CN1160923A - 电子发生设备、成像设备及其制造和调节特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能以简单工艺消除电子源电子发射特性差异的电子发生设备；调节此设备特性的方法；制造此设备的方法；以及采用此设备的成像设备。从脉冲发生器对显示板的各表面导电发射器件施加特性测量电压，得以由电流探测器测量电子发射特性。控制脉冲峰值设定电路以输出具有依上述方式确定的峰值的电压信号，并从脉冲发生器给所述器件施加特性移位电压由此可均衡各器件的电子发射特性。特性移位电压＞特性测量电压＞驱动电压。

Description

电子发生设备、成像设备及其 制造和调节特性的方法

本发明涉及在基片上设置一批表面导电发射器件组成的电子发生设备、调节此电子发生设备特性的方法、制造此电子发生设备的方法、以及应用了这种电子发生设备的成像设备。

作为电子发射器件，传统上周知的两类是热电子阴极器件与冷阴极器件。冷阴极器件例如有表面导电发射器件、场致发射型发射器件(以后称作FE型器件)与金属/绝缘体/金属型发射器件(以后称作MIM型器件)。

FE型器件的已知例子描述于W.P.Dyke与W.W.Dolan的“FieldEmission”，《Advance in Electron Physics》，8，89(1956)以及C.A.Spindt的“Physical Properties of thin-film field emission cathodes withmolybdenum cones”，《J.Appl.Phys.》，47，5248(1976)中。

MIM型器件的已知例子描述于C.A.Mead的“Operation ofTunnel-emission Devices”，《J.Appl.Phys.》，32，646(1961)中。

表面导电发射器件的例子例如有M.I.Elinson描述于《Radio，Eng.Electron Phys.》，10(1965)中的，其它一些例子将于下面说明。

表面导电发射器件利用了下述现象：使电流平行地通过在基片上形成的薄膜的表面，会在小面积的薄膜上引起电子发射。这种表面导电发射器件包括应用Au薄膜的器件(G.Dittmer：《Thin Solid Films》，9，317(1972))，应用In₂O₃/SnO₂薄膜的器件(M.Hartwell与C.G.Fonstad，《IEEE Trans.ED Conf.》，519(1975))，应用碳薄膜的器件(HisashiAraki，et al：《Vacuum》，Vol.26，No.1.p.22(1983))，等等，以及根据上述的Elinson的应用SnO₂薄膜的器件。

图27是M.Hartwell等人的表面导电发射器件的平面图，这一例子反映了这类表面导电发射器件的典型结构。参看图27，标号3001指基片而3004指由溅射形成的金属氧化物薄膜。此导电薄膜3004呈H形构型，如图27所示。相对导电薄膜3004执行起电过程(以后称作激励形成过程)，形成了电子发射部3005。参看图27，有一设定为0.5至1mm的间隙L和一设定至0.1mm的宽度W。为便于图示，电子发射部3005呈矩形且位于导电薄膜3004的中央，但这并非精确地表明了此电子发射部的正确位置与外形。

在M.Hartwell等人的上述表面导电发射器件中，电子发射部3005通常是由在电子发射之前对导电薄膜3004施行称之为激励形成过程的起电过程而形成的。在此激励形成过程中，进行起电时是以极慢速率例如1V/min的速率，将恒定的DC电压施加到导电薄膜3004的两端来部分地使导电薄膜3004破坏或变形或改变导电薄膜3004的性质，由此形成高电阻的电子发射部3005。注意，导电薄膜3004的破坏了的或变形了的部分或是性质已改变了的部分上存在裂缝。当在激励形成过程之后将适当的电压加到导电薄膜3004之上，在此裂缝附近即产生电子发射。

上述表面导电发射器件的优点在于是冷阴极器件，它们的结构简单，易于制造。因此，可以在广泛领域内构成许多装置。例如在本申请人所申请的日本专利(公开)64-31332号中，已公开了用来配置和驱动一批这类器件的方法。

已研究了关于表面导电发射器件在例如诸如图象显示设备的成象设备、图象记录设备、带电束源等方面的应用。

关于在成像设备中的应用，正如本申请人所申请的美国专利5066883号与日本专利(公开)2-257551与4-28137号所公开的，已研究了表面导电发射器件与电子束辐射下发光的荧光体相结合的形式。这类图像显示设备预期具有较传统的图像显示设备更为优越的种种性质。例如，与当前通用的液晶显示设备相比，上述的显示设备的优点在于它是光发射型而不需背景光以及它有宽广的视角。

本发明人等除上述传统的器件外，还研究了各种材料、各种制造方法与各种结构的冷阴极器件。本发明人等还研究了配置有一批冷阴极器件的多电子束源以及用到了这种多电子束源的图像显示设备。

本发明人等也研究了图28所示的根据布线方法的多电子束源。具体地说，这种多电子束源是由二维排列的大量的冷阴极器件与把这些器件由导线连接成的矩阵结构所组成，如图28所示。

参看图28，标号4001指冷阴极器件，4002指行布线层，4003指列布线层。行布线层4002与列布线层4003实际上具有的有限电阻由图28中的导线电阻4004与4005表示。图28中所示的布线称之为简单的矩阵布线。为便于图示，图28中所示多电子束源是由6×6矩阵构成。显然，矩阵的行X列数并不限于所述布置形式。在图像显示设备的多电子束源中，布置了和用导线连接有足够多的能执行所需图像显示的上述器件。

在表面导电发射器件由导线连接成简单矩阵的多电子束源中，是将适当的电信号提供给行布线层4002与列布线层4003以输出所需的电子束。当驱动此矩阵任一行中的表面导电发射器件时，就有选择电压Vs加到所选择的这一行中的行布线层4002上。同时有非选择电压Vns施加到未选择行的行布线层4002上。与上述操作相同步，用于输出电子束的驱动电压Ve便施加到列布线层4003上。在此方法下，有电压(Ve-Vs)加到选择的行的表面导电发射器件上，同时有电压(Ve-Vns)加到未选择的行的表面导电发射器件上，但此时假定因导线电阻4004与4005造成的电压降可以忽略。当电压Ve、Vs与Vns调节到合适的电平时，便只从所选择的行的表面导电发射器件输出具有所需强度的电子束。当以不同的驱动电压Ve施加到各个列布线层4003上，便从所选择行的各个器件中输出不同强度的电子束。由于表面导电发射器件的响应高，电子束的输出时间也可以根据用于施加驱动电压Ve的时间而改变。

这种具有表面导电发射器件排成简单矩阵的的多电子束源可以有种种应用。例如，它通过适当地供给图像信息的电信号，就可适当地用作图象显示设备的电子源。

为了改进表面导电发射器件特性所作的广泛研究的结果，本发明人等发现制造过程中的激活过程是有效的。

如前所述，当表面导电发射器件的电子发射部待形成时，采取了使电流流到导电薄膜上来局部地破坏、变形或损伤此薄膜而形成裂缝的过程(激励形成过程)。然后，在进行激活过程时，就可显著改进电子发射特性。

确切地说，这种激活过程是在适当条件下对激励形成过程形成的电子发射部施行起电，将碳或碳化合物淀积到电子发射部的周围。例如，于真空气氛中周期性地施加电压脉冲，此气氛中存在有在适当分压下的有机物质，总压力为10^-4～10^-5乇。在此过程中，各种微晶石墨、多晶石墨、无定形碳及它们的混合物在电子发射部附近沉积到约500埃或较小的厚度。这些条件只是些例子，必须根据表面导电发射器件的材料与外形适当地变动。

将采用了上述过程的电子发射部与激活过程前的相比，在施加同一电压下的发射电流通常约提高100倍或更高。在完成此激活过程后，最好减少真空气氛中有机物质的分压。

于是，在制造其中有一批表面导电发射器件、此器件还由导线连接成简单矩阵的多电子束源时，最好对各个器件都施行激活过程。

在按上述方式制得的多电子束源中，电子源的发射特性会因上述过程中的种种变化而改变。要是把这种器件用来形成显示设备，发射特性的变化就表现为亮度变化。存在着多种会改变多电子束源中各电子源的电子发射特性的因素：电子发射部所用材料组分的变化、器件的部件的尺寸误差、激励形成过程中不一致的起电条件、以及激活过程中的不均一的起电条件或不均一的气氛气体。但是，为了消除所有这类因素，就需要最先进的制造设备和最严格的过程管理，而这将使制造成本增大到不实际的水平。

本发明考虑到了上述通常性的问题，其目的在于提供：能消除由上述种种因素引起的多电子束源中电子发射特性改变的电子发生设备、调节此种电子发生设备特性的方法、制造此种电子设备的方法、以及应用此种电子发生设备的成像设备。

本发明的另一目的在于提供：通过利用表面导电发射器件的特有性质使多电子束源特性均衡化的电子发生设备、调节此种电子发生设备特性的方法、制造该电子发生设备的方法以及应用了此种电子发生设备的成像设备。

为了达到上述种种目的，本发明提供了这样一种调节具有多电子束源的电子发生设备特性的方法，此设备中有一批表面导电发射器件配置在基片上并有用来对多电子束源输出驱动电压的驱动装置，所述方法包括下述步骤：施加特性测量电压来测量这批表面导电发射器件的特性；根据测得的电子发射特性来求得这批表面导电发射器件特性的参考值；以及给这批表面导电发射器件中的相应一个施加特性移位电压，以使这批表面导电发射器件的电子发射特性变成与上述参考值对应的值，其中的特性移位电压高于特性测量电压，而特性测量电压又高于上述驱动电压。

最好在其中有机气体的分压不超过10^-8乇的气氛中施加上述特性移位电压。

上述方法还包括有这样的几个步骤：在施加特性移位电压后再来测量这批表面导电发射器件的特性，以及根据此再测量的结果将上述移位电压再施加到相应的表面导电发射器件上。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件所发射出的发射电流。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件中流动的器件电流。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件中电子发射的光发射亮度，同时可将此测得的亮度变换为与上述发射电流或器件电流相对应的值。

本发明还包括制造电子发生设备的方法。

根据本发明，提供了制造电子发生设备的方法，此设备具有多电子束源，其中的一批表面导电发射器件在基片上配置成矩阵形式，具有将驱动电压输出给此多电子束源的驱动装置，所述方法包括下述步骤：对基片上的这批表面导电发射器件形成电极与导电膜；通过上述电极对所述导电膜起电为这批表面导电发射器件形成其电子发射部；激活这些电子发射部；施加特性测量电压来测量这批表面导电发射器件的特性；根据测量出的电子发射特性求得这批表面导电发射器件特性的参考值；以及给这批表面导电发射器件中相应的一个施加特性移位电压，使得这批表面导电发射器件的电子发射特性成为与上述参考值相对应的值，其中上述特性移位电压高于所述特性测量电压，而此特性测量电压又高于所述驱动电压。

最好在其中有机气体的分压不超过10^-8乇的气氛中施加上述特性移位电压。

上述方法还包括有这样几个步骤：在施加特性移位电压后再来测量这批表面导电发射器件的特性，以及根据此再测量的结果将上述移位电压再施加到相应的表面导电发射器件上。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件所发射出的发射电流。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件中流动的器件电流。

在上述测量步骤中，可以在每次驱动表面导电发射器件时测量表面导电发射器件中电子发射的光发射亮度，同时可将此测得的亮度变换为与上述发射电流或器件电流相对应的值。

本发明还包括电子发生设备与图像显示设备本身。本发明提供的电子发生设备包括：多电子束源，它有一批表面导电发射器件配置于基片上；以及驱动装置，它根据图像信号来驱动此多电子束源，其中，此电子发生设备是由上述方法制造的。

本发明提供的图像显示设备包括上述的电子发生设备以及荧光体，此荧光体在多电子束源的电子束辐射时发光。

在本发明中，于测量各表面导电发射器件的电子发射特性之前或之后，同时是在施加用来改变此器件的特性移位电压之前，必须从此器件周围除去所述有机气体。

为了防止此器件的特性为显示驱动脉冲所改变，施加到各表面导电发射器件上的电压值最好满足下述关系：(显示驱动脉冲的峰值)＜(测量中施加的电压值)＜(存储波形信号的峰值)。显示驱动脉冲也称为驱动电压。测量中所施加的电压值也称为特性测量电压。存储波形信号也称为特性移位电压。

本发明的电子发生设备可以用于半导体制造工艺中的EB(电子束)光刻。

此外，在完成这种电子发生设备后，当表面导电发射器件的电子发射特性随着时间的流逝而有了改变时，也可以利用上述调节本发明的电子发生设备特性的方法。

根据本发明，可以用简单的工艺过程来消除种种因素引致的电子发射器件的电子发射特性的改变。

根据本发明，可以利用表面导电发射器件的特有性质使电子发射器件的特性基本上均衡。

本发明的其它特点与优点可以从下面结合附图进行的说明中获得理解，在本发明的所有附图中以相同的标号表示相同或类似的部件。

图1A与1B示明了本发明的表面导电发射器件的存储波形信号的例子；

图2A与2B中的曲线图，用来解释相对于表面导电发射器件的驱动电压的发射电流特性间的差别；

图3中的框图表明，根据本发明第一实施例用来将存储波形信号加到多电子束源的设备的布局；

图4中的曲线图表明，在改变驱动电压时观察到的发射器件的发射电流特性，此发射器件具有在制造多电子束源的过程中产生的不同的电子发射特性；

图5中的曲线图表明，在改变存储波形信号的峰值时观察到的电子发射电流特性；

图6是曲线图，用来说明在施加存储波形信号后，由预定的驱动电压Vf1所驱动的这种发射器件的发射电流特性；

图7是流程图，示明第一实施例的电子源中各表面导电发射器件的电子发射特性的测量过程；

图8是流程图，示明根据测得的电子发射特性来施加存储波形信号的过程；

图9是框图，示明根据本发明第二实施例的用来将存储波形信号施加到多电子束源的设备的布局；

图10是曲线图，表明在改变驱动电压时观察到的发射器件的发射电流特性，此发射器件具有在制造多电子束源的过程中产生的不同的电子发射特性。

图11是曲线图，表明在改变存储波形信号的峰值时观察到的器件电流特性；

图12是曲线图，用来说明在施加存储波形信号后，由预定的驱动电压所驱动的这种发射器件的器件电流特性；

图13是框图，示明根据本发明第三实施例的，用来将存储波形信号施加到多电子束源的设备的布局；

图14是流程图，表明制造本发明的多电子束源的步骤；

图15是部分切除的透视图，表明本发明的图像显示设备的显示板；

图16A与16B是平面图，表明荧光体在本发明显示板面板上的布置形式；

图17A与17B是本发明所用平面型表面导电发射器件的平面图和剖面图；

图18A至18E是表明上述平面型表面导电发射器件制造步骤的剖面图；

图19是曲线图，表明激励成形过程中施加的电压的波形；

图20A与20B是曲线图。分别表明激活过程中施加的电压的以及发射电流Ie的变化的波形；

图21是本发明中所用阶梯型表面导电发射器件的剖面图；

图22A至22F是剖面图，表明上述阶梯型表面导电发射器件制造步骤的剖面图；

图23是曲线图，表明本发明中所用表面导电发射器件的典型特性；

图24是本发明中所用多电子束源的基片的平面图；

图25是本发明中所用多电子束源的基片的局部剖面图；

图26是框图，表明本发明的多功能图像显示设备的布局；

图27是平面图，表明通常的表面导电发射器件的结构；而

图28则是用来说明通常的多电子束源的矩阵式布线的示意图。

下面详细说明本发明的最佳实施例。

首先详述说明本发明的最佳实施例。

首先详述用来解决上述问题的措施。本发明中，应用使表面导电发射器件具有电子发射特性加以存储的功能(以后称为电子发射特性存储功能)，将预定的电子发射特性存储于表面导电发射器件的单元中。采用这种安排方式，使得各个表面导电发射器件的电子发射特性变得均衡。

下面说明本发明的表面导电发射器件所显示的电子发射特性存储功能。

本发明人等驱动了一种在有机气体分压减小了的气氛中经历了激励成形过程与激活过程的表面导电发射器件，同时测量了这种器件的电性质。

图1A与1B是曲线图，表明了施加到本发明的表面导电发射器件上的驱动信号的电压波形。横轴表示时间轴线，纵轴表示施加于此表面导电发射器件上的电压(以后称之为器件电压Vf)。

如图1A所示，应用连续的矩形电压脉冲作为驱动信号，电压脉冲的施加时间分为第一至第三个周期。每个周期内部施加以100个一致的脉冲。图1B是图1A所示这样一个电压脉冲的波形。

测量的条件是：每个周期内的脉冲宽度T1＝66.8μs，脉冲周期T2＝16.7ms。这些条件是在表面导电发射器件应用于一般TV接收机时，相对于标准驱动条件组确定的。但是，上述存储功能可以在其它条件下测定。应知在进行所述测量时，从驱动信号源到各表面导电发射器件的布线线路的阻抗已降低到足以使有效地施加到表面导电发射器件上的电压脉冲的上升时间Tr与下降时间Tf小于等于100ns。

器件电压Vf在第一与第三周期为Vf＝Vf1，在第二周期为Vf＝Vf2。这两个器件电压Vf1与Vf2都设定为高于各表面导电发射器件的电子发射阈电压同时满足Vf1＜Vf2。由于电子发射阈电压随表面导电发射器件的形状与材料而变化，因而此种电压要根据待测量的表面导电发射器件作出合适的设定。至于测量中表面导电发射器件周围的气氛，总压力为1×10^-6乇，有机气体的分压为1×10^-9乇。

图2A与2B为曲线图，表明在施加图1A与1B所示驱动信号下表面导电发射器件的电气特性。参看图2A，横轴表示器件电压Vf，纵轴表示表面导电发射器件发射的电流(以后称作发射电流Ie)的测量值。再看图2B，横轴表示器件电压Vf，纵轴表示在表面导电发射器件中流动的电流(以后称作器件电流If)的测量值。

首先说明图2A中所示发射电流Ie相对于器件电压Vf的特性曲线。在图1A所示的第一周期内，表面导电发射器件响应于一驱动脉冲，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内，当施加的电压Vf超过Vth1，发射电流Ie则按特性曲线Iec(1)激增。在Vf＝Vf1期间，即脉冲宽度T1的间隔内，发射电流保持于Ie1。在驱动脉冲的下降时间Tf内，发射电流Ie依据特性Iec(1)激减。

在第二周期内，当开始施加由Vf＝Vf2给定的脉冲时，特性曲线Iec(1)即改变为特性曲线Iec(2)。具体地说，在驱动脉冲的上升时间Tr内，当施加的电压Vf超过Vth2，发射电流Ie即依特性曲线Iec(2)剧增。在Vf＝Vf2周期内即在区间T1内，发射电流Ie保持于Ie2。在驱动脉冲的下降时间Tf内，发射电流Ie依特性曲线Iec(2)激减。

在第三周期内，虽然再次施加由Vf＝Vf1给定的脉冲，但发射电流Ie依特性曲线Iec(2)变化。具体地说，在驱动脉冲的上升时间Tr内，当施加的电压Vf超过Vth2，发射电流便依特性曲线Iec(2)剧增，在Vf＝Vf1的周期即区间T1内，发射电流保持于Ie3。在驱动脉冲的下降时间Tf内，发射电流Ie则依特性曲线Iec(2)剧减。

如上所述，在第三周期内，由于已存储有第二周期内的特性曲线Iec(2)，发射电流Ie即从Ie1降至Ie3，变得比第一周期内的小。

同样，再来讨论器件电流If相对于器件电压Vf的特性曲线，如图2B所示，此器件在第一周期内依特性曲线Ifc(1)工作。但在第二周期内，器件则按特性曲线Ifc(2)工作。而在第三周期，此装置便依据第二周期内存储的特性曲线Ifc(2)工作。

为便于说明，只设定了第一至第三共三个周期。但显然可不限于以上的设定情形。在将脉冲电压施加给具有存储功能的表面导电器件时，当施加的脉冲所具有的电压值大于先前施加的脉冲的电压值时，特性曲线即移位，而存储所得到的特性曲线。此后，除非施加具有较大电压值的脉冲时，上述特性曲线(电子发射特性)继续被存储。这样的存储功能在其它的电子发射器件包括FE型电子发射器件中未能观察到。于是，此种特征乃是表面导电发射器件所特有的。

下面说明为实现上述电子发射特性存储功能所必需的环境。要想能满意地实现上述存储功能，必须减小表面导电发射器件周围真空气氛中有机气体的分压，这样就能在即使有电压施加到表面导电发射器件上，也可防止碳或碳化合物进一步淀积，而且必须保持这种状态。最好是使气氛中的有机气体分压减小至10^-8乇或更低。如可能的话，最好将该分压保持在10^-10乇或更低。应知这一有机气体的分压，是通过对主要由碳与氢组成且由质谱法以定量方式测得的质量数为13至200的有机分子的分压进行积分求得的。

减小表面导电发射器件周围有机气体分压的典型方法如下。对内部设有基片而基片上形成有所述表面导电发射器件的真空容器加热。在从此容器内各器件表面除去有机气体分子时，用例如吸附泵一类的真空泵或不用油的离子泵进行真空抽空。在此方式下减小了有机气体的分压后，用没有油的真空泵继续抽空来保持这种状态。但是，取决于应用目的，这种利用真空泵连续抽空的方法在容量、能耗、重量与成本方面都存在缺点。当需将这种表面导电发射器件用于图像显示设备中时，需将有机气体分子充分地除去以减小有机气体的分压，之后在真空容器中形成吸气膜，与此同时密封住排气管而保持住这种状态。

在多数情形下，留在真空气氛中的有机气体来源于旋转泵或油扩散泵之类真空排气装置中所用油的蒸气，或是表面导电发射器件制造过程中所用有机溶剂的残余物。这种有机气体的例子是例如烷烃、烯烃或炔之类的脂族烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、胺类、酚类、羧酸或磺酸之类的有机酸、或是上述有机物质的衍生物；具体地说，则是丁二烯、正己烷、1-己烯、苯、甲苯、邻二甲苯、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、醋酸与丙酸。

下面参看附图详述本发明的最佳实施例。

第一实施例

在第一实施例中，在将各表面导电发射器件实际用于显示图像之前都对其测量了它的电子发射特性。要是各器件的电子发射特性有差异，就必须校正使之一致。校正的方法包括几个步骤，而在每个步骤中需施加如下设定的电压。具体地说，在测量步骤中加驱动电压VE_测量，用来测量各器件的发射电流特性；在调节步骤中加特性移位电压V_移位，用来将各器件的特性调节至均一；再添加用来驱动器件以显示图像的最大电压V_驱动。上述各电压的关系如下：

V_驱动＜VE_测量＜V_移位

如上所述，由于VE_测量高于V_驱动，可事先在各器件上施加较显示图像用的驱动电压更高的电压。于是在实际应用中可使各器件的特性不因施加高压而改变。此外，由于已设V_移位＞VE_测量，V_移位便是加到各表面导电发射器件上的最大电压。因此通过施加V_移位就可将各器件的电子发射特性校正至所需值。还由于已设V_移位＞V_驱动，在各器件的特性已调节至一致后，各器件的特性在实际使用中就不会改变。

图3是框图，示明驱动电路的配置，此驱动电路将存储的波形信号加到显示板1的各个表面导电发射器件上，以改变电子源基片上各表面导电发射器件的电子发射特性。

参看图3，在显示板1中，于真空容器内设有：具有一批表面导电发射器件排列成矩阵形式的基片、设在此基片上方并有在上述器件的电子辐射下发光的荧光体的面板，等等。设有接头2从高压源11将高压施加给显示板1的荧光体。开关矩阵3与4分别选择行布线层与列布线层，以选定将脉冲电压施加于其上的电子发射器件。脉冲发生器6与7分别为前述存储功能给出脉冲波形信号Px与Py。脉冲峰值设定电路8输出脉冲设定信号，以测定脉冲发生器6与7的脉冲信号输出的峰值。控制电路9探测此设定值与电流探测器12探测出的发射电流值Ie间的差，同时输出用于设定峰值的数据Tv给脉冲峰值设定电路8。CPU 9a控制着控制电路9的作业。存储器9b存储CPU 9a的控制程序(图7与8中的流程)以及各种数据。开关矩阵控制电路10输出开关变换信号Tx与Ty以控制开关矩阵3与4的开关选择，由此来选择将对其施加存储功能用脉冲电压的电子发射器件。

下面说明此驱动电路的工作。此驱动电路的工作包括测量显示板1各表面导电发射器件的电子发射电流的一级，以及相应于探测出的发射电流Ie施加存储功能用的脉冲波形信号的一级。

首先说明测量发射电流Ie的方法。根据来自控制电路9的开关矩阵控制信号Tsw，开关矩阵控制电路10进行有选择的连接，使得开关矩阵3与4可分别选择预定的行与列的布线层，以驱动所需的表面导电发射器件。

控制电路9输出电子发射特性测量的峰值数据Tv给脉冲峰值设定电路8。从脉冲峰值设定电路8输出峰值数据Lpx与Lpy分别给脉冲发生器6与7。根据此峰值数据Lpx与Lpy，脉冲发生器6与7分别输出驱动脉冲Px与Py，它们由开关矩阵3与4加到所选定的器件上。驱动脉冲Px与Py具有相反的极性，并具有加到表面导电发射器件上用于测量的电压(峰值)Vf1振幅1/2的振幅。与此同时，将预定的电压从高压源11施加到显示板1的荧光体上。用电流探测器12测量在表面导电发射器件为驱动脉冲Px与Py所驱动时流动的发射电流Ie。

图7是流程图，表明由控制电路9进行的特性测量过程。

在步骤S1，输出开关矩阵控制信号Tsw，并由开关矩阵控制电路10开关所述开关矩阵3与4，由此来选择显示板1的表面导电发射器件。在步骤S2，将要施加到已选定的器件上的脉冲信号的峰值数据Tv输出给脉冲峰值设定电路8。这一用于测量的峰值高于用来显示图像的驱动电压Vf。在步骤S3，脉冲发生器6与7提供的用来测量电子发射器件特性的脉冲信号施加到通过开关矩阵3与4在步骤S1中所选择的表面导电发射器件上。此时，电子发射电流Ie于步骤S4中输入，并在步骤S5中存储于存储器9b中。

在步骤S6，检验是否对显示板1上所有的表面导电发射器件都进行了测量。如果步骤S6中为“否”，则流程进到步骤S7。此时输出开关矩阵控制信号Tsw来选择下一个表面导电发射器件，同时流程返回到步骤S3。

要是在步骤S6中为“是”，则流程进到步骤S8对显示板1的所有表面导电发射器件的发生电流Ie进行比较。正如后面将要参照例如图4与5将以描述的，确定待施加到各个器件上的存储应用电压值。确定的电压值存储于存储器9b中。

下面参照图4说明依上述方式测量的发射电流例。

图4是曲线图，表明了在改变驱动电压(驱动脉冲的峰值)时观察到的、具有在本实施例显示板1的多电子束源的制造过程中产生的不同发射特性的表面导电发射器件的发射电流特性。

参看图4，将某个表面导电发射器件的电子发射特性用性能曲线(a)表示，而将另一个器件的此种特性用性能曲线(b)表示。于是，对于具有特性(a)的电子发射器件，在驱动电压Vf1下的发射电流是Ie1，而对于具有特性(b)的电子发射器件，此电流为Ie2(Ie1＞Ie2)。

如上所述，本发明的表面导电发射器件所具有的发射电流特性对应于先前所加电压的驱动脉冲的最大峰值。

在图5中，当用于存储功能的波形信号的最大值Vfm改变时，器件本身由一个小于Vfm值的预定值的信号所驱动。于是，通过将具有不同最大峰值的适当脉冲(以后称作存储波形信号)施加到各表面导电发射器件上，可使电子发射特性均一。

在图4中，为了使显示出发射特性曲线(a)的发射器件的特性与显示出发射特性曲线(b)的发射器件的特性相一致，可参考图5所示特性将存储波形信号施加到显示出特性曲线(a)的发射器件上，由此使驱动电压Vf1下的发射电流Ie从Ie1变到Ie2。

换句话说，为均衡这批电子发射器件的电子发射特性，使一器件的电特性曲线(Vf-Ie)在曲线图(图2A)中向右移动，目的在于使特性曲线定位于最右侧的器件的特性作为靶(基准)，从而使该器件与靶相匹配。在这种情况下，结施加于各个电子发射器件的存储电压波形(即移位电压)的电平由与靶的差别来决定。与靶的差别越大(例如，图4中的Ie1与Ie2之差变大)，即，曲线图中器件的特性曲线越靠左，需要移动的量就越大。

同时，为确定如何根据施加于具有初始特性的电子发射器件的移位电压的电平向右移动特性曲线，进行了多次上述参照图1A-2B所描述的实验。这里，通过选择各具有不同初始特性的电子发射器件来进行实验，对各器件施加不同的电压Vf2，并存储所得数据。注意，在图3所示装置中，这些数据被预先存储于控制电路9中作为查找表(look-uptable)。

图5示出了从用于具有图4中标号a所示相同的初始特性的电子发射器件的查找表中挑选数据所得到的曲线。图中，横轴表示移位电压，纵轴表示发射电流Ie。通过对器件施加移位电压并进而施加与Vf1相同的驱动电压可得到该曲线，测量了发射电流。因此，为确定施加于具有图4特性a的器件的移位电压的水平，在图5中读入了Ie＝Ie2时的Vfm值。

重新参照图7，下面对其补充说明。图7的步骤S8中，图3中的控制电路9决定以下步骤中的移位电压(即存储电压)。

首先选择靶电子发射器件(基准)。更具体地说，各电子发射器件Ie的测量结果彼此比较，从所有电子发射器件中选出特性曲线(Vf-Ie)在曲线图(图2A)中最靠右的器件。以后将所选电子发射器件称为基准器件。注意，当有多个特性曲线最靠右的器件时，将这多个器件作为基准器件。

然后，确定除基准器件以外的器件的存储电压。控制电路9从预先存储的查找表中，读入最类似于被确定器件的初始特性的数据。

从所读入的数据中，选择用于均衡被确定器件与基准器件的特性的存储电压(根据图5参考前面的说明)。

以上述方式确定每个器件的存储电压，在步骤S9中将结果存储于存储器9b中。

由于基准器件的特性曲线不需移位，关于基准器件所施加的存储电压的区分信息也就不必储存在存储器9b中。另一种方式是可将低于步骤S3中所施加的测量电压的电压值存储于存储器9b中。

下面说明应用存储波形信号来使电子发射特性均衡的方法。此时，显示出图4中发射特性曲线(a)的发射器件的特性改变为由特性曲线(b)表示的电子发射特性。下面将参看图8中的流程图来描述一个例子，其中在预定驱动电压Vf1下的发射电流值改变到Ie2。

图8中的流程图表明了使显示板1的所有表面导电发射器件的电子发射特性均一化的过程，这一过程是通过本实施例的控制电路进行的。

在步骤S11，开关矩阵3与4通过开关矩阵控制电路10为开关矩阵控制信号Tsw所控制，得以选定显示板1的被施加有存储波形信号的表面导电发射器件。在步骤12，从存储器9b读出所选定的表面导电发射器件的存储电压数据。在步骤13，确定是否必须将存储波形信号施加给表面导电发射器件。当该特性待与图4中的特性曲线(b)所表示的特性均一化时，对于已具有为特性曲线(b)所表示特性的表面导电发射器件，就不必施加存储波形信号。在执行步骤13中的确定是为了防止将存储波形信号施加到已具有这种特性的表面导电发射器件上。

要是在步骤S13中为“否”，流程即进到步骤S16。要是在步骤S13中为“是”，流程即进到步骤S14，同时根据峰值设定信号TV由峰值设定电路8设定脉冲信号的峰值。在步骤S15，脉冲峰值设定电路8输出峰值数据Lpx与Lpy。脉冲发生器6与7分别输出具有基于峰值数据Lpx和Lpy的设置峰值的驱动脉冲Px与Py。在这样的方式下，施加步骤S11中所选定的表面导电发射器件特性所对应的移位脉冲(存储信号)于其上。在步骤S16，检验此过程是否对于显示板1的所有表面导电发射器件都已完成。要是在步骤16中为“否”，则流程进至步骤17，这时输出开关矩阵控制信号Tsw来选择施加存储波形信号的下一个表面导电发射器件。

结果如图6所示，表面导电发射器件的发射特征曲线(a)改变为特征曲线(c)。在驱动电压Vf1下的发射电流成为Ie2。于是，显示板1的所有表面导电发射器件的电子发射特性可以均一。

第二实施例

下面说明本发明的第二实施例。

在第二实施例中，在将各表面导电发射器件实际用于显示图像之前都对其测量了电子发射特性。要是各器件的电子发射特性有差异，就必须校正使之一致。校正的方法包括几个步骤，而在每个步骤中需施加如下设定的电压。具体地说，在测量步骤中加驱动电压VE_测量，用来测量各器件的发射电流特性；在调节步骤中加特性移位电压V_移位，用来将各器件的特性调节至均一；再添加用来驱动器件以显示图像的最大电压V_驱动。上述各电压的关系如下：

V_驱动＜VE_测量＜V_移位

这样，由于VE_测量高于V_驱动，可事先在各器件上施加较显示图像用的驱动电压要高的电压。于是在实际应用中可使各器件的特性不因施加高压而改变。此外，由于已设V_移位＞VE_测量，V_移位便是加到各器件上的最大电压。因此通过施加V_移位就可将各器件的电子发射特性校正至所需值。还由于已设V_移位＞V_驱动，在各器件的特性已调节至一致后，各器件的特性在实际使用中就不会改变。

图9是框图，示明用来使显示板1的表面导电发射器件的电子发射特性均一化的设备的布置。用图3中的相同标号表示图9中对应的相同部件而略去其详细说明。

在第二实施例中，要注意相对于驱动电压Vf，器件电流If与发射电流Ie之间有很强的相关性。这一实施例与图3所示的不同点在于使器件电流If均一化以均衡来自显示板的表面导电发射器件的电子发射电流Ie，为此目的，设置了用来测量各器件的器件电流If的电流探测器5。标号9指对应于控制电路9的控制电路。

图10是曲线图，其中示出表面导电发射器件中，器件电流If表示为驱动电压Vf的函数，该器件具有在制造显示板1的多电子束源的工艺过程中产生的不同发射特性。图11中的曲线图所表明的器件电流If是在存储波形信号的最大值Vfm已改变，且器件是由具有的预定峰值小于Vfm的信号驱动时观察到的。发射电流值Ie在表面导电发射器件的单元内变化。但是，由于器件电流If与发射电流Ie之间有很强的相关关系，故可以通过施加存储波形信号来改变器件电流特性来使发射特性一致。

下面说明使显示板1的表面导电发射器件的器件电流If均一化的方法。

至于图9所示电路的工作，第二实施例的测量对象是器件电流If，即不同于第一实施例的发射电流Ie。除此之外，可进行与第一实施例中的相同操作，在施加存储波形信号之前来测量器件电流。

随后，在参考图11中所示的特性曲线的情况下将存储波形信号施加到显示出图10中器件电流特性曲线(a)的发射器件上，使器件电流与预定的器件电流(If2)一致。结果如图12所示，至此已显示出器件电流特性曲线(a)的表面导电发射器件显示出特性曲线(c)，使之能在驱动电压Vf1下取得与显示出特性曲线(b)的表面导电发射器件的器件电流相同的器件电流If2。通过对显示板1所有的表面导电发射器件进行上述工作，就可使显示板1的所有表面导电发射器件具有一致的器件电流。

当以其值小于任意器件存储波形信号峰值的驱动电压来驱动依上述方式通过施加存储波形信号而获得均匀特性的显示板1时，就可使所得到的显示板1具有的各个表面导电发射器件都显示出一致的发射电流Ie。

按上述方式，可以消除显示板1的各表面导电发射器件发射电流的不同，使图象显示具有均匀分布的亮度。

至于第二实施例的工作，其中将第一实施例的流程(图7与图8)的发射电流Ie的探测代之以器件电流If的探测确定存储波形信号的峰值。于是可以进行与第一实施例相同的操作而略去其详细说明。

第三实施例

下面描述本发明的第三实施例。

在第三实施例中，在将各表面导电发射器件实际用于显示图像之前测量了与其相应的各荧光体发射光的亮度。要是各荧光体的亮度有差异，就必须校正使之一致。校正的方法包括几个步骤，而在每个步骤中需施加如下设定的电压。具体地说，在测量步骤中加驱动电压VL_测量，用来测量各荧光体的亮度；在调节步骤中加特性移位电压V_移位，用来将各荧光体的亮度调节至均一；再添加用来驱动器件以显示图像的最大电压V_驱动。上述各电压的关系如下：

V_驱动＜VL_测量＜V_移位

这样，由于VL_测量高于V_驱动，可事先在各器件上施加较显示图像用的驱动电压要高的电压。于是在实际应用中可使各器件的特性不因施加高压而改变。此外，由于已设V_移位＞VL_测量，V_移位便是加到各器件上的最大电压。因此通过施加V_移位就可将各器件的电子发射特性校正至所需值。还由于已设V_移位＞V_驱动，在各荧光体的亮度已调节至一致后，各器件的特性在实际使用中就不会改变。

图13以框图形式表明了依据本发明第三实施例的用来改变表面导电发射器件电子发射特性的设备的配置。用图3或9中相同的参考标号指相同的部件，并略去其详细说明。

此设备使对应于各发射器件的荧光体的光发射亮度一致。图13所示的设备与图3所示的不同之处在于，配置测量荧光体的光发射亮度的亮度测量装置13，和将测得的亮度变换为与其对应的发射电流Ie或器件电流If的亮度信号提取电路14来取代用来测量发射电流Ie的电流探测器12。

下面说明用这种设备使相应于各发射器件的荧光体的波峰的亮度均一化的方法。

由于荧光体的光发射亮度可以视作为正比于发射电流Ie，电子发射特性可以随所测光发射亮度的变化而变化。具体地说，由亮度测定装置13测得的亮度数据经亮度信号提取电路14变换为与发射器件发射电流Ie或器件电流If相对应的值B，此值B则输出至控制电路91。与第一和第二实施例中所述方法相同，在预定驱动电压Vf下的发射电流Ie或器件电流If被改变。这一情形不同于第一与第二实施例中之处在于，对亮度的变化，包括荧光体的光发射特性的部分变化进行校正。通过对所有发射器件进行上述操作，就能使显示板1的所有的表面导电发射器件的器件电流均一。

第三实施例中由控制电路91控制的过程可以按第一实施例的相同方式(图7与8中的流程)进行，这里略去其详细说明。

当其所有表面导电发射器件都依上述方式施加存储波形信号而取得了一致的电子发射特性的显示板1被其值小于任意表面导电发射器件所用的存储波形信号峰值的驱动电压Vf所驱动时，就能使显示板1在所有的显示区上获得均匀的光发射亮度。

图14是流程图，示明了制造本发明的多电子束源的步骤。

在步骤S100，如后面将加以说明的，在基片上形成电极与导电薄膜。在步骤S101，在上述电极间施加电压来形成电子发射部。在步骤S102，对电子发射部进行起电以进行激活过程。在上述方式下完成基本的多电子束源。此外，执行了作为本发明特点的使所有表面导电发射器件特性均一化过程(步骤S103)，而可以在显示板的所有区域上取得均匀的亮度。

第三实施例的显示板的配置与制造方法

下面参照一详细例子说明应用了本发明的图像显示设备显示板的配置与制造方法。

图15是本发明中所用显示板1的部分切开的透视图，表明这种板的内部结构。

参看图15，标号1005指后板、1006指侧板、1007指面板。这几个板件1005至1007形成了保持显示板1的真空的容器。为了构成此气密的容器，必须密封连接各个板件使其结合部保持充分的强度与气密条件。例如将熔结用玻璃料涂布到这些结合部，并于400～500℃在空气或氮气氛中烧结10分钟或更长时间以密封连结这些板件。下面说明抽空气密容器的方法。

后板1005上固定有基片1001，上面形成有N×M个表面导电发射器件。M与N为≥2的正整数，要根据显示象素的靶数适当地设定。例如，在高清晰度电视显示中，最好是N≥3000而M≥1000。在本发明中，N＝3071和M＝1024。此N×M个表面导电发射器件排成有M行布线层1003和N列布线层1004的简单矩阵。由板件1001至1004组成的部分称作多电子束源。下面详述多电子束源的制造方法与结构。

本发明中，多电子束源的基片1001固定于气密容器的后板1005之上。但要是多电子束源的基片1001具有足够的强度，就可把多电子源基片1001本身用作气密容器的后板。

此外，在面板1007的下表面上形成有荧光体膜。本实施例的显示板1是用于彩色显示设备的显示板，荧光体膜1008涂有红(R)、绿(G)与蓝(B)荧光体，即用于CRT(阴极射线管)领域中的三原色荧光体。如图16A所示，此R、G与B荧光体是按条状配置形式应用的。在荧光体带之间设有黑色导电材料1010。设置黑色导电材料的目的是能在即使电子束辐照位置有某种程度移位时也能防止颜色重合不良、防止由于遮住外部光的反射造成显示对比度降低、以及防止由于电子束导致荧光体膜带电，等等。这种黑色导电材料1010主要由石墨构成，但也可采用任何能达到上述目的材料。

三原色R、G与B的荧光体的配置形式并不限于图16A所示的条状。例如可采用图16B中所示的三角形排列方式或其它方式。

在形成单色显示板时，必须将单色荧光材料用于荧光体膜1008。这时，并不一定要用黑色导体材料。

此外，在荧光体膜1008的后板侧表面上设有CRT领域中普遍用到的金属背衬1009。设置金属背衬1009的目的在于提高荧光体膜1008发射的光由镜面反射部分的光利用率，保护荧光体膜1008不为负离子碰撞，将金属背衬1009用作施加电子束加速电压的电极，将金属背衬1009用作激发荧光体膜1008的电子束的传导路径，等等。金属背衬1009是这样地形成的：在面板1007上形成荧光体膜1008，对此荧光体膜表面施行平滑化处理、然后用真空淀积法于其上淀积上铝(Al)。注意，当采用低电压型的荧光体材料作为荧光体膜1008时，不使用金属背衬1009。

此外，为了应用加速电压或是为了提高荧光膜的电导率，可在面板1007与荧光体膜1008之间设置例如由ITO制的透射电极。

设置接头Dx1至Dxm，Dy1至Dyn以及Hv是用于气密结构的电连接接头，用来将显示板1电连到有关电路(未示明)上。接头Dx1至Dxm是电连接到多电子束源的行布线层1003之上，接头Dy1至Dyn是连接到多电子束源的列布线层1004之上，而接头Hv则电连接到面板的金属背衬1009之上。

为了抽空气密容器，在形成气密容器后，连接上排气管与真空泵(均未示明)，将气密容器抽空至约10^-7乇的真空。然后密封排气管。为了保持气密容器中的真空，在紧接着气密容器密封之前或之后，于其中一预定位置处形成有除气膜(未示明)。此除气膜是通过加热或RF加热主要由例如Ba组成的除气材料，使其蒸发而形成的。此除气膜的吸气效应能在此气密容器中保持1×10^-5至1×10^-7乇的真空。这时，主要由碳与氢组成的并且有13～200质量数的有机气体的分压调节到小于10^-8乇。

至此已经说明了本发明的显示板1的基本配置与制造方法。

下面再描述本发明显示板1中所用多电子束源的制造方法。对于本发明图像显示设备中所用的多电子束源，可以采用表面导电发射器件的任意材料、外形以及任意的制造方法，只要这种多电子束源具有排列成简单矩阵的表面导电发射器件即可。但是，本发明人业已发现，在这类表面导电发射器件中，具有由细粒膜组成的电子发射部或其周边部分的一种器件能够取得优良的电子发射特性和易于制造。因此，这样的器件是最适于用在高亮度、大屏幕图像显示设备中的表面导电发射器件。在本发明的显示板中，各个表面导电发射器件具有由细粒膜形成的电子发射部或周边部。首先描述这种优选的表面导电发射器件的基本结构、制造方法与特性，然后描述以多个这样的器件配置成简单矩阵的多电子束源的结构。

表面导电发射器件的优选结构与制造方法

具有由细粒膜制成的电子发射部或其周边部的表面导电发射器件的典型结构包括平面型的结构与阶梯形的结构。

平面型表面导电发射器件

首先说明平面型表面导电发射器件的结构与制造方法。此过程相当于图14中的步骤S100。

图17A与17B是用来说明平面型表面导电发射器件结构的平面图与剖面图。

参看图17A与17B，标号1101指基片，1102与1103指器件的电极，1104指导电薄膜，1105指由激励形成过程形成的电子发射部，而1113指激活过程形成的薄膜。

作为基片1101，可以用：各种玻璃基片，例如石英玻璃与碱石灰玻璃基片；各种陶瓷基片，例如氧化铝基片；或任何在上面形成例如由SiO₂组成的绝缘层的基片，形成于基片1101之上且与基片表面平行并相互相对的器件电极1102与1103是由导电材料制成。例如可以选用下述材料中之一：Ni、Cr、Au、Mo、Pt、Ti、Cu、Pd和Ag；这些材料的合金，例如In₂O₃-SnO₂之类金属氧化物；以及例如多晶硅之类半导体材料。器件电极1102和1103可容易地用真空淀积以及例如光刻或刻蚀之类的图形刻蚀技术来形成，但是可以采用任何其它方法(例如印刷技术)。

器件电极1102与1103的形状要适当地根据电子发射器件的应用目的来设计。一般，电极间隔L设计成从数百个埃至数百个μm这样一个范围内。显示设备的最佳范围从数μm至数十μm。至于器件电极的厚度d，一般是从数百个埃至若干μm的范围内选取适当的值。

导电薄膜1104是由细粒膜制成。所谓细粒膜是指含有一批细粒(包括孤立的聚集体)的膜。在显微镜观察下，这种细粒膜中显现出相互分开的、相互邻接的或相互叠置的各个细粒。细粒膜中细粒的粒径从几个埃到数千埃。最好的粒径范围是10埃至200埃。在合适地设定细粒膜的厚度时考虑到了下述条件：与器件电极1002或1003电连接的条件、将于后面说明的用于激励形成过程的条件、如后所述的将细粒膜的电阻设定到适当值的条件。具体地说，膜厚设定在数埃至数4埃而最好是10埃至500埃的范围。

用来形成细粒膜的材料包括：金属，例如Pd、Pt、Ru、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W与Pb；氧化物，例如PdO、SnO₂、In₂O₃、PbO与Sb₂O₃；硼化物，例如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄与GdB₄；碳化物，例如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC与WC；氮化物，例如TiN、ZrN、HfN；半导体，例如Si与Ge，以及碳。可以从上述材料中选出一种适当的材料。

如上所述，导电薄膜1104是用细粒膜形成，而这种薄膜的表面电阻设定在10³～10⁷Ω/□的范围内。

由于最好是使导电薄膜1104与器件电极1102和1103电连接，故把此薄膜设置成与这两个电极相互部分地搭叠。参看图17A与17B，各相应部分依下述顺序从下往上叠置：基片、器件电极、导电薄膜。这种叠置顺序也可以是从底部开始为基片、导电薄膜与器件电极。

电极发射部1105是形成在导电薄膜1104一部分的裂缝。电子发射部1105的电阻比周边导电薄膜的电阻高。此裂缝都是经激励形成过程(以后说明)形成于导电薄膜1104之上。在某些情形下，在裂缝部内设有粒度从数埃到数百埃的颗粒料。由于难以精确地描述电子发射部的实际位置和形状，图17A与17B只是示意地表明了这种裂缝部。

由碳或碳化合物组成的薄膜1113覆盖住电子发射部1105及其周边部。薄膜1113是在激励过程之后由后述的激活过程形成。

薄膜1113最好是由单晶石墨、多晶石墨、无定形碳或它们的混合物制成，其厚度≤500埃，更具体些则是≤300埃。

同样很难精确地描述薄膜1113的实际位置或形状。图17A与17B也只是示意地表明这种薄膜。图17A是平面图，表明的是其中将一部分薄膜除去的器件。

器件的优选基本结构业已在上面说明了。在本发明中实际使用的是下述器件。

基片1101由碱石灰玻璃制成，上面有器件电极1102与1103由Ni薄膜组成。器件电极的厚度d是1000埃，电极的间距L是2μm。

Pd或PdO则用作细粒膜的主要材料。细粒膜的厚度与宽度W分别设定为约100埃与100μm。

下面描述制造平面型表面导电发射器件的优选方法。图18A至18D是剖面图，说明平面型表面导电发射器件的制造步骤。与图17A与17B相同的标号表示图18A至18D中相同的部件，略去其详细说明。

(1)首先如图18A所示，于基片1101上形成器件电极1102与1103。在形成器件电极1102与1103时，用洗涤剂、纯净水与有机溶剂彻底洗净基片1101，将器件电极用材料淀积于基片1101上。作为这种材料的淀积方法，可采用真空淀积或真空溅射等真空成膜技术。然后由光刻法形成淀积的电极材料的图形。这样便形成了图18A中的器件电极对(1102与1103)。

(2)其次如图18B所示，形成导电薄膜1104。

在导电薄膜的形成过程中，先将有机金属溶液涂布到图18A的基片上，然后干燥和烧结此涂布的溶液，由此形成细粒膜。再由光刻法将此细粒膜形成预定形状。这里的有机金属溶液是指含有用于导电薄膜中作为主要元素的细粒料的有机金属化合物溶液。在本发明中，以Pd为主要元素，同时是用浸渍法来涂布有机金属溶液，但也可采用旋转涂覆法或喷涂法。

作为形成由细粒膜组成的导电膜的方法，可以取代本发明所用的涂布有机金属溶液的方法而采用任何其它方法，例如真空淀积法、溅射法或化学汽相淀积法。

(3)如图18C所示，从激励形成过程用的电源1110给器件电极1102与1103间施加适当的电压，以进行此激励形成过程来形成电子发射部1105(此过程相当于图14中的激励形成过程)。这一激励形成过程是用来使细粒膜构成的导电薄膜1104起电，而适当地破坏、变形或损伤此导电薄膜的一部分，由此将薄膜变成了适用于电子发射的结构。在这种由细粒膜构成的导电薄膜中，变成了适用于电子发射的结构的这部分(即电子发射部1105)具有在薄膜中的适当裂缝。将此具有电子发射部1105的薄膜与激励形成过程前的薄膜相比较，器件电极1102与1103间测出的电阻已大大增加。

下面参看图19详述激励形成过程的起电方法，图19例示了从激励形成过程用电源1110施加的适当电压的波形。

在对细粒膜构成的导电薄膜进行的激励形成过程中，最好采用脉冲式电压。在本发明中，如图19所示，按脉冲间隔T4连续地施加脉冲宽度T3的三角形脉冲。这时三角形脉冲的峰值Vpf相继地增加。此外，在各三角形脉冲之间依适当的间隔插入监控脉冲Pm，以监控电子发射部1105的形成状态同时用安培计测量在进行上述插入下流过的电流。

在此实施例中，于10^-5乇的真空气氛中，脉冲宽度T3设定为1ms，脉冲间隔设定为10ms。在各脉冲下，峰值Vpf增加0.1V。每次施加5个三角形脉冲，插入一个监控脉冲Pm。为免对激励形成过程有不利影响，监控脉冲的电压Vpm设定为0.1V。当装置电极1102与1103间的电阻变为1×10^-6Ω，即在施加监控脉冲下安培计1111测得的电流成为1×10^-7A或更小时，即终止激励形成过程的起电。

注意，上述方法对于本发明的表面导电发射器件是较为理想的方法。当改变器件的设计时，例如细粒膜的材料或厚度、或是器件电极间的间距L以及起电条件，最好应根据器件设计的变动而变动。

4)如图18D所示，接着从激活用电源1112将适当的电压加入到器件电极1102与1103，即开始激活过程来改进电子发射特性(这一过程对应于图14中步骤S102)。这里的激活过程是用来在适当条件下使由激励形成过程形成的电子发射部1105起电，将碳或碳化合物淀积到电子发射部1105的周围(图18D将淀积的碳或碳化合物材料表示为材料1113)。将电子发射部1105与激活过程前的情形比较，在施加同一电压下，发射电流一般可增加100倍或更大。

在激活过程中，于10^-2～10^-5乇真空气氛中周期性地施加电压脉冲，来淀积主要从真空气氛中存在的有机化合物中衍生出的碳或碳化合物。淀积的材料1113可以是任何单晶石墨、多晶石墨、无定形碳及其混合物。淀积材料1113的厚度是500埃，最好是300埃或更小。

图20A例示了从激活用电源1112所施加的适当的电压的波形，得以更详细地说明激活过程的起电方法。在本发明中，通过周期性地施加恒定的矩形电压来进行激活过程。具体地说，设定所示的矩形电压Vac为14V，脉冲宽度T5为1ms，脉冲间隔T6为10ms。注意，上述起电条件对于制造本发明的表面导电发射器件是较为理想的条件。当器件的设计改变时，上述条件也最好要根据器件设计的变化而改变。

参看图18D，标号1114指连接到DC高压电源1115与安培计1116的阳极电极，以俘获表面导电发射器件发射出的发射电流Ie。注意，当在激活过程前将基片1101装设于显示板1时，显示板1的荧光体表面使用作为阳极电极1114。在从激活用电源1112施加电压的同时，安培计1116即测量发射电流Ie的监控激活过程的进程来控制激活用电源1112的操作。图20B例示了由安培计1116测得的发射电流。

当从激活用电源1112开始施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间的流逝而增加，渐至饱和而后极少增加。在发射电流Ie的基本饱和点，中止从激活用电源施加电压，然后结束激活过程。

注意，对于制造本发明的表面导电发射器件，上述起电条件是优选的。当器件的设计改变时，这些条件也最好随器件设计的变化而变化。

图18E所示平面型表面导电发射器件便是依上述方式制造的。

阶梯型表面导电发射器件

下面描述具有由细粒膜形成的电子发射部或其周边部的另一种典型的表面导电发射器件，即阶梯型表面导电发射器件。

图21是剖面图，用来说明这种阶梯型表面导电发射器件的基本结构。

参看图21，标号1201指基片，1202与1203指器件电极，1206指阶梯形成部件，1204指采用细粒膜的导电薄膜，1205指由激励形成过程形成的电子发射部，1213指由激活过程形成的薄膜。

阶梯型表面导电发射器件不同于上述平面型表面导电发射器件之处在于，在阶梯形成部件1206上形成有一个器件电极1202而导电薄膜1204则覆盖着阶梯形成件1206的一个侧面。于是，图17A与17B中所示平面型器件的器件电极间距L便相当于阶梯型器件的阶梯形成部件1206的高度。对于基片1201、器件电极1202与1203以及采用细粒膜的导电薄膜1204，可以采用平面型表面导电发射器件描述中所列举的材料。至于阶梯形成部件1206，采用的是例如SiO₂之类绝缘材料。

下面说明此阶梯型器件的制造方法。图22A至22F为说明其制造步骤的剖面图。与图21中相同的标号表示图22A至22F中相同的部件，略去其详细说明。

(1)如图22A所示，于基片1201上形成器件电极1203。

(2)如图22B所示，在所形成的结构上叠置上用于形成阶梯形成部件的绝缘层，例如是由溅射法形成的SiO₂层。但也可采用例如真空淀积或印刷的另一种成膜法。

(3)如图22C所示，器件电极1202形成在绝缘层上。

(4)如图22D所示，例如通过腐蚀除去部分绝缘层来暴露器件电极1203。

(5)如图22E所示，形成采用细粒膜的导电薄膜1204。为了形成导电薄膜1204，可以如平面型表面导电发射器件中采用的例如涂敷法之类的成膜法。

(6)与平面型器件中的情形相同，进行激励形成过程来形成电子发射部(进行与平面型器件中相同的业已相对于图18C描述过的激励形成过程)。

(7)与平面型器件中的情形相同，进行激活过程在电子发射部附近淀积碳或碳化合物(进行与平面型器件中相同的业已相对于图18D描述过的激活形成过程)。

在上述方式下，制造了图22F中所示的阶梯型表面导电发射器件。显示设备中所用表面导电发射器件的特点

前面已经说明了平面型与阶梯型器件的配置形式与制造方法。下面描述用于显示设备的器件的特性。

图23是曲线图，表明了发射电流Ie相对于器件施加电压Vf的特性以及器件电流If相对于器件施加电压Vf的特性的典型例。发射电流Ie远比器件电流If小，这两类特性很难根据同一标度说明。此外，这些特性在器件的设计参数(包括大小与形状)改变时改变。为此，图23中的两种特性是分别用独立的单位表明。

这种显示设备中所用的表面导电发射器件具有下述的关于发射电流Ie的三个特点。

第一，当将高于某个电压(以后称为阈电压)的电压施加到所述器件上时，发射电流Ie便剧增。当所加电压低于阈电压Vth时，几乎探测不出发射电流。这就是说，表面导电发射器件是具有明确规定的关于发射电流Ie的阈电压Vth的非线性器件。

第二，由于发射电流Ie根据施加到器件上的电压Vf而变化，故可由电压Vf控制发射电流的大小。

第三，由于从器件发射出的电流Ie相对于施加到器件上的电压Vf的响应高，从器件发射出的电子的电荷量可以由施加电压Vf时的时间长度来控制。

由于以上特点，这种器件就可适用于显示设备。例如，当将第一特点用于其中设有对应于显示屏的像素的一批器件的显示设备中时，此显示屏能相继地扫描进行显示操作。具体地说，依据所需的光发射亮度，将一等于或大于阈电压Vth的电压适当地加于被驱动的器件上，而将低于阈电压Vth的电压加于不选择的器件上。通过相继地开关待驱动的器件，显示屏就能相继地被扫描进行显示操作。

当利用第二与第三特点时，能够控制光发射亮度。于是可以进行明暗显示。

具有布线成简单矩阵的多电子束源的结构

下面描述多电子束源的结构，其中上述的表面导电发射器件设在基片上并布线成简单矩阵。

图24是平面图，示明用于图15所示显示板1中的多电子束源。将各具有与图17A与17B相同的结构的表面导电发射器件配置于基片1001上。这些器件布线成行布线层1003与列布线层1004形成的简单矩阵，在这两种层的交汇处则形成有绝缘层(未示明)以保持电绝缘。

图25是沿图24的A-A’截取的剖面图。

依下述方式制造了具有上述结构的多电子束源。在所述基片上事先形成行布线层1003、列布线层1004、极间绝缘层(未示明)以及表面导电发射器件的器件电极与导电薄膜。然后经行布线层1003与列布线层1004给各器件通电以进行激励成形过程与激励过程，由此即可制得如前所述的多电子束源。

应用例

图26是框图，例示了多功能的显示设备，它能在利用本发明的表面导电发射器件作为电子发射器件的显示板上，显示从各种图像信息源，例如TV广播供给的图像信息。

参看图26，标号1指本发明的显示板、2101指显示板1的驱动器、2102指显示板控制器、2103指多路调制器、2104指译码器、2105指输入/输出接口电路、2106指CPU、2107指图像发生器、2108至2110指图像存储器接口电路、2111指图像输入接口电路、2112与2113指TV信号接收器、2114指输入装置。当此例中的显示设备接收到例如包括视频信息与声频信息的TV信号时，自然就会同时产生视频图像与声音。这里省略了有关声频信息接收、分离、处理与存储等的电路以及扬声器的描述，因此这些部件与本例的显示板的特点并无直接关联。有关各部件的功能将依据图像信号流说明于下。

TV信号接收器是用来接收经无线传输系统例如电波传输或空间光通信系统传送来的TV图像信号的电路。用来接收TV信号的标准并无特别限定，可采用NTSC、PAL与SECAM各标准中的任何一种。此外，包括有更大量扫描线的TV信号(例如由MUSE标准表示的所谓高清晰度TV的信号)，则是能利用适用于大显示屏与极多像素的显示板的有利特点的较佳信号源。TV信号接收机2113接收到的TV信号输出给译码器2104。TV信号接收机2112则是用来接收通过同轴电缆系统或光纤系统的一类电缆传输系统传来的TV图像信号的电路。与TV信号接收机2113相同，对于所接收的TV信号标准并无特别限制。TV信号接收机2112接收到的TV信号也输出给译码器2104。

图像输入接口电路2111是用来接收从例如TV摄像机或图像读出扫描器之类图像输入装置供给的图像信号的电路。接收到的图像信号输出给译码器2104。图像存储器接口电路2110是用来接收存储于磁带录像机(以后简化为VTR)中图像信号的电路。接收到的图像信号输出给译码器2104。图像存储器接口电路2109是用来接收存储于视盘中的图像信号。接收到的图像信号输出给译码器2104。图像存储器接口电路2108则是用来接收例如来自存储静止图像数据的静止图像盘一类装置的图像信号的电路。接收到的静止图像数据输出给译码器2104。输入/输出接口电路2105是用来将此显示设备连接到外部计算机、计算机网络或例如打印机一类输出装置的电路。此输入/输出接口电路2105不仅输入/输出图像数据或字符数据/图表信息，必要时还能在成像设备的CPU2106与外部装置之间输入/输出控制信号或数值数据。

图象产生器2107是一个基于通过输入/输出接口电路2105从外部输入的图象数据或字符/图表信息或从CPU2106输出的图象数据或字符/图表信息产生显示图象数据的电路。此电路包括为产生图像数据所必需的电路，具有用来存储图像数据或字符/图表信息的可写存储器、存储对应于字符码的镜像图形的只读存储器以及用来处理图像的处理器。由此电路产生的显示图像数据输出至译码器2104。但是，必要时可将显示图像数据通过输入/输出接口电路2105输出到外部计算机网络或打印机。

CPU2106主要进行与显示设备操作控制有关的操作，以及显示图像的产生、选择与编辑。例如，将控制信号输送给多路调制器2103，由此在显示板上适当地选择或组合待在显示板上显示的图像信号。与此同时，根据待显示的图像信号给显示控制器2102产生一控制信号，以适当地控制显示板的操作，包括帧显示频率、扫描方法(例如隔行扫描或非隔行扫描)、以及一帧中的扫描行数。此外，CPU2106直接输出图像数据或字符/图表信息给图像发生器2107，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/图表信息。CPU2106可用于其它目的。例如，CPU2106可直接与产生信息或处理信息的功能相关，这类似于个人计算机或文字处理机。另外，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与例如数值计算中的外部装置配合工作。

输入装置2114由用户用来将指令、程序或数据输入给CPU2106。除键盘与鼠标之外，可以采用各式各样的输入装置如操纵杆、条形码读出器或语音识别装置等。译码器2104是用来将电路2107至2113输入的各种图像信号反向变换为三原色信号或亮度信号以及I与Q信号。如图26中虚线所示，译码器2104最好包括有图像存储器，以便能够处理需有图像存储器进行反向变换的例如MUSE一类信号的TV信号。图像存储器有助于显示静止图像。此外，图像存储器能有利于进行下述图像处理：包括冲淡、插入、放大、缩小与合成，以及同图像产生器2107和2106相配合编辑图像数据。

多路调制器2103根据CPU2106输入的控制信号适当地选择显示图像。具体地说，多路调制器2103从译码器2104输入的反向变换的图像信号中选择所需的图像信号，然后将选定的图像信号输出给驱动器2101。这时，多路调制器2103能够实现所谓的多窗口电视，这里的电视屏分成若干区域，通过在一帧的显示时间内有选择地转换图像信号在各个区域内显示一批图像。显示控制器2102是用来根据CPU2106输入的控制信号来控制驱动器2101的操作的电路。

对于显示板的基本操作，显示控制器2102输出用来控制显示板用驱动功率源(未示明)的操作顺序的信号给驱动器2101。作为驱动显示板的方法，显示控制器2102输出用于控制帧显示频率或扫描方法(例如隔行扫描或非隔行扫描)的信号给驱动器2101。显示板控制器2102可根据需要输出关联到调节图像质量(包括显示图像的亮度、对比度、色调与清晰度)的信号给驱动器2101。驱动器2101是用来产生提供给显示板1的驱动信号的电路。驱动器2101根据多路调制器2103输入的图像信号与显示板控制器2102输入的控制信号工作。

上面说明了各有关部件的功能。本例中，具有图26所示配置形式的显示设备可以在显示板1上显示从各种图像信息源输入的图像信息。确切地说，使包括TV广播信号在内的各种图像信号被译码器作反向变换，由多路调制器2103作适当选择而输入给驱动器2101。显示板控制器2102根据待显示的图像信号产生用来控制驱动器2101操作的控制信号。驱动器2101根据此图像信号与控制信号给显示板1提供驱动信号。通过这样的操作，在显示板1上显示出图像。这一系列操作由CPU2106整体地控制。

本例中的显示设备不仅显示译码器2104所包括的图像存储器、图像发生器2107与CPU2106中相关的一批图象信息中选出的图像数据，还能对于待显示的图像信息进行图像处理包括放大、缩小、转动、移动、轮廓增强、冲谈、内插、颜色变换与宽高比变换，以及包括合成、删除、组合、置换与插入的图像编辑。虽然在本例的描述中没有具体谈到，但可以设置与用于图像处理与编辑类似的专用于声频信息处理与编辑的电路。

本例中的显示设备可以实现种种装置的功能，例如TV广播显示装置、电话会议终端装置、静止图像与动态图像的图像编辑装置、例如计算机或文字处理机之类办公室工作终端装置、游戏机等等。因而，这种显示设备在工业中和对私人都有广泛的应用。图26只示明采用以这种表面导电发射器件作为电子源的显示板的显示设备的一种配置例子，显然显示设备并不限于这里示明的配置形式。例如，在图26中所示的组成部件中，与对应用目的来说是不必要的功能有关的电路可以略去。相反，可以增设合于应用目的的组成部件。当把这种显示设备用作可视电话时，则最好增设TV摄像机、话筒、照明装置以及包括调制解调器的传送/接收电路。

由于这种显示设备是把表面导电发射器件作为其电子源，就可以实现薄型的显示板，从而能够减小显示设备的深度。此外，由于以表面导电发射器件为电子源的显示板易于大型化而得以有高亮度与广视角，就可使对应的成像设备以真实感和强烈的印像显示生动的图像。

本发明可以用于由一批装置如主计算机、接口与打印机组成的系统或用于只由单一装置组成的设备。此外，本发明也可用于通过给系统或设备提供程序来实现本发明的情形。这时，存储了根据本发明的程序的存储介质便构成了本发明。上述系统或设备则通过从此存储介质读出所述程序到此系统或设备，依事先规定的方式工作。

如上所述，根据本发明可以提供这样的多电子束源，它消除了在制造电子源过程中产生的表面导电发射器件发射特性的差异，而能提供均一的电子发射特性。

当采用具有上述性质的电子源时，就能提供可以均匀亮度分布来实现高质量图像的成像设备。

此外，当把存储电压(移位电压)设定到正常电压范围之外来驱动表面导电发射器件时，就可防止表面导电发射器件在正常工作时改变其特性。

还由于这种多电子束源的各表面导电发射器件的电子发射特性能用发射电流、器件电流与光发射亮度中的任何一种来测量，就可以有各种各样的方法来测量和调节上述发射特性。

由于在不脱离本发明的精神与范围的前提下可以给出本发明的众多的显而易见的广泛的不同的实施例，因而应该认识到本发明除了后附权利要求书所规定的内容外，不局限于这些特定的实施形式。

Claims (14)

1.一种调节具有多电子束源的电子发生设备特性的方法，此设备中有一批表面导电发射器件配置在基片上，并有用来对多电子束源输出驱动电压的驱动装置，所述方法包括下述步骤：施加特性测量电压来测量这批表面导电发生器件的特性；根据测得的电子发射特性来求得这批表面导电发射器件特性的参考值；以及给这批表面导电发射器件中的相应一个施加特性移位电压，以使这批表面导电发射器件的电子发射特性变成与上述参考值对应的值，其中的特性移位电压高于特性测量电压，而特性测量电压又高于上述驱动电压。

2.如权利要求1所述方法，特征在于：在有机气体的分压不超过10^-8乇的气氛中施加所述特性移位电压。

3.如权利要求1所述方法，特征在于，此方法还包括下述步骤：在施加特性移位电压之后再次测量所述这批表面导电发射器件的特性；并根据此再次测量的结果，对所述的相应的表面导电发射器件再施加特性移位电压。

4.如权利要求1所述方法，特征在于：上述测量步骤包括，在每次驱动所述表面导电发射器件时测量从所述表面导电发射器件发射出的发射电流。

5.如权利要求1所述方法，特征在于：上述测量步骤包括在每次驱动所述表面导电发射器件时测量在所述表面导电发射器件中流动的器件电流。

6.如权利要求1所述方法，特征在于：上述测量步骤包括在每次驱动所述表面导电发射器件时测量被来自所述表面导电发射器件的电子辐射的荧光体的光发射亮度，并将测量出的亮度变换为对应于前述发射电流与器件电流之一的数值。

7.一种制造电子发生设备的方法，此设备具有多电子束源，其中的一批表面导电发射器件在基片上配置成矩阵形式，具有将驱动电压输出给此多电子束源的驱动装置，所述方法包括下述步骤：为基片上的这批表面导电发射器件形成电极与导电膜；通过上述电极对所述导电膜起电为这批表面导电发射器件形成其电子发射部；激活这些电子发射部；施加特性测量电压来测量这批表面导电发射器件的特性；根据测量出的电子发射特性求得这批表面导电发射器件特性的参考值；以及给这批表面导电发射器件中相应的一个施加特性移位电压，使得这批表面导电发射器件的电子发射特性成为与上述参考值相对应的值，其中上述特性移位电压高于所述特性测量电压，而此特性测量电压又高于前述驱动电压。

8.如权利要求7所述方法，特征在于：在有机气体的分压不超过10^-8乇的气氛中施加所述特性移位电压。

9.如权利要求7所述方法，特征在于：此方法还包括下述步骤，在施加特性移位电压之后再次测量所述这批表面导电发射器件的特性；并根据此再次测量的结果，对所述的相应的表面导电发射器件再施加特性移位电压。

10.如权利要求7所述方法，特征在于：上述测量步骤包括，在每次驱动所述表面导电发射器件时测量从所述表面导电发射器件发射出的发射电流。

11.如权利要求7所述方法，特征在于：上述测量步骤包括，在每次驱动所述表面导电发射器件时测量在所述表面导电发射器件中流动的器件电流。

12.如权利要求7所述方法，特征在于：上述测量步骤包括，在每次驱动所述表面导电发射器件时测量被来自所述表面导电发射器件的电子辐射的荧光体的光发射亮度，并将测量出的亮度变换为对应于前述发射电流与器件电流之一的数值。

13.一种电子发生设备，此设备包括：多电子束源，其中将一批表面导电发射器件设置于基片上；以及驱动装置，用来根据图像信号驱动上述多电子束源，而此电子发生设备则是根据权利要求7所述的方法制造的。

14.一种成像设备，此设备包括：权利要求13中所述的电子发生设备以及荧光体，此荧光体在由所述多电子束源的电子束照射下发射光。

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