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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts, das
mit einer Elektronenemissionseinheit versehen ist.
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Herkömmliche
Elektronenemissionseinheiten werden in zwei Bauarten eingeteilt,
und zwar in Thermionen-Emissionseinheiten und Kaltkathoden-Elektronenemissionseinheiten.
Des Weiteren werden die Kaltkathoden-Elektronenemissionseinheiten
in Feldemissionsbauarten (im Folgenden als FE-Bauarten bezeichnet), Metall-Isolationsschicht-Metall-Bauarten (nachstehend
als MIM-Bauarten bezeichnet) und Oberflächenleiterbauarten eingeteilt.
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FE-Bauarten
werden zum Beispiel von W. P. Dyke & W. W. Dolan, „Field Emission" (Advance in Electron
Physics, 8, 89 (1956)) und C. A. Spindt, „Physical Properties of thin-film
field emission cathodes with molybdenum cones" (J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976)) offenbart.
MIM-Bauarten werden zum Beispiel von C. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Devices" (J. Appl. Phys.,
32, 646 (1961)) offenbart. Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
werden zum Beispiel von M. I. Elinson (Radio Eng. Electron Phys.,
10, 1290 (1965)) offenbart.
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Bei
den Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
verursacht ein Strom, der parallel zu einem kleinflächigen,
auf einem Substrat ausgebildeten Dünnfilm fließt, einen Elektronenemissionseffekt. Die
berichteten Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
bestehen wie von Elinson offenbart aus einem SnO2-Dünnfilm,
aus einem Au-Dünnfilm
(G. Dittmer: „Thin
Solid Films", 9,
317 (1972)), aus einem In2O3/SnO2-Dünnfilm
(M. Hartwell und C. G. Fonstad: „IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)) und
aus einem Kohlenstoff-Dünnfilm
(Hisashi Araki, et al., Shinku (Vakuum), 26(1), 22(1983)).
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Bei
herkömmlichen
Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
sind die leitenden Dünnfilme
vor der Elektronenemission im Allgemeinen einer („Erregungsformierung" genannten) Erregungsbehandlung
unterzogen worden, um einen Elektronenemissionsabschnitt zu erzeugen.
Bei der Erregungsformierung wird zwischen den beiden Enden des Dünnfilms
eine Gleichspannung oder eine mit beispielsweise 1 V/min ziemlich
langsam anwachsende Spannung angelegt, um eine lokale Zerstörung, Verformung
oder Modifikation des leitenden Dünnfilms zu verursachen und
somit die Formierung eines Elektronenemissionsabschnitts mit hohem
elektrischen Widerstand zu verursachen. Im Elektronenemissionsabschnitt
bilden sich in einem Teil des leitenden Dünnfilms Risse und werden nahe
der Risse Elektronen emittiert. Eine Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
emittiert nach der Erregungsformierungsbehandlung durch den Elektronenemissionsabschnitt
hindurch Elektronen, wenn an den leitenden Dünnfilm eine Spannung angelegt
wird, um in der Einheit einen Strom fließen zu lassen.
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Da
die Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
einen vereinfachten Aufbau hat und leicht gebildet werden kann,
können
viele Einheiten in einer großen
Fläche
angeordnet werden. Es sind verschiedene Anwendungsmöglichkeiten
wie eine Ionenstrahlquelle (engl.: charged beam source) und > eine Anzeigevorrichtung
untersucht worden, um diese Vorteile zu nutzen. Bei den in den japanischen
Patentoffenlegungsschriften Nr. 64-31332, 1-283749 und 1-257552
offenbarten Elektronenquellen sind zum Beispiel Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
in einer aus Zeilen und Reihen bestehenden Matrix angeordnet und
sind Einheiten der gleichen Zeile miteinander an diesen Enden über eine
(Sammelleitung genannte) Anschlussleitung verbunden. Unter Bilderzeugungsgeräten haben
als Anzeigevorrichtungen anstelle von Kathodenstrahlröhren (CRT) Flüssigkristall-Flachbildschirme
Verbreitung gefunden, doch erfordern diese aufgrund fehlenden Selbstleuchtens
zwangsläufig
eine Hintergrundbeleuchtung. Dementsprechend ist die Entwicklung
von selbstleuchtenden Anzeigevorrichtungen sehnlich erwartet worden.
Ein typisches Beispiel für
eine selbstleuchtende Anzeigevorrichtung ist eine Elektronenquelle
mit einer Anordnung aus vielen Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
und einer fluoreszierenden Substanz, die aus den von der Elektronenquelle
abgegebenen Elektronen sichtbares Licht macht, wie sie in der US-Patentschrift
Nr. 5,066,883 offenbart ist.
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Bei
einem herkömmlichen
Herstellungsverfahren wird ein Kaltkathoden-Elektronenemissionseinheiten
verwendendes Bilderzeugungsgerät
hergestellt, indem eine Rückplatte
mit einer aus einer Anordnung von Kaltkathoden-Elektronenemissionseinheiten bestehenden
Elektronenquelle, eine Frontplatte mit einer fluoreszierenden Substanz
zur Abgabe von sichtbarem Licht, ein außerhalb des Anzeigebereichs
vorgesehener Trägerrahmen
zum Einhalten eines Spalts zwischen der Rückplatte und der Frontplatte
und ein Evakuierungsrohr zusammengebaut werden. Damit Atmosphärendruck
gewahrt bleibt, können
im Anzeigebereich Abstandhalter verwendet werden, um den Spalt zwischen
der Frontplatte und der Rückplatte
einzuhalten.
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Zur
Verklebung der Rück-
und Frontplatte mit dem Trägerrahmen
und den Abstandhaltern kann eine Frittenmasse verwendet werden.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-138554 offenbart eine
Verklebung einer Frittenmasse auf der Front- und Rückplatte
mit Abstandhaltern, die im Anzeigebereich eines mit Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
versehenen Bilderzeugungsgeräts angeordnet
sind, damit Atmosphärendruck
gewahrt bleibt. Diese Patentoffenlegungsschrift offenbart auch,
dass die Elektronenemissionseigenschaften während der Kalzinierung der
Frittenmasse durch das Lösungsmittel
und das Bindemittel in der Frittenmasse weniger stark beeinträchtigt werden,
wenn die Frittenmasse nicht auf die mit den Elektronenemissionseinheiten
versehene Rückplatte
aufgebracht wird.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder haben nach einer Lösung
für die Probleme
bei der Anfertigung eines Bilderzeugungsgeräts mit ausreichend hoher Leuchtkraft,
geringerer Leuchtkraftänderung
und verhältnismäßig großer Fläche gesucht.
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Die
Erfinder haben des Weiteren nach einer Lösung für die Probleme bei der Herstellung
eines solchen mit Elektronenemissionseinheiten versehenem Bilderzeugungsgeräts mit besseren
Elektronenemissionseigenschaften wie einem höheren Emissionsstrom und geringeren Änderungen
der Elektronenemissionseigenschaften wie einem stabilen Elektronenstrom
gesucht.
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Bei
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts, das
sich aus einer mit einem Bilderzeugungselement versehenen Frontplatte
und einer mit Elektronenemissionseinheiten versehenen Rückplatte
zusammensetzt und bei dem Frontplatte und Rückplatte die Elektronenemissionseinheiten
umschließend
abgedichtet sind, von der in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0686990 beschriebenen
Art und beinhaltet Folgendes: einen Aufbringungsschritt, bei dem
auf eine vorbestimmte Fläche
der Rückplatte
eine Frittenmasse aufgebracht wird, einen Kalzinierungsbehandlungsschritt,
der unter Aufbringung von Wärme
erfolgt, um die Frittenmasse zu zersetzen, und in dem sich Reduktionsgase
entwickeln und ausgestoßen werden;
und Schritte, bei denen die Rückplatte
an der mit einem Bilderzeugungselement versehenen Frontplatte montiert
und abgedichtet wird.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung
eines Bilderzeugungsgeräts
dadurch gekennzeichnet, dass der Kalzinierungsbehandlungsschritt
des Aufbringens von Wärme
zum Zersetzen der Frittenmasse entweder vor oder gleichzeitig mit
einem Schritt erfolgt, bei dem auf der Rückplatte ein leitender Dünnfilm erzeugt
wird, wobei der leitende Dünnfilm
anschließend
einer Erregungsformierbehandlung unterzogen wird, um die Elektronenemissionseinheiten
auszubilden, und dass die Schritte des Montierens und Abdichtens
erfolgen, indem eine Frontplatte verwendet wird, die ebenfalls eine
vorbestimmte Fläche
darauf aufgebrachter Frittenmasse hat, die durch Kalzinierung vorbehandelt
worden ist.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur
Fertigung einer Rückplatte zum
Einbau bei der Fertigung eines Bilderzeugungsgeräts vorgesehen, das sich aus
einer mit einem Bilderzeugungselement versehenen Frontplatte und der
Rückplatte
zusammensetzt, die in dem fertigen Bilderzeugungsgerät mit Elektronenemissionseinheiten
versehen ist, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: einen Aufbringungsschritt,
bei dem auf eine vorbestimmte Fläche
der Rückplatte
eine Frittenmasse aufgebracht wird, einen Kalzinierungsschritt,
der unter Aufbringung von Wärme
erfolgt, um die Frittenmasse zu zersetzen, und in dem sich Reduktionsgase
entwickeln und ausgestoßen
werden, und einen Erzeugungsschritt, bei dem auf der Rückplatte
ein leitender Dünnfilm
erzeugt wird, der zum Ausbilden der Elektronenemissionseinheiten
dient, wobei der Erzeugungsschritt gleichzeitig mit oder nach dem
Kalzinierungsschritt erfolgt.
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Um
das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern, folgt nun eine ausführliche
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Hintergrundbeispielen,
wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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die 1A und 1B jeweils
schematisch als Draufsicht und Querschnitt eine horizontale Oberflächenleichter-Elektronenemissionseinheit
zeigen;
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2 schematisch
eine vertikale Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
zeigt;
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die 3A bis 3C schematisch
Schritte eines Verfahrens zur Fertigung einer Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
zeigen;
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die 4A und 4B grafisch
Wellenformen von Impulsspannungen zeigen, die bei der Erregungsformierbehandlung
angelegt werden;
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5 schematisch
eine Vakuumeinheit zeigt;
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6 als
schematische Grafik den Zusammenhang zwischen dem Emissionsstrom
Ie oder Einheitenstrom If und der Einheitenspannung Vf zeigt, die
durch eine Vakuumeinheit gemessen wurden;
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7 schematisch
einen Elektronenquellenaufbau mit einfacher Matrixanordnung zeigt;
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8A schematisch
als isometrische Darstellung ein Anzeigefeld eines Bilderzeugungsgeräts und 8B einen
Schnitt entlang der Linie IX-IX von 8A zeigt;
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die 9A und 9B schematisch
fluoreszierende Filme zeigen, die in Bilderzeugungsgeräten verwendet
werden;
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10 ein
Blockdiagramm eines Treiberkreises für einen NTSC-Fernsehbildschirm
zeigt;
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11 schematisch
eine kettenförmige Elektronenquelle
zeigt;
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12 schematisch
ein Feld eines mit einer kettenförmigen
Elektronenquelle versehenen Bilderzeugungsgeräts zeigt;
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die 13A bis 13D im Schnitt
Herstellungsschritte im Beispiel 1 zeigen;
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14 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Beispiel 1 zeigt;
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die 15A bis 15C im
Schnitt Herstellungsschritte im Vergleichsbeispiel 1 zeigen;
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16 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
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17 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Beispiel 2 zeigt;
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18 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
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19 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Beispiel 3 zeigt;
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20 ein
Ablaufdiagramm eines Montagevorgangs im Beispiel 4 zeigt.
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Die
Erfindung wird nun ausführlich
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Der
Grundaufbau der folgenden Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten,
die beim Bilderzeugungsgerät
Verwendung finden können, lässt sich
in eine horizontale Bauart und eine vertikale Bauart unterteilen.
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Zunächst wird
eine horizontale Elektronenemissionseinheit beschrieben. Die 1A und 1B zeigen
jeweils eine schematische Draufsicht und eine schematische Schnittansicht
einer horizontalen Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit.
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Die
Elektronenemissionseinheit umfasst ein Substrat 1, Gegenelektroden 2 und 3,
einen leitenden Dünnfilm 4 und
einen Elektronenemissionsabschnitt 5.
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Das
Substrat 1 kann aus Quarzglas, einem gereinigten Glas mit
einem geringeren Gehalt an Verunreinigungen wie Natriumbestandteilen,
einem blauen Flachglas, einem Glassubstrat aus einem blauen Flachglas
und einer darauf durch Sputtern oder dergleichen abgeschiedenen
SiO2-Schicht,
einer Keramik wie Aluminiumoxid oder einem Si-Substrat bestehen.
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Die
Gegenelektroden 2 und 3 können aus einem allgemein leitenden
oder halbleitenden Material bestehen. Beispiele für diese
Materialen schließen Metalle
und Legierungen aus z.B. Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd;
auf Substraten wie etwa Glas aufgedruckte Leiter mit Metallen und
Metalloxiden wie z.B. Pd, Au, RuO2 und Pd-Ag;
transparente Leiter wie In2O3-SnO2; und Halbleiter wie Polysilizium ein.
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Der
Abstand L zwischen den Elektroden 2 und 3, die
Länge der
Elektroden 2 und 3 und die Form des leitenden
Dünnfilms 4 können unter
Berücksichtigung
des Anwendungszustands der Einheit festgelegt werden. Der Abstand
L zwischen den Elektroden 2 und 3 liegt angesichts
der an diese Elektroden 2 und 3 angelegten Spannung
im Allgemeinen in einem Bereich von mehreren hundert nm (1000 Angström) bis mehreren
hundert Mikrometern und vorzugsweise von mehreren Mikrometern bis
mehreren zehn Mikrometern. Die Länge
W der Elektroden 2 und 3 liegt angesichts des
Widerstands der Elektroden 2 und 3 und der Elektronenemissionseigenschaften
in einem Bereich von mehreren Mikrometern bis mehreren hundert Mikrometern.
Die Dicke d der Elektroden 2 und 3 liegt in einem
Bereich von mehreren zehn nm (hundert Angström) bis mehreren Mikrometern.
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Der
leitende Dünnfilm 4 setzt
sich vorzugsweise aus einem Feinpartikeldünnfilm zusammen, der Feinpartikel
mit hervorragenden Elektronenemissionseigenschaften enthält. Die
Dicke des leitenden Dünnfilms 4 kann
unter Berücksichtigung
der Stufenabdeckung der Elektroden 2 und 3 und
des Widerstands der Elektroden 2 und 3 festgelegt
werden, wobei die Ausbildungsbedingungen unten beschrieben werden.
Die Dicke liegt vorzugsweise in einem Bereich von mehreren Zehntel
nm (Angström)
bis mehreren hundert nm (1000 Angström) und von vorzugsweise 1 bis
50 nm (10 Angström
bis 500 Angström). Der
Flächenwiderstand
Rs der Elektroden 2 und 3 liegt in einem Bereich
von 102 bis 107 Ω. Der Flächenwiderstand
ist durch die Gleichung R = Rs(l/w) bestimmt, wobei R der Widerstand,
t die Dicke, w die Breite und 1 die Länge des leitenden Dünnfilms 4 ist. Als
Beispiel der Formierbehandlung wird in der Beschreibung eine Erregungsbehandlung
beschrieben. Natürlich
können
bei der Erfindung auch andere Formierverfahren verwendet werden.
So können
zum Beispiel Risse in dem Film gebildet werden, um einen hohen Widerstand
zu erreichen.
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Beispiele
für die
Materialien des leitenden Dünnfilms 4 schließen Metalle
wie z.B. Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W und
Pb; Oxide wie z.B. PdO, SnO2, In2O3, PoO und Sb2O3; Boride wie z.
B. HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4 und GdB4; Karbide
wie z. B. TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC und WC; Nitride wie z.B. TiN,
ZrN und HfN; Halbleiter wie z.B. Si und Ge; und kohlenstoffhaltige
Substanzen ein.
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Der
Begriff „Feinpartikelfilm" steht für einen Film,
der eine Vielzahl von Feinpartikeln enthält. Diese Feinpartikel können feine
Texturen haben; d.h. die Feinpartikel sind einzeln im Film verteilt
oder sind zu Inseln agglomeriert. Die Größe der Feinpartikel liegt in
einem Bereich von mehreren Zehntel nm (Angström) bis mehreren hundert nm
(1000 Angström) und
von vorzugsweise 1 bis 20 nm (10 Angström bis 200 Angström).
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Es
wird nun die Bedeutung des bei der Erfindung häufig auftauchenden Begriffs „Feinpartikel" erläutert. Partikel
mit kleinen Durchmessern werden als Feinpartikel und Partikel mit
kleineren Durchmessern als die Feinpartikel als „Ultrafeinpartikel" bezeichnet. Partikel
mit kleineren Durchmessern als die Ultrafeinpartikel und mit mehreren
hundert Atomen werden „Cluster" genannt. Es gibt
keine strenge Grenze zwischen diesen Partikeln und den Clustern,
weswegen die Einteilung von Aspekten der Eigenschaften abhängt. Die „Feinpartikel" schließen bei
der Erfindung sowohl „Feinpartikel" als auch „Ultrafeinpartikel" ein.
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Die
folgende Beschreibung wird aus „Experimental Physics Vol.
14 -Surface & Fine
Particles" (herausgegeben
von Koreo Kinoshita; veröffentlicht
von Kyoritsu Shuppan; 1. September 1986) zitiert.
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In
diesem Buch haben „Feinpartikel" einen Durchmesser,
der von 2 bis 3 μm
bis 10 nm reicht, und Ultrafeinpartikel einen Durchmesser, der von
10 nm bis 2 bis 3 nm reicht. Die Grenze zwischen den Feinpartikeln
und den Ultrafeinpartikeln ist nicht strikt und ein bloßer Standard,
da in einigen Fällen
beide als „Feinpartikel" bezeichnet werden.
Partikel mit zwei Atomen bis zu mehreren zehn oder mehreren hundert
Atomen werden Cluster genannt (Seite 195, Zeilen 22 bis 26).
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Wie
aus dem folgenden Zitat hervorgeht, liegt des Weiteren die Untergrenze
der Partikelgröße bei der Definition
von „Ultrafeinpartikeln" in dem Hayashi-Ultrafeinpartikelprojekt
der Research Development Corporation of Japan tiefer. „In dem
,Ultrafeinpartikelprojekt' des
Creative Scientific Technology Promotion System werden Teilchen
mit einer Teilchengröße in einem
Bereich von ungefähr
1 bis 100 nm ,Ultrafeinpartikel' genannt.
Ultrafeinpartikel bestehen daher aus ungefähr 100 bis 108 Atomen. Aus
atomarer Sicht sind Ultrafeinpartikel große Partikel bis riesige Partikel." („Ultrafine
Particles in Creative Scientific Technology", herausgegeben von Chikara Hayashi, Ryoji
Ueda und Akira Tazaki, Seite 2, Zeilen 1 bis 4; Mita Shuppan (1988)). „Das, was
kleiner als die Ultrafeinpartikel ist, was also aus mehreren bis
mehreren hundert Atomen besteht, wird allgemein als Cluster bezeichnet." (ebd., Seite 2,
Zeilen 12 bis 13). Unter Berücksichtigung
dieser Beschreibungen steht der „Ultrafeinpartikel" bei der Erfindung
für ein
Agglomerat aus mehreren Atomen oder Molekülen und hat eine Untergrenze
der Partikelgröße in einem
Bereich von mehreren Zehntel nm (Angström) bis ungefähr 1 nm
(10 Angström)
und eine Obergrenze in einem Bereich von mehreren Mikrometern.
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Der
Elektronenemissionsabschnitt 5 weist Risse mit hohem Widerstand
auf, die in einem Teil des leitenden Dünnfilms 4 ausgebildet
sind. Der Elektronenemissionsabschnitt 5 kann im Inneren
leitende Feinpartikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich von mehreren
Zehntel nm (Angström)
bis mehreren zehn nm (100 Angström)
aufweisen. In diesem Fall können
die leitenden Feinpartikel einen Teil oder den gesamten leitenden
Dünnfilm
besetzen. Der Elektronenemissionsabschnitt 5 und seine
Umgebung im leitenden Dünnfilm 4 können Kohlenstoff
und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material enthalten.
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Es
wird nun eine vertikale Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
beschrieben. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße vertikale Oberflächenleiter-Emissionseinheit.
Teile mit der gleichen Funktionsweise wie in 1 sind
mit den gleichen Ziffern bezeichnet. Die Einheit hat neben Elektroden 2 und 3,
einem Dünnfilm 4 und
einem Elektronenemissionsabschnitt 5, die aus den gleichen
Materialien wie in der oben beschriebenen horizontalen Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
bestehen, einen Stufenabschnitt 21, der aus einem Isoliermaterial
wie SiO2 besteht und durch Vakuumabscheidung,
Aufdrucken oder Sputtern ausgebildet wird. Die Dicke des Stufenabschnitts 21 entspricht
dem Abstand L zwischen den Elektroden 2 und 3 in
der horizontalen Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
und liegt unter Berücksichtigung
des Verfahrens zur Herstellung des Stufenabschnitts 21 und
der zwischen den Elektroden 2 und 3 angelegten
Spannung in einem Bereich von mehreren hundert nm (1000 Angström) bis mehreren
zehn Mikrometer und von vorzugsweise mehreren zehn nm (100 Angström) bis mehreren
Mikrometern.
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Nachdem
die Elektroden 2 und 3 und der Stufenabschnitt 21 ausgebildet
wurden, wird auf den Elektroden 2 und 3 der leitende
Dünnfilm 4 abgeschieden.
Der Elektronenemissionsabschnitt ist zwar in 2 auf dem
Stufenabschnitt 21 ausgebildet, doch hängen die Form und Position
des Stufenabschnitts 21 von den Ausbildungsbedingungen
ab.
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Die
Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die 3A bis 3C zeigen
schematisch eines dieser Verfahren. Teile mit der gleichen Funktion wie
in 1 sind mit den gleichen Ziffern
bezeichnet.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf 3A ergibt,
wird ein Substrat 1 gründlich
mit einem Waschmittel, gereinigtem Wasser oder einem organischen Lösungsmittel
gereinigt. Durch Vakuumabscheidung oder Sputtern wird darauf ein
Elektrodenmaterial abgeschieden und dann durch Fotolithografie mit
einem Muster versehen, um eine Außenelektrode 6 zu
bilden.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf 3B ergibt,
wird auf das mit den Elektroden 2 und 3 versehene
Substrat 1 eine organometallische Lösung aufgebracht, um einen
organometallischen Dünnfilm
zu bilden. Die organometallische Lösung enthält eine organometallische Verbindung,
die hauptsächlich
aus einem Metall besteht, das für
die Bildung des leitenden Dünnfilms 4 verwendet
wird. Der organometallische Dünnfilm
wird gebrannt und dann durch einen Abhebe- oder Ätzvorgang mit einem Muster
versehen, um einen leitenden Dünnfilm 4 zu
bilden. Anstatt durch Beschichtung kann der leitende Dünnfilm 4 auch
durch Vakuumabscheidung, Sputtern, chemische Dampfabscheidung, Dispersionsbeschichtung, Eintauchen
oder schnelle Drehung gebildet werden.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf 3C ergibt,
wird das Substrat durch eine Erregungsbehandlung einem Formierschritt
unterzogen. Durch eine (nicht in der Zeichnung gezeigte) elektrische
Stromquelle wird zwischen dem leitenden Dünnfilm 4 ein Strom
durchgelassen, um einen Elektronenemissionsabschnitt 5 mit
einem gegenüber
dem leitenden Dünnfilm 4 modifizierten
Aufbau zu bilden. Und zwar hat der leitende Dünnfilm 4 infolge der
Erregungsformierbehandlung einen lokal zerstörten, verformten oder modifizierten
Abschnitt. Dieser Abschnitt fungiert als Elektronenemissionsabschnitt 5.
Die 4A und 4B zeigen
grafisch Wellenformen von Impulsspannungen, die bei der Erregungsformierbehandlung
angelegt werden.
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Wie
in den 4A und 4B gezeigt
ist, sind Impulsspannungen vorzuziehen. In 4A werden
kontinuierlich Impulse mit konstanter Spannung angelegt, während in 4B kontinuierlich
Impulse mit allmählich
ansteigenden Spannungen angelegt werden. In den 4A und 4B bezeichnet
T1 die Impulsbreite und T2 den Impulsabstand. Bei dem in 4A gezeigten
Verfahren liegt die Impulsbreite T1 in einem Bereich von 1 Mikrosekunde
bis 10 Millisekunden und der Impulsabstand T2 in einem Bereich von
10 Mikrosekunden bis 100 Millisekunden. Die Höhe der dreieckigen Wellen oder
die Spitzenspannung wird bei der Erregungsformierbehandlung abhängig von
der Bauart der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
festgelegt. Die Impulse werden unter diesen Bedingungen im Allgemeinen
mehrere Sekunden bis mehrere zehn Minuten lang angelegt. Andere
Impulswellen als dreieckige Wellen, zum Beispiel rechteckige Wellen,
können
ebenfalls verwendet werden.
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Bei
dem in 4B gezeigten Verfahren wird die
Höhe der
dreieckigen Wellen um beispielsweise 0,1 V für jeden Impuls erhöht.
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Die
Erregungsformierbehandlung erfolgt, bevor der leitende Dünnfilm 4 einen
vorbestimmten Widerstand hat. Der Widerstand wird wie folgt gemessen.
Während
einer Pause zwischen den Impulsen, d.h. in den Impulsabständen T2,
wird auf den leitenden Dünnfilm 4 eine
geringe Spannung aufgebracht, die keine lokale Zerstörung oder
Verformung verursacht, und wird der durchgeleitete Strom gemessen. So
wird zum Beispiel eine Spannung von ungefähr 0,1 V angelegt, um den Strom
in dem leitenden Dünnfilm 4 zu
erfassen. Wenn der Widerstand 1 MΩ oder mehr erreicht, wird die
Erregungsformierbehandlung beendet.
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Die
Einheit wird nach der Formierbehandlung vorzugsweise einem Aktivierungsschritt
unterzogen. Der Einheitenstrom If und der Emissionsstrom Ie ändern sich
während
des Aktivierungsschritts deutlich. In dem Aktivierungsschritt werden wie
bei der Erregungsformierbehandlung in einer organischen Gasatmosphäre wiederholt
Impulse aufgebracht. Die organische Gasatmosphäre wird gebildet, indem in
das Vakuum, das mit Hilfe einer Ionenpumpe erzielt wird, ein organisches
Gas eingelassen wird.
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Beispiele
für geeignete
organische Gasmaterialien schließen aliphatische Kohlenwasserstoffe wie
Alkane, Alkene und Alkine; Alkohole; Aldehyde; Ketone; Amine; und
organische Säuren
wie Phenol, Karbonsäuren
und Schwefelsäuren
ein. Beispiele für diese
Verbindungen sind mit CnH2n+2 bezeichnete
gesättigte
Kohlenwasserstoffe wie z.B. Methan, Ethan und Propan; mit CnH2n bezeichnete
ungesättigte
Kohlenwasserstoffe wie z.B. Ethylen und Propylen; und andere Verbindungen
wie z.B. Benzen, Toluen, Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Acetaldehyd,
Aceton, Methylethylketon, Methylamin, Ethylamin, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure und
Propionsäure.
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Während des
Aktivierungsschritts scheiden sich auf der Einheit von dem organischen
Atmosphärenmaterial
stammender Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material
ab und verursachen deutliche Änderungen
beim Einheitenstrom If und beim Emissionsstrom Ie. Der Aktivierungsschritt
wird beendet, wenn der Einheitenstrom If und der Emissionsstrom
Ie vorbestimmte Werte erreichen. Die Impulsbreite, der Impulsabstand
und die Impulshöhe werden
geeignet festgelegt.
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Dabei
schließt
der Begriff „Kohlenstoff und/oder
ein kohlenstoffhaltiges Material" zum
Beispiel Grafite wie hochgradig orientierten pyrolytischen Grafit
(HOPG) und pyrolytischen Grafit (PG) oder Grafitkohlenstoff (GC);
und amorphen Kohlenstoff ein. Der HOPG hat einen Kristallaufbau,
der im Großen
und Ganzen vollständig
aus Grafit besteht, der PG hat einen leicht gestörten Kristallaufbau mit einer
Kristallkorngröße von ungefähr 20 nm
(200 Angström),
und der GC hat einen deutlich gestörten Kristallaufbau mit einer
Kristallkorngröße von ungefähr 2 nm
(20 Angström).
Der amorphe Kohlenstoff schließt
Gemische aus amorphem Kohlenstoff und mikrokristallinem Grafit ein.
Die Dicke des Kohlenstoffs und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials
beträgt
vorzugsweise 50 nm (500 Angström)
oder weniger und besser noch 30 nm (300 Angström) oder weniger.
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Die
Elektronenemissionseinheit wird vorzugsweise einem Stabilisierungsschritt
unterzogen. In dem Stabilisierungsschritt wird das organische Material
aus der Vakuumkammer evakuiert. Zur Evakuierung der Vakuumkammer
wird vorzugsweise eine ölfreie
Evakuierungseinheit verwendet, da Öl die Eigenschaften der Einheit
beeinträchtigt.
Beispiele für
diese Evakuierungseinheiten schließen Sorptionspumpen und Ionenpumpen
ein.
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Es
ist vorzuziehen, dass der Partialdruck des organischen Bestandteils
in der Vakuumkammer 1,7 × 10–6 Pa
(1,3 × 10–8 Torr)
oder weniger und besser noch 1 × 10–8 Pa
(1 × 10–10 Torr)
oder weniger beträgt, damit
sich der Kohlenstoff und/oder das kohlenstoffhaltige Material in
diesem Schritt nicht weiter abscheidet. Es ist vorzuziehen, dass
die Vakuumkammer während
des Evakuierungsschritts erhitzt wird, so dass die in der Innenwand
der Vakuumkammer und der Elektronenemissionseinheit adsorbierten
organischen Moleküle
leicht entfernt und evakuiert werden können. Das Erhitzen erfolgt
vorzugsweise fünf Stunden
lang oder länger
bei einer Temperatur von 80°C
bis 200°C.
Die Heizbedingungen können
jedoch ohne Einschränkung
abhängig
von der Größe und Form
der Vakuumkammer und dem Aufbau der Elektronenemissionseinheit geändert werden.
Der Druck in der Vakuumkammer muss soweit wie möglich verringert werden und
beträgt
vorzugsweise 1-4 × 10–5 Pa
(1-3 × 10–7 Torr)
oder weniger und besser noch 1 × 10–6 Pa
(1 × 10–8 Torr)
oder weniger.
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Es
ist vorzuziehen, dass im Steuerungsmodus der Elektronenemissionseinheit
die Atmosphäre im
Stabilisierungsschritt beibehalten wird. Ausreichend stabile Eigenschaften
lassen sich jedoch nur solange erreichen, wie die organischen Bestandteile auch
dann ausreichend entfernt sind, wenn der Vakuumgrad etwas kleiner
wird. Dadurch können
der Einheitenstrom If und der Emissionsstrom Ie stabilisiert werden.
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Die
grundsätzlichen
Eigenschaften der Elektronenemissionseinheit werden nun unter Bezugnahme
auf die 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt schematisch
eine Vakuumeinheit, die auch als Messeinheit fungiert. Teile mit
der gleichen Funktionsweise wie in 1 sind
mit den gleichen Ziffern bezeichnet. In 5 hat die
Vakuumeinheit eine Vakuumkammer 55 und eine Vakuumpumpe 56.
In der Vakuumkammer 55 befindet sich eine Elektronenemissionseinheit.
Die Vakuumeinheit hat außerdem
eine elektrische Spannungsquelle zum Anlegen einer Einheitenspannung
Vf an die Elektronenemissionseinheit und ein Amperemeter 50 zum
Erfassen eines zwischen Elektroden 2 und 3 in
einem leitenden Dünnfilm 4 fließenden Einheitenstroms
If sowie eine Anode 54 zum Sammeln eines Emissionsstroms
Ie vom Elektronenemissionsabschnitt 5. Auf die Anode 54 wird über eine
elektrische Hochspannungsquelle 53 eine Spannung aufgebracht.
Ein Amperemeter 52 erfasst den Emissionsstrom Ie vom Elektronenemissionsabschnitt 5.
Die Messung erfolgt zum Beispiel bei einer Anodenspannung von 1
kV bis 10 kV, wobei der Abstand H zwischen der Anode und der Elektronenemissionseinheit
2 bis 8 mm beträgt.
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Die
Vakuumkammer 55 ist mit einer (nicht in der Zeichnung gezeigten)
Vakuumanzeige und mit den erforderlichen Instrumenten für die Messung
versehen. Die Vakuumpumpe 55 hat einen (nicht in der Zeichnung
gezeigten) Gaseinlassabschnitt, um die Atmosphäre in der Vakuumkammer zu steuern.
Die Vakuumeinheit kann durch eine (nicht in der Zeichnung gezeigte)
Heizung auf 200°C
erhitzt werden. Die Vakuumeinheit ist daher dazu in der Lage, die Schritte
von der Erregungsformierbehandlung an durchzuführen.
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6 zeigt
schematisch als Grafik den Zusammenhang zwischen dem Emissionsstrom
Ie oder Einheitenstrom If und der Einheitenspannung Vf, die von
der Vakuumeinheit gemessen werden. Da der Emissionsstrom Ie deutlich
kleiner als der Einheitenstrom If ist, sind diese Spannungen in 6 als
beliebige Einheiten ausgedrückt.
Auf der vertikalen und horizontalen Achse sind lineare Maßstäbe angegeben.
Wie in 6 gezeigt ist, hat die Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
bezüglich
des Emissionsstroms Ie die folgenden drei Eigenschaften.
- (1) Der Emissionsstrom Ie steigt bei einer
angelegten Spannung von mehr als einer Schwellenspannung Vth (siehe 6)
steil an, während
sich bei einer Einheitenspannung, die niedriger als die Schwellenspannung
Vth ist, im Großen
und Ganzen kein Emissionsstrom Ie erfassen lässt. Die Einheit entspricht
somit einer nicht-linearen Bauart mit einer eindeutigen Schwellenspannung
Vth bezüglich
des Emissionsstroms Ie.
- (2) Da der Emissionsstrom Ie mit zunehmender Einheitenspannung
Vf einen monotonen Anstieg zeigt, kann die Einheitenspannung Vf
den Emissionsstrom Ie steuern.
- (3) Die in der Anode 54 gesammelte Ladungsmenge ändert sich
mit der Anlegezeit der Einheitenspannung Vf. Mit anderen Worten
steuert die Anlegezeit der Einheitenspannung Vf die in der Anode 54 gesammelten
Ladungen.
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Wie
oben beschrieben wurde, können
die Elektronenemissionseigenschaften bei der erfindungsgemäßen Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
leicht im Ansprechen auf das Eingangssignal gesteuert werden. Solche
Eigenschaften erlauben die Anwendung der Einheit auf verschiedenen Gebieten,
zum Beispiel als Elektronenquelle und als Bilderzeugungsgerät mit einer
Anordnung aus einer Vielzahl von Elektronenemissionseinheiten.
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6 zeigt
einen monotonen Anstieg des Einheitenstroms If bezüglich der
Einheitenspannung Vf (nachstehend als MI-Eigenschaft bezeichnet).
Einige Einheiten haben spannungsgesteuerte negative Widerstandseigenschaften
(nachstehend als VCNR-Eigenschaft bezeichnet), doch ist dies nicht
in den Zeichnungen gezeigt. Die Eigenschaften der Einheit lassen
sich durch Steuerung der obengenannten Schritte festlegen.
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Es
werden nun Anwendungsmöglichkeiten der
Elektronenemissionseinheit beschrieben. Wie oben beschrieben wurde,
können
durch Anordnen einer Vielzahl von Oberflächen leiter-Elektronenemissionseinheiten
eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät hergestellt werden.
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Die
Elektronenemissionseinheiten können verschiedene
Arten von Anordnungen haben. Bei einer Kettenanordnung werden zum
Beispiel mehrere Zeilen von Elektronenemissionseinheiten in der
Zeilenrichtung angeordnet und befinden sich auf den Elektronenemissionseinheiten
in einer zu der Zeile senkrechten Richtung (oder Reihe) Steuerungselektroden
oder -gitter zum Steuern der Elektronen von diesen Elektronenemissionseinheiten.
Bei einer einfachen Matrixanordnung werden Elektronenemissionseinheiten
in X- und Y-Richtung in einer Matrix angeordnet, wobei eine der
Elektroden jeder Elektronenemissionseinheit mit einer Sammelleitung
in der X-Richtung
verbunden wird und die andere Elektrode jeder Elektronenemissionseinheit
mit einer Sammelleitung in der Y-Richtung verbunden wird.
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Der
einfache Matrixaufbau wird nun ausführlicher beschrieben. Die Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
hat die oben angegebenen drei Eigenschaften. Das heißt, dass
die von der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
abgegebenen Elektronen bei einer höheren Spannung als der Schwellenspannung
durch die Höhe
und Breite der Impulsspannung gesteuert werden können, während bei einer geringeren
Spannung als der Schwellenspannung im Großen und Ganzen keine Elektronen abgegeben
werden. Sind viele Elektronenemissionseinheiten angeordnet, kann
eine an jede Einheit angelegte Impulsspannung die von der Einheit
abgegebenen Elektronen steuern.
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Auf
Grundlage dieses Prinzips wird nun unter Bezugnahme auf 7 ein
Substrat für
eine Elektronenquelle (oder ein Elektronenquellensubstrat) mit einer
Anordnung aus einer Vielzahl von Elektronenemissionseinheiten beschrieben.
X-Achsen-Anschlussleitungen 72, die die Leitungen DX1,
DX2, ..., DXm (wobei m eine positive Ganzzahl ist) einschließen, bestehen
aus einem leitenden Material wie einem Metall und werden auf einem
Elektronenquellensubstrat 71 durch Vakuumabscheidung, Aufdrucken
oder Sputtern ausgebildet. Das Material, die Dicke und die Breite
der Anschlussleitungen können abhängig vom
Zweck geeignet festgelegt werden. Außerdem werden wie bei den X-Achsen-Anschlussleitungen 72 Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 ausgebildet,
die die Leitungen DY1, DY2, ..., DYn (wobei n eine positive Ganzzahl
ist) einschließen.
Die X-Achsen-Anschlussleitungen 72 sind durch eine (nicht
in der Zeichnung gezeigte) dazwischen vorgesehene Isolationszwischenschicht
von den Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 elektrisch isoliert.
Die Isolationszwischenschicht besteht aus beispielsweise SiO2 und wird auf einem Teil oder dem gesamten Elektronenquellensubstrat 71 durch
Vakuumabscheidung, Aufdrucken oder Sputtern ausgebildet. Das Material
und das Verfahren sowie die Form und Dicke der Isolationszwischenschicht
werden so festgelegt, dass die Isolationszwischenschicht Haltbarkeit
gegenüber
einer Potenzialdifferenz zwischen den X-Achsen-Anschlussleitungen 72 und
den Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 hat. Ein Ende jeder X-Achsen-Anschlussleitung 72 und
ein Ende jeder Y-Achsen-Anschlussleitung 73 werden als
Außenanschlüsse herausgezogen.
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Jede
Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit 74 in
einer Matrix (m×n)
wird über
ein (nicht in der Zeichnung gezeigtes) Paar Elektroden an den beiden
Enden der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
und eine aus einem leitenden Metall oder dergleichen bestehende Anschlussleitung 75 mit
der entsprechenden X-Achsen-Anschlussleitung 72 und
der entsprechenden Y-Achsen-Anschlussleitung 73 verbunden.
Die Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit 74 kann
einer horizontalen Bauart oder einer vertikalen Bauart entsprechen.
Die Leitungen 72, 73 und 75 und die Elektroden
können
aus teilweise oder im Großen
und Ganzen dem gleichen leitenden Material oder aus verschiedenen
leitenden Materialien bestehen.
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Die
X-Achsen-Anschlussleitungen 72 werden mit einer (nicht
in der Zeichnung gezeigten) Abtastsignalanlegeeinrichtung verbunden.
Die Abtastsignalanlegeeinrichtung legt Abtastsignale zur Auswahl
von Zeilen der in der X-Richtung
angeordneten Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten 74 an.
Die Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 werden mit einer (nicht
in der Zeichnung gezeigten) Modulationssignalanlegeeinrichtung verbunden.
Die Modulationssignalanlegeeinrichtung legt im Ansprechen an die
Eingangssignale Modulationssignale an die Reihen der in der Y-Richtung
angeordneten Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten 74 an.
Die an jede Elektronenemissionseinheit angelegte Steuerspannung
entspricht einer Potenzialdifferenz zwischen dem an die Einheit
angelegten Abtastsignal und dem Modulationssignal.
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Bei
diesem Aufbau kann ein einfaches Matrixverdrahtungssystem eigenständig einzelne
Elektronenemissionseinheiten ansteuern. Es wird nun unter Bezugnahme
auf die 8A, 8B, 9A, 9B und 10 ein
Bilderzeugungsgerät
beschrieben, das eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung
verwendet.
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8A zeigt
schematisch eine isometrische Darstellung eines Anzeigefelds eines
Bilderzeugungsgeräts
und 8B einen Schnitt entlang der Linie IX-IX von 8A.
In 8A bezeichnet die Ziffer 81 ein Elektronenquellensubstrat
in Form einer Rückplatte,
die mit einer Matrix aus wie in 1 gezeigten
Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten 74 versehen
ist, und bezeichnen die Ziffern 72 und 73 jeweils
eine X-Achsen-Anschlussleitung und eine Y-Achsen-Anschlussleitung,
die mit einem Paar Elektroden in jeder Elektronenemissionseinheit
verbunden sind. Die Ziffer 86 bezeichnet eine Frontplatte,
bei der auf der Innenfläche
eines Glassubstrats 83 ein fluoreszierender Film 84 und
eine Metallrückenschicht 85 ausgebildet
sind. Die Ziffer 82 bezeichnet einen Rahmen, der mit der
Rückplatte 81 und
der Frontplatte 86 verbunden ist. Die Ziffer 89 bezeichnet einen
Abstandhalter dar, der in dem Anzeigebereich vorgesehen ist, um
die Festigkeit des Elektronenquellensubstrats 81 zu stärken. Die
Anzahl und Form der Abstandhalter 89 können geeignet festgelegt werden.
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Wie
in 8B gezeigt ist, sind die Rückplatte 81, die Frontplatte 86,
der Rahmen 82, der Abstandhalter 89 und andere
Einheiten wie ein (nicht in der Zeichnung gezeigtes) Auslassrohr
mit Frittenglas 80 und 90 verbunden. In diesen
Zeichnungen fungiert die Rückplatte 81 zwar
als das Elektronenquellensubstrat, doch kann zusätzlich zu der Rückplatte 81 auch
ein Elektronenquellensubstrat vorgesehen werden. Der Abstandhalter 89 im
Anzeigebereich kann weggelassen werden, wenn die Baugruppe ausreichende
Festigkeit hat.
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Es
wird nun die Montage des Bilderzeugungsgeräts beschrieben. Zunächst wird
an vorbestimmten Positionen zur Verbindung der obengenannten Einheiten
eine Fritten verbindung aufgebracht (erster Schritt). Die Frittenverbindung
besteht aus Frittenglas und einer Trägersubstanz. Das Frittenglas
ist pulverförmig
und besteht aus einem Hauptbestandteil wie PbO, PbO-B2O3 oder PbO-ZnO-B2O3 und einem Füllstoff wie SnO2.
Das Frittenglas kann ein kristallines Frittenglas oder ein Kompositgemisch
aus einem kristallinen Frittenglas und einem amorphen Frittenglas
sein.
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Die
Trägersubstanz
besteht aus mindestens einem Bestandteil. Bestandteile, die Frittenglas
dispergieren und die Form des Frittenglases bis zum Erweichungspunkt
bewahren können,
werden Bindemittel (organische Bindemittel) genannt. Beispiele für solche
Bindemittel sind Nitrozellulose, Ethylzellulose und Polyisobutylmethacrylat.
Die Trägersubstanz kann
ein Lösungsmittel
zum Dispergieren des Frittenglases und zum Lösen des Bindemittels enthalten.
Beispiele für
diese Lösungsmittel
sind Amylacetat, Terpineol und andere flüchtige Alkohol- und Etherlösungsmittel.
Die Frittenverbindung kann mit einem Spender oder durch Aufsprühen oder
Aufdrucken aufgebracht werden.
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Im
zweiten Schritt werden aus der aufgebrachten Frittenverbindung andere
Bestandteile als das Frittenglas entfernt. Dieser Schritt wird Kalzinierungsschritt
genannt. Der Kalzinierungsschritt erfolgt bei einer Temperatur,
die niedriger als der Erweichungspunkt des Frittenglases und höher als
die Pyrolysetemperatur der Trägersubstanz
oder des Bindemittels ist. Vor dem Kalzinierungsschritt kann ein Trocknungsschritt
eingefügt
werden, um gezielt oder teilweise das Lösungsmittel zu entfernen.
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Der
dritte Schritt ist ein Abdichtungsschritt, in dem die maßgeblichen
Einheiten mit dem Frittenglas untereinander verbunden werden. Die
Abdichtungstemperatur wird so festgelegt, dass das Frittenglas ein
ausreichendes, für
die Verbindung erforderliches Fließvermögen hat. Die maßgeblichen
Einheiten werden im Abdichtungsschritt positioniert und dann verbunden.
Der Kalzinierungsschritt und der Abdichtungsschritt können gleichzeitig
erfolgen.
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Der
zweite Schritt oder Kalzinierungsschritt erfolgt so, dass der leitende
Dünnfilm
des Elektronenquellensubstrats keiner Gasentwicklung ausgesetzt
wird. Daher wird die Frittenverbindung im ersten Schritt in einigen
Fällen
anstelle auf das Elektronenquellensubstrat auf die mit dem Elektronenquellensubstrat
verbundenen Einheiten wie die Frontplatte, den Rahmen und den Abstandhalter
aufgebracht, gefolgt von Kalzinierungen.
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Wenn
die Frittenverbindung im ersten Schritt auf das Elektronenquellensubstrat
aufgebracht wird, wird der leitende Dünnfilm nach dem zweiten Schritt erzeugt.
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Die 9A und 9B zeigen
schematisch fluoreszierende Filme. Ein monochromer fluoreszierender
Film braucht nur eine fluoreszierende Substanz 92 enthalten.
Ein farbiger fluoreszierender Film kann abhängig von der Anordnung der
fluoreszierenden Substanzen leitende schwarze Streifen 91 (in 9A)
oder eine leitende schwarze Matrix 91 (in 9B)
und die fluoreszierenden Substanzen 92 enthalten. Die schwarzen
Streifen oder die Matrix verhindern eine Vermischung zwischen den
benachbarten fluoreszierenden Substanzen 92, die den drei Primärfarben
entsprechen, und eine Verringerung des Kontrasts aufgrund einer
Reflektion von Außenlicht
durch den fluoreszierenden Film. Das Material für die schwarzen Streifen oder die
Matrix enthält
als Hauptbestandteil Grafit oder einen Bestandteil mit geringer
Lichtdurchlässigkeit
und geringem Reflektionsvermögen.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf 8A ergibt,
kann die monochrome oder farbige fluoreszierende Substanz durch
Ausscheidung oder Aufdrucken auf einem Glassubstrat 83 aufgebracht
werden, um einen fluoreszierenden Film 84 zu bilden. Auf
der Innenfläche
des fluoreszierenden Films 84 wird im Allgemeinen eine
Metallrückenschicht 85 vorgesehen.
Die Metallrückenschicht 85 reflektiert
von der fluoreszierenden Substanz abgegebenes Licht wie ein Spiegel
zur Frontplatte 86 hin und verbessert daher die Leuchtkraft.
Außerdem
fungiert die Metallrückenschicht 85 als
eine Elektrode zum Aufbringen einer Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung
und schützt
die fluoreszierende Substanz vor einer Beschädigung durch die Kollision
von in der Baugruppe auftretenden negativen Ionen. Die Metallrückenschicht 85 wird
im Allgemeinen nach einer (allgemein „Filmbildung" genannten) Glättungsbehandlung
der Innenfläche
des fluoreszierenden Films 84 auf der Innenfläche durch
Vakuumabscheidung aufgebracht.
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Die
Frontplatte 86 kann an der Außenfläche des fluoreszierenden Films 84 mit
einer (nicht in der Zeichnung gezeigten) transparenten Elektrode
versehen sein, um die Leitfähigkeit
des fluoreszierenden Films 84 zu steigern.
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In
einem Farbsystem müssen
die fluoreszierenden Substanzen und die Elektronenemissionseinheiten
vor dem Abdichten präzise
ausgerichtet werden.
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Das
in den 8A und 8B gezeigte
Bilderzeugungsgerät
wird wie folgt hergestellt. Die die Frontplatte 86, die
Rückplatte 81 und
den Rahmen 82 umfassende Baugruppe wird erhitzt und durch
ein (nicht in den Zeichnungen gezeigtes) an der Baugruppe angebrachtes
Evakuierungsrohr hindurch durch ein ölfreies Evakuierungssystem
wie eine Ionenpumpe oder eine Sorptionspumpe auf eine Atmosphäre mit einem
Vakuumdruck von 10–5 Pa (10–7 Torr)
evakuiert, die im Wesentlichen keine organischen Substanzen enthält. Die
Baugruppe wird dann abgedichtet und falls nötig einer Getter-Behandlung unterzogen.
Bei der Getter-Behandlung wird ein (nicht in den Zeichnungen gezeigter)
in der Baugruppe an einer bestimmten Position vorgesehener Getter
unmittelbar vor oder nach dem Abdichten der Baugruppe erhitzt, um
durch Verdampfung einen Film abzuscheiden. Der Getter besteht im
Allgemeinen aus Barium, wobei der Film Absorptionswirkungen hat,
so dass die Baugruppe bei einem Vakuumdruck in einem Bereich von
1 × 10–3 bis
1 × 10–5 Pa
(1 × 10–5 bis
1 × 10–7 Torr)
gehalten wird. Es können
geeignet auf die Formierungsbehandlung der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
folgende Schritte vorgesehen werden.
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10 zeigt
ein Blockdiagramm eines Schaltkreises für einen auf Basis von NTSC-Signalen arbeitenden
Fernsehbildschirm mit einem Anzeigefeld, das eine Elektronenquelle
mit einfachem Matrixaufbau enthält.
Das Schaltdiagramm umfasst ein Anzeigefeld 101, eine Abtastschaltung 102,
eine Steuerungsschaltung 103, ein Schieberegister 104,
einen Zeilenspeicher 105, eine Synchrontrennungsschaltung 106,
einen Modulationssignalgenerator 107 und Gleichspannungsquellen
Vx und Va.
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Das
Anzeigefeld 101 ist über
Anschlüsse Dox1
bis Doxm und Doy1 bis Doyn und einen Hochspannungsanschluss Hv mit
einer externen elektrischen Schaltung verbunden. An die Anschlüsse Dox1
bis Doxm werden Abtastsignale angelegt, um die im Anzeigefeld befindliche
Elektronenquelle zu steuern, d.h. um nacheinander jede (N Einheiten
enthaltende) Zeile einer Matrix (M×N) aus Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
anzusteuern. An die Anschlüsse
Doy1 bis Doyn werden Modulationssignale angelegt, um die Intensität der Elektronenstrahlausgabe
jeder Elektronenemissionseinheit zu steuern. An den Hochspannungsanschluss
Hv wird über
die Gleichspannungsquelle Va eine Gleichspannung von beispielsweise
10 kV angelegt. Die Gleichspannung entspricht einer Beschleunigungsspannung,
die die von den Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
abgegebenen Elektronenstrahlen auf ein Niveau beschleunigt, das
die fluoreszierende Substanz anregen kann.
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Die
Abtastschaltung 102 enthält, wie schematisch in der
Zeichnung gezeigt ist, M Schaltelemente S1 bis Sm. Jedes Schaltelement
wählt entweder
eine Ausgangsspannung von der Gleichspannungsquelle Vx oder Massepotenzial
(0 Volt) und ist mit jedem der Anschlüsse Dox1 bis Doxm im Anzeigefeld 101 verbunden.
Die Schaltelemente S1 bis Sm arbeiten auf Basis von Steuerungssignalen
Tscan, die von der Steuerungsschaltung 103 ausgegeben werden.
Jedes Schaltelement umfasst zum Beispiel einen FET. Die Gleichspannungsquelle
Vx gibt eine konstante Spannung aus, die so bemessen ist, dass die
an die nicht abgetasteten Einheiten angelegte Steuerspannung auf
Basis der Eigenschaften der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
kleiner als die Schwellenspannung für die Elektronenemission ist.
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Die
Steuerungsschaltung 103 steuert die Paarung einzelner Einheiten,
so dass beruhend auf Bildsignalen von außen eine gewünschte Anzeige
erreicht wird. Die Steuerungsschaltung 103 erzeugt im Ansprechen
auf von der Synchrontrennungsschaltung 106 zugesandte Synchronsignale
Tsync Steuerungssignale Tscan, Tsft und Tmry. Die Synchrontrennungsschaltung 106 trennt
die NTSC-Fernsehsignale von außen
in Synchronsignalkomponenten und Helligkeitssignalkomponenten und
umfasst eine typische Frequenztrennungsschaltung (Filter). Die Synchronsignalkomponenten
beinhalten vertikale Synchronsignale und horizontale Synchronsignale und
sind mit „Tsync" bezeichnet.
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Die
Helligkeitssignalkomponenten sind mit „DATA" bezeichnet. Die DATA-Signale gehen
in das Schieberegister 104 ein.
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Das
Schieberegister 104 führt
entsprechend jeder Bildzeile eine Seriell/Parallel-Umwandlung der in
zeitlicher Abfolge eingegebenen DATA-Signale durch und arbeitet
im Ansprechen auf das Steuerungssignal Tsft von der Steuerungsschaltung 103. Mit
anderen Worten fungiert das Steuerungssignal Tsft als Verschiebetakt
für das
Schieberegister 104. Die der Seriell/Parallel-Umwandlung
unterzogenen Daten, die einer Bildzeile entsprechen, werden vom Schieberegister 104 als
N parallele Signale Id1 bis Idn ausgegeben, um N Elektronenemissionseinheiten
anzusteuern.
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Der
Zeilenspeicher 105 speichert unter der Steuerung des von
der Steuerungsschaltung 103 gesandten Steuerungssignals
Tmry vorübergehend
N Daten Id1 bis Idn, die der einen Bildzeile entsprechen. Die gespeicherten
Daten werden als Id'1
bis Id'n an den
Modulationssignalgenerator 107 abgegeben.
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Der
Modulationssignalgenerator 107 erzeugt im Ansprechen auf
die Bilddaten Id'1
bis Id'n Ausgangssignale
zur Ansteuerung der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten,
wobei die Ausgangssignale über
die Anschlüsse Doy1
bis Doyn an die Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten im
Anzeigefeld 101 angelegt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, hat die Elektronenemissionseinheit bezüglich des
Emissionsstroms Ie die folgenden grundlegenden Eigenschaften. Wenn
an die Einheit eine höhere
Spannung als die Schwellenspannung Vth angelegt wird, kommt es zu
einer Elektronenemission, wobei sich der Emissionsstrom, d.h. die
Intensität
der Elektronenstrahlen, mit höheren
Spannungen als der Schwellenspannung Vth ändert. Bei einer geringeren
Spannung als der Schwellenspannung Vth kommt es zu keiner Elektronenemission.
Wenn eine höhere
Impulsspannung als die Schwellenspannung Vth angelegt wird, wird
die Intensität
der abgegebenen Elektronenspannung durch die Impulshöhe Vm gesteuert.
Außerdem wird
die Gesamtmenge der Elektronenstrahlen durch die Impulsbreite Pw
gesteuert.
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Beispiele
von Modulationssystemen für
auf Eingangssignale reagierende Elektronenemissionseinheiten sind
ein Spannungsmodulationssystem und ein Pulsbreitenmodulationssystem.
Das Spannungsmodulationssystem verwendet einen Modulationssignalgenerator 107,
der eine Spannungsmodulationsschaltung enthält, die im Ansprechen auf die eingegebenen
Daten bei einer vorbestimmten Länge die
Höhe des
Spannungsimpulses moduliert. Das Impulsbreitenmodulationssystem
verwendet einen Modulationssignalgenerator 107, der eine
Impulsbreitenmodulationsschaltung enthält, die im Ansprechen auf die
eingegebenen Daten bei einer vorbestimmten Höhe die Breite des Spannungsimpulses
moduliert.
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Das
Schieberegister 104 und der Zeilenspeicher 105 können von
einer Digitalsignalbauart oder einer Analogsignalbauart sein, solange
die Seriell/Parallel-Umwandlung der Bildsignale innerhalb einer
vorbestimmten Zeit erfolgt. Wenn ein Schieberegister 104 und
ein Zeilenspeicher 105 der Digitalsignalbauart verwendet
werden, muss das Ausgangssignal DATA von der Synchrontrennungsschaltung 106 unter
Verwendung eines A/D-Wandlers digitalisiert werden, der im Ausgabeabschnitt
der Synchrontrennungsschaltung 106 vorgesehen ist. Die
Schaltung im Modulationssignalgenerator 107 ist für Digitalsignale
und Analogsignale von dem Zeilenspeicher 105 verschieden.
Bei einem Spannungsmodulationssystem durch Digitalsignale enthält der Modulationssignalgenerator 107 zum
Beispiel eine D/A-Wandlerschaltung und falls notwendig eine Verstärkungsschaltung.
Bei einem Pulsbreitenmodulationssystem enthält der Modulationssignalgenerator 107 einen Hochgeschwindigkeitsoszillator,
einen Zähler
zum Zählen
der Wellenzahlausgabe vom Oszillator und einen Komparator zum Vergleichen
des Ausgangssignalwerts vom Zähler
mit dem Ausgangssignalwert vom Speicher. Der Modulationssignalgenerator 107 kann
einen Verstärker
zur Spannungsverstärkung der
pulsbreitenmodulierten Signale vom Komparator auf eine Ansteuerungsspannung
der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit
enthalten.
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Beim
Spannungsmodulationssystem durch Analogsignale enthält der Modulationssignalgenerator 107 einen
Operationsverstärker
und falls notwendig eine Pegelverschiebungsschaltung. Beim Impulsbreitenmodulationssystem
enthält
der Modulationssignalgenerator 107 einen spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) und falls notwendig einen Verstärker zur Spannungsverstärkung der
pulsbreitenmodulierten Signale auf eine Ansteuerungsspannung der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheit.
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In
einem solchen Bilderzeugungsgerät
gibt jede Elektronenemissionseinheit im Ansprechen auf die über die Außenanschlüsse Dox1
bis Doxm und Doy1 bis Doyn an die Einheit angelegte Spannung Elektronenstrahlen
aus. Die Elektronenstrahlen werden durch eine Hochspannung beschleunigt,
die über
den Hochspannungsanschluss Hv an die Metallrückenschicht 85 oder
eine (nicht in der Zeichnung gezeigte) transparente Elektrode angelegt
wird. Die beschleunigten Elektronenstrahlen treffen auf den fluoreszierenden
Film 84, um ein Fluoreszenzbild zu erzeugen.
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Innerhalb
des technischen Konzepts der Erfindung ist eine Reihe von Abwandlungen
des Aufbaus des Bilderzeugungsgeräts möglich. So kann das Eingangssignal
zum Beispiel einem PAL-System, einem SECAM-System oder einem hochauflösenden TV-System
wie einem MUSE-System mit einer größeren Anzahl an Abtastzeilen
entsprechen.
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Als
nächstes
werden unter Bezugnahme auf die 11 und 12 eine
kettenartige Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät beschrieben. 11 zeigt
schematisch eine kettenartige Elektronenquelle. Die Elektronenquelle
enthält
ein Elektronenquellensubstrat 110 und auf dem Elektronenquellensubstrat 110 angeordnete
Elektronenemissionseinheiten 111, mit denen Sammelanschlussleitungen Dx1
bis Dx10 verbunden sind. Die Elektronenemissionseinheiten 110 sind
in horizontaler (X-Achsen-) Richtung in Reihe angeordnet, um eine
Vielzahl von Einheitenzeilen (in der Zeichnung fünf) zu bilden. Die Elektronenquelle
umfasst somit eine Vielzahl horizontaler Einheitenzeilen. Jede Einheitenzeile
wird eigenständig
von einer Steuerspannung angesteuert, die an die beiden mit der
Einheitenzeile verbundenen Sammelanschlussleitungen angelegt wird.
Mit anderen Worten wird an die Zeilen, die eine Emission von Elektronenstrahlen
gestatten, eine höhere
Spannung als die Schwellenspannung zur Elektronenemission angelegt,
während
an die anderen Zeilen, die keine Emission von Elektronenstrahlen
gestatten, eine niedrigere Spannung als die Schwellenspannung angelegt
wird. Unter den zwischen den Einheitenzeilen liegenden Sammelanschlussleitungen
Dx2 bis Dx9 können
zum Beispiel die Anschlussleitungen Dx2 und Dx3 durch eine gemeinsame
Anschlussleitung ersetzt werden.
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12 zeigt
schematisch ein Feld eines mit der kettenförmigen Elektronenquelle versehenen
Bilderzeugungsgeräts,
wobei die Ziffer 120 Gitterelektroden bezeichnet und die
Ziffer 121 Öffnungen
bezeichnet, die den Durchgang von Elektronen erlauben. Teile mit
der gleichen Funktionsweise wie in 11 sind
mit den gleichen Ziffern bezeichnet, weswegen eine ausführliche
Beschreibung von ihnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verzichtet
wurde. Das in 12 gezeigte Bilderzeugungsgerät unterscheidet
sich von dem in 8 gezeigten Bilderzeugungsgerät mit einfacher
Matrix im Wesentlichen dadurch, dass es zwischen dem Elektronenquellensubstrat 110 und
der Frontplatte 86 die Gitterelektroden 120 aufweist.
Die Gitterelektroden 120 modulieren die von den Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
abgegebenen Elektronenstrahlen. Jede Gitterelektrode 120 hat
kreisförmige Öffnungen 121. Die
Anzahl der Öffnungen 121 ist
gleich der Anzahl an Einheiten. Durch die Öffnungen 121 laufen
Elektronenstrahlen zu Streifenelektroden hin, die senkrecht zu den
kettenförmigen
Einheitenzeilen angeordnet sind. Die Form und Position der Gitter
ist nicht auf das beschränkt,
was in 12 gezeigt ist. Die Gitter können zum
Beispiel auch einem Maschennetz mit mehreren Öffnungen oder Durchgängen entsprechen.
Die Gitter können
an den Rändern
oder in der Nähe
der Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
angeordnet sein.
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Die
Außenanschlüsse sind
mit einem (nicht in der Zeichnung gezeigten) Steuerkreis verbunden. In
dem Bilderzeugungsgerät
wird jede Einheitenzeile reihenweise angesteuert oder abgetastet,
während synchron
dazu auf die entsprechenden Gitterelektrodenreihen Modulationssignale
aufgebracht werden, die einer Bildzeile entsprechen. Die fluoreszierende Substanz
wird mit den abgegebenen Elektronenstrahlen bestrahlt, so dass es
zu Fluoreszenz mit verschiedenen, einer Bildzeile entsprechenden
Helligkeiten kommt.
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Das
Bilderzeugungsgerät
kann bei Anzeigevorrichtungen zur Fernsehübertragung, zur Fernsehkonferenz
und für
Computersysteme und bei mit lichtempfindlichen Trommeln versehenen
optischen Druckern Anwendung finden.
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BEISPIELE
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Unter
Bezugnahme auf die folgenden Beispiele werden nun ausführlich Hintergrundbeispiele, Vergleichsbeispiele
und spezielle Beispiele der Erfindung beschrieben.
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Beispiel 1
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Zunächst wird
unter Bezugnahme auf die 1A, 1B, 3A bis 3C, 8A, 8B und 13A bis 13C als
Hintergrundbeispiel Beispiel 1 beschrieben. Im Beispiel 1 wird die Frittenverbindung
nicht auf die Rückplatte
(Elektronenquellensubstrat) aufgebracht.
-
Wie
sich unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 8A ergibt,
wurde in den folgenden Schritten 1 bis 5 ein Elektronenquellensubstrat 81 hergestellt,
das mit einer Matrix aus Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten 74 versehen
war.
-
Schritt
1) Wie sich unter Bezugnahme auf die 1A und 1B ergibt,
wurde ein blaues Flachglassubstrat 1 gereinigt.
-
Schritt
2) Auf dem Glassubstrat 1 wurde durch Dickfilm-Siebdruck eine Vielzahl
von Elektrodengruppen mit jeweils einem Paar Elektroden 2 und 3 ausgebildet,
um eine Matrix der Elektrodengruppen zu bilden. Die verwendete Dickfilmpaste
war eine MOD-Paste (DU-2120, hergestellt von Noritake Co., Ltd.)
und enthielt als Metallbestandteil Gold. Das Substrat wurde 20 Minuten
lang bei 100°C
getrocknet und dann ungefähr
8 Minuten lang bei 580°C
gebrannt. Die Dicke der Elektroden betrug nach dem Brennen 0,3 μm. Der Abstand
zwischen den Elektroden 2 und 3 betrug 50 μm.
-
Schritt
3) Wie sich unter Bezugnahme auf 8A ergibt,
wurden auf dem Substrat 81 (entspricht dem Substrat 1 in
den 1A und 1B) durch
Dickfilm-Siebdruck unter Verwendung einer von Noritake Co., Ltd.
hergestellten Paste NP-4028A, die als Metallbestandteil Silber enthielt, Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 ausgebildet.
Das Substrat 81 wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in Schritt 2 gebrannt. Jede Y-Achsen-Anschlussleitung 73 wurde
mit den Elektroden 2 (1A und 1B)
in der entsprechenden Reihe verbunden.
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Schritt
4) Zwischen den Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 und den
X-Achsen-Anschlussleitungen 72, die im folgenden Schritt 5 ausgebildet wurden,
wurde durch Dickfilm-Siebdruck
unter Verwendung einer Paste, die ein Gemisch aus PbO als Hauptbestandteil
und einem Glasbindemittel enthielt, unter den gleichen Brennbedingungen
wie im Schritt 2 eine (nicht in den Zeichnungen gezeigte)
Isolationszwischenschicht ausgebildet. Die Isolationszwischenschicht
sorgt für
die elektrische Isolation zwischen der Anschlussleitung 73 und
der Anschlussleitung 72.
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Schritt
5) Die X-Achsen-Anschlussleitungen 72 wurden mit dem gleichen
Vorgang wie die Y-Achsen-Anschlussleitungen 73 ausgebildet.
Jede X-Achsen-Anschlussleitung 72 wurde mit den Elektroden 3 (1A und 1B)
in der entsprechenden Zeile verbunden.
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Als
nächstes
wurde im folgenden Schritt 6, wie unter Bezugnahme auf
die 1A und 1B hervorgeht, über jedem
Paar Elektroden 2 und 3 ein leitender Dünnfilm 4 ausgebildet.
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Schritt
6) Durch eine Maske mit 300 μm
großen
Viereckmustern wurde auf das Substrat eine organische Palladiumverbindung
(CCP4230, hergestellt von Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) aufgesprüht. Das
Substrat wurde eine Stunde lang bei 350°C gebrannt, um über den
Elektroden 2 und 3 einen leitenden PdO-Dünnfilm 4 auszubilden.
Der leitende Dünnfilm 4 hatte
eine Dicke von 15 nm, bestand aus Feinpartikeln mit einer Partikelgröße von ungefähr 7 nm
und hatte einen Flächenwiderstand von
5 × 104 Ω/Lage.
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In
den folgenden Schritten 7 bis 9 wurde in dem leitenden Dünnfilm 4 ein
Elektronenemissionsabschnitt ausgebildet.
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Schritt
7) Wie unter Bezugnahme auf 8A hervorgeht,
wurde das Substrat in einen Glasbehälter gesetzt und wurden die
X-Achsen-Anschlussleitungen Dx1 bis Dxm und die Y-Achsen-Anschlussleitungen
Dy1 bis Dym mit (nicht in der Zeichnung gezeigten) Außenanschlüssen verbunden.
Der Glasbehälter
wurde mit Hilfe einer Vakuumpumpe gründlich auf einen hohen Vakuumgrad
evakuiert. An jedes Elektrodenpaar wurde über die Außenanschlüsse eine vorbestimmte Abfolge
von dreieckigen Impulsspannungen angelegt, so dass der über den
Elektroden liegende leitende Dünnfilm 4 einer
Formierbehandlung unterzogen wurde. Die Impulsspannungen wurden
wie in 4B gezeigt allmählich erhöht. In der
Mitte des leitenden Dünnfilms 4 wurde
dadurch ein Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt.
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Schritt
8) Das mit dem Elektronenemissionsabschnitt 5 versehene
Substrat wurde einer Aktivierungsbehandlung unterzogen. In den Vakuumglasbehälter wurde
Aceton eingeleitet, bis der Druck ungefähr 1 × 10–3 Pa
(1 × 10–5 Torr)
betrug, während
jede Einheit eine Stunde lang angesteuert wurde. Auf jeder Einheit
wurde Kohlenstoff abgeschieden, weswegen der Einheitenstrom If und
der Emissionsstrom Ie zunahmen.
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Schritt
9) Die Glaskammer wurde auf einen Vakuumdruck von ungefähr 1 × 10–4 Pa
(1 × 10–6 Torr) evakuiert
und dann eine Stunde lang auf 150°C
erhitzt, um die Elektronenemissionsabschnitte 5 ohne weitere
Abscheidung von Kohlenstoff zu stabilisieren.
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Dadurch
wurde das in 8A gezeigte Elektronenquellensubstrat 81 gebildet.
Der Glasbehälter wurde
auf Atmosphärendruck
gebracht, um das Substrat zu entnehmen.
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Als
nächstes
wurde wie folgt eine wie in 8A gezeigte
Frontplatte 86 hergestellt. Auf einem Glassubstrat 83 wurden
schwarze Streifen ausgebildet, die als Hauptbestandteil Grafit enthielten, und
es wurden in den Zwischenräumen
zwischen den Streifen durch Schlämmbeschichtung
farbige fluoreszierende Substanzen aufgebracht, um einen fluoreszierenden
Film zu bilden. Die Innenfläche
des fluoreszierenden Films wurde einer (allgemein Filmbildung genannten)
Glättung
unterzogen, und auf die geglättete
Oberfläche
wurde dann durch Vakuumabscheidung Aluminium abgeschieden, um eine
Metallrückenlage 85 zu
bilden. In einigen Fällen
kann auf der Außenfläche eine
(nicht in der Zeichnung gezeigte) transparente Elektrode vorgesehen
werden, um die Leitfähigkeit
des fluoreszierenden Films zu steigern, doch wurde sie nicht in
diesem Beispiel ausgebildet, da die Metallrückenlage 85 eine ausreichend hohe
Leitfähigkeit
hatte.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C ergibt, wurde unter Verwendung des Elektronenquellensubstrats 81 und
der mit dem fluoreszierenden Film 84 und der Metallrückenlage 85 versehenen
Frontplatte 86 wie folgt ein Bilderzeugungsgerät hergestellt.
Das Elektronenquellensubstrat 81 wurde als Rückplatte
verwendet. Die Höhe
des Rahmens 82 betrug 4 mm.
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An
den Positionen zum Platzieren eines Abstandhalters 89 und
eines Rahmens 82 auf der Frontplatte 86 wurde
eine Frittenverbindung 131 aufgebracht. Als Frittenverbindung
wurde von Nippon Sheet Glass Co., Ltd. hergestelltes kristallines
Frittenglaspulver LS-7105 verwendet. Mit dem Frittenglaspulver wurde
Polyisobutylmethacrylat als Bindemittel und Terpineol als Lösungsmittel
gemischt, um der Glaspulverpaste eine gewünschte Viskosität zu verleihen.
Die Frittenverbindung 131 wurde mit Hilfe einer mit einem
Spender versehenen Abgabeeinheit so aufgebracht, dass der nächste Abstand
zwischen den Rahmen 82 und den Elektronenemissionseinheiten 74 auf
dem Elektronenquellensubstrat 81 30 nm betrug und der Abstand
zwischen dem Abstandhalter 89 und der Elektronenemissionseinheit 74 1
mm betrug.
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Nach
Ausrichtung des Abstandhalters 89 und des Rahmens 82 wurden
diese mit der Frontplatte 86 verbunden. Wie in 13A gezeigt ist, wurde die Frittenverbindung 132 auf
die anderen Enden des Abstandhalters 89 und des Rahmens 82 aufgebracht.
In der Atmosphäre
wurde 10 Minuten lang bei 390°C
eine Kalzinierung durchgeführt,
um die Trägersubstanz
durch Pyrolyse zu entfernen und das Frittenglas zu erweichen, so
dass das Frittenglas 133 und 134, wie in 13B gezeigt ist, etwas Fließvermögen hatte.
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Die
Frontplatte 86 mit dem Abstandhalter 89 und Rahmen 82 und
die Rückplatte 81 wurden
exakt ausgerichtet, damit jede farbige fluoreszierende Substanz
und die entsprechende Elektronenemissionseinheit an der gleichen
Stelle lagen. Das Frittenglas wurde in der Atmosphäre 20 Minuten
lang bei einer höheren
Temperatur als der Kalzinierungstemperatur gebrannt, und zwar bei
450°C, um
die Verbindungen, wie in 13C gezeigt
ist, sicher abzudichten.
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Die
sich ergebende Baugruppe mit der Frontplatte 86, dem Rahmen 82 und
der Rückplatte 81 wurde
durch eine Vakuumkammer über
ein (nicht in der Zeichnung gezeigtes) Auslassrohr evakuiert. Das Auslassrohr
wurde abgedichtet und die Baugruppe dann einer Getter-Behandlung
unterzogen, um ein hohes Vakuum zu wahren.
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Wie
sich unter Bezugnahme auf 8A ergibt,
wurden von einem (nicht in der Zeichnung gezeigten) Signalgenerator
jeweils über
die Außenanschlüsse Dx1
bis Dxm, Dy1 bis Dym an das sich ergebene Bilderzeugungsgerät Abtastsignale und
Modulationssignale angelegt und wurden die abgegebenen Elektronenstrahlen
durch eine Hochspannung von 4 kV beschleunigt, die über den
Hochspannungsanschluss Hv an die Metallrückenlage angelegt wurde. Die
beschleunigten Elektronenstrahlen trafen auf den fluoreszierenden
Film 84, um ein Fluoreszenzbild zu erzeugen.
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Das
Bilderzeugungsgerät
hat eine geringe Tiefe, da sich die Dicke des Anzeigefelds, das
mit der Elektronenstrahlquelle aus Oberflächenleiter-Elektronenemissionseinheiten
versehen ist, leicht erreichen lässt.
Darüber
hinaus hat das Anzeigefeld bei großer Fläche und hoher Leuchtkraft einen
großen Betrachtungswinkel.
Dementsprechend kann das Bilderzeugungsgerät Bilder mit hoher Sichtbarkeit
und dem Gefühl
anzeigen, einer Live-Performance beizuwohnen.
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Als
Vergleichsbeispiel 1 wurde wie folgt ein wie in den 15A bis 15C gezeigtes
Bilderzeugungsgerät
ausgebildet, wobei die Herstellung der Rückplatte und Frontplatte sowie
die Zusammensetzung und Erhitzungstemperatur des Frittenglases die gleichen
wie im Beispiel 1 waren.
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Die
Frittenverbindungen 131 und 132 wurden, wie in 15A gezeigt ist, auf sowohl die Rückplatte 81 als
auch die Frontplatte 86 aufgebracht und dann, wie in 15B gezeigt ist, einer Kalzinierung unterzogen.
Der Rahmen 82 und der Abstandhalter 89 wurden
an die Position 131 und 132 der Frittenverbindung
gesetzt (15B), wobei die Frontplatte 81,
der Abstandhalter 89, der Rahmen 82 und die Rückplatte 81 dann
wie im Beispiel 1 fixiert wurden (15C).
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In
den Kalzinierungsschritten von Beispiel 1 und auch Vergleichsbeispiel
1 wird die Trägersubstanz
in der Frittenverbindung zersetzt, so dass sich Gas entwickelt.
Die Temperatur der Gasentwicklung und die Art und das Volumen des
sich entwickelnden Gases hängen
von der Zusammensetzung und Menge der Trägersubstanz und der Atmosphäre ab. Im Beispiel
1 und Vergleichsbeispiel 1 entwickelte sich bei einer Temperatur
von bis 200°C
aufgrund der Verdampfung und/oder Pyrolyse von Terpineol als dem Lösungsmittel
Gas und entwickelte sich bei 200°C
bis 380°C
aufgrund der Pyrolyse von Polyisobutylmethacrylat als dem Bindemittel
Gas. Die Hauptbestandteile des Gases waren ein reduzierendes Gas wie
H2 und COH4 und
andere Gase wie H2O und CO2.
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14 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Herstellungsschritte im Beispiel 1 und 16 ein
Ablaufdiagramm der Herstellungsschritte in Vergleichsbeispiel 1.
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Im
Beispiel 1 wird die Frittenverbindung auf die Frontplatte, den Rahmen
und den Abstandhalter aufgebracht, gefolgt von einer Kalzinierung,
weswegen die mit der Elektronenquelle versehene Rückplatte
nicht der Aufbringung und Kalzinierung der Frittenverbindung ausgesetzt
wird. Daher kommen die Elemente der Elektronenemissionseinheit nicht
mit dem während
der Kalzinierung gebildeten reduzierenden Gas in Kontakt. Im Gegensatz
dazu wird im Vergleichsbeispiel 1 die Frittenverbindung auf die Rück- und
Frontplatte aufgebracht, weswegen die Elemente der Elektronenemissionseinheit
zwangsläufig
mit dem reduzierenden Gas in Kontakt kommen, das während der
Kalzinierung bei hoher Temperatur gebildet wird. Die Elektronenemissionseinheiten
in dem im Beispiel 1 hergestellten Bilderzeugungsgerät haben
gegenüber
den Einheiten von Vergleichsbeispiel 1 bessere Eigenschaften. Und
zwar beträgt
der Einheitenstrom If pro Einheit bei einer Steuerspannung von 18
V ungefähr
1 mA für
Beispiel 1 und 0,15 mA für
Vergleichsbeispiel 1 und beträgt der
Emissionsstrom Ie pro Einheit ungefähr 0,8 mA für Beispiel 1 und 0,005 μA für Vergleichsbeispiel
1.
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Beispiel 2
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Im
Beispiel 2, einem weiteren Hintergrundbeispiel, wurde zunächst ein
leitender Dünnfilm 4 gebildet,
ein Abdichtungsschritt durchgeführt
und dann auf dem leitenden Dünnfilm 4 ein
Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt. Die Frittenverbindung
wurde also wie im Beispiel 1 auf die Rückplatte aufgebracht. Die verwendete
Frittenverbindung war ein Gemisch aus kristallinem Glaspulver, amorphem
Glaspulver und Nitrozellulose als Bindemittel.
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17 ist
ein Ablaufdiagramm der Herstellungsschritte im Beispiel 2. Durch
die Schritte 1 bis 6 von Beispiel 1 wurde ein Elektronenquellensubstrat hergestellt,
das in einer Matrix mit leitenden Dünnfilmen 4 versehen
war, die jeweils über
einem Paar Elektroden ausgebildet waren. Auf dem leitenden Dünnfilm 4 wurde
in dieser Phase jedoch kein Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt.
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Unter
Verwendung des Elektronenquellensubstrats ohne die Elektronenemissionsabschnitte 5 als
Rückplatte 81 und
der Frontplatte 86 wurde ein Bilderzeugungsgerät zusammengebaut.
Die Frittenverbindung 131 wurde an Positionen aufgebracht,
an denen der Abstandhalter 89 und der Rahmen 82 auf die
Frontplatte 86 gesetzt wurden. Die Frittenverbindung war
ein durch Nippon Plate Glass Co., Ltd. hergestelltes Komposit-Frittenglaspulver
LS-3081. Das Pulver wurde mit einem Nitrozellulosebindemittel und einem
Terpineollösungsmittel
gemischt, um eine gewünschte
Viskosität
der Frittenverbindung zu erreichen. Die Frittenverbindung wurde
unter Verwendung einer Abgabeeinheit mit einem Spender aufgebracht.
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Der
Abstandhalter 89 und der Rahmen 82 wurden ausgerichtet
und dann mit der Frontplatte 86 verbunden. Die Frittenverbindung
wurde auf die anderen Enden des Abstandhalters 89 und des
Rahmens 82 aufgebracht, wobei diese dann in der Atmosphäre 10 Minuten
lang bei einer Temperatur von 380°C
einer Kalzinierung unterzogen wurden. Die Frontplatte 86 und
die Rückplatte 81 wurden
exakt ausgerichtet, wobei die Frittenverbindung dann in der Atmosphäre 10 Minuten
lang bei einer höheren
Temperatur als der Kalzinierungstemperatur gebrannt wurde, und zwar
bei 410°C,
um die Verbindung der Frittenverbindung abzudichten.
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In
dem leitenden Dünnfilm 4 wurde
wie folgt ein Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt. Eine Baugruppe
mit der Frontplatte 86, dem Rahmen 82 und der
Rückplatte 81 wurde
durch eine Vakuumpumpe über
ein (nicht in der Zeichnung gezeigtes) Auslassrohr gründlich evakuiert,
wobei dann über Außenanschlüsse Dxo1
bis Dxom und Dyo1 bis Dyon an ein Elektrodenpaar jeder Einheit eine
Spannung angelegt wurde, so dass der über den Elektroden liegende
leitende Dünnfilm 4 wie
im Beispiel 1 der Formierbehandlung unterzogen wurde. In dem leitenden Dünnfilm 4 wurde
dadurch der Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt.
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In
die Baugruppe wurde Aceton eingeleitet, so dass der Druck ungefähr 1 × 10–3 Pa
(1 × 10–5 Torr) betrug,
und jede Einheit wurde eine Stunde lang angesteuert, um auf der
Einheit Kohlenstoff abzuscheiden. Die Aktivierungsbehandlung führte zu
einer Zunahme des Einheitenstroms If und des Emissionsstroms.
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Die
Baugruppe wurde auf einen hohen Vakuumgrad von ungefähr 1 × 10–4 Pa
(1 × 10–6 Torr)
evakuiert und eine Stunde lang auf 150°C erhitzt, um die Einheit zu
stabilisieren. Auf diese Weise wurde die Elektronenemissionseinheit 74 hergestellt.
Das (nicht in der Zeichnung gezeigte) Auslassrohr wurde abgedichtet,
und die Baugruppe wurde dann einer Getter-Behandlung unterzogen,
um ein hohes Vakuum zu wahren.
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Über Außenanschlüsse Dx1
bis Dxm, Dy1 bis Dym wurden von einem (nicht in der Zeichnung gezeigten)
Signalgenerator an dem sich ergebenden Bilderzeugungsgerät jeweils
Abtastsignale und Modulationssignale angelegt und wurden die abgegebenen
Elektronenstrahlen durch eine Hochspannung von 4 kV beschleunigt,
die über
den Hochspannungsanschluss Hv an der Metallrückenlage oder einer (nicht
in der Zeichnung gezeigten) transparenten Elektrode angelegt wurde.
Die beschleunigten Elektronenstrahlen trafen auf den fluoreszierenden
Film 84, um ein fluoreszierendes Bild zu erzeugen.
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Im
Beispiel 2 wurde die Frittenverbindung auf die Frontplatte 86,
den Rahmen 82 und den Abstandhalter 89 aufgebracht,
gefolgt von einer Kalzinierung, weswegen die mit der Elektronenquelle
versehene Rückplatte 81 nicht
der Aufbringung und Kalzinierung der Frittenverbindung ausgesetzt
wurde. Daher kamen die Elemente der Elektronenemissionseinheit nicht
mit dem während
der Kalzinierung gebildeten reduzierenden Gas in Kontakt. Die Elektronenemissionseinheiten
in dem im Beispiel 1 erzeugten Bilderzeugungsgerät haben unabhängig von
der Bauart und der Frittenverbindung und der Zusammensetzung der
Trägersubstanz
hervorragende Eigenschaften wie einen hohen Emissionsstrom Ie. Die
Einheit kann daher äußerst gleichmäßige, stabile
Bilder anzeigen.
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18 ist
ein Ablaufdiagramm der Herstellungsschritte im Vergleichsbeispiel
2, bei dem nach der Bildung des leitenden Dünnfilms 4 in der Elektronenemissionseinheit
wie im Beispiel 2 die Frittenverbindung wie in Vergleichsbeispiel
1 auch auf die Rückplatte
aufgebracht und einer Kalzinierung unterzogen wurde. Die Zusammensetzung
der Frittenverbindung und die Erhitzungstemperatur waren die gleichen
wie im Beispiel 2. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde die Frittenverbindung
auf die Rücken-
und Frontplatten aufgebracht, weswegen die Elemente der Elektronenemissionseinheit
zwangsläufig
mit dem reduzierendem Gas in Kontakt kamen, das während der
Kalzinierung bei hoher Temperatur gebildet wurde. Dadurch hatte
das Bilderzeugungsgerät
im Beispiel 2 einen höheren
Emissionsstrom Ie als im Vergleichsbeispiel 2.
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In
den Beispielen 1 und 2 kann die Frittenverbindung auch, ohne auf
die Frontplatte aufgebracht zu werden, auf die beiden Enden des
Rahmens und des Abstandhalters aufgebracht werden.
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Beispiel 3
-
Beispiel
3 ist ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zur Anfertigung eines
Bilderzeugungsgeräts,
das mit der Erfindung übereinstimmt.
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19 ist
ein Ablaufdiagramm der Herstellungsschritte im Beispiel 3. Die Herstellungsschritte sind
gegenüber
denen im Beispiel 1 und 2 abgewandelt. Und zwar enthält der Vorgang
im Beispiel 3 einen Schritt des Aufbringens der Frittenverbindung auf
der Rückplatte.
Die Zusammen setzung der Frittenverbindung und die Bedingungen für die Aufbringung,
Kalzinierung und Abdichtung waren die gleichen wie im Beispiel 1.
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Es
wurde wie in den Schritten 1 bis 5 ein Elektronenquellensubstrat
hergestellt, das mit einer Matrix aus Elektrodenpaaren versehen
war, die mit X- und Y-Achsen-Anschlussleitungen 72 und 73 verbunden
waren, und als Rückplatte 81 verwendet.
Das Frittenmaterial 132 wurde an vorbestimmten Positionen
aufgebracht, um für
den Abstandhalter 89 und den Rahmen 82 auf der
Rückplatte 81 zu
sorgen. Außerdem
wurde das Frittenmaterial 132 an vorbestimmten Positionen
aufgebracht, um für
den Abstandhalter 89 und den Rahmen 82 auf der
Frontplatte 86 zu sorgen. Sowohl die Rückplatte 81 als auch die
Frontplatte wurden unter Bedingungen wie im Beispiel 1 einer Kalzinierung
unterzogen. Im Schritt 6 von Beispiel 3 wurde auf jedem
Elektrodenpaar ein leitender Dünnfilm 4 ausgebildet.
Die Rückplatte 81, die
Frontplatte 86, der Rahmen 82 und der Abstandhalter 89 wurden
ausgerichtet und dann durch Abdichten miteinander verbunden.
-
In
jedem leitenden Dünnfilm 4 wurde
wie im Beispiel 2 ein Elektronenemissionsabschnitt 5 erzeugt
und einer Aktivierungsbehandlung unterzogen. Die Baugruppe mit der
Frontplatte, dem Rahmen und der Rückplatte wurde gründlich evakuiert
und abgedichtet, um ein Bilderzeugungsgerät auszubilden. Im Beispiel
3 ist die Reihenfolge des Abdichtens und der Erzeugung des Elektronenemissionsabschnitts änderbar.
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Außerdem kommen
im Beispiel 3 der leitende Dünnfilm 4 und
der Elektronenemissionsabschnitt 5 nicht mit dem reduzierenden
Gas in Kontakt. Dadurch hat das Bilderzeugungsgerät Elektronenemissionseinheiten
mit hervorragenden Elektronenabgabeeigenschaften wie einem hohen
Emissionsstrom Ie.
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Beispiel 4
-
Beispiel
4 ist ein spezifisches Beispiel eines weiteren Verfahrens zur Anfertigung
eines Bilderzeugungsgeräts,
das mit der Erfindung übereinstimmt.
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20 ist
ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsvorgangs im Beispiel 4. Die
Herstellungsschritte sind gegenüber
denen in den Beispielen 1 und 2 abgewandelt. Der Vorgang im Beispiel
4 beinhaltet einen Schritt des Aufbringens der Frittenverbindung
auf der Rückplatte.
Die Zusammensetzung der Frittenverbindung, die Bedingungen für das Aufbringen,
die Kalzinierung und das Abdichten waren die gleichen wie im Beispiel
1. Im Beispiel 4 wurde anstelle der organischen Palladiumverbindung
von Beispiel 1 Palladiumacetat verwendet. Durch die Schritte 1 bis
6 von Beispiel 1 wurde ein Elektronenquellensubstrat hergestellt,
das mit einer Matrix aus Elektronenemissionseinheiten versehen war.
-
Das
Brennen des Palladiumacetats und die Kalzinierung der Frittenverbindung
erfolgten im Beispiel 4 gleichzeitig. Das Palladiumacetat wurde über jedem
Elektrodenpaar aufgebracht, wobei dann an vorbestimmten Positionen
des Elektronenquellensubstrats die Frittenverbindung aufgebracht
wurde. Das Elektronenquellensubstrat wurde erhitzt, um durch Pyrolyse
von Palladiumacetat einen leitenden Dünnfilm 4 zu bilden
und eine Kalzinierung der Frittenverbindung zu erreichen. Die Frittenverbindung wurde
auch an einer vorbestimmten Position auf der Frontplatte aufgebracht
und dann einer Kalzinierung unterzogen. Das Elektronenquellensubstrat,
die Front platte, der Rahmen und der Abstandhalter wurden exakt ausgerichtet
und dann unter Abdichten miteinander verbunden. Auf dem leitenden
Dünnfilm 4 wurde
ein Elektronenemissionsabschnitt erzeugt und wie im Beispiel 2 aktiviert.
Die Baugruppe mit dem Elektronenquellensubstrat, der Frontplatte
und dem Rahmen wurde gründlich
evakuiert und dann abgedichtet. Der Elektronenemissionsabschnitt
kann auch nach dem Verbinden der Baugruppenbauteile ausgebildet
werden.
-
Die
Elektronenemissionseinheiten des Bilderzeugungsgeräts von Beispiel
4 hatten hervorragende Elektronenabgabeeigenschaften wie einen hohen
Emissionsstrom Ie.