DE69713828T2

DE69713828T2 - Bilderzeugungsgerät und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69713828T2
Application number: DE69713828T
Authority: DE
Inventors: Makoto Takagi; Keisuke Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2017-04-03
Also published as: AU729429B2; DE69713828D1; US5998924A; KR100282953B1; CA2201581C; EP1178511B1; EP0800198A2; EP1178511A3; CN1172339A; EP1178511A2; CA2201581A1; AU1669397A; EP0800198B1; DE69737331T2; EP0800198A3; CN1133198C; DE69737331D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein bilderzeugendes Gerät, das eine Elektronenquelle umfaßt, die durch Anordnung einer Mehrzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen realisiert ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Verwandter Stand der Technik

CRTs sind weithin für bilderzeugende Geräte zum Anzeigen von Bildern mittels Elektronenstrahlen verwendet worden.
Andererseits haben in den letzten Jahren Flachbildschirmanzeigegeräte, die Flüssigkristall verwenden, CRTs in einigem Ausmaß ersetzt. Jedoch sind diese mit einigen Nachteilen verbunden, einschließlich, daß sie mit einer Hintergrundbeleuchtung ausgestattet werden müssen, da sie vom emissivem Typ sind, und daher besteht eine starke Nachfrage nach Anzeigegeräten vom emissivem Typ. Während Plasmaanzeigen kommerziell erhältlich geworden sind, basieren sie auf Prinzipien, die von denjenigen der CRTs verschieden sind und können wenigstens zur Zeit nicht vollständig mit CRTs vom Standpunkt des Kontrastes, der Farbeffekte und anderer technische Faktoren konkurrieren. Da eine elektronenemittierende Vorrichtung sehr vielversprechend erscheint, um eine Elektronenquelle durch Anordnen einer Vielzahl von derartigen Vorrichtungen herzustellen, und es erwartet wird, daß ein Bilderzeugungsgerät, das eine derartige Elektronenquelle umfaßt, genauso effektiv wie ein CRT für lichtemittierende Effekte ist, sind auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung von elektronenemittierenden Vorrichtungen dieser Art Anstrengungen unternommen worden.
Zum Beispiel hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Vorschlägen für eine Elektronenquelle, die durch Anordnung einer Anzahl von oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen, die Vorrichtungen vom kalten Kathodentyp sind, realisiert wird und für ein bilderzeugendes Gerät, das eine derartige Elektronenquelle umfaßt, gemacht.
Es sind zwei Arten von elektronenemittierenden Vorrichtungen bekannt gewesen; der Thermoelektronenemissionstyp und der kalte Kathodenelektronenemissionstyp. Von diesen bezieht sich der kalte Kathodenelektronenemissionstyp auf Vorrichtungen, die Vorrichtungen vom Feldemissionstyp (nachstehend als Fe-Typ bezeichnet), elektronenemittierenden Vorrichtungen vom Metall-Isolationsschicht-Metalltyp (nachstehend als MIM-Typ bezeichnet) und oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtungen einschließen.
Beispiele für die Vorrichtungen vom FE-Typ schließen diejenigen ein, die von W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Feldemission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) und C. A. Spindt, "Physikalische Eigenschaften von Dünnfilmfeldemissionskathoden mit Molybdän-Kegel", J. Appl. Phys. 47, 5248 (1976) vorgeschlagen wurden.
Beispiele einer MIM-Vorrichtung werden in Aufsätzen einschließlich C. A. Mead, "Betrieb von Tunnel-Emissionsvorrichtungen", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) offenbart.
Beispiele für eine oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtung schließen eine ein, die von M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965) vorgeschlagen wurde.
Eine oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtung wird verwirklicht, indem das Phänomen verwendet wird, daß Elektronen aus einem kleinen Dünnfilm emittiert werden, der auf einem Substrat gebildet wurde, wenn man einen elektrischen Strom parallel mit der Filmoberfläche durchströmen läßt. Während Elinson et al. die Verwendung eines SnO&sub2; Dünnfilms für eine Vorrichtung dieser Art vorschlägt, wird die Verwendung eines Au-Dünnfilms in G. Dittmer, "feste Dünnfilme", 9, 317 (1972) vorgeschlagen, wohingegen die Verwendung von In&sub2;O&sub3;/SnO&sub2; und diejenige von Kohlenstoffdünnfilm jeweils in M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975) und in H. Araki et al. "Vakuum", Vol. 26, Nr. 1, Seite 22 (1983) diskutiert werden.
Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat eine Anzahl von Vorschlägen für oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtungen einschließlich derjenigen, die schematisch in Fig. 2A und 2B veranschaulicht werden, gemacht. Da der Aufbau einer derartigen oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen dergleichen und ein bilderzeugendes Gerät, das unter Verwendung derartiger Vorrichtungen verwirklicht wurde, in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 7-235255 offenbart sind, werden sie nur zusammenfassend hier beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B umfaßt die oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtung ein Substrat 1, ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 und einen elektroleitenden Film 4, welcher einen elektronenemittierenden Bereich 5 als ein Teil davon einschließt. Mit einem Verfahren zum Herstellen eines elektronenemittierenden Bereichs 5, wird ein Teil des elektroleitenden Films deformiert, transformiert oder zerstört, um diesen elektrisch hochwiderstandsfähig zu machen, indem eine Spannung an die gepaarten Vorrichtungselektroden angelegt wird. Dieses Verfahren wird als "Energieerzeugungsverfahren" bezeichnet. Um einen elektronenemittierenden Bereich herzustellen, der gut für die Elektronenemission in einem elektroleitenden Film funktioniert, umfaßt der letztere vorzugsweise elektronenleitende Feinpartikel, wie etwa Feinpartikel aus Palladiumoxid (PdO). Eine Impulsspannung wird vorzugsweise für ein Energieerzeugungsverfahren verwendet. Eine Impulsspannung, die für Energieerzeugung verwendet wird, kann eine konstante Wellenhöhe, wie in Fig. 16A gezeigt, besitzen, oder, alternativ kann diese eine allmählich ansteigende Wellenhöhe wie in Fig. 16B gezeigt, besitzen.
Es ist auch durch den Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung berichtet worden, daß ein kohlenstoffhaltiger Film, der Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält, in und um den elektronenemittierenden Bereich herum abgelagert wird, um die Rate der Elektronenemission der Vorrichtung mit einem Aktivierungsverfahren bemwerkenswert zu erhöhen. Ein Aktivierungsverfahren wird typischerweise ausgeführt, indem wiederholt eine geeignete Impulsspannung an den elektronenemittierenden Bereich in einer Atmosphäre, die gasförmige organische Substanzen enthält, angelegt wird.
Der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptkomponente enthält, umfaßt typischerweise Graphit (einschließlich sog. HOPG, PG und GC, von welchen HOPG sich auf Graphit bezieht, das eine im wesentlichen perfekte Kristallstruktur besitzt, während PG und GC jeweils sich auf eine beziehen, die eine einigermaßen reguläre Kristallstruktur mit einer Kristallkorngröße von ungefähr 20 nm besitzt und eine mit einer beträchtlich irregulären Kristallstruktur mit einer Korngröße von ungefähr 2 nm) und/oder nicht-kristalliner Kohlenstoff (einschließlich amorpher Kohlenstoff und einer Mischung aus amorphem Kohlenstoff und graphithaltigen Feinkristallkörnern).
Fig. 2C der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht schematisch den elektronenemittierenden Bereich und die Nachbarschaft. Der kohlenstoffhaltige Film kann in einer Anzahl von verschiedenen Wegen abhängig von Impulsspannungen, die an den elektronenemittierenden Bereich angelegt werden, abgeschieden werden. Wenn die Impulspolarität in einer Richtung ist, wird ein kohlenstoffhaltiger Film, der Kohlenstoff und eine Kohlenstoffverbindung als Hauptkomponente enthält, hautsächlich auf der Hochpotentialseite des Spalts oder der Spalten, die in dem Energiebildungsverfahren (als ein Ergebnis der Deformierung oder Zerstörung) hergestellt wurden, gebildet. Man bemerke, daß in Fig. 2C die Vorrichtungselektrode 3 die Hochpotentialseite darstellt. Elektronen werden aus dem Spalt und dessen Nachbarschaft emittiert. Ein kohlenstoffhaltiger Film kann gleichmäßig auf den gegenüberliegenden Seiten des Spalts abgeschieden werden, indem das Aktivierungsverfahren ausgeführt wird, wobei die Polarität der Impulsspannung, die angelegt wird, häufig geschaltet wird.
Dann wird die elektronenemittierende Vorrichtung vorzugsweise einem Verfahren unterworfen, das als "Stabilisierungsverfahren" bezeichnet wird, wobei die Moleküle der organischen Substanzen, die in dem Aktivierungsverfahren verwendet werden, die durch das Substrat der elektronenemittierenden Vorrichtung und der inneren Wände des Vakuumumschlags des die Vorrichtung umfassenden bilderzeugenden Geräts absorbiert wurden, verwendet wurden, entfernt werden, um zu verhindern, daß der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, unerwünschtermaßen beliebig weiter wächst und um die Vorrichtung stabil zu betreiben. In einem Stabilisierungsverfahren wird im einzelnen die Vorrichtung plaziert und in einem Vakuumbehälter erwärmt, während der letztere allmählich mittels eines Abgassystems evakuiert wird, um ein Ultrahoch-Vakuum herzustellen, der typischerweise eine Roll-Pumpe und eine Tonenpumpe umfaßt, so daß konsequenterweise die organischen Substanzen, die auf der Vorrichtung verbleiben, ausreichend entfernt werden, um zu verhindern, daß der abgeschiedene kohlenstoffhaltige Film beliebig weiter wächst und um die Vorrichtung für die Elektronenemission stabil zu betreiben.
Die Probleme, die entstehen, wenn kein Stabilisierungsverfahren durchgeführt wird, beinhalten die folgenden, wie in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 7-235275 im einzelnen beschrieben, die auch durch den Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung, wie vorstehend zitiert, beschrieben wurden.
(1) Wenn die elektronenemittierende Vorrichtung angetrieben wird, um nach einer langen Pause betrieben zu werden, kann diese unterschiedliche elektrische Eigenschaften zeigen, (insbesondere in bezug auf den Strom-Spannungszusammenhang) so daß der Emissionsstrom, der durch die Vorrichtung zeitweise erzeugt wurde, beträchtlich wächst.
(2) Der Emissionsstrom der Vorrichtung ändert sich wesentlich, wenn die Impulsweite der Spannung, die an die Vorrichtung angelegt wird, variiert wird, und folglich die Menge von aus der Vorrichtung emittierten Elektronen kaum gesteuert wird, indem die Impulsbreite gesteuert wird.
(3) Die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung werden variiert, indem die Impulshöhe der an die Vorrichtung angelegten Spannung geändert wird, und folglich die Menge an aus der Vorrichtung emittierten Elektronen kaum gesteuert wird, indem die Impulshöhe gesteuert wird.
(4) Wenn die Vorrichtung in einem bilderzeugendem Gerät verwendet wird, wird die Helligkeit und die Farbe des durch das Gerät hergestellten Bildes wegen der vorstehenden Probleme kaum wie gewünscht gesteuert.
Die vorstehend identifizierte Patentveröffentlichung offenbart auch, daß die vorstehenden Probleme den "Fluktuationen des Volumens der organischen Moleküle, die in der Vakuumatmosphäre, insbesondere auf der Oberfläche und den umgebenden Flächen der elektronenemittierenden Vorrichtung gefunden werden" zuschreibbar sind, so daß "die Vorrichtung hergestellt werden kann, um eine stabile elektronenemittierende Leistung ohne Fluktuationen in dem Emissionsstrom und dem Vorrichtungsstrom zu zeigen, indem der Partialdruck von organischen Molekülen minimiert wird". Dies sagt im einzelnen aus, daß der Partialdruck der organischen Substanzen im Vakuumgefäß vorzugsweise weniger als 1,3 · 10&supmin;&sup6; Pa (1 · 10&supmin;&sup8; Torr), weiter bevorzugt weniger als 1,3 · 10&supmin;&sup8; Pa (1 · 10&supmin;¹&sup0; Torr) beträgt. Zudem beträgt der Gesamtdruck in dem Vakuumgefäß vorzugsweise weniger als 1,3 · 10&supmin;&sup4; Pa, weiter bevorzugt weniger als 1,3 · 10&supmin;&sup5; Pa, und insbesondere weniger als 1,3 · 10&supmin;&sup6; Pa.
Die vorstehend identifizierten Patentdokumente beschreiben auch eine Technik zum Anlegen einer Impulsspannung an die Vorrichtung im Vakuum von ungefähr 10&supmin;² bis 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup9; - 10&supmin;&sup5; Torr) für ein Aktivierungsverfahren, um Kohlenstoff und/oder Kohlenstoffverbindungen auf der Vorrichtung aus den in dem Vakuum gefundenen organischen Substanzen abzulagern. Eine elektronenemittierende Vorrichtung, die einem Aktivierungsverfahren unterworfen worden ist, zeigt entweder eine Leistung, daß die Vorrichtungsspannung If monoton mit der Vorrichtungsspannung Vf ansteigt (eine Eigenschaft, die als MI-Charakteristik bezeichnet wird) oder zeigt eine Leistung, die durch einen spannungskontrollierten negativen Widerstand gekennzeichnet ist (eine Eigenschaft, die als VCNR-Charakteristik bezeichnet wird), abhängig von den Bedingungen des Aktivierungsverfahrens, den Bedingungen, bei denen die Leistung beobachtet wird, und dergleichen. Eine elektronenemittierende Vorrichtung mit einer VCNR- Charakteristik kann die Eigenschaft abhängig von den Bedingungen verschieben, wobei die Charakteristik durch Messung ermittelt wird. Im einzelnen zeigt die elektronenemittierende Vorrichtung, die ursprünglich eine VCNR-Charakteristik zeigt, verschiedene Charakteristiken abhängig von der sweeping-rate der Vorrichtungsspannung zur Zeit der Messung, der Zeitperiode während welcher die Vorrichtung vor der Messung nicht betrieben wurde, die höchste Spannung, die an die Vorrichtung für die Messung und andere Faktoren angelegt wurde. Zum Beispiel kann die Vorrichtung eine MI-Charakteristik zeigen, wenn die sweeping-rate zu hoch ist, obwohl sie hergestellt wurde, um wiederum eine VCNR-Charakteristik zu zeigen, wenn die sweeping-rate vermindert wird. Während die Vorrichtung eine MI-Charakteristik für dessen Emissionsstrom Ie in einem beliebigen Fall zeigt, bleibt die elektronenemittierende Leistung der Vorrichtung instabil und variiert abhängig von den Bedingungen der Messung.
Nach einem Stabilisierungsverfahren, das ausgeführt wurde, um die vorstehend aufgeführten Probleme zu vermeiden, zeigt die Vorrichtung einen Zusammenhang zwischen der Vorrichtungsspannung und dem Vorrichtungsstrom, der unzweideutig innerhalb eines Betriebsspannungsbereichs unterhalb einer maximalen Spannungsgrenze definiert ist. In anderen Worten, die Vorrichtung zeigt eine monoton zunehmende Charakteristik (MI-Charakteristik), so daß der Zusammenhang zwischen der Vorrichtungsspannung und dem Emissionsstrom auch unzweideutig definiert ist, um die vorstehend aufgelisteten Probleme zu vermeiden.
Daher werden als eine Folge des Stabilisierungsverfahrens zum Stabilisieren der elektronenemittierenden Leistung der elektronenemittierenden Vorrichtung die organischen Substanzen, die verwendet wurden, um den kohlenstoffhaltigen Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, effektiv entfernt. Jedoch entsteht ein Problem auf der elektronenemittierenden Vorrichtung, wenn der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, aus irgendeinem Grund verlorengeht, da die organischen Substanzen, die verwendet werden, um den kohlenstoffhaltigen Film herzustellen, schon weg sind und daher der kohlenstoffhaltige Film nicht wiederhergestellt werden kann. Zudem kann die elektronenemittierende Vorrichtung allmählich den kohlenstoffhaltigen Film verlieren, der Kohlenstoff als Hauptinhaltsstoff enthält, um dessen elektronenemittierende Leistung zu verschlechtern, insbesondere, wenn diese kontinuierlich für eine verlängerte Zeitdauer betrieben wird. Der kohlenstoffhaltige Film kann aus einer Reihe von Gründen verlorengehen, einschließlich Verdampfung aufgrund des an den elektronenemittierenden Bereich angelegten elektrischen Feldes, Verdampfung aufgrund der jouleschen Wärme, die durch die Vorrichtungsspannung erzeugt wurde, und den Ätzeffekt von Ionen, die mit dem kohlenstoffhaltigen Film kollidieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Angesichts der vorstehend identifizierten Probleme, ist es daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein bilderzeugendes Gerät bereitzustellen, das effektiv irgendeine Verschlechterung in der elektronenemittierenden Leistung unterdrücken kann und dessen Nutzdauer verlängern kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein bilderzeugendes Gerät bereitzustellen, das eine Elektronenquelle umfaßt, die durch Anordnen einer oder mehr als einer elektronenemittierenden Vorrichtung gebildet wurde, wobei jede mit einem kohlenstoffhaltigen Film ausgestattet ist, der in und nahe dem elektronenemittierenden Bereich gebildet ist und Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, der effektiv irgendeine Verschlechterung in der elektronenemittierenden Leistung unterdrücken kann und dessen Nutzdauer verlängern kann, während Fluktuationen in der elektronenemittierenden Leistung verhindert werden.
Gemäß der Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben gelöst, indem in bilderzeugendes Gerät gemäß Anspruch 1 bereitgestellt wird, das folgendes umfaßt:
eine Elektronenquelle, einschließlich einer oder mehr als einer elektronenemittierenden Vorrichtung auf einem Substrat, wobei jede elektronenemittierende Vorrichtung ein Paar von gegenüberliegend angeordneten Vorrichtungselektronen besitzt, einen elektronenleitenden Film, der mit dem Paar von Vorrichtungselektronen verbunden ist und einen elektronenemittierenden Bereich, der in einem Teil des elektronenleitenden Films gebildet ist, begleitet von einem kohlenstoffhaltigen Film, welcher Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, und auf oder in Nachbarschaft des elektronenemittierenden Bereichs gebildet ist, und ein bilderzeugendes Element zum Erzeugen eines Bildes durch Emittieren von Licht, wenn mit Elektronenstrahlen bestrahlt, die aus der Elektronenquelle emittiert werden, wobei die Elektronenquelle und das bilderzeugende Element in einem Vakuumumschlag enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Substanz in dem Vakuumumschlag existiert, wobei der Partialdruck der organischen Substanz größer als 1 · 10&supmin;&sup6; Pa ist und der Gesamtdruck niedriger als 1 · 10&supmin;³ Pa ist, wobei die organische Substanz so ausgewählt ist, daß sie eine mittlere Adsorptionszeit zeigt, die kürzer als das Impulsintervall der angelegten Spannung ist, um die Elektronenquelle anzutreiben, wobei die mittlere Adsorptionszeit die mittlere Zeitdauer von der Zeit darstellt, wenn die Moleküle der gasförmigen organischen Substanz durch eine beliebige innere feste Oberfläche im Vakuumumschlag adsorbiert werden bis zu der Zeit, wenn sie aus dem adsorbierten Zustand freigesetzt werden. Gemäß der Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben erreicht, indem ein Verfahren zum Herstellen eines bilderzeugenden Geräts gemäß Anspruch 5 bereitgestellt wird.
Die organische Substanz, die im Vakuumumschlag existiert kann z. B. eine aus CH&sub4; (Methan), C&sub2;H&sub4; (Ethylen), C&sub2;H&sub2; (Acetylen) oder C&sub4;H&sub2; (Butadiin) sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Zeichnung, die die Änderung mit der Zeit des Emissionsstroms einer Ausführungsform des bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung und ein vergleichsweise bekanntes Gerät veranschaulicht.
Fig. 2A, 2B und 2C sind schematische Ansichten einer elektronenemittierenden Vorrichtung, die für den Zweck der Erfindung verwendet werden kann, wobei dessen Konfiguration schematisch veranschaulicht wird.
Fig. 3 ist eine schematische Illustration einer Verdrahtungsanordnung (Matrixverdrahtung) für eine Elektronenquelle, die zum Zweck der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung und umfaßt eine Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtungsanordnung.
Fig. 5A und 5B sind zwei mögliche Aufbauten eines Fluoreszenzfilms, der für ein bilderzeugendes Gerät gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm eines Systems, das für das Aktivierungsverfahren bei der Herstellung eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 7 ist eine schematische Veranschaulichung einer Elektronenquelle, die für ein Energieerzeugungsverfahren bei der Herstellung eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung angeordnet ist.
Fig. 8 ist eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Verdrahtungsanordnung (leiterartige Verdrahtung) für eine Elektronenquelle, die für den Zweck der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung und umfaßt eine Elektronenquelle mit einer leiterartigen Verdrahtungsanordnung.
Fig. 10 ist eine schematische Teilgrundansicht einer Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtungsanordnung.
Fig. 11 ist eine schematische Querschnittsansicht der Elektronenquelle von Fig. 10, aufgenommen entlang Linie 11- 11.
Fig. 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12 G und 12H sind schematische Teilquerschnittsansichten einer Elektronenquelle mit einer Matrixverdrahtungsanordnung, die für den Zweck der Erfindung verwendet werden kann, wobei verschiedene Herstellungsschritte veranschaulicht werden.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm eines Geräts, das für das Stabilisierungsverfahren bei der Herstellung eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 14 ist ein schematisches Diagramm für ein Meßsystem zum Messen der mittleren Absorptionszeit.
Fig. 15 ist eine Zeichnung, die ein Verfahren zum Ermitteln der mittleren Absorptionszeit aus den Ergebnissen, die von dem Meßsystem von Fig. 14 erhalten wurden, veranschaulicht.
Fig. 16A und 16B sind Zeichnungen, die zwei verschiedene Spannungsimpulse veranschaulichen, die für das Energieerzeugungsverfahren bei der Herstellung eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung verwendet werden können.
Fig. 17 ist eine Zeichnung, die den Unterschied in der Emissionsspannung vor and nach einer Pause von gepulster Spannungsanwendung für ein bilderzeugendes Gerät gemäß der Erfindung und ein vergleichbar bekanntes Gerät veranschaulichen, wobei der Vorteil der Erfindung gezeigt wird.
Fig. 18 ist eine Zeichnung, die den Zusammenhang zwischen dem Druck des versiegelten Methans und der Emissionsspannung eines bilderzeugenden Geräts und derjenigen eines vergleichbar bekannten Geräts veranschaulicht, wobei der Vorteil der Erfindung gezeigt wird.
Fig. 19 ist eine Zeichnung, die den Zusammenhang zwischen dem Methangehalt des versiegelten Mischungsgases und der Emissionsspannung eines bilderzeugenden Geräts gemäß der Erfindung und derjenigen eines vergleichbaren bekannten Geräts veranschaulicht, wobei der Vorteil der Erfindung gezeigt wird.
Fig. 20 ist eine Zeichnung, die den Zusammenhang zwischen der Vorrichtungsspannung und dem Vorrichtungsstroms und den Zusammenhang zwischen der Vorrichtungsspannung und dem Emissionsstrom einer elektronenemittierenden Vorrichtung, die für ein bilderzeugendes Gerät gemäß der Erfindung verwendet werden kann, veranschaulicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein denkbares Verfahren zum Verhindern des vorstehend beschriebenen Phänomens der Verschlechterung der Leistung einer beliebigen der elektronenemittierenden Vorrichtung eines bilderzeugenden Geräts kann sein, die organischen Substanzen, die die gleichen wie diejenigen sind, die zur Bildung des kohlenstoffhaltigen Films, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, in den Vakuumumschlag des bilderzeugenden Geräts zuzuführen, um die Verlustteile des kohlenstoffhaltigen Films der elektronenemittierenden Vorrichtungen zu kompensieren. Dieses Verfahren ist jedoch mit einer Vielzahl von Problemen verbunden, die in der elektronenemittierenden Leistung der elektronenemittierenden Vorrichtungen aufgrund der organischen Substanzen, die auf oder in der Nachbarschaft der Vorrichtungen verbleiben, entstehen. Daher zielt diese Erfindung darauf ab, ein Verfahren der Kompensierung der Teile der kohlenstoffhaltigen Filme der elektronenemittierenden Vorrichtungen, die Kohlenstoff oder Kohlenstoff als eine Hauptkomponente enthalten und im Verlauf des Betriebs zum Antreiben der Vorrichtungen verloren gehen, zu kompensieren, um irgendeine Verschlechterung der elektronenemittierenden Leistungen der Vorrichtungen zu unterdrücken und ihnen eine verlängerte Nutzungsdauer zu geben.
Nun wird die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten, daß die vorstehend identifizierten Aufgaben der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, indem organische Substanzen mit einer kurzen mittleren Absorptionszeit in dem Vakuumumschlag versiegelt werden, nachdem die in dem Umschlag verbleibenden organischen Substanzen gründlich entfernt werden. Die Erfinder haben auch herausgefunden, daß das Auftreten eines Leckstroms effektiv verhindert werden kann, indem Wasserstoffgas zu dem Gas der organischen Substanzen mit einer kurzen mittleren Absorptionszeit gegeben wird.
Die mittlere Absorptionszeit, wie hierin verwendet, ist als die mittlere Zeitdauer von der Zeit, wenn Moleküle durch die innere Wand des Vakuumumschlags und der Oberfläche des Substrats adsorbiert werden bis zu der Zeit, wenn sie aus dem adsorbierten Zustand freigesetzt werden, definiert. Die mittlere Absorptionszeit kann abhängig von der Masse der Moleküle, der Existenz der Polarisation und andere Faktoren einschließlich des Zusammenhangs zwischen dem Adsorber und dem Adsorbens in einem strengen Sinn des Wortes, variieren.
Während Moleküle von gasförmigen Substanzen durch die Oberfläche eines Feststoffs entweder physikalisch oder chemisch adsorbiert werden können, ist es für den Zweck der Erfindung hauptsächlich die physikalische Adorption, die von Bedeutung ist. Chemische Adsorption schließt typischerweise eine große Menge von Adsorptionsenergie ein und die Moleküle einer gasförmigen Substanz, die chemisch adsorbiert sind, würde nicht leicht freigesetzt werden. Daher sind gasförmige Substanzen, die leicht chemisch adsorbiert werden können, für die Versiegelung in Vakuumumschlägen nicht geeignet.
Die mittlere Adsorptionszeit τ wird durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt,
τ = τ&sub0; · exp (U/kT) (1)
wobei U die Energie der Adsorption ist, k die Boltzmann- Konstante ist und T die Temperatur ist. τ&sub0; stellt eine Menge dar, die typischerweise als "Frequenzfaktor" bezeichnet wird und einen Wert von ungefähr 10&supmin;¹³ s besitzt.
Die Wärme E, die durch Adsorption eines Mols von Gasmolekülen erzeugt wird, wird als Adsorptionswärme bezeichnet und wird hinsichtlich der Adsorptionsenergie durch die Gleichung E = NaU ausgedrückt, wobei Na die Avogadro'sche Zahl ist.
Während die Adsorptionswärme oder Adsorptionsenergie einer gegebenen Anzahl von Molekülen einer gasförmigen Substanz von dem Adsorber in einem strengen Sinn des Wortes abhängt und daher nicht unzweideutig definiert werden kann, ist diese typischerweise geringfügig größer als die Wärme der Verdampfung für diese Zahl von Molekülen der Substanz. Mögliche maximale Werte für eine Zahl von verschiedenen gasförmigen Substanzen sind durch Schätzung ermittelt worden.
Zum Beispiel werden die geschätzten maximalen Adsorptionsenergiewerte verschiedener gasförmiger Substanzen in Tabelle 1.1, Seite 60 in "Die Technologie von Vakuum" (herausgegeben durch das Technology of vacuum Editing Committee und veröffentlicht durch Sangyo Gijutu Service Center, November 26, 1990), einschließlich 3,47 · 10&supmin;²&sup0; J (Joule) für CH&sub4;, 5,55 · 10&supmin;²&sup0; J für C&sub2;H&sub4; und 6,25 · 10&supmin;²&sup0; J für C&sub2;H&sub2;.
Die Werte von τ bei 300K können berechnet werden, indem die vorstehende Gleichung (1) verwendet wird, um 4,35 · 10&supmin;¹0 s für CH&sub4;, 6,60 · 10&supmin;&sup8; s für C&sub2;H&sub4; und 3,57 · 10&supmin;&sup7; s für C&sub2;H&sub2; zu erhalten.
Der Wert von τ kann experimentell mit relativer Leichtigkeit für gasförmige Substanzen ermittelt werden, wenn diese große τ-Werte besitzen. Fig. 14 veranschaulicht schematisch ein Meßsystem zum Messen der mittleren Absorptionszeit, wobei ein Paar von Vakuumbehältern 141 und 142 miteinander durch ein schmales Rohr 144 mit einer Länge 1 und einem inneren Radius von r verbunden sind und eines der Behälter mit einem Gateventil 143 vorgesehen wird. Das zu beobachtende Gas wird für die mittlere Absorptionszeit in den Vakuumbehälter 141 gestellt, um den Druck p&sub0; zu zeigen. Man bemerke, daß der Druck in dem Behälter 141 nicht so hoch sein sollte, daß dieser einen viskosen Gasstrom durch den Schlauch 144 herstellt, wenn das Gateventil 143 geöffnet wird, um zu ermöglichen, daß das Gas aus dem Behälter 141 strömt. Andererseits wird der Vakuumbehälter 142 evakuiert, um einen internen Druck zu zeigen, der ausreichend niedriger als der Druck p&sub0; ist. Der Vakuumbehälter 142 wird mit einem Druckmeßgerät 145 ausgestattet, so daß der interne Druck jederzeit gemessen werden kann. Wenn das Gateventil 143 geöffnet ist, erhöht sich der interne Druck p des Vakuumbehälters 142 in einer Weise, wie durch eine Kurve in Fig. 15 gegeben. Innerhalb eines Bereichs, wo der interne Druck des Vakuumbehälters 141 nicht wesentlich von p&sub0; abweicht, ändert sich der Druck p mit der Zeit, um sich allmählich enger an die gerade gestrichelte Linie in Fig. 15 anzunähern.
Wenn der Wert, bei welchem die gestrichelte gerade Linie die Zeitkoordinatenachse schneidet, L oder t = L ist, kann L ungefähr durch nachstehende Formel (2) ausgedrückt werden,
L = (1/8)(l²/r)βsτ (2)
wobei β die "Rauhigkeitskonstante" ist, welche ungefähr 1 beträgt, wenn ein Rohr mit einer glatten inneren Oberfläche verwendet wird, und s die Adsorptionswahrscheinlichkeit ist, mit welcher Moleküle, die mit der inneren Wand des Rohrs kollidieren, ohne elastische Strömung adsorbiert werden, und welche so betrachtet werden kann, daß sie im wesentlichen für Moleküle mit einem großen τ-Wert im wesentlichen gleich 1 ist, da sie fast ohne Fehler adsorbiert werden. Daher kann der Wert von τ ungefähr ermittelt werden, indem der interne Druck des Vakuumbehälters 142, der sich mit der Zeit ändert, gemessen wird. (Siehe "eine Messung von mittlerer Absorptionszeit von Ölmolekülen durch das nichtstationäre Strömungsverfahren (Teil 1)", Vakuum, Band 6, Seiten 320 bis 328, 1963.)
Während die exakten Gründe für das früher beschriebene Phänomen nicht identifiziert worden sind, kann es wenigstens teilweise durch folgende Beschreibung erklärt werden.
Der kohlenstoffhaltige Film, der auf dem elektronenemittierenden Bereich durch Ablagerung gebildet wurde, und Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, spielt eine wichtige Rolle bei dem Betrieb von emittierenden Elektronen. Im einzelnen, wie in Fig. 2C schematisch illustriert, wird ein kohlenstoffhaltiger Film, der Kohlenstoff oder eine kohlenstoffhaltige Verbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, durch Abscheidung um einen Spalt herum, der in dem elektronenleitenden Film gebildet ist, gebildet und ein Spalt des kohlenstoffhaltigen Gebildes wird in dem Spalt des elektronenleitenden Films gebildet. Damit die Vorrichtung Elektronen mit einer verstärkten Rate aktiv emittiert, kann der Spalt eine begrenzte Breite aufweisen.
Wenn die elektronenemittierende Vorrichtung zum Betrieb angetrieben wird, wird das intensive elektrische Feld an die Fläche, die der Spalt enthält, angelegt und joule'sche Wärme wird hierdurch und durch den durchströmenden elektrischen Strom erzeugt, um folglich den kohlenstoffhaltigen Film, der Kohlenstoff oder Kohlenstoff als Hauptinhaltsstoff enthält, zu verdampfen, so daß der letztere allmählich verloren gehen wird.
Zudem kollidieren einige der Moleküle der gasförmigen Substanz, die im Vakuumumschlag verbleibt, mit aus der elektronenemittierenden Vorrichtung emittierten Elektronen, um ionisiert zu werden, so daß der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, zusätzlich verloren gehen wird, wenn dieser gesputtert wird. Folglich wird der Spalt der Filmbeschichtung verbreitert, um die Elektronenemissionsrate zu vermindern. Andererseits werden die Moleküle der in dem Vakuumumschlag versiegelten organischen Substanzen teilweise an und nahe des elektronenemittierenden Bereichs adsorbiert und energiesiert, um die zusätzliche Ablagerung des kohlenstoffhaltigen Films, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, zu beschleunigen. Folglich wird die Rate der Elektronenemissionen vergrößert.
Wenn die vorstehenden Verfahren in entgegengesetzte Richtungen gleichzeitig in einer equilibrierten Weise voranschreiten, wird daher der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, nicht vermindert werden and die elektronenemittierende Vorrichtung wird gegen eine Verschlechterung geschützt werden, um stabil zu werden. Während es wünschenswert ist, daß die zwei Verfahren perfekt equilibriert sind, und die Leistung der elektronenemittierenden Vorrichtung sich mit der Zeit nicht ändert, wird es eine bestimmte Bandbreite von Fluktuationen in den Verfahren geben.
Während eine derartige equilibrierte Bedingung, wo organische Substanzen innerhalb des Vakuumumschlags bestehen, als eine Verschlechterung zu dem Zustand, vor dem Stabilisierungsverfahren, erscheinen mag, kann die elektronenemittierende Vorrichtung ihre charakteristische elektronen-emittierende Eigenschaft beibehalten, die als eine Folge des Stabilisierungsverfahrens durch die Verwendung von organischen Substanzen mit einer kurzen mittleren Absorptionszeit erhalten wird.
Der Effekt der Verwendung von organischen Substanzen mit einer kurzen mittleren Absorptionszeit wird durch die folgende Beschreibung erläutert werden.
Während die elektrischen Eigenschaften einer elektronenemittierenden Vorrichtung als eine Funktion der Änderung in dem kohlenstoffhaltigen Film um den elektronenemittierenden Bereich, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, in einer vorstehend beschriebenen Weise variieren kann, können diese auch durch die Moleküle beeinträchtigt werden, die an und nahe des elektronenemittierenden Bereichs adsorbiert werden, wenn diese nicht auf einem kohlenstoffhaltigen Film aggregiert sind. Wenn Moleküle von organischen Substanzen an und nahe des elektronenemittierenden Bereichs adsorbiert werden, können elektrische Wege in einigen Fällen gebildet werden, um den Spalt zu überbrücken, oder die effektive Breite des Spalts kann verschmälert werden und folglich die Intensität des Vorrichtungsstroms If, der hindurchfließt, erhöhen.
Wenn die elektronenemittierende Vorrichtung angetrieben wird, indem eine Impulsspannung angelegt wird, werden die adsorbierten Moleküle der organischen Substanzen teilweise aufgrund des daran angelegten elektrischen Feldes und der dort erzeugten joule'schen Wärme freigesetzt (während einige der verbleibenden Moleküle aggregiert werden können, um einen kohlenstoffhaltigen Film der Kohlenstoff enthält, herzustellen). Wenn andererseits die Anwendung der gepulsten Spannung ausgesetzt wird, werden die Moleküle der organischen Substanzen in der gasförmigen Umgebungsphase den elektronenemittierenden Bereich treffen und dort adsorbiert werden, um eine equilibrierte Bedingung einzurichten und die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung bestimmen.
Man nehme nun an, daß eine Impulsspannung in regulären Intervallen angelegt wird, um die Vorrichtung eine bestimmte Einstellung von elektrischen Eigenschaften erzeugen zu lassen und dann die Anwendung von Impulsspannung ausgesetzt wird. Wenn die mittlere Absorptionszeit der Moleküle der organischen Substanzen länger ist als das Impulsintervall, wird die Menge von adsorbierten Molekülen der organischen Substanzen sich vergrößern und der Vorrichtungsstrom If wird zeitweilig erhöht werden, wenn die Anwendung von Impulsspannung wieder aufgenommen wird. Dann wird der Emissionsstrom Ie sich ändern, wie dieser durch den Vorrichtungsstrom beeinflußt ist. Dies bedeutet, daß jedes Pixel eines bilderzeugenden Geräts ein Helligkeitsniveau zeigt, das unerwünschterweise höher als ein normales Niveau nach einer Verdunkelungspause ist. Andererseits, wenn die mittlere Adsorptionszeit der Moleküle der organischen Substanzen kürzer als das Impulsintervall ist, hat die Menge der adsorbierten Moleküle der organischen Substanzen einen equilibrierten Zustand erreicht, wenn die Anwendung von Impulsspannung wieder aufgenommen wird, und dieses wird nicht geändert werden, wenn das Intervall der Impulsanwendung verlängert wird, so daß keine Fluktuationen in der Helligkeit von jedem Pixel auftreten werden, was für das bilderzeugende Gerät von Vorteil ist.
Das Phänomen, daß der Emissionsstrom als eine Funktion der Impulsbreite des der Antriebspulsspannung variiert, kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß das Intervall der Impulsanwendung sich auch als eine Funktion der Änderung der Impulsweite ändert. Daher kann es sicher sein, anzunehmen, daß die vorliegende Erfindung realisiert wird, indem vorteilhafterweise der vorstehend beschriebene Effekt ausgenützt wird.
Das Impulsintervall entspricht der Antriebsdauer der Vorrichtung in einem bilderzeugenden Gerät. Daher muß die mittlere Adsorptionszeit der organischen Substanzen, die in dem Vakuumumschlag des Geräts versiegelt sind, kürzer als die Antriebsperiode sein.
Eine Änderung der elektrischen Eigenschaften der elektronenemittierenden Vorrichtung, die bei einer Änderung der Antriebsimpulsspannung auftritt, kann einer Änderung der Menge der Moleküle der organischen Substanzen, die an und nahe dem elektronenemittierenden Bereich adsorbiert werden, zugeschrieben werden, die durch die Antriebsimpulsspannung verursacht wurde. Zum Beispiel kann in dem Verfahren, in dem Moleküle der organischen Substanzen aus dem adsorbierten Zustand bei Anlegung einer Impulsspannung freigesetzt werden, die Intensität, mit welcher das elektrische Feld die Moleküle beeinflußt, erhöht werden, um die Rate, mit welcher sie freigesetzt werden, zu erhöhen, wenn eine große Menge an Molekülen der organischen Substanzen adsorbiert worden sind, um die effektive Breite des Spaltes einzuengen. Die elektronenemittierende Leistung der Vorrichtung wird für die Zeitdauer stabilisiert, wenn die Rate der Freisetzung mit der Rate der Adsorption equilibriert wird. Dann, wenn die Wellenhöhe der Impulsspannung verringert wird, wird die Rate der Freisetzung von Molekülen aufgrund des angelegten elektrischen Feldes vermindert, um die Nettorate der Adsorption von Molekülen der organischen Substanzen zu erhöhen, bis die Breite des Spaltes vermindert wird und schließlich die zwei Raten für eine weitere Zeit equilibriert werden. Dieses Verfahren der Erreichung eines equilibrierten Zustand wird nicht nur auf die Freisetzung von Molekülen aufgrund der Anwendung eines elektrischen Feldes angewendet, sondern auch auf die Freisetzung von Molekülen aufgrund der erzeugten joule'schen Wärme.
Bei Molekülen von organischen Substanzen, die eine kurze mittlere Adsorptionszeit aufweisen ist andererseits die Menge an adsorbierten Molekülen in einer Atmosphäre mit einem Druckniveau, das zu demjenigen des Partialdrucks der organischen Substanzen, die für den Zweck der Erfindung aufgrund der kurzen mittleren Adsorptionszeit ausgewählt wurden, vergleichbar ist, relativ gering, so daß die elektrischen Eigenschaften der elektronenemittierenden Vorrichtung nicht signifikant beeinträchtigt werden kann, wenn sich die Menge in einigem Ausmaß ändert.
Die elektronenemittierende Vorrichtung wird in jedem Fall eine MI-Charakteristik zeigen, wobei der Zusammenhang zwischen dem Vorrichtungsstrom If und der Vorrichtungsspannung nicht durch die sweeping-Rate der Vorrichtungsspannung zur Zeit der Messung, noch durch den maximalen Wert der hieran für die Messsung angelegten Spannung (innerhalb des Bereichs von normaler Antriebsspannung) beeinträchtigt wird, so daß der Vorrichtungsstrom unzweideutig durch die Vorrichtungsspannung definiert ist, wenn die organischen Substanzen, die in dem Vakuumumschlag versiegelt werden, unter sorgfältiger Berücksichtigung der mittleren Adsorptionszeit ausgewählt werden. Daher ist es gemäß der Erfindung möglich, eine elektronenemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die ohne das Problem einer zeitweiligen Zunahme des Emissionsstroms sofort nach einer Pause, desjenigen einer Impulsbreitenabhängigkeit des Emissionsstroms und desjenigen einer Änderung der elektrischen Eigenschaften aufgrund von Veränderungen in der Impulsspannung auskommt und effektiv eine Verschlechterung in der elektronenemittierenden Leistung einer elektronenemittierenden Vorrichtung vermeidet.
Fig. 20 ist eine Zeichnung, die schematisch die elektronenemittierende Leistung einer elektronenemittierenden Vorrichtung veranschaulicht, die ohne die vorstehenden Problemen auskommt und für den Zweck der Erfindung verwendet werden kann. Unter Bezugnahme auf Fig. 20 besitzt der Vorrichtungsstrom If einen Stufenwert Vth für die Vorrichtungsspannung Vf und der Vorrichtungsstrom If ist im wesentlichen gleich 0, wenn die Vorrichtungsspannung Vf geringer als der Stufenwert Vth ist, wohingegen dieser monoton als eine Funktion der Vorrichtungsspannung Vf oberhalb eines Stufenwerts Vth ansteigt. Daher ist der Vorrichtungsstrom unzweideutig durch die Vorrichtungsspannung definiert, die angelegt wird, um die elektronenemittierende Vorrichtung zur Beobachtung von dessen Leistung innerhalb des Betriebsspannungsbereichs der Vorrichtung anzutreiben. Der Emissionsstrom Ie steigt oberhalb des Stufenwerts Vth wiederum mit der Vorrichtungsspannung Vf monoton an oder der erstere ist unzweideutig durch den letzteren definiert. Man bemerke, daß in Fig. 20 der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie mit willkürlich ausgesuchten jeweiligen Skalen gezeigt werden, da deren Größen erheblich voneinander abweichen, obwohl die Skalen beide lineare Skalen sind.
Wenn der Partialdruck der versiegelten organischen Substanzen gering ist, kann der kohlenstoffhaltige Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, nur unzureichend abgelagert werden. Andererseits, wenn der Gesamtdruck in dem Vakuumumschlag einschließlich des Partialdrucks der organischen Substanzen zu hoch ist, besteht ein Risiko von elektrischer Entladung, so daß dieser einer oberen Grenze unterworfen werden muß.
Als eine Folge einer Serie von Experimenten, hat sich herausgestellt, daß der Partialdruck der gasförmigen organischen Substanzen in dem Vakuumumschlag nicht geringer als 1 · 10&supmin;&sup6; Pa sein sollte. Während die obere Grenze des Gesamtdrucks zur Vermeidung einer elektrischen Entladung abhängig von dem Aufbau des Vakuumumschlags und den Arten der gasförmigen Substanzen variieren kann, beträgt diese ungefähr 1 · 10&supmin;³ Pa für ein gewöhnliches bilderzeugendes Gerät vom Flachtyp, um akzeptable Bilder herzustellen, wenn eine Anodenspannung von mehreren Kilovolt hierauf angelegt wird.
Wenn das Stabilisierungsverfahren unzureichend ausgeführt wird und gasförmige organische Substanzen mit einer kurzen mittleren Absorptionszeit von neuem versiegelt werden, während organische Substanzen mit einer relativ langen mittleren Absorptionszeit innerhalb des Vakuumumschlags belassen werden, würde das bilderzeugende Gerät nicht offensichtlich von den vorstehend identifizierten Problemen freigestellt werden. Daher ist es für den Zweck der vorliegenden Erfindung unerläßlich, die organischen Substanzen, die in dem Vakuumumschlag existieren, während des Stabilisierungsverfahrens zu eliminieren. Für den Zweck der Erfindung beziehen sich die organischen Substanzen mit einer langen mittleren Absorptionszeit nicht nur auf diejenigen, die in dem Vakuumbehälter für das Aktivierungsverfahren eingeführt werden, sondern auch auf diejenigen, die unabsichtlich an den inneren Wände des Vakuumumschlags adsorbiert werden und diejenigen, die unerwünschterweise in den Vakuumumschlag aus dem Abgassystem eingespeist werden. Folglich sollte das Stabilisierungsverfahren rigoros ausgeführt werden, wobei diese Faktoren berücksichtigt werden.
Der Partialdruck der organischen Substanzen, die innerhalb des Vakuumumschlags belassen werden und die eine lange mittlere Absorptionszeit nach dem Stabilisierungsverfahren besitzen, sollte geringer als das Niveau, das in der vorstehenden japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 5-235275 angegeben wurde oder 1,3 · 10&supmin;&sup6; Pa sein. Die Atmosphäre in dem Vakuumumschlag des fertiggestellten bilderzeugenden Gerät sollte auch das vorstehende Erfordernis für den Partialdruck der organischen Substanzen mit einer langen mittleren Absorptionszeit erfüllen.
Der Effekt der Zugabe von Wasserstoffgas zu den vorstehend beschriebenen gasförmigen organischen Substanzen innerhalb des Vakuumumschlags kann durch die folgende Beschreibung erläutert werden. Während Wasserstoffradikale einen Effekt des Ätzens des kohlenstoffhaltigen Films, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, aufweisen und auf dem elektronenemittierenden Bereich gebildet werden, enthalten die organischen Substanzen, einschließlich Methan und dergleichen, Wasserstoffatome in deren Moleküle, so daß ein oder mehr als eine der Wasserstoffradikale erzeugt werden können, wenn die Bindung des Moleküls aus irgendeinem Grund gebrochen wird, um den kohlenstoffhaltigen Film zu ätzen. Insbesondere diejenigen Moleküle des kohlenstoffhaltigen Films, die unzureichend polymerisiert sind und folglich weniger stabil sind, können schnell geätzt werden. Folglich werden die Teile des kohlenstoffhaltigen Films, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, die nicht wesentlich zur Elektronenemission beitragen und Wege für Leckströme bereitstellen, vorzugsweise geätzt, um die elektronenemittierende Effizienz der Vorrichtung zu verbessern (da sie schlecht energisiert werden, wenn die Vorrichtung angetrieben und in einigem Ausmaß karbonisiert wird und folglich schnell geätzt werden können). Man nehme z. B. Methan oder CH&sub4;, von welchen eine einzelne Wasserstoffbindung gebrochen ist, um ein Wasserstoffradikal herzustellen, dann stellen Kohlenstoff und Wasserstoff jeweils Radikale in einem Verhältnis von 1 : 1 bereit. (Man merke, daß dieses ein vereinfachtes Argument ist, da alle Methanmoleküle nicht notwendigerweise ein Wasserstoffradikal entladen.) In dem Fall von Ethan, Ethylen oder Acetylen ist die Zahl an Kohlenstoffatomen pro Molekül größer als diejenige von Methan und folglich wird das Kohlenstoff zu Wasserstoffradikalverhältnis zugunsten von Kohlenstoff sein, wenn mit Methan verglichen, so daß der zuvor beschriebene Ätzeffekt mit beliebigen von diesen Substanzen weniger bemerkbar sein wird. Daher wird Wasserstoffgas zugegeben, um die Zahl an Wasserstoffradikalen relativ zu der Zahl an Kohlenstoffatomen, die in den organischen Substanzen enthalten sind, zu erhöhen und folglich den Ätzeffekt zu verbessern. Man bemerke jedoch, daß während zwei Wasserstoffradikale hergestellt werden können, wenn die Molekülbindung in einem Wasserstoffmolekül gebrochen wird, die Bindung des Wasserstoffmoleküls oder H&sub2; ziemlich fest ist und kaum gebrochen werden kann, so daß das Wasserstoffgas Wasserstoffradikale nur in einem geringen Ausmaß herstellen wird, wenn mit den organischen Substanzen verglichen. Mit anderen Worten die Zunahme in der Zahl von Radikalen in dem Vakuumumschlag ist nicht durch die Menge an Wasserstoffgas dargestellt, das in den Vakuumumschlag eingeführt wird und Wasserstoffgas wird einigermaßen disproportional eingeführt werden müssen, um eine signifikante Zunahme in der Zahl von Wasserstoffradikalen in dem Vakuumumschlag zu realisieren.
Nun wird die vorliegende Erfindung im größeren Detail anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung werden eine Anzahl von Oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen mit einem Aufbau, wie in Fig. 2A bis 2C gezeigt, auf einem Substrat gebildet, um eine Elektronenquelle herzustellen.
Die elektronenemittierenden Vorrichtungen können auf einem Substrat in einer Anzahl von verschiedenen Arten angeordnet werden.
Zum Beispiel kann eine Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in parallelen Reihen entlang einer Richtung (nachstehend als Reihenrichtung bezeichnet) angeordnet werden, wobei jede Vorrichtung durch Drähte wie an entgegengesetzten Enden davon verbunden ist, und angetrieben wird, um durch Steuerelektroden (auch als Gitter bezeichnet) zum Betrieb angetrieben zu werden, die in einem Raum oberhalb der elektronenemittierenden Vorrichtungen entlang einer Richtung senkrecht zu der Reihenrichtung (nachstehend als Säulenrichtung bezeichnet) angeordnet sind, um eine leiterähnliche Anordnung zu realisieren. Alternativ kann eine Mehrzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in Reihen entlang einer X-Richtung und Säulen entlang einer Y-Richtung angeordnet werden, um eine Matrix zu bilden, wobei die X- und Y-Richtungen senkrecht zueinander stehen, und die elektronenemittierenden Vorrichtungen auf der gleichen Reihe mit einer gemeinsamen X-gerichteten Draht mittels der Elektroden der Vorrichtung verbunden sind, während die elektronenemittierenden Vorrichtungen auf einer gleichen Säule mit einem gemeinsamen Y-Richtungsdraht mittels der anderen Elektrode jeder Vorrichtung verbunden sind. Letztere Anordnung wird als eine einfache Matrixanordnung bezeichnet.
Zunächst kann ein bilderzeugendes Gerät, das eine Elektronenquelle umfaßt, mit einer einfachen Matrixanordnung in einer nachstehend beschriebenen Weise hergestellt werden. Fig. 3 ist eine schematische Veranschaulichung einer Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfaßt die Elektronenquelle ein Elektronenquellensubstrat 31, X-Richtungsdrähte 32 und Y-Richtungsdrähte 33 zusammen mit oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen 34 und Verbindungsdrähten 35.
Es werden eine Gesamtzahl von m X-Richtungsdrähten 32 bereitgestellt, welche durch Dx1, Dx2, ..., Dxm gegeben sind und aus einem elektroleitenden Metall hergestellt sind, das durch Vakuumablagerung, Drucken oder sputtering hergestellt wurde. Diese Drähte sind geeignet und sorgfältig aufgebaut in bezug auf Material, Dicke und Breite. Eine Gesamtzahl von n Y-Richtungsdrähten 33 werden angeordnet und durch Dy1, Dy2, ... Dyn gegeben, welche in bezug auf Material, Dicke und Breite ähnlich zu den X- Richtungsdrähten 32 sind. Eine Zwischenisolierungsschicht (nicht gezeigt) ist zwischen den m X-Richtungsdrähten 32 und den n Y-Richtungsdrähten 33 abgeschieden, um diese voneinander elektrisch zu isolieren. (Sowohl m als auch n sind ganze Zahlen)
Die Zwischenisolierungsschicht (nicht gezeigt) ist typischerweise aus SiO&sub2; mittels Vakuumabscheidung, Drucken oder sputtering hergestellt. Zum Beispiel kann diese auf der gesamten Oberfläche oder auf einem Teil der Oberfläche des Drahts 31 gebildet werden, auf welchen die X- Richtungsdrähte 32 gebildet worden sind, um ein gewünschtes Profil zu zeigen. Dicke, Material und Herstellungsverfahren der Zwischenschichtisolierungschicht sind derart ausgewählt, daß diese der Potentialdifferenz zwischen beliebigen der X-Richtungsdrähte 32 und beliebigen der Y- Richtungsdrähte 33 widersteht, die an deren Kreuzung beobachtbar ist. Jede der X-Richtungsdrähte 32 und der Y- Richtungsdrähte 33 ist ausgezogen, um einen externen Kontakt zu bilden.
Die entgegengesetzt angeordneten gepaarten Elektroden (nicht gezeigt) von jedem der oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen 34 werden mit einem dazugehörigen der m X-Richtungsdrähte 32 und einem dazugehörigen der n Y-Richtungsdrähte 33 durch jeweilige Verbindungsdrähte 35 verbunden, welche aus einem elektroleitendem Metall hergestellt sind.
Das elektroleitende Metallmaterial der Vorrichtungselektroden und dasjenige der Verbindungsdrähte 35, das sich von dem Draht 32 und 33 erstreckt, kann gleich sein oder ein gemeinsames Element als einen Inhaltsstoff enthalten. Alternativ können sie voneinander unterschiedlich sein. Diese Materialien können geeignet ausgewählt sein, typischerweise aus Kandidatmaterialien für die Vorrichtungselektroden. Wenn die Vorrichtungselektroden und die Verbindungsdrähte aus dem gleichen Material hergestellt sind, können sie kollektiv als Vorrichtungselektroden ohne Unterscheidung der Verbindungsdrähte bezeichnet werden.
Die X-Richtungsdrähte 32 sind mit einer Abtastsignalanmeldungseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, um ein Abtastsignal auf eine ausgewählte Reihe von oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen 34 anzulegen. Andererseits sind die Y- Richtungsdrähte 33 elektrisch mit einer Modulationssignalerzeugungseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, um ein Modulationssignal an eine ausgewählte Säule von oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen 34 anzulegen und die ausgewählte Säule gemäß einem Inputsignal zu modulieren. Man bemerke, daß das Antriebssignal, das an jede von oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtung angelegt wird, als die Spannungsdifferenz des Abtastsignals und des an die Vorrichtung angelegten Modulationssignals, ausgedrückt wird.
Nun wird ein Bilderzeugungsgerät, das eine Elektronenquelle mit einer einfachen zuvor beschriebenen Matrixanordnung umfaßt anhand der Fig. 4, 5A, 5B und 6 beschrieben. Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines teilweisen Wegschnitts des bilderzeugenden Geräts und Fig. 5A und 5B zeigen zwei mögliche Aufbauten eines Fluoreszenzfilms, die für das bilderzeugende Gerät in Fig. 4 verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf zunächst Fig. 4, die den Basisaufbau der Bildtafel des bilderzeugenden Geräts veranschaulicht, umfaßt dieses ein Elektronenquellensubstrat 31 des zuvor beschriebenen Typs, das darauf eine Mehrzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen trägt, wobei eine Rückplatte 41, die das Elektronenquellensubstrat 31 festhält, eine Vorderplatte 46, die hergestellt wurde, indem ein Fluoreszenzfilm 44 und eine Metallrückseite 45 auf die innere Oberfläche eines Glassubstrats 42 gelegt wurde, und ein Trägerrahmen 42, auf welchen die Rückplatte 41 und die Vorderplatte 46 mittels Frittenglas mit einem niedrigen Schmelzpunkt gebunden sind.
X-Richtungsdrähte 32 und Y-Richtungsdrähte 33 werden angeordnet, um die gepaarten Vorrichtungselektroden der von oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen 34 elektrisch zu verbinden.
Während die Elektronenquelle einen Vakuumumschlag 47 umfaßt, der aus einer Vorderplatte 46, einem Tragerahmen 42 und einer Rückplatte 41 gebildet ist, wie vorstehend beschrieben, kann die Rückplatte 41 weggelassen werden, wenn das Substrat 41 durch sich selbst stark genug ist, da die Rückplatte 41 hauptsächlich zum Verstärken des Substrats 33 vorgesehen ist. Wenn derartiges der Fall ist, kann eine unabhängige Rückplatte 41 nicht notwendig sein und das Substrat 31 kann direkt an den Trägerrahmen 42 gebunden werden, so daß der Vakuumumschlag 47 aus einer Vorderplatte 46, einem Trägerrahmen 42 und einem Substrat 31 aufgebaut ist. Die Gesamtstärke des Umschlags 47 gegen den atmosphärischen Druck kann erhöht werden, indem eine Anzahl von Trageelementen, genannt Platzhalter (nicht gezeigt) zwischen der Vorderplatte 46 und der Rückplatte 41 angeordnet wird.
Fig. 5A und 5B veranschaulichen zwei mögliche Aufbauten eines Fluoreszenzfilms, der für den Zweck der Erfindung verwendet werden kann. Während der Fluoreszenzfilm 44 nur einen einzigen Fluoreszenzkörper umfassen kann, wenn die Anzeigetafel verwendet wird, um schwarze und weiße Bilder zu zeigen, ist es erforderlich, daß diese zum Anzeigen von Farbbildern schwarze Leitungselemente 51 und Fluoreszenzkörper 52 umfaßt, von welchen die ersteren als schwarze Streifen oder Elemente einer schwarzen Matrix abhängig von der Anordnung der Fluoreszenzkörper bezeichnet werden. Schwarze Streifen oder Elemente einer schwarzen Matrix werden für eine Farbanzeigetafel derart angeordnet, daß die Fluoreszenzkörper 52 von drei verschiedenen Primärfarben weniger unterscheidbar gemacht werden und der gegenteilige Effekt zum Vermindern des Kontrastes von angezeigten Bildern von externem Licht, das durch den Fluoreszenzfilm 44 reflektiert wird, durch das Schwärzen der umgebenden Bereiche abgeschwächt wird. Während Graphit normalerweise als Hauptinhaltsstoff der schwarzen Streifen verwendet wird, kann anderes Leitungsmaterial mit geringer Lichtdurchlässigkeit und Reflexionsvermögen alternativ verwendet werden.
Eine Ausfällungs- oder Drucktechnik wird geeigneterweise verwendet, um ein Fluoreszenzmaterial auf das Glassubstrat 43 unabhängig von Schwarz und Weiß oder Farbdisplay anzuwenden. Eine gewöhnliche Metallrückseite 45 wird auf der inneren Oberfläche des Fluoreszenzfilms 44 angeordnet. Die Metallrückseite 45 wird vorgesehen, um die Leuchtkraft der Anzeigetafel zu verstärken, um zu bewirken, daß die Lichtstrahlen, die aus den Fluoreszenzkörpern emittiert werden und auf die Innenseite des Umschlags gerichtet sind, wieder zur freien Vorderplatte 46 umdrehen, um diese als eine Elektrode zu verwenden, um eine Beschleunigungsspannung auf die Elektronenstrahlen anzuwenden und um die Fluoreszenzkörper gegen Schäden zu schützen, die verursacht werden können, wenn negative Ionen, die innerhalb des Umschlags erzeugt wurden, mit diesen kollidieren. Diese wird hergestellt, indem die innere Oberfläche des Fluoreszenzfilms geglättet wird (in einem Verfahren, das normalerweise "filming" genannt wird) und ein Al-Film darauf durch Vakuumabscheidung nach Bildung des Fluoreszenzfilms gebildet wird.
Eine transparente Elektrode (nicht gezeigt) kann auf der Vorderplatte 46 gebildet werden, die die äußere Oberfläche des Fluoreszenzfilms 44 verkleidet, um die Leitfähigkeit des Fluoreszenzfilms 44 zu erhöhen.
Sorgfalt sollte angewendet werden, um jedes Set von Farbfluoreszenzkörpern und eine elektronenemittierende Vorrichtung, wenn eine Farbanzeige eingeschlossen ist, auszurichten bevor den zuvor aufgelisteten Komponenten des Umschlags aneinandergebunden werden.
Ein bilderzeugendes Gerät, wie in Fig. 4 beschrieben, kann in einer nachstehend beschriebenen Weise hergestellt sein.
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm eines Systems, das zur Fertigstellung eines bilderzeugenden Geräts verwendet wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird das bilderzeugende Gerät 61 mit einer Vakuumkammer 63 mittels eines Abgasschlauchs 62 verbunden und dann weiter einem Abgassystem 65 mittels eines Gateventils 64. Die Vakuumkammer 63 ist mit einem Druckmeßgerät 66, einem Quadrupolmeßspektrometer 67 und anderen Elementen zum Messen des internen Drucks und der Partialdrücke der individuellen gasförmigen Substanzen, die in der Atmosphäre enthalten sind, ausgestattet. Da es schwierig ist, den internen Druck des Vakuumumschlags 47 des bilderzeugenden Geräts direkt zu messen, werden die Bedingungen für das System durch Beobachtung des internen Drucks der Vakuumkammer 63 und andere meßbare Drücke gesteuert.
Die Vakuumkammer 63 ist weiter mit einer Gaszuführungslinie 68 für Zuführungsgas verbunden, das zum Steuern der Atmosphäre in der Vakuumkaxrner notwendig ist. Das andere Ende der Gaszuführungslinle 68 ist mit einer Substanzquelle 610, die Substanzen speichert, die zu der Vakuumkammer in jeweiligen Ampullen und/oder Tanks zugeführt werden, verbunden. Zuführungskontrolleinrichtungen 69 sind auf der Gaszuführungslinie zum Steuern der Raten angeordnet, mit welchen die jeweiligen Substanzen in die Vakuumkammer zugeführt werden. Die Zuführungssteuerungseinrichtung 69 kann Ventile, wie etwa langsame Leckventile zum Steuern der Stromrate der Substanzen, die entladen werden, und Maßstromsteuerungen, abhängig von den Substanzen, die in der Substanzquelle gelagert werden, einschließen.
Die Innenseite des Vakuumumschlags 47 wird mittels des in Fig. 6 veranschaulichten Systems evakuiert und die elektronenemittierenden Vorrichtungen in dem Umschlag werden einem Energiebildungsverfahren unterzogen, wobei die Y-Richtungsdrähte 33 mit einer gemeinsamen Elektrode 71 verbunden werden und eine Impulsspannung an die Vorrichtungen auf jeden der X-Richtungsdrähte 32 mittels einer Energiequelle 72 angelegt wird.
Alternativ kann der das Energiebildungsverfahren kollektiv auf die Vorrichtungen ausgeführt werden, die mit einer Vielzahl von X-Richtungsdrähten verbunden sind, indem sequentiell Spannungen mit verschobenen Phasen an die jeweiligen X-Richtungsdrähte angelegt werden (ein Verfahren, das als scrolling bzw. Rollen bezeichnet wird). In Fig. 6 bezeichnet Bezugszeichen 73 einen Widerstand zum Messen des elektrischen Stroms und Bezugszeichen 74 bezeichnet ein Oszilloskop zum Messen des elektrischen Stroms.
Ein Aktivierungsverfahren folgt dem Energiebildungsverfahren. In dem Aktivierungsverfahren wird der Vakuumumschlag 47 gründlich evakuiert und dann werden organische Substanzen in diesen mittels der Gaszuführungslinie 68 eingeführt. Organische Substanzen mit einer langen mittleren Absorptionszeit sind für dieses Verfahren ungeeignet. Die organischen Substanzen müssen ausreichend in einem nachfolgenden Stabilisierungsverfahren entfernt werden, wie nachstehend beschrieben werden wird, aber sie können nicht richtig in dem Stabilisierungsverfahren entfernt werden, wenn sie eine lange mittlere Absorptionszeit besitzen. Organische Substanzen, die vorzugsweise in dem Aktivierungsverfahren verwendet werden, beinhalten Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen, Propylen, Butadien, n-Hexan, Benzol, Nitrobenzol, Toluol, o-Xylol, Benzonitril, Chlorethylen, Trichlorethylen, Methanol, Ethanol, Isopropanol, Ethylenglykol und Aceton. Die nachteilige Wirkung von verbleibenden organischen Substanzen kann vermieden werden, wenn die gleichen organischen Substanzen wie diejenigen, die in einem nachfolgenden Gaszuführungsschritt verwendet werden, für dieses Aktivierungsverfahren ausgewählt werden. Die Verwendung von derartigen organischen Substanzen ist vorteilhaft, da sie typischerweise eine kurze mittlere Absorptionszeit haben und aus dem Vakuumumschlag relativ leicht entfernt werden können. Sofern notwendig, können auch Substanzen, die sich von den organischen Substanzen unterscheiden, in diesem Aktivierungsverfahren in den Vakuumumschlag eingeführt werden. Dann wird eine Impulsspannung an jede der elektronenemittierende Vorrichtung in einer Atmosphäre, die organische Substanzen enthält, angelegt, bis ein kohlenstoffhaltiger Film, der Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthält, durch Abscheidung auf dem elektronenemittierenden Bereich der elektronenemittierenden Vorrichtung gebildet wird, um die Rate von Elektronenemissionen der Vorrichtung dramatisch zu erhöhen. Die Impulsspannung kann gleichzeitig an alle Vorrichtungen angelegt werden, die mit einem einzelnen Richtungsdraht verbunden sind, wie in dem Fall des Energieerzeugungsbildungsverfahrens.
Nach der Vervollständigung des Aktivierungsverfahrens, werden die elektronenemittierenden Vorrichtungen einem Stabilisierungsverfahren unterworfen.
In dem Stabilisierungsverfahren wird der Vakuumumschlag 47 mittels des Abgasschlauchs 62 unter Verwendung eines ölfreien Abgassystems 65 evakuiert, das typischerweise eine Ionenpumpe und eine Sorptionspumpe umfaßt, während erwärmt wird und der Vakuumumschlag 47 auf 80ºC bis 250ºC gehalten wird, um eine Atmosphäre herzustellen, die ausreichend frei von organischen Substanzen in der Innenseite ist. Wenn organische Substanzen mit einer langen mittleren Absorptionszeit nicht ausreichend entfernt werden und innerhalb durch dieses Verfahren in einer beträchtlichen Konzentration zurückgelassen werden, werden die elektronenemittierenden Vorrichtungen instabil betrieben und für den Zweck der Erfindung ungeeignet. Der Partialdruck von derartigen organischen Substanzen sollte auf nicht höher als 1,0 · 10&supmin;&sup6; Pa in diesem Verfahren, wie zuvor beschrieben, vermindert werden.
Da Wasser eine relativ lange mittlere Absorptionszeit in der Größenordnung von Millisekunden besitzt, kann es für die Feuchtigkeit in dem Vakuumumschlag eine beträchtlich lange Zeit benötigen, damit dieses ausreichend entfernt wird. Wenn die Innenseite des Vakuumumschlags evakuiert wird, um den internen Druck zu vermindern, kann Feuchtigkeit häufig einen großen Anteil in dem verbleibenden Gas annehmen, wenn festgestellt wird, daß der interne Druck zwischen 10&supmin;³ und 10&supmin;&sup6; Pa beträgt. Wenn eine Mischungsgas aus organischen Substanzen mit oder ohne Wasserstoff in den Vakuumumschlag eingeführt wird, um einen gewünschten Druck in dem nachfolgenden Gaszuführungsschritt unter der Bedingung, daß der Vakuumumschlag derartiges verbleibendes Gas enthält, herzustellen, wird es schwierig, die Menge an Mischungsgas, das in den Vakuumumschlag zugeführt wird, genau zu steuern. Daher ist es wünschenswert, den Vakuumumschlag in dem Stabilisierungsschritt gründlich zu evakuieren, bis der interne Druck des Vakuumumschlags unter 1,0 · 10&supmin;&sup6; Pa einschließlich des Partialdrucks der organischen Substanzen mit einer langen mittleren Absorptionszeit fällt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Einführen eines Mischungsgases von organischen Substanzen mit oder ohne Wasserstoff ausgeführt und dann wird der Vakuumumschlag hermetisch durch Erwärmen und Schmelzen des Abgasschlauchs mittels eines Brenners versiegelt. Ein Getterverfahren kann ausgeführt werden, um den erreichten Grad an Vakuum in der Innenseite des Vakuumschlauchs 47, nachdem dieses existiert, zu erhalten. In einem Getterverfahren wird ein Getter, das an einer vorbestimmten Position (nicht gezeigt) im Vakuumumschlag 47 angeordnet ist, mittels eines Widerstandsheizgeräts oder eines Hochfrequenzheizgeräts erwärmt, um sofort vor oder nach dem Vakuumumschlag 47 existiert, einen Film zu bilden. Ein Getter enthält typischerweise Ba als Hauptinhaltsstoff und kann eine Niedrigdruck-Atmosphäre in dem Vakuumumschlag 47 erhalten, indem Feuchtigkeit und Sauerstoff, die aus den Wänden des versiegelten Vakuumumschlags entladen werden, durch den Adsorptionseffekt des durch Verdampfung gebildeten Films entfernt werden.
Nun wird eine Elektronenquelle, die eine Vielzahl von oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtungen, die in einer leiterartigen Weise auf einem Substrat angeordnet sind, umfaßt und ein bilderzeugendes Gerät, das eine derartige Elektronenquelle umfaßt, anhand von Fig. 8 und 9 beschrieben.
Zunächst zeigt Fig. 8 schematisch eine Elektronenquelle mit einer leiterartigen Anordnung, Bezugszeichen 81 bezeichnet ein Elektronenquellensubstrat und Bezugszeichen 82 bezeichnet jede der oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen, die auf dem Substrat angeordnet sind, wohingegen Bezugszeichen 83 gemeinsame Drähte zum Verbinden der oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen bezeichnet und wiederum mit jeweiligen externen Anschlüssen Dx1 bis Dx10 ausgestattet ist. Die elektronenemittierende Vorrichtung 82 sind in Reihen (nachstehend als Vorrichtungsreihen bezeichnet) auf dem Substrat 81 entlang der X-Richtung angeordnet und bilden so eine Elektronenquelle, die eine Vielzahl von Vorrichtungsreihen umfaßt, wobei jede Reihe eine Vielzahl von Vorrichtungen aufweist. Die oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtungen von jeder Vorrichtungsreihe sind parallel mit jeder anderen durch ein Paar von gemeinsamen Drähten verbunden, so daß die Vorrichtungen von jeder Vorrichtungsreihe unabhängig angetrieben werden können, indem eine geeignete Antriebsspannung an das Paar von gemeinsamen Drähten angelegt wird. Im einzelnen wird eine Spannung, die das Elektronenemissionsschwellenniveau übersteigt, an die Vorrichtungsreihen angelegt, um zum Emittieren von Elektronen angetrieben zu werden, wohingegen eine Spannung unterhalb des Elektronenemissionsschwellenniveaus an die verbleibenden Vorrichtungsreihen angelegt wird. Alternativ können jeweils benachbart lokalisierte Vorrichtungsreihen einen einzelnen gemeinsamen Draht teilen. Daher können z. B. von den gemeinsamen Drähten Dx2 bis Dx9 für die Vorrichtungsreihen ein einzelner Draht für Dx2 und Dx3 usw. verwendet werden.
Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Anzeigetafel eines bilderzeugenden Geräts, das eine Elektronenquelle mit einer leiterartigen Anordnung der elektronenemittierenden Vorrichtungen beinhaltet. In Fig. 9 umfaßt die Anzeigetafel Gitterelektroden 91, die mit einer Anzahl von Bohrlöchern 92 zum Ermöglichen, daß Elektronen hindurchtreten, ausgestattet sind und ein Set von externen Anschlüssen Dox1, Dox2, ... Doxm, die kollektiv durch Bezugszeichen 93 bezeichnet werden, zusammen mit dem anderen Set von externen Anschlüssen G1, G2, ... Gn, die mit den jeweiligen Gitterelektroden 91 verbunden sind und kollektiv durch Bezugszeichen 94 bezeichnet werden. Bezugszeichen 95 und 96 bezeichnen jeweils ein Substrat und eine Vorderplatte.
Die Anzeigetafel von Fig. 9 unterscheidet sich von der Anzeigetafel von Fig. 4, die eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung umfaßt, hauptsächlich darin, daß das Gerät von Fig. 9 Gitterelektroden 91 besitzt, die zwischen dem Substrat 95 und der Vorderplatte 96 angeordnet sind.
In Fig. 9 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 91 zwischen dem Substrat 95 und der Vorderplatte 96 senkrecht relativ zu den leiterartigen Vorrichtungsreihen zum Modellieren von Elektronenstrahlen, die aus den oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen emittiert werden, angeordnet, die jeweils mit Durchbohrlöchern 92 in Übereinstimmung mit jeweiligen elektronenemittierenden Vorrichtungen zum Ermöglichen, daß Elektronenstrahlen durchtreten, vorgesehen sind. Man bemerke jedoch, daß, während streifenförmige Gitterelektroden in Fig. 9 gezeigt werden, das Profil und die Orte der Elektroden hierdurch nicht begrenzt sind. Zum Beispiel können die Gitterelektroden alternativ mit maschenartigen Öffnungen vorgesehen werden und um oder nahe den oberflächenleitungselektronenemittierende Vorrichtungen angeordnet werden.
Die externen Anschlüsse 93 und die externen Anschlüsse 94 für die Gitter sind elektrisch mit einer Steuerungsschaltung (nicht gezeigt) verbunden.
Ein bilderzeugendes Gerät mit einem Aufbau, wie vorstehend beschrieben, kann zur Elektronenstrahlbestrahlung betrieben werden, indem gleichzeitig Modulationssignale an die Reihen von Gitterelektroden für eine einzelne Linie eines Bildes synchron mit dem Betrieb vom Antrieb (scanning) der elektronenemittierenden Vorrichtungen auf einer Reihe zu Reihe Basis angelegt werden, so daß das Bild auf einer Linie zu Linie Basis angezeigt werden kann.
Daher kann ein Anzeigegerät gemäß der Erfindung und mit dem zuvor beschriebenen Aufbau eine breite Anzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen besitzen, da dieses als ein Anzeigegerät für Fernsehausstrahlung, als ein Endgerät für Videotelekonferenzen, als ein Editiergerät für bewegliche und nichtbewegliche Bilder, als ein Endgerät für ein Computersystem, als ein optischer Drucker, der eine fotoempfindliche Trommel umfaßt, und auf viele andere Arten betrieben werden kann.
Die Antriebsfrequenz für ein gewöhnliches TV-Set (NTSC, PAL etc.) beträgt 30 Hz, entsprechend der Antriebsperiode von ungefähr 33 ms, und derjenigen für Anzeigevorrichtungen für Computerendeinheiten beträgt ungefähr 60 Hz entsprechend der Antriebsdauer von ungefähr 16,7 ms. So ist die mittlere Absorptionszeit der gasförmigen organischen Substanzen, die in dem Vakuumumschlag existieren, die kürzer als diese sind, ist für das Tv-Set und die Anzeigevorrichtungen für Computerendeinheiten verfügbar, wenn die Helligkeitsabstufung durch Impulsbreitenmodulation oder Impulshöhenmodulation realisiert wird. Daher müssen die gasförmigen organischen Substanzen, die in dem Vakuumumschlag versiegelt werden, auf eine derartige Weise ausgewählt werden, daß die organische Substanzen eine mittlere Absorptionszeit zeigen, die kürzer als die Antriebsperiode ist.
Die Helligkeitsabstufung kann verwirklicht werden, indem die Anzahl von Malen, für welche eine Impulsspannung mit einer vorbestimmten Impulswellenhöhe und einer vorbestimmten kurzen Impulsbreite mit einer vorbestimmten Zeitdauer angelegt wird, moduliert wird. Während in diesem Fall die Antriebsdauer so kurz wie einige Millisekunden sein kann, aber noch brauchbar für den Zweck der Erfindung ist, da die mittlere Absorptionszeit von Methan, Ethylen und/oder Acetylen ausreichend kurz ist, wie zuvor beschrieben.
Nun wird die vorliegende Erfindung im Wege von Beispielen beschrieben. Jedoch sollte bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt ist und sie Gegenstand von Änderungen und Modifikationen in bezug auf individuelle Komponenten und den gesamten Aufbau sein kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde ein bilderzeugendes Gerät, das eine Elektronenquelle umfaßt, die realisiert wurde, indem eine große Zahl von auf einem Substrat angeordneten oberflächenleitungselektronenemittierenden Vorrichtungen angeordnet wurden und mit einer einfachen Matrixverdrahtungsanordnung ausgestattet wurden, hergestellt. Fig. 10 ist eine Teilgrundansicht der Elektronenquelle, die in diesen Beispielen hergestellt wurde. Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 11-11 in Fig. 10 aufgenommen wurde.
In Fig. 10 und 11 bezeichnet 1 ein Substrat und 102 und 103 bezeichnen jeweils einen X-Richtungsdraht (unterer Draht) und einen Y-Richtungsdraht (oberer Draht). Andererseits werden Vorrichtungselektroden 2 und 3, ein elektroleitender Dünnfilm 4 einschließlich eines elektronenemittierenden Bereichs, eine Zwischenschichtisolierungsschicht 104 und ein Kontaktloch 105 zum elektrischen Verbinden der Vorrichtungselektrode 2 und des unteren Drahts 102 gezeigt. Nun wird das Verfahren, das zur Herstellung der Elektronenquelle verwendet wird, hinsichtlich einer elektronenemittierenden Vorrichtung davon unter Bezugnahme auf Fig. 12A bis 12H beschrieben. Man bemerke, daß die folgenden Herstellungsschritte oder Schritt A bis H jeweils Fig. 12A bis 12H entsprechen.

(Stufe A)

Nach gründlichem Reinigen eine Natronkalkglasplatte wurde ein Siliciumoxidfilm darauf bis auf eine Dicke von 0,5 um durch Sputtern gebildet, um ein Substrat 1 herzustellen, auf welchem Cr und Au sequentiell bis auf Dicken von jeweils 5 nm und 600 nm gelegt wurden und dann ein Fotoresist (AZ1370: erhältlich von Hoechst Corporation) darauf mittels eines Wirbelgeräts gebildet, und erhitzt wurde. Danach wurde ein Fotomaskenbild belichtet und fotochemisch entwickelt, um ein Resistmuster für einen niedrigeren Draht 102 herzustellen und dann der abgeschiedene Au/Cr-Film wurde naßgeätzt, um tatsächlich einen unteren Draht 102 mit einem gewünschten Profil herzustellen.

(Stufe B)

Ein Siliciumoxidfilm wurde als eine Zwischenschichtisolierungsschicht 104 bis auf eine Dicke von 1,0 um durch RF-Sputtern gebildet.

(Stufe C)

Ein Fotoresistmuster wurde zum Herstellen eines Kontaktlochs 105 in dem Siliciumoxidfilm, der in Stufe B abgeschieden wird, hergestellt, welches Kontaktloch 105 dann tatsächlich gebildet wurde, indem die Zwischenschichtisolierschicht 104 geätzt wurde, wobei das Fotoresistmuster für eine Maske verwendet wurde. Eine RIE- Technik (reaktives Ionenätzen), das CF&sup4; und H&sub2; Gas verwendet, wurde für den Ätzbetrieb verwendet.

(Stufe D)

Danach wurde ein Muster aus Fotoresist (RD-2000 N-41: erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) für ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 und die Lücke G, die die Vorrichtungselektroden separiert, gebildet und dann wurden Ti und Ni jeweils sequentiell darauf bis zu Dicken von 5 nm und 100 nm durch Vakuumabscheidung abgeschieden. Das Fotoresistmuster wurde in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und der Ni/Ti Abscheidungsfilm wurde unter Verwendung einer Lift-off-Technik behandelt, um ein Paar von Vorrichtungselektroden 2 und 3 herzustellen, die durch eine Lücke von 3 um separiert waren und eine Breite von 300 um besaßen.

(Stufe E)

Ein Fotoresistmuster wurde für den oberen Draht 103 auf den Vorrichtungselektroden 2 und 3 hergestellt und Au und Ti wurden sequentiell durch Vakuumabscheidung bis auf jeweilige Dicken von 5 nm und 500 nm abgeschieden. Alle nicht notwendigen Teile des Fotoresists wurden entfernt, um einen oberen Draht 103 mit einem gewünschten Profil mittels einer Lift-Off-Technik herzustellen.

(Stufe F)

Dann wurde ein Cr-Film 106 bis auf eine Filmdicke von 300 nm durch Vakuumabscheidung gebildet und gemustert, um ein gewünschtes Profil herzustellen, indem eine Maske mit einer Öffnung für die Kontur des elektroleitenden Films 4 verwendet wurde. Eine Lösung eines Pd-Aminkomplexes (ccp4230: erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) wurde auf den Cr-Film mittels eines Wirbelgeräts angewendet und bei 300ºC für 12 min erhitzt, um einen elektroleitenden Dünnfilm 107, hergestellt aus Pd0 Feinpartikeln und mit einer Filmdicke von 70 nm herzustellen.

(Stufe G)

Der Cr-Film 106 wurde zusammen mit irgendwelchen nicht notwendigen Teilen des elektroleitenden Films 107 aus PdO Feinpartikeln durch Naßätzen entfernt, wobei ein Ätzmittel verwendet wurde, um ein Muster mit einem gewünschten Profil herzustellen. Der elektroleitende Dünnfilm 4 zeigte einen elektrischen Widerstand von Rs = 4 · 10&sup4; Ω/ oder so.
(Stufe H)
Ein Resist wurde auf die gesamte Oberfläche bis auf das Kontaktloch 105 angewendet, um ein Resistmuster zu bilden und Ti und Au wurden sequentiell bis auf jeweilige Dicken von 5 nm und 500 nm abgeschieden. Dann wurden irgendwelche nicht notwendigen Flächen mittels einer Lift-Off-Technik entfernt, um das Kontaktloch zu begraben.
Dann wurde die hergestellte Elektronenquelle verwendet, um ein bilderzeugendes Gerät herzustellen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wurde nach Befestigen eines Elektronenquellensubstrats 31 auf ein Rückplatte 41, eine Vorderplatte 46 (die einen Fluoreszenzfilm 44 und eine Netallrückseite 45 auf der inneren Oberfläche eines G. Lassubstrats 43 trägt) mit einem dazwischen angeordneten Trägerrahmen 42 angeordnet und folglich wurde ein Frittenglas auf die Kontaktflächen der Vorderplatten 46, den Trägerrahmen 42 und die Rückplatte 41 angewendet und bei 400ºC in der Atmosphäre für 10 min erhitzt, um den Behälter hermetisch zu versiegeln. Das Substrat 31 wurde an die Rückplatte 41 mittels eines Frittenglases befestigt. Das Substrat 31 und die Vorderplatte 46 wurden durch einen Spalt von 5 nm separiert.
Während der Fluoreszenzfilm 44 nur aus einem Fluoreszenzkörper besteht, wenn das Gerät für schwarze und weiße Bilder ist, wurde der Fluoreszenzfilm 44 dieses Beispiels hergestellt, indem schwarze Streifen in dem ersten Platz gebildet wurden und die Lücken zwischen streifenförmigen Fluoreszenzkörpern aus Primärfarben gefüllt wurden. Die schwarzen Streifen wurden aus einem populären Material, das Graphit als einen Hauptinhaltsstoff enthält, hergestellt. Eine Aufschlämmungstechnik wurde zum Anwenden von Fluoreszenzmaterialien auf das Glassubstrat 43 verwendet.
Eine Metallrückseite 45 wurde auf die innere Oberfläche des Fluoreszenzfilms 44 angeordnet. Nach dem Herstellen des Fluoreszenzfilms 44 wurde die Metallrückseite 45 hergestellt, indem ein Glättungsverfahren (normalerweise als "filming bzw. Filmgebung" bezeichnet) auf die innere Oberfläche des Fluoreszenzfilms 44 ausgeführt wurde und danach darauf eine Aluminiumschicht durch Vakuumabscheidung gebildet wurde.
Während eine transparente Elektrode auf der Vorderplatte 46 auf der äußeren Seite des Fluoreszenzfilms 44 angeordnet werden kann, um die Elektroleitfähigkeit des Fluoreszenzfilms 44 zu verstärken, wurde keine derartige transparente Elektrode in diesem Beispiel verwendet, da die Metallrückseite 45 eine ausreichende Elektroleitfähigkeit bereitstellt.
Für das vorstehende Bindungsverfahren wurden die Komponenten sorgfältig ausgerichtet, um eine genaue Positionsübereinstimmung zwischen den Farbfluoreszenzelementen 122 und den elektronenemittierenden Vorrichtungen 104 sicherzustellen.
Das bilderzeugende Gerät wurde dann mit einem Vakuumsystem wie in Fig. 6 gezeigt, verbunden und die Vakuumkammer wurde mittels eines Abgasschlauchs evakuiert, um den internen Druck auf ungefähr 10&supmin;&sup4; Pa zu vermindern. Dann wurde ein Energiebildungsverfahren ausgeführt, indem die Y-Richtungsdrähte 33 an eine gemeinsame Elektrode 71 auf einer Linie zu Linie Basis in der X-Richtung verbunden wurden. Die angewendete Impulsspannung war ein Dreieckspuls mit einer Impulsbreite von 1 ms und einem Impulsintervall von 10 ms. Die Impulswellenhöhe der Spannung wurde allmählich erhöht.
Nach allem wurden die Linien einer Energieerzeugung unterzogen, ein Aktivierungsverfahren wurde ausgeführt. In diesem Verfahren wurde n-Hexan in dem Vakuumumschlag eingeführt, bis der Druck auf 2,7 · 10&supmin;² Pa anstieg. Eine Impulsspannung mit einer Impulsbreite und einem Impulsintervall, gleich denjenigen des einen, das für das Energiebildungsverfahren verwendet wurde, wurde an die Vorrichtung zur Aktivierung angelegt, wobei der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie beobachtet wurden. Die Impulswellenhöhe wurde auf 15V fixiert.
Nach dem Aktivierungsverfahren wurde ein Stabilisierungsverfahren ausgeführt. Der Vakuumumschlag wurde wiederum evakuiert, um den internen Druck auf 1 · 10&supmin;&sup8; Pa zu vermindern, während der gesamte Umschlag 48 mittels eines Heizgeräts 131, wie in Fig. 13 gezeigt, erwärmt wurde.
Ein Quadrupol-Massenspektrometer wurde sofort stromabwärts relativ zu dem Abgasschlauch 132 verbunden und das verbleibende Gas wurde beobachtet, um zu sehen, daß kein n-Hexan dort gefunden wurde, um zu beweisen, daß es ausreichend aus dem Vakuumumschlag entfernt worden ist.
Nachfolgend wurde ein Gaszuführungsverfahren ausgeführt. Im einzelnen wurde Methan in den Vakuumumschlag eingeführt, bis der Druck auf 2 · 10&supmin;&sup4; Pa anstieg.
Man bemerke, daß die Drähte in Fig. 13 für den Zweck der Vereinfachung weggelassen werden.
Danach wurde das bilderzeugende Gerät angetrieben, um zu sehen, daß es normal und stabil funktionierte, um Bilder anzuzeigen. Dann wurde der Abgasschlauch erwärmt und mit einem Gasbrenner geschmolzen, um den Vakuumumschlag hermetisch zu versiegeln und schließlich wurde ein Getterverfahren ausgeführt, um ein Getter (nicht gezeigt) mittels Hochfrequenzerwärmen zu erwärmen.

[Vergleichsbeispiel 1]

Die Schritte von Beispiel 1 wurden bis zu dem Aktivierungsverfahren wiederholt. Danach wurde der Vakuumumschlag evakuiert und ein Stabilisierungsverfahren wurde ausgeführt, wenn der Abgasschlauch ohne Einführung von Methan versiegelt wurde. Dann wurde ein Getterverfahren ausgeführt, um ein Getter (nicht gezeigt) mittels einer Hochfrequenzerwärmung zu erwärmen.

[Vergleichsbeispiel 2]

Die Schritte von Beispiel 1 wurden bis zu dem Aktivierungsverfahren wiederholt. Danach wurde der Vakuumumschlag evakuiert und ein Stabilisierungsverfahren wurde ausgeführt. Nachfolgend wurde Ethylenglykol (HOCH&sub2;CH&sub2;OH) anstelle von Methan in dem Gaszuführungsverfahren eingeführt.
Während die mittlere Absorptionszeit von Methan abgeschätzt wird, um in der Größenordnung von einigen ns oder weniger, wie vorstehend beschrieben zu sein, beträgt diejenige von Ethylenglykol, gemessen durch das vorstehende Verfahren, einige 10 ms oder länger.
Das Gerät von Beispiel 1 und diejenigen von Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden zur Lichtemission mit einer Antriebsfrequenz von 60 Hz oder einer Antriebsperiode von 16,7 ms angetrieben, welches weit länger als die mittlere Absorptionszeit von Methan, aber geringfügig kürzer als diejenige von Ethylenglykol ist. Das elektrische Potential der Metallrückseite wurde auf 1 kV gehalten und der Emis- sionsstrom wurde beobachtet.
Fig. 17 veranschaulicht einen Graph, der das Ergebnis der Beobachtung von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt, wobei der Emissionsstrom beobachtet wurde, wenn eine Impulsspannung wiederum nach einer Pause von 10 s angelegt wurde. In Fig. 17 gibt (a) die elektronenemittierende Leistung von Vergleichsbeispiel 2, dessen Ie einen abrupten Anstieg sofort nach der Wiederaufnahme der Impulsspannungsanwendung zeigte, bevor diese auf das normale Niveau abfiel. Andererseits zeigte (b) die Leistung von Beispiel 1, die durch die Pause in der Impulsspannungsanwendung nicht beeinträchtigt wurde. Dies war wahrscheinlich aufgrund der mittleren Absorptionszeit von Ethylenglykol, die länger als das gewöhnliche Impulsintervall ist und dem Gas ermöglichte, während der Pause adsorbiert zu werden, so daß der Emissionsstrom abrupt sofort nach der Wiederaufnahme der Impulsspannungsanwendung anstieg.
Dieses Phänomen ist natürlich nicht wünschenswert, da es einen Anzeigeschirm repräsentiert, der unerwünschterweise und strahlend hell wird, wenn dieser ein Lichtbild nach Anzeigen eines schwarzen Bild für einige Zeit zeigt.
Dann wurden das bilderzeugende Gerät beobachtet, indem eine Impulsspannung nur an eine X-Richtungsvorrichtungsreihe angelegt wurde.
Die Impulsspannung war eine rechteckige Impulsspannung mit einem Impulsintervall von 16,7 ms und einer Wellenhöhe von 15 V, dessen Impulsbreite zwischen 2 und 8 ms variiert wurde, um den Emissionsstrom zu sehen. Während das Gerät von Beispiel 1 ein konstantes Niveau von Emissionsstrom unabhängig von der Impulsbreite zeigte, fiel der Emissionsstrom von Vergleichsbeispiel 2, wenn die Impulsbreite länger wurde.
Dann wurde der Vf-If Zusammenhang auf jeden des bilderzeugenden Geräte beobachtet, in dem eine Dreiecksimpulsspannung mit einem Impulsintervall von 16,7 ms und einer Impulsbreite von 30 us angelegt wurde, um den Emissionsstrom zu sehen. Eine Wellenhöhe von 15V wurde anfangs ausgewählt, welche danach auf 10V vermindert wurde. Während das Gerät von Beispiel 1 keine Änderung in dem Vf- If-Zusammenhang für die zwei Wellenhöhen zeigte, stiegen sowohl der Vorrichtungsstrom als auch der Emissionsstrom vom Vergleichsbeispiel 2 allmählich nach Schalten auf die Wellenhöhe von 10V an, um dessen elektrische Leistung zu variieren.
Danach wurde Vf, der auf die gleiche Vorrichtungsreihe angewendet wurde, von 0V bis 15V mit einer sweeping-Zeit von 10 s erhöht, um die elektrische Leistung des Geräts zu sehen. Die Vorrichtung von Beispiel 1 zeigt eine MI- Charakteristik, wie in Fig. 20 veranschaulicht, die die gleiche war, wie das Ergebnis des vorstehenden Experiments, das eine Dreiecksimpulsspannung unabhängig von den Bedingungen verwendete, wohingegen deren Gegenstück von Vergleichsbeispiel 2 eine VCNR-Charakteristik für den If- Vf-Zusammenhang zeigte.

[Beispiel 2] und [Vergleichsbeispiel 3]

Die Stufen von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß der Partialdruck des eingeführten Methans innerhalb eines Bereich zwischen 2 · 10&supmin;&sup7; Pa und 5 · 10&supmin;³ Pa differenziert wurde.

[Beispiel 4]

Die Schritte von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß der Partialdruck des eingeführten Methans auf ein Niveau von 1 · 10&supmin;³ Pa eingestellt wurde und Heliumgas zusätzlich eingeführt wurde, bis der gesamte interne Druck des Vakuumumschlags auf 5 · 10&supmin;³ Pa kam.
Ie wurde wie in dem Fall von Beispiel 1 beobachtet und die Werte, die eine Stunde nach dem Start der Beobachtung erhalten wurden, wurden verglichen, um ein Ergebnis, wie in Fig. 10 zusammenfassend gezeigt, zu erhalten. Es stellte sich heraus, daß ein Partialdruck von Methan zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; Pa und 1 · 10&supmin;³ Pa eine wünschenswerte Leistung auf dem Teil vom bilderzeugenden Gerät bereitstellt.
Die Änderung mit der Zeit in Ie für Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 und 3 werden auch in Fig. 1 für Partialdrücke von Methan von a: 1 · 10&supmin;³ Pa, b: 1 · 10&supmin;&sup9; Pa, c: 1 · 10&supmin;&sup5; Pa, d: 1 · 10&supmin;&sup6; Pa, e: 2 · 10&supmin;&sup7; Pa und f: kein Methan gezeigt.
Andererseits ergaben sowohl das Gerät vom Vergleichsbeispiel 3 mit einem Methanpartialdruck von 5 · 10&supmin;³ Pa und dasjenige von Vergleichsbeispiel 4 mit einem Gesamtdruck von 5 · 10&supmin;³ Pa und, wobei beide Methan und Helium enthielten, eine elektrische Entladung, bevor die angelegte Impulsspannung auf 1 kV kam, um das elektrische Potential der Metallrückseite zu erhöhen und wurden ganz inoperativ für die Bildanzeige. Keine elektrische Entladung trat in dem verbleibendem Gerät auf, wenn das Potential der Anode auf 5 kV für den Betrieb erhöht wurde.
Aus den vorstehenden Beobachtungen kann geschlossen werden, daß das Gerät sich schnell in bezug auf Ie verschlechtert, wenn der Methanpartialdruck unterhalb 10&supmin;&sup6; Pa fällt, so daß der Partialdruck von Methan oberhalb von 10&supmin;&sup6; Pa gehalten werden muß. Keine bemerkbare Verschlechterung wird beobachtet, wenn der Methanpartialdruck zwischen 10&supmin;&sup9; Pa und 1 · 10&supmin;³ Pa gefunden wird und daher ein Partialdruck innerhalb dieses Bereichs besonders bevorzugt ist.
Man bemerke jedoch, dass die Anodenspannung nicht ausreichend ansteigt, wenn der Gesamtdruck 1 · 10&supmin;³ Pa übersteigt.

[Beispiel 3] und [Vergleichsbeispiel 5}

Die Herstellungsschritte von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß Methan durch ein Mischungsgas aus Methan und Wasserstoff ersetzt wurde und der interne Druck des Vakuumumschlags auf 1 · 10&supmin;&sup4; Pa gehalten wurde. Verschiedene Methangehalte wurden für das Mischungsgas innerhalb eines Bereichs zwischen 0,2 und 50% (Molverhältnis) ausgewählt.
Der Emissionsstrom Ie wurde wie in dem Fall von Beispiel 1 ausgewählt und die Werte, die eine Stunde nach dem Beginn der Beobachtung erhalten wurden, wurden verglichen, um ein Ergebnis, wie in Fig. 18 gezeigt, zu erhalten. (100% stellen den Wert von Beispiel 2 dar.)
Es wurde festgestellt, daß ein Partialdruck von Methan, der größer als 1 · 10&supmin;&sup6; Pa ist, oder ein Methangehalt von mehr als 1% zu keiner Verschlechterung in der Leistung des Geräts in bezug auf Ie beiträgt, wohingegen die Leistung sich beträchtlich verschlechtert, wenn der Methangehalt unter 0,5% fällt oder der Methanpartialdruck geringer als 5 · 10&supmin;&sup7; Pa ist.
Das Ergebnis einer Beobachtung unter Verwendung eines Geräts, das in diesem Beispiel hergestellt wurde, und mit einem Methangehalt von 50% (oder einem Methanpartialdruck von 5 · 10&supmin;&sup5; Pa) und die vergleichbaren Figuren, die unter Verwendung eines Methanpartialdrucks von 5 · 10&supmin;&sup5; Pa wie in Beispiel 2 erhalten wurden, wurden verglichen. Die elektronenemittierende Effizienz, oder das Verhältnis Ie/If des Emissionsstroms Ie zu dem Vorrichtungsstrom If betrug 0,10% für Beispiel 2, wohingegen dieses 0,12% für Beispiel 3 betrug. Es kann sicher angenommen werden, daß Wege für den elektrischen Strom, die nicht zur Elektronenemission beitrugen, gebildet wurden, wenn auch klein, indem gasförmige organische Substanzen in dem Vakuumumschlag des bilderzeugenden Geräts von Beispiel 2 eingeführt wurden, wohingegen derartige Wege, wenn überhaupt, für den elektrischen Strom, die nicht zur Elektronenemission beitrugen, verengt wurden, um die elektronenemittierende Effizienz zu verbessern, indem Wasserstoffgas eingeführt wurde, um die Zahl an Wasserstoffradikalen in der Atmosphäre innerhalb des Vakuumumschlags von Beispiel 3 zu erhöhen, wodurch ein verstärkter Ätzeffekt gewährleistet wurde.

[Beispiel 4] und [Vergleichsbeispiel 6]

Die Schritte von Beispielen 1 und 2 und diejenigen von Vergleichsbeispiel 3 wurden wiederholt, um jeweilige bilderzeugende Geräte herzustellen, bis darauf, daß Methan durch Ethylen C&sub2;H&sub4; mit einer Doppelbindung in den Molekülen ersetzt wurde. Da die mittlere Absorptionszeit von Ethylen auf einige 10 ns bis 100 ns, wie zuvor beschrieben, geschätzt wird, ist diese bei weitem kürzer als die Antriebsperiode von 16,7 ms für eine Antriebsspannung von 60 Hz.
Wenn gemessen, stellten sie im wesentlichen die gleichen Ergebnisse zur Verfügung, wie diejenigen von Beispiel 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 3. Die hergestellten Geräte funktionierten effektiv, wenn der Ethylenpartialdruck zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; Pa und 1 · 10&supmin;³ Pa, vorzugsweise oberhalb 1 · 10&supmin;&sup4; Pa betrug.

[Beispiel 5]

Die Herstellungsschritte von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß Methan durch 5 · 10&supmin;&sup5; Pa Acetylen C&sub2;H&sub2; mit einer Dreifachbindung in den Molekülen ersetzt wurde. Da die mittlere Absorptionszeit von Acetylen auf einige 100 ns bis 1 us, wie vorstehend beschrieben, geschätzt wurde, ist sie bei weitem kürzer als die Antriebsperiode von 16,7 ms für eine Antriebsspannung von 60 Hz.
Wenn gemessen, stellten sie im wesentlichen die gleichen Ergebnisse zur Verfügung, wie diejenigen von Vergleichsbeispiel 1 und bewiesen so, daß das hergestellte bilderzeugende Gerät effektiv eine Verschlechterung der Leistung unterdrücken kann.

[Beispiel 6]

Die Herstellungsschritte von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß Methan durch Butadiyn C&sub4;H&sub2; mit Dreifachbindungen in den Molekülen ersetzt wurde. Der Wert von τ konnte nicht ermittelt werden, wenn mit dem zuvor beschriebenen Verfahren gemessen, da L in Fig. 10 zu klein war. Der Grund für dieses kann sein, daß τ bei weitem kleiner als 1 ms ist. Daher ist diese bei weitem kürzer als die Antriebsperiode von 16,7 ms für eine Antriebsspannung mit 60 Hz.
Wenn gemessen, waren die bereitgestellten Ergebnisse im wesentlichen die gleichen wie bei Beispiel 1 und bewiesen so, daß das hergestellte bilderzeugende Gerät effektiv eine Verschlechterung der Leistung unterdrücken kann.

[Beispiel 7]

Die Herstellungsschritte von Beispiel 1 wurden wiederholt, bis darauf, daß n-Hexan durch Methan in dem Aktivierungsverfahren ersetzt wurde. Ein Druck von 1300 Pa wurde verwendet. Eine Impulsspannung mit einer Wellenhöhe von 15V wurde wie in Beispiel 1 angelegt.
Nach dem Aktivierungsverfahren wurde der Vakuumumschlag bis auf ein Druckniveau, das geringer als 1 · 10&supmin;&sup8; Pa war, evakuiert. Dieses Evakuierungsverfahren wurde innerhalb einer Zeit ausgeführt, die kürzer als die vergleichbare Zeit von Beispiel 1 war, wobei n-Hexan für das Aktivierungsverfahren verwendet wurde. Danach wurde das Gaszuführungsverfahren ausgeführt, wobei Methan verwendet wurde, um ein Druckniveau zu realisieren, das demjenigen von Beispiel 1 und 2 entsprach.
Der Emissionsstrom Ie wurde auf Änderungen wie in dem Fall von Beispielen 1 und 2 hin beobachtet, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten.
Indem die gasförmigen organischen Substanzen mit einer mittleren Absorptionszeit, die kürzer als die Antriebsperiode der elektronenemittierenden Vorrichtungen war, in dem Vakuumumschlag des bilderzeugenden Geräts, wie vorstehend im Detail beschrieben, versiegelt wurden, wurden die bilderzeugenden Vorrichtungen mit einer wünschenswerten MI-Charakteristik, die unzweifelhaft sowohl den Vorrichtungsstrom If als auch den Emissionsstrom Ie hinsichtlich der Vorrichtungsspannung Vf definierte, ausgestattet, was von großem Vorteil für den Teil des bilderzeugenden Geräts ist. Der Partialdruck der organischen Substanzen ist vorzugsweise größer als 1 · 10&supmin;&sup6; Pa und weiter bevorzugt größer als 1 · 10&supmin;&sup4; Pa und der gesamte interne Druck des Vakuumumschlags sollte nicht größer als 1 · 10&supmin;³ Pa sein.
Die elektronenemittierende Leistung des bilderzeugenden Geräts wird vorzugsweise verbessert, indem Wasserstoffgas zusammen mit gasförmigen organischen Substanzen versiegelt wird.

Claims

1. Ein Bilderzeugungsgerät (47), das folgendes umfasst:

eine Elektronenquelle (31-34) einschließlich einer oder mehr als einer elektronenemittierender Vorrichtung (34) auf einem Substrat (31), wobei jede elektronenemittierende Vorrichtung ein Paar von gegenüberliegend angeordneten Vorrichtungselektroden (32, 33; 2, 3) besitzt,

ein elektronenleitender Film (4), der mit dem Paar von Vorrichtungselektroden verbunden ist und

ein in einem Teil des elektronenleitenden Films ausgebildeter elektronenemittierender Bereich (5), der von einem kohlenstoffhaltigen Film (6) begleitet ist, welcher Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als die Hauptkomponente enthält und auf oder in Nachbarschaft des elektronenemittierenden Bereichs ausgebildet ist, und

ein Bild gebendes Element (44) zum Ausbilden eines Bildes durch Emittieren von Licht, wenn dieses mit von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahlen bestrahlt wurde,

wobei die Elektronenquelle und das Bild gebende Element in einem Vakuumumschlag (41-43) enthalten sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine gasförmige organische Substanz in dem Vakuumumschlag (41-43) existiert, wobei der Partialdruck der gasförmigen organischen Substanz größer als 1 · 10&supmin;&sup6; Pa ist und der Gesamtdruck geringer als 1 · 10&supmin;³ Pa ist,

wobei die gasförmige organische Substanz derart ausgewählt ist, dass diese eine kürzere mittlere Adsorptionszeit als das Pulsintervall der Pulsspannung zeigt, die periodisch angelegt wurde, um die Elektronenquelle anzutreiben, wobei die mittlere Adsorptionszeit die mittlere Zeitdauer ab der Zeit darstellt, wenn Moleküle der gasförmigen organischen Substanz durch die innere Wand des Vakuumumschlags und die Oberfläche des Substrats adsorbiert werden, bis zu der Zeit, wenn diese aus dem adsorbierten Zustand freigesetzt werden.

2. Bilderzeugungsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Partialdruck der organischen Substanz nicht geringer als 1 · 10&supmin;&sup4; Pa ist.

3. Bild gebendes Gerät gemäß Anspruch 1, wobei Wasserstoffgas in dem Vakuumumschlag zusätzlich zu der organischen Substanz existiert.

4. Bild gebendes Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

die organische Substanz CH&sub4; (Methan), C&sub2;H&sub4; (Ethylen), C&sub2;H&sub2; (Acetylen) oder C&sub4;H&sub2; (Butadiin) ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Bild gebenden Geräts (47), das folgendes umfasst:

eine Elektronenquelle (31-34) einschließlich einer oder mehr als einer elektronenemittierenden Vorrichtung (34) auf einem Substrat (31), wobei jede elektronenemittierende Vorrichtung ein Paar von gegenüberliegend angeordneten Vorrichtungselektroden (32, 33; 2, 3) besitzt,

ein elektronenleitender Film (4), der mit einem Paar von Vorrichtungselektroden verbunden ist und

ein elektronenemittierender Bereich (5), der in einem Teil des elektronenleitenden Films ausgebildet ist, der von einem kohlenstoffhaltigen Film (6) begleitet ist, welcher Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptkomponente enthält und auf oder in Nachbarschaft des elektronenemittierenden Bereichs ausgebildet ist, und

ein Bild gebendes Element (44) zum Bild geben durch Emittieren von Licht, wenn dieses mit aus der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahlen angestrahlt wurde,

wobei die Elektronenquelle und das Bild gebendes Element in einem Vakuumumschlag (41-43) enthalten sind, welches Verfahren folgendes einschließt:

ein energetisierender Bildungsschritt zur Bildung jedes der einen oder mehreren elektronenemittierenden Bereiche;

ein Aktivierungsschritt zum Herstellen der kohlenstoffhaltigen Filme, die Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als Hauptinhaltsstoff enthalten, durch Abscheidung auf oder in Nachbarschaft des elektronenemittierenden Bereichs von jeder der elektronenemittierenden Vorrichtungen durch Einführung einer gasförmigen organischen Substanz in den Vakuumumschlag und Anlegung einer Pulsspannung an die Vorrichtung; und

ein Stabilisierungsschritt zur Entfernung der gasförmigen organischen Substanz, die in dem Vakuumumschlag verbleibt, nach dem Ende des Aktivierungsschritts;

dadurch gekennzeichnet, dass:

ein Gaszuführungsschritt der Einführung einer gasförmigen organischen Substanz mit einer mittleren Adsorptionszeit, die kürzer als die Antriebsperiode der elektronenemittierenden Vorrichtungen ist oder eine Gasmischung der gasförmigen organischen Substanz und Wasserstoffgas, wobei die Partialzeit länger als die Antriebsdauer der elektronenemittierenden Vorrichtungen ist, die nicht länger als 1,0 · 10&supmin;&sup6; Pa gehalten werden, wobei die Antriebsdauer ein Pulsintervall der Pulsspannung darstellt, das periodisch an die Elektronenquelle angelegt wird und die mittlere Adsorptionszeit eine mittlere Zeitdauer von der Zeit, wenn Moleküle der gasförmig organischen Substanz durch die Wand des Vakuumumschlags und die Oberfläche des Substrats adsorbiert werden bis zu der Zeit, wenn sie von dem adsorbierten Zustand freigesetzt werden, darstellt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Bild gebenden Geräts gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

der interne Druck des Vakuumumschlags nicht größer als 1,0 · 10&supmin;&sup6; Pa in dem Stabilisierungsschritt gehalten wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Bild gebenden Geräts gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die organische Substanz, die in dem Aktivierungsschritt in den Vakuumumschlag eingeführt wurde, die gleiche ist, wie die organische Substanz, die in dem Gaszuführungsschritt eingeführt wurde.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bild gebenden Geräts gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die organische Substanz, die eine mittlere Adsorptionszeit besitzt, die kürzer als die Antriebsdauer der Elektronen emittierenden Vorrichtungen ist, CH&sub4; (Methan), C&sub2;H&sub4; (Ethylen), C&sub2;H&sub2; (Acetylen) oder C&sub4;H&sub2; (Butadiin) ist.