專利名稱：成象設(shè)備與成象設(shè)備中成象部件上電子束直徑的設(shè)定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成象設(shè)備，這種設(shè)備在電子束從電子發(fā)射器輻射到成象部件時形成圖象。本發(fā)明還涉及在生產(chǎn)成象設(shè)備中，預(yù)先設(shè)定(或規(guī)定)成象部件上電子束直徑的方法。
實際應(yīng)用的扁平面顯示器包括液晶顯示器，場致發(fā)光(EL)顯示器與等離子體顯示器。這些顯示器就其視場角，顯示的色彩，亮度等都不能滿意地用于圖象顯示。特別是，扁平面顯示器在顯示特性上不如陰極射線管(CRT)。因而不能用作當(dāng)前CRT的替代。
然而，隨著計算機(jī)信息處理的進(jìn)步和電視廣播圖象質(zhì)量的改進(jìn)，對高清晰度與大顯示尺寸的扁平面顯示器的需求與日具增。
為了滿足這種需求，日本公開專利No.58-1956與60-225342透露了包括排布在一個平面內(nèi)的多電子源和與之相對排布用于接收分別發(fā)自各電子源的電子束的熒光靶的扁平面成象裝置。
這些電子束顯示器具有如下所示的結(jié)構(gòu)。

圖11簡略表示出構(gòu)成常規(guī)顯示器的裝置。該裝置包括玻璃基片71，支架72，電子發(fā)射區(qū)73，布線電極74，電子通道孔14，調(diào)制電極15，玻璃板5，透明電極6，與成象部件7。該成象部件由一種在電子撞擊時可發(fā)光，可改變其顏色，可充電，可改變性質(zhì)的材料制成，例如熒光物質(zhì)，防護(hù)材料等等。玻璃板5，透明電極6與成象部件7構(gòu)成了面板8。數(shù)碼9表示熒光部件的亮點。電子發(fā)射區(qū)域73通過薄膜技術(shù)形成並具有中空的結(jié)構(gòu)而與玻璃板71沒有接觸。布線電極可由與電子發(fā)射區(qū)相同的或不同的材料制成，一般具有高熔點與低電阻。支架72可由絕緣材料或?qū)щ姴牧现瞥伞?br> 在這類電子束顯示器中，電壓加在布線電極上以便從電子發(fā)射區(qū)域73發(fā)射電子，電子通過向調(diào)制電極15施加電壓而被驅(qū)動。該調(diào)制電極按照信息號進(jìn)行調(diào)制。電子則被加速而撞擊熒光部件7。布線電極與調(diào)制電極以X-Y陣列方式排布以便在圖象顯示部件7上顯示圖象。
上述應(yīng)用熱電子源的電子束顯示器具有以下缺陷(1)功率消耗高，(2)由于調(diào)制速度低顯示大量圖象是困難的，以及(3)因為元件之中的變化要進(jìn)行大面積顯示是困難的。
一種代替熱電子源具有表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置配置的成象設(shè)備預(yù)料會補償上述缺陷。
這種表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置可以簡單的結(jié)構(gòu)發(fā)射電子，其范例是由M.I.Elison等(RadioEng.ElectronPhys.Vol.10.pp.1290-1296(1965))透露的通過冷陰極元件進(jìn)行。這種裝置利用了以下的現(xiàn)象即在平行于薄膜表面方向施加電流時，在基片上形成的該小面積薄膜上會發(fā)射出電子。
除了上述由Elinson等透露的應(yīng)用SnO2(Sn錫)薄膜的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置外，還包括應(yīng)用Au(金)薄膜裝置(G.Dittmer“Thin Solid Films”，Vol.9，P.317(1972))，應(yīng)用ITO薄膜的裝置(M.Hartwell，and C.G.Fonstad“IEEETrans.EDConf.”，P.519(1975))，應(yīng)用炭薄膜的裝置(H.Arakietal.“Sinkuu(Vacuum)”，Vol.26，No.1，P.22(1983))，等等。
這些表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置具有以下優(yōu)點(1)高的電子發(fā)射效率，(2)結(jié)構(gòu)簡單易于生產(chǎn)，(3)在一個基片上可以排布大量元件，(4)響應(yīng)速度高，等等，並可用于許多場合。
圖12表示了用于成象設(shè)備的應(yīng)用了這類表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的成象裝置的構(gòu)造。該裝置包括一個絕緣基片1，裝置的電極2，3與電子發(fā)射區(qū)4。
在這種應(yīng)用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的成象設(shè)備中，也可通過向在裝置的電極2，3之間的裝置的布線電極81施加電壓而發(fā)射電子，並通過向調(diào)制電極15施加相應(yīng)于信息信號的電壓而控制投射到熒光部件7上的電子束的強度來形成圖象。
如所周知，當(dāng)平面電子靶置于熱電子源對面，而電子由向電子靶所施加的正電壓而被加速時，則電子束以近似相應(yīng)于該電子源的形狀撞擊電子靶。因而如圖11所示，應(yīng)用熱電子源的成象設(shè)備中，成象部件上所形成的電子速光點的形狀易于通過對電子源形狀的適當(dāng)設(shè)計所控制。然而，應(yīng)用熱電子源的成象設(shè)備具有上述缺陷而不能滿足圖象的高質(zhì)量和大尺寸的要求。
另一方面，具有上述優(yōu)點的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置預(yù)料能夠?qū)崿F(xiàn)滿足以上要求的成象設(shè)備。在表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置中，電壓是加到與一薄膜連接的電極上的，該薄膜處在與基片表面平行的方向，從而使以電流在平行于基片上所形成的薄膜的方向上流動，電子由此而發(fā)射。所發(fā)射的電子受到由所施加的電壓而產(chǎn)生的電場的作用。因而電子被偏轉(zhuǎn)向較高的勢位電極，或者說電子的軌線在電子到達(dá)成象部件表面之前時受到變形。因而電子束在成象部件上光點的形狀和大小是難以預(yù)料的。尤為困難的是決定施加到電子發(fā)射裝置上的電壓(Vf)，施加到成象部件上的電子束加速電壓(Va)，基片與成象部件之間的距離(d)等等。
由于電子束在向成象部件投射過程中受到上述的偏轉(zhuǎn)作用，于是電子束在成象部件上的光點的形狀將會變形或扭曲，于是象圓這樣的軸對稱的光點是不易得到的。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種成象設(shè)備，該設(shè)備能夠形成清晰的圖象，電子束光點的形狀的對稱性得到改進(jìn)，無變形圖象的分辨率得到改進(jìn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置或類似裝置的成象設(shè)備，該發(fā)射裝置是通過在基片上的平面電極對之間施加電壓而發(fā)射電子的，其中電子束光點的大小可由施加給該發(fā)射裝置的電壓，電子加速電壓，發(fā)射裝置與成象部件之間的距離及其他因素而確定。
根據(jù)本發(fā)明的一方面特性，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，該設(shè)備具有基片，裝在基片上有電子發(fā)射裝置，電極之間具有電子發(fā)射區(qū)域，在電極之間施加電壓時可發(fā)射電子，以及一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象在電極之間施加電壓的方向上成象部件上的電子束的直徑由以下公式(Ⅰ)給出S1＝K1·2d(Vf/Va)1/2(Ⅰ)其中K1為一常數(shù)且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件之間的距離，Vf為加于電極之間的電壓，Va為加到成象部件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的特性，提供了如上述的一種成象設(shè)備，該設(shè)備具有多個電子發(fā)射裝置，其中在裝置的上述多電子發(fā)射區(qū)域之間電壓施加方向上的距離D滿足以下式子(Ⅱ)K2·2d(Vf/Va)1/2≥D/2≥K32d(Vf/Va)1/2(Ⅱ)根據(jù)本發(fā)明的又一方面特性，提供了一種成象設(shè)備，該設(shè)備具有一個基片，基片上有電子發(fā)射裝置，在電極之間有電子發(fā)射區(qū)，電極之間加電壓時會發(fā)射電子，以及一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象成象部件上電子束在垂直于電極間加壓方向上的直徑S2由以下式子(Ⅲ)給出S2＝L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(Ⅲ)其中K4為一常數(shù)且0.8≤K4≤0.9，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)垂直于加壓方向的長度，Vf為加于電極之間的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明另一特性，提供了一種成象設(shè)備，該設(shè)備具有基片，基片上有多個電子發(fā)射裝置，電極間有電子發(fā)射區(qū)，電極間施加電壓時可發(fā)射電子，以及一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象這些電子發(fā)射裝置在垂直于極間電壓的方向以間距P排布，且間距P滿足關(guān)系式(Ⅳ)P＜L+2K5·2d(Vf/Va)1/2(Ⅳ)其中K5＝0.80，d為基片與成象部件之間的距離，L為垂直于加壓方向的電子發(fā)射區(qū)域長度，Vf為極間電壓，Va為加到成象部件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，提供了一種成象設(shè)備，該設(shè)備具有一個基片，基片上有多個電子發(fā)射裝置，這些電子發(fā)射裝置在電極間有電子發(fā)射區(qū)，在電極間加電壓時可發(fā)射電子，有一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象這些電子發(fā)射裝置在垂直于極間電壓方向上以間距P排布，並且間距P滿足以下關(guān)系式(Ⅴ)P≥L+2K6·2d(Vf/Va)1/2(Ⅴ)其中K5＝0.90，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為極間電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，提供了一種用于設(shè)計成象設(shè)備的成象部件上電子束直徑的方法，該成象設(shè)備具有一個基片，基片上有電子發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置在電極間具有電子發(fā)射區(qū)，並在電極間加壓時可發(fā)射電子，還有一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象成象部件上在電極間加壓方向上電子束的直徑S1設(shè)計為滿足以下關(guān)系式(Ⅰ)S1＝K3·2d(Vf/Va)1/2(Ⅰ)其中K1為常數(shù)且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件間的距離，Vf為加于電極間的電壓，Va為加于成象部件的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，提供了一種用于設(shè)計成象設(shè)備的成象元件上電子束直徑的方法，該成象設(shè)備具有一個基片，基片上有電子發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置在電極間有電子發(fā)射區(qū)，在電極間施加電壓時可發(fā)射電子，並具有一個成象部件，該部件在電子束輻射時形成圖象在成象部件表面垂直于極間電壓方向上的電子束的直徑S2設(shè)計為滿足以下關(guān)系式(Ⅲ)S2＝L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(Ⅲ)其中K4為常數(shù)且0.8≤K4≤0.9，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為電極間電壓，Va為成象部件上的電壓。
圖1為表示本發(fā)明例1中成象設(shè)備的象素構(gòu)成的透視略圖。
圖2表示例1中所觀察到的光點的形狀。
圖3表示在應(yīng)用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的成象設(shè)備中電子束的投射狀態(tài)。
圖4是表示本發(fā)明例2中的成象設(shè)備象素構(gòu)成的一個透視圖。
圖5是在圖4中沿A-A面所取的電子發(fā)射裝置的放大的剖視圖。
圖6是說明本發(fā)明例3中成象設(shè)備的透視圖。
圖7是表示本發(fā)明例4中成象設(shè)備的象素構(gòu)造的透視圖。
圖8表示本發(fā)明例4中成象設(shè)備中觀察到的亮點的形狀。
圖9表示本發(fā)明例5中成象設(shè)備中觀察到的亮點的形狀。
圖10是表示本發(fā)明例6中成象設(shè)備中象素構(gòu)造的透視圖。
圖11表示了應(yīng)用熱電子源的傳統(tǒng)的成象設(shè)備。
圖12表示了應(yīng)用表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射裝置的一個普通的成象設(shè)備。
參考附圖對本發(fā)明的技術(shù)背景及影響詳述如下。
圖1為表示應(yīng)用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置作為電子源的成象設(shè)備的象素結(jié)構(gòu)的透視略圖，該圖還表示了其中的電子軌道。
圖1中的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置包括一個絕緣基片1，一個高勢元電極2，一個低勢元電極3，以及一個電子發(fā)射區(qū)4。兩電極2，3在基片1上形成具有狹窄的間隙，而由薄膜構(gòu)成的電子發(fā)射區(qū)4即在該間隙上形成。面板8與該裝置的基片相對配置，從而構(gòu)成成象設(shè)備。面板8由玻璃5，透明電極6，成象部件7(此例中為熒光部件)構(gòu)成，並配置在絕緣的基片1之上，其間的距離為“d”。
在以上的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電壓Vf由該裝置的驅(qū)動電源10加到兩電極2，3之間時，電子就從電子發(fā)射區(qū)4中發(fā)射出來。所發(fā)射出的電子由電子束加速電源11並通過透明電極6加到熒光部件7上的加速電壓Va而加速，並撞擊熒光部件7而在面板8上形成光點9。
圖2是圖1所示設(shè)備中熒光部件上所觀察到的光點9放大了的圖示。標(biāo)號17表示中心軸。
如圖2所示，觀察到整個光點在元電極中電壓施加方向上(圖中為X方向)以及在與其垂直的方向上(圖中為Y方向)散開。
光點為何如此形成以及為何電子束到達(dá)成象部件時帶有一定程度的散開現(xiàn)象其原因是不清楚的，因為表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射機(jī)理尚未被完全闡明。本發(fā)明的發(fā)明人基于大量的實驗認(rèn)為，電子是以一定的初速度在各個方向上被發(fā)射的。
本發(fā)明的發(fā)明人還認(rèn)為，向高電位電極側(cè)傾斜方向(圖中為X正方向)發(fā)射的電子將到達(dá)光點的頂部18，而向低電位電極側(cè)傾斜方向(圖中為X負(fù)向)發(fā)射的電子將到達(dá)光點的底部19，于是光點在X方向上的散開是由于電子發(fā)射帶有相對于基片表面發(fā)射角度的分布所引起的。因為在底部的亮度低于其他部分的亮度，故推測向低電位電極方向發(fā)射的電子數(shù)量是很少的。
在圖1與圖2中，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人所作的實驗，光點9從垂直于電子發(fā)射區(qū)4的方向向X軸正方向偏移，即向高電勢電極2偏移。這大概是由于以下的事實。在表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子發(fā)射裝置之上的區(qū)域中，等勢面在電子發(fā)射區(qū)附近不是與成象部件7平行的，于是所發(fā)射的電子不僅受到圖中正方向加速電壓Va的加速，而且還被加速趨向高電位電極。即電子在剛剛發(fā)射出之后不可避免地受到對于電子發(fā)射所必須的被施加的電壓Vf的偏移作用。
作為有關(guān)光點9的形狀和大小以及光點9從垂直于電子發(fā)射區(qū)4的方向而向X方向位置偏移詳細(xì)研究的結(jié)果，曾試圖將光點頂部的偏移距離(圖1中的△X1)和光點底部的偏移距離(圖1中的△X2)表示為Va，Vf與d的函數(shù)。
考慮了以下情形，即靶位于電子源之上正方向距離為d之處，Va伏特的電壓加到靶上，並在電子源與靶之間存在均勻電場。以X方向的初速V(eV電子伏特)以及正方向初速為零而發(fā)射的電子按如下所示運動方程在X方向偏移距離△X△X＝2d(V/Va)1/2(1)作為本發(fā)明人所進(jìn)行的實驗結(jié)果，可以認(rèn)為電子在X方向僅在電子發(fā)射區(qū)附近受到加速，並此后在X方向上的速度近似為常數(shù)，因為加在成象部件上的電壓大大高于加在電子發(fā)射裝置上的電壓，雖然電子在電子發(fā)射區(qū)附近在X方向受到奇變的電場的某些加速。于是以在電子發(fā)射區(qū)附近加速后的速度代替等式(Ⅰ)中的V即可得到電子束在X方向上的偏移。
如果C(電子伏)為電子發(fā)射區(qū)附近X方向加速后電子在X方向的速度分量，則C是依賴于加在裝置上的電壓Vf的一個常數(shù)。常數(shù)C作為Vf的函數(shù)以C(Vf)(單位電子伏)來表示。在等式(1)中以C(Vf)代替V，則由等式(2)表示的偏移△X0如下△X0＝2d{C(Vf)/Va}1/2(2)方程式(2)表示了從電子發(fā)射區(qū)以X方向零初速發(fā)射的電子的偏移距離，該電子受到加于該裝置的電壓Vf的加速而在電子發(fā)射區(qū)附近得到在X方向的速度C(電子伏)。
但實際中，在表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射裝置中認(rèn)為電子是在所有方向上以一定的初速度被發(fā)射的。設(shè)初速為V0(eV)，則由方程式(1)電子束在X方向的最大偏移為△X1=2d｛(C+V0)/Va｝1/2 (3)而該電子束在X方向上的最小偏移為△X2=2d｛(C-V0)/Va｝1/2 (4)實里初速V0也為一依賴加在電子發(fā)射區(qū)的電壓能Vf的常數(shù)。應(yīng)用常數(shù)K2與K3，｛(C+V0)(Vf)｝1/2=K2(Vf)1/2 以及｛(C-V0)(Vf)｝1/2=K3(Vf)1/2于是方程式(3)與(4)可用以上等式修改為△X1=K2·2d(Vf/Va)1/2 (5)以及△X2=K3·2d(Vf/Va)1/2 (6)其中d，Vf，Va的數(shù)值是可測量的，而△X1與△X2也是可測量的。
在圖1中通過改變d，Vf和Va的值，在很多實驗中測得△X1與△X2，于是得到K2與K3的值如下K2＝1.25±0.05，以及K3=0.35±0.05特別在加速電場強度(Va/d)為1KV/mm(1千伏／毫米)或更高的情形中這些數(shù)值是可靠的。
基于以上結(jié)果，容易得到在成象部件上電子束光點在電子發(fā)射裝置加壓方向(X方向)上的尺寸(S1)，該尺寸為△X1與△X2的差，即S1＝△X1-△X2。
設(shè)K1＝K2-K3，則由方程式(5)與(6)S1＝K1·2d(Vf/Va)1/2(7)其中0.8≤K1≤1.0。
以下考慮在垂直于電子發(fā)射裝置中加壓方向的方向上光點的大小。與上述的考慮類似，認(rèn)為電子束在垂直于向電子發(fā)射裝置加壓的方向的方向(圖6中Y方向)上電子束也是以初速V0發(fā)射的。仍如圖6所示，電子束在發(fā)射之后在Y方向被加速是很小的。因而電子束在Y正方向和負(fù)方向的偏移均可按以下考慮△Y＝2d(V0/Va)1/2(8)由方程(3)與(4)｛(△X21-△22)/2｝1/2＝2d(V0/Va)1/2(9)由方程(5)和(6)｛(△X21-△X22)/2｝1/2＝2d(Vf/Va)1/2。
｛(K22-K23)/2｝1/2(10)通過方程式(9)與(10)的比較2d(V0/Va)1/2＝2d(Vf/Va)1/2。
｛(K22-K23)/2｝1/2(11)在等式(11)的右邊令K4＝｛(K22-K23)/2｝1/2，則電子束光點在成象部件Y方向上的尺寸(S2)由以下方程表示S2＝L+2△Y＝L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(12)其中L為電子發(fā)射區(qū)域在Y方向的長度。
等式(12)中，d，Vf，Va與L的值是可測量的。
因而系數(shù)K4可通過在實驗中測量S2而確定。另一方面，K2＝1.25±0.05及K3＝0.35±0.05，因而按K4的定義，0.80≤K4≤0.90。
由實驗中確定的光點在Y方向的尺寸所得到的K4的值落在上述K4值范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的發(fā)明人基于以上方程式考慮由多電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子束在成象部件上的關(guān)系。
在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，所發(fā)射出的電子如圖2所示關(guān)于X軸是以不對稱的形狀到達(dá)成象部件上的，這是由于電極裝置附近電場的畸變(圖3)，電極邊緣的效應(yīng)，以及其他因素。光點形狀的畸變與非對稱性降低圖象的分辨率，引起字符可解釋性降低以及動畫的清晰度不好。
在這種情況下，光點的形狀對于X軸是非對稱的，但其頂部和底部的偏移由方程式(5)與(6)可以得知。因而，本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在該裝置的電極的高電位電極兩側(cè)距離為D處所形成的多電子發(fā)射區(qū)由電子束落到成象部件上一個光點所形成的光點具有滿意的對稱性。
K2·2d(Vf/Va)1/2≥D/2≥K3·2d(Vf/Va)1/2(13)其中K2與K3為常數(shù)，並且K2＝1.25±0.05，以及K3＝0.35±0.05當(dāng)要求光點在垂直于加壓方向上(即Y方向)也要結(jié)合在一起時，則類似于X方向的情形具有L長度的電子發(fā)射區(qū)域的電子發(fā)射裝置在Y方向排布間距P設(shè)計為滿足以下關(guān)系式
P＜L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(14)其中K4＝0.80。
反之，當(dāng)要求發(fā)自長度為L的電子發(fā)射區(qū)的電子所形成的光點彼此在Y方向分開時，則電子發(fā)射裝置在Y方向的排布距離被設(shè)計為滿足以下關(guān)系式(15)P≥L+2K5·2d(Vf/Va)1/2(15)其中K5＝0.90。
以下參照各例對本發(fā)明作特別說明。
例1按照本發(fā)明制造了一種成象設(shè)備。圖1的簡略透視圖表示了本發(fā)明的成象設(shè)備一個象素的構(gòu)成。圖2是一個光點的放大圖示。
該成象設(shè)備的制造方法陳述如下。
首先，由玻璃板制成的絕緣基片1被充分洗凈。在此基片1上高電位器件電極2與低電位器件電極3通過通常的蒸發(fā)沉積，照象平面印制與蝕刻分別由鎳與鉻形成，厚度為0.1μm(微米)。該器件電極亦可由任何其他材料制成，只要其電阻足夠低。所形成的器件電極具有2μm寬的電極間隙。一般，該間隙寬度最好在0.1μm到10μm之間。
其次，通過氣體沉積法在該間隙部分形成一薄層微粒膜作為電子發(fā)射區(qū)4。在本例中，用的是鈀作為形成微粒的材料。為此也可用其他材料，較好的材料包括銀，金等金屬;氧化物有SnO2及In2O3，但不限于此。本例中所形成的鈀微粒的直徑約為100
。但直徑不限于此。形成具有所希望的性質(zhì)的微粒膜例如可應(yīng)用有機(jī)金屬彌撒然后熱處理的方法。本例中電子發(fā)射區(qū)的長度是150μm。
第三，面板8的制備是通過在玻璃板5的一面蒸發(fā)一沉積一個ITO的透明電極6，並在其上通過印刷方法或沉淀法形成成象部件(本例中為熒光部件)。面板8由一支撐框架(圖中未示出)固定在具有電子發(fā)射裝置的基片1之上3mm的距離之處，從而制成本發(fā)明的一個成象設(shè)備。
如上制成的成象設(shè)備中，電子的發(fā)射是通過在電子發(fā)射裝置的器件電極之間施加來自裝置的驅(qū)動電源10的14伏的驅(qū)動電壓Vf，要使得高電位加在高電位裝置的電極上。同時，來自電子束加速電源11的6KV的加速電壓通過透明電極6加到熒光部件7上。
當(dāng)通過如上的加電壓而發(fā)射電子時，根據(jù)前述的近似公等式(7)可對熒光部件7上的光點的頂部與底部之間的距離進(jìn)行計算，即光點在X方向的尺寸S1＝△X1-△X2＝K1×2×3.0(mm)×(14/6000)1/2(16)其中0.8≤K1≤1.0，于是0.232mm≤S1≤0.290mm。
實際上，通過50倍放大率的顯微鏡對所形成的光點作視見觀察的結(jié)果，該光點在X方向的尺寸S1為大約260μm，這與由方程(16)所計算的值符合。
例2根據(jù)本發(fā)明制造了一種成象設(shè)備。圖4為一簡略的透視圖，該圖表示本發(fā)明的成象設(shè)備一個象素的構(gòu)成。圖5是圖4的電子發(fā)射裝置沿A-A′面所取的剖面放大圖。
該成象設(shè)備生產(chǎn)方法陳述如下。
首先，充分洗凈由玻璃板制成的絕緣基片1。在此基片1上分別用鎳和鉻形成高電位器件電極2與低電位器件電極3a，3b，用通常的蒸發(fā)沉積，照象平面印刷以及蝕刻法形成0.1μm的厚度。器件電極2，3a，3b也可用其他任何電阻足夠低的材料制成。本例中，器件電極2，3a，3b制成有2μm寬的2個間隙(圖5中的G)。一般來說，該間隙最好在0.1μm到10μm寬度。
其次，在間隙部分通過氣體沉積法形成細(xì)微粒膜作為電子發(fā)射區(qū)4a，4b。本例中用鈀作為細(xì)微粒的材料。為此也可用其他材料，較好的材料包括諸如銀和金等金屬;以及SnO2與In2O3等氧化物，但不限于此。本例中，形成的鈀微粒的直徑為約100
。但微粒的直徑不受此限。例如可通過應(yīng)用有機(jī)金屬彌撒然后作熱處理而形成具有所需性質(zhì)的細(xì)微粒膜。本例中電子發(fā)射區(qū)在Y方向的長度為150μm，而高電位器件電極2的寬度(圖5中的D)為400μm。
第三，面板8通過在玻璃板5的表面蒸發(fā)一沉積一個ITO透明電極6制備，並在其上通過印刷方法或沉淀法裝置成象部件(本例中為熒光部件7)。面板8由一支撐結(jié)構(gòu)(圖中未示出)固定在具有電子發(fā)射裝置的基片1的上方距離3.0mm處，從而制成本發(fā)明的一具成象設(shè)備。
在以上制成的成象設(shè)備中，電子的發(fā)射是通過在電子發(fā)射裝置的裝置電極之間施加來自裝置驅(qū)動電源10的14伏驅(qū)動電壓Vf，使得較高的電位加于高電位裝置電極上。同時，來自電子束加速電源11的6KV(千伏)加速電壓通過透明電極6加到熒光部件7上。
當(dāng)電子通過以上施加電壓而發(fā)射時，來自電子發(fā)射區(qū)4a及來自電子發(fā)射區(qū)4b而到達(dá)熒光部件7分別在X正方向和X負(fù)方向的偏移處于按前述近似方程式(5)和(6)所計算的最大值△X1與最小值△X2范圍之間。
由方程式(5)與(6)，△X1max＝1.30×2×3.0(mm)×(14/6000)1/2＝0.377(mm)△X2min＝0.30×2×3.0(mm)×(14/6000)1/2＝0.023(mm)因而中心偏移為(377+23)/2＝200(μm)由于高電位電極寬度D為400μm，故光點的中心幾乎在垂直于高電位電極(D/2＝200μm)中心的方向的位置上。因而由電子發(fā)射區(qū)4a，4b發(fā)射的電子束的光點的中心位置是重合的。
在實際的實驗中，兩電子束光點的重合形成了一個對稱的(近似為橢圓的)電子束光點(X350μm，Y650μm)。
如本例所示，當(dāng)多電子發(fā)射裝置裝設(shè)在高電位電極兩側(cè)而其間距離D滿足方程(13)時，所形成的光點形狀是對稱的，並且顯示的圖象的清晰度和分明程度都得到改進(jìn)。
例3光點在Y方向的尺寸以圖6中所示的具有一個象素的成象設(shè)備來測量。
該設(shè)備的制造與例1相同。
圖6中，面板8置于帶有支撐框架(圖中未示出)的基片1之上3mm處。14V的驅(qū)動電壓Vf由裝置驅(qū)動電源10加到裝置電極之間，使得高電位加到裝置電極2上以便從電子發(fā)射區(qū)4發(fā)射電子，並且6KV的加速電壓由電子束加速電源11通過透明電極6加到熒光部件7上。電子發(fā)射區(qū)4在Y方向的長度L為150μm。
這種狀態(tài)下，光點9在成象部件的熒光件上在Y方向上的大小S2用放大倍數(shù)約為50的顯微鏡直接目測。S2尺寸測得約為650μm。
根據(jù)方程式(12)，S2＝150(μm)+2△Y＝150(μm)+2×K4×2×3000(μm)×(14/6000)1/2K4＝0.8～0.9，因而S2＝614(μm)-671(μm)。本例中由實驗測量的尺寸與這一計算結(jié)果也是很好的吻合的。
例4圖7是本例的成象設(shè)備一部分的透視圖，其中在Y方向上配置了數(shù)個電子發(fā)射裝置。
該裝置的制造與例1相同。因而其生產(chǎn)方法此不再贅述。本例中，數(shù)個電子發(fā)射裝置以排布間距P＝500μm在垂直于電壓施加方向的方向上，即Y方向上排布。
14V的驅(qū)動電壓Vf由裝置的驅(qū)動電源10加到裝置的電極之間，使得高電位加到裝置電極2上，以便從電子發(fā)射區(qū)4發(fā)射電子，以及6KV的加速電壓由電子束加速電源11通過透明電極6加到熒光件7上。
面板8內(nèi)表面與具有電子發(fā)射裝置的基片1之間的距離d為3mm。這種情況下根據(jù)等式(12)，光點在Y方向上的尺寸S2計算得到至少為614μm。本例中發(fā)射裝置的排布間距為500μm。因而如圖8所示在熒光件上各光點在Y方向彼此間有重疊，以至各點看上去象是一條連續(xù)的線，而使得顯示的圖象呈連續(xù)的。因而這一顯示裝置特別適用于動畫的顯示。
例5以例4中相同的方式制造了成象設(shè)備，區(qū)別僅在于諸電子發(fā)射裝置是以垂直于電壓施加方向即Y方向按排布間隔距離P為800μm被排布的。本例中，發(fā)射裝置在Y方向上的排布間距P大于Y方向上光點最大尺寸671μm。因而可以觀察到熒光件上諸光點是完全分開的，于是所形成的圖象清晰易辨，于是特別適用于顯示字符等圖象。
例6制造了具有圖10所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的一種成象設(shè)備。按例2中同樣的方式形成表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置。本例中在基片1與面板8之間裝有一個調(diào)制電極15。電壓VG由電源16相應(yīng)于信息信號加于該調(diào)制電極15上以控制從電子發(fā)射裝置投射到熒光件7上的電子束的量。
本例中，調(diào)制電極15控制著電子束使之投向熒光件7(“通”的狀態(tài))或使之被切斷(“斷”的狀態(tài))。因而本例的成象設(shè)備中，電子束或光點的形狀是不會受到調(diào)制電壓VG的變化的影響的，並且該光點不會被畸變或被造成不一致性，這與電子束(或光點)的形狀受調(diào)制電壓VG控制的情形不同。
如上所述，雖然成象設(shè)備具有調(diào)制電極，但可獲得其形狀為無畸變對稱的光點並獲得了清晰的顯示圖象。
本發(fā)明涉及應(yīng)用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置的成象設(shè)備，或者說這種成象設(shè)備應(yīng)用的電子發(fā)射裝置中，是通過在基片上形成的平面形狀的電極之間施加電壓而發(fā)射電子的。根據(jù)本發(fā)明，在這種成象設(shè)備中，電子束光點的尺寸可作為施加在該發(fā)射裝置上的電壓、加速電壓以及該發(fā)射裝置與成象部件之間的距離的函數(shù)而進(jìn)行計算。因而，該成象設(shè)備易于被設(shè)計成適用于諸如動畫的應(yīng)用場合及字符顯示場合之類的應(yīng)用，並可生產(chǎn)出能夠進(jìn)行高質(zhì)量顯示的成象設(shè)備。
而且，應(yīng)用本發(fā)明的成象設(shè)備，電子束光點被改進(jìn)為對稱的非畸變的形狀，于是可獲得分辨率，清晰度及分明程度都顯著改進(jìn)的圖象。
本發(fā)明的成象設(shè)備將可廣泛用于大眾和工業(yè)應(yīng)用場合，諸如高清晰度電視顯象管，計算機(jī)終端，大圖象家用影院，電視會議系統(tǒng)，電視電話系統(tǒng)等等。
權(quán)利要求
1.一種具有基片和電子發(fā)射裝置的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置裝設(shè)在該基片上，在電極之間有一個電子發(fā)射區(qū)，並在電極之間施加電壓時該裝置發(fā)射電子，該成象設(shè)備還有一個成象部件，該部件在有電子束輻射時形成圖象該電子束在電極間施加電壓的方向上在該成象部件上的直徑S1由方程式(Ⅰ)給出S1=k1·2d(Vf/Va) 1/2 (Ⅰ)其中K1是常數(shù)，且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件之間的距離，Vf為加到電極之間的電壓，Va為加到成象部件上的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的成象設(shè)備，其中該設(shè)備有多電子發(fā)射裝置，並且發(fā)自各電子發(fā)射區(qū)域的電子束在該成象部件上形成一個象素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的成象設(shè)備，其中的多電子發(fā)射區(qū)位于其間帶有一高電位電極的一對低電壓電極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的成象設(shè)備，其中多電子發(fā)射區(qū)之間在電壓施加方向上的距離D滿足方程式(Ⅱ)K2·2d(Vf/Va)1/2≥D/2≥K3·2d(Vf/Va)1/2(Ⅱ)其中K2＝1.25±0.05，K3＝0.35±0.05。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何之一的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置是表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何之一的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置與成象部件分別具有獨立的電壓施加器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何之一的成象設(shè)備，其中該設(shè)備包括用于按照信息信號調(diào)制自該電子發(fā)射裝置發(fā)射的電子束的調(diào)制器件。
8.一種成象設(shè)備，該成象設(shè)備具有一個基片，一個設(shè)置在該基片上的電子發(fā)射裝置，一個成象部件;其中該電子發(fā)射裝置具有電極之間的電子發(fā)射區(qū)，並在電極間施加電壓時可發(fā)射電子;其中該成象部件在電子束輻射時可形成圖象;在該成象部件上該電子束在垂直于電極間電壓施加方向上的直徑S2由方程式(Ⅲ)給出S2＝L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(Ⅲ)其中K4為常數(shù)且0.8≤K4≤0.9，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)在垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為加于電極之間的電壓，Va為加于該成象部件上的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的成象設(shè)備，其中在基片上裝有多電子發(fā)射裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的成象設(shè)備，其中在成象部件上電子束在電極間電壓施加方向上的直徑S1由方程式(Ⅰ)給出S1＝K1·2d(Vf/Va)1/2(Ⅰ)其中K1為常數(shù)且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件之間的距離，Vf為加于電極間的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的成象設(shè)備，其中該成象設(shè)備具有多電子發(fā)射裝置，並且發(fā)自各個電子發(fā)射區(qū)的電子束形成在成象部件上的一個象素。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的成象設(shè)備，其中該多電子發(fā)射區(qū)置于其間帶有高電位電極的一對低電壓電極之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的成象設(shè)備，其中多電子發(fā)射區(qū)之間在電壓施加方向上的距離D滿足關(guān)系式(Ⅱ)K2·2d(Vf/Va)1/2≥D/2≥K5·2d(Vf/Va)1/2(Ⅱ)其中K2＝1.25±0.05，K3＝0.35±0.05。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13任何之一的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置是表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求8到13的任何之一的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置與成象部件分別具有獨立的電壓施加器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求8到13任何之一的成象設(shè)備，其中該設(shè)備包括用于按照信息信號調(diào)制發(fā)自該電子發(fā)射裝置的電子束的一個調(diào)制器件。
17.一種成象設(shè)備，該成象設(shè)備具有一個基片，裝設(shè)在該基片上的多電子發(fā)射裝置，以及一個成象部件;該多電子發(fā)射裝置在電極之間具有電子發(fā)射區(qū)並在電極之間施加電壓時可發(fā)射電子;該成象部件在電子束輻射時形成一圖象這些電子發(fā)射裝置在垂直于電極間電壓施加方向上以排布間距P進(jìn)行排布，又間距P滿足以下關(guān)系式P＜L+2K5·2d(Vf/Va)1/2(Ⅳ)其中K3＝0.80，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)在垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為加在電極間的電壓，Va為加在成象部件上的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的成象設(shè)備，其中電子發(fā)射裝置是表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的成象設(shè)備，其中電子發(fā)射裝置與成象部件分別有獨立的電壓施加器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的成象設(shè)備，其中該設(shè)備包括用于按照信息信號對發(fā)自該電子發(fā)射裝置的電子束進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器件。
21.一種成象設(shè)備，它具有基片，裝設(shè)在該基片上的多電子發(fā)射裝置，以及一個成象部件;其中的多電子發(fā)射裝置在電極間具有電子發(fā)射區(qū)並在電極間加有電壓時可發(fā)射電子;其中的成象部件在電子束輻射時形成圖象;其中的電子發(fā)射裝置在垂直于電極間電壓施加方向上以排布間距P進(jìn)行排布，且該間距P滿足以下關(guān)系式(Ⅴ)P≥L+2K5·2d(Vf/Va)1/2(Ⅴ)其中K5＝0.90，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)在垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為電極間施加的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置為表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的成象設(shè)備，其中的電子發(fā)射裝置與成象部件分別具有獨立的電壓施加器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的成象設(shè)備，其中該設(shè)備包括用于按照信息信號對發(fā)自電子發(fā)射裝置的電子束進(jìn)行調(diào)制的一個調(diào)制器件。
25.用于設(shè)計成象設(shè)備的成象部件面板上的電子束直徑的一種方法;該成象設(shè)備具有一個基片，該基片上裝設(shè)的電子發(fā)射裝置以及一個成象部件;該電子發(fā)射裝置具有位于兩個電極之間的電子發(fā)射區(qū)並在電極之間施加電壓時可發(fā)射電子;該成象部件在電子束輻射時可形成圖象;該電子束在該成象部件面板上沿電極間施加電壓的方向的直徑S1被設(shè)計為滿足方程式(Ⅰ)S1＝K1·2d(Vf/Va)1/2(Ⅰ)其中K1為一常數(shù)且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件之間的距離，Vf為加于電極之間的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
26.用于設(shè)計成象設(shè)備的成象部件面板上電子束直徑的一種方法，其中該成象設(shè)備具有一個基片，裝設(shè)在該基片上的一個電子發(fā)射裝置以及一個成象部件該電子發(fā)射裝置具有電極間電子發(fā)射區(qū)並且在這些電極間施加電壓時可發(fā)射電子;該成象部件在有電子束輻射時形成圖象;在該成象部件面板上電子束沿垂直于電極間施加電壓方向的直徑S2設(shè)計為滿足以下方程式(Ⅲ)S2＝L+2K4·2d(Vf/Va)1/2(Ⅲ)其中K4為一常數(shù)且0.8≤K4≤0.9，d為基片與成象部件之間的距離，L為電子發(fā)射區(qū)在垂直于電壓施加方向上的長度，Vf為加于電極間的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求26用于設(shè)計電子束直徑的方法，其中電子束在成象部件面板上沿電極間施加電壓的方向上的直徑S1被設(shè)計為滿足方程式(Ⅰ)S1＝K1·2d(Vf/Va)1/2(Ⅰ)其中K1為常數(shù)且0.8≤K1≤1.0，d為基片與成象部件之間的距離，Vf為加于電極間的電壓，Va為加于成象部件上的電壓。
28.權(quán)利要求1至7中任一個的成象設(shè)備對于電視顯象管的應(yīng)用。
29.權(quán)利要求8至16中任一個的成象設(shè)備對于電視顯象管的應(yīng)用。
30.權(quán)利要求17至20中任一個成象設(shè)備對于電視顯象管的應(yīng)用。
31.權(quán)利要求21至24中任一個成象設(shè)備對于電視顯象管的應(yīng)用。
32.權(quán)利要求1至7中任一個成象設(shè)備對于計算機(jī)終端的應(yīng)用。
33.權(quán)利要求8至16中任何一個成象設(shè)備對于計算機(jī)終端的應(yīng)用。
34.權(quán)利要求17至20中任何一個成象設(shè)備對于計算機(jī)終端的應(yīng)用。
35.權(quán)利要求21至24中任何一個成象設(shè)備對于計算機(jī)終端的應(yīng)用。
全文摘要
一種成象設(shè)備，它包括基片、裝于基片上的電子發(fā)射裝置以及成象部件；電子發(fā)射裝置有極間電子發(fā)射區(qū)且在極間加電壓時可發(fā)射電子，成象部件在有電子束輻射時形成圖象；成象部件上電子束在極間施壓方向上的直徑內(nèi)方程式(I)給定S
文檔編號H01J1/316GK1091549SQ93121499
公開日1994年8月31日 申請日期1993年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月29日
發(fā)明者中材尚人, 野材一郎, 鱸英俊, 佐藤安榮 申請人:佳能株式會社