电子束发生装置、图象显示装置及其驱动方法

专利名称：电子束发生装置、图象显示装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及由大量按矩阵布线的冷阴极器件构成多电子束源的电子束发生装置、采用这种电子束发生装置的图象显示装置及驱动这些装置的方法。
按常规，有两种类型的器件(即热阴极和冷阴极器件)称为电子发射器。冷阴极器件的例子有表面导电电子发射器、场致发射型器件(此后将称为EF-型器件)及金属/绝缘体/金属型发射器件(此后将称为MIM-型器件)。
表面导电电子发射器的例子在M.I.Elinson，Radio.Eng.Electron.Phys.，10，1290(1965)中已有描述，其他例子将在后面介绍。
表面导电电子发射器利用在基片上形成的小面积薄膜中平行于薄膜表面通电流而引起的电子发射现象。除了上述Elinson的Sn2O3薄膜之外，表面导电电子发射器包括采用金(Au)薄膜(G.Dittmer，“Thin Solide Film”，9，317(1972))、In2O3/SnO2薄膜(M.Hartwell and C.G.Fonstad，“IEEETrans.ED Conf.”，519(1975))和碳薄膜(Hissashi Araki，et，al.，“Vacuum”，Vol.26，No.1，P22(1983))等等。
作为这类表面导电电子发射器结构的典型例子，图23给出按M.Hartwell等人的表面导电电子发射器平面视图。参照图23，标号3001指的是基片；3004是一层溅射形成的金属氧化物薄膜。这层导电的氧化物薄膜3004呈H-形平面图形，如图23所示。对该导电薄膜3004进行一次通电处理(称为激励成形工序)而形成一个电子发射区3005。参照图23，间隔L设为0.5到1mm，宽度设为0.1mm。为说明方便起见，电子发射区3005在导电薄膜3004的中央以矩形表示，但这并没有精确表明电子发射区的实际位置和形状。
在上述由M.Hartwell等人提出的表面导电电子发射器中，一般在电子发射前对导电薄膜3004进行称为激励成形工序的通电过程来形成电子发射区3005。按照激励成形工序，通电过程是在导电薄膜3004两端加恒定的或以很慢速度(如1V/min)增高的DC电压进行的，致使导电薄膜3004遭部分破坏或变形，或改变导电薄膜3004的特性，因而形成高电阻的电子发射区3005。注意到导电薄膜3004遭破坏的或变形的部分或其特性被改变的部分会有裂缝。一旦将合适的电压加到经激励成形工序后的导电薄膜3004上，即在裂缝处产生电子发射。
EF-型器件的已知例子由W.P.Dyke and W.W.Dolan在“FieldEmission”，Advance in Electron.Physics，8，89(1956)和C.A.Spindt在“Physical properties of thin-film field emission cathodes withmolybdenum cones”，J.Appl.Phys.，47，5284(1976)中描述、作为EF-型器件结构的典型例子，图24给出按C.A.Spindt等人所述器件的截面图。参照图24，标号3010指的是基片；3011是包含导电材料的发射体引线；3012是发射体锥；3013是绝缘层；3014是栅电极。这种器件是通过在发射体锥3012和栅电极3014之间加合适的电压而从发射体锥3012尖端产生电子发射。
在另一种结构的EF-型器件例子中，没有采用如图24所示之叠层结构，而是将发射极和栅极以基本上与基片平面平行的形式安置在基片上。
MIM-型器件的例子由C.A.Mead在“Operation of tunnel-emissiondevices”，J.Appl.Phys.，32，646(1961)中描述。图25是阐明MIM-型器件结构典型实例的截面图。参照图25，标号3020指的是基片；3021是金属下电极；3022是厚度约100A的薄绝缘层；3023是金属上电极，厚约80到300A。这种器件是通过在上电极3023和下电极3021之间加合适的电压而从上电极3023表面产生电子发射。
与热阴极器件相比，由于上述冷阴极器件有可能在较低的温度下获得电子发射，因而无需加热器。因此，其结构比热阴极器件简单，故有可能将器件做得更薄。而且，即使大量器件高密度地排列在基片上，也不易产生象基片熔断之类的问题。此外，冷阴极器件与热阴极器件的不同之处还在于由于后者通过加热器的加热而工作，因而响应较慢。因此，冷阴极器件的一个优点是响应较快。
由于这些原因，大量的研究工作正集中在冷阴极器件的应用。
作为例子，在各种冷阴极器件中，表面导电电子发射器结构特别简单且易于制作，因而其优点是可在大面积上形成大量器件。鉴此，研究工作就致力于寻找一种配置和驱动大量器件的方法，如本申请人在日本专利申请公开No.64-31332中所披露的。
而且，已经研究过的表面导电电子发射器的应用是图象形成装置，如图象显示装置、图象记录器、荷电束源，等等。
作为图象显示装置的应用，已进行过综合利用表面导电电子发射器和响应于电子束照射而发光的荧光体的图象显示装置，例如，由本申请者在USP5,066,883和日本专利申请公开(KOKAI)Nos.2-257551和4-28173的说明书中所披露的。采用表面导电电子发射器与荧光体组合的图象显示装置的特性可望优于其他类型常规图象显示装置。例如，与近年来广为使用的液晶显示装置相比，上述图象显示装置就要好得多，因为它自身发光而无需背面照明，而且还有较宽的视角。
例如，本申请人在USP 4,904,895说明书中披露了一种按行驱动许多EF-型器件的方法。又如，由Meyer等人报道的平板型显示装置就是EF-型器件用于图象显示装置的例子。[R.Meyer“Recent Development onMicrotips Display at LETI”，Tech.Digest of 4thInt.VacuumMicroelectronics Conf.，Nagahama，pp.6-9，(1991).]本申请人在日本专利申请公开No.3-55738中披露了一种将许多MIM-型器件按行排列并用于图象显示装置的例子。
除上述常规器件之外，本发明人考察了按各种不同材料、不同制造方法和不同结构的电子发射器。本发明人还研究了一种配置有大量电子发射器的多电子束源和一种采用这种多电子源的图象显示装置。
本发明者还考察了一种按图26所示电布线方法的多电子束源。更具体地说，这种多电子束源是将大量电子发射器二维排列并将其按矩阵布线构成，如图26所示。
参照图26，标号4001标记的是一个电子发射器；4002是行布线；4003为列布线。实际上，图26中的行布线4002和列布线4003仍含有限的电阻，将它们表示为布线电阻4004和4005。图26所示布线称为简单矩阵布线。
为说明方便起见，图26中给出由6×6矩阵构成的多电子束源。然而，矩阵的规模并不限于这种配置。在用作图象显示装置的多电子束源中，要将足够实现所需图象显示的大量器件进行排列和布线。
在电子发射器按简单矩阵布线的多电子束源中，将适当的信号加到行布线4002和列布线4003上以输出所需的电子束。例如，当要驱动矩阵中任意一行的电子发射器时，将一个选择电压Vs加到被选行的行布线4002上。同时，将一个非选择电压Vsn加到非被选行的行布线4002上。与此操作同步，将一个用来输出电子束的驱动电压Ve加到列布线4003上。按此方法，假定由布线电阻4004和4005引起的电压降可忽略，则被选行的电子发射器上就加有电压(Ve-Vs)，而非被选行的电子发射器上就加有电压(Ve-Vns)。当电压Ve、Vs和Vns设置到合适的电平时，具有所需强度的电子束便只从被选行的电子发射器输出。当不同电平的驱动电压Ve加到各列布线4003上时，具有不同强度的电子束从被选行的相应器件输出。既然冷阴极器件的响应速度很快，也可以按照施加驱动电压Ve的时间周期来改变电子束输出的时间周期。
因此，具有按简单矩阵排列的电子发射器的多电子束源可用于多种场合。例如，按图象数据适当馈送电压信号，则多电子束源可适合用作图象显示装置的电子源。
然而，当电压源真正与多电子束源相连并以上述电压施加法驱动这些多电子束源时，问题在于因布线电阻引起的电压降而使实际加到每个电子发射器上的电压不同。
每个电子发射器外加电压的这种差异的主要原因来自按矩阵布线的每个电子发射器的布线长度不同(即每个电子发射器布线电阻的大小不同)。
第二个原因是行布线各个部分布线电阻4004引起的电压降不均匀。既然从被选行的行布线流过的电流发散到与被选行相连的每个电子发射器，则供给每个布线电阻4004的电流电平是不均匀的，因而产生上述的非均匀性。
第三个原因在于由布线电阻引起的电压降电平依驱动图样(要显示的图象图形)而变。这是因为供给布线电阻的电流按照驱动图形在改变。
由于上述原因，施加到每个电子发射器的电压在改变。因此，从每个电子发射器输出的电子束强度将偏离期望值，因而在应用中出现问题。例如，在将上述方法用到图象显示装置情况下，显示图象的亮度变得不均匀，或亮度随被显示图象图形而变。
而且，由于这种电压的变化将随简单矩阵规模的增大而趋于变大，因而图象显示装置的象素数目必然受到限制。
鉴于上述问题，本发明人作了大量的研究，并实验过一种与上述电压施加方法不同的驱动方法。
更具体地说，按所实验的方法，当驱动其电子发射器按简单矩阵布线的多电子束源时，不是将电压源与列布线相连来施加驱动电压Ve，而是连接一个电流源来提供为输出所需电子束所必需的电流。按此方法，发射电流Ie电平的控制通过对器件电流If电平的控制来实现。
换句话说，提供给每个电子发射器的器件电流If电平是参照电子发射器的(器件电流If)～(发射电流Ie)特性来确定的，而所确定的器件电流If电平由连接行布线的电流源来馈送。更具体地说，驱动电路由一个存储(器件电流If)～(发射电流Ie)特性的存储器、一个用来确定待提供的器件电流If的计算器、一个受控电流源这样一些电路组合构成。该驱动电路的受控电流源可采用一种先将待提供的器件电流If转换成电压信号，然后再通过电压/电流转换器将其转换成电流的电路。
与先前连接电压源的方法相比，上述方法不大可能受布线电阻电压降的影响。因此，上述方法对减小输出电子束强度的离散和变化有重要的作用(EPA688035)。
但是，连接电流源的驱动方法仍然产生以下的问题。
这就是在从受控恒定电流源将短脉宽的恒定电流脉冲加到按矩阵布线的大量电子发射器的多电子束源上的情况下，电子束很难发射。如果连续较长时间施加恒定电流脉冲，当然有电子束发射；但必需有一个长的启动时间才开始电子发射。
图22B-22E是为解释上述问题的时序图。图22B是对行布线扫描的时序图；图22C是从受控恒定电流源的输出电流波形；图22D为实际提供给电子发射器的驱动电流波形；而图22E表示电子发射器发射的电子束强度。从这些图示可看到，当受控恒定电流源馈送一个短的电流脉冲时，并没有给电子发射器提供器件电流If。如果加一个长电流脉冲，则提供给电子发射器的驱动电流具有长上升时间的波形。
尽管冷阴极型电子发射器具有快速响应特性，但由于电流波形有长的上升时间，因而产生的发射电流Ie波形也会变形。
上述问题产生的原因如下在一个其电子发射器按简单矩阵布线的多电子束源中，寄生电容随矩阵规模的放大而增大。这种寄生电容主要存在于行布线与列布线的交叉处，其等效电路如图22A所示。当连到一列布线54的一个受控恒定电流源11开始馈送一个恒定电流I1时，在所供电流用作电子发射器41的驱动电流之前，首先要消耗给寄生电容48充电。这样，电子发射器的实际响应速度减慢。
更具体地说，为在具有冷阴极器件和荧光体的显示装置中达到实际的光辐射亮度，一般来说，必须提供至少1μA到10mA的驱动电流给相应于一个象素的冷阴极器件。如果驱动电流大于所必须提供的值，就会产生冷阴极器件寿命变短的问题。
为解决上述问题，将受控恒定电流源的输出电流控制在1μA到1mA的合适值。(实际上，最合适的驱动电流值要考虑冷阴极的类型、材料及形式，或荧光体的发光效率及加速电压来确定。)同时，为用作实际的电视机或计算机显示装置，显示屏的象素数目最好(例如)大于500×500，对角尺寸大于15英寸。若采用普通淀积技术来形成矩阵布线，如上所述，将产生布线电阻r和寄生电容c，则电路将有一个由r和c决定的充电时间常数Tc(当然，严格说来，电路的时间常数还决定于多个参量。)在用电压源驱动电子发射器的情况下，与寄生电容并联的电子发射器的响应速度取决于时间常数Tc。
然而，在如上所述受控电流源提供1μA到1mA的恒定电流情况下，所必需的充电时间甚至比上述时间常数Tc还大。换言之，电子发射器的实际响应速度比用电压源驱动情况下的响应速度要慢。
因此，在显示装置光辐射亮度用脉宽调制方法控制的情况下，低亮度部分的灰度线性会降低。而且，当显示快运移动的图象时，观察者将接收到一种不自然的图象。
如上所述，在由受控恒定电流源提供调制信号的情况下，由于布线电阻电压降的影响会大为改善。但实际响应速度会减慢，导致显示的图象质量降低。如果显示屏幕的面积增大或显示屏幕的象素增多，则寄生电容增大，因而上述问题变得更为明显。
本发明的产生出于对上述问题的考虑，并以提供用来从有大量按矩阵布线的电子发射器的多电子束源高速均匀输出电子束的驱动装置和驱动方法为目的。本发明的另一目的是提供一种亮度均匀、并实现良好灰度线性及具有快速响应特性的显示装置。
为达到上述目的，按本发明，一种包括有大量按矩阵形式行布线和列布线的冷阴极的多电子束源、与行布线相连的扫描装置和与列布线相连的调制装置的电子束发生装置，其特征在于调制装置包括一个用来给冷阴极器件提供驱动电流脉冲的受控电流源；一个用来对多电子束源的寄生电容快速充电的电压源；以及用来将电压源与列布线随驱动电流脉冲上升沿同步电连接的充电电压馈送装置。
其中，充电电压馈送装置最好是包含有一个整流器的装置或包含有一个定时器电路和连接开关的装置。
而且，电压源输出的电压范围是受控电流源产生的最大电位的0.5到0.9倍。
还有，电子束发生装置的特征在于其电压源是一个可调整输出电压的可变电压源。
再有，受控电流源最好包括一个恒流电路和一个电流开关，或一个电压/电流转换电路。
另外，充电电压馈送装置最好是一个连有多个二极管或晶体管的电平移位电路。
如将本发明之电子束发生装置与通过辐照它所产生的电子束而形成图象的图象形成构件相结合，则构成一个图象显示装置。本发明还包括这种图象显示装置。
而且，本发明包括一种由大量按矩阵形式行布线和列布线冷阴极器件构成多电子束源的电子束发生装置的驱动方法，就是将一列按外部单元输入调制数据进行调制的驱动电流脉冲馈送到列布线，除驱动电流脉冲以外，在列布线上还加有一个充电电压，从驱动电流脉冲上升起持续到多电子束源寄生电容被充电到一个预置电平的时间为止。
还有，本发明包括一种由大量按矩阵形式行布线和列布线冷阴极器件构成多电子束源的图象显示装置的驱动方法，就是将一列按外部单元输入调制数据进行调制的驱动电流脉冲馈送到列布线，除驱动电流脉冲以外，在列布线上还加有一个充电电压，从驱动电流脉冲上升起持续到多电子束源寄生电容被充电到一个预置电平的时间为止。
按本发明，为驱动一个其冷阴极器件按矩阵布线的多电子束源，除了从受控电流源要提供驱动电流外，还要借助一个充电电压馈送电路加一个用来对寄生电容快速充电的电压。根据以上所述，有可能使电子发射器响应加快。在寄生电容充电之后，关断充电电压馈送电路，由受控电流源驱动电子发射器。因此，冷阴极器件可以快速驱动，而不受布线电阻的影响。因此，采用本发明的图象显示装置具有良好的灰度线性。同时，当显示运动图象时，观察者会接收到一个自然的图象。尤其因本发明能使大屏幕显示装置中的寄生电容快速充电，故可高质量地显示图象。
本发明的其他特性和优点将从下面参照附图的描述中显现出来，在所有图中相同的标识符表示相同或类似的部分。
在这里插入的并构成本说明书一部分的这些附图阐明本发明的实施例，并与所作描述一起用来说明本发明的原理。


图1是说明本发明总体结构的方框图；图2A-2D表明充电电压馈送电路；图3是扫描电路；图4是按第一实施例的电路图；图5A-5H是用来说明按第一实施例驱动方法的时序图；图6A和图6B是包括一个电压源和一个充电电压馈送电路的电路图；图7是按第二实施例的电路图；图8A和8B是包括一个电压源和一个充电电压馈送电路的电路图9按第三实施例的电路图；图10A和10B是用来说明用在第三实施例中的电压/电流转换器原理图；图11是表明按本实施例的一个图象显示装置的透视图，其中切去了部分显示屏；图12A和12B是举例说明用在显示屏面板中荧光体排列的平面视图；图13A是用在本实施例中的一个平面型表面导电电子发射器的平面视图；图13B是用在本实施例中的平面型表面导电电子发射器的截面图；图14A-14E是表明平面型表面导电电子发射器制作步骤的截面图；图15是在激励成形工序中外加电压波形图；图16A是在激活工序中外加电压波形图；图16B是发射电流变化的图示；图17是用在本实施例中的台阶型表面导电电子发射器的截面图；图18是表明用在本实施例中的表面导电电子发射器典型特性的图示；图19A-19F是表明台阶型表面导电电子发射器制作步骤的截面图；图20是用在本实施例中的多电子束源基片的平面视图；图21是用在本实施例中的多电子束源基片的部分截面图；图22A-22E是用来说明常规驱动方法和举例说明其问题的原理图和图示曲线；图23表示一种常规的表面导电电子发射器；图24表示一种常规的FE-型器件；图25表示一种常规的MIM-型器件；以及图26是表明一种简单矩阵布线方法的视图。
现根据附图来详细描述本发明的一些优选实施例。
图1是说明本发明驱动装置总体结构的方框图。参照图1，标识号10指的是一个受控电流源；20是电压源；30是充电电压馈送电路；2是扫描电路；以及50是多电子束源。接下来将对每个单元作详细描述。
正如上面已经说明的，多电子束源包括M×N个冷阴极器件，按矩阵布线排列成M行和N列。每一行布线通过连接引线DX1到DXM与扫描电路2电连接。每一列布线通过连接引线DY1到DYN与受控电流源10及充电电压馈送电路30电连接。
受控电流源10将根据调制信号模型调制的电流信号(I1到IN)输出给多电子束源50。一个所谓电压/电流转换器可用作受控电流源；具体来说，最好采用图4中用标识号11、22和33的电路，或图10B中所示的电流镜象电路。
电压源20用来对多电子束源50中的寄生电容在短时间内充电。具体来说，可采用一个直流恒压源或脉冲电压源。最好是采用可变电压源以使充电电压可调节。
充电电压馈送电路30仅在对寄生电容充电所必需的时间内用来将电压源20与连接引线DY1到DYN电连接。例如，可采用象图2A或2B所示的那种整流电路，或图2C所示由定时器30a和连接开关30b组合的定时器开关电路。整流电路最为理想，因为它可提供一旦完成寄生电容的充电即将电压源与连接引线平滑切断(即不产生噪声)的优点。值得注意的是，如果二极管或晶体管多级串联，有可能按照连接的级数来改变充电电压(电平移位功能)，另外，设置如图2D所示移位电压不同的多个并联整流电路，有可能使充电更平滑。
扫描电路2用来按照扫描信号Tscan有顺序地选择电压Vs和非选择电压Vns加到多电子束源50的行布线上。例如，可采用图3所示之电路。
下面来介绍根据本发明的驱动方法。当要驱动多电子束源50中的任意电子发射器时，将电流脉冲I按照调制信号模型从受控电流源10输出到多电子束源50中的列布线。与电流脉冲上升同步，从充电电压馈送电路30外加一个充电电压。当寄生电容的充电差不多完成时，停止从充电电压馈送电路30加电压，在此之后，驱动电流从受控电流源10馈送给电子发射器。按上述驱动方法，寄生电容的充电由受控电流源10和充电电压馈送电路30两者共同执行，因而在短时间内完成充电。一旦完成寄生电容的充电，充电电压馈送电路30立即关断，而受控电流源10即控制电子发射器的驱动电流。因此，有可能实现一种能快速响应而且不大可能受布线电阻所生电压降影响的驱动方法。[第一实施例]第一个实施例将本发明用于有多电子束源的显示装置。图4是表明该实施例电路结构的方框图。在图4中，标识号1指的是含多电子束源的显示屏。标识符DX1到DXM是多电子束源行布线的连接引线；DY1到DYN是多电子束源列布线的连接引线；Hv是用来给荧光体提供加速电压的高压引线；以及Va是用来提供加速电压的高压电源。标识号2指扫描电路；3是同步信号分离电路；4是时序产生电路；5是相应于一行扫描线图象数据的移位寄存器；6是用来存储一行图象信号的行存储器；8是脉宽调制器；11是恒流电路；21是电压放大器；22为反相器；31为整流器；以及33是采用p-沟MOS·FFET的电流开关。
下面来详细叙述显示屏1的结构与制造方法及含于其中的多电子束源的结构、制造方法与特性。
图4中各组成部分与图1所示各部分的对应关系如下电压放大器21相当于电压源20；整流器31相当于充电电压馈送电路30；恒流电路11与电流开关33及反相器22相当于受控电流源10。
电压放大器21由运算放大器构成。整流器31采用图2A所示之二极管。恒流电路11由一个恒压源和一个电流镜象电路构成。
本实施例是一个显示NTSC制式电视信号的显示装置，因此，该实施例基于外部单元输入的NTSC组合信号工作。同步信号分离电路3将NTSC组合信号分离成图象数据DATA和同步信号TSYNC。同步信号Tsync包括垂直同步信号和水平同步信号。时序产生电路4根据这些信号确定每个单元的工作时序。更具体地说，时序产生电路4产生控制位移寄存器5工作时序的信号TSFT、控制行存储器6工作时序的信号TMRY、控制扫描电路2工作时序的信号TSCAN等等、由同步信号分离电路3分离的图象数据由移位寄存器5进行串行/并行转换，并存储在行存储器6中一次水平扫描的时间。脉宽调制器8输出一个按照行存储器6存储的图象数据进行脉宽调制所得到的电压信号。
这个电压信号馈送到电压放大器21和反相器22。电压放大器21将该电压信号放大到充电电压的电平。反相器22将该电压信号反相并将其送到电流开关33的控制极。
扫描电路2将选择电压Vs或非选择电压Vns输出到连接引线DX1到DXM，以便对多电子束源的各行按顺序进行扫描，它还包含M个开关，例如图3所示。要注意的是，最好用晶体管做这种开关。
最好是根据要采用的冷阴极器件的(外加器件电压Vf～发射电流Ie)特性和(外加器件电压Vf～器件电流If)特性来确定从扫描电路2输出的选择电压Vs或非选择电压Vns电平、恒流电路11的输出电流电平、电流开关33的吸收电压以及电压放大器21的输出电压。
按本发明之多电子束源包含具有图18所示特性的表面导电电子发射器，这将在后面讲到。假设表面导电电子发射器必须输出1.5μA发射电流Ie以获得显示装置所希望的亮度。在此情况下，从图18所示特性曲线可看到，必须给表面导电电子发射器提供1.2mA的器件电流If。因此，恒流电路11的输出电流就设置在1.2mA。扫描电路2的选择电压Vs设置在-7V；而非选择电压Vns则设置在0V。如果不存在布线电阻，则恒流电路11输出部分的电位应为7V。(为提供1.2mA的器件电流If，必须在器件两端提供14V电压。既然选择电压Vs是-7V，则恒流电路11的输出电位应为7V。)但实际上，由于在布线上有电压降，恒流电路的工作要补偿这种电压降。因此，在采用这种多电子束源的情况下，输出电位可以增高到7.5V的最高电平(当然，如果布线电阻改变，这个最高电位也要改变)。同时，表面导电电子发射器的电子发射阈值电压Vth为8V。因此，只要非选择电压Vns设置在0V，即使当恒流电路11的输出电位增高到7.5V时，电子束也不会从非选中行的器件发射。
而且，图3所示实施例中电流开关33的吸收(sink)电位设置在0V(地电位)。因此，当电流开关接通时，行布线电位接近0V，因而电子束不会从选中行或非选中行的器件发射。
另外，电压放大器21的输出电压设置如下最好使电压放大器21的输出电压与恒流电路11的最高输出电位相一致，即7.5V，以实现对寄生电容的快速充电。但是，考虑到由于制造过程中产生的电路差异、或由于温度变化引起的电路特性改变、或随着时间流逝引起的电路特性改变、或由于寄生电感的存在而产生的瞬变电压等等，都可能有过高电压加到电子发射器上的危险，一定要将输出电压设置得相对低一些。实际上，最好将输出电压设置在电流源最高输出电位的0.5-0.9倍的范围内。按本实施例，考虑整流器31的电压降，并假设电压放大器21的电压放大倍数为6/5(见图5B和5C)，设计的输出电压为6V。要注意的是，通过改变电压放大器21的放大倍数或利用整流器31中级连的二极管的级数，可调整对寄生电容充电的电压。而且，既然充电速度决定于电压放大器的响应速度，充电电压的波形可由改变放大器的响应速度来控制。此外，在采用直流电压源取代电压放大器21的情况下，最好将输出电压设置相对低于电子发射器的电子发射阈值电压Vth。
现参照图5所示时序图来描述图4所示电路的工作。如上所述，在图4所示电路中，借助扫描电路2按每行的顺序有选择地驱动多电子束源的电子发射器。图5曲线表明从扫描电路2馈送到被选中行布线的电压信号波形。图5B给出从脉宽调制器8输出的信号波形的例子。脉宽PW按照所希望的调制电平来改变。图5B所示之电压信号通过电压放大器21放大，产生图5C所示之波形。
将图5C所示电压通过整流器31加到列布线上。当列布线电位超过6V时，整流器31反极性工作，因此而关断。换言之，多电子束源的寄生电容由图5C所示之施加电压很快充电到接近6V。图5E的曲线表示从电压放大器21给寄生电容充电的电流波形。
与此同时，图5B所示波形由反相器22转换到相反相位以控制电流开关33的接通/关断。所以，当未加图5B所示制脉宽调制信号时，电流开关33接通，使恒流电路11馈送的电流接地。因此，在此期间，从恒流电路11输出的电流不会通过电子发射器产生电子束发射。图5F给出流经电流开关33的吸收电流。
因此，当电流开关33关断时，恒流电路11的输出电流就馈送到多电子束源作为驱动电流。在本实施例中，因借助电压放大器21及整流器31对寄生电容进行快速充电，驱动电流便立即加到电子发射器上。图5G给出提供给电子发射器的电流If的波形。图5H给出从电子发射器发射的电子束电流Ie波形。注意到在图5G和5H中，在常规驱动电路(即不包括电压放大器21和整流器31)情况下得到的波形用虚线表示以供比较。
按本实施例，多电子束源的实际响应速度与常规方法相比可得到改善。因此，按本实施例的显示装置，较小的显示亮度不均匀性和良好的灰度线性得以实现；而且即使当显示运动图象时，观察者也不会接收到不自然的图象。
注意到图6A和图6B所示电路可用来取代整流器31和电压放大器21。更具体地说，图6A给出的电路组合了一个可变电压源Vcc和一个连成复合晶体管型式的双极晶体管。其中，电阻rs连在基极和地之间以提高晶体管的工作速度。图6B所示电路中用一个MOS·FET取代双极型晶体管，由此而提供了低成本的优点。[第二实施例]在本发明的第二实施例中，提供给多电子束源的驱动电流方向与第一实施例的转置。按第二实施例，提供驱动电流的恒流电路连接到列布线上，而图象信号受到脉宽调制。图7表示第二实施例的结构。标识号32所指为p-沟MOS晶体管。它接通/关断从恒流电路11输出待馈送给列布线的恒定电流(I1，I2，I3，…IN)。脉宽调制器8输出脉宽信号(PW1-PWN)给电压放大器(电平移位电路)21和p-沟MOS晶体管32。仅在脉宽调制器8输出信号低(Lo)-电平信号期间，晶体管32将列布线电位接地，并将恒流电路11的输出电流(I1-IN)通过晶体管32接地。因此，在脉宽调制器8输出低(Lo)-电平期间，列布线的电位变为0。同时，在脉宽调制器8输出高(Hi)-电平信号期间，晶体管32关断，恒流电路11的输出电流(I1-IN)则提供给电子发射器。
注意到在第二实施例中，电压放大器21和整流器31的电压极性与第一实施例的相反。因此，在本实施例中的整流器31和电压放大器21可用图8A和8B所示电路来取代。图8A给出的电路组合了一个可变电压源Vss和一个连成复合晶体管型式的双极晶体管。其中，电阻rs连在基极和地之间以提高晶体管的工作速度。图8B所示电路中用一个MOS·FET取代双极型晶体管，由此而提供了低成本的优点。
与第一实施例相类似，第二实施例也实现了寄生电容的快速充电，因而实现了电子发射器比常规方法更快的响应。
换言之，按第二实施例，多电子束源的实际响应速度与常规方法相比可得到改善。因此，按第二实施例的显示装置，较小的显示亮度不均匀性和良好的灰度线性得以实现；而且即使当显示运动图象时，观察者也不会接收到不自然的图象。[第三实施例]按本发明的第三实施例，一个电压/电流转换电路用作图1中的受控电流源10。图9给出第三实施例的电路结构。在图9中，标识号12所指为电压/电流转换电路。该电压/电流转换电路12包含了N个如图10A所示之电压/电流转换器14。最好采用图10B所示之电流镜象电路来构成每一个电压/电流转换器14。图9中电路结构的优点是对脉宽调制方法或振幅调制方法两者都适用。因此，可采用在第一实施例中用的相同脉宽调制器作为调制器9，或者也可采用一个振幅调制器。与第一实施例中相同电压放大器21和整流器31也可用于第三实施例。
与第一实施例类似，第三实施例也实现了寄生电容的快速充电，因而实现了电子发射器比常规方法更快的响应。
换言之，按第三实施例，多电子束源的实际响应速度与常规方法相比可得到改善。因此，按第三实施例的显示装置，较小的显示亮度不均匀性和良好的灰度线性得以实现；而且即使当显示运动图象时，观察者不会接收到不自然的图象。<显示屏的配置与制造方法>
下面提供详细的例子来说明按本发明第一到第三实施例的图象显示装置的显示屏1的配置与制造方法。
图11是本实施例用的一个显示屏部分切去后的透视图，以展示面板的内部结构。
参照图11，标识号1005所指为底板；1006为侧壁；1007为面板。1005到1007这些部分形成用来维持显示装置面板真空的密封腔。为构成这个密封腔，必须将各个部分密封连接以使其接口部分保持足够的强度和密封状态。例如，将溶结玻璃料加到接口部分，再在400℃到500℃下在空气或氮气中烧结10分钟以上，即将这些部分封接。稍后会说明将密封腔抽真空的方法。
底板1005有一块固定在它上面的基片1001，基片上形成有N×M个冷阴极电子发射器1002。(N和M为2以上的正整数，根据显示装置象素的目标数目设置。例如，在一个高清晰度电视显示的显示装置中，最好N＝3,000以上，M＝1,000以上。在本实施例中，N＝3,072，M＝1,024。)这N×M个冷阴极器件按M行布线1003和N列布线1004的简单矩阵排列。由基片1001构成的部分、冷阴极器件1002、M行布线1003和N列布线1004就称为一个多电子束源。下面就来详细介绍多电子束源的结构及制造方法。
在本实施例中，多电子束源的基片1001固定在密封腔的底板1005上。但是，如果多电子束源的基片1001有足够的强度，则多电子束源的基片1001本身就可用作密封腔的底板。
另外，荧光体薄膜1008在面板1007的下表面上形成。由于本实施例的显示屏是一个彩色显示屏，荧光体薄膜1008用红(R)、绿(G)、兰(B)荧光体涂敷而成，即阴极射线管(CRT)扫描中使用的三种基色荧光体。如图12A所示，这R、B、G荧光体按条形排列。在荧光体条之间安置一种黑色导电材料1010。安置黑色导电材料1010的目的是为了防止在电子束照射位置偏移到某个范围情况下显示彩色失准，遮挡外部光反射以避免显示对比度降低，以及防止因电子束引起的荧光体薄膜1008充电，等等。这种黑色导电材料1010主要由石墨构成，但任何其他材料也可采用，只要能达到上述目的即可。
三种基色、即R、B、G荧光体的配置并不限于图12A所示之条形排列。例如，象图12B给出的三角形配置或其他配置均可采用。
当要形成单色显示屏时，必须采用单色荧光体材料作荧光体薄膜1008。在此情况下，不一定总要使用黑色导电材料1010。
而且，在荧光体薄膜1008的底板侧表面做一层象CRT场中熟知的金属敷层1009。制作这层金属敷层1009的目的是借助镜面反射荧光体薄膜1008发射的部分光以改善光的利用率，保护荧光体薄膜1008不受负离子碰撞，或利用金属敷层1009作为一个电极来施加电子束加速电压，或利用金属敷层1009作为激发荧光体薄膜1008后的电子的导电通道，等等。该金属敷层1009的形成是先在面板1007上形成荧光体薄膜1008，然后对荧光体薄膜1008施行一次平滑工艺，再在上面真空淀积一层铝(Al)膜。要注意的是，当采用低电压的荧光体材料做荧光体薄膜1008时，不使用金属敷层1009。
另外，尽管在上述实施例中没有使用，还可在面板1007和荧光体薄膜1008之间安装用(例如)ITO做成的透明电极，用来施加加速电压或改善荧光体薄膜的导电性。
参照图11，标识号DX1到DXM、DY1到DYN和Hv指的是为使显示屏与电路(未表出)电连接而为密封结构安装的电连接引线。引线DX1到DXM与多电子束源的行布线1003电连接；引线DY1到DYN与多电子束源的列布线1004电连接；而引线Hv与面板1007的金属敷层1009电连接。
为将密封腔内部抽真空，在密封腔装配成后，接一根排气管和真空泵(未表出)，将密封腔内部抽到10-7乇的真空。然后将排气管封死。为保持密封腔内部的真空度，紧接排气管封死之前或之后，在密封腔内预先设置的位置做一层消气剂膜(未表出)。这层消气剂膜是通过加热消气剂材料形成的薄膜，其主要成分是钡(Ba)，例如，用加热器或高频加热将材料淀积。利用消气剂薄膜的吸收作用使密封腔内部的真空度保持在1×10-5到1×10-7乇。
以上描述提供了有关按本实施例的显示屏的配置和制造方法。
下面来说明用于上述实施例的显示屏中多电子束源50的制造方法。如果用在本发明图象显示装置中的多电子束源是一种具有按简单矩阵布线的冷阴极器件构成的电子源，则不存在对冷阴极器件材料、形状或制造方法的限制。因此，有可能使用象表面导电电子发射器或FE型或MIM型那样的冷阴极器件。
由于要求有大显示屏幕的廉价显示装置，采用表面导电电子发射器作冷阴极器件最为理想。具体来说，对于EF-型器件，发射锥体和栅电极的相对位置及其形状对电子发射特性影响很大。因此，要求高精度的制造技术。就放大表面积和降低成本而论，这是一大缺点。如用MIM-型器件，则要求上电极的绝缘层和薄膜厚度要做得很均匀，即使它们很薄。从放大表面积和降低成本来看，这也是一个缺点。在这一方面，表面导电电子发射器制作比较简单，其表面积便于放大，且易于降低成本。而且，本发明人发现，在可获得的表面导电电子发射器中，一种由微细颗粒薄膜形成其电子发射区或周边区域的器件其电子发射特性极佳，而且这种器件容易制造。因此，可以认为用这样一种器件作高亮度、大显示屏幕图象显示装置的多电子束源是最理想的。因此，上述实施例的显示屏采用了一种其电子发射区或周边区域由微细颗粒薄膜形成的表面导电电子发射器。因此，首先要叙述一种理想的表面导电电子发射器的基本结构、制造方法及其特性，再接着介绍由按简单矩阵方式布线的大量器件构成的多电子束源的结构。<表面导电电子发射器的优选结构和制造方法>
具有由微细颗粒薄膜做成电子发射区及其周边区域的表面导电电子发射器的典型结构包括平面型结构和台阶型结构。<平面型表面导电电子发射器>
首先描述平面型表面导电电子发射器的结构和制造方法。图13A和13B是用来说明平面型表面导电电子发射器结构的平面和截面视图。参见图13A和13B，标识号1101表示基片，1102和1103为器件电极，1104为导电薄膜，1105为采用激励成形工序形成的电子发射区；1113为激活工序形成的薄膜。
作为基片1101，如石英玻璃和碱石灰玻璃做的各种玻璃基片、如氧化铝做的各种陶瓷基片、或在其上形成如SiO2绝缘层的任何这类基片均可采用。
在基片1101上平行于它的表面并彼此面对面形成的器件电极1102和1103用导电材料做成。例如，下列材料之一可以选用，金属如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Cu、Pd和Ag，这些材料的合金，In2O3-SnO2之类的属氧化物，以及多晶硅这样的半导体材料。借助如真空淀积这样的薄膜成型技术和象光刻和腐蚀一类的图形化技术的结合，器件电极很容易制作，当然任何其他方法(如印刷技术)也可以采用。
器件电极1102和1103的形状根据电子发射器的应用目的来恰当地设计。一般来说，电极间距L的合适值设计在几百埃到几百μm的范围。对显示装置的优选范围是几μm到几十μm。至于器件电极的厚度，合适值一般选在从几百埃到几μm的范围。
导电薄膜1104由微细颗粒薄膜组成。“微细颗粒薄膜”是一种含有大量微细颗粒(包含岛状团粒)的薄膜。一般来说，微细颗粒薄膜的显微观察揭示各个微细颗粒是互相隔离，或互相邻近，或互相交迭。
微细颗粒薄膜中一个粒子的直径在几埃到几千埃范围。最可取的直径范围最好在10埃到200埃之间。微细颗粒薄膜的厚度考虑下列条件来合适地设置与器件电极1102和1103电连接所必需的条件、激励成形工序的条件(稍后介绍)，将微细颗粒薄膜本身的电阻设置到一个合适值的条件(稍后介绍)，等等。更具体地说，薄膜的厚度设置在几埃到几千埃的范围，最好是10埃到500埃。
用来形成微细颗粒薄膜的材料是金属，如Pd、At、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pb，氧化物如PdO、SnO2、In2O3、PbO和Sb2O3，硼化物如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4和GdB4，碳化物如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC，氮化物如TiN、ZrN、HfN，半导体如Si、Ge和碳。可以从这些材料中选择一种合适的材料。
如上所述，导电薄膜1104用微细颗粒薄膜形成，薄膜面电阻设置在103至107Ω/sq的范围。
因希望导电薄膜1104与器件电极1102和1103良好电连接，故将其配置使之彼此部分交迭。参见图13A和13B，各部分从底部起按下述次序堆放基片、器件电极和导电薄膜。交迭次序从底部起可以是基片、器件电极和导电薄膜。
电子发射区1105是在部分导电薄膜1104上形成的裂隙区。电子发射区1105具有比周围导电薄膜更高的电阻。裂隙区是用激励成形工序(后面描述)在导电薄膜1104上形成的。在某些情况下，直径为几埃到几百埃的颗粒排列在缝隙区域内。由于很难确切描述电子发射区的实际位置和形状，图13A和13B只是示意地展示这种缝隙区。
由碳或碳化物组成的薄膜1113覆盖电子发射区1105及其周边区域。薄膜1113是在激励成形工序后经激活工序(稍后叙述)形成的。
薄膜1113最好用单晶石墨、多晶石墨、非晶碳或其混合物制作，其厚度为500埃以下，更确切地是300埃以下。
由于很难确切描述薄膜1113的实际位置和形状，图13A和13B只是示意地展示这种薄膜。图13A展示薄膜1113部分被去除的器件的平面视图。
上面已经讲述了优选的器件基本结构。在本发明中实际采用下述的器件。
基片1101由碱石灰玻璃做成，器件电极1102和1103为Ni薄膜。器件电极厚度d为1000埃，电极间距L为2μm。微细颗粒薄膜的主要材料采用Pd或PdO。微细颗粒薄膜的厚度和宽度W分别设置为约100埃和100μm。
下面来描述一种平面型表面电子发射器的优选制造方法。图14A到14E是用来说明平面型表面电子发射器制造步骤的截面图。在图14A到14E中使用与图13A和13B同样的标识号，这里省略其详细描述。
(1)首先，如图14A所示，在基片1101上形成器件电极1102和1103。
在形成器件电极1102和1103时，用洗净剂、超纯水和有机溶剂将基片1101充分洗净，再将器件电极材料淀积在基片1101上。(作为淀积方法，可采用如真空淀积或溅射这样的真空薄膜形成技术。)此后，用光刻技术将淀积的电极材料形成图形，便形成图14A中的一对器件电极(1102和1103)。
(2)其次，如图14B所示，形成导电薄膜1104。
在形成导电薄膜时，首先将有机金属溶液涂敷到图14A中已准备好的基片1101上，然后将所涂敷的溶液烘干并烧结，于是形成微细颗粒薄膜。此后，通过光刻方法使微细颗粒薄膜构图形成预定形状。有机金属溶液意指含有用作导电薄膜的微细颗粒材料为主要成分的有机金属化合物溶液。(在本实施例中，Pd用作主要成分。在本实施例中，有机金属溶液的涂敷是通过浸渍方法进行的，但也可采用离心涂敷方法或喷涂方法。)作为用微细颗粒薄膜形成导电薄膜的方法，本实施例使用的有机金属溶液涂敷可用象真空淀积、溅射或化学蒸汽淀积等任何其他方法代替。
(3)如图14C所示，从电源1110加一个合适的电压到器件电极1102和1103之间供激励成形工序之用，并通过这种激励成形工序来形成电子发射区1105。
这里的激励成形工序是一种对微细颗粒薄膜形成的导电薄膜1104进行通电以使部分导电薄膜适当地受到破坏、变形或恶化，由此而使薄膜变成一种适合电子发射的结构。在这种由微细颗粒薄膜形成的导电薄膜中，变成适合电子发射结构部分(即电子发射区1105)含有适当的薄膜裂缝。将这种具有电子发射区1105的薄膜与激励成形工序之前的薄膜进行比较，在器件电极1102和1103之间测得的电阻大大增加。
现参照表明从电源1110用来进行激励成形工序的合适电压波形的图15来详细叙述用作激励成形工序的通电方法。在对由微细颗粒薄膜形成的导电薄膜进行激励成形工序中，最好采用脉冲电压。在本实施例中，如图15所示，以脉冲间隔T2连续施加一个脉宽为T1的三角形脉冲。在此情况下，三角形脉冲的峰值Vpf逐渐增高。另外，在三角形脉冲之间以适当的间隔插进一个监控脉冲Pm以监视电子发射区1105的形成状态，并用电流表1111测量流经接入处的电流。
在本实施例中，例如，在10-5乇的真空氛围下，脉宽T1设置为1ms；脉冲间隔设为为10ms。在每个脉冲处峰值Vpf增高0.1V。每加5个脉冲即插入一个监控脉冲Pm。为避免对激励成形工序的不利影响，监控脉冲的电压Vpm设置到0.1V。当器件电极1102和1103之间的电阻变为1×106Ω时，即施加监控脉冲时由电流表1111测得的电流变为1×10-7A以下，对激励成形工序的通电过程即告结束。
要注意的是，上述方法对本实施例的表面导电电子发射器是最合适的。在改变表面导电电子发射器有关(例如)微细颗粒薄膜材料或厚度、或器件电极间距L设计的情况下，宜根据器件设计的变化合理改变通电条件。
(4)如图14D所示，下一步是从激活电源1112将一个合适的电压加到器件电极1102和1103之间，进行这种激活工序以改善电子发射特性。这里的激活工序是一种在适当条件下对激励成形工序形成的电子发射区1105进行通电的过程，以便在电子发射区1105周围淀积一层碳或碳化物。(图14D将淀积的碳或碳化物材料表示为材料1113)。将这种电子发射区1105与激活工序之前的进行比较，在相同外加电压下的发射电流可提高100倍以上。
激活工序是在10-4到10-5乇的真空氛围下，通过周期地施加电压脉冲将存在于真空氛围中的有机化合物大量衍生出的碳或碳化物进行淀积的过程。淀积材料1113是单晶石墨、多晶石墨、无定型碳及其混合物的任何一种。淀积材料1113的厚度在500埃以下，最好是300埃以下。
图16A给出从激活电源1112施加的合适电压的波形，以便更详细地说明这种通电方法。在本实施例中，激活工序通过周期地施加一个矩形恒定电压进行。更具体地说，矩形电压Vac设置到14V；脉宽T3设为1ms；脉冲间隔T4设为10ms。应注意的是，上述通电条件对制作本实施例的表面导电电子发射器是最合适的。当表面导电电子发射器的设计改变时，宜根据器件设计的变化合理改变通电条件。
参照图14D，标识号1114指的是与直流高压电源1115以及收集表面导电电子发射器发射电流Ie的电流表1116相连的阳极。(要注意的是，当基片1101在激活工序之前嵌入显示屏时，显示屏的荧光体表面用作阳极1114)。当从激活电源1112施加电压时，电流表1116测量发射电流Ie以监视激活工序的进展，以便控制激活电源1112的工作。图16B给出由电流表1116测得的发射电流Ie的例子。当从激活电源1112启动施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间的流逝而增大，逐渐趋于饱和，然后不再增大。在发射电流Ie的显著饱和点，停止激活电源1112供电，激活工序即告结束。
要注意的是，上述通电条件对制作本实施例的表面导电电子发射器是最合适的。当表面导电电子发射器的设计改变时，宜根据器件设计的变化合理改变通电条件。
图14E所示平面型表面导电电子发射器按上述方法制造。<台阶型表面导电电子发射器>
下面来叙述另一种具有由微细颗粒薄膜形成电子发射区或其周边区域的典型表面导电电子发射器，即台阶型表面导电电子发射器。
图17是用来说明本实施例的台阶型表面导电电子发射器的基本配置。参照图17，标识号1201指的是基片；1202和1203是器件的电极；1206是台阶形成构件；1204是采用微细颗粒薄膜的导电薄膜；1205是经激励成形工序形成的电子发射区；以及1213是由激活工序形成的薄膜。
台阶型器件与上述平面型表面导电电子发射器的不同之处在于其一个器件电极(1202)在台阶形成构件1206上形成，且导电薄膜1204覆盖了台阶形成构件1206的侧表面。因此，图13A和13B所示平面型表面导电电子发射器电极间距L相当于台阶型器件台阶形成构件1206的台阶高度。对于基片1201、器件电极1202和1203以及用微细颗粒薄膜的导电薄膜1204，可以采用平面型表面导电电子发射器描述中所列举的相同材料。至于台阶形成构件1206，则采用象SiO2这样的电绝缘材料。
下面来描述台阶型表面导电电子发射器的制造方法。图19A到19F是用来说明台阶型表面导电电子发射器制造步骤的截面视图。以图17相同的标识号来表示图19A到19F中的各组成部分，其详细说明予以忽略。
(1)如图19A所示，在基片1201上形成器件电极1203。
(2)如图19B所示，用来构成台阶形成构件的绝缘层堆放在所得结构上。对于绝缘层，例如，通过溅射形成SiO2层。当然，也可采用象真空淀积或印刷术这样的其他薄膜形成方法。
(3)如图19C所示，在绝缘层上形成器件电极1202。
(4)如图19D所示，采用刻蚀方法去掉部分绝缘层以暴露器件电极。
(5)如图19E所示，形成用微细颗粒薄膜构成的导电薄膜1204。为形成导电薄膜1204，如同在平面型表面导电电子发射器中一样，可采用镀膜这样的薄膜形成方法。
(6)如同在平面型表面导电电子发射器中一样，进行一次激励成形工序以形成电子发射区(进行与平面型表面导电电子发射器的相同激励成形工序，这已参照图14C作了介绍。)(7)如同在平面型表面导电电子发射器中一样，进行一次激活工序而在电子发射区附近淀积碳或碳化物(进行与平面型表面导电电子发射器的相同激活工序，这已参照图14D作了介绍。)按上述方法，图19F所示之台阶型表面导电电子发射器即告制成。<用于显示装置中的表面导电电子发射器的特性>
以上已对平面型和台阶型表面导电电子发射器的器件结构及制造方法作了介绍。现在来叙述用于显示装置中的这类器件的特性。
图18给出用在显示装置中的这类器件的(发射电流Ie)～(外加器件电压Vf)特性以及(器件电流If)～(外加器件电压Vf)特性的典型例子。应当指出，发射电流Ie比器件电流If要小得多，以致很难用同一刻度将其画出。因此，图中的两条曲线各采用不同的坐标刻度画出。
用在这种显示装置中的器件具有下述三点与发射电流相关的特性第一、当器件上所加电压高于一定的电压值(称为阈值电压Vth)时，发射电流Ie迅速增大。另一方面，当所加电压低于阈值电压Vth时，几乎探测不到发射电流Ie。在图18所示情况下，阈值电压Vth为8V。换言之，该器件是一种关于发射电流Ie具有明显确定阈值电压Vth的非线性器件。
第二、由于发射电流Ie随器件电流If而变，则发射电流Ie的大小可通过器件电流If来控制。
第三、由于器件发射电流Ie对施加在器件上的电压Vf的响应速度很快，从器件发射的电子束电荷量可通过施加电压Vf的时间长短来控制。
鉴于上述特性，表面导电电子发射器用于显示装置是很理想的。例如，在配置的电子发射器数目相应于被显示图象象素的显示装置中，如利用上述第一特性，则显示屏可按顺序地扫描而显示图象。具体来说，按照所希望的光辐射亮度适当加一个高于阈值Vth的电压到被驱动的器件上，而将一个低于阈值Vth的电压加到处于未选中状态的器件上。对被驱动的器件进行有顺序地开关，则可使显示屏有顺序地扫描而显示图象。
另外，利用第二或第三特性，可控制光辐射的亮度。这就有可能呈现灰度显示。<含大量按简单矩阵布线器件的多电子束源的结构>
下面来介绍将上述表面导电电子发射器配置在基片上并按简单矩阵布线的多电子束源的结构。
图20是用在图11所示显示屏中的多电子束源的平面视图。每个都具有图13A和13B所示相同结构的表面导电电子发射器被安置在基片上。这些器件按行布线1003和列布线1004排列成简单矩阵。在行布线1003和列布线1004的交接处，于电极之间形成绝缘层(未表出)以保持电绝缘。
图21是沿图20中A-A′线所取的截面视图。
具上述结构的多电子束源按下述方法制作在基片上预先形成行布线1003、列布线1004、极间绝缘层(未表出)、以及表面导电电子发射器的器件电极与导电薄膜。在此之后，将电功率通过行布线1003和列布线1004馈送到各个器件以进行激励成形工序和激活工序，即制成多电子束源。
本发明并不限于上述实施例，可作出各种改变和改进而不超出本发明的实质和范围。
权利要求
1.一种电子束发生装置，具有由按行布线和列布线配置成矩阵形式的大量冷阴极器件构成多电子束源、与行布线相连的扫描装置和与列布线相连的调制装置，所述调制装置包括一个用来为冷阴极器件馈送驱动电流脉冲的受控电流源；一个用来对多电子束源的寄生电容进行快速充电的电压源；以及一个用来将电压源和列布线与驱动电流脉冲的上升同步电连接的充电电压馈送装置。
2.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述充电电压馈送装置包括一个整流器。
3.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述充电电压馈送装置包括一个定时器电路和一个连接开关。
4.按权利要求1的电子束发生装置，其中由所述电压源输出的电压处在由所述受控电流源产生的最高电位的0.5到0.9倍的范围内。
5.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述电压源是一个能调节输出电压的可变电压源。
6.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述受控电流源包括一个恒流电路和一个电流开关。
7.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述受控电流源包括一个电压/电流转换器。
8.按权利要求1的电子束发生装置，其中所述充电电压馈送装置是一个由多个二极管或晶体管相连的电平移位电路。
9.一种包含按权利要求1的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
10.一种包含按权利要求2的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
11.一种包含按权利要求3的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
12.一种包含按权利要求4的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
13.一种包含按权利要求5的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
14.一种包含按权利要求6的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
15.一种包含按权利要求7的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
16.一种包含按权利要求8的电子束发生装置以及通过照射由所述电子束发生装置产生的电子束来形成图象的图象形成构件的图象显示装置。
17.一种具有由按行布线和列布线配置成矩阵形式的大量冷阴极器件构成多电子束源的电子束发生装置的驱动方法，其中一列按外部单元输入的调制数据进行调制的驱动电流脉冲施加在所述列布线上，除驱动电流脉冲以外，在列布线上还加有一个充电电压，从驱动电流脉冲上升起持续到多电子束源寄生电容被充电到一个预置电平的时间为止。
18.一种具有由按行布线和列布线配置成矩阵形式的大量冷阴极器件构成多电子束源的图象显示装置的驱动方法，其中一列按外部单元输入的图象数据进行调制的驱动电流脉冲施加在所述列布线上，除驱动电流脉冲以外，在列布线上还加有一个充电电压，从驱动电流脉冲上升起持续到多电子束源寄生电容被充电到一个预置电平的时间为止。
全文摘要
能够从具有按矩阵布线的大量冷阴极器件的多电子束源快速均匀输出电子束的驱动方法以及显示亮度均匀、灰度线性良好和响应特性快速的显示装置。电子束发生装置包括由冷阴极器件构成的多电子束源，分别与行布线和列布线相连的扫描电路及调制电路。调制电路包括为冷阴极器件馈送驱动电流脉冲的受控电流源；对寄生电容进行快速充电的电压源以及将电压源和列布线与驱动电流脉冲上升同步电连接的充电电压馈送装置。
文档编号G09G3/20GK1169024SQ9710995
公开日1997年12月31日 申请日期1997年3月28日 优先权日1996年3月28日
发明者樱木孝正, 鲈英俊 申请人:佳能株式会社