CN1122049A - 电子束装置和图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

在一种电子束装置中包括一个外壳，在该外壳中设置了一个具有在相反极性电极之间的电子发射区的电子发射器件，该电子发射器件呈现这样的特性，即发射电流是相对器件电压单值地被确定的。其外壳的内部维持在一种有效阻止所述电子发射器件结构改变的气氛中。一种图象形成装置包括一个外壳，在该外壳中设置了电子源及图象形成部分，该电子源包括上述电子发射器件。发射电流稳定并且发射的电子量的变化很小，产生出清晰的图象并具有高对经度，及易于进行色调控制。

Description

电子束装置和图像形成装置
本发明涉及到一种象显示装置这样的图像形成装置和电子束装置，其中在显示装置中使用该电子束装置。
在此之前，两种类型的电子发射器件是已知的，即热电子源和冷阴极电子源。冷阴极电子源包括场发射型(以后缩写为FE型)，金属/绝缘层/金属型(此后缩写为MIM型)，和表面导电型(此后缩写为SCE)等等的电子发射器件。
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)的电子物理发展上的“场发射”上，以及C.A.Spindt，“具有钼锥的薄膜场发射阳极的物理性能”，J.Appl.Phys，47，5248(1976)。
MIM型器件的例子被描述在如，C.A.Mead“沟道发射放大器”J.Appl.phys.32，646(1961)上。
表面导电电子发射器件的例子被描述在如M.I.Elinson所著10，(1965)期的电子物理无线电工程上。
表面导电电子发射器件利用这样的现象，即当在一块衬底上形成小面积的薄膜以及提供电流平行地流到该薄膜表面时，从中发射电子。就这样的表面导电电子发射器件而论，已有报道，例如，如上所引证的Elinson采用的Sno2薄膜的一种，使用Au薄膜的一种[G.D：Differ：“薄固态膜”，9，317(1972)]，使用In2O3/SnO2薄膜的一种[M.HARTWELLAND C.G.Fonstad，“IEEE Trans.ED.Conf.”519(1975)]，和使用碳薄膜的一种[日立公司等“真空”第26卷第1期第22页(1983)]。
作为那些表面导电电子发射器件的典型构造，图25表示了在上述引证文献中由M.Hartwell拟用的器件构造。在图25中，标号1代表的是绝缘衬底，2是用来形成电子发射区的薄膜，例如，该薄膜由金属氧化薄膜组成，该金属氧化薄膜用溅射成H型结构形成。利用赋能工艺形成电子发射区3，即流过电流，上述赋能工艺称之为成形(以后再述)。4将在此被看作为包括电子发射区的薄膜。在图中由L1和W表示的尺寸分别被设定到0.5—1mm和0.1mm。因为其位置和形状不定，所以原理性地示出电子发射区3。
在那些表面导电电子发射器件中。至今一般是在开始电子发射之前的形成电子发射区3之前使形成薄膜2的电子发射区承受称为形成的赋能工艺。语术“成形”意味着施加PC电压或以如1V/分的速率很慢地提高的电压，上述电压跨接在形成薄膜2的电子发射区来使之局部破坏、变形成变性，由此形成电子发射区3，该已区转变成高电阻状态。电子发射区3从裂纹附近发射电子，该裂纹产生在形成薄膜2的电子发射区的一部分上。
形成包括电子发射区3的电子发射区形成薄膜2在此被看成薄膜4，上述电子发射区是通过成形工艺成形的，该薄膜4包括电子发射区。在成形工艺之后的表面导电电子发射器件中，把电压施加给电子发射区从而提供器件电流，上述电子发射区包括薄膜4。于是从电子发射区3中发射电子。
上述表面导电电子发射器件结构简单并容易制造，因此有这样的优点，即能把多个器件构成具有大面积的阵列。所以，已经研究了利用这种优点的各种使用。应用的例子是电子束装置，如充电束源和电子束加工装置，和显示器件。
作为把多个表面导电电子发射器件构成阵列的例子，有这样一种电子源，其中表面导电电子发射器件被平行地排列，器件的两端用各自导线互连，从而形成阵列的一行，和多个行，并排列成列阵。(如见日本专利申请未公开第No64—31332)。在象图象显示器件，尤其是使用液晶的平板显示器件的图像形成装置的领域中，替换CRT已在最近变得普及了。但它们不是发射型的并具有要求背光或类似的问题。所以，已要求研究自发光器件。一种这样的图像形成装置是一各自发光型的，其中具有多个表面导电电子发射器件到阵电子源和荧光物质相互结合形成一显示器件，上述荧光物质根据从电子源中发射出的电子撞击辐射出可见光，上述自发光型器件制造相对容易，并当给予大屏尺寸时有良好的显示质量(如见US NO5066，883)。
在由多个表面导电电子发射器件组成的普通电子源中，器件中所要求的那个用导线、控制电极、和适当的驱动信号的结合来加以选择，上述所要求的那个是用来使荧光物质辐射光来发射电子的那个器件，上述导线(看成行方向导线)把平行排列的多个表面导电电子发射器件的两端互连，上述控制电极(称为栅极)被配置在电子源和荧光物质之间的空间上位于与行方向导线垂直的方向上，上述驱动信号施加给行方向导线和栅极(如见日本专利申请未公开第1—283749号)。
在真空下处理该电子发射器件，但在真空下该表面导电电子发射器件的电子发射特征的详细情况仍不够清楚。
现就上述普通表面导电电子发射器件和利用那些器件的图像形成装置等导致的问题做一说明。
问题1
如果在维持真空的图像形成装置或外壳中使普通电子发射器件不被驱动的话，电子发射器件的电特性(电流—电压)被改变，从器件来的发射电流瞬时增加。发射电流的变化率决定于器件被搁置不驱动(即持续时间Standing time)期间的时间段、真空环境(真空度和残余气体的种类)、驱动电压等。
问题2
在普通电子发射器件中如果施加给器件的电压脉宽变化，则发射电流改变，所以用脉宽控制发射的电子量是困难的。
问题3
在普通电子发射器件中，如果改变施加给器件的电压值的话，其电特性改变，并且发射电流也相应变化。因此用电压值控制的发射的电子量是困难的。
问题4
当把有问题1的普通电子发射器件用于图像形成装置中时，因为电子束强度上变化，所形成的图像的对比度和清晰被降低，特别是，当所形成的图像是一荧光图像时，荧光图像的亮度和颜色被改变。
问题5
当把具有问题2和3的普通电子发射器件用在一图像形成装置中时，用施加给器件的电压或电压脉宽控制电子束强度上的困难使得获得形成图像的色调控制困难。特别是，当所形成的图象是一荧光图像时，控制该荧光图像的亮度和颜色是困难的。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种电子发射器件和电子束发生器，在此，发射电流是稳定，根据器件被搁置不驱动的期间的时间段和真空环境在所发射的电子量上有很小的变化。本发明的另一个目的是提供一种图像形成装置，该装置能以高对比度生产出清晰图像，特别是这样一种图像形成装置，它能形成在亮度上变化小的发光图像。本发明的又一个目的是提供一种这样的图像形成装置，它容易进行色调控制，尤其是，一种容易控制发光图像的亮度和颜色的图像形成装置。
由以下综合的本发明完成上述目的。
就本发明的一个方面上讲，提供一种电子束装置，它包括一外壳，它在外壳内配置有一电子发射器件，该器件具有在相对电极之间的电子发射区，其中该电子发射器件是呈现出这样的特性，即发射电流根据器件电压而单值地被确定。
就本发明的另一方面而言，提供一种电子束装置，它包括一外壳，在外壳内配置有一电子发射器件，该器件具有在相对电极之间的电子发射区，其中外壳内部保持在一有效地防止电子发射器件结构变化的环境下。
就本发明的又一方面而言，提供一种图像形成装置，它包括一外壳，在外壳内配置有电子源和图像形成部件，响应输入信号产生图像的装置，其中电子源由一电子发射器件构成，它在相对电极之间有一电子发射区，该电子发射器件呈现这样的特性，即根据器件电压单值地确定发射电流。
就本发明的又另外一方面而言，提供一种图像形成装置，它包括一外壳，在外壳内配置有电子源和图像形成部份，响应输入信号产生图像的装置，其中电子源由一电子发射器件构成，它具有在相对电极之间的电子发射区，外壳内部被保持在有效地防止电子发射器件结构变化作用的环境下。
图1A和1B是根据本发明的实施例和例1到3的平板型表面导电电子发射器件的示意图；
图2A和2C是表示制造根据本发明实施例和例1到3的表面导电电子发射器件方法的连续步骤的示意图。
图3是用于本发明的测试装置的示意图。
图4A和4B是表示成型波的曲线图；
图5是表示以激活工艺时间为函数的器件电流和发射电流的曲线图。
图6是根据本发明一个实施例的垂直型表面导电电子发射器件的示意图。
图7是表示在约1×16-6托(Torr)真空度下典型的I—V特性曲线图。
图8是表示在根据本发明的表面导电电子发射器件中的发射电流对器件电压的特征(I—V特性)。
图9是电子源衬底的示意图，该图表示根据本发明实施例和例4的简单的矩阵排列。
图10是根据本发明实施例和例4的图像成形装置的示意图。
图11A和11B是根据本发明实施例和例4的图像成形装置中荧光薄膜的解释性视图。
图12是表示根据例4的电子源衬底的示意平视图。
图13是根据实施例4沿所示电子源衬底的示意平视图的A—A线剖开的剖面图。
图14A到14D和15E到15H是表示制造根据例4的电子源衬底方法的连续步骤。
图16是根据例5的显示器件的方框图。
图17和18是表示用于根据例6的图像成形装置的电子源衬底的示意图。
图19和22是根据例6的图像成形装置的板构造透视图。
图20和23是用于驱动根据例6的图像成形装置的电路的方框图。
图21A到21F和21A到24I是用来说明根据例6的图像成形装置工作的时间图。
图25是普通的表面导电电子发射器件的示意图。
图26是表面在普通的表面导电电子发射器件中依持续时间变化的发射电流的曲线图。
图27是在普通的表面导电电子发射器件中依脉冲宽度变化的发射电流的曲线图。
图28是在普通的表面导电电子发射器件中发射电流对器件电压(即依器件电压变化的发射电流)的特征的曲线图。
作为多年来深入细致研究的结果，发明人基于这样的发现完成了本发明，即主要由于在一表面导电电子发射器件的表面上和器件周围真空环境中存在的有机材料总量上的变化而改变发射电流和器件电流，以及无需通过把碳化合物，尤其是有机材料的局部压力减少到尽可能小来变化发射电流和器件电流，即可获得稳定的电子发射特性。
下面描述本发明的最佳实施例。
本发明涉及到一种表面导电电子发射器件、电子源和利用该表面导电电子发射器件的图像成形装置的制造方法和结构，以及该电子源和图像成形装置的应用。
表面导电电子发射器件的基本结构被分成平面型和垂直型。
图1A和1B分别是平视图和剖面图，它们表示根据本发明的表面导电电子发射器件的基本结构，现将做根据本发明的该器件的基本结构的说明。
在图1A和1B中，由标号1代表的是衬底，5和6为器件电极，4是包括薄膜的电子发射区，3是电子发射区。
例如衬底1由如石英玻璃具有象Na这样的杂质被减少含量的玻璃、钙钠玻璃和具有通过溅射在其上层造的SiO2的钙钠玻璃制的玻璃衬底制成，或如由氧化铝制成的陶瓷衬底。
以相对关系布置的器件电极5、6可由任一种具导电性的材料制造。电极材料的例子是象Ni、Cr、Au Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd这样的金属或其合金、由象Pd、Ag、Au，RuO2和Pd—Ag或其氧化物、玻璃等组成的印刷导体、象In2O3—SnO2这样的透明导体，以及象多晶硅这样的半导体。
器件电极之间的距离L1在几百个埃到几百个微米的范围上，它取决于作为器件电极制造方法基础的光刻技术，即照射设备和腐蚀方法的性能，以及象加在器件电极间的电压和能发射电子的电场强度这样的器件因素来被设定。最好是，距离L1在几微米到几十微米的范围上。
器件电极的长度W1和薄厚膜度d根据电极的电阻值、如前所述的与X和Y方向导线的连接、构成整个电子源的多个器件的布局中的问题等等来适当地设计。通常，器件电极的长度W1在几微米到几百微米的范围上，器件电极5、6的薄膜厚度d在几百埃到几微米的范围上。
薄膜4包括电子发射区3，薄膜4被设置在器件电极5、6的上面和之间，器件电极以相对关系被配置在衬底1上。该薄膜4不受图1B中所示结果的限制，可以不位于两器件电极5、6之上，上述薄膜包括电子发射区。当形成薄膜2的电子发射区和相对的器件电极5、6以这样的次序被层迭在绝缘衬底1上时出现这种结果。另外，在相对器件电极5、6之间的整个区域根据制造方法可用作为电子发射区。包括电子发射区的薄膜4最好其有几埃到几千埃的范围上的厚度，尤其是10埃到500埃。考虑器件电极5、6的覆盖步骤、电子发射区3上的导电微粒粒度尺寸，赋能工艺(后叙)条件等等来适当设定该膜的厚度。包括电子发射区的薄膜4具有103到107Ω/口的片电阻值。
包括电子发射区的薄膜4材料的特例是这样的金属，象Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pb、象PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3这样的氧化物，象HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4和GdB3这样的硼化物，象TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC这样的碳化物，象TiN、ZrN和HfN这样的镍化物、象Si和Ge、碳.AgMg和NiCu这样的半导体。为了提供良好的电子发射特性薄膜4最好是一种微粒薄膜。
在此所用的术语“微粒薄膜”意思是一种由聚集在一起的许多微粒组成的薄膜，它包括具有微观结构的薄膜，在该结构中，微粒不仅单个地被扩散，而且相互间相邻或交搭(包括岛式状态)。微粒的粒度尺寸在几埃到几千埃的范围上，最好在10埃到200埃的范围。
电子发射区3由许多导电微粒构成，这些导电微粒具有最好在几埃到几千埃，尤其是10埃到500埃范围上的粒度尺寸。电子发射区3的厚度取决于包括电子发射区的薄膜4和包括赋能工艺(后叙)条件的制造方法，并且该厚度被设定在一合适的范围上。电子发射区3的材料与薄膜4的全部材料或部分材料对其每个组成元素讲相同，该薄膜4包括电子发射区。
现作垂直型表面导电电子发射器件的说明，该器件作为本发明表面导电电子装置的另一种型式。图6是根据本发明的垂直型表面导电电子发射器件的示意图。
在图6中，衬底1、器件电极5、6，包括电子发射区的薄膜4以及电子发射区3分别由与上述平面型表面导电电子发射器件所用相同材料制造。利用真空蒸发、印刷、溅射或类似方式以象SiO2这样的绝缘材料形成成型台阶部分21。成型台阶部分21厚度对应上述的平面型导电电子发射器件的器件电极间的距离L1。根据成型台阶部分的制造方法、器件电极间的所加电压和能发射电子的电场强度，成型台阶部分21的厚度通常被设定在几十毫微米到几十微米，最好为几十毫微米到几微米的范围中。
因为在做器件电极5、6和成型台阶段21之后形成包括电子发射区的薄膜4，所以薄膜4被层迭在器件电极5、6之上。虽然电子发射区3如图6中以阴影线所示，但发射区3的形状和位置并不限于描绘这一种，并决定于制造方法，形成工艺中的赋能条件等等。
虽然含有电子发射区的电子发射器件能用各种方式制造，但在图2中示出这些制造方法中的一个例子。应注意，图2中的标号2代表电子发射形成膜，它形成如微粒薄膜。
下面逐一参照图1和2说明制方法。
1)用洗涤剂、纯水和有机溶剂充分清洗绝缘衬底1。然后用真空蒸发、溅射或任一其它方法在衬底1上淀积器件电极材料。然后用光刻技术(图2A)在绝缘衬底1表面上形成器件电极5、6。
2)在设置在绝缘衬底1的器件电极5、6之间，通过在整个绝缘衬底1之上涂覆有机金属溶液形成有机金属薄膜，该绝缘衬底1设有电极5、6，然后按原样留下覆层。有机金属溶液是一种有机化合物溶液，作为基本元素它包含象Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pd这样的上述金属中的任一种。在此之后，该有机金属薄膜被加热烘烤，并用剥离或腐蚀来构形，由此形成电子发射区形成薄膜2(图2B)。虽然在此用涂覆有机金属溶液形成有机金属薄膜，但形成方式不局限于涂覆，也可用象真空蒸发、溅射、化学汽相淀积、弥散涂覆、浸渍和旋涂这样的任何其它方法形成该有机金属薄膜。
3)随后，通过把在器件电极5和6之间施加一从电源(未示出)来的脉冲式电压进行称为成形的赋能工艺。由此电子发射区形成薄膜2在其结构上局部被改变，从而形成电子发射区3(图2C)，电子发射区形成薄膜2的一部分被指定为电子发射区3，上述部分是该结构被赋能工艺局部破坏、变形成变化性能的地方。如前所述，发明人通过观测该电子发射区3已经发现该区3由导电微粒构成。
象成形操作或激活操作这样的电处理在一测量(鉴定)装置中进行，该装置示于图3之中，该测量装置将在下面加以说明。
图3是该测量装置的示意图，该装置用来测量如图1所示器件的电子发射特性。在图3中，由1代表的是衬底，5和6为器件电极，4为包括电子发射区的薄膜，3为电子发射区。此外，31是用于把器件电压Vf加给器件的电源，30为用于测量器件电流If的安培表，该电流流过薄膜4，薄膜包括在器件电极4和5之间的电子发射区，34是阳电极，用来接收从器件电子发射区3上发射的发射电流Ie，33是一高电压电源，它用来给阳极34加电压，32是一个安培表，它用来测量从器件的电子发射区3上发射出的发射电流Ie。
为了测量电子发射器件的器件电流If和发射电流Ie，把电源31和安培表30连接到器件电极5、6上，连接到电源33和安培表32的阳电极34被配置在该电子发射区器件上。电子发射器件和阳电极34被放置在一真空设备中，该真空设备是另外必须提供的装置(未示出)象抽空泵和真空表，使得该器件在所要求的真空下被测量和鉴定。抽空泵包括一通常的高真空装置系统，该系统由一叶轮泵和一离心泵组成，还包括一超高真空装置系统，该系统由一吸气泵和一离子泵组成，该离子泵不用油来抽空，这两个系统有选择地被切换。此外，为了测量真空装置中的剩余气体，安装一个四极同步质谱仪。整个真空装置和电子原衬底被加热器(未示出)加热到200℃。
通常用把加给阳电极的电压设定到1KV到10KV的范围上，把阳电极和电子发射器件之间的距离H设定到2mm到8mm的范围上进行测量。
通过施加电压脉冲进行成形处理，该脉冲具有保持恒定的脉冲峰值，或具有增加的脉冲峰值。在图14A中示出了在施加有保持恒定的脉冲峰值的电压脉冲情况中所用电压波形。
在图4A中，T1和T2代表电压波形的脉冲宽度和间隔，它们被分别设定在1微秒到10微秒和10微秒到100微秒范围中。三角波的峰值(即成形期间的峰值)被适当地选择。成形处理在10-5托(Torr)到10-6托级别上的真空环境下进行。
在图4B中示出施加具有增加的脉冲峰值的电压脉冲情况中所用电压波形。
在图4B中，T1和T2代表电压波形的脉冲宽度和间隔，它们被分别设定在1微秒到10微秒和10微秒到100微秒的范围上。三角波的波峰值(即在成形期间的峰值)被以0.1V的步级提高。该成形处理在真空环境下完成。
在电阻值达到1M欧姆时该成形工艺被结束，例如作为施加象约0.1V的电压的结果，在电子发射区形成薄膜2没有局部破坏或变形时和在脉冲间隔T2期间测量器件电流，或者电压被进一步增到驱动电压之后，该成形工艺被结束，该驱动电压被提供以使器件实际上发射电子，在这两种情况下都何以结束该成型工艺。在这方面，电阻值超过1M欧姆时的电压被叫做一个成形电压Vform。
尽管在上述形成电子发射区的步骤中通过在器件电极之间施加一三角脉冲来进行成形工艺，但在器件电极间所加的脉冲不局限于三角波，可以是象矩形波这样的任何其它所要求的波形。脉冲的峰值、宽度和间隔也不局限于上述值，可依据电子发射器件的电阻值等选择所要求的值。使电子发射区令人满意地形成。
4)在成形工艺之后，最好对器件进行激活处理。激活处理意味着这样的一种工艺，在此具有恒定电压峰值的脉冲如同成形工艺一样被反复地施加给器件，但是在例如约10-4到10-5托的真空度下。利用激活工艺，碳和/碳化合物被从存在于真空中的有机材料中淀积，使器件电流If和发射电流Ie有效地变化。
实际上，在测量器件电流If和发射电流Ie的同时完成激活工艺，并且在发射电流Ie饱和时结束。图5表示了器件电流If和发射电流Ie依激活处理时间变化的例子。
作为激活处理的结果，取决于时间和涂覆膜状态的器件电流If和发射电流Ie根据真空度、加到器件的脉冲电压等来改变，上述涂膜靠近薄膜形成，该薄膜被成形处理变形和变性。
在激活工艺中施加的电压通常作为波峰值设定的比成形电压Vfovvn高。例如，它被设定靠近这样的电压值，该电压是有效地驱动器件的电压。
通过FESEM和TEM观察激活工艺之后的器件表面状态，表示出碳和碳化合物被淀积在区域3的一部分上或周围，该区域被成形处理变形和变性。以较高放大率观察发现，碳和/或碳化合物也已淀积在微粒上和其四周。此外，根据相对器件电极的距离，在一些情况中碳和碳化合物被淀积在器件电极上。淀积膜的厚度最好不大于500埃，尤其是不大于300埃。
在激活工艺中淀积的碳和/或碳化合物作为用TEM和Raman分光度测定仪分析的结果鉴定为石墨(包括单晶和多晶形式)和非晶碳(包括非晶性碳和多晶石墨的混合)。
注意到当所加电压提高到接近成形工艺中的驱动电压时，可免去激活工艺。
5)由此制造的电子发射器件在真空环境下以比成形工艺和激活工艺中高的真空度被驱动。在此，比成形工艺和激活工艺中高的真空度的真空环境意味着真空环境在不低于约10-6托的真空度，尤其是在这样真空度下的超高真空环境，即碳/或碳化合物不被相当大量地重新淀积。
因此，能抑制碳/或碳化合物的淀积，使器件电流If和发射电流Ie稳定到一固定等级。
根据本发明的电子发射器件的基本特性，将在下面参照图7加以说明，该器件如上所述被构造和制造。
图7表示发射电流Ie和器件电流If与器件电压Vf之间的关系的典型例子，上述电压是在用图3所示测量装置测出的在一般操作的电压范围上的电压。注意到，由于发射电流Ie比器件电流小很多，所以图7中的曲线图是以随意单位标给的。正如从图7中显而易见的，本电子发射器件具有有关发射电流Ie的三个特性。
第一，当施加的器件电压大于一定值(称为阈值电压，图7中Vth)时，发射电流Ie突然增加，但不会在阈值以下明显检出。因此，本器件是一非线性器件，它对于发射电流Ie有一限定的阈值电压Vth。
第二，发射电流Ie取决于器件电压Vf，所以，发射电流能由器件电压Vf控制。
第三，由阳极电极34吸收的激发电荷取决于施加器件电压Vf期间的时间。因此，由阳极34吸收的电荷量能用施加器件电压Vf期间的时间控制。
另外，器件电流If呈现出这样的特性(称为MI特性)，即它相对于器件电压Vf(在图7中用实线代表)单调地增加，或呈现相对于器件电压Vf的电压控制负电阻特性(称为VCNR特性)，器件电流的这些特性取决于制造方法、测量条件等。VCNR特性呈现的极限电压给定为Vp。特别是，发现当器件在一般的真空装置系统中进行成形处理时，呈现出器件电流If的VCNR特性，并且该特性被很大地改变，这不仅取决于成形工艺中的电气条件和真空装置系统中的真空环境条件，而且也取决于用于测量已经进行成形处理的电子发射器件的真空装置系统中的真空环境条件、电气测量条件(如为获得电子发射器件的电流—电压特性从低值到高值扫描加给器件的电压的扫描率)，和电子发射器件保留维持在真空装置中期间的时间。当器件电流呈现出VCNR特性时，发射电流Ie也表示出MI特性。
器件电流If的单调的增加特性到目前为止已被观测到，这时加到器件的电压相当快地从低值向高值扫描，如在日本申请未审查公开No1—279542中所述的当使器件在普通真空装置系统中进行成形处理的情况。但是，当作为结果的电流值不同于已在超高真空系统中进行成形处理的器件的器件电流If和发射电流Ie时，可断定在两种情况之间器件条件不同。
下面描述普通表面导电电子发射器件的特性，经常在用象离心泵和叶轮泵这样的排空装置把真空装置抽空到约1×10-5托真空度之后驱动该电子发射器件。
图26以曲线方式表示了根据持续时间发射电流Ie和器件电流If上的变化(该特性被看成为“依持续时间的变化”)，这时普通电子发射器件是保留不被驱动时得出的。虽然在绝对值上不同，但实际上发射电流和器件电流以类似方式变化。
正如从图26中显而易见的，发射电流和器件电流在持续时间T之后瞬间增加量(Is—I)取决于象持续时间、真空度、存在于真空中的残余气体和器件驱动电压这样的各种条件，可为约50％。通常，从电子发射器件中发射的电子数量通过改变施加给器件的电压宽度和电压值来改变和调制。
图27以曲线方式表示在普通表面导电电子发射器件中发射电流和脉冲宽度之间的关系。如从图27中显而易见，当脉冲宽度变窄时，发射电流增加。所以在普通的表面导电电子发射器件中，发射的电子量不与脉冲宽度成正比，因此很难用其控制。(这个特性被看成为＂依脉冲宽度的变化)。
图28以曲线方式表示在普通表面导电电子发射器件中发射电流和器件电压之间的关系。通过给器件连续地施加具有脉宽不大于100毫秒的三角波电压直到发射电流饱和来获得发射电流对器件电压的图示特性(即，Ie—Vf特性)。在图28中，表示出当施加给器件14V电压直到发射电流饱和时得出的Ie—Vf特性，以及给器件施加12V电压直到发射电流饱和时得出的Ie—Vf特性。
正如从图28中显而易见的，发射电流对器件电压的特性依据器件电压而变化，并因此很难用其来控制。根据器件电压的变化同样地提供这样的变化。
考虑到上述普通特性做出本发明。换句话讲，发明人已首先发现，由于存在于电子发射器件表面上有机材料量的变化及器件周围真空环境中的变化，能改变发射电流Ie和器件电流If，并发现，通过把有机材料的局部压力减少到尽可能地低相对不变化器器电压来实际上单值的确定发射电流Ie和器件电流If，并且在一般工作电压范围上发射电流Ie和器件流If呈现出单调增加(MI)特性。在这里，真空环境相当于在其中保持真空的一个封闭件(或一真空装置)内的环境。已发现发射电流和器件电流上的变化取决于器件的制造方法。此外，根据电子发射器件的材料、结构和其它性能设定一般的工作电压范围，该范围意味着这样的范围，在该范围上电子发射器件不被电场、热等破坏。
因此，发明人发现当具有各种不稳定性的电子发射器件在用超高真空系统排空后的真空装置中工作时，上述不稳定性是在当工作在一般真空装置时的，该电子发射器件则表现出电子发射特性，该电子发射特性具有根据上述持续时间的很小量的变化、根据脉宽的很小量的变化、以及根据器件电压的很小量变化。还发现电子发射器件的器件电流几乎不受象电压扫描率这样的测量条件的影响，不同于在上述引证的日本专利申请未审查公于No1—279542中公开的电子发射器件。
作为用质谱仪分析特性变化原因的结果，有机材料在真空装置中的部分压力最好不大于1×10-8托，尤其是不大于1×10-10托，同样真空装置中的压力最好不大于5×10-6托，尤其不大于1×10-7托更好的是不大于1×10-8托。用于对真空装置抽气的真空抽气装置可是采用无油型的，使器件特性不受从该装置产生的油的影响。实际上适当的真空抽气装置例如包括一吸气泵和一离子泵。当用超高真空抽气系统对真空装置抽气时，因为吸附在器件表面和真空装置上的有机材料易被抽出，所以特别要求的是在加热电子发射器件和真空装置的同时进行抽气。加热条件可要求设定为80℃到200℃的范围5小时或更多的时间，但不局限于这些值。通过测量有机分子的部分压力来决定有机材料的部分压力，上述分子主要由碳和氢构成，作为用质谱仪分析的然后合计所测分压力的结果上述分子具有10到200的质量。
图8表示了上述本发明的表面导电电子发射器件中发射电流和器件电压之间的关系。
正如从图8中显而易见的，发射电流具有单调的增加(MI)特性，该特性相对于器件电压实际单值地被确定。
然而在普通的电子发射器件上的上述各种不稳定性归因于石墨和多晶碳的微观结构，这是在用呈现微量的有机分子改变器件构造之后在电子发射区上观测到的，或归因于以影响电子发射特性的方式在电子发射区上吸附其有机分子和变性物质。因此可以相信，通过去除哪些有机材料来获得具有很稳定特性的电子发射器件，这些有机材料导致特性变化。
特性变化的上述原因不局限于有机材料，可由任何碳化合物导致类似的特性变化。
从上述整个描述中，本发明的电子发射器件是一很稳定的电子发射器件，该器件的电子发射特性几乎不根据持续时间和真空环境来改变。同样，本发明的电子发射器件是这样一种电子发射器件，因为其电子发射特性不根据驱动电压(器件电压)的脉冲宽度和波形的电压值改变，所以对于控制电子发射量是容易的。
虽然以上已经描了表面导电电子发射器件的基本结构和制造方法，但本发明不局限于根据本发明思想的上述实施例，任何其它的表面导电电子发射器件也可用于电子源象显示装置(后述)这样的图像形成装置，上述表面导电电子发射器件具有上述的三个基本特性，尤其是发射电流具有呈现出根据器件电压单值决定的单调增加的特性。
下面描述本发明的电子源和图像形成装置。
电子源或图像形成装置可通过在衬底上排列多个本发明的表面导电电子发射器件来构成。该电子发射器件能通过多种方法在衬底上排列。利用一种如前面所述与现有技术相关的方法，数个表面导电电子发射器件被平行排列(以行的方向)，并用导线在其两端上互连从而形成电子发射器件行。以大量排列的电子发射器件行，控制电极(称为棚极)被配置在电子源上的空间中与和行向导线垂直的方向排放(称为列)，通过控制器件的驱动电压来完成上述配置。利用下述的另一种方法，Y方向导线的n线被配置在X方向导线的m线上，二者间有交界绝缘层，X方向导线和Y方向导线被连接到对应的表面导电电子发射器件的器件电极对上。后一种情况在此之后将看成为一个简单的矩阵排列。现将详细说明该简单矩阵排列。
利用根据本发明的表面导电电子发射器件的基本特征中的上述三个特征，从该简单矩阵排列的每个表面导电电子发射器件中发射的电子也依据在所加电压高于阈值时施加在相对器件电极之间的脉冲电压的波峰值和宽度来控制。另外，在电压低于该阈值时几乎无电子被发射。基于这些特性，既使当多个电子发射器件被布置成阵列时，也可能选择出任何所要求的那个表面导电电子发射器件，并通过给每个相应器件适当地施加脉冲式电压来响应一个输入信号以便控制从中发射的电子量。
根据上述原则排列的电子源衬底81的结构下面参照图9加以描述，图9表示一个公用的实施例。81代表的是电子源衬底，82为X方向的电线，83是Y方向的导线，84是表面导电电子发射器件，85是连线。表面导电电子发射器件84可以是平面型或垂直型。
在图9中，电子源衬底81由玻璃衬底或前述的类似材料构成。被排列的表面导电电子发射器件84数量和设计中的每个器件的形状根据应用适当地设定。
其次，由DX1，DX2，.....DXm表示的m条X方向导线82由导电金属或类似材料制成，并用真空蒸发印刷、溅射或类似方式在绝衬底81上以所要求的结构形成。设定导线82的材注、薄膜厚度和宽度，使得提供尽可能均匀的电压给所有的众多的表面导电电子发射器件。同样，由DY1、DY2.....DYn表示的n条Y方向导线83由导电金属或材料制成，并用真空蒸发、印刷、溅射或类似方式在绝缘衬底81上以所要求的结构形成，如同X方向导线82。设定导线83的材料、薄膜厚度和宽度，使得给所有众多的表面导电电子发射器件提供尽可能均匀的电压。在m条X方向线82和n条Y方向导线83之间插入有层绝缘层(未示出)，从而使导线82、83相互之间电绝缘，由此构成一矩阵布线(注意m、n每个是正整数)。
未示出的绝缘层由SiO2或类似材料制成，它用真空蒸发、印刷，溅射或类似方法形成所要求的形状，从而覆盖绝缘衬底81的整个或局部表面上，在衬底81上已经形成X方向布线82。适当地设定该层间绝缘层的厚度材料和制造工艺从而能承受m条X方向导线82和n条Y方向导线82相互交叉处的电压差0引出X方向导线82和Y方向导线83来提供外端子。
此外，类似于导线，该表面导电电子发射器件84的各个相对电极(未示出)通过连线85与m条X方向导线82(DX1、DX2，.....，DXm)和n条Y方向导线83(DY1，DY2，.....，DYn)电连接，上述连线85由导电金属或类似物制成并通过真空蒸发、印刷、溅射或类似方式形成。
用于m条X方向导线82、n条Y方向导线83，连线85和相对的器件电极的导电金属或其它材料可以是相同成分元素的一部分或全部，或彼此间不同。特别是，如需要，那些材料可从这些金属中加以选择，即Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd或合金、由这样的金属构成的印刷导体，即Pd、Ag、Au、RuO2和Pd—Ag或其氧化物，玻璃等，象In2O3—SnO2这样的透明导体，和象多晶硅这样的半导体。顺例说说，该表面导电电子发射器件可在绝缘衬底81或层间绝缘层(未示出)上形成。
尽管后者已被详加描述，但X方向导线82与用于提供给一个扫描的一扫描信号发生器(未示出)电连接，以便响应一个输入信号对布置在X方向上的表面导电电子发射器件84的每行扫描。
在另一方面，Y方向导线83与用于提供一个调制信号的调制信号发生器(未示出)电连接，以便响应一个输入信号对布置在Y方向上的表面导电电子发射器件84的每列调制。
此外，施加给每个表面导电电子发射器件的驱动电压作为施加给该器件的扫描信号和调制信号之间的区别电压来提供。
现参照图10和图11A及11B做图像形成装置的说明，在该图像形成装置中如上所述制造的电子源用作为显示和其它目的。图10表示了该图像形成装置的基本结构，图11A和11B每个表示了一个荧光薄膜。
在图10中，81代表的是电子源衬底，在其上面如上所述制造许多表面导电电子发射器件，91是后板，电子源衬底81固定在它上面，96是面板，用在玻璃衬底93的内表面上层迭荧光薄膜和金属背衬95制成，92是支撑框。把熔结玻璃或类似物加到后板支撑框92和面板96之间的接合部之后，在400℃到500℃的大气或氮气下烘烤该组件十分钟或更长时间，来连接接合部，由此制成外壳98。
在图10中，标号3代表图1中的电子发射区，和82、83代表与各个表面导电电子发射器件的器件电极对相连的X方向和Y方向导线。注意当导线用和器件电极同样的材料制造时，与器件电极连接的导线也称之为器件电极。
在图示实施例中，用面板96，支撑框92和后板91构成外壳98。但是，因为设置后板91主要用于加强衬底81强度的目的，所以当衬底81本身有充分强度时，可省去分隔开的后板91。在这种情况下，支撑框92可直接接合并连接到衬底81上，借此由面板96、支撑框92和衬底81制成外壳98。另外可以在面板和后板91之间配置称为隔板的未示出的支撑件，使外壳98有抵抗大气压力的足够强度。
图11A和11B每个表示一荧光薄膜。图10中的荧光薄膜94在单色情况下仅由一种荧光物质组成。在产生彩色图像的情况中，荧光薄膜由黑色导体101和荧光物质102组合来形成，该黑色导体被称为黑色条纹成黑色矩阵(mafrix)，它取决于其中间的荧光物质的排列(图11A和11B)。黑色条纹和黑色矩阵的配置用于三基色的荧光物质之间的间隙变黑，三基色是彩色显示中要求的，从而提供很小的颜色混淆并抑制由外部光在荧光薄膜94上的反射导致对比度上的减小。黑色条纹的材料不局限于作为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，只要它是导电的并具有在光传输率和反射率上的小值即可。
无论图像是单色还是彩色的，在玻璃衬底93上用淀积或印刷方法涂覆荧光物质。
在该荧光薄膜94的内表面上，通常配置有金属背衬95。金属背衬具有通过镜反射光增加亮度的功能，该光线从荧光物质向内侧发射，指向面板96，该金属背衬用作为施加电子束加速电压的电极并防止荧光物质被外壳内产生的带有负离子的碰击破坏。在形成荧光薄膜之后，通过使荧光薄膜的内表面平滑(该步骤通常被称为生膜)然后用真空蒸发把A1淀积在其上来制成金属背衬。
为了增加荧光薄膜的导电性，在某些情况中，在荧光薄膜94的外表面上为面板96提供透明电极(未示出)。
在上述连接之前，因为在彩色的情况下每个颜色中的荧光物质和电子发射器件必须相互间精确地对齐，所以要求以相当小心地对齐各个部件。
通过一抽气管(未示出)对外壳98抽气，从而产生约10-6托的真空，然后牢牢地被密封。在用一般的真空装置系统径抽气管(未示出)对外壳抽气的同时，通过径端子Doxl到Doxm和Doyl到Doyn把电压加到器件电极5和6之间来首先进行成形工艺，上述端子从外壳向外伸出，上述真空装置系统的泵系统包括如一叶轮泵和一离心泵。然后在约10-5托的真空度下进行激活工艺。在这之后，抽气系统被转换到超高真空系统，该系统的泵系统由离子泵或类似不用油的泵组成，外壳在80℃到200℃的温度上被受到烘烤一般足够的时间。结果，由多个电子发射中器件的排列组成的电子源完成了，在上电子发射器件中已形成了电子发射区3。
转换到超高真空装置系统和烘烤意味着确保每个表面导电电子发射器件的器件电流If和发射电流Ie满足一单调增加(MI)特性，该特性与器件电压相关单值地被确定，并对上述实施例不局限于的方法和条件。
此外，为了维持在牢牢地密封之后外壳78中的真空度，可以对外壳进行收气。这个工艺这样来完成，即在密封进行之前或之后马上就利用电阻加热或感应加热对配置在外壳98中的预定位置(未示出)的吸气剂加热，以便形成该吸气剂抽气的膜。该吸气剂通常包含Ba或类似物质作为基本成分。利用抽气膜的吸收作用和超高真空抽气装置的组合，外壳98能维持在1×10-7托高的真空度上。
在由此而完成的本发明的图像显示装置中，电压经过端子Doxl到Doxm和Doyl到Doyl到Doyn施加给所要求的那个电子发射器件，上述端子伸出外壳外面，由此从中发射电子。同时，几KV或更高的高电压被经过高电压端子Hv施加到金属背衬95或透明电极(未示出)上。从而加速电子束来撞击到荧光薄膜94上。结果，激发荧光物质为显示出图像而辐射光。
上述安排是对于制造能适合于显示和其它目的的图像形成装置的最低限度的要求。装置的细节，如部件的材料不局限于上述内容，如要求的话，可以来选择适合用于图像形成装置的材料。
该实施例的图像形成装置是一种高度稳定的图像形成装置，其中取决于持续时间的变化小。同样，该图像形成装置在渐变特性和全色显示特性上是优异的，并具有高对比度。
除了上述图像形成装置以外，本发明还可用于电子束应用装置，该装置包括排列在外壳中的电子发射器件，象电子束绘图装置，电子束焊接装置和电子束测定仪。
下面结合例子更加详细地说明本发明。
[例1]
该例中的表面导电电子发射器件的基本结构相似于图1A及1B的平面图及剖面图所示的结构。
该例的表面导电电子发射器件的制造方法基本上如图2A至2C中所示。
现在参照图1A及1B和图2a至2C来对该例器件的基本结构与制造方法作出说明。
在图1A及1B中，标号1表示一个衬底，5及6表示器件电极，4为包括电子发射区的薄膜，及3表示一个电子发射区。
对于制造方法将参照图1A和1B和图2A至2C以连续的步骤次序来详细描述。
—步骤a：
在一个作为衬底的被清洗过的钙钠玻璃上利用溅射形成一个厚度为0.5微米的氧化硅膜。确定器件电极5，6及它们之间的间隙L1的结构利用覆盖一个光阻材料层(RD—20000N—41，由日立化学有限公司出口)来形成。然后在该步骤中用真空蒸发在衬底1上积沉一个5nm厚的Ti膜及一个100nm厚的Ni膜。利用一种有机溶剂使该光阻层结构溶解并将其除去以便保留沉积的Ni/Ti膜。因此就形成了具有3微米电极间隙L1及300微米电极宽度W1的器件电极5，6。
—步骤b：
然后，为了使一个电子发射区成型薄膜2构成预定形状，将一种通常使用的蒸发掩模覆盖在器件电极上，利用真空蒸发积沉一层厚度为100nm厚的Cr膜并使它由掩模成型。在使用旋转器旋转时，将有机Pd(CCP 4230，由OKuno制有限公司出品)覆盖在其上，并接着在300℃时被加热烘烤10分钟。于是就形成了电子发射区成型薄膜2，并包括作为主要构成份的厚度为10nm及片电阻值为3×104ohms/口的Pd微粒。如前所述，词“微粒膜”在这里意味着＂一种包括许多聚集在一起的微粒的膜，并包括具有在其中微粒不仅是单独扩散的而且彼此相邻或重叠的微结构的膜(包括一种岛状态)。
接着，该Cr膜及电子发射发射区成型薄膜2在烘烤后用一种酸腐蚀剂腐蚀以便形成所需的结构。
作为以上步骤的结果，在衬底1上形成了器件电极5，6，电子发射区成型薄膜2等结构。
—步骤C：
然后，将该器件置入到图3的测量装置中，该装置利用一真空泵被抽真空到达2×10-5Torr的真空度。此后，将一电压从电源31供给到器件电极5，6之间，以便对器件施加器件电压Vf，并由此进行激励工序(成型工序)。该成型工序的电压波形表示在图4B中。
在图4B中，T1及T2分别表示电压波形的脉冲宽度及间隔。在此例中，利用将T1及T2分别设定为0.5毫秒及10毫秒，并以0.1V的级能量升高该三角波的峰值(即成型工序时的峰值电压)进行成型工序。在成型工序时，将电压为0.1V的电阻测量脉冲插在间隔T2中用于测量其电阻。在由电阻测量脉冲测得的值超出1M ohms时结束该成型工序。与此同时，施加于器件的电压也告终止。对于每个器件的成型电压Vf为5.5V。
—步骤d：
接着，将已经历成型工序的器件利用具有峰值电压为14V的矩形波进行激活工艺。在该激活工艺中，如前所述地，在图3的成型装置中将脉冲电压施加在器件电极之间，这时测量器件电流If及发射电流Ie。在此时，图3中测量装置内的真空度为1.0×10-5Torr。在大约20分钟后，该发射电流趋于饱和值1.5μA，该激活工艺便告结束。
然后，便制得了具有形成在其上的电子发射区3的电子发射器件(图2C)。
利用一电子显微镜观察通过上述步骤制造的表面导电电子发射器件，表明在激尖工序后在电子发射区上形成了一层覆盖膜。利用更高放大倍数的FESEM作观察，看来该覆盖膜也形成在金属微粒周围及其之间。
作为用TEM及Raman分克。克度计观察的结果，被观察到一层由石墨和/或非晶碳组成的碳覆盖膜。
此外，对于通过上述步骤制造的表面导电电子发射器件，以上结合实施例所描述的依赖持续时间的变化，依赖于脉冲宽度的变化及依赖器件电压的变化利用图3的测量装置进行了测量。
阳电极与电子发射器件之间的距离被设为4mm，在阳电极上的电位被设为1KV。在测量电子发射特性时，真空装置内的直空度被一种用于传统电子发射器件的高真空抽气装置抽设成约2×10-6Torr(有机材料的部分压力为：5×10-7Torr)，及由用于本发明电子发射器件的超高真空抽气装置抽成约1×10-9Torr(有机材料的部分压力为：高于1×10-10Torr)。
首先，该例的电子发射器件的发射电流相对器件电压的特性(以上结合实施例所述的饱和值)利用施加器件电压(峰值)为14V及12V及脉冲宽度为1毫秒的三角波来进行测量。其结果如图8所示，发射电流呈现单调上升的特性，其中该电流基本是相对器件电压单值地确定的，并且依赖器件电压的变化低于有问题的范围。传统的电子发射器件呈现如图28中所示的特性。因而，在器件电压(扫描电压)峰值12V与14V之间发射电流之差大于30％。该例的电子发射器件的器件电流也呈现单调上升的特性，其中该电流基本是相对器件电压单值地确定的。
然后，利用设定器件电压为14V，脉冲宽度为100微秒及持续时间为10分钟，对该例的电子发射器件的依赖持续时间的变化进行测量。其结果为，在持续时间(见图26)后，发射电流中的增加值(Is—I)/I×100不大于3％。这个值对于传统的电子发射器件约为35％。
此外，利用设定器件电压为14V，脉冲宽度为10微秒及100微秒，对该例的电子发射器件的依赖脉冲宽度的变化进行测量。其结果为，在发射电流峰值上依赖脉冲宽度的变化不大于2％。对于传统的电子发射器件该相应的值约为20％。
如前所述，该例的电子发射器件是一种稳定的电子发射器件，其中电子发射特性的变化小，并且被发射的电子量可以由驱动电压(器件电压)的脉冲宽度及电压值来控制。
[例2]
该例的电子发射器件与例1器件的不同之处在于：该器件及整个测量装置被加热烘烤至100℃共10小时，这时是使用的一种不用油的超高真空抽气装置抽真空的。在此时装置中的真空度约为1×10-8Torr(有机材料的部分压力为：低于可检测的限度，高于1×10-10Torr)。
该例的电子发射器件是一种稳定的电子发射器件，其中依赖持续时间的变化及依赖脉冲宽度的变化均小于例1的电子发射器件的相应变化。
[例3]
在例1中的成型工艺现在如下地进行：
电压波形为三角波，脉冲宽度T1及脉冲宽隔T2被分别设定为0.5微秒及10微秒，电压值以0.1V为级增量从0V升高到14V。
用于测量电子发射特性的真空装置用一种不用油的超高真空抽气装置抽真空，以便获得约为7×10-7Torr的真空装置中的真空度(有机材料的部分压力为：高于1×10-8Torr)。作为在这些条件下的电子发射特性的测量结果，该例的电子发射器件的发射电流及器件电流均呈单调上升特性，其中电流基本是相对器件电压单值地确定的。在发射电流的峰值上依赖脉冲宽度的变化不大于5％。因而，所得到的电子发射器件是一种稳定的电子发射器件，它比传统的电子发射器件具有较小的电子发射特性的变化。同样地，被发射的电子量为1.1μA。
该例的电子发射器件是一种稳定的电子发射器件，其中电子发射特性的变化小，及被发射电子的量可由驱动电压(器件电压)波形脉冲宽度及电压值来控制。
[例4]
该例涉及一种图象形成装置，其中许多表面导电电子发射器件被排列成简单矩阵列。
图12表示一个电子源部分的平面图，而图13表示沿图12中A—A′剖线得到的剖面图。应注意在图12，13，14A至14D及15E至15H中同样的标号表示同一部分。在这些图中，标号81表示衬底，82为X方向导线(也称为下导线)，它相应于图9中的DXn，83为Y方向的导线(也称为上导线)，它相应于图9中的DYn，4为包括电子发射区的薄膜，5及6为器件电极，141是中间层绝缘层，及142为器件电极5和下导线82之间电连接用的接触孔。
现在参照图14A至14D及15E至15H以连续步骤的次序来详细描述其制造方法。
—步骤a：
在一个作为衬底81的被清洗过的钙钠玻璃上利用溅射形成一个厚度为0.5微米的氧化硅膜。然后利用真空蒸发在衬底上依次地积沉一层厚度为50A的Cr膜及一层厚度为6000A的Au膜。利用一旋转器在旋转时将一种光阻材料(AZ1370，由Hoechst公司出品)覆盖在其上并随后烘烤。然后，利用曝光及显影一个光掩模图象，就形成了一个用于下导线82的阻挡结构。利用湿腐蚀选择地除去被沉积的Au/Cr膜，由此就在所需的结构中形成了导线82。(图14A)
—步骤b：
将厚度为1.0微米的氧化硅形成的中间层绝缘层141利用RF溅射沉积在整个衬底上。(图14B)
—步骤C：
用于在由步骤b所沉积的氧化硅膜中形成接触孔142的光阻材料结构被覆盖其上，并使用它作为掩模，对是间层绝缘层141选择地腐蚀以便形成接触孔142。腐蚀是使用借助CF4及H2混合气体的RIE(反应离子腐蚀)来实现的。(图14C)
—步骤d：
将一种光阻材料(RD—2000N—41，由日立化学有限公司出品)作成确定器件电极5，6及它们之间的间隙G的结构。然后在其上利用真空蒸发依次地沉积一层厚度为50A的Ti膜及一层厚度为1000A的Ni膜。利用一种有机溶剂溶解光阻材料结构并将其除去以便保留被沉积的Ni/Ti膜，由此便形成了具有电极间隙G为3微米及每个电极宽度为300微米的器件电极5，6。(图14D)
—步骤e：
将一用于上导线83的光阻材料结构形成在器件电极5及6上。然后利用真空蒸发依次地在其上沉积一层厚度为50A的Ti膜及一层厚度为5000A的Au膜。将不需要的光阻材料结构除去便形成了上导线83。(图15E)
—步骤f：
图15F表示在该步骤中用于形成电子发射器件的电子发射区成型薄膜2的掩模部分的剖面图。该掩模具有覆盖器件电极之间每个间隙及它们附近的一个孔。利用真空蒸发并使用掩模成型将一层厚度为1000A的Cr膜沉积其上。使用一旋转器在旋转时将有机Pd(CCP 4230，由Okuno制药有限公司出品)覆盖其上，然后被加热在300℃下被烘烤10分钟。这样便构成了电子发射区成型薄膜2，并包括作为主要构成成份的厚度为100埃及片电阻值为4.2×104 ohms/口的Pd微粒。在这里所用的词“微粒膜”意味着：一种包括许多聚集在一起的微粒的膜，并包括具有在其中微粒不仅是单独的扩散的而且彼此相邻或重叠的微结构的膜(包括一种岛状态)。其粒度尺寸表示微粒的直径，它们的形状在上述粒子条件下是可辨别的。(图15F)
—步骤g：
在烘烤后，Cr膜151及电子发射区成型膜2被一种酸腐蚀剂腐蚀成所需结构。(图15G)
—步骤h：
将一种阻挡材料以一定结构覆盖在除接触孔142以外的表面上。然后用真空蒸发在其上依次地积沉一层厚度为50A的Ti膜及一层厚度为5000A的Au膜。利用清除将不需要的光阻结构除去，以使接触孔142中填有沉积物。(图15H)
作为上述步骤的结果，下导线82，中间层绝缘层141，上导线83，器件5，6，电子发射区成型薄膜2等被形成在绝缘衬底81上。
以下将参照图10及图11A及11B对由上述所制造的电子源制作的一种显示器器件的例子作出说明。
将用以上步骤在其上制造出许多平面型表面导电电子发射器件的衬底81固定到一后底板91上。然后将一面板95(包括沉积在一玻璃衬底93内表面上的荧光膜94及一金属背面95)通过一个支承框架92被放置在衬底上方5mm处，在面板96，支承框架92及后底板91之间的连接部分上被涂上熔接玻璃后，将该组件置于400℃气氛中烘烤15分钟以使这些连接部分相粘合。(图10)熔接玻璃也被用于将衬底81固定到后底板91上。
在图10中，标号84表示电子发射器件，而82，83分别表示X方向及Y方向的导线。
荧光膜94在单色情况下仅包括一种荧光物质。为了产生彩色图象，该例中使用了一种条状结构的荧光物质。于是，利用首先形成黑色条，然后将相应彩色的荧光物质涂于黑色条之间的间隙中来制造该荧光膜94。黑色条是由包括通常使用的石墨作为主要成份构成的。荧光物质是用塑胼方法(Slurrymethod)被涂在玻璃衬底93上的。
在荧光膜94的内表面上，通常沉积金属背面95。在形成荧光膜以后，利用平滑荧光膜的内表面制造金属背面95(该步骤通常被称为镀膜)，然后利用真空蒸发沉积Al于其上。为了增加荧光膜94的导电率，在某些情况下在面板96中荧光膜94的外表面上设置了一层透明电极(未示出)。在该例中未设置这种透明电极，因为仅由金属背面就可获得足够的导电率。
在上述粘接前，相应的部件要充分细心地进行定位，因为在彩色的情况下相应彩色的荧光物质及电子发射器件必须精确地被此被对齐。
在这样完成的玻璃外壳中的空气利用一个真空泵经由一个抽气管(未示出)抽出。在达到足够的真空度以后，通过伸出壳外的端子Doxl到Doxm及Doyl到Doyn在电子发射器件84的电极5及6之间施加一电压，用于通过电子发射区成型工艺的电压波形与图4B中所示的相同。特别是，在该例中进行的成型工艺是利用设定T1及T2分别为1微秒及10微秒及产生约1×10-5Torr的真空气氛来实现的。(图15E)。
然后，利用将与成型工艺所用的相同矩形波的供电电压升高到峰值电压14V，并在真空度为2×10-5Torr的情况下产生器件电流If及发射电流Ie。
这样形成的电子发射区3具有这样的状态：包含Paradium作为主要构成成份的微粒被扩散在其中并且有平均粒度尺寸为30埃。在此以后，抽气系统被转换到超高真空装置系统上，该系统的泵系统包括一种离子泵或不使用油的类似泵，并使外壳在120℃下经受烘烤一段足够的时间周期。在烘烤后的真空度为约1×10-8Torr。
然后，将抽气管(未示出)用气体燃烧器加热并使其熔化在一起以形成对外壳的气密式密封。
最后，为了在封口后保持真空度，利用高频加热方法使外壳经受吸气处理。
在这样完成的本发明的图象显示器器件中，将从信号发生装置(未示出)来的扫描信号及调制信号通过伸出壳外的端子Doxl至Doxm及Doyl至Doyn施加在所需的一组电子发射器件上，由此从其中发射电子。同时，将一几KV或更高的高压通过高压端HV施加到金属背面95或透明电极(未示出)上，以使得电子束被加速地冲击到荧光膜94上。由此使荧光物质受激发先显示出一个图象。
该实施例的图象形成装置是一种高稳定的图象形成装置，在其中依赖持续时间的变化小。同时，该图象形成装置具有优异的色调特性及全彩色显示特性，并具有高对比度。
[例5]
图16是表示显示装置的一个例子的方框图，在该装置中，显示屏使用上述在电子束源中设置的表面导电电子发射器件，该显示屏被布置得能显示由各种图象信息源，例如包括TV广播所提供的图象信息。
在图16中，用标号17100表示显示屏，17101为显示屏的驱动器，17102为显示屏控制器，17103是多路转换器，17104是解码器，17105是输入/输出接口，17106是CPU，17107是图象发生器，17108，17109及17110是图象存储器接口，17111是图象输入接口，17112，17113是TV信号接收机，及17114为一输入单元。
当本发明的显示装置接收一个信号，例如一个电视信号时，它包括视频信号及伴音信号，当然该装置应显示图象并同时重播伴音。但是，用于伴音信号的电路，扬声器等对于接收，分离，重播，处理，储存等必须的部分并不直接涉及到本发明的特征，在此将不再赘述。
上述部分的功能将沿着图象信号的流向在下面被作出描述。
首先，TV信号接收机17113是用于接收如以电磁波形式或空间光通信形式由无线发射系统发射的TV图象信号的电路。一种用于接收的TV信号不被限制在专门的一种信号上，但可以是如NTSC—及SECAM一标准制中的任何类型。另一种具有比上述类型更多数目扫描线的TV信号(例如包括MUSE—标准制类型的所谓高质量TV信号)是一种适于利用上述显示屏优点的信号源，该显示屏适于增加扫描的范围和象素的数目。被TV信号接收机17113接收到的TV信号被输出到解码器17104。
而后，TV信号接收机17112是用于接收由有线传输系统以同轴电缆或光纤方式传输的TV图象信号。与TV信号接收机17113一样，用以被TV信号接收机17112接收的TV信号类型不被限制在专门的一种上。由TV信号接收机17112接收到的TV信号也输出给解码器17104。
图象输入接口17111是一种用于接收由一个图象输入装置例如TV摄像机或图象阅读扫描器提供的图象信号的电路。由该接口17111接收的图象信号输出给解码器17104。
图象存储接口17110是用于接收存储在一带式录像机(以下缩写为VTR)中的图象信号的电路。由该接口17110接收的图象信号也输出给解码器17104。
图象存储接口17109是用于接收存储在一视频光盘上的图象信号的电路。由接口17109接收的图象信号也输出给解码器17104。
图象存储接口17108是用于接收由存储静止图象数据的装置例如所谓静象光盘提供的图象信号的电路。由该接口17108接收的信号亦输出给解码器17104。
输入/输出接口17105是用于将该显示装置与一外部计算机或计算机网，或输出装置如打印机相连接的电路。它不但能执行图象数据及文字/图表信息的输入/输出，而且也能执行在某些情况下在该显示装置中的CPU 17106与外部之间的控制信号及数字数据的输入/输出。
图象发生器17107是基本由外部经输入/输出接口17105输入的文字/图表信息和图象数据或由CPU 17106输出的文字/图表信息和图象数据来产生显示图象数据的电路。在该图象发生器17107中例如包括：用于存储图象数据及文字/图表信息的可重读存储器，用于存储相应于字符码的图象款式的只读存储器，用于图象处理的处理器及其用于图象发生所需的电路。
由图象发生器17107产生的显示图象数据通常输出到解码器17104，但在某些情况经由输入/输出接口17105也输出到外部计算机网或打印机。
CPU 17106主要执行显示装置的操作控制及与显示图象的发生，选择及编辑有关的任务。
例如，CPU 17106输出控制信号给多路转换器17103，用以任意选择一个或组合的一组待在显示屏上显示的图象信号。在这方面，CPU17106也根据待显示的图象信号输出控制信号给显示屏控制器17102，由此在图象显示频率，扫描方式(例如隔行或非隔行扫描)，每帧图象的扫描线数等方面正确地控制显示装置的操作。
此外，CPU 17106直接地将图象数据及文字/图表信息输出到图象发生器17107，或经由输入/输出接口连接到外部计算机或存储器上用以输入图象数据及文字/图表信息。当然CPU 17106还可用于除上述以外的与任何适当任务有关的其它目的。例如，CPU17106可以象个人计算机或文字处理器一样地直接涉及产生或处理信息的功能。换一种方式，CPU 17106还可以如前所述地经由输入/输出接口17105连接到外部计算机网上，用以执行数字计算及与外围设备协同操作的任务。
输入单元17114在一个用户输入指令、程序、数据等给CPU17106时使用，并可以是各种任何的输入设备，如键盘，鼠标器，操纵杆，条形码阅读器及语音识别装置。
解码器17104是用于将由电路17107至17113输入的各种图象信号反向转换成三原彩色信号或一个亮度信号、一个I信号及一个Q信号的电路。如该图中虚线所示地，最好在解码器17104中包括一个图象存储器。这是因为该解码器17104也处理那些包括MUSE一标准制式的电视信号。例如，该制式需要图象存储器用于反向转换。此外，设置图象存储器带来了可以便于显示静止图象或便于执行图象处理及编辑，例如与图象发生器17107及CPU 17106共同操作用于图象的削减，插入，放大，缩小及综合的优点。
多路转换器17103根据由CPU 17106输入的控制信号随意地选择显示图象。换言之，多路转换器17103选择从解码器17104输入的一个所需的反向转换图象信号并将其输出给驱动器17101。在这方面，利用在显示一个图象的时间中交换地选择两个或更多的图象信号，也可在由划分一个屏幕确定的多个相应区域中显示不同的图象，正如所谓多屏幕电视那样。
显示屏控制器17102是用于根据由CPU 17106输入的控制信号控制驱动器17101操作的电路。
作为涉及显示屏基本操作的功能，控制器17102输出给驱动器17101一个用于控制的信号，例如，用于控制驱动显示屏的电源(未示出)的操作顺序的信号。同时，作为涉及驱动显示屏方法的功能，控制器17102输出给驱动器17101用于控制的信号，例如，用于控制图象显示频率及扫描方式(例如隔行或非隔行扫描)。
视情况而定，控制器17102可输出给驱动器17101用于在显示图象的亮度，对比度，音调及清晰度方面调节图象质量的控制信号。
驱动器17101是用于产生供给显示屏17100驱动信号的电路。该驱动器17101根据由多路转换器17103输入的图象信号及由显示屏控制器17102输入的控制信号进行操作。
利用在图16中所示的并具有上述功能的各种部件，该显示装置可以在显示屏17100上显示由各种图象信号源输入的图象信息。更明确地说，包括TV广播信号在内的各种图象信号被解码器17104反向转换，并且至少它们中的一个需要被多路转换器17103选择并接着输入到驱动器17101。另一方面，显示屏控制器17102根据待显示的图象信号发出一个控制信号用于控制驱动器17101的操作。驱动器17101根据图象信号及控制信号两者向显示屏17100提供驱动信号。由此使图象显示在显示屏17100上。上述的一系列操作是在CPU 17106的监控下被控制的。
除简单地显示从多个部件选择的图象信息外，借助于装在解码器17104中的图象存储器，图象发生器17107及CPU 17106，该显示装置在待显示的图象信息方面还不仅能执行图象的处理，例如放大，缩小，转动，移动，突出边缘，削减，插入，彩色变换及图象高宽比变换，而且也能执行图象的编辑，例如综合，删除，连接，替换及插入。虽然在本例的说明中没有特别的规定，但也可以设置专门用于语言信息处理及编辑的电路，及以上所解释的用于图象处理及编辑的电路。
因此，甚至本显示装置单个组件就能具有以下各种功能；显示TV广播，TV会议的终端，处理静止及运动图象的图象编辑器，计算器终端，包括文字处理器的办公室自动化终端，游戏机等等；因此它可被应用于非常宽广的工业及家庭领域。
不用说，图16仅表示使用显示屏的显示装置构型的一个例子，在该显示屏中电子束源包括表面导电电子发射器件，但本发明并不限制在该图示的构型上。例如，在图16中所示的电路部件中那些对于指定的使用目的所不需的部分可以省去。相反地，视指定的使用目的而定，可以增加另外的部份。当本显示装置被应用在例如电视电话中时，作为附加部份最好设置一个TV摄像机，一个音步频话筒，一个照明器，一个包括调制解调器的发送/接收电路。
特别是，在本显示装置中，具有包括表面导电电子发射器件的电子束源的显示屏可以容易地减小其厚度，因此该显示装置能具有较小的厚度。另外，因为具有包括表面导电电子发射器件的电子束源的显示屏能便于增加屏幕尺寸，并能提供高亮度及优异的视角特性，本显示装置可以显示更真实、更感人的图象并具有良好的视觉性能。
[例6]
该例涉及一种包括多个表面导电电子发射器件及控制电极(栅极)的图象形成装置。
该例的图象形成装置基本上利用与例4中相同的方法进行制造，因此，在这里不再描述它的制造过程。
首先对包括多个设在一个衬底上的表面导电电子发射器件的电子源及使用该电子源的显示装置进行说明。
图17及18是用于解释包括多个设在一个衬底上的表面导电电子发射器件的两个例子的示意图。
在图17中，S表示一个绝缘衬底，例如是由玻璃作的。由虚线圈起的ES表示在衬底S上形成的一个表面导电电子发射器件，E1至E10表示使表面导电电子发射器件相互连接的导线电极。在衬底上表面导电电子发射器件被构成多个延X方向延伸的行(以下称该行为器件行)。构成每个器件行的表面导电电子发射器件利用在它们两侧导线电极相互形成并联的电连接(例如，第一行中的器件利用它们两侧的导线电极E1及E2相互连接)。
在该例的电子源中，器件行可利用在相应的导线电极之间施加适当的驱动电压彼此独立地被驱动。特别是，将超过电子发射阈值的适当电压施加给让发射电子束的器件行上，并将不超出电子发射阈值的适当电压(例如O(V))供给不让发射电子束的器件行上。(在下列的描述中，超出电子发射阈值的适当电压被记为：VE[V])。
在图18所示的电子源的另一例中，S表示例如由玻璃作的一个绝缘衬底，由虚线圈起的ES表示在衬底S上形成的一个表面导电电子发射器件，而E′1至E′6则表示使表面导电电子发射器件相互连接的导线电极。与图17的例一样，在该例中的表面导电电子发射器件在衬底上也构成了多个延X方向延伸的行，并且在每个器件行中的表面导电电子发射器件利用导线电极形成并联的相互电连接。此外，在该例中在两个相邻的器件行中的电子发射器件的相邻端部利用单根导线电极相互连接，以使得，例如导线电极E′2不仅用于使第一器件行的电子发射器件的一端相连接，而且也使第二器件行中的电子发射器件的一端相连接。图18的电子源其优点在于：当表面导电电子发射器及导线电极均使用同样构型时，器件行之间在Y方向的间距比图17的电子源中的间距小。
在图18的电子源中，器件行也可利用在相应的导线电极之间施加适当的驱动电压彼此独立地被驱动。具体说，将电压VE[V]施加给那些让发射电子的器件行，而将电压O[V]施加给那些不让发射电子的器件行。例如，当仅让第三器件行驱动时，将电位O[V]施加给导线电极E′1至E′3，而将电位VE[V]施加给导线电极E′4至E′6。其结果是电压VE-O＝VE[V]被施加在第三器件行上，而电压O-O＝O[V]或VE-VE＝O[V]被施加在其它器件行上。当如要同时驱动第二及第四器件行时，将电位O[V]施加到导线电极E′1，E′2及E′6，而将电位VE[V]施加到导线电极E′3，E′4及E′5。以此方式，就可以选择驱动图18的电子源中的任意所需器件行。
为了方便描绘起见，在图17及18的电子源中在X方向每行中排列了总共十二个表面导电电子发射器件，而器件的数目不被限止在十二上，可以排列更多的数目。同样地，在Y方向上被排列了五个器件行，而器件行的数目并不被限止在五上，可以排列更多的数目。
现在对使用上述电子源的平板型CRT的一个例子作出说明。
图19表示具有图17的电子源的平板型CRT的一个屏结构。在图19中，VC表示一个由玻璃作的真空容器，而FP表示作为真空容器一部分的显示表面侧表板。一种例如由ITO作成的透明电极构成在面板FP的内表面上，红，绿及兰色的荧光物质以马赛克或条状图案被分别涂敷在透明电极上。为了使图简化起见，在图19中透明电极及荧光物质两者一起用PH表示。一种在CRT领域中公知的黑色矩阵或黑色条被放置在相应彩色的荧光物质之间，或使一种也是在该技术领域中公知的金属背面层形成在荧光物质上。透明电极通过端子EV真空容器外部形成电连接，以使得电子束的加速电压能被施加在该电极上。
此外，S表示固定在真空容器VC的内下表面的电子源衬底，如以上结合图17所描述的，表面导电电子发射器件被排列在该衬底上。在该例中，共具有200个器件行，每器件行包括相互并联的200个器件。每个器件行的两个导电电极被交替地连接到设在的两个侧面上的电极端子Dp1至Dp200及Dm1至Dn200上，以使得电驱动信号能施加到导线电极上。
这样形成的玻璃容器VC(图19)通过抽气管(未示出)由真空泵抽真空。在达到足够的真空度以后，通过伸出容器的端子Dp1到Dp200及Dm1至Dm200将一电压施加到每个电子发射器件ES上用于成型工艺。用于该成型工艺的电压波形与图4B中所示的相同。特别是，在该例中的成型工艺是分别设定T1及T2这1毫秒及10毫秒，及形成真空气氛约为1×10-5Torr来实现的(图15E)。
然后，利用将具有与成型工艺的三角波相同波形的供电电压升高到峰值14V，并在真空度为2×10-5Torr的情况下形成器件电流If及发射电流Ie。
这样形成的电子发射区具有这样的状态：包含Paradium作为主要构成成份的微粒被扩散在其中并具有平均粒度尺寸为30埃。在此以后，抽气系统被转换到超真空装置系统上，该系统的泵系统包括一种离子泵或不使用油的类似泵，并使容器在120℃下经受烘烤一段够的时间周期。在烘烤后的真空度为约1×10-8Torr。
然后，将抽气管(未示出)用气体燃烧器加热并使其熔化在一起以形成对容器的气密或密封。
最后，为了在封口后保持真空度，利用高频加热方法使容器经受吸气处理，这样便制成了图象形成装置。
在衬底S与面板FP之间，以条状结构设置栅极电极GR。总共有200个栅极GR边靠边地、垂直于器件行(即在Y方向上)地彼此独立地设置，在每个栅极中确定出能使电子束通过的小孔Gh。如图所示地这些圆形小孔是以与表面导电电子发射器件一一对应的关系被确定的，而在某些情况下也可确定多重网状的小孔。这些栅极通过端子G1至G200与真空容器外部形成电连接。应指出，该栅极的形状及设置位置不是总限制在图19中所示的结构上，而只要栅极能调制由表面导电电子发射器件发射的电子束即行。例如，栅极可设置成围绕表面导电电子发射器件或在其附近。
在该显示屏中，由表面导电电子发射器件的行及栅极的列组成了200×200的XY矩阵。因此，利用一行接一行顺序地驱动(扫描)器件行，并同时，与该扫描同步地将用于一行图象的调制信号施加给栅极列，使电子束对荧光物质的照射受到控制，由此在一行接一行的基础上显示出图象。
图20以方框图的形式表示驱动图19显示屏的电路。参照图20，标号1000表示图19的显示屏，1001是用于解调由外部提供的混合图象信号的解码器，1002是串行/并行转换器，1003是行存储器，1004是调制信号发生器，1005是定时控制器，及1006是扫描信号发生器。显示屏1000的电极端子与相应的电路相连接，即，端子EV被连接到用于产生加速电压的10[KV]电压源HV上，端子G1至G200被连接到调制信号发生器1004上，端子DP1至DP200被连接到扫描信号发生器1006上，及端子Dm1至Dm200被接地。
以下将描述各部件的功能。解码器1001是用于解调一种由外部提供的混合图象信号，例如NTSC制式TV信号的电路。因而，解码器1001从混合图象信号中分离出亮度信号分量及同步信号分量，并将前一分量作为数据信号输出到串行/并行转换器1002上并且后一分量作为同步信号输出到定时控制器1005上。换句话说，解码器1001使用于相应彩色分量RGB的亮度数据处理成与显示屏1000的彩色象素阵列相匹配，并将它们顺序地输出到串行/并行转换器1002上，并且它也分离出一个垂直同步信号及一水平同步信号并将它们输出给定时控制器1005。定时控制器1005在同步信号Tsynch的基础上产生各种定时控制信号用于适配各部分操作的定时。具体地，该定时控制器1005输出Tsp给串行/并行转换器1002，输出Tmry给行存储器1003，输出Tmod给调制信号发生器1004，及输出Tscan给扫描信号发生器1006。
串行/并行转换器1002根据由定时控制器1005输入的定时信号序贯地采样由解码器1001输入的亮度信号数据，并将这些被采样的信号作为并行信号I1至I200输出到行存储器。在一行的数据被完全地串行/并行转换的时刻，定时控制器1005输出一个写定时控制信号Tmry给行存储器1003。在接收到Tmry时行存储器1003存储I1至I200的内容，并将这些内容作为I′1至I′200输出给调制信号发生器1004。I′1至I′200被保持在行存储器中直到下一写定时控制信号Tmry被供给到行存储器为止。
调制信号发生器1004是用于根据从行存储器1003输入的用于一行图象的亮度数据产生输出给显示屏1000的调制信号的电路。调制信号与定时控制器1005产生的定时控制信号Tmod同步地同时被输送到调制信号端子G1至G200上。该调制信号可为电压调制信号，它的电压根据图象的亮度数据变化，或是脉宽调制信号，它的宽度根据亮度数据变化。
扫描信号发生器1006是用于产生电压脉冲选择地驱动显示屏1000中的表面导电电子发射器件行的电路。具体地，扫描信号发生器1006响应由定时控制器1005产生的定时控制信号Tscan，转换一个内设的开关电路，并选择地将一适当的驱动电压VE[V]或一地电位(即O[V])施加给端子Dp1至Dp200，其中驱动电压VE[V]是由一恒电压源DV产生的并超过了表面导电电子发射器件的电子发射阈值。
利用上述的电路，驱动信号以图21的定时图中的定时提供给显示屏1000。图21A至21D表示由扫描信号发生器1006供给到显示屏的端子Dp1至Dp200的信号部分，如将从这些图中可看到的，具有幅值为VE[V]的电压脉冲依次接连地并以图象一行的显示时间为单位地供给到端子Dp1，Dp2，Dp3.....上。另一方面，端子Dm1至端子Dm200总是与地电位(O[V])相连接。因此，器件行接连地从第一行开始被电压脉冲驱动用以产生电子束。
与上述驱动顺序同步地，用于一行图象的调制信号由调制信号发生器1004以图中虚线所示的时间关系供给到端子G1至G200的一个上。然后，调制信号与扫描信号的移动同步地接连移动，以便显示出一帧的图象。利用连续地重复上述操作，电视的活动画面就能被显示出来。
接着上述对具有图17的电子源的平板型CRT的说明，现在将参照图22对具有图18电子源的平板型CRT进行描述。
图22的平板型CRT是将图19中的平板型CRT中的电子源用图18中的电子代替而构成的。类似地，由表面导电电子发射器的行及栅极的列构成了一个200×200的XY矩阵。但是，由于表面导电电子发射器件的200行是由导线电极E1至E201共201行导线电极形成每行并联的相互连接的，因此该真空容器设有201个电极端子EX1至EX201。
这样形成的玻璃容器(图22)通过抽气管(未示出)由真空泵抽真空。在达到足够的真空度以后，通过伸出容器的端子EX1至EX201将一电压施加到每个电子发射器件ES上用于成型工序。用于该成型工序的电压波形与图4B中所示的相同。具体是，在该例中的成型工艺是分别设定T1及T2为1毫秒及10毫秒，及形成真空气氛约为1×10-5Torr(图15E)。
然后，利用将具有与成型工艺的三角波相同波形的供电电压升高到峰值14V，并在真空度为2×10-5Torr的情况下形成器件电流If及发射电流Ie。
这样形成的电子发射区具有这样的状态：包含Paradium作为主要构成成份的微粒被扩散在其中并具有平均粒度尺寸为30埃。在此以后，抽气系统被转换到超真空装置系统上，该系统的泵系统包括一种离子泵或不使用油的类似泵，并使容器在120℃下经受烘烤一段足够的时间周期。在烘烤后的真空度为约1×10-8Torr。
然后，将抽气管(未示出)用气体燃烧器加热并使起熔化在一起以形成对容器的气密式密封。
最后，为了在封口以后保持真空度，利用高频加热方法使容器经受吸气处理，这样便制成了图象形成装置。
图23表示用以驱动显示屏1008的电路。该电路基本上与图20所示的相同，但用于扫描信号发生器1007的电路除外。该扫描信号发生器1007选择地将一适当驱动电压VE[V]或地电位(即O[V])提供到显示屏的端子上，其中驱动电压VE[V]是由恒电压源DV产生的并超过表面导电电子发射器件的电子发射阈值。施加驱动电压的定时表示在图24B至24E的定时图中。为了使显示屏以图24A的时间关系进行显示，图24B至24E所示的驱动信号由扫描信号发生器1007提供给电极端子EX1至EX4。其结果是，表面导电子发射器件的行被施加了相应的电压，如图24F至24所示，以致使一行接一行接连地被驱动。与该驱动顺序相同步地，由调制信号发生器1004以图24I的时间关系输出调制信号，由此接连地显示出一个图象。
该例的图象形成装置是在其中依赖持续时间变化小的并且产生的图象高度稳定的一种图象形成装置，如例4中一样。同时，该图象形成装置具有优异的色调特性及全彩色显示特性，及高对比度。
根据包括本发明如上所述的表面导电电子发射装置的电子束装置，由于在真空装置中的碳元素量被尽可能地减少了，因此每个电子发射器件的发射电流及器件电流均呈现单调上升的特性，其中电流是相对器件电压单值地确定的。同时，由于电子发射量很少依赖器件不被驱动的时间周期(即持续时间)及真空度发生变化，因而获得了高稳定的电子发射特性。此外，电子发射量可以由驱动电压(器件电压)的脉冲宽度及电压值来控制。
此外，包括本发明的表面导电电子器件的图象形成装置由于依赖持续时间的变化小可产生稳定的显示图象，并可以产生具有优异色调特性及高对比度的全彩色图象。

Claims (50)

1.一种电子束装置，包括一个外壳，在该外壳中设置了一个具有在相反极性电极之间电子发射区的电子发射器件，其中所述电子发射器件呈现这样的特性，即发射电流是相对器件电压单值地被确定的。
2.根据权利要求1的电子束装置，其中所述电子发射器件呈现单调的上升特性，该特性中发射电流是相对器件电压单值地被确定的。
3.根据权利要求1的电子束装置，其中所述电子发射器件呈现这样的特性，即发射电流及器件电流是相对器件电压单值地被确定的。
4.根据权利要求1的电子束装置，其中所述电子发射器件呈现单调上升的特性，在该特性中发射电流及器件电流是相对器件电压单值地被确定的。
5.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在一种有效阻止所述电子发射器件结构改变的气氛中。
6.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在有效阻止包含碳作为主要组成成份的材料沉积在所述电子发射器件上的气氛中。
7.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在真空度高于1×10-6Torr的真空气氛中。
8.根据权利要求7的电子束装置，其中所述真空气氛是在高于1×10-8Torr的真空度上。
9.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在一种真空气氛中，在该真空气氛中存在的碳化物的部分压力小于1×10-8Torr。
10.根据权利要求9的电子束装置，其中所述存在的碳化物的部分压力小于1×10-10Torr。
11.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中包含碳作为主要组成成份的一种沉积物被沉积在所述电子发射器件上。
12.根据权利要求11的电子束装置，其中所述包含碳作为主要组成成份的一种沉积物是石墨，非晶碳或它们的混合物。
13.根据权利要求1至4中任一项的电子束装置，其中所述电子发射器件被设置了多个，该多上电子发射器件的每一个响应一输入信号发射电子。
14.根据权利要求13的电子束装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件的行，每个行包括多个在它们两端利用导线形成互相并联的电子发射器件，及用来调制从所述电子发射器件发射的电子束的调制装置。
15.根据权利要求13的电子束装置，其中所述多个电子发射器件被布置成一个阵列，并连接到m行X方向的导线及n列Y方向的导线上，所述导线是彼此电绝缘的，
16.一种电子束装置，包括一个外壳，在该外壳中设置了一个具有在相反极性电极之间电子发射区的电子发射器件，其中所述外壳的内部维持在有效阻止所述电子发射器件结构改变的气氛中。
17.根据权利权利要求16的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在有效阻止包含碳作为主要组成成份的材料沉积在所述电子发射器件上的气氛中。
18.根据权利要求16的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在真空度高于1×10-6Torr的真空气氛中。
19.根据权利要求18的电子束装置，其中所述真空气氛是在高于1×-8Torr的真空度上。
20.根据权利要求16的电子束装置，其中所述外壳的内部维持在一种真空气氛中，在该气氛中存在的碳化物的部分压力小于1×10-8Torr。
21.根据权利要求20的电子束装置，其中所述存在的碳化物的部分压力小于1×10-10Torr。
22.根据权利要求16至21中任一项的电子束装置，其中包含碳作为主要组成成份的一种沉积物被沉积在所述电子发射器件上。
23.根据权利要求22的电子束装置，其中所述包含碳作为主要组成成份的一种沉积物是石墨，非晶碳或它们的混合物。
24.根据权利要求16至21中任一项的电子束装置，其中所述电子发射器件被设置了多个，该多个电子发射器件的每一个响应一个输入信号发射电子。
25.根据权利要求24的电子束装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件的行，每个行包括多个在它们的两端利用导线形成互相并联的电子发射器件，及用来调制从所述电子发射器件发射的电子束的调制装置。
26.根据权利要求24的电子束装置，其中所述多个电子发射器件被布置成一个阵列，并连接到m行X方向的导线及n列Y方向的导线上，所述导线是彼此电绝缘的。
27.一种图象形成装置，包括一个外壳，在该外壳中设置了电子源及图象形成部件，所述装置向应一个输入信号产生一个图象，其中所述电子源包括一个具有在相反极性电极之间电子发射区的电子发射器件，所述电子发射器件呈现这样的特性，即发射电流是相对器件电压单值地被确定的。
28.根据权利要求27的图象形成装置，其中所述电子发射器件呈现单调上升的特性，该特性中发射电流是相对器件电压单值地被确定的。
29.权利要求要求27的图象形成装置，其中所述电子发射器件呈现这样的特性，即发射电流及器件电流是相对器件电压单值地被确定的。
30.根据权利要求27的图象形成装置，其中所述电子发射器件呈现单调上升的特性，在该特性中发射电流及器件电流是相对器件电压单值地被确定的。
31.根据权利要求27至30中行一项的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在一种有效阻止所述电子发射器件结构改变的气氛中。
32.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在有效阻止包含碳作为主要组成成份的材料沉积在所述电子发射器件上的气氛中。
33.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在真空度高于1×10-6Torr的真空气氛中。
34.根据权利要求33的图象形成装置，其中所述真空气氛是在高于1×10-8Torrx的真空度上。
35.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在一种真空气氛中，在该真空气氛中存在的碳化物部分的压力小于1×10-8Torr。
36.根据权利要求35的图象形成装置，其中所述存在的碳化物部分压力小于1×10-10Torr。
37.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所含碳作为主要组成成份的一种沉积物被沉积在所述电子发射器件上。
38.根据权利要求37的图象形成装置，其中所述包含碳作为主要组成成份的一种沉积物是石墨，非晶碳或它们的混合物。
39.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件，多个所述电子发射器件的行，每个行包括多个在它们两端利用导线形成互相并联的电子发射器件，及用来调制从所述电子发射器件发射的电子束的调制装置。
40.根据权利要求27至30中任一项的图象形成装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件，该多个电子发射器件被布置成一个阵列，并连接到m行X方向的导线及n列Y方向的导线上，所述导线是彼此绝缘的。
41.一种图象形成装置，包括一个外壳，在该外壳中设置了电子源及图象形成部份，所述装置响应一个输入信号产生一个图象，其中所述电子源包括一个具有在相反极性电极之间电子发射区的电子发射器件，及所述外壳的内部维持在有效阻止所述电子发射器件结构改变的气氛中。
42.根据权利要求41的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在有效阻止包含碳作为主要组成成份的材料沉积在所述电子发射器个上的气氛中。
43.根据权利要求42的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在真空度高于1×10-6Torr的真空气氛中。
44.根据权利要求43的图象形成装置，其中所述真空气氛是中高于1×10-8Torr的真空度上。
45.根据权利要求41的图象形成装置，其中所述外壳的内部维持在一种真空气氛中，在该气氛中存在的碳化物的部分压力小于1×10-8Torr。
46.根据权利要求45的图象形成装置，其中所述存在的碳化物的部分压力小于1×10-10Torr。
47.根据权利要求41至46中任一项的图象形成装置，其中包含碳作为主要组成成份的一种沉积物被沉积在所述电子发射器件上。
48.根据权利要求47的图象形成装置，其中所述包含碳作为主要组成成份的一种沉积物是石墨，非晶碳或它们的混合物。
49.根据权利要求41至46中任一项的图象形成装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件，多个所述电子发射器件的行，每个行包括多个在它们两端利用导线形成互相并联的电子发射器件，及用来调制从所述电子发射器件发射的电子束的调制装置。
50根据权利要求41至46中任一项的图象形成装置，其中所述装置包括多个所述电子发射器件，该多个电子发射器件被布置成一个阵列，并连接到m行X方向的导线及n列Y方向的导线上，所述导线是彼此绝缘的。
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