sein, und es ist vorzuziehen, dass er geringer als 1 × 10^–5 Pa oder weiter vorzu ziehen, geringer als 1,3 × 10^–6 Pa ist, obwohl einige andere Größen des Druckes passend auswählbar sind.
Nach dem Stabilisierungsprozess wird die Atmosphäre zur Ansteuerung der Elektronenemissionsvorrichtung oder der Elektronenquelle vorzugsweise dieselbe wie eine sein, wenn der Stabilisierungsprozess abgeschlossen ist, obwohl alternativ ein niedrigerer Vakuumgrad verwendet werden kann, ohne die Stabilität der Operation der Elektronenemissionsvorrichtung oder der Elektronenquelle zu beschädigen, wenn die organischen Substanzen in der Kammer hinreichend beseitigt werden.
Unter Verwendung einer derartigen Vakuumumgebung kann die Formierung einer beliebigen zusätzlichen Aufdampfung aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung effektiv unterdrückt werden, und H₂0, 0₂ und andere Substanzen, die von der Vakuumkammer absorbiert werden, und das Substrat kann effektiv entfernt werden, um folglich den Vorrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie zu stabilisieren.
Die Eigenschaft einer durch die obigen Prozesse präparierten Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit ist nachstehend beschrieben.
7A zeigt einen Graph, der schematisch die Beziehung zwischen der Vorrichtungsspannung Vf und dem Emissionsstrom Ie und dem Vorrichtungsstrom If darstellt, typischerweise beobachtet mit dem Kalibriersystem von 6. Angemerkt sei, dass unterschiedliche Einheiten für Ie und If in 7A in Hinsicht auf die Tatsache willkürlich ausgewählt werden, dass Ie eine Stärke hat, die weit geringer als diejenige von If ist. Angemerkt sei, dass so wohl die Vertikal- als auch die Transversalachse des Graphen einen linearen Maßstab haben.
Wie aus 7A ersichtlich, hat die Elektronenemissionsvorrichtung drei besondere Merkmale in Hinsicht auf den Emissionsstrom Ie, die nachstehend erläutert sind.

(i) Zuerst zeigt die Elektronenemissionsvorrichtung einen plötzlichen und scharfen Anstieg des Emissionsstroms Ie, wenn die Spannung angelegt wird und eine gewisse Höhe übersteigt (die nachstehend als Schwellwertspannung bezeichnet wird und durch Vth in 7A angezeigt ist), wohingegen der Emissionsstrom Ie praktisch nicht feststellbar ist, wenn die angelegt Spannung niedriger als der Schwellwert Vth ist. Anders gesagt, die Elektronenemissionsvorrichtung hier ist eine nichtlineare Vorrichtung mit einer deutlichen Schwellwertspannung Vth für den Emissionsstrom Ie.
(ii) Da zweitens der Emissionsstrom Ie monoton von der Vorrichtungsspannung Vf abhängt, kann ersterer in effektiver Weise durch letztere gesteuert werden.
(iii) Drittens ist die emittierte elektrische Ladung, die von der Anode 25 aufgenommen wird, eine Funktion der Zeitdauer des Anlegens der Vorrichtungsspannung Vf. Mit anderen Worten, die Stärke der elektrischen Ladung, die von der Anode aufgegriffen wird, kann in effektiverweise über die Zeit gesteuert werden, während der die Vorrichtungsspannung Vf anliegt.

Wegen der obigen auffälligen Merkmale versteht es sich, dass das Elektronenemissionsverhalten der Elektronenemissionsvorrichtung hier in Abhängigkeit vom Eingangssignal leicht gesteuert werden kann. Somit kann eine Elektronen quelle und ein Bilderzeugungsgerät, das eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen enthält, eine Vielzahl von Anwendungen finden.
Andererseits erhöht sich der Vorrichtungsstrom If entweder monoton mit der Vorrichtungsspannung Vf (wie durch eine durchgehende Linie in 7A gezeigt, ein Merkmal, das als "MI-Kennlinie" nachstehend bezeichnet wird) oder ändert sich, um eine Kurve zu zeigen (nicht dargestellt), die einer spannungsgesteuerten Kennlinie mit negativem Widerstand spezifisch ist (eine Eigenschaft, die nachstehend als "VCNR-Kennlinie" bezeichnet wird), wie in 7B gezeigt. Diese Eigenschaften des Vorrichtungsstromes sind abhängig von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich dem Herstellungsverfahren, den Umständen, unter denen gemessen wird, und der Umgebung zum Betrieb der Vorrichtung.
Nun werden einige Beispiele der Anwendung von Elektronenemissionsvorrichtungen beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
Elektronenemissionsvorrichtungen können auf einem Substrat in einer Zahl unterschiedlicher Moden angeordnet sein.
Beispielsweise kann eine Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen in Zeilen entlang einer Richtung (wird nachstehend als Zeilenrichtung bezeichnet) angeordnet sein, wobei jede Vorrichtung durch Leitungen an gegenüberliegenden Enden derselben parallelgeschaltet ist und zum Betrieb durch Steuerelektroden (werden nachstehend als Gitter bezeichnet) angesteuert wird, die in einem Raum oberhalb der Elektronenemissionsvorrichtungen entlang einer Richtung senkrecht zur Zeilenrichtung angeord net sind (wird nachstehend als Spaltenrichtung bezeichnet), um eine leiterförmige Anordnung zu realisieren. Alternativ kann eine Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen in Zeilen längs einer X-Richtung und in Spalten längs einer Y-Richtung angeordnet sein, um eine Matrix zu bilden, und die Elektronenemissionsvorrichtungen auf einer selben Zeile sind mit einer gemeinsamen X-Richtungsleitung mit einer der Elektroden einer jeden Vorrichtung verbunden, während die Elektronenemissionsvorrichtungen auf einer selben Spalte mit einer gemeinsamen Y-Richtungsleitung an die andere Elektrode einer jeden Vorrichtung verbunden sind. Die letztere Anordnung wird als einfache Matrixanordnung bezeichnet. Nun wird die einfache Matrixanordnung detailliert beschrieben.
In Hinsicht auf die obigen beschriebenen drei grundlegenden charakteristischen Merkmale (i) bis (iii) einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit, bei der die Erfindung anwendbar ist, kann sie zur Elektronenemission durch Steuern der Wellenhöhe und der Wellenbreite der Impulsspannung über dem Schwellwertpegel gesteuert werden, die an die gegenüberliegenden Elektroden der Vorrichtung angelegt wird. Andererseits emittiert die Vorrichtung praktisch keine Elektronen unterhalb des Schwellwertspannungspegels. Ungeachtet der Anzahl von in einem Gerät vorgesehenen Elektronenemissionsvorrichtungen können gewünschte Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit zur Elektronenemission als Reaktion auf ein Eingangssignal durch Anlegen einer Impulsspannung an jeder der ausgewählten Vorrichtungen ausgewählt und gesteuert werden.
8 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Substrat einer Elektronenquelle, realisiert durch Anordnen einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen, um die obigen charakteristischen Merkmale zu nutzen. In 8 umfasst die Elektronenquelle ein Substrat 31, X-Richtungsleitungen 32, Y-Richtungsleitungen 33, Elektronenemissionsvorrichtungen 34 mit Oberflächenleitfähigkeit und Verbindungsleitungen 35.
Vorgesehen sind insgesamt m X-Richtungsleitungen 32, die bezeichnet sind mit Dx1, Dx2, ..., Dxm, und bestehen aus einem elektrisch leitenden Metall, das durch Vakuumaufdampfung, Drucken, Sputtern und so weiter hergestellt wird. Diese Leitungen sind in Hinsicht auf Materialstärke und -breite passend ausgelegt. Insgesamt n Y-Richtungsleitungen 33 sind vorgesehen und bezeichnet mit Dy1, Dy2, ..., Dyn, ebenso wie die X-Richtungsleitungen 32. Eine Zwischenisolationsschicht (nicht dargestellt) ist zwischen den m X-Richtungsleitungen 32 und den n Y-Richtungsleitungen 33 zur gegenseitigen elektrischen Isolation vorgesehen. (Sowohl m als auch n sind ganze Zahlen).
Die Zwischenisolationsschicht (nicht dargestellt) besteht typischerweise aus Si02 und wird mittels Vakuumaufdampfung, Drucken oder Sputtern dargestellt. Sie kann beispielsweise die gesamte Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche des Substrats 31 bedecken, auf dem die X-Richtungsleitungen 32 gebildet sind. Die Stärke, das Material und das Herstellungsverfahren der Zwischenisolationsschicht werden so ausgewählt, dass sie eine Spannungsfestigkeit für die Potenzialdifferenz zwischen beliebigen der X-Richtungsleitungen und beliebigen der Y-Richtungsleitungen 33 haben, die am Kreuzungspunkt zu beobachten sind. Jede der X-Richtungsleitungen 32 und der Y-Richtungsleitungen sind herausgeführt, um einen externen Anschluss zu bilden.
Die gegenüberliegend angeordneten gepaarten Elektroden (nicht dargestellt) einer jeden der Elektronenemissionsvorrichtungen 34 mit Oberflächenleitfähigkeit sind mit betreffenden der m X-Richtungsleitungen 32 und betreffenden der n Y-Richtungsleitungen 33 durch jeweilige Verbindungsleitungen 35 verbunden, die aus einem elektrisch leitenden Metall bestehen.
Das elektrisch leitende Material der Vorrichtungselektroden und dasjenige der Verbindungsleitungen 35, die aus den Leitungen 32 und 33 hervorragen, können ein gemeinsames Element als Ingredienz enthalten. Alternativ können sie sich voneinander unterscheiden. Diese Materialien können in typischer Weise passend ausgewählt werden aus den Kandidatenmaterialien, die für die Vorrichtungselektroden aufgelistet sind. Wenn die Vorrichtungselektroden und die Verbindungsleitungen aus demselben Material bestehen, können sie gemeinsam als Vorrichtungselektroden bezeichnet werden, ohne sich von den Verbindungsleitungen zu unterscheiden.
Die X-Richtungsleitungen 32 sind elektrisch mit einem Abtastsignal-Verstärkungsmittel (nicht dargestellt) verbunden, um ein Abtastsignal an eine ausgewählte Zeile der Elektronenemissionsvorrichtungen 34 mit Oberflächenleitfähigkeit anzulegen. Andererseits sind die Y-Richtungsleitungen 33 elektrisch mit einem Modulationssignal-Erzeugungsmittel (nicht dargestellt) verbunden, um ein Modulationssignal an eine ausgewählte Spalte der Elektronenemissionsvorrichtung 34 mit Oberflächenleitfähigkeit anzulegen und die ausgewählte Spalte gemäß dem Eingangssignal zu modulieren. Angemerkt sei, dass das an jede Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit anzulegende Signal ausgedrückt wird als Spannungs differenz des Abtastsignals und des an die Vorrichtung angelegten Modulationssignals.
Jede der Vorrichtungen mit der obigen Anordnung kann mittels einer einfachen Matrixleitungsanordnung zum unabhängigen Betrieb ausgewählt und angesteuert werden.
Ein Bilderzeugungsgerät mit einer Elektronenquelle mit einer zuvor beschriebenen einfachen Matrixanordnung wird nun anhand der 9, 10A, 10B und 11 beschrieben. 9 ist eine teilweise geschnittene schematische perspektivische Ansicht des Bilderzeugungsgerätes, und die 10A und 10B sind schematische Ansichten, die zwei möglichen Konfigurationen eines Fluoreszenzfilms veranschaulichen, der für ein Bilderzeugungsgerät von 9 verwendet werden kann, wohingegen 11 ein Blockdiagramm einer Ansteuerschaltung für ein Bilderzeugungsgerät von 9 ist, das mit NTSC-Fernsehsignalen arbeitet.
Zuerst wird Bezug genommen auf 9, die die grundlegende Konfiguration der Anzeigetafel des Bilderzeugungsgerätes darstellt; es enthält ein Elektronenquellensubstrat 31 der zuvor beschriebenen Art und trägt auf sich eine Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen, eine Rückplatte 41, die fest am Elektronenquellensubstrat 31 befestigt ist, eine Frontplatte 46, die durch Beschichtung mit einem Fluoreszenzfilm 44 präpariert ist, und einen Metallrücken 45 auf der inneren Oberfläche eines Glassubstrats 43 und mit einem Stützrahmen 42, an den die Rückplatte 41 und die Frontplatte 46 mittels Fritteglas gebondet sind. Bezugszeichen 47 bedeutet eine Hülle, die getempert wird auf 400 bis 500°C für mehr als 10 Minuten in einer Stickstoffumgebung und hermetisch luftdicht versiegelt wird.
In 9 bedeutet Bezugszeichen 34 die Elektronenemissionsvorrichtungen, und Bezugszeichen 32 und 33 bedeuten die X-Richtungsleitung beziehungsweise die Y-Richtungsleitung, die mit den jeweiligen Vorriehtungselektroden einer jeden Elektronenemissionsvorrichtung verbunden sind.
Während im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Hülle 47 aus der Frontplatte 46 besteht, kann der Stützrahmen 42 und die Rückplatte 41 fortgelassen werden, wenn das Substrat 31 selbst stabil genug ist, weil die Rückplatte 41 hauptsächlich zur Verstärkung des Substrats 31 dient. In einem derartigen Falle ist eine unabhängige Rückplatte 41 nicht erforderlich, und das Substrat 31 kann direkt auf den Stützrahmen 42 gebondet werden, so dass die Hülle 47 aus einer Frontplatte 46, einem Stützrahmen 42 und einem Substrat 31 besteht. Die Gesamtstärke der Hülle 47 kann durch Vorsehen einer Anzahl von Stützgliedern zwischen der Frontplatte 46 und der Rückplatte 41 erhöht werden, die Abstandshalter (nicht dargestellt) genannt werden.
10A und 10B veranschaulichen schematisch zwei mögliche Anordnungen des Fluoreszenzfilms. Während der Fluoreszenzfilm 44 nur einen einzigen Fluoreszenzkörper hat, wenn die Anzeigetafel lediglich zur Schwarzweißanzeige von Bildern verwendet wird, werden für die Anzeige von Farbbildern schwarze Leitglieder 48 und Fluoreszenzkörper 49 benötigt, von denen letztere abhängig von der Anordnung der Fluoreszenzkörper als schwarze Streifen oder Glieder einer schwarzen Matrix bezeichnet werden. Schwarze Streifen und Glieder einer schwarzen Matrix sind für eine Farbanzeigetafel so angeordnet, dass die Fluoreszenzkörper der drei verschiedenen Primärfarben weniger erkennbar gemacht werden, und die nachteilige Wirkung des verminderten Kontrasts von angezeigten Bildern durch Außenlicht wird geschwächt durch Schwärzen der umgebenden Bereiche. Während normalerweise Graphit als Hauptingredienz der schwarzen Streifen verwendet wird, können alternativ auch andere leitende Materialien mit geringer Lichtdurchlässigkeit und Reflexionsvermögen verwendet werden.
Eine Ausfall- oder Drucktechnik ist zum Auftragen eines Fluoreszenzmaterials auf das Glassubstrat geeignet, ungeachtet der Schwarzweiß- oder Farbanzeige. Ein üblicher Metallrücken 45 ist auf der Innenoberfläche des Fluoreszenzfilms 44 angeordnet. Der Metallrücken 45 ist vorgesehen, um die Leuchtdichte der Anzeigetafel zu erhöhen, indem die Lichtstrahlen, die von den Fluoreszenzkörpern emittiert und auf die Innenseite der Hülle gerichtet werden, zur Frontplatte 46 zurückzukehren zur Verwendung einer Elektrode oder zum Anlegen einer Beschleunigungsspannung für Elektronenstrahlen und zum Schutz der Fluoreszenzkörper gegen Beschädigungen, die verursacht werden können, wenn in der Hülle erzeugte negative Ionen mit dieser kollidieren. Präpariert wird dies durch Glätten der Innenoberfläche des Fluoreszenzfilms (in einer Operation, die man üblicherweise "Filmung" bezeichnet) und durch Bilden eines Al-Films darauf durch Vakuumaufdampfung nach Bilden des Fluoreszenzfilms.
Eine transparente Elektrode (nicht dargestellt) kann auf der Frontplatte 46 gebildet sein, die der Außenoberfläche des Fluoreszenzfilms 44 gegenübersteht, um die Leitfähigkeit des Fluoreszenzfilms 44 zu erhöhen.
Aufmerksamkeit sollte der korrekten Ausrichtung eines jeden Satzes von Fluoreszenzkörpern und einer Elektronenemissionsvorrichtung gewidmet werden, wenn eine Farban zeige vorgesehen ist, bevor die oben aufgelisteten Komponenten der Hülle miteinander gebondet werden.
Nun wird ein Herstellverfahren eines in 9 dargestellten Bilderzeugungsgerätes nachstehend beschrieben.
12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Vakuumverarbeitungssystems, das zur Herstellung des Bilderzeugungsgerätes nach der Erfindung verwendet werden kann.
In 12 ist ein Bilderzeugungsgerät 61 mit einer Vakuumkammer 63 des Vakuumsystems über einen Absaugstutzen 62 verbunden. Das Bilderzeugungsgerät 61 ist des weiteren mit einer Vakuumpumpeinheit 65 über ein Torventil 64 verbunden. Ein Druckkalibrator 66, ein Quadrupelmassenspektrometer 67 (Q-Massenspektrometer) und andere Instrumente sind in der Vakuumkammer 63 untergebracht, um den Innendruck und die Partialdrücke der Gase in der Kammer zu messen. Da es schwierig ist, den Innendruck der Hülle 57 des Bilderzeugungsgerätes 61 direkt zu messen, werden Parameter der Herstelloperation durch Kalibrieren des Innendruckes der Vakuumkammer 63 und anderer messbarer Faktoren gesteuert.
Eine Gaszuführleitung 68 ist mit der Vakuumkammer 63 verbunden, um eine gasförmige Substanz einzuführen, die für die Arbeitsweise und Steuerung der Atmosphäre in der Kammer notwendig ist. Die Gaszuführleitung 68 ist am anderen Ende mit einer Substanzquelle 70 verbunden, die eine Ampulle oder einen Zylinder enthalten, der eine in die Vakuumkammer zu liefernde Substanz trägt. Ein Zuführraten-Steuermittel 69 ist auf der Gaszuführleitung angeordnet, um die Rate zu steuern, mit der die Substanz in der Quelle 70 in die Kammer geführt wird. Genauer gesagt, das Zuführraten-Steuermittel kann ein schwach durchlassendes Ventil sein, das die Rate des abgeleiteten Gases steuern kann, oder eine Massenflusssteuerung, abhängig von der Art der zuzuführenden Substanz.
Nach Evakuieren der Innenseite der Hülle 47 wird das Bilderzeugungsgerät einem Formierungsprozess unterzogen. Dieser Prozess (wie in 15 gezeigt) kann durch Verbinden der Y-Richtungsleitungen 33 mit der gemeinsamen Elektrode 81 und durch Anlegen einer Impulsspannung an die Elektronenemissionsvorrichtungen ausgeführt werden, die mit jedem der X-Richtungsdrähte 32 auf einer leitungsweisen Basis verbunden sind. Die Wellenform der anzulegenden Impulsspannung, die Bedingungen, unter denen der Prozess abgeschlossen wird, sind andere Faktoren, die den Prozess betreffen, und können durch Bezug auf die obige Beschreibung des Formierungsprozesses für eine Elektronenemissionsvorrichtung passend ausgewählt werden. Die Vorrichtungen, die mit der Vielzahl von X-Richtungsleitungen verbunden sind, können gemeinsam einem Formierungsprozess unterzogen werden durch sequentielles Anlegen (Scrolling) einer Impulsspannung mit einer Schiebephase. In 15 bedeutet Bezugszeichen 83 einen Widerstand zum Kalibrieren eines hindurchfließenden Stromes, und Bezugszeichen 84 bedeutet einen Oszilloskop zum Kalibrieren des elektrischen Stromes.
Nach Abschluss des Formierungsprozesses wird das Bilderzeugungsgerät einem nachfolgenden Prozess unterzogen, wobei Filme zum Bereitstellen eines Zusatzwiderstandes gebildet werden, und die Vorrichtungen werden aktiviert.
In diesem Prozess wird ein Quellgas eingeführt, passend ausgewählt abhängig vom Material der Schichten, die in der Hülle zu bilden sind, und eine Impulsspannung wird an jede Elektronenemissionsvorrichtung angelegt, um den Film einer Halbleitersubstanz, eines Metalloxids, aus Kohlenstoff, einer Kohlenstoffverbindung auf der Vorrichtung durch Aufdampfung zu erzeugen. Die für diesen Prozess zu verwendende Verdrahtungsanordnung kann dieselbe sein, wie sie für den Formierungsprozess beschrieben wurde. Mit anderen Worten, eine Impulsspannung kann in Scrolling-Art angelegt werden.
Die Hülle 47 wird mit einer Vakuumpumpeneinheit 65 evakuiert, beispielsweise mit einer Zonenpumpe oder einer Sorptionspumpe, die kein Öl verwendet, durch den Absaugstutzen 62, während ein Tempern auf 80 bis 250°C erfolgt, bis die Atmosphäre im Innenraum auf ein hinreichendes Vakuummaß reduziert ist, und die organischen Substanzen, die darin enthalten sind, und die im vorherigen Schritt eingeführten Substanzen hinreichend beseitigt sind, wenn der Absaugstutzen erwärmt wird, um von einem Brenner erhitzt und dann hermetisch versiegelt zu werden. Dann kann ein Getter-Prozess ausgeführt werden, um den erzielten Vakuumgrad im Innenraum der Hülle 47 nach der Versiegelung beizubehalten. In einem Getter-Prozess wird ein Getter (nicht dargestellt), das an vorbestimmter Stelle in der Hülle 47 vorgesehen ist, mittels Widerstandsheizung oder mittels Hochfrequenzheizung erhitzt, um durch Verdampfung einen Film zu erzeugen, unmittelbar vor und nach Versiegelung der Hülle 47. Ein Getter enthält typischerweise Ba als Hauptingredienz und kann einen Vakuumgrad im Inneren der Hülle 47 durch den Adsorptionseffekt des durch Dampfauftragung aufgetragenen Films beibehalten.
Nun werden anhand 11 Ansteuerschaltungen zum Ansteuern einer Anzeigetafel mit einer Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung zur Anzeige von Fernsehbildern nach den NTSC-Fernsehsignalen beschrieben. In 11 bedeutet Bezugszeichen 51 eine Anzeigetafel. An sonsten enthält die Schaltung eine Abtastschaltung 52, eine Steuerschaltung 53, ein Schieberegister 54, einen Zeilenspeicher 55, ein Amplitudensieb 56 und einen Modulationssignalgenerator 57. Vx und Va in 11 bedeuten Gleichspannungsquellen.
Die Anzeigetafel 51 ist mit externen Schaltungen über Anschlüsse Dox1 bis Doxm, Doy1 bis Doym und mit Hochspannungsanschluss Hv verbunden, wobei die Anschlüsse Dox1 bis Doxm zum Empfang von Abtastsignalen zum sequentiellen Ansteuern auf einer 1-zu-l-Basis der Zeilen (von N Vorrichtungen) einer Elektronenquelle im Gerät mit einer Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit in der Form einer Matrix mit M Zeilen und N Spalten ausgelegt sind.
Andererseits sind die Anschlüsse Doy1 bis Doyn ausgelegt, ein Modulationssignal zum Steuern des Ausgangselektronenstrahls einer jeden der Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit einer Zeile zu steuern, die von einem Abtastsignal ausgewählt ist. Der Hochspannungsanschluss Hv wird gespeist von der Gleichspannungsquelle Va mit einer Gleichspannung einer Höhe von typischerweise etwa 10 kV, die hinreichend hoch ist, die Fluoreszenzkörper der ausgewählten Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit zu aktivieren.
Die Abtastschaltung 52 arbeitet auf folgende Weise. Die Schaltung enthält M Schaltvorrichtungen (von denen nur die Vorrichtungen Si und Sm speziell in 13 gezeigt sind), von denen jede entweder die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle Vx oder 0[V] annimmt (Massepotenzial) und leitend wird mit einem der Anschlüsse Dox1 bis Doxm der Anzeigetafel 51. Jede der Schaltvorrichtungen S1 bis Sm arbeitet gemäß dem Steuersignal Tscan, das von der Steuerschaltung 53 geliefert wird, und durch Kombinieren von Schaltvorrichtungen, beispielsweise FET, präpariert werden kann.
Die Gleichspannungsquelle Vx dieser Schaltung ist ausgelegt, eine konstante Spannung abzugeben, so dass beliebige an die nicht abgetasteten Vorrichtungen angelegte Ansteuerspannungen auf eine niedrigere Spannung als die Schwellwertspannung aufgrund der Eigenschaft der Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit (oder der Schwellwertspannung zur Elektronenemission) verringert werden.
Die Steuerschaltung 53 koordiniert Operationen bezüglich Komponenten so, dass Bilddaten in geeigneter Weise gemäß extern eingegebenen Videosignalen angezeigt werden können. Sie erzeugt Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry gemäß einem Synchronsignal Tsync aus dem Amplitudensieb 56, das hiernach zu beschreiben ist.
Das Amplitudensieb 56 trennt die Synchronsignalkomponente aus dem von außen eingegebenen NTSC-Fernsehsignal von der Leuchtdichtesignalkomponente und lässt sich leicht realisieren unter Verwendung allgemein bekannter Frequenztrennschaltungen (Filterschaltungen). Obwohl das aus einem Fernsehsignal ausgelesene Synchronsignal vom Amplitudensieb 56 in bekannter Weise aus einem Vertikalsynchronsignal und einem Horizontalsynchronsignal aufgebaut ist, kann es einfach als Tsync-Signal zur Vereinfachung bezeichnet werden, ungeachtet ihrer Signalkomponenten. Andererseits wird ein aus dem Fernsehsignal abgeleitetes Leuchtdichtesignal, das einem Schieberegister 54 zugeführt wird, als DATA-Signal bezeichnet.
Das Schieberegister 54 führt für jede Zeile eine Serien/Parallelwandlung bezüglich DATA-Signalen aus, die seriell auf einer Zeitserienbasis gemäß einem Steuersignal Tsft aus der Steuerschaltung 53 zugeführt werden (Mit anderen Worten, das Steuersignal Tsft arbeitet als Schiebetakt für das Schieberegister 54). Ein Satz von Daten (und einem Satz von Ansteuerdaten aus N Elektronenemissionsvorrichtungen entspricht) für eine Zeile eines Bildes, der eine Serien-/Parallelumsetzung erfahren hat, wird aus dem Schieberegister 54 als n parallele Signale Id1 bis Idn gesandt.
Der Zeilenspeicher 55 ist ein Speicher zum Speichern eines Satzes von Daten für eine Zeile eines Bildes, die Signale Id1 bis Idn sind, für eine erforderliche Zeitdauer gemäß Steuersignal Tmry aus der Steuerschaltung 53. Die gespeicherten Daten werden als Id'1 bis Id'n ausgesandt und dem Modulationssignalgenerator 57 eingegeben.
Der Modulationssignalgenerator 57 ist tatsächlich eine Signalquelle, die in passender Weise den Betrieb einer jeden der Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit ansteuert und moduliert, und Ausgangssignale dieser Vorrichtung werden den Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit in dieser Anzeigetafel 51 über Anschlüsse Doy1 bis Doyn eingegeben.
Wie schon beschrieben, ist eine Elektronenemissionsvorrichtung, bei der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, durch folgende Merkmale in Hinsicht auf den Emissionsstrom Ie gekennzeichnet. Zunächst gibt es eine klare Schwellwertspannung Vth, und diese Vorrichtung emittiert Elektronen nur, wenn eine Spannung angelegt wird, die diese Schwellwertspannung Vth übersteigt. Zweitens ändert sich der Emissionsstrom Ie als Funktion der angelegten Spannung, die über dem Schwellwertpegel Vth liegt. Genauer gesagt, wenn eine impulsförmige Spannung an eine Elektronenemissionsvorrichtung nach der Erfindung angelegt wird, fließt praktisch kein Emissionsstrom, sofern die angelegte Spannung unter dem Schwellwertpegel bleibt, wohingegen ein Elektronenstrom emittiert wird, wenn die angelegte Spannung einmal über den Schwellwertpegel ansteigt. Angemerkt sei hier, dass die Stärke des abgegebenen Elektronenstrahls durch Ändern des Spitzenpegels Vm der impulsförmigen Spannung gesteuert werden kann. Darüber hinaus kann die Gesamtmenge elektrischer Ladung eines Elektronenstrahls gesteuert werden, indem die Impulsbreite Pw verändert wird.
Somit kann sowohl ein Spannungsmodulationsverfahren oder ein Impulsbreitenverfahren angewandt werden, um eine Elektronenemissionsvorrichtung in Abhängigkeit vom Eingangssignal zu modulieren. Mit der Spannungsmodulation wird eine Spannungsmodulationsschaltung für den Modulationssignalgenerator 57 verwendet, so dass der Spitzenpegel der impulsförmigen Spannung gemäß eingegebener Daten moduliert wird, während die Impulsbreite konstant gehalten wird.
Bei der Impulsbreitenmodulation wird andererseits eine Impulsbreitenmodulationsschaltung für den Modulationssignalgenerator 57 verwendet, so dass die Impulsbreite der angelegten Spannung gemäß den Eingangsdaten moduliert werden kann, während der Spitzenpegel der angelegten Spannung konstant gehalten wird.
Obwohl nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wurde, können das Schieberegister 54 und der Zeilenspeicher 55 sowohl vom digitalen als auch vom analogen Signaltyp sein, sofern Serien/Parallelwandlungen und Speicher für Videosignale mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden.
Wenn digitale Signaleinrichtungen verwendet werden, muss das Ausgangssignal DATA des Amplitudensiebs 56 digitalisiert werden. Jedoch kann eine derartige Wandlung leicht ausgeführt werden, indem ein A/D-Wandler am Ausgang des Amplitudensiebs 56 vorgesehen wird. Es erübrigt sich zu sagen, dass unterschiedliche Schaltungen für den Modulationssignalgenerator 57 verwendet werden können, abhängig davon, ob Ausgangssignale des Zeilenspeichers 55 digitale oder analoge Signale sind. Wenn digitale Signale verwendet werden, kann ein D/A-Wandler einer bekannten Art für den Modulationssignalgenerator 57 verwendet werden, und eine Verstärkerschaltung kann erforderlichenfalls zusätzlich eingesetzt werden. Hinsichtlich der Impulsbreitenmodulation kann der Modulationssignalgenerator 57 unter Verwendung einer Schaltung realisiert werden, die einen Hochgeschwindigkeitsoszillator, einen Zähler zum Zählen der Anzahl von Wellen, die vom Oszillator erzeugt sind, und einen Vergleicher zum Vergleichen des Ausgangssignals des Zählers mit demjenigen des Speichers beinhaltet. Falls erforderlich, kann ein Verstärker hinzugefügt werden, um die Spannung des Ausgangssignals vom Vergleicher auf den Pegel der Ansteuerspannung der Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit nach der Erfindung zu verstärken, der eine modulierte Impulsbreite hat.
Wenn andererseits analoge Signale bei der Spannungsmodulation verwendet werden, kann eine Verstärkerschaltung mit einem bekannten Operationsverstärker zur Verwendung für den Modulationssignalgenerator 57 geeignet sein, und eine Pegelschiebeschaltung kann erforderlichenfalls hinzugenommen werden. Hinsichtlich der Impulsbreitenmodula tion kann eine bekannte spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung (VCO) verwendet werden, falls erforderlich, kann ein zusätzlicher Verstärker für die Spannungsverstärkung hoch zur Ansteuerspannung einer Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit verwendet werden.
Mit einem Bilderzeugungsgerät, das den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, emittieren die Elektronenemissionsvorrichtungen Elektronen, wenn eine Spannung über die externen Anschlüsse Doxi bis Doxm und Doy1 bis Doyn angelegt wird. Dann werden erzeugte Elektronenstrahlen durch Anlegen einer Hochspannung an den Metallrücken 45 oder an eine transparente Elektrode (nicht dargestellt) über den Hochspannungsanschluss Hv beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen kollidieren eventuell mit dem Fluoreszenzfilm 44, der als Folge leuchtet und Bilder erzeugt.
Der zuvor beschriebene Aufbau des Bilderzeugungsgerätes ist nur ein Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und kann verschiedene Abwandlungen erfahren. Das Fernsehsignalsystem, das in einem solchen Gerät verwendet wird, ist nicht auf ein spezielles System beschränkt, sondern es kann bei NTSC, PAL oder SECAM leicht verwendet werden. Es ist auch geeignet für Fernsehsignale, die eine größere Anzahl von Abtastzeilen haben (typischerweise hochauflösende Fernsehsysteme, wie beispielsweise das MUSE-System).
Nun wird anhand der 13 und 14 eine Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen beschrieben, die in Leiterform auf einem Substrat angeordnet sind, und ein Bilderzeugungsgerät mit einer Elektronenquelle.
Zunächst zeigt 13 schematisch eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung, wobei Bezugszeichen 31 ein Elektronenquellensubstrat und Bezugszeichen 34 eine Elektronenemissionsvorrichtung bedeutet, die auf dem Substrat vorgesehen ist, wohingegen Bezugszeichen 32 (X-Richtungs-) Leitungen Dx1 bis Dx10 bedeuten, die die Elektronenemissionsvorrichtungen 34 mit Oberflächenleitfähigkeit verbinden. Die Elektronenemissionsvorrichtungen 34 sind in Zeilen (werden nachstehend als Einrichtungszeilen bezeichnet) auf dem Substrat angeordnet, um eine Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Einrichtungszeilen zu bilden, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Vorrichtungen hat. Die Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit einer jeden Einrichtungszeile sind elektrisch durch ein Paar gemeinsamer Leitungen parallel geschaltet, so dass sie unabhängig durch Anlegen einer geeigneten Ansteuerspannung an das Paar gemeinsamer Leitungen angesteuert werden können. Genauer gesagt, eine Spannung, die den Schwellwertpegel zur Elektronenemission übersteigt, wird an die Einrichtungszeilen angelegt, die zur Emission von Elektronen anzusteuern sind, wohingegen eine Spannung unter dem Schwellwertpegel zur Elektronenemission an die restlichen Einrichtungszeilen angelegt wird. Alternativ können beliebige zwei externe Anschlüssen zwischen benachbarten Einrichtungszeilen vorgesehen sein, die sich eine einzige gemeinsame Leitung teilen. Somit können beispielsweise die gemeinsamen Leitungen Dx2 bis Dx9, Dx2 und Dx3 eine einzige gemeinsame Leitung teilen anstelle zweier Leitungen.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Anzeigetafel eines Bilderzeugungsgerätes, das eine Elektronenquelle mit leiterförmiger Anordnung von Elektronenemissionsvorrichtungen hat. In 14 umfasst die Anzei getafel Gitterelektroden 71, die jeweils mit einer Anzahl von Löchern 72 versehen sind, um Elektronen den Durchgang zu gestatten, und einen Satz externer Anschlüsse 73, oder Doxi, Dox2, ..., Doxm gemeinsam mit einem weiteren Satz externen Anschlüsse 74 oder G1, G2, ... Gn, die mit den jeweiligen Gitterelektroden 71 verbunden sind, sowie ein Elektronenquellensubstrat 31. Das Bilderzeugungsgerät unterscheidet sich von dem Bilderzeugungsgerät mit der einfachen Matrixanordnung von 9 hauptsächlich darin, dass das Gerät von 14 Gitterelektroden 71 hat, die zwischen dem Elektronenquellensubstrat und der Frontplatte 46 angeordnet sind.
In 14 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 71 zwischen dem Substrat 31 und der Frontplatte 46 senkrecht bezüglich der leiterförmigen Vorrichtungselektroden angeordnet, um Elektronenstrahlen zu modulieren, die von den Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit emittiert werden, von denen jede mit durchgehenden Löchern 72 entsprechend den jeweiligen Elektronenemissionsvorrichtungen versehen sind, um den Elektronenstrahlen den Durchgang zu ermöglichen. Angemerkt sei, dass obwohl die Gitterelektroden in 14 streifenförmig dargestellt sind, das Profil und die Orte der Elektroden nicht hierauf beschränkt sind. Beispielsweise können sie alternativ mit maschenförmigen Öffnungen versehen sein und um die Elektronenemissionsvorrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit herum oder eng an diesen angeordnet sein.
Die externen Anschlüsse 73 und die externen Anschlüsse 74 für die Gitter sind elektrisch mit einer Steuerschaltung (nicht dargestellt) verbunden.
Ein Bilderzeugungsgerät mit einem zuvor beschriebenen Aufbau kann zur Elektronenstrahlbestrahlung durch gleichzeitiges Anlegen von Modulationssignalen an die Zeilen von Gitterelektroden für eine einzelne Zeile oder ein Bild synchron mit dem Betrieb des Ansteuerns (Abtastens) der Elektronenemissionsvorrichtungen auf einer zeilenweisen Basis betrieben werden, so dass das Bild auf einer zeilenweisen Basis angezeigt werden kann.
Ein Anzeigegerät nach der Erfindung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau kann somit in großer Vielfältigkeit industrielle und kommerzielle Anwendungen finden, weil es als ein Anzeigegerät für Fernsehsendungen, ein Endgerät für Videokonferenzen, als ein Bearbeitungsgerät für Steh- und Bewegungsbilder, als ein Endgerät für ein Computersystem, als ein optischer Drucker mit einer lichtempfindlichen Trommel und so weiter arbeiten kann.
Nun wird die vorliegende Erfindung beispielhaft durch Beispiele beschrieben, die Ausführungsbeispiele der Erfindung bilden. Ebenso werden Vergleichsbeispiele beschrieben, deren Beschreibung nützlich für das Verständnis der Erfindung ist.
[Beispiele 1 bis 6, Vergleichsbeispiele 1 bis 4)
Der zur Herstellung einer jeden der Elektronenemissionsvorrichtungen verwendete Prozess wird anhand der 2A, 2B und 4A bis 4C beschrieben.
Schritt a:
Nach sorgfältigem Reinigen. einer Silikatgasplatte wurde auf dieser ein Siliziumoxidfilm mit einer Stärke von 0,5 μm durch Sputtern gebildet, um ein Substrat 1 zu schaffen, auf dem ein Muster eines Fotolackes (RD-2000N-41; erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) gebildet wurde, das entsprechend dem Muster ein Paar Elektroden mit Öffnungen beinhaltet. Dann wurden ein Ti-Film und ein Ni-Film nacheinander mit jeweiligen Stärken von 5 nm beziehungsweise 100 nm durch Vakuumaufdampfung gebildet. Danach wurde der Fotolack mit einer organischen Lösung entwickelt, und der Ni/Ti-Film. wurde abgehoben, um ein Paar Vorrichtungselektroden 2 und 3 zu bilden. Die Vorrichtungselektroden wurden mit einem Abstand L von 3 μm und einer Breite von 300 μm (4A) getrennt.
Schritt b:
Um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 12 zu erzeugen, wurde ein Cr-Film auf der Vorrichtung mit einer Stärke von 300 nm durch Vakuumaufdampfung gebildet, und dann wurde eine Öffnung entsprechend dem Muster des elektrisch leitenden Dünnfilms fotolithografisch erzeugt.
Danach wurde eine Pd-Aminokomplexlösung (ccp4230; erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) auf den Cr-Film mittels Schleudern und Tempern bei 300°C für 12 Minuten in einer Atmosphäre angewandt, um einen Feinpartikelfilm zu bilden, der Pd0 als Hauptingredienz enthält. Der Film hatte eine Stärke von 7 nm.
Schritt c:
Die Cr-Maske wurde beseitigt durch Nassätzen, und der Pd0Feinpartikelfilm wurde abgehoben, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 12 mit einem gewünschten Profil zu bekommen. Der elektrisch leitende Dünnfilm zeigte einen elektrischen Widerstand von Rs = 2 × 10⁴ Ω/☐ (4B).
Schritt d:
Die obige Vorrichtung wurde in ein Kalibriersystem gebracht, wie es in 6 dargestellt ist, und die Vakuum kammer 26 des Systems wurde mittels einer Vakuumpumpeinheit 27 auf einen Druck von 2,7 × 10^–3 Pa evakuiert. Danach wurde eine Impulsspannung an die Einrichtungselektroden 2 und 3 angelegt, um einen Erregungsformierungsprozess auszuführen und um eine Elektronenemissionszone 6 (2A, 2B und 4C) zu erzeugen. Die Impulsspannung war eine dreieckige Impulsspannung, deren Spitzenwert allmählich mit der Zeit ansteigt, wie in 5B gezeigt. Die Impulsbreite von T1 = 1 ms und das Impulsintervall von T2 = 10 ms wurden angewandt. Während des Erregungsformierungsprozesses wurde eine extra Impulsspannung von 0,1 V (nicht dargestellt) in Intervallen der Formierungsimpulsspannung eingefügt, um den Widerstandswert zu bestimmen, und der elektrische Formierungsprozess wurde abgeschlossen, wenn der Widerstand mehr als 1 MS2 betrug. Der Spitzenwert der Impulsspannung (Formierungsspannung) lag bei abgeschlossenem Formierungsprozess bei 5,0 V bis 5,1 V.
Schritt e:
Danach wurde während der Beibehaltung der Elektronenemissionsvorrichtung in der Vakuumkammer 26 des Kalibriersystems von 6 der Innendruck der Vakuumkammer 26 auf 1,3 × 10^–7 Pa verringert. Danach wurde SiH₄ in die Vakuumkammer 26 eingeführt, bis der Druck auf 1,3 × 10^–1 Pa angestiegen war. Dann wurde eine geringe Menge von PH₃, zusätzlich eingeführt, um den elektrischen Widerstand des Films zu steuern, der auf der Einrichtung zu bilden war.
Eine Impulsspannung wurde an die Einrichtungselektroden 2 und 3 von einer Stromversorgung 21 angelegt, um einen Si-Film 7 an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und der niedrigeren Potenzialseite des elektrisch leitenden Dünnfilms 4 zu bilden. Ein in 5A dargestellter Dreiecksimpuls mit einer Impulsbreite von T1 = 100 μs und einem Impulsintervall von T2 = 10 ms wurde verwendet. Angemerkt sei, dass in jedem dieser Beispiele und den vergleichenden Beispielen ein positiver Potenzialimpuls an die niederpotenzialseitige Vorrichtungselektrode 2 angelegt wurde und dass die hochpotenzialseitige Vorrichtungselektrode 3 auf Massepotenzial gehalten wurde, im Gegensatz zu dem Falle vorgegebenen Anstiegs der Elektronenemission, so dass ein Si-Film an der Grenze der Elektronenemissionszone 6 und der Seite niedrigeren Potenzials des elektrisch leitenden Dünnfilms 4 gebildet wurde.
Die Zeitdauer der obigen Operation wurde auf der Grundlage der Daten bestimmt, die als Ergebnis einer Serie von für die vorliegende Erfindung durchgeführten vorherigen Experimenten gewonnen wurden, so dass ein gewünschter elektrischer Zusatzwiderstand für jede Vorrichtung gewonnen wurde.
Nachdem der Si-Film gebildet war, wurde die Vakuumkammer 26 erneut evakuiert und mit einem Heizelement (nicht dargestellt) auf 300°C erwärmt, um den Film zu stabilisieren.
Schritt f:
In die Vakuumkammer 26 wurde Azeton eingeführt, um den Innendruck auf 1,3 × 10^–1 Pa ansteigen zu lassen. Eine Impulsspannung wurde an die Einrichtungselektroden 2 und 3 angelegt, um aus einer Kohlenstoffverbindung einen Film 8 zu bilden. Ein Dreiecksimpuls, wie er in 5A dargestellt ist, mit einer Wellenhöhe von 16 V, einer Impulsbreite von T = 1 ms und einem Impulsintervall von T2 = 10 ms wurde angewandt. Die Polarität des angelegten Impulses war dieselbe wie im Falle der Elektronenemission. Die Impulsspannung wurde für 30 Minuten angelegt. Ein Film aus einer Kohlenstoffverbindung wurde hauptsächlich auf der Seite höheren Potenzials gebildet.
Schritt g:
Danach wurde ein Stabilisierungsprozess ausgeführt.
In diesem Schritt wurde die Vakuumkammer 26 evakuiert auf einen geringeren Innendruck als 1,3 × 10^–6 Pa. Dann wurde die Vorrichtung auf 250°C erwärmt, weil der Innendruck der Vakuumkammer durch das Erwärmen angestiegen war, und wurde dann weiter evakuiert. Nach 24-stündiger Beheizung fiel der Druck auf weniger als 1,3 × 10^–6 Pa ab, und folglich war das Erwärmen beendet.
Die hergerichteten Vorrichtungen der obigen Beispiele und der vergleichenden Beispiele wurden bezüglich der Eigenschaft ihrer Elektronenemission getestet. Für jede Einrichtung wurde If vor Ie beobachtet, und jede der Vorrichtungen der obigen Beispiele wurde mit der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 verglichen, für den Schritt E ausgelassen wurde, um den elektrischen Zusatzwiderstand zu bestimmen, der durch den zusätzlichen Si-Film 7 erzeugt wurde. Dies wird anhand 16 beschrieben.
An jedes Vorrichtungsbeispiel wurde eine dreieckige Impulsspannung angelegt, um die Vf-If-Beziehung der Vorrichtung zu beobachten. Die durchgehende Linie stellt die Eigenschaft der Vorrichtung bezüglich derjenigen der Vorrichtung vom Vergleichsbeispiel 1 dar. Die Impulswellenhöhe betrug Vf₀ = 14 V, und der zugehörige Vorrichtungsstrom If war If₀ = 1,3 mA. Dann wurde eine selbe Dreiecksimpulsspannung an die zu testende Vorrichtung angelegt, und die Wellenhöhe der Impulsspannung wurde allmählich erhöht, wobei der Spitzenpegel des Vorrichtungsstromes If beobachtet wurde, bis der Spitzenvorrichtungsstrom gleich If₀ war. Wenn die Wellenhöhe zu dieser Zeit Vf₁ betrug, konnte mit Sicherheit angenommen werden, dass der Spannungsabfall von ΔVf = Vf₁ – Vf₀ durch den Anstieg des Zusatzwiderstands verursacht war. Folglich konnte der elektrische Zusatzwiderstand durch die Gleichung R_ad = ΔVf/If₀ bestimmt werden.
Ie wurde durch Anlegen einer rechteckförmigen Parallelepiped-Impulsspannung gemessen, und der durchschnittliche Emissionsstrom <Ie> und das Ausmaß der Fluktuationen Ale wurden für aufeinanderfolgende 600 Impulswellen gewonnen. Die Wellenhöhe der angelegten rechteckförmigen Parallelepiped-Impulsspannung wurde gleich der zuvor genannten Vf₁ gemacht, und die Impulsbreite war T1 = 100 μs, und ein Impulsintervall von T2 = 10 ms wurde verwendet. Der Abstand zwischen der Vorrichtung und der Anode 25 betrug H = 4 mm, und die Potenzialdifferenz zwischen der Vorrichtung und der Anode wurde auf Va = 1 kV gebracht.
Für alle Vorrichtungen der obigen Beispiele und Vergleichsbeispiele war <Ie> = 1,1 μA. Die abgelesenen Werte Rad und (ΔIe/<Ie>) und (ΔIf/<If>) der Vorrichtung sind in der Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
[Beispiel 8]
In diesem Beispiel wurden Schritt e und Schritt f von Beispiel 3 umgekehrt, um eine Elektronenemissionsvorrichtung mit Oberflächenleitfähigkeit zu erzeugen, die eine exakt gleiche Eigenschaft wie die Vorrichtung von Beispiel 3 zeigte.
[Beispiel 9]
Schritten a bis d der Beispiele 1 bis 7 wurde für dieses Beispiel gefolgt. Danach folgt
Schritt e:
Unter Verwendung von Sauerstoff als Trägergas wurde Dimethylaluminiumhydrid in die Vakuumkammer 26 eingeführt, bis der Innendruck auf 1,3 × 10^–1 Pa angestiegen war. Ein selber Impuls wie der von Schritt E der Beispiele 1 bis 6 wurde an die Vorrichtung angelegt, um einen Film 7 aus Aluminiumoxid zu erzeugen.
Schritt f:
Ein Film 8 aus einer Kohlenstoffverbindung wurde wie im Falle des Schrittes F von den Beispielen 1 bis 7 gebildet.
Schritt g:
Ein Stabilisierungsprozess wurde ausgeführt, wie im Falle von Schritt G der Beispiele 1 bis 7.
Wenn die Vorrichtung hinsichtlich ihrer Eigenschaft getestet wurde, zeigte sich ein Wert von ΔIe/<Ie> = 5,0 %.
[Vergleichsbeispiele 5 (und 6)]
Den Schritte bis zu Schritt d der Beispiele 1 bis 7 wurde gefolgt. Danach folgt
Schritt e:
SiH₄ und eine geringfügige Menge von PH₃ wurde in die Vakuumkammer eingeführt, und eine Impulsspannung wurde an die Vorrichtung wie im Falle des Beispiels 3 angelegt. Jedoch wurde die Polarität des Impulses abwechselnd geändert, wie in 17 gezeigt. Die Werte für T1 und T2 und die Impulswellenhöhe waren dieselben wie jene des Beispiels 3. Dieser Schritt wurde für das Vergleichsbeispiel 5 fortgelassen.
Schritt f:
Nach Evakuieren der Vakuumkammer 26 wurde WF₆ eingeführt, um den Innendruck auf 1,3 × 10^–1 Pa zu erhöhen, und dann wurde über 30 Minuten eine Impulsspannung an die Vorrichtung angelegt. Die Polarität der Impulsspannung war bezüglich derjenigen der Impulsspannung umgekehrt, die zur Elektronenemission verwendet wurde, so dass hauptsächlich ein Film 9 aus W an der Grenze der Elektronenemissionszone und der niedrigeren Potenzialseite des elektrisch leitenden Dünnfilms 4 gebildet wurde. Eine Impulswellenhöhe von 18,0 V wurde verwendet.
Die hergerichtete Vorrichtung wurde einem Test unterzogen, um ihre Eigenschaften wie im Falle vom Beispiel 1 bis 7 zu testen, um herauszufinden, dass die Einrichtung vom Vergleichsbeispiel 6 einen Wert von ΔIe/<Ie> = 4,9 zeigte, wohingegen die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 5 einen Wert von ΔIe/<Ie> = 10,3 % zeigte.
Die Vorrichtungen vom Beispiel 3 und dieses Vergleichsbeispiels galten der Emission von Elektronen für eine verlängerte Zeitdauer zum Vergleich. Die Vorrichtung dieses Beispiels zeigte eine niedrigere Anstiegsrate der Elektronenemission. Das kann am Film aus W liegen, der in diesem Beispiel anstelle des Films einer Kohlenstoffverbindung in der Vorrichtung vom Beispiel 3 auf der Vorrichtung gebildet war.
[Vergleichsbeispiel 7]
In diesem Vergleichsbeispiel wurde eine Elektronenquelle durch Vorsehen einer großen Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen präpariert, wie jene, die in den vorherigen Beispielen gebildet wurden, und die Verdrahtung erfolgte mit einer Matrix von Leitungen, und dann wurde ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronenquelle fertig stellt.
18 ist eine vergrößerte schematische Aufsicht eines Teils der Elektronenquelle von diesem Beispiel. 19 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 19-19 in 18. 20A bis 20H zeigen unterschiedliche Herstellschritte der Vorrichtung von 19.
In diesen Figuren bedeutet Bezugszeichen 1 ein Substrat, und Bezugszeichen 32 und 33 bedeuten eine X-Richtungsleitung beziehungsweise eine Y-Richtungsleitung, während Bezugszeichen 2 und 3 Vorrichtungselektroden bedeuten und Bezugszeichen 6 eine Elektronenemissionszone bedeutet. Bezugszeichen 91 bedeutet eine Zwischenisolationsschicht, und Bezugszeichen 92 bedeutet ein Kontaktloch zur elektrischen Verbindung einer Einrichtungselektrode 3 mit einer X-Richtungsleitung 32.
Nun wird das Herstellverfahren für die Elektronenquelle in Hinsicht auf eine Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben, die sich auf die 20A bis 20H bezieht. Angemerkt sei, dass die folgenden Herstellschritte, oder Schritt A bis Schritt H jeweils den 20A bis 20H entsprechen.
Schritt A:
Nach sorgfältigem Reinigen einer Silikatglasplatte wurde auf dieser ein Siliziumoxidfilm mit einer Stärke von 0,5 μm durch Sputtern zum Erzeugen eines Substrats 1 gebildet, auf dem nacheinander Cr und Au mit einer Stärke von 5 nm beziehungsweise 600 nm aufgetragen wurde, und dann wurde ein Fotolack (AZ 1370; erhältlich von Hoechst Corporation) darauf mittels Schleudern gebildet, während der Film gedreht und getempert wurde. Danach wurde ein Fotomaskenbild mit Licht belichtet und fotochemisch entwickelt, um ein Fotolackmuster für X-Richtungsleitungen 32 zu erzeugen, und dann wurde der aufgetragene Au-/Cr-Film nass geätzt, gefolgt von der Beseitigung des Fotolackmusters, um X-Richtungsleitungen 32 zu schaffen.
Schritt B:
Auf einer Zwischenisolationsschicht 91 mit einer Stärke von 1,0 μm wurde ein Siliziumoxidfilm durch RF-Sputtern gebildet.
Schritt C:
Ein Fotolackmuster wurde präpariert, um ein Kontaktloch 92 im in Schritt B aufgetragenen Siliziumoxidfilm zu erzeugen, dessen Kontaktloch 92 dann durch Ätzen der Zwischenisolationsschicht 91 unter Verwendung des Fotolackmusters für eine Maske gebildet wurde. Für die Ätzopera tion wurde eine Technik des RIE (Reaktives Ionenätzen) unter Verwendung von CF₄ und H₂ angewendet.
Schritt D:
Danach wurde ein Muster aus Fotolack (RD-2000N-41; erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) für ein Paar Vorrichtungselektroden 2 und 3 und einen Spalt G gebildet, der die Elektroden trennt, und dann wurden nacheinander Ti und Ni aufgetragen jeweils mit einer Stärke von 5 nm beziehungsweise 100 nm durch Vakuumaufdampfung. Das Fotolackmuster wurde aufgelöst in einer organischen Lösung, und der Ni-/Ti-Auftragungsfilm wurde unter Verwendung einer Abhebtechnik behandelt, um ein Paar Einrichtungselektroden 2 und 3 mit einer Stärke von W1 = 300 μm zu erzeugen, die voneinander um eine Abstand (Spalt) von G = 3 μm getrennt sind.
Schritt E:
Nach Bilden eines Fotolackmusters (negatives Muster) für eine Y-Richtungsleitung wurden Ti und Au nacheinander durch Vakuumverdampfung auf eine jeweilige Stärke von 5 nm beziehungsweise 500 nm aufgetragen, dann wurden überflüssige Bereiche beseitigt mittels einer Abhebetechnik, um eine Y-Richtungsleitung 33 mit einem gewünschten Profil zu erzeugen.
Schritt F:
Dann wurde ein Cr-Film 94 mit einer Filmstärke von 100 nm durch Vakuumaufdampfung erzeugt und verarbeitet, um ein Muster mit einer Öffnung gemäß dem Profil des elektrisch leitenden Dünnfilms 12 zu zeigen. Eine Lösung aus einem Pd-Aminokomplex (ccp 4230) wurde beim Cr-Film mittels Schleudern angewandt und bei 300°C für 10 Minuten getempert, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 95 aus PdO-Feinpartikeln mit einer Filmstärke von 10 nm zu erzeugen.
Schritt G:
Der Cr-Film 94 wurde entlang überflüssiger Abschnitte des elektrisch leitenden Films 95 aus PdO-Feinpartikeln durch Nassätzen unter Verwendung eines Ätzmittels beseitigt, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 12 mit einem gewünschten Profil zu erzeugen. Der elektrisch leitende Dünnfilm zeigte einen elektrischen Widerstand von Rs = 5 × 10⁴ Ω/☐.
Schritt H:
Dann wurde eine Fotolackschicht auf der gesamten Oberfläche mit Ausnahme des Kontaktloches 92 präpariert, und nacheinander wurden Ti und Au durch Vakuumaufdampfung aufgetragen in Stärken von 5 nm beziehungsweise 500 nm. Die Fotolackschicht wurde in einer organischen Lösung gelöst und irgendwelche nicht erforderlichen Bereiche wurden mittels einer Abhebetechnik beseitigt, um nachfolgend das Kontaktloch 94 einzubrennen.
Schritt I:
Dieser Schritt und die nachfolgenden Schritte werden anhand der 9, 10A und 10B beschrieben.
Nach Sichern eines Elektronenquellensubstrats 31 auf einer Rückplatte 41 wurde eine Frontplatte 46 (trägt auf sich einen Fluoreszenzfilm 44 und einen Metallrücken auf der Innenoberfläche des Glassubstrats 43) über dem Substrat 31 um 5 mm mit einem Stützrahmen 42 angebracht, der dazwischen angeordnet ist; danach wurde Fritteglas auf die Kontaktbereiche der Frontplatte 46, den Stützrahmen 42 und die Rückplatte 41 aufgebracht und bei 400°C in einer Atmosphäre für 10 Minuten zur hermetischen Versiegelung des Gefäßes getempert. Das Substrat 31 wurde an der Rückplatte 41 mittels Fritteglas gesichert.
Während der Fluoreszenzfilm 44 nur aus einem Fluoreszenzkörper besteht, wenn das Gerät für Schwarzweißbilder eingerichtet ist, wurde der Fluoreszenzfilm 44 dieses Beispiels durch Bilden schwarzer Streifen an erster Stelle und Ausfüllen der Spalte mit streifenförmigen Fluoreszenzgliedern der Primärfarben präpariert. Die schwarzen Streifen bestanden aus einem allgemein bekannten Material, das Graphit als Hauptbestandteil enthält. Eine Schleiftechnik wurde angewandt auf die Fluoreszenzmaterialien auf dem Glassubstrat 43.
Ein Metallrücken 45 ist in der Innenoberfläche des Fluoreszenzfilms 44 angeordnet. Nach Aufbereiten des Fluoreszenzfilms wurde der Metallrücken 45 durch Ausführen einer Glättungsoperation (wird normalerweise als "Filmung" bezeichnet) auf der Innenoberfläche des Fluoreszenzfilms präpariert, und danach wurde auf diesem durch Vakuumaufdampfung eine Aluminiumschicht gebildet.
Während eine transparente Elektrode (nicht dargestellt) auf der Außenoberfläche des Fluoreszenzfilms 44 von der Frontplatte 46 angeordnet werden könnte, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, wurde dies in diesem Beispiel nicht verwendet, weil der Fluoreszenzfilm einen hinreichenden Grad an elektrischer Leitfähigkeit nur unter Verwendung eines Metallrückens zeigte.
Für die obige Operation des Bondens wurden die Komponenten sorgfältig ausgerichtet, um eine akkurate positionelle Entsprechung zwischen den Farbfluoreszenzgliedern und den Elektronenemissionseinrichtungen sicherzustellen.
Schritt J:
Das Bilderzeugungsgerät wurde dann in ein in 12 gezeigtes Vakuumverarbeitungssystem platziert, und die Vakuumkammer 63 wurde evakuiert, um den Innendruck auf weniger als 2,6 × 10^–3 Pa zu bringen. 21 zeigt ein Diagramm der für die Formierungsoperation dieses Beispiels verwendeten Verdrahtungsanordnung. Bezüglich 21 wird von einem Impulsgenerator 96 ein Impuls an eine der von einem Zeilenwähler 97 ausgewählten X-Richtungsleitungen 32 angelegt.
Sowohl der Impulsgenerator 96 als auch der Zeilenwähler 97 werden zum Betrieb durch eine Steuereinheit 98 gesteuert. Die Y-Richtungsleitungen 33 der Elektronenquelle 99 sind gemeinsam mit Masse verbunden. Die dicke durchgehende Linie in 21 stellt eine Steuerleitung dar, wohingegen dünne durchgehende Linien viele Leitungen darstellen. Die angelegte Impulsspannung hatte eine dreieckige Impulswellenform mit ansteigender Wellenhöhe, wie in 5B gezeigt. Wie im Falle von Beispiel 1 wurde eine rechteckige Parallelepiped-Impulsspannung mit einer Wellenhöhe von 0,1 V in Intervalle der Dreiecksimpulse eingefügt, um den Widerstand einer jeden Einrichtungszeile zu kalibrieren, und die Formierungsoperation wurde für die Zeile abgeschlossen, wenn der Widerstand 1 MΩ für jede Einrichtung der Zeile überstieg. Dann wurde die Spannungsanlegezeile auf die nächste Zeile vom Zeilenwähler umgeschaltet. Die Impulswellenhöhe war etwa 7,0 V für alle Leitungen, wenn die Formierungsoperation abgeschlossen war.
Schritt K:
Dimethylaluminiumhydrid wurde in die Hülle 47 durch die Vakuumkammer 63 und den Absaugstutzen 62 unter Verwendung von Sauerstoff als Trägergas eingeführt, bis der Innendruck war auf 1,3 × 10^–1 Pa angestiegen. Die zum Formie rungsprozess verwendete Verdrahtungsordnung wurde auch hier verwendet, um eine Impulsspannung anzulegen und einen Aluminiumoxidfilm zu erzeugen. Die Impulswellenhöhe der angelegten Spannung betrug 14 V, und die Polarität wurde abwechselnd geändert, wie in 17 gezeigt.
Schritt L:
Die Hülle 47 wurde evakuiert, und danach wurde MOF6 in die Hülle eingeführt, bis der Innendruck reduziert war auf 1,3 × 10^–1 Pa. Eine Impulsspannung wurde angelegt, um einen Mo-Film 9 zu erzeugen, wie im obigen Schritt K.
Schritt M:
Die Hülle 47 wurde erneut evakuiert, um den Innendruck auf weniger als 1,3 × 10^–4 Pa zu reduzieren, und der Absaugstutzen 62 wurde erhitzt, um ihn zu schmelzen und die Hülle hermetisch abzuschließen. Letztlich wurde Getter (nicht dargestellt) in der Hülle gebracht und durch eine Hochfrequenzheizung erhitzt, um einen Getter-Prozess auszuführen.
Das gemäß den obigen Schritten erzeugte Bilderzeugungsgerät arbeitete exzellent zur Anzeige feiner Bilder.
[Vergleichsbeispiel 8]
22 ist ein Blockdiagramm einer Anzeigevorrichtung, die die im Vergleichsbeispiel 6 präparierte und angeordnete Anzeigetafel enthält, um visuelle Informationen aus einer Vielzahl von Informationsquellen bereitzustellen, einschließlich Fernsehsendungen und anderen Bildquellen.
In 22 ist eine Anzeigetafel 101 gezeigt, eine Anzeigetafelsteuerung 102, eine Anzeigetafelsteuerung 103, ein Multiplexer 104, ein Decoder 105, eine Schnittstellen schaltung 106 zur Ein-/Ausgabe, eine CPU 107, ein Bildgenerator 108, Bildeingabespeicher-Schnittstellenschaltungen 109, 110 und 111, eine Bildeingabe-Schnittstellenschaltung 112, Fernsehsignalempfänger 113 und 114 und eine Eingabeeinheit 115. (Wenn das Anzeigegerät zum Empfang von durch Video- und Audiosignale gebildeten Fernsehsignalen verwendet wurde, sind Schaltungen, Lautsprecher und andere Einrichtungen zum Empfang, zum Trennen, zum Wiedergeben, Verarbeiten und Speichern von Audiosignalen mit den in der Zeichnung gezeigten Schaltungen erforderlich. Jedoch ist eine vollständige Beschreibung derartiger Schaltungen hier in Hinsicht auf den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fortgelassen.
Nun werden die Komponenten des Gerätes beschrieben, gefolgt vom Ablauf von Bildsignalen durch diese.
Zunächst ist der Fernsehsignalempfänger 114 eine Schaltung zum Empfang von Fernsehbildsignalen, die über ein drahtloses Übertragungssystem unter Verwendung elektrischer Wellen und/oder über räumliche optische Telekommunikationsnetze übertragen werden. Das zu verwendende Fernsehsignalsystem ist nicht auf ein spezielles System beschränkt, es lässt sich als NTSC-, PAL- oder SECAM-System realisieren. Es ist insbesondere geeignet für Fernsehsignale, die über eine größere Anzahl von Abtastzeilen verfügen (typischerweise ein hochauflösendes Fernsehsystem, wie das MUSE-System), weil es für eine große Anzeigetafel 101 mit einer großen Anzahl von Pixel verwendet werden kann. Die vom Fernsehsignalempfänger 114 empfangenen Fernsehsignale werden dem Decoder 105 zugeführt.
Der Fernsehsignalempfänger 113 ist eine Schaltung zum Empfang von Fernsehsignalen, die über ein drahtgebundenes Übertragungssystem unter Verwendung von Koaxialkabeln und/oder optischen Fasern übertragen werden. Wie der Fernsehsignalempfänger 114, so ist das Fernsehsignalsystem nicht auf ein spezielles beschränkt; und die von der Schaltung empfangenen Fernsehsignale werden dem Decoder 105 zugeführt.
Die Schnittstellenschaltung 112 zur Bildeingabe ist eine Schaltung zum Empfang von Bildsignalen, die von einer Bildeingabeeinrichtung, wie einer Fernsehkamera oder einem Bildaufnahmescanner geliefert werden. Die empfangenen Bildsignale werden ebenfalls dem Decoder 105 zugeführt.
Die Schnittstellenschaltung 111 zur Bildeingabe ist eine Schaltung zum Auffinden von Bildsignalen, die in einem Videobandrecorder (wird nachstehend als VTR bezeichnet) gespeichert sind; und die empfangenen Bildsignale werden ebenfalls dem Decoder 105 zugeführt.
Die Speicherschnittstellenschaltung 110 zur Bildeingabe ist eine Schaltung zum Auffinden von in einer Videoplatte gespeicherten Bildsignale, und die aufgefunden Bildsignale werden ebenfalls dem Decoder 105 zugeführt.
Die Speicherschnittstellenschaltung 109 zur Bildeingabe ist eine Schaltung zum Auffinden von Bildsignalen, die in einer Einrichtung zum Speichern von Stehbilddaten gespeichert sind, wie eine sogenannte Stehbildplatte, und die aufgefundenen Bildsignale werden ebenfalls dem Decoder 105 zugeführt.
Die Ein-/Ausgabeschnittstellenschaltung 106 ist eine Schaltung zum Verbinden des Anzeigegerätes mit einer externen Ausgangssignalquelle, wie beispielsweise einem Computer, einem Computernetz oder einem Drucker. Sie führt Ein/Ausgabeoperationen bezüglich Bilddaten und Daten und Zeichen und Grafiken aus, falls geeignet, für Steuersignale und numerische Daten zwischen der CPU 107 des Anzeigegerätes und einer externen Ausgabesignalquelle.
Die Bilderzeugungsschaltung 108 ist eine Schaltung zum Erzeugen von auf dem Anzeigeschirm anzuzeigenden Bilddaten auf der Grundlage der Bilddaten und der Daten bezüglich Zeichen und Grafiken, eingegeben von einer externen Ausgabesignalquelle über die Schnittstellenschaltung 106 zur Ein-/Ausgabe, oder jene, die von der CPU 107 kommen. Die Schaltung umfasst wiederaufladbare Speicher zum Speichern von Bilddaten und Daten bezüglich Zeichen und Grafiken, Nur-Lese-Speicher zum Speichern von Mustern gemäß vorgegebener Zeichencodes, einen Prozessor zum Verarbeiten von Bilddaten und andere Schaltungskomponenten, die zur Erzeugung von Bildschirmbildern erforderlich sind.
Von der Bilderzeugungsschaltung 108 erzeugte Bilddaten zur Anzeige werden zum Decoder 105 gesandt, und falls passend, werden sie auch an eine externe Schaltung, wie an ein Computernetz oder einen Drucker, über die Schnittstellenschaltung 106 zur Ein-/Ausgabe gesandt.
Die CPU 107 steuert das Anzeigegerät und führt die Operationen zum Erzeugen der Auswahl und der Bearbeitung von anzuzeigenden Bildern auf dem Bildschirm aus.
Beispielsweise sendet die CPU 107 Steuersignale an den Multiplexer 104 und wählt in passender Weise Signale aus oder kombiniert sie für auf dem Anzeigeschirm anzuzeigende Bilder. Zur selben Zeit werden Steuersignale für die Anzeigetafelsteuerung 103 erzeugt und der Betrieb des Anzeigegerätes in Hinsicht auf die Bildanzeigefrequenz, das Abtastverfahren (das heißt, Zeilensprungabtastung oder Nicht-Zeilensprungabtastung), die Anzahl von Abtastzeilen pro Vollbild und so weiter ausgeführt.
Die CPU 107 sendet auch Bilddaten und Daten bezüglich Zeichen und Grafiken direkt an die Bilderzeugungsschaltung 108 und greift auf externe Computer und auf Speicher über die Schnittstellenschaltung 106 zur Ein-/Ausgabe zu, um externe Bilddaten und Daten bezüglich Zeichen und Grafiken zu erhalten. Die CPU 107 kann zusätzlich so ausgelegt sein, dass sie an anderen Operationen des Anzeigegerätes teilnimmt, einschließlich Betrieb und Erzeugen von Verarbeitungsdaten, wie die CPU eines Personal Computers oder eines Wortprozessors. Die CPU 107 kann auch mit einem externen Computernetz über die Schnittstellenschaltung 106 zur Ein-/Ausgabe verbunden sein, um Berechnungen und andere Operationen auszuführen, die damit zusammenarbeiten.
Die Eingabeeinheit 115 wird verwendet, um Befehle, Programme und von der Bedienperson eingegebene Daten zur CPU 107 zu leiten. Tatsächlich kann ausgewählt werden unter einer Vielzahl von Eingabeeinrichtungen, wie Tastaturen, Mäusen, Joysticks, Balkencodelesern und Spracherkennungseinrichtungen, sowie deren Kombinationen.
Der Decoder 105 ist eine Schaltung zum Umsetzen verschiedener über die Schaltungen 108 bis 114 eingegebener Bildsignale zurück in Signale für die drei Primärfarben, Leuchtdichtesignale und I- und Q-Signale. Vorzugsweise enthält der Decoder 105 Bildspeicher, wie durch eine gestrichelte Linie in 22 gezeigt, um mit Fernsehsignalen wie mit jenen des MUSE-Systems zu Rande zu kommen, die Bildspeicher zur Signalumsetzung erfordern. Das Vorsehen zusätzlicher Bildspeicher erleichtert die Anzeige von Stehbildern sowie derartiger Operationen wie Ausdün nen, Interpolieren, Vergrößern, Verkleinern, Zusammensetzen und Bearbeiten von Bildern, die optional vom Decoder 105 in Zusammenarbeit mit der Bilderzeugungsschaltung 108 und der CPU 107 auszuführen sind.
Der Multiplexer 104 wird zur passenden Auswahl von Bildern verwendet, die auf dem Anzeigeschirm gemäß Steuersignalen aus der CPU 107 anzuzeigen sind. Mit anderen Worten, der Multiplexer 107 wählt gewisse umgesetzte Bildsignale aus dem Decoder 105 aus und sendet sie an die Treiberschaltung 102. Er kann auch den Anzeigeschirm in eine Vielzahl von Vollbildern zur Anzeige unterschiedlicher Bilder gleichzeitig durch Umschalten aus einem Satz von Bildsignalen auf einen anderen Satz von Bildsignalen innerhalb der Zeitperiode zur Anzeige eines einzigen Vollbildes einteilen.
Die Anzeigetafelsteuerung 103 ist eine Schaltung zum Steuerndes Betriebs der Treiberschaltung 102 gemäß den aus der CPU 107 gesendeten Steuersignalen.
Unter anderem arbeitet sie zum Senden von Signalen an die Treiberschaltung 102, um die Sequenz von Operationen der Stromversorgung (nicht dargestellt) zum Ansteuern der Anzeigetafel zu steuern, damit die grundlegende Arbeitsweise der Anzeigetafel festgelegt wird. Sie sendet auch Signale an die Treiberschaltung 102 zum Steuern der Bildanzeigefrequenz und des Abtastverfahrens (beispielsweise Zeilensprungabtastung oder Nicht-Zeilensprungabtastung), um die Betriebsart der Ansteuerung der Anzeigetafel festzulegen.
Falls passend, sendet die Anzeigetafelsteuerung 103 Steuersignale zum Steuern der Qualität des anzuzeigenden Bil des in Hinsicht auf Helligkeit, Kontrast, Farbton und/oder Schärfe des Bildes an die Treiberschaltung 102.
Die Treiberschaltung 102 ist eine Schaltung zum Erzeugen von Treibersignalen, die an die Anzeigetafel 101 anzulegen sind. Sie arbeitet gemäß den Bildsignalen aus dem Multiplexer 104 und Steuersignalen aus der Anzeigetafelsteuerung 103.
Eine Anzeigevorrichtung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau, die in 22 dargestellt ist, kann auf der Anzeigetafel 101 verschiedene Bilder aus einer Vielfalt von Bilddatenquellen anzeigen. Genauer gesagt, Bildsignale, wie Fernsehbildsignale, werden vom Decoder 105 rückumgesetzt und dann vom Multiplexer 104 ausgewählt, bevor sie zur Treiberschaltung 102 gesandt werden. Andererseits erzeugt die Anzeigesteuerung 103 Steuersignale zum Steuern des Betriebs der Treiberschaltung 102 gemäß den Bildsignalen für die auf der Anzeigetafel 101 anzuzeigenden Bilder. Die Treiberschaltung 102 liefert dann Treibersignale an die Anzeigetafel 101 gemäß den Bildsignalen und den Steuersignalen. Somit werden Bilder auf der Anzeigetafel 101 angezeigt. Alle zuvor beschriebenen Operationen werden von der CPU 107 in koordinierender Weise gesteuert.
Wie zuvor detailliert beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Elektronenemissionsvorrichtung bereit, die stabil zur Elektronenemission arbeitet, sowie eine Elektronenquelle mit einer großen Anzahl derartiger Vorrichtungen, und ein Bilderzeugungsgerät mit einer derartigen Elektronenquelle, die Bilder in hervorragender Qualität anzeigen kann.

Claims

Elektronenemittiervorrichtung mit einem Paar von Elektroden (2, 3) und einem Paar von elektrisch leitenden Filmen (4, 5), die zwischen bzw. mit dem Paar von Elektroden mit einem elektronenemittierenden Bereich (6), der einen zwischen dem Paar von elektrisch leitenden Filmen eingefügten Spalt (6) umfasst, angeordnet bzw. verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Schichtstoffverbund (7) eines Halbleitermaterials oder eines Metalloxids und eines Films (8) aus Kohlenstoff oder eines Kohlenstoffverbunds an dem Rand des elektronenemittierenden Bereichs (6) und zumindest einem des Paares von elektrisch leitenden Filmen (4, 5) aufweist.
Elektronenemittiervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Schichtstoffverbund auf beiden des Paares von elektrisch leitenden Filmen (4, 5) angeordnet ist.
Elektronenemittiervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schichtstoffverbund eine Struktur umfasst, in der der Film (8) aus Kohlenstoff oder einem Kohlenstoffverbund auf einem Film (7) des Halbleitermaterials oder des Metalloxids gebildet ist.
Elektronenquelle (31 bis 34) mit einer Vielzahl von Elektronenemittiervorrichtungen (34:1 bis 7), die mit Verdrahtungsleitern (32, 33) auf einem gemeinsamen Substrat (31:1) verbunden ist, wobei jede Elektronenemittiervorrichtung (34) eine wie in einem der vorstehenden Ansprüche definierte Elektronenemittiervorrichtung (1 bis 8) ist.
Bilderstellungsvorrichtung (47) mit einer wie in Anspruch 4 definierten Elektronenquelle (31 bis 34) und einem Bilderstellungselement (46) zum Erzeugen von Bildern bei Bestrahlung durch von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahlen.