CN1790600A - 成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制由在显示板中产生的前－后温差引起的电子束的入射位置的波动，从而能够实现不受这种温差影响的高质量显示的平板成像设备。在其中前板和背板由隔离物支承的成像设备中，从前板到背板的热传导路径中的热阻分割比被抑制为0.5或更小，以降低由隔离物的高度方向上的温度分布引起的隔离物表面上的电阻分布，从而抑制从电子发射装置到阳极的电子束的入射位置的波动。

Description

成像设备

技术领域

本发明涉及利用电子发射装置的成像设备，比如平板型图像显示设备。

背景技术

在包括阴极射线管的图像显示设备中，需要较大的图像尺寸，在这中图像尺寸较大的设备中，结构的薄型化和轻量化正在成为重要的问题。作为能够实现这种更薄、更轻结构的图像显示设备，本申请人提出一种利用表面传导电子发射装置的平板型图像显示设备。通过在框架部件的两端密封粘接具有多个电子发射装置的背板，和具有能够通过电子束辐射发光的发光部件(例如荧光体)和阳极电极的前板(face plate)，以真空容器的形式形成这样的图像显示设备。在这样的图像显示设备中，为了防止由构成显示板(panel)的真空容器的内部与外部之间的压差引起的板的变形和破坏，在板之间放置称为隔离物(spacer)的抗压部件。这种隔离物通常是矩形薄板，其端部被布置成以这样的方式与背板和前板接触，即使得隔离物的表面与背板和前板的法线平行。

驱动显示板时，在显示板内会产生温度波动。这种温度波动的影响因素可能是(1)要被显示的图像源，(2)使用的环境，和(3)显示板外壳内热传导的不足。这种波动的更详细原因包括电子源、基体(matrix)布线，驱动电路中焦耳热的产生和吸收，荧光体的发热，环境温度和显示板的各个部分之间的温差，和例如阳光引起的辐射热交换。由于这些参数因时间和空间而异，因此不仅沿显示板的平面方向产生显示板中的温度分布，而且在前板和背板的外表面上产生显示板中的温度分布。由于取决于使用环境和待显示的图像，这种温度分布导致5-20℃，一般约为10℃的温差。

在隔离物附近前板中的温度高于背板中的温度的情况下，电子束的入射位置沿受隔离物吸引的方向偏移。另一方面，在前板中的温度低于背板中的温度的情况下，电子束的位置沿远离隔离物的方向变化。尽管取决于像素间距，在像素间距为0.6毫米，温差为10℃的情况下，电子束的入射位置的变化相当于-0.1～0.1像素间距，从而显著降低显示质量。

为了抑制由显示板的前侧和后侧之间的这种温差引起的在隔离物附近电子束的入射位置的波动，在专利参考文献1中公开一种技术，专利参考文献1描述通过选择隔离物的热传导率，隔离物的电阻与温度的关系，隔离物的横截面与显示面积的比率，和在所需范围内的隔离物的高度，抑制由显示板的前侧和后侧之间的温差引起的电子束位置的波动。

专利参考文献1：US专利No.5990614

高性能的隔离物必须满足下述要求：

能够承受大气压力的强度和形状；

用于设计静态电位标准的均匀电位分布；

用于设计动态电位标准的抗静电结构；和

抑制电力消耗的电阻设计。

很难用单一材料满足所有这些要求。为此，采用了各种方法，比如形成表面不均匀性，用高电阻薄膜覆盖绝缘基板，或者使二次电子发射系数不同的薄膜图形化。另外还需要解决诸如“化学稳定性”，“去气的抑制”，“成本”和“制造方面操作的简易”之类的问题。于是希望用不同于隔离物的元件尽可能地支持所需的设计参数。

发明内容

本发明的一个目的是在前板和背板之间产生温差的情况下，抑制在隔离物附近的电子束入射位置的波动，从而提供一种不受这种温差影响的高显示质量的成像设备。另一目的是除了隔离物之外，提供一个独立的控制参数来抑制电子束入射位置的波动，从而提供一种廉价的成像设备。

在第一方面，本发明提供一种成像设备，它包括具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板，与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束，通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板，设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件，和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中下述一般等式(1)中的Ψ₀×Ψ₂具有不超过0.05的正值。

$\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\Δy}}={\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2\left(\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\frac{h}{\mathrm{Py}}\right)\mathrm{\Δ}{T}_1---\left(1\right)$

其中：

Δx：在隔离物附近，电子束的入射位置的位移[m]；

Py：在垂直于隔离物表面的方向上，电子发射装置的间距[m]；

e：单位电荷[C]；

Ea：隔离物的电阻的活化能[eV]；

h：隔离物的高度[m]；

k：玻尔兹曼常数[J/K]；

T：前板和背板的平均外表面温度[K]；

Ψ₀：由下述一般等式(2)表示的隔离物的热阻(heat resistance)分割比：

Ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)                (2)

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]；

Ψ₂：由下述一般等式(3)表示的隔离物敏感度：

Ψ₂＝γ/20              (3)

γ：由h/x₀表示的隔离物场影响系数；

x₀：隔离物电场的影响距离[m]。

在第二方面，本发明提供一种成像设备，它包括具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板，与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束，通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板，设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件，和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中由下述一般等式(2)表示的隔离物热阻分割比Ψ₀具有不超过0.5的正值：

Ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)              (2)

其中：

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]。

在第三方面，本发明提供一种成像设备，它包括具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板，与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束，通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板，设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件，和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中由下述一般等式(2)表示的隔离物热阻分割比Ψ₀和隔离物电阻分割比E满足关系0＜Ψ₀＜E＜1：

Ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)             (2)

其中：

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]；

E＝Re_sp/(Re_cfp+Re_sp+Re_crp)               (4)

其中：

Re_cfp：隔离物和前板之间的电阻[Ω]；

Re_sp：隔离物的电阻[Ω]；和

Re_crp：隔离物和背板之间的电阻[Ω]。

附图说明

图1是评估在隔离物的高度方向上的总的热传导量与面板的前-后温差ΔT₁的关系的评估模型的示意图；

图2是表示图1中所示的评估模型的评估结果的图；

图3是定量确定本发明的隔离物的温度分布的热传导模型的图；

图4A和4B表示计算本发明的显示板中的电场的图像模型；

图5表示通过简化图4A和4B中所示的模型获得的坐标模型；

图6A、6B1、6B2和6C表示本发明的隔离物的热阻模型；

图7A、7B1、7B2、7B3和7C表示在接触部分中的电阻和热阻基本为零的情况下的热阻和电阻的模型；

图8A、8B1、8B2、8B3和8C表示在接触部分具有热阻，而电阻基本为零的情况下的热阻和电阻的模型；

图9A、9B、9C和9D表示说明将在本发明中采用的特定接触部件的热阻模型；

图10是表示将在本发明中采用的接触部件的材料的物理性质范围的σ-λ图；

图11是表示将在本发明中采用的接触部件的材料的物理性质范围的σ-λ图；

图12A和12B是表示本发明中确定隔离物和接触面的热传导率的方法的示意图；

图13是表示本发明中确定隔离物敏感度的方法的图；

图14是表示本发明的成像设备的显示板的示意透视图；

图15是表示在本发明的一个实施例中，电子束位移与温度的关系的图。

具体实施方式

图14示意表示构成本发明的成像设备的一个实施例的显示板的结构。在图14中，为了显示内部结构，切掉了部分显示板。在图14中，表示了电子发射装置(device)42，行布线43，列布线44，背板(电子源基板或阴极基板)45，框架部件46，前板(阳极基板)47，荧光膜48，金属背(metal back)(阳极电极)49，隔离物50，隔离物的固定部件55。

在本发明中，构成电子源基板的背板45和构成阳极基板的前板47在其周边部分被密封接合(seal bonded)在框架部件46上，从而构成真空容器。在内部保持约10^-4Pa真空度的真空容器内设置矩形薄板状的隔离物50，作为耐大气压力的部件，以便防止由大气压力或者意外冲击造成的损害。利用固定部件55，在隔离物50的端部把隔离物50固定在位于图像显示区之外的位置。

背板45装有N×M单元的表面传导型电子发射装置42，所述N×M单元的表面传导型电子发射装置42由M个行布线43和N个列布线44(M和N是正整数)排列成简单矩阵。行布线43和列布线44的交叉部分由未示出的层间绝缘层绝缘。本实施例表示其中表面传层型电子发射装置被排列成简单矩阵的构型，但是本发明并不局限于这种构型，有利的是还可适用于场发射(FE)型或MIM型电子发射装置，并不局限于所述简单矩阵排列。

在图14中所示的构型中，前板47配有荧光膜(phosphor film)48，和在阴极射线管领域中被称为阳极电极的金属背49。荧光膜48被分成例如红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色荧光体，在相应颜色的荧光体之间设置黑色导体(黑色条带)。但是，荧光体的排列并不局限于条带的排列，还可以是其它排列，比如delta(三角)排列，取决于电子发射装置42的排列。

本发明中采用的隔离物50平行于构成阴极电极的行布线43排列。它与行布线43及构成阳极电极的金属背49电连接，其电位由电流场静态定义。隔离物可由单一组成的基板(substrate)构成，所述基板由导电部件形成，并且在电位方面被限定。最好通过用电阻低于绝缘基板的电阻的高电阻(resistance)薄膜覆盖绝缘基板的表面形成所述隔离物，这种高电阻薄膜可被用作限定隔离物的电位的部件。

发明人如下分析了由于显示板的前后温差，产生电子束的入射位置的波动的机理，从而识别了控制因素。显示板的前后温差意味前板和背板之间的温差。在下面的说明中，FP表示前板，RP表示背板，SP表示隔离物。

[步骤1：FP/RP外表面温差ΔT₁]

由于外部和内部微扰(perturbation)，在显示板的前表面和后表面上产生温度分布。

[步骤2：隔离物高度方向上的温差ΔT₂]

隔离物与FP和RP接触以便支承前板和背板。从而，通过作为热传导路径的隔离物，在FP和RP之间发生热传导，并在高温一侧的热源和低温一侧的热源之间形成热分布。

[步骤3：隔离物高度方向上的电阻分布ΔR]

电阻通常具有温度相关性。特别地，与低电阻材料相比，隔离物中采用的用于实现其高电介质强度的电介质材料和高电阻材料具有较高的电阻温度相关性。从而，具有温度分布的隔离物产生电阻方面的分布。

[步骤4：隔离物的表面电位的波动ΔV₁]

当隔离物的电位由电流场限定时，隔离物表面的电阻分布产生电场分布，从而隔离物高度方向上的每个区域中的电位受到波动。

[步骤5：隔离物附近空间中的电位分布波动ΔV₂]

在隔离物附近，由于隔离物和真空之间的介电常数的差异，电力线在作为界面的隔离物表面发生偏斜。从而，尽管在界面附近电位是连续的，但是电位梯度变得不连续，从而局部使电位分布变形。

[步骤6：隔离物附近电子束入射位置的波动Δx]

从电子发射装置发射的电子被加速，并到达阳极电极，在隔离物附近的电场分布变形的情况下，电子束的轨迹也受影响，从而入射位置偏离所需位置，位移为Δx。

就人类的视觉特性来说，上述步骤基本同时发生。于是难以通过时间的延迟来抑制电子束入射位置的波动，在每个步骤中必须控制波动因素的绝对值中的至少一个。

为了定性地理解上述关系，波动因素可被如下分解。

(步骤1、2：静态热传导的基本等式)

下面将参考图1-3，用公式表示和解释ΔT₁和ΔT₂的关系，图1-3中表示的是前板(FP)1、背板(RP)2和隔离物(SP)3。

首先识别确定隔离物高度方向上的温差ΔT₂的因素。

当应用于本发明的成像设备的隔离物在真空中起作用时，不必考虑常规的热交换。另外不需要考虑部件之间由离子扩散引起的不可逆热传导机理。于是，关于在每个FP和RP的暴露于真空下的表面和隔离物表面之间的总的辐射热交换量与前-后温差ΔT₁的相关性进行比较。另外，关于从FP与隔离物的接触部分到RP与隔离物的接触部分的总的热传导量与前-后温差ΔT₁的相关性进行比较。图1表示评估模型，图2表示研究结果。

根据下述原理计算图1中所示的评估模型：

*热辐射遵守普朗克定律和史蒂芬-玻尔兹曼定律，q＝σT4[W/m²]；

*每个部件是灰色体(gray member)，遵守基尔霍夫定律。另外，热辐射率ρ和吸收率ρ满足关系：反射率＝1-ρ；

*辐射能交换取决于由相互几何关系确定的形状因子F_ij(指示下述辐射热量qi的右手第二项中的级数部分。即，表面i从其它表面的热吸收由乘积：另一表面j的辐射×表面i和j之间的形状因子F_ij×表面i的吸收率的总和(积分)表示)；和

*平衡表示热辐射：div q＝0

对于下述两个评估参数进行比较：

热传导传送量：q[W]＝K×A×(T_fp-T_rp)

辐射热量-吸收热量：q₁[W]＝σT4-ρi∑F_ijq_jK：有效隔离物部分的热传导率[W/m²K]，其中：

A：在平行于FP和RP的方向上，隔离物的横截面[m²]

T_fp：FP的绝对温度[K]

T_rp：RP的绝对温度[K]

F_ij：从表面j到表面i的形状因子

qi：表面i的辐射能量[W]。

图2指出热传导决定由显示板的前后温差ΔT₁产生的隔离物和不同于隔离物的某一部件之间的热传送量。另外还指出显示板高度方向上的温差ΔT₂由这种热传导确定。这从下述事实得出：

*暴露于真空下的FP和RP的表面由低辐射的金属材料覆盖；

*隔离物材料具有较高的辐射率，但是相对于暴露于真空下，并且在隔离物的热辐射下，构成热交换的对应物的FP或RP的面积来说，隔离物的高度极小；和

*自隔离物的视角极小，即由部件i和j之间的几何关系确定的形状因子F_ij足够小。

三个部件之间通过它们的接触部分的热传导可由图3中所示的热传导模型和下述一般等式(5)和(6)唯一地描述。随后根据图3中所示的热传导模型用公式表示所述热传导，以便量化隔离物部分的温度分布。

三个部件之间通过它们的接触部分的热传导可由图3中所示的热传导模型和下述一般等式(5)和(6)唯一地描述。在JSME“Heat TransferHandbook”4^th edition，page 5，Chap.1，Item 1，Basic equation forstationary heat conduction for simple flat plate中对此进行了说明。在图3中，6、7和8表示各个部件。

热传导量：q[W]＝KA(T₁-T₂)         (5)

热传导率：

K[W/m²K]＝1/{(1/h₁)+(L/λ)+(1/h₂)}      (6)

其中：

T₁：上部部件6的温度[K]

T₂：下部部件7的温度[K]

K：热传导率[W/m²K]

A：中间部件8的横截面[m²]

L：热传导路径的长度[m](中间部件8的高度)

h₁：在上部部件6和中间部件8之间的接触部分(接触部分1)处的热传导率[W/m²K]

h₂：在下部部件7和中间部件8之间的接触部分(接触部分2)处的热传导率[W/m²K]

λ：中间部件8的热传导率[W/m²K]。

另外通过假定：

ΔT₁＝T₁-T₂：上部部件6和下部部件7之间的温差[K]，和

ΔT₂：中间部件8的高度方向上的温差[K]，并应用热流连续性的原理，一般公式(5)提供：

q[W]＝KA×ΔT₁＝(λ/L)A×ΔT₂

于是：

ΔT₂＝(L/εK)×ΔT₁

通过用FP代替上部部件6，用RP代替下部部件7，用隔离物代替中间部件8，ΔT₂唯一地由ΔT₁限定，如下面的一般公式(7)中所示：

$\mathrm{\Δ}{T}_2=\frac{h}{\mathrm{\λ}(\frac{1}{t_f}+\frac{h}{\mathrm{\λ}}+\frac{1}{t_r})}\×\mathrm{\Δ}{T}_1---\left(7\right)$

其中：

ΔT₁：FP/RP外表面温差

ΔT₂：隔离物高度方向上的温差

L：隔离物的高度[m]

h₁：在FP和隔离物间的接触部分处的热传导率[W/m²K]

h₂：在RP和隔离物间的接触部分处的热传导率[W/m²K]

λ：隔离物的热传导率[W/m²K]

另外，ΔT₁的系数对应于隔离物的整个热传导路径中的热阻分割比。于是，通过采用隔离物热阻分割比Ψ₀，它由下述一般公式(8)唯一地确定。另外，Ψ₀由下述一般公式(2)表示，一般公式(2)由热阻Rh(热传导率的倒数)的组合形成：

ΔT₂＝Ψ₀×ΔT₁                       (8)

Ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)          (2)

其中：

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]。

(步骤3：高电阻材料的电阻与温度的关系)

下面，将说明隔离物高度方向上的电阻分布ΔR的定义。

本发明中要采用的隔离物具有高电阻的电位限定部件。除了通过把诸如纯金属材料之类的导电体形成为不连续薄膜状态，在电位限定部件中获得高电阻的情况之外，除金属之外的高电阻材料通常具有负的强温度相关性。

通常用作隔离物上的高电阻材料的陶瓷或无定形(玻璃)材料由无机氧化物或无机氮化物构成，并且具有电子传导率和空穴传导率。这种材料通常具有活化(activation)类型的与温度有关的电阻R(T)，由下面的一般公式(9)表示：

$\frac{1}{R\left(T\right)}=\frac{1}{R\∞}\exp (-\frac{\mathrm{eEa}}{\mathrm{kT}})---\left(9\right)$

其中：

Ea：活化能[eV]

e：单位电荷[C]

k：玻尔兹曼常数[J/K]

T：绝对温度[T]

R：假想的无穷大温度下的电阻[Ω]。

在涉及结构变化的例证低温区间中或在高温区间中，这种高电阻材料遵循另一种传导机理。但是，在使用普通显示的室温周围约50℃的温度区间中，它通常极其满意地遵循公式(9)。于是在本发明中，假定隔离物遵守由一般公式(9)表示的电阻与温度的关系。

可如下根据一般公式(9)确定电阻变化率ΔR/R(T)：

$R\left(T\right)=R\∞\exp (+\frac{\mathrm{eEa}}{\mathrm{kT}})$

$\mathrm{\ΔR}=\frac{\mathrm{\ΔR}}{\mathrm{\ΔT}}\×\mathrm{\ΔT}\≅\frac{e\left(R\left(T\right)\right)}{\mathrm{dT}}\×\mathrm{\ΔT}$

$=-\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\×R\∞\exp (+\frac{\mathrm{eEa}}{\mathrm{kT}})\×\mathrm{\ΔT}$

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R\left(T\right)}=-\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\×\mathrm{\ΔT}$

于是，在隔离物的高度方向上的给定温差ΔT₂下，隔离物高度方向上的电阻变化率ΔR/R(T)由下述一般公式(10)唯一表示：

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R\left(T\right)}=-\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\×\mathrm{\ΔT}---\left(10\right)$

(步骤4)

下面参考图4A-图5，解释隔离物的表面电位与电阻变化率的相关性。图4A和4B表示计算显示板(panel)中的电场，显示在与RP2相比，FP处于更高温度下的电位分布的模型。在这些图中，表示了等电位面11，和电子束轨迹12、12′。电场分布具有下述特征。

即使在隔离物3附近的电位被降低的情况下，当离隔离物3的距离增大时，显示板内的电位分布在空间上也不受隔离物3影响。从而，最后在某一距离x₀，电位遵守由阳极(图1中的金属背49)和阴极(图14中的行布线43)之间的电位梯度定义的平行并且均匀的电位分布。实际上，这种影响根据离隔离物3的距离而连续变化，等电位面11也连续地变化。

图4中所示的模型是目标电子发射装置的轨迹的线性外插(extrapolation)和这种轨迹附近的电场梯度。在图4A中，12表示初始的电子束轨迹，而在图4B中，12′表示在倾斜电场的影响下的实际轨迹。不受隔离物3影响的点x₀被确定为平均值点，在所述平均值点，平衡的均匀电场和倾斜电场相交。一般来说，该点被确定为在隔开大约隔离物3的高度h的两倍距离的区域中，与平衡的均匀电场的平均值交点。图5表示了从图4中所示的模型进一步简化而来的坐标模型。

由电流场限定的隔离物3上的电位受到电阻分割。当已知隔离物端部的电阻比时，隔离物3上的电位由下面的一般公式(11)表示：

$\frac{\∂V(0,y)}{\∂y}=\mathrm{Ey}(0,y)=\mathrm{j\ρ}\∝\mathrm{\ρ}\∝R---\left(11\right)$

对于Ey(x，y)的电场强度，隔离物高度方向上的两端的电场的边界条件提供：

$\frac{\mathrm{Ey}(0,h)}{\mathrm{Ey}\left(\mathrm{0,0}\right)}=\frac{R\left(h\right)}{R\left(0\right)}=\frac{R+\mathrm{\ΔR}}{R}=1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}$

另外，隔离物3上的电场分布(电阻、温度的函数)可被假定为在高度方向上是线性的，即Ey(0，y)＝Ey(0，0)+ay。

当电场的边界条件满足一般公式(11)时，获得：

$a=+\frac{\mathrm{Ey}\left(\mathrm{0,0}\right)}{h}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}$

∴ $\mathrm{Ey}(0,y)=\mathrm{Ey}\left(\mathrm{0,0}\right)(1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}\frac{y}{h})$

此外，根据隔离物上端和下端的表面电位的边界条件，下述关系成立：

$\mathrm{Va}={\∫}_0^h\mathrm{Ey}(0,y)\mathrm{dy}$

∴ $\mathrm{Ey}\left(\mathrm{0,0}\right)=\frac{\mathrm{Va}}{h}\frac{1}{1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{2R}}$

隔离物3表面上阴极一侧(RP2)的端部的y方向上的电场强度可由下述一般公式(12)描述：

$\mathrm{Ey}(0,y)=\frac{\mathrm{Va}}{h}\frac{1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}\frac{y}{h}}{1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{2R}}---\left(12\right)$

于是，借助电阻变化率ΔR/R，可用下述一般公式(13)描述隔离物3高度方向上的电位分布：

$V(0,y){\∫}_0^y\mathrm{Ey}(0,y)\mathrm{dy}=\frac{\mathrm{Va}}{h}(\frac{1}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}y+\frac{\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}\frac{y^2}{h})---\left(13\right)$

(步骤5，6)

下面参考图4A-5说明隔离物3附近的电位波动ΔV₂和隔离物附近电子束入射位置的位移Δx。

图4Δ表示显示板不具有前-后温差，并且在隔离物3附近的空间中，电位分布未被变形的理想状态。另外，图4B表示显示板具有前-后温差，并且在接近隔离物3的空间中，电位分布由隔离物3变形，从而电子束轨迹从12变到12′，并且电子束的入射位置被偏移Δx的状态。

计算条件如下：

阳极上的电子束的入射位置的位移(displacement)：Δx[m]

阳极-阴极电压：Va[V]

隔离物高度：h[m]

隔离物表面上电位分布的影响范围：0＜x＜x₀[m]

电子质量：m[kg]

下面，将表示在接近隔离物3的空间中，由隔离物3引起的电位变形的水平。α是隔离物的电场的影响系数，并且是通过用隔离物电场的影响范围x₀使隔离物的高度h归一化来定义的无量纲参数。

隔离物电场影响系数：γ

h＝γx₀

在这些条件下，在图5中所示的坐标模型中，周围区域中的电位的边界条件被表示成如下所示：

$V(0,y)=\frac{\mathrm{Va}}{h}(\frac{1}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}y+\frac{\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}\frac{y^2}{h})$

V(x0，y)＝(Va/h)×y

V(x，0)＝0

V(x，h)＝Va

这种边界条件下的电场被线性插值，从而获得这种电场分布中的电子轨迹。隔离物3附近的来自电子发射装置的电子束轨迹遵守基于电子位置[x，y]，时间t和电子质量m的下述运动等式：

$m\left(\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{x}\\ \stackrel{\·\·}{y}\end{array}\right)=e\left(\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right)=e\left(\begin{array}{c}\frac{V_{(0,y)}-V_{(x_0,y)}}{x_0}\\ \frac{V_{(x,h)}-V_{(x,0)}}{h}\end{array}\right),(t\≥0)$

$(\stackrel{\·}{x},\stackrel{\·}{y})=\left(\mathrm{0,0}\right),(t=0)$

它得到下述代数解：

$\mathrm{\Δx}=\frac{1}{10}\frac{1-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}\frac{h^2}{x_0}$

随后用隔离物电场影响系数h＝αx₀来修改该代数解，从而得到下述一般公式(14)：

$\mathrm{\Δx}=-\frac{v}{10}\frac{\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}{1+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}h$

另外，在电阻变化率ΔR/R不是很大的情况下，它可由下述一般公式(15)表示：

$\mathrm{\Δx}=-\frac{v}{20}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}h(\mathrm{\Θ}1>>\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R})---\left(15\right)$

通过用一般公式(16)给出的参数Ψ₂替换隔离物电场影响系数α：

Ψ₂＝α/20                    (16)

得到下述一般公式(17)：

Δx＝-Ψ₂×(ΔR/R)×h         (17)

其中Ψ₂是用作隔离物敏感度的无量纲参数。

从而，在具有电阻变化率ΔR/R的隔离物附近的电子束的入射位置的位移Δx被识别为正比于隔离物敏感度Ψ₂和电阻变化率ΔR/R。

另外，通过利用上述一般公式(8)、(10)和(17)，在存在显示板的前-后温差ΔT的情况下，在隔离物附近的电子束的入射位置的位移Δx可由下述一般公式(18)给出：

$\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2\left(\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}h\right)\mathrm{\Δ}{T}_1---\left(18\right)$

以距离为单位表示的一般公式(18)可由电子发射装置的装置间距归一化为下述一般公式(19)，以便评估显示特性：

$\frac{\mathrm{\Δx}}{P_y}={\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2(-\mathrm{TCR}\frac{h}{\mathrm{Py}})\mathrm{\Δ}{T}_1={\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2\left(\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\frac{h}{\mathrm{Py}}\right)\mathrm{\Δ}{T}_1---\left(19\right)$

装置间距Py[m]是在垂直于隔离物表面，平行于FP和RP的法线的方向上，电子发射装置的间距。

作为本发明人进行的研究的结果，如前所述，发现为了抑制由显示板的前-后温差引起的在隔离物附近的电子束的入射位置的波动Δx，根据一般公式(19)应控制下述值：

${\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2\left(\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\frac{h}{\mathrm{Py}}\right)$

下面将说明抑制在一般公式(19)中表示的在隔离物附近的电子束的入射位置的波动的具体方法：

(a)降低(reduce)h/Py

(b)降低eEa/kT²

(c)降低1/KT²

(d)降低Ψ₀，具体地说降低到0.5或更小(第二发明)

(e)降低Ψ₂，具体地说降低到0.25或更小

(f)降低Ψ₀×Ψ₂，具体地说降低到0.05或更小(第一发明)。

这些方法(a)-(e)可被组合，以便提供进一步增大的效果。

下面，将详细说明每种方法。

(a)降低h/Py

对于显示器的给定像素间距Py[m]来说，它意味着抑制隔离物的高度。Py唯一地由显示器的尺寸和分辨率(像素数目)确定，通常约为0.3～0.6×10^-3m。在这种条件下，一般选择的h的下限由亮度特性，耐压(pressure resistant)特性和真空特性确定，隔离物高度被选择成约为0.5～2×10^-3m。于是，h/Py取值约为2～5，最好为2.5或更小。

(b)降低eEa

这种方法是降低电阻的活化能Ea[eV]，电阻的活化能Ea[eV]是隔离物的电位限定因素之一。就材料选择来说，金属材料或者带隙较小的材料，即在室温下具有低体积电阻率的材料倾向于表现出低的Ea。利用室温下的薄层电阻(sheet resistance)Rs和厚度t，室温下的体积电阻率(volumic resistivity)可被表示成Rs×t。薄层电阻Rs和厚度t将在下述下限范围内选择。

薄层电阻Rs的下限主要由隔离物的电力消耗限定。考虑到电力消耗，对于10kV的阳极电压(Va)来说，薄层电阻的下限通常约为1×10¹⁰Ω/sq。

在隔离物由单一基板构成的情况下，厚度t的下限由强度限定，约为50微米。另一方面，在通过用较低电阻的高电阻薄膜涂敷绝缘基板的表面形成隔离物，并且这种高电阻薄膜构成电位限定元件的情况下，考虑到电子穿透长度和电阻的均匀性，限定高电阻薄膜的厚度的下限，最好约为100纳米。考虑到上述因素，优选用较低电阻的高电阻薄膜涂敷绝缘基板的表面的结构，以便满足对电力消耗和发热的要求。这种结构允许把体积电阻率设定在较低的水平，并选择低带隙的材料，从而有利地降低活化能。更好的是，电阻的活化能为0.35eV或更小，最好为0.25eV或更小。

(c)降低1/kT²

这对应于隔离物的工作温度的增大。可想到的是降低隔离物自身的薄层电阻，从而增大焦耳热，并限制对FP和RP的热传导。具体的方法类似于下面将解释的Ψ₀的抑制。

(d)降低Ψ₀

Ψ₀最好为0.5或更小。现在参考图6A-6C，7A-7C和8A-8C说明控制隔离物热阻分割比Ψ₀的方法，其中21和22表示隔离物3与FP 1和RP 2的接触部分。在Ψ₀大于0.5的情况下，隔离物中的温差接近于显示板中的温差。这种情况下，电子束位置的控制变得不稳定，隔离物的局部工作温度倾向于出现波动。还导致抑制充电方面的弛豫(relaxation)时间常数的增大，以及电力消耗的增大。

图6A-6C中表示了隔离物的热阻模型，其中图6B1表示模型结构，图6B2表示热阻，图6A和6C分别表示在外部热源或内部热源控制的情况下的温度梯度曲线(profile)。

涉及隔离物3和接触部分21、22的热阻被识别为产生隔离物高度方向上的温差的控制性热源。热源存在于显示板内部和外部，不过在多数情况下，这两种热源都被加入。显示板之外的热源包括显示板和外壳之间的驱动器电路，来自外壳外部的热辐射、热对流和热传导。另外，显示板之内的热源包括隔离物的焦耳热，荧光体的电力损失，和阴极的焦耳热。在这些热源中，通过引进风扇或散热器，可使由外部因素产生的真空容器和外壳的热量变均匀。显示板之内的热源被识别为控制性热源。特别地，因电力损耗由荧光膜产生的发热和因电力损耗由阴极产生的发热被识别成控制性的。当在FP和RP的真空一侧存在发热的地点时，对于隔离物中的温差来说，几乎不需要考虑FP和RP的热阻。于是，控制ψ₀所需的热阻产生部件是阴极和阳极之间的部件。

图7A-7C表示在阳极和阴极之间设置具有用于在接触部分21、22中电接触的金属部件的隔离物3，或者在接触部分中具有足够接触面积的隔离物的情况下的热阻模型和电阻模型。例如在美国专利No.5614781和5742117中公开了这种结构的隔离物。

图7A表示温度梯度曲线；图7C表示电位梯度曲线；图7B1表示模型结构；图7B2表示在接触部分21、22的热阻基本为零的情况下的热阻；图7B3表示在接触部分21、22的电阻基本为零的情况下的电阻。

如这些图中所示，当接触部分21、22中，热阻和电阻基本为零时，隔离物决定阳极和阴极之间的热阻，从而Ψ₀变为基板为1。另外，由下述一般公式(4)表示的隔离物的电阻分割比E变为基本为1，从而简化了隔离物中的电位分布：

E＝Re_sp/(Re_cfp+Re_sp+Re_crp)             (4)

其中：

Re_cfp：隔离物和FP(接触部分21)之间的电阻[Ω]；

Re_sp：隔离物的电阻[Ω]；

Re_crp：隔离物和RP(接触部分22)之间的电阻[Ω]。

另一方面，图8A-8C表示了在接触部分21、22具有热阻和基本为零的电阻的情况下的热阻模型和电阻模型。

图8A表示温度梯度曲线；图8C表示电位梯度曲线；图8B1表示模型结构；图8B2表示热阻；图8B3表示电阻。

图8A-8C中所示的结构允许同时定义接触部分21、22的电位，同时抑制Ψ₀。更具体地说，可提供产生热阻，但是具有可忽略的较小电阻的接触部分21、22。换句话说，由一般公式(4)表示的隔离物电阻分割比E和由一般公式(2)表示的隔离物热阻分割比Ψ₀需要满足关系0＜Ψ₀＜E＜1。满足这种关系的成像设备构成本发明的第三方面。

在构成具有接触部分21、22(接触部分21、22具有低电阻和高热阻)的成像设备的情况下，最好在接触部分21、22中设置一个接触部件。这种情况下，最好采用例如用在珀耳帖部件中的热电转换材料。这种热电转换材料被要求具有低电阻和高热阻，于是适合于用作接触部件。

另外在本发明中，为了增大接触部分21、22的热阻，最好抑制接触部分21、22的面积。于是最好在隔离物3和FP1及RP2之间的接触部分21、22中设置接触部件，并抑制这种接触部件的横截面。更具体地说，对于与FP和RP平行的方向上，接触部件和隔离物3的横截面S_cr和S_sp来说，最好采用0.05或更小的接触比(S_cr/S_sp)。

在接触部分21、22中存在接触部件的情况下，这种接触部件形成的电位最好被这样选择，以便不影响接近隔离物3的空间中的所需电位分布。为此，要求接触部件的高度不阻碍隔离物3高度方向上的线性电位梯度分布，这限定了接触部件的高度的上限。另外，热传导路径要求足够的长度，以便向接触部件提供足够的热阻，这限定了接触部件的高度(厚度)的下限。更具体地说，接触部件的高度最好为隔离物高度的1％或更小，厚度约为1-20微米。

下面参考图9A-9D说明将在上述条件下采用的接触部件的尺寸和材料常数，其中图9A表示这种模型的横截面图(从隔离物3的厚度方向(图14中的Y方向)看)；图9B表示侧视图(图14中的X方向)；图9C表示热阻；图9D表示温度曲线图。

隔离物热阻分割比ψ₀与位于FP和RP一侧的接触部件的热传导率ε_C[W/mK]，隔离物3的热传导率ε[W/mK]，接触部件的高度h₁、h₂[m]，和隔离物3的高度h[m]的所需关系由下述一般公式(20)给出：

$\frac{1}{(S_{\mathrm{cr}}/S_{\mathrm{sp}})}\×\frac{(h_1+h_2)}{{\mathrm{\λ}}_c}+\frac{h}{\mathrm{\λ}}\≥\frac{1}{{\mathrm{\Ψ}}_0}\×\frac{h}{\mathrm{\λ}}---\left(20\right)$

另外，通过利用隔离物3的电阻分割比E，接触部件21、22的电位降并不干扰隔离物3的侧面上的线性电位梯度的条件可被如下描述：

$\frac{1}{(S_{\mathrm{cr}}/S_{\mathrm{sp}})t}\×\frac{(h_1+h_2)}{{\mathrm{\σ}}_c}+R_{\mathrm{sp}}\frac{h}{2}\≤\frac{1}{E}{R}_{\mathrm{sp}}\frac{h}{2}---\left(21\right)$

其中t与隔离物的厚度[m]相符，σ_c表示接触部件的电传导率[S/m]；R_sp是隔离物的薄层电阻[Ω/sq]。

例如，在采用热传导率ε＝0.9[W/mK]的绝缘玻璃材料(例如AsahiGlass Co.生产的PD200)作为隔离物，同时接触比(S_cr/S_sp)为0.01，接触部件的高度h₁+h₂为20×10^-6[m]，隔离物高度h＝1.6×10^-3[m]的情况下，确定假想的设计值。这种情况下，对于0.5或0.1的隔离物热阻分割比Ψ₀来说，接触部件的热传导率的上限分别为1.4或0.15[W/mK]。另外为了实现接触部分中的电传导率，接触部件的电传导率ε_c的下限为6×10^-5[S/m]。图10表示σ-λ图，它表示实现这些条件的材料的物理性质范围。

另外，除了接触比(S_cr/S_sp)被选为0.001之外，在和上面相同的配置下确定假想的设计值。这种情况下，对于0.5或0.1的隔离物热阻分割比ψ₀来说，接触部件的热传导率的上限分别为14或1.5[W/mK]。另外为了实现接触部分中的电传导率，接触部件的电传导率ε_c的下限为6×10^-4[S/m]。图11表示σ-λ图，它表示实现这些条件的材料的物理性质范围。

在图10和11中，属于右下侧区域的材料可用作本发明中的接触部件。还可看出金属集中在从实线与Ψ₀＝0.5的线条的交点开始的右上部分中的实线上。在这些金属中，Mn和不锈钢(SUS 330)具有足以限定隔离物上的电位的相对较低的热传导率和较的电导率σ。这些金属完全可用在本发明中，比如属于σ-λ图的优选的右下侧区域的材料。

在本发明中，如前所述，在珀耳帖装置或发电设备中采用的热电转换材料最好被用在接触部分中。具体例子包括层状(laminar)的钴的氧化物，例如Na_1.2Co_2-xCu_xO₄，NaCl₂O₄和Ca_1.95La_0.05Co_2-xAl_xO₅。由于它们特定的电特性和热特性，这种层状的钴的氧化物被称为“具有强的电子相关效应的氧化物”。另外，也可有利地采用含Te合金，比如AgPbBiTe₃，Bi₂Te₃，PbTe或Sb₂Te₃，对于这样的热电转换材料，发电中使用的塞贝克系数可被用作指标。在本发明中，优选塞贝克系数为3或更大的材料。可考虑到热电转换效率所必需的物理性质，最好考虑到热阻和图形化(patterning)的简易，选择这样的热电转换材料。另外，确保接触部分中的热阻的方法对于确保(c)中隔离物的工作温度也是有效的。

(e)降低隔离物敏感度Ψ₂

在本发明中，隔离物敏感度Ψ₂优选是0.25或更小的正值，最好是0.15或更小的正值。超过0.25的隔离物敏感度Ψ₂增大接近隔离物的空间中的电位变化，从而降低电子束位置的可控性。另外，由于由在阴极一侧的隔离物的电位限定部分的高度不同于阴极高度而产生的等位面的扭曲，导致电子束位置的位移增大的缺陷。通过降低隔离物的介电常数ε_sp[F/m]和附近空间，即真空中的介电常数ε_space[F/m]之间的介电比(比介电常数)，优选降低到40或更小，能够获得隔离物敏感度Ψ₂。

电流场对隔离物高度方向上电位的限定可被分成向介电基板提供电导率的体(bulk)电位限定类型，和向绝缘基板提供高阻薄膜的皮肤(skin)电位限定类型。既不是完全绝缘体，又不具有完全的金属导电性的隔离物既表现出介电性，又表现出导电性。皮肤电位限定类型是有利的，因为限定时间常数，确定蠕变(creepage)表面中电位的瞬时响应的因素功能上被分隔开。更具体地说，高电阻薄膜用作限定时间常数的电阻部件，绝缘基板的介电常数和在电场范围内的周围空间的介电常数用作限定时间常数的静电电容部件。于是，即使高电阻薄膜被给予导电性，也可较低地选择整个隔离物中的介电常数。

更具体地说，就Asahi Glass Co.生产的PD200来说，用作绝缘基板的高畸变点玻璃具有约7.9的比介电常数，就Corning Glass Co.生产的硼硅酸盐玻璃#7059来说，具有约5.8的比介电常数(两者都是在室温下)。通过把绝缘基板上的高电阻薄膜的厚度选为约几微米或更小，绝缘基板的比介电常数变成隔离物的比介电常数。

另一方面，体电位限定类型的隔离物具有100或更高的等同比介电常数，如USP No.6002198中所述，不利于抑制隔离物敏感度Ψ₂。在本发明中，体电位限定类型的隔离物优选具有40或更小的等同比介电常数，最好具有10或更小的等同比介电常数。

另外，皮肤电位限定类型的隔离物具有40或更小的绝缘基板的比介电常数，更优选的是具有10或更小的绝缘基板的比介电常数，最好具有6或更小的绝缘基板的比介电常数。另一方面，高电阻薄膜具有60或更小的比介电常数，最好具有30或更小的比介电常数。每个部件的比介电常数的下限为1。

(f)降低Ψ₀×Ψ₂

Ψ₀×Ψ₂最好为0.05或更小。不超过0.05的Ψ₀×Ψ₂的值允许抑制隔离物的热阻设计和介电设计两方面的敏感度。从而，即使在显示板中存在前-后温差的情况下，也能够降低电子束位置的位移，从而能够提供高质量的场加速显示。

下面，将说明本发明中的确定参数的方法。

[Ψ₀×Ψ₂]

测量显示板的前-后温差ΔT，和由ΔT引起的隔离物附近的电子束的入射位置的位移Δx，以确定隔离物中的电位限定部件的电阻的活化能Ea，以及隔离物的工作温度，并且测量隔离物的高度。把获得的值代入一般公式(1)，从而获得Ψ₀×Ψ₂。通过电流/电压与温度的关系的阿列纽斯标图(plotting)获得活化能，并且根据这种标图的梯度确定活化能。利用相对于指示绝对温度的倒数的线性横坐标的代表电流/电压的对数纵坐标完成所述标图。

[隔离物热阻分割比Ψ₀]

方法1：

通过在显示板的两个外表面上利用加热器，珀耳帖装置等，确定阳极和阴极之间的温差ΔT₁。利用红外辐射温度计从侧面测量隔离物高度方向上的热分布，以便确定接触部分中隔离物的温度，从而获得ΔT₂。根据这样获得的ΔT₂/ΔT₁确定Ψ₀。

方法2：

可借助两点温度测量和通过外插，确定隔离物高度方向上的温差ΔT₂。两点温度测量是一种借助高度方向上对准的任意两点的外插，确定接触部分中的不连续温差的和的方法。图12A和12B中表示了具体的测量方法，其中表示了基板31、32、38，平面加热器33，水冷散热器34、35，和热电偶36a、36b、37a、37b、39a、39b。

图12A表示确定隔离物的热传导率ε，以便确定隔离物的热阻Rh_sp[m²K/W]的方法。可采用类似的方法来确定隔离物与RP之间的热阻Rh_crp[m²K/W]，和隔离物与FP之间的热阻Rh_cfp[m²K/W]。

在确定体热传导率的情况下，对象的形状和尺寸可被转换成易于测量的那些形状和尺寸。例如，可选择使得易于安装热电偶和加热器的形状。在图12A中，热电偶36a、36b、37a和37b被这样引入，以便测量在构成对象的基板31、32中的热传导路径的中心附近的两个位置中的热传导路径长度，在基板32和32之间夹入一个耗热量已知的平面加热器33。基板31和32可具有彼此不同的厚度。基板31和32的上下表面由水冷散热器34、35(或者珀耳帖部件)夹在中间。另外，周边用绝热材料封闭，以便除了热传导路径之外，获得零热交换平衡。

确定热传导率时，中央的平面加热器被通电，以便获得恒定的发热量Q(＝VI)[W]。另外，向散热器34、35供给的水的量和温度被这样调节，以使基板的上下外表面随后具有恒定的温度。随后测量四个热电偶中的温度，并和相邻热电偶的距离L₂、L₃[m]一起用在下面的一般公式(22)中，其中S表示在垂直于基板31、32的热传导路径的方向上的横截面[m²]：

$\mathrm{\λ}=\frac{L_2\×L_3}{L_3(T_2-T_1)+L_2(T_3-T_4)}\×\frac{Q}{S}---\left(22\right)$

这样获得的值ε被用于使实际结构中的热传导路径长度(例如隔离物高度h)归一化，以便确定该部件的热阻Rh[m²K/W]。另外，获得的Rh的倒数1/Rh是热传导率t[W/m²K]。

现在参考图12B，说明接触面的确定方法，其中表示了部件38和热电偶39a、39b。

如图12A中所示，假想部件接触在RP(或FP)与隔离物之间，如同在接触部分中一样。另外还准备了表面上具有金属背，黑色基质或者RP上的布线的基板，用和当把隔离物安装到真空容器中时的压力类似的平面压力把所述基板挤压向假想部件。

通过在两个位置对基板31、32、38提供热电偶36a、36b、37a、37b、39a和39b，如图12A中那样进行测量。由于基板31、32的热传导率ε已知，因此可确定一侧由加热器33供给的热量Q[W/m²]。另外根据热电偶37a到37b和39a到39b的距离L₃、L₄和温差T₃-T₄及T₅-T₆，通过外插能够确定考虑的部件32、38的接触面的温度TS₁、TS₂[K]。从而获得的Q₂[W/m²]和TS₁、TS₂[K]被用在下述一般公式(23)中，确定接触面的热阻Rh[m²K/W]。Rh的倒数是热传导率t[W/m²K]：

Rh＝1/t＝(TS₁-TS₂)/Q₂             (23)

方法3：

在由于难以再现与大气压力对应的接触状态或者由于另一限制，Ψ₀的测量困难的情况下，可通过确定Ψ₂和Ψ₀×Ψ₂，来确定Ψ₀。

[隔离物敏感度Ψ₂]

测量与隔离物附近的电子发射装置中的Ψ₀×Ψ₂相关的温度敏感度的距离敏感度，确定其影响的衰减距离x。另外，确定隔离物到与其接近的空间的电场影响距离x₀[m]。根据这些值，为每个装置确定α，并确定Ψ₂。图13中表示了这种方法进行的确定的一个例子。

在图13中，纵坐标表示与Ψ₀×Ψ₂相关的敏感度[line/K]，横坐标表示任意装置与隔离物表面之间的距离。由于一般地指数距离相关性的缘故，获得关系f(x)＝a×exp(-x/xr)，其中a和xr是通过在模型函数中利用最小二乘法确定的常数。这样确定的xr对应于上面提及的衰减距离x。在考虑的装置(通常是具有更高灵敏率的最接近装置)和隔离物之间的距离x₁下，满足上面确定的函数f(x)的一阶微分等式f′(x₁)的值x提供电场影响距离x₀。最后，利用隔离物的高度h，根据下面的一般公式(3)确定Ψ₂。

还可利用下述方法确定上面提及的敏感度。

通过用(eEah/kT²Py)/ΔT使通过用显示器的像素间距归一化隔离物的电子束位置Δx而获得的值归一化，可确定上面提及的敏感度，(eEah/kT²Py)/ΔT是根据一般公式(1)中除Ψ₀×Ψ₂之外的一个已知项而获得的值。

Ψ₂＝γ/20＝h/20x₀

[隔离物电阻分割比E]

通过借助普通的I-V测量，测量部件之间的接触电阻，获得隔离物电阻分割比。

[例子]

(例1)

显示设备类似于图14中所示的显示设备，于是不再赘述。采用AsahiGlass Co.生产的PD200作为隔离物的绝缘基板，其厚度t＝200微米，高度h＝1600微米，长度为900毫米。在加热条件下，从经受凸起处理和/或凹陷处理的母玻璃拉拔这样的基板，于是这种基板在其表面上具有凸起区和凹陷区。在这种绝缘基板上，通过溅射形成限定电位的高电阻薄膜，通过利用W(钨)和Ge(锗)的烧结件作为溅射源，并引入惰性气体Ar和N₂，进行所述溅射。在室温下，在侧面和与阳极或阴极的接触面上，隔离物的薄层电阻分别为2.5×10¹²Ω/sq和2×10¹²Ω/sq。另外，隔离物的侧面上的电阻的活化能Ea被测得为0.35eV。这种隔离物被相互面对侧面地捆绑在一起。另外，在FP的端部的部分区域上，烧结由NaCo₂O₄构成的氧化物膏剂，以便形成高度11微米的陶瓷材料的FP一侧的接触部分。FP一侧的接触部分被这样形成，使得所述接触部分具有相对于隔离物端部面积的0.01的面积比。另外通过丝网印刷，在RP上的Ag行布线(扫描线)上，用上述陶瓷材料形成在阴极一侧的接触部件，它具有相同的接触比和高度。在FP一侧和在RP一侧，在与前板和背板平行的方向上，接触部件和隔离物的横截面S_cr和S_sp的接触比S_cr/S_sp均为0.01。

采用阴极射线管中通常采用的R、G和B色的P22荧光体作为FP的发光部件。已证实当10KeV的电子穿过厚度100纳米的Al金属背薄膜时，该荧光体具有2％的有效发光效率。

另外还证实电子发射装置具有3％的发射效率。通过用该装置的发射电流和驱动电流的和使发射电流归一化，获得电子发射装置的发射效率。当在施加10kV的阳极电压的情况下驱动电子发射装置，以便显示自然移动的图像时，显示板具有50℃的平均工作温度ΔT。电子束的入射位置的位移Δx由CCD照相机测量，并根据与显示板的前-后温差ΔT₁的关系确定梯度，如图15中所示。借助最小二乘法，所获得的特性曲线提供7.9×10^-4[1/℃]的一阶相关系数。另外，根据隔离物的高度h，活化能Ea和平均工作温度T，Ψ₀×Ψ₂被确定为0.008。在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

在部件的热传导率的测量中，阴极的热阻Rh_crp，隔离物的热阻Rh_sp和阳极的热阻Rh_cfp分别为4.5×10^-5，6.9×10^-5和4.0×10^-5[m²K/W]。另外Ψ₀为0.45。

例1中采用的显示器具有615微米的电子发射装置的间距Py(在与显示器中的隔离物的最大暴露面垂直的方向上，电子发射装置的间距)。

另外，在约50℃的工作温度下，测量隔离物和接触部件的每个接触部分上的电阻。从而，在隔离物中，电阻为1.1×10¹²[Ω]，在FP一侧的接触部件中，电阻为1.3×10⁷[Ω]，在RP一侧的接触部件中，电阻为1.2×10⁷[Ω]，从而确认电阻分割率E＝1(0.99997)。

(例2)

除了接触部件被改变为由Ca_1.95La_0.05Co_2-xAl_xO₅构成的氧化物膏剂之外，在和例1相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.008或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例3)

除了只在FP一侧布置接触部件，同时在RP一侧，隔离物和Ag布线之间的接触率为0.8之外，在和例2相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.015或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例4)

除了接触部件由Mn金属构成，并且借助光学图形化和剥离工艺以0.001接触比设置接触部件之外，在和例1相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.020或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例5)

除了隔离物的绝缘基板被改成Corning Glass Co.生产的硼硅酸盐玻璃#7059之外，在和例1相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.008或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例6)

厚度13微米的Ag箔和厚度13微米的Al箔被分别转移到接触率为0.001或更小的阴极布线和金属背上，并且利用剥离(lift-off)工艺被图形化。另外，隔离物的绝缘基板被改成Corning Glass Co.生产的硼硅酸盐玻璃#7059。在其它方面和例1相同的条件下，安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.04或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例7)

除了高电阻薄膜被改成室温下，活化能为0.20eV，侧面的薄层电阻为2.6×10¹²[Ω]/sq的PtAlN薄膜之外，在和例1相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.007或更小，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

(例8)

除了绝缘基板由钠钙玻璃形成，并通过溅射形成厚度10微米的连续SiO₂薄膜作为高电阻WGeN薄膜下的底层之外，在和例1相同的条件下安装隔离物，并评估电子束位移。从而，Ψ₀×Ψ₂为0.04，在视觉上，在图像中观察不到由该温度分布引起的电子束位移。

本发明允许令人满意地抑制由显示板的前-后温差引起的电子束入射位置的波动，并提供能够实现不受这种温差影响的高质量显示的成像设备。另外，在本发明中，由于在隔离物之外提供用于抑制电子束入射位置的波动的控制参数，因此可把这种功能与隔离物所需的功能分隔开，从而简化隔离物设计。于是，能够更廉价地提供高可靠性的成像设备。

Claims (18)

1、一种成像设备，包括：具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板；与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板；设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件；和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中下述一般等式(1)中的ψ₀×ψ₂具有不超过0.05的正值：

$\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{Py}}={\mathrm{\Ψ}}_0\×{\mathrm{\Ψ}}_2\left(\frac{\mathrm{eEa}}{k{T}^2}\frac{h}{\mathrm{Py}}\right){\mathrm{\ΔT}}_1---\left(1\right)$

其中：

Δx：在隔离物附近，电子束的入射位置的位移[m]；

Py：在垂直于隔离物表面的方向上，电子发射装置的间距[m]；

e：单位电荷[C]；

Ea：隔离物的电阻的活化能[eV]；

h：隔离物的高度[m]；

k：玻尔兹曼常数[J/K]；

T：前板和背板的平均外表面温度[K]；

ψ₀：由下述一般等式(2)表示的隔离物的热阻分割比：

ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)           (2)

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]；

ψ₂：由下述一般等式(3)表示的隔离物敏感度：

ψ₂＝γ/20          (3)

γ：由h/x₀表示的隔离物场影响系数；

x₀：隔离物电场的影响距离[m]。

2、按照权利要求1所述的成像设备，其中隔离物热阻分割比ψ₀具有不超过0.5的正值。

3、按照权利要求1所述的成像设备，其中隔离物敏感度ψ₂具有不超过0.25的正值。

4、按照权利要求3所述的成像设备，其中隔离物的介电常数ε_sp[F/m]和设备中的真空中的介电常数ε_space[F/m]之间的比值为40或更小。

5、按照权利要求1所述的成像设备，其中隔离物热阻分割比ψ₀和由下述一般公式(4)表示的隔离物电阻分割比E满足关系0＜ψ₀＜E＜1：

E＝Re_sp/(Re_cfp+Re_sp+Re_crp)            (4)

其中：

Re_cfp：隔离物和前板之间的电阻[Ω]；

Re_sp：隔离物的电阻[Ω]；和

Re_crp：隔离物和背板之间的电阻[Ω]。

6、一种成像设备，包括：具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板；与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板；设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件；和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中由下述一般等式(2)表示的隔离物热阻分割比ψ₀具有不超过0.5的正值：

ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)             (2)

其中：

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]。

7、一种成像设备，它包括：具有多个电子发射装置和向电子发射装置施加电压的布线的背板；与背板相对，并具有能够借助从电子发射装置发射的电子束通过辐射发光的发光部件和阳极电极的前板；设置在背板和前板的周边部分之间，并且与背板和前板一起构成真空容器的框架部件；和布置成与背板和前板接触，并被设置在由电流场限定的电位的隔离物，其中由下述一般等式(2)表示的隔离物热阻分割比ψ₀和隔离物电阻分割比E满足关系0＜ψ₀＜E＜1：

ψ₀＝Rh_sp/(Rh_cfp+Rh_sp+Rh_crp)      (2)

其中：

Rh_cfp：隔离物和前板之间的热阻[m²K/W]；

Rh_sp：隔离物的热阻[m²K/W]；

Rh_crp：隔离物和背板之间的热阻[m²K/W]；

E＝Re_sp/(Re_cfp+Re_sp+Re_crp)        (4)

其中：

Re_cfp：隔离物和前板之间的电阻[Ω]；

Re_sp：隔离物的电阻[Ω]；和

Re_crp：隔离物和背板之间的电阻[Ω]。

8、按照权利要求7所述的成像设备，其中隔离物热阻分割比ψ₀具有不超过0.5的正值。

9、按照权利要求1所述的成像设备，其中隔离物由比介电常数为40或更小的基板形成。

10、按照权利要求1所述的成像设备，其中通过用电阻小于基板的电阻的高电阻薄膜覆盖绝缘基板，形成所述隔离物，绝缘基板具有为40或更小的比介电常数，高电阻薄膜具有为60或更小的比介电常数和为1×10⁷Ωcm或更高的体积电阻率。

11、按照权利要求9所述的成像设备，还包括在隔离物与前板或者与背板的至少任意一个接触面中的接触部件。

12、按照权利要求11所述的成像设备，其中所述接触部件由热电转换材料形成。

13、按照权利要求12所述的成像设备，其中热电转换材料具有为3或更高的塞贝克系数。

14、按照权利要求13所述的成像设备，其中热电转换材料由含Te合金或者具有强电子相关效应的氧化物形成。

15、按照权利要求14所述的成像设备，其中含Te合金是AgPbBiTe₃，Bi₂Te₃，PbTe或Sb₂Te₃。

16、按照权利要求14所述的成像设备，其中具有强电子相关效应的氧化物是层状的钴的氧化物。

17、按照权利要求14所述的成像设备，其中具有强电子相关效应的氧化物是Na_1.2Co_2-xCu_xO₄，NaCl₂O₄或Ca_1.95La_0.05Co_2-xAl_xO₅。

18、按照权利要求1所述的成像设备，其中在平行于前板和背板的方向上，分别为接触部件和隔离物的横截面的S_cr和S_sp之间的比S_cr/S_sp为0.05或更小。

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