專利名稱：電子束裝置和圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種象顯示裝置這樣的圖像形成裝置和電子束裝置，其中在顯示裝置中使用該電子束裝置。
在此之前，兩種類型的電子發(fā)射器件是已知的，即熱電子源和冷陰極電子源。冷陰極電子源包括場(chǎng)發(fā)射型(以后縮寫為FE型)，金屬/絕緣層/金屬型(此后縮寫為MIM型)，和表面導(dǎo)電型(此后縮寫為SCE)等等的電子發(fā)射器件。
FE型器件的例子被描述在如W.P.DyKe和W.W.Dolan的刊于8.89(1956)的電子物理發(fā)展上的“場(chǎng)發(fā)射”上，以及C.A.Spindt，“具有鉬錐的薄膜場(chǎng)發(fā)射陽(yáng)極的物理性能”，J.Appl.Phys，47，5248(1976)。
MIM型器件的例子被描述在如，C.A.Mead“溝道發(fā)射放大器”J.Appl.phys.32，646(1961)上。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的例子被描述在如M.I.Elinson所著10，(1965)期的電子物理無線電工程上。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件利用這樣的現(xiàn)象，即當(dāng)在一塊襯底上形成小面積的薄膜以及提供電流平行地流到該薄膜表面時(shí)，從中發(fā)射電子。就這樣的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件而論，已有報(bào)道，例如，如上所引證的Elinson采用的Sno2薄膜的一種，使用Au薄膜的一種[G.DDiffer“薄固態(tài)膜”，9，317(1972)]，使用In2O3/SnO2薄膜的一種[M.HARTWELLAND C.G.Fonstad，“IEEE Trans.ED.Conf.”519(1975)]，和使用碳薄膜的一種[日立公司等“真空”第26卷第1期第22頁(yè)(1983)]。
作為那些表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的典型構(gòu)造，圖25表示了在上述引證文獻(xiàn)中由M.Hartwell擬用的器件構(gòu)造。在圖25中，標(biāo)號(hào)1代表的是絕緣襯底，2是用來形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜，例如，該薄膜由金屬氧化薄膜組成，該金屬氧化薄膜用濺射成H型結(jié)構(gòu)形成。利用賦能工藝形成電子發(fā)射區(qū)3，即流過電流，上述賦能工藝稱之為成形(以后再述)。4將在此被看作為包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜。在圖中由L1和W表示的尺寸分別被設(shè)定到0.5—1mm和0.1mm。因?yàn)槠湮恢煤托螤畈欢?，所以原理性地示出電子發(fā)射區(qū)3。
在那些表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中。至今一般是在開始電子發(fā)射之前的形成電子發(fā)射區(qū)3之前使形成薄膜2的電子發(fā)射區(qū)承受稱為形成的賦能工藝。語(yǔ)術(shù)“成形”意味著施加PC電壓或以如1V/分的速率很慢地提高的電壓，上述電壓跨接在形成薄膜2的電子發(fā)射區(qū)來使之局部破壞、變形成變性，由此形成電子發(fā)射區(qū)3，該已區(qū)轉(zhuǎn)變成高電阻狀態(tài)。電子發(fā)射區(qū)3從裂紋附近發(fā)射電子，該裂紋產(chǎn)生在形成薄膜2的電子發(fā)射區(qū)的一部分上。
形成包括電子發(fā)射區(qū)3的電子發(fā)射區(qū)形成薄膜2在此被看成薄膜4，上述電子發(fā)射區(qū)是通過成形工藝成形的，該薄膜4包括電子發(fā)射區(qū)。在成形工藝之后的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中，把電壓施加給電子發(fā)射區(qū)從而提供器件電流，上述電子發(fā)射區(qū)包括薄膜4。于是從電子發(fā)射區(qū)3中發(fā)射電子。
上述表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并容易制造，因此有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即能把多個(gè)器件構(gòu)成具有大面積的陣列。所以，已經(jīng)研究了利用這種優(yōu)點(diǎn)的各種使用。應(yīng)用的例子是電子束裝置，如充電束源和電子束加工裝置，和顯示器件。
作為把多個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件構(gòu)成陣列的例子，有這樣一種電子源，其中表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件被平行地排列，器件的兩端用各自導(dǎo)線互連，從而形成陣列的一行，和多個(gè)行，并排列成列陣。(如見日本專利申請(qǐng)未公開第No64—31332)。在象圖象顯示器件，尤其是使用液晶的平板顯示器件的圖像形成裝置的領(lǐng)域中，替換CRT已在最近變得普及了。但它們不是發(fā)射型的并具有要求背光或類似的問題。所以，已要求研究自發(fā)光器件。一種這樣的圖像形成裝置是一各自發(fā)光型的，其中具有多個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件到陣電子源和熒光物質(zhì)相互結(jié)合形成一顯示器件，上述熒光物質(zhì)根據(jù)從電子源中發(fā)射出的電子撞擊輻射出可見光，上述自發(fā)光型器件制造相對(duì)容易，并當(dāng)給予大屏尺寸時(shí)有良好的顯示質(zhì)量(如見US NO5066，883)。
在由多個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件組成的普通電子源中，器件中所要求的那個(gè)用導(dǎo)線、控制電極、和適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)的結(jié)合來加以選擇，上述所要求的那個(gè)是用來使熒光物質(zhì)輻射光來發(fā)射電子的那個(gè)器件，上述導(dǎo)線(看成行方向?qū)Ь€)把平行排列的多個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的兩端互連，上述控制電極(稱為柵極)被配置在電子源和熒光物質(zhì)之間的空間上位于與行方向?qū)Ь€垂直的方向上，上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給行方向?qū)Ь€和柵極(如見日本專利申請(qǐng)未公開第1—283749號(hào))。
在真空下處理該電子發(fā)射器件，但在真空下該表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特征的詳細(xì)情況仍不夠清楚。
現(xiàn)就上述普通表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件和利用那些器件的圖像形成裝置等導(dǎo)致的問題做一說明。
問題1如果在維持真空的圖像形成裝置或外殼中使普通電子發(fā)射器件不被驅(qū)動(dòng)的話，電子發(fā)射器件的電特性(電流—電壓)被改變，從器件來的發(fā)射電流瞬時(shí)增加。發(fā)射電流的變化率決定于器件被擱置不驅(qū)動(dòng)(即持續(xù)時(shí)間Standing time)期間的時(shí)間段、真空環(huán)境(真空度和殘余氣體的種類)、驅(qū)動(dòng)電壓等。
問題2在普通電子發(fā)射器件中如果施加給器件的電壓脈寬變化，則發(fā)射電流改變，所以用脈寬控制發(fā)射的電子量是困難的。
問題3在普通電子發(fā)射器件中，如果改變施加給器件的電壓值的話，其電特性改變，并且發(fā)射電流也相應(yīng)變化。因此用電壓值控制的發(fā)射的電子量是困難的。
問題4當(dāng)把有問題1的普通電子發(fā)射器件用于圖像形成裝置中時(shí)，因?yàn)殡娮邮鴱?qiáng)度上變化，所形成的圖像的對(duì)比度和清晰被降低，特別是，當(dāng)所形成的圖像是一熒光圖像時(shí)，熒光圖像的亮度和顏色被改變。
問題5當(dāng)把具有問題2和3的普通電子發(fā)射器件用在一圖像形成裝置中時(shí)，用施加給器件的電壓或電壓脈寬控制電子束強(qiáng)度上的困難使得獲得形成圖像的色調(diào)控制困難。特別是，當(dāng)所形成的圖象是一熒光圖像時(shí)，控制該熒光圖像的亮度和顏色是困難的。
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種電子發(fā)射器件和電子束發(fā)生器，在此，發(fā)射電流是穩(wěn)定，根據(jù)器件被擱置不驅(qū)動(dòng)的期間的時(shí)間段和真空環(huán)境在所發(fā)射的電子量上有很小的變化。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種圖像形成裝置，該裝置能以高對(duì)比度生產(chǎn)出清晰圖像，特別是這樣一種圖像形成裝置，它能形成在亮度上變化小的發(fā)光圖像。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種這樣的圖像形成裝置，它容易進(jìn)行色調(diào)控制，尤其是，一種容易控制發(fā)光圖像的亮度和顏色的圖像形成裝置。
由以下綜合的本發(fā)明完成上述目的。
就本發(fā)明的一個(gè)方面上講，提供一種電子束裝置，它包括一外殼，它在外殼內(nèi)配置有一電子發(fā)射器件，該器件具有在相對(duì)電極之間的電子發(fā)射區(qū)，其中該電子發(fā)射器件是呈現(xiàn)出這樣的特性，即發(fā)射電流根據(jù)器件電壓而單值地被確定。
就本發(fā)明的另一方面而言，提供一種電子束裝置，它包括一外殼，在外殼內(nèi)配置有一電子發(fā)射器件，該器件具有在相對(duì)電極之間的電子發(fā)射區(qū)，其中外殼內(nèi)部保持在一有效地防止電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境下。
就本發(fā)明的又一方面而言，提供一種圖像形成裝置，它包括一外殼，在外殼內(nèi)配置有電子源和圖像形成部件，響應(yīng)輸入信號(hào)產(chǎn)生圖像的裝置，其中電子源由一電子發(fā)射器件構(gòu)成，它在相對(duì)電極之間有一電子發(fā)射區(qū)，該電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即根據(jù)器件電壓?jiǎn)沃档卮_定發(fā)射電流。
就本發(fā)明的又另外一方面而言，提供一種圖像形成裝置，它包括一外殼，在外殼內(nèi)配置有電子源和圖像形成部份，響應(yīng)輸入信號(hào)產(chǎn)生圖像的裝置，其中電子源由一電子發(fā)射器件構(gòu)成，它具有在相對(duì)電極之間的電子發(fā)射區(qū)，外殼內(nèi)部被保持在有效地防止電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)變化作用的環(huán)境下。


圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和例1到3的平板型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意圖；圖2A和2C是表示制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和例1到3的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件方法的連續(xù)步驟的示意圖。
圖3是用于本發(fā)明的測(cè)試裝置的示意圖。
圖4A和4B是表示成型波的曲線圖；圖5是表示以激活工藝時(shí)間為函數(shù)的器件電流和發(fā)射電流的曲線圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的垂直型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意圖。
圖7是表示在約1×16-6托(Torr)真空度下典型的I—V特性曲線圖。
圖8是表示在根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中的發(fā)射電流對(duì)器件電壓的特征(I—V特性)。
圖9是電子源襯底的示意圖，該圖表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和例4的簡(jiǎn)單的矩陣排列。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和例4的圖像成形裝置的示意圖。
圖11A和11B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和例4的圖像成形裝置中熒光薄膜的解釋性視圖。
圖12是表示根據(jù)例4的電子源襯底的示意平視圖。
圖13是根據(jù)實(shí)施例4沿所示電子源襯底的示意平視圖的A—A線剖開的剖面圖。
圖14A到14D和15E到15H是表示制造根據(jù)例4的電子源襯底方法的連續(xù)步驟。
圖16是根據(jù)例5的顯示器件的方框圖。
圖17和18是表示用于根據(jù)例6的圖像成形裝置的電子源襯底的示意圖。
圖19和22是根據(jù)例6的圖像成形裝置的板構(gòu)造透視圖。
圖20和23是用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)例6的圖像成形裝置的電路的方框圖。
圖21A到21F和21A到24I是用來說明根據(jù)例6的圖像成形裝置工作的時(shí)間圖。
圖25是普通的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意圖。
圖26是表面在普通的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中依持續(xù)時(shí)間變化的發(fā)射電流的曲線圖。
圖27是在普通的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中依脈沖寬度變化的發(fā)射電流的曲線圖。
圖28是在普通的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中發(fā)射電流對(duì)器件電壓(即依器件電壓變化的發(fā)射電流)的特征的曲線圖。
作為多年來深入細(xì)致研究的結(jié)果，發(fā)明人基于這樣的發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明，即主要由于在一表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的表面上和器件周圍真空環(huán)境中存在的有機(jī)材料總量上的變化而改變發(fā)射電流和器件電流，以及無需通過把碳化合物，尤其是有機(jī)材料的局部壓力減少到盡可能小來變化發(fā)射電流和器件電流，即可獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
下面描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
本發(fā)明涉及到一種表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件、電子源和利用該表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的圖像成形裝置的制造方法和結(jié)構(gòu)，以及該電子源和圖像成形裝置的應(yīng)用。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的基本結(jié)構(gòu)被分成平面型和垂直型。
圖1A和1B分別是平視圖和剖面圖，它們表示根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的基本結(jié)構(gòu)，現(xiàn)將做根據(jù)本發(fā)明的該器件的基本結(jié)構(gòu)的說明。
在圖1A和1B中，由標(biāo)號(hào)1代表的是襯底，5和6為器件電極，4是包括薄膜的電子發(fā)射區(qū)，3是電子發(fā)射區(qū)。
例如襯底1由如石英玻璃具有象Na這樣的雜質(zhì)被減少含量的玻璃、鈣鈉玻璃和具有通過濺射在其上層造的SiO2的鈣鈉玻璃制的玻璃襯底制成，或如由氧化鋁制成的陶瓷襯底。
以相對(duì)關(guān)系布置的器件電極5、6可由任一種具導(dǎo)電性的材料制造。電極材料的例子是象Ni、Cr、Au Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd這樣的金屬或其合金、由象Pd、Ag、Au，RuO2和Pd—Ag或其氧化物、玻璃等組成的印刷導(dǎo)體、象In2O3—SnO2這樣的透明導(dǎo)體，以及象多晶硅這樣的半導(dǎo)體。
器件電極之間的距離L1在幾百個(gè)埃到幾百個(gè)微米的范圍上，它取決于作為器件電極制造方法基礎(chǔ)的光刻技術(shù)，即照射設(shè)備和腐蝕方法的性能，以及象加在器件電極間的電壓和能發(fā)射電子的電場(chǎng)強(qiáng)度這樣的器件因素來被設(shè)定。最好是，距離L1在幾微米到幾十微米的范圍上。
器件電極的長(zhǎng)度W1和薄厚膜度d根據(jù)電極的電阻值、如前所述的與X和Y方向?qū)Ь€的連接、構(gòu)成整個(gè)電子源的多個(gè)器件的布局中的問題等等來適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)。通常，器件電極的長(zhǎng)度W1在幾微米到幾百微米的范圍上，器件電極5、6的薄膜厚度d在幾百埃到幾微米的范圍上。
薄膜4包括電子發(fā)射區(qū)3，薄膜4被設(shè)置在器件電極5、6的上面和之間，器件電極以相對(duì)關(guān)系被配置在襯底1上。該薄膜4不受圖1B中所示結(jié)果的限制，可以不位于兩器件電極5、6之上，上述薄膜包括電子發(fā)射區(qū)。當(dāng)形成薄膜2的電子發(fā)射區(qū)和相對(duì)的器件電極5、6以這樣的次序被層迭在絕緣襯底1上時(shí)出現(xiàn)這種結(jié)果。另外，在相對(duì)器件電極5、6之間的整個(gè)區(qū)域根據(jù)制造方法可用作為電子發(fā)射區(qū)。包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4最好其有幾埃到幾千埃的范圍上的厚度，尤其是10埃到500埃。考慮器件電極5、6的覆蓋步驟、電子發(fā)射區(qū)3上的導(dǎo)電微粒粒度尺寸，賦能工藝(后敘)條件等等來適當(dāng)設(shè)定該膜的厚度。包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4具有103到107Ω/口的片電阻值。
包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4材料的特例是這樣的金屬，象Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pb、象PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3這樣的氧化物，象HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4和GdB3這樣的硼化物，象TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC這樣的碳化物，象TiN、ZrN和HfN這樣的鎳化物、象Si和Ge、碳.AgMg和NiCu這樣的半導(dǎo)體。為了提供良好的電子發(fā)射特性薄膜4最好是一種微粒薄膜。
在此所用的術(shù)語(yǔ)“微粒薄膜”意思是一種由聚集在一起的許多微粒組成的薄膜，它包括具有微觀結(jié)構(gòu)的薄膜，在該結(jié)構(gòu)中，微粒不僅單個(gè)地被擴(kuò)散，而且相互間相鄰或交搭(包括島式狀態(tài))。微粒的粒度尺寸在幾埃到幾千埃的范圍上，最好在10埃到200埃的范圍。
電子發(fā)射區(qū)3由許多導(dǎo)電微粒構(gòu)成，這些導(dǎo)電微粒具有最好在幾埃到幾千埃，尤其是10埃到500埃范圍上的粒度尺寸。電子發(fā)射區(qū)3的厚度取決于包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4和包括賦能工藝(后敘)條件的制造方法，并且該厚度被設(shè)定在一合適的范圍上。電子發(fā)射區(qū)3的材料與薄膜4的全部材料或部分材料對(duì)其每個(gè)組成元素講相同，該薄膜4包括電子發(fā)射區(qū)。
現(xiàn)作垂直型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的說明，該器件作為本發(fā)明表面導(dǎo)電電子裝置的另一種型式。圖6是根據(jù)本發(fā)明的垂直型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意圖。
在圖6中，襯底1、器件電極5、6，包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4以及電子發(fā)射區(qū)3分別由與上述平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件所用相同材料制造。利用真空蒸發(fā)、印刷、濺射或類似方式以象SiO2這樣的絕緣材料形成成型臺(tái)階部分21。成型臺(tái)階部分21厚度對(duì)應(yīng)上述的平面型導(dǎo)電電子發(fā)射器件的器件電極間的距離L1。根據(jù)成型臺(tái)階部分的制造方法、器件電極間的所加電壓和能發(fā)射電子的電場(chǎng)強(qiáng)度，成型臺(tái)階部分21的厚度通常被設(shè)定在幾十毫微米到幾十微米，最好為幾十毫微米到幾微米的范圍中。
因?yàn)樵谧銎骷姌O5、6和成型臺(tái)階段21之后形成包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4，所以薄膜4被層迭在器件電極5、6之上。雖然電子發(fā)射區(qū)3如圖6中以陰影線所示，但發(fā)射區(qū)3的形狀和位置并不限于描繪這一種，并決定于制造方法，形成工藝中的賦能條件等等。
雖然含有電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件能用各種方式制造，但在圖2中示出這些制造方法中的一個(gè)例子。應(yīng)注意，圖2中的標(biāo)號(hào)2代表電子發(fā)射形成膜，它形成如微粒薄膜。
下面逐一參照?qǐng)D1和2說明制方法。
1)用洗滌劑、純水和有機(jī)溶劑充分清洗絕緣襯底1。然后用真空蒸發(fā)、濺射或任一其它方法在襯底1上淀積器件電極材料。然后用光刻技術(shù)(圖2A)在絕緣襯底1表面上形成器件電極5、6。
2)在設(shè)置在絕緣襯底1的器件電極5、6之間，通過在整個(gè)絕緣襯底1之上涂覆有機(jī)金屬溶液形成有機(jī)金屬薄膜，該絕緣襯底1設(shè)有電極5、6，然后按原樣留下覆層。有機(jī)金屬溶液是一種有機(jī)化合物溶液，作為基本元素它包含象Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pd這樣的上述金屬中的任一種。在此之后，該有機(jī)金屬薄膜被加熱烘烤，并用剝離或腐蝕來構(gòu)形，由此形成電子發(fā)射區(qū)形成薄膜2(圖2B)。雖然在此用涂覆有機(jī)金屬溶液形成有機(jī)金屬薄膜，但形成方式不局限于涂覆，也可用象真空蒸發(fā)、濺射、化學(xué)汽相淀積、彌散涂覆、浸漬和旋涂這樣的任何其它方法形成該有機(jī)金屬薄膜。
3)隨后，通過把在器件電極5和6之間施加一從電源(未示出)來的脈沖式電壓進(jìn)行稱為成形的賦能工藝。由此電子發(fā)射區(qū)形成薄膜2在其結(jié)構(gòu)上局部被改變，從而形成電子發(fā)射區(qū)3(圖2C)，電子發(fā)射區(qū)形成薄膜2的一部分被指定為電子發(fā)射區(qū)3，上述部分是該結(jié)構(gòu)被賦能工藝局部破壞、變形成變化性能的地方。如前所述，發(fā)明人通過觀測(cè)該電子發(fā)射區(qū)3已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該區(qū)3由導(dǎo)電微粒構(gòu)成。
象成形操作或激活操作這樣的電處理在一測(cè)量(鑒定)裝置中進(jìn)行，該裝置示于圖3之中，該測(cè)量裝置將在下面加以說明。
圖3是該測(cè)量裝置的示意圖，該裝置用來測(cè)量如圖1所示器件的電子發(fā)射特性。在圖3中，由1代表的是襯底，5和6為器件電極，4為包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜，3為電子發(fā)射區(qū)。此外，31是用于把器件電壓Vf加給器件的電源，30為用于測(cè)量器件電流If的安培表，該電流流過薄膜4，薄膜包括在器件電極4和5之間的電子發(fā)射區(qū)，34是陽(yáng)電極，用來接收從器件電子發(fā)射區(qū)3上發(fā)射的發(fā)射電流Ie，33是一高電壓電源，它用來給陽(yáng)極34加電壓，32是一個(gè)安培表，它用來測(cè)量從器件的電子發(fā)射區(qū)3上發(fā)射出的發(fā)射電流Ie。
為了測(cè)量電子發(fā)射器件的器件電流If和發(fā)射電流Ie，把電源31和安培表30連接到器件電極5、6上，連接到電源33和安培表32的陽(yáng)電極34被配置在該電子發(fā)射區(qū)器件上。電子發(fā)射器件和陽(yáng)電極34被放置在一真空設(shè)備中，該真空設(shè)備是另外必須提供的裝置(未示出)象抽空泵和真空表，使得該器件在所要求的真空下被測(cè)量和鑒定。抽空泵包括一通常的高真空裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一葉輪泵和一離心泵組成，還包括一超高真空裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一吸氣泵和一離子泵組成，該離子泵不用油來抽空，這兩個(gè)系統(tǒng)有選擇地被切換。此外，為了測(cè)量真空裝置中的剩余氣體，安裝一個(gè)四極同步質(zhì)譜儀。整個(gè)真空裝置和電子原襯底被加熱器(未示出)加熱到200℃。
通常用把加給陽(yáng)電極的電壓設(shè)定到1KV到10KV的范圍上，把陽(yáng)電極和電子發(fā)射器件之間的距離H設(shè)定到2mm到8mm的范圍上進(jìn)行測(cè)量。
通過施加電壓脈沖進(jìn)行成形處理，該脈沖具有保持恒定的脈沖峰值，或具有增加的脈沖峰值。在圖14A中示出了在施加有保持恒定的脈沖峰值的電壓脈沖情況中所用電壓波形。
在圖4A中，T1和T2代表電壓波形的脈沖寬度和間隔，它們被分別設(shè)定在1微秒到10微秒和10微秒到100微秒范圍中。三角波的峰值(即成形期間的峰值)被適當(dāng)?shù)剡x擇。成形處理在10-5托(Torr)到10-6托級(jí)別上的真空環(huán)境下進(jìn)行。
在圖4B中示出施加具有增加的脈沖峰值的電壓脈沖情況中所用電壓波形。
在圖4B中，T1和T2代表電壓波形的脈沖寬度和間隔，它們被分別設(shè)定在1微秒到10微秒和10微秒到100微秒的范圍上。三角波的波峰值(即在成形期間的峰值)被以0.1V的步級(jí)提高。該成形處理在真空環(huán)境下完成。
在電阻值達(dá)到1M歐姆時(shí)該成形工藝被結(jié)束，例如作為施加象約0.1V的電壓的結(jié)果，在電子發(fā)射區(qū)形成薄膜2沒有局部破壞或變形時(shí)和在脈沖間隔T2期間測(cè)量器件電流，或者電壓被進(jìn)一步增到驅(qū)動(dòng)電壓之后，該成形工藝被結(jié)束，該驅(qū)動(dòng)電壓被提供以使器件實(shí)際上發(fā)射電子，在這兩種情況下都何以結(jié)束該成型工藝。在這方面，電阻值超過1M歐姆時(shí)的電壓被叫做一個(gè)成形電壓Vform。
盡管在上述形成電子發(fā)射區(qū)的步驟中通過在器件電極之間施加一三角脈沖來進(jìn)行成形工藝，但在器件電極間所加的脈沖不局限于三角波，可以是象矩形波這樣的任何其它所要求的波形。脈沖的峰值、寬度和間隔也不局限于上述值，可依據(jù)電子發(fā)射器件的電阻值等選擇所要求的值。使電子發(fā)射區(qū)令人滿意地形成。
4)在成形工藝之后，最好對(duì)器件進(jìn)行激活處理。激活處理意味著這樣的一種工藝，在此具有恒定電壓峰值的脈沖如同成形工藝一樣被反復(fù)地施加給器件，但是在例如約10-4到10-5托的真空度下。利用激活工藝，碳和/碳化合物被從存在于真空中的有機(jī)材料中淀積，使器件電流If和發(fā)射電流Ie有效地變化。
實(shí)際上，在測(cè)量器件電流If和發(fā)射電流Ie的同時(shí)完成激活工藝，并且在發(fā)射電流Ie飽和時(shí)結(jié)束。圖5表示了器件電流If和發(fā)射電流Ie依激活處理時(shí)間變化的例子。
作為激活處理的結(jié)果，取決于時(shí)間和涂覆膜狀態(tài)的器件電流If和發(fā)射電流Ie根據(jù)真空度、加到器件的脈沖電壓等來改變，上述涂膜靠近薄膜形成，該薄膜被成形處理變形和變性。
在激活工藝中施加的電壓通常作為波峰值設(shè)定的比成形電壓Vfovvn高。例如，它被設(shè)定靠近這樣的電壓值，該電壓是有效地驅(qū)動(dòng)器件的電壓。
通過FESEM和TEM觀察激活工藝之后的器件表面狀態(tài)，表示出碳和碳化合物被淀積在區(qū)域3的一部分上或周圍，該區(qū)域被成形處理變形和變性。以較高放大率觀察發(fā)現(xiàn)，碳和/或碳化合物也已淀積在微粒上和其四周。此外，根據(jù)相對(duì)器件電極的距離，在一些情況中碳和碳化合物被淀積在器件電極上。淀積膜的厚度最好不大于500埃，尤其是不大于300埃。
在激活工藝中淀積的碳和/或碳化合物作為用TEM和Raman分光度測(cè)定儀分析的結(jié)果鑒定為石墨(包括單晶和多晶形式)和非晶碳(包括非晶性碳和多晶石墨的混合)。
注意到當(dāng)所加電壓提高到接近成形工藝中的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，可免去激活工藝。
5)由此制造的電子發(fā)射器件在真空環(huán)境下以比成形工藝和激活工藝中高的真空度被驅(qū)動(dòng)。在此，比成形工藝和激活工藝中高的真空度的真空環(huán)境意味著真空環(huán)境在不低于約10-6托的真空度，尤其是在這樣真空度下的超高真空環(huán)境，即碳/或碳化合物不被相當(dāng)大量地重新淀積。
因此，能抑制碳/或碳化合物的淀積，使器件電流If和發(fā)射電流Ie穩(wěn)定到一固定等級(jí)。
根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的基本特性，將在下面參照?qǐng)D7加以說明，該器件如上所述被構(gòu)造和制造。
圖7表示發(fā)射電流Ie和器件電流If與器件電壓Vf之間的關(guān)系的典型例子，上述電壓是在用圖3所示測(cè)量裝置測(cè)出的在一般操作的電壓范圍上的電壓。注意到，由于發(fā)射電流Ie比器件電流小很多，所以圖7中的曲線圖是以隨意單位標(biāo)給的。正如從圖7中顯而易見的，本電子發(fā)射器件具有有關(guān)發(fā)射電流Ie的三個(gè)特性。
第一，當(dāng)施加的器件電壓大于一定值(稱為閾值電壓，圖7中Vth)時(shí)，發(fā)射電流Ie突然增加，但不會(huì)在閾值以下明顯檢出。因此，本器件是一非線性器件，它對(duì)于發(fā)射電流Ie有一限定的閾值電壓Vth。
第二，發(fā)射電流Ie取決于器件電壓Vf，所以，發(fā)射電流能由器件電壓Vf控制。
第三，由陽(yáng)極電極34吸收的激發(fā)電荷取決于施加器件電壓Vf期間的時(shí)間。因此，由陽(yáng)極34吸收的電荷量能用施加器件電壓Vf期間的時(shí)間控制。
另外，器件電流If呈現(xiàn)出這樣的特性(稱為MI特性)，即它相對(duì)于器件電壓Vf(在圖7中用實(shí)線代表)單調(diào)地增加，或呈現(xiàn)相對(duì)于器件電壓Vf的電壓控制負(fù)電阻特性(稱為VCNR特性)，器件電流的這些特性取決于制造方法、測(cè)量條件等。VCNR特性呈現(xiàn)的極限電壓給定為Vp。特別是，發(fā)現(xiàn)當(dāng)器件在一般的真空裝置系統(tǒng)中進(jìn)行成形處理時(shí)，呈現(xiàn)出器件電流If的VCNR特性，并且該特性被很大地改變，這不僅取決于成形工藝中的電氣條件和真空裝置系統(tǒng)中的真空環(huán)境條件，而且也取決于用于測(cè)量已經(jīng)進(jìn)行成形處理的電子發(fā)射器件的真空裝置系統(tǒng)中的真空環(huán)境條件、電氣測(cè)量條件(如為獲得電子發(fā)射器件的電流—電壓特性從低值到高值掃描加給器件的電壓的掃描率)，和電子發(fā)射器件保留維持在真空裝置中期間的時(shí)間。當(dāng)器件電流呈現(xiàn)出VCNR特性時(shí)，發(fā)射電流Ie也表示出MI特性。
器件電流If的單調(diào)的增加特性到目前為止已被觀測(cè)到，這時(shí)加到器件的電壓相當(dāng)快地從低值向高值掃描，如在日本申請(qǐng)未審查公開No1—279542中所述的當(dāng)使器件在普通真空裝置系統(tǒng)中進(jìn)行成形處理的情況。但是，當(dāng)作為結(jié)果的電流值不同于已在超高真空系統(tǒng)中進(jìn)行成形處理的器件的器件電流If和發(fā)射電流Ie時(shí)，可斷定在兩種情況之間器件條件不同。
下面描述普通表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的特性，經(jīng)常在用象離心泵和葉輪泵這樣的排空裝置把真空裝置抽空到約1×10-5托真空度之后驅(qū)動(dòng)該電子發(fā)射器件。
圖26以曲線方式表示了根據(jù)持續(xù)時(shí)間發(fā)射電流Ie和器件電流If上的變化(該特性被看成為“依持續(xù)時(shí)間的變化”)，這時(shí)普通電子發(fā)射器件是保留不被驅(qū)動(dòng)時(shí)得出的。雖然在絕對(duì)值上不同，但實(shí)際上發(fā)射電流和器件電流以類似方式變化。
正如從圖26中顯而易見的，發(fā)射電流和器件電流在持續(xù)時(shí)間T之后瞬間增加量(Is—I)取決于象持續(xù)時(shí)間、真空度、存在于真空中的殘余氣體和器件驅(qū)動(dòng)電壓這樣的各種條件，可為約50％。通常，從電子發(fā)射器件中發(fā)射的電子數(shù)量通過改變施加給器件的電壓寬度和電壓值來改變和調(diào)制。
圖27以曲線方式表示在普通表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中發(fā)射電流和脈沖寬度之間的關(guān)系。如從圖27中顯而易見，當(dāng)脈沖寬度變窄時(shí)，發(fā)射電流增加。所以在普通的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中，發(fā)射的電子量不與脈沖寬度成正比，因此很難用其控制。(這個(gè)特性被看成為＂依脈沖寬度的變化)。
圖28以曲線方式表示在普通表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中發(fā)射電流和器件電壓之間的關(guān)系。通過給器件連續(xù)地施加具有脈寬不大于100毫秒的三角波電壓直到發(fā)射電流飽和來獲得發(fā)射電流對(duì)器件電壓的圖示特性(即，Ie—Vf特性)。在圖28中，表示出當(dāng)施加給器件14V電壓直到發(fā)射電流飽和時(shí)得出的Ie—Vf特性，以及給器件施加12V電壓直到發(fā)射電流飽和時(shí)得出的Ie—Vf特性。
正如從圖28中顯而易見的，發(fā)射電流對(duì)器件電壓的特性依據(jù)器件電壓而變化，并因此很難用其來控制。根據(jù)器件電壓的變化同樣地提供這樣的變化。
考慮到上述普通特性做出本發(fā)明。換句話講，發(fā)明人已首先發(fā)現(xiàn)，由于存在于電子發(fā)射器件表面上有機(jī)材料量的變化及器件周圍真空環(huán)境中的變化，能改變發(fā)射電流Ie和器件電流If，并發(fā)現(xiàn)，通過把有機(jī)材料的局部壓力減少到盡可能地低相對(duì)不變化器器電壓來實(shí)際上單值的確定發(fā)射電流Ie和器件電流If，并且在一般工作電壓范圍上發(fā)射電流Ie和器件流If呈現(xiàn)出單調(diào)增加(MI)特性。在這里，真空環(huán)境相當(dāng)于在其中保持真空的一個(gè)封閉件(或一真空裝置)內(nèi)的環(huán)境。已發(fā)現(xiàn)發(fā)射電流和器件電流上的變化取決于器件的制造方法。此外，根據(jù)電子發(fā)射器件的材料、結(jié)構(gòu)和其它性能設(shè)定一般的工作電壓范圍，該范圍意味著這樣的范圍，在該范圍上電子發(fā)射器件不被電場(chǎng)、熱等破壞。
因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)具有各種不穩(wěn)定性的電子發(fā)射器件在用超高真空系統(tǒng)排空后的真空裝置中工作時(shí)，上述不穩(wěn)定性是在當(dāng)工作在一般真空裝置時(shí)的，該電子發(fā)射器件則表現(xiàn)出電子發(fā)射特性，該電子發(fā)射特性具有根據(jù)上述持續(xù)時(shí)間的很小量的變化、根據(jù)脈寬的很小量的變化、以及根據(jù)器件電壓的很小量變化。還發(fā)現(xiàn)電子發(fā)射器件的器件電流幾乎不受象電壓掃描率這樣的測(cè)量條件的影響，不同于在上述引證的日本專利申請(qǐng)未審查公于No1—279542中公開的電子發(fā)射器件。
作為用質(zhì)譜儀分析特性變化原因的結(jié)果，有機(jī)材料在真空裝置中的部分壓力最好不大于1×10-8托，尤其是不大于1×10-10托，同樣真空裝置中的壓力最好不大于5×10-6托，尤其不大于1×10-7托更好的是不大于1×10-8托。用于對(duì)真空裝置抽氣的真空抽氣裝置可是采用無油型的，使器件特性不受從該裝置產(chǎn)生的油的影響。實(shí)際上適當(dāng)?shù)恼婵粘闅庋b置例如包括一吸氣泵和一離子泵。當(dāng)用超高真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空裝置抽氣時(shí)，因?yàn)槲皆谄骷砻婧驼婵昭b置上的有機(jī)材料易被抽出，所以特別要求的是在加熱電子發(fā)射器件和真空裝置的同時(shí)進(jìn)行抽氣。加熱條件可要求設(shè)定為80℃到200℃的范圍5小時(shí)或更多的時(shí)間，但不局限于這些值。通過測(cè)量有機(jī)分子的部分壓力來決定有機(jī)材料的部分壓力，上述分子主要由碳和氫構(gòu)成，作為用質(zhì)譜儀分析的然后合計(jì)所測(cè)分壓力的結(jié)果上述分子具有10到200的質(zhì)量。
圖8表示了上述本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中發(fā)射電流和器件電壓之間的關(guān)系。
正如從圖8中顯而易見的，發(fā)射電流具有單調(diào)的增加(MI)特性，該特性相對(duì)于器件電壓實(shí)際單值地被確定。
然而在普通的電子發(fā)射器件上的上述各種不穩(wěn)定性歸因于石墨和多晶碳的微觀結(jié)構(gòu)，這是在用呈現(xiàn)微量的有機(jī)分子改變器件構(gòu)造之后在電子發(fā)射區(qū)上觀測(cè)到的，或歸因于以影響電子發(fā)射特性的方式在電子發(fā)射區(qū)上吸附其有機(jī)分子和變性物質(zhì)。因此可以相信，通過去除哪些有機(jī)材料來獲得具有很穩(wěn)定特性的電子發(fā)射器件，這些有機(jī)材料導(dǎo)致特性變化。
特性變化的上述原因不局限于有機(jī)材料，可由任何碳化合物導(dǎo)致類似的特性變化。
從上述整個(gè)描述中，本發(fā)明的電子發(fā)射器件是一很穩(wěn)定的電子發(fā)射器件，該器件的電子發(fā)射特性幾乎不根據(jù)持續(xù)時(shí)間和真空環(huán)境來改變。同樣，本發(fā)明的電子發(fā)射器件是這樣一種電子發(fā)射器件，因?yàn)槠潆娮影l(fā)射特性不根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓(器件電壓)的脈沖寬度和波形的電壓值改變，所以對(duì)于控制電子發(fā)射量是容易的。
雖然以上已經(jīng)描了表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的基本結(jié)構(gòu)和制造方法，但本發(fā)明不局限于根據(jù)本發(fā)明思想的上述實(shí)施例，任何其它的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件也可用于電子源象顯示裝置(后述)這樣的圖像形成裝置，上述表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件具有上述的三個(gè)基本特性，尤其是發(fā)射電流具有呈現(xiàn)出根據(jù)器件電壓?jiǎn)沃禌Q定的單調(diào)增加的特性。
下面描述本發(fā)明的電子源和圖像形成裝置。
電子源或圖像形成裝置可通過在襯底上排列多個(gè)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件來構(gòu)成。該電子發(fā)射器件能通過多種方法在襯底上排列。利用一種如前面所述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的方法，數(shù)個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件被平行排列(以行的方向)，并用導(dǎo)線在其兩端上互連從而形成電子發(fā)射器件行。以大量排列的電子發(fā)射器件行，控制電極(稱為棚極)被配置在電子源上的空間中與和行向?qū)Ь€垂直的方向排放(稱為列)，通過控制器件的驅(qū)動(dòng)電壓來完成上述配置。利用下述的另一種方法，Y方向?qū)Ь€的n線被配置在X方向?qū)Ь€的m線上，二者間有交界絕緣層，X方向?qū)Ь€和Y方向?qū)Ь€被連接到對(duì)應(yīng)的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的器件電極對(duì)上。后一種情況在此之后將看成為一個(gè)簡(jiǎn)單的矩陣排列?，F(xiàn)將詳細(xì)說明該簡(jiǎn)單矩陣排列。
利用根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的基本特征中的上述三個(gè)特征，從該簡(jiǎn)單矩陣排列的每個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中發(fā)射的電子也依據(jù)在所加電壓高于閾值時(shí)施加在相對(duì)器件電極之間的脈沖電壓的波峰值和寬度來控制。另外，在電壓低于該閾值時(shí)幾乎無電子被發(fā)射。基于這些特性，既使當(dāng)多個(gè)電子發(fā)射器件被布置成陣列時(shí)，也可能選擇出任何所要求的那個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，并通過給每個(gè)相應(yīng)器件適當(dāng)?shù)厥┘用}沖式電壓來響應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)以便控制從中發(fā)射的電子量。
根據(jù)上述原則排列的電子源襯底81的結(jié)構(gòu)下面參照?qǐng)D9加以描述，圖9表示一個(gè)公用的實(shí)施例。81代表的是電子源襯底，82為X方向的電線，83是Y方向的導(dǎo)線，84是表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，85是連線。表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件84可以是平面型或垂直型。
在圖9中，電子源襯底81由玻璃襯底或前述的類似材料構(gòu)成。被排列的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件84數(shù)量和設(shè)計(jì)中的每個(gè)器件的形狀根據(jù)應(yīng)用適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
其次，由DX1，DX2，.....DXm表示的m條X方向?qū)Ь€82由導(dǎo)電金屬或類似材料制成，并用真空蒸發(fā)印刷、濺射或類似方式在絕襯底81上以所要求的結(jié)構(gòu)形成。設(shè)定導(dǎo)線82的材注、薄膜厚度和寬度，使得提供盡可能均勻的電壓給所有的眾多的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件。同樣，由DY1、DY2.....DYn表示的n條Y方向?qū)Ь€83由導(dǎo)電金屬或材料制成，并用真空蒸發(fā)、印刷、濺射或類似方式在絕緣襯底81上以所要求的結(jié)構(gòu)形成，如同X方向?qū)Ь€82。設(shè)定導(dǎo)線83的材料、薄膜厚度和寬度，使得給所有眾多的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件提供盡可能均勻的電壓。在m條X方向線82和n條Y方向?qū)Ь€83之間插入有層絕緣層(未示出)，從而使導(dǎo)線82、83相互之間電絕緣，由此構(gòu)成一矩陣布線(注意m、n每個(gè)是正整數(shù))。
未示出的絕緣層由SiO2或類似材料制成，它用真空蒸發(fā)、印刷，濺射或類似方法形成所要求的形狀，從而覆蓋絕緣襯底81的整個(gè)或局部表面上，在襯底81上已經(jīng)形成X方向布線82。適當(dāng)?shù)卦O(shè)定該層間絕緣層的厚度材料和制造工藝從而能承受m條X方向?qū)Ь€82和n條Y方向?qū)Ь€82相互交叉處的電壓差0引出X方向?qū)Ь€82和Y方向?qū)Ь€83來提供外端子。
此外，類似于導(dǎo)線，該表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件84的各個(gè)相對(duì)電極(未示出)通過連線85與m條X方向?qū)Ь€82(DX1、DX2，.....，DXm)和n條Y方向?qū)Ь€83(DY1，DY2，.....，DYn)電連接，上述連線85由導(dǎo)電金屬或類似物制成并通過真空蒸發(fā)、印刷、濺射或類似方式形成。
用于m條X方向?qū)Ь€82、n條Y方向?qū)Ь€83，連線85和相對(duì)的器件電極的導(dǎo)電金屬或其它材料可以是相同成分元素的一部分或全部，或彼此間不同。特別是，如需要，那些材料可從這些金屬中加以選擇，即Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd或合金、由這樣的金屬構(gòu)成的印刷導(dǎo)體，即Pd、Ag、Au、RuO2和Pd—Ag或其氧化物，玻璃等，象In2O3—SnO2這樣的透明導(dǎo)體，和象多晶硅這樣的半導(dǎo)體。順例說說，該表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可在絕緣襯底81或?qū)娱g絕緣層(未示出)上形成。
盡管后者已被詳加描述，但X方向?qū)Ь€82與用于提供給一個(gè)掃描的一掃描信號(hào)發(fā)生器(未示出)電連接，以便響應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)對(duì)布置在X方向上的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件84的每行掃描。
在另一方面，Y方向?qū)Ь€83與用于提供一個(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(未示出)電連接，以便響應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)對(duì)布置在Y方向上的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件84的每列調(diào)制。
此外，施加給每個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓作為施加給該器件的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)之間的區(qū)別電壓來提供。
現(xiàn)參照?qǐng)D10和圖11A及11B做圖像形成裝置的說明，在該圖像形成裝置中如上所述制造的電子源用作為顯示和其它目的。圖10表示了該圖像形成裝置的基本結(jié)構(gòu)，圖11A和11B每個(gè)表示了一個(gè)熒光薄膜。
在圖10中，81代表的是電子源襯底，在其上面如上所述制造許多表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，91是后板，電子源襯底81固定在它上面，96是面板，用在玻璃襯底93的內(nèi)表面上層迭熒光薄膜和金屬背襯95制成，92是支撐框。把熔結(jié)玻璃或類似物加到后板支撐框92和面板96之間的接合部之后，在400℃到500℃的大氣或氮?dú)庀潞婵驹摻M件十分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，來連接接合部，由此制成外殼98。
在圖10中，標(biāo)號(hào)3代表圖1中的電子發(fā)射區(qū)，和82、83代表與各個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的器件電極對(duì)相連的X方向和Y方向?qū)Ь€。注意當(dāng)導(dǎo)線用和器件電極同樣的材料制造時(shí)，與器件電極連接的導(dǎo)線也稱之為器件電極。
在圖示實(shí)施例中，用面板96，支撐框92和后板91構(gòu)成外殼98。但是，因?yàn)樵O(shè)置后板91主要用于加強(qiáng)襯底81強(qiáng)度的目的，所以當(dāng)襯底81本身有充分強(qiáng)度時(shí)，可省去分隔開的后板91。在這種情況下，支撐框92可直接接合并連接到襯底81上，借此由面板96、支撐框92和襯底81制成外殼98。另外可以在面板和后板91之間配置稱為隔板的未示出的支撐件，使外殼98有抵抗大氣壓力的足夠強(qiáng)度。
圖11A和11B每個(gè)表示一熒光薄膜。圖10中的熒光薄膜94在單色情況下僅由一種熒光物質(zhì)組成。在產(chǎn)生彩色圖像的情況中，熒光薄膜由黑色導(dǎo)體101和熒光物質(zhì)102組合來形成，該黑色導(dǎo)體被稱為黑色條紋成黑色矩陣(mafrix)，它取決于其中間的熒光物質(zhì)的排列(圖11A和11B)。黑色條紋和黑色矩陣的配置用于三基色的熒光物質(zhì)之間的間隙變黑，三基色是彩色顯示中要求的，從而提供很小的顏色混淆并抑制由外部光在熒光薄膜94上的反射導(dǎo)致對(duì)比度上的減小。黑色條紋的材料不局限于作為通常使用的基本成分的包含石墨的材料，可以是任何其它材料，只要它是導(dǎo)電的并具有在光傳輸率和反射率上的小值即可。
無論圖像是單色還是彩色的，在玻璃襯底93上用淀積或印刷方法涂覆熒光物質(zhì)。
在該熒光薄膜94的內(nèi)表面上，通常配置有金屬背襯95。金屬背襯具有通過鏡反射光增加亮度的功能，該光線從熒光物質(zhì)向內(nèi)側(cè)發(fā)射，指向面板96，該金屬背襯用作為施加電子束加速電壓的電極并防止熒光物質(zhì)被外殼內(nèi)產(chǎn)生的帶有負(fù)離子的碰擊破壞。在形成熒光薄膜之后，通過使熒光薄膜的內(nèi)表面平滑(該步驟通常被稱為生膜)然后用真空蒸發(fā)把A1淀積在其上來制成金屬背襯。
為了增加熒光薄膜的導(dǎo)電性，在某些情況中，在熒光薄膜94的外表面上為面板96提供透明電極(未示出)。
在上述連接之前，因?yàn)樵诓噬那闆r下每個(gè)顏色中的熒光物質(zhì)和電子發(fā)射器件必須相互間精確地對(duì)齊，所以要求以相當(dāng)小心地對(duì)齊各個(gè)部件。
通過一抽氣管(未示出)對(duì)外殼98抽氣，從而產(chǎn)生約10-6托的真空，然后牢牢地被密封。在用一般的真空裝置系統(tǒng)徑抽氣管(未示出)對(duì)外殼抽氣的同時(shí)，通過徑端子Doxl到Doxm和Doyl到Doyn把電壓加到器件電極5和6之間來首先進(jìn)行成形工藝，上述端子從外殼向外伸出，上述真空裝置系統(tǒng)的泵系統(tǒng)包括如一葉輪泵和一離心泵。然后在約10-5托的真空度下進(jìn)行激活工藝。在這之后，抽氣系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換到超高真空系統(tǒng)，該系統(tǒng)的泵系統(tǒng)由離子泵或類似不用油的泵組成，外殼在80℃到200℃的溫度上被受到烘烤一般足夠的時(shí)間。結(jié)果，由多個(gè)電子發(fā)射中器件的排列組成的電子源完成了，在上電子發(fā)射器件中已形成了電子發(fā)射區(qū)3。
轉(zhuǎn)換到超高真空裝置系統(tǒng)和烘烤意味著確保每個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的器件電流If和發(fā)射電流Ie滿足一單調(diào)增加(MI)特性，該特性與器件電壓相關(guān)單值地被確定，并對(duì)上述實(shí)施例不局限于的方法和條件。
此外，為了維持在牢牢地密封之后外殼78中的真空度，可以對(duì)外殼進(jìn)行收氣。這個(gè)工藝這樣來完成，即在密封進(jìn)行之前或之后馬上就利用電阻加熱或感應(yīng)加熱對(duì)配置在外殼98中的預(yù)定位置(未示出)的吸氣劑加熱，以便形成該吸氣劑抽氣的膜。該吸氣劑通常包含Ba或類似物質(zhì)作為基本成分。利用抽氣膜的吸收作用和超高真空抽氣裝置的組合，外殼98能維持在1×10-7托高的真空度上。
在由此而完成的本發(fā)明的圖像顯示裝置中，電壓經(jīng)過端子Doxl到Doxm和Doyl到Doyl到Doyn施加給所要求的那個(gè)電子發(fā)射器件，上述端子伸出外殼外面，由此從中發(fā)射電子。同時(shí)，幾KV或更高的高電壓被經(jīng)過高電壓端子Hv施加到金屬背襯95或透明電極(未示出)上。從而加速電子束來撞擊到熒光薄膜94上。結(jié)果，激發(fā)熒光物質(zhì)為顯示出圖像而輻射光。
上述安排是對(duì)于制造能適合于顯示和其它目的的圖像形成裝置的最低限度的要求。裝置的細(xì)節(jié)，如部件的材料不局限于上述內(nèi)容，如要求的話，可以來選擇適合用于圖像形成裝置的材料。
該實(shí)施例的圖像形成裝置是一種高度穩(wěn)定的圖像形成裝置，其中取決于持續(xù)時(shí)間的變化小。同樣，該圖像形成裝置在漸變特性和全色顯示特性上是優(yōu)異的，并具有高對(duì)比度。
除了上述圖像形成裝置以外，本發(fā)明還可用于電子束應(yīng)用裝置，該裝置包括排列在外殼中的電子發(fā)射器件，象電子束繪圖裝置，電子束焊接裝置和電子束測(cè)定儀。
下面結(jié)合例子更加詳細(xì)地說明本發(fā)明。該例中的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的基本結(jié)構(gòu)相似于圖1A及1B的平面圖及剖面圖所示的結(jié)構(gòu)。
該例的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的制造方法基本上如圖2A至2C中所示。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A及1B和圖2a至2C來對(duì)該例器件的基本結(jié)構(gòu)與制造方法作出說明。
在圖1A及1B中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)襯底，5及6表示器件電極，4為包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜，及3表示一個(gè)電子發(fā)射區(qū)。
對(duì)于制造方法將參照?qǐng)D1A和1B和圖2A至2C以連續(xù)的步驟次序來詳細(xì)描述。
—步驟a在一個(gè)作為襯底的被清洗過的鈣鈉玻璃上利用濺射形成一個(gè)厚度為0.5微米的氧化硅膜。確定器件電極5，6及它們之間的間隙L1的結(jié)構(gòu)利用覆蓋一個(gè)光阻材料層(RD—20000N—41，由日立化學(xué)有限公司出口)來形成。然后在該步驟中用真空蒸發(fā)在襯底1上積沉一個(gè)5nm厚的Ti膜及一個(gè)100nm厚的Ni膜。利用一種有機(jī)溶劑使該光阻層結(jié)構(gòu)溶解并將其除去以便保留沉積的Ni/Ti膜。因此就形成了具有3微米電極間隙L1及300微米電極寬度W1的器件電極5，6。
—步驟b然后，為了使一個(gè)電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2構(gòu)成預(yù)定形狀，將一種通常使用的蒸發(fā)掩模覆蓋在器件電極上，利用真空蒸發(fā)積沉一層厚度為100nm厚的Cr膜并使它由掩模成型。在使用旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)時(shí)，將有機(jī)Pd(CCP 4230，由OKuno制有限公司出品)覆蓋在其上，并接著在300℃時(shí)被加熱烘烤10分鐘。于是就形成了電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2，并包括作為主要構(gòu)成份的厚度為10nm及片電阻值為3×104ohms/口的Pd微粒。如前所述，詞“微粒膜”在這里意味著＂一種包括許多聚集在一起的微粒的膜，并包括具有在其中微粒不僅是單獨(dú)擴(kuò)散的而且彼此相鄰或重疊的微結(jié)構(gòu)的膜(包括一種島狀態(tài))。
接著，該Cr膜及電子發(fā)射發(fā)射區(qū)成型薄膜2在烘烤后用一種酸腐蝕劑腐蝕以便形成所需的結(jié)構(gòu)。
作為以上步驟的結(jié)果，在襯底1上形成了器件電極5，6，電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2等結(jié)構(gòu)。
—步驟C然后，將該器件置入到圖3的測(cè)量裝置中，該裝置利用一真空泵被抽真空到達(dá)2×10-5Torr的真空度。此后，將一電壓從電源31供給到器件電極5，6之間，以便對(duì)器件施加器件電壓Vf，并由此進(jìn)行激勵(lì)工序(成型工序)。該成型工序的電壓波形表示在圖4B中。
在圖4B中，T1及T2分別表示電壓波形的脈沖寬度及間隔。在此例中，利用將T1及T2分別設(shè)定為0.5毫秒及10毫秒，并以0.1V的級(jí)能量升高該三角波的峰值(即成型工序時(shí)的峰值電壓)進(jìn)行成型工序。在成型工序時(shí)，將電壓為0.1V的電阻測(cè)量脈沖插在間隔T2中用于測(cè)量其電阻。在由電阻測(cè)量脈沖測(cè)得的值超出1M ohms時(shí)結(jié)束該成型工序。與此同時(shí)，施加于器件的電壓也告終止。對(duì)于每個(gè)器件的成型電壓Vf為5.5V。
—步驟d接著，將已經(jīng)歷成型工序的器件利用具有峰值電壓為14V的矩形波進(jìn)行激活工藝。在該激活工藝中，如前所述地，在圖3的成型裝置中將脈沖電壓施加在器件電極之間，這時(shí)測(cè)量器件電流If及發(fā)射電流Ie。在此時(shí)，圖3中測(cè)量裝置內(nèi)的真空度為1.0×10-5Torr。在大約20分鐘后，該發(fā)射電流趨于飽和值1.5μA，該激活工藝便告結(jié)束。
然后，便制得了具有形成在其上的電子發(fā)射區(qū)3的電子發(fā)射器件(圖2C)。
利用一電子顯微鏡觀察通過上述步驟制造的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，表明在激尖工序后在電子發(fā)射區(qū)上形成了一層覆蓋膜。利用更高放大倍數(shù)的FESEM作觀察，看來該覆蓋膜也形成在金屬微粒周圍及其之間。
作為用TEM及Raman分克?？硕扔?jì)觀察的結(jié)果，被觀察到一層由石墨和/或非晶碳組成的碳覆蓋膜。
此外，對(duì)于通過上述步驟制造的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，以上結(jié)合實(shí)施例所描述的依賴持續(xù)時(shí)間的變化，依賴于脈沖寬度的變化及依賴器件電壓的變化利用圖3的測(cè)量裝置進(jìn)行了測(cè)量。
陽(yáng)電極與電子發(fā)射器件之間的距離被設(shè)為4mm，在陽(yáng)電極上的電位被設(shè)為1KV。在測(cè)量電子發(fā)射特性時(shí)，真空裝置內(nèi)的直空度被一種用于傳統(tǒng)電子發(fā)射器件的高真空抽氣裝置抽設(shè)成約2×10-6Torr(有機(jī)材料的部分壓力為5×10-7Torr)，及由用于本發(fā)明電子發(fā)射器件的超高真空抽氣裝置抽成約1×10-9Torr(有機(jī)材料的部分壓力為高于1×10-10Torr)。
首先，該例的電子發(fā)射器件的發(fā)射電流相對(duì)器件電壓的特性(以上結(jié)合實(shí)施例所述的飽和值)利用施加器件電壓(峰值)為14V及12V及脈沖寬度為1毫秒的三角波來進(jìn)行測(cè)量。其結(jié)果如圖8所示，發(fā)射電流呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，其中該電流基本是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档卮_定的，并且依賴器件電壓的變化低于有問題的范圍。傳統(tǒng)的電子發(fā)射器件呈現(xiàn)如圖28中所示的特性。因而，在器件電壓(掃描電壓)峰值12V與14V之間發(fā)射電流之差大于30％。該例的電子發(fā)射器件的器件電流也呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，其中該電流基本是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档卮_定的。
然后，利用設(shè)定器件電壓為14V，脈沖寬度為100微秒及持續(xù)時(shí)間為10分鐘，對(duì)該例的電子發(fā)射器件的依賴持續(xù)時(shí)間的變化進(jìn)行測(cè)量。其結(jié)果為，在持續(xù)時(shí)間(見圖26)后，發(fā)射電流中的增加值(Is—I)/I×100不大于3％。這個(gè)值對(duì)于傳統(tǒng)的電子發(fā)射器件約為35％。
此外，利用設(shè)定器件電壓為14V，脈沖寬度為10微秒及100微秒，對(duì)該例的電子發(fā)射器件的依賴脈沖寬度的變化進(jìn)行測(cè)量。其結(jié)果為，在發(fā)射電流峰值上依賴脈沖寬度的變化不大于2％。對(duì)于傳統(tǒng)的電子發(fā)射器件該相應(yīng)的值約為20％。
如前所述，該例的電子發(fā)射器件是一種穩(wěn)定的電子發(fā)射器件，其中電子發(fā)射特性的變化小，并且被發(fā)射的電子量可以由驅(qū)動(dòng)電壓(器件電壓)的脈沖寬度及電壓值來控制。該例的電子發(fā)射器件與例1器件的不同之處在于該器件及整個(gè)測(cè)量裝置被加熱烘烤至100℃共10小時(shí)，這時(shí)是使用的一種不用油的超高真空抽氣裝置抽真空的。在此時(shí)裝置中的真空度約為1×10-8Torr(有機(jī)材料的部分壓力為低于可檢測(cè)的限度，高于1×10-10Torr)。
該例的電子發(fā)射器件是一種穩(wěn)定的電子發(fā)射器件，其中依賴持續(xù)時(shí)間的變化及依賴脈沖寬度的變化均小于例1的電子發(fā)射器件的相應(yīng)變化。在例1中的成型工藝現(xiàn)在如下地進(jìn)行電壓波形為三角波，脈沖寬度T1及脈沖寬隔T2被分別設(shè)定為0.5微秒及10微秒，電壓值以0.1V為級(jí)增量從0V升高到14V。
用于測(cè)量電子發(fā)射特性的真空裝置用一種不用油的超高真空抽氣裝置抽真空，以便獲得約為7×10-7Torr的真空裝置中的真空度(有機(jī)材料的部分壓力為高于1×10-8Torr)。作為在這些條件下的電子發(fā)射特性的測(cè)量結(jié)果，該例的電子發(fā)射器件的發(fā)射電流及器件電流均呈單調(diào)上升特性，其中電流基本是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档卮_定的。在發(fā)射電流的峰值上依賴脈沖寬度的變化不大于5％。因而，所得到的電子發(fā)射器件是一種穩(wěn)定的電子發(fā)射器件，它比傳統(tǒng)的電子發(fā)射器件具有較小的電子發(fā)射特性的變化。同樣地，被發(fā)射的電子量為1.1μA。
該例的電子發(fā)射器件是一種穩(wěn)定的電子發(fā)射器件，其中電子發(fā)射特性的變化小，及被發(fā)射電子的量可由驅(qū)動(dòng)電壓(器件電壓)波形脈沖寬度及電壓值來控制。該例涉及一種圖象形成裝置，其中許多表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件被排列成簡(jiǎn)單矩陣列。
圖12表示一個(gè)電子源部分的平面圖，而圖13表示沿圖12中A—A′剖線得到的剖面圖。應(yīng)注意在圖12，13，14A至14D及15E至15H中同樣的標(biāo)號(hào)表示同一部分。在這些圖中，標(biāo)號(hào)81表示襯底，82為X方向?qū)Ь€(也稱為下導(dǎo)線)，它相應(yīng)于圖9中的DXn，83為Y方向的導(dǎo)線(也稱為上導(dǎo)線)，它相應(yīng)于圖9中的DYn，4為包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜，5及6為器件電極，141是中間層絕緣層，及142為器件電極5和下導(dǎo)線82之間電連接用的接觸孔。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14A至14D及15E至15H以連續(xù)步驟的次序來詳細(xì)描述其制造方法。
—步驟a在一個(gè)作為襯底81的被清洗過的鈣鈉玻璃上利用濺射形成一個(gè)厚度為0.5微米的氧化硅膜。然后利用真空蒸發(fā)在襯底上依次地積沉一層厚度為50A的Cr膜及一層厚度為6000A的Au膜。利用一旋轉(zhuǎn)器在旋轉(zhuǎn)時(shí)將一種光阻材料(AZ1370，由Hoechst公司出品)覆蓋在其上并隨后烘烤。然后，利用曝光及顯影一個(gè)光掩模圖象，就形成了一個(gè)用于下導(dǎo)線82的阻擋結(jié)構(gòu)。利用濕腐蝕選擇地除去被沉積的Au/Cr膜，由此就在所需的結(jié)構(gòu)中形成了導(dǎo)線82。(圖14A)—步驟b將厚度為1.0微米的氧化硅形成的中間層絕緣層141利用RF濺射沉積在整個(gè)襯底上。(圖14B)—步驟C用于在由步驟b所沉積的氧化硅膜中形成接觸孔142的光阻材料結(jié)構(gòu)被覆蓋其上，并使用它作為掩模，對(duì)是間層絕緣層141選擇地腐蝕以便形成接觸孔142。腐蝕是使用借助CF4及H2混合氣體的RIE(反應(yīng)離子腐蝕)來實(shí)現(xiàn)的。(圖14C)—步驟d將一種光阻材料(RD—2000N—41，由日立化學(xué)有限公司出品)作成確定器件電極5，6及它們之間的間隙G的結(jié)構(gòu)。然后在其上利用真空蒸發(fā)依次地沉積一層厚度為50A的Ti膜及一層厚度為1000A的Ni膜。利用一種有機(jī)溶劑溶解光阻材料結(jié)構(gòu)并將其除去以便保留被沉積的Ni/Ti膜，由此便形成了具有電極間隙G為3微米及每個(gè)電極寬度為300微米的器件電極5，6。(圖14D)—步驟e將一用于上導(dǎo)線83的光阻材料結(jié)構(gòu)形成在器件電極5及6上。然后利用真空蒸發(fā)依次地在其上沉積一層厚度為50A的Ti膜及一層厚度為5000A的Au膜。將不需要的光阻材料結(jié)構(gòu)除去便形成了上導(dǎo)線83。(圖15E)—步驟f圖15F表示在該步驟中用于形成電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2的掩模部分的剖面圖。該掩模具有覆蓋器件電極之間每個(gè)間隙及它們附近的一個(gè)孔。利用真空蒸發(fā)并使用掩模成型將一層厚度為1000A的Cr膜沉積其上。使用一旋轉(zhuǎn)器在旋轉(zhuǎn)時(shí)將有機(jī)Pd(CCP 4230，由Okuno制藥有限公司出品)覆蓋其上，然后被加熱在300℃下被烘烤10分鐘。這樣便構(gòu)成了電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2，并包括作為主要構(gòu)成成份的厚度為100埃及片電阻值為4.2×104ohms/口的Pd微粒。在這里所用的詞“微粒膜”意味著一種包括許多聚集在一起的微粒的膜，并包括具有在其中微粒不僅是單獨(dú)的擴(kuò)散的而且彼此相鄰或重疊的微結(jié)構(gòu)的膜(包括一種島狀態(tài))。其粒度尺寸表示微粒的直徑，它們的形狀在上述粒子條件下是可辨別的。(圖15F)—步驟g在烘烤后，Cr膜151及電子發(fā)射區(qū)成型膜2被一種酸腐蝕劑腐蝕成所需結(jié)構(gòu)。(圖15G)
—步驟h將一種阻擋材料以一定結(jié)構(gòu)覆蓋在除接觸孔142以外的表面上。然后用真空蒸發(fā)在其上依次地積沉一層厚度為50A的Ti膜及一層厚度為5000A的Au膜。利用清除將不需要的光阻結(jié)構(gòu)除去，以使接觸孔142中填有沉積物。(圖15H)作為上述步驟的結(jié)果，下導(dǎo)線82，中間層絕緣層141，上導(dǎo)線83，器件5，6，電子發(fā)射區(qū)成型薄膜2等被形成在絕緣襯底81上。
以下將參照?qǐng)D10及圖11A及11B對(duì)由上述所制造的電子源制作的一種顯示器器件的例子作出說明。
將用以上步驟在其上制造出許多平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的襯底81固定到一后底板91上。然后將一面板95(包括沉積在一玻璃襯底93內(nèi)表面上的熒光膜94及一金屬背面95)通過一個(gè)支承框架92被放置在襯底上方5mm處，在面板96，支承框架92及后底板91之間的連接部分上被涂上熔接玻璃后，將該組件置于400℃氣氛中烘烤15分鐘以使這些連接部分相粘合。(圖10)熔接玻璃也被用于將襯底81固定到后底板91上。
在圖10中，標(biāo)號(hào)84表示電子發(fā)射器件，而82，83分別表示X方向及Y方向的導(dǎo)線。
熒光膜94在單色情況下僅包括一種熒光物質(zhì)。為了產(chǎn)生彩色圖象，該例中使用了一種條狀結(jié)構(gòu)的熒光物質(zhì)。于是，利用首先形成黑色條，然后將相應(yīng)彩色的熒光物質(zhì)涂于黑色條之間的間隙中來制造該熒光膜94。黑色條是由包括通常使用的石墨作為主要成份構(gòu)成的。熒光物質(zhì)是用塑胼方法(Slurrymethod)被涂在玻璃襯底93上的。
在熒光膜94的內(nèi)表面上，通常沉積金屬背面95。在形成熒光膜以后，利用平滑熒光膜的內(nèi)表面制造金屬背面95(該步驟通常被稱為鍍膜)，然后利用真空蒸發(fā)沉積Al于其上。為了增加熒光膜94的導(dǎo)電率，在某些情況下在面板96中熒光膜94的外表面上設(shè)置了一層透明電極(未示出)。在該例中未設(shè)置這種透明電極，因?yàn)閮H由金屬背面就可獲得足夠的導(dǎo)電率。
在上述粘接前，相應(yīng)的部件要充分細(xì)心地進(jìn)行定位，因?yàn)樵诓噬那闆r下相應(yīng)彩色的熒光物質(zhì)及電子發(fā)射器件必須精確地被此被對(duì)齊。
在這樣完成的玻璃外殼中的空氣利用一個(gè)真空泵經(jīng)由一個(gè)抽氣管(未示出)抽出。在達(dá)到足夠的真空度以后，通過伸出殼外的端子Doxl到Doxm及Doyl到Doyn在電子發(fā)射器件84的電極5及6之間施加一電壓，用于通過電子發(fā)射區(qū)成型工藝的電壓波形與圖4B中所示的相同。特別是，在該例中進(jìn)行的成型工藝是利用設(shè)定T1及T2分別為1微秒及10微秒及產(chǎn)生約1×10-5Torr的真空氣氛來實(shí)現(xiàn)的。(圖15E)。
然后，利用將與成型工藝所用的相同矩形波的供電電壓升高到峰值電壓14V，并在真空度為2×10-5Torr的情況下產(chǎn)生器件電流If及發(fā)射電流Ie。
這樣形成的電子發(fā)射區(qū)3具有這樣的狀態(tài)包含Paradium作為主要構(gòu)成成份的微粒被擴(kuò)散在其中并且有平均粒度尺寸為30埃。在此以后，抽氣系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換到超高真空裝置系統(tǒng)上，該系統(tǒng)的泵系統(tǒng)包括一種離子泵或不使用油的類似泵，并使外殼在120℃下經(jīng)受烘烤一段足夠的時(shí)間周期。在烘烤后的真空度為約1×10-8Torr。
然后，將抽氣管(未示出)用氣體燃燒器加熱并使其熔化在一起以形成對(duì)外殼的氣密式密封。
最后，為了在封口后保持真空度，利用高頻加熱方法使外殼經(jīng)受吸氣處理。
在這樣完成的本發(fā)明的圖象顯示器器件中，將從信號(hào)發(fā)生裝置(未示出)來的掃描信號(hào)及調(diào)制信號(hào)通過伸出殼外的端子Doxl至Doxm及Doyl至Doyn施加在所需的一組電子發(fā)射器件上，由此從其中發(fā)射電子。同時(shí)，將一幾KV或更高的高壓通過高壓端HV施加到金屬背面95或透明電極(未示出)上，以使得電子束被加速地沖擊到熒光膜94上。由此使熒光物質(zhì)受激發(fā)先顯示出一個(gè)圖象。
該實(shí)施例的圖象形成裝置是一種高穩(wěn)定的圖象形成裝置，在其中依賴持續(xù)時(shí)間的變化小。同時(shí)，該圖象形成裝置具有優(yōu)異的色調(diào)特性及全彩色顯示特性，并具有高對(duì)比度。圖16是表示顯示裝置的一個(gè)例子的方框圖，在該裝置中，顯示屏使用上述在電子束源中設(shè)置的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，該顯示屏被布置得能顯示由各種圖象信息源，例如包括TV廣播所提供的圖象信息。
在圖16中，用標(biāo)號(hào)17100表示顯示屏，17101為顯示屏的驅(qū)動(dòng)器，17102為顯示屏控制器，17103是多路轉(zhuǎn)換器，17104是解碼器，17105是輸入/輸出接口，17106是CPU，17107是圖象發(fā)生器，17108，17109及17110是圖象存儲(chǔ)器接口，17111是圖象輸入接口，17112，17113是TV信號(hào)接收機(jī)，及17114為一輸入單元。
當(dāng)本發(fā)明的顯示裝置接收一個(gè)信號(hào)，例如一個(gè)電視信號(hào)時(shí)，它包括視頻信號(hào)及伴音信號(hào)，當(dāng)然該裝置應(yīng)顯示圖象并同時(shí)重播伴音。但是，用于伴音信號(hào)的電路，揚(yáng)聲器等對(duì)于接收，分離，重播，處理，儲(chǔ)存等必須的部分并不直接涉及到本發(fā)明的特征，在此將不再贅述。
上述部分的功能將沿著圖象信號(hào)的流向在下面被作出描述。
首先，TV信號(hào)接收機(jī)17113是用于接收如以電磁波形式或空間光通信形式由無線發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的TV圖象信號(hào)的電路。一種用于接收的TV信號(hào)不被限制在專門的一種信號(hào)上，但可以是如NTSC—及SECAM一標(biāo)準(zhǔn)制中的任何類型。另一種具有比上述類型更多數(shù)目掃描線的TV信號(hào)(例如包括MUSE—標(biāo)準(zhǔn)制類型的所謂高質(zhì)量TV信號(hào))是一種適于利用上述顯示屏優(yōu)點(diǎn)的信號(hào)源，該顯示屏適于增加掃描的范圍和象素的數(shù)目。被TV信號(hào)接收機(jī)17113接收到的TV信號(hào)被輸出到解碼器17104。
而后，TV信號(hào)接收機(jī)17112是用于接收由有線傳輸系統(tǒng)以同軸電纜或光纖方式傳輸?shù)腡V圖象信號(hào)。與TV信號(hào)接收機(jī)17113一樣，用以被TV信號(hào)接收機(jī)17112接收的TV信號(hào)類型不被限制在專門的一種上。由TV信號(hào)接收機(jī)17112接收到的TV信號(hào)也輸出給解碼器17104。
圖象輸入接口17111是一種用于接收由一個(gè)圖象輸入裝置例如TV攝像機(jī)或圖象閱讀掃描器提供的圖象信號(hào)的電路。由該接口17111接收的圖象信號(hào)輸出給解碼器17104。
圖象存儲(chǔ)接口17110是用于接收存儲(chǔ)在一帶式錄像機(jī)(以下縮寫為VTR)中的圖象信號(hào)的電路。由該接口17110接收的圖象信號(hào)也輸出給解碼器17104。
圖象存儲(chǔ)接口17109是用于接收存儲(chǔ)在一視頻光盤上的圖象信號(hào)的電路。由接口17109接收的圖象信號(hào)也輸出給解碼器17104。
圖象存儲(chǔ)接口17108是用于接收由存儲(chǔ)靜止圖象數(shù)據(jù)的裝置例如所謂靜象光盤提供的圖象信號(hào)的電路。由該接口17108接收的信號(hào)亦輸出給解碼器17104。
輸入/輸出接口17105是用于將該顯示裝置與一外部計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)，或輸出裝置如打印機(jī)相連接的電路。它不但能執(zhí)行圖象數(shù)據(jù)及文字/圖表信息的輸入/輸出，而且也能執(zhí)行在某些情況下在該顯示裝置中的CPU 17106與外部之間的控制信號(hào)及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的輸入/輸出。
圖象發(fā)生器17107是基本由外部經(jīng)輸入/輸出接口17105輸入的文字/圖表信息和圖象數(shù)據(jù)或由CPU 17106輸出的文字/圖表信息和圖象數(shù)據(jù)來產(chǎn)生顯示圖象數(shù)據(jù)的電路。在該圖象發(fā)生器17107中例如包括用于存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)及文字/圖表信息的可重讀存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)相應(yīng)于字符碼的圖象款式的只讀存儲(chǔ)器，用于圖象處理的處理器及其用于圖象發(fā)生所需的電路。
由圖象發(fā)生器17107產(chǎn)生的顯示圖象數(shù)據(jù)通常輸出到解碼器17104，但在某些情況經(jīng)由輸入/輸出接口17105也輸出到外部計(jì)算機(jī)網(wǎng)或打印機(jī)。
CPU 17106主要執(zhí)行顯示裝置的操作控制及與顯示圖象的發(fā)生，選擇及編輯有關(guān)的任務(wù)。
例如，CPU 17106輸出控制信號(hào)給多路轉(zhuǎn)換器17103，用以任意選擇一個(gè)或組合的一組待在顯示屏上顯示的圖象信號(hào)。在這方面，CPU17106也根據(jù)待顯示的圖象信號(hào)輸出控制信號(hào)給顯示屏控制器17102，由此在圖象顯示頻率，掃描方式(例如隔行或非隔行掃描)，每幀圖象的掃描線數(shù)等方面正確地控制顯示裝置的操作。
此外，CPU 17106直接地將圖象數(shù)據(jù)及文字/圖表信息輸出到圖象發(fā)生器17107，或經(jīng)由輸入/輸出接口連接到外部計(jì)算機(jī)或存儲(chǔ)器上用以輸入圖象數(shù)據(jù)及文字/圖表信息。當(dāng)然CPU 17106還可用于除上述以外的與任何適當(dāng)任務(wù)有關(guān)的其它目的。例如，CPU17106可以象個(gè)人計(jì)算機(jī)或文字處理器一樣地直接涉及產(chǎn)生或處理信息的功能。換一種方式，CPU 17106還可以如前所述地經(jīng)由輸入/輸出接口17105連接到外部計(jì)算機(jī)網(wǎng)上，用以執(zhí)行數(shù)字計(jì)算及與外圍設(shè)備協(xié)同操作的任務(wù)。
輸入單元17114在一個(gè)用戶輸入指令、程序、數(shù)據(jù)等給CPU17106時(shí)使用，并可以是各種任何的輸入設(shè)備，如鍵盤，鼠標(biāo)器，操縱桿，條形碼閱讀器及語(yǔ)音識(shí)別裝置。
解碼器17104是用于將由電路17107至17113輸入的各種圖象信號(hào)反向轉(zhuǎn)換成三原彩色信號(hào)或一個(gè)亮度信號(hào)、一個(gè)I信號(hào)及一個(gè)Q信號(hào)的電路。如該圖中虛線所示地，最好在解碼器17104中包括一個(gè)圖象存儲(chǔ)器。這是因?yàn)樵摻獯a器17104也處理那些包括MUSE一標(biāo)準(zhǔn)制式的電視信號(hào)。例如，該制式需要圖象存儲(chǔ)器用于反向轉(zhuǎn)換。此外，設(shè)置圖象存儲(chǔ)器帶來了可以便于顯示靜止圖象或便于執(zhí)行圖象處理及編輯，例如與圖象發(fā)生器17107及CPU 17106共同操作用于圖象的削減，插入，放大，縮小及綜合的優(yōu)點(diǎn)。
多路轉(zhuǎn)換器17103根據(jù)由CPU 17106輸入的控制信號(hào)隨意地選擇顯示圖象。換言之，多路轉(zhuǎn)換器17103選擇從解碼器17104輸入的一個(gè)所需的反向轉(zhuǎn)換圖象信號(hào)并將其輸出給驅(qū)動(dòng)器17101。在這方面，利用在顯示一個(gè)圖象的時(shí)間中交換地選擇兩個(gè)或更多的圖象信號(hào)，也可在由劃分一個(gè)屏幕確定的多個(gè)相應(yīng)區(qū)域中顯示不同的圖象，正如所謂多屏幕電視那樣。
顯示屏控制器17102是用于根據(jù)由CPU 17106輸入的控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器17101操作的電路。
作為涉及顯示屏基本操作的功能，控制器17102輸出給驅(qū)動(dòng)器17101一個(gè)用于控制的信號(hào)，例如，用于控制驅(qū)動(dòng)顯示屏的電源(未示出)的操作順序的信號(hào)。同時(shí)，作為涉及驅(qū)動(dòng)顯示屏方法的功能，控制器17102輸出給驅(qū)動(dòng)器17101用于控制的信號(hào)，例如，用于控制圖象顯示頻率及掃描方式(例如隔行或非隔行掃描)。
視情況而定，控制器17102可輸出給驅(qū)動(dòng)器17101用于在顯示圖象的亮度，對(duì)比度，音調(diào)及清晰度方面調(diào)節(jié)圖象質(zhì)量的控制信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)器17101是用于產(chǎn)生供給顯示屏17100驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。該驅(qū)動(dòng)器17101根據(jù)由多路轉(zhuǎn)換器17103輸入的圖象信號(hào)及由顯示屏控制器17102輸入的控制信號(hào)進(jìn)行操作。
利用在圖16中所示的并具有上述功能的各種部件，該顯示裝置可以在顯示屏17100上顯示由各種圖象信號(hào)源輸入的圖象信息。更明確地說，包括TV廣播信號(hào)在內(nèi)的各種圖象信號(hào)被解碼器17104反向轉(zhuǎn)換，并且至少它們中的一個(gè)需要被多路轉(zhuǎn)換器17103選擇并接著輸入到驅(qū)動(dòng)器17101。另一方面，顯示屏控制器17102根據(jù)待顯示的圖象信號(hào)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)用于控制驅(qū)動(dòng)器17101的操作。驅(qū)動(dòng)器17101根據(jù)圖象信號(hào)及控制信號(hào)兩者向顯示屏17100提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由此使圖象顯示在顯示屏17100上。上述的一系列操作是在CPU 17106的監(jiān)控下被控制的。
除簡(jiǎn)單地顯示從多個(gè)部件選擇的圖象信息外，借助于裝在解碼器17104中的圖象存儲(chǔ)器，圖象發(fā)生器17107及CPU 17106，該顯示裝置在待顯示的圖象信息方面還不僅能執(zhí)行圖象的處理，例如放大，縮小，轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)，突出邊緣，削減，插入，彩色變換及圖象高寬比變換，而且也能執(zhí)行圖象的編輯，例如綜合，刪除，連接，替換及插入。雖然在本例的說明中沒有特別的規(guī)定，但也可以設(shè)置專門用于語(yǔ)言信息處理及編輯的電路，及以上所解釋的用于圖象處理及編輯的電路。
因此，甚至本顯示裝置單個(gè)組件就能具有以下各種功能；顯示TV廣播，TV會(huì)議的終端，處理靜止及運(yùn)動(dòng)圖象的圖象編輯器，計(jì)算器終端，包括文字處理器的辦公室自動(dòng)化終端，游戲機(jī)等等；因此它可被應(yīng)用于非常寬廣的工業(yè)及家庭領(lǐng)域。
不用說，圖16僅表示使用顯示屏的顯示裝置構(gòu)型的一個(gè)例子，在該顯示屏中電子束源包括表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，但本發(fā)明并不限制在該圖示的構(gòu)型上。例如，在圖16中所示的電路部件中那些對(duì)于指定的使用目的所不需的部分可以省去。相反地，視指定的使用目的而定，可以增加另外的部份。當(dāng)本顯示裝置被應(yīng)用在例如電視電話中時(shí)，作為附加部份最好設(shè)置一個(gè)TV攝像機(jī)，一個(gè)音步頻話筒，一個(gè)照明器，一個(gè)包括調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送/接收電路。
特別是，在本顯示裝置中，具有包括表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子束源的顯示屏可以容易地減小其厚度，因此該顯示裝置能具有較小的厚度。另外，因?yàn)榫哂邪ū砻鎸?dǎo)電電子發(fā)射器件的電子束源的顯示屏能便于增加屏幕尺寸，并能提供高亮度及優(yōu)異的視角特性，本顯示裝置可以顯示更真實(shí)、更感人的圖象并具有良好的視覺性能。該例涉及一種包括多個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件及控制電極(柵極)的圖象形成裝置。
該例的圖象形成裝置基本上利用與例4中相同的方法進(jìn)行制造，因此，在這里不再描述它的制造過程。
首先對(duì)包括多個(gè)設(shè)在一個(gè)襯底上的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子源及使用該電子源的顯示裝置進(jìn)行說明。
圖17及18是用于解釋包括多個(gè)設(shè)在一個(gè)襯底上的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的兩個(gè)例子的示意圖。
在圖17中，S表示一個(gè)絕緣襯底，例如是由玻璃作的。由虛線圈起的ES表示在襯底S上形成的一個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，E1至E10表示使表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件相互連接的導(dǎo)線電極。在襯底上表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件被構(gòu)成多個(gè)延X方向延伸的行(以下稱該行為器件行)。構(gòu)成每個(gè)器件行的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件利用在它們兩側(cè)導(dǎo)線電極相互形成并聯(lián)的電連接(例如，第一行中的器件利用它們兩側(cè)的導(dǎo)線電極E1及E2相互連接)。
在該例的電子源中，器件行可利用在相應(yīng)的導(dǎo)線電極之間施加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓彼此獨(dú)立地被驅(qū)動(dòng)。特別是，將超過電子發(fā)射閾值的適當(dāng)電壓施加給讓發(fā)射電子束的器件行上，并將不超出電子發(fā)射閾值的適當(dāng)電壓(例如O(V))供給不讓發(fā)射電子束的器件行上。(在下列的描述中，超出電子發(fā)射閾值的適當(dāng)電壓被記為VE[V])。
在圖18所示的電子源的另一例中，S表示例如由玻璃作的一個(gè)絕緣襯底，由虛線圈起的ES表示在襯底S上形成的一個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，而E′1至E′6則表示使表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件相互連接的導(dǎo)線電極。與圖17的例一樣，在該例中的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件在襯底上也構(gòu)成了多個(gè)延X方向延伸的行，并且在每個(gè)器件行中的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件利用導(dǎo)線電極形成并聯(lián)的相互電連接。此外，在該例中在兩個(gè)相鄰的器件行中的電子發(fā)射器件的相鄰端部利用單根導(dǎo)線電極相互連接，以使得，例如導(dǎo)線電極E′2不僅用于使第一器件行的電子發(fā)射器件的一端相連接，而且也使第二器件行中的電子發(fā)射器件的一端相連接。圖18的電子源其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器及導(dǎo)線電極均使用同樣構(gòu)型時(shí)，器件行之間在Y方向的間距比圖17的電子源中的間距小。
在圖18的電子源中，器件行也可利用在相應(yīng)的導(dǎo)線電極之間施加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓彼此獨(dú)立地被驅(qū)動(dòng)。具體說，將電壓VE[V]施加給那些讓發(fā)射電子的器件行，而將電壓O[V]施加給那些不讓發(fā)射電子的器件行。例如，當(dāng)僅讓第三器件行驅(qū)動(dòng)時(shí)，將電位O[V]施加給導(dǎo)線電極E′1至E′3，而將電位VE[V]施加給導(dǎo)線電極E′4至E′6。其結(jié)果是電壓VE-O＝VE[V]被施加在第三器件行上，而電壓O-O＝O[V]或VE-VE＝O[V]被施加在其它器件行上。當(dāng)如要同時(shí)驅(qū)動(dòng)第二及第四器件行時(shí)，將電位O[V]施加到導(dǎo)線電極E′1，E′2及E′6，而將電位VE[V]施加到導(dǎo)線電極E′3，E′4及E′5。以此方式，就可以選擇驅(qū)動(dòng)圖18的電子源中的任意所需器件行。
為了方便描繪起見，在圖17及18的電子源中在X方向每行中排列了總共十二個(gè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，而器件的數(shù)目不被限止在十二上，可以排列更多的數(shù)目。同樣地，在Y方向上被排列了五個(gè)器件行，而器件行的數(shù)目并不被限止在五上，可以排列更多的數(shù)目。
現(xiàn)在對(duì)使用上述電子源的平板型CRT的一個(gè)例子作出說明。
圖19表示具有圖17的電子源的平板型CRT的一個(gè)屏結(jié)構(gòu)。在圖19中，VC表示一個(gè)由玻璃作的真空容器，而FP表示作為真空容器一部分的顯示表面?zhèn)缺戆?。一種例如由ITO作成的透明電極構(gòu)成在面板FP的內(nèi)表面上，紅，綠及蘭色的熒光物質(zhì)以馬賽克或條狀圖案被分別涂敷在透明電極上。為了使圖簡(jiǎn)化起見，在圖19中透明電極及熒光物質(zhì)兩者一起用PH表示。一種在CRT領(lǐng)域中公知的黑色矩陣或黑色條被放置在相應(yīng)彩色的熒光物質(zhì)之間，或使一種也是在該技術(shù)領(lǐng)域中公知的金屬背面層形成在熒光物質(zhì)上。透明電極通過端子EV真空容器外部形成電連接，以使得電子束的加速電壓能被施加在該電極上。
此外，S表示固定在真空容器VC的內(nèi)下表面的電子源襯底，如以上結(jié)合圖17所描述的，表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件被排列在該襯底上。在該例中，共具有200個(gè)器件行，每器件行包括相互并聯(lián)的200個(gè)器件。每個(gè)器件行的兩個(gè)導(dǎo)電電極被交替地連接到設(shè)在的兩個(gè)側(cè)面上的電極端子Dp1至Dp200及Dm1至Dn200上，以使得電驅(qū)動(dòng)信號(hào)能施加到導(dǎo)線電極上。
這樣形成的玻璃容器VC(圖19)通過抽氣管(未示出)由真空泵抽真空。在達(dá)到足夠的真空度以后，通過伸出容器的端子Dp1到Dp200及Dm1至Dm200將一電壓施加到每個(gè)電子發(fā)射器件ES上用于成型工藝。用于該成型工藝的電壓波形與圖4B中所示的相同。特別是，在該例中的成型工藝是分別設(shè)定T1及T2這1毫秒及10毫秒，及形成真空氣氛約為1×10-5Torr來實(shí)現(xiàn)的(圖15E)。
然后，利用將具有與成型工藝的三角波相同波形的供電電壓升高到峰值14V，并在真空度為2×10-5Torr的情況下形成器件電流If及發(fā)射電流Ie。
這樣形成的電子發(fā)射區(qū)具有這樣的狀態(tài)包含Paradium作為主要構(gòu)成成份的微粒被擴(kuò)散在其中并具有平均粒度尺寸為30埃。在此以后，抽氣系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換到超真空裝置系統(tǒng)上，該系統(tǒng)的泵系統(tǒng)包括一種離子泵或不使用油的類似泵，并使容器在120℃下經(jīng)受烘烤一段夠的時(shí)間周期。在烘烤后的真空度為約1×10-8Torr。
然后，將抽氣管(未示出)用氣體燃燒器加熱并使其熔化在一起以形成對(duì)容器的氣密或密封。
最后，為了在封口后保持真空度，利用高頻加熱方法使容器經(jīng)受吸氣處理，這樣便制成了圖象形成裝置。
在襯底S與面板FP之間，以條狀結(jié)構(gòu)設(shè)置柵極電極GR。總共有200個(gè)柵極GR邊靠邊地、垂直于器件行(即在Y方向上)地彼此獨(dú)立地設(shè)置，在每個(gè)柵極中確定出能使電子束通過的小孔Gh。如圖所示地這些圓形小孔是以與表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系被確定的，而在某些情況下也可確定多重網(wǎng)狀的小孔。這些柵極通過端子G1至G200與真空容器外部形成電連接。應(yīng)指出，該柵極的形狀及設(shè)置位置不是總限制在圖19中所示的結(jié)構(gòu)上，而只要柵極能調(diào)制由表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束即行。例如，柵極可設(shè)置成圍繞表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件或在其附近。
在該顯示屏中，由表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的行及柵極的列組成了200×200的XY矩陣。因此，利用一行接一行順序地驅(qū)動(dòng)(掃描)器件行，并同時(shí)，與該掃描同步地將用于一行圖象的調(diào)制信號(hào)施加給柵極列，使電子束對(duì)熒光物質(zhì)的照射受到控制，由此在一行接一行的基礎(chǔ)上顯示出圖象。
圖20以方框圖的形式表示驅(qū)動(dòng)圖19顯示屏的電路。參照?qǐng)D20，標(biāo)號(hào)1000表示圖19的顯示屏，1001是用于解調(diào)由外部提供的混合圖象信號(hào)的解碼器，1002是串行/并行轉(zhuǎn)換器，1003是行存儲(chǔ)器，1004是調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，1005是定時(shí)控制器，及1006是掃描信號(hào)發(fā)生器。顯示屏1000的電極端子與相應(yīng)的電路相連接，即，端子EV被連接到用于產(chǎn)生加速電壓的10[KV]電壓源HV上，端子G1至G200被連接到調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004上，端子DP1至DP200被連接到掃描信號(hào)發(fā)生器1006上，及端子Dm1至Dm200被接地。
以下將描述各部件的功能。解碼器1001是用于解調(diào)一種由外部提供的混合圖象信號(hào)，例如NTSC制式TV信號(hào)的電路。因而，解碼器1001從混合圖象信號(hào)中分離出亮度信號(hào)分量及同步信號(hào)分量，并將前一分量作為數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到串行/并行轉(zhuǎn)換器1002上并且后一分量作為同步信號(hào)輸出到定時(shí)控制器1005上。換句話說，解碼器1001使用于相應(yīng)彩色分量RGB的亮度數(shù)據(jù)處理成與顯示屏1000的彩色象素陣列相匹配，并將它們順序地輸出到串行/并行轉(zhuǎn)換器1002上，并且它也分離出一個(gè)垂直同步信號(hào)及一水平同步信號(hào)并將它們輸出給定時(shí)控制器1005。定時(shí)控制器1005在同步信號(hào)Tsynch的基礎(chǔ)上產(chǎn)生各種定時(shí)控制信號(hào)用于適配各部分操作的定時(shí)。具體地，該定時(shí)控制器1005輸出Tsp給串行/并行轉(zhuǎn)換器1002，輸出Tmry給行存儲(chǔ)器1003，輸出Tmod給調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004，及輸出Tscan給掃描信號(hào)發(fā)生器1006。
串行/并行轉(zhuǎn)換器1002根據(jù)由定時(shí)控制器1005輸入的定時(shí)信號(hào)序貫地采樣由解碼器1001輸入的亮度信號(hào)數(shù)據(jù)，并將這些被采樣的信號(hào)作為并行信號(hào)I1至I200輸出到行存儲(chǔ)器。在一行的數(shù)據(jù)被完全地串行/并行轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，定時(shí)控制器1005輸出一個(gè)寫定時(shí)控制信號(hào)Tmry給行存儲(chǔ)器1003。在接收到Tmry時(shí)行存儲(chǔ)器1003存儲(chǔ)I1至I200的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容作為I′1至I′200輸出給調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004。I′1至I′200被保持在行存儲(chǔ)器中直到下一寫定時(shí)控制信號(hào)Tmry被供給到行存儲(chǔ)器為止。
調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004是用于根據(jù)從行存儲(chǔ)器1003輸入的用于一行圖象的亮度數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出給顯示屏1000的調(diào)制信號(hào)的電路。調(diào)制信號(hào)與定時(shí)控制器1005產(chǎn)生的定時(shí)控制信號(hào)Tmod同步地同時(shí)被輸送到調(diào)制信號(hào)端子G1至G200上。該調(diào)制信號(hào)可為電壓調(diào)制信號(hào)，它的電壓根據(jù)圖象的亮度數(shù)據(jù)變化，或是脈寬調(diào)制信號(hào)，它的寬度根據(jù)亮度數(shù)據(jù)變化。
掃描信號(hào)發(fā)生器1006是用于產(chǎn)生電壓脈沖選擇地驅(qū)動(dòng)顯示屏1000中的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件行的電路。具體地，掃描信號(hào)發(fā)生器1006響應(yīng)由定時(shí)控制器1005產(chǎn)生的定時(shí)控制信號(hào)Tscan，轉(zhuǎn)換一個(gè)內(nèi)設(shè)的開關(guān)電路，并選擇地將一適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓VE[V]或一地電位(即O[V])施加給端子Dp1至Dp200，其中驅(qū)動(dòng)電壓VE[V]是由一恒電壓源DV產(chǎn)生的并超過了表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子發(fā)射閾值。
利用上述的電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)以圖21的定時(shí)圖中的定時(shí)提供給顯示屏1000。圖21A至21D表示由掃描信號(hào)發(fā)生器1006供給到顯示屏的端子Dp1至Dp200的信號(hào)部分，如將從這些圖中可看到的，具有幅值為VE[V]的電壓脈沖依次接連地并以圖象一行的顯示時(shí)間為單位地供給到端子Dp1，Dp2，Dp3.....上。另一方面，端子Dm1至端子Dm200總是與地電位(O[V])相連接。因此，器件行接連地從第一行開始被電壓脈沖驅(qū)動(dòng)用以產(chǎn)生電子束。
與上述驅(qū)動(dòng)順序同步地，用于一行圖象的調(diào)制信號(hào)由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004以圖中虛線所示的時(shí)間關(guān)系供給到端子G1至G200的一個(gè)上。然后，調(diào)制信號(hào)與掃描信號(hào)的移動(dòng)同步地接連移動(dòng)，以便顯示出一幀的圖象。利用連續(xù)地重復(fù)上述操作，電視的活動(dòng)畫面就能被顯示出來。
接著上述對(duì)具有圖17的電子源的平板型CRT的說明，現(xiàn)在將參照?qǐng)D22對(duì)具有圖18電子源的平板型CRT進(jìn)行描述。
圖22的平板型CRT是將圖19中的平板型CRT中的電子源用圖18中的電子代替而構(gòu)成的。類似地，由表面導(dǎo)電電子發(fā)射器的行及柵極的列構(gòu)成了一個(gè)200×200的XY矩陣。但是，由于表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的200行是由導(dǎo)線電極E1至E201共201行導(dǎo)線電極形成每行并聯(lián)的相互連接的，因此該真空容器設(shè)有201個(gè)電極端子EX1至EX201。
這樣形成的玻璃容器(圖22)通過抽氣管(未示出)由真空泵抽真空。在達(dá)到足夠的真空度以后，通過伸出容器的端子EX1至EX201將一電壓施加到每個(gè)電子發(fā)射器件ES上用于成型工序。用于該成型工序的電壓波形與圖4B中所示的相同。具體是，在該例中的成型工藝是分別設(shè)定T1及T2為1毫秒及10毫秒，及形成真空氣氛約為1×10-5Torr(圖15E)。
然后，利用將具有與成型工藝的三角波相同波形的供電電壓升高到峰值14V，并在真空度為2×10-5Torr的情況下形成器件電流If及發(fā)射電流Ie。
這樣形成的電子發(fā)射區(qū)具有這樣的狀態(tài)包含Paradium作為主要構(gòu)成成份的微粒被擴(kuò)散在其中并具有平均粒度尺寸為30埃。在此以后，抽氣系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換到超真空裝置系統(tǒng)上，該系統(tǒng)的泵系統(tǒng)包括一種離子泵或不使用油的類似泵，并使容器在120℃下經(jīng)受烘烤一段足夠的時(shí)間周期。在烘烤后的真空度為約1×10-8Torr。
然后，將抽氣管(未示出)用氣體燃燒器加熱并使起熔化在一起以形成對(duì)容器的氣密式密封。
最后，為了在封口以后保持真空度，利用高頻加熱方法使容器經(jīng)受吸氣處理，這樣便制成了圖象形成裝置。
圖23表示用以驅(qū)動(dòng)顯示屏1008的電路。該電路基本上與圖20所示的相同，但用于掃描信號(hào)發(fā)生器1007的電路除外。該掃描信號(hào)發(fā)生器1007選擇地將一適當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓VE[V]或地電位(即O[V])提供到顯示屏的端子上，其中驅(qū)動(dòng)電壓VE[V]是由恒電壓源DV產(chǎn)生的并超過表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子發(fā)射閾值。施加驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)表示在圖24B至24E的定時(shí)圖中。為了使顯示屏以圖24A的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行顯示，圖24B至24E所示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由掃描信號(hào)發(fā)生器1007提供給電極端子EX1至EX4。其結(jié)果是，表面導(dǎo)電子發(fā)射器件的行被施加了相應(yīng)的電壓，如圖24F至24所示，以致使一行接一行接連地被驅(qū)動(dòng)。與該驅(qū)動(dòng)順序相同步地，由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器1004以圖24I的時(shí)間關(guān)系輸出調(diào)制信號(hào)，由此接連地顯示出一個(gè)圖象。
該例的圖象形成裝置是在其中依賴持續(xù)時(shí)間變化小的并且產(chǎn)生的圖象高度穩(wěn)定的一種圖象形成裝置，如例4中一樣。同時(shí)，該圖象形成裝置具有優(yōu)異的色調(diào)特性及全彩色顯示特性，及高對(duì)比度。
根據(jù)包括本發(fā)明如上所述的表面導(dǎo)電電子發(fā)射裝置的電子束裝置，由于在真空裝置中的碳元素量被盡可能地減少了，因此每個(gè)電子發(fā)射器件的發(fā)射電流及器件電流均呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，其中電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档卮_定的。同時(shí)，由于電子發(fā)射量很少依賴器件不被驅(qū)動(dòng)的時(shí)間周期(即持續(xù)時(shí)間)及真空度發(fā)生變化，因而獲得了高穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。此外，電子發(fā)射量可以由驅(qū)動(dòng)電壓(器件電壓)的脈沖寬度及電壓值來控制。
此外，包括本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子器件的圖象形成裝置由于依賴持續(xù)時(shí)間的變化小可產(chǎn)生穩(wěn)定的顯示圖象，并可以產(chǎn)生具有優(yōu)異色調(diào)特性及高對(duì)比度的全彩色圖象。
權(quán)利要求
1.一種電子束裝置，包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了一個(gè)具有在相反極性電極之間電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即發(fā)射電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)單調(diào)的上升特性，該特性中發(fā)射電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即發(fā)射電流及器件電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，在該特性中發(fā)射電流及器件電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種有效阻止所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)改變的氣氛中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止包含碳作為主要組成成份的材料沉積在所述電子發(fā)射器件上的氣氛中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在真空度高于1×10-6Torr的真空氣氛中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子束裝置，其中所述真空氣氛是在高于1×10-8Torr的真空度上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種真空氣氛中，在該真空氣氛中存在的碳化物的部分壓力小于1×10-8Torr。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電子束裝置，其中所述存在的碳化物的部分壓力小于1×10-10Torr。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中包含碳作為主要組成成份的一種沉積物被沉積在所述電子發(fā)射器件上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電子束裝置，其中所述包含碳作為主要組成成份的一種沉積物是石墨，非晶碳或它們的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述電子發(fā)射器件被設(shè)置了多個(gè)，該多上電子發(fā)射器件的每一個(gè)響應(yīng)一輸入信號(hào)發(fā)射電子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電子束裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件的行，每個(gè)行包括多個(gè)在它們兩端利用導(dǎo)線形成互相并聯(lián)的電子發(fā)射器件，及用來調(diào)制從所述電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束的調(diào)制裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的電子束裝置，其中所述多個(gè)電子發(fā)射器件被布置成一個(gè)陣列，并連接到m行X方向的導(dǎo)線及n列Y方向的導(dǎo)線上，所述導(dǎo)線是彼此電絕緣的，
16.一種電子束裝置，包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了一個(gè)具有在相反極性電極之間電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件，其中所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)改變的氣氛中。
17.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求16的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止包含碳作為主要組成成份的材料沉積在所述電子發(fā)射器件上的氣氛中。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在真空度高于1×10-6Torr的真空氣氛中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電子束裝置，其中所述真空氣氛是在高于1×-8Torr的真空度上。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的電子束裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種真空氣氛中，在該氣氛中存在的碳化物的部分壓力小于1×10-8Torr。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電子束裝置，其中所述存在的碳化物的部分壓力小于1×10-10Torr。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中包含碳作為主要組成成份的一種沉積物被沉積在所述電子發(fā)射器件上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的電子束裝置，其中所述包含碳作為主要組成成份的一種沉積物是石墨，非晶碳或它們的混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)的電子束裝置，其中所述電子發(fā)射器件被設(shè)置了多個(gè)，該多個(gè)電子發(fā)射器件的每一個(gè)響應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)射電子。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的電子束裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件的行，每個(gè)行包括多個(gè)在它們的兩端利用導(dǎo)線形成互相并聯(lián)的電子發(fā)射器件，及用來調(diào)制從所述電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束的調(diào)制裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的電子束裝置，其中所述多個(gè)電子發(fā)射器件被布置成一個(gè)陣列，并連接到m行X方向的導(dǎo)線及n列Y方向的導(dǎo)線上，所述導(dǎo)線是彼此電絕緣的。
27.一種圖象形成裝置，包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了電子源及圖象形成部件，所述裝置向應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)圖象，其中所述電子源包括一個(gè)具有在相反極性電極之間電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件，所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即發(fā)射電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的圖象形成裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，該特性中發(fā)射電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
29.權(quán)利要求要求27的圖象形成裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即發(fā)射電流及器件電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的圖象形成裝置，其中所述電子發(fā)射器件呈現(xiàn)單調(diào)上升的特性，在該特性中發(fā)射電流及器件電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至30中行一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種有效阻止所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)改變的氣氛中。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止包含碳作為主要組成成份的材料沉積在所述電子發(fā)射器件上的氣氛中。
33.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在真空度高于1×10-6Torr的真空氣氛中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的圖象形成裝置，其中所述真空氣氛是在高于1×10-8Torrx的真空度上。
35.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種真空氣氛中，在該真空氣氛中存在的碳化物部分的壓力小于1×10-8Torr。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的圖象形成裝置，其中所述存在的碳化物部分壓力小于1×10-10Torr。
37.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所含碳作為主要組成成份的一種沉積物被沉積在所述電子發(fā)射器件上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的圖象形成裝置，其中所述包含碳作為主要組成成份的一種沉積物是石墨，非晶碳或它們的混合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件，多個(gè)所述電子發(fā)射器件的行，每個(gè)行包括多個(gè)在它們兩端利用導(dǎo)線形成互相并聯(lián)的電子發(fā)射器件，及用來調(diào)制從所述電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束的調(diào)制裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件，該多個(gè)電子發(fā)射器件被布置成一個(gè)陣列，并連接到m行X方向的導(dǎo)線及n列Y方向的導(dǎo)線上，所述導(dǎo)線是彼此絕緣的。
41.一種圖象形成裝置，包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了電子源及圖象形成部份，所述裝置響應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)圖象，其中所述電子源包括一個(gè)具有在相反極性電極之間電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件，及所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)改變的氣氛中。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在有效阻止包含碳作為主要組成成份的材料沉積在所述電子發(fā)射器個(gè)上的氣氛中。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在真空度高于1×10-6Torr的真空氣氛中。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的圖象形成裝置，其中所述真空氣氛是中高于1×10-8Torr的真空度上。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的圖象形成裝置，其中所述外殼的內(nèi)部維持在一種真空氣氛中，在該氣氛中存在的碳化物的部分壓力小于1×10-8Torr。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的圖象形成裝置，其中所述存在的碳化物的部分壓力小于1×10-10Torr。
47.根據(jù)權(quán)利要求41至46中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中包含碳作為主要組成成份的一種沉積物被沉積在所述電子發(fā)射器件上。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的圖象形成裝置，其中所述包含碳作為主要組成成份的一種沉積物是石墨，非晶碳或它們的混合物。
49.根據(jù)權(quán)利要求41至46中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件，多個(gè)所述電子發(fā)射器件的行，每個(gè)行包括多個(gè)在它們兩端利用導(dǎo)線形成互相并聯(lián)的電子發(fā)射器件，及用來調(diào)制從所述電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束的調(diào)制裝置。
50根據(jù)權(quán)利要求41至46中任一項(xiàng)的圖象形成裝置，其中所述裝置包括多個(gè)所述電子發(fā)射器件，該多個(gè)電子發(fā)射器件被布置成一個(gè)陣列，并連接到m行X方向的導(dǎo)線及n列Y方向的導(dǎo)線上，所述導(dǎo)線是彼此絕緣的。
全文摘要
在一種電子束裝置中包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了一個(gè)具有在相反極性電極之間的電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射器件，該電子發(fā)射器件呈現(xiàn)這樣的特性，即發(fā)射電流是相對(duì)器件電壓?jiǎn)沃档乇淮_定的。其外殼的內(nèi)部維持在一種有效阻止所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)改變的氣氛中。一種圖象形成裝置包括一個(gè)外殼，在該外殼中設(shè)置了電子源及圖象形成部分，該電子源包括上述電子發(fā)射器件。發(fā)射電流穩(wěn)定并且發(fā)射的電子量的變化很小，產(chǎn)生出清晰的圖象并具有高對(duì)經(jīng)度，及易于進(jìn)行色調(diào)控制。
文檔編號(hào)G09G3/22GK1122049SQ94109158
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1994年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月28日
發(fā)明者野村一郎, 山野道正人, 鱸英俊, 武田俊彥, 巖崎達(dá)哉 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社