CN1188980A - 图象形成装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

器件衬底上的多个电子发射器件,与面板上的加速电极相对地进行设置。器件衬底和面板与置于其间的侧壁一起构成一个内部为真空的壳体。在器件衬底和面板之间,还有多个垫片。加速电极上的电压Va、电子发射器件和相应的垫片之间的距离l、以及电子发射器件和加速电极之间的距离d满足关系式,Va·l²/d²>丨△V_sat丨/(2·α·β),其中α和β是常数,而△V_sat是垫片表面自未充电状态变为充电状态时,垫片表面上出现的电势差。

Description

图象形成装置及其驱动方法

本发明涉及一种图象形成装置，如一种利用电子束的显示装置，尤其涉及一种具有垫片的图象形成装置，该垫片设置在装置的壳体内，以从内部支持壳体来抵抗大气压力。

已知有两种类型的电子发射器件，它们是热离子电子源和冷阴极电子源。冷阴极电子源指的是场致发射型(下文称作FE型)、金属/绝缘层/金属型(下文称作MIM型)和表面传导电子发射型(下文称作SCE型)。

SCE型器件的例子包括有M·I·Elison在“无线电工程电子物理学，10(1965)”中所提出的。

一个SCE型器件是应用这种现象来实现的，即，当电流被强制平行于膜表面流动时，在衬底上形成的小面积薄膜会发射出电子。虽然Elison建议此类型的器件采用SnO₂薄膜；G·Dittmer在“固态薄膜”，9，317(1972)中提出使用Au薄膜；但M·Hartwellt和C·G·Fonstad在“IEEE晶体管·电子设备联合会议”，519(1975)上以及H·Araki等人在“真空”，26卷，第1号，第22页(1983)中也分别论及了可以使用In₂O₃/SnO₂薄膜和碳素薄膜。

相关附图30示意性地给出了一个由M·Hartwell提出的、典型的表面传导电子发射器件。在图30中，参考标号3001代表一个绝缘衬底。参考标号3004代表一个电子发射区域生成薄膜，它是一个金属氧化物薄膜，是利用一个H型图案通过溅镀(sputtering)制成的，当该膜经过一个将在下文进行描述的被称作“激励成形”的电子激励过程(electrically energizing process)时，就会在其中产生一个电子发射区域3005。在图30中，一对器件电极的间隔距离L为0.5-1[mm]，宽度W为0.1[mm]。

传统的作法是，使器件的电子发射区域生成薄膜3004经过一个电子激励过程，该过程被称作“激励成形(energization forming)”，就会在表面传导电子发射器件中产生一个电子发射区域3005。在激励成形过程中，将一个恒定的直流电压或一个典型地以1V/min的低速缓慢上升的直流电压，施加到电子发射区域生成薄膜3004给定的相对的末端上，来部分破坏膜，使膜变形和变性，从而生成一个高电阻的电子发射区域3005。因此，电子发射区域3005是电子发射区域生成薄膜3004的一部分，其中典型地含有一个或几个裂缝，以使得电子可从裂缝及其邻近区域中发射出来。包括由激励成形过程产生的电子发射区域的电子发射区域生成薄膜3004将被称作电子发射区域装有薄膜。应当注意，一旦经过了一个激励成形过程，不论何时只要有合适的电压施加到电子发射区域装有薄膜上，表面传导电子发射器件都会从其电子发射区域3005上发射出电子，从而使一个电流流过器件。

FE型器件的例子包括由W·P·Dyke&W·W·Dolan在“场致发射”，电子物理学的发展，8，89(1965)中和C·A·Spindt在“用钼锥元素的薄膜场致发射阴极的物理特性”，应用物理杂志，47，5284，(1976)中所提出的有关器件。相关附图31给出的是由C·A·Spindt等人所提出的一种器件的剖面示意图，是一个典型的FE型器件。参见图31，该器件包括一个衬底3010，一个由导电材料制成的发射器接线层3011，一个圆锥形发射器3012，一个绝缘层3013和一个栅极3014。当将一个适当的电压施加到圆锥形发射器3012和栅极3014上时，器件便从圆锥形发射器3012的上端处发射出电子。

当上述所示和所述的FE型器件具有一个多层结构时，发射器和栅极可以选择与衬底表面平行地设置在衬底上。

MIM型器件的例子在C·A·Mead的“隧道发射放大器”，应用物理杂志，32，646(1961)的论文中有所公开。相关附图32给出了一个典型的MIM型器件的剖面示意图。参见图32，它包括一个衬底3020，一个下金属电极3021，一个具有约10[nm]厚度的薄绝缘层3022和一个具有约30[nm]厚度的上金属电极。

当在上电极3023和下电极3021之间施加一个适当的电压时，MIM型器件便从上电极3023的表面上发射出电子。

冷阴极器件与热离子器件相反，可用于在低温时发射电子，因此不需要加热器。从而与后者比较，前者具有简单的结构，并且因此有可能制出较小的冷阴极器件，如果将这些冷阴极器件密集地设置在一个衬底上时，相对不会出现诸如有一个热熔融的衬底的问题。此外，由于热离子器件的响应性能要受其所用的加热器的响应性能的限制，而冷阴极器件并无这种问题，因此可以毫无困难地实现一个高响应性能的冷阴极器件。

鉴于上述所列举的优点和其他的优点，已经将研究工作的重点放在发展尤其是具有冷阴极器件的电子束装置、图象形成装置上。

特别是，表面传导电子发射器件提供了一个显著的优点，即大量的器件由于其结构的简单性可以排列在一个大的区域上。已经进行各个方面的研究以来利用此项优点。表面传导电子发射器件的应用包括充电的电子束源和显示装置。

按数目排列的表面传导电子发射器件的应用，包括通过将表面传导电子发射器件按平行的行来排列、并用导线将每个器件的相对的末端连接起来、而形成一个器件矩阵的方式而实现的电子发射源(除了别的以外，尤其可见由本专利申请的申请人所提出的、日本专利申请公开号为1-031332的专利申请)。尽管在包括显示装置的图象形成装置的领域中，应用液晶的平面板型显示装置已经取代了CRTS，但它们有一个缺点，即不是发射型，因此需要提供一个背照光。因此，极需发射型显示装置。能够显示高质量图象的发射型显示装置，包括具有一个大的显示屏的、通过组合电子源可以较容易地实现的图象形成装置，电子源具有大量的表面传导电子发射器件和利用器件发射出的电子来发出可见光的荧光体(除了别的以外，尤其可见由本专利申请的申请人提出的US专利号5066883的申请)。

可用于上述的图象形成装置的一个电子束装置，主要包括有：一个壳体，用于使装置内保持真空；一个设置在壳体内的电子源；由自电子源射出的相应的电子束进行照射的靶；以及一个加速电极，用来加速导向相应的靶的电子束。此外，它还可以具有垫片，用来从内部支持壳体以抵抗大气压力。

对于上述类型的图象形成装置，在其壳体内部设置这种垫片是必不可少的，尤其是当所用的是一个大的显示屏幕和/或当装置必须要做得较薄时更是如此。

当在壳体内使用垫片时，出现的问题包括(1)当电子束由一个高电压进行加速时，会出现放电现象；和(2)电子束偏离所要求的相应的路线，无法击中相应的靶(一种在下文称作“光束偏转”的现象)。后一问题会导致在图象形成装置的每个荧光体的靶上，都产生一个偏移的和/或变形的发光点，会大大地降低显示图象的质量。尤其是，当图象形成装置的图象形成部件包括用于显示彩色图象的红、黄、蓝荧光体时，上面所列的问题(2)会使亮度变差并带来颜色混乱的现象。这些问题在靠近垫片的位置处尤其明显(垫片设置在电子源和图象形成部件之间)，大概是因为在发出的电子束的作用下，在壳体内产生的电子束和带电粒子会碰撞、至少部分碰撞垫片的表面，从而产生了次级电子，这些次级电子再为垫片的表面充电并破坏垫片上及其附近的电场，使得壳体内的电子束偏离了预定的相应的路线。

为克服这一问题，已提出了许多种方法，这些方法通过对垫片使用电导材料来去除垫片的电荷。

例如，日本专利申请公开号57—118335中描述了一种在具有热离子器件的图象形成装置中，为在与热离子相对应的位置处具有开孔的、平板形垫片的表面镀氧化锡膜的方法，这可除去附着在孔壁表面上的电子。同时也说明了垫片的导电率值应使得，当将10V电压施加到设置在垫片两侧的电极之间时，电流在10μA和0.001μA之间。

PCT/US94/00602中描述了用次级电子发射率接近于1的导电性垫片，来减少垫片的电势波动。这种导电垫片具有10⁹-10¹⁴Ω/□的薄膜电阻和0.05-20μm的薄膜厚度，它是由氧化铬、氧化铜、碳或类似物质制成的。发明人假设：垫片的电势波动是由射出的次级电子引起的，并用下面的公式(1)来定义与垫片间隔距离为x的位置处的电势差ΔV，垫片装在图象形成装置的衬底上；

ΔV＝ρ_s·[x·(x-d)/2]·j·(1-δ)                  …(1)

其中d是垫片(器件衬底和加速电极之间的距离)的高度，ρ_s是垫片的表面电阻，j是与垫片表面碰撞的电流密度，δ是垫片表面的次级电子发射率。

上面提到的日本专利申请公开号57-118355的申请，它所用的是具有开孔的平板状的垫片，是根据在相对设置的电极(垫片置于其间)之间施加电压时、流过垫片的电流(在10μA和0.001μA之间)来定义垫片的导电率。因此，由于流过每个垫片的电流都根据其外形的不同而不同，所以上面的定义除了上面所描述的外形的垫片外，不能用于其他外形的垫片。

至于PCT/US/00602中所提及的方法，如果次级电子决定了垫片电荷的假设是正确的，则垫片表面电势从接地电压变化到典型的有几千伏的加速电压，这取决于其表面位置；因此，实际上不可能选择一种材料和一组条件，使次级电子发射率在如此宽的能量范围内最后等于1。换句话说，在至少一部分垫片表面上，会不可避免地出现一个电势差。此外，尽管当垫片使用一种高导电性材料时，可降低垫片的电荷，但根据图象形成装置的能耗比，使用这种材料实际上是不可行的。

结果，当将电子发射器件用于驱动这样的图象形成装置时，便会出现位置偏转现象和放电现象。

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种技术，用来避免电子束在靶平面上出现任何位置偏移(光束偏移)。本发明的另一个目的是提供一种图象形成装置，它具有保证壳体具有预定的深度的垫片；并且在彩色显示时，不需提高能耗比，即能避免光束偏移、亮度减弱以及颜色混乱，从而可显示具有极好的色彩再现性的清晰的图象。

根据本发明的一个方面，上述目的可通过提供一种图象形成装置来实现，该图象形成装置包括：一个器件衬底，其上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于使器件衬底和加速电极之间保持一个真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，其特征在于：加速电极的电压Va、电子发射器件和相应的垫片之间的距离l、以及电子发射器件和加速电极之间的距离d之间的关系用下面的公式来表示；

Va·l²/d²＞|ΔV_sat|/(2·α·β)，

其中α是一个由部件的位置关系所定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布；β是一个常数，定义了装置图象显示部件上亮点所能够允许的偏移范围；ΔV_sat是在装置的正常驱动条件下，当垫片表面未被充电时，由垫片表面电势引起的电势差，所述的电势差由下面的公式来定义；

ΔV_sat＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))，

其中R是垂直于器件衬底方向上的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，ΔT是显示一帧图象的时间长度，Δt是驱动一个器件的时间长度，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数。

根据本发明的另一方面，提供了一种驱动图象形成装置的方法，它包括：一个器件衬底，其上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于至少在器件衬底和加速电极之间保持一个真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，其特征在于：显示一帧图象的时间长度ΔT和驱动一个器件的时间长度Δt，要满足下面公式所表达的关系；(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))＜(2·α·β)·l².·.d²/Va·8/|R·Q ′|

其中R是垂直于器件衬底方向上的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数，l是电子发射器件和相应的垫片之间的距离，d是电子发射器件和加速电极之间的距离，Va是加速电极的电势，α是一个由部件的位置关系定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布，β是一个常数，可定义装置图象显示部件上亮点的所能够允许的偏移范围。

图1是沿图2中1-1线剖视的一个放大的局部剖面示意图，所示出的是一个垫片及其周边区域。

图2是本发明图象形成装置的一个局部剖开的透视示意图。

图3是图2图象形成装置的电子源的一个放大的局部平面示意图，所示出的是其一个主要区域。

图4A和图4B是可用于本发明的、不同配置的荧光膜的平面示意图。

图5是图2中的图象形成装置从Y轴方向上所视的一个放大的局部剖面示意图，示出了位于靠近垫片位置处的一个电子发射区域，从而图示了电子和散射的充电粒子的轨迹。

图6是图2中的图象形成装置从X轴方向上所视的一个放大的局部剖面示意图，示出了位于靠近垫片位置处的一个电子发射区域，从而图示了电子的轨迹。

图7A、图7B和图7C是可用于本发明图象形成装置的垫片的放大的剖面示意图。

图8是一个可用于本发明图象形成装置的、具有连接面的垫片的放大的剖面示意图。

图9A和9B分别是一个平面图和一个剖面侧视图，示意性地表示了一个可被用于本发明的可选的表面传导电子发射器件。

图10A和10B分别是可用于本发明的、可选的表面传导电子发射器件的平面示意图和剖面侧视示意图。

图11A、11B、11C、11D和11E是用于本发明的一个表面传导电子发射器件的剖面侧视示意图，给出了其各个不同的制造步骤。

图12是被用于本发明激励成形过程的一个电压波形图。

图13A和13B相应地分别是激活过程的一个电压波形图和用于本发明的一个表面传导电子发射器件的发射电流图。

图14是用于本发明的一个阶梯形表面传导电子发射器件的剖面侧视示意图。

图15是用于本发明的一个可选的阶梯形表面传导电子发射器件的剖面侧视示意图。

图16A、16B、16C、16D、16E和16F是用于本发明的一个阶梯形表面传导电子发射器件的剖面侧视示意图，给出了其不同的制造步骤。

图17是用于本发明的一个表面传导电子发射器件的器件电流、发射电流和器件电压的关系图，表示了其基本电气特性。

图18是本发明图象形成装置的驱动电路的一个方框示意图。

图19是本发明图象形成装置电子源的一个部分电路图。

图20是由本发明的图象形成装置所显示的一个图象的放大的局部示意图，表示了图象形成装置是如何被驱动工作的。

图21是本发明图象形成装置电子源的一个部分电路图，表示了其上施加一个驱动电压时的电势状态。

图22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G和22H是用于本发明图象形成装置的、一个电子源的局部剖面示意图，给出了其不同的制造步骤。

图23是一个掩膜的平面示意图，该掩膜用于制作一个、可在本发明的一个表面传导电子发射器件上形成电子发射区域的薄膜。

图24是可用于本发明的、一个可选配置的荧光膜的平面示意图。

图25是代表本发明图象形成装置的应用的一个图象显示装置的方框示意图。

图26是本发明图象形成装置的一个垫片的表面电势振荡图。

图27是本发明图象形成装置的、电子束的位置偏移和每个面板组件的大小之间的关系示意图解。

图28是用来测量本发明垫片表面上的电势振荡的装置的一个示意图。

图29是用来测量本发明一个垫片表面上电势振荡的一个可选的装置的示意图。

图30是一个已有的表面传导电子发射器件的平面示意图。

图31是一个已有的FE型装置的局部剖面侧视示意图。

图32是一个已有的MIM型器件的局部剖面侧视示意图。

图33是用于本发明的一个垫片的一个等效电路图。

图34是包括FE型电子发射器件的图象形成装置的局部剖面示意图。

现在，根据实现本发明的优选方式来更进一步详细地描述本发明。

本发明以一个结论作为基础，即当所用类型的图象形成装置设置有垫片、而所设置的垫片镀有多颗粒或非晶状的薄膜时，可通过适当调节电容和时间常数来释放垫片上的电荷、或者如果时间常数相对较大，则通过选择最佳的条件(包括显示图象的帧频，驱动电子发射器件的电压脉宽以及加速电压)来驱动装置并使装置的结构配置(电子发射器件和垫片的相对位置关系以及电子发射器件和施加加速电压的电极之间的距离)达到最佳，来避免在图象形成装置的靶平面上出现电子束的位置偏移(光束偏移)。尤其是，上述结论也适用于：当设置垫片来保证图象形成装置的壳体深度时，在彩色显示时，不需提高能耗比，即能避免光束偏移、亮度减弱以及颜色混乱的问题，来显示具有极好的色彩再现性的清晰的图象。

因此，根据本发明，提供了一种图象形成装置，它包括：一个器件衬底，其上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，被设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于使器件衬底和加速电极之间保持真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，其特征在于：加速电极的电压Va、电子发射器件和相应的垫片之间的距离l、以及电子发射器件和加速电极之间的距离d之间的关系用下面的公式来表示；

Va·l²/d²＞|ΔV_sat|/(2·α·β)，

其中α是一个由部件的位置关系所定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布；β是一个常数，可定义装置图象显示部件上亮点的所能够允许的偏移范围；ΔV_sat是在装置正常的驱动条件下，当垫片表面未被充电时，由垫片表面电势引起的电势差，所述的电势差由下面的公式来定义；

ΔV_sat＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))，

其中R是与器件衬底方向垂直的方向上的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，ΔT是显示一帧图象的时间长度，Δt是驱动一个器件的时间长度，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数。

可优选的有，本发明图象形成装置电子源的冷阴极电子发射器件可以是表面传导电子发射器件，也可以是场致发射型电子发射器件。如果利用表面传导电子发射器件，数据项2·α·β的数值最好等于或小于5，等于或小于1更好。如果利用场致发射型电子发射器件，数据项2·α·β的数值最好等于或小于10，等于或小于2更好。

可优选的有，通过在一个绝缘部件表面敷盖一层高电阻的薄膜可制成垫片，电气连接到器件衬底电极上的、或连接到一根接线和一个加速电极上的高电阻薄膜，相应的具有不同的电势，为了将由多颗粒或非晶状膜制成的高电阻薄膜的电阻调整为所要求的数值，要满足本发明的等式。

一种图象形成装置包括：一个器件衬底，该器件衬底上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于使器件衬底和加速电极之间保持真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，当用于显示一帧图象的时间长度ΔT和用于驱动器件的时间长度Δt，满足下面关系式时，能够显示清晰的图象；

(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))＜

(2·α·β)·l²·d²/Va·8/|R·Q′|

其中R是与器件衬底方向相垂直的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数，l是电子发射器件和相应的垫片之间的距离，d是电子发射器件和加速电极之间的距离，Va是加速电极的电势，α是一个由部件的位置关系所定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布，β是一个常数，可定义装置图象显示部件上亮点的所能够允许的偏移范围。

下面描述本发明的背景。如前面所述，传统观点中，只提到了垫片充电时，电场中出现的静态干扰。相反地，本发明的发明人发现，对于一个既定类型的图象形成装置，考虑垫片的充/放电的动态方面，知道在打开电子发射器件来驱动图象形成装置时，垫片如何充电、以及在关闭电子发射器件后，垫片的电荷如何减少是非常重要的。换句话说，如果垫片的充电量较小，当打开电子发射器件发射电子时，垫片上的电荷将积累到一个相当高的水平，会破坏垫片上及其附近的电势分布，导致出现光束偏转现象的发生；而如果在下一个电子发射周期之前，还未释放垫片上的电荷，则会出现所不希望的放电现象。

为了消除任何所不希望的放电现象并以一个低能耗比来稳定地驱动装置，则要求垫片具有一个很高的电阻率。如果每个垫片都被制成含有一个镀有金属膜(典型地为铂膜)的、呈现一个低的特性电阻的绝缘基本部件，则金属膜包括图象形成装置制造过程中耐热处理过程的热电阻膜，必须以裕度减少为代价制作成很薄、从而使膜具有一个岛状结构。因此，在上面所述的已有装置中，必然要选择使用具有高特性电阻的金属氧化物，使用这样的材料的结果最终是导致使用一种多颗粒的或非晶状的薄膜。当用多颗粒薄膜作为垫片的导电膜时，每个颗粒都表现出非晶体特性，颗粒边界也是非晶体的。于是，缺陷将集中出现在颗粒边界上，由于存在这种缺陷，所以呈现出一个陷阱电容特性。此外，当在图象形成装置的制造过程中，将非晶体膜在大气中进行烘烤时，它很容易被氧化，而呈现电容特性。再者，如果使用氧化膜，则难于实现准确的理想配比；而且膜通常含有低于理想配比率的氧，具有缺陷而且呈现一个电容特性。最后，使用通过层叠多个膜而得到的多层膜，在合成膜的连接处，也会呈现一个电容特性。简而言之，垫片的电气特性可由图33中所示的一个等效电路来表示。参见图33，R1和C1分别表示沿膜表面方向上垫片的电阻和电容，而R2和C2分别表示与膜表面垂直方向上的电阻和电容。垫片电荷的时间常数(或垫片从充电状态变到放电状态的时间常数)由R1，C1，R2，C2来定义。本发明的发明人发现，垫片的电荷释放阶段的时间常数大于充电阶段的时间常数，并且电荷释放阶段的时间常数大，为在一个稳定状态下驱动图象形成装置造成问题。本发明人认为：由于陷阱电容而出现的充电阶段的时间常数、与相配对的电荷释放阶段的时间常数，通常情况下都不一致，因为前者取决于撞击垫片表面的已充电的粒子的数目，而后者通常大于前者。

下面，参考图1，26和27来描述作为本发明基础的原理。

图1是根据本发明的图象形成装置的一个局部剖面示意图，示出了其基本结构。所示的有一个衬底11，一个底板15，一个侧壁16和一个面板17。装置的壳体由底板15、侧壁16和面板17构成。参考标号20表示一个垫片，它包括一个绝缘部分20a和一个制作于绝缘部分上的高电阻薄膜20b。装置此外还包括一个荧光发射部分18，一个导电部分(金属敷层)19和电极13。

参考标号111表示一个作在衬底11上的电子源。电子束112自电子源111上射出，在荧光发射部分18上形成一个图象。如果充电粒子与垫片表面相碰撞或由于某些或其他原因又从其上射出，则垫片表面的电势分布便从初始形状变为出现了光束偏转。为了简单起见，假设带电粒子以均匀的速率碰撞垫片表面和自垫片表面上射出，使垫片表面上的电荷以一个速率Q′[C/sec]均匀地变化，并且在垫片的表面上均匀地形成一个高电阻的薄膜，它具有一个电阻R[Ω]、一个电阻率ρ[Ω·m]和一个介电常数ε[F/m]。于是，沿图1中z轴的电压V(z，t)(在位置为z，时间为t时)，在电子自电子发射器件射出期间，由下面的公式(2)来表示；

V(z，t)＝Va/d·z-RQ′/(2d²)·(1-exp(-t(ε·ρ)))·z(z-d)

                                                  …(2)

其中d是垫片的高度，Va[V]是阳极电压。

于是电势差ΔV由下面的公式(3)来表示；

ΔV＝-RQ′/(2d²)·(1-exp(-t(ε·ρ)))·z(z-d)

                                                  …(3)

此公式对应于已知的公式(1)(但应注意：在公式(1)中是用x来表示电势V的位置变量，而在公式(2)中是用z来表示的)。注意公式(3)中的数据项RQ′/(2d²)与公式(1)中的数据项ρ·j·(1-δ)相对应。可以知道，由于在公式(1)中仅考虑了次级电子，而在公式(3)中充电过程并不受其限制。公式(1)和公式(3)之间的一个显著的区别在于，是否考虑了电压随时间的变化。特别之处在于，公式(3)中包括随时间进行指数变化的因素。

如果电荷以一个速率Q ′均匀变化，在垫片的中间位置(z＝d/2)处，电势差将会最大，因此，在下面的电势差的讨论中，所用的是由z＝d/2表示的中间点。

在垫片的中心位置处，随时间变化的电压V(d/2，t)用下面的公式(4)来表示；

(充电阶段)

V(d/2，t)＝Va/2+RQ′/8·(1-exp(-t(ε·ρ)))

                                                 …(4)

另一方面，在时间t＝t₁电子发射完毕之后，垫片中心处随时间变化的电压由下面的等式(5)来表示；

(放电阶段)

V(d/2，t)＝(V(d/2，t₁)-Va/2)·exp(-(t-t₁)/(ε_d·ρ_d)))

                                                  …(5)

由于在上面的公式中，电阻率用ρ[Ω·m]表示，介电常数用ε[F/m]表示，应注意到充电时间常数τ_u＝ρ·ε不等于放电时间常数τ_d＝ε_d·ρ_d。也应当注意在下面的描述中所用的是τ_u和τ_d而不是ρ和ε。

当施加一个单个的脉冲时，未充电的垫片的中心位置处的电压的变化方式如上所述。图26所示的是，当驱动电子源时，垫片中心位置处的电压的典型变化。在图26中，实线表示垫片中心处的电压。参见图26，将会看到，当电子源正被驱动时(从时间t＝0到时间t＝t₁)，电压按照公式(4)所定义的方式上升，然后，在脉冲的末端(注意Q′在此是一个正值)，实际上根据等式(5)缓慢地下降到初始水平(Va/2)。如图26所示，如果每帧的电荷不能完全释放，驻留电荷就会在垫片上累积，直到当利用放电来使电荷平衡，达到一个稳定状态时止。

由于当恒定地驱动电子源(或连续地用频率为f[HZ]的驱动电压来驱动)时，要通过电荷释放来平衡电荷，由上述的公式(4)和公式(5)相应地可以得到下面关于电子发射操作期间的电势上升值ΔVswing、电势偏置值ΔVoffset以及电势上升饱和值ΔV_sat＝ΔVswing+ΔVoffset的等式；

ΔVswing＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))…(6)

ΔVswing＝ΔV_sat·(1-exp(-ΔT/τ_d))…(7)

因此ΔV_sat用下面的等式(8)来表示；

ΔV_sat＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))…(8)

其中ΔT＝1/f而ΔT＝t₁-t₀

下面，参考图27来描述ΔV_sat必须被抑制的程度，图27示意性地表示了一个垫片及其相邻区域。参考图27，所示的有一对电子发射器件4401，一个垫片4402和一个加速电极4403。此外，Va表示加速电压，l表示电子发射器件和垫片之间的距离，而d代表电子发射器件和加速电极之间的距离。图27中的虚线表示，当垫片的表面被充电时的等势面。在此情况下，电子束4404将自靶偏转Δl。当驱动电子源稳定运行并且垫片表面上的充电速率和放电速率保持不变时，垫片上位置z＝d/2处的电势差将是最大的，其数值由等式(8)的ΔV_sat来表示。图27中垫片中心及其附近的等势面的偏移量Δd由下面的公式(9)来近似表示；

Δd≌d/2·ΔV_sat/V_a                                 …(9)

因此，在图27中，如果等势面自垫片沿1—轴的曲线距离超过αl，而且ΔV_sat相对于V_a不是很大，则等势面的倾斜度可由下面的公式(10)近似表示；

tanθ≌sinθ≌d/(2αl)·ΔV_sat/V_a                           …(10)

其中α是一个系数，是一个在1和大约10之间的常数，是由参与定义电势的每个部件如电极的配置和位置的函数决定的。当按通常的间隔设置电子发射器件、并在两个相邻的电子发射器件之间设置一根具有已定电势的导线时，α的值约是2。于是，沿1轴和2轴方向上的每个发射电子的平均电场强度，可分别由下面的公式(11)和(12)来表示；

E1≌ΔV_sat/(2αl)               …(11)

和

E2≌V_a/d                        …(12)

由于电子束的偏移量Δl实际上等于Δl≌(E2/E1)·d，所以它可由下面的公式(13)来表示；

Δl≌l/(2α)·d²/l·ΔV_sat/V_a   …(13)

因此，ΔV_sat只有满足下面公式(14)所表达的关系时才可以，公式(14)是由关系式Δl＜βl得来的，它根据电子源的类型(如SCE型或FE型)或图象形成装置整体的技术指标定义了电子束偏转的允许范围；

ΔV_sat＜2αβ·l²/d²·V_a           (14)

其中，β是一个由多个参数定义的常数，这些参数包括：电子束的扩散范围；靶上任何两个相邻象素的间隔距离(例如，取决于是否存在分隔它们的黑色条纹)；靶上荧光发射体的特性以及图象形成装置的每个象素内所允许的亮度偏差。β典型的数值为几分之一。

当图象形成装置含有按标准间隔设置的SCE型电子发射器件，并且任意两个相邻的象素的距离大约是一个象素宽度的十分之一时，系数2αβ通常应当是一个低于5的数值，最好是低于1，以将由电荷引起的光束偏转而带来的亮度偏差抑制到低于大约10％。如果图象形成装置含有的是FE型器件，则该系数应当低于10，最好是低于2。

尽管上述描述针对的是电荷均匀变化的条件，它也适用于电荷变化发生改变的情况，并给出了一个明确的分布图，其中电势变化的最大点不在垫片的中心位置上。如果是这种情况，则假设电势的最大变化等于ΔV_sat。

在实际设计一个图象形成装置的过程中，当确定了垫片，并且给出了所要求的显示频率和一个所要施加的电压时，ΔV_sat的数值便决定了。于是，下一步便是选择相应的V_a，l，d来满足下面公式所表达的关系；

V_a·l²/d²＞|ΔV_sat|/(2αβ)                          …(15)

在上面的公式中，使用的是|ΔV_sat|的绝对值表达式，这是因为ΔV_sat可取一个正值也可取一个负值。换句话说，尽管前述的说明以假设垫片充的是正电为基础，但根据镀膜的材料以及利用垫片的条件，也可以选择充负电。例如，如果电荷是由次级电子的发射所带来的，则次级电子发射的系数根据入射电子的能量而变化，使得当系数小于1时垫片表面充的是负电，而当系数大于1时充的是正电。如果加速电压较低并且入射电子的能量较小，尤其是在使用FE型器件的情况下，垫片可以充上负电。因此，上面的论述适用于充正电或充负电的垫片，因为当加速电极和电子发射器件之间的平行电场的等场强线、由于垫片上的正或负的电荷的作用而发生变形时，也会引起电子束出现偏转。

上述的论述可进行如下的概括。

当电子束自图象形成装置的电子源射出时，充电粒子与垫片表面发生碰撞，并由于某一原因或其他原因再从垫片表面上射出，从而改变了垫片表面相对于未充电状态时的电势。在这种情况下，若在下一电子发射周期之前，垫片表面的电荷已完全释放，则将不会出现任何电荷的积累，但在根据驱动条件进行恒定驱动期间，也会产生由公式(8)的ΔV_sat所表示的电势的变化。此ΔV_sat将破坏垫片上及其附近的电场，使电子束发生偏转。因此，对于显示图象的操作，将ΔV_sat限定在一个能够允许的范围内非常重要，ΔV_sat不仅取决于电子发射器件的特性函数，而且也取决于驱动装置的驱动条件、图象的显示频率以及图象形成装置的各个部件的相对位置关系，并且应当满足上面的公式(15)所表达的关系。

深入研究的结果，本发明的发明人通过在一个典型地由钠钙玻璃或陶瓷材料制成的绝缘部件上形成一个高电阻且多颗粒或非晶状的薄膜，从而制备成垫片，使用这样制作的垫片，成功地满足了上面的关系。这种垫片的特殊之处，如上所述，在于放电阶段的时间常数τ_d大于充电阶段的时间常数τ_u。

应当注意，制作高电阻薄膜，需用电阻率相对较高的的材料，如一种氧化材料或者一种半导体材料，该薄膜是根据放电效应、能耗比以及避免温度的变化而引起的热量散失的效应而制成的，应具有所要求的电阻。

现在，参考图28和29，来描述等式(4)和(5)中垫片电势变化的一种测量的方法。首先参见图28，一个电子发射器件4502设置在一个衬底4501上，当向其施加一个大约10V的脉冲电压时，它可发射电子。同时也示出了一个垫片衬底4503；一个高电阻薄膜4504；一个测试电极4505，可用于测量一个观察点上的电势；一个加速电极4506，其上施加有几千伏的加速电压V_a；一个真空室4508以及一个表面电势计4507，它被连接到测试电极4505上，它们之间具有足够高的阻抗，以使得无需破坏流过高电阻薄膜4504的电流，即可得到观察点的电势。

现在参见图29，沿X轴和Y轴(其中X轴垂直于图形表面)设置了多个电子发射器件，并且垫片4503与X轴平行设置。电子发射器件的扫描线也与X轴呈垂直关系。

在一种测量法中，同时打开直到L₁＝10d(d是垫片的高度)的电子发射器件。应注意到，这种接通条件要比由电子发射器件的扫描行沿Y轴一行一行地驱动显示面板的实际操作条件严格得多。垫片和电子发射器件的几何位置、加速电压、施加到每个电子发射器件上的电压以及其他因素与实际应用中用于驱动图象形成装置的那些因素相同。

然而应当注意到，脉宽和帧频相应地分别大于和小于实际应用中所选用的脉宽和帧频，这是为了通过考虑测量系统的S/N比和带宽来准确地确定时间常数和其他系数。特别是，驱动脉冲的脉宽取得较大，是因为放电阶段的时间常数并不取决于电荷的多少，因此如果使用一个大的脉冲宽度，它也不会受到影响，而利用一个较大的脉冲宽度，却可以提高测量的准确性(如果使用一个小的脉冲宽度，效果会变差，因为此时电势的变化很小)。选择一个小于实际帧频的频率，是因为为了能准确地得出放电阶段的时间常数，应不管显示一帧图象的时间长短度都能使垫片的电势下降到足够低，测量才能够进行。

本发明的发明人进行了一个基础实验，在这个实验中，通过在低于5msec的范围内改变驱动脉冲的脉冲宽度Δt，来观察驱动脉冲的脉冲宽度Δt和放电阶段的时间常数τ_d之间的关系。实验的结果，证实了如果驱动脉冲的脉冲宽度发生了改变，放电阶段的时间常数τ_d仍保持不变(尽管在脉冲宽度小于500μsec时它会发生波动，但这是因为S/N比无法给出一个满意值)。作为此实验的一个结果，选择Δt为1msec以用于测定垫片的性能。

下面，将根据实现本发明的优选方式来描述本发明。(显示面板的配置及其制造方法)

首先，详细描述根据本发明的图象形成装置的显示面板的配置及其制造方法。

图2是根据本发明的一个图象形成装置的显示面板的透视示意图，它被部分地剖开以便显示其内部。图1是图2显示面板的一个放大的局部剖面示意图，所示的是沿1-1线剖开的一个主要的剖面区域。

参见图2，一个壳体(气密容器)由一个底板15，侧壁16和一个面板17构成，以便将显示面板的内部保持在一个真空条件下。一个衬底11刚性地固定到底板15上，在衬底11上形成了共计N×M个冷阴极器件(N和M为不小于2的整数，它的选择取决于图象形成装置中所用的显示象素的数目，当装置被用于一个高质量的电视设备中时，N和M最好相应地等于或大于3000和1000)。如图3所示，N×M个冷阴极装置12用M条行向导线13和N条列向导线14形成了一个简单的矩阵连线结构，。含有衬底11、冷阴极装置12、行向导线13和列向导线14的装置部分被称作为一个多电子束源。在行向导线13和列向导线14之间、至少在其交叉点上需设有一个绝缘层(图中未示)，这是为了保证这两组导线之间的电气绝缘。尽管在上述的描述中，是将多电子束源的衬底11固定在气密性容器的底板15上，但如果多电子束源的衬底本身具有足够的强度，也可直接利用其衬底本身作为气密性容器的底板。可用于衬底11的材料包括有石英玻璃、为降低的浓度而含有杂质如钠的玻璃、钠钙玻璃、通过溅射法在钠钙玻璃上形成一个SiO₂层来作出的玻璃衬底以及陶瓷物质如氧化铝。衬底11的大小(尺寸和厚度)取决于在衬底11上形成的电子发射器件的数目及其分布以及如果当它构成气密容器的一部分(底板)时抵抗其上大气压的能力。气密性容器的底板15、面板17以及侧壁16最好也由相应的材料制成，要求这种材料要具有令人满意的强度，以使气密性容器可承受施加于其上的大气压力并使其内部保持真空状态；要具有高绝缘性能，以使容器可承受将在下文当中进行描述的、施加于多电子束源和容器的金属外壳之间的高电压。可用于它们的材料也包括石英玻璃、为降低浓度而含有杂质如钠的玻璃、钠钙玻璃以及陶瓷物质如氧化铝。但制作面板17的材料要求要具有高于可见光一定程度的透射率。这些组成部件的材料最好具有互相接近的、相对应的热扩散系数。行向导线和列向导线13和14都是由一种导电金属制成的，并通过一种适当的技术，如真空蒸发、印刷或喷射形成于衬底11上，从而可具有一个所期望的分布状态。导线的材料、厚度和宽度的选择要能够使一个预定的电压均匀地并且可以有所选择地施加于大量的冷阴极发射器件12上，以正确地驱动它们。设置于行向和列向导线13和14的交叉点之间的绝缘层，是一个典型地由SiO₂制成的、通过适当的技术如真空蒸发、印刷或喷射形成的绝缘层。在衬底11上排布好列向导线14之后，可在衬底11的整个表面或部分表面上制作该绝缘层。绝缘膜的厚度和材料以及用于形成它的技术要选择适当，以使其确实可以承受行向导线13和列向导线14之间、尤其是它们的交叉点处的电势差。行向和列向导线的最佳可选材料包括：金属如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd以及它们的合金；由金属或金属氧化物如Pd、Ag、Au、RuO₂和Pd-Ag以及玻璃制成的可印刷的导电材料；透明的导体材料如In₂O₃-SnO₂以及半导体材料如多晶硅。如图1和2所示，在前面板17的下面形成了一个荧光膜18。由于在此描述的实现本发明的方式是用于显示彩色图象的，所以荧光膜18实际上包括红(R)、绿(G)和蓝(B)原色荧光体。参见图4A，在原色的条状荧光体21a之间，规则地设置有黑色的传导色条21b。设置黑色色条21b，是为了避免：如果电子束在壳体内稍微地偏离了相应的靶，而在所显示的图象上出现的色彩混乱的问题；以及由于防止外部光线的反射和荧光膜的充电状况而出现的显示图象的对比度下降的问题。尽管通常是用石墨作为黑色色条的主要成分，但其他的具有较低的光线透射率和反射率的导体材料也可被选用。图4A中所示的条状基本颜色荧光体可由图4B中所示的呈三角形排列的基本颜色荧光体或其他的一些排列结构的荧光体来代替。如果将图象形成装置设计成显示单色图象，则荧光膜18当然只要由一种单色的荧光材料制成即可。在荧光膜18的内表面上，或者在和底板相对的表面上，装有一个普通的金属敷层19。提供金属敷层19，是为了通过部分地反射自荧光膜18上射出的光线，来提高光线的使用效率，并保护荧光膜18免受负离子的碰撞，同时利用金属敷层本身来施加电子束加速电压，用来给激励荧光膜的电子提供传导通路。使形成于面板17上的荧光膜的内表面变得光滑(一个通常被称作为“成膜”的过程)之后，利用真空放射法在其上形成一个Al膜，可制成该金属敷层。当荧光膜18利用的是适用于低电压的荧光材料时，可以省去金属敷层19。尽管在上面所述的实现本发明的方式中没有使用典型地由ITO制成的一种透明电极，但在面板17和荧光膜18之间，也可以制作有这种电极，以方便地提供一个加速电压和/或提高荧光膜18的传导率。

在图2中，Dx₁到Dxm、Dy₁到Dym和Hv代表的是用于将显示面板和一个外部电路(未示出)进行电气连接的气密电气连接端子。在这些端子当中，端子Dx₁到Dxm电气连接到多电子束源的相应行向导线13上，而端子Dy₁到Dym则电气连接到多电子束源的相应列向导线14上。端子Hv电气连接到金属敷层19上。此外，还提供了抗大气压结构的垫片20，鉴于壳体(气密容器)内部要保持接近大约1.3×10^-4[Pa]的真空度，垫片20可用来保护壳体，避免大气压力和/或意外的冲击的破坏。每个垫片20都典型地具有一个绝缘部分20a和一个形成于绝缘部分20a表面上的、高电阻的薄膜20b。在壳体内按通常的间隔设置适当数目垫片的20，以便可以获得上述的保护壳体的目的，并且典型地用烧结玻璃的方式，将其紧固在壳体内表面和衬底11的上表面上。高电阻薄膜20b电气连接到面板17的内部(特别是金属敷层19)以及衬底11的上表面(特别是行向导线13和列向导线14)。在实现本发明的当前方式中，垫片20是薄板形的，这些薄板平行地设置，并电气连接到行向导线13上。

要求垫片20要具有一定的绝缘度，以承受施加到衬底11上的行向和列向导线13和14与面板17的内表面上的金属敷层19之间的高电压。可用于垫片绝缘部分20a的材料包括有：石英玻璃、为降低浓度而含有杂质如钠的玻璃、钠钙玻璃以及陶瓷物质如氧化铝。绝缘部分20a最好具有与壳体(气密容器)和衬底11散热系数相近的材料。如前所述，参考作为本发明的基础的原理—即为了持续释放电荷和抑制漏电流时的能耗，最好具有一个在10⁵和10¹²[Ω/□]之间的表面电阻，可用多颗粒的、非晶体膜来制作高电阻薄膜20b。如果薄膜20b是多颗粒的，则膜的厚度和颗粒的大小最好都在10[nm]和1[μm]之间。如果薄膜20b是非晶状的，则膜的厚度应在10[nm]和1[μm]之间。上面所列出的任何材料都可用于高电阻薄膜20b。

高电阻薄膜20b可利用一种适当的技术来制作形成，所用技术是根据薄膜的材料和所要求的生产率来选择的。用于制作高电阻薄膜20b的技术包括有：涉及利用真空的技术如真空汽化喷镀；或通过化学反应在绝缘体的表面上进行化学汽相淀积(CVD)。至少在绝缘部分20a暴露于壳体(气密容器)真空环境中的表面部分上，制作高电阻薄膜20b。它电气连接到面板17上的黑色导体21b或金属敷层19上，并电气连接到底板15的行向导线13或列向导线14上。

垫片也可是不同于上面所述的板状形状的其他形状。例如，每个垫片也可是结合沿行向导线13和列向导线14的部件、呈一个“十字形[+]”视图的形状。它也可以选择是一实心的或空心的圆柱形，只要这种形状不会影响自壳体内(气密容器)发射电子束的过程即可。

为了此发明目而装配一个气密性的容器壳体时，底板15、侧壁16和面板17的连接部分必须有足够的强度，以使得它们可以连接在一起并在其内部产生一个气密空间。在这些部件的连接部分之间加上烧结玻璃，之后将他们装配在一起，并在温度为400℃和500℃之间的大气或氮气环境中，烘烤10分钟以上，便可将这些部件连结在一起。为了使气密容器内部产生一个真空状态，将装配好的气密容器连接到一个排气管上，之后再接到一个真空泵上，则气密容器内可达到大约1.3×10^-5[Pa]的真空度。此后，为了在气密容器内保持上面提到的真空度，可在气密容器内的一个预定位置处、即密封排气管的正前面或正后面，制作一块吸气剂膜(未示出)。吸气剂膜是利用一个高频加热器、来加热一种以Ba作为主要成分的吸气剂材料、一直加热到这种材料汽化、之后淀积下来形成膜来制成的。由于吸气剂膜的吸收作用，气密容器内部的真空度一般地可以保持在1.3×10^-3[Pa]和1.3×10^-5[Pa]之间。

当将一个预定的电压、通过外部端子Dx₁到Dxm和Dy₁到Dym施加到冷阴极器件12上时，具有按上述方式配置的显示面板的一个图象形成装置，自冷阴极器件12发射电子。同时，一个几千伏或更高的高电压、通过高压端子Hv施加到金属敷层19上(或透明电极(未示出)上)、来加速射出的电子以使它们与面板17的内表面发生强有力的碰撞。结果，可激励荧光膜18的荧光发射体21a发出光线、并在显示屏上显示出图象。图5和6示意性地表示了该过程：示出了将要在下文中进行描述的电子和散射的带电粒子，是如何在图2的显示面板上产生的。图5是图2中的图象形成装置、自Y轴方向上看去的一个放大的局部剖面示意图；而图6与图5类似，但是是自X轴方向上看去的一个放大的局部剖面示意图。参见图5，由于冷阴极器件12上施加了电压Vf、而自冷阴极器件12的电子发射区域处射出的电子，由施加到面板17的金属敷层19上的加速电压Va来进行加速，并且最终与面板17内表面上的荧光膜18发生碰撞，使得荧光膜18发光。在利用冷阴极器件、如表面传导电子发射器件的情况下，在一对电极之间设置有一个电子发射区域，其中所说的电极是指一个高电势电极和一个低电势电极，电子自电子发射区域5射出，形成了一个抛物线轨迹，如图5所示，该抛物线轨迹相对于衬底11表面，偏离电子发射区域5的正常位置30t。因此，荧光膜18相应的发光点中心，相对于衬底11表面，也偏离了电子发射区域5正常位置一定的位移。这种电子发射特性，根据相对于电子发射区域5呈非对称的、可自平行于衬底11的表面的平面上观察到的电势分布，是可以推测出来的。尽管自冷阴极器件12上射出的大部分电子，都要与面板17内表面上的荧光膜18发生碰撞，使荧光膜发光并显示图象；但也有一些电子，会与其他的电子或真空中驻留的气体分子发生碰撞，虽然这种碰撞发生的可能性非常低，但也是存在的，并会产生散射的带电粒子(离子，次级电子，中性粒子等等)，这些粒子于是在壳体(气密容器)内到处飞散，典型地呈现出如图6中31t所表示的轨迹。此外，当高电阻薄膜20b受到电子束辐射时，其表面也会射出次级电子。在一个控制实验中，用了一个具有如图2所示的显示面板的图象形成装置；和未镀有高电阻薄膜20b的垫片，本发明的发明人发现，靠近垫片20的荧光膜18上的发光点(在此电子与荧光膜18发生碰撞)，其等场强线与设计的等场强线相比发生了变形。特别是，在使用显示彩色图象的图象形成部件的情况下，除了发光点偏移外，还可看到亮度下降和颜色混乱的现象。发明人认为，这此现象主要是由于，一些电子和散射的带电粒子与绝缘部分20a的表面发生碰撞，从而产生了次级电子，这些次级电子为绝缘部分20a露出的表面再进行充电，直至露出的表面上及其附近的电场改变，从而使电子的轨迹发生位移，并由此在一些荧光体上产生了变形的和/或偏转的发光点。

相反地，在使用具有如图2所示的显示面板的图象形成装置、和镀有如图1所示的高电阻薄膜20b的垫片的一个实验中，证实了荧光膜18上的发光点(在此电子与荧光膜18发生碰撞)正好位于垫片20的附近并具有一个合适的分布，这是以假设装置配置合理并选择了一个恰当的、将在下文中详细描述的图象显示频率为基础得出的。换句话说，如果垫片20的表面是在由前面所述的等式(8)和(15)所定义的范围内进行充电时，电子束的轨迹不会受到破坏。

注意，施加在每个冷阴极器件12(见图9A和9B)的配对电极2和3之间的电压Vf在12[V]和16[V]之间，金属敷层19和冷阴极器件12之间的距离在2[mm]和8[mm]之间，而施加在金属敷层19和每个冷阴极器件12之间的电压Va在1[KV]和10[KV]之间。

现在参考图7A到7C来描述可用于本发明图象形成装置中的垫片。首先参见图7A，示出的是可达到本发明目的的一个优选的垫片的形状，它包括：一个绝缘部分20a，作为垫片的基本部分；一对导电膜20c，形成于垫片的两个相对表面上，相应地分别与电子加速电极及导线13和14相接，而所说的电子加速电极可以是金属敷层19；以及一个形成于垫片非连接表面上的高电阻薄膜20b。具有上述配置的垫片，形成于连接面上的导电膜电气连接到形成于非连接的表面上的高电阻薄膜20b上。参见图7B，示出的是可达到本发明目的的另一个优选的垫片的形状，它也包括：一个绝缘部分20a，作为垫片的基本部分；一对导电膜20c，形成于相对设置的垫片的表面上，相应地分别与电子加速电极以及导线13和14相接，该膜覆盖了垫片表面连接面以外的一些区域，包括连接面的连接边缘；以及一个高电阻薄膜20b，形成于非连接面的垫片表面上。

具有上述配置的垫片，形成于相对设置的连接面上的导电膜对20c和垫片表面除了连接面以外的一些表面区域，都电气连接到形成于非连接表面上的高电阻薄膜20b上。

最后，参见图7C所示的、可用来达到本发明目的的又一个优选的垫片的形状，它包括：一个绝缘部分20a，用来作为垫片的基本部分；一个高电阻薄膜20b，形成于绝缘部分20a的整个表面上；以及导电薄膜20c，形成于分别与电子加速电极以及导线13和14相接的垫片的两个相对表面上。具有上述配置的垫片，形成于相接的表面上的导电薄膜20c，电气连接到形成于非相接的表面上的高电阻薄膜20b上。形成于绝缘部分20a的除相接部分外的表面上的高电阻薄膜20b，可用前面参见图1，5和6所述的方式来制作，制作时应考虑持续释放电荷的后果及抑制漏电流时的能耗。因此，膜的表面电阻(薄膜电阻)及其材料以及制作膜的方法都与前面所述的相同。

由于图7A到7C中的、任一垫片20的高电阻薄膜20b，都是电气连接到导电薄膜20c上的，所以，如果只有导电薄膜20c部分电气连接到供电部分(例如导线或加速电极)上，也能保证高电阻薄膜20b和图象形成装置的供电部分之间的电气连接。

图8是一个用于本发明的、具有导电部件连接面40的垫片20的一个放大的剖面示意图。参见图8，所示出的有：一个垫片20，它可以是前面所述的任一类型；连接面40，它具有一个导电部件；一个衬底11(钠钙玻璃制成)，其上典型地排列有行向导线13；一个面板17；一个荧光膜18；一个金属敷层19；一个侧壁16和烧结玻璃32。在下文中将详细描述，将每个连接面40装到垫片上，是为了使它可电气连接到电子发射电极(可以是金属敷层)和导线(可以是行向导线或列向导线)上，并且也可机械固定住垫片。参见图8，将衬底11上的行向导线13和面板上的电子加速电极(金属敷层)、例如通过含有典型的导电微粒子的能够导电的烧结玻璃、电气连接及机械连接到垫片20上是很重要的。

下面将描述被用作本发明图象形成装置的显示面板的多电子束源的冷阴极器件。被用作为本发明图象形成装置多电子束源的冷阴极器件，如果只利用它们在多电子束源中形成一个简单矩阵连接结构，则可由任意材料制成，可具有任意的形状。换句话说，尽管使用表面传导电子发射器件可能是提供一个低成本大显示屏幕的显示装置的最佳选择，但冷阴极器件可以是表面传导电子发射器件、FE型器件、MIM型器件或一些其他类型的器件。特别是，如前所述，FE型器件要求高精度的生产技术，因为FE型器件的电子发射性能，极大地取决于圆锥形发射器和栅极的相对位置关系及其形状，这不利于在降低成本的同时制成大显示屏幕。在用MIM型器件作为一个多电子源的情况下，器件的绝缘层和上部电极必须要作得很薄很均匀，这同样不利于生产低成本的大显示屏幕。另一方面，可用一种简单的方式生产出表面传导电子发射器件，从而易于低成本地制造出一个大显示屏幕。此外，本发明的发明人发现，表面传导电子发射器件的一个大的优点在于，该含有一个导电膜的、而该膜具有一个位于一对器件电极之间的电子发射区域的器件可以特别有效地发射电子，并且易于制造。这种表面传导电子发射器件，特别适合用作具有显示明亮清晰的图象的大显示屏幕的、图象形成装置的一个多电子源。因此，下面将根据其基本结构和制造过程，来描述适合于本发明目的的、一个表面传导电子发射器件。

(一个表面传导电子发射器件的最佳结构及制造方法)

具有一个微粒子导电膜、该膜包括一个位于一对电极之间的电子发射区域的表面传导电子发射器件，它的两种主要类型是平面型和阶梯型。

(平面型表面传导电子发射器件)

首先，来描述一个平面型表面传导电子发射器件的结构和制造方法。

图9A和9B是显示根据本发明的一种平面型表面传导电子发射器件的示意图，其中图9A是一个平面图，而图9B是一个侧视图。参见图9A和9B，装置包括有：一个衬底1；一对器件电极2和3；一个导电膜4和一个电子发射区域5，电子发射区域5是由一个主要是激励成形过程的形成过程而形成的。

衬底1可以是石英玻璃、钠钙玻璃或一些其他玻璃的玻璃衬底；可以是氧化铝或一些其他的陶瓷物质的陶瓷玻璃衬底；或者也可以是在以上所列的任一衬底上敷盖一层SiO₂绝缘层而得到的衬底。

尽管相对设置并平行于衬底的器件电极2和3，可由任何高导电材料来制成，但最佳可选材料包括：金属如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd以及它们的合金；由自Pd、Ag、RuO₂、Pd-Ag和玻璃中所选出的金属或金属氧化物制成的可印刷的导电材料；透明的导体材料如In₂O₃-SnO₂以及半导体材料如多晶硅。通过结合应用成膜技术如真空汽化和成型技术如光刻法或蚀刻法，可以毫无困难地制作电极，也可选择应用其他的技术(如印刷)。根据器件的应用，器件电极2、3可以有适当的形状。通常，器件电极2和3之间的间隔距离L在十几纳米和几百微米之间，而最好是在几微米和十几微米之间，这取决于器件电极上施加的电压和发射电子的电场强度。器件电极2和3的膜的厚度d′是在十几纳米和几微米之间。导电膜4为了提供极好的电子发射性能，最好是含有大量微粒子(包括岛状团)的膜。当自显微镜下观察时，一个可用于发明目的的微粒子膜含有大量的微粒子，这些微粒子可以是松散地、紧密排列地或互相随机地堆叠地。用于本发明目的的微粒子的直径在十分之一纳米和几百纳米之间，最好是在一纳米和二十纳米之间。导电膜4的厚度取决于一个多因素的函数，这些因素将在下文当中进一步详细描述，包括有：与器件电极2和3形成一个好的电气连接的必要条件；成功地实现一个激励成形过程的必要条件；以及获得微粒子膜本身一个适当的电阻值的必要条件。特别地，膜的厚度在十分之一纳米和几百纳米之间，最好是在一纳米和五十纳米之间。导电膜4可由自金属如Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、和Pb；氧化物如PdO、SnO₂、In₂O₃、PbO、Sb₂O₃；硼化物如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄和GdB₄；碳化物如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC；氮化物如TiN、ZrN和HfN；半导体如Si和Ge以及碳中所选择的一种微粒子材料来制成。导电膜4通常具有一个电阻值在10³和10⁷[Ω/□]之间的薄膜(表面)电阻。注意，导电膜4与器件电极2和3设置成在互相之间形成一个阶梯状的覆盖层。尽管在图9A和9B中，是将器件电极设置在衬底1上，然后，将导电膜4放在其上，部分地覆盖器件电极2和3；如果需要的话，可以将器件电极放在导电膜之上。电子发射区域5是导电膜4的一部分，具有一个或多个高电阻的裂缝，这些裂缝主要是由于激励成形过程而产生的，将在下文对它们进行描述。裂缝中可含有直径在十分之一纳米和十几纳米之间的微粒子。图9A和9B只示意性地给出了电子发射区域5，因为无法确切地知道电子发射区域的位置和形状。如图10A(平面图)和图10B(侧视图)中所示，电子发射区域5可有一个制作于其每一侧上的薄膜6，该薄膜6是一个碳素膜或一个碳化物膜，是由将在下文当中进一步详细描述的激励成形过程之后引起的、激能过程(energization activation process)的结果所产生的。薄膜6是由单晶石墨、多晶石墨、非晶体碳或他们的任意组合制成的。薄膜6的厚度小于50[nm]，最好小于30[nm]。另外，在图10A和10B中，因为无法确切地知道薄膜6的位置和形状，只是示意性地图示了薄膜6。

下面，参考图11A到11D，来描述适合于实现本发明的目的的、一个平面型表面传导电子发射器件的制造方法，图11A到11D给出的是一个表面传导电子发射器件在不同的步骤时的示意性的侧视图。装置的各个组成部分，相应地分别用与图9A、9B、10A和10B中同一部分相同的标号来表示。

1)在用去污剂和清水彻底地清洗衬底1后，将一对器件电极的材料通过淀积作用沉淀在衬底1上。

材料可利用真空汽化、喷镀或其他的成膜技术淀积下来。之后，如图11A所示，应用涉及光刻法和蚀刻法的成型技术，便制作出了一对器件电极2和3。

2)之后，如图11B所示，在衬底1上形成一个导电膜4。尤其是，在衬底上涂敷一种有机金属溶液，使其干燥之后，对其进行烘烤，可以制成一个微粒子膜。然后，利用光刻法和蚀刻法，可制成具有所要求的形状的膜。有机金属溶液可用上面所列出的、用于导电膜4的任何金属作为其主要成分。在下文进行描述的实例中，是用Pd作为有机金属溶液的主要成分的。虽然有机金属溶液是用浸渍法来涂敷的，但也可选择应用使用旋涂器或喷射器的一些其他技术。可利用真空汽化、喷镀或化学汽相淀积代替上述的涂敷有机溶液，来制成微粒子导电膜。

3)之后，器件电极2和3经过一个激励成形过程，在此，从一个激励成形电源22、将一个适当的电压施加到器件电极2和3之间，从而产生了一个电子发射区域5。在激励成形过程中，由微粒子膜制成的导电膜通电，并被局部地破坏、变形或者变性，从而产生了一个区域，该区域具有一个适于发射电子的结构。受迫具有一个适于发射电子的结构的区域(或者电子发射区域5)，在薄膜中具有一个或多个裂缝。注意，在导电膜内一旦产生了一个电子发射区域5，则器件电极2和3之间的电阻就会大幅度地增加。图12所示的是一个电压波形，该电压适于自一个成形电源22施加到器件电极上，以进行本发明的激励成形过程。在激励成形过程中，利用可在由微粒子膜制成的导电膜上传导的脉冲电压，是非常有利的。在下文要进行描述的实例当中，在制造一个表面传导电子发射器件的过程中，将一个具有脉冲宽度T1的三角形脉冲电压，如图12所示，按脉冲宽度T2来进行施加。三角形脉冲电压的高度Vpf慢慢地升高。为了监测电子发射区域5的形成进程，将一个监测用脉冲Pm，在适当的间隔处，插到三角形脉冲中，利用一个安培计23可以观测电流。在下文将要描述的实例中，脉冲电压的脉冲宽度T1和脉冲间隔T2是1[msec]和10[msec]，而脉冲波形的高度Vpf，每经过一个脉冲，升高0.1V。监测用脉冲Pm，每五个三角形波脉冲处即插入一个。在激励成形过程中，并未发现监测用脉冲具有反作用。监测用脉冲的电压Vpm为0.1[V]。当器件电极2和3之间的电阻上升到1×10⁶[Ω]、或者当施加了监测脉冲而在安培计23上观测到的电流下降到低于1×10⁷[A]时，用于激励成形过程的通电便被终止了。尽管上面描述了表面传导电子发射器件的优选的激励成形过程，但当微粒子膜的材料和膜厚度、当器件电极之间的距离和/或表面传导电子发射器件的其他决定因素发生变化时，也最好适当地改变激励成形条件。

4)在激励成形操作之后，装置要经过一个参考上述图10A和10B称作激能的过程。参见图11D，激能过程是这样的：其中，由激励成形过程产生的电子发射区域5，为了在其上或其附近淀积碳或碳化物，从一个激能电源24将一个适当的电压加到器件电极之间，从而进行了用于能量激发的通电。在图11D和11E中，示意性地示出了一对碳或碳化物的淀积物，用标号6表示。激能过程的结果是，器件的发射电流，与激能过程之前、其上施加相同电压的发射电流相比较，提高了100倍以上。特别是，在激能过程中，为了使从留存在真空中的有机化合物上所产生的碳或碳化物淀积下来，可在1.3×10^-2[Pa]到1.3×10^-3[Pa]的真空中，将一个脉冲电压周期性地施加到器件上。沉淀物6可以是单晶石墨、多晶石墨、非晶体碳或他们的任意的混合物，并且有一个厚度小于50[nm]、最好是小于30[nm]的膜。图13A所示的是用于本发明的、从激能电源24施加到表面传导电子发射器件上的、一个脉冲电压的波形。将在下文进行描述的制造一个表面传导电子发射器件的实例中，是将一个具有恒定的脉冲波高度的矩形波用于激能过程。矩形脉冲电压的脉冲波形高度Vac、脉冲宽度T3和脉冲间隔T4相应的分别是14[V]、1[msec]和10[msec]。由于上面的脉冲电压图形是被选来在当前的方式下制造实现本发明的表面传导电子发射器件的，要制造具有不同结构的表面电子发射器件，将必须选择使用不同的图组。在图11D中，将一个直流高压电源26和一个安培计连接到阳极25上，来补充自表面传导电子发射器件发出的发射电流Ie。如果在显示面板中安装了衬底1后，进行激能过程，则可将显示面板的荧光面作为阳极25。当从激能电源24将一个电压施加到器件上时，通过安培计27来观察发射电流Ie，便可监测激能过程的进程，可以控制激能电源24的操作。

图13B所示的是由安培计27所观察到的发射电流Ie。当从激能电源24将一个脉冲电压施加到器件上时，发射电流随着时间的变化而不断地升高，直到达到一个饱和点，此后，发射电流实际上保持在一个恒定的水平上。当发射电流达到饱和点时，停止来自激能电源24的施加电压，便可结束该激能过程。还要注意，由于上面的脉冲电压图形是被选来在当前的方式下制造实现本发明的表面传导电子发射器件的，要制造出具有不同结构的表面电子发射器件，将必须选择使用不同的图组。

因此，通过这种方式，便制成了具有如图11E所示结构的平面型表面传导电子发射器件。

(阶梯型表面传导电子发射器件)

下面将描述阶梯型表面传导电子发射器件的结构及其制造方法。

图14和15是根据本发明的一个阶梯型表面传导电子发射器件的侧视示意图，给出了该装置的基本结构。参见图14和15，它包括有一个衬底，一对器件电极2和3，一个阶梯形部分28，一个导电膜4和一个由激励成形过程形成的电子发射区域5。图15中的标号6表示由激能过程而形成的薄膜。这种阶梯型表面传导电子发射器件与上述的平面型表面传导电子发射器件的区别在于，其器件电极之一，或电极3，设置在阶梯形部分28上，而导电膜4覆盖了阶梯形部分28的一个侧面。因此，这种阶梯型表面传导电子发射器件的阶梯形部分28的高度Ls，与平面型表面传导电子发射器件的器件电极2和3之间的距离L相对应。阶梯型表面传导电子发射器件的衬底1、器件电极2和3以及具有微粒子膜的导电膜4，可分别由前面所列出的、用于平面型表面传导电子发射器件的配对物的任一材料来制成。阶梯形部分28典型地由一种电绝缘材料如SiO₂来制成。

下面，参考图16A到16F，来说明制造一个阶梯型表面传导电子发射器件的方法，图16A到16F给出了阶梯型表面传导电子发射器件在不同的制造阶段的侧剖视图。装置的部件相应地用与表示图14和15中对应部件的相同的参考标号来表示。

1)首先，如图16A所示，在衬底1上，制作出一个器件电极或电极2。

2)其次，在其上放上绝缘层28，形成一个如图16B所示的阶梯形部分。

3)之后，如图16C所示，在绝缘层28上，形成另一个器件电极或电极3。

4)之后，通过蚀刻法，部分地去掉绝缘层28，露出器件电极2，如图16D所示。

5)然后，如图16E所示，利用微粒子膜来制成一个导电膜4。导电膜4可利用一种适当的成膜技术、如在平面型表面传导电子发射器件中所应用的技术来制出。

6)接下来，与在平面型表面传导电子发射器件中一样，通过激励成形，在导电膜4上形成一个电子发射区域5。上面参考图11C所描述的、用于平面型表面传导电子发射器件的激励成形过程，也适用于阶梯型器件。

7)然后，与平面型器件的情形一样，通过激能，使碳或一种碳化物沉淀在电子发射区域上及其附近。上述参考图11D所描述的、用于平面型器件的激能过程，也适用阶梯型表面传导电子发射器件。

通过这种方式，便可制作出具有如图16F所示结构的、一个阶梯型表面传导电子发射器件。

(用于一个显示装置中的表面传导电子发射器件的特性)

由以上所描述的方式制出的平面或阶梯型表面传导电子发射器件具有以下的特点。

图17所示的图形，示意性地给出了器件电压Vf和发射电流Ie之间的关系以及器件电压Vf和器件电流If的关系。应当注意，在图17中，发射电流Ie和器件电流If具有任意选择的不同的单位，这是因为，发射电流Ie的量值远小于器件电流If的量值，因此它们不能使用相同的标度，而且其关系根据器件的形状以及设计参数的不同会发生很大的变化。

本发明图象形成装置中所用的电子发射器件，关于发射电流Ie具有三个显著的特点，下面对其进行说明。

首先，当电子发射器件上施加的电压超过一个特定电平(下文中称作阈值电压Vth)时，发射电流Ie将突然地、急剧地增加；而当施加的电压低于阈值电压值Vth时，发射电流Ie实际上是不可测的。结论是，电子发射器件是一个非线性装置，它相对于发射电流Ie具有一个明显的阈值电压Vth。第二，由于发射电流Ie随着器件电压Vf而变，所以，前者可通过后者来有效地进行控制。第三，可通过控制器件电压的施加时间，来控制自器件上射出的电子的捕获量，因为发射电流Ie会迅速地响应器件电压Vf。

由于上述的显著的特点，可用这种表面传导电子发射器件来制作出一个高效的显示装置。例如，在具有与象素数一致的、大量的表面传导电子发射器件的显示装置中，可通过顺序地扫描显示屏幕、利用上面所指出的第一个特点来显示图象。用这样的显示装置时，可将高于阈值电压的电压，施加到每个被驱动而发光的器件上；而将低于阈值电压的电压，施加到每个未被选择的器件上。按顺序来选择被驱动的器件，即可顺序地对显示屏幕进行扫描，从而显示图象。此外，调整射出的光线的亮度、利用上面所指出的第二和第三特点，可以显示淡色调的图象。

现在，参考图18到21，来描述本发明一个图象形成装置如一个显示装置的驱动方法。

图18是驱动一个显示装置的驱动电路的方框图，该显示装置是根据NTSC制式的电视信号来显示电视图象的。在图18中，参考标号1701代表一个显示面板，其类型如前所述，随制作方法和操作的不同而不同。另外，电路包括：一个扫描电路1702，用于扫描显示行；一个控制电路1703，用于产生送入扫描电路的信号；一个移位寄存器1704，按行更新数据；一个行存储器1705，用于接收行数据并将它们发送到一个调制信号发生器1707中；和一个同步信号分离电路1706，用于将同步信号从NTSC信号中分离出来。

下面详细地描述图18电路的每个组成部分的作用。显示面板1701，经由端子Dx1到Dxm、Dy1到Dym和一个高压端子Hv，连接到外部电路上，其中端子Dx1到Dxm连接到显示面板1701的一个多电子束源上，该多电子束源具有排列成m行n列矩阵形式的、具有矩阵布线结构的冷阴极器件，从而可以通过一个扫描信号，按行(每行有n个装置)来驱动冷阴极器件；另一方面，将端子Dy1到Dyn设计成可接收一个调制信号，用来控制由一个扫描信号所选行上的每个器件的输出电子束。高压端子Hv，通过一个直流电压源Va，被馈入了一个典型地约为5KV的直流电压，它对于自多电子束源射出的电子束来说，是一个足够高的加速电压，可为显示装置的荧光体提供能量。扫描电路1702按如下方式工作。该电路包括m个开关器件(其中在图18中，只特别表示出了器件S1和Sm)，每个开关器件可取直流电压源Vx的输出电压值或者可取0[V](接地电势)电压值，并被分别连接到显示面板1701的端子Dx1到Dxm之一上。每个开关器件S1到Sm，都是根据由控制电路1703送来的控制信号T_SCAN来动作的；并且通过结合运用晶体管如FETs，可以方便地进行制作。此电路的直流电压源Vx，被设计输出一个恒压，使得施加到不被扫描的器件上的任何驱动电压，都降到如图17所示的、由每个器件的电子发射性能所决定的阈值电压Vth以下。控制电路1703可使相关的组成部分协调一致地工作，从而使图象可根据由外部馈入的视频信号来正确地进行显示。它可响应由同步信号分离电路1706送来的同步信号T_SYNC，并产生相关部件的控制信号T_SCAN、T_SFT和T_MRY。下面说明同步信号分离电路1706。同步信号分离电路1706，将一个由外部馈入的NTSC电视信号，分成同步信号部分和亮度信号部分，该电路通过一个公知的分频(滤波器)电路很容易实现。通过同步信号分离电路1706、从电视信号中取出的同步信号，公知地具有一个垂直的同步信号和一个水平的同步信号，在此为了方便起见，将其简单地记作T_SYNC，而不考虑它的组成信号。另一方面，自电视信号中分离出来的亮度信号，被送入到移位寄存器1704中，记作DATA信号。移位寄存器1704，根据来自控制电路1703的控制信号T_SFT，对按时间顺序串行输入地DATA信号，为每行进行一个串/并行转换。换句话说，控制信号T_SFT起到了移位寄存器1704的转换时钟的作用。经过一个串/并行转换，一组行数据(对应于N个电子发射器件的一组驱动数据)，自移位寄存器1704输出，成为N个并行的信号I_D1到I_DN。行存储器1705是一个行存储器，用来根据来自控制电路1703的控制信号T_MRY，将一组行数据、即信号I_D1到I_DN存储一定的时间。所存储的数据被输出后，成为I′_D1到I′_DN，之后信号I′_D1到I′_DN又被输入到调制信号发生器1707中。调制信号发生器1707中实际上是一个信号源，它用于正确地驱动和调制每个电子发射器件的动作，它的输出信号通过端子D_Y1到D_Yn送到显示面板1701的冷阴极器件中。通过前面参考图17所描述的、可用于本发明的一个电子发射器件，它具有一个用于电子发射的明显的阈值电压Vth(下文将要进行说明的实例中所用的表面传导电子发射器件，它的阈值电压是8[V])，而且只有当施加一个超过阈值电压Vth的电压时，器件才发射电子。在高于阈值电压Vth时，器件的发射电流Ie由图17所示随着电压而改变。阈值电压Vth以及器件上施加的电压和器件的发射电流之间的关系，都会根据电子发射器件的材料、结构及制造方法的不同而发生变化。

上面所描述的是图18的电路各组成部分的作用。下面，参考图19到21，详细地描述显示面板1701的工作原理。在此假设，显示面板具有冷阴极器件，该冷阴极器件具有8[V]阈值电压Vth的表面传导电子发射器件，它被用于将在下文进行描述的实例中。

图19所示的是一个多电子束源，它是利用一个矩阵布线结构，将表面传导电子发射器件、布置成一个六行六列的矩阵形式来实现的。为了便于说明，利用一个(X，Y)坐标系来表示器件，因此，可将坐标名称D(1，1)、D(1，2)、…、D(6，6)相应地分配给各个器件。为了驱动具有这样一种结构的多电子束源、进而来显示图象，可以按行驱动平行于X-轴的器件行，形成图象单元。对应于图象的一行的表面传导电子发射器件，通过在对应于显示行的D_X1到D_X6中之一的行端上施加0[V]、其余的行端上施加7[V]来进行驱动。与此施加电压操作同步的是，根据各行的图象型式，将调制信号施加到相应的列端D_Y1到D_Y6的相应端上。例如，假设在装置的显示屏幕上显示图20中所示的图象，而现在是第三行发光成象。图21示出的是，当第三行正在发光时，通过端子D_X1到D_X6和端子D_Y1到D_Y6施加到多电子束源上的电压。从图21可以看到，将一个高于电子发射阈值电压8[V]的、14[V]的电压施加到表面传导电子发射器件D(2，3)、D(3，3)和D(4，3)(图21中的阻塞器件)上，使其发射电子束。另一方面，在其余的一些器件(图21中的阴影器件)上施加7[V]电压；而其他的器件(图21中的白色器件)上施加0[V]电压，这些器件都无法发射电子，因为这两个电压都低于阈值电压8[V]。多电子束源的其他行、根据图20所示的要进行显示的图象、也以相似的方式一行一行地进行驱动由此可在显示装置的屏幕上显示出所要求的图象。

(实施例)

下面，通过举例的方式来进一步地描述本发明。

在下文所述的例1至4中，是利用SCE器件作为多电子束源，所述的SCE器件具有一个电子发射区域，该区域形成于一个导电微粒子膜中，而该膜位于前述的一对电极之间；而例5中用的是FE型器件。在每个例子中，多电子束源都被作成包含N×M(N＝3072，M＝1024)个器件，而这些器件按一个矩阵布线结构(见图2和3)，排列形成一个M行N列的矩阵。

首先，来描述例1到例4中具有SCE器件的多电子束源的常用制作方法。

如下所述，在例1至例4中，其上载有总计N×M块导电微粒子膜的衬底，被制成具有一个矩阵布线结构。下面参考图22A到22H-对应于步骤a到步骤h，来说明每个装置的制造方法及各个步骤。

步骤a：彻底清洗钠钙玻璃板后，喷镀形成一个0.5[μm]厚的氧化硅膜，从而产生一个绝缘衬底11′；再在其上通过真空汽化顺序地涂抹厚度分别为5[nm]和500[nm]的Cr和Au；然后，利用一个旋涂器，在旋转衬底时，将感光性树脂(AZ1370：可由Hoechst公司获得)涂于其上，最后将其烘干。之后，将一个光掩膜图象置于光线之中，进而使其产生了一个列向接线14的抗光蚀图；而沉淀下来的Au/Cr经过湿蚀，产生出了具有所需形状的列向接线14。

步骤b：通过RF喷镀，形成一个厚度为1.0[μm]的氧化硅膜，作为一个层间绝缘层33。

步骤c：准备一个感光性树脂模，用来在步骤b中沉淀下来的氧化硅膜上形成一个连接孔33a，而连接孔33a实际上是用感光树脂模作为掩膜、通过蚀刻层间绝缘层33来制作形成的。蚀刻操作可采用利用CF₄和H₂的RIE(反应离子蚀刻)法。

步骤d：此后，形成一个感光树脂模(RD-2000N-41：可由Hitachi化学有限公司获得)，作为器件电极对以及分离相应的器件电极对的间隔；接着通过真空汽化，在其上顺序地沉淀厚度分别为5[nm]和100[nm]的Ti和Ni。用一种有机溶剂溶解感光树脂模，并用一种去除技术(lift-off technique)来处理Ni/Ti沉淀膜，从而可以制成器件电极2和3，每对具有一个300[μm]的宽度W(见图9A)，互相间隔3[μm]的距离L(见图9A)。

步骤e：在器件电极2和3上形成了作为行向接线13的一层感光树脂模后，通过真空汽化，顺序地沉淀厚度分别为5[nm]和600[nm]的Ti和Au，然后利用去除技术除去不必要的区域，从而制成了具有所需形状的行向接线13。

步骤f：通过真空汽化沉淀一层厚度为100[nm]的Cr膜，之后该Cr膜经过一个成型操作，该成型操作是用一个具有开口35a的掩膜，将间隔距离为L的一对器件电极联系了起来，如图23所示。然后，旋转衬底，利用一个旋涂器，将一种有机钯溶液(ccp4230：可由OkunoPharmaceutical有限公司获得)涂于其上；并在300℃时烘烤10分钟，从而制成一个电子发射区域生成薄膜(导电膜)4，它含有以Pd作为主要成分的微粒子，具有约10[nm]的膜厚度和5×10⁴[Ω/□]的薄膜电阻。这里所用的术语“微粒子膜”，指的是含有微粒子团的膜，而微粒子不仅可以是分散的，也可以是互相靠近的，或者彼此堆叠在一起(成为一个岛状物)。此处所用的术语“粒子直径”，指的是在上述状态下，能够识别的粒子的直径。可用于本发明的有机金属溶液(此实施例中用的是有机Pd溶液)，是以自Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、和Pb中所选的一种金属的有机化合物作为其基本成分。而在此实施例中，是将这种有机金属溶液涂到衬底上，以制成一个电子发射区域生成薄膜4，可用一些其他的技术如真空汽化、喷镀、化学汽相淀积、弥散作用(dispersion application)、浸渍或旋涂来将一种有机金属溶液制成一个导电膜。

步骤g：用一种酸性蚀刻剂除去Cr膜34，可制成具有所需形状的电子发射区域生成薄膜4。

步骤h：之后，在衬底的整个表面，除了连接孔33a以外，都涂上抗蚀剂，形成一个抗蚀模，并且通过真空法，顺序地沉淀厚度分别为5[nm]和500[nm]的Ti和Au。利用一种去除技术来除去任何不必要的区域，并回填连接孔33a。

经过以上步骤，在绝缘衬底11′上，形成了一种矩阵形式的(M×N)导电膜4，该膜是通过相应的器件电极2和3、连接到M条行向接线13和N条列向接线14上的。

(例1)

在此例中，如图1所示，制作了一个具有垫片20的显示面板。显示面板设计成可由一个Va＝5KV的加速电压来进行驱动，每个器件具有一个60Hz(或ΔT＝16.7ms)的图象显示频率和一个100μs(Δt＝100μs)的最大驱动脉冲宽度。参考图1和图2来详细地描述显示面板的制作过程。首先，将其上载有上述的矩阵连接结构的导电膜(电子发射区域生成膜)的衬底11′紧固到底板15上。用一个高频电源，喷镀每个垫片的一个Cr靶，形成一个厚度为200[nm]的氧化铬膜，从而可在绝缘部分20a的四面上形成一个高电阻膜20b；绝缘部分20a是通过在一块钠钙玻璃上，形成一个厚度大约为100[nm]的SiNx或SiOx层来制作成的；垫片的四面是指暴露于壳体(气密容器)内部空间中的表面。用压力为O.13[Pa]的Ar和O₂的混合气体来进行喷镀。制成的高电阻膜20b是一种含有颗粒或微粒子团的膜，具有约为60[nm]的直径和大约10⁹[Ω/□]的表面电阻。此样品被称作为样品A。下面的样品是通过改变膜的厚度、喷镀压力和局部压力系数来制成的。

样品B：膜厚300[nm]

       颗粒直径80[nm]

       表面电阻大约10⁸[Ω/□]

       样品C：膜厚200[nm]

       颗粒直径30[nm]

       表面电阻大约10⁹[Ω/□]

样品D：膜厚80[nm]

       颗粒直径60[nm]

       表面电阻大约10¹⁰[Ω/□]

将上面的四个样品，用一个14[V]的驱动脉冲，在1[HZ]时驱动1[ms]，利用如图28中所示的一个测量系统，来观察充电阶段的时间常数、放电阶段的时间常数以及电子发射时垫片中心电势的变化。所用的加速电压为Va＝5[KV]，器件/垫片距离和垫片高度分别是l＝400[μm]和d＝[5mm]，显示结果如下：

样品A：220[μsec]，7[msec]，400[V]

样品B：220[μsee]，3[msec]，250[V]

样品C：250[μsec]，20[msec]，400[V]

样品D：400[μsec]，30[msec]，600[V]

由上面可以看出，虽然垫片的电势的变化在很大程度上取决于高电阻薄膜20b的电阻；但充电时间常数τ_u和放电时间常数τ_d，看起来却更多地取决于根据颗粒的状态而变化的电量、而不是高电阻薄膜20b的电阻。

应当注意，τ_d的数值大于τ_u的数值，而利用这些样品的显示装置的图象显示性能，很大程度上取决于τ_d的数值和图象显示频率之间的关系。

由前面所提到的等式(14)可以知道，如果

ΔV_sat＜2αβ·l²/d²·Va，则电子束的位置偏移不会影响所显示的图象。

因此所估计的各个样品中的ΔV_sat的近似值如下所示：

样品A：160[V]

样品B：90[V]

样品C：230[V]

样品D：311[V]

另一方面，如果2αβ＝5，由于

2αβ·l²/d²·Va＝160V

所以，在这个实例当中，样品A和样品B可给出一个满意的结果，而样品C和样品D则会发生电子束的位置偏移。

为了证实上面的猜想，分别用样品A、B和C的垫片，通过下面所描述的方式，来制作图象形成装置。排除使用样品D的垫片，是因为该垫片中心的电势的变化太大。注意垫片20的高度为5[mm]，厚度为200[μm]，长度为20[mm]。

首先，在所选的行向接线13上，按一定的间隔，与该行向接线13平行地设置垫片20，并使其紧固住。行向接线13排列成具有1[mm]的间隔，而冷阴极器件放在相邻的行向接线13的中间。因此，器件/垫片的距离(由1所示的)约为0.4[mm]。

接下来，在衬底11′之上5[mm]处，放置一个内表面上载有荧光膜18和金属敷层19的面板17，侧壁16设置在面板17和衬底11′之间。于是，底板15、面板17、侧壁16和垫片20互相紧固地连结在一起。尤其是，将烧结玻璃涂到衬底11′和底板15、底板15和侧壁16以及面板17和侧壁16的连接处，并在400℃到500℃的环境当中烘烤10分钟以上，便可制成一个真空密封的壳体。由上所述，垫片20被粘结后，通过含有导电物质如金属的导电的烧结玻璃，电气连接到衬底11′上所选的行向接线13(有一个300[μm]宽度)以及面板17的金属敷层19上，在400℃到500℃的环境当中被烘烤10分钟以上。

此实例中所用的荧光膜18，如图24所示，该荧光膜具有条状的、沿Y方向规则地排列的原色荧光体21a；一个分隔荧光体(R、G和B)21a的、网格形的黑色传导部分21b；以及沿Y方向的象素。垫片20沿X方向，设置在黑色传导部分21b(有一个300[μm]宽度)的相应的区域上；其间是金属敷层19。当对壳体进行真空密封时，要使底板15、面板17和垫片20仔细地对准，以保证每个原色荧光体21a和在衬底11′上形成的、相对应的电子发射区域生成导电膜4之间的准确的位置对应关系(图22H)。

利用一个排气管(未示出)和一个排气泵，将制成的壳体(气密容器)抽成真空，使容器内形成一个足够的真空度。之后，电子发射区域生成导电膜4经过一个加电操作(激励成形过程)，即通过外部端子Dx1到Dxm和Dy1到Dyn，将一个电压施加到导电膜上，从而在每个导电膜(见图2)上都产生了一个电子发射区域。于是，便制成了如图2和3所示的、具有一个矩阵形式的冷阴极器件12的、或表面传导电子发射器件的多电子束源。激励成形过程所用的是具有如图12所示的波形的电压。

接下来，为了真空密封壳体(气密容器)，在将内部真空度约保持为1.3×10^-4[Pa]时，用一个气体烧嘴对排气管进行加热，使其烧结并封闭。

最后，为了保持玻璃容器的高真空度，需进行抽气操作。

通过外部端子Dx1到Dxm和Dy1到Dyn，将来自一个信号发生装置的扫描信号和调制信号，施加到每个冷阴极器件(电子发射器件)12上，使电子发射器件发射电子，从而可使已制作完成的图象形成装置开始工作。同时，将一个高电压，通过高压端子Hv施加到金属敷层19上，以加速射出的电子束、并使电子束与荧光膜18发生碰撞，从而使得原色(图24中的Rs、Gs和Bs)荧光体21a被激励成形发光、而显示出所需的图象。帧频保持在60[Hz]。加到高压端子Hv上的电压Va和加到接线13和14的每一条上的电压Vf分别是5[KV]和14[V]，驱动脉冲是一个矩形脉冲，脉宽为100[μsec]。

在应用样品A或B的图象形成装置中，在显示屏幕上，可产生一排二维的、具有均匀的间隔的发光点，这些发光点包括由垫片20附近的冷阴极器件12上发出的电子所形成的发光点。因此，在使用样品A和B的图象形成装置的显示屏幕上，显示的是具有极好的色彩复现效果的清晰的彩色图象。而相反，使用样品C的图象形成装置，在靠近垫片的几行上可以观察到电子束的偏移，这表明放电时间常数对于避免电场中的干扰是很重要的，在一个电子发射操作期间，当垫片只有一个很小的电势变化时，也会对电子轨迹产生一个大的影响。

(实例2)

在此实例中，用实例1的样品A的垫片，制作了多个显示面板。包括有器件/垫片距离l为1.0[mm](面板A)、0.8[mm](面板B)、0.35[mm](面板C)以及0.25[mm](面板D)的面板。这些显示面板，除了器件/垫片距离l以外，其他方面都是相同的，可用实例1中所用的同样的方法来制作。

在实例1中，在器件/垫片距离l＝0.4[mm]、器件/加速电极距离d＝5[mm]并且加速电压Va＝5[KV]时(评价参数(evaluationparameter))，观察样品A的充/放电时间常数和电势的升高。由前面提到的等式(8)，电势的升高ΔVmes可用下面的公式来表示：

ΔVmes＝RQ ′/8·(1-exp(-Δt_mes/τ_u))/(1-exp(-ΔT_mes/τ_d))。

由于Δt_mes＝1[msec]而ΔT_mes＝1[sec]，Δt_mes＞＞τ_u而ΔT_mes＞＞τ_d，于是，

ΔVmes≌RQ′/8

因此，在实例1中，垫片被设置成l＝0.4[mm]，RQ′/8的值为400[V](实际值)。

之后，如果显示面板用60Hz的图象显示频率(ΔT＝[16.7ms])、Δt＝100μs的驱动脉冲宽度和一个Va＝5[KV]的加速电压来进行驱动时，并且如果利用等式(8)时，则

ΔV_sat＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))，

于是，ΔV_sat将为160[V](计算值)，因为ΔT＝16.7[msec]，Δt＝100[μsec]，τ_u＝220[μsec]而τ_d＝7[msec]。

如果此实例中面板A，B，C和D的电势的升高分别由ΔV_sat(A)，ΔV_sat(B)，ΔV_sat(C)和ΔV_sat(D)来表示，它不受器件/垫片距离l变化的影响，必定要呈这样的关系式：

ΔV_sat(A)＜ΔV_sat(B)＜160[V]＜ΔV_sat(C)＜ΔV_sat(D)

因为靠近垫片的电子发射器件，其电子击中垫片表面的可能性较大，并且ΔV_sat具有一个较大的数值。

于是在2αβ＝5，d＝5[mm]，Va＝5[KV]时，利用决定ΔV_sat的取值范围的等式(14)，可以得到下面的关系式：

ΔV_sat(A)＜＜5·l²/d²·Va

ΔV_sat(B)＜＜5·l²/d²·Va

ΔV_sat(C)＞5·l²/d²·Va

ΔV_sat(D)＞＞5·l²/d²·Va

因此，可以知道，面板A和B可以满足公式(14)的关系，而面板C和D不能，所以面板A和B具有较好的性能。

通过外部端子Dx1到Dxm和Dy1到Dyn，将来自一个信号发生装置(未示出)的扫描信号和调制信号，施加到每个冷阴极器件(电子发射器件)12上，使电子发射器件发射电子，从而可使已制作完成的图象形成装置开始工作。同时，将一个高电压，通过高压端子Hv施加到金属敷层19上，以加速射出的电子束、并使电子束与荧光膜18发生碰撞，从而使得荧光体21a(见图4A)被激励成形发光、而显示出所需的图象。加到高压端子Hv上的电压Va和加到接线13和14的每一条上的电压Vf分别是5[KV]和14[V]，驱动脉冲是一个矩形脉冲，脉宽为100[μsec]。帧频保持在60[Hz]。

由以上的讨论可以知道，面板D在靠近垫片的几行上，呈现出具有明显的偏移的电子束，而面板C在与每个垫片相邻的一行上，具有一个大约为10[μm]的偏移量。相反地，在面板A和B的显示屏幕上，显示出的是具有极好的色彩复现效果的清晰的彩色图象，形成的是二维排列地、具有均匀间隔的、成行的发光点，这些发光点包括由垫片附近的冷阴极器件(表面传导型)上发出的电子所形成的发光点。

此事实表明，面板A和B满足了结构上的要求(器件/垫片间的距离，器件/加速电极间的距离等)，而在垫片上形成的高电阻薄膜满足了附加的要求，从而使得后者既不影响电子的轨迹，也不破坏面板中的电场；而面板C和D，尤其是面板D，则并非如此，会使面板中的电场受到极大地破坏。

(实例3)

在此实例中，具有实例1中样品1的冷阴极器件的显示面板，由一个30[Hz]的帧频来进行驱动。注意在实例1中，样品1表示的装置，在用一个60[Hz]的图象显示频率来驱动时，出现了偏离的电子束。

图25所示的是一个图象形成装置的方框示意图。

TV信号接收电路512和513，用于接收分别经由一个无线传输系统和一个有线传输系统送来的TV图象信号。图象输入接口电路511，用来接收来自图象输入装置如一个TV摄像机或一个拾取扫描器的图象信号。图象存储接口电路508、509和510，分别用于恢复存储在一个视频信号磁带记录器中的、存储在一个视盘中的及存储在保存静态图象数据的装置中的图象信号。输入/输出接口电路505，用于连接显示装置和外部输出信号源如一个计算机、一个计算机网络或者一个打印机。图象生成电路507，在经过输入/输出接口电路505、从一个外部输出信号源输入的或来自CPU506的图象数据以及字符和图形数据的基础上，可生成在显示屏幕上进行显示的图象数据。由上述任一电路所产生的、用于显示的图象数据都被送到译码器504中，该译码器将图象信号转换成三种原色信号、亮度信号以及I和Q信号。然后将图象信号送入多路复用器503，多路复用器503根据CPU506发出的控制信号，正确地选择要在显示屏幕上进行显示的图象。

CPU506对显示装置进行控制，并对要在显示屏幕上显示的图象进行生成、选择以及编译工作。输入部分514用于将由操作人员给出的指令、程序以及数据提供给CPU506。事实上，它可以自大量的输入装置包括键盘和鼠标中进行选择。

显示面板控制器502，根据来自CPU506的控制信号，来控制驱动电路501的操作。例如，显示面板控制器502可控制发出表示图象显示频率和扫描过程的信号。于是，通过显示面板控制器502，可以选择一个30Hz的显示频率。驱动电路501内部具有一个图象存储，该电路根据来自多路复用器503的图象信号和来自显示面板控制器502的同步图象显示时钟，可产生施加于显示面板500上的驱动信号。

在此实例中，所用的显示面板500，是用实例1当中样品C的垫片制成的。垫片放电阶段的时间常数是20[msec]。通过显示控制器502，在显示面板上显示具有不同的驱动频率的图象。施加一个脉宽为100[μm]、波形高度为14[V]的矩形脉冲电压来驱动装置。

结果，如在实例1中所述的，当用一个60[Hz]的帧频驱动面板时，可观察到明显的电子束的偏移；当用一个120[Hz]的帧频驱动面板时，每个垫片附近直至大于10行的区域都可观察到电子束的偏移；而当用一个30[Hz]的帧频驱动面板时，电子束的偏移程度便降低到了肉眼几乎看不到的水平。这意味着，在某一特定的图象显示频率时，可显示满意的图象的图象形成装置，可被作成利用显示控制器来选择一个最佳的图象显示频率，从而来显示更进一步的图象。

(实例4)

在此实例中，制作了一个60英寸的显示装置，它可适用于HDTV系统，具有按如图2和3所示的方式设置的象素及垫片。它被设计成正常工作时，图象显示频率为30Hz(ΔT＝33.3ms)、驱动脉冲宽度为Δt＝30μs以及加速电压为Va＝8KV。

此装置的电子源是SCE器件。自电子源射出的电子束，在射到荧光体上之前，沿平行于垫片的方向(图2中的X方向)发生了偏移。

每个象素都位于一个720μm×240μm(对应于每个Rs、Gs和Bs)的矩形区域内，而电子发射器件/垫片间距离约为150μm。

利用一种等离子体CVD技术、在一个绝缘部件上形成一层厚度为100[nm]的非晶体的硅氮膜，从而可以制作出垫片。用硅烷和氮气的混合气体作为气源，射频RF为100W，衬底温度为250℃。膜的禁光带约为2.2eV。

首先，制作一个5mm高的垫片试件，并测定其性能。在一个电子发射操作期间，观察垫片中心处的电势的变化，所用的参数与实例1当中所用的参数相同(Va＝8KV，ΔT＝1sec，Δt＝1ms)，可以发现充电和放电阶段的时间常数分别是85μs和4.5ms，而电势变化为50V。因此，当用ΔT＝33.3ms，Δt＝30μs，Va＝8KV及一个14V的装置驱动电压来实际驱动显示装置时，等式(8)中ΔV_sat的值为14.7V。

接着，来讨论一个最佳的电子发射器件/加速电极间的距离。在等式(15)中，用1作为2αβ的一个可取值，通过研究d的可能的取值范围，得出d＜3.5mm。因此，具有高度3.5mm的垫片被用来制造显示面板。

在此实例中制作出的图象形成装置，包括离垫片最近的区域，都没有肉眼可见的明显的电子束偏移现象。

(实例5)

在此实例中，制作出的图象形成装置，是用如图34所示的FE器件来作为电子源的。装置被设计成在图象显示频率为30Hz(ΔT＝33.3ms)、驱动脉冲宽度为Δt＝30μs以及加速电压为Va＝8KV时进行正常操作。将每个圆锥形发射器都设置在一个0.5mm×0.5mm的区域内，彼此间隔约10μm的距离，并使其与一个象素相对应。在图34中，示出了每个器件的：一个衬底3010，一个发射器线路3011，一个圆锥形发射器3012，1μm厚绝缘层3013，具有一个直径为1μm的电子发射孔的栅极3014。同时也示出了一个加速电极3015和一个柱状垫片3016，该垫片直径为100μm，可通过在一个绝缘基座上、形成一个作为高电阻薄膜的、厚度为200[nm]的氧化铬薄膜3017来制成，它与实例1的样品C相对应。垫片高度为200μm。图4A和4B中l(垫片与其最接近的发射器之间的距离)的数值为40μm。

在装配图象形成装置之前，如在实例1当中，观察垫片中心的电势的变化以及充电和放电阶段的时间常数，此时驱动装置的加速电压为400V，栅极电压为80V，ΔT＝1sec，Δt＝1ms，可以发现，它们分别是-250V，250μs，40ms。在此实例中，垫片充的是负电。接下来，在图象形成装置装配完后，在加速电压为400V、栅极电压为80V、装置驱动脉冲宽度为20μs以及帧频为30Hz(ΔT＝33.3ms)的条件下对其驱动操作。未观察到由于垫片而产生的图象显示点的位置偏移。这是因为等式(8)的ΔV_sat值为-34V，满足了等式(15)所要求的垫片高度d＜0.34mm。鉴于所用的是FE型器件，等式(15)中2αβ的值取10。

接下来，用60Hz的帧频驱动装置时，可以观察到发光点有一个轻微的变形，但这对显示图象不会有任何影响。这是因为等式(8)的ΔV_sat值为-56.4V，因此在等式(15)中，对于2αβ＝10，可以满足所要求的垫片高度d＜0.43mm；而对于更合理的2αβ＝2，却不能满足所要求的垫片高度d＜0.15mm。

应当注意的是，可用任何一种冷阴极发射装置、而不仅仅是表面传导电子发射器件来达到本发明的目的。具体的实例包括有：在由本发明专利申请的申请人提出的日本专利申请公开号63-274047中所描述的FE型器件如一个场致发射型电子发射器件—它具有一对设置于一个衬底上的、作为一个电子源的电极；以及金属/绝缘层/金属型(MIM型)器件。

本发明也适用于具有非简单的矩阵结构型的电子源的图象形成装置。这种图象形成装置的具体实例包括：在由本发明专利申请的申请人提出的日本专利申请公开号2-257551是所公开的、那些被设计成通过一个控制电极来选择表面传导电子发射器件的图象形成装置，所述的装置具有设置在面板和控制电极或电子源和控制电极之间的垫片。

通过以上的详细的描述，本发明的图象形成装置可具有以下的优点。

根据本发明的一个图象形成装置，它具有垫片，该垫片的表面上设置有一层高电阻薄膜，该膜被连接到电子源和一个电极上、或者至少连接到两个电极上—这两个电极被设计成具有不同的电势，除了垫片和电极设置合适之外，要仔细调整充电和放电阶段的时间常数，使得即使在垫片的放电时间常数相对较大时，通过优选驱动参数(尤其是图象显示频率)，也可将垫片上的电荷释放掉。因此，自电子源射出的电子的轨迹，不会因为垫片的设置而受到破坏，并且此图象形成装置可提供清晰的以及高质量的图象。在图象形成装置用于显示彩色图象的情形下，可消除颜色混乱，提供清晰的彩色图象。

Claims (16)

1.一种图象形成装置包括：一个器件衬底，其上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于使器件衬底和加速电极之间保持一个真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，其特征在于：加速电极的电压Va、电子发射器件和相对应的垫片之间的距离l、以及电子发射器件和加速电极之间的距离d之间的关系用下面的公式来表示；

Va·l²/d²＞|ΔV_sat|/(2·α·β)，

其中α是一个由部件的位置关系所定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布；β是一个常数，可定义装置图象显示部件上亮点的所能够允许的偏移范围；ΔV_sat是在装置的正常驱动条件下，当垫片表面未被充电时，由垫片表面电势引起的电势差，所述的电势差由下面的公式来定义；

ΔV_sat＝RQ′/8·(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))，

其中R是与器件衬底垂直方向上的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，ΔT是显示一帧图象的时间长度，Δt是驱动一个器件的时间长度，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数。

2.根据权利要求1所述的一种图象形成装置，其中所述的冷阴极电子发射器件是表面传导电子发射器件。

3.根据权利要求2所述的一种图象形成装置，其中常数α和β满足关系式2·α·β＜＝5。

4.根据权利要求1所述的一种图象形成装置，其中所述的冷阴极电子发射器件是场致发射型电子发射器件。

5.根据权利要求4所述的一种图象形成装置，其中常数α和β满足关系式2·α·β＜＝10。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种图象形成装置，其中所述的垫片是通过在一个绝缘部件的表面上敷盖一层高电阻的薄膜来制成的，所述的高电阻薄膜电气连接到器件衬底的电极上、或者连接到一根导线和一个加速电极上，以表示不同的相应的电势。

7.根据权利要求6所述的一种图象形成装置，其中所述的高电阻薄膜含有微粒。

8.根据权利要求6所述的一种图象形成装置，其中所述的高电阻薄膜是由非晶状膜制成的。

9一种驱动图象形成装置的方法，它包括：一个器件衬底，其上载有一个具有多个冷阴极型电子发射器件的电子源；一个加速电极，设置成与器件衬底相对，用于加速自电子源发出的电子；一个具有真空密封结构的壳体，用于至少在器件衬底和加速电极之间保持一个真空状态；以及多个用于支持壳体的垫片，其特征在于：显示一帧图象的时间长度ΔT和驱动装置的时间长度Δt，要满足下面公式所表达的关系；

(1-exp(-Δt/τ_u))/(1-exp(-ΔT/τ_d))＜(2·α·β)·l²··d²/Va·8/|R·Q ′|

其中R是与器件衬底垂直方向上的每个垫片的电阻，Q′是垫片表面电荷的变化率，τ_u是垫片充电的时间常数，τ_d是垫片完全放电的时间常数，l是电子发射器件和相应的垫片之间的距离，d是电子发射器件和加速电极之间的距离，Va是加速电极的电势，α是一个由部件的位置关系所定义的常数，这些部件可决定图象形成装置内的电势分布，β是一个常数，可定义装置图象显示部件上亮点的所能够允许的偏移范围。

10.根据权利要求9所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中所述的冷阴极电子发射器件是表面传导电子发射器件。

11.根据权利要求10所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中常数α和β满足关系式2·α·β＜＝5。

12.根据权利要求9所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中所述的冷阴极电子发射器件是场致发射型电子发射器件。

13.根据权利要求12所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中常数α和β满足关系式2·α·β＜＝10。

14.根据权利要求9到13中任一权利要求所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中所述的垫片是通过在一个绝缘部件的表面上敷盖一层高电阻的薄膜来制成的，所述的高电阻薄膜电气连接到器件衬底的电极上、或者连接到一根导线和一个加速电极上，以表示不同的相应的电势。

15.根据权利要求14所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中所述的高电阻薄膜含有微粒。

16.根据权利要求14所述的一种驱动图象形成装置的方法，其中所述的高电阻薄膜是由非晶体膜制成的。

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