专利名称：电子发生装置，成像装置，及制造和调节这些装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种其中安排多个表面传导电子发射器件的电子发生装置，一种使用该电子发生装置的成像装置，以及一种制造和调节这些装置的方法。
按常规，两种类型的器件，即热阴极和冷阴极器件，称为电子发射器件。冷阴极器件的例子是表面传导电子发射器件，场发射型器件(下文称为FE型器件)，以及金属/绝缘物/金属型发射器件(下文称为MIM型器件)。
FE型器件的已知例子在“W.P.Dyke and W.W.Dolan，“FieldEmission”，Advance in Electron Physics，8，89(1956)”，以及“C.A.Spindt，“Physical properties of thin-film field emission cathodes withmolybdenum cones”，J.Appl.Pyhs.，47，5248(1976)”中叙述。
MIM型器件的一个已知例子在“C.A.Mead，“Operation of Tunnel-emission”，J.Appl.Phys.，32，6469(1961)”中叙述。
表面传导电子发射器件的一个已知例子例如在“M.I.Elinson，Radio.Eng.Electron Phys.，10，1290(1965)”中叙述，其它例子在后文叙述。
表面传导电子发射器件利用把电流平行传到膜平面，使衬底上形成的小面积薄膜中引起电子发射这个现象。除了上述按照Elinson的SnO2薄膜之外，表面传导电子发射器件还包括使用金薄膜(G.Dittmer，“Thin SolidFilms”，9，317(1972))，In2O3/SnO2薄膜(M.Hartwell and C.G.Fonstad，“IEEE Trans.ED Conf.”，519(1975))，及碳薄膜(Hisashi Araki，et al.，“Vacuum”，Vol.26，No.1，p.22(1983))的器件，以及其它类似的器件。
作为这些表面传导电子发射器件的结构的一个典型例子，图25是按照M.Hartwell等人的表面传导发射器件的平面图。参考图25，标号3001表示衬底；以及标号3004表示由金属氧化物通过溅射而形成的导电薄膜。如图25所示，这个导电薄膜3004具有H形图形。电子发射部分3005是通过对导电薄膜3004执行一个起电过程(称为带电形成过程，后文将作叙述)而形成。参考图25，间距L设定为0.5到1[mm]，并且宽度W设定为0.1[mm]。为了说明方便，该电子发射部分3005在导电薄膜3004中央用矩形表示，然而，这未必就表示电子发射部分的实际位置和形状。
在以上按照M.Hartwell等人的表面传导电子发射器件中，电子发射部分3005典型地是在电子发射之前，通过对导电薄膜3004执行称为带电形成过程的起电过程而形成。按照该带电形成过程，起电是通过对导电薄膜3004的两端施加以非常缓慢速度，例如1V/min增加的恒定直流电压来执行，以便部分破坏或变形导电薄膜3004，或改变导电薄膜3004的特性，从而形成具有高电阻的电子发射部分3005。应该注意，导电薄膜3004的破坏或变形部分，或特性改变部分具有一条裂缝。在带电形成过程之后对导电薄膜3004施加适当电压时，在该裂缝附近执行电子发射。
以上表面传导电子发射部分具有优越性，因为在冷阴极器件中，它们具有简单的结构，并且能容易地制造。为此，能在宽广面积上形成许多器件。如本申请人所提交的日本公开专利No.64-31332所公开那样，已经研究了一种安排和驱动许多器件的方法。
关于表面传导电子发射器件例如在成像装置，比如图像显示装置和图像记录装置中的应用，已经研究了带电荷束源及其它类似束源。
作为在图像显示装置中的一种应用，特别如本申请人所提交的美国专利No.5,066,833及日本公开专利No.2-257551和No.4-18137所公开那样，已经研究了一种图像显示装置，其组合使用一个表面传导电子发射器件和一个在电子束辐射下发光的荧光体。这种类型的图像显示装置预期比其它常规图像显示装置具有更优良的特性。例如，与最近流行的液晶显示装置比较，上述显示装置在它为光发射类型，不要求背照明，以及在它具有宽广视角方面优越。
除以上常规器件之外，本发明人还检验了按照不同材料，制造方法和结构的冷阴极器件。本发明人还研究了一种其中安排许多冷阴极器件的多电子束源，以及一种应用这种多电子束源的图像显示装置。
本发明人还检验了一种按照图26所示布线方法的多电子束源。更准确地说，如图26所示，这种多电子束源是通过按两维来安排大量冷阴极器件，并且按矩阵来布线这些器件而构成。
参考图26，标号4001表示冷阴极器件；标号4002表示行布线层；以及标号4003表示列布线层。行布线层4002和列布线层4003实际具有有限电阻，它们在图26中表示为布线电阻4004和4005。图26所示布线称为简单矩阵布线。为了说明方便，图26中表示了按照6×6矩阵构成的多电子束源。然而，矩阵规模当然不限于这种布置。在一种用于一成像装置的多电子束源中，安排和布线多个足以执行希望图像显示的器件。
在其中按简单矩阵来布线表面传导电子发射器件的多电子束源中，对行布线层4002和列布线层4003供给适当电信号，以输出希望电子束。当要驱动矩阵的任意行的表面传导电子发射器件时，对选择行的行布线层4002施加一个选择电压Vs。同时，对非选择行的行布线层4002施加一个非选择电压Vns。与这个操作同步，对所有列布线层4003施加一个用于输出电子束的驱动电压Ve。按照这种方法，假定忽略由布线电阻4004和4005所引起的电压降，则对选择行的表面传导电子发射器件施加了一个电压(Ve-Vs)，以及对非选择行的表面传导电子发射器件施加了一个电压(Ve-Vns)。当电压Ve，Vs和Vns设定为适当电平时，具有希望强度的电子束就仅从选择行的表面传导电子发射器件输出。当对各个列布线层4003施加不同驱动电压Ve时，具有不同强度的电子束就从选择行的各个器件输出。由于表面传导电子发射器件的响应速度很快，所以电子束输出的时限亦能按照施加驱动电压Ve的时限来改变。
具有按简单矩阵来安排表面传导电子发射器件的多电子束源能用在许多应用中。例如，通过按照图像信息适当供给电信号，多电子束源能适合用作一个成像装置的电子源。
通过对改善表面传导电子发射器件特性的广泛研究，本发明人发现制造过程中的激励过程很有效。
如上所述，当要形成表面传导电子发射器件的电子发射部分时，执行一个过程(带电形成过程)，使电流流到导电薄膜，以便使薄膜局部破坏，变形或降低品质，并且形成一条裂缝。此后，当执行激励过程时，电子发射特性能得到很大改善。更准确地说，激励过程是一个在适当条件下通过带电形成过程对所形成的电子发射部分执行起电，以便在电子发射部分周围淀积碳或碳化合物的过程。例如，在真空环境下，其中存在适当部分压力的有机物质，并且总压力为10-4到10-5[Torr]，周期性地施加预定电压脉冲。应用这个过程，任何单晶石墨，多晶石墨，无晶石墨，以及它们的混合物在电子发射部分附近淀积大约500[]或更小的厚度。这些条件仅是例子，并且必须按照表面传导电子发射器件的材料和形状作适当改变。
应用这个过程，与激励过程之前的电子发射部分比较，在相同施加电压下发射电流能典型增加100倍或更大。因此，在制造一个同样使用许多表面传导电子发射器件的多电子束源中，优选地对每个器件执行激励过程。
在完成激励过程之后，为了使表面传导电子发射器件的电子发射特性稳定，减小表面传导电子发射器件周围真空环境中有机气体的部分压力，从而即使当电压施加于表面传导电子发射器件时，亦防止碳或碳化合物在电子发射部分或其周边部分进一步淀积，并且这种状态必须保持。优选地，环境中有机气体的部分压力减小到10-8[Torr]或更小，并且保持这个状态。如果可能，部分压力优选地保持在10-10[Torr]或更小。应该注意，有机气体的部分压力是通过结合以碳和氢为主要成分，并且用质谱仪定量测定具有13到200质量数的有机分子的部分压力而得到，减小表面传导电子发射器件周围有机气体的部分压力的一种典型方法如下。加热包括衬底的真空容器，衬底上形成了表面传导电子发射器件。当使有机气体分子从容器中各部分的表面放出之时，使用一个不用油的真空泵，例如吸附泵或离子泵来执行抽真空。在这样减小有机气体的部分压力之后，通过继续使用无油真空泵执行抽真空，能保持这种状态。然而，这种使用真空泵继续抽真空的方法根据应用目的，就容积，功率消耗，重量和费用来说有不利方面。当表面传导电子发射器件要应用于图像显示装置时，充分吸收有机气体分子，以便减小有机气体的部分压力，并且此后在真空容器中形成一个吸气膜，同时，密封排气管，从而保持该状态。
应用这个过程，在激励过程之后随着时间的经过，既无碳也无碳化合物会因为起电或表面传导电子发射器件中变化而重新淀积，因此能使电子发射特性稳定。
如上所述，采取了措施以改善和稳定表面传导电子发射器件的特性，然而，使用表面传导电子发射器件的多电子束源具有以下问题。
在某些情况下，如图3所示，驱动多电子束源所施加的电压的峰值由于温度特性(例如温度漂移)而引起增加，或由于干扰(例如电路的噪声或静电)而引起瞬时增加。当电压值中的这种增加使驱动电压的峰值增加超过预定值(预先施加于多电子束源的电压值的最大值)时，表面传导电子发射器件的器件特性在电压施加于多电子束源之后马上改变。为此，即使当施加与多电子束源的表面传导电子发射器件的特性发生变化之前所施加的电压相同的电压时，电子发射量也改变(减小)。当多电子束源应用于图像显示装置时，在驱动操作期间显示图像的行的亮度降低，例如造成显示图像的行方向中亮度变化。
本发明是在考虑到上述常规情况下而形成，并且其目的是提供一种几乎不受驱动电压变化影响的电子发生装置，一种使用该电子发生装置的成像装置，以及一种制造和调节这些装置的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种电子发生装置，它包括多个表面传导电子发射器件，按矩阵安排在一个衬底上，其中多个表面传导电子发射器件预先施加一个电压脉冲，其值比正常驱动电压的最大值和可能进入表面传导电子发射器件的噪声电压之和所对应的电压值要大。
优选地，表面传导电子发射器件安排在一个真空容器中，其中有机气体的部分压力不大于10-8Torr。
优选地，多个表面传导电子发射器件通过行布线层和列布线层按矩阵按二维安排和连接。
优选地，脉冲电压的值是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。
优选地，多个表面传导电子发射器件按二维安排，并且装置还包括栅电极，用于调节从表面传导电子发射器件所发射的电子束数量。
本发明还包括一种成像装置，它包括以上电子发生装置及一个在电子束辐射下激励并发光的荧光体。
本发明还包括一种制造一个电子发生装置的方法，该电子发生装置具有一个其中安排多个表面传导电子发射器件的多电子束源，以及根据输入图像信号用于对该多电子束源施加驱动电压的驱动装置，该方法包括预先对多个表面传导电子发射器件施加一个特性偏移电压，其值比驱动电压的最大值和驱动装置所产生的噪声电压之和所对应的电压值要大。优选地，在其中有机气体的部分压力不超过10-8Torr的环境中施加特性偏移电压。优选地，特性偏移电压是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。按照本发明，提供一种制造一个成像装置的方法，该成像装置在一个电子发生装置之上具有一个荧光体，其在电子束辐射下激励并发光，该方法包括使用制造电子发生装置的方法。
本发明还包括一种调节成像装置的方法，其中，在完成制造电子发生装置或成像装置之后，当驱动电压中所包括的噪声电压增加时，表面传导电子发射器件的电子发射特性在考虑到对噪声电压的安全裕度下偏移。本发明提供一种调节一个电子发生装置的方法，该电子发生装置具有一个其中安排多个表面传导电子发射器件的多电子束源，以及根据输入图像信号用于对该多电子束源施加一个驱动电压的驱动装置，该方法包括预先对多个表面传导电子发射器件施加一个特性偏移电压，其值比驱动电压的最大值和驱动装置所产生的噪声电压之和所对应的电压值要大。优选地，在其中有机气体的部分压力不超过10-8Torr的环境中施加特性偏移电压。优选地，特性偏移电压是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。按照本发明，提供一种调节一个成像装置的方法，该成像装置在一个电子发生装置之上具有一个荧光体，其在电子束辐射下激励并发光，该方法包括使用调节电子发生装置的方法。
本发明的电子发生装置能用于半导体制造过程中的EB(电子束)绘图。
按照本发明，能提供一种几乎不受驱动电压变化影响的电子发生装置，一种使用该电子发生装置的成像装置，以及一种制造和调节这些装置的方法。
本发明的其它特点和优点将从下列连同附图所作的叙述中显而易见，其中贯穿附图，同样标号表示相同或类似部分。
图1A和图1B是表示测量中所使用的电压波形，以及按照本发明的表面传导电子发射器件的电特性偏移的曲线图；图2A和图2B是用于说明本发明表面传导电子发射器件的存储功能的曲线图；图3是用于说明本发明要解决的问题，即噪声或温度特性所引起的驱动电压畸变的波形图；图4是表示按照第一实施例的图像显示装置的显示板的部分剖视图；图5A和图5B是表示第一实施例的显示板的面板上荧光体的布置的平面图；图6A和图6B是第一实施例所使用的平面型表面传导电子发射器件的平面图和断面图；图7A到图7E是表示在制造第一实施例的平面型表面传导电子发射器件中步骤的断面图；图8是表示在第一实施例的带电形成过程中施加电压的波形的曲线图；图9A和图9B是分别表示在第一实施例激励过程中，施加电压波形和发射电流Ie变化的曲线图；图10是第一实施例所使用的梯阶型表面传导电子发射器件的断面图；图11A到图11F是表示制造梯阶型表面传导电子发射器件中步骤的断面图；图12是第一实施例所使用的多电子束源的衬底的平面图；图13是第一实施例所使用的多电子束源的衬底的部分断面图；图14是表示用于使按照第一实施例的多电子束源具有存储功能的电路布置的方块图；图15是用于实现第一实施例所使用的存储功能的电压波形的曲线图；图16是表示使用第一实施例显示板的电视信号显示电路的布置的方块图；图17是表示第一实施例的多电子束源的电子发射器件的布置一例的平面图；图18是用于说明第一实施例中以行为单元的显示一例的视图；图19是表示图17所示电路的显示形式的一个详细例子的视图；图20是表示图19所示显示的定时例子的时间图；图21是表示第一实施例的显示的定时例子的时间图；图22是表示按照本发明第二实施例的显示板的部分剖视图；图23是表示第二实施例中荧光体表面上栅极施加电压与电流值之间关系的曲线图；图24是使用本发明图像显示装置的多功能图像显示装置的方块图；图25是表示常规表面传导电子发射器件一例的平面图；以及图26是用于说明电子发射器件的一般矩阵布线的视图。
首先将叙述由表面传导电子发射器件所呈现的电子发射特性存储功能。
本发明人曾驱动一个已在减小了有机气体部分压力的环境中经受带电形成过程(energization forming process)和激励过程(activationprocess)的表面传导电子发射器件，并且测量了其电特性。
图1A和图1B是表示施加于该表面传导电子发射器件的驱动信号的电压波形的曲线图。横坐标表示时间轴；以及纵坐标表示施加于表面传导电子发射器件的电压(下文称为器件电压Vf)。
如图1A所示，使用连续矩形电压脉冲作为驱动信号，并且电压脉冲的施加时期分为三个时段，即第一到第三时段。在各时段中，施加100个相同脉冲。图1B是图1A所示这样脉冲的波形的放大视图。
测量条件为各时段中脉冲宽度T1＝66.8[μsec]，以及脉冲周期T2＝16.7[msec]。这些条件是参考当表面传导电子发射器件应用于普通电视接收机时所设定的标准驱动条件而确定。然而，能在其它条件下测量存储功能。应该注意，测量是当驱动信号源到各表面传导电子发射器件的布线路径的阻抗得到充分减小，以便使有效施加于表面传导电子发射器件的电压脉冲的上升时间Tr和下降时间Tf都变得等于或小于100[ns]时来执行。
在第一和第三时段期间，器件电压Vf为Vf＝Vf1，以及在第二时段期间，Vf＝Vf2。两个器件电压Vf1和Vf2都设定为大于各表面传导电子发射器件的电子发射阀值电压，并且满足Vf1＜Vf2。由于电子发射阀值电压随表面传导电子发射器件的形状和材料而改变，所以这些电压按照待测量的表面传导电子发射器件而适当设定。关于测量操作中表面传导电子发射器件周围的环境，总压力为1×10-6[Torr]，并且有机气体的部分压力为1×10-9[Torr]。
图2A和图2B是表示在施加图1A和图1B所示驱动信号下，表面传导电子发射器件的电特性的曲线图。参考图2A，横坐标表示器件电压Vf；以及纵坐标表示从表面传导电子发射器件发射的电流(下文称为发射电流Ie)的测量值。参考图2B，横坐标表示器件电压Vf；以及纵坐标表示表面传导电子发射器件中流过的电流(下文称为器件电流If)的测量值。
首先将叙述图2A所示器件电压Vf对发射电流Ie的特性。
在图1A所示第一时段期间，表面传导电子发射器件响应驱动脉冲，按照特性曲线Iec(1)输出发射电流。在驱动脉冲的上升时间Tr中，当施加电压Vf超过Vth1时，发射电流Ie按照特性曲线Iec(1)急剧增加。在Vf＝Vf1，即脉冲宽度T1时段期间，发射电流Ie保持在Ie1。在驱动脉冲的下降时间Tf中，发射电流按照特性曲线Iec(1)急剧减小。
在第二时段期间，当开始施加由Vf＝Vf2所给定的脉冲时，特性曲线Iec(1)变为特性曲线Iec(2)。更准确地说，在驱动脉冲的上升时间Tr中，当施加电压Vf超过Vth2时，发射电流Ie按照特性曲线Iec(2)急剧增加。在Vf＝Vf2，即时段T1期间，发射电流Ie保持在Ie2。在驱动脉冲的下降时间Tf中，发射电流Ie按照特性曲线Iec(2)急剧降低。
在第三时段期间，虽然再次施加由Vf＝Vf1所给定的脉冲，但是发射电流Ie按照特性曲线Iec(2)改变。更准确地说，在驱动脉冲的上升时间Tr中，当施加电压Vf超过Vth2时，发射电流Ie按照特性曲线Iec(2)急剧增加。在Vf＝Vf1，即时段T1期间，发射电流Ie保持在Ie3。在驱动脉冲的下降时间Tf中，发射电流Ie按照特性曲线Iec(2)急剧降低。
如上所述，在第三时段期间，由于存储了第二时段期间的特性曲线Iec(2)，所以对器件电压Vf＝Vf1，发射电流Ie从Ie1降低到Ie3，并且变得比第一时段期间小。
关于器件电压Vf对器件电流If的特性，同样如图2B所示，在第一时段期间器件按照特性曲线Ifc(1)操作。然而，在第二时段期间，器件按照特性曲线Ifc(2)操作。在第三时段期间，器件按照第二时段期间所存储的特性曲线Ifc(2)操作。
为了叙述方便，仅设定三个时段，即第一到第三时段。然而，如明显可见那样，设定不局限于这个条件。在对具有存储功能的表面传导电子发射器件施加脉冲电压时，当施加电压值比预先施加脉冲的电压值大的脉冲时，特性曲线偏移，并且存储产生的特性曲线。其后，特性曲线(电子发射特性)继续保存，除非施加一个具有更大电压值的脉冲为止。这种存储功能还没有在包括FE型电子发射器件的其它发射器件中发现。因此这种特性是表面传导电子发射器件所独有的。
在本实施例中，对多电子束源的所有表面传导电子发射器件预先施加一个存储电压Vmn(Vmn＝Vdr+ΔV+Vsf)，该存储电压Vmn是在理想驱动电压的峰值Vdr上加上电压ΔV和安全裕度Vsf而得到，电压ΔV和安全裕度Vsf是估计由干扰或温度特性所引起的驱动电压的峰值的最大增加量，这样所有表面传导电子发射器件的器件特性得到偏移和存储。
当安全裕度Vsf设定为适当值，以便由干扰或温度特性所引起，实际驱动电压的峰值不增加超过存储电压Vmn时，因为表面传导电子发射器件的存储特性，使电子发射特性不偏移。也就是，当多电子束源应用于一个图像显示装置时，在驱动操作期间显示图像的亮度不降低，或显示图像的亮度变化能得到消除。存储电压Vmn的优选范围大约是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。
以下将参考附图详细叙述本发明的优选实施例。
以下将参考一个详细例子叙述按照本发明的第一实施例的图像显示装置的显示板的布置和制造方法。
图4是第一实施例所使用的显示板的部分剖视图，它表示板的内部结构。
参考图4，标号1005表示后板；标号1006表示侧壁；以及标号1007表示面板。1005至1007这些部分形成一个用于在显示板1000中保持真空的气密容器。为了构造该气密容器，需要密封连接各个部分，以使它们的接合部分保持足够强度和气密条件。例如，对接合部分应用熔结玻璃，并且在空气或氮气中在400℃至500℃下烧结10分钟或更长时间，从而密封连接这些部分。抽空该气密容器的一种方法将在后文叙述。
后板1005有一个衬底1001固定其上，在该衬底1001上形成N×M个表面传导电子发射器件。M和N是等于2或大于2的正整数，并且按照显示像素的目标数而适当而设定。例如，在一个用于高清晰度电视显示的显示装置中，优选地N＝3,000或更大，并且M＝1,000或更大。在本实施例中，N＝3,071，并且M＝1,024。N×M个表面传导电子发射器件按简单矩阵用M个行布线层1003和N个列布线层1004来安排。将把衬底1001所构成的部分，多个电子发射器件，行布线层1003，以及列布线层1004称为一个多电子束源。该多电子束源的制造方法和结构将在后文详细叙述。
在本实施例中，多电子束源的衬底1001固定在气密容器的后板1005上。然而，如果该多电子束源的衬底1001具有足够强度，则多电子束源的衬底1001自身可以用作气密容器的后板。
此外，在面板1007的下表面上形成一个荧光膜1008。由于本实施例的显示板1000是彩色显示板，所以荧光膜1008涂有红(R)，绿(G)和蓝(B)荧光体，即在CRT领域中使用的三种原色荧光体。如图5A所示，R，G和B荧光体按条布置应用。在荧光体条之间设置黑色导电材料1010。设置黑色导电材料1010的目的是为了即使在电子束辐射位置发生某种程度偏移时，也防止显示颜色不协调，为了通过遮住外部光的反射来防止显示对比度的降低，为了防止由电子束所引起的荧光膜1008充电，以及为了其它类似目的。黑色导电材料1010主要由石墨组成，然而，只要能实现上述目的，可以使用任何其它材料。
三种原色，即R，G和B的荧光体的布置不局限于图5A所示条形布置。例如，可以使用图5B所示的Δ布置或其它布置。
当要形成单色显示板时，对荧光膜1008必须使用单色荧光材料。在这种情况下，并不总是需要使用黑色导电材料1010。此外，在荧光膜1008的后板侧面上设置CRT领域中周知的一种金属背1009。设置金属背1009的目的是为了利用从荧光膜1008发射的光的镜反射部分来改善光利用率，为了防止荧光膜1008与负离子相撞，为了把金属背1009用作施加一个电子束加速电压的电极，为了把金属背1009用作激励荧光膜1008的电子的导电通路，以及为了其它类似目的。金属背1009是通过在面板1007上形成荧光膜1008，对荧光膜表面应用镘光过程，以及通过真空淀积在其上淀积铝(Al)而形成。应该注意，当对荧光膜1008使用一种低电压荧光材料时，不使用金属背1009。
此外，为了施加一个加速电压或改善荧光膜的导电率，可以在面板1007与荧光膜1008之间装设例如由ITO(氧化铟锡)制成的透明电极。
参考图4，标号Dx1到DxM，Dy1到DyN，以及Hv表示用于气密结构的电连接端，设置它们是为了使显示板1000与一个电路(后文叙述)电连接。端Dx1到DxM电连接到衬底1001的行布线层1003；端Dy1到DyN电连接到衬底1001的列布线层1004；以及端Hv电连接到面板1007的金属背1009。
为了抽空气密容器，在形成气密容器之后，连接一个排气管及一个不用油的真空泵(两者都未示出)，并且把气密容器抽空到大约为10-7[Torr]的真空。当保持抽空之时，把显示板1000加热到80℃至200℃，并且烘焙大约5小时，以降低有机气体的部分压力。此后，密封排气管。为了在气密容器中保持真空，在密封之前/之后马上在气密容器中预定位置形成一个吸气膜(未示出)。该吸气膜是通过加热或RF加热，使一种例如主要由Ba组成的吸气材料加热和蒸发而形成的膜。吸气膜的吸气作用是保持气密容器中1×10-5到1×10-7[Torr]的真空。在本例中，主要由碳和氢组成并且具有13到200质量数的有机气体的部分压力设定为小于10-8[Torr]。
以上叙述了按照第一实施例的显示板1000的基本布置和制造方法。
其次将叙述制造本实施例显示板1000中所使用的多电子束源的一种方法。对于本实施例图像显示装置中所使用的多电子束源，可以使用任何材料，形状及制造方法的表面传导电子发射器件，只要它是用于一个按简单矩阵来安排表面传导电子发射器件的多电子束源。然而，本发明人发现，在表面传导电子发射器件中，一种由微粒子膜组成一个电子发射部分或其周边部分的表面传导电子发射器件在电子发射特性方面优良，并且能容易制造。因此，这种装置最适合于高亮度，大屏幕图像显示装置所使用的表面传导电子发射器件。在本实施例的显示板中，使用了各有微粒子膜构成一个电子发射部分或其周边部分的表面传导电子发射器件。首先，将叙述优选表面传导电子发射器件的基本结构，制造方法和特性，之后将叙述按简单矩阵来布线许多器件的多电子束源的结构。
由微粒子膜构成一个电子发射部分或其周边部分的表面传导电子发射器件的典型结构包括一种平面型结构和一种梯阶型结构。
首先将叙述平面型表面传导电子发射器件的结构和制造方法。图6A和图6B是用于说明平面型表面传导电子发射器件的结构的平面图和断面图。
参考图6A和图6B，标号1101表示衬底；标号1102和1103表示器件电极；标号1104表示导电薄膜；标号1105表示由带电形成过程形成的电子发射部分；以及标号1113表示由激励过程形成的薄膜。至于衬底1101，可以使用各种玻璃衬底，例如硅玻璃和钠钙玻璃衬底，各种陶瓷衬底，例如铝土衬底，或任何具有绝缘层的衬底，例如由SiO2组成并在其上形成的绝缘层的衬底。器件电极1102和1103由导电材料制成，它们在衬底1101上与其表面平行并且相互对向形成。例如，可以选择和使用下列材料中的一种各种金属，例如Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Cu，Pd和Ag，这些材料的各种合金，各种金属氧化物，例如In2O3-SnO2，以及各种半导体，例如多晶硅。通过结合成膜技术，例如真空淀积，以及图形形成技术，例如照相平版印刷术或蚀刻术，能容易形成器件电极1102和1103，然而，可以使用任何其它方法(例如印刷术)。
器件电极1102和1103的形状按照电子发射器件的应用目的适当设计。通常，电极间距L设计为几百到几百μm范围内一个适当值。用于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d，通常从几百到几μm范围内选择一个适当值。
导电薄膜1104由微粒子膜制成。“微粒子膜”是一种包含许多微粒子(包括岛聚集)的膜。显微镜观察微粒子膜将展现膜中单个微粒子为相互分开，相互邻近，或相互重叠。
微粒子膜中一个粒子具有几到几千范围之内的直径。优选地，直径限于10到200范围之内。微粒子膜的厚度在考虑到下列条件下适当设定器件电极1102或1103电连接所必要的条件，后文将作叙述的带电形成过程所必要的条件，把微粒子膜自身的电阻设定为后文将作叙述的适当值所必要的条件。更准确地说，膜的厚度设定在几到几千范围内，优选地，10到500。
例如，用于形成微粒子膜的材料是各种金属，例如Pd，At，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，Fe，Zn，Sn，Ta，W和Pb，各种氧化物，例如PdO，SnO2，In2O3，PbO和Sb2O3，各种硼化物，例如HfB2，ZrB2，LaB6，CeB6，YB4和GdB4，各种碳化物，例如TiC，ZrC，HfC，TaC，SiC和WC，各种氮化物，例如TiN，ZrN，HfN，各种半导体，例如Si和Ge，以及各种碳。从这些材料中选择一种适当材料。
如上所述，导电薄膜1104是使用微粒子膜而形成，并且该膜的表面电阻设定在103到107[Ω/sq]范围之内。
由于优选地导电薄膜1104与器件电极1102和1103电连接，所以它们安排成相互部分重叠。参考图6A和图6B，从底部开始按以下次序层叠各个部分衬底，器件电极及导电薄膜。该重叠次序从底部开始可以是衬底，导电薄膜及器件电极。
电子发射部分1105是在导电薄膜1104部分处形成的一条裂缝部分。该电子发射部分1105电阻比周边导电薄膜电阻高。该裂缝部分是通过对导电薄膜1104执行带电形成过程(后文将作叙述)而形成。在某些情况下，在裂缝部分之内安排具有几到几百直径的粒子。由于难以精确说明电子发射部分的实际位置和形状，所以图6A和图6B示意表示裂缝部分。
薄膜1113由碳或碳化合物组成，它覆盖电子发射部分1105及其周边部分。薄膜1113是在带电形成过程之后通过后文将作叙述的激励过程而形成。薄膜1113优选地由单晶石墨，多晶石墨，无晶碳，或它们的混合物制成，并且其厚度为500[]或更小，更具体地说，为300[]或更小。由于难以精确说明薄膜1113的实际位置和形状，所以图6A和图6B示意表示薄膜。图6A是表示其中移去薄膜1113部分的器件的平面图。
以上叙述了器件的优选基本结构。在本实施例中，实际上使用下列器件。
衬底1101由钠钙玻璃组成，以及器件电极1102和1103由Ni薄膜组成。器件电极的厚度d为1,000[]，以及间距L为2[μm]。使用Pd或PdO作为用于微粒子膜的主要材料。微粒子膜的厚度和宽度W分别设定为100[]和100[μm]。
其次将叙述制造平面型表面传导电子发射器件的一种优选方法。图7A到图7E是用于说明制造平面型表面传导电子发射器件中步骤的断面图。与图6A和图6B相同的标号在图7A到图7E中表示同样部分，并且将省略它们的详细叙述。
(1)首先，如图7A所示，在衬底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，纯净水和有机溶剂彻底净化衬底1101，并且在衬底1101上淀积一种用于器件电极的材料。至于淀积方法，可以使用真空成膜技术，例如汽相淀积或溅射。此后，淀积的材料用照相平版印刷蚀刻术制成图形。这样，形成图7A中的器件电极对(1102和1103)。
(2)其次，如图7B所示，形成导电薄膜1104。
在形成导电薄膜时，首先对图7A中准备好的衬底1101施加有机金属溶液，然后使所施加的溶液干燥并烧结，从而形成微粒子膜。此后，通过照相平版印刷蚀刻方法，使微粒子膜成为预定形状图形。有机金属溶液意指一种有机金属化合物溶液，它包含一种用于微粒子的材料，用作导电薄膜的主要成分。在本实施例中，Pd用作主要成分。在本实施例中，通过浸渍法执行有机金属溶液的施加，然而，可以使用旋涂法或喷涂法。
作为一种形成由微粒子膜所制成的导电薄膜的方法，本实施例中所使用的施加有机金属溶液能用任何其它方法，例如真空淀积法，溅射法或化学汽相淀积法来替代。
(3)如图7C所示，从一个用于带电形成过程的电源1110对器件电极1102与1103之间施加一个适当电压，并且执行带电形成过程，以形成电子发射部分1105。
这里带电形成过程是一个对由微粒子膜所构成的导电薄膜1104执行起电，以使导电薄膜一部分被适当破坏，变形或降低品质，从而把膜变成适合于电子发射结构的过程。在微粒子膜所构成的导电薄膜中，变成适合于电子发射结构(即电子发射部分1105)的部分在薄膜中有一条适当裂缝。把具有电子发射部分1105的薄膜与带电形成过程之前的薄膜比较，器件电极1102与1103之间的电阻大大增加。
图8表示用于带电形成过程的电源1110所施加的一个适当电压的波形的一例，用于带电形成过程的起电方法将参考图8作详细叙述。在对微粒子膜所构成的导电薄膜的带电形成过程中，优选使用一个脉冲形电压。如图8所示，在本实施例中，以脉冲间隔T4连续施加具有脉冲宽度T3的三角形脉冲。在本例中，三角形脉冲的峰值Vpf按顺序增加。此外，以适当间隔在三角形脉冲之间插入一个监视脉冲Pm，以监视电子发射部分1105的形成状态，并且插入时流通的电流由一个安培计1111测量。
在本实施例中，在10-5[Torr]真空环境下，脉冲宽度T3设定为1[msec]；以及脉冲间隔T4设定为10[msec]。峰值Vpf按每个脉冲0.1[V]增加。每施加5个三角形脉冲，插入一个监视脉冲Pm。为了避免对带电形成过程的相反作用，监视脉冲的电压Vpm设定为0.1[V]。当器件电极1102与1103之间的电阻变成1×106[Ω]时，即在施加该监视脉冲时由安培计1111测量的电流变成1×10-7[A]或更小时，终止用于带电形成过程的起电。
应该注意，以上方法是为本实施例的表面传导电子发射器件所优选。在改变有关表面传导电子发射器件的设计，例如微粒子膜的材料或厚度，或器件电极之间的间距L情况下，用于起电的条件随器件设计的改变而优选地改变。
(4)如图7D所示，其次从激励电源1112对器件电极1102与1103之间施加一个适当电压，并且执行激励过程以改善电子发射特性。
这里激励过程是在适当条件下对带电形成过程所形成的电子发射部分1105执行起电，以便在电子发射部分1105周围淀积碳或碳化合物的过程。图7D以材料1113表示碳或碳化合物的淀积材料。把电子发射部分1105与其激励过程之前比较，在同样施加电压下发射电流典型能增加大约100倍或更大。
激励过程是通过在10-4到10-5[Torr]真空环境中周期性地施加一个电压脉冲，以便淀积从真空环境中存在的有机化合物所得到的碳或碳化合物来执行。淀积材料1113是单晶石墨，多晶石墨，无晶石墨和它们的混合物中任意一种。淀积材料1113的厚度为500[]或更小，优选地，300[]或更小。
为了更详细地说明起电方法，图9A表示激励电源1112所施加的适当电压的波形的一例。在本实施例中，激励过程是通过周期性地施加一个恒定矩形电压来执行。更准确地说，所示矩形电压Vac设定为14[V]；脉冲宽度T5设定为1[msec]；以及脉冲间隔T6设定为10[msec]。应该注意，以上起电条件是制造本实施例的表面传导电子发射器件所优选。当表面传导电子发射器件的设计改变时，这些条件随器件设计的变化而优选地改变。
参考图7D，标号1114表示阳极电极，连接到直流高压电源1115和安培计1116，以捕获从表面传导电子发射器件发射的发射电流Ie。应该注意，当衬底1101在激励过程之前包括在显示板1000中时，显示板1000的荧光表面用作阳极电极1114。当从激励电源1112施加电压之时，安培计1116测量发射电流Ie，以监视激励过程的进展，以便控制激励电源1112的操作。图9B表示安培计1116测量的发射电流Ie的一例。在开始从激励电源1112施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间经过而增加，逐渐达到饱和，并且然后很少增加。在发射电流Ie的基本饱和点，停止从激励电源1112施加电压，并且然后终止激励过程。
应该注意，以上起电条件为制造本实施例的表面传导电子发射器件所优选。当表面传导电子发射器件的设计改变时，这些条件随器件设计的变化而优选地改变。
图7E所示的平面型表面传导电子发射器件按以上方式制造。
以下将叙述另一种典型的表面传导电子发射器件，即梯阶型表面传导电子发射器件，它具有一个由微粒子形成的电子发射部分或其周边部分。
图10是用于说明本实施例的梯阶型表面传导电子发射器件的基本布置的断面图。参考图10，标号1201表示衬底；标号1202和1203表示器件电极；标号1206表示梯阶形成部件；标号1204表示使用微粒子膜的导电薄膜；标号1205表示由带电形成过程所形成的电子发射部分；以及标号1213表示由激励过程所形成的薄膜。该梯阶型器件与上述平面型表面传导电子发射器件不同，即一个器件电极1202是在梯阶形成部件1206上形成，并且导电薄膜1204覆盖梯阶形成部件1206的一个侧面。因此，图6A所示平面型表面传导电子发射器件的器件电极间距L与梯阶型器件的梯阶形成部件1206的梯阶高度Ls相对应。对于衬底1201，器件电极1202和1203，以及使用微粒子膜的导电薄膜1204，可以使用在叙述平面型表面传导电子发射器件时所列举的材料相同的材料。对于梯阶形成部件1206，使用一种电绝缘材料，例如SiO2。
以下将叙述一种制造梯阶型表面传导电子发射器件的方法。图11A到11F是用于说明制造梯阶型表面传导电子发射器件步骤的断面图。与图10相同的标号在图11A到11F中表示同样的部件，并且将省略其详细叙述。
(1)如图11A所示，在衬底1201上形成器件电极1203。
(2)如图11B所示，在结果产生的结构上层叠用于形成梯阶形成部件的绝缘层。对于绝缘层，通过溅射例如形成SiO2层。然而，可以使用别的成膜方法，例如真空淀积或印刷。
(3)如图11C所示，在结果产生的绝缘层上形成器件电极1202。
(4)如图11D所示，例如通过蚀刻移去部分绝缘层，以露出器件电极1203。
(5)如图11E所示，形成使用微粒子膜的导电薄膜1204。为了形成导电薄膜1204，可以使用一种与平面型表面传导电子发射器件相同的成膜方法，例如涂层法。
(6)如平面型表面传导电子发射器件那样，执行带电形成过程，以形成一个电子发射部分(执行与参考图7C已作叙述的平面型表面传导电子发射器件的带电形成过程相同的带电形成过程)。
(7)如平面型表面传导电子发射器件那样，执行激励过程，以在电子发射部分附近淀积碳或碳化合物(执行与参考图7D已作叙述的平面型表面传导电子发射器件的激励过程相同的激励过程)。
按上述方式，制造图11F所示的梯阶型表面传导电子发射器件。
以下将叙述一种多电子束源的结构，其中上述表面传导电子发射器件安排在一个衬底上并且按简单矩阵布线。
图12是表示图4所示显示板1000中所使用的多电子束源的平面图。在衬底1001上安排多个表面传导电子发射器件，它们各有图6A和图6B所示相同的结构。这些器件通过行布线层1003和列布线层1004按简单矩阵布线。在行布线层1003和列布线层1004的交会处，在布线层之间形成绝缘层(未示出)，以便保持电绝缘。
图13是沿图12中直线A-A’所取的断面图。
具有以上结构的多电子束源按以下方式制造。预先在衬底1001上形成行布线层1003，列布线层1004，电极间绝缘层(未示出)，以及表面传导电子发射器件的器件电极和导电薄膜。此后，通过行布线层1003和列布线层1004对各个器件提供电源，以便执行带电形成过程和激励过程，从而制造该多电子束源。
以下将叙述改变表面传导电子发射器件的电子发射特性的过程，这是本实施例的一个特征。在本实施例中，使用上述表面传导电子发射器件的存储功能，即偏移电子发射特性的功能来改变由以上制造方法得到的表面传导电子发射器件的器件特性。使用图14所示电路来施加存储电压或特性偏移电压。
参考图14，标号301表示直流电压源；标号302表示控制电路，它输出时间信号Sc，用于顺序转换多电子束源300的行布线层；以及标号304表示场效应晶体管。控制电路302输出的时间信号Sc使连接到直流电压源301的场效应晶体管304接通/断开，使多电子束源300的行单元中所施加的存储电压通过行布线层施加到各个器件。控制电路302例如有一个时钟发生器和一个冲息多谐振荡器，并且产生用于施加存储电压的脉冲宽度和周期波形。当要使用图14所示电路以实际施加存储电压时，充分执行老炼化直流电压源，以防止行布线层上电压变化。此外，布线层做得尽可能短，以防止包含噪声。在本实施例中，所有列布线层接地。
用于施加存储电压的电路不局限于图14所示电路。通过上述激励装置或一个后文将作叙述的显示驱动电路，能产生一个适当电压。
图15是表示本实施例中所使用的存储电压的波形的图形。
参考图15，存储电压的峰值Vme为15[V]。这个值是在预计了由噪声或驱动电路的温度特性而在驱动电路中引起一个增量之时，根据14[V]的驱动电压而确定。存储电压的脉冲宽度Tm为66.8[μs]，以及脉冲周期Ts为16.6[ms]。对一个器件施加一百个脉冲。这些条件是参考普通电视机的驱动条件而确定。然而，即使在其它条件下亦能偏移特性。
这样，预先对表面传导电子发射器件施加存储电压，并且改变(偏移)和存储器件特性。应用这个过程，在驱动操作中器件特性不重新改变。因此，不同于用于显示装置的现有多电子束源，能防止显示屏的亮度降低，并且能消除显示屏的亮度变化。
在真空环境中执行施加存储电压或特性偏移电压。优选地，真空环境中有机气体的部分压力为1×10-8[Torr]或更小。在许多情况下，真空中留下的有机气体起源于真空排气装置，例如旋转泵或油扩散泵中使用的油蒸气，或起源于表面传导电子发射器件制造过程中使用的有机溶剂的残余。有机气体的例子有链烃，例如烷烃，烯烃和炔烃，芳香烃，醇，醛，酮，胺，酚，有机酸，例如羧酸和磺酸，或上述有机物质的衍生物，更准确地说，丁二烯，n-己烷，1-己烯，苯，甲苯，O-二甲苯，苯基氰，氯乙烯，三氯乙烯，甲醇，乙醇，异丙醇，甲醛，乙醛，丙酮，丁酮，二乙酮，甲胺，乙胺，乙酸，以及丙酸。
以下将叙述在按以上方式制造的显示板上用于执行显示操作的一种电路的布置。
图16是示意表示一种根据NTSC电视信号用于执行电视显示的驱动电路的布置的方块图。
参考图16，标号1000表示显示板；标号102表示扫描电路；标号103表示控制电路；标号104表示移位寄存器；标号105表示行存储器；标号106表示同步信号分离电路；以及标号107表示调制信号发生器。标号Vx和Va表示直流电压源。
以下将叙述各个部件的功能。显示板1000通过端Dx1到DxM，端Dy1到DyN，以及高压端Hv连接到外部电路。对端Dx1到DxM供给扫描信号，用于顺序驱动显示板1000中多电子束源中所安排的表面传导电子发射器件组，即在M×N矩阵中一次一行(N个器件)。对端Dy1到DyN供给调制信号，用于控制扫描信号所选择的一行的各个表面传导电子发射器件的输出电子束。从直流电压源Va对高压端Hv施加一个例如为10[kV]的直流电压。这个直流电压是一个使表面传导电子发射器件输出的电子束获得足够能量以激励荧光体的加速电压。
其次将叙述扫描电路102。扫描电路102包括M个开关装置(图16中用S1到SM示意说明)。各开关装置选择直流电压源Vx的输出电压，或0[V]电压(接地电平)，并且把选择电压电连接到显示板1000的端Dx1到DxM中相应之一上。扫描电路102的开关装置S1到SM根据控制电路103输出的控制信号Tscan来操作。通过结合例如场效应晶体管的开关元件，容易构成开关装置。
本实施例的直流电压源Vx是根据表面传导电子发射器件的特性来设定，以输出7[V]恒定电压。
控制电路103起协调各部分操作的功能，以便根据外部输入图像信号来提供适当显示。根据同步信号分离电路106(下文叙述)送来的同步信号Tsync，控制电路103对各部分产生控制信号Tscan，Tsft和Tmry。各控制信号的定时将在后文参考图21详细叙述。
同步信号分离电路106是一个把同步信号分量和亮度信号分量从外部输入的NTSC电视信号中分离出来的电路。如众所周知，能用一个频分电路(过滤器)容易构成同步信号分离电路。如众所周知，由同步信号分离电路106分离的同步信号包括一个垂直同步信号和一个水平同步信号。为了叙述方便，这些信号表示为信号Tsync。
为了叙述方便，从电视信号中分离出来的图像的亮度信号部分用DATA信号表示。这个DATA信号顺序输入移位寄存器104。移位寄存器104以图像的行为单元把作为串行信号的DATA信号转换成并行信号，并且根据控制电路103送来的控制信号Tsft操作。控制信号Tsft可以称为移位寄存器104的移位时钟。串行/并行转换的一行图像数据(对应于N个电子发射器件的驱动数据)以N个并行信号Id1到IdN从移位寄存器104输出。
行寄存器105是一个把一行图像数据存储一段必要时间的存储器。行存储器105按照控制电路103送来控制信号Tmry适当存储Id1到IdN的内容。行存储器105存储的内容以I’d1到I’dN输出，并且输入到调制信号发生器107。调制信号发生器107是一个按照图像数据I’d1到I’dN，用于适当调制和驱动各表面传导电子发射器件的信号源。调制信号发生器107的输出信号通过端Dy1到DyN供给显示板1000中表面传导电子发射器件。
以上叙述了图16所示各个部分的功能。在叙述整个操作之前，将参考图17到图20更详细地叙述显示板1000的操作。为了说明方便，显示板1000的像素数设定为6×6(即M＝N＝6)。然而很显然，实际使用的显示板1000具有大得多的电子发射器件(像素)数。
图17是表示一个多电子束源的电路图，其中表面传导电子发射器件按6×6矩阵布线。在图17中，为了叙述方便，各个器件的位置用(X，Y)坐标表示D(1，1)，D(1，2)，…，以及D(6，6)。
当要通过驱动这种多电子束源来显示一幅图像时，图像以平行于X轴的行(排)为单元顺序形成。为了驱动与一行图像相对应的电子发射器件，在端Dx1到Dx6中，对与显示行相对应行的端施加0[V]电压，并且剩余端施加+7[V]电压。与这个操作同步，调制信号发生器107输出的调制信号按照行的图像图形供给端Dy1到Dy6。
将叙述一个例子，其中显示如图18所示的图像图形。为了叙述方便，图像图形的光发射部分的亮度相互相等，并且例如对应于100[ft.L]。在显示板1000中，一种已知的P-22用作荧光体，加速电压为10[kV]，图像显示的重复频率为60[Hz]，并且具有以上特性的表面传导电子发射器件用作电子发射器件。在本例中，14[V]的电压合适。这个电压在各个参数改变时改变。
对图18所示图像，将叙述对于第三行的光发射的期间。图19是表示当从图像的第三行发光时，通过端Dx1到Dx6和端Dy1到Dy6施加于多电子束源的电压值的视图，如图19明显可见，在第三行的D(2，3)，D(3，3)和D(4，3)处的表面传导电子发射器件的各对电极之间施加14[V]电压，以便输出电子束。除以上三个器件外，其它电子发射器件的各对电极之间施加+7(＝14-7)[V](图19中阴影线器件)或0(7-7)[V](图9中白色器件)电压。7V或0V电压等于或小于表面传导电子发射器件的电子发射阀值电压(14V)，因此从这些器件中无电子束输出。
同样对剩余行，按照图18所示显示图形，以类似方式按行为单元驱动该多电子束源，从而执行显示操作。图20是按时间序列显示这个驱动操作的时间图。
如图20所示，当多电子束源从第一行顺序驱动时，能实现没有闪烁的图像显示。为了改变显示图形的光发射亮度，即增加(减少)亮度，使施加于端Dy1到Dy6的调制信号的脉冲宽度变大(变小)。应用这个操作，能够实现调制。
以上叙述了使用6×6像素的多电子束源的显示板100的驱动方法。以下将参考图21的时间图叙述图16所示装置的整个操作。
参考图21，(1)表示由同步信号分离电路106从外部输入的NTSC信号中分离出来的亮度信号DATA的定时。如图21所示，DATA信号按照第一行，第二行，第三行，…的次序顺序发送。与这个操作同步，如图21中(2)所表示那样，移位时钟Tsft从控制电路103输出到移位寄存器104。当与移位时钟Tsft同步在移位寄存器104中累积了一行的图像数据时，存储器写信号Tmry在图21中(3)所表示的定时处从控制电路103输出到行存储器105，以便在行存储器105中存储并保存一行(N个器件)的图像数据。结果，作为行存储器105的输出信号的I’d1到I’dN的内容在图21中定时(4)改变。
从另一方面来说，用于控制扫描电路102的操作的控制信号Tscan的内容由图21中定时(5)表示。更准确地说，当要驱动第一行时，扫描电路102中只有开关装置S1施加了0[V]电压，并且剩余开关装置施加了7[V]电压。当要驱动第二行时，只有开关装置S2施加了0[V]电压，并且剩余开关装置施加了7[V]电压。这种方式适用于所有行，并且操作受控制。与这个操作同步，与各行对应的调制信号在图21中定时(6)从调制信号发生器107输出到显示板1000。
虽然在以上叙述中没有具体规定，但是移位寄存器104和行寄存器105可以或是一种数字信号类型，或是一种模拟信号类型，只要图像信号的串行/并行转换或存储是以预定速度和定时执行。就数字信号类型来说，同步信号分离电路106的输出信号DATA必须转换成数字信号。这个处理通过在同步信号分离电路106的输出部分安排一个A/D转换器能容易实现。
应用上述操作，能够使用显示板1000执行电视显示。
图22表示按照本发明第二实施例的一种彩色图像显示装置的典型布置的部分剖视图。
参考图22，在一个衬底201上平行安排大量发射器件(例如，由本申请人提交的日本公开专利No.1-31332)。各发射器件的两端由布线层连接，并且把具有许多这种行的衬底201固定在一个后板202中。此后，在衬底201之上安排各有多个电子通孔205的栅极206，以便与电子发射器件的直线校准方向垂直。通过一个支架211在衬底201之上大约5mm部分处安排一个面板210(通过在玻璃衬底207的内表面上形成一个荧光膜208和一个金属背209而构成)。对面板210，支架211，以及后板202的接合部分施加熔结玻璃，并且在大约400℃到500℃的空气或氮气环境中烧结10分钟或更长时间，从而密封连接各个部分。后板202也用熔结玻璃固定到衬底201上。
参考图22，标号204表示电子发射部分。如上所述，在本实施例中，面板210，支架211，以及后板202形成一个包封212。安排后板202主要是为了加强衬底201。如果衬底201自身具有足够强度，可以省略后板202。在这种情况下，支架211可以直接密封到衬底201上，并且包封212可以由面板210，支架211，以及衬底201构成。
面板210的荧光膜208是由称为黑条的黑色导电材料213(图5A)和荧光体214所形成。设置黑条的目的是为了通过把彩色显示所必要的三种原色荧光体之间的涂层部分变黑，使颜色混合或其它情况变得更不明显，以及为了抑制外部光反射在荧光膜208处所引起的对比度的降低。在本实施例中，沿电子发射器件的直线校准方向(即与栅极206垂直的方向)使用和安排条形荧光体(图5A)。预先形成黑条，并且在黑条之间应用各个彩色荧光体，由此形成荧光膜208。
一种主要成分是一般石墨的物质用作构成黑条的材料，而且可以使用任何一种材料，只要它导电且几乎不允许光穿过或反射。至于用荧光体给玻璃衬底207涂层的方法，对单色显示可以使用沉淀法或印刷法。然而，在本实施例中，对彩色显示使用一种淤浆法。当然，即使对彩色显示当使用印刷法时，亦能得到类似的涂膜。
金属背209通常设置在荧光膜208的内表面。设置金属背209的目的是为了对面板210侧通过镜反射从荧光体发射并向该内表面传播的部分光来增加亮度，为了把金属背209用作一个用于施加电子束加速电压的电极，为了防止与包封212中产生的负离子相碰撞而使荧光体损坏，以及为了其它类似目的。金属背209是通过形成荧光膜208，对荧光膜208的内表面应用镘光过程(通常称为成膜)，以及用真空淀积在其上淀积铝(Al)而形成。为了增加荧光膜208的导电性，有时在荧光膜208的外表面上形成一个透明电极(未示出)。在本实施例中，省略了透明电极，因为金属背209足以得到足够的导电性。在密封连接面板210，支架211，以及后板202的接合部分时，必须实现充分定位，因为对彩色显示，各色荧光体214和电子发射器件110必须制成相对应。
按以上方式形成的玻璃容器由真空泵通过排气管抽空(未示出)。在达到足够真空之后，通过外部端Dr1到DrM及DL1到DLM，在器件电极203之间施加一个电压，从而执行带电形成过程。应用这个过程，形成电子发射部分204，并且在衬底201上形成电子发射器件204。用一个煤气灯在大约10-6Torr真空环境中加热排气管(未示出)，以熔焊排气管，从而密封包封212。最后，执行一个吸气过程以在密封之后保持真空。这是一个在密封之前/之后马上用电阻加热或RF加热来加热图像显示装置中预定位置处的一个吸气膜(未示出)而形成淀积膜的过程。吸气膜主要由Ba构成。吸气膜的吸收作用保持真空。
在按以上方式形成的图像显示装置中，通过外部端Dr1到DrM及DL1到DLM对电子发射器件施加电压，从而使各电子发射部分204发射电子。发射的电子穿过调制电极206的电子通孔，并且由一个通过高压端Hv施加于金属背209或一个透明电极(未示出)的几kV或更高的电压加速，以便电子轰击荧光膜208。应用这个操作，荧光膜被激励发光。当按照图像数据的电压通过外部端G1到GN施加于调制电极206时，穿过电子通孔的电子束控制以显示一幅图像。
在本实施例中，各有多个大约50μm直径的电子通孔205的调制电极206通过一个用作绝缘层的SiO2层(未示出)安排在衬底201之上大约10μm处。当施加6kV加速电压时，通过50V或更小的调制电压能控制电子束的接通/断开。
图23是表示施加于调制电极206的栅极电压VG与流到荧光膜208的荧光体表面电流之间关系的曲线图。在栅极电压VG增加到某个阀值电压VG1或之上时，荧光体表面电流开始流通。当栅极电压VG进一步增加时，荧光体表面电流单调增加，并且如图23所示，最终在栅极电压VG2或之上时饱和。
虽然包括各部分材料的细节不局限于上述那些，并且可以按照图像显示装置的应用目的来选择，但是上述布置是制造图像显示装置所必要的。
以上叙述了第二实施例的显示板的基本布置和制造方法。同样在第二实施例中，对表面传导电子发射器件施加一个存储电压，以便在驱动操作之前使特性偏移到噪声安全区域。其时例如真空环境和其它类似条件与第一实施例中条件相同。
按以上过程制造的显示板连接到一个用于电视显示的驱动电路，并且加以驱动。不同于现有技术，看不到由表面传导电子发射器件的特性变化所引起的显示亮度的急剧变化。
关于第二实施例的驱动电路的主要布置，调制信号发生器的输出电压设定为适合于栅极调制的电压，并且连接到端G1到GN。设定扫描电路102的输出电压，以便扫描电压＝14.0[V]，且不扫描电压＝0[V]，并且连接到端DL1至DLM。端Dr1到DrM总设定为0[V]。
图24是表示一个多功能显示装置的例子的方块图，其能够在一个使用表面传导电子发射器件作为电子发射器件的显示板1000上显示从各种图像信息源，例如电视广播，所提供的图像信息。显示板1000设置一个如第一和第二实施例所述那样预先偏移了电子发射特性的表面传导电子发射器件。
参考图24，标号1000表示显示板；标号2101表示显示板的驱动器；标号2102表示显示板控制器；标号2103表示多路调制器；标号2104表示译码器；标号2105表示输入/输出接口电路；标号2106表示CPU；标号2107表示图像发生器；标号2108到2110表示图像存储器接口电路；标号2111表示图像输入接口电路；标号2112和2113表示电视信号接收部分；以及标号2114表示输入装置。
当本例显示装置收到一个信号，例如包括视频信息和声频信息两者的电视信号时，当然同时使视频图像和声音再生。将省略叙述与声频信息的接收，分离，处理和存储有关的电路和扬声器，因为这些部分与本发明的特点不直接有关。以下将按照图像信号流叙述各部分的功能。
电视信号接收部分2113是一个用于接收由无线传输系统，例如电波传输或空间光通信所传输的电视图像信号的电路。对所接收的电视信号的标准没有特别限制，并且可以使用NTSC，PAL和SECAM标准中任何一种。此外，就利用该显示板适合于大显示屏和大量像素的优良特点来说，包括大量扫描行的电视信号(例如，一种由MUSE标准所表示的用于所谓高清晰度电视的信号)是一种优选信号源。由电视信号接收部分2113接收的电视信号输出到译码器2104。
电视信号接收部分2112是一个用于接收由电缆传输系统，例如同轴电缆系统或光纤系统所传输的电视图像信号的电路。与电视信号接收部分2113相同，对所接收的电视信号的标准没有特别限制。由电视信号接收部分2112接收的电视信号也输出到译码器2104。图像输入接口电路2111是一个用于接收从图像输入装置，例如电视摄像机或图像读出扫描器所提供的图像信号的电路。接收的图像信号输出到译码器2104。
图像存储器接口电路2110是一个用于接收视频磁带录像机(后文省略为VTR)中存储的图像信号的电路。接收的图像信号输出到译码器2104。图像存储器接口电路2109是一个用于接收视盘中存储的图像信号的电路。接收的图像信号输出到译码器2104。图像存储器接口电路2108是一个用于从一个装置，例如存储静止画面图像数据的静止画面图像盘来接收图像信号的电路。接收的静止画面图像数据输出到译码器2104。输入/输出接口电路2105是一个用于把本例显示装置连接到外部计算机，计算机网络，或输出设备，例如打印机的电路。按需要，在成像装置的CPU2106与一个外部装置之间，输入/输出接口电路2105不仅输入/输出图像数据或字符数据/图形信息，而且能输入/输出控制信号或数字数据。
图像发生器2107是一个根据从外部通过输入/输出接口电路2105输入的图像数据或字符/图形信息，或从CPU2106输出的图像数据或字符/图形信息，用于产生显示图像数据的电路。这个电路包括用于产生图像数据所必要的各种电路，这些电路包括一个用于累积图像数据或字符/图形信息的可写存储器，一个存储与字符码相对应的图像图形的只读存储器，以及一个用于执行图像处理的处理部分。由这个电路产生的显示图像数据输出到译码器2104。然而，按需要，显示图像数据能通过输入/输出接口电路2105输出到外部计算机网络或打印机。
CPU2106主要执行与显示装置的操作控制，以及与显示图像的产生，选择和编辑有关的操作。例如，对多路调制器2103输出一个控制信号，从而适当选择或组合要在显示板上显示的图像信号。其时，按照要显示的图像信号，对显示控制器2102产生一个控制信号，从而适当控制显示板的操作，包括帧显示频率，扫描方法(例如，隔行扫描或不隔行扫描)，以及一帧中扫描行数。此外，CPU2106直接对图像发生器2107输出图像数据或字符/图形信息，或通过输入/输出接口电路2105访问外部计算机或存储器，以输入图像数据或字符/图形信息。
CPU216可以操作用于其它目的。例如，与个人计算机或文字处理机相同，CPU2106可以直接与产生或处理信息的功能相联合。选择地，如上所述，CPU2106可以通过输入/输出接口电路2105连接到外部计算机网络，以便与外部装置协作，例如执行数值计算。
输入装置2114由用户用来对CPU2106输入指令，程序或数据。除键盘和鼠标外，还可使用各种输入装置，例如操纵杆，条型码读出器，语声识别装置。
译码器2104是一个把电路2107到2113输入的各种图像信号反转换成三种原色信号，或亮度信号和I及Q信号的电路。如图24中虚线所示，译码器2104优选地包括一个图像存储器，以便能处理要求一个存储器以用于反转换的电视信号，例如MUSE信号。图像存储器使静止画面图像的显示变得方便。此外，图像存储器能够使图像处理，包括减少，添加，放大，缩小和拼接变得方便，并且能够与图像发生器2107和2106协作编辑图像数据。多路调制器2103根据CPU2106输入的控制信号适当选择显示图像。更准确地说，多路调制器2103从译码器2104输入的反转换图像信号中选择希望的图像信号，并且把选择的图像信号输出到驱动器2101。这样，多路调制器2103能实现所谓多窗口电视，其中屏幕被分成多个区域，以便在一帧显示时段内通过选择性地转换图像信号，在各个区域中显示多幅图像。显示控制器2102是一个根据CPU2106输入的控制信号，用于控制驱动器2101操作的电路。
对于显示板的基本操作，显示控制器2102对驱动器2101输出用于控制显示板的驱动电源(未示出)的操作顺序的信号。关于驱动显示板的方法，显示控制器2102对驱动器2101输出一个用于控制帧显示频率或扫描方法(例如，隔行扫描或不隔行扫描)的信号。按需要，显示板控制器2102对驱动器2102输出一个与图像质量调节，包括图像的亮度，对比度，色调和锐度有关的控制信号。
驱动器2101是一个用于产生供给显示板1000的驱动信号的电路。驱动器2101根据多路调制器2103输入的图像信号和显示板控制器2102输入的控制信号来操作。
以上叙述了各部分的功能。在本例中，具有图24所示布置的显示装置能在显示板1000上显示从各种图像信息源输入的图像信息。更准确地说，包括电视广播信号的各种图像信号经受译码器2104的反转换，由多路调制器2103适当选择，并且输入驱动器2101。
显示板控制器2102按照要显示的图像信号，产生一个用于控制驱动器2101的操作的控制信号。驱动器2101根据图像信号和控制信号，对显示板1000供给驱动信号。应用这个操作，在显示板1000上显示一幅图像。操作系列由CPU2106集中控制。
本例的这个显示装置不仅与译码器2104中包括的图像存储器，图像发生器2107，以及CPU2106相联合，显示从多个图像信息中选择的图像数据，而且还能对所显示的信息执行图像处理，包括放大，缩小，旋转，移动，边缘加重，减少，添加，颜色转换，以及纵横比转换，并且还能执行图像编辑，包括拼接，删除，合并，替换，以及插入。虽然在本例叙述中没有特别指出，但是对于图像处理和图像编辑，可以安排专门用于声频信息处理和编辑的电路。
本例的显示装置能实现各种装置的功能，这些装置例如有电视广播显示装置，远距离通信会议终端装置，用于静止画面和移动画面的图像编辑装置，事务终端装置，例如计算机终端或文字处理机，游戏机，以及其它类似装置。因此，本显示装置对于工业和私人使用具有广泛的应用范围。
图24仅表示在显示板中使用表面传导电子发射器件作为电子源的显示装置的布置一例，当然，显示装置不局限于这种布置。例如，在图24所示的组成部分中，可以省略与应用目的所不需要的功能有关的电路。相反地，组成部分可以按照应用目的添加。当本例显示装置用作视频电话机时，优选地，可以添加一个电视摄像机，一个传声器，一个照明装置，一个包括调制解调器的发射/接收电路。
由于本例显示装置使用表面传导电子发射器件作为它的电子源，所以能实现低断面显示板，因此能减小显示装置的深度。此外，由于使用表面传导电子发射器件作为电子源的显示板能容易扩大，并且它具有高亮度和宽视角，所以成像装置能真实地和印像深刻地显示生动图像。
本发明能应用于由多个装置，例如一个主计算机，一个接口和一个打印机所构成的系统，或应用于一个包括单个装置的装置。此外，本发明还适用于一种情况，即本发明是通过对一个系统或装置提供程序而得到实现。在这种情况下，存储按照本发明的程序的存储器中介构成本发明。系统或装置按预先限定方式通过把程序从存储器中介读出到系统或装置而加以操作。
如上已经叙述，按照本发明，能防止驱动操作期间亮度降低或亮度变化，这里亮度降低或亮度变化是在把使用多个表面传导电子发射器件的多电子束源应用于一个图象显示装置时所引起。
由于在不违反其精神和范围下可以实现本发明的许多明显大不相同的实施例，所以不用说，除附加权利要求限定之外，本发明不局限于其特定实施例。
权利要求
1.一种电子发生装置，包括多个表面传导电子发射器件，按矩阵安排在一个衬底上，其中对所述多个表面传导电子发射器件预先施加一个电压脉冲，其值比正常驱动电压的最大值和可能进入所述表面传导电子发射器件的噪声电压之和所对应的电压值要大。
2.按照权利要求1的装置，其中所述表面传导电子发射器件安排在一个真空容器中，其中有机气体的部分压力不大于10-8Torr。
3.按照权利要求1或2的装置，其中所述多个表面传导电子发射器件通过行布线层和列布线层按矩阵按两维来安排和连接。
4.按照权利要求1到3中任何一个的装置，其中脉冲电压的值是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。
5.按照权利要求1或2的装置，其中所述多个表面传导电子发射器件按两维来安排，并且该装置还包括用于调节从所述表面传导电子发射器件所发射的电子束数量的栅电极。
6.一种成像装置，包括一个按照权利要求1到5中任何一个的电子发生装置；以及一个荧光体，它在电子束辐射下激励并发光。
7.一种制造一个电子发生装置的方法，该电子发生装置具有一个多电子束源，其中安排多个表面传导电子发射器件，以及驱动装置，用于根据输入图象信号对所述多电子束源施加一个驱动电压，该方法包括预先对所述多个表面传导电子发射器件施加一个特性偏移电压，其值比驱动电压的最大值和所述驱动装置产生的噪声电压之和所对应的电压值要大。
8.按照权利要求7的方法，其中在一个有机气体的部分压力不大于10-8Torr的环境中施加特性偏移电压。
9.按照权利要求7和8中任何一个的方法，其中特性偏移电压是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。
10.一种制造一个成像装置的方法，该成像装置在一个电子发生装置之上具有一个在电子束的辐射下激励并发光的荧光体，该方法包括使用按照权利要求7到9中任何一个的制造所述电子发生装置的一种方法。
11.一种调节一个电子发生装置的方法，该电子发生装置包括一个多电子束源，其中安排多个表面传导电子发射器件，以及驱动装置，用于根据输入图象信号对所述多电子束源施加一个驱动电压，该方法包括预先对所述多个表面传导电子发射器件施加一个特性偏移电压，其值比驱动电压的最大值和所述驱动装置产生的噪声电压之和所对应的电压值要大。
12.按照权利要求11的方法，其中在一个有机气体的部分压力不大于10-8Torr的环境中施加特性偏移电压。
13.按照权利要求11和12中任何一个的方法，其中特性偏移电压是驱动电压的最大值的1.05到1.5倍。
14.一种调节一个成像装置的方法，该成像装置在一个电子发生装置之上具有一个在电子束的辐射下激励并发光的荧光体，该方法包括使用按照权利要求11到13中任何一个的调节所述电子发生装置的一种方法。
全文摘要
一种几乎不受驱动电压变化影响的电子发生装置，一种使用该电子发生装置的成像装置，以及一种制造和调节这些装置的方法。一个多电子束源(300)的行布线层由一个控制电路(302)顺序有选择地控制，并且施加了一个脉冲电压，其值是一个直流电压源(301)输出的正常驱动电压的最大值1.05到1.5倍。多电子束源(300)的所有表面传导电子发射器件的特性被偏移到高电势侧。
文档编号G06F3/00GK1159070SQ9612157
公开日1997年9月10日 申请日期1996年12月18日 优先权日1996年1月16日
发明者藤井明, 鲈英俊, 山口英司 申请人:佳能株式会社