DE69030978T2

DE69030978T2 - Elektronenstrahl-Generator und Anzeigevorrichtung unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE69030978T2
Application number: DE69030978T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Banno; Tetsuya Kaneko; Ichiro Nomura; Haruhito Ono; Hidetoshi Suzuki; Toshihiko Takeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2010-03-24
Also published as: JP2981751B2; EP0388984A2; US5185554A; EP0388984A3; DE69030978D1; EP0388984B1; JPH0320941A; US5757123A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahlgenerator, der Elektronenstrahlen in Übereinstimmung mit Informationssignalen emittieren kann.
Sie bezieht sich auch auf ein Bildwiedergabegerät, bei dem der Elektronenstrahlgenerator eingesetzt wird.

Stand der Technik

Im Stand der Technik gibt es eine dünne Bildwiedergabevorrichtung, die eine Mehrzahl von in ebener Form angeordneten elektronenemittierenden Einrichtungen sowie Fluoreszenz-Targets aufweist, die einzeln die Elektronenstrahlung von den elektronenemittierenden Einrichtungen empfangen, wobei beide Elemente jeweils einander zugewandt sind.
Diese Elektronenstrahl-Bildwiedergabevorrichtung hat grundsätzlich den folgenden Aufbau.
Fig. 11 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer bekannten Anzeigebzw. Bildwiedergabevorrichtung. Ziffer 1 bezeichnet eine rückseitige Platte, Ziffer 2 einen Träger, Ziffer 3 eine Anschlußelektrode, Ziffer 4 ein elektronenemittieren des Gebiet, Ziffer 5 eine Elektronendurchgangsöffnung, Ziffer 6 eine Modulationselektrode, Ziffer 7 eine Glasplatte, Ziffer 8 eine transparente Elektrode und Ziffer 9 ein Bilderzeugungsglied, welches ein zur Aussendung von Licht und zum Bewirken einer Farbänderung fähiges Element aufweist, das elektrisch geladen ist und eine Eigenschaftsänderung im Ergebnis des Aufpralls von Elektronen erfährt - beispielsweise ein Fluoreszenzelement und ein Harzmaterial. Ziffer 10 bezeichnet eine vordere oder Frontplatte und Ziffer 1 2 einen Lumineszenzpunkt. Das elektronenemittierende Gebiet 4 wird durch ein Dünnschichtverfahren ausgebildet und stellt eine Brückenstruktur dar, so daß es nicht in Kontakt mit der rückseitigen Platte 1 kommen kann. Die Anschluß- bzw. Verdrahtungselektrode 3 kann unter Verwendung derselben Materialien wie das elektronenemittierende Element oder unter Verwendung anderer Materialien gebildet werden. Gemeinhin werden Materialien mit hohem Schmelzpunkt und kleinem elektrischem Widerstand eingesetzt. Der Träger 2 ist aus einem isolierenden Material oder einem leitfähigen Material gebildet.
In diesen Elektronenstrahl-Bildwiedergabevorrichtungen wird eine Spannung an die Anschlußelektrode 3 angelegt, so daß Elektronen aus dem elektronenemittierenden Gebiet, das den hohlen Aufbau hat, austreten und die Elektronen durch Anlegen einer Spannung an die Modulationselektrode 6 herausgezogen werden, welche den Fluß der emittierten Elektronen in Übereinstimmung mit Informationssignalen modulieren kann, und die derart herausgezogenen Elektronen treffen auf das Fluoreszenzelement 9 auf. Durch die Anschlußelektrode 3 und die Modulationselektrode 6 ist weiterhin eine xy-Matrix gebildet, und somit wird ein Bild auf dem Bilderzeugungsglied, das heißt die Fluoreszenzelemente 9, dargestellt.
Die oben beschriebenen bekannten Elektronenstrahl-Bildwiedergabevorrichtungen haben die folgenden Probleme:
(1) Da die Modulationselektrode 6 über einer Elektronenemissionsvorrichtung (die aus dem Träger 2, der Anschlußelektrode 3 und dem elektronenemittierenden Gebiet 4 besteht) und in Richtung der Elektronenemission angeordnet ist - wie in Fig. 11 gezeigt -, können die Elektronendurchlaßöffnung 5 der Modulationselektrode 6 und das elektronenemittierende Gebiet 4 nur schwer miteinander ausgerichtet werden. Es ist daher schwierig, eine großflächige Bildwiedergabevorrichtung mit hoher Auflösung herzustellen.
(2) Da sowohl die Modulationselektrode 6 als auch das elektronenemittierende Gebiet 4 der Elektronenemissionsvorrichtung auf solche Weise angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum vorhanden ist - wie in Fig. 11 gezeigt -, kann der Abstand zwischen der Modulationselektrode 6 und dem elektronenemittierenden Gebiet 4 der Elektronenemissionsvorrichtung nicht gleich gehalten werden. Besonders im Fall, daß eine Mehrzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen vorgesehen ist, können die Abstände zwischen allen elektronenemittierenden Gebieten und der/den Modulationselektrode(n) nur schwierig gleichmäßig eingestellt werden. Es ist daher schwierig, eine großflächige, hochauflösende Bildwiedergabevorrichtung herzustellen.
(3) Ein Versuch zur Herstellung einer großflächigen, hochauflösenden Bildwiedergabevorrichtung kann zu ernsten Ungleichmäßigkeiten der Leuchtdichte bzw. Helligkeit eines wiedergegebenen Bildes führen.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel einer bekannten Elektronenstrahl-Bildwiedergabevorrichtung. In Fig. 12 bezeichnet Ziffer 21 ein Substrat, 22 eine Modulationselektrode, 23 eine thermische Elektronenstrahlquelle, 24 eine obere Ablenkelektrode, 25 eine untere Ablenkelektrode und 26 eine Frontplatte, die mit einer transparenten Elektrode und einem Bilderzeugungselement versehen ist, welches Licht aussenden, eine Farbänderung bewirken und elektrisch geladen sein kann und im Ergebnis des Auftreffens von Elektronen eine Eigenschaftsveränderung erleiden bzw. bewirken kann - beispielsweise ein Fluoreszenzelement und ein Harzmaterial. Die thermische Elektronenstrahlquelle umfaßt einen mit einem elektronenemittierenden Material beschichteten Wolframdraht und hat einen äußeren Durchmesser von etwa 35 µm und eine Betriebstemperatur zwischen 700 und 850 ºC.
Bei der in Fig. 11 gezeigten bekannten Elektronenstrahl-Bildwiedergabevorrichtung ist die Modulationselektrode 22 auf der der Richtung der Elektronenemission durch die thermische Elektronenstrahlquelle (Elektronenemissionsvorrichtung) 23 abgewandten Seite angeordnet. Folglich können, obgleich das oben genannte Problem (1) beseitigt werden kann, die obigen Probleme (2) und (3) nicht gelöst werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektronenstrahlgenerator und eine diesen benutzende Bildwiedergabevorrichtung anzugeben, die infolge der leichten Ausrichtung zwischen Modulationselektroden und elektronenemittierenden Gebieten leicht hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektronenstrahlgenerator und eine diesen benutzende Bildwiedergabevorrichtung anzugeben, die ein von Ungleichmäßigkeiten der Leuchtdichte freies Bild erzeugen können.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 hinsichtlich des Elektronenstrahlgenerators und durch die Merkmale der Ansprüche 11, 12 und 13 hinsichtlich der Bildwiedergabevorrichtung gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1, 3, 5, 8 und 9 sind Darstellungen, die jeweils einen Elektronenstrahl-generator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen und weiterhin zur Erläuterung der Bildwiedergabevorrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt werden,
Fig. 2A-2D, 4A-4E, 6, 7A-7D und 10 sind Darstellungen, die jeweils Verfahrensschritte der Herstellung eines Elektronenstrahlgenerators der vorliegenden Erfindung zeigen, und
Fig. 11 und 12 sind jeweils Darstellungen einer bekannten Bildwiedergabevorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfinder bemerkten die Beziehung zwischen i) der Schwierigkeit in der Herstellung einer Ausrichtung der Modulationselektrode und des elektronenemittierenden Gebietes der Elektronenemissionsvorrichtung bei der bekannten Bildwiedergabevorrichtung, die - wie oben erörtert - ein Herstellungsproblem darstellt, und ii) der Wiedergabeungleichmäßigkeit, die bei der Vorrichtung auftritt, wenn eine großflächige Bildwiedergabevorrichtung mit hoher Auflösung hergestellt wird, und stellten auf dieser Grundlage intensive Studien an. In deren Ergebnis fanden sie, daß eine geringfügige Lageabweichung zwischen der Öffnung, durch die der Elektronenstrahl hindurchtritt, und dem elektronenemittierenden Gebiet der Elektronenemissionsvorrichtung stark die Bahn des Elektronenstrahls beeinflußt, der das Bilderzeugungsglied erreicht, wodurch eine Leuchtdichte-Ungleichmäßigkeit am Bilderzeugungsglied bewirkt wird. Sie fanden auch, daß die Abstandsdifferenzen zwischen einzelnen Modulationselektroden und einzelnen elektronenemittierenden Gebieten der Elektronenemissionsvorrichtung die Flugbahn der Elektronenstrahlen, die das Bilderzeugungsglied erreichen, stark beeinflussen, was schließlich eine Leuchtdichte-Ungleichmäßigkeit des Bilderzeugungsgliedes bewirkt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse haben sie die vorliegende Erfindung einer Bildwiedergabevorrichtung mit dem oben erwähnten Aufbau gemacht, die den Nachteil der Anzeige- Ungleichmäßigkeit (Leuchtdichte-Ungleichmäßigkeit) beseitigt hat.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt detailliert beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich durch einen derartigen Aufbau gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquelle, das heißt die Elektronenemissionsvorrichtung, und die zur Modulation des von der Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahls fähige Modulationselektrode auf demselben Substrat angeordnet sind.
Die Elektronenemissionsvorrichtung bei der vorliegenden Erfindung kann entweder vom Typ der heißen Kathode (Glühkathode) oder vom Typ der Kaltkathode sein, solange sie den üblicherweise bei Bilderzeugungsvorrichtungen eingesetzten Elektronenquelle entspricht. im Falle der heißen Kathode kann die Elektronenemissionseffizienz jedoch infolge der Wärmeableitung zum Substrat verringert sein. Bei thermischen elektronenemittierenden Vorrichtungen besteht auch die Beziehung J α 1/d² bezüglich des Betrages der Elektronenemission J und des Abstandes (d) zwischen der Vorrichtung und der Modulationselektrode, so daß der Betrag der Elektronenemission sich sogar bei einer geringfügigen Änderung des Abstandes zwischen Modulationselektrode und Vorrichtung stark ändert. In Fällen, in denen eine Mehrzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen vorgesehen ist, kann folglich eine thermische Spannung Ungleichmäßigkeiten des Abstandes zwischen der Vorrichtung und der Modulationselektrode hervorrufen, die zu einer ernsten Ungleichmäßigkeit im Betrag der Elektronenemission führt. Daher sind die Kaltkathoden bevorzugt. Bei den Kaltkathoden ist es von besonderem Vorteil, eine als oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung zu benutzen, weil der Elektronenstrahlgenerator und die Bildwiedergabevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile haben können.
1) Sie können eine hohe Elektronenemissionseffizienz erreichen,
2) sie sind einfach im Aufbau und können daher leicht hergestellt werden,
3) eine Mehrzahl von Vorrichtungen kann durch Anordnen derselben auf demselben Substrat ausgebildet werden,
4) sie können eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreichen, und
5) sie haben einen ausgezeichneten Helligkeitskontrast.
Der erwähnte Vorteil (5) ist insbesondere der Tatsache zuzuschreiben, daß die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung eine Dünnschichtvorrichtung ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist spezieller die Modulationselektrode auf der Seite angeordnet, die der Seite, auf der die Elektronenemissionsvorrichtung Elektronen emittiert, abgewandt ist, oder auf derselben Ebene, auf der die Elektronenemissionsvorrichtung vorgesehen ist. Wenn daher die Elektronenemissionsvorrichtung zu dick ist (das heißt, wenn ihre Dicke in Richtung der Elektronenstrahlemission groß ist), so entsteht ein so großer Abstand zwischen der Modulationselektrode und der elektronenemittierenden Oberfläche der Elektronenemissionsvorrichtung, daß die emittierten Elektronenstrahlen nicht moduliert werden können, was wiederum das Problem aufwirft, daß der Helligkeitskontrast schlecht wird. Daher kann die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Elektronenemissionsvorrichtung bevorzugt eine Dicke (das heißt, einen Abstand zwischen der Substratoberfläche und der Oberfläche, aus der die Elektronen austreten) zwischen 100 Å und 200 µm haben. Um einen ausgezeichneten Helligkeitskontrast zu erhalten, ist es - wie oben erwähnt - wünschenswert, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu benutzen, bei der eine Vorrichtung wie die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung eine Dicke (die in diesem Falle der Dicke einer Vorrichtungselektrode entspricht) zwischen 100 Å und 10 µm hat. Hier wird unter einer oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung eine von M. I. Elinson et al., Radio Engineering Electron Physics (Radio Eng. Electron. Phys.), Band 10, S.1290 bis 1296, 1965, vorgeschlagene Kaltkathodenvorrichtung benutzt. Dies ist eine Vorrichtung, die ein Substrat, auf dessen Oberfläche vorgesehene Elektroden (Vorrichtungselektroden) und eine dünne Schicht mit einem zwischen den Elektroden gebildeten kleinen Gebiet (Elektronenemissionsgebiet) aufweist, wobei eine Spannung zwischen die Elektroden (Vorrichtungselektroden) angelegt wird, so daß ein elektrischer Strom parallel zur Schichtoberfläche fließt und so Elektronen emittiert werden. Sie schließt bekannte Vorrichtungen ein, die eine SnO&sub2;-(Sb)-Dünnschicht benutzen und von Elinson et al. in der obigen Veröffentlichung vorgeschlagen wurden, sowie eine Au-Dünnschicht (G. Dittmer, "Thin Solid Films", Band 9, S.317, 1972), eine ITO-Dünnschicht (M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", S.519, 1975) und eine Kohlenstoff-Dünnschicht [Hisasi Araki, "SHINKU" (Vacuum), Band 26, Nr.1, S.22, 1983] aufweisende Vorrichtungen.
Die bei der vorliegenden Erfindung einsetzbaren oberflächenleitenden Elektronenemittierungsvorrichtungen können zudem solche sein, bei denen die Elektronenemissionsgebiete durch Dispergierung eines feinen metallischen Pulvers gebildet sind, wie später beschrieben wird.
Bei der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff Modulationselektrode auf eine Elektrode zur Steuerung des Aus/Ein der durch die Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahlen durch Anlegen einer Spannung in Übereinstimmung mit einem lnformationssignal, und diese können aus beliebigen Materialien gebildet sein, solange es leitfähige Materialien sind.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das isolierende Substrat ein Substrat, auf dem die Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode in einem elektrisch gebildeten Zustand getragen sind, und es kann aus beliebigem isolierendem Material gebildet sein. Wenn das der Elektronenemissionsvorrichtung eigene Substrat, beispielsweise das Substrat, auf dem die Vorrichtungselektrode und das elektronenemittierende Gebiet bei der erwähnten oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung vorgesehen sind, aus isolierendem Material besteht, kann das isolierende Substrat auch dieses Substrat sein. Das oben erwähnte isolierende Substrat ist so gebildet, daß es eine gleichmäßige Dicke hat, so daß der Abstand zwischen der Modulationselektrode und der elektronenemittierenden Oberfläche der Elektronenemissionsvorrichtung bezüglich aller Elektronemissionsvorrichtungen gleich sein kann. Mit anderen Worten: Daß der Abstand bezüglich aller Elektronenemissionsvorrichtungen gleich ist, bedeutet, daß der minmale Abstand zwischen einem Punkt der elektronenemittierenden Oberfläche der Elektronenemissionsvorrichtung und der Modulationselektrode im wesentlichen konstant gehalten ist.
In einem Aufbau gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind eine Gruppe von linearen Elektronenemissionsvorrichtungen, die eine Mehrzahl von elektronenemittierenden Einrichtungen aufweisen, und eine Gruppe von Modulationselektroden, die eine Mehrzahl von Modulationselektroden umfaßt, so (in einer Reihe) angeordnet, daß eine xy-Matrix gebildet wird, und die erwähnten linearen Elektrodenemissionsvorrichtungen und die erwähnte Modulationselektrode sind jeweils unabhängig mit einer Spannungsanlegungseinrichtung versehen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Modulationselektrode unterhalb der Elektronenquelle oder in derselben Ebene wie die Elektronenquelle angeordnet. Es ist auch möglich, einen solchen Aufbau zu wählen, daß die Modulationselektrode oberhalb der Elektronenquelle und gleichzeitig integral mit der Elektronenquelle gebildet ist. In dem Falle, daß die Modulationselektrode oberhalb der Elektronenquelle angeordnet ist, können jedoch die oben erwähnten Probleme (1) und (3) noch auftreten. Ferner muß, wenn die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung als Komponente bei Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Schicht aus isolierendem Material auf der Vorrichtung gebildet - und ein zusätzlicher Verfahrensschritt ausgeführt - werden, bevor die Modulationselektrode auf der Vorrichtung gebildet wird. Da bei der oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung die elektronenemittierenden Gebiete -wie oben erwähnt - bezüglich der Oberfläche eines isolierenden Materials unbedeckt sind, kann die Bildung einer Isoliermatenalschicht auf den elektronenemittierenden Gebieten und deren Verarbeitung verschiedene Verschlechterungen mit sich bringen und die Eigenschaften weiter verschlechtern. Es kann daher gesagt werden, daß die vorliegende Erfindung die oben genannten Probleme löst, ohne neue Probleme aufzuwerfen.
Nachfolgend wird die erste Alternative der Erfindung beschrieben, welche so aussieht, daß der Elektronenstrahlgenerator eine Elektronenemissionsvorrichtung und eine zur Modulation eines durch die Elektronenemissionsvorrichtung ausgesandten Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit einem Informationssignal fähige Modulationselektrode aufweist, wobei die Modulationselektrode und die Elektronenemissionsvorrichtung so laminiert sind, daß ein isolierendes Substrat zwischen ihnen liegt und die Modulationselektrode tiefer gelegen als das Emissionsgebiet angeordnet ist.
Die diesen Generator benutzende Bildwiedergabevorrichtung nützt diesen Generator, das heißt, die Bildwiedergabevorrichtung umfaßt eine Elektronenemissionsvorrichtung, eine zur Modulation eines durch die Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit einem Informationssignal fähige Modulationselektrode und ein zur Erzeugung eines Bildes bei Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl fähiges Bilderzeugungselement, wobei die Modulationselektrode, die Elektronenemissionsvorrichtung und das bilderzeugende Element übereinander angeordnet sind und die Modulationselektrode und die Elektronenemissionsvorrichtung so laminiert sind, daß dazwischen ein isolierendes Substrat liegt (nachfolgend "Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung).
Bei der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung hält eine gleichmäßige Dicke des isolierenden Substrates die Abstände zwischen den elektronenemittierenden Gebieten der mehreren Elektronenemissionsvorrichtungen und den Modulationselektroden im wesentlichen gleich. Wenn die Dicke zu klein ist, wird eine unzureichende Isolation zwischen den Elektronenerzeugern und den Modulationselektroden bewirkt. Wenn andererseits die Dicke zu groß ist, tritt eine ungenügende Modulation des Elektronenstrahls auf, was zu einem unzureichenden
Helligkeitskontrast oder zu einem Anstieg der an die Modulationselektroden anzulegenden Spannung führt, was wiederum zu dem Problem führt, daß Isolationsschäden auftreten können. Die Dicke sollte daher bevorzugt zwischen 0,1 µm und 200 µm, und am besten zwischen 1 µm und 10 µm eingestellt werden. Wie oben erwähnt, hat die Vorrichtung dieses Tygs in dem Fall, daß die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung verwendet wird, eine höhere Anfangsgeschwindigkeit (etwa 1 bis 10 eV) der emittierten Elektronen gegenüber anderen Elektronenemissionsvorrichtungen, so daß die oben diskutierten Probleme schwerwiegender werden. Bei der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung können Probleme wie die oben erwähnten auftreten, wenn die Dicke (die Dicke in Richtung der Elektronenstrahlemission) sehr groß ist. Daher sollte der Abstand zwischen dem elektronenemittierenden Gebiet der Elektronenemissionsvorrichtung und der Modulationselektrode bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,1 µm und 200 µm eingestellt werden.
In dem Fall, daß die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung als Elektronenemissionsvorrichtung benutzt wird, kann die Breite ihrer Vorrichtungselektrode bevorzugt zwischen 1 µm und 100 µm eingestellt sein, noch spezieller zwischen 1 µm und 10 µm. Dies ermöglicht eine leichtere Mod ulation der Elektronenstrahlen und ist daher unter dem Blickwinkel einer Verbesserung des Helligkeitskontrastes wünschenswert.
Die Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung. Ziffer 31 bezeichnet eine rückseitige Platte, 32 eine Modulationselektrode, 33 ein isolierendes Substrat, 34 eine Vorrichtungs-Anschlußelektrode, 35 eine Vorrichtungselektrode und 36 ein elektronenemittierendes Gebiet.
Bei dieser Ausführungsform ist die zwischen der Elektronenemissionsvorrichtung und dem fluoreszierenden Element (gemäß dem oben erwähnten und in Fig. 11 gezeigten Stand der Technik) vorgesehene Modulationselektrode unterhalb des elektronenemittierenden Gebietes 36 angeordnet, und weiterhin sind die Elektronenemissionsvorrichtungen (die die Vorrichtungselektrode 35 und das elektronenemittierende Gebiet 36 umfaßt) und die Modulationselektrode 32 miteinander mit dem isolierenden Substrat dazwischen laminiert.
Die Fig. 2A bis 2D verdeutlichen ein Verfahren zur Herstellung des Elektronenstrahlgenerators der vorliegenden Ausführungsform anhand von Querschnitten längs der Linie A-A' in Fig. 1. Ein Verfahren zur Herstellung der Bildwiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird hier beschrieben.
(1) Zuerst wird die Rückseitenplatte 31 sorgfältig gereinigt, und eine Gruppe Modulationselektroden 32 wird in Zeilen durch die weit verbreiteten Verfahren der Vakuumabscheidung und Photolithographie gebildet (Fig. 2A). Eine solche Rückseitenplatte 31 kann aus einem beliebigen isolierenden Material, beispielsweise Glas oder Aluminiumkeramik, bestehen. Die Modulationselektrode 32 kann aus einem leitfähigen Material wie Gold, Nickel oder Wolfram, sein, sie kann aber bevorzugt aus einem Material bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient so nahe wie möglich bei dem des Substrates liegt.
Für die Modulationselektrode wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Nickelmaterial eingesetzt, und eine Gruppe von Modulationselektroden wird jeweils mit einer Breite von 1,6 mm und einer Teilung von 2 mm hergestellt.
(2) Als nächstes wird das isolierende Substrat 33 unter Verwendung von 5i0&sub2; durch Vakuumabscheidung gebildet (Fig. 2B). SiO&sub2;, Glas oder keramische Materialien sind als Materialien für das isolierende Substrat 33 geeignet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Substrat mit einer Dicke von 10 µm gebildet.
(3) Als nächstes werden die Elektrode 35 und Vorrichtungsanschlußelektroden 34 (die im Querschnitt nicht dargestellt sind) unter Einsatz eines Ni-Materials durch Vakuumabscheidung und durch Ätzen gebildet (Fig. 2C). Die Vorrichtungselektrode 35 wird jeweils mit einer Dicke von 0,1 µm gebildet. Die Vorrichtungsanschlußelektroden 34 können aus einem beliebigen Material gefertigt werden, solange sie so hergestellt werden, daß sie einen hinreichend niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand haben. Die Vorrichtungselektroden 35 sind jeweils mit einer Vorrichtungsanschlußelektrode 34-a und einer Vorrichtungsanschlußelektrode 34-b verbunden, so daß jedes elektronenemittierende Gebiet 36 ausgebildet wird, an dem die Vorrichtungselektroden 35 einander gegenüberliegen. Ihre Elektrodenlücke (G) kann bevorzugt im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Lücke mit 2 µm gebildet. Die Länge (l: siehe Fig. 1) entsprechend dem elektronenemittierenden Gebiet 36 ist 300 µm. Die Breite jeder Vorrichtungselektrode 35 sollte bevorzugt so klein wie möglich sein. In der Praxis kann sie jedoch bevorzugt von 1 µm bis 100 µm reichen, am besten von 1 µm bis 10 µm. Das elektronenemittierende Gebiet 36 ist in der Nähe des Zentrums der Modulationselektrode 32 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorrichtung so gebildet, daß die Teilung der Gruppe von Vorrichtungsanschlußelektroden 34 (von denen a und b ein Paar bilden) 2 mm und die Teilung des elektronenemittierenden Gebietes 2 mm ist.
(4) Als nächstes wird eine Schicht aus ultrafeinen Teilchen zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden unter Anwendung einer Gasphasenabscheidung gebildet, um jeweils das elektronenemittierende Gebiet 36 auszubilden (Fig. 2D). Hier wird als Material für die ultrafeinen Teilchen Pd verwendet. Als andere Materialien können metallische Materialien wie Ag und Au oder oxidische Materialien wie SnO&sub2; und In&sub2;O&sub3; eingesetzt werden, aber diese Angaben sind nicht einschränkend zu verstehen. Bei dieser Ausführungsform ist der mittlere Durchmesser der Pd-Teilchen auf etwa 100 Å eingestellt, aber auch diese Angabe stellt keine Beschränkung dar. Alternativ zur Gasphasenabscheidung kann beispielsweise auch ein Verfahren die gewünschten Eigenschaften erbringen, bei dem eine eine organische Metallverbindung aufweisende Dispersion aufgebracht wird, worauf eine Wärmebehandlung zur Ausbildung der Schicht aus ultrafeinen Teilchen zwischen den Elektronen folgt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand zwischen der elektronenstrahlemittierenden Oberfläche der Elektronenemissionsvorrichtung und der Modulationselektrode 10 µm, und die Dicke der Elektronenemissionsvorrichtung in Richtung der Elektronenstrahlemission ist 0,1 µm.
(5) Eine Frontplatte (ähnlich der in Fig. 11 gezeigten Frontplatte 1 0) mit einem Fluoreszenzelement (einem bilderzeugenden Element) wird in 5 mm Abstand von der rückseitigen Platte des nach dem obigen Verfahren hergestellten Elektronenstrahlgenerators vorgesehen. Die Bildwiedergabevorrichtung ist hiermit hergestellt.
Wie die vorliegende Ausführungsform betrieben wird, wird nachfolgend beschrieben.
Die Spannung an der Oberfläche des Fluoreszenzelementes wird im Bereich zwischen 0,8 kV und 1,5 kV eingestellt. In Fig. 1 wird ein Spannungsimpuis von 14 V an ein Paar Vorrichtungsanschlußelektroden 34-a und 34-b angelegt, so daß Elektronen aus den mehreren in linearer Anordnung angeordneten Elektronenemissionsvorrichtungen emittiert werden. Die emittierten Elektronen werden einer Ein/Aus-Steuerung der Elektronenstrahlen in Übereinstimmung mit Informationssignalen unterworfen, indem eine Spannung an die Gruppe Informationselektroden angelegt wird. Die durch die Modulationselektroden herausgezogenen Elektronen treffen beschleunigt auf das Fluoreszenzelement. Das Fluoreszenzelement bildet in Übereinstimmung mit den Informationssignalen eine Zeile der Anzeige. Als nächstes wird ein Spannungsimpuls von 14 V an die benachbarte Vorrichtungsanschlußelektrode 34-a und 34-b angelegt, um gemäß Obigem eine Zeile einer Anzeige zu bilden. Dieser Vorgang wird sukzessive wiederholt, um ein Bild zu erzeugen. Spezieller bilden die Abtastelektroden und die Modulationselektroden - mit der Gruppe von Elektronenemissionsvorrichtungen als Abtastelektroden - die xy-Matrix, und auf diese Weise wird das Bild dargestellt.
Die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Ansprechen auf einen Spannungsimpuls von 100 Ps und oder weniger ansteuerbar, und folglich ermöglicht die Darstellung eines Bildes in 1/30 s für ein Bild die Erzeugung von 10000 oder mehr Abtastzeilen.
Die an die Gruppe der Modulationselektroden 32 angelegte Spannung ist -40 V oder weniger, oder 30 V oder mehr - bei diesen Werten werden die Elektronenstrahlen AUS-gesteuert bzw. EIN-gesteuert. Die Stärke der Elektronenstrahlen variiert kontinuierlich bei Spannungen zwischen -40 V und 30 V. Es ist damit möglich, in Abhängigkeit von der Größe der an die Modulationselektrode angelegten Spannung eine abgestufte bzw. Gradationsanzeige zu bewirken.
Der Grund, warum die Elektronenstrahlen entsprechend der Amplitude der an die Modulationselektrode 32 angelegten Spannung gesteuert werden können, ist der, daß das Potential in der Nähe des elektronenemittierenden Gebietes 36 in Abhängigkeit von der Größe der Spannung an der Modulationselektrode von positiven zu negativen Werten variiert und folglich die Elektronenstrahlen beschleunigt oder verzögert werden. Es wird daher unmöglich, die Verteilung der elektrischen Felder in der Nähe des elektronenemittierenden Gebietes 36 zu steuern, solange nicht die an die Modulationselektrode 32 angelegte Spannung mit einer Erhöhung der Breite (W) der Vorrichtungselektrode 35 erhöht wird.
Wie oben beschrieben, kann, da bei der vorliegenden Ausführungsform die Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode mit dem isolierenden Substrat dazwischen laminiert sind, die Ausrichtung mit Leichtigkeit vorgenommen werden. Gleichzeitig ist es, da bei der Herstellung ein Dünnschicht- Herstellungsverfahren benutzt wird, möglich, mit niedrigen Kosten eine großflächige Anzeige mit hoher Auflösung zu erhalten. Es ist weiter möglich, die Abstände zwischen den elektronenemittierenden Gebieten 36 und den Modulationselektroden 32 mit sehr guter Genauigkeit auszubilden, und daher kann eine Bildwiedergabevorrichtung erhalten werden, die keine Helligkeits-Ungleichmäßigkeiten aufweist und ein sehr gleichmäßiges Bild hat.
Bei der oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung werden Elektronen mit einer Anfangsgeschwindigkeit von einigen Volt ins Vakuum emittiert. Die vorliegende Erfindung ist sehr wirksam für die Modulation einer solchen Vorrichtung und kann auch einen ausgezeichneten Helligkeits- bzw. Leuchtdichtekontrast des dargestellten Bildes erreichen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine im wesentlichen mit demselben Aufbau - mit der Ausnahme, daß das isolierende Substrat mit einer Dicke von 0,1 µm hergestellt wird - hergestellte Bildwiedergabevorrichtung im wesentlichen dieselben Ergebnisse erbringen. Eine Bildwiedergabevorrichtung, bei der das isolierende Substrat eine Dicke von 200 µm hat, kann auch im wesentlichen dieselben Ergebnisse erbringen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine Bildwiedergabevorrichtung, die mit im wesentlichen demselben Aufbau - mit der Ausnahme, daß die Vorrichtungselektrode eine Dicke von 0,01 µm hat - hergestellt wird, im wesentlichen dieselben Ergebnisse erbringen.
Fig. 3 ist eine Ansicht zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4A bis 4E sind Darstellungen zur Illustration des Verfahrens zur Herstellung des Elektronenstrahlgenerators der vorliegenden Ausführungsform, wobei Querschnitte längs der Linie C-C' in Fig. 3 gezeigt sind. Ein Verfahren zur Herstellung der Bildwiedergabevorrichtung gemäß der vor-liegenden Ausführungsform wird jetzt beschrieben. Ziffer 38 bezeichnet ein Kontaktloch.
(1) Eine Gruppe Linearmodulationselektroden 32 wird auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform gebildet (Fig. 4A).
(2) Ein isolierendes Substrat 33 wurde auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform gebildet (Fig. 4B), mit der Ausnahme, daß das isolierende Substrat 33 mit einer Dicke von 3 µm gefertigt wurde.
(3) Kontaktlöcher 38 - wie in Fig. 3 und 4C dargestellt - werden durch Ätzen gebildet. Solche Kontaktlöcher werden durch Entfernen des isolierenden Substrats an den Stellen gebildet, zwischen denen ein Paar Vorrichtungselektroden 35 angeordnet ist. Die Modulationselektrode 32 ist nämlich in den Kontaktlöchern unbedeckt.
(4) Die Vorrichtungselektroden 35 werden auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform erzeugt (Fig. 4D).
(5) Als nächstes wird eine organische Palladiumverbindung durch Eintauchen auf die gesamte Oberfläche des Substrates aufgebracht. Die gebildete Beschichtung wird bei 300 ºC eine Stunde gebacken, um feine Palladiumteilchen auf die gesamte Oberfläche des Substrates abzuscheiden (Fig. 4E). Die verwendete organische Palladiumverbindung ist CCP-4230, die von Okuno Seiyaku K.K. lieferbar ist. Im Verlaufe dieses Schrittes werden nicht nur die hauptsächlich aus Palladium bestehenden feinen Teilchen, welche elektronenemittierende Materialien sind, zwischen den gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 35 angeordnet, sondern es werden auch leitfähige feine Teilchen auf die Innenwandungen der Kontaktiöcher und die Oberfläche des isolierenden Substrates 33 abgeschieden. Hier kann die Oberfläche des isolierenden Substrates bevorzugt einen spezifischen Flächenwiderstand im Bereich von 0,5 x 10&sup5; Ω/ bis 1 x 10&sup9; Ω/ und am günstigsten zwischen 1 x 10&sup5; Ω/ bis 1 x 10&sup7; Ω/ haben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Vorrichtungselektrode 35 mit einer Dicke von 0,1 µm gebildet. Der Abstand zwischen der elektronenemittierenden Oberfläche der Elektronenemissionsvorrichtung und der Modulationselektrode ist 3 µm, und die Dicke der Elektronenemissionsvorrichtung in Emissionsrichtung des Elektronenstrahls ist 0,1 µm.
(6) Unter Verwendung des im oben beschriebenen Prozeß gebildeten Elektronenstrahlgenerators wird auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine Bildwiedergabevorrichtung hergestellt.
Das Kontaktloch 38 bei der vorliegenden Ausführungsform kann bevorzugt im wesentlichen eine mit der Länge l des elektronenemittierenden Gebietes 36 übereinstimmende Größe haben, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Zwischenraum (S) zwischen dem Kontaktloch und der Vorrichtungselektrode kann bevorzugt zwischen 10 µm und 500 µm und am günstigsten zwischen 25 µm und 100 µm groß sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform fließen im Ergebnis des Anlegens einer Spannung an die Modulationselektrode 32 elektrische Ströme durch die Kontaktlöcher 31, und das Potential an der Oberfläche des isolierenden Substrates wird geändert, so daß das Oberflächenpotential des isolierenden Substrates in der Nähe der Vorrichtungselektrode 35 gesteuert werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die an die Modulationselektroden 32 angelegte Spannung -25 V oder niedriger oder 10 V oder mehr als Spannungen, bei denen die Elektronenstrahlen AUS-gesteuert bzw. EIN-gesteuert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die an die Modulationselektroden angelegte Spannung auf etwa 1/2 gegenüber der ersten Ausführungsform verringert werden. Dies ermöglicht eine starke Verringerung der Kosten für die zum Anlegen der Spannung an die Modulationselektrode eingesetzten Transistoren.
Nachfolgend wird die zweite Alternative der Erfindung beschrieben, die einen Elektronenstrahlgenerator darstellt, der eine Elektronenemissionsvorrichtung und eine Modulationselektrode, die zur Modulation eines durch die Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit einem lnformationssignal fähig ist, aufweist, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode auf derselben Ebene eines isolierenden Substrates angeordnet sind. Sie betrifft weiter eine diesen Generator benutzende Bildwiedergabevorrichtung, das heißt eine Bildwiedergabevorrichtung, die eine Elektronenemissionsvorrichtung, eine zur Modulation eines durch die Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit einem Informationssignal fähige Modulationselektrode und ein bilderzeugendes Element aufweist, welches zur Erzeugung eines Bildes bei Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl fähig ist, wobei die Modulationselektrode und die Elektronenemissionsvorrichtung auf derselben Ebene eines isolierenden Substrates angeordnet sind (nachfolgend bezeichnet als "Vorrichtung (B) der vorliegenden Erfindung").
Bei der Vorrichtung (B) der vorliegenden Erfindung hält das Vorsehen sowohl der Elektronenemissionsvorrichtung als auch der Modulationselektrode auf derselben Ebene mit dem isolierenden Substrat die Abstände zwischen den elektronenemittierenden Gebieten der mehreren Elektronenemissionsvorrichtungen und den Modulationselektroden im wesentlichen gleich. Das isolierende Substrat kann auch bevorzugt mit gleichmäßiger Dicke gebildet sein. Der Abstand zwischen der Vorrichtungselektrode der Elektronenemissionsvorrichtung und der Modulationselektrode kann bevorzugt bei 30 µm oder weniger gehalten werden, solange die elektrische Isolierung zwischen beiden Elektroden gewährleistet werden kann, und liegt in besonders vorteilhafter Weise zwischen 5 µm und 20 µm. Dies liegt daran, daß eine übermäßige Breite des Abstandes zwischen ihnen die Modulation der aus der Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahlen unzureichend macht, was wiederum zu einem schwachen Helligkeitskontrast führt, oder ein übermäßiges Ansteigen der an die Modulationselektrode anzulegenden Spannung erfordert, was das neue Problem aufwirft, daß lsolationsschäden auftreten. Insbesondere in dem Fall, daß als Elektronenemissionsvorrichtung eine der oben beschriebenen oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtungen eingesetzt wird, hat diese Vorrichtung - wie oben bereits erwähnt, eine so hohe Anfangsgeschwindigkeit der emittierten Elektronen im Vergleich zu anderen Elektronenemissionsvorrichtungen, daß ein extrem breiter Zwischenraum zwischen der Vorrichtungselektrode und der Modulationselektrode eine noch höhere Steigerung der an die Modulationselektrode anzulegenden Spannung erfordert, was zu einer grundsätzlich ungenügenden Modulation der Elektronenstrahlen führt und das neue Problem aufwirft, daß der Helligkeitskontrast gering wird.
In dem Fall, daß die oberflächenleitfähige Elektronenemissionsvorrichtung als Elektronenemissionsvorrichtung eingesetzt wird, kann die Breite ihrer Vorrichtungselektrode bevorzugt zwischen 1 µm und 100 µm und noch spezieller zwischen 1 µm und 10 µm eingestellt sein. Dies ermöglicht eine leichtere Modulation der Elektronenstrahlen und ist daher unter dem Blickwinkel der Verbesserung des Helligkeitskontrastes wünschenswert.
Die Vorrichtung (B) der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung (B) der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie D-D' in Fig. 5. Ziffer 33 bezeichnet eine Rückseitenplatte, 35 eine Vorrichtungselektrode einer oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung, 36 ein elektronenemittierendes Gebiet, 40 eine Modulationselektrode, 34 (34-a, 34-b) eine Vorrichtungsanschlußelektrode, 50 eine Isoliermatenalschicht und 41 eine Modulationsanschlußelektrode.
Eine lineare Elektronenemissionsvorrichtung wird durch Anordnen einer Mehrzahl Elektronenemissionsvorrichtungen (oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtungen), die jeweils das elektronenemittierende Gebiet 36 und ein Paar Vorrichtungselektroden 35 aufweisen, zwischen den Vorrichtungsanschlußelektroden 34-a und 34-b gebildet. Modulationselektroden 40 sind in den Positionen angeordnet, zwischen denen die Vorrichtungselektroden 35 gelegen sind und - wie in Fig. 6 gezeigt - über Kontaktlöcher der Isoliermatenalschicht 50 mit der Modulationsanschlußelektrode 41 verbunden. Eine solche lineare Elektronenemissionsvorrichtung und eine lineare Modulationselektrode 41 sind mehrfach und parallel zueinander vorgesehen. Eine Gruppe linearer Elektronenemissionsvorrichtungen und eine Gruppe linearer Modulationselektroden sind auf diese Weise gebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Frontplatte 1 0, die das bilderzeu-gende Element 9 - eines wie das vorab beschriebene - hat, auf dem oberen Teil des mit den erwähnten Elektronenemissionsvorrichtungen und Modulations-elektroden versehenen Substrats vorgesehen. Auf diese Weise wird die Bildwiedergabevorrichtung hergestellt.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode 40 auf derselben Ebene des isolierenden Substrats 33 vorgesehen sind. Die Breite W der Vorrichtungselektrode 35 kann bevorzugt zwischen 1 und 50 µm, und im Hinblick auf die praktische Brauchbarkeit wünschenswerterweise zwischen 3 und 20 µm, liegen, sie ist aber hierauf nicht beschränkt. Je kleiner die Breite (W) der Vorrichtungselektrode ist, desto geringer kann die an die Modulationselektrode 40 angelegte Spannung gemacht werden. Eine Breite unterhalb der Untergrenze des genannten Bereichs kann jedoch den Nachteil mit sich bringen, daß der Widerstand der Vorrichtungselektrode erhöht wird. Die Lücke (G) zwischen den Vorrichtungselektroden 35, die dem elektronenemittierenden Gebiet entspricht, kann unter dem Blickwinkel der praktischen Brauchbarkeit zwischen 0,5 µm und 5 µm liegen, ist aber hierauf nicht beschränkt. Nachfolgend kann zur Bildung des elektronenemittierenden Gebietes 36 eine Dispersion der von Okuno Seiyaku K. K. lieferbaren organischen Palladiumverbindung CCP-4230 aufgebracht werden, worauf ein Backen in Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 ºC folgt, um zwischen den Vorrichtungselektroden eine gemischte Schicht aus feinen Palladiumteilchen und feinen Palladiumoxidteilchen zu bilden. Das elektronenemittierende Gebiet wird so gebildet. Das Verfahren hierfür ist jedoch darauf nicht beschränkt. Der Zwischenraum (S) zwischen der Vorrichtungselektrode 35 und der Modulationselektrode 40 sollte so klein wie möglich sein und kann bevorzugt bei 30 µm oder weniger gehalten werden, solange die elektrische Isolation zwischen beiden Elektronen gewährleistet werden kann. Unter dem Blickwinkel der praktischen Brauchbarkeit sollte er im Bereich zwischen 5 µm und 20 µm liegen. Dieser Zwischenraum (S) beeinflußt stark die an die Modulationselektrode 40 anzulegende Spannung, und die an die Modulationselektrode 40 angelegte Spannung steigt mit der Vergrößerung des Zwischenraumes (S). Die Länge (l) des elektronenemittierenden Gebietes -wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Länge, "ber die die Vorrichtungselektroden 35 einander gegenüberliegen, und aus dem Gebiet dieser Länge (l) werden gleichmäßig Elektronen emittiert. Die Breite (L) der Modulationselektrode 40 muß größer als die Länge (l) des elektronenemittierenden Gebietes 36 gemacht werden. Nimmt man beispielsweise an, daß die Länge (l) des elektronenemittierenden Gebietes 36 im Bereich zwischen 50 µm und 1 50 µm liegt, kann die Breite (L) der Modulationselektrode 40 im Hinblick auf die praktische Brauchbarkeit zwischen 100 und 200 µm liegen, obgleich sie in Abhängigkeit von der Breite (W) der Vorrichtungselektrode oder dem Zwischenraum (S) zwischen der Vorrichtungselektrode und der Modulationselektrode variabel ist. Wenn hier l > L ist, wird es unmöglich, daß die Modulationselektrode 40 eine EIN/AUS-Steuerung der aus dem elektronenemittierenden Gebiet emittierten Elektronen bewirkt. Selbst wenn dies möglich ist, muß die an die Modulationselektrode 40 angelegte Spannung erhöht werden.
Nachfolgend werden die Materialien der Komponenten bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als isolierendes Substrat 33 werden allgemein Glasmaterialien eingesetzt, es können aber auch isolierende Materialien wie SiO&sub2; und Aluminiumoxid-Keramiken verwendet werden. Die Vorrichtungselektrode 35 und die Modulationselektrode 40 sollten bevorzugt aus metallischen Materialien wie Gold und Nickel gebildet werden, es können aber auch andere leitfähige Materialien ohne Probleme verwendet werden. Die isolierende Materialschicht 50 wird allgemein als Iolationsmaterialschicht aus SiO&sub2; o. ä. gebildet, auf welches das Material jedoch in keiner Weise beschränkt ist, solange die Isolation zwischen der Vorrichtungsanschlußelektrode 34 und der Modulationsanschlußelektrode 41 gewährleistet werden kann.
Ein Verfahren zur Herstellung des Elektronenstrahlgenerators und der Bildwiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
(1) Zuerst wird das isolierende Substrat 34 sorgfältig gereinigt, und die Vorrichtungselektrode 35 und die Modulationselektrode 40 werden durch die Verfahren der Vakuumabscheidung und der Photolithographie gebildet, die breit eingesetzt werden (Fig. 7A). Hierbei werden Nickelmaterialien als Materialien für die Elektroden verwendet, aber das Material ist hierauf nicht beschränkt, solange leitfähiges Material eingesetzt wird. Die Elektroden werden so gebildet, daß die Lücke (G) zwischen den Vorrichtungselektroden 2 µm, die Breite der Vorrichtungselektrode 10 µm, der Abstand 5 zwischen der Vorrichtungselektrode 35 und der Modulationselektrode 40 5 µm, die Länge l des elektronenemittierenden Gebietes 150 µm und die Breite L der Modulationselektrode 220 µm beträgt. Hier werden die Vorrichtungselektrode 35 und die Modulationselektrode 40 durch das gleiche Verfahren, das heißt unter Verwendung derselben Materialien, gebildet. Sie können auch unter Verwendung jeweils verschiedener Materialien gebildet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind alle Elektronenemissionsvorrichtungen lineare Elektronenemissionsvorrichtungen, und es sind lineare Modulationselektroden mit einer Teilung von 1,0 mm gebildet.
Als nächstes wird die Vorrichtungsanschlußelektrode 34 gebildet, die zur gleichzeitigen Ansteuerung einer Mehrzahl Elektronenemissionsvorrichtungen nötig ist. Als Materialien hierfür sind metallische Materialien wie Gold oder Aluminium geeignet. Zum Zwecke der gleichzeitigen Ansteuerung einer Anzahl von Elektronenemissionsvorrichtungen ist es von Vorteil, Materialien mit kleinem spezifischem elektrischem Widerstand zu benutzen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorrichtungsanschlußelektrode unter Verwendung eines hauptsächlich aus Kupfer bestehenden Materials mit einer Dicke von 1,5 µm gebildet.
(2) Als nächstes wir die lsolationsmaterialschicht 50 auf den Endabschnitt der Modulationselektrode 40 aufgebracht. Die lsolationsmaterialschicht 50 wird hierbei in einer Richtung rechtwinklig zur Vorrichtungsanschlußelektrode 34 vorgesehen, und die Modulationsanschlußelektrode 41 und die Vorrichtungsanschlußelektrode 34 müssen gegeneinander elektrisch isoliert sein. Zu diesem Zweck muß die lsolationsmaterialschicht 50 mit einer größeren Dicke als die Vorrichtungsanschlußelektrode 34 gebildet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde sie unter Verwendung von SiO&sub2; mit einer Dicke von 3 µm ausgebildet. Als nächstes wird ein Kontaktloch 38 in der Isolationsmaterialschicht 50 gebildet, so daß die Modulationselektrode 40 und die Modulationsanschlußelektrode 41 elektrisch verbunden werden können (Fig. 7B).
(3) Als nächstes wird die Modulationsanschlußelektrode 41 auf der Isolationsmatenalschicht 50 gebildet. Hierbei wird die Verdrahtung auf solche Weise erzeugt, daß die Modulationselektrode durch das Kontaktioch 38 verbunden und zur gleichen Zeit dieselbe Spannung an die beiden Modulationselektroden angelegt werden kann, zwischen denen das elektronenemittierende Gebiet 36 angeordnet ist (Fig. 7C). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Anschlußverdrahtung im Endabschnitt des Substrates hergestellt. Die Modulationsanschlußelektrode 41 wird bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem Ni-Material mit einer Dicke von 5 µm gebildet.
(4) Als nächstes wird eine Schicht aus feinen Teilchen zwischen den Vorrichtungselektroden ausgebildet, um das elektronenemittierende Gebiet 36 zu bilden (Fig. 7D). Eine solche Schicht mit feinen Teilchen wird durch Schleuderbeschichtung einer organischen Dispersion mit feinen Palladiumteilchen gebildet, worauf ein Backen bei etwa 300 ºC für 30 Minuten folgt. Die Schicht aus feinen Teilchen ist eine Schicht, die gemischt Teilchen aus Palladium und Palladiumoxid aufweist. Die Strukturierung kann durch die Abhebe(Lift-Off-)-Technik ausgeführt werden, die für solche Anwendung weit verbreitet ist. Die Schicht mit feinen Teilchen kann nicht nur zwischen den Vorrichtungselektroden 35, sondern auch auf den Vorrichtungselektroden 35 vorgesehen sein.
Die Vorrichtungselektrode 35 und die Modulationselektrode 40 können jeweils im Hinblick auf ihre praktische Brauchbarkeit eine Dicke im Bereich von 0,05 µm bis 10 µm und bevorzugt von 0,1 µm bis 2 µm haben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sie jeweils mit einer Dicke von 0,2 µm gebildet. Die Elektronenemissionsvorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform hat eine Dicke von 0,2 µm in Richtung der Elektronenemission.
(5) Eine Frontplatte (wie die in Fig. 11 gezeigte Frontplatte) mit einem Fluoreszenzelement (einem bilderzeugenden Element) wird in 5 mm Abstand von der rückseitigen Platte, die die Elektronenquelle und die Modulationselektrode 40 trägt, angebracht. Damit ist die Bildwiedergabevorrichtung hergestellt.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die vorliegende Ausführungsform arbeitet.
Die Spannung an der Oberfläche des Fluoreszenzelementes wird auf einen Wert zwischen 0,8 kV und 1,5 kV eingestellt. Gemäß Fig. 5 wird ein Spannungsimpuls (von 14 V in der vorliegenden Ausführungsform) an ein Paar Vorrichtungsanschlußelektroden 34-a und 34-b angelegt, so daß Elektronen aus den mehreren auflineare Weise angeordneten Elektronenemissionsvorrichtungen emittiert werden. Die emittierten Elektronen werden in Übereinstimmung mit lnformationssignalen durch Anlegen einer Spannung an die Gruppe linearer Modulationselektroden einer EIN/AUS-Steuerung der Elektronenstrahlen unterworfen. Die durch die Modulationselektrode 40 herausgezogenen Elektronen treffen unter Beschleunigung auf das Fluoreszenzelement 9 auf. Das Fluoreszenzelement 9 stellt eine Zeile einer Anzeige in Übereinstimmung mit Informationssignalen dar. Als nächstes wird ein Spannungsimpuis (von 14 V bei der vorliegenden Ausführungsform) an die benachbarte Vorrichtungsanschlußelektrode 34-a und 34-b angelegt, um die Anzeige einer weiteren Zeile auszuführen. Dieser Vorgang wird sukzessive wiederholt, um ein Bild zu erzeugen. Spezieller bilden, wenn die Gruppe der Elektronenemissionsvorrichtungen als Abtastelektroden dient, die Abtastelektroden und die Modulationselektroden eine xy-Matrix, und durch diese wird das Bild dargestellt. Die an die Vorrichtung angelegte Impulsspannung kann von den Materialien oder dem Aufbau der Vorrichtung abhängen, liegt aber gemeinhin im Bereich zwischen 8 und 20 V.
Die oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann im Ansprechen auf einen Spannungsimpuis von 100 PS oder weniger angesteuert werden, und folglich ermöglicht die Darstellung eines Bildes in 1/30 s die Bildung von 10000 Abtastzeilen oder mehr.
Die an die Gruppe Modulationselektroden angelegte Spannung -36 V oder weniger, bzw. 26 V oder mehr, als Spannungen, bei denen die Elektronenstrahlen AUS- bzw. EIN-gesteuert werden. Der Betrag bzw. die Elektronenmenge der Elektronenstrahlen variiert kontinuierlich bei Spannungen zwischen -36 V und 26 V. Es ist daher möglich, mit geeignet gewähltem Betrag der an die Modulationselektroden 40 angelegten Spannung eine Halbtonanzeige auszuführen.
Der Grund, warum die Elektronenstrahlen entsprechend dem an die Modulationselektrode 40 angelegten Spannungsbetrag gesteuert werden können, liegt daran, daß das Potential in der Umgebung des elektronenemittierenden Gebietes 36 sich in Abhängigkeit vom Betrag der Spannung an der Modulationselektrode von positiven Werten zu negativen Werten ändert und infolgedessen Elektronenstrahlen beschleunigt oder verzögert werden. Es wird daher unmöglich, die Verteilung der elektrischen Felder in der Umgebung des elektronenemittierenden Gebietes 36 zu steuern, solange die an die Modulationselektrode 40 angelegte Spannung nicht mit einer Vergrößerung der Breite (W) der Vorrichtungselektrode 35 oder des Abstandes (S) zwischen der Vorrichtungselektrode 35 und der Modulationselektrode 40 erhöht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Modulationselektroden 40 in den Positionen vorgesehen, zwischen denen das elektronenemittierende Gebiet 36 angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise hierauf beschränkt, und auch wenn eine Modulationselektrode vorgesehen ist, kann der Elektronenstrahl auf ähnliche Weise gesteuert werden, wenn die Modulationsspannung erhöht wird.
Wie oben beschrieben, kann, da bei der vorliegenden Ausführungsform die Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode in derselben Ebene mit dem isolierenden Substrat vorgesehen sind, die Ausrichtung mit Leichtigkeit bewirkt werden. Gleichzeitig ist es, da bei der Herstellung ein Dünnschicht- Herstellungsverfahren angewandt wird, möglich, eine großflächige Anzeige mit hoher Auflösung zu niedrigen Kosten zu erhalten. Es ist auch möglich, die Abstände zwischen den elektronenemittierenden Gebieten 36 und den Modulationselektroden 40 mit sehr guter Genauigkeit auszubilden, und folglich kann eine Bildwiedergabevorrichtung erhalten werden, die frei von Helligkeits-Ungleichmäßigkeiten ist und ein sehr gleichmäßiges Bild hat.
Bei der oberflächenleitenden Elektronenemissionsvorrichtung werden Elektronen mit einer Anfangsgeschwindigkeit von einigen Volt im Vakuum emittiert. Die vorliegende Erfindung ist sehr wirksam bezüglich der Modulation einer solchen Vorrichtung und kann auch einen ausgezeichneten Helligkeits- bzw. Leuchtdichtkontrast des dargestellten Bildes erzielen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine Bildwiedergabevorrichtung, die im wesentlichen mit demselben Aufbau hergestellt wird - mit der Ausnahme, daß das isolierende Substrat mit einer Dicke von 0,1 µm gefertigt ist - im wesentlichen dieselben Ergebnisse erbringen. Eine Bildwiedergabevorrichtung, bei der das isolierende Substrat eine Dicke von 200 µm hat, kann ebenfalls im wesentlichen dieselben Ergebnisse erbringen.
Fig. 8 stellt den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Erfindung (B) der vorliegenden Erfindung dar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Form der Elektronenemissionsvorrichtung gegenüber der oben beschriebenen ersten Ausführungsform verändert. Bei der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Breite der Vorrichtungselektrode 35 die Länge (l) des elektronenemittierenden Gebietes 36.
Die Bildwiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch Anwenden desselben Verfahrens wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt werden, und daher wird die entsprechende Beschreibung nicht wiederholt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Elektroden so gebildet, daß die Länge (l) des elektronenemittierenden Gebietes 10 µm ist, und der Abstand (S) zwischen der Modulationselektrode 40 und der Vorrichtungselektrode 35 ist 5 µm. Andere Komponenten haben im wesentlichen dieselben Abmessungen wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Sowohl die Vorrichtungselektrode 35 als auch die Modulationselektrode 40 sind so gebildet, daß sie eine Dicke von 0,1 µm haben. Die Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform hat eine Dicke von 0,1 µm in Richtung der Elektronenemission.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden im Vergleich zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform Elektronen in geringer Menge emittiert, die Steuerung der Fokussierung und Divergenz der Elektronenstrahlen ist jedoch möglich, so daß ein hochgradig detailliertes Bild dargestellt werden kann. Der Abstand zwischen dem elektronenemittierenden Gebiet 36 und der Modulationselektrode 40 kann weiterhin klein gemacht werden, so daß die EIN/AUS- Steuerung der Elektronenstrahlen bei niedriger Spannung ausgeführt werden kann.
Fig. 9 stellt den Aufbau einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung (B) der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 10 ist ein Querschnitt der Längslinie B-B' in Fig. 9. Die Ziffer 37 bezeichnet eine Gruppe Modulationselektroden der vorliegenden Ausführungsform Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die bei der ersten Ausführungsform der Vorrichtung A der vorliegenden Erfindung verwendeten, oben beschriebenen Modulationselektroden ebenfalls in derselben Ebene mit den elektronenemittierenden Gebieten angeordnet.
Die Bildwiedergabevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform gemäß Fig. 9 kann auf die gleiche Weise durch Vakuumabscheidung und Ätzen wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Vorrichtung A der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, und daher wird die Beschreibung nicht wiederholt. Sie wird auch in denselben Formen oder Gestalten wie die weiter oben beschriebene erste Ausführungsform der Vorrichtung A der vorliegenden Erfindung hergestellt. Die Vorrichtungselektrode 35 wird mit einer Dicke von 0,1 µm gebildet. Die Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform hat eine Dicke von 0,1 µm in Richtung der Elektronenstrahlemission. In Fig. 10 kann der Abstand (S) zwischen der Vorrichtungselektrode 35 und der Modulationselektrode 37 im Hinblick auf die praktische Brauchbarkeit bevorzugt nicht größer als 30 µm sein und spezieller zwischen 5 und 20 µm liegen. Beim vorliegenden Beispiel ist er auf 10 µm eingestellt.
Die bei der vorliegenden Ausführungsform an die Modulationselektrode 37 angelegte Spannung beträgt -26 V oder weniger, bzw. 10 V oder mehr als Wert, bei dem die Elektronenstrahlen AUS- bzw. EIN-gesteuert werden können. Der Betrag der Elektronenstrahlen kann bei Spannungen zwischen -25 V und 10 V kontinuierlich gesteuert werden - ebenso wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die an die Modulationselektroden 37 angelegte Spannung auf etwa Y2 derjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung verringert werden. Dies ermöglicht eine starke Verringerung der Kosten der zum Anlegen der Spannung an die Modulationselektroden eingesetzten Transistoren.
Wie oben beschrieben, ermöglicht im Vergleich zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Vorrichtung (A) der vorliegenden Erfindung die vorliegende Ausführungsform eine leichte Steuerung des Potentials in der Umgebung des elektronenemittierenden Gebietes 36 auch dann, wenn die an die Modulationselektrode angelegte Spannung auf einen niedrigen Wert eingestellt wird.

Claims

1.Elektronenstrahlgenerator vom Dünnfilmtyp, umfassend

- zumindest eine Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) und

- zumindest eine Modulationselektrode (32, 37), die einen von der Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahl nach Maßgabe eines lnformationssignals zu modulieren vermag,

- wobei besagte Elektronenemissionsvorrichtung mit einem zwischen Elektroden (34) erzeugten Elektronen emittierenden Gebiet (36) versehen ist, so daß Elektronen aus besagtem Emissionsgebiet durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden emittiert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Modulationselektrode und die Elektronenemissionsvorrichtung

- entweder so laminiert sind, daß zwischen diesen ein isolierendes Substrat (33) liegt, wobei die Modulationselektrode tiefer gelegen als das Emissionsgebiet angeordnet ist,

- oder auf derselben Ebene eines isolierenden Substrates (50) angeordnet sind.

2. Elektronenstrahlgenerator gemäß Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl der Elektronenemissionsvorrichtungen (34, 35, 36) vorgesehen und die Abstände zwischen der Modulationselektrode (32, 37) und individuellen Elektronenemissionsvorrichtungen alle gleich sind.

3. Elektronenstrahlgenerator gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das isolierende Substrat (33) eine gleichmäßige Dicke hat.

4. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das isolierende Substrat (33) eine Dicke zwischen 0,1 und 200 µm hat.

5. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem, falls die erste Alternative des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 betroffen ist, der Abstand zwischen einer Elektronenstrahlemissionsfläche der Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) und der Modulationselektrode (32, 37) im Bereich von 0,1 bis 200 µm liegt.

6. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) eine Dicke zwischen 0,01 µm und 200 µm in Richtung der Elektronenstrahlemission hat.

7. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) eine oberflächenleitende Elektronenemissionsvorrichtung ist.

8. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine durch Anordnen einer Mehrzahl Elektronenemissionsvorrichtungen (34, 35, 36) erzeugte lineare Elektronenemissionsvorrichtung und eine Mehrzahl Modulationselektroden (32, 37) so vorgesehen sind, daß sie eine XY-Matrix bilden.

9. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) und die Modulationselektrode (32, 37) je unabhängig Mittel zum Anlegen einer Spannung haben.

10. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem, falls die zweite Alternative des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 betroffen ist, der Abstand zwischen Modulationselektrode 40 und Elektronenemissionsvorrichtung (34, 35, 36) nicht mehr als 30 µm beträgt.

11. Bildwiedergabegerät, umfassend den Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, falls die zweite Alternative des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 betroffen ist, und ein Bilderzeugungsteil, welches durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl ein Bild zu erzeugen vermag.

12. Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem, falls die zweite Alternative des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 betroffen ist, die Elektronenemissionsvorrichtung und die Modulationselektrode aus demselben Material hergestellt sind.

13. Bildwiedergabegerät, umfassend den Elektronenstrahlgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, falls die erste Alternative des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 betroffen ist, und ein Bilderzeugungsteil, das durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl ein Bild zu erzeugen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß Modulationselektrode, Elektronenemissionsvorrichtung und Bilderzeugungsteil in dieser Reihenfolge angeordnet sind.