DE69332017T2

DE69332017T2 - Herstellungsverfahren einer Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69332017T2
Application number: DE69332017T
Authority: DE
Inventors: Aoji Isono; Tetsuya Kaneko; Yuji Kasanuki; Hisaaki Kawade; Shinya Mishina; Naoto Nakamura; Ichiro Nomura; Yoshiyuki Osada; Yasue Sato; Hidetoshi Suzuki; Noritake Suzuki; Toshihiko Takeda; Yasuyuki Todokoro; Hiroaki Toshima; Eiji Yamaguchi; Masato Yamanobe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2013-12-29
Also published as: EP1209719A1; DE69333704T2; CN1132411C; CA2112431A1; CN1086053C; DE69332017D1; CN1101166A; US5659329A; AU674173B2; EP1209719B1; CA2112431C; EP0605881B1; DE69333704D1; CN1312641A; ATE219288T1; EP0605881A1; ATE282895T1; AU5279693A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren einer Anzeigevorrichtung.
Glühkathoden und Kaltkathodenelektronenquellen sind bekannt als zwei Arten elektronenemittierender Einrichtungen, von denen letztere zum Feldemissionstyp (wird nachstehend als FE-Typ bezeichnet), zum Metall/Isolationsschicht/Metalltyp (wird nachstehend als MIM-Typ bezeichnet) und zu elektronenemittierenden Einrichtungen des Typs mit Oberflächenleitfähigkeit gehören.
Beispiele der Einrichtungen des FE-Typs sind vorgeschlagen in W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956), A. Spindt, "PHYSICAL Properties von thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961).
Eine Einrichtung des MIM-Typs ist beispielsweise offenbart in Ca. A. Mead, "The tunnel-emission amplifier, J. Appl. Phys., 32, 646 (1961)
Eine elektronenemittierende Einrichtung des Oberflächenleitfähigkeitstyps ist vorgeschlagen worden in M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, (1965).
Eine elektronenemittierende Einrichtung des Oberflächenleitfähigkeitstyps verwendet das Phänomen, daß Elektronen emittiert werden aus einem kleinen Dünnfilm, der auf einem Substrat gebildet ist, wenn ein elektrischer Strom gezwungen wird, parallel zur Filmoberfläche zu fließen. Während Elison die Verwendung eines SnO&sub2;-Dünnfilms für eine Einrichtung dieser Art vorschlägt, wird die Verwendung eines Au-Dünnfilms vorgeschlagen in G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1971), wohingegen die Verwendung eines In&sub2;O&sub3;/SnO&sub2; und diejenige aus Kohlenstoffdünnfilm jeweils diskutiert werden in M. Hartwell und C. G. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519, 1975 und beziehungsweise H. Araki et al.: "Vacuum", Band 26, Nr. 1, Seite 22, 1983.
Fig. 25 der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht in schematischer Weise eine elektronenemittierende Einrichtung des Oberflächenleittyps, die vorgeschlagen worden ist von M. Hartwell. In Fig. 25 bedeuten Bezugszeichen 431 und 432 ein Isolatorsubstrat beziehungsweise einen H-förmigen Metalloxidfilm zur Elektronenemission, der durch Aufsprühen hergestellt wird. Bezugszeichen 433 bedeutet eine elektronenemittierende Zone, die betriebsfähig wird, wenn sie in einem Prozeß unter Strom gesetzt wird, der allgemein als "Formierung" bezeichnet wird, und der später zu beschreiben ist. Der gesamte Dünnfilm, der die elektronenemittierende Zone enthält, ist in Fig. 25 mit Bezugszeichen 434 bezeichnet. Für die Einrichtung, wie sie in Fig. 25 dargestellt ist, ist L1 zwischen 0,5 und 1 mm und W gleich 0,1 mm groß.
Eine elektronenemittierende Zone 433 wird in einer elektronenemittierenden Einrichtung des Oberflächenleittyps hergestellt, normalerweise durch Elektrifizieren eines Dünnfilms 432 für die Elektronenemission auf der Einrichtung, ein Prozeß, der allgemein mit "Formieren" bezeichnet wird. Genauer gesagt, eine Gleichspannung oder eine langsam ansteigende Spannung, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 V/min. wird an die gegenüberliegenden Enden eines Dünnfilms 432 zur Elektronenemission angelegt, um den Dünnfilm 432 für die Elektronenemission lokal zu zerstören oder strukturell zu deformieren, um Risse in einem Teil des Dünnfilms zu erzeugen, der eine elektrisch hochohmige Elektronenemissionszone 433 bildet. Ist einmal die oberflächenleitende Elektronenemissionseinrichtung zum Formieren verarbeitet, werden Elektronen aus diesen Rissen und aus ihren Nachbarbereichen emittiert, wenn eine Spannung am Dünnfilm 434 anliegt, der die elektronenemittierende Zone 433 einschließt, um einen elektrischen Strom durch die Einrichtung fließen zu lassen.
Bekannte elektronenemittierende Einrichtungen des Oberflächenleitfähigkeitstyps sind jedoch mit Problemen behaftet, wenn sie zur praktischen Anwendung kommen. Der Anmelder der vorliegenden Erfindung, der in dem betrachteten technologischen Feld bereits eine Anzahl von Verbesserungen zu der vorhandenen Technologie vorgeschlagen hat, um einige dieser Probleme zu lösen, die nachstehend in mehr Einzelheiten beschrieben sind.
Elektronenemittierende Einrichtungen mit Oberflächenleitfähigkeit sind andererseits vorteilhaft dadurch, daß sie in Gliederungen einer großen Anzahl über einer großen Fläche verwendet werden können, weil sie strukturell einfach sind und von daher mit niedrigen Kosten auf einfache Weise hergestellt werden können. Viele Studien sind gemacht worden, um diesen Vorteil hervorzuheben, und Anwendungen, die als Ergebnis solcher Studien vorgeschlagen worden sind, enthalten belastete Strahlquellen und elektronische Anzeigen.
Eine große Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen können in einer Gliederung angeordnet sein, um eine Matrix von Einrichtungen zu bilden, die als eine Elektronenquelle arbeitet, wobei die Einrichtungen einer jeden Zeile verdrahtet und regelmäßig zur Bildung von Spalten angeordnet sind (siehe beispielsweise japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 64-31332 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung).
Hinsichtlich Bilderzeugungsgeräten, wie beispielsweise Anzeigen, sind derartige Anzeigen nicht problemlos, obwohl sehr flache Anzeigen, die ein Flüssigkristallfeld anstelle einer Kathodenstrahlröhre enthalten, in den letzten Jahren erzielt worden sind. Eines dieser Probleme besteht darin, daß die Lichtquelle zusätzlich in die Anzeige eingebaut werden muß, um das Flüssigkristallfeld zu beleuchten, weil der Flüssigkristall von sich aus kein Licht emittiert. Eine elektronische Emissionsanzeige, die von diesen Problemen nicht belastet ist, läßt sich realisieren unter Verwendung einer Lichtquelle, die gebildet ist durch Anordnen einer großen Zahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen in Verbindung mit Fluoreszenzkörpern, die induziert werden zur selektiven Entlastung sichtbaren Lichts durch Elektronen, die die Elektronenquelle emittiert. Mit einer derartigen Anordnung können emittierende Anzeigegeräte mit einem großen Anzeigebildschirm und verbesserten Anzeigefähigkeiten in relativ leichter Weise bei geringen Kosten hergestellt werden. (Siehe beispielsweise das US-Patent Nr. 5 066 883 des Anmelders der hiesigen Patentanmeldung.)
Emittierende Anzeigegeräte der oben dargestellten Kategorie enthalten eine Elektronenquelle, die gebildet ist aus einer großen Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen und Fluoreszenzkörpern, die durch Ansteuersignale betrieben werden können, die an die Verdrahtungen angelegt werden, die die jeweiligen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen verbinden, die in Zeilen (Zeilenverdrahtungen) verbunden sind, und die Steuerelektroden sind angeordnet in dem Raum, der die Elektronenquelle von dem Fluoreszenzkörper trennt, längs einer Richtung senkrecht zur Zeilenverdrahtung (Gitter- oder Spaltenelektrode). (Siehe beispielsweise japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 1-283749 des Anmelders der vorliegenden Patentanmeldung).
Es gibt jedoch eine Anzahl von Schwierigkeiten, die zu lösen sind, bevor ein derartiges Anzeigegerät kommerziell machbar wird. Einige dieser Schwierigkeiten enthalten das Problem genauer Ausrichtung individueller oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtung und zugehörigen individuellen Gittern, und daß das Festlegen eines einheitlichen Abstands zwischen einem jeden Gitter und der zugehörigen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung, die beide herstellbezogene Probleme aufweisen. In dem Bemühen zur Lösung dieser herstellbezogenen Probleme ist ein verbessertes Anzeigegerät der hier in Rede stehenden Kategorie vorgeschlagen worden, bei der die Gitter gebildet sind in eine Schicht und gelegt auf die Schicht der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen, um eine Mehrschichtstruktur aufzubauen. (Siehe beispielsweise japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 3-20941 des Anmelders der vorliegenden Patentanmeldung.).
Fig. 26 und 27 veranschaulichen typische elektronische Anzeigen, die über herkömmliche oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtungen verfügen, wie sie offenbart sind in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 45-31615. Unter Bezug auf die Fig. 26 und 27 enthalten sie Transversalstrom-Elektronenemissionskörper 442, die in Serie geschaltet sind, streifenförmige transparente Elektroden 444, die senkrecht zu den elektronenemittierenden Körpern 442 angeordnet sind, um ein Gitter dazwischen zu bilden und eine Glastafel 443, die mit einer Anzahl kleiner Löcher 443' versehen ist und angeordnet ist zwischen den elektronenemittierenden Körpern und den Elektroden in einer solchen Weise, daß die Löcher sich auf den jeweiligen Kreuzungen der elektronenemittierenden Körper und der Elektroden befinden. Jedes dieser Löcher 443' enthält ein Gas, das hermetisch versiegelt ist, so daß die Anzeige Licht emittiert durch elektrische Gasentladung nur an den Kreuzungen jener Transversalstrom-Elektronenemissionskörper 442, die laufend Elektronen entladen und jene transparenten Elektroden 444, an die eine Beschleunigungsspannung E2 laufend angelegt wird. Während die japanische Patentveröffentlichung Nr. 43-31615 nicht den Transversalstrom-Elektronenemissionskörper beschreibt, kann mit Sicherheit angenommen werden, daß es sich um eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung handelt, weil die Materialien (metallischer Dünnfilm, Mesafilm) und die strukturellen Merkmale des Nackens 442' dort eine Anpassung beschreiben gegenüber ihren Gegenstücken der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck "oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung" verwendet, in dem Sinne, wie er festgelegt ist in "The Thin Film Handbook".
Nachstehend abgehandelt sind einige der Probleme, die mit den elektronischen Anzeigen aufgekommen sind, die über die bekannten oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen verfügen.
Das Hauptproblem ist aufgezeigt worden für ein Anzeigegerät, das in der oben zitierten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 45-31615 abgehandelt.
(1) Während das Anzeigegerät ausgelegt ist, für elektrische Entladung, wie emittierte Elektronen ausgelegt ist zu arbeiten von dem Transversalstrom-Elektronenemissionskörpern, die beschleunigt werden und veranlaßt werden, mit Gasmolekülen zusammenzustoßen, können die Pixel des Gerätes durch elektrische Entladung in unterschiedlicher Leuchtstärke glühen, und die Leuchtstärke eines selben Pixels kann fluktuieren, wenn die Elektronenemissionskörper vom Transversalstromtyp auf dieselbe Stärke erregt werden. Eines der möglichen Gründe hierfür kann sein, daß die Stärke der elektrischen Ladung als solche eines Gerätes stark abhängt vom Zustand des Gases im Gerät und nicht in befriedigender Weise steuerbar ist, während andererseits es sein kann, daß der Ausgangspegel des Elektronenemissionskörpers vom Transversalstromtyp nicht hinreichend stabilisierbar ist, wenn der Gasdruck irgendwie um 15 mm Hg liegt, wie im Beispiel des Abschnitts vom zitierten Patentdokument beschrieben.
Das zuvor beschriebene Anzeigegerät ist somit nicht in der Lage, eine Mehrtonanzeige bereitzustellen, und kann folglich nur einen begrenzten Verwendungsumfang bieten.
(2) Während das Anzeigegerät die Farbe zur Anzeige unter Verwendung verschiedener Arten von Gas ändern kann, erweitert die Verwendung verschiedener Gase nicht notwendigerweise den Umfang von einer Farbanzeige, weil die Wellenlänge sichtbaren Lichts, erzeugt durch die elektrische Entladung, keinen weiten Bereich umfaßt. Darüber hinaus variiert der optimale Gasdruck, der für die Emission von Licht verwendet wird durch elektrische Entladung als Funktion der Art des betreffenden Gases.
Um eine Farbanzeige zu erzielen unter Verwendung einer einzelnen Tafel müssen somit unterschiedliche Gase versiegelt werden in den Löchern mit unterschiedlichen Gasdrücken abhängig von den Orten der Löcher, womit die Herstellung eines derartigen Gerätes extrem schwierig wird. Wenn beispielsweise dreilaminierte Tafeln verwendet werden für ein Anzeigegerät, um dieses Problem zu lösen, wird es in unrealistischer Weise schwer, und die Herstellkosten werden die Produktion eines derart schweren Gerätes verbieten.
(3) Da das Anzeigegerät eine große Anzahl von Komponenten umfaßt, die die elektronenemittierenden Körper des Transversalstromtyps enthalten, werden die streifenförmigen transparenten Elektroden und die Löcher, bei denen Gas hermetisch versiegelt wird, strukturell sehr kompliziert, und von daher ist nur eine kleine Fehlergrenze zulässig zum Ausrichten der Komponenten. Da darüber hinaus die Schwellwertspannung, die verwendet wird für die Lichtemission durch elektrische Ladung etwa 35[V] beträgt, wie im zitierten Dokument beschrieben, ist jedes elektrische Element, das in der Tafelansteuerschaltung Verwendung findet, gefordert, eine hohe Spannungsfestigkeit zu zeigen.
Ein derartiges Anzeigegerät erfordert einen komplizierten Prozeß, dem zu folgen ist, bevor es fertiggestellt ist, sowie hinderliche Herstellkosten.
Es liegt hauptsächlich an den obigen Gründen, daß eine elektronische Anzahl der zuvor beschriebenen Art nicht in der Lage war, zur praktischen Anwendung im Bereich der Fernsehempfänger und anderer ähnlicher elektronischer Geräte zu finden.
Die Bilderzeugungsgeräte, die vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung vorgeschlagen worden sind und die eine Elektronenquelle enthalten, die gebildet ist durch Anordnen einer Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen und einer selben Anzahl von Fluoreszenzkörpern, die benachbart miteinander angeordnet sind, sind andererseits nicht problemlos.
Um eine solche Elektronenquelle zu realisieren, ist es zunächst unverzichtbar, Gitter vorzusehen entlang einer Richtung (spaltenausgerichtete Verdrahtung) senkrecht zu den Leitungen, die die elektronenemittierenden Einrichtungen verbinden, die parallel angeordnet sind (zeilenausgerichtete Verdrahtung), wenn die Einrichtungen in selektiver Weise zur Elektronenemission veranlaßt werden. Kein einfacher und leichter Prozeß ist in dieser Hinsicht entwickelt worden zur Herstellung einer Elektronenquelle, mit der Einrichtungen ausgewählt für die Emission von Elektronen und die Stärke von der Elektronenemission steuerbar ist.
Zweitens, um die Fluoreszenzkörper eines derartigen Bilderzeugungsgerätes, angeordnet in Juxtaposition mit der Elektronenquelle zur Emission von Licht an ausgewählten Stellen mit einem gesteuerten Leuchtdichtepegel muß eine gewisse Anzahl von Gittern unverzichtbar vorgesehen sein, wie im Falle der Elektronenquelle. Noch mal gesagt, kein einfacher und leichter Prozeß ist entwickelt worden zur Herstellung eines Bilderzeugungsgerätes mit derartigen Fluoreszenzkörpern, mit denen elektronenemittierende Einrichtungen ausgewählt werden können, ohne Schwierigkeiten hervorzurufen, das Licht zu emittieren bei einem gesteuerten Pegel gemäß ankommender Signale, so daß die Fluoreszenzkörper zum Glühen gebracht werden an ausgewählten Stellen mit einem gesteuerten Helligkeitspegel.
Das Dokument EP-A-0 388 984 offenbart eine Anordnung, bei der eine Elektronenquelle, elektronenemittierende Zonen 36 verbunden sind über Einrichtungselektroden 35 mit Leitungen 34-a und 34-b, die Leitungen zum Ansteuern der elektronenemittierenden Einrichtungen sind. Leitungen 34-a und 34-b sind parallel angeordnet. Steuerelektroden 32 kreuzen sich senkrecht mit den oben aufgeführten Leitungen, sind aber von den Leitungen isoliert und von den Einrichtungen isoliert über ein Isoliersubstrat. In der Elektronenquelle, die im Dokument nach dem Stand der Technik offenbart ist, werden Elektronenstrahlen gemäß Spannungsimpulsen emittiert, die die Einrichtungsleitungselektroden beaufschlagen. Elektronenstrahlen, die zu beschleunigen oder zu unterdrücken sind, werden zuvor emittiert. Das Modulationsprinzip, das dieses Dokument lehrt, wohnt darin, daß eine gewisse Menge an Elektronenstrahlen ausgewählt wird aus den zuvor erzeugten Elektronenstrahlen gemäß den Spannungsimpulsen, was in einem Sinne zu verstehen ist des "Filterns" eines bereits erzeugten Elektronenstrahls.
Das Dokument EP-A-0 354 750 lehrt ein Bildanzeigegerät mit einer Elektronenquelle, die von einer X-Y-Matrixansteuerung gesteuert wird. Eine Festspannung wird insbesondere an Gateelektroden zur Elektronenstrahlemission angelegt. Ein Abschnitt der Elektronenstrahlen wird von einer hohen Spannung beschleunigt, die an die Anode angelegt wird, um dadurch eine Kollision mit einer Fluoreszenzkörperoberfläche herbeizuführen und Licht zu emittieren. Eine Modulation der Elektronenstrahlen ist jedoch weder offenbart noch gelehrt.
Die Veröffentlichung ELEKTRONIK, Band 41, Nr. 2, 21. Januar 1992, München, Seiten 48-50, 55, offenbart lediglich eine Flüssigkristallanzeige des aktiven Matrixtyps, der TFT verwendet. Insbesondere ist weder eine Elektronenquelle noch eine Anwendung dieser offenbart.
Das Dokument EP-A-0 299 461 offenbart ein Beispiel einer elektronenemittierenden Einrichtung. In dieser Veröffentlichung ist vorgeschlagen worden, einen Ansteuerspannungswert einzustellen, bei dem die Elektronenemission initialisiert wird durch eine Variation technologischer Parameter während des Herstellprozesses. Jedoch gibt es keine Offenbarung oder keine Lehre dieses Dokuments, das sich auf eine Elektronenquelle bezieht, die das Einrichtungs- oder Modulationsverfahren verwendet.
Das Dokument nach dem Stand der Technik EP-A-0 479 450 offenbart eine Elektronenquelle, bei der Zeilenleiter 14 und Spaltenleiter 16 eine X-Y-Matrix bilden, aber bei den Kreuzungen der Leiter sind sie voneinander isoliert, und Elektronen werden emittiert aus Metallkegeln 40 gemäß der Potentialdifferenz zwischen diesen.
Weiterhin beziehen sich die Dokumente EP-A-0 404 022, US-A-4 956 578 sowie EP-A-0 312 007 nicht auf die Lösung einer Aufgabe des Vermeidens von Übersprechen in der Verbindung von Anzeigegeräten, die über eine Elektronenquelle verfügen.
Eine frühere Anmeldung der Anmelder, EP-A-0 536 732, die letztlich unter die Regel des Artikels 54 (3) EPC fällt, enthält auch einen Graphen (Fig. 7), der eine Eigenschaft zeigt, die gleich einem monotonen Anstieg ist. Diese Anmeldung offenbart, daß unwirksame Ströme verringert werden können durch Steuern des Bereichs, der Partikelgröße oder dem Abstand zwischen den Partikeln innerhalb der elektronenemittierenden Zone, und auch, daß die Einrichtung angesteuert wird unter 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup9; Torr. Jedoch ist nicht die spezielle If-Vf- und Ie-Vf-Kennlinie der vorliegenden Erfindung offenbart, noch ist offenbart die Lehre, daß monotone Anstiegseigenschaften sich nicht mit der Zeit ändern, ungeachtet der Spannungsanstiegsrate, erzielt durch Tempern unter Ultravakuumbedingungen.
In Hinsicht auf die oben aufgeführten Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Herstellverfahren eines Anzeigegerätes zu schaffen. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung kann ein derartiges Anzeigegerät mit einer Elektronenquelle hergestellt werden mit niedrigen Kosten, weil der Aufbau einfach ist, und läßt sich realisieren in Kombination mit einem fluoreszierenden Material, das gegenüber der Elektronenquelle angeordnet ist, um ein hochqualitatives Bilderzeugungsgerät zu schaffen, das in der Lage ist, Bilder in Farbe und in vielen Tönen anzuzeigen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Anzeigegerät herzustellen, das über eine Elektronenquelle verfügt und in der Lage ist, Bilder mit guter Gradation anzuzeigen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektronenquelle und einen Bildanzeigeschirm herzustellen, der mit Pixeln versehen ist, die so konfiguriert sind, daß sie frei von Übersprechen sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Herstellverfahren eines Anzeigegerätes, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung, wie sie beansprucht ist, ist festgelegt als ein Verfahren der Herstellung eines Gerätes. Die Beschreibung eines Gerätes und dessen Verwendung dient lediglich der Veranschaulichung des Verfahrens.
Fig. 1A und 1B sind schematische Ansichten, die den grundlegenden Aufbau einer ebenen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung veranschaulichen, die zum Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 2A bis 2C sind schematische Ansichten, die unterschiedliche Stufen der Herstellung einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung darstellen, die zu verwenden ist zum Zwecke der Erfindung.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Meßsystems zum Bestimmen der Leistungsfähigkeit einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung, die zum Zwecke der Erfindung zu verwenden ist.
Fig. 4 ist ein Graph, der eine Spannungswellenform zeigt, die zu verwenden ist zur Bildung einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung zum Zwecke der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Spannung, angelegt an eine oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung, die zu verwenden ist zum Zwecke der Erfindung, und im Strom, der dadurch fließt, sowie die Beziehung zwischen der Spannung und dem Emissionsstrom der Einrichtung.
Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung des Stufentyps, zum Zwecke der Erfindung die verwendet werden kann.
Fig. 7 ist eine schematische Aufsicht auf ein Beispiel einer Elektronenquelle.
Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Bilderzeugungsgerätes.
Fig. 9A und 9B sind schematische Ansichten, die zwei Beispielarten von Fluoreszenzfilmen darstellen, die verwendet werden können.
Fig. 10 ist ein schematisches Schaltbild, das das Verfahren des Ansteuerns von Fluoreszenzmaterialien darstellt.
Fig. 11 ist eine Explosions- und vergrößerte perspektivische Ansicht einer elektronenemittierenden Einrichtung und einer Vorderplatte eines Bilderzeugungsgerätes.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht eines Leuchtflecks, der in einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung beobachtet werden kann.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht von Äquipotentiallinien zur Darstellung eines möglichen Weges eines Elektronenstrahls in einem Bilderzeugungsgerät mit oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen.
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Elektronenquelle, wobei die Quelle per se nicht ein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist.
Fig. 15 ist ein schematischer Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 14.
Fig. 16A bis 16D sind schematische Querschnittsansichten vom ersten Ausführungsbeispiel, das dieses in unterschiedlichen Herstellstufen zeigt.
Fig. 17E bis 17H sind schematische Querschnittsansichten vom ersten Ausführungsbeispiel, das dieses in unterschiedlichen Herstellschritten zeigt, die den Fig. 16A bis 16D folgen.
Fig. 18 ist eine schematische Aufsicht einer Maske, die für das erste Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
Fig. 19 ist ein Graph, der dem in Fig. 5 gleicht, aber die Spannungs-Strom-Beziehungen für eine Probe zeigt, die zum Zwecke des Vergleichs vorbereitet wurde.
Fig. 20 ist eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Elektronenquelle, wobei die Quelle per se kein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist.
Fig. 21A bis 21F sind schematische Querschnittsansichten vom zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14, das dieses in unterschiedlichen Herstellschritten zeigt.
Fig. 22 ist eine schematische Aufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Elektronenquelle, wobei die Quelle per se kein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist.
Fig. 23 ist eine schematische Querschnittsansicht des dritten Ausführungsbeispiels von Fig. 22.
Fig. 24A bis 24E sind schematische Querschnittsansichten vom dritten Ausführungsbeispiel, das unterschiedliche Herstellschritte zeigt.
Fig. 25 ist eine schematische Aufsicht einer bekannten elektronenemittierenden Einrichtung.
Fig. 25 ist eine schematische Aufsicht einer bekannten elektronenemittierenden Einrichtung.
Fig. 26 und 27 sind schematische Aufsichten eines bekannten Bilderzeugungsgerätes.
Nachstehend ist die vorliegende Erfindung, wie sie beansprucht ist, in mehr Einzelheiten im Wege von Beispielen dargestellt.
Zuerst werden unter Bezug auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2-56822 und so weiter des Anmelders der vorliegenden Anmeldung einige fundamentale strukturelle und funktionale Merkmale einer elektronenemittierenden Einrichtung, insbesondere einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung, die eine Basiseinheit einer Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät bereitstellt, mit einem bevorzugten Herstellverfahren einer solchen Einrichtung abgehandelt.
Einige der Merkmale einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung, die herzustellen ist unter Verwendung der vorliegenden Erfindung, enthalten das Folgende.
1) Einen für eine elektronenemittierende Zone zu verwendenden Dünnfilm einer Einrichtung, der grundsätzlich feinen Partikeln aufgebaut aus ist, die verteilt sind; oder er wird gewonnen durch Sintern organischen Metalls, bevor es elektrisch durch eine Prozeß behandelt wird, den man "Formieren" nennt.
2) Nach dem "Formierungsprozeß" werden sowohl die elektronenemittierende Zone als auch die restlichen Bereiche des Dünnfilms, der die elektronenemittierende Zone umfaßt, ebenfalls aus feinen Partikeln hergestellt.
Es gibt zwei alternative Profile, die man heranziehen kann für die oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung, die zum Zwecke der Erfindung verwendet wird, das heißt, ein ebenes Profil und ein stufiges Profil.
Zuerst beschrieben ist eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung des Planartyps, das heißt, des Typs mit ebenem Profil.
Fig. 1A und 1B sind eine schematische Aufsicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung des Planartyps.
Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, umfaßt die Einrichtung ein Substrat 1, ein Paar Elektroden 5 und 6 (werden nachstehend als Einrichtungselektroden bezeichnet) und einen Dünnfilm 4, der eine elektronenemittierende Zone 3 enthält.
Das Substrat 1 ist vorzugsweise ein Substrat wie ein Glassubstrat, das aus Quarzglas besteht, Glas, das Na und andere Verunreinigungen enthält, zu einem gewissen Grad, oder Kronglas, ein Mehrschichtglassubstrat, hergestellt durch Bilden einer SiO&sub2;- Schicht auf einem Stück von Kronglas durch Aufsprühen, oder ein keramisches Substrat, das aus einem keramischen Material besteht, wie beispielsweise aus Aluminiumoxid.
Während die gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden 5 und 6 aus einem beliebigen Leitermaterial bestehen können, enthalten bevorzugte Kandidatenmaterialien Metalle, wie beispielsweise Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd sowie deren Legierungen, druckbare Leitmaterialien, die aus Metall bestehen oder einem Metalloxid, ausgewählt aus Pd, Ag, RuO&sub2;, Pd-Ag und Glas, transparente Leitermaterialien wie In&sub2;O&sub3;-SnO&sub2; und Halbleitermaterialien, wie Polysilizium.
Der Abstand L1, der die Elektroden trennt, liegt zwischen Hunderten Angström und Tausenden Mikrometern und wird bestimmt als Funktion verschiedener technischer Aspekte der Photolithographie, die zu verwenden ist zur Herstellung der Einrichtung, einschließlich der Funktion des Ausrichters und des enthaltenen Ätzverfahrens, und die Spannung, die an die Elektroden anzulegen ist, und die für die Elektronenemission ausgelegte elektrische Feldstärke. Vorzugsweise liegt er zwischen mehreren Mikrometern und mehreren zehn Mikrometern.
Die Längen W1 der Elektrode 6 und die Stärken der Einrichtungselektroden 5 und 6 können bestimmt werden auf der Grundlage der Erfordernisse, die beim Auslegen der Einrichtung enthalten sind, wie die spezifischen Widerstände der Elektroden, die Verbindungen der Zeilen- und Spaltenleitungen oder X- und Y-Leitungen, wie sie hiernach bezeichnet werden, und die Anordnung der Vielzahl von elektronenemittierenden Einrichtungen, obwohl die Länge der Elektrode 6 normalerweise zwischen mehreren Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern liegt. Die Stärke der Einrichtungselektroden 5 und 6 liegt dabei typischerweise zwischen mehren hunderten Angström und mehreren Mikrometern.
Der Dünnfilm 4 der Einrichtung, die eine elektronenemittierende Zone enthält, ist teilweise auf die Einrichtungselektroden 5 und 6 gelegt, wie man aus Fig. 1B ersieht. Eine andere alternative Anordnung der Komponenten der Einrichtung ist die, daß der Bereich 2 des Dünnfilms 4 zum Vorbereiten einer elektronenemittierenden Zone zuerst auf das Substrat 1 gelegt wird, und dann werden die Einrichtungselektroden 5 und 6 gegenüberstehend auf dem Dünnfilm angeordnet. Als noch eine andere Alternative kann die Anordnung so eingerichtet sein, daß alle die Bereiche des Dünnfilms, die sich zwischen den gegenüber angeordneten Einrichtungsleketroden 5 und 6 befinden, als eine elektronenemittierende Zone fungieren. Die Stärke des Dünnfilms, der die elektronenemittierende Zone enthält, liegt vorzugsweise zwischen mehreren Angström und mehreren tausend Angström, und insbesondere zwischen 1 nm und 50 nm (10 beziehungsweise 500 Angström). Später zu beschreiben ist eine Funktion der stufenweisen Bedeckung des Dünnfilms 4 mit den Einrichtungselektroden 5 und 6, der spezifische Widerstand zwischen der elektronenemittierenden Zone 3 und den Einrichtungselektroden 5 und 6, die mittlere Größe der Leiterpartikel der elektronenemittierenden Zone 3, der Betriebsparameter und andere Faktoren. Der Dünnfilm 4 zeigt normalerweise einen spezifischen Widerstand pro Einheitsoberflächenbereich zwischen 10&supmin;³ und 10&supmin;&sup7; Ω/cm².
Der Dünnfilm 4, der den elektronenemittierenden Abschnitt enthält, besteht aus feinen Partikeln, die ausgewählt sind aus Metallen wie Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W und Pb, Oxyden wie PdO, SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;, PbO und Sb&sub2;O&sub3;, Boride wie beispielsweise HfB&sub2;, ZrB&sub2;, LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbide, wie TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC und WC, Nitride, wie TiN, ZrN und Hfn, Halbleiter wie Si und Ge und Kohlenstoff sowie andere Metalle und Metallverbindungen wie AgPd, NiCr, Pb und Sn.
Der Ausdruck "ein Feinpartikelfilm", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aus einer großen Anzahl feiner Partikel gebildet ist, die locker verteilt, fest angeordnet sein können oder sich wechselweise und zufällig überlappen (um eine Inselstruktur unter gewissen Bedingungen zu bilden).
Die elektronenemittierende Zone 3 ist aus einer großen Anzahl feiner Leitpartikel gebildet mit einer hauptsächlichen Partikelgröße von vorzugsweise zwischen mehreren Angström und Hunderten von Angström, und höchst vorzugsweise zwischen 1 nm und 50 nm (10 beziehungsweise 500 Angström), und die Stärke des Dünnfilms 4, der die elektronenemittierende Zone enthält, wird abhängig von einer Zahl von Faktoren bestimmt, die das Verfahren einschließen, das zur Herstellung der Einrichtung und gemäß den Parametern für die Formierungsoperation, die später zu beschreiben ist, ausgewählt ist. Das Material der elektronenemittierenden Zone 3 kann ausgewählt werden aus allen Teilen der Materialien, die sich auch zur Vorbereitung des Dünnfilms 4 verwenden lassen, der die elektronenemittierende Zone enthält.
Während eine Anzahl unterschiedlicher Verfahren angewandt werden kann zur Herstellung einer elektronenemittierenden Einrichtung mit einer elektronenemittierenden Zone 3, veranschaulichen Fig. 2A bis 4C unterschiedliche Schritte eines speziellen Verfahrens. In den Fig. 2A bis 2C bedeutet Bezugszeichen 2 einen Dünnfilm, der für eine elektronenemittierende Zone zu verwenden ist, und typischerweise ein Feinpartikelfilm sein kann.
Nachstehend beschrieben ist ein Verfahren.
1) Nachdem ein Substrat 1 sorgfältig mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel gereinigt ist, wird ein ausgewähltes Elektrodenmaterial an gegenüberliegend angeordnete Stellen mittels Vakuumauftragung, Aufsprühen oder einiger anderer geeigneter Techniken aufgetragen, und dann wird mit Photolithographie weiterverarbeitet, um ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6 (Fig. 2A) herzustellen.
2) Eine organische Metallösung wird auf die Oberfläche des Substrats 1 gebracht sowie auf die Einrichtungselektroden 5 und 6 auf dem Substrat, man läßt es trocknen, um einen organischen Metalldünnfilm zu erzeugen. Die organische Metallösung ist eine Lösung einer organischen Verbindung mit Metallen, die ausgewählt sind aus Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W und Pb, wie schon früher aufgelistet. Danach wird der gebildete organische Metalldünnfilm erwärmt zum Sintern und wird dann einer Musterungsoperation unterzogen unter Verwendung einer Abzugs- oder Ätztechnik, um einen Dünnfilm 2 zur Vorbereitung einer elektronenemittierenden Zone (Fig. 2B) vorzubereiten. Während der organische Metalldünnfilm vorbereitet wird durch Anwenden einer organischen Metallösung auf das Substrat in der obigen Beschreibung, kann ein derartiger Film auch gebildet werden unter Verwendung unterschiedlicher Techniken, wie Vakuumauftragung, Aufsprühen, chemische Vakuumauftragung, verteilte Applikation, Tauchen oder Schleudern.
3) Danach werden die Einrichtungselektroden 5 und 6 einer sogenannten Formierungsoperation unterzogen, bei der eine gepulste oder schnell ansteigende Spannung diese aus einer Stromversorgungsquelle (nicht dargestellt) beaufschlagt, um die Struktur des Dünnfilms in einem Bereich lokal zu modifizieren, der zu einer elektronenemittierenden Zone 3 wird (Fig. 2C). Genauer gesagt, der Dünnfilm 2 wird lokal zerstört, deformiert oder strukturell modifiziert, da er elektrifiziert ist, um zu einem elektronenemittierenden Abschnitt 3 zu werden. Wie schon beschrieben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung durch Beobachtung herausgefunden, daß die elektronenemittierende Zone 3 aus feinen Leitpartikeln gebildet ist.
Fig. 3 zeigt einen Graph, der die Spannungswellenform darstellt, die für eine Formierungsoperation zu verwenden ist.
In Fig. 4 zeigen T1 und T2 die Impulsbreite beziehungsweise das Pulsintervall einer dreieckförmigen gepulsten Spannungswelle, wobei T1 zwischen einer Mikrosekunde und 10 Mikrosekunden und T2 zwischen 10 Mikrosekunden und 100 Mikrosekunden, der Pegel der Spitzen der Wellen (Spitzenspannung zur Formierung) beispielsweise zwischen 4 V und 10 V liegt. Die Formierungsoperation wird für eine Zeitdauer zwischen einem zehntel und mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten in einer Vakuumatmosphäre durchgeführt.
Während eine sich verändernde Spannung in der Form von Dreiecksimpulsen an die Elektroden einer elektronenemittierenden Einrichtung angelegt wird, um eine elektronenemittierende Zone zu bilden, ist es nicht unbedingt erforderlich, eine dreiecksförmige oder rechteckförmige Welle heranzuziehen; Wellen in einer anderen Form können alternativ verwendet werden. Gleichermaßen können andere geeignete Werte ausgewählt werden für die Impulsbreite, das Impulsintervall und den Spitzenpegel, um die Betriebseigenschaften der elektronenemittierenden Zone zu optimieren, die abhängig vom beabsichtigten Widerstand in der elektronenemittierenden Einrichtung zu erzeugen ist.
Wenn der Dünnfilm zur Vorbereitung der elektronenemittierenden Zone einer elektronenemittierenden Einrichtung durch Dispergieren feiner Leitpartikel gebildet wird, kann der zuvor beschriebene Formierungsprozeß teilweise modifiziert werden.
Nachstehend anhand der Fig. 3 und 5 beschrieben sind einige funktionale Merkmale einer elektronenemittierenden Einrichtung, die in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt worden ist.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Meßsystems zum Bestimmen der Eigenschaften einer elektronenemittierenden Einrichtung mit einer Konfiguration, wie sie in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist.
In Fig. 3 ist eine elektronenemittierende Einrichtung, die über ein Substrat 1, ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6, einen Dünnfilm 4, der eine elektronenemittierende Zone 3 enthält, ausgestattet ist, in einer Stelle plaziert in einem Meßsystem, das über einem Teil eine Stromversorgungsquelle 31 zum Anlegen einer Spannung Vf an die Einrichtung enthält (wird nachstehend als Einrichtungsspannung Vf bezeichnet), einen Strommesser 30 zum Messen des elektrischen Stromes, der durch den Dünnfilm fließt, der die elektronenemittierende Zone enthält, und zwischen den Einrichtungselektroden 5 und 6, eine Anode 34 zum Aufnehmen des Emissionsstromes, den die elektronenemittierende Zone 3 der Einrichtung emittiert, eine Hochspannungsquelle 33 zum Anlegen einer Spannung an die Anode 34, und einen weiteren Strommesser 32, der den Emissionsstrom Ie mißt, den die elektronenemittierende Zone 3 emittiert.
Beim Messen des Stromes If, der durch die Einrichtung (wird nachstehend als Einrichtungsstrom bezeichnet) fließt, und des Emissionsstromes Ie, sind die Einrichtungselektroden 5 und 6 verbunden mit der Stromversorgungsquelle 31 und mit dem Strommesser 30 und der Anode, die mit der Stromversorgungsquelle 33 verbunden ist, und der Strommesser befindet sich über der Einrichtung. Die elektronenemittierende Einrichtung und die Anode 34 werden in eine Vakuumkammer gegeben, die vorgesehen ist mit einer Vakuumpumpe, einem Vakuummeßgerät und anderen Einrichtungsgegenständen, die zum Betrieb der Vakuumkammer erforderlich sind, so daß die Meßoperation durchgeführt werden kann unter einem gewünschten Vakuumzustand. Die Vakuumpumpe verfügt über ein übliches Hochvakuumsystem, das gebildet ist aus einer Turbopumpe und einer Rotationspumpe und ein Ultrahochvakuumsystem, das aus einer Ionenpumpe gebildet ist. Die gesamte Vakuumkammer und das Substrat von der elektronenemittierenden Einrichtung läßt sich erwärmen auf etwa 200ºC durch ein Heizelement (nicht dargestellt). Eine Spannung zwischen 1 KV und 10 KV wird an die Anode angelegt, die von der elektronenemittierenden Einrichtung um eine Entfernung H zwischen 2 mm und 8 mm beabstandet ist.
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen, die bezüglich der elektronenemittierenden Einrichtungen zum Zwecke der Erfindung durchgeführt wurden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung kritische Funktionsmerkmale herausgefunden, die den Weg zur vorliegenden Erfindung pflasterten.
Fig. 5 zeigt einen Graph, der die Beziehung zwischen der Einrichtungsspannung Vf, das heißt, einer Ansteuerspannung, die an die Einrichtungselektroden angelegt ist, und dem Emissionsstrom Ie und dem Einrichtungsstrom If, der typischerweise vom Meßsystem gemäß Fig. 3 beobachtet wird, schematisch darstellt. Angemerkt sei, daß unterschiedliche Einheiten willkürlich für Ie und If in Fig. 5 in Hinsicht auf die Tatsache ausgewählt sind, daß Ie eine Stärke hat, die weit kleiner ist als diejenige von If. Wie man aus Fig. 5 ersehen kann, hat eine elektronenemittierende Einrichtung drei bemerkenswerte Merkmale in Hinsicht auf den Emissionsstrom Ie, der nachstehend beschrieben ist.
Eine elektronenemittierende Einrichtung zeigt zunächst einen plötzlichen und scharfen Anstieg des Emissionsstroms Ie, wenn die angelegte Spannung eine gewisse Höhe überschreitet (diese wird nachstehend als Schwellwertspannung angezeigt, die in Fig. 5 mit Vth bezeichnet ist), wohingegen der Emissionsstrom Ie praktisch nicht zu messen ist, wenn die angelegte Spannung unter dem Schwellwert Vth liegt. Anders gesagt, eine elektronenemittierende Einrichtung nach der Erfindung ist eine nichtlineare Einrichtung mit einer scharfen Schwellwertspannung Vth gegenüber dem Emissionsstrom Ie.
Zum zweiten kann, da der Emissionsstrom Ie stark abhängig ist von der Einrichtungsspannung Vf, Erstere in effektiver Weise durch Letztere gesteuert werden.
Zum dritten ist die emittierte elektrische Ladung, die die Anode 34 aufnimmt, eine Funktion der Zeitdauer des Anliegens der Einrichtungsspannung Vf. Mit anderen Worten, die Menge der elektrischen Ladung, die die Anode 34 aufnimmt, kann in effizienter Weise gesteuert werden durch die Zeitdauer, während der die Einrichtungsspannung Vf anliegt.
Wegen dieser oben aufgeführten bemerkenswerten Merkmale kann eine elektronenemittierende Einrichtung eine Vielzahl von Anwendungen finden.
Der Einrichtungsstrom If steigt andererseits entweder monoton relativ zur Einrichtungsspannung Vf an (wie durch eine durchgehende Linie in Fig. 5 gezeigt, eine Eigenschaft, die mit MI bezeichnet wird, das heißt monotoner Anstieg, Eigenschaften hiernach) oder er variiert, um eine spezifische Form zu einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand zu zeigen (wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5 dargestellt, ein Merkmal, das hiernach als VCNR-Eigenschaft bezeichnet wird). Die hiesigen Erfinder fanden heraus, daß weder die obigen Merkmale des Einrichtungsstroms If abhängig auftreten davon, wie die elektronenemittierende Einrichtung aktuell hergestellt ist.
Genauer gesagt, der Einrichtungsstrom If der elektronenemittierenden Einrichtung kann eine VCNR-Kennlinie annehmen, wenn die Einrichtung einer Formierungsoperation in einem üblichen Vakuumsystem unterzogen wird, obwohl sie weitestgehend abhängig vom Vakuumgrad und den elektrischen Bedingungen des Meßsystems variieren kann, während und nach der Formierungsoperation, die die Rate einschließt, mit der die angelegte Spannung an die Einrichtung erhöht wird, um eine spezielle Strom-Spannungs-Beziehung für die Einrichtung zu erreichen, und die Zeit, während der die Einrichtung in der Vakuumkammer belassen wird, bevor die Einrichtung bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit getestet wird. Angemerkt sei, daß der Emissionsstrom Ie immer eine MI-Kennlinie zeigt.
In Hinsicht auf das zuvor beschriebene Herausgefundene der Erfinder der vorliegenden Erfindung, führten diese ein Experiment aus, bei dem eine elektronenemittierende Einrichtung, deren Einrichtungsstrom It eine VCNR-Kennlinie in einem üblichen Vakuumsystem zeigt, wurde diese in einem Ultrahochvakuumsystem bei einer hohen Temperatur getempert, (das heißt, 100ºC für 15 Stunden) und fanden heraus, daß nach der Temperoperation sowohl der Einrichtungsstrom It als auch der Emissionsstrom Ie ein MI- Merkmal zeigten, wenn sie der Einrichtungsspannung Vf ausgesetzt waren.
Angemerkt sei, daß während ein monoton ansteigender Einrichtungsstrom If auf einer Einrichtung beobachtet wurde, wie sie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 1-279542 des Anmelders der vorliegenden Erfindung offenbart ist, wenn die Einrichtung einer Spannungserhöhung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit ausgesetzt ist, nachdem sie verarbeitet war durch die Formierungsoperation in einem üblichen Vakuumsystem, sich diese vom Emissionsstrom Ie und dem Einrichtungsstrom If einer elektronenemittierenden Einrichtung unterscheidet, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde, darin, daß der monotone Anstieg mit der Einrichtungsspannung, nachdem sie produziert wurde in einem Ultrahochvakuumsystem, und folglich mit Sicherheit angenommen werden kann, sie sich grundsätzlich voneinander unterscheiden.
Die zuvor beschriebene monotone Anstiegsbeziehung zwischen der Spannung Vf und dem Einrichtungsstrom If und zwischen der Spannung Vf und dem Emissionsstrom Ie einer elektronenemittierenden Einrichtung, die gemäß der Erfindung hergestellt war, konnte somit weite zukünftige Anwendungsbereiche für die Einrichtung bereitstellen.
Nachstehend beschrieben ist eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung mit einem alternativen Profil, oder eine elektronenemittierende Einrichtung des Stufentyps.
Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung vom Stufentyp.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, umfaßt die Einrichtung ein Substrat 1, ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6, einen Dünnfilm 4 mit einer elektronenemittierenden Zone und einem stufenförmigen Abschnitt 67. Da das Substrat 1, die Einrichtungselektroden 5 und 6 und der Dünnfilm 4, die elektronenemittierenden Zone 3 enthält, aus Materialien vorbereitet werden, die dieselben sind wie jene ihrer Gegenstücke einer elektronenemittierenden Einrichtung des ebenen Typs, wie er zuvor beschrieben wurde, erfolgt hier nur eine detaillierte Beschreibung des stufenbildenden Abschnitts 67 und des Dünnfilms 4, der über die elektronenemittierende Zone 3 verfügt, die diese Einrichtung charakterisiert.
Der stufenförmige Abschnitt 67 besteht aus einem Isolationsmaterial, wie beispielsweise SiO&sub2;, und ist dort gebildet durch Vakuumauftragung, Drucken, Aufsprühen oder eine andere geeignete Technik, zu einer Stärke zwischen mehreren hundert Angström und mehreren zehn Mikrometern, die im wesentlichen dem Abstand L1 gleich sind, der die Elektroden einer elektronenemittierenden Einrichtung des ebenen Typs trennt, wie sie vorher beschrieben wurde, obwohl als Funktion der Technik bestimmt, ausgewählt zum Bilden des stufenförmigen Abschnitts, beträgt die an die Elektroden der Einrichtung anzulegende Spannung und die elektrische Feldstärke, die verfügbar ist zur Elektronenemission, liegt vorzugsweise zwischen mehreren tausend Angström und mehreren Mikrometern, wie herausgefunden wurde.
Da der Dünnfilm 4, der die elektronenemittierende Zone enthält, nach den Einrichtungselektroden 5 und 6 und dem stufenförmigen Abschnitt 67 gebildet wurde, kann er vorzugsweise auf die Einrichtungselektroden 5 und 6 gelegt werden, und so geformt als geeignete elektrische Verbindung mit den Einrichtungselektroden 5 und 6. Die Stärke des Dünnfilms 4, der die elektronenemittierende Zone enthält, ist eine Funktion des Verfahrens der Vorbereitung und in vielen Fällen gibt es eine Variation bezüglich des stufenförmigen Abschnitts und bezüglich der Einrichtungselektroden 5 und 6. Normalerweise ist der Dünnfilm 4 geringer dick auf dem stufenförmigen Abschnitt gemacht als auf den Elektroden. Die elektronenemittierende Zone 3 kann gebildet werden durch einen beliebigen geeigneten Bereich auf dem Dünnfilm, anders als bei dem in Fig. 6.
Während eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung zuvor in Hinsicht auf ihren Grundaufbau und ihr Herstellverfahren beschrieben wurde, kann eine derartige Einrichtung mit einem anderen Aufbau und einem anderen Herstellverfahren vorbereitet werden, solange die drei oben festgelegten Merkmale vorgesehen sind und in passender Weise für eine Elektronenquelle oder ein Bilderzeugungsgerät und/oder ein Anzeigegerät verwendet werden.
Nachstehend beschrieben ist eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät unter Verwendung einer derartigen elektronenemittierenden Einrichtung.
Wie schon zuvor beschrieben, ist eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung mit drei bemerkenswerten Merkmalen versehen. Zuerst zeigt sie einen plötzlichen und scharfen Anstieg des Emissionsstrom Ie, wenn die beaufschlagende Spannung einen gewissen Pegel (der hier als Schwellwertspannung nachstehend bezeichnet ist und mit Vth in Fig. 5 aufgezeigt ist), wohingegen der Emissionsstrom Ie praktisch nicht beobachtbar ist, wenn die angelegte Spannung sich unter dem Schwellwert Vth befindet. Anders gesagt, eine elektronenemittierende Einrichtung nach der Erfindung ist eine nichtlineare Einrichtung mit einer klaren Schwellwertspannung Vth gegenüber dem Emissionsstrom Ie.
Als Zweites wird, da der Emissionsstrom Ie abhängig ist von der Einrichtungsspannung Vf, Ersterer in effizienter Weise durch Letzteren gesteuert.
Zum dritten ist die emittierte elektrische Ladung, die die Anode 34 aufnimmt, eine Funktion der Zeitdauer des Anlegens der Einrichtungsspannung Vf. Mit anderen Worten, die Menge elektrischer Ladung, die die Anode 34 aufnimmt, kann in effektiver Weise gesteuert werden durch die Zeit, während der die Einrichtungsspannung Vf anliegt.
Aus der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung emittierte Elektroden werden folglich gesteuert durch den Spitzenwert und die Breite des Impulses der impulsförmigen Spannung, die an die gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden anliegt, unter der Schwellwertspannung, wohingegen praktisch keine Elektronen über der Schwellwertspannung emittiert werden. Ein Gerät mit einer großen Anzahl derartiger oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtungen läßt sich steuern durch Steuern der impulsförmigen Einrichtungsspannung (Impulsbreite, Wellenhöhe usw.), die eine jede der elektronenemittierenden Einrichtungen gemäß den eingegebenen Signalen beaufschlagt.
Angemerkt sei, daß während eine Anzahl unterschiedlicher oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtungen mit dem oben angegebenen dreifundamentalen Merkmalen denkbar ist, die höchst Bevorzugten sind jene, die in der beanspruchten Weise hergestellt werden, deren Einrichtungsstrom If und deren Emissionsstrom Ie monoton unter Bezug auf die Einrichtungsspannung Vf, die an dem Paar der Einrichtungselektroden anliegt (zeigt die MI-Kennlinie), wie in den vorliegenden Ansprüchen festgelegt.
Eine Elektronenquelle mit Substrat und einer Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen der oben beschriebenen Art arbeiten üblicherweise in einer Weise, wie sie nachstehend anhand Fig. 7 beschrieben ist.
In Fig. 7 bedeutet Bezugszeichen 1 ein Substrat und Bezugszeichen 73 und 74 bedeuten X- beziehungsweise Y-Leitungen, während Bezugszeichen 74 und 75 eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung beziehungsweise eine Verbindung bedeuten. Die oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung 74 kann ein planares oder ein stufiges Profil haben.
Das Substrat 1 ist ein solches, wie ein Glassubstrat, wie es zuvor beschrieben worden ist, und dessen Abmessungen werden bestimmt als eine Funktion des Aufbaus, der Anzahl von Einrichtungen, die auf dem Substrat angeordnet werden, und wenn es einen Teil eines Vakuumbehälters für die Elektronenquelle bildet, auch die Vakuumzustände des Containers sowie andere Faktoren.
Insgesamt gibt es m X-Leitungen 72, die jeweils bezeichnet sind mit DX1, DX2, ..., DXm, die typischerweise aus einem leitenden Metall bestehen und auf dem Substrat 1 durch Vakuumauftragung gebildet sind, durch Drucken oder durch Aufsprühen, um ein gewünschtes Muster zu zeigen, obwohl das Material, die Stärke und die Breite der Leitungen nicht so bestimmt werden, daß sie im wesentlichen eine so gleich wie mögliche Spannung an alle oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen anlegen.
Andererseits gibt es insgesamt n Y-Leitungen 73, die jeweils bezeichnet sind mit DY1, DY2, ..., Dyn, die ebenfalls typischerweise aus einem leitenden Material bestehen und auf dem Substrat 1 durch Vakuumauftragung gebildet sind, durch Drucken oder Aufsprühen, um ein gewünschtes Muster zu zeigen, wie im Falle der X-Leitungen 72, wobei das Material, die Stärke und die Breite der Leitungen so bestimmt werden, daß eine im wesentlichen so gleiche Spannung wie möglich an allen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen anliegt.
Die m X-Leitungen sind elektrisch von den n Y-Leitungen 73 isoliert mittels einer Isolationsschicht (nicht dargestellt) dazwischen, wobei die X- und Y-Leitungen eine Matrix bilden. Sowohl m als auch n sind Ganzzahlen.
Die Isolationsschicht (nicht dargestellt) ist typischerweise aus SiO&sub2; gemacht und gebildet auf den X-Leitungen 72, die das Substrat trägt, durch Vakuumauftragung, Drucken oder durch Aufsprühen, um eine gewünschte Kontur zu zeigen, obwohl die Stärke, das Material und die zu verwendende Technik zur Bildung dieser so ausgewählt werden muß, daß eine Spannungsfestigkeit gegenüber der höchsten Potentialdifferenz an den Kreuzungen der X- und Y-Leitungen gegeben ist. Die Anordnung kann auch so erfolgen, daß eine Isolationsschicht sich nur auf und nahe bei den Kreuzungen der X- und Y-Leitungen befindet. Mit einer derartigen Anordnung können die Verbindung 75 und eine X- oder Y-Leitung elektrisch verbunden werden ohne Verwendung eine Kontaktloches. Jede der X- und Y-Leitungen ist an einen Außenanschluß herausgeführt.
Während n Y-Leitungen 73 auf m X-Leitungen 72 gelegt sind mit einer Isolationsschicht dazwischen in der obigen Beschreibung, können andererseits m X-Leitungen 72 auf n Y- Leitungen gelegt werden, mit einer dazwischen eingefügten Isolationsschicht. Die Isolationsschicht kann verwendet werden zum Bilden aller oder eines Teiles der stufenförmigen Abschnitte der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen des Stufentyps, die die Elektronenquelle bilden, wenn derartige elektronenemittierende Einrichtungen verwendet werden.
Die gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen 74 sind elektrisch verbunden mit den jeweiligen X-Leitungen 72 (DX1, DX2, ..., DXm) und den Y-Leitungen 73 (DY1, DY2, ..., Dyn) im Wege jeweiliger Verbindungen 75, die ebenfalls aus einem Leitermetall bestehen und gebildet sind durch Vakuumauftragung, Drucken oder Aufsprühen.
Entweder dasselbe Leitermaterial oder insgesamt oder teilweise andere Leitermaterialien können verwendet werden für die m X-Leitungen 72, die n Y-Leitungen 73, die Verbindungen 73 und für die gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden. Derartige Materialien können in geeigneter Weise ausgewählt werden aus Metallen, zu denen Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd, Legierungen dieser Metalle, Druckleitermaterialien, bestehend aus einem Metall oder aus einem Metalloxyd, zu denen Pd, Au, RuO&sub2;, Pd-Ag und Glas sowie Halbleitermaterialien, wie Polysilizium gehören.
Nachstehend in Einzelheiten beschrieben ist, daß das Abtastsignalanlegemittel (nicht dargestellt) verbunden ist mit den X-Leitungen 72 zum Anlegen von Abtastsignalen an die X-Leitungen 72, um die Zeilen der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung 74 gemäß einem eingegebenen Signal abzutasten. Andererseits ist ein Modulationssignalerzeugungsmittel (nicht dargestellt) mit den Y-Leitungen 73 verbunden, um Modulationssignale an die Y-Leitungen 73 anzulegen zur Modulation der Spalten der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung 74 gemäß eingegebenen Signalen. Eine Ansteuerspannung wird angelegt an jede der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen als die Differenz der Spannung des Abtastsignals und derjenigen des Modulationssignals, das die Einrichtung beaufschlagt.
Nachstehend beschrieben ist ein Bilderzeugungsgerät und/oder Anzeigegerät mit einer Elektronenquelle mit einem Aufbau, wie er zuvor beschrieben ist anhand Fig. 8 und den Fig. 9A und 9B, von denen Fig. 8 schematisch den Aufbau des Bilderzeugungsgerätes darstellt, und die Fig. 9A und 9B stellen zwei Arten von Fluoreszenzfilmen dar, die für das Gerät Verwendung finden können.
In Fig. 8 enthält das Gerät unter anderem ein Elektronenquellensubstrat 1, auf dem eine Anzahl von elektronenemittierenden Einrichtungen angeordnet ist, eine Rückplatte 81 zum sicheren Halten des Elektronenquellensubstrats 1, eine Frontplatte 86, die vorbereitet ist durch Anordnen eines Fluoreszenzfilms 84 und eines Metallrückens 85 auf der inneren Oberfläche eines Glassubstrats 83, und ein Stützrahmen 82, wobei ein Gehäuse 88 des Gerätes hergestellt ist durch Anwenden von Fritteglas an die Kontaktbereiche der Rückplatte 81, den Stützrahmen 82 und die Frontplatte 86 und Erhitzen dieser in Umgebungsluft oder in einer Stickstoffatmosphäre bei 400 bis 500ºC für mehr als 10 Minuten, um diese fest aneinander zu bondieren. Angemerkt sei, daß Bezugszeichen 74 in Fig. 8 eine elektronenemittierende Zone der Einrichtung der Fig. 1A und 1B bedeutet, und daß die Bezugszeichen 72 und 73 X- beziehungsweise Y-Leitungen bedeuten, die mit dem Paar Einrichtungselektroden jeweiliger oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtung verbunden sind. Die mit den Einrichtungselektroden verbundenen Leitungen einer Einrichtung können auch als Einrichtungselektroden dieser Einrichtung hiernach bezeichnet werden, wenn sie aus einem Material bestehen, daß dasselbe ist wie die eigenen Elektroden.
Während die Gehäusestruktur 88 von der Frontplatte 86 aufgebaut ist, dem Stützrahmen 82 und der Rückplatte 81 in der obigen Beschreibung, kann die rückwärtige Platte 81 fortgelassen werden, wenn das Substrat 1 eine hinreichende Festigkeit besitzt, weil die rückwärtige Platte 81 einfach einer Verstärkung des Substrats 1 dient. Wenn in einem solchen Falle der Stützrahmen 82 direkt an das Substrat 1 bondiert ist, so daß das Gehäuse 88 von der Frontplatte 86, vom Stützrahmen 82 und vom Substrat 1 gebildet wird.
Fig. 9A und 9B zeigen zwei Arten von Fluoreszenzfilmen, die verwendet werden können für ein Bilderzeugungsgerät. Der Fluoreszenzfilm 84 von Fig. 8 ist nur aus einer Anzahl von Fluoreszenzmaterialien gebildet, wenn das Gerät ausgelegt ist für eine Monochromanzeige, wohingegen es gebildet ist aus Fluoreszenzmaterialien 92 und schwarzen Leitgliedern 91, die aus einem schwarzen Leitermaterial bestehen und schwarze Streifen oder schwarze Matrix genannt werden können, abhängig von der Gestalt und der Anordnung der Fluoreszenzmaterialien.
Solch ein schwarzer Streifen oder solch eine schwarze Matrix ist vorgesehen, um Raum zu geben zur Vermeidung von Farbmischungen der Fluoreszenzmaterialien 92 für die drei Primärfarben und zum Unterdrücken irgendwelcher Verringerung des Kontrastes vom Bild auf der Frontplatte des Gerätes, wozu Anlaß gegeben wird, wenn externes Licht von der Oberfläche der Frontplatte reflektiert wird.
Während Graphit typischerweise verwendet wird für den schwarzen Streifen, können auch andere Materialien in geeigneter Weise verwendet werden, solange diese elektrisch leiten und gegenüber Licht eine geringe Durchlässigkeit und ein geringes Reflexionsvermögen zeigen.
Das Fluoreszenzmaterial 83 ist auf dem Glassubstrat 83 gebildet durch Drucken oder durch Ausscheiden, ungeachtet der Tatsache, ob das Gerät eine Monochrom- oder Farbanzeige hat. Ein Metallrücken 85 ist normalerweise auf der inneren Oberfläche des Fluoreszenzfilms 84 angeordnet, weil dieser Licht direkt auf die Innenoberfläche der Fluoreszenzmaterialien reflektiert, und arbeitet als eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für Elektronenstrahlen, um deren Geschwindigkeit zu beschleunigen, und schützt die Fluoreszenzmaterialien vor Beschädigung durch negative Ionen, die innen im Gehäuse erzeugt werden, um mit den Fluoreszenzmaterialien zu kollidieren. Nachdem der Fluoreszenzfilm vorbereitet ist und dessen innere Oberfläche geglättet ist (in einem Prozeß, der normalerweise mit "Filmen" bezeichnet wird), wird der Metallrücken darauf durch Auftragen von Aluminium mittel Vakuumauftragung gebildet.
Eine transparente Elektrode (nicht dargestellt) kann auf der Außenoberfläche des Fluoreszenzfilms 84 gebildet werden, um die Leitfähigkeit des Fluoreszenzfilms 84 zu erhöhen.
Angemerkt sei, daß Sorgfalt walten sollte, um die Fluoreszenzmaterialien einer jeden Primärfarbe und die jeweiligen zugehörigen elektronenemittierenden Einrichtungen genau auszurichten, bevor diese Komponenten des Gehäuses 88 fest miteinander bondiert werden.
Das Gehäuse 88 wird evakuiert unter Verwendung eines Absaugstutzens (nicht dargestellt), um einen Vakuumgrad von 1,33322 · 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) innen zu erzeugen, bevor das hermetische Versiegeln erfolgt. Zur selben Zeit wird eine Spannung an die gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden der elektronenemittierenden Einrichtungen mittels externer Anschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn des Gerätes angelegt, um eine Formieroperation durchzuführen und eine elektronenemittierende Zone jeder der Einrichtungen zu erzeugen, während das Innere des Gehäuses auf einem Vakuumgrad gehalten wird, von ungefähr 1,33322 · 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) mittels eines üblichen Vakuumsystems, das über eine Rotationspumpe oder über eine Turbopumpe verfügt. Um die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen dazu zu veranlassen, eine MI-Kennlinie für den Einrichtungsstrom It und den Emissionsstrom Ie zu zeigen, muß jedoch ein zusätzlicher Prozeß der Wärmebehandlung dieser in einem Ultrahochvakuumsystem erfolgen mit einer Ionenpumpe bei 80ºC bis 150ºC für 3 bis 15 Stunden, vorzugsweise auszuführen nach der Formierungsoperation.
Eine Getteroperation kann ausgeführt werden bezüglich des Gehäuses 88, um einen hohen Vakuumgrad sicherzustellen, vor und nach der Versiegelung. In dieser Operation wird ein Getter bei einer vorgegebenen Stelle (nicht dargestellt) im Gehäuse 88 angeordnet und erwärmt durch einen Widerstand oder durch Hochfrequenzheizen, um einen Film durch Dampfauftragung zu schaffen, bevor das Gehäuse hermetisch versiegelt wird. Das Getter besteht normalerweise aus einem Material, daß Ba als Hauptbestandteil enthält, und das Innere des Gehäuses wird auf einem Vakuumgrad zwischen 1,33322 · 10&supmin;³ Pa (1 · 10&supmin;&sup5;), und 1,33322 · 10&supmin;&sup5; Pa (1 · 10&supmin;&sup7; Torr) gehalten, wegen der Adsorptionswirkung des Dampfauftragungsfilms.
Mit einem Bilderzeugungsgerät, das den zuvor beschriebenen Aufbau hat, werden Bilder angezeigt auf einem Bildschirm durch Anlegen einer Spannung an die elektronenemittierenden Einrichtungen über die externen Anschlüsse Doxl bis Doxm und Doyl bis Doyn, um diese zur Emission von Elektronen zu veranlassen, Anlegen einer hohen Spannung, die höher ist als mehrere Kilovolt an den Metallrücken 85 oder an die transparente Elektrode (nicht dargestellt) mit einem Hochspannungsanschluß Hv, um die Elektronen zu beschleunigen, damit diese mit dem Fluoreszenzfilm 84 kollidieren, wodurch folglich eine Erregung zur Lichtemission erfolgt, um Bilder auf dem Bildschirm zu erzeugen.
Während einige der strukturellen und funktionalen Merkmale des Bilderzeugungsgerätes, hergestellt nach der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben wurde, sind die Materialien und Konfigurationen der Komponenten des Gerätes nicht auf jene beschriebenen beschränkt, sondern andere Materialien und Konfigurationen können in alternativer Weise verwendet werden, wann immer diese geeignet sind.
Nachstehend beschrieben sind einige empfehlenswerte Ansteuerverfahren zum Ansteuern einer Elektronenquelle oder eines Bilderzeugungsgerätes, das nach der Erfindung hergestellt ist.
Gemäß einem ersten Ansteuerverfahren wird das Abtastsignalanlegemittel zum Anlegen von Abtastsignalen so ausgelegt, daß eine Spannung V1 [V] an Leitungen angelegt wird, die aus den m X-Leitungen ausgewählt sind, und eine andere Spannung V2 [V] an die restlichen X-Leitungen, so daß die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen, die mit den Leitungen verbunden sind, an denen die Spannung V1 [V] anliegt, in selektiver Weise abgetastet werden. (V1 [V] ist nicht V2 [V] gleich). Das Modulationssignalerzeugungsmittel erzeugt eine impulsförmige Spannung mit einer vorgegebenen Länge für die n Y-Leitungen und ändert den Spitzenpegel (wird mit Vm [V] bezeichnet) für jede der n Y-Leitungen gemäß dem Eingangssignal für diejenige Y-Leitung, die beispielsweise ein Signal, das den Helligkeitspegel eines ankommenden Bildsignals darstellt, um die Helligkeit des angezeigten Bildes zu modulieren.
Genauer gesagt, der Absolutwert der Ansteuerspannung Vm- V1 [V], angelegt an die ausgewählten N elektronenemittierenden Einrichtungen, die aktuell abgetastet werden, werden moduliert auf der Grundlage der Beziehung zwischen Vf und Ie der elektronenemittierenden Einrichtungen, so daß jeder der Elektronenstrahlen aus einer beliebigen der Einrichtungen mit einer erforderlichen Intensität emittieren kann, die abhängt von dem zugehörigen Eingangssignal, das heißt, der Helligkeitspegel des zugehörigen ankommenden Videosignals.
Der Absolutwert der Ansteuerspannung Vm-V2 [V] des zwischenzeitlich an die restlichen elektronenemittierenden Einrichtungen angelegt wird, die laufend nicht abgetastet werden, wird so gesteuert, daß niemals eine Schwellwertspannung Vth überschritten wird, vorbestimmt für die elektronenemittierenden Einrichtungen. Nur die Elektronenstrahlen aus den elektronenemittierenden Einrichtungen, die abgetastet werden, und von daher die erforderlichen Intensitäten haben, werden somit abgegeben für eine vorbestimmte Zeitdauer, wohingegen die restlichen Einrichtungen keine Abgabe irgendwelcher Elektronenstrahlen während dieser Periode haben.
Nach einem zweiten Ansteuerverfahren ist das Abtastsignalanlegemittel zum Ablegen von Abtastsignalen so ausgelegt, daß eine Spannung V3 [V] an die Leitungen angelegt wird, die ausgewählt sind aus den m X-Leitungen, und eine andere Spannung V4 [V] an die restlichen X-Leitungen, so daß die mit den Leitungen verbundenen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen die Spannung V3 [] anliegt und in selektiver Weise abgetastet wird (V3 [V] ist V4 [V] nicht gleich.)
Das Modulationssignalerzeugungsmittel erzeugt andererseits eine impulsförmige Spannung mit einem Spitzenpegel (wird mit Vp [V] bezeichnet) für die n Y-Leitungen und ändert die Breite eines jeden Impulses (wird mit Ps [S] bezeichnet) für alle und jede der n Y-Leitungen als Funktion des Eingangssignals für diejenige Y-Leitung, die beispielsweise ein Signal führt, das den Helligkeitspegel eines ankommenden Videosignals darstellt, um die Helligkeit des angezeigten Bildes zu modulieren.
Genauer gesagt, der Absolutwert der Ansteuerspannung Vp- V3 [V], angelegt an die ausgewählten N elektronenemittierenden Einrichtungen, die aktuell abgetastet werden, den Absolutwert der vorbestimmten Schwellwertspannung Vth übersteigt, so daß alle und jede Elektronen emittiert werden können aus einer beliebigen der Einrichtungen, die eine erforderliche elektrische Ladung haben, abhängig vom zugehörigen Eingangssignal, das heißt, der Helligkeitspegel des zugehörigen ankommenden Signals, durch Modulieren der Impulsbreite Pw [S] individuell für jeden Impuls.
Der Absolutwert der Ansteuerspannung Vm-V2 [V], der zwischenzeitlich an die restlichen elektronenemittierenden Einrichtungen angelegt ist, wird nicht abgetastet und so gesteuert, daß eine Schwellwertspannung Vth niemals überschritten wird, die für die elektronenemittierenden Einrichtungen vorbestimmt ist. Nur die aus den elektronenemittierenden Einrichtungen emittierten Elektronen werden abgetastet, und habe von daher jeweilige erforderliche elektrische Ladungen zur Abgabe, wohingegen die restlichen elektronenemittierenden Einrichtungen keinerlei Elektronenstrahlen abgeben.
Gemäß einem dritten Ansteuerverfahren ist das Abtastsignalanlegemittel zum Anlegen von Abtastsignalen so ausgelegt, daß eine Spannung V5 [V] an die Leitungen angelegt wird, die von den m X-Leitungen ausgewählt sind, und eine andere Spannung V6 [V] an die restlichen X-Leitungen, so daß die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen, die mit den Leitungen verbunden sind, an denen die Spannung von V5 [V] anliegt, in selektiver Weise abgetastet werden. (Die Differenz zwischen V5 [V] und V6 [V] muß keiner besonderen Bedingung genügen.
Das Modulationssignalerzeugungsmittel erzeugt andererseits eine impulsförmige Spannung für N Y-Leitungen und ändert die Zeitvorgabe des Anlegens der impulsförmigen Spannung oder ihres Spitzenpegels oder beider für alle und jeden der N Y-Leitungen als eine Funktion des Eingabesignals, um den Helligkeitsgrad in dem gerade angezeigten Bild zu modulieren. (Hier bedeutet die Zeitvorgabe des Anlegens der impulsförmigen Spannung die Impulsbreite oder die Phase des Impulses jeweils für das zugehörige Abtastsignal, oder beides.)
Genauer gesagt, die Ansteuerspannung, die an die ausgewählten N elektronenemittierenden Einrichtungen angelegt wird, die laufend abgetastet werden, ist ein Spannungsimpuls, dessen Impulsbreite und dessen Impulsspitze moduliert ist und so gesteuert wird, daß die elektrische Ladung eines jeden Elektrons, das während der Abtastperiode aller und jeder der elektronenemittierenden Einrichtungen emittiert wird, eine Qualität hat, die zum zugehörigen Eingangssignal paßt, das heißt, der Helligkeitspegel des zugehörigen ankommenden Videosignals.
Die Ansteuerspannung für die restlichen elektronenemittierenden Einrichtungen, die aktuell nicht abgetastet werden, werden zwischenzeitlich so gesteuert, daß niemals eine Schwellwertspannung Vth überschritten wird, die vorbestimmt ist für die elektronenemittierenden Einrichtungen. Nur die Elektronenstrahlen aus den elektronenemittierenden Einrichtungen, die abgetastet werden und von daher jeweilige erforderliche Stärken besitzen, werden somit für die Dauer der Zeitabtastoperation abgegeben, wohingegen die restlichen elektronenemittierenden Einrichtungen keinerlei Elektronenstrahlen während dieser Periode abgeben.
Wenn eine Elektronenquelle oder ein Bilderzeugungsgerät, das nach der Erfindung hergestellt ist, über oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtungen verfügt, die versehen sind mit dem zuvor beschriebenen fundamentalen Merkmal, daß sowohl der Einrichtungsstrom If als auch der Emissionsstrom Ie der Einrichtung im wesentlich linear proportional der an sie angelegten Spannung ist, keine Elektronenstrahlen werden von diesen Einrichtungen emittiert, die aktuell nicht abgetastet werden. Wenn im Gegensatz hierzu jedoch der Emissionsstrom Ie derartiger oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen monoton ansteigt auf die Spannung, die dort anliegt, aber ihr Einrichtungsstrom If hat eine VCNR-Kennlinie, können Elektronenstrahlen möglicherweise aus jenen elektronenemittierenden Einrichtungen emittiert werden, die laufend nicht abgetastet werden. Die kann sein, weil während die Ansteuerspannung Vm[V]-V2[V] an den elektronenemittierenden Einrichtungen anliegt, die aktuell nicht abgetastet werden, diese Einrichtung ändert ihren Zustand so, daß irgendwie die Ansteuerspannung den Schwellwertspannungspegel Vth überschreitet.
Nachstehend beschrieben ist ein Teilansteuerverfahren zum Ansteuern einer Elektronenquelle oder eines Bilderzeugungsgerätes.
In Fig. 10 ist ein Gerät gezeigt, das über elektronenemittierende Einrichtungszeilen (X1, X2, ...) verfügt, die jeweils eine Vielzahl von elektronenemittierenden Einrichtungen A und Modulationselektrodenspalten (Y1, Y2, ...) haben, die in Form einer X-Y-Matrix angeordnet sind. Die Spannung Vf wird geliefert an eine der elektronenemittierenden Einrichtungszeilen (X1, X2, ...) mit einem Pegel, der hinreichend hoch ist, um die Einrichtungen der Spalte zu veranlassen, Elektronen zu emittieren, während eine Spannung an einer der Modulationselektrodenspalten (Y1, Y2, ...) anliegt, mit einem Pegel, der als eine Funktion des eingegebenen Informationssignals sich ändert, um ein Elektronenstrahlemissionsmuster festzulegen für diejenige elektronenemittierende Einrichtungszeile als Funktion des Informationssignals. Diese Operation wird dann wiederholt auf einer Eins-zu-eins-Basis für alle die elektronenemittierenden Einrichtungszeilen, um ein Elektronenstrahlemissionsmuster für ein Bild festzulegen, und die Operation des Festlegens eines Elektronenstrahlemissionsmuster für ein Bild wird wiederholt für ein Vielfaches von Vollbildern. Dann wird ein Bild erzeugt für ein Vollbild durch Bestrahlen des Bilderzeugungsgliedes vom Gerät mit Strahlen gemäß dem festgelegten Elektronenstrahlemissionsmuster, und diese Bilderzeugungsoperation wird für eine Vielzahl von Bildern wiederholt.
Angemerkt sei zum obigen Ansteuerverfahren, daß wenn eine Spannung an einer der Modulationselektrodenspalten (Y1, Y2, ...) anliegt mit einem Pegel, der als Funktion des eingegebenen Informationsmusters variiert, wird eine Abschneidespannung an eine Modulationselektrode angelegt, (die beispielsweise hier mit Y1 angenommen wird), an die eine EIN-Zustandsspannung angelegt wird, und deren benachbarte Modulationselektroden (Y1, Y2) ungeachtet davon, welches Informationssignal vorgegeben ist. Die Modulationselektroden Y1 und Y3 werden folglich auf konstanten Spannungspegeln gehalten.
Durch Anlegen einer Abschneidespannung mit einer derartigen Anordnung werden Elektronenstrahlen, die emittiert sind und mit dem Bilderzeugungsglied kollidieren, nicht nachteilig beeinflußt durch die Spannung, die an den benachbarten Modulationselektrodenspalten anliegt. Irgendwelches Übersprechen zwischen Elektronenstrahlen wird in effektiver Weise unterdrückt.
In einem bevorzugten Modus des Ausführens vom zuvor beschriebenen Ansteuerverfahren wird ein Informationssignal an jede n-te Modulationselektrodenspalte angelegt, so daß die Signaleingabeoperation n + 1 mal ausgeführt wird, während das Abschneidesignal an den restlichen Modulationselektroden anliegt, denen kein Informationssignal zugeführt wird.
In Fig. 10 wird ein eingegebenes Signal allen geradzahligen Modulationselektrodenspalten für die erste Zeit zugeführt, und dann an alle ungeradzahlige Modulationselektrodenspalten für die zweite Zeit, wohingegen ein Abschneidesignal an alle die ungeradzahligen Modulationselektrodenspalten zuerst angelegt wird und dann an alle geradzahligen Modulationselektrodenspalten für die zweite Zeit. Die Spannung Vf, die erforderlich ist für die Elektronenemission, wird somit an die elektronenemittierende Einrichtungszeile X1 angelegt, während ein Informationssignal, das den Modulationselektroden (Y1, Y2, Y3, ...) zugeführt wird, zuerst 1) den Modulationselektrodenspalten Y1, Y3, Y5, ... zugeführt wird, während ein Abschneidesignal den Modulationselektrodenspalten Y1, Y4, Y6, ...zugeführt wird und dann zweitens 2) den Modulationselektrodenspalten Y2, Y4, Y6, ... zugeführt wird, während ein Abschneidesignal den Modulationselektrodenspalten Y1, Y3, Y5, ... zugeführt wird, um ein Elektronenstrahlemissionsmuster für Zeile X1 gemäß dem Informationssignal festzulegen. Diese Operation wird für alle die elektronenemittierenden Einrichtungszeilen auf einer Einszu-eins-Basis wiederholt, um ein Elektronenstrahlemissionsmuster für ein Vollbild festzulegen. Die Operation des Festlegens eines Elektronenstrahlemissionsmusters für ein Vollbild wird wiederholt für eine Vielzahl von Vollbildern. Danach wird ein Bild für ein Vollbild durch Bestrahlen der Bilderzeugungsglieder des Gerätes mit Strahlen gemäß dem festgelegten Elektronenstrahlemissionsmuster angelegt, und diese Bilderzeugungsoperation wird für eine Vielzahl von Vollbildern wiederholt.
Um in effektiver Weise das Bilderzeugungsglied im Gerät mit den Elektronenstrahlen zu bestrahlen, die aus der Elektronenquelle gemäß einem festgelegten Elektronenemissionsmuster kommen, muß eine passende Spannung an das Bilderzeugungsglied als eine Funktion des Pegels von der EIN-Zustandsspannung angelegt werden, und dasjenige der Abschneidespannung sowie die Art der betreffenden elektronenemittierenden Einrichtungen.
Während ein Informationssignal (Modulationssignal), das zum Zwecke der Erfindung zu verwenden ist, ein EIN-Zustandssignal enthält, das ein Spannungssignal ist zum Zulassen der Bestrahlung des Bilderzeugungsgliedes mit Elektronenstrahlen nach einer vorgegebenen Rate und ein Abschneidesignal zum Blockieren der Bestrahlung des Bilderzeugungsgliedes mit Elektronenstrahlen, kann zusätzlich ein Spannungssignal enthalten zum Variieren der Rate der Elektronenstrahlbestrahlung vom Bilderzeugungsglied, wenn Bilder mit einer Vielzahl von Tönen zu erzeugen sind. Das EIN-Zustandssignal und das Abschneidesignal sind festgelegt als eine Funktion der Art von elektronenemittierenden Einrichtungen, die beteiligt sind, und den Pegel der Spannung, die am Bilderzeugungsglied anliegt.
Eine Elektronenquelle oder ein Bilderzeugungsglied, das nach dem zuvor beschriebenen Ansteuerverfahren betrieben wird, kann über ein Bilderzeugungsglied verfügen, das vorbereitet ist durch Anordnung fluoreszierender Körper für Rot (R), Grün (G) und Blau (B).
Der beim Ansteuerverfahren zu verwendende Teiler kann in geeigneter Weise ausgewählt werden als ganze Zahl, die sich unterscheidet von zwei, die verwendet wird für die Anordnung von Fig. 10.
Während ein Abschneidesignal den Modulationselektroden zugeführt wird, die jenen benachbart sind, bei denen ein eingegebenes Signal in der obigen Beschreibung zugeführt wird, sei angemerkt, daß aufgrund gleichzeitiger Ansteuerung einer Vielzahl von Einrichtungen die einer jeden Einrichtung zugewiesene Zeit erhöht wird, um eine hinreichende Emission von Elektronen sicherzustellen, wenn ein Abschneidesignal nicht vorhanden ist. Im Falle des Nichtzuführens eines Abschneidesignals kann die Seite von X&sub1;, X&sub2;, ... eingeteilt werden zur Simultanansteuerung anstelle der Seite Y&sub1;, Y&sub2;, ....
Nachstehend beschrieben sind Beispiele einer Elektronenquelle und Beispiele eines Bilderzeugungsgerätes.
Fig. 11 ist eine Explosions- und Vergrößerungsdarstellung perspektivischer Art einer Kombination einer elektronenemittierenden Einrichtung und einer Frontplatte eines Bilderzeugungsgerätes, das über eine Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen verfügt, wie in Fig. 8 dargestellt, wobei die Ansicht verschiedene Flugbahnen von Elektronenstrahlen zeigt, die die elektronenemittierende Einrichtung emittiert.
In Fig. 5 ist eine oberflächenleitende elektronenemittierende Einrichtung gezeigt, die über ein Substrat 1, Einrichtungselektroden 5 und 6 für hohes und niedriges Potential, angeordnet auf dem Substrat 1 mit einem engen Spalt 1, der gefüllt ist mit einem Dünnfilm, um eine elektronenemittierende Zone 3 zu bilden, gezeigt. Ebenfalls gezeigt ist eine Frontplatte 86, die sich gegenüber dem Substrat 1 der elektronenemittierenden Einrichtung befindet.
Die Frontplatte 86 enthält eine Glasplatte 83, einen Metallrücken 85 und ein Bilderzeugungsglied 84 (oder ein Fluoreszenzmaterial) und ist angeordnet über dem Substrat 1 in einem Abstand H, der die beiden voneinander trennt.
Wenn eine Spannung Vf an den Einrichtungselektroden 5 und 6 mittels einer Einrichtungsansteuerstromversorgungsquelle 10 anliegt, werden Elektronen aus der elektronenemittierenden Zone 3 in der Form eines Strahls emittiert und von einer Beschleunigungsspannung Va beschleunigt, die am fluoreszierenden Material 84 über dem Metallrücken 7 durch eine Elektrodenbeschleunigungsspannungsquelle anliegt, bis diese mit dem Fluoreszenzmaterial 84 kollidieren, um Letzteres zum Leuchten zu veranlassen und einen Leuchtfleck 9 auf der Frontplatte 86 zu bilden.
Fig. 12 ist eine vergrößerte schematische Darstellung eines Leuchtflecks 9, der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung im in Fig. 11 gezeigten Gerät beobachtet wurde.
Herausgefunden wurde, wie in Fig. 12 gezeigt, daß ein Leuchtfleck eines Fluoreszenzmaterials sich in einem bestimmten Ausmaß vergrößert sowohl in der Richtung der Spannungsanlegung der Einrichtungselektroden (X-Richtung) als auch in einer Richtung senkrecht hierzu (Y-Richtung).
Während der Grund, weswegen ein Elektronenstrahl sich in einem gewissen Ausmaß vergrößert, bevor er mit dem Bilderzeugungsglied kollidiert, ist nicht ganz klar, die Erfindung der vorliegenden Erfindung glauben auf der Grundlage einer Anzahl von Experimenten, daß es möglich ist, weil die Elektronen zu einem gewissen Ausmaß zu der Zeit gestreut werden, wenn sie aus der elektronenemittierenden Zone 3 emittiert werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung glauben auch, aus den in unterschiedlichen Richtungen emittierten Elektronen, daß jene, die auf eine Hochpotential-Einrichtungselektrode (in positiver X-Richtung) gelangen an die Spitze 12 des Leuchtflecks, und jene die auf die Niedrigpotential- Einrichtungselektrode (in negativer X-Richtung) gerichtet sind, erreichen das hintere Ende 19 des Leuchtflecks, um eine gewisse Breite entlang der X-Richtung zu erzeugen. Da diese Leuchtstärke des Leuchtflecks am Ende gering ist, kann mit Sicherheit angenommen werden, daß die Elektronen, emittiert hin zur niedrigpotentialseitigen Elektrode, in ihrer Anzahl sehr gering sind.
Ebenfalls herausgefunden wurde durch eine Vielzahl von Experimenten, durchgeführt von den Erfindern der vorliegenden Erfindung, daß der Leuchtfleck 9 normalerweise in geringer Weise von der Vertikalachse der Elektronenemissionszone abgelenkt wird in die positive X-Richtung oder hin zur Hochpotentialeinrichtungselektrode 5.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung glauben, daß dies dadurch erklärt werden kann, wie in Fig. 13 die Potentialverteilung innerhalb eines Raumes über der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung darstellt, daß die Äquipotentiallinien nicht parallel zur Oberfläche des Bilderzeugungsgliedes 85 nahe der elektronenemittierenden Zone 3 verlaufen und folglich Elektronen aus der Zone 3 von der Beschleunigungsspannung Va emittiert und beschleunigt werden, und nicht nur in Z-Richtung in Fig. 13 wegfliegen, sondern auch hin zur Hochpotentialeinrichtungselektrode.
Anders gesagt, die aus einer elektronenemittierenden Zone 3 emittierten Elektronen werden unausweichlich zu einem gewissen Umfang von der Spannung Vf abgelenkt, die zur Beschleunigung unmittelbar nach der Emission anliegt.
Nach Betrachten der Größe des Leuchtflecks 9 und der Elektronen, die von der Vertikalachse der elektronenemittierenden Zone in X-Richtung abgelenkt wurden oder aufgrund anderer Phänomene kamen die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu dem Glauben, daß die Ablenkung am Frontende des Leuchtflecks von der Achse der elektronenemittierenden Zone (ΔX1 in Fig. 11) und derjenigen am Ende des Leuchtflecks von der Achse der elektronenemittierenden Zone (ΔX2 in Fig. 11) ausgedrückt werden kann mit Va, Vf und H.
Wenn ein Ziel, zu dem eine Spannung Va(V) anliegt, über einer Elektronenquelle (in Z-Richtung) angetroffen und beabstandet ist um eine Entfernung H, und der Raum zwischen dem Ziel und der Elektronenquelle ausgefüllt ist mit einem gleich verteilten elektrischen Feld, läßt sich die Verschiebung in X-Richtung eines Elektrons, emittiert von der Elektronenquelle mit einer Anfangsgeschwindigkeit in Z-Richtung von 0 ausdrücken durch Gleichung (1), die nachstehend angegeben ist und aus der Bewegungsgleichung abgeleitet ist.
ΔX = 2H (1)
Da unter Bezug auf Fig. 13 erkannt wurde in einer Serie von Experimenten, die die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführt haben, daß während das elektrische Feld seitwärts nahe der Elektronenemissionszone seitlich abgelenkt ist durch die Spannung, die an den Einrichtungselektroden anliegt, und folglich werden die Elektronen auch in X-Richtung beschleunigt, wobei die Spannung, die am Bilderzeugungsglied anliegt, hinreichend größer ist als die Spannung, die normalerweise an der elektronenemittierenden Einrichtung anliegt, und folglich werden die Elektronen in X-Richtung nur nahe der elektronenemittierenden Zone beschleunigt, und bewegen sich danach in der Richtung mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit. Die Abweichung in X-Richtung der Elektronen kann erzielt werden durch Ersetzen durch V in Gleichung (1) durch eine Formel zum Ausdrücken der Geschwindigkeit in X-Richtung eines Elektrons, nachdem dieses nahe der elektronenemittierenden Zone beschleunigt worden ist.
Wenn die Geschwindigkeitskomponente in X-Richtung eines Elektrons gleich C (eV) ist, nachdem diese in X-Richtung nahe der elektronenemittierenden Zone 3 beschleunigt wurde, ist C ein Parameter, der um die Spannung Vf zu modifizieren ist, die an der Einrichtung anliegt. Wenn C ausgedrückt wird als eine Funktion von Vf oder C (Vf) (die Einheit ist eV) und Letztere in Gleichung (1) verwendet wird, läßt sich die nachstehende Gleichung (2) zum Verschieben ΔX0 gewinnen.
ΔX0 = 2H (1)
Die obige Gleichung (2) drückt die Verschiebung eines Elektrons aus, das aus der elektronenemittierenden Zone mit einer Anfangsgeschwindigkeit in X-Richtung von 0 emittiert wird und eine Geschwindigkeit von C (eV) erhält nahe der elektronenemittierenden Zone unter dem Einfluß der Spannung Vf, die an den Einrichtungselektroden anliegt.
Tatsächlich hat die Anfangsgeschwindigkeit des Elektrons verschiedene Richtungskomponenten, die auch die Komponente in X- Richtung einschließt. Wenn die Anfangsgeschwindigkeit die Größe von v0 (eV) hat, können aus Gleichung (1) die größte und die geringste Verschiebung des Elektronenstrahls in X-Richtung durch nachstehende Gleichungen (3) beziehungsweise (4) angegeben werden.
ΔX0 = 2H (3)
ΔX2 = 2H (4)
Da v0 als ein Parameter angenommen werden kann, dessen Wert sich abhängig von der Spannung Vf ändert, die an der elektronenemittierenden Zone anliegt, sind sowohl C als auch v0 Funktionen von Vf, wobei die nachstehenden Gleichungen, die die Konstanten K2 und K3 enthalten, gewonnen werden.
Durch Abwandeln der Gleichungen (3) und (4) unter Verwendung der obigen Formeln können Gleichungen (5) und (6) erzeugt werden.
ΔX1 = K2 · 2H (5)
ΔX2 = K3 · 2H (6)
wobei H, Vf und Va meßbare Größen sind und so sind ΔX1 und ΔX2.
Als Ergebnis vieler Experimente wurden die Größen von ΔX1 und ΔX2 beobachtet, die die Werte H, Vf und Va variieren, wobei die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgenden Werte für K2 und K3 fanden.
K2 = 1,25 ± 0,05 und
K3 = 0,35 ± 0,05
Die obigen Werte stimmen insbesondere, wenn die elektrische Feldstärke der Beschleunigungsspannung (Va/H) nicht geringer als 1 kV/mm ist.
Aus den obigen empirischen Ergebnissen wird die Höhe(S1) der Spannung, die (in X-Richtung) an Elektronen im Elektronenstrahlfleck auf dem Bilderzeugungsglied anliegt, ausgedrückt durch eine einfache Formel, die nachstehend angegeben ist.
S1 = ΔX1 - ΔX2.
Wenn K1 = K2 - K3, dann wird die Gleichung (7) aus den obigen Gleichungen (5) und (6) gewonnen.
S1 = K1 · 2H (7)
wobei 0,8 ≤ K1 ≤ 1,0.
Hinsichtlich der Größe des Elektronenstrahlflecks in einer Richtung senkrecht zur Richtung der an der elektronenemittierenden Zone (Y-Richtung) anliegenden Spannung, während Elektronen mit einer Anfangsgeschwindigkeit von v0 auch in diese Richtung emittiert werden, würde dies praktisch keine Beschleunigung in irgendeiner Richtung ergeben. Die Verschiebung des Elektronenstrahls wird somit ausgedrückt durch
ΔY = 2H (8)
für sowohl die positive als auch die negative Y-Richtung.
Aus den Gleichungen (3) und (4) ergibt sich
und aus den Gleichungen (5) und (6) ergibt sich
Unter Verwendung der Gleichungen (9) und (10) ergibt sich dann
Wenn man damit = K4 für die linke Seite der Gleichung (11) annimmt, dann läßt sich die Größe des Elektronenstrahlflecks auf dem Bilderzeugungsglied durch Gleichung (12) ausdrücken, die nachstehend angegeben ist, und zwar für die Y-Richtung, unter Verwendung von L für die Länge der elektronenemittierenden Zone in dieser Richtung.
S2 = L + 2ΔY
S2 = L + 2K4 · 2H (12)
Da H, Vf, Va und L meßbar sind, kann der Wert des Koeffizienten K4 bestimmt werden durch Betrachten von S2. Unter Berücksichtigung, daß K2 = 1,25 ± 0,05 und K3 = 0,35 ± 0,05 in der Richtung von K4 ist, folgt letztlich 0,80 ≤ K4 ≤ 0,90.
Dieser Schluß war gesichert durch die Ergebnisse, die gewonnen wurden durch eine Serie von Experimenten zur Bestimmung der Größe des Elektronenstrahlflecks in Y-Richtung.
Auf der Grundlage der obigen Gleichungen gingen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf die Untersuchung des Verhaltens von Elektronenstrahlen ein, die aus einer Anzahl von elektronenemittierenden Zonen auf dem Bilderzeugungsglied gebildet werden.
In einem in Fig. 11 dargestellten System gelangen emittierte Elektronen zum Bilderzeugungsglied, um ein asymmetrisches Muster dort unter dem Einfluß eines seitlich abgelenkten elektrischen Feldes in der Nähe der Einrichtungselektrode (Fig. 13) und an den Kanten der Elektroden zu gewinnen, wie in typischer Weise in Fig. 12 gezeigt.
Das Phänomen eines deformierten Elektronenstrahlflecks und eines asymmetrischen Musters kann Anlaß geben zu dem Problem verschlechterter Bildauflösung als solches in einem Umfang, der Eigenschaften enthalten kann, falls angezeigt, die praktisch unleserlich sind und jegliche bewegten Bilder stark verzerren.
Die Kontur eines in Fig. 12 dargestellten Elektronenstrahlflecks ist asymmetrisch bezüglich der X-Achse in einem Umfang, mit dem das obere Ende oder das untere Ende gegenüber der senkrechten Achse zur elektronenemittierenden Zone verschoben ist, die gewonnen werden kann unter Verwendung der Gleichungen (5) beziehungsweise (6). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, daß ein hochsymmetrischer Leuchtfleck sich erzielen läßt, wenn eine Vielzahl von elektronenemittierender Zonen, die vorgesehen sind zwischen einer Elektrode höheren Potentials und einer Elektrode niedrigen Potentials, die die Elektrode höheren Potentials umgibt, und kann eingeteilt werden in eine Vielzahl von Elektrodenstücken niedrigen Potentials, die angeordnet sind in einem Abstand D, der durch die Gleichung (13) festgelegt ist unter den benachbarten trennenden Abschnitten längs der Richtung der Spannungsanlegung und demselben Fleck auf dem Bilderzeugungsglied auftrifft.
K2 · 2H ≥ D/2 ≥ K3 · 2H (13)
wobei K2 und K3 Konstanten sind, und K2 = 1,25 ± 0,05 und K3 = 0,35 ± 0,05 ist.
Wie für die Richtung senkrecht zur Richtung der Spannungsanlegung (Y-Richtung), können elektronenemittierende Zonen gut untergebracht werden mit einem Abstand P, wie er festgelegt ist durch die Ungleichung (14) unten, wenn der Elektronenstrahlfleck, gebildet von jenen elektronenemittierenden Zonen gebildeten Elektronen erforderlich, erforderlich ist, um einen hohen Kontinuitätsgrad zu zeigen, und wenn jede der elektronenemittierenden Zonen eine Länge von L hat.
P < L + 2K4 · 2H (14)
wobei K4 = 0,80 ist.
Wenn im Gegensatz dazu der aus den elektronenemittierenden Zonen gebildete Elektronenstrahlfleck eine Länge von L hat, die erforderlich ist, um die Diskontinuität zu zeigen, können diese gut in Y-Richtung mit einem Abstand von P angeordnet werden, der der Formel (15) hiernach genügt.
P ≥ L + 2K5 · 2H (15)
wobei K5 = 0,90 ist.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung kann nicht nur verwendet werden für die Herstellung von Bilderzeugungsgeräten, sondern auch für die Herstellung von Lichtquellen, die die lichtemittierenden Dioden eines herkömmlichen optischen Druckers ersetzen, der eine lichtempfindliche Trommel und lichtemittierende Dioden enthält. Angemerkt sei, daß in einem solchen Falle nicht nur lineare Elektronenstrahlen, sondern auch zweidimensionale ausgedehnte Flüsse von Elektronenstrahlen realisierbar sind durch selektives Anwenden der m Zeilenleitungen und der n Spaltenleitungen einer Elektronenquelle mit einer Konfiguration, wie sie zuvor beschrieben worden ist.
Nachstehend beschrieben sind nun einige bevorzugte Beispiele eines derartigen Gerätes.

(Ausführungsbeispiel 1)

Dieses Beispiel, das kein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist, betrifft eine Elektronenquelle eines Bilderzeugungsgerätes, die sich realisieren läßt durch Bilden einer Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen des ebenen Typs oder jeweiligen Isolatorzwischenschichten, die auf die Substrate gelegt sind unter Verwendung eines selben Materials oder eines Materials, das ein selbes Element für alle die Einrichtungselektroden, die X-Leitungen, die Y-Leitungen und die Verbindungen, die die Einrichtungselektroden mit den Leitungen des Gerätes verbinden.
Fig. 14 zeigt eine Aufsicht eines Teiles vom Ausführungsbeispiel einer Elektronenquelle. Fig. 15 stellt eine Querschnittsansicht dar entlang der Linie A-A' in Fig. 14. Fig. 16A bis 17H stellen unterschiedliche Herstellschritte einer solchen Elektronenquelle dar. Angemerkt sei, daß dieselben Bezugszeichen für die jeweiligen bestimmten selben Komponenten in Fig. 14 bis Fig. 17H verwendet werden.
Genauer gesagt, Bezugszeichen 1 bedeutet ein Substrat, und Bezugszeichen 72 bedeutet eine X-Leitung gemäß DXm in Fig. 7 (auch als Unterleitung bezeichnet), wohingegen Bezugszeichen 73 eine Y-Leitung bedeutet, die Dyn in Fig. 7 entspricht. Bezugszeichen 4 bedeutet einen Dünnfilm, der einen elektronenemittierenden Abschnitt hat, und Bezugszeichen 5 und 6 bedeuten jeweils Einrichtungselektroden, wohingegen Bezugszeichen 111 und 112 eine Isolationszwischenschicht beziehungsweise ein Kontaktloch bedeuten, das zu verwenden sind zur elektrischen Verbindung der Einrichtungselektrode 5 mit der Unterleitung 72.
Diese Ausführungsbeispiel ist durch die Schritte vorbereitet worden, die in den Fig. 16A bis 17H dargestellt sind, und nachstehend beschrieben ist nur eine elektronenemittierende Einrichtung und zugehörige Teile.

Schritt a:

Ein Siliziumoxydfilm wird auf einer gereinigten Chromglasplatte in einer Stärke von 0,5 um durch Aufsprühen erzeugt, um ein Substrat 1 herzustellen, auf dem ein 5 nm (50 Å) dicke Cr-Schicht und eine 600 nm (6000 Å) dicke Au-Schicht nacheinander durch Vakuumauftragung gebildet sind. Danach wird Photolack (Az 1370, erhältlich von HOECHST) durch eine Schleudervorrichtung aufgetragen und getempert. Dann wird die Photolackschicht mit Licht belichtet mit einer Photomaske, die darauf angeordnet ist, und photochemisch entwickelt, um ein Photolackmuster für eine Unterleitung 72 herzustellen. Danach werden die aufgetragenen Au- und Cr-Schichten naß geätzt unter Verwendung des Photolackes als Maske, um eine Unterleitung 72 herzustellen (Fig. 16A).

Schritt b:

Eine Isolationszwischenschicht 111 aus Siliziumoxyd ist in einer Stärke von 0,1 um durch RF-Aufsprühen erzeugt worden (Fig. 16B).

Schritt c:

Ein Photolackmuster 112 wird auf dem Siliziumoxydfilm erzeugt in Schritt b, und diese Isolationszwischenschicht 111 wird geätzt unter Verwendung des Photolackmusters als eine Maske, um ein Kontaktloch 112 herzustellen (Fig. 16C).
RIE (reaktives Ionenätzen) und CF&sub4; und H&sub2;-Gase werden verwendet für die Ätzoperation in diesem Schritt.

Schritt d:

Danach wird ein anderes Photolackmuster vorbereitet (Photolack RD-2000 N-41: erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) für Einrichtungselektroden 5 und 6 und einen Zwischenelektrodenspalt G, und dann ein 5 nm (50 Å) dicker Ti-Film und ein 100 nm (1000 Å) dicker Ni-Film werden nacheinander durch Dampfauftragung erzeugt. Das Photolackmuster wird entwickelt in einem organischen Lösungsmittel, und die Ni- und Ti-Auftragungsfilme werden abgehoben, um Einrichtungselektroden 5 und 6 zu schaffen, die eine Breite W1 von 300 um haben und voneinander in einem Abstand von G = 3 um getrennt sind (Fig. 16D).

Schritt e:

Ein noch anderes Photolackmuster wird gebildet für eine Überleitung 73 auf den Einrichtungselektroden 5 und 6 und dann ein 5 nm (50 Å) dicker Ti-Film und ein 50 nm (500 Å) dicker Au-Film werden nacheinander durch Vakuumauftragung gebildet. Nicht erforderliche Abschnitte dieser Filme werden beseitigt durch Abheben, um eine Überleitung 73 zu schaffen, die ein gewünschtes Muster hat (Fig. 17E).

Schritt f:

Fig. 18 zeigt eine Aufsicht eines Teiles auf eine Maske, die im Herstellschritt für einen Dünnfilm 2 zu verwenden ist, aus dem ein elektronenemittierender Abschnitt für eine elektronenemittierende Einrichtung gemacht wird. Die Maske hat eine Öffnung für einen Zwischenelektrodenspalt und dessen benachbarte Bereiche. Unter Verwendung dieser Maske wird ein 100 nm (1 000 Å) dicker Cr-Film 121 durch Dampfauftragung erzeugt und einer Musterungsoperation unterzogen. Dann wird organisches Pd (ccp 4230, erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) aufgetragen mittels einer Schleuder und erwärmt auf 300ºC für 10 Minuten zum Tempern (Fig. 17F).
Der gebildete dünne Feinpartikelfilm 2, der aus Pd-Partikeln als Hauptelement besteht und verwendet wird zum Erzeugen eines elektronenemittierenden Abschnitts hat eine Stärke von 10 nm (100 Å) und einen Blattwiderstand von 5 · 10&sup4; Ω/cm². Der Ausdruck "ein Feinpartikelfilm", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aufgebaut ist aus einer großen Anzahl feiner Partikel, die lose dispergiert sein können, fest angeordnet oder wechselweise sich zufällig überlappen (um eine Inselstruktur unter gewissen Unständen zu bilden).

Schritt g:

Der Cr-Film 121 und der getemperte Dünnfilm 2 für den elektronenemittierenden Abschnitt werden geätzt unter Verwendung eines sauren Ätzmittels, um ein gewünschtes Muster zu schaffen (Fig. 17 G).

Schritt h:

Ein Muster wird so gebildet, daß Photolack auf alle Oberflächenbereiche aufgetragen werden kann mit Ausnahme des Kontaktloches 112 und unter Verwendung dieses als Maske werden ein 5 nm (50 Å) dicker Ti-Film und ein 50 nm (500 Å) Au-Film nacheinander durch Vakuumauftragung erzeugt. Nicht erforderliche Abschnitte dieser Filme werden beseitigt durch Abheben und verwendet zum Füllen des Kontaktloches 112 (Fig. 17H).
Eine Unterleitung 72, eine Zwischenisolationsschicht 111, eine Überleitung 73, ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6 und ein Dünnfilm für den elektronenemittierenden Abschnitt werden solchermaßen auf einem Isoliersubstrat 1 gebildet.
Nachstehend anhand der Fig. 8, 9A und 9B beschrieben ist ein Anzeigegerät, das über eine derartige Elektronenquelle verfügt.
Das Substrat 1, das erstens auf sich eine große Anzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen des ebenen Typs trägt, wird befestigt auf einer Rückplatte 81. Dann wird eine Frontplatte 86 (enthält ein Glassubstrat 83, einen Fluoreszenzfilm 84 und einen Metallrücken 85, der auf der inneren Oberfläche des Glassubstrats 83 angeordnet ist) ist 5 mm über dem Substrat 1 angeordnet durch einen Stützrahmen 82, und ein Fritteglas wird auf die Kontaktbereiche der Frontplatte, den Stützrahmen und die Rückplatte 81 und getempert in einer Umgebungsluftatmosphäre bei 410ºC für 10 Minuten und festes Bondieren dieser (Fig. 8).
Die Rückplatte 81 wird gesichert mit dem Substrat 1 auch durch ein Fritteglas. Angemerkt sei, daß Bezugszeichen 74 in Fig. 8 eine elektronenemittierende Zone der Einrichtung von Fig. 1 bedeutet, und Bezugszeichen 72 und 73 bedeuten X- beziehungsweise Y-Leitungen, die mit dem Paar Einrichtungselektroden der jeweiligen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen verbunden sind.
Der Fluoreszenzfilm 84 ist nur aus Fluoreszenzkörpern gebildet, wenn er für eine Monochromanzeige verwendet wird, wohingegen er in diesem Ausführungsbeispiel eine Anzahl streifenförmiger Fluoreszenzkörper enthält, die durch schwarze Streifen voneinander getrennt sind aus einem allgemein verwendeten schwarzen Material, das Graphit als Hauptbestandteil enthält. Die Fluoreszenzstreifen sind auf dem Glassubstrat 83 gebildet durch Auftragen eines Fluoreszenzmaterials in der Form einer Aufschlämmung.
Ein üblicher Metallrücken 85 ist auf der Innenoberfläche des Fluoreszenzfilms 84 angeordnet. Er ist vorbereitet durch Glätten der Innenoberfläche vom Fluoreszenzfilm 84 (in einer Operation, die normalerweise "Filmen" genannt wird) und Bilden eines Al-Films durch Vakuumauftragung darauf. Während eine transparente Elektrode (nicht dargestellt) gebildet werden kann auf der äußeren Oberfläche des Fluoreszenzfilms 84, um die Leitfähigkeit des Fluoreszenzfilms 84 zu erhöhen, wird eine derartige Schicht in diesem Ausführungsbeispiel nicht gebildet, weil der Metallrücken 85 eine hinreichend hohe Leitfähigkeit besitzt.
Aufmerksamkeit gezollt werden sollte der akkuraten Ausrichtung eines jeden Satzes von Farbfluoreszenzkörpern und einer elektronenemittierenden Einrichtung, da eine Farbanzeige betroffen ist, bevor die zuvor aufgelisteten Komponenten des Anzeigegerätes miteinander verbunden werden.
Das Glasgefäß, das in einer Weise vorbereitet wird, wie zuvor beschrieben, und ausgestattet ist mit einem Glassubstrat 83 und anderen Komponenten, die dann auf dem Wege eines Absaugstutzens (nicht dargestellt) evakuiert wird, und einer Vakuumpumpe, um einen hinreichenden Vakuumgrad im Gefäß zu erzielen, und dann wird eine Spannung an die Einrichtungselektroden der elektronenemittierenden Einrichtungen 74 durch die externen Anschlüsse Doxl bis Doxm und Doyl bis Doyn, um eine Formierungsoperation auszuführen, damit eine elektronenemittierende Zone aus dem Dünnfilm für eine elektronenemittierende Zone einer jeden elektronenemittierenden Einrichtung gebildet wird. Fig. 4 zeigt die Wellenform einer für die Formierungsoperation zu verwendenden Impulsspannung.
In Fig. 4 zeigen T1 und T2 die Impulsbreite beziehungsweise die Entfernung auf, die benachbarte Impulse der Impulsspannung voneinander trennen, die jeweils eine Millisekunde beziehungsweise 10 Millisekunden für dieses Ausführungsbeispiel sind, während der Spitzenpegel (Spitzenspannung bei der Formierungsoperation) eine Spannung von 10 V ist. Die Formierungsoperation wird durchgeführt in einer Vakuumatmosphäre von ungefähr 1,33322 · 10&supmin;&sup4; Pa (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) für 60 Sekunden.
Die elektronenemittierende Zone, die in einer Weise präpariert wurde, wie sie zuvor beschrieben ist, enthält feine Partikel aus Palladium als Hauptelement und hat eine mittlere Partikelgröße von 3 nm (30 ), die auf dem Abschnitt verteilt sind.
Der Absaugstutzen wird mit einem Gasbrenner erwärmt, bis er schmilzt, um das evakuierte Gefäß hermetisch mit einem Vakuumgrad von ungefähr 10&supmin;&sup6; zu versiegeln.
Letztlich wird eine Getteroperation ausgeführt durch Hochfrequenzerwärmung, um diesen Vakuumgrad innerhalb des Gefäßes beizubehalten, nachdem dieses versiegelt ist.
Ein Bilderzeugungsgerät mit einer zuvor beschriebenen Konfiguration wird betrieben unter Verwendung eines Signalerzeugungsmittels (nicht dargestellt) und durch Anlegen von Abtastsignalen und Modulationssignalen an die elektronenemittierenden Einrichtungen durch die externen Anschlüsse Dx1 bis Dxm und Dy1 bis Dyn, um die elektronenemittierenden Einrichtungen zu veranlassen, Elektronen zu emittieren. In der Zwischenzeit sind 5 kV an den Metallrücken 85 durch den Hochspannungsanschluß Hv angelegt, um die Elektronenstrahlen zu beschleunigen und diese zu veranlassen, mit dem Fluoreszenzfilm 84 zu kollidieren, welcher wiederum aktiviert wird zur Emission von Licht für die Anzeige beabsichtigter Bilder.
Um genau die Arbeitsweise der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung des ebenen Typs zu verstehen, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem eine Probe der oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung vom ebenen Typ vorbereitet wurde für den Vergleich gemäß demselben Prozeß, wie die elektronenemittierende Einrichtung, verwendet im obigen und getestet für ihre Eigenschaften unter Verwendung eines Meßgerätes, das mit einem normalen Vakuumsystem arbeitet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Werte wie jene einer Einrichtung gemäß dem Obigen wurde ausgewählt jeweils für L1, W1, W2 und andere Variablen, die in Fig. 1 gezeigt sind. Für den Test der Probe wurde die Entfernung zwischen der Anodenelektrode und der elektronenemittierenden Einrichtung auf 4 mm gebracht, und die Anodenspannung betrug 1 kV, während das Innere der Vakuumkammer vom Meßsystem beibehalten wurde bei einem Vakuumgrad von 1,33322 · 10&supmin;&sup4; Pa (1 · 10&supmin;&sup6; Torr). Die an die Einrichtung angelegte Einrichtungsspannung wurde einheitlich erhöht mit einer Rate von ungefähr 1 V/s, um sowohl den Einrichtungsstrom It als auch den Elektronenemissionsstrom Ie zu erhöhen.
Der Einrichtungsstrom It und der Emissionsstrom Ie wurden gemessen, während die Einrichtungsspannung an den Einrichtungselektroden 5 und 6 der Probe zum Vergleich angelegt war, um eine Strom-Spannungs-Beziehung nachzuweisen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist (siehe Fig. 19). Im Gegensatz dazu zeigte in einem Test unter Verwendung einer elektronenemittierenden Einrichtung gemäß dem zuvor Beschriebenen der Emissionsstrom Ie einen schnellen Anstieg, wenn die Einrichtungsspannung 8 V überschritt und erreichte 1,2 uA, als die Einrichtungsspannung 14 V betrug, bei der der Einrichtungsstrom It 2,2 mA betrug, so daß eine Elektronenemissionseffizienz η (= Ie/If · 100 (%) von 0,05% erzielt wurde. Da eine Einrichtung ihre Eigenschaften abhängig von Umgebungsfaktoren ändert, einschließlich der Messung und des Vakuumzustands, muß Sorgfalt walten, um das Experiment unter denselben und konstanten Bedingungen auszuführen.

(Ausführungsbeispiel 2)

Dieses Beispiel, das kein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist, ist eine Elektronenquelle eines Bilderzeugungsgerätes, die realisiert wird durch Bilden einer Anzahl von stufenförmigen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen auf jeweiligen Substraten und unter Verwendung eines selben Materials oder eines Materials, das für alle Einrichtungselektroden, die X-Leitungen, die Y-Leitungen und die Verbindungen, die die Einrichtungen mit den Leitungen des Gerätes verbinden, ein selbes Element enthalten. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß jede elektronenemittierende Einrichtung eine Isolationszwischenschicht besitzt, die zwischen die X-Leitungen und die Y-Leitungen gelegt ist und einen erhöhten Abschnitt der Einrichtung bildet.
Da jede elektronenemittierende Einrichtung und jeweilige Teile der Elektronenquelle eine gleiche Aufsicht haben wie jene von Fig. 14 wird diese hier nicht weiter beschrieben. Fig. 20 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' in Fig. 14. In Fig. 20 gezeigt ist ein Substrat 1, eine X-Leitung 72 (wird auch mit Oberleitung bezeichnet), die Dxm in Fig. 7 entspricht, eine Y-Leitung 73 (wird auch als Unterleitung bezeichnet), die Dym in Fig. 7 entspricht, einen Dünnfilm 4 mit einem elektronenemittierenden Abschnitt, einem Paar Einrichtungselektroden 5 und 6 und einer Zwischenschicht 111.
Dieses Ausführungsbeispiel wird durch folgende Schritte vorbereitet, die nachstehend beschrieben und in den Fig. 21A bis 21F dargestellt sind.

Schritt a:

Eine 500 nm (5000 Å) dicke Pd-Schicht wird auf einem gereinigten Silikatglassubstrat gebildet und dann Photolack (Az 1370, erhältlich von HOECHST), aufgetragen durch eine Schleuder und getempert. Dann wurde die Photolackschicht Licht ausgesetzt mit einer Photomaske, die darauf befestigt war, und photochemisches Entwickeln, um ein Photolackmuster für eine Y-Leitung 73 zu schaffen. Danach wurde der Pd-Film geätzt, um eine Y-Leitung 73 und gleichzeitig eine Einrichtungselektrode 5 zu schaffen (Fig. 21A).

Schritt b:

Eine Isolationszwischenschicht 111 aus Siliziumoxid wird aus in einer Stärke von 0,1 um durch RF-Aufsprühen erzeugt. Die Zwischenschicht wird zwischen eine X-Leitung 72 und eine Y- Leitung gelegt und dient als erhöhter Abschnitt der oberflächenleitenden stehenden elektronenemittierenden Einrichtung (Fig. 21B).

Schritt c:

Ein Photolackmuster 112 wird auf dem in Schritt b erzeugten Siliziumoxidfilm gebildet für einen Stufenabschnitt 67 mit einem gewünschten Profil und eine Isolationszwischenschicht 111, und dann wird die Isolationszwischenschicht 111 geätzt unter Verwendung eines Photolackmusters als eine Maske, um einen erhöhten Abschnitt 67 mit einem gewünschten Profil zu schaffen, und um die Isolationszwischenschicht 111 gemäß der gewünschten Gestalt (Fig. 21C) zu bekommen.
RIE (Reaktives Ionenätzen) und CF&sub4; und H&sub2;-Gase wurden verwendet für die Ätzoperation dieses Schrittes.

Schritt d:

Nachfolgend wird ein weiteres Photolackmuster vorbereitet (Photolack RD-2000N-41: erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) für Einrichtungselektroden 5 und 6 und eine Leitung 75e, und dann wird eine 100 nm (1 000 Å) dicke Pd-Schicht durch Vakuumauftragung gebildet. Das Photolackmuster wird abgelöst in einer organischen Lösung, und der Pd-Auftragungsfilm wird abgehoben, um gegenüberliegend eingerichtete Einrichtungselektroden 5 und 6 zu schaffen, die voneinander beabstandet sind, um eine Entfernung gleich der Dicke des erhöhten Abschnitts 67 oder 1,5 um. Die Einrichtungselektrode zeigt eine Breite W1 von 500 um (Fig. 21D).

Schritt e:

Unter Verwendung einer Maske mit einer Öffnung für die Einrichtungselektroden 5 und 6 und ihre benachbarten Bereiche, wie im Falle des obigen Ausführungsbeispiels 1, wird ein 100 nm (1 000 Å) dicker Cr-Film 121 erzeugt durch Dampfauftragung und nachfolgend einer Musterungsoperation unterzogen. Dann wird organisches Pd (ccp 4230, erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) mittels einer Schleuder aufgetragen und erwärmt für 10 Minuten auf 300ºC zum Tempern.
Der erzeugte dünne Feinpartikelfilm 2, der aus feinen Partikeln aus Pd als Hauptbestandteil besteht und für die Erzeugung eines elektronenemittierenden Abschnitts dient, hat eine Stärke von 10 nm (100 Å) und einen Flächenwiderstand von 5 · 10&sup4; Ω/cm². Dann wurde der Cr-Film 121 und der getemperte Dünnfilm 2 für einen elektronenemittierenden Abschnitt geätzt unter Verwendung eines Säureätzmittels, um ein gewünschtes Muster zu erzeugen (Fig. 21E).

Schritt f:

Ein Ag-Pd-Leitkörper wird auf der Einrichtungselektrode 6 mit einer Stärke von ungefähr 10 um gebildet, um eine X-Leitung 72 mit einer gewünschten Kontur zu schaffen (Fig. 21F).
Eine X-Leitung 72, eine Isolationszwischenschicht 111, eine Y-Leitung 73, ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6 sowie ein Dünnfilm 2 für den elektronenemittierenden Abschnitt werden somit auf einem Isolatorsubstrat gebildet.
Dann wird ein Anzeigegerät, das eine derartige Elektronenquelle enthält, in einer gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 gebildet.
Um genau die Wirkungsweise einer stufenförmigen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung gemäß dem Obigen zu verstehen, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem eine Probe einer ebenen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung vorbereitet wurde zum Vergleich gemäß demselben Prozeß wie die elektronenemittierende Einrichtung, die oben verwendet wird, und getestet hinsichtlich ihrer Eigenschaften unter Verwendung eines Meßgerätes, wie es mit einem normalen Vakuumsystem bereitsteht, das in Fig. 3 gezeigt ist, wie im Falle des Ausführungsbeispiels 1. Dieselben Werte wie jene der Einrichtung gemäß dem obigen wurden ausgewählt für diese Probe.
Der Einrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie wurde gemessen während die Einrichtungsspannung an den Einrichtungselektroden 5 und 6 der Probe anlag, um eine in Fig. 5 dargestellte Strom-Spannungs-Beziehung zu erhalten (siehe Fig. 19).
Im Test unter Verwendung einer elektronenemittierenden Einrichtung gemäß dem Obigen zeigte der Emissionsstrom Ie einen schnellen Anstieg, wenn die Einrichtungsspannung über 7,5 V ging und erreichte 1,2 uA, wenn die Einrichtungsspannung 14 V war, bei der der Einrichtungsstrom It = 2,2 mA betrug, so daß eine Elektronenemissionseffizienz η ( = Ie/If (%)) von 0,048% erreicht wurde.
Ein Bilderzeugungsgerät mit dem zuvor beschriebenen Aufbau wird betrieben unter Verwendung eines Signalerzeugungsmittels (nicht dargestellt) und durch Anlegen von Abtastsignalen und Modulationssignalen an die elektronenemittierenden Einrichtungen durch die externen Anschlüsse Dx1 bis Dxm und Dy1 bis Dyn, um die elektronenemittierenden Einrichtungen zu veranlassen, Elektronen zu emittieren. Zwischenzeitlich wird 5 kV an den Metallrücken 85 durch einen Hochspannungsanschluß Hv angelegt, um die Elektronenstrahlen zu beschleunigen und diese zu veranlassen, mit dem Fluoreszenzfilm 84 zu kollidieren, welcher wiederum erregt wird zur Lichtemission, um die gewünschten Bilder anzuzeigen.

(Ausführungsbeispiel 3)

Dieses Beispiel, das kein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens ist, ist eine Elektronenquelle eines Bilderzeugungsgerätes, das realisiert wird durch Bilden einer Anzahl ebener oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtungen auf jeweiligen Substraten und Isolationszwischenschichten zwischen jeweiligen X-Leitungen und Y-Leitungen, wobei die Isolationszwischenschichten anzutreffen sind nur auf und nahe den Kreuzungen von X- und Y-Leitungen, Verbindungen für die X- und Y-Leitungen, und die zugehörigen Einrichtungselektronen sind elektrisch gekoppelt unter Verwendung von Kontaktlöchern und angeordnet direkt auf den jeweiligen Substraten.
Fig. 22 zeigt eine Aufsicht von einem Teil des Ausführungsbeispiels einer Elektronenquelle. Fig. 23 stellt eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' in Fig. 22 dar. Angemerkt sei, daß selbe Bezugszeichen gemeinsam verwendet werden für die jeweiligen selben Komponenten in den Fig. 22 und 23. In den Fig. 22 und 23 gezeigt ist ein Substrat 1, eine X-Leitung 72 (wird auch als Oberleitung bezeichnet), die Dmx in Fig. 7 entspricht, eine Y-Leitung 73 (wird auch als Unterleitung bezeichnet), die Dmy in Fig. 7 entspricht, einen Dünnfilm 4 mit einer elektronenemittierenden Zone, einer Verbindung 76 und einem Paar Einrichtungselektroden 5 und 6.
Dieses Ausführungsbeispiel wird vorbereitet, indem den nachstehend beschriebenen Schritten gefolgt wird, die in den Fig. 24A bis 24E dargestellt sind.

Schritt a:

Ein Siliziumoxidfilm wird auf einer gereinigten Silikatglasplatte mit einer Stärke von 0,5 um durch Aufsprühen gebildet, um ein Substrat 1 zu erzeugen, auf dem eine 5 nm (50 Å) dicke Cr-Schicht und eine 600 nm (6 000 Å) dicke Au- Schicht nacheinander gebildet sind durch Vakuumauftragung. Danach wird Photolack (AZ 1370, erhältlich von HOECHST) dort aufgetragen durch eine Schleuder und getempert. Dann wird die Photolackschicht mit Licht belichtet mit einer Photomaske, die sich dort drauf befindet, und photochemisch entwickelt, um ein Photolackmuster für die Einrichtungselektroden 5 und 6 zu erzeugen, eine Verbindung 75 und eine Y-Leitung 73. Danach wird die Au- und Cr-Auftragungsschicht naß geätzt unter Verwendung des Photolackmusters als eine Maske, um Einrichtungselektroden 5 und 6 zu erzeugen (Elektrodenbreite: 300 um, Zwischenelektrodenabstand: 2 um), eine Verbindung 75 und eine Y-Leitung 73 gleichzeitig (Fig. 24A)

Schritt b:

Eine Isolationszwischenschicht 111 aus Siliziumoxid, die nur nahe der Kreuzung einer Y-Leitung 73 mit einer X-Leitung 72 anzuordnen ist, wird gebildet mit einer Stärke von 0,1 um durch RF-Aufsprühen (Fig. 24B).

Schritt c:

Ein Photolackmuster 112 für eine Isolationszwischenschicht 111, die nahe der Kreuzung einer Y-Leitung 73 mit einer X-Leitung 72 vorzusehen ist, wird gebildet auf dem in Schritt b erzeugten Siliziumoxidfilm, und die Isolationszwischenschicht 111 wird unter Verwendung des Photolackmusters als eine Maske geätzt, um eine Isolationszwischenschicht 111 mit einer gewünschten Form zu erzeugen (Fig. 24C).
In diesem Schritt wird RIE (reaktives Ionenätzen) und CF&sub4;- und H&sub2;-Gase für die Ätzoperation verwendet.

Schritt d:

Danach wird ein anderes Photolackmuster vorbereitet (Photolack RD-2000N-41, erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) für eine X-Leitung 72, und dann wurde durch Dampfauftragung Au in einer Stärke von 500 nm (5 000 Å) aufgetragen. Danach wurde das Photolackmuster abgelöst in einem organischen Lösungsmittel, und der Au-Auftragungsfilm wurde abgehoben, um eine X-Leitung 72 zu bilden (Fig. 24D).

Schritt e:

Unter Verwendung einer Maske mit einer Öffnung für die Einrichtungselektroden 5 und 6 und ihrer benachbarten Bereiche, wie im Falle des obigen Ausführungsbeispiels 1, wird ein 100 nm (1 000 Å) dicker Cr-Film 121 durch Dampfauftragung gebildet und danach einer Musterungsoperation unterzogen. Organisches Pd ((ccp 4230, erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.), aufgetragen mittels einer Schleuder und erwärmt auf 300ºC für 10 Minuten zum Tempern.
Der gebildete dünne Feinpartikelfilm 2, der aus feinen Partikeln aus Pd als Hauptbestandteil besteht und verwendet wird zur Herstellung einer Elektronenemission hatte von 7,5 nm (75 Å) und einen Flächenwiderstand von 1 · 10&sup5; Ω/cm².
Der Cr-Film 121 und der getemperte Dünnfilm 2 werden dann für eine elektronenemittierende Zone geätzt unter Verwendung eines sauren Ätzmittels, um ein gewünschtes Muster zu schaffen (Fig. 24E).
Eine Unterleitung 72, eine Isolationszwischenschicht 111, eine Oberleitung 72, ein Paar Einrichtungselektroden 5 und 6 und ein Dünnfilm 2 für die elektronenemittierende Zone wurden somit auf einem Isolationssubstrat 1 gebildet.
Dann wird ein Anzeigegerät mit einer solchen Elektronenquelle in derselben Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 gebildet.
Um die Wirkungsweise einer ebenen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung gemäß dem Obigen genau zu verstehen, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem eine Probe einer ebenen oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtung vorbereitet wurde zum Vergleich gemäß demselben Prozeß wie bei der elektronenemittierenden Einrichtung, die oben verwendet wird, und getestet bezüglich ihrer Eigenschaften unter Verwendung eines Meßgerätes, das mit einem normalen Vakuumsystem versehen ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ebenso wie im Falle des Ausführungsbeispiels 1. Dieselben Werte wie jene der Einrichtung gemäß Obigem wurden für die Probe ausgewählt.
Der Einrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie wurden gemessen, während die Einrichtungsspannung an den Einrichtungselektroden 5 und 6 angelegt, um eine in Fig. 5 dargestellte Strom-Spannungs-Beziehung zu gewinnen.
In einem Test unter Verwendung einer elektronenemittierenden Einrichtung gemäß dem Obigen zeigte der Emissionsstrom Ie einen schnellen Anstieg, wenn die Einrichtungsspannung 7,0 V überschritt und bis 1,0 uA erreichte, als die Einrichtungsspannung 14 V betrug, bei der der Einrichtungsstrom Gefäßes erwärmt und geschmolzen mit einem Gasbrenner (nicht dargestellt), um das Gefäß hermetisch zu versiegeln. Dieses Gerät wird nachstehend als Anzeigefeld A bezeichnet.
Andererseits wird das andere Gerät durch ein Paar plattenförmiger Wärmequellen an der Vorder- und Rückplatte jeweils gehalten, und das ganze Gerät wurde erwärmt und getempert bei ungefähr 120ºC für eine Stunde. Dann wurde das Gerät mit einem Superhochvakuumsystem für 10 Stunden evakuiert, während es stetig beheizt wurde. Danach wurde der Absaugstutzen des Gefäßes erwärmt und geschmolzen mit einem Gasbrenner (nicht dargestellt) zur hermetischen Versiegelung des Gefäßes. Dieses Gerät wird nachstehend als Anzeigefeld B bezeichnet.
Letztlich werden beide Anzeigefelder A und B einem Getterprozeß unterzogen unter Verwendung einer Widerstandsheiztechnik, um den beabsichtigten Vakuumgrad nach der Versiegelung beibehalten zu können.
Wie zuvor beschrieben, gibt es drei Merkmale in grundlegenden Eigenschaften vom elektronenemittierenden Element des Oberflächenleitfähigkeitstyps,
erstens erzeugt das Element den Emissionsstrom Ie, der abrupt ansteigt, wenn eine Elementspannung höher als eine gewisse Spannung (Schwellwertspannung Vth in Fig. 6 genannt), die aber kaum feststellbar ist bei einer Spannung unter derjenigen der Schwellwertspannung Vth; es ist nämlich ein nichtlineares Element mit einer endlichen Schwellwertspannung Vth in Hinsicht auf den Emissionsstrom Ie,
zweitens hängt der Emissionsstrom von der Elementspannung Vf ab und kann folglich mit der Elementspannung Vf gesteuert werden, und
drittens hängen die von der Anode 34 angesammelten emittierten Ladungen ab von der Zeitdauer, während der die Elementspannung Vf anliegt; nämlich einer Ladungsmenge, die von der Anodenelektrode 34 angelagert ist, kann gesteuert werden mit der Zeitdauer, während der die Elementspannung Vf anliegt,
darüber hinaus hat im Falle gemäß der Erfindung sowohl der Elementstrom It als auch der Emissionsstrom Ie im Element eine monoton ansteigende Kennlinie (MI-Kennlinie genannt) in Hinsicht auf die Spannung, die am Elementelektrodenpaar anliegt, die sich einander gegenüberstehen, werden Elektronen, emittiert aus dem Elektronenemissionselement vom Typ mit Oberflächenleitfähigkeit gesteuert mit der Höhe und Breite einer Impulsspannung, die an den Elementelektroden anliegt, die sich gegenüberstehen, wenn die Impulsspannung höher als die Schwellwertspannung ist. Diese Elektronen werden jedoch in geringem Umfang emittiert, wenn die Impulsspannung geringer als die Schwellwertspannung ist.
Selbst für eine Anordnung zahlreicher elektronenemittierender Elemente, das heißt, eine Einrichtung mit einer Vielzahl von elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit, die jeweils gebildet ist durch wenigstens Elementelektroden und Dünnfilmen, einschließlich elektronenemittierender Zonen, die auf der Grundlage der obigen Merkmale in einem Matrixmuster auf einer Basisplatte angeordnet sind, wobei die Paare gegenüberliegender Elementelektroden jeweils verbunden sind mit m Leitungen von Zeilenverdrahtungen und dann n Leitungen von Spaltenverdrahtungen, die über die ersteren Leitungen geschichtet sind durch Isolationsschichten, wobei ein Ansteuerverfahren, das eines der elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit auswählen kann und eine Elektronenmenge steuert, die emittiert wird gemäß einem Eingangssignal durch Bereitstellen eines Modulationsmittels zum Erzeugen eines Impulses mit einer Höhe, einer Breite oder einer Höhe und einer Breite abhängig vom Eingangssignal und einem Auswahlmittel, das Abtastmittel genannt werden kann, V zum Auswählen der elektronenemittierenden Elementzeile aufeinanderfolgend eins um eins gemäß dem Synchronsignal, das im Eingangssignal enthalten ist.
Gemäß dem neuen Aufbau und dem neuen Ansteuerverfahren, das auf den Kennlinien eines elektronenemittierenden Elements basiert mit Oberflächenleitfähigkeit, wird eine hochqualitative Elektronenquelle gewonnen, die zahlreiche elektronenemittierende Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit enthält, und die nacheinander die elektronenemittierenden Elemente auswählt und eine Menge emittierter Elektronen gemäß den Eingangssignalen steuert durch Anlegen von Abtastsignalen und Modulationssignalen, die beide gewonnen werden aus den Eingangssignalen, an m Leitungen der Zeilenverdrahtungen und n Leitungen der Spaltenverdrahtungen eins um eins jeweils ohne Verwenden von Gitterelektroden, die im Stand der Technik von großer Bedeutung waren.
Mit der Anordnung, die die Paare gegenüberliegender Elementelektroden in den elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit enthält, sind m Leitungen der Zeilenverdrahtungen und n Leitungen der Spaltenverdrahtungen, wenigstens ein Teil der Leitungen jeweils parallel geschaltet mit den Paaren sich gegenüberstehender Elementelektroden in den elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit den m Leitungen der Zeilenverdrahtungen und den n Leitungen der Spaltenverdrahtungen sind teilweise oder gänzlich dieselben in ihren Bestandteilen. Wenn insbesondere eine hohe Temperatur während der Herstellung die Einrichtung beaufschlagt, wird folglich das Problem der Verbindung zwischen unterschiedlichen Arten von Metallen gelöst; von daher kann eine kostengünstige und einfache Einrichtung mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Da Isolationsschichten nur in der Nähe von Punkten vorhanden sind, kreuzen darüber hinaus die m Leitungen der Zeilenverdrahtungen und die n Leitungen der Spaltenverdrahtungen einander, und ein Teil oder alle der Isolationsschichten in diesen gestuften Abschnitten der vertikalen elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit werden im selben Prozeß hergestellt, das Herstellverfahren ist so vereinfacht, daß ein Punkt, der die m Leitungen der Zeilenverdrahtungen oder die n Leitungen der Spaltenverdrahtungen elektrisch mit den Elementen verbunden werden können, ohne daß Kontaktlöcher erforderlich sind. Im Ergebnis kann eine Elektronenquelle und eine Bilderzeugungseinrichtung geschaffen werden, die kostengünstig und einfach in ihrer Struktur ist.
Gemäß einem anderen Ansteuerverfahren ist des weiteren ein Eingangssignalteilmittel vorgesehen, das die eingegebenen Signale in eine Vielzahl von Gruppen eingegebener Signale teilt, vorgesehen, und eine Vielzahl von Zeilen (oder Spalten) der elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit werden ausgewählt oder moduliert gemäß einer jeden Gruppe geteilter Eingangssignale, erzeugt durch das Eingangssignalteilmittel, wodurch ein geteiltes Ansteuerverfahren bereitsteht. Eine Zeit, die zulässig ist für jede Zeile (oder Spalte) der elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit kann verlängert werden, da ein Ansteuer-IC und elektronenemittierende Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit mit großer Toleranz geplant werden können.
Gemäß dem Ansteuerverfahren wird des weiteren die Zeile (oder Spalte) der elektronenemittierenden Elemente, die der Zeile (oder Spalte) benachbart sind, von den elektronenemittierenden Elementen, die ausgewählt sind und moduliert werden, in einem Zustand unter konstant anliegendem Potential beibehalten. Folglich kann kein Übersprechen zwischen Elektronenstrahlen aufkommen, die von den elektronenemittierenden Elementen auf dem Bilderzeugungsglied gebildet wird, das von den Elektronenstrahlen bestrahlt wird.
Gemäß der solchermaßen hergestellten Elektronenquelle nach der vorliegenden Erfindung können die Elektronenstrahlen in hochsymmetrischer Gestalt auf der elektronenemittierenden Oberfläche gesteuert werden, da eine Vielzahl von aus der Vielzahl elektronenemittierender Abschnitte emittierter Elektronenstrahlen in jedem elektronenemittierenden Element mit Oberflächenleitfähigkeit einander überlagert werden.
Durch genaues Spezifizieren des Elementanordnungabstands in der Y-Richtung ist es möglich, die Überlagerung zwischen den Elektronenstrahlen zu steuern, die die elektronenemittierenden Elemente auf der Oberfläche emittieren, zu der die Elektronenstrahlen strahlen.
Im Ergebnis kann eine Elektronenquelle bereitgestellt werden, die leicht jene elektronenemittierenden Elemente auswählt, aus denen Elektronen zu emittieren sind, und die auch die Menge emittierter Elektronen mit einer einfachen Struktur steuert.
Die Bilderzeugungseinrichtung, das heißt, die Anzeige, ist eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bildes gemäß eingegebenen Signalen, wobei die Einrichtung über eine Vielzahl von elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit verfügt, die jeweils aufgebaut sind wenigstens aus Elementelektroden und Dünnfilmen, die über elektronenemittierende Zonen verfügen, sind angeordnet zu einem Matrixmuster auf einer Basisplatte gemäß den Pixeln, die das Bild erzeugen, und die Paare gegenüberliegender Elementelektroden sind jeweils verbunden mit m Leitungen von Zeilenverdrahtungen beziehungsweise den n Leitungen von Spaltenverdrahtungen, die über erstere Verdrahtungen geschichtet sind mit einer Isolationsschicht gemäß dem Eingangssignal, welches zusammengesetzt ist aus Synchronsignalen und Bildsignalen, einem Auswahlmittel zum Auswählen einer gewünschten Zeile der Vielzahl elektronenemittierender Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit gemäß den Synchronsignalen, und Modulationsmittel zum Erzeugen von Modulationssignalen abhängig von den Bildsignalen und Eingeben der Modulationssignale in die elektronenemittierenden Elemente, ausgewählt gemäß den Synchronsignalen. Die Bilderzeugungseinrichtung enthält insbesondere Fluoreszenzmaterialien, die sich in gegenüberstehender Beziehung auf einer Basisplatte der Elektronenquelle befinden und sichtbares Licht nach Bestrahlung mit Elektronenstrahlen erzeugen. Die Bilderzeugungseinrichtung enthält vorzugsweise ein Vakuum und hat ein solches Merkmal, das sowohl der Elementstrom als auch der Emissionsstrom in jedem elektronenemittierenden Element mit Oberflächenleitfähigkeit eine monoton ansteigende Kennlinie zeigt (MI-Kennlinie genannt) in Hinsicht auf eine am Paar sich gegenüberstehender Elementelektroden anliegenden Spannung.
Gemäß dem neuen Aufbau und dem neuen Ansteuerverfahren auf der Grundlage der Eigenschaften eines elektronenemittierenden Elements mit Oberflächenleitfähigkeit wird eine Einrichtung gewonnen, die eine Elektronenquelle enthält, die über zahlreiche elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit verfügt, wobei diese nacheinander die elektronenemittierenden Elemente auswählen und eine Menge emittierter Elektronen gemäß den eingegebenen Signalen steuert durch Anlegen von Abtastsignalen und Modulationssignalen, die beide gewonnen werden aus den Eingangssignalen, an m Leitungen von Zeilenverdrahtungen und an n Leitungen von Spaltenverdrahtungen jeweils eins nach dem anderen, ohne Verwenden von Gitterelektroden, die nach dem Stand der Technik von großer Bedeutung sind und die das Übersprechen zwischen den Pixeln eliminieren, Modulieren an die Anzeigehelligkeit mit guter Steuerleistung und Ermöglichen des weiteren die Anzeige in feinerer Gradation, wodurch es möglich wird, beispielsweise ein Fernsehbild in hoher Qualität zu liefern.
Da auch die Fluoreszenzmaterialien direkt von den Elektronenstrahlen im Vakuum erregt werden, können jene Fluoreszenzsubstanzen in jeweiligen Farben, die herkömmlicherweise von der Kathodenstrahlröhre her bekannt sind und eine hervorragende Leuchtdichteeigenschaft besitzen, als Lichtemissionsquellen verwendet werden. Es ist folglich möglich, eine Farbanzeige zu realisieren und einen großen Bereich von Farbtönen darzustellen. Darüber hinaus kann die Farbanzeige erzielt werden direkt durch separates Beschichten der Fluoreszenzmaterialien mit jeweiligen Farben, und das Anzeigefeld läßt sich leicht herstellen. Da die für die Abtastung und Modulation erforderlichen Spannungen gering sind, können elektrische Schaltungen leicht integriert werden. Diese Vorteile machen es in Zusammenwirken möglich, die Herstellkosten zu senken und eine extrem kostengünstige Anzeige zu realisieren. Im Ergebnis kann eine Bilderzeugungseinrichtung, wie eine Anzeige, bereitgestellt werden, die Licht mit selektiv gesteuerter Helligkeit bereitzustellen und von daher eine hohe Anzeigequalität liefern.
Mit der Anordnung, die Paare sich gegenüberstehender Elementelektroden in den elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit enthalten, m Leitungen von Zeilenverdrahtungen und n Leitungen von Spaltenverdrahtungen, wenigstens ein Teil von jeweils parallel geschalteten Leitungen zu den Paaren sich gegenüberstehender Elementelektroden in den elektronenemittierenden Elementen mit Oberflächenleitfähigkeit sind die m Leitungen von Zeilenverdrahtungen und die n Leitungen von Spaltenverdrahtungen teilweise oder vollständig dieselben in ihren Bestandteilen.
Die elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit sind auf der Basisplatte oder auf den Isolationsschichten gebildet.
Die Isolationsschichten sind nur in der Nähe von Punkten vorhanden, bei denen die m Leitungen von Zeilenverdrahtungen und die n Leitungen von Spaltenverdrahtungen einander kreuzen, und ein Teil oder alle der Isolationsschichten in den stufigen Abschnitten der vertikalen elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit sind von derselben Struktur.
Wegen des Enthaltens der Elektronenquelle mit den obigen strukturellen Merkmalen kann eine Bilderzeugungseinrichtung geschaffen werden, die höchst zuverlässig ist, die kostengünstig ist, und die eine neue Struktur besitzt.
Gemäß einem anderen Ansteuerverfahren, das eingerichtet ist für die neue Bilderzeugungseinrichtung, wird ein Eingangssignalteilmittel zum Teilen von Eingangssignalen in eine Vielzahl von Gruppen von Eingangssignalen des weiteren bereitgestellt, und viele Zeilen (oder Spalten) der elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit werden ausgewählt und moduliert gemäß einer jeden Gruppe geteilter Eingangssignale, erzeugt vom Eingangssignalteilmittel, wodurch ein Teilansteuerungsverfahren bereitsteht. Eine Zeit, die für jede Zeile (oder Spalte) der elektronenemittierenden Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit zulässig ist, läßt sich verlängern; ein Ansteuer-IC und elektronenemittierende Elemente mit Oberflächenleitfähigkeit können von daher mit größerem Freiheitsgrad ausgelegt werden.
Gemäß diesem Ansteuerverfahren werden die Zeile (oder Spalte) der elektronenemittierenden Elemente, die der Zeile (oder Spalte) der elektronenemittierenden Elemente benachbart sind und ausgewählt und moduliert sind, in einem Zustand unter konstant anliegendem Potential beibehalten. Folglich tritt kein Übersprechen zwischen den aus den elektronenemittierenden Elementen emittierten Elektronenstrahlen auf, die die das Bilderzeugungsglied beaufschlagen.
Da gemäß der Bilderzeugungseinrichtung eine Vielzahl von Elektronen aus einer Vielzahl von elektronenemittierenden Abschnitten in jedem elektronenemittierenden Element mit Oberflächenleitfähigkeit emittiert und miteinander überlagert werden auf dem Bilderzeugungsglied, kann ein sich ergebender heller Leuchtfleck in einer hochsymmetrischen Gestalt gesteuert werden.
Durch genaues Spezifizieren des Elementanordnungabstands in Y-Richtung ist es auch möglich, die Überlagerung zwischen Elektronenstrahlen zu steuern, die aus den elektronenemittierenden Elementen auf dem Bilderzeugungsglied emittiert werden, mit dem Ergebnis, daß ein hochqualitatives Bild entsprechend dem eingegebenen Bild darstellbar ist.
Da darüber hinaus die Bilderzeugungseinrichtung Fernsehsignale bearbeiten kann, können Signale aus den Bildeingabeeinrichtungen, Bildspeichern und Computern usw. als Eingangssignale einer Anzeige zur Fernsehsendung fungieren, ein Endgerät für Fernsehkonferenzen, ein Bildeditor, der Stehbilder und Bewegungsbilder handhabt, ein Computerendgerät, ein automatisches Büroendgerät mit einem Arbeitsprozessor, einem Spielgerät usw.; und von daher gibt es eine sehr weite industrielle und Heimanwendung.

Claims

1. Herstellverfahren einer Anzeigevorrichtung, mit den Verfahrensschritten

Erzeugen einer Elektronenquelle, die eingerichtet ist, als Funktion eines Eingangssignals durch folgende Verfahrensschritte Elektronen zu emittieren

Bereitstellen eines Substrats (1);

Legen einer Leitungsmatrix mit m Zeilenleitungen (72) und n Spaltenleitungen (73) auf das Substrat (1) mit einer Isolationsschicht dazwischen; und

Bereitstellen einer Vielzahl oberflächenleitender elektronenemittierender Einrichtungen (74), die jeweils über ein Paar Elektroden und einen Dünnfilm verfügen, der eine elektronenemittierende Zone aufweist und zwischen den Elektroden angeordnet ist;

Anordnen der Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen (74), um so eine Matrix zu bilden, wobei eine Elektrode des Elektrodenpaares mit einer jeweiligen Zeilenleitung (72) und die andere Elektrode mit einer jeweiligen Spaltenleitung (73) verbunden ist;

Bereitstellen eines Auswahlmittels, das mit den m Zeilenleitungen (72) verbunden ist, um eine Zeile der Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen (74) auszuwählen; und

Bereitstellen eines Modulationsmittels, um Modulationssignale gemäß den Eingangssignalen zu erzeugen, wobei das Modulationsmittel die Modulationssignale an die oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen (74) anlegt, die vom Auswahlmittel ausgewählt sind, so daß der Betrag der emittierten Elektronen steuerbar ist,

und wobei das Herstellungsverfahren den weiteren Schritt umfaßt

Einschließen der Elektronenquelle in ein Gehäuse,

gekennzeichnet durch den Verfahrens schritt

Tempern einer jeden der Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen (74), die die in einem ultrahohen Vakuum vom Gehäuse eingeschlossen Elektronenquelle bilden, während die Vorrichtung erwärmt wird, so daß jede der Vielzahl von oberflächenleitenden elektronenemittierenden Einrichtungen eine Kennlinie (Fig. 19) für einen Einrichtungsstrom (If) und einen Elektronenemissionsstrom (le) hat, die beide monoton als eine Funktion der anliegenden Einrichtungsspannung (Vf) ansteigen und einen gewissen Schwellwert (Vth) überschreiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Verfahrensschritt des Temperns bei einer Temperatur von 80ºC bis 150ºC erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verfahrensschritt des Temperns für die Dauer von 3 bis 15 Stunden erfolgt.