專利名稱：成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電子發(fā)射裝置的成像設(shè)備，比如平板型圖像顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
在包括陰極射線管的圖像顯示設(shè)備中，需要較大的圖像尺寸，在這中圖像尺寸較大的設(shè)備中，結(jié)構(gòu)的薄型化和輕量化正在成為重要的問(wèn)題。作為能夠?qū)崿F(xiàn)這種更薄、更輕結(jié)構(gòu)的圖像顯示設(shè)備，本申請(qǐng)人提出一種利用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的平板型圖像顯示設(shè)備。通過(guò)在框架部件的兩端密封粘接具有多個(gè)電子發(fā)射裝置的背板，和具有能夠通過(guò)電子束輻射發(fā)光的發(fā)光部件(例如熒光體)和陽(yáng)極電極的前板(face plate)，以真空容器的形式形成這樣的圖像顯示設(shè)備。在這樣的圖像顯示設(shè)備中，為了防止由構(gòu)成顯示板(panel)的真空容器的內(nèi)部與外部之間的壓差引起的板的變形和破壞，在板之間放置稱為隔離物(spacer)的抗壓部件。這種隔離物通常是矩形薄板，其端部被布置成以這樣的方式與背板和前板接觸，即使得隔離物的表面與背板和前板的法線平行。
驅(qū)動(dòng)顯示板時(shí)，在顯示板內(nèi)會(huì)產(chǎn)生溫度波動(dòng)。這種溫度波動(dòng)的影響因素可能是(1)要被顯示的圖像源，(2)使用的環(huán)境，和(3)顯示板外殼內(nèi)熱傳導(dǎo)的不足。這種波動(dòng)的更詳細(xì)原因包括電子源、基體(matrix)布線，驅(qū)動(dòng)電路中焦耳熱的產(chǎn)生和吸收，熒光體的發(fā)熱，環(huán)境溫度和顯示板的各個(gè)部分之間的溫差，和例如陽(yáng)光引起的輻射熱交換。由于這些參數(shù)因時(shí)間和空間而異，因此不僅沿顯示板的平面方向產(chǎn)生顯示板中的溫度分布，而且在前板和背板的外表面上產(chǎn)生顯示板中的溫度分布。由于取決于使用環(huán)境和待顯示的圖像，這種溫度分布導(dǎo)致5-20℃，一般約為10℃的溫差。
在隔離物附近前板中的溫度高于背板中的溫度的情況下，電子束的入射位置沿受隔離物吸引的方向偏移。另一方面，在前板中的溫度低于背板中的溫度的情況下，電子束的位置沿遠(yuǎn)離隔離物的方向變化。盡管取決于像素間距，在像素間距為0.6毫米，溫差為10℃的情況下，電子束的入射位置的變化相當(dāng)于-0.1～0.1像素間距，從而顯著降低顯示質(zhì)量。
為了抑制由顯示板的前側(cè)和后側(cè)之間的這種溫差引起的在隔離物附近電子束的入射位置的波動(dòng)，在專利參考文獻(xiàn)1中公開一種技術(shù)，專利參考文獻(xiàn)1描述通過(guò)選擇隔離物的熱傳導(dǎo)率，隔離物的電阻與溫度的關(guān)系，隔離物的橫截面與顯示面積的比率，和在所需范圍內(nèi)的隔離物的高度，抑制由顯示板的前側(cè)和后側(cè)之間的溫差引起的電子束位置的波動(dòng)。
專利參考文獻(xiàn)1US專利No.5990614高性能的隔離物必須滿足下述要求能夠承受大氣壓力的強(qiáng)度和形狀；用于設(shè)計(jì)靜態(tài)電位標(biāo)準(zhǔn)的均勻電位分布；用于設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)電位標(biāo)準(zhǔn)的抗靜電結(jié)構(gòu)；和抑制電力消耗的電阻設(shè)計(jì)。
很難用單一材料滿足所有這些要求。為此，采用了各種方法，比如形成表面不均勻性，用高電阻薄膜覆蓋絕緣基板，或者使二次電子發(fā)射系數(shù)不同的薄膜圖形化。另外還需要解決諸如“化學(xué)穩(wěn)定性”，“去氣的抑制”，“成本”和“制造方面操作的簡(jiǎn)易”之類的問(wèn)題。于是希望用不同于隔離物的元件盡可能地支持所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是在前板和背板之間產(chǎn)生溫差的情況下，抑制在隔離物附近的電子束入射位置的波動(dòng)，從而提供一種不受這種溫差影響的高顯示質(zhì)量的成像設(shè)備。另一目的是除了隔離物之外，提供一個(gè)獨(dú)立的控制參數(shù)來(lái)抑制電子束入射位置的波動(dòng)，從而提供一種廉價(jià)的成像設(shè)備。
在第一方面，本發(fā)明提供一種成像設(shè)備，它包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板，與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束，通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板，設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件，和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中下述一般等式(1)中的Ψ0×Ψ2具有不超過(guò)0.05的正值。
ΔxΔy=Ψ0×Ψ2(eEakT2hPy)ΔT1---(1)]]>其中Δx在隔離物附近，電子束的入射位置的位移[m]；Py在垂直于隔離物表面的方向上，電子發(fā)射裝置的間距[m]；e單位電荷[C]；Ea隔離物的電阻的活化能[eV]；h隔離物的高度[m]；k玻爾茲曼常數(shù)[J/K]；T前板和背板的平均外表面溫度[K]；Ψ0由下述一般等式(2)表示的隔離物的熱阻(heat resistance)分割比Ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp)(2)Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]；Ψ2由下述一般等式(3)表示的隔離物敏感度Ψ2＝γ/20 (3)γ由h/x0表示的隔離物場(chǎng)影響系數(shù)；x0隔離物電場(chǎng)的影響距離[m]。
在第二方面，本發(fā)明提供一種成像設(shè)備，它包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板，與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束，通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板，設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件，和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中由下述一般等式(2)表示的隔離物熱阻分割比Ψ0具有不超過(guò)0.5的正值Ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)其中Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]。
在第三方面，本發(fā)明提供一種成像設(shè)備，它包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板，與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束，通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板，設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件，和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中由下述一般等式(2)表示的隔離物熱阻分割比Ψ0和隔離物電阻分割比E滿足關(guān)系0＜Ψ0＜E＜1Ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)其中Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]；E＝Resp/(Recfp+Resp+Recrp) (4)其中Recfp隔離物和前板之間的電阻[Ω]；Resp隔離物的電阻[Ω]；和Recrp隔離物和背板之間的電阻[Ω]。


圖1是評(píng)估在隔離物的高度方向上的總的熱傳導(dǎo)量與面板的前-后溫差ΔT1的關(guān)系的評(píng)估模型的示意圖；圖2是表示圖1中所示的評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果的圖；
圖3是定量確定本發(fā)明的隔離物的溫度分布的熱傳導(dǎo)模型的圖；圖4A和4B表示計(jì)算本發(fā)明的顯示板中的電場(chǎng)的圖像模型；圖5表示通過(guò)簡(jiǎn)化圖4A和4B中所示的模型獲得的坐標(biāo)模型；圖6A、6B1、6B2和6C表示本發(fā)明的隔離物的熱阻模型；圖7A、7B1、7B2、7B3和7C表示在接觸部分中的電阻和熱阻基本為零的情況下的熱阻和電阻的模型；圖8A、8B1、8B2、8B3和8C表示在接觸部分具有熱阻，而電阻基本為零的情況下的熱阻和電阻的模型；圖9A、9B、9C和9D表示說(shuō)明將在本發(fā)明中采用的特定接觸部件的熱阻模型；圖10是表示將在本發(fā)明中采用的接觸部件的材料的物理性質(zhì)范圍的σ-λ圖；圖11是表示將在本發(fā)明中采用的接觸部件的材料的物理性質(zhì)范圍的σ-λ圖；圖12A和12B是表示本發(fā)明中確定隔離物和接觸面的熱傳導(dǎo)率的方法的示意圖；圖13是表示本發(fā)明中確定隔離物敏感度的方法的圖；圖14是表示本發(fā)明的成像設(shè)備的顯示板的示意透視圖；圖15是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電子束位移與溫度的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
圖14示意表示構(gòu)成本發(fā)明的成像設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的顯示板的結(jié)構(gòu)。在圖14中，為了顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，切掉了部分顯示板。在圖14中，表示了電子發(fā)射裝置(device)42，行布線43，列布線44，背板(電子源基板或陰極基板)45，框架部件46，前板(陽(yáng)極基板)47，熒光膜48，金屬背(metal back)(陽(yáng)極電極)49，隔離物50，隔離物的固定部件55。
在本發(fā)明中，構(gòu)成電子源基板的背板45和構(gòu)成陽(yáng)極基板的前板47在其周邊部分被密封接合(seal bonded)在框架部件46上，從而構(gòu)成真空容器。在內(nèi)部保持約10-4Pa真空度的真空容器內(nèi)設(shè)置矩形薄板狀的隔離物50，作為耐大氣壓力的部件，以便防止由大氣壓力或者意外沖擊造成的損害。利用固定部件55，在隔離物50的端部把隔離物50固定在位于圖像顯示區(qū)之外的位置。
背板45裝有N×M單元的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射裝置42，所述N×M單元的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射裝置42由M個(gè)行布線43和N個(gè)列布線44(M和N是正整數(shù))排列成簡(jiǎn)單矩陣。行布線43和列布線44的交叉部分由未示出的層間絕緣層絕緣。本實(shí)施例表示其中表面?zhèn)鲗有碗娮影l(fā)射裝置被排列成簡(jiǎn)單矩陣的構(gòu)型，但是本發(fā)明并不局限于這種構(gòu)型，有利的是還可適用于場(chǎng)發(fā)射(FE)型或MIM型電子發(fā)射裝置，并不局限于所述簡(jiǎn)單矩陣排列。
在圖14中所示的構(gòu)型中，前板47配有熒光膜(phosphor film)48，和在陰極射線管領(lǐng)域中被稱為陽(yáng)極電極的金屬背49。熒光膜48被分成例如紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三原色熒光體，在相應(yīng)顏色的熒光體之間設(shè)置黑色導(dǎo)體(黑色條帶)。但是，熒光體的排列并不局限于條帶的排列，還可以是其它排列，比如delta(三角)排列，取決于電子發(fā)射裝置42的排列。
本發(fā)明中采用的隔離物50平行于構(gòu)成陰極電極的行布線43排列。它與行布線43及構(gòu)成陽(yáng)極電極的金屬背49電連接，其電位由電流場(chǎng)靜態(tài)定義。隔離物可由單一組成的基板(substrate)構(gòu)成，所述基板由導(dǎo)電部件形成，并且在電位方面被限定。最好通過(guò)用電阻低于絕緣基板的電阻的高電阻(resistance)薄膜覆蓋絕緣基板的表面形成所述隔離物，這種高電阻薄膜可被用作限定隔離物的電位的部件。
發(fā)明人如下分析了由于顯示板的前后溫差，產(chǎn)生電子束的入射位置的波動(dòng)的機(jī)理，從而識(shí)別了控制因素。顯示板的前后溫差意味前板和背板之間的溫差。在下面的說(shuō)明中，F(xiàn)P表示前板，RP表示背板，SP表示隔離物。
由于外部和內(nèi)部微擾(perturbation)，在顯示板的前表面和后表面上產(chǎn)生溫度分布。
隔離物與FP和RP接觸以便支承前板和背板。從而，通過(guò)作為熱傳導(dǎo)路徑的隔離物，在FP和RP之間發(fā)生熱傳導(dǎo)，并在高溫一側(cè)的熱源和低溫一側(cè)的熱源之間形成熱分布。
電阻通常具有溫度相關(guān)性。特別地，與低電阻材料相比，隔離物中采用的用于實(shí)現(xiàn)其高電介質(zhì)強(qiáng)度的電介質(zhì)材料和高電阻材料具有較高的電阻溫度相關(guān)性。從而，具有溫度分布的隔離物產(chǎn)生電阻方面的分布。
當(dāng)隔離物的電位由電流場(chǎng)限定時(shí)，隔離物表面的電阻分布產(chǎn)生電場(chǎng)分布，從而隔離物高度方向上的每個(gè)區(qū)域中的電位受到波動(dòng)。
在隔離物附近，由于隔離物和真空之間的介電常數(shù)的差異，電力線在作為界面的隔離物表面發(fā)生偏斜。從而，盡管在界面附近電位是連續(xù)的，但是電位梯度變得不連續(xù)，從而局部使電位分布變形。
從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子被加速，并到達(dá)陽(yáng)極電極，在隔離物附近的電場(chǎng)分布變形的情況下，電子束的軌跡也受影響，從而入射位置偏離所需位置，位移為Δx。
就人類的視覺(jué)特性來(lái)說(shuō)，上述步驟基本同時(shí)發(fā)生。于是難以通過(guò)時(shí)間的延遲來(lái)抑制電子束入射位置的波動(dòng)，在每個(gè)步驟中必須控制波動(dòng)因素的絕對(duì)值中的至少一個(gè)。
為了定性地理解上述關(guān)系，波動(dòng)因素可被如下分解。
(步驟1、2靜態(tài)熱傳導(dǎo)的基本等式)下面將參考圖1-3，用公式表示和解釋?duì)1和ΔT2的關(guān)系，圖1-3中表示的是前板(FP)1、背板(RP)2和隔離物(SP)3。
首先識(shí)別確定隔離物高度方向上的溫差ΔT2的因素。
當(dāng)應(yīng)用于本發(fā)明的成像設(shè)備的隔離物在真空中起作用時(shí)，不必考慮常規(guī)的熱交換。另外不需要考慮部件之間由離子擴(kuò)散引起的不可逆熱傳導(dǎo)機(jī)理。于是，關(guān)于在每個(gè)FP和RP的暴露于真空下的表面和隔離物表面之間的總的輻射熱交換量與前-后溫差ΔT1的相關(guān)性進(jìn)行比較。另外，關(guān)于從FP與隔離物的接觸部分到RP與隔離物的接觸部分的總的熱傳導(dǎo)量與前-后溫差ΔT1的相關(guān)性進(jìn)行比較。圖1表示評(píng)估模型，圖2表示研究結(jié)果。
根據(jù)下述原理計(jì)算圖1中所示的評(píng)估模型*熱輻射遵守普朗克定律和史蒂芬-玻爾茲曼定律，q＝σT4[W/m2]；*每個(gè)部件是灰色體(gray member)，遵守基爾霍夫定律。另外，熱輻射率ρ和吸收率ρ滿足關(guān)系反射率＝1-ρ；*輻射能交換取決于由相互幾何關(guān)系確定的形狀因子Fij(指示下述輻射熱量qi的右手第二項(xiàng)中的級(jí)數(shù)部分。即，表面i從其它表面的熱吸收由乘積另一表面j的輻射×表面i和j之間的形狀因子Fij×表面i的吸收率的總和(積分)表示)；和*平衡表示熱輻射div q＝0對(duì)于下述兩個(gè)評(píng)估參數(shù)進(jìn)行比較熱傳導(dǎo)傳送量q[W]＝K×A×(Tfp-Trp)輻射熱量-吸收熱量q1[W]＝σT4-ρi∑FijqjK有效隔離物部分的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]，其中A在平行于FP和RP的方向上，隔離物的橫截面[m2]TfpFP的絕對(duì)溫度[K]TrpRP的絕對(duì)溫度[K]Fij從表面j到表面i的形狀因子qi表面i的輻射能量[W]。
圖2指出熱傳導(dǎo)決定由顯示板的前后溫差ΔT1產(chǎn)生的隔離物和不同于隔離物的某一部件之間的熱傳送量。另外還指出顯示板高度方向上的溫差ΔT2由這種熱傳導(dǎo)確定。這從下述事實(shí)得出*暴露于真空下的FP和RP的表面由低輻射的金屬材料覆蓋；*隔離物材料具有較高的輻射率，但是相對(duì)于暴露于真空下，并且在隔離物的熱輻射下，構(gòu)成熱交換的對(duì)應(yīng)物的FP或RP的面積來(lái)說(shuō)，隔離物的高度極??；和*自隔離物的視角極小，即由部件i和j之間的幾何關(guān)系確定的形狀因子Fij足夠小。
三個(gè)部件之間通過(guò)它們的接觸部分的熱傳導(dǎo)可由圖3中所示的熱傳導(dǎo)模型和下述一般等式(5)和(6)唯一地描述。隨后根據(jù)圖3中所示的熱傳導(dǎo)模型用公式表示所述熱傳導(dǎo)，以便量化隔離物部分的溫度分布。
三個(gè)部件之間通過(guò)它們的接觸部分的熱傳導(dǎo)可由圖3中所示的熱傳導(dǎo)模型和下述一般等式(5)和(6)唯一地描述。在JSME“Heat TransferHandbook”4thedition，page 5，Chap.1，Item 1，Basic equation forstationary heat conduction for simple flat plate中對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明。在圖3中，6、7和8表示各個(gè)部件。
熱傳導(dǎo)量q[W]＝KA(T1-T2) (5)熱傳導(dǎo)率K[W/m2K]＝1/{(1/h1)+(L/λ)+(1/h2)} (6)其中T1上部部件6的溫度[K]T2下部部件7的溫度[K]K熱傳導(dǎo)率[W/m2K]A中間部件8的橫截面[m2]L熱傳導(dǎo)路徑的長(zhǎng)度[m](中間部件8的高度)h1在上部部件6和中間部件8之間的接觸部分(接觸部分1)處的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]h2在下部部件7和中間部件8之間的接觸部分(接觸部分2)處的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]λ中間部件8的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]。
另外通過(guò)假定ΔT1＝T1-T2上部部件6和下部部件7之間的溫差[K]，和ΔT2中間部件8的高度方向上的溫差[K]，并應(yīng)用熱流連續(xù)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通過(guò)用FP代替上部部件6，用RP代替下部部件7，用隔離物代替中間部件8，ΔT2唯一地由ΔT1限定，如下面的一般公式(7)中所示ΔT2=hλ(1tf+hλ+1tr)×ΔT1---(7)]]>其中ΔT1FP/RP外表面溫差ΔT2隔離物高度方向上的溫差L隔離物的高度[m]h1在FP和隔離物間的接觸部分處的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]h2在RP和隔離物間的接觸部分處的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]λ隔離物的熱傳導(dǎo)率[W/m2K]另外，ΔT1的系數(shù)對(duì)應(yīng)于隔離物的整個(gè)熱傳導(dǎo)路徑中的熱阻分割比。于是，通過(guò)采用隔離物熱阻分割比Ψ0，它由下述一般公式(8)唯一地確定。另外，Ψ0由下述一般公式(2)表示，一般公式(2)由熱阻Rh(熱傳導(dǎo)率的倒數(shù))的組合形成ΔT2＝Ψ0×ΔT1(8)Ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)其中Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]。
(步驟3高電阻材料的電阻與溫度的關(guān)系)下面，將說(shuō)明隔離物高度方向上的電阻分布ΔR的定義。
本發(fā)明中要采用的隔離物具有高電阻的電位限定部件。除了通過(guò)把諸如純金屬材料之類的導(dǎo)電體形成為不連續(xù)薄膜狀態(tài)，在電位限定部件中獲得高電阻的情況之外，除金屬之外的高電阻材料通常具有負(fù)的強(qiáng)溫度相關(guān)性。
通常用作隔離物上的高電阻材料的陶瓷或無(wú)定形(玻璃)材料由無(wú)機(jī)氧化物或無(wú)機(jī)氮化物構(gòu)成，并且具有電子傳導(dǎo)率和空穴傳導(dǎo)率。這種材料通常具有活化(activation)類型的與溫度有關(guān)的電阻R(T)，由下面的一般公式(9)表示1R(T)=1R∞exp(-eEakT)---(9)]]>其中Ea活化能[eV]e單位電荷[C]k玻爾茲曼常數(shù)[J/K]T絕對(duì)溫度[T]R假想的無(wú)窮大溫度下的電阻[Ω]。
在涉及結(jié)構(gòu)變化的例證低溫區(qū)間中或在高溫區(qū)間中，這種高電阻材料遵循另一種傳導(dǎo)機(jī)理。但是，在使用普通顯示的室溫周圍約50℃的溫度區(qū)間中，它通常極其滿意地遵循公式(9)。于是在本發(fā)明中，假定隔離物遵守由一般公式(9)表示的電阻與溫度的關(guān)系。
可如下根據(jù)一般公式(9)確定電阻變化率ΔR/R(T)R(T)=R∞exp(+eEakT)]]>ΔR=ΔRΔT×ΔT≅e(R(T))dT×ΔT]]>=-eEakT2×R∞exp(+eEakT)×ΔT]]>ΔRR(T)=-eEakT2×ΔT]]>于是，在隔離物的高度方向上的給定溫差ΔT2下，隔離物高度方向上的電阻變化率ΔR/R(T)由下述一般公式(10)唯一表示ΔRR(T)=-eEakT2×ΔT---(10)]]>(步驟4)下面參考圖4A-圖5，解釋隔離物的表面電位與電阻變化率的相關(guān)性。圖4A和4B表示計(jì)算顯示板(panel)中的電場(chǎng)，顯示在與RP2相比，F(xiàn)P處于更高溫度下的電位分布的模型。在這些圖中，表示了等電位面11，和電子束軌跡12、12′。電場(chǎng)分布具有下述特征。
即使在隔離物3附近的電位被降低的情況下，當(dāng)離隔離物3的距離增大時(shí)，顯示板內(nèi)的電位分布在空間上也不受隔離物3影響。從而，最后在某一距離x0，電位遵守由陽(yáng)極(圖1中的金屬背49)和陰極(圖14中的行布線43)之間的電位梯度定義的平行并且均勻的電位分布。實(shí)際上，這種影響根據(jù)離隔離物3的距離而連續(xù)變化，等電位面11也連續(xù)地變化。
圖4中所示的模型是目標(biāo)電子發(fā)射裝置的軌跡的線性外插(extrapolation)和這種軌跡附近的電場(chǎng)梯度。在圖4A中，12表示初始的電子束軌跡，而在圖4B中，12′表示在傾斜電場(chǎng)的影響下的實(shí)際軌跡。不受隔離物3影響的點(diǎn)x0被確定為平均值點(diǎn)，在所述平均值點(diǎn)，平衡的均勻電場(chǎng)和傾斜電場(chǎng)相交。一般來(lái)說(shuō)，該點(diǎn)被確定為在隔開大約隔離物3的高度h的兩倍距離的區(qū)域中，與平衡的均勻電場(chǎng)的平均值交點(diǎn)。圖5表示了從圖4中所示的模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化而來(lái)的坐標(biāo)模型。
由電流場(chǎng)限定的隔離物3上的電位受到電阻分割。當(dāng)已知隔離物端部的電阻比時(shí)，隔離物3上的電位由下面的一般公式(11)表示∂V(0,y)∂y=Ey(0,y)=jρ∝ρ∝R---(11)]]>對(duì)于Ey(x，y)的電場(chǎng)強(qiáng)度，隔離物高度方向上的兩端的電場(chǎng)的邊界條件提供Ey(0,h)Ey(0,0)=R(h)R(0)=R+ΔRR=1+ΔRR]]>另外，隔離物3上的電場(chǎng)分布(電阻、溫度的函數(shù))可被假定為在高度方向上是線性的，即Ey(0，y)＝Ey(0，0)+ay。
當(dāng)電場(chǎng)的邊界條件滿足一般公式(11)時(shí)，獲得a=+Ey(0,0)hΔRR]]>∴Ey(0,y)=Ey(0,0)(1+ΔRRyh)]]>此外，根據(jù)隔離物上端和下端的表面電位的邊界條件，下述關(guān)系成立Va=∫0hEy(0,y)dy]]>
∴Ey(0,0)=Vah11+ΔR2R]]>隔離物3表面上陰極一側(cè)(RP2)的端部的y方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度可由下述一般公式(12)描述Ey(0,y)=Vah1+ΔRRyh1+ΔR2R---(12)]]>于是，借助電阻變化率ΔR/R，可用下述一般公式(13)描述隔離物3高度方向上的電位分布V(0,y)∫0yEy(0,y)dy=Vah(11+12ΔRRy+12ΔRR1+12ΔRRy2h)---(13)]]>(步驟5，6)下面參考圖4A-5說(shuō)明隔離物3附近的電位波動(dòng)ΔV2和隔離物附近電子束入射位置的位移Δx。
圖4Δ表示顯示板不具有前-后溫差，并且在隔離物3附近的空間中，電位分布未被變形的理想狀態(tài)。另外，圖4B表示顯示板具有前-后溫差，并且在接近隔離物3的空間中，電位分布由隔離物3變形，從而電子束軌跡從12變到12′，并且電子束的入射位置被偏移Δx的狀態(tài)。
計(jì)算條件如下陽(yáng)極上的電子束的入射位置的位移(displacement)Δx[m]陽(yáng)極-陰極電壓Va[V]隔離物高度h[m]隔離物表面上電位分布的影響范圍0＜x＜x0[m]電子質(zhì)量m[kg]下面，將表示在接近隔離物3的空間中，由隔離物3引起的電位變形的水平。α是隔離物的電場(chǎng)的影響系數(shù)，并且是通過(guò)用隔離物電場(chǎng)的影響范圍x0使隔離物的高度h歸一化來(lái)定義的無(wú)量綱參數(shù)。
隔離物電場(chǎng)影響系數(shù)γh＝γx0
在這些條件下，在圖5中所示的坐標(biāo)模型中，周圍區(qū)域中的電位的邊界條件被表示成如下所示V(0,y)=Vah(11+12ΔRRy+12ΔRR1+12ΔRRy2h)]]>V(x0，y)＝(Va/h)×yV(x，0)＝0V(x，h)＝Va這種邊界條件下的電場(chǎng)被線性插值，從而獲得這種電場(chǎng)分布中的電子軌跡。隔離物3附近的來(lái)自電子發(fā)射裝置的電子束軌跡遵守基于電子位置[x，y]，時(shí)間t和電子質(zhì)量m的下述運(yùn)動(dòng)等式mx··y··=eExEy=eV(0,y)-V(x0,y)x0V(x,h)-V(x,0)h,(t≥0)]]>(x·,y·)=(0,0),(t=0)]]>它得到下述代數(shù)解Δx=1101-12ΔRR1+12ΔRRh2x0]]>隨后用隔離物電場(chǎng)影響系數(shù)h＝αx0來(lái)修改該代數(shù)解，從而得到下述一般公式(14)Δx=-v1012ΔRR1+12ΔRRh]]>另外，在電阻變化率ΔR/R不是很大的情況下，它可由下述一般公式(15)表示Δx=-v20ΔRRh(Θ1>>12ΔRR)---(15)]]>通過(guò)用一般公式(16)給出的參數(shù)Ψ2替換隔離物電場(chǎng)影響系數(shù)αΨ2＝α/20(16)得到下述一般公式(17)Δx＝-Ψ2×(ΔR/R)×h (17)
其中Ψ2是用作隔離物敏感度的無(wú)量綱參數(shù)。
從而，在具有電阻變化率ΔR/R的隔離物附近的電子束的入射位置的位移Δx被識(shí)別為正比于隔離物敏感度Ψ2和電阻變化率ΔR/R。
另外，通過(guò)利用上述一般公式(8)、(10)和(17)，在存在顯示板的前-后溫差ΔT的情況下，在隔離物附近的電子束的入射位置的位移Δx可由下述一般公式(18)給出Δx=Ψ0×Ψ2(eEakT2h)ΔT1---(18)]]>以距離為單位表示的一般公式(18)可由電子發(fā)射裝置的裝置間距歸一化為下述一般公式(19)，以便評(píng)估顯示特性ΔxPy=Ψ0×Ψ2(-TCRhPy)ΔT1=Ψ0×Ψ2(eEakT2hPy)ΔT1---(19)]]>裝置間距Py[m]是在垂直于隔離物表面，平行于FP和RP的法線的方向上，電子發(fā)射裝置的間距。
作為本發(fā)明人進(jìn)行的研究的結(jié)果，如前所述，發(fā)現(xiàn)為了抑制由顯示板的前-后溫差引起的在隔離物附近的電子束的入射位置的波動(dòng)Δx，根據(jù)一般公式(19)應(yīng)控制下述值Ψ0×Ψ2(eEakT2hPy)]]>下面將說(shuō)明抑制在一般公式(19)中表示的在隔離物附近的電子束的入射位置的波動(dòng)的具體方法(a)降低(reduce)h/Py(b)降低eEa/kT2(c)降低1/KT2(d)降低Ψ0，具體地說(shuō)降低到0.5或更小(第二發(fā)明)(e)降低Ψ2，具體地說(shuō)降低到0.25或更小(f)降低Ψ0×Ψ2，具體地說(shuō)降低到0.05或更小(第一發(fā)明)。
這些方法(a)-(e)可被組合，以便提供進(jìn)一步增大的效果。
下面，將詳細(xì)說(shuō)明每種方法。
(a)降低h/Py對(duì)于顯示器的給定像素間距Py[m]來(lái)說(shuō)，它意味著抑制隔離物的高度。Py唯一地由顯示器的尺寸和分辨率(像素?cái)?shù)目)確定，通常約為0.3～0.6×10-3m。在這種條件下，一般選擇的h的下限由亮度特性，耐壓(pressure resistant)特性和真空特性確定，隔離物高度被選擇成約為0.5～2×10-3m。于是，h/Py取值約為2～5，最好為2.5或更小。
(b)降低eEa這種方法是降低電阻的活化能Ea[eV]，電阻的活化能Ea[eV]是隔離物的電位限定因素之一。就材料選擇來(lái)說(shuō)，金屬材料或者帶隙較小的材料，即在室溫下具有低體積電阻率的材料傾向于表現(xiàn)出低的Ea。利用室溫下的薄層電阻(sheet resistance)Rs和厚度t，室溫下的體積電阻率(volumic resistivity)可被表示成Rs×t。薄層電阻Rs和厚度t將在下述下限范圍內(nèi)選擇。
薄層電阻Rs的下限主要由隔離物的電力消耗限定。考慮到電力消耗，對(duì)于10kV的陽(yáng)極電壓(Va)來(lái)說(shuō)，薄層電阻的下限通常約為1×1010Ω/sq。
在隔離物由單一基板構(gòu)成的情況下，厚度t的下限由強(qiáng)度限定，約為50微米。另一方面，在通過(guò)用較低電阻的高電阻薄膜涂敷絕緣基板的表面形成隔離物，并且這種高電阻薄膜構(gòu)成電位限定元件的情況下，考慮到電子穿透長(zhǎng)度和電阻的均勻性，限定高電阻薄膜的厚度的下限，最好約為100納米。考慮到上述因素，優(yōu)選用較低電阻的高電阻薄膜涂敷絕緣基板的表面的結(jié)構(gòu)，以便滿足對(duì)電力消耗和發(fā)熱的要求。這種結(jié)構(gòu)允許把體積電阻率設(shè)定在較低的水平，并選擇低帶隙的材料，從而有利地降低活化能。更好的是，電阻的活化能為0.35eV或更小，最好為0.25eV或更小。
(c)降低1/kT2這對(duì)應(yīng)于隔離物的工作溫度的增大?？上氲降氖墙档透綦x物自身的薄層電阻，從而增大焦耳熱，并限制對(duì)FP和RP的熱傳導(dǎo)。具體的方法類似于下面將解釋的Ψ0的抑制。
(d)降低Ψ0Ψ0最好為0.5或更小?，F(xiàn)在參考圖6A-6C，7A-7C和8A-8C說(shuō)明控制隔離物熱阻分割比Ψ0的方法，其中21和22表示隔離物3與FP 1和RP 2的接觸部分。在Ψ0大于0.5的情況下，隔離物中的溫差接近于顯示板中的溫差。這種情況下，電子束位置的控制變得不穩(wěn)定，隔離物的局部工作溫度傾向于出現(xiàn)波動(dòng)。還導(dǎo)致抑制充電方面的弛豫(relaxation)時(shí)間常數(shù)的增大，以及電力消耗的增大。
圖6A-6C中表示了隔離物的熱阻模型，其中圖6B1表示模型結(jié)構(gòu)，圖6B2表示熱阻，圖6A和6C分別表示在外部熱源或內(nèi)部熱源控制的情況下的溫度梯度曲線(profile)。
涉及隔離物3和接觸部分21、22的熱阻被識(shí)別為產(chǎn)生隔離物高度方向上的溫差的控制性熱源。熱源存在于顯示板內(nèi)部和外部，不過(guò)在多數(shù)情況下，這兩種熱源都被加入。顯示板之外的熱源包括顯示板和外殼之間的驅(qū)動(dòng)器電路，來(lái)自外殼外部的熱輻射、熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)。另外，顯示板之內(nèi)的熱源包括隔離物的焦耳熱，熒光體的電力損失，和陰極的焦耳熱。在這些熱源中，通過(guò)引進(jìn)風(fēng)扇或散熱器，可使由外部因素產(chǎn)生的真空容器和外殼的熱量變均勻。顯示板之內(nèi)的熱源被識(shí)別為控制性熱源。特別地，因電力損耗由熒光膜產(chǎn)生的發(fā)熱和因電力損耗由陰極產(chǎn)生的發(fā)熱被識(shí)別成控制性的。當(dāng)在FP和RP的真空一側(cè)存在發(fā)熱的地點(diǎn)時(shí)，對(duì)于隔離物中的溫差來(lái)說(shuō)，幾乎不需要考慮FP和RP的熱阻。于是，控制ψ0所需的熱阻產(chǎn)生部件是陰極和陽(yáng)極之間的部件。
圖7A-7C表示在陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置具有用于在接觸部分21、22中電接觸的金屬部件的隔離物3，或者在接觸部分中具有足夠接觸面積的隔離物的情況下的熱阻模型和電阻模型。例如在美國(guó)專利No.5614781和5742117中公開了這種結(jié)構(gòu)的隔離物。
圖7A表示溫度梯度曲線；圖7C表示電位梯度曲線；圖7B1表示模型結(jié)構(gòu)；圖7B2表示在接觸部分21、22的熱阻基本為零的情況下的熱阻；圖7B3表示在接觸部分21、22的電阻基本為零的情況下的電阻。
如這些圖中所示，當(dāng)接觸部分21、22中，熱阻和電阻基本為零時(shí)，隔離物決定陽(yáng)極和陰極之間的熱阻，從而Ψ0變?yōu)榛鍨?。另外，由下述一般公式(4)表示的隔離物的電阻分割比E變?yōu)榛緸?，從而簡(jiǎn)化了隔離物中的電位分布E＝Resp/(Recfp+Resp+Recrp) (4)其中Recfp隔離物和FP(接觸部分21)之間的電阻[Ω]；Resp隔離物的電阻[Ω]；Recrp隔離物和RP(接觸部分22)之間的電阻[Ω]。
另一方面，圖8A-8C表示了在接觸部分21、22具有熱阻和基本為零的電阻的情況下的熱阻模型和電阻模型。
圖8A表示溫度梯度曲線；圖8C表示電位梯度曲線；圖8B1表示模型結(jié)構(gòu)；圖8B2表示熱阻；圖8B3表示電阻。
圖8A-8C中所示的結(jié)構(gòu)允許同時(shí)定義接觸部分21、22的電位，同時(shí)抑制Ψ0。更具體地說(shuō)，可提供產(chǎn)生熱阻，但是具有可忽略的較小電阻的接觸部分21、22。換句話說(shuō)，由一般公式(4)表示的隔離物電阻分割比E和由一般公式(2)表示的隔離物熱阻分割比Ψ0需要滿足關(guān)系0＜Ψ0＜E＜1。滿足這種關(guān)系的成像設(shè)備構(gòu)成本發(fā)明的第三方面。
在構(gòu)成具有接觸部分21、22(接觸部分21、22具有低電阻和高熱阻)的成像設(shè)備的情況下，最好在接觸部分21、22中設(shè)置一個(gè)接觸部件。這種情況下，最好采用例如用在珀耳帖部件中的熱電轉(zhuǎn)換材料。這種熱電轉(zhuǎn)換材料被要求具有低電阻和高熱阻，于是適合于用作接觸部件。
另外在本發(fā)明中，為了增大接觸部分21、22的熱阻，最好抑制接觸部分21、22的面積。于是最好在隔離物3和FP1及RP2之間的接觸部分21、22中設(shè)置接觸部件，并抑制這種接觸部件的橫截面。更具體地說(shuō)，對(duì)于與FP和RP平行的方向上，接觸部件和隔離物3的橫截面Scr和Ssp來(lái)說(shuō)，最好采用0.05或更小的接觸比(Scr/Ssp)。
在接觸部分21、22中存在接觸部件的情況下，這種接觸部件形成的電位最好被這樣選擇，以便不影響接近隔離物3的空間中的所需電位分布。為此，要求接觸部件的高度不阻礙隔離物3高度方向上的線性電位梯度分布，這限定了接觸部件的高度的上限。另外，熱傳導(dǎo)路徑要求足夠的長(zhǎng)度，以便向接觸部件提供足夠的熱阻，這限定了接觸部件的高度(厚度)的下限。更具體地說(shuō)，接觸部件的高度最好為隔離物高度的1％或更小，厚度約為1-20微米。
下面參考圖9A-9D說(shuō)明將在上述條件下采用的接觸部件的尺寸和材料常數(shù)，其中圖9A表示這種模型的橫截面圖(從隔離物3的厚度方向(圖14中的Y方向)看)；圖9B表示側(cè)視圖(圖14中的X方向)；圖9C表示熱阻；圖9D表示溫度曲線圖。
隔離物熱阻分割比ψ0與位于FP和RP一側(cè)的接觸部件的熱傳導(dǎo)率εC[W/mK]，隔離物3的熱傳導(dǎo)率ε[W/mK]，接觸部件的高度h1、h2[m]，和隔離物3的高度h[m]的所需關(guān)系由下述一般公式(20)給出1(Scr/Ssp)×(h1+h2)λc+hλ≥1Ψ0×hλ---(20)]]>另外，通過(guò)利用隔離物3的電阻分割比E，接觸部件21、22的電位降并不干擾隔離物3的側(cè)面上的線性電位梯度的條件可被如下描述1(Scr/Ssp)t×(h1+h2)σc+Rsph2≤1ERsph2---(21)]]>其中t與隔離物的厚度[m]相符，σc表示接觸部件的電傳導(dǎo)率[S/m]；Rsp是隔離物的薄層電阻[Ω/sq]。
例如，在采用熱傳導(dǎo)率ε＝0.9[W/mK]的絕緣玻璃材料(例如AsahiGlass Co.生產(chǎn)的PD200)作為隔離物，同時(shí)接觸比(Scr/Ssp)為0.01，接觸部件的高度h1+h2為20×10-6[m]，隔離物高度h＝1.6×10-3[m]的情況下，確定假想的設(shè)計(jì)值。這種情況下，對(duì)于0.5或0.1的隔離物熱阻分割比Ψ0來(lái)說(shuō)，接觸部件的熱傳導(dǎo)率的上限分別為1.4或0.15[W/mK]。另外為了實(shí)現(xiàn)接觸部分中的電傳導(dǎo)率，接觸部件的電傳導(dǎo)率εc的下限為6×10-5[S/m]。圖10表示σ-λ圖，它表示實(shí)現(xiàn)這些條件的材料的物理性質(zhì)范圍。
另外，除了接觸比(Scr/Ssp)被選為0.001之外，在和上面相同的配置下確定假想的設(shè)計(jì)值。這種情況下，對(duì)于0.5或0.1的隔離物熱阻分割比ψ0來(lái)說(shuō)，接觸部件的熱傳導(dǎo)率的上限分別為14或1.5[W/mK]。另外為了實(shí)現(xiàn)接觸部分中的電傳導(dǎo)率，接觸部件的電傳導(dǎo)率εc的下限為6×10-4[S/m]。圖11表示σ-λ圖，它表示實(shí)現(xiàn)這些條件的材料的物理性質(zhì)范圍。
在圖10和11中，屬于右下側(cè)區(qū)域的材料可用作本發(fā)明中的接觸部件。還可看出金屬集中在從實(shí)線與Ψ0＝0.5的線條的交點(diǎn)開始的右上部分中的實(shí)線上。在這些金屬中，Mn和不銹鋼(SUS 330)具有足以限定隔離物上的電位的相對(duì)較低的熱傳導(dǎo)率和較的電導(dǎo)率σ。這些金屬完全可用在本發(fā)明中，比如屬于σ-λ圖的優(yōu)選的右下側(cè)區(qū)域的材料。
在本發(fā)明中，如前所述，在珀耳帖裝置或發(fā)電設(shè)備中采用的熱電轉(zhuǎn)換材料最好被用在接觸部分中。具體例子包括層狀(laminar)的鈷的氧化物，例如Na1.2Co2-xCuxO4，NaCl2O4和Ca1.95La0.05Co2-xAlxO5。由于它們特定的電特性和熱特性，這種層狀的鈷的氧化物被稱為“具有強(qiáng)的電子相關(guān)效應(yīng)的氧化物”。另外，也可有利地采用含Te合金，比如AgPbBiTe3，Bi2Te3，PbTe或Sb2Te3，對(duì)于這樣的熱電轉(zhuǎn)換材料，發(fā)電中使用的塞貝克系數(shù)可被用作指標(biāo)。在本發(fā)明中，優(yōu)選塞貝克系數(shù)為3或更大的材料?？煽紤]到熱電轉(zhuǎn)換效率所必需的物理性質(zhì)，最好考慮到熱阻和圖形化(patterning)的簡(jiǎn)易，選擇這樣的熱電轉(zhuǎn)換材料。另外，確保接觸部分中的熱阻的方法對(duì)于確保(c)中隔離物的工作溫度也是有效的。
(e)降低隔離物敏感度Ψ2在本發(fā)明中，隔離物敏感度Ψ2優(yōu)選是0.25或更小的正值，最好是0.15或更小的正值。超過(guò)0.25的隔離物敏感度Ψ2增大接近隔離物的空間中的電位變化，從而降低電子束位置的可控性。另外，由于由在陰極一側(cè)的隔離物的電位限定部分的高度不同于陰極高度而產(chǎn)生的等位面的扭曲，導(dǎo)致電子束位置的位移增大的缺陷。通過(guò)降低隔離物的介電常數(shù)εsp[F/m]和附近空間，即真空中的介電常數(shù)εspace[F/m]之間的介電比(比介電常數(shù))，優(yōu)選降低到40或更小，能夠獲得隔離物敏感度Ψ2。
電流場(chǎng)對(duì)隔離物高度方向上電位的限定可被分成向介電基板提供電導(dǎo)率的體(bulk)電位限定類型，和向絕緣基板提供高阻薄膜的皮膚(skin)電位限定類型。既不是完全絕緣體，又不具有完全的金屬導(dǎo)電性的隔離物既表現(xiàn)出介電性，又表現(xiàn)出導(dǎo)電性。皮膚電位限定類型是有利的，因?yàn)橄薅〞r(shí)間常數(shù)，確定蠕變(creepage)表面中電位的瞬時(shí)響應(yīng)的因素功能上被分隔開。更具體地說(shuō)，高電阻薄膜用作限定時(shí)間常數(shù)的電阻部件，絕緣基板的介電常數(shù)和在電場(chǎng)范圍內(nèi)的周圍空間的介電常數(shù)用作限定時(shí)間常數(shù)的靜電電容部件。于是，即使高電阻薄膜被給予導(dǎo)電性，也可較低地選擇整個(gè)隔離物中的介電常數(shù)。
更具體地說(shuō)，就Asahi Glass Co.生產(chǎn)的PD200來(lái)說(shuō)，用作絕緣基板的高畸變點(diǎn)玻璃具有約7.9的比介電常數(shù)，就Corning Glass Co.生產(chǎn)的硼硅酸鹽玻璃#7059來(lái)說(shuō)，具有約5.8的比介電常數(shù)(兩者都是在室溫下)。通過(guò)把絕緣基板上的高電阻薄膜的厚度選為約幾微米或更小，絕緣基板的比介電常數(shù)變成隔離物的比介電常數(shù)。
另一方面，體電位限定類型的隔離物具有100或更高的等同比介電常數(shù)，如USP No.6002198中所述，不利于抑制隔離物敏感度Ψ2。在本發(fā)明中，體電位限定類型的隔離物優(yōu)選具有40或更小的等同比介電常數(shù)，最好具有10或更小的等同比介電常數(shù)。
另外，皮膚電位限定類型的隔離物具有40或更小的絕緣基板的比介電常數(shù)，更優(yōu)選的是具有10或更小的絕緣基板的比介電常數(shù)，最好具有6或更小的絕緣基板的比介電常數(shù)。另一方面，高電阻薄膜具有60或更小的比介電常數(shù)，最好具有30或更小的比介電常數(shù)。每個(gè)部件的比介電常數(shù)的下限為1。
(f)降低Ψ0×Ψ2Ψ0×Ψ2最好為0.05或更小。不超過(guò)0.05的Ψ0×Ψ2的值允許抑制隔離物的熱阻設(shè)計(jì)和介電設(shè)計(jì)兩方面的敏感度。從而，即使在顯示板中存在前-后溫差的情況下，也能夠降低電子束位置的位移，從而能夠提供高質(zhì)量的場(chǎng)加速顯示。
下面，將說(shuō)明本發(fā)明中的確定參數(shù)的方法。
測(cè)量顯示板的前-后溫差ΔT，和由ΔT引起的隔離物附近的電子束的入射位置的位移Δx，以確定隔離物中的電位限定部件的電阻的活化能Ea，以及隔離物的工作溫度，并且測(cè)量隔離物的高度。把獲得的值代入一般公式(1)，從而獲得Ψ0×Ψ2。通過(guò)電流/電壓與溫度的關(guān)系的阿列紐斯標(biāo)圖(plotting)獲得活化能，并且根據(jù)這種標(biāo)圖的梯度確定活化能。利用相對(duì)于指示絕對(duì)溫度的倒數(shù)的線性橫坐標(biāo)的代表電流/電壓的對(duì)數(shù)縱坐標(biāo)完成所述標(biāo)圖。
方法1通過(guò)在顯示板的兩個(gè)外表面上利用加熱器，珀耳帖裝置等，確定陽(yáng)極和陰極之間的溫差ΔT1。利用紅外輻射溫度計(jì)從側(cè)面測(cè)量隔離物高度方向上的熱分布，以便確定接觸部分中隔離物的溫度，從而獲得ΔT2。根據(jù)這樣獲得的ΔT2/ΔT1確定Ψ0。
方法2可借助兩點(diǎn)溫度測(cè)量和通過(guò)外插，確定隔離物高度方向上的溫差ΔT2。兩點(diǎn)溫度測(cè)量是一種借助高度方向上對(duì)準(zhǔn)的任意兩點(diǎn)的外插，確定接觸部分中的不連續(xù)溫差的和的方法。圖12A和12B中表示了具體的測(cè)量方法，其中表示了基板31、32、38，平面加熱器33，水冷散熱器34、35，和熱電偶36a、36b、37a、37b、39a、39b。
圖12A表示確定隔離物的熱傳導(dǎo)率ε，以便確定隔離物的熱阻Rhsp[m2K/W]的方法?？刹捎妙愃频姆椒▉?lái)確定隔離物與RP之間的熱阻Rhcrp[m2K/W]，和隔離物與FP之間的熱阻Rhcfp[m2K/W]。
在確定體熱傳導(dǎo)率的情況下，對(duì)象的形狀和尺寸可被轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的那些形狀和尺寸。例如，可選擇使得易于安裝熱電偶和加熱器的形狀。在圖12A中，熱電偶36a、36b、37a和37b被這樣引入，以便測(cè)量在構(gòu)成對(duì)象的基板31、32中的熱傳導(dǎo)路徑的中心附近的兩個(gè)位置中的熱傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度，在基板32和32之間夾入一個(gè)耗熱量已知的平面加熱器33?；?1和32可具有彼此不同的厚度?；?1和32的上下表面由水冷散熱器34、35(或者珀耳帖部件)夾在中間。另外，周邊用絕熱材料封閉，以便除了熱傳導(dǎo)路徑之外，獲得零熱交換平衡。
確定熱傳導(dǎo)率時(shí)，中央的平面加熱器被通電，以便獲得恒定的發(fā)熱量Q(＝VI)[W]。另外，向散熱器34、35供給的水的量和溫度被這樣調(diào)節(jié)，以使基板的上下外表面隨后具有恒定的溫度。隨后測(cè)量四個(gè)熱電偶中的溫度，并和相鄰熱電偶的距離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的熱傳導(dǎo)路徑的方向上的橫截面[m2]λ=L2×L3L3(T2-T1)+L2(T3-T4)×QS---(22)]]>這樣獲得的值ε被用于使實(shí)際結(jié)構(gòu)中的熱傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度(例如隔離物高度h)歸一化，以便確定該部件的熱阻Rh[m2K/W]。另外，獲得的Rh的倒數(shù)1/Rh是熱傳導(dǎo)率t[W/m2K]。
現(xiàn)在參考圖12B，說(shuō)明接觸面的確定方法，其中表示了部件38和熱電偶39a、39b。
如圖12A中所示，假想部件接觸在RP(或FP)與隔離物之間，如同在接觸部分中一樣。另外還準(zhǔn)備了表面上具有金屬背，黑色基質(zhì)或者RP上的布線的基板，用和當(dāng)把隔離物安裝到真空容器中時(shí)的壓力類似的平面壓力把所述基板擠壓向假想部件。
通過(guò)在兩個(gè)位置對(duì)基板31、32、38提供熱電偶36a、36b、37a、37b、39a和39b，如圖12A中那樣進(jìn)行測(cè)量。由于基板31、32的熱傳導(dǎo)率ε已知，因此可確定一側(cè)由加熱器33供給的熱量Q[W/m2]。另外根據(jù)熱電偶37a到37b和39a到39b的距離L3、L4和溫差T3-T4及T5-T6，通過(guò)外插能夠確定考慮的部件32、38的接觸面的溫度TS1、TS2[K]。從而獲得的Q2[W/m2]和TS1、TS2[K]被用在下述一般公式(23)中，確定接觸面的熱阻Rh[m2K/W]。Rh的倒數(shù)是熱傳導(dǎo)率t[W/m2K]Rh＝1/t＝(TS1-TS2)/Q2(23)方法3在由于難以再現(xiàn)與大氣壓力對(duì)應(yīng)的接觸狀態(tài)或者由于另一限制，Ψ0的測(cè)量困難的情況下，可通過(guò)確定Ψ2和Ψ0×Ψ2，來(lái)確定Ψ0。
測(cè)量與隔離物附近的電子發(fā)射裝置中的Ψ0×Ψ2相關(guān)的溫度敏感度的距離敏感度，確定其影響的衰減距離x。另外，確定隔離物到與其接近的空間的電場(chǎng)影響距離x0[m]。根據(jù)這些值，為每個(gè)裝置確定α，并確定Ψ2。圖13中表示了這種方法進(jìn)行的確定的一個(gè)例子。
在圖13中，縱坐標(biāo)表示與Ψ0×Ψ2相關(guān)的敏感度[line/K]，橫坐標(biāo)表示任意裝置與隔離物表面之間的距離。由于一般地指數(shù)距離相關(guān)性的緣故，獲得關(guān)系f(x)＝a×exp(-x/xr)，其中a和xr是通過(guò)在模型函數(shù)中利用最小二乘法確定的常數(shù)。這樣確定的xr對(duì)應(yīng)于上面提及的衰減距離x。在考慮的裝置(通常是具有更高靈敏率的最接近裝置)和隔離物之間的距離x1下，滿足上面確定的函數(shù)f(x)的一階微分等式f′(x1)的值x提供電場(chǎng)影響距離x0。最后，利用隔離物的高度h，根據(jù)下面的一般公式(3)確定Ψ2。
還可利用下述方法確定上面提及的敏感度。
通過(guò)用(eEah/kT2Py)/ΔT使通過(guò)用顯示器的像素間距歸一化隔離物的電子束位置Δx而獲得的值歸一化，可確定上面提及的敏感度，(eEah/kT2Py)/ΔT是根據(jù)一般公式(1)中除Ψ0×Ψ2之外的一個(gè)已知項(xiàng)而獲得的值。
Ψ2＝γ/20＝h/20x0[隔離物電阻分割比E]通過(guò)借助普通的I-V測(cè)量，測(cè)量部件之間的接觸電阻，獲得隔離物電阻分割比。
(例1)顯示設(shè)備類似于圖14中所示的顯示設(shè)備，于是不再贅述。采用AsahiGlass Co.生產(chǎn)的PD200作為隔離物的絕緣基板，其厚度t＝200微米，高度h＝1600微米，長(zhǎng)度為900毫米。在加熱條件下，從經(jīng)受凸起處理和/或凹陷處理的母玻璃拉拔這樣的基板，于是這種基板在其表面上具有凸起區(qū)和凹陷區(qū)。在這種絕緣基板上，通過(guò)濺射形成限定電位的高電阻薄膜，通過(guò)利用W(鎢)和Ge(鍺)的燒結(jié)件作為濺射源，并引入惰性氣體Ar和N2，進(jìn)行所述濺射。在室溫下，在側(cè)面和與陽(yáng)極或陰極的接觸面上，隔離物的薄層電阻分別為2.5×1012Ω/sq和2×1012Ω/sq。另外，隔離物的側(cè)面上的電阻的活化能Ea被測(cè)得為0.35eV。這種隔離物被相互面對(duì)側(cè)面地捆綁在一起。另外，在FP的端部的部分區(qū)域上，燒結(jié)由NaCo2O4構(gòu)成的氧化物膏劑，以便形成高度11微米的陶瓷材料的FP一側(cè)的接觸部分。FP一側(cè)的接觸部分被這樣形成，使得所述接觸部分具有相對(duì)于隔離物端部面積的0.01的面積比。另外通過(guò)絲網(wǎng)印刷，在RP上的Ag行布線(掃描線)上，用上述陶瓷材料形成在陰極一側(cè)的接觸部件，它具有相同的接觸比和高度。在FP一側(cè)和在RP一側(cè)，在與前板和背板平行的方向上，接觸部件和隔離物的橫截面Scr和Ssp的接觸比Scr/Ssp均為0.01。
采用陰極射線管中通常采用的R、G和B色的P22熒光體作為FP的發(fā)光部件。已證實(shí)當(dāng)10KeV的電子穿過(guò)厚度100納米的Al金屬背薄膜時(shí)，該熒光體具有2％的有效發(fā)光效率。
另外還證實(shí)電子發(fā)射裝置具有3％的發(fā)射效率。通過(guò)用該裝置的發(fā)射電流和驅(qū)動(dòng)電流的和使發(fā)射電流歸一化，獲得電子發(fā)射裝置的發(fā)射效率。當(dāng)在施加10kV的陽(yáng)極電壓的情況下驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射裝置，以便顯示自然移動(dòng)的圖像時(shí)，顯示板具有50℃的平均工作溫度ΔT。電子束的入射位置的位移Δx由CCD照相機(jī)測(cè)量，并根據(jù)與顯示板的前-后溫差ΔT1的關(guān)系確定梯度，如圖15中所示。借助最小二乘法，所獲得的特性曲線提供7.9×10-4[1/℃]的一階相關(guān)系數(shù)。另外，根據(jù)隔離物的高度h，活化能Ea和平均工作溫度T，Ψ0×Ψ2被確定為0.008。在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
在部件的熱傳導(dǎo)率的測(cè)量中，陰極的熱阻Rhcrp，隔離物的熱阻Rhsp和陽(yáng)極的熱阻Rhcfp分別為4.5×10-5，6.9×10-5和4.0×10-5[m2K/W]。另外Ψ0為0.45。
例1中采用的顯示器具有615微米的電子發(fā)射裝置的間距Py(在與顯示器中的隔離物的最大暴露面垂直的方向上，電子發(fā)射裝置的間距)。
另外，在約50℃的工作溫度下，測(cè)量隔離物和接觸部件的每個(gè)接觸部分上的電阻。從而，在隔離物中，電阻為1.1×1012[Ω]，在FP一側(cè)的接觸部件中，電阻為1.3×107[Ω]，在RP一側(cè)的接觸部件中，電阻為1.2×107[Ω]，從而確認(rèn)電阻分割率E＝1(0.99997)。
(例2)
除了接觸部件被改變?yōu)橛蒀a1.95La0.05Co2-xAlxO5構(gòu)成的氧化物膏劑之外，在和例1相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.008或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例3)除了只在FP一側(cè)布置接觸部件，同時(shí)在RP一側(cè)，隔離物和Ag布線之間的接觸率為0.8之外，在和例2相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.015或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例4)除了接觸部件由Mn金屬構(gòu)成，并且借助光學(xué)圖形化和剝離工藝以0.001接觸比設(shè)置接觸部件之外，在和例1相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.020或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例5)除了隔離物的絕緣基板被改成Corning Glass Co.生產(chǎn)的硼硅酸鹽玻璃#7059之外，在和例1相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.008或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例6)厚度13微米的Ag箔和厚度13微米的Al箔被分別轉(zhuǎn)移到接觸率為0.001或更小的陰極布線和金屬背上，并且利用剝離(lift-off)工藝被圖形化。另外，隔離物的絕緣基板被改成Corning Glass Co.生產(chǎn)的硼硅酸鹽玻璃#7059。在其它方面和例1相同的條件下，安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.04或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例7)除了高電阻薄膜被改成室溫下，活化能為0.20eV，側(cè)面的薄層電阻為2.6×1012[Ω]/sq的PtAlN薄膜之外，在和例1相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.007或更小，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
(例8)除了絕緣基板由鈉鈣玻璃形成，并通過(guò)濺射形成厚度10微米的連續(xù)SiO2薄膜作為高電阻WGeN薄膜下的底層之外，在和例1相同的條件下安裝隔離物，并評(píng)估電子束位移。從而，Ψ0×Ψ2為0.04，在視覺(jué)上，在圖像中觀察不到由該溫度分布引起的電子束位移。
本發(fā)明允許令人滿意地抑制由顯示板的前-后溫差引起的電子束入射位置的波動(dòng)，并提供能夠?qū)崿F(xiàn)不受這種溫差影響的高質(zhì)量顯示的成像設(shè)備。另外，在本發(fā)明中，由于在隔離物之外提供用于抑制電子束入射位置的波動(dòng)的控制參數(shù)，因此可把這種功能與隔離物所需的功能分隔開，從而簡(jiǎn)化隔離物設(shè)計(jì)。于是，能夠更廉價(jià)地提供高可靠性的成像設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板；與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板；設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件；和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中下述一般等式(1)中的ψ0×ψ2具有不超過(guò)0.05的正值ΔxPy=Ψ0×Ψ2(eEakT2hPy)ΔT1---(1)]]>其中Δx在隔離物附近，電子束的入射位置的位移[m]；Py在垂直于隔離物表面的方向上，電子發(fā)射裝置的間距[m]；e單位電荷[C]；Ea隔離物的電阻的活化能[eV]；h隔離物的高度[m]；k玻爾茲曼常數(shù)[J/K]；T前板和背板的平均外表面溫度[K]；ψ0由下述一般等式(2)表示的隔離物的熱阻分割比ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]；ψ2由下述一般等式(3)表示的隔離物敏感度ψ2＝γ/20 (3)γ由h/x0表示的隔離物場(chǎng)影響系數(shù)；x0隔離物電場(chǎng)的影響距離[m]。
2.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中隔離物熱阻分割比ψ0具有不超過(guò)0.5的正值。
3.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中隔離物敏感度ψ2具有不超過(guò)0.25的正值。
4.按照權(quán)利要求3所述的成像設(shè)備，其中隔離物的介電常數(shù)εsp[F/m]和設(shè)備中的真空中的介電常數(shù)εspace[F/m]之間的比值為40或更小。
5.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中隔離物熱阻分割比ψ0和由下述一般公式(4)表示的隔離物電阻分割比E滿足關(guān)系0＜ψ0＜E＜1E＝Resp/(Recfp+Resp+Recrp)(4)其中Recfp隔離物和前板之間的電阻[Ω]；Resp隔離物的電阻[Ω]；和Recrp隔離物和背板之間的電阻[Ω]。
6.一種成像設(shè)備，包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板；與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板；設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件；和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中由下述一般等式(2)表示的隔離物熱阻分割比ψ0具有不超過(guò)0.5的正值ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)其中Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]。
7.一種成像設(shè)備，它包括具有多個(gè)電子發(fā)射裝置和向電子發(fā)射裝置施加電壓的布線的背板；與背板相對(duì)，并具有能夠借助從電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束通過(guò)輻射發(fā)光的發(fā)光部件和陽(yáng)極電極的前板；設(shè)置在背板和前板的周邊部分之間，并且與背板和前板一起構(gòu)成真空容器的框架部件；和布置成與背板和前板接觸，并被設(shè)置在由電流場(chǎng)限定的電位的隔離物，其中由下述一般等式(2)表示的隔離物熱阻分割比ψ0和隔離物電阻分割比E滿足關(guān)系0＜ψ0＜E＜1ψ0＝Rhsp/(Rhcfp+Rhsp+Rhcrp) (2)其中Rhcfp隔離物和前板之間的熱阻[m2K/W]；Rhsp隔離物的熱阻[m2K/W]；Rhcrp隔離物和背板之間的熱阻[m2K/W]；E＝Resp/(Recfp+Resp+Recrp)(4)其中Recfp隔離物和前板之間的電阻[Ω]；Resp隔離物的電阻[Ω]；和Recrp隔離物和背板之間的電阻[Ω]。
8.按照權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其中隔離物熱阻分割比ψ0具有不超過(guò)0.5的正值。
9.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中隔離物由比介電常數(shù)為40或更小的基板形成。
10.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中通過(guò)用電阻小于基板的電阻的高電阻薄膜覆蓋絕緣基板，形成所述隔離物，絕緣基板具有為40或更小的比介電常數(shù)，高電阻薄膜具有為60或更小的比介電常數(shù)和為1×107Ωcm或更高的體積電阻率。
11.按照權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備，還包括在隔離物與前板或者與背板的至少任意一個(gè)接觸面中的接觸部件。
12.按照權(quán)利要求11所述的成像設(shè)備，其中所述接觸部件由熱電轉(zhuǎn)換材料形成。
13.按照權(quán)利要求12所述的成像設(shè)備，其中熱電轉(zhuǎn)換材料具有為3或更高的塞貝克系數(shù)。
14.按照權(quán)利要求13所述的成像設(shè)備，其中熱電轉(zhuǎn)換材料由含Te合金或者具有強(qiáng)電子相關(guān)效應(yīng)的氧化物形成。
15.按照權(quán)利要求14所述的成像設(shè)備，其中含Te合金是AgPbBiTe3，Bi2Te3，PbTe或Sb2Te3。
16.按照權(quán)利要求14所述的成像設(shè)備，其中具有強(qiáng)電子相關(guān)效應(yīng)的氧化物是層狀的鈷的氧化物。
17.按照權(quán)利要求14所述的成像設(shè)備，其中具有強(qiáng)電子相關(guān)效應(yīng)的氧化物是Na1.2Co2-xCuxO4，NaCl2O4或Ca1.95La0.05Co2-xAlxO5。
18.按照權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中在平行于前板和背板的方向上，分別為接觸部件和隔離物的橫截面的Scr和Ssp之間的比Scr/Ssp為0.05或更小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑制由在顯示板中產(chǎn)生的前－后溫差引起的電子束的入射位置的波動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不受這種溫差影響的高質(zhì)量顯示的平板成像設(shè)備。在其中前板和背板由隔離物支承的成像設(shè)備中，從前板到背板的熱傳導(dǎo)路徑中的熱阻分割比被抑制為0.5或更小，以降低由隔離物的高度方向上的溫度分布引起的隔離物表面上的電阻分布，從而抑制從電子發(fā)射裝置到陽(yáng)極的電子束的入射位置的波動(dòng)。
文檔編號(hào)H01J29/87GK1790600SQ20051012957
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者伊藤靖浩 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社