DE69933095T2

DE69933095T2 - Herstellungsverfahren für eine Kathode, eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69933095T2
Application number: DE69933095T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Masato Ohta-ku Minami; c/o Canon Kabushiki Takashi Ohta-ku Iwaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: KR100335731B1; JP3102787B1; EP0986085B1; EP0986085A2; JP2000299053A; US20020090877A1; KR20000022939A; US6783414B2; DE69933095D1; EP0986085A3; US6383047B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kathoden und auf ein Verfahren zur Herstellung von Elektronenquellen, Elektronenstrahlerzeugungsgeräten und Bilderzeugungsgeräten wie Flachbildschirmen.
Bislang sind zwei Arten an Kathoden (Elektronenemissionsvorrichtungen) bekannt gewesen: thermionische Kathoden und kalte Kathoden. Kalte Kathoden schließen Feldemissionsbauarten (im Folgenden als „FE-Bauart" bezeichnet), Metallschicht/Isolierschicht/Metallschicht-Bauarten (nachstehend als „MIM-Bauart" bezeichnet) und Oberflächenleiterkathoden ein.
Beispiele für die Oberflächenleiterkathoden sind in der JP-A 8-55563, JP-A 7-235255, JP-A 8-007749, JP-A 8-321254, JP-B 2836015, JP-A 9-237571, JP-A 7-65704, JP-A 10-40807, JP-A 8-171850, JP-A 9-069334 und so weiter. offenbart.
12 stellt schematisch ein Beispiel für den Aufbau einer Oberflächenleiterkathode dar, die in der JP-A 8-321254 offenbart ist. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Substrat, bezeichnen 2 und 3 Elektroden, bezeichnet 4 einen elektrisch leitenden Film, bezeichnet 5 einen Elektronenemissionsabschnitt und bezeichnet 10 einen Kohlenstofffilm. Der Bereich nahe dem Elektronenemissionsabschnitt 5 wird von einem ersten Spalt 12, der den Spalt im elektrisch leitenden Film definiert, und einem zweiten Spalt 7 gebildet, der den Spalt im Kohlenstofffilm 10 definiert. Der in der Figur gezeigte Spalt L ist auf mehrere zehn μm bis mehrere hundert μm eingestellt, die Breite W auf mehrere μm bis mehrere hundert μm und die Dicke d auf mehrere zehn μm bis mehrere hundert μm.
Darüber hinaus veranschaulicht 13 ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine herkömmliche Oberflächenleiterkathode, wie es in der obigen JP-A 8-321254 offenbart ist.
Zunächst werden Elektroden 2 und 3 auf dem Substrat 1 positioniert (13A). Dann wird ein elektrisch leitender Film 4 zum Verbinden der Elektroden 2 und 3 positioniert (13B). Als Nächstes formt ein durch den elektrisch leitenden Film 4 fließender Strom an einem Abschnitt des elektrischen leitenden Films einen ersten Spalt 12 (13C). Der Prozess der Formung dieses ersten Spalts 6 in dem elektrisch leitenden Film wird als „Formierung" oder „Erregungsformierung" bezeichnet. Als Nächstes wird der Kohlenstofffilm 10 geformt, indem zum Beispiel im Vakuum ein organisches Gas eingeleitet wird und in dieser Atmosphäre zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 eine Spannung angelegt wird (13D). Dabei wird der zweite Spalt 7 zur selben Zeit geformt, wie dieser Kohlenstofffilm 10 geformt wird. Der Prozess der Formung des Kohlenstofffilms 10 und des zweiten Spalts 7 wird als „Aktivierung" bezeichnet. Der durch diesen Aktivierungsprozess gebildete Bereich nahe dem zweiten Spalt 7 wird als Elektronenemissionsabschnitt 5 bezeichnet.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Aktivierungsprozess sind die folgenden Probleme verbunden.
Erstens sind bei der Formung Kohlenstofffilm aus einem organischen Gas die folgenden Probleme aufgetreten. Und zwar besteht die Notwendigkeit, das organische Gas für den obigen Aktivierungsprozess mit einem optimalen Gasdruck einzuleiten. Abhängig von der Art des einzuleitenden organischen Gases hat es aber insbesondere in dem Fall, dass der optimale Gasdruck niedrig ist, Probleme bei der Steuerbarkeit des Drucks gegeben. Außerdem gab es Fälle, in denen sich die für den Aktivierungsprozess benötigte Zeitdauer änderte oder sich die Beschaffenheit des geformten Kohlenstofffilms aufgrund von in der Vakuumatmosphäre zurückgebliebenem Wasser, Sauerstoff oder dergleichen änderte. Dies hat zu Unregelmäßigkeiten bei den Elektronenemissionseigenschaften von Elektronenquellen oder Bilderzeugungsgeräten geführt.
Zweitens hat es bei der Verwendung der oben genannten Kathoden bei Bilderzeugungsgeräten oder Elektronenquellen die folgenden Probleme gegeben. Und zwar hafteten nach dem Aktivierungsprozess an dem Substrat für die Elektronenquelle oder an einem Bauteil des Bilderzeugungsgeräts wie z.B. einer Frontscheibe mit Fluoreszenzmaterial das für den Aktivierungsprozess verwendete Gas sowie Wasser, Sauerstoff und so weiter. an. Daher musste das anhaftende Gas und dergleichen entfernt werden, um die Elektronenemissionseigenschaften zu stabilisieren. Zu diesem Zweck erforderten herkömmliche Gestaltungen einen „Stabilisieren" genannten Prozess, bei dem das Substrat, auf dem die Elektronen emissionsvorrichtungen angeordnet sind, oder der luftdichte Behälter, der die Vorrichtungen umschließt, lange Zeit bei hohen Temperaturen ausgeheizt wird. Bei diesem Stabilisierungsprozess ist es umso besser, je höher die Temperatur und je länger die Zeit ist. Allerdings unterliegt der Stabilisierungsprozess aufgrund der Wärmebeständigkeitseigenschaften der die Kathoden, Elektronenquellen und Bilderzeugungsgeräte bildenden Bauteile in der Praxis Einschränkungen hinsichtlich der Heiztemperatur, sodass nicht immer ein ausreichendes Erhitzen durchgeführt werden konnte.
Drittens hat es bei der Fertigung von Bilderzeugungsgeräten die folgenden Probleme beim Abdichtprozess gegeben. Und zwar beinhalten herkömmliche Gestaltungen im Fall der Fertigung von Bilderzeugungsgeräten das (als Abdichtungsprozess bezeichnete) miteinander Verbinden eines Elektronenquellensubstrats, das Drähte und dergleichen zum Ansteuern jeder Vorrichtung enthält, und einer Vorderplatte mit Fluoreszenzmaterial oder dergleichen, wodurch eine Umhüllung gebildet wird. Nach diesem Abdichtungsprozess wird dann von den Drähten aus eine Spannung angelegt und erfolgen die oben genannten Formierungs- und Aktivierungsprozesse und dergleichen. Die Formierungs- und Aktivierungsprozesse erfolgen auf also, nachdem das Bilderzeugungsgerät (Vakuumumhüllung) zusammengebaut wurde, sodass im Fall eines Defektes auf dem Elektronenquellensubstrat wegen der einen oder anderen Ursache das gesamte Bilderzeugungsgerät unbrauchbar wird. Dementsprechend ist auf eine Gestaltung gewartet worden, bei der die Formierungs- und Aktivierungsprozesse durchgeführt werden und eine Kontrolle erfolgt und erst dann das Elektronenquellensubstrat, das die Kontrolle passiert hat, und die Vorder platte zusammengebaut werden, um das Bilderzeugungsgerät anzufertigen.
Viertens offenbart die obige JP-A 9-237571 zwar ein Herstellungsverfahren, das die obigen Probleme lösen soll, doch wartet man weiterhin auf Mittel und Wege, mit denen sich weitere Kosteneinsparungen realisieren lassen.
Die EP 0736890 offenbart eine metallhaltige Zusammensetzung, die eine organische Säuregruppe, ein Übergangsmetall, ein Alkoholamin und Wasser enthält. Die Zusammensetzung kann außerdem ein wasserlösliches Polymer und/oder wasserlöslichen Polyalkohol bzw. einwertigen Alkohol umfasst. Die Zusammensetzung wird zum Herausbilden einer Elektronenemissionsvorrichtung verwendet.
Die Erfindung hat die obigen Zielsetzungen demnach durch das folgende Verfahren zur Herstellung einer Kathode erreicht, das die folgenden Schritte umfasst:
Herausbilden eines elektrisch leitenden organischen Films, der ein Polymer und ein elektrisch leitendes Material umfasst, auf einem Substrat; und
Formen eines Spalts und eines karbonisierten Bereichs an einem Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films durch Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den elektrisch leitenden organischen Film.
Der Schritt Herausbilden des elektrisch leitenden organischen Films kann erfolgen durch Aufbringen eines Fluid, das ein Gemisch aus einem Polymer oder einer Vorstufe (Precursor) des Polymers mit entweder dispersen feinen Teilchen eines elektrisch leitenden Materials oder mit einer organischen Metallverbindung und ein Lösungsmittel umfasst, auf ein Substrat; Entfernen des Lösungsmittels, indem das auf das Substrat aufgebrachte Fluid gemisch erhitzt wird, wodurch ein elektrisch leitender organischer Film erzielt wird, der das Polymer und ein elektrisch leitendes Material umfasst.
Das Fluid kann durch ein Tintenstrahlverfahren aufgebracht werden, wobei das Tintenstrahlverfahren mit der Aufbringung von Wärme auf das Fluid bis zum Siedepunkt, um so eine Blase zu erzeugen, einhergehen kann, wodurch unter Nutzung des Drucks der Blase ein Tröpfchen des Fluids ausgestoßen wird.
Altnernativ dazu kann das Tintenstrahlverfahren mit der Aufbringung eines elektrischen Signals auf ein piezoelektrisches Element einhergehen, um so dessen Verformung zu bewirken, wodurch ein Tröpfchen des Fluids ausgestoßen wird.
Das Polymer kann zum Beispiel aus einem aromatischen Polymer wie Polyimid, Polybenzimidazol oder Polyamidimid gewählt werden, oder es kann Polyacrylnitril sein.
Das angesprochene elektrisch leitende Material kann mindestens einen der folgenden Bestandteile umfassen: Pd, Ru, Ag, Cu, Tb, Cd, Fe, Pb, Zn, PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO, Sb₂O₃, HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄, GdB₂, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, TiN, ZrN, HfN, Polyacetylen, Poly(p-phenylen), Polyphenylensulfid, Polypyrrol, Si, Ge, Kohlenstoff und Grafit.
Das elektrisch leitende Material kann ferner aus Metallen, Oxiden, Boriden, Carbiden, Nitriden, elektrisch leitenden Polymeren und Halbleitern ausgewählt werden.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann eine Elektronenquelle hergestellt werden, die ein Feld aus einer Vielzahl von Kathoden umfasst.
Das Verfahren zur Herstellung der obigen Elektronenquelle kann zum Beispiel durch die folgenden Schritte erfolgen:
Herausbilden eines Felds aus einer Vielzahl von Elektrodenpaaren auf einem Substrat mittels Offsetdruck;
Herausbilden einer Vielzahl von X-direktionalen Drähten auf dem Substrat mittels Siebdruck, die mit einer der beiden Elektroden in gemeinsamen Kontakt kommen;
Herausbilden einer Vielzahl von Y-direktionalen Drähten auf dem Substrat mittels Siebdruck, die mit der anderen der beiden Elektroden in gemeinsamen Kontakt kommen;
wie oben Herausbilden des elektrisch leitenden organischen Films mittels eines Tintenstrahlverfahrens, um jedes Elektrodenpaar miteinander zu verbinden; und
wie oben Formen des Spalts an einem Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films, durch Fließen lassen eines Stroms über die X-direktionalen Drähte und die Y-direktionalen Drähte durch den Film.
Die Y-direktionalen Drähte werden dabei so über den X-direktionalen Drähten herausgebildet, dass sie von diesen durch eine durch Siebdruck gebildete Isolierschicht elektrisch isoliert sind, wobei die Y-Richtung und die X-Richtung im Wesentlichen senkrecht zueinander liegen.
Unter Verwendung des oben genannten Verfahrens zur Herstellung der Elektronenquelle kann ein Bilderzeugungsgerät hergestellt werden, das eine Elektronenquelle mit einem Feld aus einer Vielzahl von Kathoden und Bilderzeugungselemente umfasst, die so positioniert sind, das sie der Elektronenquelle zugewandt sind.
Als Ergebnis davon muss erstens anders als bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Kathoden keine Einleitung eines organischen Gases und keine Steuerung des Drucks des organischen Gases vorgenommen werden, es werden die schädlichen Wirkungen von in der Vakuumatmosphäre zurückgebliebenem Gas vermieden und die Elektronenemissionseigenschaften lassen sich leicht steuern.
Als Ergebnis davon kann zweitens der Elektronenemissionsabschnitt in dem elektrisch leitenden Film unter Aufbringung von Elektrizität oder elektrischer Energie mittels Wärme herausgebildet werden. Daher lassen sich die Elektronenemissionseigenschaften leicht entsprechend dem im Formierungsprozess aufgebrachten Strom und/oder der Dicke des elektrisch leitenden organischen Films steuern. Demnach kann im Fall der Herstellung von Elektronenquellen oder Bilderzeugungsgeräten, bei denen eine Vielzahl von Kathoden in Form eines Feldes angeordnet wird, die Steuerung der Elektronenemissionseigenschaften leichter als mit dem Aktivierungsprozess herkömmlicher Gestaltungen erreicht werden, der nach einer Steuerung des organischen Gases verlangt. Somit können Unregelmäßigkeiten bei den Elektronenemissionseigenschaften unterdrückt werden.
Als Ergebnis davon können außerdem drittens für den Montageprozess (Verbindungsprozess) Elektronenquellen, die eine Kontrolle passiert haben, und Vorderplatten, die eine Kontrolle passiert haben, verwendet werden, sodass das Auftreten von Fehlern nach dem Zusammenbau des Bilderzeugungsgeräts verglichen mit dem Aktivierungsprozess herkömmlicher Gestaltungen, die nach einer Steuerung des organischen Gases verlangen, verringert werden kann.
Somit können die Kosten des Bilderzeugungsgeräts gesenkt werden.
Als Ergebnis davon müssen zudem viertens der elektrisch leitende Film und der organischen Film anders als beim herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei dem der organische Film, wie zum Beispiel in der JP-A 9-237571 offenbart ist, den elektrisch leitenden Film bedeckt, ausgerichtet werden. Demnach können schadhafte Kathoden und Unregelmäßigkeiten bei den Elektronenemissionseigenschaften durch eine Verschiebung des Kohlenstofffilms unterdrückt werden, wodurch sich Kathoden mit hervorragenden Elektronenemissionseigenschaften ergeben. Darüber hinaus vereinfacht das Tintenstrahlverfahren, wenn es zum herausbilden eines organischen Film mit elektrischer Leitfähigkeit verwendet wird, den Musterbildung bei der Vorrichtung, wodurch Kosten gesenkt werden. Darüber hinaus ermöglicht das Herausbilden der die Kathode bildenden Elektroden und der Drähte zum Ansteuern der Kathoden durch das Drucken, dass sämtliche Bestandteile der Kathoden und Elektronenquellen durch Druckprozesse herausgebildet werden, was eine noch stärkere Kostensenkung erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode veranschaulicht.
1B ist eine Schnittansicht der Kathode von 1A.
Die 2A–2D sind schematische Schaubilder, die ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Prozesses zur Herstellung einer Kathode veranschaulichen.
Die 3A–3D sind schematische Schaubilder, die ein Beispiel einer Spannungswellenform während der elektrischen Formierung veranschaulichen, die zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kathode verwendet werden kann.
4 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Vakuumprozessanlage mit Messbeurteilungsfunktionen veranschaulicht.
5 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen dem Emissionsstrom Ie, dem Elementstrom If und der Elementspannung Vf einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode veranschaulicht.
6 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel eines Anzeigefelds (Display Panel) einer Elektronenquelle mit einfachem Matrixfeld veranschaulicht, die sich erfindungsgemäß herstellen lässt.
7 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts mit einfachem Matrixfeld veranschaulicht, das sich erfindungsgemäß herstellen lässt.
Die 8A–8B sind schematische Schaubilder, die ein Beispiel eines Fluoreszenzfilms veranschaulicht.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Treiberschaltung (Ansteuerungsschaltung) zur Anzeige von Bildern auf einem Bilderzeugungsgerät gemäß NTSC-Fernsehsignalen veranschaulicht.
10 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Leiterfeld-Elektronenquelle veranschaulicht.
11 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel eines Anzeigefelds eines Bilderzeugungsgeräts mit Leiterfeld veranschaulicht.
Die 12A–12B zeigen schematische Schaubilder, die ein Beispiel einer herkömmlichen Oberflächenleiterkathode veranschaulichen.
Die 13A–13D zeigen schematische Schaubilder, die ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung einer Oberflächenleiterkathode veranschaulichen.
Die 14A–14C zeigen schematische Schaubilder, die einen Prozess zur Anfertigung einer Elektrodenquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.
Die 15A–15D zeigen ebenfalls schematische Schaubilder, die einen Prozess zur Anfertigung einer Elektronenquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.
Die 16A–16B zeigen schematische Schaubilder, die den Aufbau einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode veranschaulichen.
Die 17A–17F zeigen schematische Schaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung veranschaulichen.
Die 18A–18B zeigen schematische Schaubilder, die einen Tintenstrahlkopf veranschaulichen, der sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
19 zeigt ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Vakuumprozessanlage mit Messbeurteilungsfunktionen veranschaulicht.
20 zeigt ein schematisches Schaubild, das eine erfindungsgemäß hergestellte Elektronenquelle in Matrixform veranschaulicht.
21 ist ein schematisches Schaubild, das den Querschnitt entlang der Linie A-A' in 20 veranschaulicht.
Die 22A–22D sind ein schematisches Schaubild, das einen Teil des Verfahrens zur Herstellung der in 20 gezeigten Elektronenquelle veranschaulicht.
Die 23E–23H sind ebenfalls schematische Schaubilder, die einen Teil des Verfahrens zur Herstellung der in 20 gezeigten Elektronenquelle veranschaulichen.
Die 24I–24J sind ebenfalls schematische Schaubilder, die einen Teil des Verfahrens zur Herstellung der in 20 gezeigten Elektronenquelle veranschaulichen.
25 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Treiberschaltung des gemäß dem Beispiel hergestellten Bildanzeigegeräts veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des Grundaufbaus einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode. Es wird dabei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
1A ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode veranschaulicht, und 1B ein Querschnitt davon.
In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Substrat, bezeichnen 2 und 3 Elektroden, bezeichnet 4 einen organischen Film mit elektrischer Leitfähigkeit (oder einfach als „elektrisch leitender Film" bezeichnet), bezeichnet 5 einen Elektronenemissionsabschnitt und bezeichnet 7 einen Spalt.
Beispiele der Materialien für das Substrat 1 sind Quarzglas, Glas, in dem die darin enthaltenen Verunreinigungen wie Na und dergleichen reduziert worden sind, Natronkalkglas, Glassubstrate mit einer auf Natronkalkglas durch Sputtern oder dergleichen ausgebildeten SiO₂-Schicht, Keramiken wie Aluminiumoxid, Si-Substrate und so weiter.
Für die Gegenelektroden 2 und 3 können übliche Leitermaterialien ausgewählt und verwendet werden. Beispiele sind Metalle wie Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd und so weiter. oder ihre Legierungen; druckbare Leiter aus Glas oder dergleichen mit Metallen wie Pd, Ag, Au, RuO₂, Pd-Ag oder ihren Metalloxiden; transparente Leiter wie In₂O₃-SnO₂; Halbleitermaterialien wie Polysilizium und dergleichen und so weiter.
Der Spalt L zwischen den Elektroden 2 und 3, die Länge W der Elektroden 2 und 3, die Form des organischen Films 4 mit elektrischer Leitfähigkeit etc. werden unter Berücksichtigung der Form der Anwendung und dergleichen gestaltet. Der Spalt L zwischen den Elektroden 2 und 3 kann auf einen Bereich von mehreren zehn nm bis mehreren hundert μm eingestellt werden, wobei er unter Berücksichtigung der zwischen den Elektroden 2 und 3 angelegten Spannung und dergleichen vorzugsweise auf einen Bereich von mehreren μm bis mehreren zehn μm eingestellt wird.
Die Länge W der Elektroden 2 und 3 kann unter Berücksichtigung der Widerstandswerte der Elektroden und der Elektronenemissionseigenschaften auf einen Bereich zwischen mehreren μm bis mehreren hundert μm eingestellt werden. Die Dicke d der Elektroden 2 und 3 kann auf einen Bereich zwischen mehreren zehn nm bis mehreren μm eingestellt werden.
Der Aufbau ist dabei nicht auf eine Gestaltung beschränkt, bei der die Gegenelektroden 2 und 3 wie in 1B gezeigt auf dem Substrat 1 aufgeschichtet sind und darauf der elektrisch leitende organische Film 4 aufgeschichtet ist, sondern es können auch Gestaltungen verwendet werden, bei denen der elektrisch leitende Film 4 auf dem Substrat 1 aufgeschichtet ist und darauf die Gegenelektroden 2 und 3 aufgeschichtet sind.
Der organische Film mit elektrischer Leitfähigkeit (oder einfach der „elektrisch leitende Film") 4 ist ein Mischfilm, der ein elektrisch leitendes Material und ein Polymer umfasst.
Dabei kann das obige elektrisch leitende Material auch elektrisch leitende Metallverbindungen umfassen.
Außerdem beträgt der Widerstandswert des obigen organischen Films mit elektrischer Leitfähigkeit (des elektrisch leitenden Films) 4 vorzugsweise 10³ bis 10⁷ Ω/⎕ als Flächenwiderstand. Falls der Widerstandswert kleiner als dieser Bereich ist, kann während der später beschriebenen Formierung ein starker Strom fließen, was zu einer Erhitzung und einer Rissbildung im Substrat führt, oder können die gewünschten Elektronenemissionseigenschaften nicht erzielt werden. Falls der Widerstandswert größer als dieser Bereich ist, wird die Formierung unmöglich oder können die gewünschten Elektronenemissionseigenschaften nicht erzielt werden.
Des Weiteren liegt die Dicke des obigen organischen Films mit elektrischer Leitfähigkeit vorzugsweise zwischen mehreren nm bis mehreren hundert nm. Die Filmdicke liegt besser noch zwischen 1 nm bis 100 nm.
Beispiele für das obige elektrisch leitende Material sind, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden Bestandteile: Metalle wie Pd, Ru, Ag, Cu, Tb, Cd, Fe, Pb oder Zn; Oxide wie PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO, Sb₂O₃; Boride wie HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄, GdB₄; Carbide wie TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC; Nitride wie TiN, ZrN, HfN; elektrisch leitende Hochpolymere wie Polyacetylen, Poly(p-phenylen); Polyphenylensulfid, Polypyrrol; Halbleiter wie Si, Ge; Kohlenstoff; und Grafit.
Außerdem sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Legierungen aus Metallen wie Pd, Ru, Ag, Cu, Tb, Cd, Fe, Pb und Zn Beispiele für die obigen elektrisch leitenden Metalllegierungen.
Andererseits ist für das Polymer ein Polymermaterial vorzuziehen, das bei Erhitzung leicht Grafit bildet. Aus diesem Grund sind aromatische Polymermaterialien oder Polyacrylnitril besonders vorzuziehen.
Unter dem Gesichtspunkt der Filmbildung ist es auch vorzuziehen, dass das Material selbst oder eine Vorstufe davon in einem organischen Lösungsmittel löslich ist und dass das Material zudem aus einem wärmbeständigen Polymer besteht. Dementsprechend ist ein aromatisches Polymermaterial, das von sich aus löslich ist, besonders vorzuziehen.
Beispiele für das aromatische Polymermaterial, das bei der Erfindung geeignet eingesetzt werden kann, sind Polyimid, Polybenzimidazol, Polyamidimid und so weiter. ein. Andere Materialien als die oben angegebenen können ebenfalls verwendet werden, solange sie die obigen Bedingungen erfüllen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kathode wird als elektrisch leitendes Material vorzugsweise Grafit verwendet, da es hinsichtlich der Lebensdauer, der elektrischen Entladung, der Kathodenzerstörung aufgrund unkontrollierter Emission und so weiter effektiv ist.
– Beschreibung des Kathodenherstellungsverfahrens –
Unter Bezugnahme auf die 1A–1B und 2 wird nun ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kathoden beschrieben. Die 2A–2D tragen bei Teilen, die denen in 1 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen. 1A ist eine Draufsicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kathode veranschaulicht und 1B ist ein Querschnitt davon. Die 2A–2D sind schematische Schaubilder, die ein Beispiel des erfindungsgemäßen Kathodenherstellungsprozesses veranschaulichen.
1) Das Substrat 1 wird unter Verwendung eines Reinigungsmittels, reinen Wassers und eines organischen Lösungsmittels und so weiter gründlich gereinigt, und es wird durch Vakuumabscheidung, Sputtern etc. ein Elektrodenmaterial darüber gelegt, wonach auf dem Substrat 1 mittels beispielsweise Fotolithografie die Elektroden 2 und 3 herausgebildet werden (2A).
Dieses Beispiel wird zwar anhand des Fotolithografieverfahrens beschrieben, doch ist das Verfahren zum Herausbilden der Elektroden nicht darauf beschränkt; vielmehr können auch das Tintenstrahlverfahren, Druck oder andere Verfahren verwendet werden. So ermöglicht insbesondere das Offsetdruckverfahren die Gestaltung großer Flächen mit hoher Genauigkeit und ist deswegen vorzuziehen.
2) Auf das Substrat 1, auf dem sich die Elektroden 2 und 3 befinden, wird nun unter Verwendung einer Schleuderscheibe ein Mischfluid 6 aufgebracht, das durch Mischen (Dispergieren) eines aus N,N-Dimethylacetamid bestehenden Lösungsmittels, feiner Grafitteilchen und Poly(pyromellithamidsäuredimetyhlester) angefertigt wird.
Dabei werden die feinen Grafitteilchen hier in dieser Beschreibung als das elektrisch leitende Material verwendet; allerdings können aus den oben genannten Beispielen für das elektrisch leitende Material auch andere feine Teilchenmaterialien gewählt werden und anstelle der obigen elektrisch leitenden feinen Grafitteilchen verwendet werden.
Der Teilchendurchmesser der elektrisch leitenden feinen Teilchen, die bei der Erfindung eingesetzt werden können, liegt in einem Bereich von 10 μm oder weniger und besser noch in einem Bereichs von 1 μm oder weniger. Außerdem geht das hier angegebene Beispiel mit der Verwendung elektrisch leitender feiner Teilchen einher. Allerdings kann anstelle der feinen Teilchen auch bevorzugt ein Material verwendet werden, das dazu imstande ist, erst durch die Erwärmungsbehandlung im nächsten Prozess das oben beschriebene elektrisch leitende Material zu bilden. So können organische Metallverbindungen, etwa organische Metallkomplexe, aus den als Beispiel des elektrisch leitenden Materials aufgelisteten Metallen verwendet werden.
Darüber hinaus verwendet das hier angegebene Beispiel Poly(pyromellithamidsäuredimethylester). Dieses Material ist eine Vorstufe oder Vorläufersubstanz, die durch die Wärmebehandlung im nächsten Prozess das Polyamid bildet, das eines der oben genannten Polymere ist.
Andere bevorzugte Beispiele für Materialien, die durch Erhitzen Polyamide bilden können (d.h. Vorstufen davon) sind aromatische Polyamidsäurediester, etwa Polyamidsäuredimethylester aus Biphenyltetracarbonsäuredianhydriden und Paraphenylendiamin.
Falls für das obige Polymer Polybenzimidazol verwendet wird, lassen sich außerdem geeignet aromatische Polybenzimidazole verwenden. Ein Beispiel für aromatische Polybenzimidazole ist z.B. 2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol oder dergleichen.
Falls für das obige Polymer Polyamidimid verwendet wird, lassen sich geeignet aromatische Polyamidimide verwenden.
Falls nun für das obige Polymer Polyacrylnitril verwendet wird, lässt geeignet eine Lösung aus in einem Medium (Lösungsmittel) gelöstem Polyacrylnitril verwenden.
Andere Beispiele für das obige bevorzugt verwendete Lösungsmittel (Medium) sind N,N-Dimethylacetamid, N-Methyl-2-pyrolidon und Dimethylsulfoxid.
Dieser Prozess entspricht somit einem Prozess zum Aufbringen einer Flüssigkeit (Mischfluid), bestehend aus: dem obigen elektrisch leitenden Material oder einer Vorstufe eines elektrisch leitenden Materials (z.B. eine organische Metallverbindung), die durch das Erhitzen im nächsten Schritt zum elektrisch leitenden Material wird; und dem obigen Polymer oder einer Vorstufe eines Polymers, das durch das Erhitzen im nächsten Schritt zu dem Polymer wird; eingemischt in einem Lösungsmittel. Falls für diesen Prozess das Tintenstrahlverfahren eingesetzt wird, dient das obige Mischfluid als Tinte.
Außerdem befasst sich die obige Beschreibung zwar mit einem Beispiel, bei dem als Verfahren zur Aufbringung des obigen Mischfluids eine Schleuderscheibe verwendet wird (Rotationsaufbringung), doch ist das Verfahren zur Aufbringung des Mischfluids nicht darauf beschränkt; vielmehr kann auch ein Tintenstrahlverfahren, Druck, eine Dispersionsaufbringung, Eintauchen oder ein anderes Verfahren eingesetzt werden.
Dabei ist insbesondere das Tintenstrahlverfahren vorzuziehen, da der Prozess zum Mustern des elektrisch leitenden organischen Films entfallen kann. Bevorzugte Tintenstrahlverfahren sind das Bubble-Jet-Verfahren (BJ-Verfahren), bei dem sich innerhalb der Düsen Wärme erzeugende Widerstandselemente befinden und die durch sie erzeugte Wärme ein Fluid zum Kochen bringt, dessen Druck Tröpfchen des Fluids ausstößt; oder das Piezo-Jet-Verfahren (PJ-Verfahren), bei dem an Piezovorrichtungen elektrische Signale angelegt werden, was eine Verformung der Vorrichtung bewirkt, wodurch eine Volumenänderung des Flüssigkeitsbehälters hervorgerufen wird und dadurch Tröpfchen des Fluids ausgestoßen werden; oder andere solcher Verfahren, bei denen Tröpfchen des obigen Mischfluids ausgestoßen werden, wodurch die Tröpfchen des obigen Mischfluids somit an Positionen aufgebracht werden, wo der elektrisch leitende organische Film gebildet werden sollte.
Die 18A–18B sind schematische Schaubilder, die einen Tintenstrahlkopf (Abgabevorrichtung) veranschaulichen, der beim Tintenstrahlverfahren eingesetzt wird. 18A veranschaulicht einen Einzeldüsenkopf 21, der eine einzige Ausstoßdüse 24 hat. 18B veranschaulicht einen Mehrdüsenkopf 21, der mehrere Ausstoßdüsen 24 hat. Die Verwendung von Mehrdüsenköpfen ist besonders vorzuziehen, da die Zeitdauer, die zum Aufbringen des obigen Mischfluids auf das Substrat benötigt wird, reduziert werden kann, falls auf dem Substrat mehrere Vorrichtungen gebildet werden sollen. In den 18A–18B bezeichnet die Bezugszahl 22 ein Heizelement oder eine Piezovorrichtung, bezeichnet 23 einen Tintenkanal (Mischfluidkanal), bezeichnet 25 einen Tintenzuführungsabschnitt (Mischfluidzuführungsabschnitt) und bezeichnet 26 ein Tintenreservoir (Mischfluidreservoir). An einer Stelle fern vom Kopf 21 befindet sich ein Tintentank (Mischfluidtank), wobei dieser Tank und der Kopf 21 am Tintenzuführungsabschnitt 25 über ein Rohr verbunden sind.
3) Als Nächstes wird das auf das Substrat 1 aufgebrachte Mischfluid 6 einer Wärme- und Ausheizbehandlung unterzogen, bei der das Lösungsmittel verdampft und sich auch ein elektrisch leitender organischer Film 4 bildet, der Polyimid und feine Grafit teilchen enthält (2C). Dabei gibt 2C den Zustand nach der Musterbildung an. Zur Musterbildung wird ein bekanntes Verfahren wie das Abheben verwendet. Außerdem ermöglicht die Verwendung des oben beschriebenen Tintenstrahlverfahrens, das die Musterbildung auf die gleiche Weise wie in dem Fall erfolgt, als das Mischfluid 6 wie in 2B gezeigt auf dem Substrat aufgebracht wurde. Bei diesem Prozess wird wie oben beschrieben ein elektrisch leitender organischer Film 4 mit einem Flächenwiderstand von 10³ bis 10⁷ Ω/⎕ herausgebildet.
4) Als Nächstes folgt der Formierungsprozess. Es wird nun das Verfahren des Formierungsprozesses beschrieben. Das durch die obigen Prozesse 1) bis 3) gebildete Substrat wird in eine Vakuumprozessanlage gesetzt, wie sie in 4 gezeigt ist. Dann wird zwischen den Elektroden 2 und 3 in einem Vakuum von zum Beispiel rund 10^–6 Pa eine Spannung angelegt.
Das führt dazu, dass durch den elektrisch leitenden organischen Film 4 ein Strom fließt, wodurch an einem Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 ein Elektronenemissionsabschnitt 5 mit veränderter Struktur geformt wird (2D). Diese elektrische Formierung bildet auf dem elektrisch leitenden organischen Film 4 einen Abschnitt, in dem die Struktur lokal zerstört, verformt oder verändert ist, wobei dieser Abschnitt den Elektronenemissionsabschnitt 5 einschließt. Genauer gesagt wird durch diesen Formierungsprozess an einem Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 ein Spalt geformt. Im Einzelnen werden von dem Polymer, das den elektrisch leitenden organischen Film 4 bildet, das Polymer, das dem obigen Spalt 7 zugewandt ist, und das nahe dem Spalt 7 karbonisiert (verkohlt), wodurch sich ein karbonisierter Bereich 11 bildet, der Grafit und/oder amorphen Kohlenstoff umfasst. Abgesehen davon ist der Spalt 7 in den 1A–1B und 2D zwar so dargestellt, als ob er die gleiche Breite hätte und linear wäre, doch ist dies nur eine schematische Darstellung. Die tatsächliche Form kann so beschaffen sein, dass sich der Spalt 7 schlängelt oder sich seine Breite (Spaltmaß) von einem Abschnitt zum anderen ändert. Außerdem kann sich auch die Form des obigen karbonisierten Bereichs 11 wie die des Spalts schlängeln, sodass das, was in 1 gezeigt ist, ebenfalls als schematische Darstellung anzusehen ist.
Darüber hinaus ist der Spalt 7 in den 1A und 1B schematisch so dargestellt, als wäre er in Richtung der Breite (W) der Elektroden 2 und 3 vollständig vom elektrisch leitenden organischen Film 4 getrennt. In Abhängigkeit von den Formierungsbedingungen und dergleichen kann der Spalt 7 jedoch auch von dem elektrisch leitenden organischen Film 4 unvollständig getrennt sein und damit teilweise verbunden sein. Falls es so etwas wie eine Teilverbindung gibt, ist der tatsächliche Verbindungsabschnitt jedoch klein, weswegen der Ausdruck „Spalt" 7 in dieser Beschreibung auch solche teilweise verbundenen Bereiche einschließt.
Die 3A–3D stellen Beispiele der Spannungswellenform dar, die für den obigen Formierungsprozess verwendet wird.
Die Spannungswellenform ist vorzugsweise pulsförmig. Allgemein gesprochen gibt es das in den 3A und 3C gezeigte Verfahren, bei dem die Impulse mit Impulsspitzenwerten konstanter Spannung angelegt werden, und das in den 3B und 3D gezeigte Verfahren, bei dem die Spannungsimpulse mit steigenden Impulsspitzenwerten angelegt werden. Die 3A–3B zeigen zwar Beispiele von Impulsen mit gleicher Polarität, doch ist die Verwendung von bipolaren Pulsen vorzuziehen, wie sie in den 3C oder 3D gezeigt sind. Die Verwendung solcher bipolarer Impulse führt dazu, dass die Karbonisierung (die Bildung von Grafit oder amorphen Kohlenstoff) des elektrisch leitenden organischen Films an den beiden dem Spalt 7 zugewandten Seiten im gleichen Ausmaß voranschreitet. Verglichen mit einer Impulsspannung, die wie in den 3A und 3B gezeigt nur eine einzige Polarität hat, kann eine Vorrichtung mit stabileren Elektronenemissionseigenschaften erzielt werden.
Die Impulsbreite und das Impulsintervall der Spannungswellenform sind in 3A mit T1 und T2 bezeichnet. T1 wird im Allgemeinen in einem Bereich von 1 μs bis 10 ms eingestellt und T2 in einem Bereich von 10 μs bis 100 ms. Der Spitzenwert einer Dreieckswelle (d.h. die Spitzenspannung während des Formierungsprozesses) sollte entsprechend der Form der Vorrichtung passend ausgewählt werden. Unter diesen Bedingungen wird die Spannung über eine Dauer von mehreren Sekunden bis mehreren zehn Minuten angelegt. Die Impulswellenform ist nicht auf Dreieckswellen beschränkt; vielmehr können auch gewünschte Wellenformen wie Rechteckimpulse verwendet werden.
Die Laufzeiten T1 und T2 in 3B können die gleichen wie in 3A sein. Der Spitzenwert der Dreieckswelle (die Spitzenspannung während der elektrischen Formierung) kann zum Beispiel in Schritten von rund 0,1 V erhöht werden.
Wann die elektrischen Formierung fertig ist, kann erfasst werden, indem während des Impulsintervalls T2 eine Spannung angelegt wird, die nicht groß genug ist, um den elektrisch leitenden organischen Film 4 zu zerstören oder zu verformen, und der Strom gemessen wird. So wird zum Beispiel der Vorrichtungsstrom gemessen, der beim Anlegen einer Spannung von rund 0,1 V fließt, es wird der Widerstandswert berechnet, und die elektrische Formierung wird zu dem Zeitpunkt beendet, bei dem der Widerstandswert 1 MΩ oder mehr erreicht.
Außerdem gibt es Fälle, bei denen die Erfindung auf dem elektrisch leitenden organischen Film 4 vorzugsweise einen organischen Film 8 aufweist, wie er in den 16A–16B gezeigt ist. Die 16A ist ein schematisches Schaubild, das eine Draufsicht zeigt, und 16B eine Schnittansicht von 16A. In den 17A–17F ist schematisch ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung dieser Vorrichtung gezeigt. Die 17A–17C umfassen den gleichen Prozess wie die 2A–2C, weswegen ihre Beschreibung hier entfällt. Dieses Verfahren weist zwischen den oben beschriebenen Prozessen 3) und 4) außerdem die folgenden Prozesse 3') und 3'') auf.
3') Auf den im vorherigen Prozess 3) ausgebildeten elektrisch leitenden organischen Film 4 wird zusätzlich eine Lösung 9, die den organischen Film 8 bildende Polymere enthält, oder eine Lösung 9 aufgebracht, die Vorstufen der den organischen Film 8 bildenden Polymere enthält (17D). Es ist besonders vorzuziehen, wenn die Aufbringung dieser Lösung 9 durch das Tintenstrahlverfahren erfolgt. Wird für die Aufbringung das Tintenstrahlverfahren verwendet, ist es außerdem vorzuziehen, dass die Aufbringung insbesondere so erfolgt, dass die Lösung 9 den gleichen Durchmesser wie der zuvor erzeugte elektrisch leitende organische Film 4 hat. Noch besser wird die Aufbringung so durchgeführt, dass aus der Lösung 9 ein Film mit einem kleineren Durchmesser als der zuvor erzeugte elektrisch leitende organische Film 4 gebildet wird, damit die erforderliche Ausrichtungsgenauigkeit bezüglich des zuvor ausgebildeten elektrisch leitenden organischen Films 4 verringert werden kann. Falls die Aufbringung auf diese Weise erfolgt, ist der Durchmesser des organischen Films 9 kleiner als der Durchmesser des elektrisch leitenden organischen Films 8.
Es ist vorzuziehen, dass die obigen Polymere entweder eines der oben aufgelisteten Polymere oder eine Vorstufe davon sind, die aufgrund des Erwärmungsprozesses im folgenden Schritt 3'') zu dem Polymer wird.
Es ist besonders vorzuziehen, dass das im elektrisch leitenden organischen Film 4 enthaltende Polymer und das den organischen Film 8 bildende Polymer beide aromatische Polyimide sind.
3'') Die im vorherigen Prozess 3') aufgebrachte Lösung wird erhitzt und ausgeheizt, um das Lösungsmittel zu verdampfen, wodurch sich auf dem elektrisch leitenden organischen Film 4 ein organischer Film (wärmebeständiger Polymerfilm) 8 bildet. (17E).
Dann erfolgt, falls notwendig, das Mustern der obigen hitzebeständigen Polymere. Die Durchführung der obigen Aufbringung im Prozess 3') mit dem oben beschriebenen Tintenstrahlverfahren ist vorzuziehen, da dieser Musterbildungsprozess dann entfallen kann. Falls im Prozess 3') eine Lösung verwendet wird, die Vorstufen des hitzebeständigen Polymers enthält, verdampft in diesem Prozess das Lösungsmittel und wandeln sich auch die Vorstufen in die hitzebeständigen Polymere um.
Der nachfolgende Prozess ist der gleiche wie der oben beschriebene Prozess 4). Das Fließen lassen eines Stroms durch den elektrisch leitenden organischen Film 4 im Prozess 4) formt den Spalt 7 nicht nur im elektrisch leitenden organischen Film 4, sondern auch im hitzebeständigen Polymerfilm 8 (17 F). Des Weiteren werden auf die gleiche Weise wie bei der obigen Formierung des Spalts 7 der Abschnitt des hitzebeständigen Polymerfilms (organischen Films) 8, der dem Spalt 7 zugewandt ist, und der Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4, der dem Spalt 7 zugewandt ist, karbonisiert. Dabei bedeutet der Begriff „karbonisiert", dass etwas zu Grafit und/oder amorphem Kohlenstoff wird. Wird der durch die obigen Prozesse 2) und 3) herausgebildete elektrisch leitende organische Film 4 in den Prozessen 3') und 3'') mit hitzebeständigen Polymeren wie dem Polyimid überzogen, verbessert das die Hitzebeständigkeit des elektrisch leitenden organischen Films. Um den Formierungsprozess durchführen zu können, muss der elektrisch leitende organische Film 4 außerdem die oben beschriebene elektrische Leitfähigkeit haben. Abhängig von den Bedingungen lässt sich demnach bei dem obigen Formierungsprozess keine für die Erzielung von hervorragenden Elektronenemissionseigenschaften ausreichende Umwandlung zu Grafit und/oder amorphem Kohlenstoff erreichen. In diesen Fällen wird der Karbonisierungsgrad vorzugsweise dadurch gesteuert, dass eine organische Filmschicht herausgebildet wird, wie sie in den 16A–16B gezeigt ist.
– Kathodeneigenschaften –
4 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Vakuumprozessanlage veranschaulicht, die auch als eine Messbeurteilungsvorrichtung dient. In 4 bezeichnet die Bezugszahl 1 schematisch ein Isoliersubstrat, bezeichnen 2 und 3 Elektroden, bezeichnet 4 einen elektrisch leitenden organischen Film und bezeichnet 5 einen Elektronenemissionsabschnitt. Darüber hinaus bezeichnet 41 eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung, ist 40 ein Amperemeter zum Messen des Vorrichtungsstroms If, ist 44 eine Anodenelektrode zum Messen des von der Vorrichtung erzeugten Emissionsstroms Ie, ist 43 eine Hochspannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Anodenelektrode 44 und ist 42 ein Amperemeter zum Messen des Emissionsstroms. Um den Vorrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie zu messen, werden die Spannungsquelle 41 und das Amperemeter 40 mit den Elektroden 2 und 3 verbunden und wird die Anodenelektrode 44, mit der die Spannungsquelle 43 und das Amperemeter 42 verbunden wurden, oberhalb der Kathode positioniert. Außerdem befinden sich innerhalb der Vakuumanlage 45, die mit einer Vakuumpumpe 46 und einem nicht gezeigten Vakuummesser versehen ist, die Kathode und die Anodenelektrode 44, sodass die Messung und Beurteilung der Vorrichtung unter einem gewünschten Vakuum erfolgen kann. Dabei wurden in diesem Beispiel der Abstand zwischen der Anodenelektrode und der Kathode auf 4 mm, das Potenzial der Anodenelektrode auf 1 kV und der Druck innerhalb der Vakuumanlage zum Zeitpunkt der Messung der Elektronenemissionseigenschaften auf 1,3 × 10^–4 Pa eingestellt.
Die erfindungsgemäße Kathode hat Elektronenemissionseigenschaften, wie sie schematisch in 5 dargestellt sind. Die Elektronenemissionseigenschaften lassen sich an der Schwellenspannung (Vth) oder höher durch den Impulsspitzenwert und die Breite der zwischen den Gegenelektroden 2 und 3 angelegten Impulsspannung steuern.
Unterhalb der Schwellenspannung werden dagegen beinahe keine Elektronen emittiert. Wegen dieser Eigenschaften führt die passende Anlegung der Impulsspannung an jede Vorrichtung auch in Fällen, in denen eine große Anzahl Kathoden in Form eines Feldes angeordnet ist, dazu, dass die erfindungsgemäßen Kathoden entsprechend den Eingangssignalen ausgewählt werden, wodurch das Ausmaß der Elektronenemission gesteuert wird.
Hinsichtlich des Kathodenfelds können verschiedene Gestaltungen zum Einsatz kommen. Ein Beispiel ist ein leiterförmiges Feld, in dem eine große Anzahl parallel angeordneter Kathoden an jedem Ende verbunden ist, eine große Anzahl Kathodenreihen in Form eines Feldes (als „Reihenrichtung" bezeichnet) angeordnet ist und oberhalb der Kathoden in einer zu ihrer Verdrahtung (als „Spaltenrichtung" bezeichnet) senkrechten Richtung Steuerelektroden positioniert sind, wodurch etwas gebildet wird, was als „Gitter" bezeichnet wird, wobei eine kontrollierte Ansteuerung hinsichtlich der Elektronen von den Kathoden erfolgt.
Bei einer anderen Gestaltung wird eine Vielzahl von Kathoden in der X-Richtung und Y-Richtung in Form eines in Matrixfelds angeordnet, wobei jeweils eine der Elektroden der vielen in der gleichen Reihe angeordneten Kathoden mit einem gemeinsamen Draht in der X-Richtung verbunden wird und die andere Elektrode der vielen in der gleichen Reihe angeordneten Kathoden jeweils mit einem gemeinsamen Draht in der Y-Richtung verbunden wird. Diese Gestaltung wird als einfaches Matrixfeld bezeichnet. Dieses einfache Matrixfeld wird unten zunächst ausführlicher beschrieben.
– Elektronenquellensubstrat –
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun ein Elektronenquellensubstrat beschrieben, das auf Basis dieses Prinzips durch Anordnen einer Vielzahl erfindungsgemäßer Kathoden in einem Feld erzielt wird. In 6 bezeichnet die Bezugszahl 61 ein Elektronenquellensubstrat, bezeichnet 62 X-direktionale Drähte und bezeichnet 63 Y-direktionale Drähte. Die Bezugszahl 64 bezeichnet die erfindungsgemäßen Kathoden und 65 bezeichnet Verbindungen mit den Y-direktionalen Drähten 63.
Es gibt eine Anzahl von m X-direktionalen Drähten 62 Dx₁, Dx₂ und so weiter bis Dx_m, wobei diese mittels Dampfabscheidung im Vakuum, Drucken, Sputtern oder dergleichen aus einem elektrisch leitenden Metall gebildet werden können. Das Material, die Dicke und die Breite der Drähte sollten passend zum Einsatzbereich ausgelegt werden. Es gibt eine Anzahl von n Y-direktionalen Drähten 63 Dy₁, Dy₂ und so weiter bis Dy_n, die auf die gleiche Weise wie die X-direktionalen Drähte 62 gebildet werden. Zwischen den m X-direktionalen Drähten 62 und den n Y-direktionalen Drähten 63 befindet sich eine nicht gezeigte Isolierschicht, die die beiden elektrisch voneinander trennt. Nebenbei gesagt sollte erwähnt werden, dass m und n in der obigen Beschreibung beide positive Ganzzahlen sind.
Die obigen X-direktionalen Drähte, die Y-direktionalen Drähte und die Isolierschicht werden vorzugsweise durch ein Druckverfahren herausgebildet. Sie werden insbesondere durch ein Siebdruckverfahren herausgebildet, das dafür geeignet ist, solche Strukturen über eine große Fläche bei geringen Kosten zu herauszubilden.
Die nicht gezeigte Isolierschicht wird aus SiO₂ oder dergleichen gebildet, dass durch Dampfabscheidung im Vakuum, Drucken, Sputtern oder dergleichen herausgebildet wird. Die Isolierschicht wird zum Beispiel in der gewünschten Form über der gesamten Fläche des Substrats 61, auf dem die X-direktionalen Drähte 62 ausgebildet sind, oder nur einen Teil davon herausgebildet, wobei die Dicke, das Material und das Herstellungsverfahren davon geeigneter Weise so eingestellt werden, dass sie insbesondere der Potenzialdifferenz an den Schnittpunkten zwischen den X-direktionalen Drähten 62 und den Y-direktionalen Drähten 63 widerstehen kann. Die X-direktionalen Drähte 62 und die Y-direktionalen Drähte 63 werden jeweils als Außenanschlüsse herausgeführt.
Das die erfindungsgemäße Kathode 64 bildende (nicht gezeigte) Elektrodenpaar, die m X-direktionalen Drähte 62, die n Y-direktionalen Drähte 63 und aus einem elektrisch leitenden Metall oder dergleichen gebildete Verbindungsleitungen 65 sind elektrisch miteinander verbunden.
Die Bestandteile des Materials, das die X-direktionalen Drähte 62 und Y-direktionalen Drähte 63 bildet, des Materials, das die Verbindungsleitungen 65 bildet, und des Materials, das die beiden Elektroden 2 und 3 bildet, können teilweise oder alle gleich sein, oder sie können alle verschieden sein. Diese Materialien werden passend aus den oben beschriebenen Materialien für die Elektroden 2 und 3 gewählt. Falls das die Elektroden bildende Material und das die Drähte bildende Material das gleiche ist, können auch die mit den Elektroden in Kontakt kommenden Drähte selbst als Elektroden bezeichnet werden.
Mit den X-direktionalen Drähten 62 ist eine nicht in den Zeichnungen gezeigte Abtastsignalanlegeeinrichtung verbunden, um Abtastsignale zur Auswahl der Zeile der in X-Richtung angeordneten Kathoden 64 anzulegen. Andererseits ist mit den Y-direktionalen Drähten 63 eine ebenfalls nicht in den Zeichnungen gezeigte Modulationssignalerzeugungseinrichtung, verbunden, um jede der Spalten der in der Y-Richtung angeordneten Kathoden 64 entsprechend Eingangssignalen zu modulieren. Die auf jede der Kathoden aufgebrachte Ansteuerungsspannung wird als Differenzspannung der auf die Vorrichtungen aufgebrachten Abtastsignale und Modulationssignale zugeführt.
Bei dem obigen Aufbau kann eine einfache Matrixverdrahtungsanordnung verwendet werden, um einzelne Vorrichtungen zu wählen und jede einzeln anzusteuern.
– Anzeigefeld –
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 wird nun ein Bilderzeugungsgerät beschrieben, das unter Verwendung einer solchen aus einem einfachen Matrixfeld bestehenden Elektronenquelle aufgebaut ist. 7 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel eines Anzeigefelds eines Bilderzeugungsgeräts veranschaulicht, die 8A–8B sind schematische Schaubilder, die ein Beispiel eines Fluoreszenzfilms veranschaulichen, der in dem in 7 gezeigten Bilderzeugungsgerät verwendet wird, und 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Treiberschaltung für die Anzeige von Bildern auf einem Bilderzeugungsgerät gemäß NTSC-Fernsehsignalen veranschaulicht.
In 7 bezeichnet die Bezugszahl 61 ein Elektronenquellensubstrat, auf dem eine Vielzahl erfindungsgemäßer Kathoden in Form eines Feldes angeordnet ist, bezeichnet 71 eine Rückplatte zum Befestigen des Elektronenquellensubstrats 61 und bezeichnet 76 eine Vorderplatte, bei der auf der Innenseite eines Glassubstrats 73 ein Fluoreszenzfilm 74, eine Metallunterlage 75 und dergleichen ausgebildet sind. Die Bezugszahl 72 bezeichnet einen Trägerrahmen, wobei die Rückplatte 71 und die Vorderplatte 76 mit dem Trägerrahmen 72 mittels Frittenglas oder einem ähnlichen Klebemittel verbunden sind. Die Bezugszahl 78 bezeichnet eine Umhüllung, die durch mindestens 10minütiges Brennen in einer Umgebungsatmosphäre oder in Stickstoff bei Temperaturen innerhalb eines Bereichs von 400 bis 500°C abgedichtet und aufgebaut wird. Die Vorderplatte 76 ist unterhalb eines aus Glas oder dergleichen gebildeten Glassubstrats 73 aus einem Fluoreszenzfilm 74 und einer Metallunterlage 75 aufgebaut.
Darüber hinaus entspricht die Kathode 64 der erfindungsgemäßen Kathode. Die Bezugszahlen 62 und 63 sind X-direktionale Drähte und Y-direktionale Drähte, die die beiden Elektroden der erfindungsgemäßen Kathode verbinden.
Die Umhüllung 78 besteht, wie oben beschrieben wurde, aus einer Vorderplatte 76, einem Trägerrahmen 72 und einer Rückplatte 71. Die Rückplatte 71 dient in erster Linie dazu, die Festigkeit des Substrats 61 zu unterstützen, sodass auf eine separate Rückplatte 71 verzichtet werden kann, falls das Substrat 61 selbst ausreichend Festigkeit hat. Es kann also eine Gestaltung verwendet werden, bei der der Trägerrahmen 72 direkt mit dem Substrat 61 versiegelt wird, sodass sich die Umhüllung 78 aus der Vorderplatte 76, dem Trägerrahmen 72 und dem Substrat 71 ergibt. Andererseits lässt sich eine Umhüllung 78 mit ausreichender Festigkeit gegenüber dem Atmosphärendruck aufbauen, indem zwischen der Vorderplatte 76 und der Rückplatte 71 ein nicht gezeigtes Stützelement vorgesehen wird, das auch als Abstandshalter bezeichnet wird.
8 zeigt ein Schaubild, das den Fluoreszenzfilm 74 veranschaulicht. Der Fluoreszenzfilm 74 kann im Fall der Herstellung einer monochromen Vorrichtung aus einem einzigen Fluoreszenzelement bestehen. Im Fall eines Farbfluoreszenzfilms kann der Fluoreszenzfilm 74 aus einem schwarzen Element 81, das als schwarzer Streifen oder schwarze Matrix bezeichnet wird oder einen anderen ähnlichen Namen hat, und aus Fluoreszenzelementen 82 für jede Farbe gebildet werden. Die Aufgabe, die durch den schwarzen Streifen oder die schwarze Matrix gelöst werden soll, ist es, durch die Schwarzfärbung zwischen den jeweiligen Fluoreszenzelementen 82 eine Farbmischung zu unterdrücken, die jeweils zwischen den Fluoreszenzelementen 82 der drei Grundfarben, die für die Farbanzeige benötigt werden, auftritt. Eine andere Aufgabe ist es, eine Verschlechterung des Kontrasts aufgrund der Reflektion von externem Licht am Fluoreszenzfilm 74 zu unterdrücken. Was das Material für den schwarzen Streifen oder die schwarze Matrix betrifft, werden gewöhnlich Materialien verwendet, die hauptsächlich aus Grafit (engl.: black lead) oder anderen Materialien mit geringer Durchlässigkeit oder geringem Reflektionsvermögen für Licht bestehen.
Als Verfahren zur Aufbringung des Fluoreszenzmaterials auf dem Glassubstrat 73 können ungeachtet dessen, ob es monochrom oder farbig ist, Ablagerung, Drucken und so weiter zum Einsatz kommen. An der Innenseite des Fluoreszenzfilms 74 wird im Allgemeinen eine Metallunterlage 75 vorgesehen. Die Aufgabe, die durch diese Metallunterlage erfüllt werden soll, ist es, die Helligkeit durch eine spiegelähnliche Reflektion des vom Fluoreszenzelement nach innen abgegebenen Lichts zur Seite der Vorderplatte 76 zu verbessern, als eine Elektrode zum Anlegen der Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung zu dienen sowie das Fluoreszenzelement vor einer Beschädigung durch den Aufprall von negativen Ionen, die innerhalb der Umhüllung erzeugt werden, zu schützen und so weiter. Die Metallunterlage kann hergestellt werden, indem nach der Anfertigung des Fluoreszenzfilms auf der Innenfläche des Fluoreszenzfilms eine (im Allgemeinen als „Filmbildung" bezeichnete) Glättungsbehandlung durchgeführt wird und dann mittels Dampfabscheidung im Vakuum oder dergleichen Aluminium abgeschieden wird, während die Lichtdurchlässigkeit beibehalten wird.
Was die Vorderplatte 76 betrifft, können auf der Außenseite des Fluoreszenzfilms 74 (nicht gezeigte) transparente Elektroden aus ITO oder dergleichen vorgesehen werden, um seine elektrische Leitfähigkeit weiter zu verbessern.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die obige Versiegelung durchgeführt wird, besteht bei farbigen Vorrichtungen die Notwendigkeit, die Fluoreszenzelemente für jede Farbe mit den Kathoden in Deckung zu bringen, wobei eine ausreichende Positionierung unerlässlich ist.
Das in 7 gezeigte Bilderzeugungsgerät wird zum Beispiel wie unten beschrieben hergestellt.
Zunächst erfolgt auf dem Elektrodenquellensubstrat 61, auf dem eine große Anzahl Kathoden in Form eines Feldes angeordnet ist, eine Überprüfung der Eigenschaften jeder Elektrode (Elektronenemissionsvorrichtung), wobei der oben beschriebene Formierungsprozess bereits abgeschlossen ist. Die Überprüfung der Eigenschaften erfolgt in einem Vakuum, das in etwa das gleiche wie die Atmosphäre ist, in der die Formierung erfolgte, oder in einem stärkeren Vakuum. Ein Beispiel für eine bestimmte Überprüfung ist es, an jede Vorrichtung eine Spannung anzulegen und den zwischen den Elektroden 2 und 3 fließenden Vorrichtungsstrom If zu überprüfen. Oder es kann der von der Vorrichtung abgegebene Emissionsstrom Ie überprüft werden. Gleichzeitig erfolgt eine Überprüfung, die feststellen soll, ob es auf der Vorderplatte irgendeinen Bildelementausfall gibt oder nicht. Falls die Überprüfung zeigt, dass keine Fehler vorhanden sind, werden das Elektronenquellensubstrat 61, die Vorderplatte 76 und der Trägerrahmen 72 zusammengebaut und wie oben beschrieben miteinander verbunden. Als Nächstes wird das Innere der Umhüllung 78 über ein nicht gezeigtes Absaugrohr mittels einer Vakuumpumpe auf einen Druck von etwa 1,3 × 10^–5 Pa gesenkt, wonach das Absaugrohr abgeschmolzen wird (Versieglungsprozess). Um den Druck nach dem Abschmelzen der Umhüllung 78 zu halten, kann auch eine Getter-Behandlung durchgeführt werden. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem entweder unmittelbar vor dem Versiegeln oder nach dem Versiegeln Widerstandswärme, Hochfrequenzwärme und so weiter verwendet wird, um einen (nicht gezeigten) Getter zu erhitzen, der sich an einer bestimmten Stelle innerhalb der Umhüllung 78 befindet. Der Getter enthält als Hauptbestandteil im Allgemeinen Ba oder dergleichen und hält durch die Adhäsionswirkungen dieses Dampfabscheidungsfilms den Druck aufrecht.
– Verfahren zum Ansteuern des Anzeigefelds –
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 ein Beispiel beschrieben, wie eine Treiberschaltung zur Durchführung einer Fernsehanzeige auf dem aus der Elektronenquelle mit dem einfachen Matrixfeldaufbau gestalteten Anzeigefeld auf Basis von NTSC-Fernsehsignalen gestaltet wird. In 9 bezeichnet die Bezugszahl 91 ein Bildanzeigefeld, bezeichnet 92 eine Abtastschaltung, bezeichnet 93 eine Steuerungsschaltung und bezeichnet 94 ein Schieberegister. Die Bezugszahl 95 bezeichnet einen Zeilenspeicher, 96 bezeichnet eine Synchronisationssignaltrennschaltung, 97 bezeichnet eine Modulationssignalerzeugungsschaltung und Vx und Va entsprechen Gleichspannungsquellen.
Das Anzeigefeld 91 ist über Anschlüsse Dox₁ bis Dox_m, Anschlüsse Doy₁ bis Doy_n und einen Hochspannungsanschluss Hv mit externen elektrischen Schaltungen verbunden. An die Anschlüsse Dox₁ bis Dox_m werden Abtastsignale angelegt, um die innerhalb des Anzeigefelds befindlichen Elektronenquellen, d.h. die Oberflächenleiterkathodengruppe in einem Matrixfeld mit N Reihen und N Spalten, nacheinander, und zwar jeweils eine Reihe (N Elemente) gleichzeitig anzusteuern.
An die Anschlüsse Doy₁ bis Doy_n werden jeweils Modulationssignale angelegt, um in der von den Abtastsignalen gewählten Reihe den abgegebenen Elektronenstrahl jeder Kathode zu steuern. An dem Hochspannungsanschluss Hv wird von der Gleichspannungsquelle Va eine Gleichspannung von zum Beispiel 10 kV angelegt, wobei dies eine Beschleunigungsspannung ist, die den von den Kathoden abgegebenen Elektronenstrahlen ausreichend Energie verleiht, um die Fluoreszenzelemente anzuregen.
Es wird nun die Abtastschaltung 92 beschrieben. Die Abtastschaltung 92 umfasst eine Anzahl von M darin vorgesehener (in den Zeichnungen schematisch mit S₁ bis S_m bezeichneter) Schaltvorrichtungen. Jede Schaltvorrichtung wählt entweder die Ausgabespannung der Gleichspannungsquelle Vx oder null V (Masseniveau) und ist elektrisch mit den Anschlüssen Dox₁ bis Dox_m auf dem Anzeigefeld 91 verbunden. Die Schaltvorrichtungen S₁ bis S_m wirken auf Steuerungssignale Tscan, die von der Steuerungsschaltung 93 abgegeben werden, und können durch den Zusammenbau von Schaltvorrichtungen wie FETs aufgebaut werden.
Bei dieser Gestaltung ist die Gleichspannungsquelle Vx so eingestellt, dass sie eine konstante Spannung abgibt, wobei die auf den Eigenschaften der Kathoden (d.h. der Elektronenabgabeschwellenspannung) basierende Ansteuerungsspannung, die an die nicht abgetasteten Elemente angelegt wird, das gleiche Niveau wie die Elektronenabgabeschwellenspannung oder weniger hat.
Die Steuerungsschaltung 93 hat die Funktion, den Betrieb jeder Einheit gleichzurichten, damit beruhend auf den von außen eingegebenen Bildsignalen eine passende Anzeige erfolgt. Die Steuerungseinheit 93 erzeugt beruhend auf den von der Synchronisationssignaltrennschaltung 96 gesandten Synchronisationssignalen Tsync die Steuerungssignale Tscan und Tmry für jede Einheit.
Die Synchronisationssignaltrennschaltung 96 ist eine Schaltung zur Trennung der Synchronisationssignalkomponente und der Helligkeitssignalkomponente aus den von außen eingegebenen NTSC-Fernsehsignalen. Diese kann unter Verwendung allgemein üblicher Frequenz(Filter-)Schaltungen oder dergleichen aufgebaut werden.
Die von der Synchronisationssignaltrennschaltung 96 abgetrennten Synchronisationssignale bestehen aus vertikalen Synchronisationssignalen und horizontalen Synchronisationssignalen, doch werden die Synchronisationssignale hier einfach als Tsync-Signale bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen. Aus dem gleichen Grund werden die von den Fernsehsignalen abgetrennten Bildhelligkeitssignale als DATA-Signale bezeichnet. Die DATA-Signale werden in das Schieberegister 94 eingegeben.
Dieses Schieberegister 94 dient zur Durchführung einer Seriell-Parallel-Umwandlung jeder Bildzeile der seriell in zeitlicher Abfolge eingegebenen DATA-Signale und wird auf Basis der von der Steuerungsschaltung 93 gesendeten Steuerungssignale Tsft betätigt (d.h. man kann sagen, dass die Steuerungssignale Tsft den Schiebetaktgeber des Schieberegisters 94 darstellen). Die Daten einer Bildzeile (die den Ansteuerungsdaten für eine Anzahl von N Kathoden entsprechen), die der Seriell-Parallel-Umwandlung unterzogen worden sind, werden von dem Schieberegister 94 als eine Anzahl von N parallelen Signalen Id₁ bis Id_n ausgegeben.
Der Zeilenspeicher 95 ist eine Speichervorrichtung zur Speicherung einer Zeile Bilddaten für nur eine bestimmte erforderliche Zeit und speichert somit passend die Inhalte Id₁ bis Id_n auf Basis der von der Steuerungsschaltung 93 gesendeten Steuerungssignale Tmry. Die gespeicherten Inhalte werden als I'd₁ bis I'd_n ausgegeben und in den Modulationssignalerzeuger 97 eingegeben.
Der Modulationssignalerzeuger 97 ist eine Signalquelle zur Durchführung einer passenden Ansteuerungsmodulation der Oberflächenleiterkathoden gemäß den einzelnen Bild daten I'd₁ bis I'd_n, wobei ihre Ausgangssignale über die Anschlüsse Doy₁ bis Doy_n an die Oberflächenleiterkathoden innerhalb des Anzeigefelds 91 angelegt werden.
Wie oben beschrieben wurde, haben die Kathoden, auf die sich die Erfindung bezieht, hinsichtlich des Emissionsstroms Ie die folgenden Grundeigenschaften. Und zwar gibt es eine klare Schwellenspannung Vth für die Elektronenemission und tritt die Elektronenemission nur dann auf, wenn eine Spannung von Vth oder mehr angelegt wird. Bei Spannungen in Höhe des Elektronenemissionsschwellenwerts oder mehr ändert sich der Emissionsstrom entsprechend der Änderung der an die Elemente angelegten Spannung.
Falls also an die Elemente eine Spannung in Form von Impulsen angelegt wird, führt zum Beispiel das Anlegen einer Spannung von weniger als dem Elektronenemissionsschwellenwert (Vth) zu keiner Elektronenemission, während zum Beispiel das Anlegen einer Spannung von größer oder gleich dem Elektronenemissionsschwellenwert (Vth) dazu führt, dass ein Elektronenstrahl abgegeben wird. Gleichzeitig kann die Intensität des abgegebenen Elektronenstrahls durch Änderung des Spitzenwerts Vm der Impulse gesteuert werden. Außerdem lässt sich das gesamte Ladungsvolumen des abgegebenen Elektronenstrahls durch Änderung der Impulsbreite Pw steuern.
Dementsprechend sind Spannungsmodulation und Impulsbreitenmodulation Verfahren, die als Verfahren zur den Eingangssignalen entsprechenden Modulierung der Kathoden eingesetzt werden können. Bei der Durchführung des Spannungsmodulationsverfahrens kann für den Modulationssignalerzeuger 97 eine Spannungsmodulationsschaltung verwendet werden, die Spannungsimpulse mit einer konstanten Länge erzeugt und den Spitzenwert der Impulse passend entsprechend den Eingangsdaten moduliert.
Bei Durchführung des Impulsbreitenmodulationsverfahrens kann für den Modulationssignalerzeuger 97 eine Impulsbreitenmodulierungsschaltung verwendet werden, die Spannungsimpulse mit einer konstanten Höhe erzeugt und die Breite der Impulse passend entsprechend den Eingangsdaten moduliert.
Das Schieberegister 94 und der Zeilenspeicher 95 können entweder für digitale Signale oder analoge Signale ausgelegt sein. Alles was verlangt wird, ist, dass die Seriell-Parallel-Umwandlung und die Speicherung der Bildsignale mit der vereinbarten Geschwindigkeit erfolgt.
Werden digitale Signale verwendet, müssen die Ausgangssignale DATA von der Synchronisationssignaltrennschaltung 96 digitalisiert werden, doch kann dies durch einen A/D-Wandler am Ausgang der Synchronisationssignaltrennschaltung 96 erreicht werden. Entsprechend unterscheidet sich die für den Modulationssignalerzeuger 97 verwendete Schaltung etwas in Abhängigkeit davon, ob die Ausgangssignale vom Zeilenspeicher 95 digitale Signale oder analoge Signale sind. Falls unter Verwendung von digitalen Signalen eine Spannungsmodulation erfolgt, wird für den Modulationssignalerzeuger 97 zum Beispiel eine D/A-Umwandlungsschaltung verwendet, wobei bei Bedarf Verstärkungsschaltungen oder dergleichen ergänzt werden. Im Fall des Impulsbreitenmodulationsverfahrens besteht die für den Modulationssignalerzeuger 97 verwendete Schaltung aus einer Kombination eines Hochgeschwindigkeitsoszillators und eines Zählers zum Zählen der Anzahl der vom Hochgeschwindigkeitsoszillator abgegebenen Wellen und aus einem Komparator zum Vergleichen des Ausgabewerts des Zählers mit dem Ausgabewert des Speichers. Falls notwendig kann ein Verstärker zum Verstärken der Spannung der von dem Komparator ausgegebenen impulsbreitenmodulierten Signale auf die Spannung zum Ansteuern der Oberflächenleiterkathoden vorgesehen werden.
Im Fall der analoge Signale verwendenden Spannungsmodulation kann für den Modulationssignalerzeuger 97 eine Verstärkungsschaltung mit einem Operationsverstärker eingesetzt werden, wobei bei Bedarf eine Pegelanpassungsschaltung ergänzt werden kann. Im Fall der Impulsbreitenmodulation kann zum Beispiel eine Spannungssteuerungsoszillationsschaltung (VCO) mit einem Verstärker zum Verstärken der Spannung der impulsbreitenmodulierten Signale auf die Spannung zum Ansteuern der Oberflächenleiterkathoden verwendet werden.
In einem Bilderzeugungsgerät, bei dem sich die Erfindung anwenden lässt und die solch einen Aufbau haben kann, wird die Elektronenemission erzeugt, indem über die Anschlüsse Dox₁ bis Dox_m und die Anschlüsse Doy₁ bis Doy_n, die sich außerhalb der Umhüllung befinden, an jede Kathode eine Spannung angelegt wird. Über den Hochspannungsanschluss Hv wird an die Metallunterlage 75 oder die (nicht gezeigte) transparente Elektrode eine Hochspannung angelegt, wodurch der Elektronenstrahl beschleunigt wird. Die beschleunigten Elektroden treffen auf den Fluoreszenzfilm 74, erzeugen Licht und bilden dadurch ein Bild.
Dabei ist zu beachten, dass der Aufbau des hier beschriebenen Bilderzeugungsgeräts nur ein Beispiel für ein Bilderzeugungsgerät ist, bei dem sich die Erfindung anwenden lässt, und dass beruhend auf der technischen Idee der Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden können. So wurden als Eingangssignale zwar NTSC-Signale beschrieben, doch ist die Erfindung keinesfalls darauf beschränkt; vielmehr können bei der Erfindung auch andere Typen wie PAL, SACAM verwendet werden und können sogar Fernsehsignale mit einer noch größeren Anzahl an Abtastzeilen (z.B, hochauflösendes Fernsehen wie MUSE) eingesetzt werden.
– Leiterfeldelektronenquelle und Bilderzeugungsgerät –
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 10 und 11 die Leiterfeldelektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät beschrieben.
10 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Leiterfeldelektronenquelle veranschaulicht. In 10 bezeichnet die Bezugszahl 100 ein Elektronenquellensubstrat und bezeichnet 101 Kathoden. Die mit der Bezugszahl 102 bezeichneten Drähte Dx₁ bis Dx₁₀ sind gemeinsame Drähte zur Verbindung der Kathoden 101. Auf dem Elektronenquellensubstrat 100 sind in der (als „Vorrichtungszeile" bezeichneten) X-Richtung mehrere Kathoden 101 parallel angeordnet, wodurch sie die Elektronenquelle bilden. Das Anlegen einer Ansteuerungsspannung zwischen den gemeinsamen Drähten für jede Vorrichtungszeile erlaubt es, jede Vorrichtungszeile unabhängig anzutreiben. Und zwar wird an die Vorrichtungszeilen, von denen eine Elektronenstrahlemission gewünscht wird, eine Spannung von größer oder gleich der Elektronenemissionsschwellenspannung angelegt, während an die Vorrichtungszeilen, von denen keine Elektronenstrahlemission gewünscht wird, eine kleinere Spannung als die Elektronenemissionsschwellenspannung angelegt wird. Unter den gemeinsamen Drähten Dx₂ bis Dx₉ können Dx₂ und Dx₃ zum Beispiel einen einzigen Draht teilen.
11 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel des Aufbaus eines Anzeigefelds eines Bilderzeugungsgeräts mit einer Leiterfeldelektronenquelle veranschaulicht. Die Bezugszahl 110 bezeichnet Gitterelektroden, 111 bezeichnet Löcher zum Durchlass von Elektronen und 112 bezeichnet Anschlüsse Dox₁, Dox₂ und so weiter bis Dox_m außerhalb der Umhüllung 78. Die Bezugszahl 113 bezeichnet Gitteranschlüsse G₁, G₂ und so weiter bis G_n außerhalb der Umhüllung 78, die mit dem Gitter 110 verbunden sind. In 11 bezeichnen die gleichen Bezugszahlen wie in den 7 und 10 die gleichen Teile. Der Hauptunterschied zwischen dem hier gezeigten Bilderzeugungsgerät und dem in 7 gezeigten Bilderzeugungsgerät mit dem einfachen Matrixfeld besteht darin, ob zwischen dem Elektronenquellensubstrat 100 und der Vorderplatte 76 die Gitterelektroden 110 vorkommen oder nicht.
In 11 befinden sich zwischen dem Elektronenquellensubstrat 100 und der Vorderplatte 76 Gitterelektroden 110. Die Gitterelektroden 110 dienen zur Modulation des von den Kathoden abgegebenen Elektronenstrahls. Für jede Kathode ist eine runde Öffnung 111 vorgesehen, um den Elektronenstrahlen zu ermöglichen, durch die senkrecht zu den Leiterfeldvorrichtungsreihen vorgesehenen streifenförmigen Elektroden hindurchzugehen. Die Form und die Position des Gitters sind nicht auf das Beispiel von 11 beschränkt. So kann für die Öffnungen zum Beispiel auch eine gitterförmige Gestaltung mit mehreren Löchern vorgesehen werden, oder das Gitter kann um die Vorrichtung herum oder nahe der Vorrichtungen platziert werden.
Die Anschlüsse 112 außerhalb der Umhüllung und die Gitteranschlüsse 113 außerhalb der Umhüllung sind elektrisch mit nicht gezeigten Steuerungsschaltungen verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Bilderzeugungsgerät wird simultan und synchron zur sequenziellen Ansteuerung (Abtastung) einer Spalte von Vorrichtungsreihen an eine Gitterelektrode eine Zeile modulierter Signale angelegt. Dementsprechend kann die Abstrahlung jedes Elektronenstrahls zum Fluoreszenzelement gesteuert werden, wodurch das Bild zeilenweise angezeigt wird.
Das erfindungsgemäße Bilderzeugungsgerät kann als Anzeigegerät zur Fernsehübertragung, für Videokonferenzsysteme, für Anzeigevorrichtungen, für Computer und dergleichen und so weiter verwendet werden und kann außerdem als Bilderzeugungsgerät für Fotodrucker verwendet werden, die sich aus lichtempfindlichen Trommeln und dergleichen zusammensetzen, und so weiter.
Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung der Erfindung anhand von Beispielen, wobei die Erfindung jedoch nicht als auf diese Beispiele beschränkt verstanden werden sollte und sie innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche sämtliche Bauteilersetzungen und Gestaltungsänderungen umfasst, mit denen sich die Aufgaben der Erfindung lösen lassen.
– Erstes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde als Kathode eine Kathode hergestellt, wie sie in den 1A und 1B gezeigt ist. 1A ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kathode veranschaulicht, und 1B eine schematische Darstellung ihres Querschnitts. In den 1A–1B bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Isoliersubstrat, bezeichnen 2 und 3 Elektroden zum Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung, bezeichnet 4 einen organischen Film mit elektrischer Leitfähigkeit, bezeichnet 5 einen Elektronenemissionsabschnitt und bezeichnet 7 einen Spalt. Dabei entspricht L in der Figur den Zwischenraum zwischen der Elektroden 2 und der Elektrode 3 und entspricht W der Breite der Elektrode.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die 2A–2D das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Kathode beschrieben.

1) Als Isoliersubstrat 1 wurde ein Quarzsubstrat verwendet, das mit einem Reinigungsmittel, reinem Wassers und einem organischen Lösungsmittel ausreichend gereinigt wurde, woraufhin auf der Oberfläche dieses Substrats 1 aus Platin Elektroden 2 und 3 herausgebildet wurden (2A). Der Abstand L zwischen den Elektroden 2 und 3 betrug zu diesem Zeitpunkt 10 μm, die Breite W der Elektroden 2 und 3 betrug 500 μm und ihre Dicke d betrug 100 nm.
2) Als Nächstes wurden unter Verwendung von 10 g N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, 0,3 g feinen Kohlenstoffteilchen (SAF-HS, hergestellt von Tokai Carbon) als elektrisch leitendes Material und 0,5 g Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer verwendet. Diese wurden gemischt, um ein Mischfluid zu erzielen. Das Mischfluid 6 wurde dann unter Verwendung einer Schleuderscheibe auf das Substrat 1 aufgebracht, auf dem die Elektroden 2 und 3 herausgebildet worden waren (2B).
3) Das Substrat 1 mit dem darauf aufgebrachten Mischfluid 6 wurde 15 Minuten lang in einem Ofen bei 350°C einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch das Lösungsmittel verdampfte, sodass sich ein elektrisch leitender organischer Film 4 bildete, der innerhalb eines Polyimidfilms Kohlenstoff enthielt (2C). Der Widerstandswert des herausgebildeten elektrisch leitenden organischen Films 4 betrug 10⁴ Ω/⎕ als Flächenwiderstand, und die Dicke des Films 100 nm.
4) Als Nächstes erfolgte der Formierprozess. Das Substrat wurde in die in 4 gezeigte Vakuumbehandlungsanlage gesetzt, wobei durch den elektrisch leitenden organischen Film 4 mittels einer Stromquelle 51 ein Strom fließen gelassen wurde. Dadurch wurde an einem Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 ein Spalt 7 geformt (2D). Der Bereich 11 nahe diesem Spalt 7 beinhaltet den Elektronenemissionsabschnitt 5.

Eine Untersuchung des Bereichs 11 nahe dem Elektronenemissionsabschnitt 5 mittels Ramanspektroskopie ergab, dass sich an den dem Spalt 7 zugewandten Abschnitten und den Abschnitten nahe dem Spalt 7 Grafit gebildet hatte. Man glaubt, dass dieses Grafit gebildet wurde, indem das Polyimid, das die obige elektrisch leitende organische Schicht bildet, grafitisiert (karbonisiert) wurde. Im Übrigen ist die Grenze zwischen dem karbonisierten Bereich 11 und dem Bereich 4 der elektrisch leitenden organischen Schicht in der Realität nicht als eine solche klare Linie definiert, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist. Tatsächlich sind der karbonisierte Bereich 11 und der Bereich 4 der elektrisch leitenden organischen Schicht an dieser Grenze vermischt. Die Grenze ist hier als eine klare Linie dargestellt worden, um die Beschreibung zu vereinfachen. Außerdem zeigten die Mess ergebnisse, dass neben dem Grafit amorpher Kohlenstoff vorkam.
3A zeigt ein Beispiel der Spannungswellenform, die bei der elektrischen Formierung verwendet wurde. In 3A bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und das Impulsintervall der Spannungswellenform, wobei T1 in diesem Beispiel auf 1 ms, T2 auf 10 ms, der Spitzenwert der Dreieckswelle (die Spitzenspannung bei der Formierung) auf 5 V und der Druck innerhalb der Vakuumanlage während der Formierungsbehandlung bei 1,3 × 10^–4 Pa eingestellt waren und die Behandlung 60 Sekunden lang erfolgte.
Mit der in 4 gezeigten Messbeurteilungsanlage wurden die Emissionseigenschaften der auf diese Weise hergestellten Vorrichtung gemessen. Zwischen den Elektroden 2 und 3 der Kathode wurde eine Vorrichtungsspannung Vf angelegt, wobei die Messung des zu diesem Zeitpunkt fließenden Vorrichtungsstroms If und Emissionsstroms Ie die in 5 gezeigten Strom-Spannungs-Eigenschaften ergab.
Anstelle der Anodenelektrode 44 wurde in die Vakuumanlage eine Vorderplatte 76 mit dem oben beschriebenen Fluoreszenzfilm 74 und der Metallunterlage 75 gesetzt. Die Elektronenemission von der Elektronenquelle erfolgte in diesem Zustand, was dazu führte, dass in einem Abschnitt des Fluoreszenzfilms Licht erzeugt wurde, wobei sich die Lichtintensität entsprechend dem Vorrichtungsstrom Ie änderte, was zeigt, dass diese Vorrichtung als eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung arbeitet.
Das oben beschriebene Beispiel beinhaltet beim Formieren der Elektronenemissionsabschnitte zwar das Anlegen von dreieckigen Wellenimpulsen zwischen den Elektroden, um dadurch die elektrische Formierung durchzuführen. Doch ist die Erfindung keinesfalls auf die Anlegung von dreieckigen Wellenimpulsen zwischen den Elektroden 2 und 3 beschränkt; vielmehr können auch andere gewünschte Wellenformen wie Rechteckimpulse verwendet werden. Außerdem sind die Wellenspitze, die Impulsbreite, die Impulsintervalle und so weiter keinesfalls auf die obigen Werte beschränkt. Dementsprechend können auch eine andere gewünschte Wellenspitze, Impulsbreite, und eine anderes Impulsintervall und so weiter gewählt werden, solange der Elektronenemissionsabschnitt geeignet herausgebildet wird.
– Zweites Beispiel –
Dieses Beispiel wurde auf die gleiche Weise wie das erste Beispiel gebildet, ausgenommen dass das dabei für das Mischfluid 6 verwendete Material ausgetauscht wurde.
Bei diesem Beispiel wurden 10 g N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, 0,4 g Indiumoxid (III) (hergestellt von Kishida Kagaku) als elektrisch leitendes Material und 0,5 g Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer verwendet. Das daraus gebildete Mischfluid 6 wurde dann unter Verwendung einer Schleuderscheibe auf das Substrat 1 aufgebracht, auf dem die Elektroden 2 und 3 ausgebildet worden waren. Durch eine auf die gleiche Weise wie beim ersten Beispiel erfolgende Formierung wurde eine Kathode hergestellt, wobei sich zeigte, dass diese Kathode ähnliche Elektronenemissionseigenschaften wie im ersten Beispiel hatte.
Eine Ramanspektroskopie des Elektronenemissionsabschnitts 5 ergab, dass sich wie beim ersten Beispiel in dem dem Spalt 7 zugewandten Bereich 8 des elektrisch leitenden organischen Films 4 und dessen Abschnitten nahe dem Spalt 7 Grafit gebildet hatte.
Man glaubt, dass das in diesem Beispiel beobachtete Grafit durch in dem Formierprozess karbonisiertes Polyimid gebildet wurde.
– Drittes Beispiel –
Dieses Beispiel wurde auf die gleiche Weise wie das erste Beispiel gebildet, ausgenommen dass das im ersten Beispiel das Mischfluid 6 bildende Material ausgetauscht wurde.
Dabei wurden 10 g N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, 1,6 g eines organischen Palladiumkomplexes als Vorstufe für das elektrisch leitende Material und 0,5 g Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer verwendet. Das daraus gebildete Mischfluid 6 wurde dann unter Verwendung einer Schleuderscheibe auf das Substrat 1 aufgebracht, auf dem die Elektroden 2 und 3 ausgebildet worden waren, wobei die Formierung dann auf die gleiche Weise wie beim ersten Beispiel erfolgte, wodurch sich eine Kathode ergab. Es zeigte sich, dass diese Kathode ähnliche Elektronenemissionseigenschaften wie das erste Beispiels hatte.
Eine Ramanspektroskopie des Elektronenemissionsabschnitts 5 ergab, dass sich an dem dem Spalt 7 zugewandten Bereich 8 des elektrisch leitenden organischen Films und den Abschnitten nahe dem Spalt 7 Grafit gebildet hatte.
– Viertes Beispiel –
In diesem Beispiel wurde das Material, das im ersten Beispiel das Mischfluid bildete, gegen ein anderes ausgetauscht. Außerdem erfolgte die Aufbringung des Mischfluids unter Verwendung des Tintenstrahlverfahrens (Bubble-Jet-Verfahren).
Bei diesem Beispiel wurden ein Mischfluid aus 1% Polyamidsäuredimethylester als Vorstufe für das Polymer, 1,6% Palladiumacetat als Vorstufe für das elektrisch leitende Material und N-Methylpyrolidon (NMP) als Lösungsmittel verwendet.
Das Mischfluid wurde in den in 18 gezeigten Bubble-Jet-Druckkopf BC-01, hergestellt von Canon, eingebracht wobei an bestimmte Heizelemente 22 innerhalb des Kopfs eine Spannung angelegt wurde, sodass das Mischfluid 6 aus Amidsäuremethylester und Palladiumacetat auf den Spaltabschnitt zwischen den Elektroden 2 und 3 auf dem Quarzsubstrat ausgestoßen wurde. Der Ausstoß wurde dreimal wiederholt, wobei die Position des Kopfs und des Substrats beibehalten wurden. Die Tröpfchen waren bei einem Durchmesser von ungefähr 90 μm in etwa kreisförmig (2B).
Als Nächstes wurde das Substrat 30 Minuten lang bei 350°C in einem Ofen in Umgebungsatmosphäre erhitzt, wodurch ein elektrisch leitender organischer Film 4 gebildet wurde, der Palladiumoxid und Polyimid aufwies (2C).
Als Nächstes wurde das Substrat mit dem darauf ausgebildeten elektrisch leitenden organischen Film 4 in die in 4 gezeigte Vakuumbehandlungsanlage gesetzt und wurde zwischen den Elektroden 2 und 3 mittels einer Spannungsquelle 51 in einem Vakuum von 1,4 × 10^–6 Pa oder weniger eine Spannung angelegt. Durch diesen Formierungs prozess floss durch den elektrisch leitenden organischen Film 4 elektrischer Strom, wodurch der Spalt 7 (Elektronenemissionsabschnitt 5) geformt wurde (2D). Eine Betrachtung des Bereichs 8 nahe dem Elektronenemissionsabschnitt 5 mit Ramanspektroskopie ließ eine Karbonisierung (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) erkennen. Außerdem war der obige karbonisierte Abschnitt 11 beinahe symmetrisch entlang des Spalts 7 geformt. Und zwar hatte sich mit dem in 2D gezeigten Spalt 7 als Grenze an dem dem Spalt 7 nach rechts zugewandten Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 und dem dem Spalt 7 nach links zugewandten Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 ein allgemein symmetrischer karbonisierter Bereich 8 (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) gebildet.
3D zeigt ein Beispiel der bei der elektrischen Formierung verwendeten Spannungswellenform. In 3D bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und das Impulsintervall der Spannungswellenform, wobei T1 in diesem Beispiel auf 1 ms und T2 auf 10 ms, eingestellt war und der Absolutwert des Spitzenwerts der Impulsspannung allmählich von Null auf 25 V erhöht wurde.
Die auf diese Weise hergestellte Vorrichtung wurde in die in 4 gezeigte Messbeurteilungsanlage gesetzt, wobei die Anlage auf ein Vakuum von 1,3 × 10^–6 Pa oder weniger abgesaugt wurde und dann die Elektronenemissionseigenschaften gemessen wurden.
Zwischen den Elektroden 2 und 3 der Kathode wurde eine Vorrichtungsspannung angelegt, wobei die Messung des zu diesem Zeitpunkt fließenden Vorrichtungsstroms If und des Emissionsstroms Ie die in 5 gezeigten Strom-Spannungs-Eigenschaften ergab. Außerdem war dieses Beispiel verglichen mit den Vorrichtungen gemäß dem ersten bis dritten Beispiel auch dann dazu imstande, hervorragende Elektronenemissionseigenschaften aufrechtzuerhalten, wenn es für längere Zeit betrieben wurde.
– Fünftes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde das Mischfluid im vierten Beispiel ausgetauscht. Außerdem wurde ein piezoelektrisches Tintenstrahlverfahren verwendet. Ansonsten glich dieses Beispiel dem vierten Beispiel.
Für das in diesem Beispiel verwendete Mischfluid wurden 0,06 g feine Teilchen Carbon-Black (Kohlenschwarz) in 10 g N-Methylpyrolidon-Lösung aus 1% Polyamidsäuredimethylester dispergiert. Die feinen Teilchen Carbon-Black wurden vorher gefiltert, um nur diejenigen mit Teilchendurchmessern von 1 μm oder weniger auszuwählen.
Dieses Mischfluid wurde in einen Piezo-Jet-Kopf eingebracht, wobei dann eine externe Spannung angelegt wurde, wodurch das Mischfluid wie beim vierten Beispiel zwischen die Elektroden 2 und 3 abgegeben wurde. Die Abgabe wurde dreimal wiederholt, wobei die Position des Kopfs und des Substrats beibehalten wurden. Die Tröpfchen waren bei einem Durchmesser von ungefähr 85 μm in etwa kreisförmig (2B).
Als Nächstes wurde das Substrat 30 Minuten lang bei 350°C in einem Ofen in Umgebungsatmosphäre erhitzt, wodurch sich ein elektrisch leitender organischer Film 4 bildete, Carbon-Black-Teilchen und Polyimid aufwies (2C).
Als Nächstes wurde das Substrat in die in 4 gezeigte Vakuumbehandlungsanlage gesetzt und wurde zwischen den Elektroden 2 und 3 mit einer Spannungsquelle 51 in einem Vakuum von 1,4 × 10^–5 Pa oder weniger eine Spannung angelegt. Durch diese elektrische Formierung floss durch den elektrisch leitenden organischen Film 4 ein elektrischer Strom, wodurch der Elektronenemissionsabschnitt 5 geformt wurde (2D). Die Betrachtung des Bereichs 8 nahe dem Elektronenemissionsabschnitt 5 mit Ramanspektroskopie ließ eine Karbonisierung (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) erkennen. Außerdem war der obige karbonisierte Abschnitt 8 (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) wie beim vierten Beispiel entlang des Spalts 7 beinahe symmetrisch geformt. 3D zeigt ein Beispiel der bei der elektrischen Formierung verwendeten Spannungswellenform. In 3D bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und das Impulsintervall der Spannungswellenform, wobei in diesem Beispiel T1 auf 1 ms und T2 auf 10 ms eingestellt war und der Absolutwert des Spitzenwerts der Impulsspannung allmählich von Null auf 25 V erhöht wurde.
Die auf diese Weise hergestellte Vorrichtung wurde in die in 4 gezeigte Messbeurteilungsanlage gesetzt, die Anlage wurde auf ein Vakuum von 1,3 × 10^–6 Pa oder weniger abgesaugt und dann wurden die Elektronenemissionseigenschaften gemessen.
Zwischen den Elektroden 2 und 3 der Kathode wurde eine Vorrichtungsspannung angelegt, wobei die Messung des zu diesem Zeitpunkt fließenden Vorrichtungsstroms If und des Emissionsstroms Ie die in 5 gezeigten Strom-Spannungs-Eigenschaften ergab. Außerdem war dieses Beispiel dazu imstande, auch dann hervorragende Elektronenemissionseigenschaften beizubehalten, als es für längere Zeit betrieben wurde.
– Sechstes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde eine Elektronenquelle hergestellt, die eine Gestaltung aus einer großen Anzahl erfindungsgemäßer Kathoden umfasste. Die bei diesem Beispiel angefertigte Elektronenquelle wird unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben.

1) Auf einer Seite eines Natronkalkglases wurde durch Sputtern ein 1 μm dicker Film aus SiO₂ herausgebildet.
2) Es wurde ein Offsetdruckverfahren verwendet, um auf der Oberfläche, auf der der SiO₂-Film ausgebildet worden war, 1000 × 5000 Sätze Platinelektroden 2 und 3 aufzudrucken (14A). In den 14A bis 15D ist dabei ein Beispiel mit 3 mal 3 Vorrichtungen gezeigt, um das Verständnis zu erleichtern.
3) Als Nächstes wurde ein Siebdruckverfahren verwendet, um in Spaltenrichtung 5000 hauptsächlich aus Ag bestehende Drähte 62 herauszubilden, um so die Elektroden 2 gemeinsam zu verbinden (14B).
4) Als Nächstes wurde ein Siebdruckverfahren verwendet, um in Spaltenrichtung senkrecht zu den obigen Drähten 62 1000 Zeilen einer aus hauptsächlich SiO₂ bestehenden Isolierschicht 64 herauszubilden. Die Isolierschicht 64 hatte Öffnungen 100, um den Elektroden 3 zu ermöglichen, in Reihenrichtung mit den später beschriebenen Drähten in Kontakt zu kommen. Die Isolierschicht 64 hatte demnach eine Kammform (14C).
5) Dann wurde ein Siebdruckverfahren verwendet, um in Reihenrichtung auf der Isolierschicht 64 1000 hauptsächlich aus Ag bestehende Drähte 63 herauszubilden. Diese in Reihenrichtung verlaufenden Drähte 63 befanden sich an den Öffnungen in der Isolierschicht 64 mit den Elektroden 3 in Kontakt. Die Breite der Zeilen in Spaltenrichtung war geringer als die Breite der Isolierschicht 64 (15A).
6) Als Nächstes wurde ein Mischfluid vorbereitet, wobei ein Palladiumaminkomplex und Poly(pyromellithamidsäuredimetyhlester) in N,N-Dimethylacetamid eingemischt wurden. Wie oben beschrieben wurde, stellt der organische Palladiumaminkomplex eine Vorstufe für die Bildung des Pd (elektrisch leitenden Materials) im Folgenden Erwärmungsprozess dar. Auch der Poly(pyromellithamidsäuredimetyhlester) stellt eine Vorstufe zum Bilden des Polyimids (Polymers) im Folgenden Erwärmungsprozess dar. Dieses Mischfluid 6 wurde unter Verwendung des Tintenstrahlverfahrens aufgebracht, um so eine Verbindung zwischen den jeweiligen Elektroden 2 und 3 zu schaffen (15B). In diesem Beispiel wurde in dem Tintenstrahlverfahren das in 18B gezeigte Bubble-Jet-Tröpfchenausstoßgerät verwendet.
7) Als Nächstes wurde das zwischen den Elektroden 2 und 3 aufgebrachte Mischfluid in der Atmosphäre erhitzt und gebrannt. Diese Erhitzung verdampfte das Lösungsmittel aus N,N-Dimethylacetamid. Gleichzeitig führte dies dazu, dass sich der Poly(pyromellithamidsäuredimetyhlester) zu Polyimid umwandelte. Des Weiteren wandelte sich der Palladiumaminkomplex zu PdO um. Durch diesen Prozess wurde zwischen den jeweiligen Elektroden 2 und 3 eine elektrisch leitende organische Schicht 4 mit einem Flächenwiderstand von 5 × 10⁴ Ω/⎕ und einer Dicke von 100 nm (15C) herausgebildet.
8) Als Nächstes wurde das Substrat mit der darauf ausgebildeten elektrisch leitenden organischen Schicht 4 in eine Vakuumkammer gesetzt. Dann wurde an bestimmte Drähte 63 in Reihenrichtung und an bestimmte Drähte 62 in Spaltenrichtung eine Spannung angelegt, sodass zwischen den Elektroden 2 und 3 durch die elektrisch leitende organische Schicht 4 ein Strom floss. Die dabei auf die Drähte aufgebrachte Spannungswellenform war wie in 3D gezeigt. Dieser Prozess erzeugte in der elektrisch leitenden organischen Schicht 4 den Spalt 7.

Die Untersuchung der dem Spalt 7 zugewandten elektrisch leitenden organischen Schicht 4 und der elektrisch leitenden organischen Schicht 4 nahe dem Spalt 7 mit einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) und mit UV-Ramanspektroskopie ließ Karbonisierungsbereiche 11 (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) erkennen. Außerdem war der obige karbonisierte Abschnitt 11 entlang des Spalts 7 beinahe symmetrisch geformt. Und zwar war mit dem Spalt 7 in 2D als Grenze an dem dem Spalt 7 nach rechts zugewandten Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 und dem dem Spalt 7 nach links zugewandten Abschnitt des elektrisch leitenden organischen Films 4 ein allgemein symmetrischer karbonisierter Bereich 11 (amorpher Kohlenstoff und/oder Grafit) geformt.
Die auf diese Weise hergestellte Elektronenquelle wurde in eine Vakuumatmosphäre von 10^–7 Pa gesetzt, wobei darüber eine Anodenelektrode platziert wurde. Die Ansteuerung jeder Kathode ergab Elektronenemissionseigenschaften mit gleichmäßigen Eigenschaften.
Bei diesem Beispiel lassen sich sämtliche Komponenten auf dem Elektronenquellensubstrat durch Drucken (Offsetdruck, Siebdruck, Ink-Jet) herausbilden. Dementsprechend besteht keine Notwendigkeit für einen Vakuumprozess, was die Notwendigkeit für massive Ausrüstungsinvestitionen verringert. Außerdem erfolgt die Musterbildung bei jedem Prozess zur gleichen Zeit wie das Herausbilden des Films auf dem Substrat, was den Prozess stark vereinfacht.
Während die herkömmliche Gestaltung, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, nach zwei Prozessen verlangt, um den Spalt 12 und den Spalt 7 herauszubilden (d.h. den Kohlenstofffilm 10 zu formen), kann das Element zudem durch die Formung des Spalts 7 in dem elektrisch leitenden organischen Film 4 herausgebildet werden, was den Prozess stark vereinfacht.
Außerdem besteht weder die Notwendigkeit für eine Einleitung eines organischen Gases in die Vakuumatmosphäre, das als Bestandteil des Kohlenstofffilms 10 dient, noch für dessen Absaugung, sodass die zur Einleitung und Absaugung erforderliche Zeit eingespart wird.
Außerdem war herkömmlicher Weise ein Brennprozess nötig, um vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung sämtliches zurückgebliebenes organisches Gas von den Bestandteilen für den Kohlenstofffilm 10 zu entfernen. Bei diesem Beispiel besteht jedoch nicht die Notwendigkeit, einen Prozess zum Entfernen (Abbrennen) zurückgebliebenen, auf dem Substrat und den Vorrichtungen anhaftenden organischen Materials durchzuführen, der mit der Einleitung eines solchen organischen Gases einhergehen würde.
– Siebtes Beispiel –
Dieses Beispiel veranschaulicht das Beispiel eines Flachbildschirms, der die im sechsten Beispiel angefertigte Elektronenquelle verwendet. Der schematisch in 7 gezeigte Bildschirm wurde wie in diesem Beispiel hergestellt. Während das Elektronenquellensubstrat 61 und die Rückenplatte 71 in 7 jedoch separate Teile sind, dient das Elektronenquellensubstrat in diesem Beispiel auch als Rückenplatte.
Die Prozesse 1) bis 8) erfolgten auf die gleiche Weise wie beim vierten Beispiel. Das Substrat, auf dem die Kathoden herausgebildet wurden, ist in diesem Beispiel die Rückenplatte.

9) In der gleichen Atmosphäre, in der in dem vorherigen Prozess 8) der Spalt 7 erzeugt worden war, wurden dann die Eigenschaften jeder Vorrichtung auf der Elektronenquelle (Rückenplatte) untersucht.
10) Ein Elektronenquellensubstrat 61 (Rückenplatte), bei der jede der in 9) beschriebenen Vorrichtungen darauf als frei von Abweichungen der elektrischen Eigenschaften und als fehlerfrei beurteilt worden war (d.h. Vorrichtungen mit bestandener Qualität), und eine Vorderplatte 76 und ein Trägerrahmen 72, die zuvor angefertigt worden waren und eine Überprüfung bestanden hatten, wurden so angeordnet, dass sie aneinander zugewandt waren, wobei eine Positionierung von ihnen erfolgte. Dabei wurde vorher an dem Abschnitt, an dem der Trägerrahmen 72 mit der Vorderplatte 76 in Kontakt kommt, und dem Abschnitt, an dem der Trägerrahmen mit der Rückenplatte (Elektronenquelle) 71 in Kontakt kommt, ein Verbindungsmaterial positioniert. In diesem Beispiel wurde Frittenglas verwendet.
11) Durch Erhitzen der obigen Verbindungsabschnitte wurden die Vorderplatte 76, der Trägerrahmen 72 und die Rückenplatte 71 miteinander verbunden und fixiert (versiegelt), wodurch die Umhüllung 78 gebildet wurde.
12) Als Nächstes wurde das Innere der Umhüllung 78 über ein nicht gezeigtes Absaugrohr auf ein Vakuum von 10^–6 Pa abgesaugt und wurde das Absaugrohr versiegelt (abgeschmolzen).

Mit der auf diese Weise gebildeten Umhüllung wurde die oben beschriebene Treiberschaltung (9) verbunden, wodurch ein Flachbildschirm gebildet wurde. Die Ansteuerung dieses Bildschirms ergab ein Bild mit hoher Gleichmäßigkeit und Helligkeit.
– Achtes Beispiel –
Im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie im siebten Beispiel wurde ein Bilderzeugungsgerät gebildet.
Für das bei diesem Beispiel verwendete Mischfluid 6 wurde das im siebten Beispiel verwendete Mischfluid durch 0,06 g feine Grafitteilchen, die als elektrisch leitendes Material dienten, ersetzt, die in 10 g einer N,N-Dimethylpyrolidon-Lösung aus 1% Polyamidsäuredimethylester dispergiert waren. Außerdem wurden die feinen Carbon-Black-Teilchen vorher gefiltert, um lediglich diejenigen mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger auszuwählen.
Des Weiteren wurde dieses Mischfluid 6 wie im fünften Beispiel mit einem Piezo-Jet-Kopf zwischen die Elektroden 2 und 3 abgegeben. Die Form des herausgebildeten elektrisch leitenden organischen Films 4 entsprach der im fünften Beispiel.
Auch mit dem gemäß diesem Beispiel angefertigten Bilderzeugungsgerät wurde ein Bilderzeugungsgerät mit hervorragender Helligkeit und Gleichmäßigkeit und einer langen Lebensdauer erzielt.
– Neuntes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde ein Elektronenquellensubstrat verwendet, bei dem die Kathoden in einer Matrixform verdrahtet waren, wie sie schematisch in 6 gezeigt ist. Wie beim ersten Beispiel wurde auf die die Vorrichtungen bildenden Elektroden 2 und 3 auf dem Substrat durch Drucken ein Mischfluid 6 aufgebracht, das N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, feine Kohlenstoffteilchen (SAF-HS, Tokai Carbon) als elektrisch leitendes Material und Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer umfasste. Anschließend wurde der elektrisch leitende organische Film 4 durch eine Wärmebehandlung herausgebildet. Dann wurde der elektrisch leitende organische Film unter Verwendung der gleichen Impulswellenformen wie im vierten Beispiel einer elektrischen Formierung unterzogen, wodurch Elektronenemissionsabschnitte 5 geformt wurden, was das Elektronenquellensubstrat fertig stellte.
Mit dem Elektronenquellensubstrat wurden eine Rückenplatte 71, ein Trägerrahmen 72 und eine Vorderplatte 76 verbunden und vakuumversiegelt, wodurch dem konzeptionellen Schaubild in 7 folgend ein Bilderzeugungsgerät hergestellt wurde. Auf jede der Vorrichtungen wurde über die Anschlüsse Dx₁ bis Dx₁₆ und Dy₁ bis Dy₁₆ im Zeitmultiplexverfahren eine bestimmte Spannung angelegt, wobei an die Metallunterlage über den Anschluss Hv eine Hochspannung angelegt wurde. Auf diese Weise wurde festgestellt, dass dadurch ein Bilderzeugungsgerät herausgebildet werden konnte, das die Anzeige eines beliebigen Matrixbildmusters erlaubt und eine hohe Gleichmäßigkeit ergibt.
– Zehntes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde auf die gleiche Weise wie im neunten Beispiel ein Bilderzeugungsgerät gebildet. Der einzige Unterschied zum neunten Beispiel war der, dass das Mischfluid 6 zum Herausbilden der elektrisch leitenden organischen Schicht 4 das gleiche wie im zweiten Beispiel war.
Wie beim zweiten Beispiel wurde auf die Elektroden 2 und 3 auf dem Substrat durch Aufdrucken ein Mischfluid 6 aufgebracht, das N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, Indiumoxid (III) (hergestellt von Kishida Kagaku) als elektrisch leitendes Material und Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer umfasste. Anschließend wurde der elektrisch leitende organische Film 4 durch Wärmebehandlung herausgebildet. Dann wurde der elektrisch leitende organische Film 4 unter Verwendung derselben Impulswellenformen wie im vierten Beispiel einer elektrischen Formierung unterzogen, wodurch Elektronenemissionsabschnitte 5 geformt wurden, was das Elektronenquellensubstrat fertig stellte.
Auf dieselbe Weise wie im neunten Beispiel wurde unter Verwendung dieses Elektronenquellensubstrats ein Bilderzeugungsgerät hergestellt, wobei wie im neunten Beispiel ein Bilderzeugungsgerät mit hervorragender Gleichmäßigkeit erzielt wurde.
– Elftes Beispiel –
Bei diesem Beispiel wurde auf die gleiche Weise wie im neunten Beispiel ein Bilderzeugungsgerät gebildet. Der einzige Unterschied zum neunten Beispiel war der, dass das Mischfluid 6 zum Herausbilden der elektrisch leitenden organischen Schicht 4 das gleiche wie im dritten Beispiel war. Wie beim dritten Beispiel wurde auf die Elektroden 2 und 3 auf dem Substrat durch Aufdrucken ein Mischfluid 6 aufgebracht, das N,N-Dimethylacetamid als Lösungsmittel, einen organischen Palladiumkomplex als Vorstufe für das elektrisch leitende Material und Poly(pyromellithamidsäuredimethylester) als Vorstufe für das Polymer umfasste. Anschließend wurde der elektrisch leitende organische Film 4 durch Wärmebehandlung herausgebildet. Dann wurde der elektrisch leitende organische Film 4 unter Verwendung der gleichen Impulswellenform wie im vierten Beispiel einer elektrischen Formierung unterzogen, wodurch Elektronenemissionsabschnitte (Spalte) geformt wurden, was das Elektronenquellensubstrat fertig stellte.
Auf die gleiche Weise wie im neunten Beispiel wurde unter Verwendung dieses Elektronenquellensubstrats ein Bilderzeugungsgerät hergestellt, wobei wie im neunten Beispiel bestätigt wurde, dass ein Bilderzeugungsgerät mit hervorragender Gleichmäßigkeit erzielt werden konnte.
– Zwölftes Beispiel und erstes Vergleichsbeispiel –
Der Grundaufbau der Kathode gemäß diesem Beispiel ähnelt dem in 16, weswegen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Kathode unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben wird.
Abgesehen davon wurde als Vergleichsbeispiel eine weitere Kathode hergestellt. Das Substrat, auf dem die erfindungsgemäße Kathode gebildet wurde, soll als „Substrat A" bezeichnet werden, während das Substrat, auf dem die Kathode gemäß dem Vergleichsbeispiel gebildet wurde, als „Substrat B" (Vergleichssubstrat) bezeichnet werden soll. Außerdem wurden auf dem Substrat sechs identische Vorrichtungen herausgebildet.
Es wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Substrats A beschrieben.
Prozess a: Als Isoliersubstrat 1 wurde ein Quarzsubstrat verwendet, das ausreichend mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel gereinigt wurde, woraufhin auf der Oberfläche dieses Substrats 1 durch Sputtern unter Verwendung einer Maske aus Platin Elektroden 2 und 3 herausgebildet wurden (17A). Dabei betrug der Abstand L zwischen den Elektroden 2 μm, die Breite W der Elektroden 500 μm und ihre Dicke 100 nm (17A).
Prozess b: Als Nächstes wurden gleichmäßig 38 g N-Methyl-2-pyrolidon als Lösungsmittel, 2 g Polyamidsäure als Vorstufe für das Polymer und 0,9 g Carbon-Black (#5500, hergestellt von Tokai Carbon) als Vorstufe für das elektrisch leitende organische Material vermischt, um ein Mischfluid vorzubereiten. Dabei wurde für die Dispersion des Carbon-Black eine Kugelmühle (Zirkoniumoxid, 0,3 mm Durchmesser, hergestellt von Token Sangyo) verwendet. Das Mischfluid 6 wurde dann unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 1500 U/min 60 Sekunden lang auf das Substrat aufgebracht, auf dem die Elektroden 2 und 3 herausgebildet worden waren (17B). Dabei zeigt 17B eine Ansicht, in der das Mischfluid 6 gemustert ist, um das Verständnis zu erleichtern.
Prozess c: Das Substrat wurde 30 Minuten lang in einem Ofen bei 350°C einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch ein elektrisch leitender organischer Film 4 gebildet wurde, der innerhalb eines Polyimidfilms (elektrisch leitender organischer Film) 4 Carbon-Black enthielt (17C).
Prozess d: Anschließend wurde unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 1500 U/min 60 Sekunden lang eine Lösung 9 auf den elektrisch leitenden organischen Film 4 aufgebracht, die eine 5% Lösung aus Polyamidsäure als einer Vorstufe für das Polymer in N-Methyl-2-pyrolidon als Lösungsmittel umfasste (17D).
Dabei zeigen die 17B–17D Ansichten, in denen das Mischfluid 6, der elektrisch leitende organische Film 4 und die Lösung 9 als Vorstufe für das Polymer gemustert sind, um das Verständnis zu erleichtern.
Prozess e: Anschließend wurde das Substrat 30 Minuten lang einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei 350°C unterzogen, wodurch ein Überzugsfilms (organischer Film) 8 herausgebildet wurde.
Als Nächstes wurde unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 2000 U/min 30 Sekunden lang ein Fotolackmaterial (AZ1500, hergestellt von Hoechster) aufgebracht, um den elektrisch leitenden organischen Film 4 und den Überzugsfilm (organischen Film) 8 zu mustern, und wurde das Substrat nach 30minütiger Erwärmung bei 90°C unter Verwendung einer gemusterten Maske belichtet, mit einem Entwickler entwickelt und 30 Minuten lang bei 120°C erwärmt. Dann erfolgte durch Sauerstoffplasmaätzen eine Ätzbehandlung, wobei der Fotolack durch eine 10minütige Ultraschallbehandlung in Aceton abgelöst wurde (17D).
Die Dicke des auf diese Weise gemusterten elektrisch leitenden organischen Films 4 und sein Flächenwiderstand betrugen 180 nm und 2 × 10⁵ Ω/⎕. Andererseits betrug die Filmdicke des Überzugsfilms (organischer Film) 8 50 nm.
Prozess f: Als Nächstes folgte der Formierungsprozess. Das Substrat A wurde in die in 19 gezeigte Messbeurteilungsanlage gesetzt, mit einer Vakuumpumpe 56 auf einen Druck von 1 × 10^–4 Pa evakuiert, woraufhin zwischen den Elektroden 2 und 3 von der Spannungsquelle 51 zur Aufbringung der Elementspannung Vf auf das Element eine Spannung angelegt wurde, wodurch die elektrische Behandlung (Formierbehandlung) erfolgte.
Für den Formierungsprozess wurden die in 3D gezeigten Rechteckimpulse verwendet. Bei diesem Beispiel wurde die Impulsbreite T1 auf 1 ms und das Impulsintervall T2 auf 10 ms eingestellt und erhöhte sich der Spitzenwert der Rechteckwelle (Spitzenspannung bei der Formierung) in Schritten von 0,1 V, wodurch die Formierung erfolgte. Während des Formierungsprozesses wurden in den T2-Intervallen gleichzeitig auch 0,1 V Widerstandsmessimpulse eingefügt, um dadurch den Widerstand zu messen.
Der Formierungsprozess wurde zu dem Zeitpunkt beendet, zu dem der Messwert des Widerstandsmessimpulses ungefähr 0,1 MΩ oder mehr erreichte, wobei zu diesem Zeitpunkt auch die Spannungsanlegung an die Vorrichtung beendet wurde. Die Formierspannung betrug bei diesem Beispiel 15 V, wodurch in dem elektrisch leitenden organischen Film 4 und dem Überzugsfilm (organischer Film) 8 ein Spalt 7 geformt wurde (17 F).
Als Nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Vergleichsbeispielsubstrats B beschrieben.
Prozess a: Wie bei dem Prozess a in dem Verfahren zur Herstellung des Substrats A wurde als Isoliersubstrat 1 ein Quarzsubstrat verwendet, das mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel ausreichend gereinigt wurde, woraufhin auf der Oberfläche dieses Substrats 1 durch Sputtern unter Verwendung einer Maske aus Platin Elektroden 2 und 3 herausgebildet wurden (17A). Dabei betrug der Abstand L zwischen den Elementelektroden 2 μm, die Breite W der Elektroden 500 μm und ihre Dicke 100 nm (13A).
Prozess b: Als Nächstes wurde zwecks Musterbildung auf dem elektrisch leitenden Film 4 durch Dampfabscheidung im Vakuum auf der gesamten Oberfläche mit einer Dicke von 50 nm Chrom aufgebracht, es wurde mit einer Schleuderscheibe bei 2500 U/min 30 Sekunden lang ein Fotolackmaterial aufgebracht, und das Substrat wurde nach 30minütiger Erwärmung bei 90°C unter Verwendung einer gemusterten Maske zur Aufbringung des elektrisch leitenden Films 4 belichtet, mit einem Entwickler entwickelt und 30 Minuten lang bei 120°C erwärmt.
Prozess c: Anschließend wurde das Substrat 30 Sekunden lang in einer Lösung mit den Bestandteilen 17 g (NH₄)Ce(NO₃)₆, 5 cc HClO₄ und 100 cc H₂O eingetaucht, wodurch das Chrom geätzt wurde, woraufhin der Fotolack durch 10 Minuten Ultraschallbehandlung in Aceton abgelöst wurde. Dann wurde mit einer Schleuderscheibe bei 800 U/min 30 Sekunden lang eine organische Palladiumlösung aufgebracht und 10 Minuten lang bei 300°C erhitzt, wodurch sich ein elektrisch leitender Film 4 bildete, der Palladiumoxid 4 aufwies.
Prozess d: Als Nächstes wurde das Chrom abgehoben, wodurch ein elektrisch leitender Film 4 mit einer Dicke von 10 nm und einem Flächenwiderstand von 5 × 10⁴ Ω/⎕ gebildet wurde (13B), der als Hauptelement Palladium aufwies.
Prozess e: Als Nächstes wurde das Substrat B in die in 19 gezeigte Messbeurteilungsanlage gesetzt, mit einer Vakuumpumpe 56 auf einen Druck von 1 × 10^–4 Pa evakuiert, woraufhin von der Spannungsquelle 51 zum Aufbringen der Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 auf die Vorrichtungen eine Spannung angelegt wurde, wodurch die elektrische Behandlung (Formierbehandlung) erfolgte.
Für den Formierprozess wurden die in 3D gezeigten Rechteckimpulse verwendet. Die Impulsbreite T1 wurde auf 1 ms und das Impulsintervall T2 auf 10 ms eingestellt, wobei der Spitzenwert der Rechteckwelle (die Spitzenspannung bei der Formierung) in Schritten von 0,1 V erhöht wurde, wodurch die Formierung erfolgte. Außerdem wurden in den T2-Intervallen während des Formierprozesses gleichzeitig 0,1 V Widerstandsmessimpulse eingefügt, wodurch der Widerstand gemessen wurde.
Der Formierprozess wurde zu dem Zeitpunkt beendet, bei dem der Messwert des Widerstandsmessimpulses ungefähr 1 MΩ oder mehr erreichte, wobei zu diesem Zeitpunkt auch die Spannungsanlegung an die Vorrichtung beendet wurde. Bei diesem Beispiel betrug die Formierspannung 15V, wodurch in dem elektrisch leitenden Film 4 ein erster Spalt 12 geformt wurde (13C).
Prozess f: Als Nächstes wurde bei einem Druck von 1 × 10^–2 Pa Aceton in die Messbeurteilungsanlage eingeleitet und wurde zwischen den Elektroden 2 und 3 20 Minuten lang eine Spannung angelegt, wodurch der Aktivierungsprozess erfolgte. Die Spannungswellenform für die Aktivierungsbehandlung war dabei eine Rechteckwellenform, wobei die Impulsbreite T1 auf 1 ms und das Impulsintervall T2 auf 10 ms eingestellt wurde und der Spitzenwert der Rechteckwellenform bei 15 V lag (3C). Dann erfolgte eine Evakuierung auf 1 × 10^–6 Pa.
Unter Verwendung der in 4 gezeigten Messbeurteilungsanlage wurden die Elektronenemissionseigenschaften der auf diese Weise herausgebildeten Vorrichtungen gemessen. Die Substrate A und B wurden beide unter den gleichen Messbedingungen gemessen, wobei die Spannung der Anodenelektrode 44 bei 1 kV, der Abstand H zwischen der Anodenelektrode und der Kathode bei 4 mm und die Messspannung bei 15 V lag. Die Messung erfolgte in der Messbeurteilungsanlage außerdem bei einem Druck von 1 × 10^–6 Pa.
Bei dem Substrat B betrug der Vorrichtungsstrom If 1,4 mA ±15% und der Emissionsstrom Ie 0,95 μA ±15%. Dagegen betrug der Vorrichtungsstrom If bei dem Substrat A 0,8 mA ±3% und der Emissionsstrom Ie 1,1 μA ±4%, was bedeutet, dass der Emissionsstrom Ie des Substrats A ähnlich wie der des Substrats B war, der Vorrichtungsstrom If aber geringer war und auch die Unregelmäßigkeiten in den Elektronenemissionseigenschaften abnahmen.
Nach der obigen Beurteilung der Eigenschaften erfolgte als Nächstes in der Messanlage unter den obigen Bedingungen eine kontinuierliche Inbetriebnahme. Nach einer bestimmten Zeitdauer nahm der Emissionsstrom Ie des Substrats B auf ungefähr 54% des obigen Messwerts ab, während das Substrat A nur ein Absinken von 5% zeigte.
Als Nächstes wurden die Elektronenemissionsabschnitte des Substrats A und des Substrats B mit Ramanspektroskopie untersucht, was bei dem Substrat B nahe dem Spalt 7 des Elektronenemissionsabschnitts eine dünne Ablagerung aus amorphen Kohlenstoff erkennen ließ, aber auch dass sich ein Abschnitt des Polyamidfilms 10 zwischen den Elektroden auf dem Substrat teilweise in amorphen Kohlenstoff umgewandelt hatte und auch dass der auf dem Substrat A gebildete amorphe Kohlenstoff Abschnitte mit höherer kristalliner Struktur als der auf dem Substrat B gebildete amorphe Kohlenstoff hatte.
– Dreizehntes Beispiel –
Dieses Beispiel ist ein Beispiel für die Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts mit einer Elektronenquelle, die ein einfaches Matrixfeld aus einer großen Anzahl Kathoden umfasst.
In 20 ist eine Teildraufsicht auf ein Substrat gezeigt, auf dem mehrere elektrisch leitende Filme in Form einer Matrix verdrahtet sind. In 21 ist außerdem der Querschnitt entlang der Linie A-A' gezeigt. In den 20 und 21 bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Bauteile. Dabei bezeichnet die Bezugszahl 71 ein Substrat, bezeichnen 2 und 3 Elektroden, bezeichnet 4 einen elektrisch leitenden organischen Film und bezeichnet 8 einen Überzugsfilms (organischen Film). Die Bezugszahl 72 bezeichnet X-direktionale Drähte, die in 20 Dx_m entsprechen (auch als untere Drähte bezeichnet), 73 bezeichnet Y-direktionale Drähte, die in 20 Dy_n entsprechen (auch als obere Drähte bezeichnet), 151 bezeichnet eine Isolierschicht und 152 bezeichnet Kontaktlöcher für den elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden 2 und den unteren Drähten 72.
Unter Bezugnahme auf die 22A bis 24J wird zunächst Prozess für Prozess das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Elektronenquellensubstrats beschrieben. Die folgenden Prozesse a bis j entsprechend den 22A–22D, 23E–23H und 24I–24J.
Prozess a: Auf einem gereinigten Natriumkalkglassubstrat wurden nacheinander durch Dampfabscheidung im Vakuum mit Dicken von jeweils 5 nm und 60 nm Cr und Au abgeschieden, woraufhin durch eine Schleuderscheibe ein Fotolackmaterial aufgebracht, gebrannt, mit einem Fotomaskenbild belichtet und entwickelt wurde, wodurch das Fotolackmuster für die unteren Drähte gebildet wurde, und wurden dann die unteren Drähte 72 durch Nassätzung aus dem abgeschiedenen Au/Cr-Film herausgebildet.
Prozess b: Als Nächstes wurde durch Hochfrequenzsputtern aus einem 0,1 μm dicken Siliziumoxidfilm eine Isolierschicht 151 gebildet.
Prozess c: In dem abgeschiedenen Siliziumoxidfilm wurde ein Fotolackmuster zum Bilden der Kontaktlöcher 152 herausgebildet, wobei dieses als eine Maske zum Ätzen der Isolierschicht 151 verwendet wurde, wodurch die Kontaktlöcher 152 gebildet wurden. Das Ätzen erfolgte durch RIE-Ätzen (reaktives Ionenätzen) unter Verwendung von CF₄- und H₂-Gas.
Prozess d: Anschließend wurde aus einem Fotolackmaterial (RD-2000N-41, hergestellt von Hitachi Kasei) das Muster herausgebildet, um zwischen den Elektroden 2 und 3 den Spalt L zu bilden, und wurden nacheinander durch Dampfabscheidung im Vakuum jeweils mit einer Dicke von 5 nm und 100 nm Ti und Ni abgeschieden. Das Fotolackmuster wurde mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und der abgeschiedene Ni-Ti-Film wurde abgehoben, wodurch die Elektroden 2 und 3 mit einem Abstand L von 3 μm und einer Elektrodenbreite W von 300 μm herausgebildet wurden.
Prozess e: Auf den Elektroden 2 und 3 wurde ein Fotolackmuster für die oberen Drähte 73 herausgebildet, und durch Dampfabscheidung im Vakuum wurden nacheinander mit jeweils einer Dicke von 5 nm und 100 nm Ti und Au abgeschieden. Die nicht benötigten Abschnitte wurden abgehoben und entfernt, wodurch obere Drähte 73 mit der gewünschten Form herausgebildet wurden.
Prozess f: Als Nächstes wurden gleichmäßig 38 g N-Methyl-2-pyrolidon als Lösungsmittel, 2 g Polyamidsäure als Vorstufe für das Polymer und 0,9 g Carbon-Black (#5500, hergestellt von Tokai Carbon) als Vorstufe für das elektrisch leitende Material vermischt, um ein Mischfluid 6 anzusetzen.
Dabei wurde zur gleichmäßigen Dispersion des Carbon-Black eine Kugelmühle (Zirkoniumoxid, 0,3 mm Durchmesser, hergestellt von Token Sangyo) verwendet. Die Dispersionsflüssigkeit (Mischfluid 6) wurde dann unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 1500 U/min 60 Sekunden lang auf das Substrat aufgebracht, auf dem die Elektroden 2 und 3 herausgebildet worden waren, wodurch ein dünner Film des Mischfluids 6 gebildet wurde.
Prozess g: Der dünne Film (Mischfluid 6) wurde dann 30 Minuten lang bei 350°C einem Erhitzen und Brennen unterzogen, wodurch ein elektrisch leitender organischer Film 4 herausgebildet wurde, der Carbon-Black und Polyimid umfasste.
Prozess h: Anschließend wurde unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 1500 U/min auf den elektrisch leitenden organischen Film 4 eine Lösung aufgebracht, die eine 5% Lösung aus Polyamidsäure als Vorstufe für das Polymer in N-Methyl-2-pyrolidon als Lösungsmittel umfasste. Anschließend wurde das Substrat 30 Minuten lang bei 350°C einem Brennen unterzogen, wodurch ein Überzugsfilm (organischer Film) 8 gebildet wurde.
Prozess i: Als Nächstes wurde unter Verwendung einer Schleuderscheibe bei 2000 U/min 30 Sekunden lang ein Fotolackmaterial aufgebracht, um den elektrisch leitenden organischen Film 4 und den Überzugsfilm (organischen Film) 8 zu mustern, worauf ein 30minütiges Erwärmen bei 90°C folgte, wobei das Substrat dann unter Verwendung einer gemusterten Maske belichtet, mit einem Entwickler entwickelt und 30 Minuten lang bei 120°C erwärmt wurde. Dann erfolgte durch Sauerstoffplasmaätzen eine Ätzbehandlung, und der Fotolack wurde 10 Minuten lang durch eine Ultraschallbehandlung in Aceton abgelöst. Die Dicke des auf diese Weise gemusterten elektrisch leitenden organischen Films 4 und sein Flächenwiderstand betrugen 180 nm und 2 × 10⁵ Ω/⎕. Andererseits betrug die Dicke des Überzugsfilms (organischen Films) 8 50 nm.
Prozess j: Ein Fotolackfilm wurde so ausgebildet, dass er alle Abschnitte mit Ausnahme der Kontaktlochabschnitte bedeckte, und durch Dampfabscheidung im Vakuum wurden nacheinander mit jeweils einer Dicke von 5 nm und 500 nm Ti und Au abgeschieden. Nach dem Entfernen der nicht benötigten Abschnitte durch Abheben waren die Kontaktlöcher gefüllt.
Durch die obigen Prozesse wurde also ein Substrat 61 erzielt, bei dem auf dem Isoliersubstrat 61 die folgenden Bestandteile ausgebildet waren: die unteren Drähte 72, die Isolierschicht 151, die oberen Drähte 73, die Elektroden 2 und 3, der elektrisch leitende organische Film 4 und der Überzugsfilm (organischer Film) 8.
Als Nächstes wurde das Substrat 61 in eine Vakuumkammer gesetzt und wurden, sobald das Innere der Kammer einen ausreichenden Vakuumgrad erreichte, zwischen den Elektroden 2 und 3 jeder Kathode 64 Impulsspannungen angelegt, wodurch die Formierungsbehandlung erfolgte. Bei diesem Beispiel wurden in einer Vakuumatmosphäre von ungefähr 1,3 × 10^–3 Pa ähnliche Rechteckimpulse angelegt, wie im siebten Beispiel verwendet wurden.
Als Nächstes wurde unter Verwendung eines Substrats 61 (7), das wie oben beschrieben hergestellt worden war und eine Untersuchung bestanden hatte, ein Bilderzeugungsgerät herausgebildet. Die Herstellungsvorgänge werden unter Bezugnahme auf die 7–8B beschrieben.
Nach der Fixierung des Substrats 61 an der Rückenplatte 71 wurden zunächst die Vorderplatte 76 (mit dem Fluoreszenzfilm 74 und der Unterlage 75 auf der Innenseite des Glassubstrats 73) 5 mm oberhalb des Substrats 61 mit dem Trägerrahmen 72 dazwischen positioniert, auf die Abschnitte, an denen die Vorderplatte 76, der Trägerrahmen 72 und die Rückenplatte 71 zusammengebaut wurden, wurde Frittenglas aufgebracht und diese wurden durch mindestens 10minütiges Brennen bei 400 bis 500°C in Umgebungsatmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre verbunden, wodurch ein Anzeigefeld (die Umhüllung 78 in 7) gebildet wurde. Dabei wurde das Substrat 61 ebenfalls mit Frittenglas an der Rückenplatte 71 befestigt.
Um für Farbe zu sorgen, hatte der Fluoreszenzfilm 74 eine Streifenform (siehe 8A), wobei zunächst schwarze Streifen herausgebildet wurden und dann durch das Schlämmeverfahren die Fluoreszenzelemente 82 für jede Farbe in den Lücken aufgebracht wurden, wodurch der Fluoreszenzfilm 74 gebildet wurde. Für die schwarzen Streifen wurde ein übliches Material verwendet, das hauptsächlich aus Grafit oder dergleichen bestand.
Außerdem war die Innenseite des Fluoreszenzfilms 74 mit der Metallunterlage 75 versehen. Die Metallunterlage 75 wurde hergestellt, indem nach der Fertigung des Fluoreszenzfilms 74 auf der Innenseite des Fluoreszenzfilms 74 ein (üblicher Weise als „Filmbildung" bezeichneter) Glättungsprozess durchgeführt wurde und dann mittels Dampfabscheidung im Vakuum Aluminium abgeschieden wurde.
In der Vorderplatte 76 können an der Außenseite des Fluoreszenzfilms 74 transparente Elektroden vorgesehen werden, um seine elektrische Leitfähigkeit weiter zu verbessern. Allerdings konnte bei diesem Beispiel allein mit der Metallunterlage 75 für ausreichende elektrische Leitfähigkeit gesorgt werden, sodass dies entfiel.
Wenn die obige Versiegelung durchgeführt wird, besteht bei den Farbvorrichtungen die Notwendigkeit, die Fluoreszenzelemente für jede Farbe mit den Kathoden in Deckung zu bringen, weswegen eine ausreichende Positionierung erfolgte.
Die Atmosphäre innerhalb des Anzeigefelds (Umhüllung 78) wurde über ein nicht gezeigtes Absaugrohr durch eine Vakuumpumpe auf einen Druck von etwa 1,3 × 10^–9 Pa gesenkt, wonach das Absaugrohr durch Erhitzen mit einem Gasbrenner versiegelt (abgeschmolzen) wurde. Schließlich wurde mit dem Hochfrequenzerwärmungsverfahren eine Getter-Behandlung durchgeführt, um das Vakuum im Anschluss auf die Versiegelung aufrechtzuerhalten, womit das Anzeigefeld fertig gestellt wurde.
Die Außenanschlüsse Dox₁ bis Dox_m, die Außenanschlüsse Doy₁ bis Doy_n und der Hochspannungsanschluss 77 des Anzeigefelds wurden mit den jeweiligen erforderlichen Treiberschaltungen verbunden, wodurch das Bilderzeugungsgerät fertig gestellt wurde. Über Dox₁ bis Dox_m und Doy₁ bis Doy_n wurden nacheinander von einer nicht gezeigten Signalerzeugungseinrichtung aus Abtastsignale und Modulationssignale angelegt, wodurch eine Elektronenemission herbeigeführt wurde, während an die Metallunterlage 75 eine Hochspannung von mehreren kV oder mehr angelegt wurde, wodurch die Elektronenstrahlen, die gegen den Fluoreszenzfilm 74 stoßen, beschleunigt wurden, was zu dessen Anregung und Lichtemission führte. Auf diese Weise wurde ein Bild angezeigt.
Bei dem Bilderzeugungsgerät gemäß diesem Beispiel sind die Unregelmäßigkeiten bei den Eigenschaften von einer Kathode zur anderen entsprechend gering, sodass ein hochqualitatives Bild mit nur geringen Helligkeitsunregelmäßigkeiten angezeigt werden kann.
– Vierzehntes Beispiel –
Dieses Beispiel ist ein Beispiel für die Verwendung einer wie in 10 gezeigten Elektronenquelle, bei der eine große Anzahl Kathoden in einer leiterähnlichen Form verdrahtet ist, um ein wie in 11 gezeigtes Bilderzeugungsgerät zu bilden.
Das Elektronenquellensubstrat 100 gemäß diesem Beispiel entspricht einer Erweiterung des im neunten Beispiel beschriebenen Musters zum Ausbilden der Kathoden und kann dadurch gebildet werden, dass Drähte zur gemeinsamen Verbindung mehrerer Vorrichtungen herausgebildet werden. Demnach werden die Einzelheiten zum Herstellungsverfahren weggelassen.
Was die Herstellung des Bilderzeugungsgeräts betrifft, wurde das Elektronenquellensubstrat 100, bei dem mehrere Elektroden mit Spalten 7 in einer leiterähnlichen Form verbunden waren, zunächst oberhalb der Rückenplatte 71 fixiert, woraufhin oberhalb des Substrats 100 senkrecht zu den obigen linearen Elementen Gitterelektroden 110 mit Elektronendurchgangslöschern 111 in Form eines Feldes angeordnet wurden. Des Weiteren wurde die Vorderplatte 76 (mit dem Fluoreszenzfilm 74 und der Metallunterlage 75 auf der Innenseite des Glassubstrats 73) 5 mm oberhalb des Elektronenquellensubstrats 100 mit dem Trägerrahmen 72 dazwischen positioniert, wobei an den Abschnitten, an denen die Vorderplatte 76, der Trägerrahmen 72 und die Rückenplatte 71 zusammengebaut wurden, Frittenglas aufgebracht wurde und diese durch mindestens 10minütiges Brennen bei 400 bis 500°C in Umgebungsatmosphäre oder in einer Stickstoffatmosphäre verbunden wurden, wodurch ein Feld (die Umhüllung 78 in 11) gebildet wurde. Dabei wurde auch das Substrat 100 mit Frittenglas an der Rückenplatte 71 fixiert.
Um für Farbe zu sorgen, hatte der Fluoreszenzfilm 74 eine Streifenform (siehe 8A), wobei zunächst schwarze Streifen herausgebildet wurden und dann durch das Schlämmeverfahren die Fluoreszenzelemente 82 für jede Farbe in den Lücken aufgebracht wurden, wodurch der Fluoreszenzfilm 74 gebildet wurde. Für die schwarzen Streifen wurde ein übliches Material verwendet, das hauptsächlich Grafit oder dergleichen enthielt.
Außerdem war die Innenseite des Fluoreszenzfilms 74 mit einer Metallunterlage 75 versehen. Die Metallunterlage 75 wurde hergestellt, indem nach der Anfertigung des Fluoreszenzfilms 74 auf der Innenseite des Fluoreszenzfilms 74 ein (üblicher Weise als „Filmbildung" bezeichneter) Glättungsprozess durchgeführt wurde und dann mittels Dampfabscheidung im Vakuum Aluminium abgeschieden wurde.
In der Vorderplatte 76 können an der Außenseite des Fluoreszenzfilms 74 transparente Elektroden vorgesehen werden, um seine elektrische Leitfähigkeit weiter zu verbessern. Allerdings konnte bei diesem Beispiel allein mit der Metallunterlage 75 für ausreichende elektrische Leitfähigkeit gesorgt werden, sodass dies entfiel.
Wenn die obige Versiegelung durchgeführt wird, besteht bei Farbvorrichtungen die Notwendigkeit, die Fluoreszenzelemente für jede Farbe mit den Kathoden in Deckung zu bringen, weswegen eine ausreichende Positionierung erfolgte.
Die Atmosphäre innerhalb des auf diese Weise herausgebildeten Anzeigefelds (Umhüllung 78) wurde über ein nicht gezeigtes Absaugrohr durch eine Vakuumpumpe auf einen Druck von etwa 1,3 × 10^–4 Pa gesenkt, wonach das Absaugrohr durch Erhitzen mit einem Gasbrenner versiegelt wurde, was die Umhüllung 78 versiegelte. Schließlich wurde mit dem Hochfrequenzerhitzungsverfahren eine Getter-Behandlung durchgeführt, um das Vakuum im Anschluss an die Versiegelung aufrechtzuerhalten, wodurch das Anzeigefeld fertig gestellt wurde.
Als Nächstes wurden die Außenanschlüsse Dox₁ bis Dox_m, die Außenanschlüsse G₁ bis G_n und der Hochspannungsanschluss 77 des Anzeigefelds mit den jeweils benötigen Treiberschaltungen verbunden, wodurch das Bilderzeugungsgerät fertig gestellt wurde. Über die Anschlüsse Dox₁ bis Dox_m wurde an die Kathoden eine Spannung angelegt, um für eine Elektronenemission zu sorgen, wobei die abgegebenen Elektronen durch die Elektronendurchgangslöcher 111 in den Gitterelektroden 110 gingen und durch die vom Hochspannungsanschluss 77 an die Metallunterlage 77 angelegte Hochspannung von mehreren kV oder mehr beschleunigt wurden, was die Elektronen auf den Fluoreszenzfilm 74 treffen ließ und zu einer Anregung und Lichtemission von ihm führte.
Wird an die Gitterelektroden 110 mit den Gitteranschlüssen G₁ bis G_n zugleich eine den Informationssignalen entsprechende Spannung angelegt, können die durch die Elektronendurchgangslöcher 111 gehenden Elektronenstrahlen dadurch so gesteuert werden, dass ein Bild angezeigt wird, doch befanden sich die Gitterelektroden 110 mit den Elektronendurchgangslöchern 111, die einen Durchmesser von 50 μm hatten, in diesem Beispiel 10 μm oberhalb des Elektronenquellensubstrats 100, wobei sich dazwischen eine (nicht gezeigte) Isolierschicht aus SiO₂ befand, weswegen sich die Strahlen im Fall einer Beschleunigungsspannung von 6 kV erfolgreich mit einer Gitterspannung innerhalb von 50 V ein- und ausschalten ließen, um so ein Bild anzuzeigen. Außerdem konnte bestätigt werden, dass es zwischen den Vorrichtungen kaum Unregelmäßigkeiten gab und dass die Gleichmäßigkeit der Elektronenemissionseigenschaften hoch war.
– Fünfzehntes Beispiel –
25 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bilderzeugungsgeräts veranschaulicht, das so aufgebaut ist, dass auf dem gemäß siebten Beispiel ausgebildeten Anzeigefeld Bildinformationen von verschiedenen Informationsquellen wie zum Beispiel einer Fernsehübertragung dargestellt werden können.
In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 201 ein Anzeigefeld, bezeichnet 1001 eine Anzeigefeldtreiberschaltung, bezeichnet 1002 eine Anzeigesteuerung, bezeichnet 1003 einen Multiplexer, bezeichnet 1004 einen Decoder, bezeichnet 1005 eine Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung, bezeichnet 1006 eine CPU, bezeichnet 1007 eine Bilderzeugungsschaltung, bezeichnen 1008, 1009 und 1010 Bildspeicherschnittstellenschaltungen, bezeichnet 1011 eine Bildeingangsschnittstellenschaltung, bezeichnen 1012 und 1013 TV-Signalempfangsschaltungen und bezeichnet 1014 eine Eingabeeinheit.
Dabei sollte beachtet werden, dass dieses Bilderzeugungsgerät für den Fall, dass Signale wie zum Beispiel Fernsehsignale empfangen werden, die sowohl Bild- als auch Klanginformationen enthalten, den Klang selbstverständlich mit der Anzeige des Bilds wiedergibt, aber die Beschreibung der Schaltungen, Lautsprecher und so weiter, die den Empfang, die Trennung, Wiedergabe, Verarbeitung, Speicherung und so weiter von Klang informationen durchführen, weggelassen wird, da diese nicht direkt die kennzeichnenden Eigenschaften der Erfindung betreffen.
Die TV-Signalempfangsschaltung 1013 ist zunächst eine Schaltung zum Empfang von Fernsehsignalen, die über ein kabelloses Übertragungssystem wie den Äther oder durch räumlich optische Kommunikation und so weiter übertragen werden.
Die Art des zu empfangenden Fernsehsignals unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei NTSC-, PAS- oder SECAM-Signale empfangen werden können. Fernsehsignale mit einer noch größeren Anzahl an Abtastzeilen, etwa HDTV wie MUSE oder dergleichen, sind geeignete Signalquellen zur Optimierung der Vorteile dieses Anzeigefelds, das sich für große Flächen und eine große Anzahl Bildelemente eignet.
Die von der TV-Signalempfangsschaltung 1013 empfangenen Fernsehsignale werden an den Decoder 1004 ausgegeben.
Die TV-Signalempfangsschaltung 1012 ist eine Schaltung zum Empfang von Kabelfernsehsignalen, die mittels eines Koaxialkabels, einer optischen Faser und so weiter übertragen werden. Wie bei der TV-Signalempfangsschaltung 1013 unterliegt die Art der zu empfangenden Fernsehsignale keinen besonderen Beschränkungen. Die mit der TV-Signalempfangsschaltung 1012 empfangenen Fernsehsignale werden ebenfalls an den Decoder 1004 ausgegeben.
Die Bildeingangsschnittstellenschaltung 1011 ist eine Schaltung zur Eingabe von Bildsignalen, die von Bildeingabevorrichtungen wie TV-Kameras oder Bildlesescannern eingegeben werden, wobei die eingelesenen Bildsignale an den Decoder 1004 ausgegeben werden.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1010 ist eine Schaltung zum Einlesen von Bildsignalen, die von einem Videorecorder (nachstehend einfach als „VCR" bezeichnet) gespeichert werden, wobei die eingelesenen Bildsignale an den Decoder 1004 ausgegeben werden.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1009 ist eine Schaltung zum Einlesen von Bildsignalen, die auf einer Video-Disk gespeichert sind, wobei die eingelesenen Bildsignale an den Decoder 1004 ausgegeben werden.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 1008 ist eine Schaltung zum Einlesen von Bildsignalen von einer Vorrichtung wie einer Bild-Disk, die Standbilddaten speichert, wobei die eingelesenen Bildsignale an den Decoder 1004 ausgegeben werden.
Die Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung 1005 ist eine Schaltung zum Verbinden dieses Anzeigegeräts mit externen Computern, Computernetzwerken oder Ausgabevorrichtungen wie Druckern oder dergleichen. Es kann nicht nur eine Eingabe und Ausgabe von Bilddaten, Text- und Forminformationen durchgeführt werden, sondern in einigen Fällen können die CPU 1006 dieses Bilderzeugungsgeräts und externe Vorrichtungen auch Steuerungssignale und numerische Daten austauschen.
Die Bilderzeugungsschaltung 1007 ist eine Schaltung zum Erzeugen der anzuzeigenden Bilddaten auf Basis von Bilddaten, Text- und Forminformationen, die von der obigen Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung 1005 von außen eingegeben werden, oder von Bilddaten, Text- und Form informationen, die von der CPU 1006 ausgegeben werden. Diese Schaltung weist innerhalb eines wiederbeschreibbaren Speichers zum Speichern von Bilddaten, Text- und Forminformationen zum Beispiel einen ROM zum Speichern von Bildmustern, die Zeichencodes entsprechen, Prozessoren und dergleichen zur Bildbearbeitung und andere zur Bilderzeugung notwendige Schaltungen auf.
Die von dieser Schaltung erzeugten Anzeigebilddaten werden an den Decoder 1004 ausgegeben, können in einigen Fällen aber auch über die Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung 1005 an externe Computernetzwerke oder Drucker ausgegeben werden.
Die CPU 1006 führt in erster Linie die Aufgaben Steuerung des Betriebs dieses Anzeigegeräts oder Erzeugung, Auswahl und Bearbeitung von Anzeigebildern durch.
Die CPU 1006 kann zum Beispiel an den Multiplexer 1003 ein Steuerungssignal abgeben oder auf dem Anzeigefeld anzuzeigende Bildsignale auswählen oder kombinieren. Die CPU 1006 erzeugt in diesem Fall entsprechend den anzuzeigenden Bildsignalen Steuerungssignale für die Anzeigefeldsteuerung 1002 und steuert passend den Betrieb, etwa hinsichtlich der Bildanzeigefrequenz, des Abtastverfahrens (z.B. mit Zwischenzeilen oder ohne Zwischenzeilen), der Anzahl der Abtastzeilen pro Bild und so weiter. Außerdem gibt die CPU 1006 die Bilddaten und die Text- und Forminformationen direkt an die Bilderzeugungsschaltung 1007 aus oder greift über die Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung 1005 auf externe Computer oder Speicher zu, um Bilddaten und Text- und Forminformationen einzuspeisen.
Dabei kann die CPU 1006 auch Aufgaben mit anderen Zielsetzungen übernehmen. Die CPU 1006 kann zum Beispiel direkt Funktionen zum Erzeugen und Verarbeiten von Informationen wie bei einem Arbeitsplatzrechner oder Textverarbeitungen übernehmen. Oder die CPU kann, wie zuvor beschrieben wurde, über die Eingang/Ausgangsschnittstellenschaltung 1005 mit externen Computernetzwerken verbunden sein und gemeinsam in Verbindung mit anderen externen Vorrichtungen mathematische Berechnungen und dergleichen durchführen.
Die Eingabeeinheit 1014 dient dem Benutzer zur Eingabe von Befehlen, Programmen, Daten und so weiter, wobei zu diesem Zweck eine große Auswahl an Eingabevorrichtungen wie eine Tastatur, eine Maus, ein Joystick, ein Barcode-Leser, eine Stimmerkennungsvorrichtung und so weiter verwendet werden können.
Der Decoder 1004 dient zur Durchführung einer Rückumwandlung der verschiedenen von den obigen Bauteilen 1007 bis 1013 eingegebenen Bildsignalen in Signale der drei Hauptfarben oder in Helligkeitssignale sowie in I-Signale und Q-Signale. Wie in der Figur durch die Strichellinien dargestellt ist, ist es vorzuziehen, dass der Decoder 1004 einen internen Bildspeicher hat. Dies dient dazu, bei der Rückumwandlung Fernsehsignale zu bewältigen, die wie zum Beispiel MUSE-Signale Bildspeicher erfordern.
Das Vorhandensein des Bildspeichers erleichtert die Anzeige von Standbildern. Außerdem hat dies insofern Vorteile, als der Bildspeicher mit der obigen Bilderzeugungsschaltung 1007 und der CPU 1006 zusammenarbeiten kann, um leichter eine Bildver- und -bearbeitung wie eine Pruning-Interpolation, eine Vergrößerung, eine Verkleinerung, eine Synthese von Bildern und so weiter durchzuführen.
Der Multiplexer dient zur passenden Auswahl eines Anzeigebilds auf Basis der von der CPU 1006 eingegebenen Steuerungssignale. Und zwar wählt der Multiplexer 1003 die gewünschten Bildsignale aus den vom Decoder 1004 eingelesenen rückumgewandelten Bildsignalen aus und gibt die gewählten Bildsignale an die Treiberschaltung 1001 aus. Die Bildsignale können in diesem Fall innerhalb einer einzigen Bildanzeigeperiode umgeschaltet und ausgewählt werden, sodass wie bei dem so genannten „Bild-In-Bild"-Fernsehen verschiedene Bilder in verschiedenen Bereichen eines Bildschirms dargestellt werden können.
Die Anzeigefeldsteuerung 1002 ist eine Steuerung zur Steuerung des Betriebs der Treiberschaltung 1001 auf Basis der von der CPU 1006 eingegebenen Steuerungssignale.
Was den Grundarbeitsvorgang des Anzeigefelds betrifft, wird an die Treiberschaltung 1001 zum Beispiel ein Signal zur Steuerung der Arbeitsabfolge einer (nicht gezeigten) Ansteuerungsstromversorgung für das Anzeigefeld ausgegeben. Was das Verfahren zur Ansteuerung des Anzeigefelds betrifft, werden an die Treiberschaltung 1001 zum Beispiel Signale zur Steuerung der Bildanzeigefrequenz oder des Abtastverfahrens (z.B. mit Zwischenzeile oder ohne Zwischenzeile) ausgegeben. In einigen Fällen können an die Treiberschaltung 1001 auch Steuerungssignale für die Anpassung der Bildqualität, etwa für die Helligkeit, den Kontrast, die Farbe und Schärfe des angezeigten Bildes ausgegeben werden.
Die Treiberschaltung 1001 ist eine Schaltung zur Erzeugung von Ansteuerungssignalen, die an das Anzeigefeld 201 anzulegen sind, und arbeitet mit vom Multiplexer 1003 eingegebenen Bildsignalen und von der Anzeigefeldsteuerung 1002 eingegebenen Steuerungssignalen.
Oben sind die Bauteile beschrieben worden. Dabei ist zu beachten, dass dieses Bilderzeugungsgerät entsprechend dem Aufbau des Beispiels in 25 dazu imstande ist, Bildinformationen anzuzeigen, die von einer großen Anzahl verschiedener Bildinformationsquellen in das Anzeigefeld 201 eingegeben werden. Und zwar werden verschiedene Bildsignale wie Fernsehübertragungssignale durch den Wandler 1004 einer Rückumwandlung unterzogen, dann passend durch den Multiplexer ausgewählt und dann in die Treiberschaltung 1001 eingegeben. Andererseits erzeugt die Anzeigesteuerung 1002 gemäß den anzuzeigenden Bildsignalen Steuerungssignale zur Steuerung des Betriebs der Treiberschaltung 1001. Die Treiberschaltung legt an das Anzeigefeld 201 basierend auf den obigen Bildsignalen und Steuerungssignalen Steuerungssignale an. Entsprechend wird auf dem Anzeigefeld 201 ein Bild angezeigt. Diese Serie von Arbeitsvorgängen wird zentral von der CPU 1006 verwaltet.
Dieses Bilderzeugungsgerät ist nicht nur dazu imstande, Information, die aus dem Bildspeicher im Decoder 1004 oder der Bilderzeugungsschaltung 1007 gewählt wurden, oder andere Informationen anzuzeigen, sondern auch an den anzuzeigenden Informationen eine Bildverarbeitung wie eine Vergrößerung, eine Verkleinerung, eine Drehung, eine Bewegung, eine Kantenbetonung, ein Pruning, eine Interpolation, eine Farbänderung, Änderungen des Vertikal-Horizontal-Verhältnisses des Bildes und so weiter vorzunehmen und eine Bildbearbeitung wie eine Synthese, eine Löschung, eine Verbindung, einen Ersatz, eine Einbettung und so weiter vorzunehmen. Obwohl dies nicht in der Beschreibung dieses Beispiels aufgeführt ist, kann auch eine zweckgebundene Schaltung vorgesehen sein, durch die wie bei der obigen Bildverarbeitung und Bildbearbeitung eine Ver- und Bearbeitung von Klanginformationen erfolgen kann.
Dieses Bilderzeugungsgerät ist demnach dazu in der Lage, selbstständig die Rollen eines Fernsehübertragungsanzeigegeräts, einer Endvorrichtung zur Videokonferenz, einer Bildbearbeitungsausrüstung zur Behandlung von Standbildern und Bewegungsbildern, eines Büroendgeräts wie ein Computerterminal oder eine Textverarbeitung, einer Spielmaschine und so weiter zu übernehmen, und hat damit einen äußerst großen Anwendungsbereich, sowohl für industrielle als auch soziale Zwecke.
An dem in 25 gezeigten Anzeigegerät können auf Basis der technischen Idee der Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So können zum Beispiel die in 25 gezeigten Komponenten, die für den Verwendungszweck nicht notwendig sind, weggelassen werden. Umgekehrt können abhängig vom Verwendungszweck weitere Funktionen hinzugefügt werden. So sollten zum Beispiel im Fall der Verwendung dieses Anzeigegeräts als Bildtelefon günstiger Weise Komponenten wie eine Videokamera, ein Audiomikrofon, eine Beleuchtungsausstattung, eine Telefonleitung und eine Zusatzausrüstung wie ein Modem und so weiter vorgesehen werden.
Bei diesem Anzeigegerät wird mit den als Elektronenstrahlquelle dienenden Kathoden insbesondere eine Verringerung der Dicke des Anzeigefelds erleichtert, sodass die Tiefenabmessungen dieses Geräts verringert werden können. Darüber hinaus ermöglicht dieses Anzeigegerät es, großflächige Anzeigen zu bilden, wobei es eine hervorragende Helligkeit und großartige visuelle Erkennungseigenschaften hat.
Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Elektronenquelle die Gleichmäßigkeit der Elektronenemissionseigenschaften der Kathoden hervorragend, sodass das erzeugte Bild eine hohe Qualität hat und detailreiche Bilder angezeigt werden können.
Wie oben beschrieben wurde, beinhaltet die Erfindung, durch den elektrisch leitenden organischen Film einen elektrischen Strom fließen zu lassen, wodurch ein Spalt geformt wird und gleichzeitig das Polymer nahe dem Spalt karbonisiert (in Grafit oder amorphen Kohlenstoff umgewandelt) wird. Demnach ist die Einlassdrucksteuerung des organischen Gases, die bei herkömmlichen Gestaltungen notwendig war, nicht länger nötig. Da es keine Einleitung von organischem Gas gibt, entfallen außerdem die Auswirkungen des zurückgebliebenen Gases in der Vakuumatmosphäre. Darüber hinaus gibt es keinen Prozess zum Aufbringen eines Polymers auf der Oberseite des elektrisch leitenden Films, sodass der Positionsversatz zwischen dem Polymer und dem elektrisch leitenden Material und die Komplexität beim Musterbildungsvorgang reduziert werden können. Folglich lassen sich leicht Elektronenemissionseigenschaften mit hoher Gleichmäßigkeit erreichen. Außerdem lässt sich der Herstellungsprozess der Kathoden vereinfachen, was zu Kostensenkungen führt.
Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Elektronenquellen der Elektrodensatz durch Offsetdruck herausgebildet, der elektrisch leitende organische Film mittels Ink-Jet herausgebildet und können die Leitungen zum Ansteuern der Kathoden durch Siebdruck herausgebildet werden. Dementsprechend können die Komponenten der Elektronenquelle ohne Vakuum hergestellt werden und besteht darüber hinaus keine Notwendigkeit für eine separate Musterbildung, sodass die Kosten gesenkt werden können.
Des Weiteren kann die Elektronenquelle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Bilderzeugungsgeräts vor dem Zusammenbau (Versiegelung) der Umhüllung geprüft werden. Demnach können eine Elektronenquelle, die eine Überprüfung bestanden hat, und eine Vorderplatte, die eine Überprüfung überstanden hat, zusammengebaut werden. Folglich erhöht sich die Ausbeute nach der Versiegelung, sodass die Bilderzeugungsgeräte mit geringeren Kosten hergestellt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kathode, die einen elektrisch leitenden organischen Film (4) mit einem Spalt (7) umfasst, mit den Schritten: Herausbilden eines elektrisch leitenden organischen Films (4), der ein Polymer und ein elektrisch leitendes Material umfasst, auf einem Substrat (1); und Formen eines Spalts (7) und eines karbonisierten Bereichs (11) an einem Abschnitt (5) des elektrisch leitenden organischen Films durch Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den elektrisch leitenden organischen Film (4).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt Herausbilden des elektrisch leitenden organischen Films durch ein Tintenstrahlverfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Tintenstrahlverfahren mit der Aufbringung von Wärme auf ein Fluid bis zum Siedepunkt, um so eine Blase zu erzeugen, und der Nutzung des Drucks der Blase, um ein Tröpfchen des Fluids auszustoßen, einhergeht.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Tintenstrahlverfahren mit der Aufbringung von elektrischen Signalen auf ein piezoelektrisches Element einhergeht, um so dessen Verformung zu bewirken, wodurch ein Tröpfchen eines Fluids ausgestoßen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem das Polymer Polyacrylnitril ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem das Polymer ein aus entweder Polyimid, Polybenzimidazol oder Polyamidimid gewähltes aromatisches Polymer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem das elektrisch leitende Material mindestens einen aus der folgenden Gruppe gewählten Bestandteil umfasst: Pd, Ry, Ag, Cu, Tb, Cd, Fe, Pb, Zn, PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO, Sb₂O₃, HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄, GdB₂, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, TiN, ZrN, HfN, Polyacetylen, Poly(p-phenylen), Polyphenylensulfid, Polypyrrol, Si, Ge, Kohlenstoff und Grafit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem das elektrisch leitende Material mindestens einen aus der folgenden Gruppe gewählten Bestandteil umfasst: Metalle, Oxide, Boride, Carbide, Nitride, elektrisch leitende Polymere und Halbleiter.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle, die ein Feld aus einer Vielzahl von Kathoden umfasst, wobei die Kathoden gemäß einem der Ansprüche 1–8 hergestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts mit einer Elektronenquelle, die ein Feld aus einer Vielzahl von Kathoden umfasst, und Bilderzeugungselementen, die so positioniert sind, dass sie der Elektronenquelle zugewandt sind, wobei die Elektronenquelle gemäß Anspruch 9 hergestellt wird.