DE69730195T2

DE69730195T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69730195T2
Application number: DE69730195T
Authority: DE
Inventors: Naoto Ohta-ku Abe; Masahiro Ohta-ku Fushimi; Hideaki Ohta-ku Mitsutake
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: DE69730195D1; EP0851457B1; US6104136A; EP0851457A1; US6420824B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Bilderzeugungsgerät mit Elektronenemissionselementen und Abstandshaltern in einer Vakuumhülle.
Zum Stand der Technik
Großflächige Flachbildschirme standen in den letzten Jahren im Blickpunkt von Forschung und Entwicklung.
Im allgemeinen ist ein Bilderzeugungsgerät mit einer Hülle zur Aufrechterhaltung eines Vakuums, Elektronenquellen und ihrer Steuerschaltung zur Elektronenemittierung, einem Bilderzeugungsbauteil mit Leuchtstoffen zur Lichtemittierung, das über Elektronenbeschuß verfügt, Beschleunigungselektroden zur Beschleunigung von Elektronen auf das Bilderzeugungsbauteil und eine Hochspannungsquelle für die Beschleunigungselektroden ausgestattet. Darüber hinaus treten bei einem Bilderzeugungsgerät, das eine flache Hülle in der Art eines Flachbildschirms mit einer großen Bildsschirmfläche verwendet Fälle auf, bei denen Abstandshalter innerhalb der Hülle als Strukturen, die Widerstand gegenüber dem Luftdruck leisten, angeordnet sind.
Zwei Arten von Elementen, nämlich Glühkathodenelemente und Kaltkathodenelemente, sind als Elektronenemissionselemente zur der Herstellung der oben erwähnten Elektronenquellen bekannt. Beispiele für Kaltkathodenelemente sind oberflächenleitende Elektronenemissionselemente, Elektronenemissionselemente vom Feldemissionstyp und vom Metall/Isolator/Metall-Typ.
Ein Beispiel vom oberflächenleitenden Elektronenemissionselement wird von M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10 (1965). Es gibt andere Beispiele, die weiter unten beschrieben sind.
Das oberflächenleitende Elektronenemissionselement nutzt ein Phänomen, bei dem eine Elektronenemission in einer auf einem Substrat gebildeten Dünnschicht kleiner Fläche erzeugt wird, indem eine elektrischer Strom parallel zur Schichtoberfläche verläuft. Verschiedene Beispiele berichteten über dieses oberflächenleitenden Elektronenemissionselement. Ein Beispiel nach Elinson bezieht sich auf eine Dünnschicht aus Zinnoxid. Andere Beispiele verwenden eine Dünnschicht aus Gold [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9.217 (1972)], eine Dünnschicht aus Indiumoxid/Zinnoxid (M. Hartwell und C. G. Fonstad: "IEEE Trans. E. D. Conf", 519 (1975) und eine Dünnschicht aus Kohlenstoff (Hisashi Araki, et al.: "Vacuum", 26, No. 1, Seite 22, (1983).
45 zeigt einen Grundriß des oben beschriebenen Bauteils nach M. Hartwell et al. Dieser Bauteileaufbau ist für diese oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente typisch. Wie in 45 gezeigt, bezeichnet 3001 ein Substrat. Bezugszeichen 3004 bezeichnet eine elektrisch leitende Dünnschicht, die ein Metalloxid enthält, das durch Kathodenzerstäubung gebildet wurde, und in einer flachen Form, die dem Buchstaben "H" ähnelt, gebildet wird. Die elektrisch leitende Schicht 3004 wird einer unten beschriebenen Formierung (Vorgang unter Stromeinwirkung) unterworfen, wobei ein Elektronenemissionsabschnitt 3005 gebildet wird. Der Abstand L in 45 wird auf 0,5 mm bis 1 mm eingestellt, und der Abstand W auf 0,1 mm. Aus praktischen darstellungstechnischen Gründen wird der Elektronenemissionsabschnitt 3005 in Rechteckform in der Mitte der elektrisch leitenden Schicht 3004 dargestellt. Dies ist eine rein schematische Darstellung, und die tatsächliche Lage und Form des Elektronenemissionsabschnitts wird hier nicht notwendigerweise wirklichkeitsgetreu dargestellt.
Bei den oben angeführten konventionellen oberflächenleitenden Elektronenemissionselementen, speziell beim Element nach Hartwell et al., wird im allgemeinen der Elektronenemissionsabschnitt 3005 auf der elektrisch leitenden Dünnschicht durch das sogenannte Formierungsverfahren gebildet, bevor die Elektronenemission ausgeführt wird. Entsprechend dem Formierungsverfahren wird eine konstante Gleichspannung oder eine Gleichspannung, die mit sehr kleiner Geschwindigkeit in der Größenordnung von 1 V/min ansteigt, entlang der elektrisch leitenden Schicht 3004 aufgeprägt, um einen elektrischen Strom durch die Schicht zu schicken, wobei örtlich die Eigenschaft der elektrisch leitenden Schicht 3004 zerstört, deformiert oder geändert wird, und um dabei den Elektronenemissionsabschnitt 3005 zu bilden, dessen elektrischer Widerstand sehr groß ist. In dem Teil der elektrisch leitenden Dünnschicht 3004, der örtlich zerstört, deformiert oder geändert wurde, wird ein Riß gebildet. Elektronen werden in der Umgebung des Risses emittiert, wenn eine geeignete elektrische Spannung an die elektrisch leitende Dünnschicht 3004 im Anschluß an die Formierung angelegt wird.
Bekannte Beispiele für den Feldemissionstyp werden bei W. P. Dyke und W. W. Dolan: "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8.89 (1956) und bei C A. Spindt: "Physical Properties of Tin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenum Cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) beschrieben.
Ein typisches Beispiel des Aufbaus eines Bauteils vom Feldemissionstyp wird in 46 gezeigt, das eine Schnittdarstellung des Bauteils nach Spindt, et al. darstellt. Das Bauteil beinhaltet ein Substrat 3010, eine Emitterverdrahtung, die ein elektrisch leitendes Material enthält, einen Konus als Emitter 3012, eine Isolierschicht 3013 und eine Gate-Elektrode 3014. Das Bauteil wird veranlaßt, eine Feldemission von der Spitze des Konus des Emitters 3012 zu erzeugen, indem eine geeignete elektrische Spannung an den Konus des Emitters 3012 und an die Gate-Elektrode 3014 angelegt wird.
Bei einem anderen Beispiel des Aufbaus eines Bauteils vom Feldemissionstyp wird nicht die übereinander angeordnete Struktur verwendet, wie in 46 gezeigt. Genauer gesagt: Es werden der Emitter und die Gate-Elektrode auf dem Substrat im wesentlichen parallel zur Substratebene angeordnet.
Ein bekanntes Beispiel vom Metall/Isolator/Metall-Typ ist von C. A. Mead: "Operation of Tunnel Emission Devices", J. Appl. Physics, 32, 646 (1961) beschrieben. 47 zeigt eine Schnittdarstellung eines typischen Beispiels des Aufbaus des Bauteils vom Metall/Isolator/Metall-Typ. Das Bauteil beinhaltet ein Substrat 3020, eine untere Elektrode 3021, die aus eine Metall besteht, eine dünne Isolierschicht 3022 mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 10 nm und eine obere Elektrode 3023, die aus einem Metall besteht und eine Schichtdicke in der Größenordnung von 8 nm bis 30 nm hat. Das Bauteil wird veranlaßt, eine Emission von der Oberfläche der oberen Elektrode 3023 durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die obere Elektrode 3023 und an die untere Elektrode 3021 hervorzurufen.
Da das oben besprochene Kaltkathodenelement ermöglicht, ein Elektronenemissionselement bei einer niedrigeren Temperatur im Vergleich mit einem Glühkathodenelement zu erhalten, ist ein Heizgerät zur Wärmezufuhr nicht erforderlich. Entsprechend ist der Aufbau einfacher als der des Glühkathodenelements, und es wird möglich, kleinere Elemente herzustellen. Selbst wenn darüber hinaus eine größere Anzahl von Elementen auf einem Substrat mit hoher Dichte angeordnet werden, treten Probleme wie Durchbrennen nicht ohne weiteres auf. Hinzu kommt, daß sich das Kaltkathodenelement vom Glühkathodenelement darin unterscheidet, daß letzteres eine geringe Ansprechempfindlichkeit hat, da es aufgrund von Wärmeeinwirkung durch ein Heizgerät arbeitet. Als Folge ist der Vorteil des Kaltkathodenelements eine höhere Ansprechempfindlichkeit.
Aus diesen Gründen wird derzeit eine umfassende Forschung bei Anwendungen für Kaltkathodenelemente betrieben.
Als Beispiel unter verschiedenen Kaltkathodenelementen ist das oberflächenleitende Elektronenemissionselement besonders einfach im Aufbau und einfach herzustellen, und daher ist es dahingehend vorteilhaft, daß eine große Anzahl von Elementen über einen großen Bereich gebildet werden können. Entsprechend wurde die Forschung auf ein Verfahren gelenkt, eine große Anzahl von Elementen anzuordnen und anzusteuern, wie in der Japanischen Patentanmeldungsschrift No. 64-31332, die vom Anmelder eingereicht wurde, dargelegt.
Darüber hinaus sind Anwendungen von oberflächenleitenden Elektronenemissionselementen, die erforscht wurden, bilderzeugende Einrichtungen wie Bildanzeigeeinrichtungen und Bilderfassungseinrichtungen ebenso wie Ladungsstrahlungsquellen.
Was Anwendungen bezüglich Bildanzeigeeinrichtungen anlangt, wurde die Forschung im Hinblick auf solche Einrichtungen betrieben, die in Kombination Elektronenemissionselemente vom Oberflächenleitungstyp und Leuchtstoffe, die Licht in Erwiderung auf die Einstrahlung mit einem Elektronenstrahl emittieren, verwenden, wie beispielsweise bei der US-Patentschrift 5 066 833 und den offengelegten Japanischen Patentanmeldungen (KΟKAI) mit den Nummern 2-257551 und 4-28137, die vom Anmelder eingereicht wurden, dargelegt. Von den Bildanzeigeeinrichtungen, die die Kombination der Elektronenemissionselemente vom Οberflächenleitungstyp und von Leuchtstoffen verwenden, wird erwartet, daß sie bessere Kenndaten als die konventionellen Bildanzeigeeinrichtungen andere Typen haben. Beispielsweise im Vergleich zu einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, die in den vergangenen Jahren weit verbreitet war, emittiert die oben angeführte Bildanzeigeeinrichtung ihr eignes Licht, und daher ist keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich. Außerdem hat die Bildanzeigeeinrichtung einen größeren Beobachtungswinkel.
Ein Verfahren zur Ansteuerung einer Anzahl von Elementen vom Feldemissionstyp auf einer Zeile wird beispielsweise in der US-Patentschrift 4 904 895, die vom derzeitigen Anmelder eingereicht wurde, dargelegt. Ein Anzeigegerät vom Flachbildschirmtyp, von dem beispielsweise Meyer et al. berichtet haben, ist als Beispiel einer Anwendung eines Elements vom Feldemissionstyp bei einem Bildanzeigegerät bekannt (R. Meyer: "Recent Development on Microtips Display at LETI", Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf, Nagahara, Seiten 6 bis 9, (1991)].
Ein Beispiel, bei dem eine Anzahl von Elementen vom Metall/Isolator/Metall-Typ in einer Zeile angeordnet sind und als Bildanzeigeeinrichtung angewendet werden, wird in der Japanischen Patentanmeldungsschrift No. 3-55738, die vom derzeitigen Anmelder eingereicht wurde, offengelegt.
Die Erfinder haben mit Kaltkathodenelementen experimentiert, die aus verschiedene Materialien bestanden und mit verschiedenen Herstellungsverfahren hergestellt wurden sowie verschiedene Anordnungen hatten. Darüber hinaus haben die Erfinder Mehfachelektronenstrahlungsquellen, die aus einem Bereich einer Anzahl von Kaltkathodenelementen bestanden, und Bildanzeigeeinrichtungen, die diese Mehfachelektronenstrahlungsquellen verwenden, untersucht.
Bei einem Flachbildschirmanzeigegerät sind ein Elektronenemissionselement, ein Bilderzeugungsbauteil und verschiedene Elektroden innerhalb einer Vakuumhülle angeordnet. Die verschiedenen Elektroden sind Verdrahtungselektroden, um das Elektronenemissionselement mit elektrischer Spannung zu versorgen, eine Beschleunigungselektrode, um eine Hochspannung an das Bilderzeugungsbauteil anzulegen und Elektroden (eine Fokussierungselektrode, eine Modulationselektrode, eine Ablenkelektrode) zur Steuerung des Elektronenstrahls. Natürlich sind nicht sämtliche Elektroden notwendigerweise erforderlich, und es kann ausreichen, wenn nur eine der Elektroden zur Steuerung des Elektronenstrahls, falls erforderlich, vorgesehen wird.
Bei solch einem Flachbildschirmanzeigegerät kann mechanische Festigkeit, um dem Luftdruck zu widerstehen, nicht unbedingt durch eine Vakuumhülle allein erreicht werden. Daher ist es allgemein üblich, Abstandshalter innerhalb der Vakuumhülle vorzusehen. Jedoch weist ein Flachbildschirmanzeigegerät dieser Art die folgenden Probleme auf:
Speziell haben die Erfinder Fälle entdeckt, bei denen die lichtemittierende Stelle des Leuchtstoffs, der das Bilderzeugungsbauteil bildet (die von Elektronen beschossene Stelle) und die Form des emittierten Lichts von ihren Entwurfswerten abweichen.
Wird insbesondere ein Bilderzeugungsbauteil für ein Farbbild verwendet, gibt es Fälle, bei denen eine Abnahme der Helligkeit und das Auftreten der Farbverschiebung in Verbindung mit einer Verschiebung bei der lichtemittierenden Stelle auftritt. Es wurde bestätigt, daß diese Phänomen in der Umgebung der Abstandshalter, die zwischen der Elektronenquelle und dem Bilderzeugungsbauteil angeordnet sind, auftritt.
Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, daß die hauptsächliche Ursache des oben beschriebenen Phänomens die von der Elektronenquelle emittierten Elektronen sind.
Bei dem oben beschriebenen Bilderzeugungsgerät beschießen die von der Elektronenquelle emittierten Elektronen die Leuchtstoffe, die das Bilderzeugungsbauteil bilden ebenso wie Gase, die im Vakuum verblieben sind, obgleich die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses niedrig ist. Es wurde herausgefunden, daß einige gestreuten Teilchen (Ionen, Sekundärelektronen, neutrale Teilchen), die mit zum Zeitpunkt des Beschusses einer gewissen Wahrscheinlichkeit erzeugt wurden, auf den belichteten Teil der Abstandshalter innerhalb des Bilderzeugungsgeräts auftreffen, wobei der belichtete Teil aufgeladen wird. Aufgrund der elektrischen Ladung ändert sich das elektrische Feld in der Umgebung des belichteten Teils, wobei eine Verschiebung der Elektronenstrecke hervorrufen wird. Es wird angenommen, daß dies die Ursache einer Änderung an der lichtemittierenden Stelle der Leuchtstoffe und eine Änderung bei der Form der Lichtemission ist.
Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, daß sich vorwiegend eine positive Ladung an der belichteten Stelle ansammelt, was auf der Änderung an der lichtemittierenden Stelle und der Änderung in der Form der Lichtemission beruht. Als Ursache wird angenommen, daß entweder Aufladung aufgrund der Ansammlung positiver Ionen, die in den gestreuten Teilchen enthalten sind, oder das Auftreten der positiven Aufladung aufgrund der Emission von Sekundärelektronen verantwortlich ist, die erzeugt wurden, als die gestreuten Teilchen die oben erwähnten belichteten Stelle beschießen.
Zur Lösung dieser Probleme ist ein Verfahren der Vorbeugung der elektrischen Aufladung durch Überdeckung der Οberfläche der Abstandshalter mit einer Widerstandsschicht bekannt ( EP 0 690 472 A beschreibt eine Halbleiterschicht für diesen Zweck). Nach diesem Verfahren wird die Möglichkeit, der elektrischen Aufladung vorzubeugen, verbessert, je kleiner der elektrische Widerstand der Widerstandsschicht gemacht wird. Wird der elektrische Widerstand jedoch klein gemacht, erhöht sich der elektrische Strom im stationären Zustand, was zu einem Anstieg des Leistungsbedarfs führt.
Bei einem Fall, bei dem die Oberfläche der Abstandshalter nicht mit der Widerstandsschicht überdeckt werden kann, entwickelt der durch die Widerstandsschicht fließende elektrische Strom eine nichtgleichförmige Verteilung, als Ergebnis einer unerwünschten elektrischen Potentialverteilung auf der Abstandshalteroberfläche. Tritt dieses Problem auf, wird die Wegstrecke des Elektronenstrahls beeinflußt. Als Folge tritt eine Verschiebung der lichtemittierenden Stelle auf; obgleich die Verschiebung nicht so schwerwiegend ist, wie die verursachte Verschiebung, wenn die Abstandshalter nicht mit der Widerstandsschicht überdeckt wird.
Entsprechend wurde von einem Gerät berichtet, bei dem die Abstandshalteroberfläche mit einer Widerstandsschicht überdeckt wird, und ein Teil der Abstandshalteroberfläche wird bei einem Versuch mit einer Elektrode versehen, um das Problem des Leistungsbedarfs und die Abweichung der lichtemittierenden Stelle zu lösen. Speziell beschreibt die US-Patentanmeldung 5,532,548 eine Anordnung, bei der Elektroden parallel zu einer Frontplatte und einer Rückwand auf einem Teil der Abstandshalteroberfläche gebildet werden, und eine bestimmte Potentialverteilung wird erhalten, indem die an den Elektroden anliegende Spannung gesteuert wird. Die 40, 41 und 42 zeigt Darstellungen, die in der dem Stand der Technik entsprechenden US-Patentanmeldung 5 532 548 beschrieben sind. Eine Flachbildanzeige 5010 besteht aus einer Frontplatte 5012, einer Rückwand 5014 und einer Seitenwand 5016. Die Bauteile bilden eine hermetisch abgeschlossene Hülle. Das Innere dieser Hülle 5018 hat einen lichtemittierenden Bereich der Länge L1, der durch Beschichtung der innern Seite der Frontplatte 5012 mit Leuchtstoff erhalten wurde. Ein oder mehrere Abstandshalter 5020 stützen die Frontplatte, die sich gegenüber der Rückplatte 5014 befindet. Jeder Abstandshalter 5020 hat eine Länge L, und an jedem Abstandshalter 5020 gebildete Elektroden 5028 haben eine Länge L2. Werden die Abstandshalter 5020 durch einen Isolator gebildet, wird die Seitenwand des Abstandshalters mit einer Schicht 5026 eines Widerstands versehen oder sie wird oberflächendotiert.
Nach der US-Patentanmeldung 5 532 548 werden Elektroden mit einer Länge (L2), die etwas größer als die Länge L1 des lichtemittierenden Bereichs sind, auf den Abstandshaltern (der Länge L) gebildet, die länger sind als der lichtemittierende Bereich (der Länge L1), der das Bild erzeugt. Es sei angemerkt, daß eine Beschreibung ähnlich der von USP 5 532 548 auch in USP 4 614 781 vorgenommen wurde.
Ein Problem mit dieser Vorrichtung ist, daß die auf der Abstandshalteroberfläche gebildeten Elektroden 5028 dazu tendieren, eine Funkenentladung zu erzeugen. Wird eine Funkenentladung erzeugt, kann bei den Leuchtstoffen und bei den Elektronenemissionselementen ein irreversibler Schaden entstehen. Entsprechend muß bei einer Vorrichtung dieser Art die auf Leuchtstoffe eingeprägte Spannung in der Weise unterdrückt werden, daß keine Funkenentladung auftritt. Ein praktisches Problem tritt auf, daß ein angezeigtes Bild mit hoher Helligkeit nicht erhalten werden kann.
Als ein Ergebnis der Fortführung ihrer Forschung haben die Erfinder herausgefunden, daß die Stellen, an den Funkenentladung auftritt, die Punkte sind, die in 43 durch die Pfeile Bd aufgezeigt sind. Genauer gesagt: Diese Stellen befinden sich an den Grenzen zwischen der Elektrode 5028 und dem Abstandshalter, und sie befinden sich an den Ecken der Elektrode 5028.
Darüber hinaus haben die Erfinder Abstandshalter untersucht, bei denen die Länge L der Abstandshalter gleich der Länge L2 der Elektroden ist, wie in 44 gezeigt. Diese Untersuchung erreichte jedoch nicht, das Problem der Funkenentladung zu lösen. Mit anderen Worten, es stellte sich heraus, daß Funkenentladung an den von den Pfeilen Bd aufgezeigten Punkten auftritt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bilderzeugungsgerät mit einem Elektronenemissionselement, mit einem Bilderzeugungsbauteil und mit einem Abstandshalter, der in einer Vakuumhülle angeordnet ist, bereitzustellen, wobei es möglich ist, eine Verringerung bei der Bildverschlechterung zu erreichen, speziell in der Umgebung der Abstandshalter, wie sie bei der Abweichung der Elektronenstrahleinstrahlungsstelle gegenüber dem Bilderzeugungsbauteil verursacht wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die vorstehende Aufgabe gelöst durch Bereitgestellen eines Bilderzeugungsgerätes mit einer Vakuumhülle und einem Elektronenemissionselement, eines Bilderzeugungsbauteils und einem in der Vakuumhülle angeordneten Abstandshalter, wobei der Abstandshalter zwischen Elektroden angeordnet ist, an welche gegenseitig verschiedene Spannungen in dem Vakuumgefäß angelegt sind, wobei der Abstandshalter eine Halbleitfähigkeit an seiner dem Vakuum zugewandten Oberfläche und ein leitendes Bauteil aufweist, welches so angeordnet ist, daß es die Oberfläche umgibt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung verdeutlicht, in der gleiche Bezugzeichen gleiche oder ähnliche Teile bei den Figuren bedeuten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt perspektivisch, teilweise schnittbildlich dargestellt, ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungsgeräts nach der ersten Erfindung;
2 zeigt einen Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Bilderzeugungsgeräts nach der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung eines Abstandshalters beim Bilderzeugungsgerät von 1;
4 zeigt perspektivisch einen Abstandshalter nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt perspektivisch einen plattenförmigen Abstandshalter nach der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt perspektivisch einen zylindrischen Abstandshalter nach der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung eines schleifenförmigen Leiters eines Abstandshalters nach der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung eines schleifenförmigen Abstandshalters nach der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Geräts, das ein Beispiel eines Abstandshalters und Elektronen auf jeder Seite des Abstandshalters wiedergibt;
10 zeigt eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Geräts, das ein Beispiel eines Abstandshalters und Elektronen auf jeder Seite des Abstandshalters wiedergibt;
11 zeigt eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Geräts, das ein Beispiel eines Abstandshalters und Elektronen auf jeder Seite des Abstandshalters wiedergibt;
12a und 12b zeigen einen Querschnitt, der einen Leuchtstoffbereich an der Frontplatte eines Anzeigefeldes verdeutlicht;
13 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Umstände, bei denen Elektronen und gestreute Teilchen bei dem in 1 dargestellten Bilderzeugungsgerät erzeugt werden;
14 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Umstände, bei denen Elektronen und gestreute Teilchen bei dem in 1 dargestellten Bilderzeugungsgerät erzeugt werden;
15 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung eines Abstandshalters bei dem Bilderzeugungsgerät von 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt perspektivisch eine Abstandshalter nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
17 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung eines Abstandshalters bei dem Bilderzeugungsgerät von 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
18 zeigt perspektivisch eine Abstandshalter nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19 zeigt perspektivisch, teilweise schnittbildlich dargestellt, ein viertes Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungsgeräts nach der vorliegenden Erfindung;
20 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung eines Abstandshalters bei dem Bilderzeugungsgerät von 19;
21 zeigt perspektivisch einen zylindrischen Abstandshalter nach dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
22 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Geräts, bei dem eine elektrisch leitende Zwischenschicht zwischen einem Abstandshalter und einer Elektrode bereitgestellt wird;
23 zeigt perspektivisch einen plattenförmigen Abstandshalter nach der Erfindung, der mit einer elektrisch leitenden Schicht an der Verbindung zu einer Elektrode versehen ist;
24 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Geräts, bei dem eine elektrisch leitende Zwischenschicht zwischen einem Abstandshalter und einer Elektrode bereitgestellt wird;
25 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Geräts, bei dem eine elektrisch leitende Zwischenschicht zwischen einem Abstandshalter und einer Elektrode bereitgestellt wird;
26 zeigt perspektivisch einen zylindrischen Abstandshalter nach der Erfindung, die mit einer elektrisch leitenden Schicht an der Verbindung zu einer Elektrode versehen ist;
27 zeigt einen Querschnitt einer (Zickzack-) Anordnung eines Abstandshalters nach der vorliegenden Erfindung;
28 zeigt einen Querschnitt einer (Parallel-) Anordnung eines Abstandshalters nach der vorliegenden Erfindung;
29 zeigt in einem Blockdiagramm ein Beispiel eins Mehrfunktionsbildanzeigegeräts, das ein Bildanzeigegerät nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
30 zeigt perspektivisch ein (teilweise schnittbildliches) Anzeigefeld eines Bildanzeigegeräts nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
31A zeigt einen Querschnitt eines bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Flachbildschirmtyp, und 31B zeigt in einer Schnittdarstellung die Schnittanordnung des Elements;
32A bis 32E zeigen Schnittdarstellungen eines Herstellungsverfahrens eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Flachbildschirmtyp;
33 zeigt ein Diagramm einer angelegten Spannungswellenform für eine Formierungsbehandlung;
34A zeigt ein Diagramm einer angelegten Spannungswellenform für eine Aktivierungsbehandlung und 34B zeigt ein Diagramm einer Änderung des Emissionsstroms während der Zeit der Aktivierungsbehandlung;
35 zeigt eine Schnittdarstellung eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Stufentyp bei diesem Ausführungsbeispiel;
Die 36A bis 36F zeigen Schnittdarstellung eines Herstellungsverfahrens eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Stufentyp;
37 zeigt in einem Graph eine typische Kennlinie eines bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten oberflächenleitenden Elektronenemissionselements;
38 zeigt einen Querschnitt des Substrats einer bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Mehrfachelektronenstrahlquelle;
39 zeigt eine Teilschnittdarstellung eines Substrats einer bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Mehrfachelektronenstrahlquelle;
40 zeigt perspektivisch ein (teilweise schnittbildliche) Bildanzeigegerät nach dem bekannten Stand der Technik;
41 zeigt eine Schnittdarstellung eines Abstandshalters nach dem bekannten Stand der Technik;
42 zeigt eine Schnittdarstellung eines Bildanzeigegeräts nach dem bekannten Stand der Technik;
43 zeigt perspektivisch eines Abstandshalter nach dem bekannten Stand der Technik;
44 zeigt perspektivisch einen Abstandshalter nach dem bekannten Stand der Technik;
45 zeigt ein Diagramm eines Beispiels eines in der Technik bekannten oberflächenleitenden Elektronenemissionselements;
46 zeigt ein Diagramm eines in der Technik bekannten Elements vom Feldelektronentyp; und
47 zeigt ein Diagramm eines Beispiels einer in der Technik bekannten Elements vom Metall-Isolator-Metall-Typ.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Diese Erfindung wird nun unter Berücksichtigung bevorzugter Ausführungsbeispiele als Beispiel beschrieben.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderzeugungsgerät bereitgestellt, das intern eine Vakuumhülle enthält, die mit mindestens einem Elektronenemissionselement, einem Bilderzeugungsbauteil und einem Abstandshalter zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit der Vakuumhülle versehen ist. Der Abstandshalter wird zwischen zwei Elektroden angeordnet, an die unterschiedliche elektrische Potentiale angelegt werden, mindestens ein Teil der Abstandshalteroberfläche, die dem Vakuum ausgesetzt ist, ist mit Halbleiterleitfähigkeit ausgestattet, und die mit der Halbleiterleitfähigkeit ausgestattete Fläche wird mit einem Bauteil, das ein elektrisch leitendes Material enthält, das so angeordnet ist, daß es die Außenseite des Abstandshalter umgibt.
Wie beispielsweise in den 5 und 6 gezeigt, stützt ein zwischen der Elektrode 108 und der Elektrode 109 mit unterschiedlichen Potentialen angebrachter Abstandshalter. Ein dem Vakuum ausgesetztes Teil 102 wird mit einer Halbleiterleitfähigkeit ausgestattet, und der Abstandshalter ist mit einem schleifenförmigen Leiter 103 ausgestattet. Die Elektrode 108, der Abstandshalter 100 und die Elektrode 109 werden zur besseren Veranschaulichung räumlich getrennt dargestellt, obgleich sich in Wirklichkeit das Unter- und das Oberteil des Abstandshalters mit der Elektrode 108 bzw. mit der Elektrode 109 im Kontakt befinden. Der Teil der dem Vakuum ausgesetzten Abstandshalteroberfläche ist die seitliche Oberfläche (das heißt, die Abstandshalteroberfläche, die nicht parallel zur XY-Ebene verläuft). Dies bedeutet, daß mindestens eine Seitenoberfläche des Abstandshalters 100 halbleitend gemacht ist, und daß der Abstandshalter mit einem schleifenförmigen Leiter versehen ist, der ihn entlang seine Seitenoberfläche umgibt.
Da der schleifenförmige Leiter vorgesehen ist, wird die gesamte Oberfläche verwendet, die mit Halbleiterleitfähigkeit versehen ist, so daß die elektrische Ladung wirksam abgeleitet werden kann. Da der Leiter schleifenförmig ist, gibt es keine Ecken an den Endteilen, und die örtliche Konzentration eines elektrischen Feldes kann daran gehindert werden, aufzutreten.
Folglich kann der Aufladung des Abstandshalters vorgebeugt und entsprechend das Auftreten von Funkenentladung verhindert werden.
Darüber hinaus wird das oben beschriebene Bauteil an einer Stelle angebracht, die den Abstand zwischen den beiden Elektroden, die durch den Abstandshalter gestützt werden, in einem festen Verhältnis unterteilen.
Wie beispielsweise in den 7 und 8 gezeigt, betragen die Abstände von der Elektrode 108 zum schleifenförmigen Leiter 103, bezogen auf die Senkrechte, zur oberen Oberfläche der Elektrode 108 h2, h4, h6, h8, h10 und h12. Die Abstände vom schleifenförmigen Leiter 103 zur Elektrode 109, bezogen auf die Senkrechte, betragen h1, h3, h5, h7, h9 und h11. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Stellung des schleifenförmigen Leiters 103 derart eingestellt, daß für das Verhältnis gilt: h1/h2 = h3/h4 = h5/h6 und h7/h8 = h9/h10 = h11/h12. Als Ergebnis ist es möglich, einer unregelmäßigen Potentialverteilung auf der Abstandshalteroberfläche vorzubeugen, wodurch die Wegstrecke des Elektronenstrahls nicht nachteilig beeinflußt wird.
Die Abmessungen des Abstandshalters sind kleiner ausgeführt als beim Bilderzeugungsbauteil. Wird das Innere der Vakuumhülle evakuiert, kann daher eine sehr gute Evakuierungsleitwert erhalten werden, und die erforderliche Zeit, um ein Vakuum zu erreichen, kann verkürzt werden. Dies ermöglicht, die Herstellungskosten des Bilderzeugungsgeräts zu reduzieren.
Eine Vielzahl von Abstandshaltern, die kleiner ausgeführt sind als die Bilderzeugungsfläche, werden mit parallelen oder zickzackförmigen Abständen ausgeführt. Wird das Innere der Vakuumhülle evakuiert, kann daher eine sehr guter Evakuierungsleitwert erhalten werden, und die erforderliche Zeit, um ein Vakuum zu erreichen, kann verkürzt werden. Dies ermöglicht, die Herstellungskosten des Bilderzeugungsgeräts zu reduzieren.
Von den beiden Elektroden, die den Abstandshalter einschließen, kann eine Elektrode elektrisch mit dem Bilderzeugungsbauteil und die andere Elektrode elektrisch mit dem Elektronenemissionselement verbunden sein.
Beispielsweise bei dem in 9 gezeigten Gerät ist die Elektrode 109 ein lichtdurchlässige Elektrode, die an einer Frontplatte oder an einer rückseitigen Metallelektrode gebildet wird.
Die Elektrode 108 ist eine gemeinsame Verdrahtungselektrode, um ein Steuersignal an eine Vielzahl von Elektronenemissionselementen oder eine Verbindungselektrode zur Verbindung einer gemeinsamen Verdrahtungselektrode und jedem Elektronenemissionselement anzulegen. Eine typische gemeinsame Verdrahtungselektrode ist eine Verdrahtungselektrode in Zeilenrichtung oder eine Verdrahtungselektrode in Spaltenrichtung, die eine Matrix bildet. Die Verbindungselektrode kann von an sich in einem Elektronenemissionselement integriert sein.
Alternativ kann von den beiden Elektroden, die den Abstandshalter einschließen, eine Elektrode elektrisch mit dem Bilderzeugungsbauteil und die andere Elektrode elektrisch mit einer Elektronenstrahlsteuerelektrode verbunden sein.
Beispielsweise bei dem in 10 gezeigten Gerät ist die von einem Abstandshalter 200 gestützte Elektrode 109 eine lichtdurchlässige Elektrode, die auf der Frontplatte oder auf einer rückseitigen Metallelektrode gebildet wird. Eine Elektrode 201, die durch den Abstandshalter 200 gestützt wird, ist eine Elektronenstrahlsteuerelektrode. Die Elektrode 201 kann sein: eine Fokussierungselektrode, eine Modulationselektrode, eine Ablenkelektrode, eine Potentialabschirmelektrode oder eine Ionenabschirmelektrode. Es gibt auch Fälle, bei denen die Elektronenstrahlsteuerelektrode 201 mit einem Fenster versehen ist, durch das der Elektronenstrahl hindurchtreten kann.
Alternativ kann von den beiden Elektroden, die den Abstandshalter einschließen, eine Elektrode eine Elektronenstrahlsteuerelektrode und die andere eine weitere Elektronenstrahlsteuerelektrode sein.
Beispielsweise sind bei dem in 11 gezeigten Gerät die Elektroden 202 und 203, die durch einen Abstandshalter 400 gestützt werden, Elektronenstrahlsteuerelektroden. Die Elektroden 202 und 203 können sein: eine Fokussierungselektrode, eine Modulationselektrode, eine Ablenkelektrode, eine Potentialabschirmelektrode oder eine Ionenabschirmelektrode. Es gibt auch Fälle, bei denen die Elektronenstrahlsteuerelektroden mit einem Fenster versehen sind, durch das der Elektronenstrahl hindurchtreten kann.
Alternativ kann von den beiden Elektroden, die den Abstandshalter einschließen, eine Elektrode eine Elektronenstrahlsteuerelektrode und die andere eine Elektrode, die elektrisch mit einem Elektronenemissionselement verbunden ist, sein.
Beispielsweise bei dem in 10 gezeigten Gerät ist die Elektrode 20, die durch einen Abstandshalter 300 gestützt wird, eine Elektronenstrahlsteuerelektrode. Die Elektrode 201 kann sein: eine Fokussierungselektrode, eine Modulationselektrode, eine Ablenkelektrode, eine Potentialabschirmelektrode oder eine Ionenabschirmelektrode. Es gibt auch Fälle, bei denen die Elektronenstrahlsteuerelektroden mit einem Fenster versehen sind, durch das der Elektronenstrahl hindurchtreten kann.
Die Elektrode 108 ist eine gemeinsame Verdrahtungselektrode, um ein Steuersignal an eine Vielzahl von Elektronenemissionselementen oder eine Verbindungselektrode zur Verbindung einer gemeinsamen Verdrahtungselektrode mit jedem Elektronenemissionselement anzulegen. Eine typische gemeinsame Verdrahtungselektrode ist eine Verdrahtungselektrode in Zeilenrichtung oder eine Verdrahtungselektrode in Spaltenrichtung, die eine Matrix bildet. Die Verbindungselektrode kann an sich in einem Elektronenemissionselement integriert sein.
Ein Abschnitt kann vorgesehen sein, an der dem Abstandshalter und eine Elektrode mit einer Zwischenschicht, die eine elektrischen Leiter enthält, bereitstehen. Dies macht es möglich, eine sehr gute elektrische Verbindung zwischen dem halbleitenden Bereich des Abstandshalters und der Elektrode zu erreichen.
Lagen einer Halbleiterschicht und einem elektrischen Leiter können auf dem Abstandshaltermaterial in der angeführten Reihenfolge aufgebaut sein, oder sie können in umgekehrter Reihenfolge auf dem Abstandshaltermaterial aus einem elektrischen Leiter und einer halbleitenden Schicht aufgebaut werden.
Alternativ können Lagen eines Isolationsgliedes und eines leitenden Bauteils auf der seitliche Oberfläche der sich ergebenden Schichtung gebildet werden.
Ein Bilderzeugungsgerät nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt im wesentlichen eine Vakuumhülle von dünnen Typ, Mehrfachelektronenquellen, die durch Anordnen eine Anzahl von Elektronenquellen wie beispielsweise Kaltkathodenelemente auf einem Substrat erhalten werden, und ein Bilderzeugungsbauteil zur Bildung eines Bildes durch Einstrahlung von Elektronen, die Mehrfachelektronenquellen und das Bilderzeugungsbauteil werden so angeordnet, daß sie in der Vakuumhülle einander gegenüberstehen. Da Kaltkathodenelemente genau positioniert werden können und auf einem Substrat gebildet werden können, wenn von einer Herstellungstechnik wie photolithographischem Ätzen Gebrauch gemacht wird, wird ermöglicht, eine große Anzahl von diesen Elementen mit sehr engem Abstand anzuordnen. Da darüber hinaus die Kaltkathoden selbst ebenso wie ihre peripheren Geräte bei relativ geringen Temperaturen im Vergleich zu Glühkathoden der Art, wie sie üblicherweise bei einer Kathodenstrahlröhre verwendet werden, angesteuert werden können, lassen sich Mehrfachelektronenquellen, die mit einem engeren Abstand angeordnet sind, einfach realisieren.
Aus diesen Gründen handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein Bilderzeugungsgerät, das bevorzugt die oben angesprochenen Kaltkathodenelemente als die Mehrfachelektronenquellen verwendet. Kaltkathodenelemente, die speziell bevorzugt werden, sind oberflächenleitende Elektronenemissionselemente. Genauer gesagt: Unter den Kaltkathodenelementen vom Metall-Isolator-Metall-Typ erfordern, daß die Dicke der isolierenden Schicht oder die obere Elektrode relativ präzise gesteuert werden, und diejenigen vom Feldemissionstyp erfordern, daß die Form der Spitze des nadelförmige Emissionsteils in präziser Weise gesteuert wird. Als Folge sind diese Elemente vergleichsweise kostenintensiv in der Herstellung, und es gibt hier Fälle, bei denen es schwierig ist, Elemente mit einer großen Fläche aufgrund von Grenzen herzustellen, die durch den Herstellungsvorgang auferlegt werden. Ein oberflächenleitendes Elektronenemissionselement hingegen ist einfach im Aufbau, einfach herzustellen, und es läßt sich ohne weiteres großflächig herstellen. Oberflächenleitende Elektronenemissionselemente sind speziell erwünschte Kaltkathodenelemente aus der Sicht der neuerlichen Forderung nach preiswerten, großflächigen Bildanzeigegeräten.
Das Bilderzeugungsgerät zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung kann ein Gerät mit Abstandshaltern, deren Länge größer als die des bilderzeugenden Bereichs ist, oder ein Gerät mit Abstandshaltern, deren Länge kleiner als die des bilderzeugenden Bereichs ist. Durch Bereitstellung des umgebenden elektrischen Leiters kann das Auftreten von Funkenentladung in größerem Maße vorgebeugt werden, als mit dem Gerät mit Abstandshaltern der Art, wie in 43 oder in 44 gezeigt. Da entsprechend eine elektrische Spannung von beispielsweise 20% höher als bisher angelegt werden kann, kann die Helligkeit des angezeigten Bildes erhöht werden.
Was jedoch gefordert wird, ist ein Bilderzeugungsgerät, bei dem die Abstandshalter eine kleinere Länge haben, als die des bilderzeugenden Bereichs, besonders Abstandshalter mit einer Größe, die in dem bilderzeugenden Bereich angepaßt werden soll, werden in einem geeigneten Abstand angebracht. Der Grund hierfür ist der: Da ein Abstandshalter mit kleinerer Größe eine kleineren Oberflächenbereich hat, werden die halbleitende Behandlung und die Bildung des umgebenden elektrischen Leiters vereinfacht. Da darüber hinaus ein Flußdurchgang für Luft bei dem Vorgang zum Evakuieren des Inneren des Bilderzeugungsgeräts erhalten werden kann, hat dies die Wirkung, den Evakuierungsleitwert zu erhöhen. Dies ermöglicht, die erforderliche Zeit zur Evakuierung zu verkürzen, und die Herstellungskosten herabzusetzen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt perspektivisch ein Bilderzeugungsgerät nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Teil des Anzeigefeldes ist schnittbildlich dargestellt, um den internen Aufbau des Geräts zu zeigen. 2 zeigt einen Querschnitt der Bilderzeugungsgeräts aus Sicht der Seite einer Frontplatte.
Wie in 1 gezeigt, enthält das Gerät ein aus Glas hergestelltes Substrat 1001 und Kaltkathodenelemente 1002 wie beispielsweise oberflächenleitende Elektronenemissionselemente. Drähte in Zeilenrichtung (Dx1–DxM) 1003 verbinden eine der Elementelektroden mit den entsprechenden Kaltkathodenelemente 1002, und Drähte in Spaltenrichtung (Dy1–DyN) 1004 verbinden die anderen Elementelektroden mit den entsprechenden Kaltkathodenelementen 1002. Das Gerät enthält darüber hinaus ein aus Glas bestehende Rückwand 1005, eine aus Glas bestehende Seitenwand 1006 und ein aus Glas bestehende Frontplatte 1007. Die Rückwand 1005, die Seitenwand 1006 und die Frontplatte 1007 werden mit einer Glasmasse verbunden, und sie bilden eine hermetisch abgeschlossene Hülle, um ein Vakuum innerhalb des Anzeigefeldes aufrechtzuerhalten. Ein Vakuum in der Größenordnung von 10^–7 Torr (1,3·10^–7 mbar) wird innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle aufrechterhalten.
Das Substrat 1001 ist auf der Rückwand 1005 befestigt, und N × M der Kaltkathodenelemente 1002 werden auf dem Substrat gebildet. (N, M sind positive ganze Zahlen größer gleich 1, wobei mindestens eine der ganzen Zahlen 2 oder größer sind. Die ganzen Zahlen N und M werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit der Anzahl der beabsichtigten Bildpunkte gewählt.) Die M × N-Kaltkathodenelemente sind matrixförmig durch M Drähte in Zeilenrichtung 1003 und N Drähte in Spaltenrichtung 1004 angeordnet. Der Teil, der durch die Bauteile 1001 bis 1004 gebildet werden, werden auch als "Mehrfachelektronenstrahlquelle" bezeichnet.
Das Herstellungsverfahren der Mehrfachelektronenstrahlquelle und der zugehörige Aufbau werden später genauer beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung derart, daß das Substrat 1001 der Mehrfachelektronenstrahlquelle auf der Rückwand 1005 der hermetisch abgeschlossenen Hülle befestigt ist. Ist jedoch die Festigkeit des Substrat 1001 der Mehrfachelektronenstrahlquelle ausreichend, kann das Substrat 1001 selbst als Rückwand der hermetisch abgeschlossenen Hülle dienen.
Eine Leuchtstoffschicht 1008 wird auf der Unterseite der Frontplatte 1007 gebildet. Eine metallische Rückwand 1009, die von der Kathodenstrahlröhrentechnik bekannt ist, wird bereitgestellt. Im Fall, bei dem ein Leuchtstoffmaterial für niedrige elektrische Spannungen als Leuchtstoffschicht 1008 verwendet wird, ist die metallische Rückwand 1009 überflüssig. In solch einem Fall wird ein lichtdurchlässige Elektrode (hier nicht gezeigt) auf der Unterseite der Frontplatte 1007 gebildet.
Da sich dieses Ausführungsbeispiel auf ein Farbbildgerät bezieht, werden Teile der Leuchtstoffschicht 1008 mit Leuchtstoffen der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau überzogen, wie diese in der Kathodenstrahlröhrentechnik verwendet werden. Der Leuchtstoff jeder Farbe wird in Form von Streifen und einem schwarzen Leiter 1010 aufgebracht 12A, 12B, gebildet zwischen den Leuchtstoffstreifen.
Die Abstandshalter 1500 werden innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle angebracht, und sie dienen als Struktur, um Widerstand gegen den Luftdruck zu bilden. Die Abstandshalter 1500 innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle sind in einer Anzahl und in einem Abstand bereitgestellt, wie es für dieses Objekt erforderlich ist. Jeder Abstandshalter 1500 wird von einem Bauteil der unten beschriebenen Art gebildet.
Wie in 2 gezeigt, werden die Abmessungen (LSX, LSY) jedes Abstandshalters kleiner ausgeführt als die Abmessungen (LPX, LPY) des Bilderzeugungsbauteils, und die Abstandshalter sind derart angeordnet, daß sie einen vorgeschriebenen Abstand (DSX, DSY) haben. Die Werte von DSX und DSY sind so ausgelegt, daß sie ausreichend Festigkeit gegenüber Luftdruck gewährleisten, und daß sie die Leitfähigkeit beim Evakuierungsvorgang erhöhen.
In 2 ist mit 1111 eine Absaugöffnung bedeutet, die verwendet wird, wenn das Innere des Anzeigefeldes evakuiert wird.
3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung des Abstandshalters 1500 des in 1 gezeigten Bilderzeugungsgeräts.
Der Abstandshalter 1500 verfügt über einen Isolationsträger 1501, der aus einem Material besteht, das ausreichend Isolation ausweist, gegenüber Hochspannung beständig zu sein, die entlang des Drahtes in Spaltenrichtung 1004 und der metallischen Rückwand 1009 eingeprägt wird. Beispiele für Materialien für den Isolationsträger 1501 sind Quarzglas, Glas mit verringertem Verunreinigungsgehalt (beispielsweise Natrium), Kronglas oder ein keramisches Material, das aus Aluminiumoxid besteht.
Bauteile in den 3 und 4, die gleiche Bezugszeichen wie in 1 haben, werden nicht erneut beschrieben.
Eine halbleitende Dünnschicht 1502 wird beispielsweise durch Bildung eines Halbleiters aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem eine geringe Menge Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die halbleitende Dünnschicht 1502 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Die halbleitende Schicht 1502 wird elektrisch mit dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 verbunden, und sie ist elektrisch mit dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 verbunden.
Ein elektrisch leitendes Bauteil 1503, das eine elektrisch leitende Dünnschicht darstellt, wird durch Bildung einer metallischen Dünnschicht aus Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber oder Gold, einem Halbleiter aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die leitende Dünnschicht 1503 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Das elektrisch leitende Bauteil 1503 wird vor der Bildung der halbleitenden Schicht 1502 auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 gebildet.
Eins der elektrisch leitenden Bauteile 1503 oder mehrere der elektrisch leitenden Bauteile 1503 werden gebildet, und jedes wird in einer nahezu senkrechten Richtung zur Richtung eines elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 gebildet. Darüber hinaus wird das elektrisch leitende Bauteil 1503 so gebildet, daß es eine Breite hat, die kleiner als der Abstand zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 ist. Die halbleitende Dünnschicht 1502 und das elektrisch leitende Bauteil 1503 sind elektrisch miteinander verbunden.
Für das eigentliche Bilderzeugungsgerät wurde folgender Aufbau angenommen:
Die Abstandshalter 1500 wurden mit beispielsweise jeweils eine Höhe von 5 mm, eine Schichtdicke von 200 μm und eine Länge von 20 mm in gleichen Intervallen an den Drähten in Spaltenrichtung 1004 im wesentlichen in Richtung parallel zu den Drähten in Spaltenrichtung 1004 angeschlossen. Die Verbindungen zwischen der Rückwand 1005, der Frontplatte 1007 und der Seitenwand 1006 sowie die Verbindungen zwischen der Rückwand 1005, der Frontplatte 1007 und den Abstandshaltern 1500 wurden mit einer Glasmasse (hier nicht gezeigt) überzogen, und die Verbindungen wurden versiegelt, indem ein Brennvorgang unter Luftdruck bei Temperaturen von 400°C und 500°C über 10 min oder mehr durchgeführt wurde. Die Abstandshalter 1500 wurden an der Verwendungsstelle kontaktiert, indem sie auf den Drähten in Spaltenrichtung 1004 (beispielsweise mit einer Breite von 300 μm) auf der Seite der Rückwand 1005 und auf dem schwarzen Leiter 1010 (beispielsweise mit einer Breite von 300 μm) auf der Seite der Frontplatte 1007 mit Hilfe einer Glasmasse (hier nicht gezeigt), der ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise Metall, beigemischt war, angeordnet, und danach wurde ein Brennvorgang unter Luftdruck bei einer Temperatur von 400°C und 500°C über 10 min oder mehr durchgeführt. Das Versiegeln und die elektrische Verbindung wurden ebenfalls mit diesem Verfahren durchgeführt.
Um die Abstandshalter 1500 zu erhalten, wurde eine Zinnoxidschicht mit einer Schichtdicke von 100 nm gebildet, da die halbleitende Dünnschicht 1502 auf dem Isolationsträger 1501 aus einem gereinigten Kronglas besteht. Die Schicht wurde in einer Argon-Sauerstoff-Atmosphäre durch ein Ionen- Beschichtungsverfahren unter Verwendung eines Ionenstrahls gebildet. Der Wert des Flächenwiderstands der halbleitende Dünnschicht 1502 betrug etwa 10⁹ Ω/☐ (Ohm pro Quadrat). Vor Bilden der halbleitenden Dünnschicht 1502 wurden die vier Zeilen des elektrisch leitenden Bauteils 1503 durch Aufdampfen, beispielsweise Gold mit einer Schichtdicke von 25 nm und einer Breite von 100 μm geformt, um den Abstandshalter 1500 einmal zu umschließen, wie in 4 gezeigt. Falls erforderlich, wurde Ätzen durchgeführt, um die erwünschte Form zu erhalten.
Wie in 12A gezeigt, verwendet die Leuchtstoffschicht 1008, die als Bilderzeugungsbauteil dient, Streifenformen, bei denen sich die Leuchtstoffe jeder der Farben in Y-Richtung ausdehnen. Der schwarzen Leiter 1010 wurde nicht nur geformt, um die Leuchtstoffe jeder Farbe zu trennen, sondern auch, um die Bildpunkte in der Y-Richtung voneinander zu trennen, und um die Installation der Abstandshalter 1500 zu ermöglichen. Die Leuchtstoffschicht 1008 wurde hergestellt, indem zuerst der schwarze Leiter 1010 gebildet wurde, und um anschließend die Leuchtstoffe jeder der Farben in den Zwischenräumen zwischen den schwarzen Leitern aufzubringen. Für die schwarzen Leiter 1010 wurde ein Material mit Graphit als Hauptanteil verwendet.
Die zum Aufbringen der Leuchtstoffe auf die Frontplatte 1007 verwendete Verfahren war das Aufschlämmverfahren.
Die metallischen Rückwand 1009, die auf der inneren Oberfläche der Leuchtstoffschicht 1008 vorgesehen war, wurde hergestellt, indem eine Glättungsbehandlung (Beschichten genannt) auf der inneren Oberfläche der Leuchtstoffschicht 1008 nach der Bildung der Leuchtstoffschicht vorgenommen wurde, und anschließend wurde Aluminium durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Leuchtstoffschicht 1008 gibt es Fälle, bei denen die Frontplatte 1007 mit lichtdurchlässigen Elektroden versehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch wurde ausreichende Leitfähigkeit einzig durch Verwendung der metallischen Rückwand 1009 erhalten. Dies machte die lichtdurchlässige Elektrode überflüssig.
Wird die oben angeführte Versiegelung durchgeführt, müssen die Leuchtstoffe jeder Farbe und die Kaltkathodenelemente 1002 hergestellt werden, um übereinzustimmen. Aus diesem Grund wurden die Rückwand 1005, die Frontplatte 1007 und die Abstandshalter 1500 genau positioniert. Üblicherweise beträgt eine an das Paar von Elementelektroden der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf 12 V bis 16 V, ein Abstand zwischen der metallischen Rückwand 1009 und den Kaltkathodenelementen 1002 beträgt 2 mm bis 8 mm und eine Spannung Va zwischen der metallischen Rückwand 1009 und dem Kaltkathodenelement 1002 beträgt 1 kV bis 15 kV.
Die oben beschriebene Anordnung ist ein Überblick der erforderlichen Anordnung, um ein sehr gutes Bilderzeugungsgerät zur Verwendung bei einer Bildanzeige herzustellen. Verschiedene Details wie die Materialien der verschiedenen Geräte und die Anordnung dieser Geräte sind nicht auf die oben dargestellten beschränkt; diese können derart ausgewählt werden, damit die spezielle Anwendung des Bilderzeugungsgeräts erfüllt wird. wird eine bestimmte Spannung an jede der Kaltkathodenelemente 1002 auf der Grundlage der oben beschriebenen Anordnung über die Drähte in Zeilenrichtung (Dx1 bis DxM) 1003 und die Drähte in Spaltenrichtung (Dy1 bis DyN) 1004 angelegt, werden von jedem Kaltkathodenelement Elektronen emittiert. Bei gleichzeitigem Anlegen einer Hochspannung von einigen Kilovolt an die metallische Rückwand 1009 (oder an die nicht gezeigten lichtdurchlässige Elektrode) über einen Hochspannungsanschluß Hv werden die von jedem Kaltkathodenelement 1002 emittierten Elektronen beschleunigt, und es wird bewirkt, daß dies Elektronen die Frontplatte 1007 beschießen. Als Folge werden die Leuchtstoffe der Leuchtstoffschicht 1008 angeregt, und sie emittieren Licht, um ein Bild zu erzeugen.
Dies wird in den 13 und 14 gezeigt. Die 13 und 14 sind nützliche Diagramme, um die Umstände zu beschreiben, bei denen Elektronen und gestreute Teilchen (Beschreibung folgt) in dem in 1 gezeigten Bilderzeugungsgerät erzeugt werden. 13 zeigt ein Diagramm aus Sicht der X-Richtung, und 14 zeigt ein Diagramm aus Sicht der Y-Richtung.
Wie in 13 gezeigt, emittiert ein Kaltkathodenelement 1002, an das eine bestimmte elektrische Spannung an den Draht in Zeilenrichtung (Dx1 bis DxM) 1003 und an den Draht in Spaltenrichtung (Dy1 bis DyN) 1004 angelegt wurde, Elektronen. Aufgrund der an die metallischen Rückwand 1009 auf der Frontplatte 1007 angelegte Beschleunigungsspannung Va verschieben sich die durch das Kaltkathodenelement 1002 emittierten Elektronen in Richtung der Elementelektrode auf die höhere Potentialseite des Kaltkathodenelements 1002, bezogen auf die senkrechte Linie, zur Oberfläche der Rückwand 1005, und sie durchlaufen anschließend eine parabolische Wegstrecke, wie in 51t angezeigt. Als Folge weicht das Zentrum des lichtemittierenden Teil der Leuchtstoffschicht 1008 von der Normalen vom Kaltkathodenelement 1002 zur Oberfläche der Rückwand 1005 ab.
Die von dem Kaltkathodenelement 1002 emittierten Elektronen erreichen die innere Oberfläche der Frontplatte 1007, und sie bewirken das lichtemittierende Phänomen in der Leuchtstoffschicht 1008. Zusätzlich werden gestreute Teilchen (Ionen, Sekundärelektronen, neutrale Teilchen) mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit erzeugt, aufgrund des Elektronenbeschusses der Leuchtstoffschicht 1008 und des Elektronenbeschusses des Restgase im Vakuum, obgleich die Wahrscheinlichkeit dieses Eintretens relativ gering ist. Es wird angenommen, daß diese Teilchen innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle längs der Wegstrecken, die durch 52t in den 13 und 14 angezeigt werden, wandern.
Bei einem Vergleichsbeispiel, bei dem die halbleitende Schicht 1501 und das elektrisch leitendes Bauteil 1503 beim im 1 gezeigten Bilderzeugungsgerät nicht auf dem Abstandshalter 1500 gebildet wurde, entdeckten die Erfinder das Auftreten von Fällen, bei denen die lichtemittierende Stelle (die von Elektronen beschossene Stelle) der Leuchtstoffschicht 1008 in der Umgebung des Abstandshalters 1500 angeordnet ist, und die Form des emittierten Lichts weicht von den Entwurfswerten ab. Wird insbesondere ein Bilderzeugungsbauteil für ein Farbbild verwendet, gibt es Fälle, bei denen die Helligkeit abnimmt, und das Auftreten einer Farbverschiebung taucht zusammen mit einer Verschiebung bei der lichtemittierenden Stelle auf.
Die Hauptursache diese Phänomens ist wahrscheinlich folgende: Einige der oben beschriebenen gestreuten Teilchen beschießen das Isolationssubstrat 1501 des Abstandshalters 1500, und die oben beschriebene belichtete Stelle wird aufgeladen Als Folge ändert sich das elektrische Feld in der Umgebung der belichteten Stelle, eine Abweichung tritt in der Wegstrecke der Elektronen auf, und dies führt zu einer Änderung bei der lichtemittierenden Stelle des Leuchtstoffs und zu einer Änderung bei der Form der Lichtemission. Darüber hinaus fanden die Erfinder heraus, daß sich hauptsächlich eine positive Ladung an der belichteten Stelle ansammelt, basierend auf der Änderung bei der lichtemittierenden Stelle des Leuchtstoffs und der Änderung bei der Form der Lichtemission. Als Grund wird angenommen, daß entweder eine Aufladung aufgrund der Ansammlung positiver Ionen, die in den gestreuten Teilchen vorkommen, auftritt, oder das Auftreten positiver Aufladung aufgrund der Emission von Sekundärelektronen auftritt, die erzeugt werden, wenn die gestreuten Teilchen die oben angeführte, belichtete Stelle beschießen.
Andererseits werden beim Abstandshalter dieses Ausführungsbeispiels die halbleitende Schicht 1502 und das elektrisch leitende Bauteil 1503 auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 gebildet. Beim Bilderzeugungsgerät diese Ausführungsbeispiels, das gebildet wurde, um die halbleitende Dünnschicht 1502 und das elektrisch leitende Bauteil 1503 zu haben, wurde herausgefunden, daß die lichtemittierende Stelle (die von den Elektronen beschossene Stelle) auf der Leuchtstoffschicht 1008, die sich in der Umgebung des Abstandshalter 1500 befindet, und die Form des Lichtemission wird entsprechend entworfen. Das heißt, es wird angenommen, daß selbst wenn sich geladene Teilchen auf dem Abstandshalter 1500 aufbauen, ein Teil des elektrischen Stroms (Elektronen oder Defektelektronen), der durch die halbleitende Dünnschicht 1502 fließt, elektrisch neutralisiert wird, und jede Änderung, die an der belichteten Stelle erzeugt werden kann, wird unmittelbar gelöscht. Es wird angenommen, wenn ein oder eine Vielzahl von elektrisch leitenden Bauteilen 1503 in einer Richtung annähernd senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 bereitgestellt werden, der elektrische Strom kann durch die halbleitenden Schicht 1502 ohne das elektrische Feld in der Umgebung des Abstandshalters 1500 zu stören, fließen.
Dieses Bilderzeugungsgerät wurde mit einem Bilderzeugungsgerät mit einem Abstandshaltern der Art von 43 und der Art von 44 verglichen. Diese Geräte werden als Gerät 1, Gerät 2 und Gerät 3 bezeichnet. Die Abmessung (LSX, LSY) und der Abstand (DSX, DSY) der Abstandshalter wurden für die drei Geräte als gleich angenommen.
Wurde die an die metallischen Rückwand 1009 angelegte elektrische Spannung allmählich erhöht, trat eine Funkenentladung zuerst bei Gerät 3 auf, und anschließend bei Gerät 2, wenn die elektrische Spannung um weitere 3% erhöht wurde. Bei Gerät 1 hingegen wurde keine Funkenentladung hervorgerufen, selbst wenn die Spannung um mehr als 20% erhöht wurde. Als Folge könnte die größte Helligkeit mit Gerät 1 erzielt werden.
Als nächstes wurde die elektrische Spannung auf einen maximal möglichen Wert erhöht, ohne Funkenentladung zu bewirken; dabei wurde das angezeigte Bild beobachtet. Es stellte sich heraus, daß die Helligkeit des angezeigten Bilder des Geräts 2 und des Geräts 3 nicht nur schwächer als das angezeigte Bild des Geräts 1, sondern auch weniger gleichmäßig war. Mit anderen Worten erfuhren die Geräte 2 und 3 eine Verzerrung bei der Form der Lichtemission, eine Abweichung bei der lichtemittierenden Stelle und eine Verschiebung bei der Farbe. Diese Probleme tauchten in der Nähe beider Enden der Abstandshalter auf, besonders in den Bereichen, die durch die schraffierten Teile 1112 in 2 angezeigt werden. (Zur Erklärung werden diese Bereiche nur für einen Abstandshalter gezeigt. Tatsächlich werden diese Bereiche an beiden Enden jedes Abstandshalters erzeugt.) Hingegen treten diese Probleme bei Gerät 1 nicht auf, und es konnte ein einheitliches angezeigtes Bild erhalten werden. Es wird angenommen, daß der Grund für diese Erscheinung, im Gegensatz zu Gerät 2 und zu Gerät 3, eine einheitliche Potentialverteilung über den gesamten Umfang des Abstandshalter erzielt wird.
Mehrere Beispiele, bei denen die Entwurfwerte von Gerät 1 geändert wurden, sind nachstehend beschrieben.
Beispiel 1

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10⁹ Ω/☐,
elektrisch leitendes Bauteil: Gold (mehrere Zeilen),
Anodenspannung: 3 kV bis 10 kV

Bei der oben beschriebenen Anordnung ist der Isolationsträger 1501 des Abstandshalters 1500 Glas, bei dem der Anteil von Verunreinigungen, beispielsweise Natrium, reduziert wurden. Eine Schicht aus Nickeloxid mit einer Schichtdicke von 100 nm wurde als die halbleitende Dünnschicht 1502 des Abstandshalters 1500 gebildet. Die Schicht wurde in einer Sauerstoffumgebung durch Ionen-Beschichten bei Verwendung eines Elektronenstrahlverfahrens gebildet. Der Wert des Flächenwiderstands der halbleitenden Dünnschicht 1502 betrug etwa 10⁹ Ω/☐. Das elektrisch leitende Bauteil 1503 war eine Goldschicht, die in einer Schichtdicke von 20 nm durch Aufdampfen im Vakuum vor der Bildung der halbleitenden Dünnschicht 1502 gebildet wurde. Die elektrisch leitenden Bauteile 1503 wurde durch Aufdampfen im Vakuum auf vier Zeilen mit einer Breite von 100 μm und einem Abstand von 1 mm gebildet, wobei jede der vier Zeilen den Abstandshalter 1500 einmal umschließt.
Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Eine Störung beim elektrischen Feld, das die Wegstrecke der Elektronen beeinflussen könnte, trat wegen der Vorkehrung bei den Abstandshaltern 1500 nicht auf.
Beispiel 2

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10¹² Ω/☐,
elektrisch leitendes Bauteil: Gold (mehrere Zeilen),
Anodenspannung: 3 kV bis 10 kV

Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dahingehend, daß Nickeloxid mit einer Schichtdicke von 10 nm als die halbleitende Dünnschicht 1502 des Abstandshalters 1500 in einer Argonatmosphäre durch Ionen-Beschichten bei Verwendung des Elektronenstrahlverfahrens gebildet wurde. Der Wert des Flächenwiderstands der halbleitenden Dünnschicht 1502 betrug etwa 10¹² Ω/☐.
Die Kaltkathodenelemente 1002 beim Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Abstandshalter 1500 wurde veranlaßt, Elektronen zu emittieren, indem ein Abtastsignal und ein Modulationssignal vom Signalerzeugungsmittel (hier nicht gezeigt) über externe Anschlüsse Dx1 bis DxM und Dy1 bis DyN der Hülle den Kaltkathodenelementen zugeführt wird. Der emittierte Elektronenstrahl wurde durch Anlegen einer Hochspannung an die metallische Rückwand 1009 mittels des Hochspannungsanschlusses Hv beschleunigt, was die Elektronen veranlaßte, die Leuchtstoffschicht 1008 zu beschießen, und den Leuchtstoff anzuregen, in den lichtemittierenden Zustand überzutreten, um ein Bild anzuzeigen. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Durch das Anstellen eines Vergleichs mit einem Bilderzeugungsgerät für experimentelle Zwecke, indem Abstandshalter 1500 ohne die halbleitende Dünnschicht 1502 verwendet wurden, wurde festgestellt, daß ein Aufladungsvorbeugungseffekt erhalten werden konnte.
Beispiel 3

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10⁷ Ω/☐
elektrisch leitendes Bauteil: Gold (mehrere Zeilen),
Anodenspannung: 1 kV, keine metallischen Rückwand

Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dahingehend, daß Nickeloxid mit einer Schichtdicke von 100 nm als die halbleitende Dünnschicht 1502 des Abstandshalters 1500 in einer Argonatmosphäre durch Ionen-Beschichten bei Verwendung des Elektronenstrahlverfahrens gebildet wurde. Der Wert des Flächenwiderstands der halbleitenden Dünnschicht 1502 betrug etwa 10⁷ Ω/☐.
Die Frontplatte 1007 war nicht mit der metallischen Rückwand 1009 versehen, und eine lichtdurchlässige Elektrode, die aus einer indiumdotierten Zinnoxidschicht bestand, wurde zwischen der Frontplatte und der Leuchtstoffschicht 1008 angeordnet.
Die Kaltkathodenelemente 1002 beim Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Abstandshalter 1500 wurde veranlaßt, Elektronen zu emittieren, indem ein Abtastsignal und ein Modulationssignal vom Signalerzeugungsmittel (hier nicht gezeigt) über externe Anschlüsse Dx1 bis DxM und Dy1 bis DyN der Hülle den Kaltkathodenelementen zugeführt wird. Der emittierte Elektronenstrahl wurde durch Anlegen einer Hochspannung an die metallische Rückwand 1009 mittels des Hochspannungsanschlusses Hv beschleunigt, was die Elektronen veranlaßte, die Leuchtstoffschicht 1008 zu beschießen, und den Leuchtstoff anzuregen, in den lichtemittierenden Zustand überzutreten, um ein Bild anzuzeigen. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 1 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Eine Störung beim elektrischen Feld, das die Wegstrecke der Elektronen beeinflussen könnte, trat wegen der Vorkehrung bei den Abstandshaltern 1500 nicht auf.
Beispiel 4

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10⁹ Ω/☐,
elektrisch leitendes Bauteil: Gold (eine Zeile),
Anodenspannung: 3 kV bis 10 kV

Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 in der Anzahl der Zeilen des elektrisch leitenden Bauteils 1503, wobei eine Zeile mit eine Breite von 100 μm so hergestellt wird, daß sie den Abstandshalter 1500 an ihrer mittleren Stelle umschließt.
Die Kaltkathodenelemente 1002 beim Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Abstandshalter 1500 wurde veranlaßt, Elektronen zu emittieren, indem ein Abtastsignal und ein Modulationssignal vom Signalerzeugungsmittel (hier nicht gezeigt) über externe Anschlüsse Dx1 bis DxM und Dy1 bis DyN der Hülle den Kaltkathodenelementen zugeführt wird. Der emittierte Elektronenstrahl wurde durch Anlegen einer Hochspannung an die metallische Rückwand 1009 mittels des Hochspannungsanschlusses Hv beschleunigt, was die Elektronen veranlaßte, die Leuchtstoffschicht 1008 zu beschießen, und den Leuchtstoff anzuregen, in den lichtemittierenden Zustand überzutreten, um ein Bild anzuzeigen. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Durch das Anstellen eines Vergleichs mit einem Bilderzeugungsgerät für experimentelle Zwecke, bei dem Abstandshalter 1500 ohne die halbleitende Dünnschicht 1502 zu verwenden, wurde in diesem Fall ebenfalls festgestellt, daß ein Aufladungsvorbeugungseffekt erhalten werden konnte.
Beispiel 5

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10⁷ Ω/☐,
Flächenwiderstand des elektrisch leitenden Bauteils: 10⁵ Ω/
, (mehrere Zeilen),
Anodenspannung: 1 kV

Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dahingehend, daß Zinnoxid mit einer Schichtdicke von 100 nm, einschließlich einem Dotierungsmittel, als elektrisch leitendes Bauteil 1503 des Abstandshalters 1500 gebildet wurde. Das als Zinnoxid dienende elektrisch leitende Bauteil 1503 wurde durch Bildung von vier Zeilen einer Breite von 100 μm bei einem Abstand von 1 mm hergestellt, wobei jede der vier Zeilen den Abstandshalter 1500 einmal umschließt. Andere Stellen wurden geätzt. Der Flächenwiderstandswert des elektrisch leitenden Bauteils 1503 betrug etwa 10⁵ Ω/☐.
Als nächstes wurde eine Nickeloxidschicht mit einer Schichtdicke von 100 nm als halbleitende Dünnschicht 1502 des Abstandshalters 1500 gebildet. Die Schicht wurde in einer Sauerstoffatmosphäre durch Ionen-Beschichten bei Verwendung des Elektronenstrahlverfahrens gebildet. Der Flächenwiderstandswert der halbleitenden Dünnschicht 1502 betrug etwa 10⁷ Ω/☐. Die Frontplatte 1007 war nicht mit der metallischen Rückwand 1009 versehen, und eine lichtdurchlässige Elektrode, die aus einer indiumdotierten Zinnoxidschicht bestand, wurde zwischen der Frontplatte und der Leuchtstoffschicht 1008 angeordnet.
Die Kaltkathodenelemente 1002 beim Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Abstandshalter 1500 wurde veranlaßt, Elektronen zu emittieren, indem ein Abtastsignal und ein Modulationssignal vom Signalerzeugungsmittel (hier nicht gezeigt) über externe Anschlüsse Dx1 bis DxM und Dy1 bis DyN der Hülle den Kaltkathodenelementen zugeführt wird. Der emittierte Elektronenstrahl wurde durch Anlegen einer Hochspannung an die metallische Rückwand 1009 mittels des Hochspannungsanschlusses Hv beschleunigt, was die Elektronen veranlaßte, die Leuchtstoffschicht 1008 zu beschießen, und den Leuchtstoff anzuregen, in den lichtemittierenden Zustand überzutreten, um ein Bild anzuzeigen. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug weniger als 1 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Eine Störung beim elektrischen Feld, das die Wegstrecke der Elektronen beeinflussen könnte, trat wegen der Vorkehrung bei den Abstandshaltern 1500 nicht auf.
Der Vorteil des Bilderzeugungsgeräts des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und die zugehörigen Beispiele sind folgende:
Erstens: Wenn Αufladung, die verhindert werden soll, auf der Oberfläche des Abstandshalters 1500 auftritt, wird es ausreichen, wenn eine Aufladungsverhinderungsfunktion einzig an dem Oberflächenteil des Abstandshalter 1500 vorherrscht. Entsprechend wurde bei diesem Ausführungsbeispiel der Isolationsträger 1501 als Bauteil verwendet, den Abstandshalter 1500 einzurichten, und die halbleitende Dünnschicht 1502 wurde auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 gebildet. Als Folge war es möglich, einen Abstandshalter mit einem ausreichend großen Widerstandswert zu realisieren, um der Αufladung an der Oberfläche des Abstandshalters 1500 entgegenzuwirken. Der Betrag des Leckstroms war nicht so groß, um den Leistungsbedarf des Gesamtgeräts wesentlich zu erhöhen. Darüber hinaus wird das elektrisch leitende Bauteil bereitgestellt, das in einer Richtung, die annähernd senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 ist. Als Folge ist Ladung an der Oberfläche des Abstandshalters 1500 in der Lage, über den gesamten Umfang des Abstandshalter 1500 abzufließen. Dies ermöglicht ein weiteres Anwachsen der Ladungsabflußeigenschaft.
Auf diese Weise wurde ein dünnes, großflächiges Bilderzeugungsgerät erhalten, ohne die Vorteile der geringen Wärmeentwicklung zu verletzen, die ein Charakteristikum einer Kaltkathode wie beispielsweise eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements ist.
Was darüber hinaus die Form des Abstandshalters 1500 anlangt, wurde ein Abstandshalter mit einer plattenförmigen Anordnung, dessen Querschnitt gleichförmig in der Richtung senkrecht zum Kaltkathodenelement 1002 und zur Frontplatte 1007 ist, verwendet. Als Folge wird das elektrischen Feld nicht von vorn herein gestört. Entsprechend können der Abstandshalter 1500 und das Kaltkathodenelement 1002 nahe beieinander angeordnet werden, so lange der Abstandshalter 1500 nicht die Wegstrecke der Elektronen vom Kaltkathodenelement 1002 blockiert. Folglich lassen sich die Elektronenemissionselemente mit großer Dichte in der X-Richtung, die senkrecht zum Abstandshalter 1500 ist, anordnen.
Darüber hinaus wird der Abstandshalter 1500 elektrisch mit dem einen Draht in Spaltenrichtung (Dy1 bis DyN) auf der Seite des Kaltkathodenelements 1002 verbunden. Die ermöglicht, nicht erforderliche elektrische Verbindungen zwischen den Drähten des Kaltkathodenelements 1002 zu vermeiden. Die vorangegangenen Effekte werden erhalten, indem die vorgesehene halbleitende Dünnschicht 1502 und das vorgesehene elektrisch leitende Bauteil 1503 bereitgestellt werden. Durch Anwendung des Abstandshalters 1500 dieses Ausführungsbeispiels, der zur Vorbeugung der Aufladung keiner komplizierten, zusätzlichen Anordnung bedarf auf ein Bilderzeugungsgerät, das einfache matrixartig angeordnete Elektronenquellen verwendet, basierend auf dem vom derzeitigen Anwender vorgeschlagenen Kaltkathodenelemente 1002, war es möglich ein dünnes, großflächiges Bilderzeugungsgerät bereit zu stellen, das in der Lage ist, ein hochqualitatives Bild mit Hilfe einer einfachen Anordnung zu bilden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel kann Aufladung, die an der Oberfläche des Isolationsmittels 1501 auftritt, rasch durch die halbleitende Schicht, die auf dem Isolationsmittel 1501 gebildet wird, eliminiert werden, und die Stromdichte mit der der oben erwähnte elektrische Ladung durch die halbleitenden Schicht 1502 fließt, durch das elektrisch leitende Bauteil 1503 vereinheitlicht werden. Folglich, selbst wenn sich die Menge der von den Elektronenquellen emittierten Elektronen in Übereinstimmung mit dem gebildeten Bild abweicht, kann die Störung der elektrische Feldverteilung in der Umgebung des Isolationsmittels 1501 unterdrückt werden. Speziell: In Verbindung mit der Anordnung dieses Ausführungsbeispiels ist das elektrisch leitende Bauteil 1503 vorgesehen, die Seitenoberfläche des Abstandshalters 1500 in solch einer Weise zu umschließen, daß eine geschlossene Kurve gebildet wird. Als Folge ist es möglich, die Konzentration eines elektrischen Feldes zu verhindern, das dazu tendiert, bei einem Fall, bei dem das elektrisch leitende Bauteil Endteile hat, aufzutreten, ebenso wie das Auftreten elektrischer Funkenentladung, hervorgerufen durch die Konzentration des elektrischen Feldes zu verhindern. Dies ermöglicht, bei einer höheren elektrischen Spannung die von den Elektronenemissionselementen emittierten Elektronen zu beschleunigen.
Da darüber hinaus das elektrisch leitende Bauteil 1503 durch die halbleitenden Schicht 1502, die durch einen folgenden Verarbeitungsschritt gebildet wird, bedeckt wird, hat dies den Effekt, das elektrische Feld an den Grenzen des elektrisch leitendes Bauteils 1503 und der halbleitenden Schicht 1502 abzuschwächen.
Selbst wenn dadurch der Widerstandswert des elektrisch leitenden Bauteils 1503 nur um zwei Potenzen kleiner als der der halbleitenden Dünnschicht 1502 wird, wurde festgestellt, daß ein zufriedenstellender Ladungsabflußeffekt erhalten werden könnte.
Zweites Ausführungsbeispiel
Wenn der Abstandshalter das elektrisch leitende Bauteil auf seiner äußeren Seite hat.
Die 15 und 16 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Aufbau des Abstandshalters. Die beide Ausführungsbeispiele sind ansonsten gleich.
15 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung des Abstandshalters 1500 des zweiten Ausführungsbeispiels beim in Bild 1 gezeigten Bilderzeugungsgerät. 16 zeigt perspektivisch den Abstandshalter nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Da die Bauteile des zweiten Ausführungsbeispiels mit den gleichen Bezugszeichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels bezeichnet wurden, werden diese Bauteile nicht erneut beschrieben.
Obwohl das zweite Ausführungsbeispiel von Aufbau her das gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel ist, ist ein Unterschied, daß das elektrisch leitende Bauteil 1503 des Abstandshalters 1500 auf der äußeren Seite der halbleitenden Schicht 1502 gebildet wird. Die beiden Ausführungsbeispiele sind ansonsten vom Aufbau her identisch.
Wie in den 15 und 16 gezeigt, wird die halbleitende Dünnschicht 1502 durch Bildung eines Halbleiters aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem eine geringe Menge Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristalline oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die halbleitende Dünnschicht 1502 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Die halbleitende Schicht 1502 wird elektrisch mit dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 verbunden, und sie ist elektrisch mit dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 verbunden.
Das elektrisch leitende Bauteil 1503 wird durch Bildung einer metallischen Dünnschicht aus Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber oder Gold, einem Halbleiter aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden. Beispielsweise kann das elektrisch leitende Bauteil 1503 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Das elektrisch leitende Bauteil 1503 wird vor der Bildung der halbleitenden Schicht 1502 auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 gebildet.
Eins der elektrisch leitenden Bauteile 1503 oder mehrere der elektrisch leitende Bauteile 1503 werden gebildet, und jedes wird in einer nahezu senkrechten Richtung zur Richtung eines elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 gebildet. Darüber hinaus wird das elektrisch leitende Bauteil 1503 so gebildet, daß es eine Breite hat, die kleiner als der Abstand zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 hat. Die halbleitende Dünnschicht 1502 und das elektrisch leitende Bauteil 1503 sind elektrisch miteinander verbunden.
Beispiel 6

Bedingungen: Flächenwiderstandswert: 10⁹ Ω/☐,
elektrisch leitendes Bauteil: Gold (einige Zeilen),
Anodenspannung: 3 kV bis 10 kV

Ein Bilderzeugungsgerät, das den oben beschriebenen Abstandshalter enthält, und deren anderen Bauteile die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels waren, wurde hergestellt. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Bei Anstellen eines Vergleichs mit einem Bilderzeugungsgerät für experimentelle Zwecke, die Abstandshalter 1500 ohne die halbleitende Dünnschicht 1502 zu verwenden, wurde festgestellt, daß ein Aufladungsvorbeugungseffekt mit dem Aufbau dieses Abstandshalters ebenfalls erhalten werden konnte.
Drittes Ausführungsbeispiel
Wenn der Abstandshalter ein laminiertes elektrisch leitendes Bauteil hat.
Die 17 und 18 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Aufbau des Abstandshalters. Die beiden Ausführungsbeispiele sind ansonsten gleich.
17 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in der Umgebung des Abstandshalters 1500 des dritten Ausführungsbeispiels beim in Bild 1 gezeigten Bilderzeugungsgerät. 18 zeigt perspektivisch den Abstandshalter nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
Da die Bauteile des dritten Ausführungsbeispiels mit den gleichen Bezugszeichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels bezeichnet sind, werden diese Bauteile nicht erneut beschrieben.
Obwohl das dritte Ausführungsbeispiel von Aufbau her das gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel ist, besteht ein Unterschied darin, daß der Abstandshalter 1500, wie in 17 gezeigt, durch Stapeln des elektrisch leitenden Bauteils 1503 und des Isolationsträgers 1501 gebildet wird. Die beiden Ausführungsbeispiel sind ansonsten vom Aufbau her identisch.
Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, daß bei einem Fall, bei dem ein Abstandshalter mit hohem Geometrieverhältnis, bei dem das Verhältnis von Höhe zu Dicke groß ist, gebildet wird, der Abstandshalter hergestellt werden kann, indem Lagen von Bauteilen mit einem niedrigen Geometrieverhältnis gestapelt werden können.
Wie in den 17 und 18 gezeigt, wird das elektrisch leitende Bauteil 1503 durch Bildung einer metallischen Dünnschicht aus Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber oder Gold erhalten, eines Halbleiters aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die leitende Dünnschicht 1503 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Die elektrisch leitende Schicht 503 wird zusammen mit dem Isolationsträger 1501 aufgebaut, und si wird vor der Bildung der halbleitenden Schicht 1502 gebildet. Allgemein wird eine elektrisch leitende Dünnschicht auf einem Isolationsträger gebildet, ein weiterer Isolationsträger wird mit dem verbleibenden Substrat verbunden, und eine elektrisch leitende Dünnschicht wird dann auf diesem Isolationsträger gebildet. Dieser Vorgang wird wiederholt, um ein Bauteil zu bilden. Das Bauteil wird dann auseinandergeschnitten, um ein Bauteil mit einem Aufbau zu bilden, der aus alternierenden Lagen des Isolationsträgers 1501 und des elektrisch leitendes Bauteil 1503 besteht.
Als nächstes wird die halbleitende Dünnschicht 1502 auf der Oberfläche dieses Bauteils folgendermaßen gebildet: Die halbleitende Dünnschicht wird, hier als Beispiel, durch Bildung einer Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem eine kleine Menge Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Bauteils im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden, gebildet. Beispielsweise kann die halbleitende Dünnschicht 1502 durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts erhalten werden. Die halbleitende Schicht 1502 ist elektrisch mit dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 verbunden, und sie ist elektrisch mit dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 verbunden.
Eins der elektrisch leitenden Bauteile 1503 oder mehrere der elektrisch leitenden Bauteile 1503 werden gebildet, und jedes wird in einer nahezu senkrechten Richtung zur Richtung eines elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 gebildet. Darüber hinaus wird das elektrisch leitende Bauteil 1503 so gebildet, daß es eine Dicke hat, die kleiner als der Abstand zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 hat. Die halbleitende Dünnschicht 1502 und das elektrisch leitende Bauteil 1503 sind elektrisch miteinander verbunden.
Beispiel 7

Ein Bilderzeugungsgerät, das den oben beschriebenen Abstandshalter verwendet, und dessen anderen Bauteile die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels waren, wurde hergestellt. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalteten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Durch das Anstellen eines Vergleichs mit einem Bilderzeugungsgerät für experimentelle Zwecke, die Abstandshalter 1500 ohne die halbleitende Dünnschicht 1502 zu verwenden, wurde festgestellt, daß ein Aufladungsvorbeugungseffekt mit dem Aufbau dieses Abstandshalters ebenfalls erhalten werden konnte.
Viertes Ausführungsbeispiel
Säulenabstandshalter
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß säulenförmige Abstandshalter verwendet werden. Die 19, 20 und 21 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zwischen dem vierten und dem ersten Ausführungsbeispiel ist der, daß die Form des Abstandshalters gegenüber der früheren Form säulenförmig ist. Die beide Ausführungsbeispiele sind ansonsten gleich.
19 zeigt perspektivisch ein Bilderzeugungsgerät nach dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Teil des Feldes ist schnittbildlich dargestellt, um den inneren Aufbau des Geräts zu zeigen. Bauteile, die in 19 mit in 1 gezeigten Bauteilen gleich sind, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und sie erfordern nicht, erneut beschrieben zu werden.
20 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' von 19. Bauteile, die mit denen in 19 identisch sind, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
21 zeigt perspektivisch einen Abstandshalter nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Bis auf die Form ähnelt der Abstandshalter dem des ersten Ausführungsbeispiels, und daher wird auf eine Beschreibung der Bauteile und der Herstellungsverfahren verzichtet. Der säulenförmige Abstandshalter 1500 hat einen kleineren Durchmesser als de Abstand zwischen einer Vielzahl von Kaltkathodenelementen 1002.
Beispiel 8

Ein Bilderzeugungsgerät, das den oben beschriebenen Abstandshalter verwendet, und dessen anderen Bauteile die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels waren, wurde hergestellt. Die an den Hochspannungsanschluß Hv angelegte Spannung Va betrug 3 kV bis 10 kV, und die an den Elementelektrodenpaaren der Kaltkathodenelemente 1002 angelegte Spannung Vf betrug 14 V.
Zu diesem Zeitpunkt wurden Zeilen von lichtemittierenden Punkten gleichen Abstands zweidimensional gebildet. Diese beinhalteten lichtemittierende Punkte, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 an Stellen in der Umgebung der Abstandshalter 1500 erzeugt wurden. Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden. Durch das Anstellen eines Vergleichs mit einem Bilderzeugungsgerät für experimentelle Zwecke, die Abstandshalter 1500 ohne die halbleitende Dünnschicht 1502 zu verwenden, wurde festgestellt, daß ein Aufladungsvorbeugungseffekt mit dem Aufbau dieses Abstandshalters ebenfalls erhalten werden konnte.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden die Experimente unter Verwendung eines säulenförmigen Abstandshalters durchgeführt. Wenn jedoch der Abstandshalter kleiner als der Abstand der Vielzahl von Kaltkathodenelementen 1002 ist, können die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wenn der Abstandshalter die Form eines Vierkant-, Dreikant- oder Sechskantprismas hat.
Bei einem Fall, bei dem sich ein Teilfehler (nur teilweise Leitung) bei der Verbindung zwischen der halbleitenden Dünnschicht 1502 und dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 oder bei der Verbindung zwischen der halbleitenden Dünnschicht 1502 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 entwickelt, wurde experimentell festgestellt, daß der Abstandshalter nach der vorliegenden Erfindung, bei der sowohl die halbleitende Dünnschicht 1502 als auch das elektrisch leitende Bauteil 1503 gebildet werden, einem Abstandshalter mit nur einer halbleitende Dünnschicht 1502, der auf der Oberfläche gebildet wird, überlegen ist. Zeilen mit lichtemittierenden Stellen wurden besser in zwei Dimensionen gebildet. Diese enthaltenen lichtemittierenden Stellen, die durch emittierte Elektronen von den Kaltkathodenelementen 1002 in der Umgebung des Abstandshalters 1500 erzeugt wurden Eine klare Farbbildanzeige mit sehr guter Farbreproduzierbarkeit konnte erzielt werden.
Es wird angenommen, daß der Grund hierfür die Potentialverteilung der halbleitenden Schicht 1502 auf der Oberfläche des Abstandshalters parallel verläuft, mindestens zwischen dem elektrisch leitenden Bauteil zu einem elektrischen Feld, das durch den schwarzen Leiter 1010 oder die metallische Rückwand 1009 auf der Frontplatte 1007 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 erzeugt wird, was dazu führt, daß auf der Wegstrecke der Elektronen, die in der Umgebung wandern, keine Änderung hervorgerufen wird. Aus diesem Grund wurde festgestellt, daß die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung wirksam ist, selbst bei einem Fall, bei dem sich die Tendenz eines Teilfehlers bei der Verbindung zwischen der halbleitenden Dünnschicht 1502 und dem schwarzen Leiter 1010 oder dem metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 oder bei der Verbindung zwischen der halbleitenden Dünnschicht 1502 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 entwickelt.
Bei einem Fall, bei dem die Widerstandswerte der halbleitenden Dünnschicht 1502 die gleichen sind, wurde experimentell festgestellt, daß der Abstandshalter nach der vorliegenden Erfindung, bei dem sowohl die halbleitende Dünnschicht 1502 als auch das elektrisch leitende Bauteil 1503 gebildet werden, einem Abstandshalter überlegen ist mit nur der halbleitende Dünnschicht 1502, die auf der Oberfläche gebildet wird, um einen größeren Ladungsabflußeffekt in Bezug auf die partiellen Ansammlung von Ionen bei der Aufladung zu erzielen. Der Grund hierfür scheint folgender zu sein: Bei Nichtvorhandensein des elektrisch leitenden Bauteils 1503 fließt ein Ladungsabflußstrom in die halbleitende Schicht 1502 nur in der Umgebung der aufgeladenen Stelle aus Sicht eines Teils der Ladung. Hingegen kann zwischen anderen elektrisch leitenden Bauteilen wie das elektrisch leitende Bauteil an der aufgeladenen Stelle ein Ladungsabflußstrom durch die Gesamtheit der halbleitenden Dünnschicht 1502, der den Abstandshalter umgibt, fließen. Als Folge wird sehr einfach ein großer Ladungsabflußstrom erreicht.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Zusätzlich zu den Abstandshaltern mit den bei den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen unterschiedlichen Aufbauten, ist es möglich, einen Abstandshalter zu verwenden, der mit Elektronen zur Verbesserung der elektrischen Verbindung zwischen der Stirnfläche der halbleitenden Schicht im Kontakt mit der Frontplatte 1007 und der Stirnfläche der halbleitenden Schicht in Kontakt mit der Rückwand 1005 bereitgestellt wird.
Die 22 bis 26 zeigen Anordnungen der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Abstandshalter. Die 22 und 23 gehören zum plattenförmigen Abstandshalter des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die halbleitende Schicht 1502 nach der Bildung des elektrisch leitenden Bauteils 1503 gebildet wird. 24 gehört zu einem plattenförmigen Abstandshalter des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem das elektrisch leitenden Bauteil 1503 nach der halbleitenden Dünnschicht 1502 gebildet wird. 25 gehört zum Abstandshalter des dritten Ausführungsbeispiels, bei dem alternierend Lagen des elektrisch leitenden Bauteils 1503 und des Isolationsträgers 1501 gestapelt werden. 26 gehört zum Abstandshalter des vierten Ausführungsbeispiel, bei dem der säulenförmige Abstandshalter gebildet wird.
In den 22 bis 26 sind die Elektronen 1504 elektrisch mit der halbleitenden Schicht 1502 verbunden. Beim Bilderzeugungsgerät werden die Elektronen 1504 elektrisch mit der metallischen Rückwand 1009 auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 1007 und der Verdrahtung 1004 auf der inneren Oberfläche der Rückwand 1005 verbunden.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Beispiele von Abstandshaltern bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in einem Bilderzeugungsgerät angeordnet sind, werden nun dargestellt.
Die 27 und 28 zeigen eine Anordnung von Abstandshaltern aus Sicht der Seite der Frontplatte 1007 des Bilderzeugungsgeräts der vorliegenden Erfindung. Die Abstandshalter 1500 werden innerhalb der Grenzen der Leuchtstoffschicht 1008, die den Bildanzeigebereich bilden, angeordnet. Die Abstandshalter 1500 haben in 27 eine versetzte Anordnung und in 28 eine parallele Anordnung.
Um auf solche Weise Abstandshalter, die kleiner als die Länge des Bildanzeigebereichs sind, diskontinuierlich im Bildanzeigebereich anzuordnen, kann die Atmosphäre innerhalb der Hülle während des Zusammenbaus des Bilderzeugungsgeräts oder im evakuierten Zustand einheitlicher aufrecht erhalten werden, als im Fall (USP 5,532,548), bei dem Abstandshalter verwendet werden, die größer als der Bildanzeigebereich sind. Dies ruft bestimmte Ergebnisse in Form von Verbesserung der Kenndaten und der Lebensdauer von Elektronenemissionselementen hervor, die die Elektronenquelle bilden.
Weitere Ausführungsbeispiele
Der Aufbau der Erfindung bei den vorherigen Ausführungsbeispielen wurde auf der Grundlage der Kaltkathodenelektronenemissionselemente beschrieben. Es muß jedoch nicht sonderlich erwähnt werden, daß die Erfindung auf sämtliche Typen von Elektronenemissionselementen anwendbar ist. Darüber hinaus kann die vorliegenden Erfindung auf ein Bilderzeugungsgerät angewendet werden, das eine Elektronenquelle von anderem Typus als die einfache Matrix verwendet. Beispielsweise gibt es einen Fall, bei dem ein Abstandshalter von oben erwähnten Typ bei einem Bilderzeugungsgerät verwendet wird, das mit einer Steuerelektrode der Art wie in der Japanischen Patentoffenlegung No. 2-257551 beschrieben.
Entsprechend ist die Erfindung mit den Ausführungsbeispielen nicht auf ein zur Anzeige geeignetes Bilderzeugungsgerät beschränkt. Das Bilderzeugungsgerät kann als eine lichtemittierende Quelle verwendet werden, die eine Alternative zur lichtemittierenden Diode bei einem optischen Drucker, der eine Trommel und eine lichtemittierende Diode enthält. Durch geeignete Aufteilung der M Drähte in Zeilenrichtung und der N Drähte in Spaltenrichtung kann das Gerät nicht nur als zeilenförmige lichtemittierende Quelle verwendet werden, sondern auch als zweidimensionale lichtemittierende Quelle.
Darüber hinaus ist die vorliegenden Erfindung nach den Ausführungsbeispielen auch bei einem Fall anwendbar, bei dem das Bauteil, das durch von einer Elektronenquelle emittierten Elektronen bestrahlt wird, ein anderes Bauteil ist als ein Bilderzeugungsbauteil, beispielsweise eine Art Elektronenmikroskop. Entsprechend muß nicht sonderlich darauf hingewiesen werden, daß die vorliegende Erfindung die Form eines Elektronenstrahlgenerators annehmen kann, bei dem das bestrahlte Bauteil nicht spezifiziert ist.
Darüber hinaus veranschaulichen die Ausführungsbeispiele Beispiele, bei denen der Abstandshalter 1500 elektrisch mit dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 und mit dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 verbunden ist. Jedoch der Effekt, bei dem die Wegstrecke der von der Elektronenquelle in der Umgebung eines Bauteils emittierter Elektronen nicht durch das Bauteil beeinflußt wird, kann durch die Anordnung der vorliegenden Erfindung erhalten werden, selbst für ein Bauteil zwischen Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen in einer hermetisch abgeschlossenen Hülle.
29 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel eines Mehrfunktionsanzeigegeräts, das in der Weise aufgebaut ist, daß die von verschiedenen Bildinformationsquellen zugeführte Bildinformation, wobei die häufigste ein Fernseher ist, auf einem Anzeigefeld angezeigt werden kann, bei dem die oben beschriebenen oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente als die Elektronenstrahlquellen verwendet werden.
Zu sehen sind in 29 ein Anzeigefeld 2100, eine Steuerschaltung 2101 für das Anzeigefeld, eine Anzeigesteuereinheit 2102, ein Multiplexer 2103, ein Decodierer 2104, eine Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105, eine Zentraleinheit 2106 (CPU, Central Processing Unit), eine Bilderzeugungsschaltung 2107, Bildspeicherschnittstellenschaltungen 2108, 2109 und 2110, eine Bildeingabeschnittstellenschaltung 2111, Fernsehsignalempfangsschaltungen 2112, 2113 und eine Eingabeeinheit 2114.
Bei einem Fall, bei dem das Anzeigegerät dieses Ausführungsbeispiels ein Signal empfängt, das sowohl Bild- als auch Toninformationen wie beispielsweise im Fall eines Fernsehsignals enthält, wird natürlich der Ton gleichzeitig mit der Anzeige des Bildes reproduziert. Jedoch Schaltungen und Lautsprecher, die sich auf den Empfang, die Trennung, die Reproduktion, die Verarbeitung und die Speicherung der Toninformation beziehen, die nicht unmittelbar in Beziehung zu den Eigenschaften dieser Erfindung stehen, werden nicht beschrieben.
Die Funktionen der verschiedenen Einheiten wird entsprechend dem Ablauf des Bildsignals beschrieben.
Als erstes empfängt die Fernsehsignalempfangsschaltung 2113 ein gesendetes Fernsehbildsignal unter Verwendung eines drahtlosen Übertragungssystems, das auf Radiowellen oder optische Kommunikation über den Raum Bezug nimmt. Das System des empfangenen Fernsehsignals ist nicht besonders begrenzt. Beispiele der Systeme sind NTSC (National Television System Committee), PAL (Phase Alternation Line) oder SECAM (Systeme Electronique Couleur avec Mémoire). Ein Fernsehsignal, das eine größere Anzahl von Abtastzeilen enthält (beispielsweise ein hochauflösendes Fernsehsignal wie es auf dem MUSE-System (Multiple Sampling Encoder) beruht) ist eine Signalquelle, die ideal für die Ausnutzung der Vorteile des oben beschriebenen Anzeigefeldes ist, das für die Vergrößerung des Bildschirmbereichs und zu Vergrößerung der Bildpunkte geeignet ist. Ein von der Fernsehsignalempfangsschaltung 2113 empfangenes Fernsehsignal wird an den Decodierer 2104 ausgegeben.
Die Fernsehsignalempfangsschaltung 2112 empfängt das Fernsehbildsignal, das durch ein Kabelübertragungssystem unter Verwendung eines Koaxialkabels oder einer Glasfaser übertragen wird. Wie im Fall de Fernsehsignalempfangsschaltung 2113 ist das System des empfangenen Fernsehsignals nicht besonders begrenzt. Darüber hinaus wird das von dieser Schaltung empfangene Fernsehsignal ebenfalls an den Decodierer 2104 ausgegeben.
Die Bildeingabeschnittstellenschaltung 2111 ist eine Schaltung zur Aufnahme eines Bildsignals, das von einer Bildeingabeeinheit wie einer Fernsehkamera oder einem bildlesenden Scanner geliefert wird. Das aufgenommene Signal wird an den Decodierer 2104 ausgegeben.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 2110 nimmt ein Bildsignal auf, das auf dem Band eines Videorecorders abgespeichert wurde, und sie gibt das aufgenommene Signal an der Decodierer 2104 aus. Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 2109 nimmt ein Bildsignal auf, das auf einer Bildspeicherplatte abgespeichert wurde, und sie gibt das aufgenommene Signal an der Decodierer 2104 aus.
Die Bildspeicherschnittstellenschaltung 2108 nimmt ein Bildsignal von einer Standbilddaten speichernden Einheit, wie von einer sogenannten Standbildplatte, auf, und sie gibt das aufgenommene Signal an der Decodierer 2104 aus.
Die Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105 ist eine Schaltung zur Verbindung des Anzeigegeräts mit einem externen Rechner, einem Rechnernetzwerk oder einer Ausgabeeinheit wie einem Drucker. Es ist natürlich möglich, Bilddaten, Zeichendaten und Graphikinformation ein-/auszugeben, und in Abhängigkeit vom Fall ist es möglich, Steuersignale und numerische Daten zwischen der Zentraleinheit 2106, mit der das Anzeigegerät ausgestattet ist, und einer externen Einheit ein-/auszugeben.
Die Bilderzeugungsschaltung 2107 dient der Erzeugung von Anzeigebilddaten über Bilddaten und Zeichen-/Graphik-Information, die von außerhalb über die Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105 eingegeben wurden, oder auf der Grundlage über Bilddaten-Zeichen-/Graphik-Information, die von der Zentraleinheit 2106 ausgegeben wurde. Als Beispiel wird die Schaltung intern mit einem wiederbeschreibbaren Speicher zur Abspeicherung der Bilddaten oder Zeichen-/Graphik-Information, einem Festwertspeicher (ROM, Read Only Memory), in dem die Bildmuster entsprechend den Zeichencodes abgespeichert sind, und einer Schaltung, die zur Bilderzeugung erforderlich ist, wie beispielsweise ein Prozessor zur Ausführung der Bildverarbeitung, bereitgestellt. Die durch die Bilderzeugungsschaltung 2107 erzeugten Anzeigedaten werden an den Decodierer 2104 ausgegeben. In bestimmten Fällen jedoch ist es möglich, Bilddaten relativ zu einem externen Rechnernetzwerk oder Drucker über eine Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105 ein-/auszugeben.
Die Zentraleinheit 2106 steuert hauptsächlich den Arbeitsablauf des Anzeigegeräts und Arbeitsvorgänge, die sich auf die Erzeugung, die Auswahl und das Aufbereiten der angezeigten Bilder beziehen.
Beispielsweise gibt die Zentraleinheit ein Signal an den Multiplexer 2103 aus, um in geeigneter Weise Bildsignale, die auf dem Anzeigefeld ausgegeben werden sollen, auszuwählen und zu kombinieren. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Zentraleinheit ein Steuersignal für den Anzeigefeldsteuereinheit 2102 in Übereinstimmung mit dem anzuzeigenden Bildsignal, und sie steuert in geeigneter Weise den Arbeitsablauf des Anzeigegeräts wie beispielsweise die Frequenz der Bildschirmanzeige, das Abtastverfahren (mit oder ohne Zeilensprung) und die Anzahl der Bildschirmabtastzeilen.
Darüber hinaus gibt die Zentraleinheit 2106 Bilddaten und Zeichen-/Graphik-Information unmittelbar an die Bilderzeugungsschaltung 2107 aus, oder sie greift auf externe Rechner oder Speicher über die Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105 zu, um die Bilddaten oder die Zeichen-/Graphik-Information einzugeben. Es muß hier nicht erwähnt werden, daß die Zentraleinheit 2106 auch für andere Anwendungen als die hier beschriebenen eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann die Zentraleinheit 2106 unmittelbar auf eine Funktion zur Erzeugung und Verarbeitung von Information angewendet werden wie in Art eines Personal Computers oder einer Textverarbeitung. Alternativ kann die Zentraleinheit 2106 mit einem externen Rechnernetzwerk über die Ein-/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 2105, wie oben dargestellt, verbunden werden, um einen Arbeitsablauf wie eine numerische Berechnung in Verbindung mit einem externen Gerät durchzuführen.
Die Eingabeeinheit 2114 dient dazu, dem Anwender zu ermöglichen, Befehle, Programme oder Daten in die Zentraleinheit 2106 einzugeben. Beispiele sind eine Tastatur oder Maus oder verschiedene andere Eingabeeinheiten wie einen Joystick, ein Strichcodeleser oder eine Tonerkennungseinheit.
Der Decodierer 2104 ist eine Schaltung zur umgekehrten Umsetzung verschiedener Bildsignale, die von den Einheiten 2107 bis 2113 eintreten, in Farbsignale der drei Primärfarben oder in ein Helligkeitssignal und I-, Q-Signale.
Es ist sinnvoll, daß der Decodierer 2104 intern mit einem Bildspeicher, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, ausgestattet wird. Dies dient dem Zweck, ein Fernsehsignal zu bearbeiten, das einen Bildspeicher erforderlich macht, wenn die umgekehrte Umsetzung durchgeführt werden soll, wie beispielsweise beim MUSE-System. Den Bildspeicher bereitzustellen ist dahingehend von Vorteil, daß die Anzeige eines Standbildes vereinfacht wird, und daß, in Verbindung mit der Bilderzeugungsschaltung 2107 und der Zentraleinheit 2106, Aufbereitung und Bildverarbeitung wie Ausdünnen von Bildpunkten, Interpolation, Vergrößerung, Reduzierung und Synthese vereinfacht wird.
Der Multiplexer 2103 wählt in geeigneter Weise das angezeigte Bild auf der Grundlage eines Steuersignals aus, das von der Zentraleinheit 2106 eingegeben wird. Genauer gesagt: Der Multiplexer 2103 wählt ein vorgegebenes Bildsignal aus den umgekehrt umgesetzten Bildsignalen aus, die vom Decodierer 2104 eingegeben werden, und er gibt das ausgewählte Signal an die Steuerschaltung 2101 aus. In diesem Fall kann beim Umschalten und Auswählen der Bildsignale innerhalb der Ausgabezeit einer Anzeige auf dem Bildschirm eine Anzeige in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt werden, und Bilder, die sich in Abhängigkeit vom Bereich unterscheiden, in der Art von Mehrfachbildschirm-Fernsehen angezeigt werden.
Die Anzeigefeldsteuereinheit 2102 steuert den Arbeitsablauf der Steuerschaltung 2101 auf der Grundlage des Steuersignals, das von der Zentraleinheit 2106 eingegeben wird.
Im Hinblick auf die Grundarbeitsweise des Anzeigefeldes 2102 wird, als Beispiel, ein Signal zur Steuerung der Verarbeitungsfolge der Steuerspannungsquelle (hier nicht gezeigt) für das Anzeigefeld an die Steuerschaltung 2101 ausgegeben. In Beziehung zum Verfahrens der Ansteuerung des Anzeigefeldes wird ein Signal zur Steuerung beispielsweise der Bildschirmanzeigefrequenz oder des Abtastverfahrens (mit oder ohne Zeilensprung) an die Steuerschaltung 2101 ausgegeben.
Darüber hinaus gibt es eine Fall, bei dem ein Steuersignal, das in Bezug zur Justierung der Bildqualität, besonders Leuchtdichte des angezeigten Bildes, Kontrast, Ton und Schärfe, an die Steuerschaltung 2101 ausgegeben wird.
Die Steuerschaltung 2101 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals, das auf das Anzeigefeld 2100 angewendet wird, und es arbeitet auf der Grundlage des Bildsignals, das vom Multiplexer 2103 eingegeben wird und das Steuersignal, das von der Anzeigefeldsteuereinheit 2102 eingegeben wird.
Die Funktionen der verschiedenen Einheiten sind wie oben beschrieben. Durch Verwendung der in 29 gezeigten Anordnung kann die Bildinformation, die von verschiedenen Informationsquellen eingegeben werden, auf dem Anzeigefeld 2100 im Anzeigegerät dieses Ausführungsbeispiels angezeigt werden. Speziell verschiedene Bildsignale, deren häufigste ein Fernsehsignal ist, werden im Decodierer 2104 ungekehrt umgesetzt, in geeigneter Weise im Multiplexer 2103 ausgewählt und in die Steuerschaltung 2101 eingegeben. Andererseits erzeugt die Anzeigesteuereinheit 2102 ein Steuersignal zur Steuerung der Arbeitsweise der Steuerschaltung 2101 in Abhängigkeit vom angezeigten Bildsignal. Auf der Grundlage des zuvor angesprochenen Bildsignals und des Steuersignals wendet die Steuerschaltung 2101 ein Steuersignals auf das Anzeigefeld 2100 an. Als Folge wird ein Bild an dem Anzeigefeld 1201 angezeigt. Diese Abfolge von Arbeitsweisen erfolgt unter der Gesamtsteuerung der Zentraleinheit 2106.
Darüber hinaus ermöglicht im Anzeigegerät dieses Ausführungsbeispiels das Vorhandensein des Bildspeichers, der sich im Decodierer 2104 befindet, der Bilderzeugungsschaltung 2107 und der Zentraleinheit 2106 nicht nur Bildinformation aus einer Vielzahl von Bildinformationsfeldern auszuwählen, anzuzeigen, sondern auch, die angezeigte Bildinformation der Bildverarbeitung wie Vergrößerung, Verkleinerung, Rotation, Bewegung, Kantenverzerrung, Ausdünnen, Interpolation, Farbumsetzung und Vertikal-Horizontal-Verhältnisumsetzung und der Bildaufbereitung wie Synthese, Löschen, Verknüpfung, Substitution und Anpassung zu unterziehen.
Darüber hinaus, obgleich dieses Thema die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels nicht speziell berührt, sei es erlaubt, auf eine spezielle Schaltung zur Durchführung der Verarbeitung und Aufbereitung bezüglich der Toninformation in gleicher Weise wie bei der Bildverarbeitung und Bildaufbereitung, die oben aufbereitet wurde, zu zeigen. Entsprechend ist das Anzeigegerät dieser Erfindung in der Lage, in einer Funktionseinheit mit verschiedenen Funktionen ausgestattet zu sein, wie den Funktionen der Fernsehanzeigeausrüstung, Büroanschlußausrüstung wie Telekonferenzanschlußausrüstung, Bildaufbereitungsausrüstung zur Bearbeitung von Standbildern und bewegten Bildern, Computeranschlußausrüstung und Textverarbeitungscomputern oder Spielen. Als Folge findet das Anzeigegerät vielfache Anwendung bei dem industriellen und dem privaten Einsatz.
29 zeigt nur ein Beispiel des Aufbaus eine Mehrfunktionsanzeigegeräts, das ein Anzeigefeld verwendet, bei dem die oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente Elektronenstrahlquellen sind. Dieses Gerät ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Beispielweise können Schaltungen, deren Funktion für die spezielle Anwendung nicht benötigt werden, von den Bauteilen der 29 entfernt werden. Umgekehrt können, in Abhängigkeit von der Anwendung, Bauteile zusätzlich hinzugefügt werden. Bei einem Fall beispielsweise, bei dem das Anzeigegerät als Fernsehtelephon verwendet wird, wäre es ideal, eine Sende-/Empfangsschaltung einschließlich einer Fernsehkamera, Mikrophon, Beleuchtungsausrüstung und Modem zu den Bauteilen hinzuzufügen.
Beim Anzeigegerät dieses Ausführungsbeispiels läßt sich ein Anzeigefeld, bei dem oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente als die Elektronenstrahlquellen dienen, einfach in der Dicke reduzieren. Dies ermöglicht, die Gesamtabmessung des Anzeigegeräts in Richtung der Tiefe reduzieren. Hinzu kommt, daß eine Anzeigefeld, bei dem oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente als die Elektronenstrahlquellen dienen, ohne weiteres bezüglich der Bildschirmgröße vergrößert werden, und das Anzeigefeld zeichnet sich durch seine hohe Leuchtdichte und die Blickwinkeleigenschaften aus. Dies bedeutet, daß es für das Anzeigegerät möglich ist, mit sehr guter visueller Schärfe ein Bild zu sehen, das realistisch und eindruckvoll ist.
Aufbau eines Anzeigefeldes und sein Herstellungsverfahren
Der Aufbau und das Herstellungsverfahren eines Anzeigefeldes eines Bildanzeigegeräts, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, wird nun im Hinblick auf ein spezifisches Beispiel beschrieben.
30 zeigt perspektivisch ein Anzeigefeld, das bei diesen Ausführungsbeispielen verwendet wird. Ein Teil des Feldes ist schnittbildlich dargestellt, um den inneren Aufbau zu zeigen.
In 30 werden die Rückwand 1005, die Seitenwand 1006 und die Frontplatte 1007 gezeigt. Die hermetisch abgeschlossene Hülle zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Inneren des Anzeigefeldes wird von den Bauteilen 1005 bis 1007 gebildet. Ausgedrückt im Zusammenbau der hermetisch abgeschlossenen Hülle erfordern die Verbindungen zwischen den Bauteilen, daß sie versiegelt werden, um ausreichend Festigkeit und Luftdichtigkeit aufrechtzuerhalten. Eine Versiegelung wir beispielsweise erreicht, indem die Verbindungen mit Glasmasse überzogen werden, und ein Brennen in Luft oder in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 400°C und 500°C über eine Zeitraum von 10 min oder mehr ausgeführt wird. Das Verfahren des Evakuierens des Inneren der hermetisch abgeschlossenen Hülle wird später beschrieben.
Das Substrat 1001 mit darauf gebildeten N × M Kaltkathodenelementen 1002 ist auf der Rückwand 1005 befestigt. (Hier sind N, M positiv, ganze Zahlen mit einem Wert von zwei oder größer, deren Anzahl geeignet in Übereinstimmung mit der Anzahl der beabsichtigten Anzeigegeräte eingestellt wird. Bei einem Anzeigegerät beispielsweise, dessen Zweck es ist, hochauflösendes Fernsehen anzuzeigen, ist vorzusehen, daß die Anzahl der Elemente nicht kleiner als N = 3000 und M = 1000 ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt N = 3072 und M = 1024.)
Die M × N Kaltkathodenelemente sind matrixartig durch M Drähte in Zeilenrichtung 1003 und N Drähte in Spaltenrichtung 1004 verbunden. Der durch die Bauteile 1001 bis 1004 gebildete Teil wird als eine "Mehrfachelektronenstrahlquelle" bezeichnet. Das Verfahren der Herstellung der Mehrfachelektronenstrahlquelle und der Aufbau wird später genauer beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung derart, daß das Substrat 1001 der Mehrfachelektronenstrahlquelle an der Rückwand 1005 der hermetisch abgeschlossenen Hülle befestigt ist. Verfügt jedoch das Substrat der Mehrfachelektronenstrahlquelle über ausreichend Festigkeit, kann das Substrat selbst als Rückwand der hermetisch abgeschlossenen Hülle verwendet werden.
Die Leuchtstoffschicht 1008 wird auf der Unterseite der Frontplatte 1005 gebildet. Da sich dieses Ausführungsbeispiel auf ein Farbanzeigegerät bezieht, werden Teile der Leuchtstoffschicht 1008 mit Leuchtstoffen der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau wie bei der Kathodenstrahlröhrentechnik verwendet. Der Leuchtstoff jeder Farbe wird in Streifenform, wie in 12A gezeigt, angewendet, und der schwarze Leiter 1010 wird zwischen den Leuchtstoffstreifen vorgesehen. Zweck, den schwarzen Leiter 1010 vorzusehen, ist es, sicher zu gehen, daß es keine Verschiebung bei den Anzeigefarben auftritt, selbst wenn etwa Abweichungen der Stelle durch den eingestrahlten Elektronenstrahl auftritt, um einer Abnahme des Anzeigekontrastes vorzubeugen, indem der Reflexion des externen Lichts vorgebeugt wird, und um vorzubeugen, daß die Leuchtstoffschicht durch den Elektronenstrahl nicht aufgeladen wird. Der verwendete Hauptanteil beim schwarzen Leiter 1010 ist Graphit; jedes andere Material kann verwendet werden, sofern es den oben angeführten Zielsetzungen genügt.
Die Anwendung der Leuchtstoffe der drei Primärfarben ist nicht auf eine streifenförmige Anordnung, wie in 12A gezeigt, beschränkt. Beispielsweise kann eine dreieckförmige Anordnung, wie in 12B gezeigt, oder eine andere Anordnung angenommen werden. Im Fall, bei dem ein einfarbiges Anzeigefeld hergestellt wird, kann ein einfarbiges Leuchtstoffmaterial als Leuchtstoffschicht 1008 verwendet werden, und das schwarzen Leitermaterial muß nicht notwendigerweise verwendet werden.
Darüber hinaus wird die bei der Kathodenstrahlröhrentechnik wohlbekannte metallische Rückwand 1009 auf der Oberfläche der Leuchtstoffschicht 1008 auf der Seite der Rückwand vorgesehen. Zweck, die metallischen Rückwand 1009 vorzusehen, ist es, die Anwendung des Lichts, indem ein Teil des von der Leuchtstoffschicht 1008 emittierten Lichts reflektiert wird, zu verbessern, um die Leuchtstoffschicht 1008 gegen Zerstörung durch Beschuß negativer Ionen zu schützen, und um als eine Elektrode zum Anlegen einer Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung zu wirken, und um als eine Leitungswegstrecke für die Elektronen zu wirken, die die Leuchtstoffschicht 1008 angeregt haben. Die metallische Rückwand 1009 wird durch ein Verfahren hergestellt, die die Bildung der Leuchtstoffschicht 1008 auf dem Frontplattensubstrat 1007, nachfolgendes Glätten der Leuchtstoffschichtoberfläche und des im Vakuum aufgebrachten Aluminiums auf dieser Oberfläche enthält. Bei einem Fall, bei dem ein Leuchtstoffmaterial für Niederspannung als Leuchtstoffschicht 1008 verwendet wird, ist die metallischen Rückwand 1009 nicht erforderlich.
Obgleich bei diesem Ausführungsbeispiel nicht verwendet, können lichtdurchlässige Elektroden, die beispielsweise aus indiumdotiertem Zinnoxid bestehen, zwischen dem Frontplattesubstrat 1007 und der Leuchtstoffschicht 1008 zu Zweck des Anlegens einer Beschleunigungsspannung und zur Verbesserung der Leitfähigkeit des Leuchtstoffschicht 1008 vorgesehen werden.
D_x1 bis D_xm, D_y1 bis D_yn und Hv bezeichnen elektrische Verbindungsanschlüsse, die einen luftdichten Aufbau haben, um dieses Anzeigefeld mit elektrischer Schaltungsanordnung (hier nicht gezeigt) zu verbinden. Die Anschlüsse D_x1 bis D_xm werden elektrisch mit den Drähte in Zeilenrichtung 1003 der Mehrfachelektronenstrahlquelle verbunden, die Zuleitungsanschlüsse D_y1 bis D_ym werden elektrisch mit den Drähte in Spaltenrichtung 1004 der Mehrfachelektronenstrahlquelle verbunden, und der Anschluß Hv wird elektrisch mit der metallischen Rückwand 1009 der Frontplatte verbunden.
Um das Innere der hermetisch abgeschlossenen Hülle zu evakuieren, werden ein Austrittsrohr und eine Vakuumpumpe (hier nicht gezeigt), nachdem die hermetisch abgeschlossene Hülle zusammengebaut ist, miteinander verbunden, und das Innere der Hülle wird auf ein Vakuum von 10^–7 Torr evakuiert. Das Austrittsrohr wird dann abgeschmolzen. Um den Grad des Vakuums innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle aufrechtzuerhalten, wird eine Getter-Schicht (hier nicht gezeigt) an einer vorbestimmten Stelle innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Hülle unmittelbar bevor oder unmittelbar nachdem das Rohr abgeschmolzen wurde, gebildet. Die Getter-Schicht ist eine Schicht, die durch Erwärmen eines Getter-Materials, dessen Hauptbestandteil beispielsweise Bariums ist, gebildet wird, um mit Hilfe eines Heizgeräts oder durch Hochfrequenzheizen das Material aufzubringen. Ein Vakuum in der Größenordnung von 1 × 10^–5 Torr bis 1 × 10^–7 Torr (1,3 × 10^–5 mbar bis 1 × 10^–7 mbar) wird im Inneren der hermetisch abgeschlossenen Hülle durch den Adsorptionsvorgang der Getter-Schicht aufrechterhalten.
Da das Innere der hermetisch abgeschlossenen Hülle bei einem Vakuum von 10^–6 Torr (1,3 × 10^–6 mbar) aufrechterhalten wird, werden die flachen plattenförmigen Abstandshalter 1500 innerhalb der Hülle als Anordnung bereitgestellt, um Widerstand gegen den Luftdruck zu bilden, um einer Zerstörung der Hülle durch Luftdruck und zufällige Stöße zu verhindern. Der Abstandshalter 1500 enthält ein Bauteil, das durch Bildung einer halbleitenden Dünnschicht auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 erhalten wurde. Die Lage der Abstandshalter 1500 wird annähernd parallel zur X-Richtung in einer Anzahl und in einem Abstand angeordnet, was erforderlich ist, um dieses Ziel zu erreichen. Die inner Oberfläche der hermetisch abgeschlossenen Hülle wird mit einer Glasmasse versiegelt. Der Abstandshalter 1500 enthält einen Isolationsträger 1501, der aus einem Material mit ausreichendem Isolationsvermögen besteht, um einer einwirkenden Hochspannung entlang der Drähte in Spaltenrichtung 1004 und der metallischen Rückwand 1009 zu widerstehen. Beispiele des Materials für den Isolationsträger 1501 des Abstandshalters 1500 sind Quarzglas, Glas mit einer reduzierten Verunreinigungsgehalt (beispielsweise Natrium), Kronglas oder einer Keramik, die beispielsweise aus Aluminium besteht. Es wird empfohlen, den Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des isolierenden Substrats 1501 des Abstandshalters 1500 nahe dem Material, aus dem die hermetisch abgeschlossene Hülle besteht, zu wählen, damit das Innere des Anzeigefeldes durch die Elemente 1005 bis 1007 auf einem Vakuum gehalten wird.
Die halbleitende Dünnschicht 1502 kann aus irgendeinem Material bestehen, so lange es eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit hat, um das Aufladen der Oberfläche des Abstandshalter 1500 zu verhindern. Beispielweise wird aus Sicht der Aufrechterhaltung des Aufladungsverhinderungseffekts und das Unterdrücken des Leistungsbedarfs aufgrund von Leckstrom empfohlen, daß die halbleitende Dünnschicht 1502 ein Wert des Oberflächenwiderstands im Bereich von 10⁵ Ω/☐ bis 10¹² Ω/☐ hat. Beispiele des Materials sind eine Dünnschicht, die durch Bildung eines Halbleiters aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem eine geringe Menge Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern auf der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinem Zustand hinzugefügt werden, erhalten wird. Beispiele der Verfahren zur Bildung der halbleitenden Dünnschicht 1502 sind ein Vakuumschichtbildungsverfahren wie Vakuumbeschichtung, Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder durch Anwenden und Brennen einer organischen Lösung oder durch eine Dispersion durch Tauchen oder durch Verwendung eines Schleudergeräts.
Die halbleitende Dünnschicht 1502 wird an mindestens einem Teil der Oberfläche des Isolationsträgers 1501 des Abstandshalters 1500 gebildet, das dem Vakuum in der hermetisch abgeschlossenen Hülle, die das Vakuum im Anzeigefeld durch die Elemente 1005 bis 1007 aufrechterhält, ausgesetzt ist. Die halbleitende Dünnschicht 1502 wird elektrisch mit dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 auf der Seite der Frontplatte 1007 verbunden, und sie wird elektrisch mit dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Rückwand 1005 verbunden.
Das elektrisch leitende Bauteil 1503, das eine elektrisch leitende Dünnschicht darstellt, wird durch Bildung einer metallischen Dünnschicht aus Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber oder Gold, einem Halbleiter aus der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium oder Germanium, einem Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid, einem Oxidhalbleiter wie Zinnoxid oder einem Störstellenhalbleiter, der erhalten wird, indem Dotierungsatome den oben erwähnten Halbleitern in einer Menge, die größer als die in der halbleitenden Schicht 1502 verwendet wurde, im amorphen, im polykristallinen oder im monokristallinen Zustand hinzugefügt werden.
Ein elektrisch leitendes Bauteil 1503 oder mehrere elektrisch leitende Bauteile 1503 werden gebildet, und jedes ist in einer Richtung annähernd senkrecht zur Richtung eines elektrischen Feldes zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 angeordnet. Darüber hinaus wird das elektrisch leitende Bauteil 1503 im Allgemeinen so gebildet, daß es eine kleinere Breite als der Abstand zwischen dem schwarzen Leiter 1010 oder der metallischen Rückwand 1009 und dem Draht in Spaltenrichtung 1004 auf der Seite der Frontplatte 1007 hat. Die halbleitende Dünnschicht 1502 und das elektrisch leitenden Bauteil 1503 werden elektrisch miteinander verbunden.
Die Struktur der Abstandshalter 1500, die Stellen, an denen sie angeordnet werden, das Verfahren, sie anzuordnen und die elektrische Verbindung zwischen den Abstandshalter und der Frontplatte 1007 sowie der Rückwand 1005 sind nicht auf den oben eingestellten Fall beschränkt. Es reicht aus, wenn ausreichend Festigkeit gegen den Luftdruck, ausreichend Isolation, um der Hochspannung, die entlang des Drahtes in Spaltenrichtung 1004 und der metallischen Rückwand 1009 einwirkt, zu widerstehen, und eine Oberflächenleitfähigkeit, die die elektrische Aufladung der Oberfläche des Abstandshalters 1500 verhindert, vorliegt.
Das Vorangegangene ist eine Beschreibung des grundlegenden Aufbaus und des Verfahrens der Herstellung des Anzeigefeldes nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung der Mehrfachelektronenstrahlquelle in dem Anzeigefeld des vorangegangenen Ausführungsbeispiels beschrieben. Ist die Mehrfachelektronenstrahlquelle, die im Bildanzeigegerät dieser Erfindung verwendet wird, eine Elektronenquelle, bei der Kaltkathodenelemente in Form einer einfachen Matrix verdrahtet sind, gibt es keine Begrenzung bezüglich der Materialien, der Form oder der Herstellung der Kaltkathodenelemente. Entsprechend ist es möglich, Kaltkathodenelemente als oberflächenleitende Elektronenemissionselemente oder Kaltkathodenelemente vom Feldemissionstyp oder vom Metall-Isolator-Metall-Typ zu verwenden.
Da das Verlangen nach preiswerten Anzeigeeinheiten mit einem großen Anzeigbildschirm besteht, werden die oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente als Kaltkathodenelemente besonders bevorzugt. Genauer gesagt: Mit dem Element vom Feldemissionstyp beeinflußt die relative Stellung des Emitterkonus und der Gate- Elektrode stark die Elektronenemissionseigenschaften. Folglich wird eine sehr genaue Herstellungstechnik erforderlich. Dies ist, bezogen auf die Vergrößerung des Oberflächenbereichs und der Herabsetzung der Herstellungskosten, von Nachteil.
Mit dem Element vom Metall-Isolator-Metall-Typ ist es erforderlich, daß die Dicke des Isolationsschicht und der Schicht, die die obere Elektrode bildet, klein und einheitlich gehalten werden. Dies ist ebenfalls ein Nachteil bezüglich der Vergrößerung des Oberflächenbereichs und des Herabsetzens der Herstellungskosten. In dieser Beziehung ist das oberflächenleitende Elektronenemissionselement vergleichsweise einfach herzustellen, der Oberflächenbereich läßt sich auf einfache Weise vergrößern und die Herstellungskosten lassen sich in einfacher Weise reduzieren.
Darüber hinaus haben die Erfinder entdeckt, daß unter den verfügbaren oberflächenleitenden Elektronenemissionselementen ein Element, bei dem der Elektronenemissionsteil oder die zugehörige Peripherie von einer Schicht aus Feinteilchen gebildet wird, die bezüglich seiner Elektronenemissionseigenschaft herausragt, und daß sich das Element auf einfache Weise herstellen läßt.
Entsprechend kann verstanden werden, daß solch ein Element besonders zur Verwendung bei einer Mehrfachelektronenstrahlquelle bei einem Bildanzeigegerät mit hoher Leuchtdichte und einem großen Bildschirm bevorzugt wird. Entsprechend dem Anzeigefeld des vorherigen Ausführungsbeispiels wurde von einem oberflächenleitenden Elektronenemissionselement Gebrauch gemacht, bei dem der Elektronenemissionsteil oder die zugehörige Peripherie aus einer Schicht von Feinteilchen gebildet wurde. Daher wird als erstes der grundlegende Aufbau, das herstellungsverfahren und die Kenndaten eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements beschrieben, und danach folgt eine Beschreibung des Aufbaus der Mehrfachelektronenstrahlquelle, bei der eine große Anzahl von Elementen in Form einer Matrix verdrahtet sind.
Elementaufbau für oberflächenleitende Elektronenemissionselemente und deren Herstellungsverfahren
Ein Element vom Flachanzeigefeldtyp und ein Element vom Stufentyp sind die beiden typische Arten des Aufbaus von oberflächenleitenden Elektronenemissionselementen, bei denen der Elektronenemissionsteil oder die zugehörige Peripherie aus einer Schicht von Feinteilchen gebildet werden.
Oberflächenleitendes Elektronenemissionselement vom Flachanzeigefeldtyp
Der Elementaufbau und die Herstellung des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Flachanzeigefeldtyp wird als erstes beschrieben. Die 31A bzw. 31B zeigen Querschnitt und Schnittdarstellung eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Flachanzeigefeldtyp.
In den 31A und 31B bezeichnen 1101 ein Substrat, 1102 und 1103 Elementelektroden, 1104 eine elektrisch leitende Dünnschicht, 1105 ein durch eine Formierungsbehandlung gebildetes Elektronenemissionsteil und 1113 eine durch Aktivierungsbehandlung gebildete Dünnschicht. Beispiele für das Substrat 1101 sind verschiedene Glassubstrate wie Quarzglas oder Blaufarbenglas, verschieden Substrate einer Keramik wie Tonerde oder ein Substrat, das durch Aufbringen einer Isolationsschicht wie Silizium(II)-oxid auf verschiedene der oben genannten Substrat erhalten wird.
Die Elementelektroden 1102 und 1103, die auf dem Substrat 1101 einander gegenüberliegend angeordnet sind und im wesentlichen parallel zur Substratoberfläche verlaufen, werden von einem Material mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet. Beispiele dieser Materialien können sein: die Metalle Nickel, Chrom, Gold, Molybdän, Wolfram, Platin, Titan, Aluminium, Kupfer, Palladium und Silber sowie Legierungen dieser Metalle, Metalloxide wie Indiumoxid/Zinnoxid und Halbleitermaterialien wie Polysilizium. Um die Elektroden zu bilden, kann eine Kombination einer Schichtherstellungstechnik wie Beschichten im Vakuum und eine Maskenbildungstechnik wie Photolithographie oder Ätzen verwendet werden. Jedoch sind auch andere Verfahren der Elektrodenbildung wie Drucktechniken zugelassen.
Die Formen der Elementelektroden 1102 und 1103 werden in Übereinstimmung mit der Anwendung und dem Zweck des Elektronenemissionselements festgelegt. Im allgemeinen kann der Abstand L10 zwischen den Elektroden ein geeigneter Wert im Bereich von einigen Zehnfachen eines Nanometers oder einigen Hundert Mikrometern sein. Bevorzugt wird für das in einem Anzeigegerät verwendete Bauteil ein Bereich in der Größenordnung von einigen Mikrometern bis zu einigen Zehnfachen eines Mikrometers gewählt. Bezüglich der Dicke d der Elementelektroden wird ein geeigneter Wert in einem Bereich zwischen einigen Zehnfachen Nanometern und einigen Mikrometern ausgewählt.
Eine Feinteilchenschicht wird an dem Teil der elektrisch leitenden Dünnschicht 1104 verwendet. Die hier gedachte Feinteilchenschicht bedeutet eine Schicht (einschließlich inselförmigen Zuständen), die eine große Anzahl von Feinteilchen als Strukturelemente enthält. Wird eine Feinteilchenschicht mikroskopisch untersucht, ist die üblicherweise beobachtete Struktur eine, bei der einzelne Feinteilchen mit einem Zwischenraum angeordnet sind, wobei eine Möglichkeit ist, daß die Teilchen nebeneinander angeordnet sind, oder eine andere, bei der sich die Teilchen überlappen.
Der Teilchendurchmesser der Feinteilchen, die bei der Feinteilchenschicht verwendet wird, bewegt sich im Bereich zwischen einigen Zehntel Nanometer bis zu einigen Hundert Nanometer, wobei der bevorzugte Bereich 1 nm bis 20 nm beträgt. Die Feinteilchenschichtdicke wird in geeigneter Weise ausgewählt, wobei die folgenden Bedingungen in Betracht gezogen werden: Erforderliche Bedingungen zum Erzielen einer guten elektrischen Verbindung zwischen den Elementelektroden 1102 und 1103, erforderliche Bedingungen zur Durchführung später zu beschreibender Formierung und erforderliche Bedingungen zum Erzielen eines geeigneten, später zu beschreibenden Werts für den elektrischen Widerstand der Feinteilchenschicht. Genauer gesagt: Die Schichtdicke wird im Bereich von einigen Zehntel Nanometer bis zu einigen Hundert Nanometern, bevorzugt 1 nm bis 50 nm gewählt.
Beispiele für das verwendete Material der Bildung von Feinteilchenschichten sind: die Metalle Palladium, Platin, Ruthenium, Silber, Gold, Titan, Indium, Kupfer, Chrom, Eisen, Zink, Zinn, Tantal, Wolfram und Blei, die Oxide Palladiumoxid, Zinkoxid, Indiumoxid, Bleioxid und Antimonoxid, die Boride Hafniumborid, Zirkoniumborid, Lanthanborid, Cerborid, Ytterbiumborid und Gadoliniumborid, die Carbide Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Tantalcarbid, Siliziumcarbid und Wolframcarbid, die Nitride Titannitrid, Zirkoniumnitrid und Hafniumnitrid, die Halbleiter Silizium und Germanium und Kohlenstoff. Das Material kann in geeigneter Weise von diesen chemischen Stoffen ausgewählt werden.
Wie oben erwähnt, kann die elektrisch leitende Dünnschicht 1104 aus der Feinteilchenschicht gebildet werden. Der Flächenwiderstand wird so eingestellt, daß er sich im Bereich zwischen 10³ Ω/☐ und 10⁷ Ω/☐ bewegt. Da es vorzuziehen ist, daß die elektrisch leitende Dünnschicht 1104 in guten elektrischen Kontakt mit den Elementelektroden 1102 und 1103 gelangt, ist die angenommene Aufbau derart, daß sich die Schicht und die Elementelektroden überlappen. Was die Verfahren zum Erreichen der Überlappung anlangt, wird bei einem Verfahren das Bauteil von unten nach oben in der Reihenfolge Substrat, Elementelektroden und elektrisch leitende Schicht, wie im Beispiel von 31B gezeigt, aufgebaut. Je nach Fall kann das Bauteil auch von unten in der Reihenfolge Substrat, elektrisch leitende Schicht und Elementelektroden aufgebaut werden.
Das Elektronenemissionsteil 1105 ist ein Rißteil, das im Teil der elektrisch leitenden Dünnschicht 1104 gebildet wird, der, elektrisch gesprochen, einen höheren elektrischen Widerstand als die umgebende elektrisch leitende Dünnschicht hat. Der Riß wird gebildet, indem die elektrisch leitende Dünnschicht 1104 einer später zu beschreibenden Formierungsbehandlung unterworfen wird. Es gibt Fälle, bei denen die Feinteilchen mit einen Teilchendurchmesser von einigen Zehntel Nanometer bis einige Zehnfache Nanometer innerhalb des Risses angeordnet sind.
Es sei angemerkt, daß, da es schwierig ist, den tatsächlichen Ort und die Form des Elektronenemissionsteils fein und genau darzustellen, in den 31A und 31B nur eine schematische Darstellung gegeben wird.
Die Dünnschicht 1113 besteht aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung, und sie überdeckt den Elektronenemissionsteil 1105 und seine Umgebung. Die Dünnschicht 1113 wird nach der Formierungsbehandlung durch Ausführen einer später zu beschreibenden Aktivierungsbehandlung gebildet.
Die Dünnschicht 1113 besteht aus einkristallinem Graphit, polykristallinem Graphit oder amorphem Graphit oder aus einer Mischung dieser Graphitarten. Die Schichtdicke ist bevorzugt weniger als 50 nm, speziell weniger als 30 nm.
Es sei angemerkt, daß, da es schwierig ist, genau den tatsächlichen Ort und die Form der Dünnschicht 1113 darzustellen, in den 31A und 31B nur eine schematische Darstellung gegeben wird.
Der verlangte Grundaufbau des Elements wurde beschrieben. Das folgende Element wurde bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet: Als Substrat 1101 wurde Kronglas verwendet, und eine dünne Nickelschicht wurde für die Elementelektroden 1102 und 1103 verwendet. Die Schichtdicke d der Elementelektroden betrug 100 nm und der Elektrodenabstand L10 2 μm. Bei der Feinteilchenschicht wurde als Hauptbestandteil Palladium oder Palladiumoxid verwendet, die Schichtdicke der Feinteilchenschicht betrug etwa 10 nm und die Breite W 100 μm.
Das Herstellungsverfahren des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom bevorzugten Flachanzeigefeldtyp wird nun beschrieben.
Die 32A bis 32E sind Schnittdarstellungen zur Beschreibung der Verfahrensschritte zur Herstellung des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements. Teile, die ähnlich denen der 31A und 31B sind, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen.

(1) Als erstes werden auf dem Substrat 1101, wie in 32A gezeigt, die Elementelektroden 1102 und 1103 gebildet. Im Hinblick auf die Bildung wird das Substrat durch Verwendung eines Reinigungsmittels, reinen Wassers oder eines organischen Lösungsmittels ausreichend gereinigt, wonach das Elementelektrodenmaterial aufgebracht wird. (Als Beispiel des Aufbringens wird eine schichtbildende Technik im Vakuum wie Aufdampfen im Vakuum oder Kathodenzerstäubung verwendet.) Danach wird das aufgebrachte Elektronenmaterial mit Hilfe der Photolithographie zur Bildung des Elektronenpaars 1102 und 1103 strukturiert, wie in 32A gezeigt.
(2) Als nächstes wird die elektrisch leitende Dünnschicht 1104, wie in 32B gezeigt, gebildet. Im Hinblick auf die Bildung wird das Substrat der 32A mit einer organischen Metallösung überzogen, die anschließend einer Trocknungs-, einer Aufheiz- und einer Einbrennbehandlung unterworfen wird, um eine Feinteilchenschicht zu bilden. Dann wird durch photolithographisches Ätzen eine Strukturierung zum Erreichen einer vorgegebenen Form durchgeführt. Die organische Metallösung besteht aus einer organischen Metallverbindung, deren Hauptelement das in der elektrisch leitenden Schicht verwendete Material aus Feinteilchen ist. (Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde als chemisches Element hauptsächlich Palladium verwendet. Darüber hinaus wurde als Anwendungsverfahren bei diesem Ausführungsbeispiel das Tauchverfahren verwendet. Es können jedoch auch andere Verfahren wie das Schleuder- oder das Zerstäubungsverfahren verwendet werden.) Darüber hinaus kann außer in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Verfahren der organischen Metallösung als Verfahren der Bildung der elektrisch leitenden Dünnschicht, hergestellt aus einer Feinteilchenschicht, Verfahren wie Verdampfen um Vakuum und Kathodenzerstäubung oder chemisches Abscheiden aus der Gasphase eingesetzt werden.
(3) Als nächstes wird, wie in 32C gezeigt, mit Hilfe eines Netzteils an die Elementelektroden 1102 und 1103 eine geeignete elektrische Spannung angelegt, wobei eine Formierungsbehandlung durchgeführt wird, um den Elektronenemissionsteil 1105 zu bilden.

Die Formierungsbehandlung besteht darin, daß durch die elektrisch leitende Dünnschicht 1104, die aus der Feinteilchenschicht hergestellt ist, ein elektrischer Strom geschickt wird, um örtlich die Eigenschaft dieses Teils zu zerstören, zu deformieren oder zu ändern, wobei eine Struktur erhalten wird, die ideal zur Durchführung einer Elektronenemission ist. Am Teil der aus der Feinteilchenschicht hergestellten elektrisch leitenden Schicht, die in eine ideal zur Elektronenemission geeigneten Struktur geändert wurde (das heißt der Elektronenemissionsteil 1105), wird ein für eine Dünnschicht geeigneter Riß gebildet. Beim Vergleich mit einer Situation vor der Formierung des Elektronenemissionsteils 1105 wird erkannt, daß der zwischen den Elementelektroden 1102 und 1103 gemessene elektrische Widerstand nach de Formierung deutlich zugenommen hat.
Um eine genauere Beschreibung des Formierungsverfahrens zu geben, wird ein Beispiel einer geeigneten Spannungswellenform von dem formierungsbildenden Netzteil 1110 in 33 gezeigt. Bei einem Fall, bei dem die aus der Feinteilchenschicht hergestellten elektrisch leitende Schicht einer Formierung unterworfen wird, wird einer Impulsspannung der Vorzug gegeben. Bezogen auf dieses Ausführungsbeispiel wurden Dreiecksimpulse mit einer Impulsbreite T1 fortlaufend bei einem Impulsintervall T2 zugeführt, wie aus der Figur zu sehen ist. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Spitzenspannung Vpf des Dreiecksimpulses allmählich erhöht. Ein Überwachungsimpuls Pm zur Überwachung der Bildung des Elektronenemissionsteils 1105 wurde zwischen den Dreiecksimpulsen in einem geeigneten Abstand eingebracht, und der zu diesem Zeitpunkt fließende elektrische Strom wurde mit Hilfe eines Amperemeters 1111 gemessen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden in einem Vakuum von beispielsweise 10^–5 Torr (1,3 × 10^–5 mbar) für die Impulsbreite T1 und für das Impulsintervall T2 die Werte 1 ms bzw. 10 ms gewählt, und die Spitzenspannung Vpf wurde pro Impuls in Schritten von 0,1 V erhöht. Der Überwachungsimpuls Pm wurde an jedem fünften Dreiecksimpuls eingesetzt. Die Spannung Vpm des Überwachungsimpulses wurde auf 0,1 V eingestellt, wodurch die Formierungsbehandlung umgekehrt nicht beeinflußt wurde. Die bei der Formierungsbehandlung vorgenommene elektrische Stromzufuhr wurde beendet, wenn der elektrische Widerstand zwischen den Anschlußelektroden 1102 und 1103 einen Wert von 1 × 10⁶ Ω erreichte, hauptsächlich, wenn der mit dem Amperemeter 1111 gemessene elektrische Strom bei Anwendung des Überwachungsimpulses auf einen Wert kleiner 1 × 10^–7 A abfiel.
Das oben beschriebene Verfahren wird in Bezug auf das oberflächenleitenden Elektronenemissionselement dieses Ausführungsbeispiels bevorzugt. Bei einem Fall, bei dem sich das Material oder die Schichtdicke der aus Feinteilchen bestehenden Schicht oder der Entwurf des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements wie beispielsweise der Elementelektrodenabstand L10 ändert, sollten die Formierungsbedingungen entsprechend geändert werden.

(4) Als nächstes wurde, wie in 32D gezeigt, eine über das in Betrieb gesetzte Aktivierungsnetzteil 1112 eine elektrische Spannung an die Elementelektroden 1102 und 1103 angelegt, um eine Aktivierungsbehandlung durchzuführen, wobei die Elektronenemissionseigenschaft verbessert wurde.

Die Aktivierungsbehandlung beinhaltet die Einflußnahme des Elektronenemissionsteils 1105, der durch die oben beschriebene Formierungsbehandlung gebildet wurde, wobei die Stromzufuhr unter geeigneten Bedingungen erfolgte, und wobei Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung in der Umgebung dieses Teils abgeschieden wurde. (In der Figur wird die Abscheidung aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung schematisch als Glied 1113 dargestellt.) Durch die Durchführung dieser Aktivierungsbehandlung kann der Emissionsstrom bei gleicher angelegten elektrischen Spannung im Vergleich zum elektrischen Strom vor Anwendung der Aktivierungsbehandlung um mehr als das hundertfache erhöht werden.
Genauer gesagt: Durch periodisches Anwenden von Spannungsimpulsen in einem Vakuum von 10^–4 Torr bis 10^–5 Torr (1,3 × 10^–4 mbar bis 1,3 × 10^–5 mbar) wird Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung, wobei eine im Vakuum vorhandene organische chemische Verbindung als die Quelle dient, abgeschieden. Die Abscheidung 1113 besteht aus einkristallinem Graphit, polykristallinem Graphit oder amorphem Kohlenstoff oder aus einem Gemisch dieser chemischen Stoffe. Die Schichtdicke beträgt weniger als 50 nm, bevorzugt weniger als 30 nm.
Um eine genauere Beschreibung des Aktivierungsverfahrens zu geben, wird ein Beispiel einer geeigneten Wellenform, die von dem in Betrieb gesetzten Aktivierungsnetzteil 1112 stammt, ausgeführt, wie in 34A gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Aktivierungsbehandlung durch periodische Anwendung von Rechteckwellen mit festem Spannungswert durchgeführt. Genauer gesagt: Die Spannung Vac der Recheckwellen wurde auf 14 V, die Impulsbreite T3 auf 1 ms und das Impulsintervall T4 auf 10 ms festgelegt. Die oben ausgeführten Aktivierungsbedingungen sind bezüglich des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements dieses Ausführungsbeispiels geforderte Bedingungen. Bei einem Fall, bei dem der Entwurf des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements geändert wird, wird gefordert, die Bedingungen entsprechend zu ändern.
Das Bezugszeichen 1114 in 32D bezeichnet eine Elektrode als Anode, um den Emissionsstrom Ie, der vom oberflächenleitenden Elektronenemissionselement stammt, zu erfassen. Die Elektrode als Anode wird mit einem Gleichspannungshochspannungsnetzteil 1115 und einem Amperemeter 1116 verbunden. (Bei einem Fall, bei dem die Aktivierungsbehandlung durchgeführt wird, nachdem das Substrat 1101 in das Anzeigefeld installiert wurde, wird die Leuchtstoffoberfläche (metallische Rückwand) des Anzeigefeldes als Elektrode 1114, die als Anode dient, verwendet.) Während der Zeit, in der die elektrische Spannung vom Aktivierungsnetzteil 1112 geliefert wird, wird der Emissionsstrom Ιe vom Amperemeter 1116 gemessen, um den Fortgang der Aktivierungsbehandlung zu überprüfen, und der Betrieb des Aktivierungsnetzteils 1112 wird überwacht. 24B zeigt ein Beispiel des vom Amperemeter 1116 gemessenen Emissionsstroms Ie. Wenn das in Betrieb gesetzte Aktivierungsnetzteil 1112 mit der Zuführung von Impulsspannung beginnt, nimmt der Emissionsstrom in Abhängigkeit der Zeit zu, der unter Umständen in die Sättigung gerät, bei der der Stromanstieg unterbunden wird. In diesem Augenblick ist der Emissionsstrom Ie im wesentlichen gesättigt, die Zuführung der Spannung von dem in Betrieb gesetzten Aktivierungsnetzteil 1112 wird unterbrochen, und die Aktivierungsbehandlung ist beendet.
Es sei angemerkt, daß die oben angeführten Aktivierungsbedingungen geforderten Bedingungen bezüglich des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements dieses Ausführungsbeispiels sind. Bei einem Fall, bei dem der Entwurf des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements geändert wird, wird gefordert, die Bedingungen entsprechend zu ändern.
Schließlich ist das in 32E gezeigte oberflächenleitende Elektronenemissionselement vom Flachanzeigefeldtyp, wie oben beschrieben, hergestellt.
Oberflächenleitendes Elektronenemissionselement vom Stufentyp
Als nächstes wird ein weiterer typischer Aufbau eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements, bei dem der Elektronenemissionsteil oder seine Peripherie aus einer Feinteilchenschicht gebildet wird, insbesondere der Aufbau eines oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Stufentyp beschrieben.
35 zeigt eine Schnittdarstellung zur Beschreibung des grundlegenden Aufbaus des Elements vom Stufentyp. Die Bezugszeichen bedeuten: 1201 ein Substrat, 1202 und 1203 Elementelektroden, 1206 ein stufenbildende Teil, 1204 eine Feinteilchenschicht verwendende elektrisch leitende Dünnschicht, 1205 ein durch Formierungsbehandlung gebildeter Elektronenemissionsteil und 1213 eine durch Aktivierungsbehandlung gebildete Dünnschicht.
Das Element vom Stufentyp unterscheidet sich vom Element vom Flachanzeigefeldtyp dahingehend, daß eine Elementelektrode (1202) auf dem stufenbildenden Teil 1206 vorgesehen wird, und daß die elektrisch leitende Dünnschicht 1204 die Seite des stufenbildenden Teils 1206 überdeckt. Entsprechend wird der Elementelektrodenabstand L10 beim oberflächenleitenden Elektronenemissionselement vom Flachanzeigefeldtyp in 31A als Höhe Ls des stufenbildenden Teils 1206 beim stufenförmigen Element festgelegt.
Das Substrat 1201, die Elementelektroden 1202 und 1203 und die aus der Feinteilchenschicht bestehende elektrisch leitende Dünnschicht 1204 kann aus den gleichen Materialien wie beim oben beschriebenen Element vom Flachanzeigefeldtyp bestehen. Als stufenbildendes Teil 1206 wird ein elektrisches Isolationsmaterial, beispielsweise Silizium(II)-oxid, verwendet.
Ein Herstellungsverfahren des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Stufentyp wird nun beschrieben. Die 36A bis 36F sind Schnittdarstellungen zur Beschreibung der Herstellungsschritte. Die Bezugszeichen der einzelnen Bauteile entsprechend denen von 35.

(1) Als erstes wird die Elementelektrode 1203, wie in 36A gezeigt, auf dem Substrat 1201 gebildet.
(2) Als nächstes wird eine Isolationsschicht, wie in 36B gezeigt, zur Bildung des stufenbildenden Teils gebildet. Es genügt, wenn diese Isolationsschicht durch Bilden von Silizium(II)-oxid unter Verwendung des Kathodenzerstäubungsverfahren gebildet wird Jedoch können auch andere schichtbildenden Verfahren wie Aufdampfen im Vakuum oder Drucken verwendet werden.
(3) Als nächstes wird die Elementelektrode 1202, wie in 36C gezeigt, auf der Isolationsschicht gebildet.
(4) Als nächstes wird ein Teil der Isolationsschicht, wie in 36D gezeigt, mit einem Ätzverfahren entfernt, wobei die Elementelektrode 1203 freigelegt wird.
(5) Als nächste wird die unter Verwendung der Feinteilchenschicht elektrisch leitende Dünnschicht 1204, wie in 36E gezeigt, gebildet. Zur Bildung der elektrisch leitenden Dünnschicht genügt es, eine schichtbildende Technik in gleicher Weise wie beim Element vom Flachanzeigefeldtyp zu verwenden.
(6) Als nächstes wird eine Formierungsbehandlung in gleicher Weise wie beim Element vom Flachanzeigefeldtyp durchgeführt, wobei der Elektronenemissionsteil gebildet wird. (Es genügt eine Behandlung ähnlich der Formierungsbehandlung vom Flachanzeigefeldtyp, wie in 32C beschrieben, durchzuführen.)
(7) Als nächstes wird wie beim Element vom Flachanzeigefeldtyp eine Aktivierungsbehandlung durchgeführt, um Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung in der Umgebung des Elektronenemissionsteils aufzubringen. (Es genügt eine Behandlung ähnlich der Aktivierungsbehandlung vom Flachanzeigefeldtyp, wie in 32D beschrieben, durchzuführen.)

Schließlich ist das in 36F gezeigte oberflächenleitende Elektronenemissionselement vom Stufentyp, wie oben beschrieben, hergestellt.
Eigenschaften des im Anzeigegerät verwendeten oberflächenleitenden Elektronenemissionselements
Der Elementaufbau und das Herstellungsverfahren des oberflächenleitenden Elektronenemissionselements vom Flachanzeigefeld- und vom Stufentyp wurden oben beschrieben. Die Eigenschaften dieser in einem Anzeigegerät verwendeten Elemente wird nun beschrieben.
37 zeigt ein typisches Beispiel der Kennlinie eines Emissionsstroms Ie in Abhängigkeit von der angelegten Spannung Vf und der Kennlinie eines Elementstroms If in Abhängigkeit von der angelegten Elementspannung Vf des in einem Anzeigegerät verwendeten Elements. Es sei angemerkt, daß der Emissionsstrom Ie sehr viel kleiner als der Elementstrom If ist, wodurch es schwer wird, den gleichen Maßstab bei der Darstellung zu verwenden. Darüber hinaus werden diese Kennlinien beim Ändern der Entwurfsparameter wie der Größe und der Form des Elements geändert. Entsprechend werden die beiden Kurven bei dem Graphen durch Verwendung willkürlicher Einheiten dargestellt.
Die bei diesem Anzeigegerät verwendeten Elemente zeigen bezogen auf den Emissionsstrom Ie folgende drei Merkmale:
Erstens, wenn eine Spannung größer als ein bestimmter Spannungswert (bezeichnet als eine Schwellenspannung Vth) angelegt wird, steigt der Emissionsstrom Ie plötzlich an. Ist andererseits der Wert der angelegten Spannung kleiner als der Wert der Schwellenspannung Vth, wird weitgehend kein Emissionsstrom Ie erfaßt. Mit anderen Worten ist das Element ein nichtlineares Element mit ein klar definierten Schwellenspannung Vth bezüglich der Emissionsstroms Ie.
Zweitens, da sich der Emissionsstrom Ie in Abhängigkeit von der an das Element angelegten Spannung Vf ändert, kann der Wert des Emissionsstroms Ie mit Hilfe der Spannung Vf gesteuert werden.
Drittens, da die Ansprechgeschwindigkeit des vom Element emittierten Stroms Ie hoch als Erwiderung der an das Element angelegten Spannung Vf ist, kann die Ladungsmenge des vom Element emittierten Elektronenstrahls durch die Dauer der angelegten Spannung Vf gesteuert werden.
Aufgrund der vorherigen Kenndaten eignen sich die oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente ideal zur Verwendung bei Anzeigeräten. Bei einem Anzeigegerät beispielsweise, bei dem eine Anzahl von Elementen vorgesehen sind, Bildpunkten eines angezeigten Bilds zu entsprechen, kann der Bildschirm sequentiell abgetastet werden, um ein Bild darzustellen, wenn die oben erwähnte erste Eigenschaft verwendet wird. Genauer gesagt: Ein Spannungswert, der größer als die Schwellenspannung Vth ist, ist geeignet, Elemente in Übereinstimmung mit der bestimmten Lichtemissionsleuchtdichte zu steuern, und ein Spannungswert, der kleiner als die Schwellenspannung Vth wird auf Elemente angewendet, die sich in einem nicht ausgewählten Zustand befinden. Durch sequentielles Schalten über angesteuerte Elemente kann der Bildschirm sequentiell abgetastet werden, um eine Anzeige darzustellen.
Darüber hinaus, bei Verwendung der zweiten und der dritten Eigenschaft kann die Leuchtdichte der Lichtemission gesteuert werden. Dies ermöglicht, eine Graustufenanzeige darzustellen.
Aufbau einer Mehrfachelektronenstrahlquelle mit eine Anzahl von Elementen, die zu einer einfachen Matrix verdrahtet sind.
Als nächstes wird der Aufbau einer Mehrfachelektronenstrahlquelle beschrieben, die durch Anordnung der oben erwähnten oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente auf einem Substrat erhalten wird, und das Verdrahten der Elemente in Form einer einfachen Matrix.
38 zeigt einen Querschnitt einer im Anzeigefeld der 30 verwendeten Mehrfachelektronenstrahlquelle. Hier werden oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente ähnlich dem in 31A gezeigten Typ auf dem Substrat angeordnet, und diese Elemente in Form einer einfachen Matrix durch die Verdrahtungselektroden in Zeilenrichtung 1003 und durch die Verdrahtungselektroden in Spaltenrichtung 1004 verdrahtet. Eine Isolationsschicht (hier nicht gezeigt) wird zwischen den Elektroden an den Stellen, an denen sich die Verdrahtungselektroden in Zeilenrichtung 1003 und die Verdrahtungselektroden in Spaltenrichtung 1004 schneiden, gebildet, wobei die elektrische Isolierung zwischen den Elektroden beibehalten wird.
39 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' von 38.
Es sei angemerkt, daß die Mehrfachelektronenquelle mit diesem Aufbau hergestellt wird, indem Verdrahtungselektroden in Zeilenrichtung 1003, die Verdrahtungselektroden in Spaltenrichtung 1004, die Isolationsschicht zwischen den Elektroden (hier nicht gezeigt) und die Elementelektroden und die elektrisch leitende Dünnschicht der oberflächenleitenden Elektronenemissionselemente auf dem Substrat zuerst gebildet werden, und anschließend die Formierungs- und die Aktivierungsbehandlung durchgeführt wird, indem jedem Element über die Verdrahtungselektroden in Zeilenrichtung 1003 und die Verdrahtungselektroden in Spaltenrichtung 1004 elektrischer Strom zugeführt wird.
Die vorliegenden Erfindung kann auf ein System angewendet werden, das aus einer Vielzahl von Geräten besteht (beispielsweise einem Hauptrechner, Schnittstelle, Leseeinrichtung, Drucker) oder einem Gerät, das eine Einheit enthält (beispielsweise einen Kopierer oder ein Faxgerät).
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Elektroden, die im wesentlichen parallel zu den Anoden verlaufen, auf den Seitenoberflächen der Abstandshalter vorgesehen. Ergebnis ist, daß (1) ein paralleles elektrisches Feld zwischen den Anoden und den Elementen nicht gestört wird, und (2) der Abstandsηalter nicht aufgeladen wird. Die Wegstrecken der Elektronenstrahlen werden umgekehrt nicht beeinflußt.
Als Folge, wie weiter oben ausgeführt, stellt die vorliegende Erfindung ein Bilderzeugungsgerät bereit mit einem Elektronenemissionselement, einem Bilderzeugungsbauteil und einem Abstandshalter, der sich in einer Vakuumhülle befindet, in der es möglich ist, eine Reduzierung der Bildverschlechterung zu erzielen, speziell in der Umgebung des Abstandshalters, hervorgerufen durch Ablenkung der Elektronenstrahlbeleuchtungsstelle gegenüber dem Bilderzeugungsbauteil.
Darüber hinaus wurde ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts mit einem Elektronenemissionselement, einem Bilderzeugungsgerät, das über Leuchtstoff verfügt und ein Abstandshalter, der in einer Vakuumhülle bereitgestellt wird, angeführt, worin es möglich ist, die Bildung eines Bildes mit hoher Leuchtdichte zu erreichen und eine Reduzierung der Bildstörung, insbesondere in der Umgebung des Abstandshalters, hervorgerufen durch die Deformation bei der Form der Lichtemission, einer Änderung bei der lichtemittierenden Stelle und eine Verschiebung bei der Farbe.
Darüber hinaus wurde ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts angeführt, das in der Lage ist, das Auftreten der dem Abstandshalter zuzuschreibenden Abstandshalteraufladung und insbesondere Funkenentladung zu reduzieren.
Darüber hinaus wurde ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts angeführt, bei dem das Oberflächenpotential jedes Teils eines Abstandshalters gesteuert wird, um eine vorgeschriebene Potentialverteilung in einer solchen Weise herzustellen, daß die Wegstrecke eines Elektronenstrahls nicht ungünstig beeinflußt wird.
Darüber hinaus wird bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die oben angeführte Aufladung und Funkenentladung herabgesetzt und die Herstellung der Abstandshalter vereinfacht.
Darüber hinaus wurde ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts angeführt, bei dem die oben angeführte Aufladung und Funkenentladung verringert wurde, und bei dem Abstandshalter angeordnet sind, die beim Evakuieren des Inneren der Hülle einen sehr guten Evakuierungsleitwert zeigen.

Claims

Bilderzeugungsgerät mit einer Vakuumhülle und einem Elektronenemissionselement (1002), einem Bilderzeugungsbauteil (1008) und einem in der Vakuumhülle angeordneten Abstandshalter (100, 1500), wobei der Abstandshalter (100, 200, 300, 400, 1500) zwischen Elektroden (108, 109, 201, 202, 203; 1004, 1009) angeordnet ist, an welche gegenseitig verschiedene Spannungen in dem Vakuumgefäß angelegt sind, wobei der Abstandshalter eine Halbleitfähigkeit an seiner dem Vakuum zugewandten Oberfläche (102, 1502) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter ein leitendes Bauteil (103, 1503) aufweist, welches so angeordnet ist, dass es die Oberfläche (102, 1502) umgibt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Bauteil (103) bei einer Position zur Verfügung gestellt ist, welche die Entfernung zwischen den Elektroden (108, 109) mit einem festgelegten Verhältnis teilt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Bauteil (103) an der Oberfläche (102) in der Form einer Vielzahl von Streifen angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitfähigkeit durch einen halbleitenden Film erbracht wird, welcher die Oberfläche eines isolierenden Bauteils (1501) bedeckt und über die Elektroden (108, 109) elektrisch verbunden ist.
Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Bauteil (103) an dem halbleitenden Film zur Verfügung steht.
Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Bauteil (103) von dem halbleitenden Film bedeckt ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das leitende Bauteil (103, 1503) durch Bilden von wechselnden Schichten eines isolierenden Bauteils (1501) und eines leitenden Bauteils (1503) zur Verfügung gestellt ist, so dass ein Laminat erstellt ist, und die Halbleitfähigkeit von einem halbleitenden Film erbracht wird, der die Seitenoberfläche des Laminats bedeckt und über die Elektroden (1004, 1009) elektrisch verbunden ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die Halbleitfähigkeit aufweisende Abstandshalter einen Widerstandswert von 10⁵~10¹² Ω/ aufweist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (1004, 1009) eine mit dem Bilderzeugungsbauteil (1008) elektrisch verbundene Elektrode ist, und die andere der Elektroden eine mit dem Elektronenemissionselement (1002) elektrisch verbundene Elektrode ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (1004, 1009) eine mit dem Bilderzeugungsbauteil (1008) elektrisch verbundene Elektrode ist, und die andere der Elektroden eine Steuerelektrode zur Steuerung eines von dem Elektronenemissionselement (1002) emittierten Elektronenstrahls ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide der Elektroden (1004, 1009) Steuerelektroden zur Steuerung eines von dem Elektronenemissionselement (1002) emittierten Elektronenstrahls sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine Steuerelektrode zur Steuerung eines von dem Elektronenemissionselement (1002) emittierten Elektronenstrahls ist, und die andere der Elektroden eine mit dem Elektronenemissionselement (1002) elektrisch verbundene Elektrode ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Verbindungen zwischen dem Abstandshalter (1500) und den Elektroden (1004, 1009) eine leitende dazwischenliegende Schicht aufweisen.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenemissionselement (1002) eine kalte Kathode ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenemissionselement (1002) ein Οberflächenleitungs-Elektronenemissionselement ist.
Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Elektronenemissionselemente (1002) in der Form einer Matrix angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 16, ferner gekennzeichnet durch Verdrahtungselektroden zum Anlegen von Ansteuersignalen an die Vielzahl von Elektronenemissionselementen.
Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine mit dem Bilderzeugungsbauteil elektrisch verbundene Elektrode ist, und die andere der Elektroden die Verdrahtungselektrode ist.
Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine Steuerelektrode zur Steuerung eines von dem Elektronenemissionselement emittierten Elektronenstrahls ist, und die andere der Elektroden die Verdrahtungselektrode ist.
Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtungselektroden eine Ζeilenverdrahtungselektrode (1003) zum Verbinden einer Vielzahl von in einer Zeilenrichtung aufgereihten Elektronenemissionselementen und eine Spaltenverdrahtungselektrode (1004) zum Verbinden einer Vielzahl von in einer Spaltenrichtung aufgereihten Elektronenemissionselementen umfasst.
Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine mit dem Bilderzeugungsbauteil elektrisch verbundene Elektrode ist, und die andere der Elektroden die Zeilenverdrahtungselektrode oder die Spaltenverdrahtungselektrode ist.
Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine Steuerelektrode zur Steuerung eines von dem Elektronenemissionselement emittierten Elektronenstrahls ist, und die andere der Elektroden die Ζeilenverdrahtungselektrode oder die Spaltenverdrahtungselektrode ist.
Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderzeugungsbauteil Phosphor aufweist.
Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (1500) ein plattenförmiger Abstandshalter ist.
Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (1500) so groß ist, dass er in einen Bilderzeugungsbereich des Bilderzeugungsbauteils (1008) eingepasst ist.
Gerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Abstandshalter in einem zueinander entfernt beabstandeten Verhältnis aufgereiht sind.
Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter ein plattenförmiger Abstandshalter ist.