专利名称：采用电子发射器件的电子装置及成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到与电子发射有关的电子装置，更确切地说是涉及到用电子来成像的成像装置。
通常所知的电子发射器件有二种，即热阴极器件和冷阴极器件。冷阴极器件的已知例子有表面传导发射(SCE)型电子发射器件、场发射型电子发射器件(以下称之为FE型电子发射器件)，以及金属/绝缘体/金属型电子发射器件(以下称之为MIM型电子发射器件)。
在例如M.I.Elinson的“无线电工程电子物理”，10，1290(1965)中描述了表面传导发射型电子发射器件的一个众所周知的例子，而其它的例子将在稍后加以描述。
表面传导发射型电子发射器件利用的物理现象是借助于平行于薄膜表面流通电流而从制作在衬底上的小区域薄膜发射电子。除了上述Elinson的SnO2薄膜之外，表面传导发射型电子发射器件还包括采用Au薄膜[G.Dittmer，“固体薄膜”，9，317(1972)]、In2O3/SnO2薄膜[M.Hartwell和C.G.Fonstad，“IEEE Trans.ED Conf.”，519(1975)]、碳薄膜[Hisashi Araki等，“真空”，26，No.1，p22(1983)]之类的电子发射器件。
图17示出了M.Hartwell等人提出的上述器件的平面图，这是表面传导发射型电子发射器件的结构的典型例子。参照图17，参考号3001表示衬底；3004表示由溅射形成的金属氧化物构成的传导薄膜。如图17所示，此传导薄膜3004具有H形图形。借助于对传导薄膜3004执行起电处理(称为形成处理，下面将要描述)而形成电子发射区3005。图17中的间距L设定为0.5-1mm，而宽度w设定为0.1mm。为图示方便起见，电子发射区3005被示为矩形形状，位于传导薄膜3004的中央。但并未准确示出电子发射区3005的真实位置与形状。
在上述M.Hartwell等人的表面传导发射型电子发射器件中，电子发射区3005通常借助于在电子发射之前对传导薄膜3004执行称为形成处理的起电处理而形成。亦即，形成处理是用起电方法来形成电子发射区。例如，在传导薄膜3004二端加上一个恒定的DC电压或一个以例如1V/min的极低的速率而增高的DC电压以使传导薄膜3004局部破坏或变形，从而形成电阻高的电子发射区3005。注意，传导薄膜3004的经破坏或变形过的部分有裂缝。在形成处理之后，当对传导薄膜3004施加适当的电压时，就在裂缝附近发射电子。
在W.P.Dyke和W.W.Dolan的“场发射”[Advance in ElectronPhysics，8，89(1956)]和C.A.Spindt的“带钼锥的薄膜场发射阴极的物理性质”[J.Appl.Phys.，47，5248(1976)]中，描述了众所周知的FE型电子发射器件。
图18剖面图示出了上述C.A.Spindt等人提出的器件，这是FE型器件结构的典型例子。参照图18，参考号3010表示衬底；3011表示导电材料制成的发射极布线层；3012表示发射极锥体；3013表示绝缘层；3014表示栅电极。在这一器件中，在发射极锥体3012和栅电极3014之间施加电压以便从发射极锥体3012的末端部位发射电子。除图18的多层结构外，作为另一种FE型器件结构的例子，其中的发射极和栅电极几乎平行于衬底表面地排列在衬底上。
C.A.Mead的“隧道发射器件的工作”[J.Appl.Phys.，32，646(1961)]描述了MIM型电子发射器件的一种已知例子。图19示出了MIM型器件结构的典型例子。图19是MIM型电子发射器件的剖面图。参考号3020表示衬底；3021表示金属制成的下电极；3022表示厚度约为100埃的绝缘薄层；3023表示金属制成的厚度约为80-300埃的上电极。在MIM型电子发射器件中，在上电极3023和下电极3021之间施加一个恰当的电压以便从上电极3023的表面发射电子。
由于上述的冷阴极器件能够在比热阴极器件更低的温度下发射电子，故它们不需要任何加热器。因此，冷阴极器件的结构比热阴极器件简单，并可以被微图形化。即使以高的密度在衬底上安置大量器件，也极少出现诸如衬底热熔化之类的问题。此外，冷阴极器件的响应速度高，而热阴极器件由于其工作依赖于用加热器加热而响应速度低。因此，冷阴极器件的应用已成研究热门。
在冷阴极器件中，上述表面传导发射型电子发射器件由于结构简单且易于制造而有优越性。为此，在大的区域上可制作许多器件。如本申请人提出的日本专利公开No.64-31332所发表的那样，曾研究对多个器件的安置与驱动方法。
已研究了表面传导发射型电子发射器件在诸如图象显示器和录象器、电子束源之类的成象装置中的应用。
作为图象显示器的一种应用，特别是如美国专利No.5066883和本申请人提出的日本专利公开No.2-257551与4-28137中所公开的那样，已研究了采用表面传导发射型电子发射器件与接收电子束时发光的荧光衬底相结合的图象显示器。这种采用表面传导发射型电子发射器件与荧光衬底相结合的图象显示器可望具有比其它常规图象显示器更优异的特性。例如，比之目前流行的液晶显示器，上述显示器在由于是自发射类型而不需要后照光方面以及具有宽的视角方面是有优势的。
在例如本申请人提出的美国专利No.4904895中，公开了并肩排列的多个FE型电子发射器件的驱动方法。作为FE型电子发射器件在图象显示器中的应用的一个众所周知的例子，R.Meyer等人报道了一种平板显示器[R.Meyer的“LETI微端的最新发展”，第四届国际真空微电子会议文集，Nagahama，p6-9(1991)]。
在本申请人提出的日本专利公No.3-55738中，描述了并肩排列的大量MIM型电子发射器件在图象显示器中的一例应用。
在上述采用电子发射器件的图象显示器中，薄的平板显示器由于体积小和重量轻而作为CRT(阴极射线管)的一种替代产品受到广泛的重视。
图20是平板图象显示器一例显示屏的投影图，其中为了显示出屏的内部结构而移去了一部分屏。
在图20中，参考号3115表示后板；3116表示侧壁；3117表示面板。后板3115、侧壁3116和面板3117形成一个外壳(气密容器)，用以保持显示屏内部的真空。
后板3115有一个固定于其上的衬底3111，衬底上制作有N×M个冷阴极器件3112(M和N是等于或大于2的正整数，根据显示象素的目标数目已适当地设定)。用M个行向布线3113和N个列向布线3114将N×M个冷阴极器件3112连接成简单矩阵。由衬底3111、冷阴极器件3112、行向布线3113和列向布线3114构成的部位称为“多电子束源”。在行向布线3113与列向布线3114的交点处，在布线之间制作一个绝缘层(未示出)以保持电绝缘。
再在面板3117下方制作一个由荧光衬底制成的荧光膜3118。荧光膜3118着有红、绿、蓝三原色荧光物质(未示出)。在构成荧光膜3118的各荧光物质之间制作有黑色传导材料(未示出)。而且，在后板3115侧的荧光膜3118的表面上制作了由铝之类制成的金属背3119。符号Dx1-DxM、Dy1-DyN和Hv表示用来使显示屏与电路(未示出)电连接的气密结构的电连接端。端Dx1-DxM电连接于多电子束源的行向布线3113；Dy1-DyN电连接于列向布线3114；而Hv电连接于面板的金属背3119。
气密容器的内部被抽空成约10-6乇。当图象显示器的显示面积更大时，图象显示器需要一种装置来防止由气密容器内外侧之间的压力差所引起的后板3115和面板3117的变形或损坏。若用加厚后板3115和面板3117的方法来防止变形和损坏，则不仅增加图象显示器的重量，而且当用户从斜向观看图象时会出现图象畸变和视差。相反，在图20中，显示屏包含由较薄的玻璃制成的结构支持元件(称为隔板或肋条)3120以抵抗大气压力。用这种结构，其上制作有多束电子源的衬底3111与其上制作有荧光膜3118的面板3117之间的间距正常保持在亚毫米至数毫米。如上所述，气密容器的内部保持在高真空。
在采用上述显示屏的图象显示器中，当电压经由外端Dx1-DxM和Dy1-DyN而施加于冷阴极器件3112时，由冷阴极器件3112发射出电子。同时，数百至数千伏特的高电压经由外端Hv施加于金属背3119，以加速发射出来的电子并使它们与面板3117的内表面碰撞。因此组成荧光膜3118的各个荧光物质被激发而发光，从而显示图象。
上述的成像装置的电子束装置包含一个用来保持装置内部真空的外壳、安置在外壳内部的电子源、带有荧光物质的其上受到电子源发射的电子束辐照的面板、用来使电子束向带有荧光物质的面板加速的加速电极等。除此之外，在外壳的内部安置有从其内部支持外壳以抗衡施加于外壳的大气压的支持元件(隔板)。
这种含有隔板的图象显示器的屏有下列问题。
此问题将参照图21来解释。图21是沿图20中A-A线的剖面图。与图20相同的参考号表示相同的部件，其描述从略。
参考号3120表示安置在衬底3111与面板3117之间的隔板。由冷阴极器件3112发射的电子沿轨迹4112与荧光膜3118碰撞，导致荧光物质发光，从而形成图象。隔板3120附近发射的某些电子撞击隔板3120，或由所发射的电子的作用产生的离子附着于隔板3120。而且，已到达面板3117的某些电子被反射和散射，且某些散射的电子撞击隔板3120，使隔板3120带电。靠近隔板的由冷阴极器件3112所发射的电子的轨迹由于隔板3120沿靠近隔板3120的方向的充电而改变。因此，冷阴极器件3112发射的电子以不同于正确位置的位置碰撞在荧光膜3118上，从而在隔板附近显示畸变的图象。若发射的电子与隔板3120相撞，则它们不能到达荧光膜3118，于是在隔板3120附近的亮度下降。
本发明的目的是提供一种电子装置，它能够最佳设定支持元件附近的电子辐照位置，并提供一种采用此电子装置的成像装置。
根据本发明的电子装置的一种情况有以下配置。
提供了一种电子装置，它包含带有大致直线排列的多个电子发射器件的第一衬底；面对第一物质排列的第二衬底；以及用来保持第一衬底与第二衬底之间间距的支持元件，其中的支持元件具有绝缘性质，且多个电子发射器件中，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件排列的间距大于二个没有中间支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距。
根据本发明的电子装置的另一种情况有以下配置。
提供了一种电子装置，它包含带有大致直线排列的多个电子发射器件的第一衬底；面对第一衬底排列的第二衬底；以及用来保持第一衬底与第二衬底之间间距的支持元件，其中的支持元件具有保持电荷量几乎恒定的特性，且多个电子发射器件中，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件排列的间距大于二个中间没有支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距。
特别在本发明中，电子发射器件以一定的周期被驱动，且用来保持电荷量几乎恒定的支持元件的特性是一种能够将电荷量的改变抑制在至少一定周期中支持元件电荷量改变时加至由电子发射元件发射的电子上的偏离量改变的可容许范围之内的特性。
在各个情况下，由于支持元件具有绝缘性质或保持电荷量几乎恒定的特性，故支持元件充电所引起的电子的偏离保持几乎恒定。若电子发射器件之间的间距设定成二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件的排列间距大于二个中间没有支持元件而彼此相邻的电子发射元件之间的间距，则可抑制电子与支持元件的碰撞，且可减小支持元件附近电子辐照位置从所需位置的偏移量。此外，可抑制电子辐照位置的变化。
更具体地说，支持元件的表面薄层电阻最好不小于1011Ω/□，且不小于1012Ω/□更好。
在各个情况下，最好保持A1＞(A2+t)，其中A1是二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件之间的间距，A2是二个中间没有支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距，而t是支持元件沿连接二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件的方向的厚度。
在各个情况下，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件之间的间距最好根据由于支持元件对电子的偏转而对电子发射器件所发射的电子的辐照位置的影响程度来设定。
更具体地说，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件之间的间距根据电子被支持元件偏转时得到的电子辐照位置从电子不被支持元件偏转时所得到的电子辐照位置的偏移量来设定。
在各个情况下，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件之间的间距被设定成使由此二个电子发射器件所发射的电子的辐照点之间的间距几乎等于由二个中间没有支持元件而彼此相邻的电子发射器件所发射的电子的辐射点之间的间距。用这种设定，可不管是否存在支持元件而以几乎相同的间距形成电子辐照点。
在各个情况下，二个通过支持元件彼此相邻的电子发射器件之间的间距最好根据至少用来加速电子发射器件所发射的电子的电压、支持元件的高度以及支持元件的电荷量中的一个来设定。更具体地说，用来加速电子发射器件所发射的电子的电压是施加在电子发射器件与第二衬底之间的电压。
在各个情况下，电子装置还可包含大致直线排列的多个电子发射器件组。
在各个情况下，多个电子发射器件可由行向布线和沿不同于行向布线方向的列向布线而布线成一个矩阵。此时，支持元件最好是排列在行向布线上或列向布线上。
行向或列向布线的延伸方向可做成与大致直线地安置冷阴极电子发射器件的方向重合。
在各个情况下，此电子发射器件是冷阴极型电子发射器件。
在各个情况下，电子发射器件有一对电极，且当电压施加于这对电极时，则发射电子。例如，电极对是FE型电子发射器件的一个发射极锥体和一个栅极，是MIM型电子发射器件的中间夹有一个绝缘层而叠成的二个电极，或者是表面传导发射型电子发射器件的二个平行电极。
根据本发明，提供了一种借助于电子辐照而成像的成像装置，它包含上述一种情况所确定的电子装置以及由此电子装置的电子发射器件所发射的电子在其上成像的成像元件。
此成像元件是一种光发射物质，它在电子辐照时发射光。此发光物质例如是一种荧光物质。
成像元件可安置在电子装置的第二衬底上。
从结合附图的下列描述中，本发明的其它特征和优点将更为明显，附图中相同的参考号表示各图中相同或相似的部件。
图1是局部剖开的投影图，示出了根据本发明一个实施例的图象显示器的显示屏；图2是根据本发明实施例的图象显示器的示意剖面图；图3是实施例中所用多电子束源的衬底平面图4是沿实施例中所用多电子束源(图3)的衬底中B-B’线的局部剖面图；图5A和5B平面图示出了显示屏面板上荧光物质的对准例子；图6A和6B分别是实施例中平板式表面传导发射型电子发射器件的平面图和剖面图；图7A-7E剖面图分别示出了制造平板式表面传导发射型电子发射器件的各个步骤；图8示出了实施例中形成处理过程中的外加电压波形；图9A和9B分别示出了激活处理中的外加电压波形和发射电流Ie的变化；图10是实施例中所用台阶式表面传导发射型电子发射器件的剖面图；图11A-11F剖面图分别示出了制造台阶式表面传导发射型电子发射器件的步骤；图12示出了实施例中所用表面传导发射型电子发射器件的典型特性；图13方框图示出了实施例的图象显示器驱动电路的示意结构；图14A-14C解释了电子发射器件所发射的电子与面板碰撞时的情况；图15是本发明实施例中显示屏的剖面图；图16A和16B是本发明实施例中显示屏的平面图，其中的图16A示出了离隔板足够远的区域，而图16B示出了靠近隔板的区域；图17示出了一例众所周知的表面传导发射型电子发射器件；图18示出了一例众所周知的FE型器件；图19示出了一例众所周知的MIM型器件；图20是图象显示器显示屏的局部剖开的投影图；图21解释了本发明所要解决的问题。
以下参照附图来详细描述本发明的最佳实施例。
首先描述一下采用本发明实施例的图象显示器的显示屏的构造和制造显示屏的方法。
图1是显示屏的投影图，其中移去了一部分显示屏以示出屏的内部结构。
在图1中，参考号1015表示后板；1016表示侧壁；而1017表示面板。这些部件组成一个气密容器，用以保持显示屏内部的真空。为了构成此气密容器，必须气密性连接各个部件以获得足够的强度并保持气密条件。例如，在连结部位采用了熔结玻璃，并在空气或氮气氛中于400-500℃下烧结，于是各部件被密封连接。稍后将描述从容器内部抽出空气的方法。由于气密容器内部保持在约10-6乇，故为了防止大气压力或突然冲击引起气密容器损坏而安置了隔板1020来抗大气压。
后板1015上固定有衬底1011，衬底上制作有N×M个冷阴极器件1012(M和N为等于或大于2的正整数，根据显示象素的目标数目适当地设定。例如，在高质量电视显示器中，最理想的N≥3000，M≥1000。在本实施例中，N＝3072，M＝1024)。用M个行向布线1013和N个列向布线1014将N×M个冷阴极器件3112连接成一个简单矩阵。由部件1011-1014组成的部位称为“多电子束源”。
在根据本发明实施例的用于图象显示器中的多电子束源中，只要电子源是借助于将冷阴极器件连接成一个简单矩阵的方法而制备的，冷阴极器件的材料、形状和制造方法是不受限制的。因此，多电子束源可采用表面传导发射(SCE)型电子发射器件或FE型或MIM型冷阴极器件。
下面参照图2来描述本发明实施例的基本原理。图2是沿图1中A-A’线的剖面图，示出了根据本发明的成像装置部分。
参考号1017表示面板，包括荧光物质和金属背面；1015表示后板，包括电子源衬底；1020表示隔板；1012表示冷阴极器件；而1015表示冷阴极器件的电子发射部位。当驱动电压Vf(未示出)加于器件1012，且阳极电压Va加于面板1017侧时，由冷阴极器件1012发射的电子沿轨迹11而行。
若隔板1020和器件1012具有图2所示的位置关系，则在荷正电的隔板1020的影响下，场分布改变成电子束的轨迹11弯向隔板1020。令L为隔板1020与器件1012之间的距离，Px为器件中心轴100与面板1017上的电子碰撞位置之间的距离，则电子轨迹的弯曲决定于到荷电隔板1020的距离L。借助于恰当调整器件位置并改变距离L，电子就可投射到面板1017荧光物质的所需位置上。图象显示器概述下面描述借助于将作为冷阴极器件的SCE型电子发射器件(稍后描述)安置在衬底上并将它们连接成简单矩阵而制作的多电子束源的结构。
图3是用于图1显示屏的多电子束源的平面图。图6A和6B所要描述的那种SCE型电子发射器件被安置在衬底1011上。用行向布线1013和列向布线1014将这些器件连接成一个简单矩阵。在行向布线1013与列向布线1014的交点处，制作一个绝缘层(未示出)以保持电绝缘。
图4示出了沿图3中B-B’线的剖面。具有这种结构的多电子束源，其制造方法是预先在衬底1011上制作行向布线电极1013、列向布线电极1014、电极绝缘膜(未示出)、以及SCE型电子发射器件的器件电极1102和1103以及传导薄膜1104，然后经由行向布线电极1013和列向布线电极1014对传导薄膜1104施加功率以执行形成处理和激活处理(稍后将描述二者)。
在本实施例中，多电子束源的衬底1011被固定于气密容器的后板1015。但若衬底1011具有足够的强度，则多电子束源的衬底1011本身就可用作气密容器的后板。
再在面板1017下方制作荧光膜1018。由于本实施例是一种彩色显示器，故荧光膜108着有红、绿、蓝三原色荧光物质。如图5A所示，荧光物质部位呈条形，在条间制作有黑色导电材料1010。提供黑色导电材料1010的目的是为了即使在电子束辐照位置有一定程度偏移时也可防止显示颜色的偏离、通过阻断外部光的反射防止显示对比度的变坏、防止荧光膜被电子束充电等。黑色导电膜1010主要含有石墨，但只要能够达到上述目的，也可采用任何其它材料。
而且，荧光膜的三原色不局限于图5A所示的条形。例如可采用图5B所示的Δ形或任何其它形式。注意，当制作单色显示屏时，可将单色荧光物质用于荧光膜1018，并可略去黑色导电材料。
而且，在荧光膜1018的后板侧表面上制作了CRT领域中熟知的金属背1019。制作金属背1019的目的是借助于镜面反射一部分由荧光膜1018发射的光而改善光利用率、保护荧光膜1018免遭负离子碰撞、采用金属背1019作为施加电子束加速电压的电极、采用金属背1019作为激发荧光膜1018的电子的导电通路等等。金属背1019的制作方法是在面板1017上制作荧光膜1018之后，整平荧光膜1018的前表面，再在其上真空蒸发Al(铝)。注意，在荧光膜1018含有低电压荧光材料的情况下，不使用金属背1019。
而且，为了使用加速电压或改善荧光膜1018的导电率，可在面板1017和荧光膜1018之间制作由ITO材料之类构成的透明电极，尽管本实施例没有用到这种电极。
符号Dx1-DxM、Dy1-DyN和Hv表示用来将显示屏电连接于电路(未示出)的气密结构的电连接端。端Dx1-DxM电连接于多电子束源的行向布线1013；Dy1-DyN电连接于多电子束源的列向布线1014；而Hv电连接于面板的金属背1019。
为了从气密容器内部抽出空气并使内部成为真空，在制作气密容器之后，接上抽气管和真空泵(二者均未示出)，再从气密容器抽气以达到约10-7乇的真空。然后封死抽气管。为了保持气密容器内部的真空条件，在封死之前或之后，立即在气密容器中预定位置处制作一个吸气膜(未示出)。此吸气膜是借助于用加热器或高频加热方法蒸发主要含有例如Ba的吸气材料而制作的膜。吸气膜的吸气作用使容器内的真空保持在1×10-5或1×10-7乇。
在采用上述显示屏的图象显示器中，当电压经由外端Dx1-DxM和Dy1-DyN加于冷阴极器件1012时，冷阴极器件1012就发射电子。同时，数百至数千伏特的高电压经由外端Hv加于金属背1019，将发射出来的电子向面板1017加速，导致电子与面板1017而实际上是与荧光膜1018相碰撞。由于这种操作，组成荧光膜1018的各种彩色荧光物质被激发而发光，从而显示图象。
在本实施例中，施加于作为冷阴极器件的各个SCE型电子发射器件1012的电压通常设定为大约12-16V；金属背1019与冷阴极器件1012之间的距离d约为0.1mm-8mm；而施加于金属背1019与冷阴极器件1012之间的电压约为0.1kV-10kV。
以上描述了根据本实施例的显示屏的结构和制造方法以及采用此显示屏的图象显示器的概况。多电子束源的制造方法以下描述根据本实施例的用于显示屏的多电子束源的制造方法。只要用于图象显示器的多电子束源是借助于将冷阴极器件安置成简单矩阵的方法而获得的，则冷阴极器件的材料、形状和制造方法不受限制。因此，可以采用SCE型电子发射器件或FE型或MIM型冷阴极器件作为冷阴极器件。在需要显示屏幕大的廉价显示器的情况下，这种冷阴极器件中的SCE型电子发射器件特别合适。更具体地说，FE型器件的电子发射特性受到发射极锥体与栅电极的相对位置与形状的强烈影响，因此要制造这种器件就需要高精度的制造技术。这在获得大显示面积与低制造成本方面就是一个不利因素。根据MIM型器件，绝缘层和上电极的厚度必须减小并制作均匀。这在获得大显示面积与低制造成本方面也是一个不利因素。与此相反，SCE型电子发射器件可用相当简单的方法加以制造，因而可达到显示面积增大而制造成本降低。本发明人还发现，在SCE型电子发射器件中，电子发射部位或其周围部位含有微细颗粒膜的电子束源在电子发射特性方面是优异的，而且可容易地制造。因此，这类电子束源是最适合用于高亮度和大屏幕图象显示器的多电子束源中的电子束源。在本实施例的显示屏中，采用了各带有由微细颗粒膜形成的电子发射部位或周围部位的SCE型电子发射器件。下面将先描述最佳SCE型电子发射器件的基本结构、制造方法和特性，稍后将描述带有连接SCE型电子发射器件的简单矩阵的多电子束源的结构。SCE型电子发射器件的最佳结构和制造方法其电子发射部位或其周围部位由微细颗粒形成的SCE型电子发射器件的典型结构包括平板式结构和台阶式结构。平板式SCE型电子发射器件首先描述平板式SCE型电子发射器件的结构和制造方法。
图6A平面图解释了平板式SCE型电子发射器件的结构；图6B是此器件的剖面图。
在图6A和6B中，参考号1101表示衬底；1102和1103表示器件电极；1104表示传导薄膜；1105表示由形成处理所形成的电子发射部位；1113表示由激活处理所形成的薄膜。可采用各种由例如石英玻璃和钠钙玻璃制成的玻璃衬底、由例如氧化铝制成的陶瓷衬底、或任何其上带有由例如SiO2组成的绝缘层的衬底作为衬底1101。
平行于衬底1101且彼此相对而制作的器件电极1102和1103含有导电材料。例如，可采用诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Cu、Pd和Ag之类的金属材料或这些金属的合金材料，或诸如In2O3-SnO2之类的金属氧化物，或多晶硅之类的半导体材料。借助于组合真空蒸发之类的薄膜形成技术与光刻或腐蚀之类的图形化技术，可容易地制作电极，但也可采用其它方法(例如印刷方法)。
电极1102和1103的形状根据电子发射器件的使用目的而适当地设计。通常，借助于在数百埃至数百μm的范围内选取一个适当的值来设计电极之间的间距L。显示器的最佳范围是数μm至数十μm。至于电极的厚度d，恰当的值是在数百埃至数μm的范围内。
传导薄膜1104含有微细颗粒膜。“微细颗粒膜”是一种含有大量微细颗粒(包括颗粒团)作为薄膜组成单元的膜。微观上看，各个颗粒通常以预定间距存在于膜中，或彼此相邻，或彼此重叠。颗粒的直径在数埃至数千埃的范围内。直径最好在10埃-200埃的范围内。膜的厚度根据下列条件适当选定。亦即，对器件电极1102或1103电连接所需的条件，稍后要描述的形成处理的条件、稍后要描述的设定微细颗粒膜本身的电阻为恰当值的条件等。
具体地说，膜的厚度设定在数埃至数千埃的范围内，10埃-500埃更好。
用来制作微细颗粒膜的材料是例如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb之类的金属，诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3之类的氧化物，诸如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4之类的硼化物，诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC之类的碳化物，诸如TiN、ZrN、HfN之类的氮化物，诸如Si、Ge、C之类的半导体。可恰当地选择任一适当的材料。
如上所述，传导薄膜1104由微细颗粒膜制成，此膜的薄层电阻被设定在103-107Ω/□范围内。
由于传导薄膜1104最好电连接于器件电极1102和1103，故它们被安置成在一个部位处彼此重叠。在图6A和6B中，各部件从底部开始按衬底-器件电极-导电薄膜的顺序重叠。这一重叠顺序也可以是从底部开始为衬底-导电薄膜-器件电极。
电子发射部位1105是一个形成于部分传导薄膜1104处的有裂缝的部位。电子发射部位1105的电阻比周围薄膜的高。裂缝部位是借助于稍后要描述的在传导薄膜1104上的形成处理来制作的。在某些情况下，直径为数埃至数百埃的颗粒排列在有裂缝的部位中。由于难以准确地说明电子发射部位的真实位置和形状，因此，图6A和6B只是示意地示出了有裂缝的部位。
含有碳或碳化物材料的薄膜1113覆盖了电子发射部位1115及其周围部位。薄膜1113是借助于稍后要描述的激活处理而在形成处理之后制作的。薄膜1113最好是石墨单晶、石墨多晶、非晶碳或它们的混合物，其厚度为500埃或更小，300埃或更小则更好。
由于难以准确说明薄膜1113的真实位置或形状，故图6A和6B只示意地示出了此膜。图6A示出了清除了一部分薄膜1113时的器件。
SCE型电子发射器件的最佳基本结构如上所述。在本实施例中，器件的组成如下。
亦即，衬底1101包含钠钙玻璃、器件电极1102和1103以及Ni薄膜。电极厚度d为1000埃，而电极间距L为2μm。微细颗粒膜的主要材料是Pd或PdO。微细颗粒膜的厚度约为100埃，其宽度W为100μm。
下面描述最佳平板式SCE型电子发射器件的制造方法。
图7A-7E剖面图示出了SCE型电子发射器件的制造工序。注意，参者号与图6A和6B的相同。
(1)首先如图7A所示，在衬底1101上制作器件电极1102和1103。在制作电极1102和1103的过程中，首先用洗涤剂、纯水和有机溶剂充分清洗衬底1101，然后沉积器件电极材料(可采用诸如蒸发和溅射之类的真空薄膜形成技术作为沉积方法)。之后，在沉积的电极材料上用光刻腐蚀技术执行图形化。这样就制得了图7A所示的一对器件电极(1102和1103)。
(2)接着，如图7B所示制作传导薄膜1104。在制作传导薄膜的过程中，首先将有机金属溶剂加至图7A的衬底，然后对所加的溶剂进行干燥和烧结，这样就制作了微细颗粒膜。之后，根据光刻腐蚀方法将微细颗粒膜图形化成预定形状。有机金属溶剂是一种用来形成传导薄膜的含有微小颗粒材料的有机金属化合物作为主要成份的溶剂。更具体地说，Pd被用作此实施例中的主要成份。在本实施例中，有机金属溶剂是用浸入方法涂覆的，但也可使用诸如旋涂和喷涂之类的任何其它方法。作为微小颗粒组成的传导薄膜的成膜方法，本实施例所采用的有机金属溶剂涂覆可以用诸如真空蒸发、溅射或化学汽相积累之类的任何一种其它方法来代替。
(3)然后如图7C所示，从用于形成处理的电源1110，将适当的电压加在器件电极1102和1103之间，以执行形成处理，于是形成电子发射部位1105。此处的形成处理是微细颗粒膜组成的传导薄膜1104的电激励，以便适当地破坏、变形或变坏一部分传导薄膜，于是使薄膜变成具有适于电子发射的结构。在由微细颗粒膜组成的传导薄膜中，为电子发射而改变了的部位(亦即电子发射部位1105)的薄膜中带有适量的裂缝。将带有电子发射部位1105的薄膜与形成处理之前的薄膜进行比较，在器件电极1102和1103之间测得的电阻已大为升高。
以下参照图8来详细解释形成处理，图8示出了从形成电源1110所加适当电压的波形例子。在制作微细颗粒膜组成的传导薄膜1104的情况下，最好使用脉冲形式的电压。在本实施例中，如图8所示，脉宽为T1的三角波脉冲以脉冲间隔T2连续地施加。在加压时，三角波脉冲的峰值Vpf不断上升。而且以适当的间隔在三角波脉冲之间插入一个监测脉冲Pm以便监测形成电子发射部位1105的情况，并用电流表1111测量插入处流动的电流。
在本实施例中，在10-5乇的真空气氛中，脉宽T1设定为1msec，而脉冲间隔T2设定为10msec。波峰值Vpf每一脉冲升高0.1V。每加5个三角波脉冲就插入一个监测脉冲Pm。为了避免对形成处理的有害影响，监测脉冲的电压Vpm被设定为0.1V。当器件电极1102和1103之间的电阻在施加监测脉冲时变为1×106Ω时，亦即电流表1111测得的电流变为1×10-7A或更小时，就终止形成处理的起电。
注意，上述处理方法对本实施例的SCE型电子发射器件是较好的。在改变SCE型电子发射器件例如有关微细颗粒膜的材料或厚度或者器件电极间隔L的设计的情况下，最好根据器件设计的改变而改变起电条件。
(4)接着，如图7D所示，从激活电源1112将适当电压加于器件电极1102和1103之间，从而执行激活处理以改善电子发射特性。此处的激活处理是形成处理所制作的电子发射部位1105在适当条件下的起电，用以在电子发射部位1105周围沉积碳或碳的化合物。在图7D中，沉积的碳或碳化物材料示为材料1113。将电子发射部位1105与激活处理之前进行比较，相同外加电压下的发射电流通常已提高到100倍或更大。
在10-4或10-5乇的真空气氛中借助于周期性地施加电压脉冲而进行激活，以积累主要从真空中存在的有机化合衍生出的碳或碳化合物。积累的材料1113是石墨单晶、石墨多晶、非晶碳之中的任何一个或它们的混合物。积累的材料1113的厚度为500埃或更小，300埃或更小则更好。
以下参照图9A来更详细地描述激活处理，图9A示出了从激活电源1112施加的适当电压的一例波形。
在本实施例中，矩形波以预定电压施加以执行激活处理。更具体地说，矩形波电压Vac被设定为14V；脉宽T3设定为1msec；脉冲间隔T4设定为10msec。注意，上述起电条件对本实施例的SCE型电子发射器件较好。在改变SCE型电子发射器件设计的情况下，最好根据器件设计的改变而改变起电条件。
在图7D中，参考号1114表示连接于直流(DC)高压电源1115和电流计1116的用来捕获从SCE型电子发射器件发射的发射电流Ie的阳极电极。在衬底1101于激活处理之前被组合到显示屏中的情况下，显示屏的荧光表面被用作阳极电极1114。在这一激活处理中，当从激活电源施加电压时，电流计1116测量发射电流Ie，从而监测激活处理的进展以控制激活电源1112的工作。图9B示出了此时由电流计1116测得的发射电流Ie的一个例子。如从图9B可见，当从激活电源1112开始施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间增加，逐渐变成饱和，并几乎不再增加。在基本饱和点处，停止从激活电源1112施加电压，然后终止激活处理。
注意，上述起电条件对本实施例的SCE型电子发射器件较好。在改变SCE型电子发射器件设计的情况下，最好根据器件设计的改变而改变此条件。
如上所述，就制得了图7E所示的SCE型电子发射器件。台阶式SCE型电子发射器件以下描述其电子发射部位或其周围部位由微细颗粒膜构成的SCE型电子发射器件的另一种典型结构亦即台阶式SCE型电子发射器件。
图10剖面图示意地示出了根据本实施例的台阶式SCE型电子发射器件的基本构成。在图10中，参考号1201表示衬底；1202和1203表示器件电极；1206表示台阶制作元件，用来形成电极1202与1203之间的高度差；1204表示采用微细颗粒膜的传导薄膜；1205表示由形成处理所制作的电子发射部位；而1213表示由激活处理所形成的薄膜。
台阶式器件结构与上述平板式器件结构的差别在于一个器件电极(本实施例中的1202)制作在台阶制作元件1206上，且传导薄膜1204覆盖着台阶制作元件1206的侧表面。图6A和6B中的器件间隔L在此结构中被设定为相当于台阶制作元件1206的高度的高度差Ls。注意，衬底1201、器件电极1202和1203以及采用微细颗粒膜的传导薄膜1204可以含有平板式SCE型电子发射器件说明中所给定的材料。而且，台阶制作元件1206包含诸如SiO2之类的电绝缘材料。
以下描述台阶式SCE型电子发射器件的制造方法。
图11A-11F剖面图示出了台阶式SCE型电子发射器件的制造工序。在这些图中，各部件的参考号与图10中的相同。
(1)首先如图11A所示，在衬底1201上制作器件电极1203。
(2)接着如图11B所示，沉积用来制作台阶制作元件的绝缘层。此绝缘层可借助于用溅射方法积累例如SiO2来制作，但也可用诸如真空蒸发或印刷之类的薄膜形成方法来制作此绝缘层。
(3)接着如图11C所示，在绝缘层上制作器件电极1202。
(4)接着如图11D所示，用例如腐蚀方法清除一部分绝缘层以暴露器件电极1203。
(5)接着如图11E所示，制作采用微细颗粒膜的传导薄膜1204。在制作时，与上述平板式器件结构相似，使用了诸如涂覆方法的薄膜形成技术。
(6)接着，与平板式器件结构相拟，执行形成处理以形成电子发射部位1205(可执行相似于图7C所解释的那种形成处理)。
(7)接着，与平板式器件结构相似，执行激活处理以便在电子发射部位周围沉积碳或碳化物(可执行相似于图7D所解释的那种激活处理)。
如上所述，就制得了图11F所示的台阶式SCE型电子发射器件。用于显示器的SCE型电子发射器件的特性平板式与台阶式SCE型电子发射器件的结构和制造方法如上所述。以下描述用于显示器的电子发射器件的特性。
图12示出了用于显示器的器件的发射电流Ie对器件电压(亦即加于器件的电压)Vf的特性以及器件电流If对器件外加电压Vf的特性。注意，比之器件电流If，发射电流Ie是很小的，因此，难以用相同于器件电流If的量度来说明发射电流Ie。此外，这些特性由于诸如器件尺寸和形状之类的设计参数的改变而改变。为此，在图12中以任意单位分别给出了二条曲线。
关于发射电流Ie，用于本实施例图象显示器的SCE型器件具有下述三个特性首先，当预定电平的电压(称之为“阈值电压Vth”)或更高的电压施加于器件时，发射电流Ie急剧升高，但当电压低于阈值电压Vth时，几乎检测不到发射电流。
亦即，关于发射电流Ie，此器件具有一种基于明显的阈值电压Vth的非线性特性。
其次，发射电流Ie依赖器件外加电压Vf而变化。因此，借助于改变器件电压Vf，可控制发射电流Ie。
第三，发射电流响应器件电压Vf的施加而迅速输出。因此，借助于改变器件电压Vf的施加周期，可控制从器件发射的电子的电荷量。
具有上述三个特性的SCE型电子发射器件用于显示器较好。例如，在带有对应于显示屏幕的象素数目的大量器件的显示器中，若利用第一特性，则可能借助于显示屏幕的顺序扫描而显示。这意味着阈值电压Vth或更高的电压被恰当地加于被驱动了的器件，而低于阈值电压Vth的电压被加于未被选取的器件。以这种方式，借助于顺序扫描显示屏幕，顺序改变被驱动的器件就能够显示。
而且，利用第二或第三特性，可控制发射亮度，这使得有可能实现多灰度级显示。
连接多电子束源的简单矩阵的结构图3是用简单矩阵连接安置有大量上述SCE型电子发射器件的多电子束源的平面图。
在衬底1011上有相似于图6A和6B所示的SCE型电子发射器件。这些器件用行向布线1013和列向布线1014安排成一个简单矩阵。在布线1013与1014的交叉处，在布线之间制作有绝缘层(未示出)以保持电隔离。
驱动电路的结构(与驱动方法)图13方框图示出了根据本实施例的显示屏1701的驱动电路的示意结构，这种屏根据NTSC制式电视信号而进行电视显示。
参照图13，显示屏1701等效于上述图1中的显示屏，而且以相同于上述的方式制造和工作。扫描电路1702扫描各显示行。控制电路1703产生待输入到扫描电路1702的信号等。移位寄存器1704对行单元中的数据进行移位。行存储器1705将来自移位寄存器1704的1行数据输入到调制信号发生器1707。同步信号分离电路1706对来自NTSC信号的同步信号进行分离。
以下详细描述图13中各元件的功能。
显示屏1701经由端Dx1-DxM和Dy1-DyN以及高压端Hv而连接于外部电路。用来顺序驱动显示屏1701中的多电子束源亦即以行单元(n个器件为单元)连接在M×N矩阵中的冷阴极器件的扫描信号被加至端Dx1-DxM。用来控制电子束从对应于上述扫描信号所选定的一行的N器件输出的调制信号，根据图象信号被加至端Dy1-DyN。例如，5kV的DC高压从DC电源Va加至高压端Hv。此电压是一个加速电压，用来提供能量以加速从多电子束源输出且飞向面板的电子，从而激发荧光物质。
下面描述一下扫描电路1702。此电路组合有M个开关元件(在图13中由参考号S1-SM表示)。每一开关元件用来选取DC电源Vx的输出电压或接地电位0V，且电连接于显示屏1701的端Dx1-DxM中的相应的一个。开关元件S1-SM根据控制电路1703输出的控制信号TSCAN而工作。实践中，组合FET之类的开关元件就可容易地制作这一电路。DC电压源Vx根据图12中电子发射器件的特性而设定以输出恒定电压，使待加至未被扫描的器件的驱动电压被设定为电子发射阈值电压Vth或更低。
控制电路1703用来使各元件的工作彼此配合以根据外部输入的图象信号而执行恰当的显示。控制电路根据下面要描述的同步信号分离电路1706送出的同步信号TSYNC而产生各元件的控制信号TSCAN、TSFT和TMRY。同步信号分离电路1706是一个用来从外部输入的NTSC电视信号分离同步信号分量和亮度信号分量的电路。众所周知，借助于频率分离(滤波器)电路，可容易地制作此电路。众所周知，同步分离电路1706所分离的同步信号由垂直与水平同步信号组成。此时，为叙述方便起见，将同步信号示为信号TSYNC。为叙述方便起见，由电视信号分离出的图象亮度信号分量表为信号DATA。此信号被输入到移位寄存器1704。
移位寄存器1704对图象行单元中以时间序列方式串行输入的信号DATA执行串行/并行转换。移位寄存器1704根据控制电路1703送出的控制信号TSFT而工作。换言之，控制信号TSFT是移位寄存器1704的移位时钟。由串行/并行转换得到的一行数据(对应于n个电子发射器件的驱动数据)从移位寄存器1704输出作为N个信号Id1-IdN。
行存储器1705是用来储存所需时间周期内的1行数据。行存储器1705根据控制电路1703送出的控制信号TMRY而恰当地储存信号Id1-IdN的内容。所储存的内容被输出作为待要输入到调制信号发生器1707的数据I’d1-I’dN。
调制信号发生器1707是一个信号源，用来根据各个图象信号I’d1-I’dN而相对于各电子发射器件1012执行适当的驱动/调制。调制信号发生器1707的输出信号经由端Dy1-DyN被加至显示屏1701中的电子发射器件1012。
如上面参照图12所示，根据本发明此实施例的SCE型电子发射器件具有下列发射电流Ie的基本特性。电子发射有明确的阈值电压Vth(稍后描述的实施例的SCE型电子发射器件中为8V)。各器件只在加有等于或高于此阈值电压Vth的电压时，才发射电子。此外，如图12所示，发射电流Ie随等于或高于电子发射阈值电压Vth的电压之改变而改变。显然，当脉冲式电压加此器件时，若电压低于例如电子发射阈值电压Vth，则不发射电子。但若电压等于或高于电子发射阈值电压Vth，则SCE型电子发射器件发射电子。此时，借助于改变脉冲的峰值Vm，可控制输出电子束的强度。此外，借助于改变脉冲宽度Pw，可控制电子束源输出的电子束总电荷量。
因此，电压调制法和脉宽调制法等等可用作根据输入信号而调制各电子发射器件的输出的方法。在执行电压调制法的过程中，用来根据输入数据而产生长度恒定的电压脉冲且调制此脉冲的峰值的电压调制电路，可用作调制信号发生器1707。在执行脉宽调制法的过程中，用来根据输入数据而产生峰值恒定的电压脉冲且调制此电压脉冲的宽度的脉宽调制电路，可用作调制信号发生器1707。
移位寄存器1704与行存储器1705可以是数字信号型或模拟信号型。亦即，图象信号以预定速度被串行/并行转换并储存就够了。
当上述元件是数字信号型时，同步信号分离电路1706的输出信号DATA必须转换成数字信号。为此，必须将A/D转换器连接于同步信号分离电路1706的输出端。根据行存储器1705是输出数字信号亦或输出模拟信号，对调制信号发生器要使用稍许不同的电路。更具体地说，在使用数字信号的电压调制方法的情况下，例如D/A转换电路被用作调制信号发生器1707，且如有需要再加上放大电路等。在脉宽调制方法的情况下，例如由组合高速振荡器、用来计算振荡器输出的信号的波数的计数器以及用来比较计数器输出的数值与存储器的输出值的比较器所组成的电路，被用作调制信号发生器1707。如有需要，此电路可包括用来将比较器输出的脉宽调制过的信号电压放大成电子发射器件的驱动电压的放大器。
在采用模拟信号的电压调制方法的情况下，例如采用运算放大器的放大电路等，可用作调制信号发生器1707，且如有需要，可在其上增加移位电平电路等。在脉宽调制方法的情况下，例如可采用电压控制振荡器(VCO)，且如有需要，可在其上增加用来将振荡器的输出放大成电子发射器件的驱动电压的放大器。
在带有应用本实施例的一种上述结构的图象显示器中，当电压经由外部端Dx1-DxM和Dy1-DyN加于各电子发射器件时，就发射电子。高压经由高压端Hv被加于金属背1019或透明电极(未示出)以加速电子束。被加速过的电子与荧光膜1018碰撞，使其发光，从而形成图象。
上述的图象显示器的结构是可用于本发明的成像装置的一个例子。在本发明的构思与范围内，可对这一结构做出各种改变和修改。虽然根据NTSC制式的信号被用作输入信号，但输出信号不局限于这种。例如，也可采用PAL制式和SCEAM制式。此外，采用比这些制式更大数目的扫描行的电视信号(诸如MUSE之类的高清晰度电视)制式也可以使用。冷阴极器件与隔板之间的位置关系在本实施例中，为了补偿电子束轨迹在隔板充电的影响下出现的变化，根据到隔板的距离调节了冷阴极器件的位置。
以下参照图14A-14C来解释冷阴极与隔板的位置以及电子束的弯曲。
图14A-14C是沿图1中A-A’线的剖面图，图1示出了根据本发明此实施例的成像装置的基本结构。
面板1017包括荧光物质与金属背(二者均未示出)。参考号1011表示电子源衬底；1020表示隔板；1012表示冷阴极器件；1015表示电子发射部位；211-213表示电子轨迹。
图14A示出了由离隔板1020足够远的冷阴极器件发射的电子的轨迹。此时，由于器件1012发射的电子不受隔板1020充电的任何影响，故电子向着器件电极的正电极以预计的偏移量到达面板1017。
相反，如图14B所示，由靠近隔板1020的冷阴极发射的电子受到隔板1020正性充电的影响，且器件1012发射的电子的轨迹向靠近隔板1020的方向弯曲。令L为从器件1012到隔板1020的距离，Px为对应于电子轨迹偏移量的电子在面板1017上的着陆位置的偏离距离，距离Px随隔板1020到器件1012的距离L的减小而增加，且随器件1012到隔板1020的距离L的增加而减小。
离器件的距离L与电子着陆位置之间的关系(L-Px)可借助于预先测定对应于各器件的驱动条件(加速电压Va和器件电压Vf)和电子加速距离(隔板高度)d以及离隔板1020的距离L而得到。
给定L，偏移量Px、加速电压Va和加速距离(隔板高度)d之间的关系则由式(1)给出Px＝A×SQRT[(1/Va)×d]其中A为实验得到的比例常数，SQRT(α)为α的平方根。
由此，即使电子是由靠近隔板1020的器件发射的，利用驱动条件(Va和Vf)、由某一隔板高度d和器件与隔板之间的距离L的偏离Px所表示的关系(L-Px)以及上述式(1)，也可辐照面板1017上的所需位置。而且，若用此关系预先调整好隔板附近的器件的位置，则即使是由隔板1020附近的器件发射的电子，也能够如图14C所示以预定的间距Q1(＝(L1-P1)-(L2-P2))与面板相撞。
用这种结构，可提供能防止隔板1020屏蔽隔板1020附近发射的电子时引起的隔板1020周围的亮度降低以及电子到达不了所需荧光物质时引起的隔板附近的图象畸变的成像装置。
隔板1020的形状不局限于本实施例的矩形。即使利用例如柱形或球形隔板，也能得到与上述相同的效果。
下面参照实施例更详细地描述本发明。
在下列各实施例中，多电子束源是借助于用M个行向布线和N个列向布线将各带有电极之间微细颗粒传导膜上的电子发射部位的N×M(N＝3072，M＝1024)个SCE型电子发射器件连接起来而得到的。
为得到成像装置的抗大气压性能，安置了适当数目的隔板。第一实施例参照图15、16A和16B来描述第一实施例。与图1和14A-14C相同的参考号表示相同的部件，其描述从略。
参考号1012-1-1012-10表示冷阴极器件；2112-1-2112-10表示相应冷阴极器件发射的电子的轨迹。
图16A和16B解释了衬底1011上冷阴极器件1012的结构以及与隔板1020的位置关系。图16A示出了没有隔板的区域中的器件位置。图16B示出了安置有隔板的区域中的器件位置。参照图16A和16B。参考号1013表示行向布线；1014表示列向布线；1020表示隔板。符号a表示电子入射荧光物质发光同时形成束斑的位置。在行向布线电极1013与列向布线电极1014的交叉处，在电极之间制作有绝缘层(未示出)以保持电绝缘。
在图16A的没有隔板的区域中，电子发射器件部位以相同的间距安置，且同时形成束斑的位置a位于器件中心的正对着的上方。另一方面，在图16B所示安置有隔板的区域中，靠近隔板的电子发射器件部位制作在相对于束斑形成位置离隔板远的位置处。在平行于行向布线电位1013而排列的电子发射部位处，当多个电子发射部位的位置偏离于束斑形成处的行a时，电子发射器件部位从束斑形成处的行位置的偏移量被设定成使隔板附近电子发射部位的偏移量变得更大。
在第一实施例中，为了利用冷阴极器件1012与隔板1020之间的距离作为参量来修正隔板1020充电所引起的电子轨迹的改变，器件1012被安排成冷阴极器件1012发射电子的方向几乎平行于隔板1020的纵向。此时，器件以700μm的间距安排，而隔板的厚度约为200μm。
面板1017内表面与后板(衬底)1011内表面之间的距离d被设定为4mm，而加速电压Va设定为3kV。-8V的电压加至行向布线1013，+8V的电压加至列向布线1014，16V的驱动电压(器件电压)加至冷阴极器件1012-1-1012-10。
如图15所示，从隔板1020到各器件的距离D1、D2、D3、D4和D5被适当调节到约3100μm、约2600μm、约2000μm、约1500μm和约1200μm。面板1017上由这些器件发射的电子之间的间距于是变成几乎相同，约为700μm。以这种方式，借助于适当调整隔板1020与器件之间的距离(位置)L，即使由隔板1020附近的器件发射的电子也可以在面板上以几乎相同的间距形成电子斑。即使在隔板1020附近也可以形成没有由隔板充电引起的图象畸变和亮度减小的图象。
下面描述一个比较例，其中不管隔板1020的位置如何，所有的器件都以约700μm的相同间距(D5＝250μm，D4＝950μm，D3＝1650μm，D2＝2350μm，D1＝3050μm)安置。
如图15所示，当从隔板1020到各器件的距离D1、D2、D3、D4和D5设定为上述数值，且器件1012-1-1012-10以相同间距安排时，各器件发射的电子被强烈偏向隔板1020。此时，在隔板1020附近应该形成的电子斑间距Q5可能肉眼查不出来。至于由紧靠的第二器件发射的电子斑，某些电子可能未到达荧光物质部位，从而观察到变了形的斑。隔板1020附近的亮度下降。这是由于图15中器件1012-4、1012-5、1012-6和1012-7所发射的某些电子被隔板1020拉住而不能到达面板1017。由1012-4、1012-5、1012-6和1012-7之外的器件发射的电子的轨迹也被隔板1020的充电强烈地弯曲。形成在面板1017上的电子斑的间距Q1、Q2、Q3和Q4分别约为800μm、900μm、950μm和1300μm。结果，斑间距变成不均匀，并在隔板1020附近观察到亮度下降和图象畸变。
在第一实施例中，按上述方式设定器件间距，以便以700μm的间距安排各电子发射器件所发射的电子在成像元件上的辐照位置。隔板的中线被设定成与通过此隔板而彼此相邻的电子发射器件之间的中点重合。因此，由紧靠隔板的器件发射的电子到达离隔板侧表面约250μm的位置。由第二最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约950μm的位置。由第三最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约1650μm的位置。由第四最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约2350μm的位置。由第五最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约3050μm的位置。由其次的电子发射器件发射的电子以大约700μm的间距到达位置。在第一实施例中，电子发射器件的位置被从借助于将各个辐照点垂直投影到后板上的方法得到的位置，沿离开隔板的方向偏移，最靠近的器件偏移950μm，第二最靠近的器件偏移550μm，第三最靠近的器件偏移350μm，第四最靠近的器件偏移250μm，第五最靠近的器件偏移50μm。第六最靠近的器件和其次的器件由于隔板电荷的偏离影响小，故不偏移。
更具体地说，从借助于将各辐照位置垂直投影到后板上的方法得到的位置到器件安置位置的距离，根据从隔板到器件的距离而设定。借助于将更靠近隔板的器件的距离设定为较大，能够按几乎相同的间距来安排辐照位置。
注意，在第一实施例中，钠钙玻璃被用作绝缘隔板衬底的材料。但若采用诸如硼硅玻璃之类的其它玻璃材料、诸如氧化铝或氮化铝之类的绝缘陶瓷、或诸如特氟隆(Teflon)之类的树脂，也可得到与上述相同的效果。这些材料中的每一种的表面薄层电阻都在1011Ω/□或更高，或1012Ω/□或更高。利用这种材料作为第一实施例的隔板材料，由于电阻特性，电荷量可保持几乎恒定。换言之，最理想的是采用表面薄层电阻为1011Ω/□或更高的材料，且1012Ω/□或更高则更好。第二实施例在第二实施例中，隔板1020的高度d从4mm(第一实施例)降为2mm。
从隔板1020到各个器件的距离D1、D2、D3、D4和D5被适当地调整为约3050μm、约2550μm、约1900μm、约1350μm和约900μm。面板1017上的电子斑间距Q1、Q2、Q3、Q4和Q5则变成几乎相同，均为约700μm。以这种方式，借助于适当调整隔板1020的高度和到器件的距离(位置)，即使由靠近隔板1020发射的电子也可以在面板1017上以几乎相同的间距形成电子斑。能够形成没有隔板1020充电所引起的图象畸变和亮度下降的图象。
在第二实施例中，为了以700μm的间距安排各电子发射器件发射的电子在成像元件上的辐射位置，器件的间距按上述方式设定。隔板的中线被设定成与通过此隔板而彼此相邻的电子发射器件之间的中点相重合。因此，最靠近隔板的器件发射的电子到达离隔板侧表面约250μm的位置。第二最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约950μm的位置。第三最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约1650μm的位置。第四最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约2350μm的位置。第五最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约3050μm的位置。在第二实施例中，由于第五最靠近的器件很少受到隔板的影响，故它被制作在形成电子斑的位置的正下方。由其次的电子发射器件所发射的电子到达的位置间距约为700μm。在第二实施例中，电子发射器件的位置被从借助于将各个辐射点垂直投影到后衬底上的方法得到的位置沿离开隔板的方向偏移，最靠近的器件偏移650μm，第二最靠近的器件偏移400μm，第三最靠近的器件偏移250μm，第四最靠近的器件偏移200μm。第五最靠近的器件以及其次的器件，由于很少受到隔板电荷的偏离影响而不沿离开隔板的方向偏移。
如上所述，即使在隔板1020的高度被改变时，借助于预先调整靠近隔板1020的器件的位置，也可以修正隔板1020充电的影响。亦即，隔板1020高度的减少可使隔板1020与器件之间的间距减少。第三实施例在第三实施例中，加速电压Va由3kV(第一实施例)提高为6kV。
此时，从隔板1020到各个器件的距离D1、D2、D3、D4和D5被适当地调整为约3050μm、约2550μm、约1950μm、约1450μm和约900μm。面板1017上的电子斑间距Q1、Q2、Q3、Q4和Q5则变成几乎相等，均为约700μm。以这种方式，借助于适当调整隔板1020的高度和器件的距离(位置)，即使由靠近隔板1020的器件发射的电子也能在面板1017上以几乎相同的间距形成电子斑。能够形成没有由隔板1020充电所引起的图象畸变和亮度下降的图象。
在第三实施例中，为了以700μm的间距安排各电子发射器件所发射的电子在成像元件上的辐照位置，器件的间距按上述方式设定。隔板的中线被设定成与通过此隔板而彼此相邻的电子发射器件的中点相重合。因此，最靠近隔板的器件发射的电子到达离隔板侧表面约250μm的位置。第二最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约950μm的位置。第三最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约1650μm的位置。第四最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约2350μm的位置。第五最靠近的器件发射的电子到达离隔板侧表面约3050μm的位置。由于第五最靠近的器件很少受到隔板的影响，故它被制作在形成电子斑的位置的正下方。其次的电子发射器件所发射的电子以大约700μm的间距到达位置。在第三实施例中，电子发射器件的位置被从借助于将辐照点垂直投影到背衬底上的方法得到的位置沿离开隔板的方向偏移，最靠近的器件偏移650μm，第二最靠近的器件偏移500μm，第三最靠近的器件偏移300μm，第四最靠近的器件偏移200μm。第五最靠近的器件以及其次的器件由于受隔板充电的偏转影响小而不沿离开隔板的方向偏移。
如上所述，当加速电压Va提高时，若隔板1020与器件之间的间距减小，则可修正隔板1020充电的影响。第四实施例在第四实施例中，各器件的驱动电压(器件电压)Vf被改变，而在上述各实施例中的器件电压保持在16V。
驱动电压Vf从12V改变到高达19V，器件被驱动。即使在改变驱动电压Vf时，沿y轴方向亦即沿靠向隔板1020的方向的偏离量也不改变。为此，与第一实施例相似，从隔板1020到各个器件的距离D1、D2、D3、D4和D5被设定为约3100μm、约2600μm、约2000μm、约1500μm和约1200μm。各个器件所发射的电子在面板1017上的斑间距Q1、Q2、Q3、Q4和Q5则变成几乎相同，均为约700μm。在面板上能以相同的间距形成电子斑。
由此，可得到没有由隔板充电所引起的图象畸变和亮度下降的图象。亦即，利用上述的器件结构，即使当器件(驱动)电压Vf从12V改变到19V时，本发明也可很好地实施。第五实施例在第五实施例中，FE型或MIM型冷阴极器件被用作电子源。在第五实施例以及采用SCE型器件作为冷阴极器件的情况下，借助于根据离隔板的距离而预先调整器件的位置，可获得没有由隔板充电所引起的图象畸变和亮度下降的图象。
如上所述，本发明此实施例的要点是借助于预先将器件与隔板1020之间的距离设定为一个预定值而修正对靠近隔板的器件所发射的电子的轨迹的影响。
因此，即使由靠近隔板1020的器件发射的电子也能在面板1017上以相同的间距形成斑。
这些实施例的电子束源有下列形式①带有其一对电极之间含有电子发射部位的传导膜的冷阴极器件，最好是SCE型电子发射器件。
②带有其中用多个行向布线和多个列向布线将多个冷阴极器件连接成矩阵的简单矩阵布局的电子源。
③带有其中安置有平行排列且连接于各器件二端的多个冷阴极器件的多个行(以下称之为行向)的梯子形布局，且沿垂直于此布线的方向(以下称之为列向)而排列在冷阴极器件上的控制电极(以下称之为栅)控制冷阴极器件发射的电子的电子源。
④根据本发明的概念，本发明不局限于适于显示的成像装置。上述的成像装置也可用作光发射源来取代由光敏鼓、发光二极管之类组成的光学打印机的发光二极管。此时，借助于适当选定M行向布线和N列向布线，此成像装置不仅可用作线发光源，而且可用作二维发光源。此时，成像元件不局限于上述各实施例中的荧光物质之类的与电子碰撞时发光的物质，也可以是其上由电子充电形成潜像的元件。
如上所述，根据本发明，可抑制电子与支持元件的碰撞，且可减小靠近支持元件的电子辐照点与没有支持元件造成的偏转的电子辐照点之间的位置偏移量。当本发明用于成像装置时，可防止在支持元件附近形成束斑的失误，并可抑制支持元件附近图象质量的下降。
由于本发明可以有许多明显不同的实施例而不超越本发明的构思与范围，故应理解本发明除了所附权利要求所规定以外，不局限于其具体的实施例。
权利要求
1.一种电子装置，它包含带有多个大致直线排列的电子发射器件的第一衬底；面向上述第一衬底排列的第二衬底；以及用来保持上述第一衬底和第二衬底之间的间距的支持元件，其中所述的支持元件具有绝缘性质，且上述多个电子发射器件中，二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件的排列间距大于二个中间没有上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距。
2.一种电子装置，它包含带有多个大致直线排列的电子发射器件的第一衬底；面对上述第一衬底排列的第二衬底；以及用来保持上述第一衬底和上述第二衬底之间的间距的支持元件，其中所述的支持元件具有保持电荷量几乎恒定的特性，且上述多个电子发射器件中，二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件的排列间距大于二个中间没有上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距。
3.根据权利要求2的装置，其中所述的电子发射器件以一定的周期被驱动，且用来保持电荷量几乎恒定的上述支持元件的特性是一种能够至少在该一定周期内将电荷量的变化抑制在上述支持元件的电荷量变化时加于上述电子发射器件所发射的电子上的偏转量变化所允许的范围内的特性。
4.根据权利要求1-3中任何一个的装置，其中所述的支持元件的表面薄层电阻不低于1011Ω/□。
5.根据权利要求1-4中任何一个的装置，其中保持A1＞(A2+t)，A1是上述二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距，A2是上述二个中间没有上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距，而t是上述支持元件沿连接上述二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件的方向的厚度。
6.根据权利要求1-5中任何一个的装置，其中上述二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距根据由于上述支持元件对电子的偏转而对上述电子发射器件发射的电子的辐照位置的影响程度而设定。
7.根据权利要求1-6中任何一个的装置，其中上述二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距设定成使上述二个电子发射器件发射的电子的辐照点之间的间距几乎等于上述二个中间没有上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件发射的电子的辐照点之间的间距。
8.根据权利要求1-7中任何一个的装置，其中上述二个通过上述支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距根据用来加速上述电子发射器件所发射的电子的电压、上述支持元件的高度以及上述支持元件的电荷量三者中的至少一个来设定。
9.根据权利要求1-8中任何一个的装置，还包含多个大致直线排列的电子发射器件组。
10.根据权利要求1-9中任何一个的装置，其中所述的多个电子发射器件用行向布线和沿不同于上述行向布线方向的方向延伸的列向布线，连接成矩阵。
11.根据权利要求10的装置，其中所述的支持元件安置在上述行向布线和上述列向布线中的任一个上。
12.根据权利要求1-11中任何一个的装置，其中所述的电子发射器件是冷阴极型电子发射器件。
13.根据权利要求1-12中任何一个的装置，其中所述的电子发射器件有一对电极，且当电压加至上述一对电极时发射电子。
14.根据权利要求1-13中任何一个的装置，其中所述的电子发射器件是表面传导发射型电子发射器件。
15.一种用来借助电子辐照而成像的成像装置，它包含权利要求1-14中任何一个所定义的上述电子装置；以及用上述电子装置的上述电子发射器件所发射的电子在其上形成图象的成像元件。
16.根据权利要求15的装置，其中所述的成像元件是一种当电子辐照时发射光的光发射物质。
17.根据权利要求15或16的装置，其中所述的成像元件安置在上述电子装置的上述第二衬底上。
全文摘要
本发明公开了一种带有电子发射器件的电子装置,其中的支持元件保持带有电子发射器件的第一衬底与面对第一衬底的第二衬底之间的间距。在这种结构中,支持元件由绝缘材料制成,且在大致直线排列的多个电子发射器件中,二个通过支持元件而彼此相邻的电子发射器件的排列间距大于二个中间没有支持元件而彼此相邻的电子发射器件之间的间距。
文档编号H01J29/87GK1201997SQ9810778
公开日1998年12月16日 申请日期1998年4月28日 优先权日1997年4月28日
发明者竹上毅, 光武英明 申请人:佳能株式会社