CN1132406A - 电子发射设备，电子源和图象形成装置 - Google Patents

Abstract

一个电子发射设备，它在彼此相对的低电位侧电极和高电位侧电极之间具有一个电子发射部分，该电子发射设备具有一个靠近低电位侧电极或高电位侧电极放置的场校正电极，而且能够独立地提供电压。

Description

电子发射设备、电子源和图象形成装置

本发明涉及一种电子发射设备，一种具有多个放置于其中的前述的电子发射设备的电子源，以及一种使用该电子源形成的图象形成装置，如显示装置或曝光装置。

到目前为止，电子发射设备分为热电子发射设备和冷阴极电子发射设备。按其分类，冷阴极电子发射设备包括场致发射型(后文称为“FE”型)设备、金属\绝缘层\金属型(后文称为“MIM”型)设备和表面传导电子发射设备。

作为“FE”型设备，已知一种在W.P.Dyke和W.W.Dolan，“Field Emission”，Advance in Electron Physics，8，89(1956)中所公开的设备，在C.A.Spindt，“Physical Properties of thin-film field emis-sion cathodes with molybdenum cones”，J.Appl.Phys.，47，5248(1976)中所公开的设备等。

作为“MIM”型设备，已知有在C.A.Mead，“Operation of Tunncl-Emission Dcviccs”，J.Appl.Phys.，32，646(1961)中所公开的设备等。

作为表面传导电子发射设备，已知有在M.I.Elinson，Radio Eng.Elcctron Phys.，10，1290(1965)中所公开的设备等。

表面传导电子发射设备利用了当允许电流平行于一块小面积且在绝缘基片上形成的薄膜的表面流动时发射电子的现象。作为表面传导电子发射设备，已报道了由Elinson公开且使用薄二氧化硅膜的前述设备，一种使用薄Au膜的设备〔G.Duttmer：“Thin SolidFilms”，9，317(1972)〕，一种使用薄In₂O₃/SnO₂膜的设备〔M.Hartwelland C.G.Fonstad：“IEEE Trans.ED Conf.”，519(1975)〕，一种使用薄碳膜的设备〔“Vacuum”Vol.26，1st issue，p.p.22，by HisashiAraki et al.(1983)〕等等。

表面传导电子发射设备利用了当允许电流平行于一块在绝缘基片上形成的薄膜的表面而流动时发射电子的现象。

图28A和图28B表示了表面传导电子发射设备的一种典型结构。注意到，图28A和图28B所示的结构已由本发明的申请人公开。参照图28A和图28B，参考数字2001代表基片，2002代表电子发射部分，2003代表包括电子发射部分2002的导电膜，以及2004和2005代表设备的电极。

在表面传导电子发射设备中，通常用称为“成形”的电流流动处理来将电子发射部分2002预先形成于由细微导电颗粒制成的导电膜2003上。常通过在导电膜2003两端施加电压来完成成形处理，以使导电膜2003局部断裂、变形或变性以至于改变结构而形成处于电气上强阻抗状态的电子发射部分2002。注意到，在电子发射部分2002的导电膜2003的某一部分上形成了一条裂缝，这引起电子从裂缝附近的部分发射出去。

具有如上所述简单结构的前述表面传导电子发射设备具有可在大面积上设置多个设备的优点。为了使用上述特征，开发了多种应用形式，例如，对图象形成装置，如荷电射束源或显示装置的应用。

作为其中放置有多个表面传导电子发射设备的传统结构，以一个具有如下结构的电子源为例来说明，即表面传导电子发射设备平行放置，每一表面传导电子发射设备的两端由导线(称为“公共导线”)连接以形成一行，而且放置多行(也称为“梯形接法”)(参见，例如，日本专利公开未决64-31332，日本专利公开未决1-283749和日本专利公开未决2-257552)。

作为可形成与使用液晶的显示装置相似的平面显示装置且使用它可形成无需后照光的自生光发射型的显示装置，已提到通过将具有多个表面传导电子发射设备的电子源和当用由多个表面传导电子发射设备所发射的电子束照射时可发射可见光的荧光部分相结合所形成的显示装置(参照美国专利5,066,883)。

到目前为止，根据为连接多个表面传导电子发射设备的互相平行的导线(称为“行方向导线”)和在电子发射设备和荧光部分之间放置的控制电极(称为“栅极”)，该栅极垂直于行方向导线放置，所提供的适当的驱动信号，已选择出了一些当用多个表面传导电子发射设备形成的电子源所发射的电子照射时能够发射荧光的设备(参照，例如，由本发明的申请人所公开的日本专利公开未决1-283749)。

当长时间运行用于电子源或图象形成装置的电子发射设备时，需要稳定和可控制的电子发射特征并提高电子发射效率。

在上述表面传导电子发射设备的情况下，上述效率是当电压施加于一对相对的设备电极时产生的电流(后文称为“设备电流If”)与发射入真空的电流(后文称为“发射电流Ie”)之间的比值。就是说，提高电子发射的效率需要尽可能减小设备电流If并尽可能增加发射电流Ic。如果获得了稳定和可控制的电子发射特征且提高了电子发射效率，则包含，例如，荧光部分作为其图象形成元件的图象形成装置可以形成一个需要较小电流、明亮且优质的图象形成装置，例如，可以实现一个平面电视监视器。此外，由于只需要小电流，降低了形成图象形成设备的驱动电路等的总成本。

本发明是鉴于上述情况而实现的，其目的在于提供一种能实现提高了电子发射效率且具有新结构的电子发射设备、一种具有多个电子发射设备的电子源和一种具有该电子源的图象形成装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括一片在彼此相对的低电位侧电极和高电位侧电极之间具有电子发射部分的导电膜的电子发射设备，该电子发射设备包含：一个邻近低电位侧电极或高电位侧电极放置且能独立提供电位的场校正电极。

根据本发明的另一方面，提供了一种具有一片其上放置了多个电子发射设备的基片的电子源。

根据本发明的另一方面，提供了一个图象形成设备，包括一个电子发射设备、一个图象形成元件和一个用于操作该电子发射设备以便响应信息信号来控制由电子发射设备发射的电子束的单元。

从随后的介绍，本发明的其它和进一步的目的、特征于优点将显得更全面。

图1A和1B分别为概略表示了作为根据本发明的电子发射设备的实施例的表面传导电子发射设备的平面图和竖直截面图。

图2显示了用于解释场校正电极在根据本发明的电子发射设备中所具有的效果的电位分布。

图3表示了在无场校正电极的表面传导电子发射设备中的电位分布。

图4A至4C是显示了制造图1A和1B中的表面传导电子发射设备的一种方法的图。

图5A和5B是表示了用于成形处理的电压波形的例子的图。

图6是显示了用于测量根据本发明的表面传导电子发射设备的电子发射特征的测量评价系统的结构的一个例子的概略图。

图7是表示根据本发明的表面传导电子发射设备的发射电流-设备电压特征(I-U特征)的图。

图8是表示根据本发明的表面传导电子发射设备中施加于场校正电极的电压和所得到的发射电流之间关系的图。

图9是表示根据本发明的按简单矩阵接法的电子源的结构的概略图。

图10是表示用于根据本发明的包含按简单矩阵接法的电子源的图象形成装置中的显示板的结构的概略图。

图11A和11B是表示图10中所示显示板的荧光膜的图。

图12示表示用于操作图10中显示板的线路的例子的图。

图13A和13B是表示根据本发明的按梯形接法的电子源的概略平面图。

图14是表示包括按梯形接法的电子源的根据本发明的图象形成装置中使用的显示板结构的概略图。

图15是显示根据实施例1的电子发射设备的特征的图。

图16是显示根据实施例2的电子发射设备的竖直截面图。

图17是表示根据实施例2的电子发射设备的特征的图。

图18A和18B是表示根据实施例3的电子发射设备的竖直截面图。

图19是表示根据实施例3的电子发射设备的特征的图。

图20是表示根据实施例4的电子发射设备的竖直截面图。

图21是表示根据实施例4的电子发射设备的特征的图。

图22是表示根据实施例5的电子发射设备的竖直截面图。

图23是表示根据实施例5的电子发射设备的特征的图。

图24A和24B是根据实施例6的电子发射设备中电场分布和电子轨道的概略图。

图25是表示根据实施例4的以简单矩阵接法的电子源的局部平面图。

图26是图20中所示电子源的局部截面图。

图27是表示根据实施例5的图象形成装置的方框图。

图28A和28B是显示无场校正电极的表面传导电子发射设备的结构的视图。

图29是表示无场校正电极的表面传导电子发射设备中所发生的设备电极对发射电子的吸引。

在图29中的电子发射设备中，该结构使从电子发射部分2002临时发射入真空的电子以高速被导电膜2003中十分靠近发射部分或设备高电位侧电极2005的高电位部分所捕获。因此，电子不能到达阳极电极21，这样导致发射电子效率的降低。如果在图象形成装置中使用了电子发射效率差的电子发射设备，则为了获得所需电流就需要大的设备电流If。结果，无法降低电能消耗或由于导线的电阻而使电压过分下降，这引起不规则亮度的产生。

本发明是鉴于以上所述而实现的。

如上所述，本发明涉及一个电子发射设备、一个具有多个电子发射设备的电子源和一个使用该电子源的图象形成装置。现在要描述本发明的结构和操作。

根据本发明的电子发射设备属于前述的冷阴极电子发射设备。在众多类型的冷阴极电子发射设备中，考虑到获得理想的电子发射特征，优选使用表面传导电子发射设备。因此，现在将描述表面传导电子发射设备。

根据本发明的表面传导电子发射设备的基本结构的例子示于图1A和1B中。参照图1A和1B，参考数字1代表基片，2代表包括裂缝6的电子发射部分，3代表导电膜，4代表低电位侧设备电极，5代表高电位侧设备电极，7代表场校正电极。

基片1由以下材料制得，例如石英玻璃、其中杂质如Na的数量降低了的玻璃、钠钙玻璃、用溅射或类似方法将二氧化硅层叠于钠钙玻璃上而形成的叠层板和陶瓷例如铝土。

相对的设备电极4和5与场校正电极7的材料为常用导电材料，例如金属，如镍、铬、金、钼、钨、铂、钛、铝、铜和钯、或它们的合金；由金属，如钯、银、金、二氧化钌或钯-银或它们的金属氧化物和玻璃制得的印刷导体；透明导体，如In₂O₃-SnO₂以及半导体材料，如多晶硅。

设备电极间的间距G1为几百埃至几百微米，间距G1由作为设备电极制造基础的照相平版技术的性能，即曝光机的性能、所用的蚀刻法和施加于设备电极4和5之间的电压而决定。间距G1优选几至几十微米。

设备电极的长度L1和厚度D根据电极电阻值和对多个所放置的电子源的接法的限制来决定。设备电极的长度L1通常为几至几百微米，而设备电极的厚度D为几百埃至几微米。

低电位侧设备电极4的宽度W1为几百纳米至几百微米，宽度W1根据不同的参数决定，如加于设备电极4和5之间的设备电压Vf，加于如图29所示的阳极电极21上的阳极电压Va以便引出由电子发射部分2发射出的电子，以及阳极电极至电子发射设备的距离h。

由低电位侧设备电极4至场校正电极7的间距G2为几百埃至几百微米，与前述设备电极之间的间距G1相似，间距G2由作为设备电极制造基础的照相平版技术的性能，即曝光机的性能、所用的蚀刻法和施加于设备电极4和5之间的电压而决定。间距G2优选几至几十微米。场校正电极7的宽度W3定为几百埃至几十毫米之间的某一恰当值。

导电膜3由选自金属，如钯、铂、钌、银、金、钛、铟、铜、铬、铁、锌、锡、钽、钨或铅；氧化物，如PdO、SnO₂、In₂O₃、PbO或Sb₂O₃；溴化物，如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄或GdB₄；碳化物，如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC；氮化物，如TiN、ZrN或HfN；半导体，如Si或Ge；和碳的材料制成。

为了获得极好的电子发射特征，更优选导电膜3是由细颗粒形成的细颗粒膜。根据设备电极4和5的阶跃范围(step coverage)、电子发射部分2和设备电极4和5之间的电阻值、电子发射部分2的导电细颗粒的颗粒大小及后面所要说明的成形条件将导电膜3的厚度定为一恰当的值。优选导电膜3的厚度为几埃至几千埃，更优为10埃至500埃。导电膜3的电阻值为表面电阻10³至10⁷欧姆/平方。

“细颗粒膜”是通过聚集许多细颗粒而形成的膜且具有精细结构，如其中颗粒备自分散并定位的结构，以及其中颗粒相邻或重叠安置的结构(包括其中某些颗粒聚集且形成作为整体结构的岛状结构的情况)。对于细颗粒膜，颗粒大小优选几埃至几千埃，更优选10埃至500埃。

现在将介绍在本说明书中使用的术语“细颗粒”的含义。

小颗粒称为“细颗粒”，而尺寸更小的颗粒则称为“超细颗粒”。一种尺寸小于“超细颗粒”且含有数目小于几百个原子的物质常称为“簇(cluster)”。

然而，上述颗粒的界限并不能严格定义，这样，分类依据所关注的特征的不同而不同。“细颗粒”和“超细颗粒”有时统称为“细颗粒”。本说明书中的描述将根据上述概念作出。

例如，在Koreo Kinoshita编辑、Kyoritsu于1986年9月1日发行的″Surface and Fine Particles″，Vol.14 of“Lectures of ExperimentalPhysics”中，说明了该论文中使用的术语“颗粒”具有约2-3微米至约10纳米的直径，而“超细颗粒”具有约10纳米至约2-3纳米的直径。如果上述类型的颗粒统称为“细颗粒”，则不能严格地定义界限。由几十至几百个原子构成颗粒的物质称为“簇”(见195页行22至26)。

另外，在“Ultra Fine Particle Project”，Hayashi，New TechnologyDcvelopment Association中，“超细颗粒”如下定义为具有更小颗粒大小的颗粒。

在Creative Scicnce Technology Promotion Systcm中的“Ultra FincParticles Project”(1981至1986)中，具有约1纳米至100纳米大小(直径)的颗粒称为“超细颗粒”。因此，一个超细颗粒是一个约100至10⁸个原子的集合体。按照原子的观点，超细颗粒大得称为了超大颗粒。由Chikara Hayashi，Ryoji Ueda和Akira Tazaki编辑的“Ultra FineParticle-Creative Science Technology”，Mita Shuppan，1988，1至4行，第2页/“比超细颗粒更小的颗粒，即由几个至几百个原子形成的颗粒常称为“簇”(参照12至13行，第2页)。

在上述一般定义的基础上，本说明书中的“细颗粒”是具有约几埃至10埃的颗粒尺寸下限和约几微米颗粒尺寸上限的多个原子或分子的集合。

电子发射部分2包括裂缝6，以使电子在临近裂缝6的部分发射。根据导电膜3的厚度、特征和材料以及制造方法，如后面要说明的成形条件来形成包括裂缝6的电子发射部分2和裂缝6。因此，电子发射部分2的位置和形状并不限于图1A和1B所示。

裂缝6有时包括颗粒尺寸为约几埃至几百埃的导电细颗粒。导电细颗粒是形成导电膜3的一种元素或几种元素所组成的部分。包括裂缝6的电子发射部分2和临近电子发射部分2的导电膜3有时具有其主要成分为碳的膜。

当运行根据本发明的具有上述结构的表面传导电子发射设备时，适当确定施加于场校正电极7的电位，以避免由于电子发射部分2发射的电子被吸入高电位侧设备电极5而造成的对电子发射效率的破坏。现在，对照图2和3将说明上述现象的原理。

图2给出了在根据本发明的表面传导电子发射设备的竖直截面(与图1B中截面相同的截面)上做视图时沿设备电极获得的电位分布。图3给出了沿图28A和28B所示的常规设备的设备电极所获得的电位分布。参照上述附图，参考数字21代表用于提升电子发射部分发射的电子的阳极电极(阳极板)。在表面传导电子发射设备用于图象形成装置的实际情况中，阳极电极21的电位Va为约1KV至约10KV，而自电子发射设备形成于其上的基片的距离为约几毫米。当设备运行时，约10V至约20V的设备电压Vf施加于设备电极4和5之间。

在省略了场校正电极(见图1A和1B)的设备(见图28A和28B)的情况下，设备运行时所获得的电位分布如图3所示在高电位侧设备电极5上有一显著远离裂缝6的奇异点22。在从奇异点22至电子发射点的区域内，电场如图3所示向上(面向阳极电极21)。由于从电子发射点发射的电子因此受到了向下的力(指向高电位侧设备电极5的方向)，不具备足够动能的电子就不能通过上述区域而是落到了高电位侧设备电极5上。

另一方面，根据本发明的电子发射设备(见图1A和1B)在低电位侧设备电极4的外侧包含有场校正电极7，场校正电极7允许被设置在一个与对低电位侧设备电极4所施加的电压不同的电位上。因此，场校正电极7的电位的恰当设置可在某种程度上任意设置到达奇异点区域的电位分布。

具体地说，通过把施加于，例如，场校正电极7的电位设置得高于施加于低电位侧设备电极4的电位，可以提高能够到达阳极电极的电子的比例。理由是把施加于场校正电极7的电位设置得高于施加于低电位侧设备电极4的电位可以使电场奇异点22的位置接近某一临近如图2所示的裂缝6的位置，而且这样可以减小其中临时发射的电子受到向下作用力的区域，以至落到高电位侧设备电极5上的电子被吸引到了阳极电极21上。

根据本发明的电子发射设备所接受的电场校正，以及其对发射电子限制的效果将被更详细地介绍。

通过本发明的发明者所进行的用于检查电压分别施加于表面传导电子发射设备和与表面传导电子发射设备相对的阳极电极情况下的电场分布和所进行的用于获得电子轨道的计算的实验，发现了以下假设可在某种程度上使实验结果得以解释这一事实。

1.在表面传导电子发射设备的裂缝中，电子临时从裂缝中临近阳极的一部分发射进入位于阳极电极外侧的真空。

2.临时发射的电子进入由阴极和阳极形成的电场，而且施加于阳极板的电压所形成的电场将到达比电场中高电位侧设备电极(或与阳极相邻的导电膜)上的奇异点(滞点)更远位置的电子吸引至阳极板。

3.未到达电场中奇异点的电子落至阳极板上，而且一部分电子散布在该区域，随后再次被发射入真空。重复上述的散布操作以使超过电场中奇异点的电子到达阳极板。

可以理解，通过按上述电子发射机理设置电场条件使得大部分临时发射的电子不落在阳极上而被吸引至阳极板，能够显著提高电子发射效率。现在将要描述用于调整各个参数以满足上述要求的具体设计方法。

在无场校正电极的表面传导电子发射设备(见图28A和28B)中，电场中的奇异点产生在离导电膜2003上所形成裂缝位置的距离为xs的位置上，xs由下面的公式(1)表达： $\mathrm{xs}=\frac{d}{2}\sqrt{1+{\left(\frac{2\mathrm{hVf}}{\mathrm{\πVad}}\right)}^2}\≈\frac{\mathrm{hVf}}{\mathrm{\πVa}}-----...\left(1\right)$ 其中hw为表面传导电子发射设备至阳极板的距离，π是圆周长与其直径的比率，d为裂缝宽度，Vf为施加于该设备的电压，而Va是施加于阳极的电压。

在上述公式(1)中，在Vf/d》Va/h的情况下(就常用表面传导电子发射设备而言，它易于成立)，第二个近似等于号成立，其中d为裂缝有效宽度。

作为对磁场中奇异点内侧区域中的电子运动的计算结果，当具有一定动能的电子由临近裂缝的阳极发射出时，如果阳极没有散射发生，发射出的电子能够在阳极上的某一距离不超过发射部分至裂缝中心部分距离的C倍处飞行。注意符号C表示根据电子动能而决定的参数，它由电子发射时获得的以下公式(2)表达，参数C是从本发明的发明者所进行的详细计算中获得的参数。 $C=\exp \{-5.6{\left(\frac{\mathrm{eVf}}{\mathrm{Wf}+\mathrm{eVf}}\right)}^2+27.3\left(\frac{\mathrm{eVf}}{\mathrm{Wf}+\mathrm{eVf}}\right)-12.2\}...\left(2\right)$ 其中Vf〔V〕为施加于上述阴极侧电极和上述高电位侧电极之间的电压，Wf〔eV〕为靠近裂缝的一种物质的功函数而e〔C〕是基本电荷。

因此，至少一部分临时发射入真空的电子到达阳极板而不落在阳极上的条件由以下公式(3)表达：

  CL＞xs                                     ...(3)其中L是在阳极上电子初始被发射的位置至裂缝中心位置的距离。考虑通过使用裂缝有效宽度d和散射电子的平均自由行程λ，运用以下公式(4)以平均值表达该距离： $L=\frac{d}{2}+\mathrm{\λ}...\left(4\right)$

距离CL为在实验基础上计算出的距离，该实验方法是在其中按稍后所述存在有机物质的真空环境中，按某一预定电压使得通过使用薄导电膜或一种具有很低弹性的散射效率的设备电极材料而进行成形来制造出的设备运行一定时间(不过，不提供阳极或阳极电压Va＝0)。距离CL为沉积在高电位侧设备电极或薄导电膜上的距裂缝位置最远处的碳到裂缝部分的距离。

在无场校正电极的表面传导电子发射设备的典型例子中，假定Vf≌15(v)，h≌5(mm)，Va≌5Kv且Wf≌4(cV)，计算上述条件是否满足。结果CL≌0.3(微米)且xs≌5(微米)，它们超出了前述公式(3)表示的条件。如果改变阳极电压Va以满足前述条件公式，则必须施加几十KV至几百KV的阳极电压Va。因此，考虑到放电发生的容易程度，不可能应用于图象形成装置或类似设备中。

就如图1A和1B所示的表面传导电子发射设备的结构而言，假定施加于场校正电极7的电压为Vc，与电子发射有关的电场中的奇异点可设置在阳极上与裂缝位置相距xs的位置上，xs用以下公式(5)表示。 $\mathrm{Xs}=\frac{-\mathrm{\πbVa}-\mathrm{hVc}+\mathrm{hVf}+\sqrt{{(-\mathrm{\πbVa}-\mathrm{hVc}+\mathrm{hVf})}^2+4\mathrm{\πbhVaVf}}}{2\mathrm{\πVa}}...\left(5\right)$ 其中b为裂缝位置至设备电极和场校正电极间空隙的中心部分距离。其余参数与公式(1)至(4)中的相同。

如果施加于场校正电极的电压Vc较高，上述公式可以简化如下： $\mathrm{xs}\≈\frac{\mathrm{hVf}}{\mathrm{\π}(\mathrm{Va}+\frac{h}{\mathrm{\πb}}\mathrm{Vc})}...\left(6\right)$

上述公式(6)表明了通过提高施加于场校正电极的电压Vc可以获得与提高阳极电压Va所得到的相同的对于奇异点的影响。由于与阳极电极21相比，场校正电极7的位置十分接近电子发射部分2。所以可以料到用低电压能得到显著的效果。除去提供了场校正电极外，在与传统表面传导电子发射设备相同结构的情况下，将施加于场校正电极的电压Vc定为正几十伏至正几百伏，可以使上述条件(公式(3))得到满足。

在场校正电极7置于高电位侧设备电极5外侧的情况中，可以料到有相似的效果。在上述情况中，形成于高电位侧设备电极5上的电场中的奇异点决定了电子是否能到达阳极电极21。如果Vc处于一定电位，电场中的奇异点可以用以下等式(7)和(8)近似表示。 $\mathrm{xs}=\frac{\mathrm{\πbVa}+\mathrm{hVc}+\mathrm{hVf}\sqrt{{(\mathrm{\πbVa}+\mathrm{hVc}+\mathrm{hVf})}^2-4\mathrm{\πbhVaVf}}}{2\mathrm{\πVa}}...\left(7\right)$ $\mathrm{xs}\≈\frac{\mathrm{hVf}}{\mathrm{\π}(\mathrm{Va}+\frac{h}{\mathrm{\πb}}\mathrm{Vc})}...\left(8\right)$

换句话说，在场校正电极7置于高电位侧设备电极5外侧的情况中，如果施加于场校正电极7的电压Vc是高的，就可以使用与场校正电极7置于高电位侧设备电极5外侧的情况下所采用的设计方法相似的方法。

如上所述，对于本发明，设置参数Vf、Va、Vc、L、h、b和Wf以满足上述条件等式是优选的。结果，由接近裂缝的阳极中临时发射到真空的电子由于散射或类似原因没有落在阳极上，而以更大的可能性到达阳极，这使得电子发射效率显著提高。

现在将对照图4A至4C描述一种制造根据本发明的表面传导电子发射设备的基本结构的方法的一个实施例。注意，图4A至4C中与图1A和1B中相同的参考数字代表相同的元件。

(1)用清洁剂、纯水和有机溶剂充分洗涤基片1，然后用真空蒸发法、溅射法或类似方法来沉积设备电极的材料。然后，采用照相平版技术在基片1上形成设备电极4和5和场校正电极7(见图4A)。

(2)对具有设备电极的基片1的表面涂施有机金属溶液，且让基片1立着。这样，设备电极4和5互为相连，以至形成了有机金属膜。注意有机金属溶液为其主要成分为形成上述导电膜3的金属的有机化合物溶液。然后，有机金属膜经受热烘干处理，而且用提升(lifting off)法和蚀刻法对导电膜3布线(见图4B)。

虽然已描述了涂施有机溶液的方法，但方法不限于此。例如，可采用真空蒸发法、溅射法、分散法、浸渍法或旋转法。

(3)然后，进行成形处理。作为成形处理的一个例子，现在讨论一种电流流动处理。根据本发明的成形处理并不限于此。任何选用的方法如果是通过在导电膜上产生裂缝而形成强电阻状态的，就可以采用。

当从电源(未示出)向设备电极4和5之间提供电能时，结构已经改变的电子发射部分2形成于导电膜3的位置上(见图4C)。作为前述电流流动处理的结果，导电膜3局部断裂、变形或变性以使电子发射部分2的结构改变。

图5A和5B表示通电成形处理中电压波形的例子。

电压波形优选按脉波的形式。采用连续施加其脉波高电平为恒定电压的电压脉冲的方法(见图5A)，或按脉波高电平不断增加的方式施加电压脉冲的方法(见图5B)来施加电压脉冲。

现在，将参照图5A描述脉波高电平为恒定电压的情况。

参照图5A，T1和T2分别为电压波形的脉冲宽度和脉冲周期。例如，T1设置为1微秒至10毫秒，T2设置为10微秒至100毫秒，选择适合于电子发射设备形状的恰当波高(成形处理中的峰值电压)并在具有恰当真空度的真空环境中施加如此设置的电压波形几秒至几十分钟。施加的电压波形不限于图释的三角波。可以采用理想的波形，例如矩形波。另外，波高、脉冲宽度和脉冲周期不限于上述值。因此，可以选择适合于电子发射设备电阻值的数值以形成所需的另人满意的电子发射部分2。

现在将参照图5B描述在增加脉波高电平时施加电压脉冲的情况。

参照图5B，T1和T2与图5A所示的相同。按照，例如，每次0.IV增加波高(成形处理中的峰值电压)并在与如图5A所示相似的恰当真空环境中施加电压脉冲。

优选不会使导电膜3局部断裂、变形或变性的电压，例如0.1V，测量脉冲周期中的设备电流来获得电阻值，以便在测得了高于，例如1兆欧，的电阻的条件下结束成形处理。

成形处理后的处理过程可以在如图6所示的测量评价系统中进行。现在将要描述测量评价系统。

参照图6，与图1A和1B中相同的参考数字代表相同的元件。参考数字21代表用于捕获来自电子发射部分2的发射电流Ie的阳极电极，51代表向设备施加设备电压Vf的电源，52代表用于测量在设备电极4和5之间的导电膜3中流动的设备电流If的电流计，53代表用于向阳极电极21施加电压的高压电源，54代表用于测量来自电子发射部分2的发射电流Ie的电流计，55代表用于向场校正电极7施加电压的电源，56代表用于测量场校正电极7中流动的电流的电流计，57代表真空装置，而58代表排气泵。

表面传导电子发射设备，阳极电极21等放置在真空装置57中。给真空装置57提供所需要的单元，如真空计(未示出)，这样就能够测量和评价所需真空状态中的表面传导电子发射设备。

排气泵58包括由离心泵或螺旋泵形成的常用真空系统和包含离子泵或此类设备的超真空装置。可用加热装置(未表示出)加热电子发射设备的真空装置57和基片1的整体。注意，如稍后所述，通过在组装显示板(参照图10中的201)的步骤中将显示板和其内在部分形成为真空装置57及其内在部分，可使测量评价系统适于进行测量、评价和成形处理与后续处理。

(4)就本发明的表面传导电子发射设备而言，优选采用激发处理将碳和碳化合物沉积在包括电子发射部分2的区域上。

作为将碳和碳化合物沉积在包括电子发射部分2的区域上的方法，优选使用有机物质易于存在的真空环境(例如，约10-4至10-5毫米汞柱的真空程度)中，在设备电极4和5之间施加电压脉冲的方法。特别是，上述方法对表面传导电子发射设备来说可以显著提高电子发射的特征。

在使用，例如油扩散泵或螺旋泵，排出真空容器中气体的情况下，利用大气中留下的有机气体可以形成激发处理所需的且有机物质存在于其中的真空气体。另外，可以通过将恰当的有机物质气体引入其中气体已用离子泵或类似设备排出的真空而形成真空气体。优选的有机物质的气体压力根据应用的形式、真空容器形状、有机物质类型等而变化。因此，选择合适的压力级。优选的有机物质选自脂肪烃，如烷烃、烯烃或炔烃；芳香烃；和有机酸，如醇、醛、酮、胺、酚、

蒿酮或磺酸。具体说，采用的原料选自表达式为C_nH_2n+2饱和烃，如甲烷、乙烷或丙烷；以组成由分子式C_nH_2n表达的不饱和烃，如乙稀或丙烯；苯、甲苯；甲醇；乙醇；甲醛、乙醛；丙酮；丁酮；甲胺；乙胺；酚；甲酸；乙酸和丙酸。作为上述处理的结果，碳和碳化合物由环境中的有机物质沉积到了设备上以使设备电流If和发射电流Ie明显改变。

碳和碳化合物为，例如，石墨(包括所谓的HOPG、PG和GC，其中HOPG为实质上具有完全晶体结构的石墨；PG为具有约200埃的晶粒大小和轻度不规则晶体结构的石墨；而GC具有约20埃的晶粒大小和更为不规则晶体结构的石墨)和非晶碳(非晶碳和非晶碳与上述石墨微晶体的混合物)。沉积膜厚度优选为500埃或更薄，更优为300埃或更薄。

(5)优选如此制造的电子发射设备经受稳定处理。稳定处理是排出真空容器中有机物质的过程。真空容器内的压力优选为1×10^-7毫米汞柱或更低，更优为1×1O^-8毫米汞柱或更低。为了防止装置产生的油对于设备特征的影响，用于排出真空容器中气体的真空排气装置优选不使用油的类型。具体地说，可以使用如吸收泵或离子泵的真空排气装置。排出真空容器中的气体时，优选加热真空容器整体以使附着于真空容器内壁和电子发射设备上的有机物质分子易于排出。虽然在上述情况中优选的加热条件为温度80至200℃且时间为5小时或更长，但条件不限于此。可在根据真空容器的大小与形状和电子发射设备结构这样的条件而恰当选择的条件下进行加热处理。

虽然在上述稳定处理完成后，当运行设备时优选环境维持不变，但环境不仅限于此。即使真空程度有所降低，有机物质的充分排出还是能够维持充分稳定的特征。

通过在上述环境中运行设备，可防止碳和碳化合物的进一步沉积，这样可以使设备电流If和发射电流Ie稳定。

现在将要描述如此获得的根据本发明的表面传导电子发射设备的基本特征。

表面传导电子发射设备的基本特征常按如下的方法获得：将图6中测量评价系统中的阳极电极21的电压设置为1KV至10KV而将阳极电极21至表面传导电子发射设备的距离h为2mm至8mm。

图7给出了发射电流Ie、设备电流If和设备电压Vf之间关系的典型例子。参照图7，由于发射电流Ie明显小于设备电流If，所以它以独立(arbitrary)单位表示。注意纵坐标的轴和横坐标的轴都代表线性刻度。

由图7可以理解，相对于发射电流Ie，根据本发明的表面传导电子发射设备具有三个特征。

如果对表面传导电子发射设备施加其电平高于一定值(图7中称为阈电压Vth)的设备电压Vf，则发射电流Ie迅速增加。如果设备电压Vf低于阈电压Vth，基本上测不到发射电流Ie。即根据本发明的表面传导电子发射设备是相对于发射电流Ie具有一明显阈电压Vth的非线形设备。

由于发射电流Ie相对设备电压Vf具有单调增长的特征(称为“MI”特征)，用设备电压Vf可以控制发射电流Ie。

被阳极电极21(见图6)捕获的发射电荷取决于施加设备电压Vf的时间。即用施加设备电压Vf的时间可以控制被阳极电极21捕获的电荷的数量。

发射电流Ie相对设备电压Vf具有“MI”特征的同时，设备电流If相对设备电压Vf有时也具有“MI”特征。图7中的实线表明了上述表面传导电子发射设备的特征。图7中的虚线表示了设备电流If相对设备电压Vf具有VCNR特征的情况。所要获得的此特征取决于表面传导电子发射设备的制造方法和测量条件。即使表面传导电子发射设备属于设备电流If相对设备电压Vf具有VCNR特征的一类，发射电流Ie相对设备电压Vf还是具有“MI”特征。

由如图7所示，发射电流Ie相对施加于场校正电极7的电压Vc而变。参照图7，由于Vc1＞Vc2＞Vc3，Ie相对Vc通常单调递增。

来自根据本发明的表面传导电子发射设备的发射电流Ie与施加于场校正电极7的电压Vc的关系见图8。由图8可以理解，发射电流Ie随校正电压Vc显著变化。校正电压Vc用相对于低电位侧设备电极4的电压定义。就是说，当校正电压Vc为0V时，获得的特征基本上与没有场校正电极7的传统表面传导电子发射设备的特征一样。

由图8可以理解，如果施加于场校正电极7的电压Vc增加，则来自根据本发明的表面传导电子发射设备的发射电流Ie是单调递增的。上述现象保持到校正电压Vc基本上与阳极电压Va相一致。在图8所示的情况下，如果校正电压Vc设置为约200V，则与传统表面传导电子发射设备相比，电子发射效率可提高约10倍。

由图8可以理解，通过使校正电压Vc相对低电位侧设备电极4为负，可以降低由根据本发明的表面传导电子发射设备发射出的电子数量。如果施加几伏至几十伏的负电压，则被阳极电极捕获的电子数量可达到基本上为零。即通过改变校正电压Vc可以改变被阳极电极捕获的电子数量。

现在将描述在根据本发明的表面传导电子发射设备上具有荧光膜的显示装置。在根据本发明的、其中荧光膜被激发并用电子束使其发射光的显示装置的情况下，已知由于电子束的强度分布，荧光板的一部分总是承受强电子束，所以发生了一种称为“燃烧”的损坏。因此，荧光板的寿命由电子束强度最大部分的损坏决定。

为了延长寿命，必须均匀施加电子束。

为了达到上述目标，在维持发生电子数量恒定的同时，根据本发明的电子发射设备能够移动电子束施加于荧光表面的位置。具体地说，在时间进程中防止滞点移动的同时，即在维持图6和8中的以下参数为一恒定值 $(\mathrm{Va}+\frac{h}{\mathrm{\πb}}\mathrm{Vc})$ 的同时，改变金属衬垫116或所示的透明电极的电位(阳极电位)和校正电极的电位Vc以移动荧光板上电子到达的位置(荧光位置)，从而防止荧光板的损坏。

场校正电极的电位Vc和设备电压Vf可以同步变化以使Ie稳定。

由于根据本发明的表面传导电子发射设备的上述特征，即使在具有多个设备的电子源或图象形成装置中，也能够轻易地根据提供的信号来控制电子发射的数量。这样，可以实现对于多个工业领域的应用。

现在将要描述根据本发明的、放置有多个根据本发明的表面传导电子发射设备的电子源的实施例。首先，将要描述表面传导电子发射设备的接法。

至于在根据本发明的电子源中的表面传导电子发射设备的接法，以及在相关背景技术中描述的梯形接法，可采用n根Y向导线通过层间绝缘层被放置在m根X向导线上，而且X向导线和Y向导线与表面传导电子发射设备的一对设备电极相连的接法。后文中称上述接法为“矩阵接法”。现在将要描述矩阵接法。

表面传导电子发射设备的基本特征使得在脉冲电压高于阈电压的条件下，能用加在设备电极之间的脉冲电压的波高和脉冲宽度控制表面传导电子发射设备中的发射电子。如果脉冲电压低于阈电压，基本上没有电子被发射。因此，在放置多个表面传导电子发射设备的情况下，对每个设备施加脉冲电压就能实现按输入信号选择表面传导电子发射设备，从而控制发射电子的数量。这样，选择和独立运行每个表面传导电子发射设备仅需要一种简单的矩阵导线。

简单的矩阵接法形成于上述原则的基础上。将参照图9进一步描述作为根据本发明的电子源的、具有简单矩阵接法的电子源结构。

参照图9，基片1为如前所述的玻璃板，为了符合用途，恰当确定放置在基片1上的根据本发明的表面传导电子发射设备的数目和形状。

M根X向导线102各自具有外部接头Dx1、Dx2、…、Dxm，X向导线102为用真空蒸发法、印花法或溅射法形成于基片1上的导电金属线。为了对多个表面传导电子发射设备均匀地施加电压，要恰当地确定材料、厚度和线宽。

N根Y向导线103各自具有外部接头Dy1、Dy2、…、Dyn，Y向导线103按类似X向导线102的方法形成。

N根场校正电极导线106各自具有外部接头Dc1、Dc2、…、Dcn且类似Y向导线103而形成，场校正电极导线106平行于Y向导线103交替形成。

在m根X向导线102、n根Y向导线103和n根场校正电极导线106之间，形成层间绝缘层(未示)以使导线电气上绝缘。如此就形成了矩阵导线结构。注意符号m和n均为正整数。

层间绝缘层(未示)由SiO₂或类似物质制得且用真空蒸发法、印花法或溅射法形成。将具有Y向导线103和场校正电极导线106的基片1的整个表面部分地形成为所需的形状。为了允许Y向导线103、场校正电极导线106和X向导线102间交叉点处的不同，要恰当选择厚度、材料和制造方法。

另外，通过由导电金属或类似材料制得的、用真空蒸发法、印花法或溅射法形成的导线105，将表面传导电子发射设备104的相对的设备电极(未示出)和场校正电极(未示出)分别与m根X向导线102、n根Y向导线103和n根场校正电极导线106电气上相连。

m根X向导线102、n根Y向导线103、n根校正电极导线106和导线105可以由部分或完全相同的元素制成，也可以由不同的元素制成。上述导线的组成材料恰当地选自前述用于设备电极的材料。表面传导电子发射设备104可形成于基片1或层间绝缘层(未示出)上。

如稍后所要描述的，为了根据输入信号扫描沿X方向放置的多行的表面传导电子发射设备104，将一个用于提供扫描信号的扫描信号产生装置(未示出)与X向导线102电气上相连。为了扫描在Y方向放置的每一行表面传导电子发射设备104，将一用于提供调制信号的调制信号发生装置(未示出)与Y向导线103电气上相连。施加于每一个表面传导电子发射设备104的激励电压按供给表面传导电子发射设备104的扫描信号和调制信号间的差值电压提供。

现在将参照图10至12，描述通过使用前述简单矩阵接法电子源而形成的根据本发明的图象形成装置的一个例子。图10是显示了显示板201的基本结构的视图。图11A和11B是表示荧光膜114的视图，而图12为表示根据NTSC信号使图10中的显示板201执行电视显示的驱动线路的方框图。

参照图10，参考数字1代表根据本发明的表面传导电子发射设备如前所述地放置在其上的一块电子源基片，111代表基片1固定于其上的后盖板，116代表一块前盖板，其上在玻璃基片113的内表面上形成作为图象形成元件的荧光膜114、金属衬垫115等，而112代表支持框架。通过对连接部分施加熔结玻璃或类似物并在氮气环境中以400至500摄氏度烘烤上述元件10分钟或更长以密封这些元件，后盖板111、支持框架112和前盖板116就形成了外壳118。

参照图10，参考数字102和103代表与表面传导电子发射设备104的一对设备电极相连的X向导线和Y向导线，每一X向导线102和Y向导线103分别具有外部接头Dx1至Dxm和Dy1至Dyn。参考数字106代表与表面传导电子发射设备104的场校正电极相连的导线，导线106具有外部接头Dc1至Dcn。

如上所述，外壳118由前盖板116、支持框架112和后盖板111形成。由于后盖板111主要用于加强基片1的强度，因此如基片1具有足够强度，就无需后盖板111。在上述情况中，可直接将支持框架112焊接于基片1上以用前盖板116、支持框架112和基片1形成外壳118。通过在前盖板116和后盖板111之间插入称为垫片(未示出)的支持元件，使外壳对大气压力足够坚固。

在单色显示的情况中，荧光膜114仅由荧光元件122形成。荧光膜114为彩色荧光膜的情况中，荧光膜114由称为黑条(见图11A)或黑底(见图11B)的黑色导电元件121和荧光元件122组成。为了加深用于显示彩色图象所需三元色的荧光元件的边界以防止混色的冲击并避免荧光膜114反射外部光线引起的对比度的降低，设置了黑条或黑底。黑色导电部分121的材料可以为主要组成为广泛使用的黑铅的材料，或任何具有导电性并能防止光线穿透和反射的材料。

不论显示为单色或彩色，沉淀法或印花法都可作为对玻璃板113涂施荧光材料122的方法。

如图10所示，通常提供金属衬垫115作为荧光膜114的内表面。提供金属衬垫115的理由是将其用作反射一部分发自荧光元件122(见图11A和11B)的光至前盖板116以提高亮度的镜表面，以及用做施加使电子束加速的电压的电极并用于保护荧光元件122免受由于外壳118产生的离子相撞造成的破坏。可以通过在荧光膜114形成后使荧光膜114内侧表面承受平滑处理(常称为“膜形成”)并用真空蒸发法或类似方法沉积铝来形成金属衬垫115。

前盖板116可以在荧光膜114的外表面上具有一透明电极(未示出)以提高荧光膜114的导电性。

在彩色显示情况中进行上述密封处理时，必须通过令人满意的位置调整使每一中颜色的荧光元件122和表面传导电子发射设备104互为对应。

外壳118的外部按这样的方法密封：用不使用油的排气装置，如离子泵和吸收泵将其中气体通过排气管(未示)排出，同时类似前述的稳定处理进行加热以使其中有机物质充分降低的气体的真空度为10^-7毫米汞柱。为了在外壳118密封后维持真空度，可进行吸气处理。吸气处理是通过在外壳118被密封前或后，立即采用电阻加热，高频加热或其他相似方法来加热放置在外壳118中预定位置的吸气剂(未示出)以形成蒸发膜的方法。吸气剂通常主要由钡或相似物质制得，用以形成有吸附性能的蒸发膜从而维持在，例如，10^-7毫米汞柱的真空度。

在成形处理完成后，制造表面传导电子发射设备的每一种方法常在外壳118按照如前所述的方法被密封前马上执行。

前述的显示板201可以用具有，例如，图12所示结构的驱动线路进行操作。参照图12，参考数字201代表显示板，202代表扫描线路，203代表控制线路，204代表移位寄存器，205代表行线存储器，206代表同步信号分离线路，207代表调制信号发生器，而Vx和Va代表直流电压源。

如图12所示，显示板201通过外部接头Dx1到Dxm，外部接头Dy1到Dyn，以及高压接头Hv与外部电路相连，用于连续操作以矩阵形式置于包括m行n列的矩阵形式的显示板201上的表面传导电子发射设备组的一行(n个装置的每一个)的扫描信号，被提供给外部接头Dx1到Dxm。

另一方面，将用于控制来自根据上述扫描信号所选择的行中的每一表面传导电子发射设备的输出电子束的调制信号提供给外部接头Dy1和Dyn。

由外部直流电源Vc提供直流电压给外部接头Dc1到Dcn。直流电压经常设置得比施加给高电位侧设备电极的电势高以获得增加能够到达荧光部分的电子数量的效果。

通过直流电压源Va给高压接头Hv施加，例如，10KV的直流电压。提供作为给由表面传导电子发射设备发射出的电子束提供足够激发荧光部分的能量的加速电压的直流电压。

扫描回路202包括m个开关设备(S1到Sm概略地示于图12中)。S1到Sm的每一个开关选择来自直流电源Vx的输出电压或0V(接地电平)以便与显示板201的外部接头Dx1到Dxm电气相连。根据由控制线路203传来的控制信号Ts来操作S1到Sm的每一个开关设备。实际上，开关设备S1至Sm能很容易地由具有开关功能的组合设备，如FETs，形成。

根据上述表面传导电子发射设备的特征(阈电压)调整根据本实施例的直流电源Vx，以提供恒定的电压从而降低给不在进行扫描的表面传导电子发射设备所提供的驱动电压，使之低于阈电压。

控制线路203使各自的操作同步以根据外部提供的图象信号形成恰当的显示。根据后面要描述的同步信号分离线路206所提供的同步信号Tsync，生成提供给各自部分的控制信号Tscan，Tsft和Tm-ry。

同步信号分离线路206是用来从外部提供的NTSC电视信号分离出同步信号组分和亮度信号组分的线路。熟知同步信号分离线路206可以用频率分离线路(过滤器)来组成。熟知，由同步信号分离线路206分离的同步信号包括垂直同步信号和水平同步信号。为简化描述，同步信号用Tsync表示。另一方面，为简化描述，从电视信号中分离出来的图象亮度信号用DATA信号表示。DATA信号提供给移位寄存器204。

移位寄存器204为每一行图象串行/并行转换按时间顺序连续传来的DATA信号。移位寄存器204根据从控制线路203来的控制信号Tsft来操作。控制信号Tsft可以看作移位寄存器204的移位时钟。已被串行/并行转换的每一行图象的数据(相对于控制n个表面传导电子发射设备的数据)，作为n组并行信号Id1到Idn传送给移位寄存器204。

行线存储器205是根据预定的时间存储一行图象数据的储存单元。行线存储器205根据控制线路203来的控制信号恰当存储Id1到Idn的内容。存储内容以Id′1到Id′n提供给调制信号发生器207。

调制信号发生器207是用于根据每一个图象数据Id′1到Id′n而正确操作和调制每一个表面传导电子发射设备的信号源。调制信号发生器207输出的信号通过接头Dy1到Dyn提供给显示板201中的表面传导电子发射设备。

如前所述，表面传导电子发射设备有确定的用于发射电子的阈电压，因而只有当电压高于阈电压时它才发射电子。如果施加了高于阈电压的电压，发射电流随施加给表面传导电子发射设备的电压的改变而改变。如果改变了制造表面传导电子发射设备的元件，结构和方法，发射电流相对于阈电压或施加电压变化的程度有时也会改变。在任何情况下，均可给出下面的事实。

当提供脉冲电压给表面传导电子发射设备时，如果施加低于阈电压的电压，则没有电子被发射。如果电压高于阈电压，则电子被发射。通过改变电压脉冲的波高，可以控制被发射电子束的密度。通过改变电压脉冲的宽度，可以控制发射电子束的整体数量。

因此，表面传导电子发射设备可以根据所提供的信号用电压调制方法或脉冲宽度调制方法来调制。在使用电压调制方法的情况中，调制信号发生器207产生的电压脉冲有预定的长度。调制信号发生器207由一个能够根据提供的数据准确调制脉冲的波高的电压调制类型线路形成。在使用脉冲宽度调制方法的情况中，调制信号发生器207产生有预定波高的电压脉冲，调制信号发生器207由一个能准确调制脉冲宽度的脉冲宽度调制线路构成。

如果每一个被选择的单元能串行/并行传递或存储图象信号，移位寄存器204和行线存储器205可以是数字信号型或模拟信号型。

在采用数字信号型单元的情况中，来自同步信号分离线路206的输出信号DATA必须通过给同步信号分离线路206的输出部分提供A/D转换器来数字化。

关于上述结构，无论从行线存储器205输出的信号是数字信号还是模拟信号，提供给调制信号发生器207的线路都要有所不册。

就是说，在采用了数字信号和电压调制方法的情况中，在调制信号发生器207中采用了已知的A/D转换线路；而且随需求出现，需要增加放大线路和类似线路。在采用数字信号和脉冲宽度调制方法的情况中，调制信号发生器207可以通过使用组合，例如，高速振荡器，用于计算振荡器传送的波的数目的计数器，用于接受来自计数器和前述存储器来的输出数据的比较器所形成的线路来轻易形成。当需求出现时，可以增加一个放大器，以将自比较器传来的且已被脉冲宽度调制的电压放大到用于操作表面传导电子发射设备的电压水平。

在采用模拟信号和电压调制法情况中，可以采用包括已知操作放大器的放大线路作为调制信号发生器207。随需求出现，加入电平移动线路。在采用模拟信号和脉冲宽度调制方法的情况中，需要一个已知的电压控制振荡器回路(VCO)。随需求出现，可增加一放大电压到操作表面传导电子发射设备的电压水平的放大器。

当电压从外部接头Dx1到Dxm和Dy1到Dyn提供时，根据本发明的包含显示板201和驱动线路的图象形成装置能够使任意的表面传导电子发射设备发射电子。通过高压接头Hv，对金属壳115或透明电极(未示出)施加高压来加速电子束，被加速的电子束被允许和荧光膜114碰撞以产生激励和光发射。这样可以根据NTSC电视信号进行电视显示。

为了获得根据本发明的图象形成装置，需要概略说明了的前述结构。详细的部分，例如每一元件的材料，不限于前述的描述，允许适当选择详细部分来满足图象形成装置的用途。尽管已描述了NTSC输入信号，根据本发明的图象形成装置并限于NTSC信号。也可以采用别的方法，例如PAL和SECAM。可以采用别的包括更大数目扫描行的TV信号，例如，高质量的TV方法，以MUSE方法为代表。

现在将参照图13A，13B和14描述根据本发明的前述梯形电子源和包括前述电子源的图象形成装置的实施例。

参照图13A，参数1代表基片，104代表表面传导电子发射设备，304代表连接表面传导电子发射设备104的公用导线。提供了10条公用导线304，其中每条包含外部接头D1到D10。

多个表面传导电子发射设备104平行放置在基片1上，放置好的表面传导电子发射设备104称作设备行。设置多个上述设备行以形成电子源。

通过在公用线路304之间给各自的行提供合适的驱动电压(例如，外接头D1和D2的公用线路304)，可以单独操作每一个设备行。就是说，对想要发射电子束的设备行须提供比阈电压高的电压，而对不想要发射电子束的设备行则提供比阈电压低的电压。通过将相邻的外部接头D2到D9的公用线路304，即外部接头D2和D3，D4和D5，D6和D7，D8和D9的公用线路集成为同一线路，可以实现前述驱动电压的应用。

图14是有梯形电子源的显示板的结构图。

参照图14，参考数字302代表栅极电极，303代表电子通过的开口，D1至Dm代表用于向每一个表面传导电子发射设备施加电压的外部接头，G1至Gn代表连接栅极302的外部接头，而Dc1至Dcn代表用于向每一个表面传导电子发射设备的电场校正电极施加电压的外部接头。每个设备行的公用导线304在基片1上集成为同一导线。

参照图14，和图10相同的参考数字代表相同的元件。与图10中所示且包含简单的矩阵线路接法的显示板201的显著区别在于栅极302放置在基片1和面板116之间。

在基片1和前盖板116之间，放置栅极电极302。栅极电极302可以调制从表面传导电子发射设备104发射出来的电子束，每一个栅极电极302被做成条形电极垂直于梯形结构的设备行而放置且对应每一个表面传导电子发射设备有一个圆形口303以使电子束通过。

栅极电极302的形状和接法并不限于图14所示的那些。例如，多个开口303可以由网型结构形成。栅极电极302可以被放置为环绕或邻接表面传导电子发射设备104。就是说，能够达到阳极的电子数可用施加给如图8所示电场校正电极的电压来控制。就是说，因为可以调制由表面传导电子发射设备104发射的电子束，所以改变施加在垂直于梯形接法设备行而放置的电场校正电极上的电压可以使一行的图象用下面的方法显示。

外部接头D1到Dm和G1到Gn与驱动线路连接(未示出)。以同步于设备行的顺序驱动(扫描)，对成行的栅极电极302施加一行图象的调制信号，每一个电子束对荧光膜114的辐照可以被控制以显示一行图象。

如前所述，根据本发明的图象形成装置可以采用简单的矩阵接法或梯形接法。因此，本发明能获得优选的图象形成装置作为前述电视发射系统的显示装置和用于电视会议系统或计算机的显示装置。而且，根据本发明的图象形成装置可以被用作包括感光筒的激光打印机的曝光设备。

本发明的实施例下面将作详细的描述。

实施例1

在本实施例中，表面传导电子发射设备有图1A和1B所示的结构并根据本发明制造。现在将描述通过使用表面传导电子发射设备，评价电子发射设备的特征的实验。注意图1A是设备的平面图，图1B是同一设备的截面图。

参照图4A至4C，现在将描述一种制造根据本发明的表面传导电子发射设备的方法。

步骤a

通过溅射的方法在干净的钠钙玻璃上形成一层厚0.5微米的二氧化硅膜从而形成基片1。然后，在基片1上使用光阻材料(RD-2000N-41 Hitachi Chemical Co.Ltd.)形成设备电极4和5以及电场校正电极7的布线图。采用真空蒸发的方法使一层厚50埃的Ti膜和厚1000埃的Ni膜顺序沉积。光阻材料布线图用有机溶剂溶解，提升沉积的Ni/Ti膜从而形成设备电极4和5和电场校正电极7。

注意设备电极间的间距G1做成2微米，设备电极的长度L1做成300微米，低电势侧设备电极4的宽度W1做成2微米，间距G2做成2微米。而且，紧靠低电位侧设备电极的外侧沉积具有300微米长度和300微米宽度W3的场校正电极7。

步骤b

然后，使用一个在设备电极和临近间隙G1的开口之间有间隙G1的罩，使用真空蒸发的方法沉积并布线一层厚度为1000埃的Cr膜。在Cr膜上，通过旋转器采用旋转覆盖的方法涂施有机钯(ccp4230 Okuno Pharmaceuticals生产)，然后在300℃下进行热烘干10分钟。这样，Cr膜被酸侵蚀因而形成了所需的导电膜。

导电膜3的长度L2做成50微米，这样形成的主要包含氧化钯的导电膜3的厚度是100埃，它的表面电阻是2×10⁴欧姆/平方。

步骤c

然后，具有设备电极4和5，场校正电极7和在其上形成的用来形成电子发射部件的薄膜3的基片1被设置于图6所示测量与评价系统的真空装置57。接着，排气泵58被运行使真空设备57中达到2×10^-5毫米汞柱的真空度。然后，启动提供设备电压Vf的电源51以施加设备电极4和5之间的电压，而且执行电流流动处理(成形处理)从而形成电子发射部件2。成形处理采用如图5B所示的电压波形进行。

在本实施例中，成形处理采用这样一种方式，即图5B所示T1设置为1ms，同一图中的T2设置为10ms，采用矩形波代替三角波，矩形波的加权高度(成形过程中的电压峰值)以0.1V的阶跃增加。在成形处理过中，一个电阻测量脉冲被同时加入T2间以0.1V的电压来测量设备电阻。当电阻脉冲的测量值为1MΩ或更大时结束成形处理。同时，结束对设备施加电压。结果，根据本实施例的设备使得电压Vf在成形过程中约为5.0V。

步骤d

然后对成形过程的设备施加具有周期T2、脉冲宽T1和峰高14V的矩形波，这与前面所述步骤C相似，因此激活过程要进行约30分钟。注意此时真空设备57中的真空度为1.5×10^-5毫米汞柱。

这样制成的电子发射设备称为设备A。除了电场校正电极7省略外，一种比较设备按照生产设备A相同的方法制成，该比较设备称为设备B。

设备A和设备B的电子发射特性采用测量评价设备连续测量。注意测量条件是从阳极21到电子发射设备的距离h为5mm，阳极21的电位是5KV以及真空装置57的真空度是1×10^-6毫米汞柱。

在设备A和B的设备电极4和5之间提供16V的设备电压来测量此时的设备电流If和发射电流Ie。结果，设备A和设备B使得设备电流If和发射电流Ie与前面阶段测量过程中所观测到的相比，更加稳定。

当改变对设备A的场校正电极7所施加的电压Vc时，测量发射电流Ie。结果，得到如图15所示的数据。即，电子发射效率随着给场校正电极7所施加的电压Vc的变化而变化，电子发射效率相对校正电压Vc呈单调增长的趋势。在前面提到的等式(3)成立的范围内可以获得相当好的电子发射效率。特别是，当校正电压Vc是300V和设备电压Vf是16V，设备电流If是0.8mA。这样，电子发射效率是约2.0％。

比较设备B的结果是，当设备电压是16V时，设备电流是0.8mA和发射电流Ic是0.8μA。因而，电子发射效率是0.1％。

结果，根据本发明设备A显示出的极好的大约是传统设备的将近20倍的电子发射效率。即，认为设备A可以防止一部分暂时射入真空的电子落在电极上。

实施例2

尽管实施例1这排安排，即场校正电极7设置在其上设置设备电极4和设备电极5的同一平面位置上，本实施例有这样一种结构，即电场校正电极7不在设备电极4和5形成的同一平面上形成。

参照图16，相同的参考数字代表图1A和图1B中的相同的元件。因为设备的制作和评价电子发射效率的实验是和实施例1相似的进行，详细的描述在这儿省略了。

本实施例中，低电位侧设备电极4的宽度W1是2微米，低电位侧设备电极4和电场校正电极7的水平高差是2微米，低电位侧设备电极4和电场校正电极7在水平方向上的间距G2是4微米，场校正电极7的长度L1是300微米。

在与实施例1相同的操作的条件下，根据本实施例的设备导致设备电流If是0.8mA和发射电流Ie相对供给场校正电极7的电压Vc的变化如图17所示。场校正电压必须比实施例1的高，以使当Vc是300V时，电子发射效率是约1.5％。

实施例3

尽管实施例1和2有这样一种结构，即场校正电极7临近低电位侧的设备电极放置，本实施例的结构是电场校正电极被放置在临近高电位侧的设备电极。

图18A是根据本实施例的设备的平面图，图18B是根据本实施例的设备的截面图。

参照图18A和18B，相同的参考数字代表与图1A和图1B中相同的元件。因为设备的制作和评价电子发射效率的实验是以和实施例1和2相似的方式进行，详细的描述在这儿省略了。

本实施例中，低电位侧设备电极4的宽度是2微米，低电位侧设备电极4和场校正电极7的水平高差是2微米，低电位侧设备电极4和场校正电极7在水平方向上的间距是4微米，场校正电极7的长度L1是300微米。

在与实施例1相同的操作的条件下，根据本实施例的设备导致，设备电流If是0.8mA和发射电流Ie相对场校正电极7的电压Vc的变化示于图19中。发射电流Ie在10V附近有一个峰的原因是场校正电极设置在比设备电极低的位置。

实施例4

尽管实施例2和实施例3具有这样的结构，即场校正电极7在离基片1表面的深部形成，本实施例却具有这样的结构：场校正电极在基片1上的形成位置比设备电极4和5高(当进行测量时一个接近阴极的位置)，如图20所示。

参照图20，相同的参照数字表示如图1A和1B所示的那些相同的元件。由于设备的制造和评价电子发射特性的实验与实施例1相似地进行，此处省去详细描述。

在本实施例中，低电位侧设备电极4的宽度为2微米，低电位侧设备电极4和场校正电极7的高差为2微米，从低电位侧设备电极4到场校正电极7的水平方向间距为4微米，场校正电极7的宽度为300微米。

在与实施例1中使用的操作条件相同的情况下，根据本实施例的设备导致：设备电流If为0.8mA，发射电流Ie如图21所示相对施加于场校正电极7的电压Vc而变化。校正电压Vc允许比实施例1和2中所要求的要低，这样，当Vc为300V时，电子发射效率约为2.3％。

实施例5

尽管实施例2和3具有这样的结构，即场校正电极6在离基片1表面的深部形成，并与设备电极4和5平行，本实施例却具有这样的结构：场校正电极6形成得相对于设备电极4和5倾斜，如图22所示。

在实施例1中，如果施加于场校正电极6的电压级别被连续升高，所有到达场校正电极6的电子将落到场校正电极6。其原因是施加于场校正电极6的电压所形成的电场由于阴极电压而被不希望地变得比在场校正电极6上方所形成的电场要大。

相应地，本实施例具有如图22所示结构以避免上述现象并使得电子借助被施加在场校正电极6上的电压飞得更远。

参照图22，相同的参照数字表示如图1A和1B所示的那些相同的元件。由于设备的制造和评价电子发射特性的实验与实施例1相似地进行，此处省去详细描述。

根据本实施例的表面导电电子发射设备中，设备电极4和5之间的间距L1为2微米，高电位侧设备电极5的宽度L2为2微米，高电位侧设备电极5与场校正电极6之间的间距为4微米，场校正电极6的宽度L4为300微米，台阶部分高度D1为2微米，场校正电极6的角度0为45度。

在与实施例1使用的操作条件相同的情况下，根据本实施例的设备导致：设备电流If为1.5mA而且发射电流Ie相对于施加在场校正电极6的电压Vc而变化，如图23所示。

本实施例为获得与实施例1和2相同的效率需要较高电压。当电压Vc的级别低时，电子不落在场校正电极6上，而能到达阴极21处(见图6)，所以极佳的效率点以峰的形式出现。如果电压Vc的级别高，可以得到极好的电子发射效率(当Vc为200V时约0.67％)。

实施例6

已知道，当利用电子束来显示时遇到一个问题，即荧光板的一部分取决于电子束强度分布总被暴露于强的电子束，因此，有时发生被称为“燃烧”的破坏。所以，荧光板的寿命是由其中的电子束是最强的那部分的损坏所决定的。

为延长寿命，必须均匀施加电子束。本实施例目的一个目的为均匀施加电子束。

鉴于上述情况，本实施例的一个目的是提供一种在保持稳定效率的同时能容易地校正电子束形状的结构和控制方法。

根据本实施例的电子发射设备的结构与根据实施例1的相同。图24A和24B是显示了当施加于场校正电极的电压与阴极电压被同时改变并且控制是以这样的方式执行，即电场奇点(如向上箭头所示点)是恒定的时候，电位分布(实线)和电子轨迹(箭头)的示意图，。

由于h/πb＝5×10^-3〔m〕/(3.14×4×10^-4)〔m〕＝400，实施例以此种方式安排：随着时间变化，校正电极的电位从25V变化到30V，阴极电位变化从2KV到4KV，以使Va+400Vc不变，特别地使Va+400Vc为14000V。虽然电子发射效率在上述电位被改变后不变，电子到达的位置被改变，如图24A和24B上部的强度分布显示所示。当荧光元件被置于阴极板上时，上述随时间而进行的操作使得荧光元件的破坏被防止而亮度不变。

实施例7

实施例7具有这样一种结构，即一个如图9所示的电子源，该电子源由多个根据本发明用一个简单矩阵接法放置的表面导电电子发射设备形成，以用来制造如图10所示的图象形成设备。

图25是其中多个导电膜以矩阵接法连接的基片1的一部分的平面图。一个沿线26-26所得的剖面如图26所示。参照图9，10，25和26，相同的参照数字代表相同的元件。

参照数字1代表一个基片，102代表一根X方向导线(也称“上部导线”)，103代表一根Y方向导线(也称“下部导线”)，106代表场校正电极导线，3代表一导电膜，4代表低电位侧设备电极，5代表高电位侧设备电极，401代表层间绝缘层，402代表一个为在高电位侧设备电极5和下部导线103之间建立电连结的接触孔。

首先，按顺序介绍根据一种本实施例的制造电子源的方法。

步骤a

一个具有0.5微米厚度的氧化硅膜通过溅射方法在一足够洁净的钠钙玻璃上形成，由此制造出基片1。然后，一具有5nm厚度的Cr膜和一具有600nm厚度的Au膜，通过真空蒸发方法顺序堆在基片1上。然后，光敏抗蚀剂(AZ1370，Hoechst制造)由一旋转物旋转地涂施，然后，进行烘烤。然后，罩光图像被暴露于光中并且显影，由此形成下部导线103，场校正电极7和它的导线106的抗蚀图。然后，沉积的Au/Cr膜被蚀刻从而下部导线103，场校正电极7和它的导线106以所希望的形状形成。

步骤b

然后，一层间绝缘层401由一具有1.0微米厚度的氧化硅膜通过RF溅射方法沉积形成。

步骤c

制造用于在过程b中沉积的氧化硅膜上形成接触孔402的光敏抗蚀剂的布线图，并且光敏抗蚀剂布线图被用作蚀刻层间绝缘层401所用的罩，因而就形成了接触孔402。此外，移去在场校正电极7上的氧化硅膜。蚀刻用RIE(活性离子蚀刻)方法进行，使用CF₄气体和H₂气。

步骤d

然后，设备电极的布线图由光敏抗蚀剂(RD-2000N-41Hi-tachi Chemical Co.Ltd.)制造出来。采用真空蒸发方法来顺序沉积一具有5nm厚度的Ti膜和一具有100nm厚度的Ni膜。用有机溶剂溶解光敏抗蚀剂布线图，沉积的Ni/Ti被去掉，从而形成设备电极4和5。注意设备电极间间距的形状与根据实施例2的相似。

步骤e

上部导线102的光敏抗蚀剂布线图形成于设备电极4和5上，然后，一层具有5nm厚度的Ti膜和一层具有500nm厚度的Au膜以真空蒸发方法顺序沉积。不必要的部分用提取(Lifting Off)法除去，从而形成具有希望形状的上部导线102。

步骤f

为形成一个用于形成电子发射部分的薄膜，使用一个在设备电极间有空隙并在靠近空隙有一开口的罩，一层具有厚度为1000埃的Cr膜用真空蒸发方法沉积并且形成布线图，在Cr膜上，有机Pd(ccp4230，Okuno Pharmaceuticals)通过使用旋转器用旋转喷涂方法施加，然后，在300℃下执行10分钟的热烘烤过程。为形成主要由钯氧化物组成的电子发射部分而如此形成的薄膜3的厚度为100埃，它的表面电阻为5×10⁴欧姆/平方。

步骤g

其上已形成了Cr膜并且已进行了烘烤工艺的用于形成电子发射部分的膜3用酸性蚀刻剂蚀刻从而形成所希望的布线图。

步骤h

防蚀剂被涂施于除了接触孔402部分以外的部分，从而形成一个图案。然后，采用真空蒸发法，因而顺序沉积一层厚度为5nm的Ti膜和一层厚度为500nm的Au膜。不必要的部分通过提取去除从而嵌入接触孔402。

作为上述步骤的结果，在绝缘基片1上，形成了场校正电极7，导线106，下部导线103，层间绝缘层401，上部导线102，设备电极4和5和13以及用于形成电子发射部分的薄膜3，从而得到一个未进行成形的电子源。

然后，使用如此制成的基片1(见图20)，其上的多个导电膜3以矩阵接线方式连结，从而制成一个图像形成装置。现参照图10和11A来描述制造过程。

首先，基片11(见图25)，其上的多个导电薄膜3以矩阵接线方式连结，被固定于后盖板111上。然后，前盖板116(通过形成荧光膜114和在玻璃板113内部表面上的金属衬垫115来形成)通过支持框架112被放在基片1上高度为5mm处。然后，熔料(frit)玻璃被施用在前盖板116之间的连接部分，支持框架112和后盖板111上，然后在430℃执行烘烤10分钟或更长，以进行密封。基片1用熔料玻璃固定于后盖板111。

作为图像形成元件的荧光膜114是一带状的荧光元件(见图11A)，用以实现色彩显示。首先，形成一黑色带，而且用于每种色彩的荧光元件122通过泥浆方法使用因而制成荧光膜114。黑色带由某种材料制成，其主要成分石墨是一种被广泛应用的材料。

金属衬垫115设在荧光膜114的内表面上。金属衬垫115是这样制得的，在荧光膜114形成后，荧光膜114的内表面要经过一道磨光过程(通常称作“成膜”)，然后A1被真空蒸发上去。

前盖板116有时在荧光膜114外设有透明电极以提高荧光膜114的导电性。但是，由于金属衬垫115就可提供满意的导电性，透明电极在本实施例中被略去。

当在彩色显示的情况下进行前述的密封过程中，每种颜色的荧光体122和各个表面传导电子发射设备104间必须通过准确地排列它们的位置而使其一一对应。

外壳118的内部部分由一个与真空泵相连的抽气管(未示出)抽成约为10-6毫米汞柱的真空度。然后外接端子Dx1到Dxm和Dy1到Dyn间相互连结，表面传导电子发射设备104的设备电极4和5间被加上电压。接着可执行前述的形成过程以形成电子发射部分2。

形成过程由图5B中所示的电压波形来完成(但是，用方波波形代替了三角波)。在本例中，T1是1ms，T2是10ms。

随后生成的电子发射部分2处于一种其主要成分是钯元素的微细粒子被分散且放置的状态下，每个微细粒子的平均粒径是30埃。

然后，使用一种和成形过程中一样的有相同T1和T2的方波(波幅为14V)，并引入1O^-3毫米汞柱的丙酮以使在测量设备电流If和发射电流Ie时能产生一个激活过程。

然后，外壳118的内部部分由一根抽气管(未表示)抽成约为10^-7毫米汞柱的真空度，接着抽气管被煤气喷灯加热熔化以密封外壳118。在密封完成后要保持真空度，可用高频加热法来完成吸气过程，吸气剂的主要成分是钡或其它类似元素。

在随后制成的显示面板201(见图10)中，容器的外接端子Dx1到Dxm和Dy1到Dyn被相互连结，扫描信号和调制信号从一个信号发生装置(未表示)被作用于相应的表面传导电子发射设备104，以使电子可被发射。当在容器的外部端子Dc1到Dcn间施加常压时，金属衬垫114上通过高压端子Hv被加上几千伏或更高的高压，以使电子束被加速而与荧光膜115碰撞。于是，产生了激活和光的发射从而显示图象。

在本实施例中，从每个电子发射设备将被发射的电子的数量通过用单矩阵操作每个电子发射设备来控制。如上所述，从根据本发明的电子发射设备上将被发射的电子的数量可通过变化加在场修正电极上的电压Vc来改变。因此，控制Vc电压的每个电子发射设备的场校正电极应用矩阵形接线以使将从每个电子发射设备发射出的电子数量能被控制。

实施例8

图27表示了一个根据本发明的图象形成装置，在该装置中使用了将前述的表面传导电子发射设备作为电子源的显示板，因此可以显示以电视广播为代表的任何一种图象信息源所提供的图象信息。

参照图27，参考数字201代表显示面板，1001代表操作显示板201的电路，1002代表显示控制器，1003多路转换器，1004代表解码器，1005代表输入/输出电路，1006代表CPU，1007代表图象产生电路，1008、1009和1010代表图象存储接口电路，1011代表图象输入接口电路，1012、1013代表电视信号接收电路，1014代表输入部分。

事实上，当根据本实施例的图象形成装置收到一个信号，例如，一个电视信号，包括图象信息和声音信息，它会在重现声音的同时显示图象。有关接收、分离、重现、处理、存储与本发明特征无直接关系的声音信息的电路与扬声器将略去不予描述。

现在将根据图象信号的流程来逐个描述每个部分的功能。

电视信号接收电路1013是一个接收用无线传输系统(如电波、空间光学通信)传输的电视信号的电路。

将被接收的电视信号，并无特别的限制，例如，NTST法、PAL法或SECAM法都可用。由较多的扫描线组成的电视信号，例如MUSE法，是理想的信号源，它可利用前述的显示板适于形成大面积显示和大数量象点显示的优点。

由电视信号接收电路1013收到的电视信号被传送给解码器1004。

电视信号接收电路1012是一个接收有线传输系统，如同轴电缆或光纤传输的电视信号的电路。与电视信号接收电路1013类似，它对接收的电视信号的产生方法并无特别的限制。由电视信号接收电路1012收到的电视信号也被送到解码器1004。

图象输入接口电路1011是一个接收从图象输入设备，如电视摄像机或图象扫描仪发出的图象信号的电路。收到的电视信号也被送到解码器1004。

图象存储接口电路1010是一个接收存在磁带录像机(习惯上称为“VTR”)中的图象信号的电路。收到的电视信号也被送到解码器1004。

图象存储接口电路1009是一个接收存在视盘中的图象信号的电路。收到的电视信号也被送到解码器1004。

图象存储接口电路1008是一个接收由一个设备，如存储静态图象数据的静态图象盘发出的图象信号的电路。收到的电视信号也被送到解码器1004。

输入/输出接口电路1005是一个在根据本实施例的装置与外部计算机、计算机终端或打印机间建立联系的电路。事实上，输入/输出接口电路1005输入/输出图象数据、字符和图形信息，而且有时可以根据本实施例的图象形成装置从或向CPU1006输入/输出一个控制信号或数字型数据。

图象发生电路1007是一个根据由外部通过输入/输出接口电路1005提供或由CPU1006传送的图象数据、字符和图形信息而产生将显示图象数据的电路。图象发生电路1007包括需要用于产生图象的电路，比如一个可写存储器来存储图象数据、字符和图形信息；一个只读存储器来存与字符码有关的图象模式和一个执行成象过程的处理器。

要被显示的那些已由前述电路产生的图象数据，被传送至解码器1004。图象数据可通过输入/输出接口电路1005被传至外部计算机终端或打印机。

CPU1006主要执行与控制根据本例的显示装置的运行有关的操作，如将被显示图象的生成、选择、和编辑。

例如，CPU1006传送一个控制信号给多路转换器1003以适当地选择和结合要在显示面板上显示的图象信号。此时，CPU1006向显示面板控制器1002传送与将被显示的信号相应的控制信号以适当地控制显示装置的操作，比如指示图象显示的频率、扫描方式(如隔行还是非隔行)以及一桢的扫描行数。而且，CPU1006可直接传送图象数据、字符和图形信息给图象生成电路1007或通过输入/输出接口电路1005与外部计算机或存储器联系以输入图象据、字符和图形信息。

注意CPU1006还可执行其他操作。例如，CPU1006可直接涉及某些可产生或处理信息的功能，如个人计算机或字处理器。同样可行的是，CPU1006通过输入/输出接口电路1005与外部计算机终端联系而执行某一操作，如数字计算、与其它外部单元配合等。

输入部分1014用于让使用者给CPU1006输入一个命令、程序或数据，输入部分1014可以是任何一种输入单元，如键盘、鼠标、摇杆、条形码读入器或声音识别器等。

解码器1004是一个将由从图象生成电路1007到电视信号接收电路1013传送来的各种图象信号反向转换为三种主要信号，即亮度信号、I信号和O信号。如图上虚线所示，解码器1004含有一个图象存储器是较理想的，原因是在将一个电视信号(如由MUSE法产生的)进行反向转换时需要用到图象存储器。

如果有图象存储器，则很容易显示静态图象。与此类似，图象的处理和编辑，如图象的淡化、插入、扩大、收缩和合成，都可轻易地完成。

多路转换器1003根据CPU1006提供的相应的控制信号适当地选择要显示的图象。就是说，多路转换器1003从解码器1004提供的反向转换图象信号中选择一个需要的图象信号并将这个被选中的图象信号送至驱动电路1001。在前述的例子中，对所显示的一帧图象在一个周期内进行图象信号的选择可将一帧分为多元区域，而在分开的显示区内显示不同的图象，就象多屏幕电视单元做得一样。

显示面板控制器1002是一个与CPU1006提供的控制信号相应的控制驱动电路1001的操作的电路。

当执行一个与显示面板的基本操作有关的操作时，显示面板控制器1002传送给驱动电路1001一个控制信号，例如操作显示面板的能量源(未表示)的操作顺序；当执行一个与显示面板的操作方法有关的操作时，显示面板控制器1002传送给驱动电路1001一个控制信号，例如图象显示的频率或扫描方式(隔行还是非隔行)。显示面板控制器1002有时传送给驱动电路1001一个与图象质量有关的控制信号，比如将显示图象信号的亮度、对比度、色调和锐度。

驱动电路1001是一个产生一个将提供给显示面板201的控制信号的电路。驱动电路1001根据相应的由多路转换器1003提供的图象信号和由显示面板控制器1002提供的控制信号来操作。

每个部分的功能的安排如上所述。本例所讲的具有如图22所示结构的图象生成装置可以在显示面板201上显示由任何一种图象信息源提供的图象信息。就是说以电视广播为代表的任何一种图象信号，在解码器1004中被反向转换并在多路转换器1003中被适当选择。接着被选中的信号被提供给驱动电路1001。另一方面，显示面板控制器1002产生一个与将显示图象信号相应的控制驱动电路1001的操作的控制信号。驱动电路1001提供给显示面板201一个与前面的图象信号和控制信号相应的驱动信号。结果是一个图象可以显示在显示面板201上。前面所述的操作的顺序都由CPU1006控制。

根据本发明设计的图象形成装置可以显示存在解码器1004中的图象存储器内的被选择的信息，这些被选择的信息由图象发生电路和所提供的信息生成。而且，根据本发明设计的图象生成装置可以完成对图象的处理，如扩大、收缩、旋转、移动、边缘凸起、淡化、插入、色彩变换、图象长宽比的转换，以及图象的编辑，如合成、删除、连接、替换和增加。尽管在本例的描述中被省略，与前述的图象的编辑和处理类似的提供一个只处理或编辑声音信息的电路是可行的。

所以，本例中提到的图象形成装置能够作为一个单元来服务，做一个电视广播的显示单元、一个电视会议系统的终端单元、一个使用静态或动态图象的图象编辑单元、计算机的终端装置、办公室的终端装置，如字处理器及游戏机。因而，可以在工业或个人用途上实现极其广泛的应用范围。

注意图27只是表示了一个包含显示面板、由表面传导电子发射装置组成的电子源的例子。事实上，根据本发明设计的图象形成装置并不限于这些。

例如，在图22所示的各组成中，与满足所要求的用途无关的电路被略去了。相反地，在要求提高时会增加其它的组成。比如，若根据本发明设计的图象形成装置被用作电视电话时，应增加一个电视摄像机、麦克风、光辐照单元以及含有调制解调器的发送/接收电路。

由于根据本发明设计的图象形成装置包括由表面传导电子发射设备组成的电子源，显示面板可以变薄，因而图象生成装置的深度可以削减。而且，由于由于显示面板包括由表面传导电子发射设备组成的电子源，可以使屏幕的尺寸轻易地扩大，从而获取很好的亮度和满意的视野效果，根据本发明设计的图象生成装置可以显示令人感到栩栩如生、动感十足的图象。

如上所述，根据本发明，电子发射部分具有足够大并与基片平行的电场以发射电子，而且与其靠近的部分可以阻止电子落在电极上从而得到了很有效的电子发射设备。

通过对电子发射设备的多样性加以处理而得到的大面积电子源可提高每个电子发射设备的效率。含有前述电子源的图象生成装置可以提高亮度并增加对比度以使图象质量明显提高。

电子发射效率提高的实现可得到低耗设备。每个设备的能量消耗被降低具有外部电路的设备的负荷也被降低。

如上所述，根据本发明，大面积平面显示能被实现，可用于彩色显示，并具有极好的亮度、对比度和图象质量。

尽管本发明已以具有一定特殊性的较理想的形式被描述，但可以理解，目前公开的优选形式可以在不脱离如下所要求的的本发明的精神和范围情况下，对其结构细部和各部分结合与排列加以变化。

Claims (12)

1.一个电子发射设备，包括一片在彼此相对的低电位侧电极与高电位侧电极之间具有一个电子发射部分的导电膜，所述电子发射设备包括：

一个靠近所述低电位侧电极或所述高电位侧电极放置并能独立提供电压的场校正电极。

2.根据权利要求1所述的一个电子发射设备，其中靠近所述电子发射部分形成一个其中的电位分布在施加电压时变化迅速的裂缝。

3.根据权利要求1所述的一个电子发射设备，其中所述场校正电极放置得比在其上形成有所述低电位侧电极与所述高电位侧电极所形成的平面要高。

4.根据权利要求1所述的一个电子发射设备，其中所述场校正电极放置得比在其上形成有所述低电位侧电极与所述高电位侧电极的平面要低。

5.根据权利要求1所述的一个电子发射设备，其中所述场校正电极放置在与在其上形成有所述低电位侧电极与所述高电位侧电极的平面相倾斜的平面上。

6.根据权利要求2所述的一个电子发射设备，其中当用于捕获电子的阳极板放置得高于所述电子发射设备时，从所述裂缝的中心位置至所述高电位侧电极上所形成的电场的一个奇异电之间的距离xs小于从所述裂缝的所述中心部分至电子从与所述阳极相邻的所述裂缝的部分向真空开始发射出去的位置之间的距离L和由下述公式定义的参数C的乘积： $C=\exp \{-5.6{\left(\frac{\mathrm{eVf}}{\mathrm{Wf}+\mathrm{eVf}}\right)}^2+27.3\left(\frac{\mathrm{eVf}}{\mathrm{Wf}+\mathrm{eVf}}\right)-12.2\}$

其中Vf〔V〕是施加在所述阴极边电极与所述高电位侧电极之间的电压，Wf〔eV〕是靠近所述裂缝的物质的功函数且e〔C〕是基本电荷，而且

假设施加到所述场校正电极上的相对于所述低电位侧电极的电压为Vc，从所述裂缝的所述中心部分至在所述高电位侧电极上所形成的电场的所述奇异点的距离xs由下述方程近似给出 $x_s=\frac{h{V}_f}{\mathrm{\π}(V_a+\frac{h}{\mathrm{\πb}}{V}_c)}$ 其中h是从所述电子发射设备到所述阳极板的距离，π是圆周长与其半径的比率，Va是施加到所述阳极的电压以及b是从所述裂缝的中心位置至所述场校正电极与所述电极之间缝隙的中心位置的距离。

7.根据权利要求1所述的一个电子发射设备，其中施加到所述场校正电极的电压随时间变化，以便改变电子轨道或被发射电子的数量。

8.一个电子源，在其基片上包括多个根据权利要求1至7的任何一项所述的电子发射设备。

9.根据权利要求8所述的一个电子源，其中以矩阵形式布置多个电子发射设备，每个所述电子发射设备的某一边连接到行线，而每个所述电子发射设备的另一边连接到与所述行线相垂直的柱线。

10.根据权利要求8所述的一个电子源，其中以梯状接线形式布置多个电子发射设备，每个所述电子发射设备的每一边的两端平行地连接到两条行线上，而所述场校正电极连接到与所述行线垂直的柱线上。

11.一个图象形成设备，包括一个电子发射设备、一个图象形成元件、和一个用于操作所述电子发射设备以便响应信息信号来控制所述电子发射设备所发射电子的单元，其中

所述电子发射设备是一个根据权利要求1至7的任何一项所述的电子发射设备。

12.根据权利要求11所述的一个图象形成设备，其中所述图象形成元件包括一个荧光体。

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