專利名稱：電子發(fā)射器件和制造該器件以及電子源和圖象形成裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子源和一種例如含有電子源的顯示裝置的圖象形成裝置，便具體地說，涉及一種新的表面導電電子發(fā)射器件以及一種新的電子源和圖象形成裝置，例如含有這種電子源的顯示裝置。
已知的電子發(fā)射器件有兩類，即熱電子型和冷陰極型。其中，冷陰極型包括場發(fā)射型(以后稱為FE型)、金屬/絕緣層/金屬型(以后稱MIM型)和表面?zhèn)鲗汀?br> FE電子發(fā)射器件的例子在W.P.Dyke和W.W.Dolan，“Fieldemission”，Advance in Electron Pnysics，8，89(1956)和C.A.spindt，“PHYSICAL properties of thin-film fieldemission Cathodes with molybdenum cones”，J.Appl.phys.，47，5284(1976)中說明了。
MIM器件在C.A.Mead，“The tunnel-emission amplifier”，J.Appl.phys.，32，646(1961)中描述了。表面導電電子發(fā)射器件在M.I.Elinson，Radio Eng.Electron phys.，10(1965)的論文描述了。
利用當使電流平行于膜的表面流過時，在基片上形成的小薄膜會發(fā)出電子的現(xiàn)象實現(xiàn)了一種SCE器件。當Elinson提出把SnO2薄膜用于這種器件時，在[G.Dittmer“Thin Solid Films”，9，317(1972)]中提出了使用Au薄膜，而在[M.Hartwell和C.G Fonstod“IEEE Trans。ED Conf.”519(1975)]和[H.Araki等“Vacuum”，vol.26，NO.1，P.22(1983)]中分別對使用In2O3/SnO2和碳薄膜進行了討論。
圖27示意地說明了由M.Hartwell提出的一種典型的表面導電電子發(fā)射器件。在圖27中，標號1代表襯底，標號2代表導電薄膜，一般借助于濺射生成H形薄金屬氧化膜來制備，其中的一部分當經過下面稱為“電成形”的通電處理時，最后成為電子發(fā)射區(qū)了。在圖27中，隔離一對器件電極的金屬氧化膜的細的水平區(qū)域的長度L為0.5至1mm，寬度W為0.1mm，注意電子發(fā)射區(qū)3只是示意地表示，因為沒有辦法精確地知道它的位置和外形。
如上所述，這種表面導電電子發(fā)射器件的傳導膜2一般經過稱為“電成形”的預通電處理以便生成電子發(fā)射區(qū)3。在電成形過程中，把一直流電壓或一般以1v/分鐘的速率上升的緩慢上升電壓施加到傳導膜2的給定的相對端，以便部分地破壞、變形或轉換薄膜并產生一高電阻的電子發(fā)射區(qū)3。因此，電子發(fā)射區(qū)3是典型地含有裂縫的傳導膜2的部分，從而使電子可以從這些裂縫中發(fā)出。含有用電成形制備的電子發(fā)射區(qū)的薄膜2以后稱為包括一電子發(fā)射區(qū)的薄膜4。注意，一旦經過電成形處理，無論何時在把一合適的電壓加到包含電子發(fā)射區(qū)的薄膜4時，表面導電電子發(fā)射器件就從它的電子發(fā)射區(qū)3發(fā)射電子，從而使一電流通過器件。
已知的具有上述外形的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件具有各種問題，將說明如下。
因為上述的表面導電電子發(fā)射器件的結構簡單，并可用簡單的方法制造，大量的元件可以方便地安置在大的面積上而沒有困難。事實上，進行了大量的研究已充分說明表面導電電子發(fā)射器件的這一優(yōu)點?？紤]中的這種類型器件的應用包括帶電的電子束源和電子顯示。在大量的表面導電電子發(fā)射器件的典型的應用例子中，這些器件被安置成呈平行的排，從而呈現(xiàn)為梯形形狀，并且每個器件在給定的相對側用導線(普通導線)分別連接起來，導線按列設置，從而形成一電子源(如日本專利申請公開NOS.64-31332，1-283749和1-257552中披露的)。至于包括平面導電電子發(fā)射器件的顯示裝置或其它圖象形成裝置例如電子顯示器，雖然包括代替CRT的液晶平面的平板形顯示器近來很流行，但這些顯示裝置不是沒有問題。問題之一是，在顯示裝置中必須附加光源，以便使液晶平面發(fā)光，因為這種顯示不是所謂的發(fā)射型的，因此，發(fā)射型顯示裝置的研制已在工業(yè)寄與極大的渴求。沒有這一問題的發(fā)射型電子顯示可以借助于使用一種光源來實現(xiàn)，這種光源借助于使大量的表面導電電子發(fā)射器件與熒光體結合來制備，發(fā)光體借助于從電子源發(fā)出的電子發(fā)出可見光(例如，參見US5066883)。
在包括大量的呈矩陣安置的表面導電電子發(fā)射器件的光源中，選擇這些元件是為了電子發(fā)射以及隨后的熒光體的光發(fā)射，借助于施加一驅動信號到合適的平行連接的表面導電電子發(fā)射器件各排的排導向線上和平行連接的各列表面導電電子發(fā)射器件的列導向線上，以及控制極(或柵極)上，控制極設置在隔離電子源和發(fā)光體的空間內，則沿表面導電電子發(fā)射器件列的方向或垂直于器件行的方向上發(fā)光(例如，參見日本專利申請公開號1-283749)。
然而，關于用作電子源以及含這種電子源的圖象形成裝置的表面導電電子發(fā)射器件在真空內的性能知道得甚少，因此，一直希望提供具有穩(wěn)定的電子發(fā)射特性的表面導電電子發(fā)射器件，以便以可控的方式有效地操作。表面導電電子發(fā)射器件的效率出于本發(fā)明的目的被定義為，在該器件的一對器件電極之間流過的電流(以后稱為器件電流If)對由電子發(fā)射到真空內所產生的電流(以后稱為發(fā)射電流Ie)之比，人們希望在小的器件電流下得到大的發(fā)射電流。
本發(fā)明的發(fā)明人長期致力于本領域的研究，深信沉積在表面導電電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)上和附近的過量污物會使器件性能變壞，這些污物主要是器件使用的抽空系統(tǒng)中油的分解產物，并且深信如果電子發(fā)射區(qū)按形狀、材料和成分控制的話，便可防止這種污染。
因而，如果提供一種具有穩(wěn)定的電子發(fā)射特性因此可以受控方式高效地操作的表面導電電子發(fā)射器件，便可以實現(xiàn)典型地包括熒光體的圖象形成構件的低耗電的高質量的圖象形成裝置。這樣的圖象形成裝置可以是非常薄的電視機。低能耗的圖象形成裝置只需要低成本的驅動電路和其它有關的元件。
根據(jù)上述情況，因此，本發(fā)明的目的是，提供一種新的高效率的電子發(fā)射器件，它具有穩(wěn)定的電子發(fā)射特性，低的器件電流和高的發(fā)射電流，因而使其可以受控的方式高效地操作，并且提供一種制造這種器件的方法，而且提供一種包含這種電子發(fā)射的新的電子源，以及一種圖象形成裝置，例如使用這種電子源的顯示裝置。
按照本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的上述目的和其它目的是這樣實現(xiàn)的提供一種電子發(fā)射器件，它包括一對相對放置的電極和位于電極間的導電膜，并且包括一高電阻區(qū)，其特征在于高電阻區(qū)具有一種以碳為主要成分的淀積物。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，該器件包括相對放置的一對電極和位于電極之間的導電膜，它包括一高電阻區(qū)，其特征在于包括激活件的步驟。
按照本發(fā)明的再一方面，提供一種電子源它包括一隨輸入信號的變化發(fā)射電子的電子發(fā)射器件，其特征在于所述電子發(fā)射器件是用上述方法生產的。
按照本發(fā)明的又一方面，提供一種圖象形成裝置，它包括電子源和圖象形成部件，用來隨輸入信號的變化形成圖象，其特征在于，所述電子源包括用上述方法制造的電子發(fā)射器件。
現(xiàn)在結合附圖更詳細地說明本發(fā)明的各實施例。


圖1A和1B是平面示意圖和局部側面圖，表示本發(fā)明的平面型表面導電電子發(fā)射器件。
圖2A到2C是示意的側視圖，表明制造本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件的方法的步驟。
圖3是根據(jù)本發(fā)明用來確定表面導電型電子發(fā)射器件的性能的測量系統(tǒng)方塊圖。
圖4A到4C是在本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件上進行的電賦能過程期間觀察到的電壓波形圖。
圖5是器件電流和激活過程時間之間的關系圖。
圖6A和6B是局部示意圖，表明本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件在激活過程前后的一個實施例。
圖7表明本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件的一個實施例的器件電壓和器件電流之間以及器件電壓和發(fā)射電流之間的關系。
圖8是用于下面要說明的例2的本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件的一個實施例的襯底的示意平面圖，特別表明襯底的簡單的矩陣結構。
圖9是圖8的電子源實施例的襯底示意透視圖。
圖10A和圖10B是可用在圖8實施例中的兩個不同熒光層的放大平面示意圖。
圖11是以后要說明的例1中使用的電子源平面圖。
圖12是以后要說明的例3中的激活處理系統(tǒng)方塊圖。
圖13是如后面所述的本發(fā)明例2中使用的圖象形成裝置的實施例的電子源襯底放大局部平面示意圖。
圖14是沿圖13襯底的線A-A′所截放大的局部側面示意圖。
圖15A是到15D和16E到16H是圖13襯底的局部側面示意圖，表明制造方法的不同步驟。
圖17和18是例9的圖象形成裝置中分別使用的兩種不同的電子源襯底的平面示意圖。
圖19和22是例9的圖象形成裝置中分別使用的兩種不同的板的示意透視圖。
圖20和23是分別用于驅動例9的圖象形成裝置的兩種不同的電路的方塊圖。
圖21A到21F和24A到24I是分別用來驅動例9的圖象形成裝置的兩種不同的時序圖。
圖25是例10的顯示裝置的方塊圖。
圖26是本發(fā)明的臺階型表面導電電子發(fā)射器件的實施例的側面示意圖。
圖27是常規(guī)的表面導電電子發(fā)射器件的平面示意圖。
現(xiàn)在，按照本發(fā)明的最佳實施例描述本發(fā)明。
本發(fā)明涉及一種新的表面導電電子發(fā)射器件和制造這種器件的方法，還涉及一種包括這種器件的新的電子源以及含有這種電子源的例如顯示裝置的圖象形成裝置，以及這種裝置的應用。
按照本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件可以作成平面型或臺階型。首先說明平面型的。
圖1A和1B是說明本發(fā)明的平面型表面導電電子發(fā)射器件的基本結構的平面及局部側面示意圖。
參見圖1A和1B，該器件包括襯底1，一對器件電極5和6，包含電子發(fā)射區(qū)3的薄膜4。
可以用作襯底1的材料包括石英玻璃，含雜質例如鈉以降低濃度含量的玻璃，鈉鈣玻璃，用濺射法在鈉鈣玻璃上形成SiO2層制成的玻璃襯底，陶瓷襯底例如氧化鋁。
雖然相對設置的器件電極5、6可用任何高導電材料制成，但最好的代表性材料包括金屬例如Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu和Pd及其合金，由金屬或從Pd，Ag，RuO2，Pd-Ag和玻璃中選出的金屬氧化物制成的可印刷的導電材料，透明的導電材料例如In2O3-SnO2和半導體材料例如多晶硅。
器件電極的間隔距離L1、器件電極的長度W1、導電膜4的形狀以及其它用來設計發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件的因素可以根據(jù)器件的應用確定。例如，如果用作電視上的圖象形成裝置，它就必須具有與每個象素相應的大小，如果電視機是高清晰度的，每個象素是非常小的，不但要求提供一個的滿意的發(fā)射電流以確保電視機屏幕足夠的亮度，同時要滿足荷刻的尺寸要求。
器件電極5、6的間隔距離L1最好在數(shù)百毫微米和數(shù)百微米之間，根據(jù)電子發(fā)射使用的施加到器件電極上的電壓和場強，也可以在幾微米和數(shù)十微米之間。
器件電極5、6的長度W1最好在幾微米和幾百微米之間，這取決于電極的電阻和器件的電子發(fā)射特性。器件電極5、6的膜厚在數(shù)十毫微米和幾微米之間。
本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件可以有不同于圖1A和B的結構，另外，它可以這樣制備，在襯底1上形成包含電子發(fā)射區(qū)的薄膜4，然后在薄膜上相對設置一對器件電極5和6。
導電薄膜4最好是一種細微粒薄膜，以便提供優(yōu)異的電子發(fā)射特性。導電薄膜4的厚度根據(jù)在器件電極5、6上這種膜形成臺階覆蓋范圍的變化、器件電極5、6之間的電阻和下面要說明的成形操作的參數(shù)以及其它因素來確定，最好在一毫微米和數(shù)百毫微米之間，在一毫微米和50毫微米之間更好。薄膜4一般每單位表面積的電阻在103和107Ω/口之間。
包含電子發(fā)射區(qū)的薄膜4是由細微粒的材料制成的，這些材料選自金屬例如Pd，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，F(xiàn)e，Zn，Sn，Ta，W和Pb中，氧化物例如PdO，SnO2，In2O3，PbO和Sb2O3中硼化物如HfB2，ZrB2，LaB6，CeB6，YB4和GdB4中，碳化物如TiC，ZrC，HfC，TaC，SiC和WC，氮化物如TiN，ZrN和HfN，半導體如Si和Ge以及碳。
此處的術語“細微粒薄膜”指的是這樣的薄膜，它由大量的細小微粒組成，這些微粒可以是松散分布的，緊密安置的或相互并隨機地重迭的(從而在一定條件下形成島結構)。
用于本發(fā)明目的的細小微粒的直徑在1毫微米和數(shù)百毫微米之間，最好在1毫微米和20毫微米之間。
電子發(fā)射區(qū)是導電薄膜4的一部分，并包括高電阻的裂縫，雖然它與導電薄膜4的厚度和材料以及下面要說明的電成形過程有關。它可能含有直徑在幾埃和幾百埃之間的導電微細顆粒。電子發(fā)射區(qū)3的材料可從制備包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜4的全部或部分材料中選取。在電子發(fā)射區(qū)3及其鄰近區(qū)域，薄膜4含有碳和/或碳的化合物。
本發(fā)明的表面導電型電子發(fā)射器件，或臺階型表面導電電子發(fā)射器件，其具有不同形狀，下面將進行說明。
圖26是臺階型表面導電電子發(fā)射器件的透視示意圖，它表明其基本結構。
如圖26所示，該器件包括襯底1，一對器件電極265，266和包含電子發(fā)射區(qū)263的薄膜264，它們可以由和上述平面型表面導電電子發(fā)射器件相同的材料制成，還包括臺階形成的部分261，它是由絕緣材料制成如通過真空淀積、印刷或濺射制成的SiO2，并具有和如上述平面型表面導電電子發(fā)射器件中器件電極的間隔距離L1相應的膜厚，或在幾十毫微米和幾十微米之間，最好在幾十毫微米和幾微米之間，雖然它可以根據(jù)此處所用的形成臺階部分所用的方法，和為電子發(fā)射施加到器件電極的電壓和場強來選擇。
在包含電子發(fā)射區(qū)的薄膜264在器件電極265、266和形成臺階的部分261之后形成時它最好是覆在器件電極265、266上。雖然在圖26中電子發(fā)射區(qū)263表示為直線的外形，但其位置和形狀取決于制備的條件、電成形條件和其它有關條件而并不限于直線形。
雖然可以用各種方法制造含有電子發(fā)射區(qū)3的電子發(fā)射器件，但圖2A到2C說明的是一種典型的方法。
現(xiàn)在參照圖1A、1B和圖2A到2C來說明制造本發(fā)明平面型表面導電電子發(fā)射器件的方法。
1)在用洗凈劑或純水徹底清洗襯底1之后，借助于真空淀積、濺射或其它適用的技術把用于器件電極對5、6的材料淀積在襯底1上，然后借助于光刻生成電極5、6(圖2A)。
2)通過在襯底1上器件電極5、6之間加以有機金屬溶液并將其存留一段給定時間形成有機金屬薄膜。這里所用的有機金屬溶液指的是有機化合物，它含有從上述的一組金屬包括Pd，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，F(xiàn)e，Zn，Sn，Ta，W和Pb中選取的金屬為主要成分。之后，有機金屬薄膜被加熱、燒結接著進行成形操作，利用適用的技術，例如清除(lift off)或蝕刻，以便制成用以形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2(圖2B)。雖然按上述的方法用有機金屬溶液制造薄膜，但也可以借助于真空淀積、濺射、化學氣相淀積、分散作用的應用(dispersed application)、浸漬、旋轉(spinner)、或某些其它技術制造薄膜。
3)在此之后，對器件電極5、6進行稱為“成形”的電賦能處理，將一脈沖電壓或上升的電壓由一電源(表示出)加到器件電極5、6上，從而在薄膜2內制成構成電子發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射區(qū)3(圖2C)。薄膜2的用來生成電子發(fā)射區(qū)的區(qū)域已被局部破壞、變形或轉換，其經受了結構上的變化，這個區(qū)域叫電子發(fā)射區(qū)3。
所有的在器件上進行的包括成形操作和激活操作的電處理的其余步驟借助于使用一計量系統(tǒng)進行，下面參照圖3說明。
圖3是用來確定具有圖1所示結構的電子發(fā)射器件的性能的方塊示意圖。在圖3中，所示器件包括襯底1、一對器件電極5、6，含有電子發(fā)射區(qū)3的薄膜4。另外，計量系統(tǒng)包括安培表30，用來測量器件電報5、6之間流過含有電子發(fā)射區(qū)3的薄膜4的器件電流If，電源31，用來給器件施加器件電壓Vf，陽極34，用來捕捉器件的電子發(fā)射區(qū)發(fā)出的發(fā)射電流Ie，高電壓源33，用來給計量系統(tǒng)的陽極34提供電壓，以及另一安培表32，用來測量從器件的電子發(fā)射區(qū)3發(fā)出的發(fā)射電流Ie。
為測量器件電流If和發(fā)射電流Ie，將器件電極5、6連到電源31和安培表30上，將陽極34放在器件的上方，并經安培表32與電源33相連。將待試驗的電子發(fā)器件和陽極34放入真空室內，真空室提供有抽氣泵、真空測量以及其它為操作真空室所需的設備，從而使測量操作在所需要的真空條件下進行。抽氣泵可由一普通的高真空系統(tǒng)提供，它包括渦輪泵或回轉泵，或由無油高真空系統(tǒng)提供，它包括無油泵例如磁懸浮渦輪泵或干式泵(dry pump)，或由一超高真空系統(tǒng)提供，它包括離子泵。
計量系統(tǒng)的真空室借助于針閥聯(lián)接到含有一種或一種以上有機物質的安瓿或高壓氣體容器上，使得激活操作可以在真空室內進行，把有機物質以氣體形式供入真空室。供給量可通過控制針閥或抽氣泵來調節(jié)，并借助真空計監(jiān)視真空室的真空度。
真空室和電子源的襯底可用加熱器加熱到近似200℃(未示出)。
為確定器件的性能，在陽極上施加1和10KV之間的電壓，陽極與電子發(fā)射器件之間距離H在2和8mm之間。
對于成形操作，可施加一恒定脈沖電壓或一逐漸增加的脈沖電壓。首先參見4A來說明使用恒定脈沖電壓的操作，圖示為一具有恒定脈沖高度的脈沖電壓。
在圖4A中，脈沖電壓具有脈寬T1和脈沖間隔T2，它們分別為1和10微秒與1和100毫秒之間。三角波的高度(電成形操作的峰值電壓)可以適當選取，只要能在真空中施加電壓就行。
圖4B表示脈沖高度隨時間增加的脈沖電壓。在圖4B中，脈沖電壓具有脈寬T1和脈沖間隔T2，它們分別在1和10微秒與10和100毫秒之間，三角波的高度(電成形操作的峰值電壓)，在真空中以例如每步0.1V的速率增加。
當接近0.1V的電壓加到器件電極上以便使薄膜發(fā)生局部破壞和變形，一般會觀察到對于通過薄膜2的器件電流的電阻阻值大于1MΩ時，用以形成電子發(fā)射區(qū)的電成形操作便告結束。電成形操作結束時觀察到的電壓叫成形電壓Vf。
在如上所述的電成形操作中，當把三角脈沖電壓加到器件電極上形成電子發(fā)射區(qū)時，脈沖電壓可以有不同的波形，例如矩形的，并且其脈沖寬度和間隔也可以不同于上述的值，只要按器件電阻以及滿足成形電子發(fā)射區(qū)的要求的其它值的變化來對它們進行選擇就行。此外，由于成形電壓由材料及器件結構和其它有關因素明確地確定了，因而最好施加一波形高度不斷增加的脈沖電壓而不要施加波形高度為恒定的脈沖電壓，因為這對每個器件所需的能量值可以容易地選擇，從而產生器件所要求的電子發(fā)射區(qū)特性。
4)在電成形操作之后，對器件進行激活處理，此時象在成形操作的情況那樣，在所要求的真空度下，把具有恒定高度的脈沖電壓重復地施加到器件上，使得由真空中存在的有機物而在器件上淀積上碳和/或碳化合物，從而使器件電流If和器件發(fā)射電流Ie顯著變化(以后稱為激活處理)。通過在渦輪泵或回轉泵中以這種方式提供有機物質，使得有機物質也被保持在真空內來向真空中提供有機物質，或最好通過將一種或一種以上的預定碳化合物送入含有器件的真空室內，但不能有任何油。被送入真空室的碳化合物最好是有機物。在發(fā)射電流Ie達到飽和點時，激活過程終止，同時測量器件電流If和發(fā)射電流Ie，時圖5典型地示出了器件電流If和發(fā)射電流Ie是怎樣依賴于激活處理過程的。也應該注意到，在激活處理中，器件電流If和發(fā)射電流Ie與時間的關系隨真空度和加在器件上的脈沖電壓的變化而改變，并且薄膜變形或轉變部分的外形和狀態(tài)取決于成形處理是如何進行的。在圖5中，器件電流If和發(fā)射電流Ie與時間的關系對于典型的高阻激活處理和低阻激活處理情況進行了說明。在兩種情況下，可以看出，發(fā)射電流Ie隨激活處理時間而增加，從而使器件最終達到其應用所需的發(fā)射電流Ie的值。
適用于本發(fā)明目的的有機物質在它們在成形處理中由變形或轉換的器件區(qū)域3而有效地吸收熱量的溫度下表現(xiàn)出大于0.2hpa小于5000hpa的蒸氣壓力，最好大于10hpa小于5，000hpa。
從供給有機物質和控制器件溫度的觀點來看，激活處理最好在室溫下進行。
如果激活處理在20℃下進行，那么適用于本發(fā)明目的的有機物質需要呈現(xiàn)出大于0.2hpa小于5000hpa的蒸氣壓力。
適用于本發(fā)明目的的有機物質包括脂肪族烴，例如烷烴，烯烴和炔，芳烴，醇，醛，酮，胺和有機酸，例如苯基酸，碳酸，硫酸以及它們的衍生物，其可生成所需蒸氣壓力。
適用于本發(fā)明目的的一些特殊的有機物包括丁二烯、n-已烷、1-已烷、苯、甲苯、0-二甲苯、苯腈、氯乙烯、三氯乙烯、甲醇、乙醇、異丙基醇、甲醛、乙醛、丙醇、丙酮、乙甲基酮、雙乙基酮、甲胺、乙胺、乙烯雙胺、酚、甲酸、乙酸和丙酸。
如果其空室中有機物質的蒸氣壓力在20℃時超過5000hpa，本發(fā)明電子發(fā)射器件的激活處理可能會非常費時間，并且是不實用的。
另一方面，如果真空室中的有機物質的蒸氣壓力在20°時的真空室內下降到0.2hpa以下，在下面步驟5)中描述的淀積附加的碳和/或碳化合物將會是不實際的，并且器件電流If和發(fā)射電流Ie也會難于達到恒值。如果出現(xiàn)這種情況，發(fā)射電流會隨用以驅動器件的驅動電壓的脈寬的變化而改變(下面將其認為是與脈寬有關的現(xiàn)象)。這現(xiàn)象可能起固于有機物質的吸附殘渣，例如在器件的電子發(fā)射區(qū)內或附近殘存在區(qū)域上經激活處理后很難除去的油的成分。當這種現(xiàn)象存在時，通過控制施加到器件上的脈沖電壓的脈沖寬度來控制電子發(fā)射器件的電子發(fā)射速率的技術或所謂的脈沖調制技術將被采用，并因此使由以簡單矩陣形式排列(以下將說明)的電子發(fā)射器件組成的顯示媒體上圖象色彩變化現(xiàn)象將不再可能。
此外，如果大量的電子發(fā)射器件被安置在一窄的空間內，例如象下面要說明的平面型顯示板的情況那樣，為激活使用高吸附的有機物質例如油的成分在激活處理之后既不能除去又很難均勻地分布在這一窄的空間內，使得器件的脈寬依賴性受到相反的影響。
出于上述理由，在激活處理時有機物質的蒸氣壓力在20℃時最好處于0.2hpa和5000hpa之間。
當使用普通的抽空裝置時，有機物質的饋送分壓最好在10-2和10-7乇之間。
假定有機物質的蒸氣壓力為PrO，饋送分壓為Pr，饋送分壓最好大于PrO×10-8并按所用有機物質的變化而定。
如果有機物的饋送分壓低于上述值，則對本發(fā)明的電子發(fā)射器件的激活處理會非常費時而且不切實際。
在激活處理時使用的脈沖電壓相對于成形電壓Vf具有足夠高時的激活處理叫高陰激活處理，而在激活處理時使用的脈沖電壓相對于成形電壓Vf具有足夠低時的激活處理叫低阻激活處理，更具體地說，表示器件的電壓控制負阻的初始電壓Vp為上述區(qū)分提供了參考，初始電壓Vp將在后面定義。要注意的是用高阻激活處理激活的電子發(fā)射器件，從性能的觀點來看比用低阻激活處理的要好。尤其是，本發(fā)明的電子發(fā)射器件上進行的激活處理最好是用器件的操作電壓來進行。
圖6A和6B示意地說明了本發(fā)明的電子發(fā)射器件當通過FESEM或TEM觀察時是如何在高低阻激活處理中進行處理的。圖6A和6B分別示意地表示經高、低阻激活處理的器件的截面圖。在高阻激活處理(圖6A)時，碳和/或碳的化合物明顯地淀積在器件的高位側，其部分超出了在電成形時變形或轉換的區(qū)域3，而它們只略有淀積在器件的低位側上。當用高倍顯微鏡觀查時，在器件的一些細小微粒上及附近發(fā)現(xiàn)有碳和/或碳化合物的淀積，在某些情況下，如果器件電極彼此靠得較近時，甚至在器件電極上也有。膜淀積的厚度最好小于500埃，更好小于3000埃。
當通過TEM或Roman顯微鏡觀察時，發(fā)現(xiàn)，淀積的碳和/或碳化合物大部分是石墨(單晶體和多晶體)和非晶體碳(或非晶體碳與多晶體石墨的混合物)。
另一方面，在低阻激活處理中(圖6B)，僅在經電成形變形或轉換的區(qū)域3內發(fā)現(xiàn)碳和/或碳化合物的淀積。當用高倍顯微鏡觀察時，在器件的一些細微粒上及附近也發(fā)現(xiàn)了碳和/或碳化合物的淀積。
圖5表示，低阻激活處理使本發(fā)明器件的器件電流和發(fā)射電流高于高阻激活處理。
5)電子發(fā)射器件經過電成形和激活處理之后，關到高于激活處理的真空度的真空中進行操作。此處，高于激活處理的真空度指的是大于10-6，最好是超高真空，此時既沒有碳也沒有碳化合物可以附帶地淀積到器件上。
這樣，將沒有碳和碳化合物被淀積，從而，便可建立穩(wěn)定的器件電流和射電流If和Ie。
現(xiàn)在，參照圖7說明本發(fā)明按上述方法制備的電子發(fā)射器件的一些基本特點。
圖7是一個示意圖，它說明通過圖3的計量系統(tǒng)觀察到的器件電壓Vf與發(fā)射電流Ie和器件電流If之間的關系。注意圖7中考慮到Ie的幅值遠小于If的幅值而對于Ie和If人為地選用不同的單位。由圖7可見，本發(fā)明的電子發(fā)射器件按發(fā)射電流Ie來看具有三個顯著的特點，其說明如下。
第一，本發(fā)明的電子發(fā)射器件當施加的電壓超過某一值(以后稱為門限電壓，圖7中用Vth代表)時，發(fā)射電流Ie呈現(xiàn)突然而急劇的增加，而施加的電壓低于門限值Vth時，發(fā)射電流Ie實際上是檢測不到的。換句話說，本發(fā)明的電子發(fā)射器件是一個非線性器件，對于發(fā)射電流Ie，有一明顯的門限電壓Vth。
第二，因為發(fā)射電流Ie非常依賴于器件電壓Vf，從而前者就可有效地由后者控制。
第三，由陽極34捕捉到的發(fā)出的電荷是器件電壓Vf施加時間的函數(shù)。換句話說，由陽極34捕捉到的電荷量可由器件電壓Vf施加的時間來有效地控制。
因為上述的顯著特點，可以理解，包括多個本發(fā)明的電子發(fā)射器件的電子源的電子發(fā)射性能以及含有這種電子源的圖象形成裝置的性能可以容易地由輸入信號控制。因此，這種電子源和圖象形成裝置可以尋求各種用途。
另一方面，器件電流If或者相對于器件電壓Vf單調地增加(如圖7實線所示，其特性以后叫后MI特性)，或者呈現(xiàn)電壓控制的負阻特性的特定形式變化(如圖5的虛線所示，其特性以下稱為VCNR特性)。器件電流的這些特性與若干因素有關，包括制造方法，計量條件以及操作器件的環(huán)境。VCNR特性明顯的臨界電壓稱為邊界電壓Vp。
因此，已經發(fā)現(xiàn)，器件電流If的VCNR特性隨若干因素顯著變化，其中包括電成形處理的電條件，真空系統(tǒng)的真空條件，計量系統(tǒng)的真空條件和電條件，尤其是當電子發(fā)射器件的性能在電成形之后在真空計量系統(tǒng)中計量時(例如，加到電子發(fā)射器件上的電壓以從低到高掃描率進行掃描，以便確定器件的電流-電壓特性)，以及在計量操作之前電子發(fā)射器件留在真空系統(tǒng)中的時間，雖然電子發(fā)射器件的器件電流總保持上述的三個特點。
現(xiàn)在對本發(fā)明的電子源進行說明。
通過在一個底板上安置若干個本發(fā)明的電子發(fā)射器件可以制成電子源和圖象形成裝置。電子發(fā)射器件可以以不同的方式安置在底板上，例如，若干個上述的表面導電電子發(fā)射器件如前所述意指光源可沿一定方向按行安置(以后稱為行向)，每個器件的兩端用導線連接，借助于控制電極(以后稱為柵極或調制裝置)驅動使其工作，控制電極設置在電子發(fā)射器件上方，沿著垂直于行向的方向(以后稱為列向)，或者按如下所述變化，將所有m條X方向的導線和n條y方向的導線借助于位于x方向導線和y方向導線之間的絕緣和若干個表面導電電子發(fā)射器件共同設置，使得每個表面導電電子發(fā)射器件的一對器件電極分別與一個x向導線和一個y向導線相連。這后一種設置稱為簡單矩陣設置。
現(xiàn)在將詳細說明簡單矩陣設置。
從本發(fā)明的表面導電電子發(fā)射器件的三個基本特點來看，具有簡單矩陣設置結構的每一個表面導電電子發(fā)射器件可以借助于控制施加于器件的相對電極上的超過門限電壓值的脈沖電壓的波形高度和脈寬來控制其電子發(fā)射。在另一方面，在門限電平以下，器件不能發(fā)射任何電子。因此，不管有多少電子發(fā)射器件，總可以選擇出所需要的表面導電電子發(fā)射器件，并根據(jù)輸入信號通過施加到每個所選器件上的脈沖電壓來控制電子發(fā)射。
圖8是利用上述特性實現(xiàn)的按本發(fā)明的電子源襯底的平面示意圖。在圖8中電子源包括襯底81，x向連線82，y向連線83，表面導電電子發(fā)射器件84和連線85。表面導電電子發(fā)射器件可以是平面型的或臺階型的。
在圖8中，電子源的襯底81可以是玻璃襯底，并且安置在襯底上的表面導電電子發(fā)射器件的數(shù)目和結構可根據(jù)電子源的應用確定。
提供一總數(shù)為m的x向連線82，用Dx1，Dx2，……Dxm表示，借助于真空淀積、印刷或濺射由導電金屬制成。這些連線根據(jù)材料、厚度和寬度來設計，使得如果需要的話，加在表面導電電子發(fā)射器件上的電壓基本相等。總數(shù)為n的y向連線用Dy，Dy2……Dyn代表，它們與X向連線在材料、厚度和寬度上類似。層間絕緣層(未示出)設置在x向連線和y向連線之間，以使其彼此電絕緣，從而使m個x向連線和n個y向連線形成一個矩陣(m和n為整數(shù))。
層間絕緣層(未示出)一般由SiO2制成，并且形成在絕緣襯底81的整個表面或部分表示上，借助于真空淀積、印刷或濺射呈現(xiàn)出所需的外形。層間絕緣的制造材料、厚度和制造方法如此選擇，使得能承受住跨在x向連線82和y向連線83之間的電位差。每個x向連線82和y向連線83均可拉出，從而形成外部端子。
每個表面導電子發(fā)射器件84的相對設置的電極(未示出)都可連到相關的一條x向連線和相關的一條y向連線上，它是借助于由導電材料用真空淀積、印刷或濺射形成的各個連線85實現(xiàn)連接的。
器件電極的導電金屬材料和從m個x向連線82以及n個y向連線83伸出的連線85的材料可以是同一種或其成分中含有同一種元素的材料，后者可根據(jù)前者進行適當選擇。如果器件電極和連線由同一種材料制成，它們就共同稱作器件電極而不用區(qū)分連線。表面導電電子發(fā)射器件可以直接地安置在襯底81上或層間絕緣層(未示出)上。
x向連線82可電連接到掃描信號發(fā)生裝置(未示出)上，以便按照輸入信號施加一掃描信號到所選的表面導電電子發(fā)射器件的行上并對選取的行進行掃描。
另一方面，y向連線83可電連接到一調制信號發(fā)生裝置(未示出)上，以便按照輸入信號施加一調制信號到所選的表面導電電子發(fā)射器件的列上，并對選取的列進行調制。
注意施加到每個表面導電電子發(fā)射的器件上的驅動信號用加在器件上的掃描信號和調制信號的電位差表示。
現(xiàn)在參看圖9和圖10A、10B來說明本發(fā)明的圖象形成裝置，它包括上述的具有簡單矩陣設置的電子源。該裝置可以是顯示裝置。首先看圖9，它說明了圖象形成裝置的顯示屏板的基本結構，它包括上述型式的電子源襯底81，后底板91，剛性地支持著電子源襯底81;面板96，它是借助于在玻璃襯底93的內表面放上熒光膜91和金屬背95制成的;以及支撐框架92。把玻璃料加到所述后底板91，支撐框架92和面板96上，接著在大氣或氮氣中烘烤到400至500℃，使其粘結在一起制成裝置的殼體98。
在圖9中，標號84代表每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)，標號82和83分別代表與每一電子發(fā)射器件的各個器件電極相連的x向連線和y向連線。
雖然在上述實施例1中殼體98由面板96，支架92和后底板91構成，但如果襯底81本身足夠結實，可以省略后底板91。如果是這種情況，單獨的后底板91就不再需要，并且襯底81可以直接地連結在支架92上，從而使殼體98由面板96、支架92和襯底81構成。在面板96和后板91之間設置若干稱為隔板的支撐件(未示出)可以增加殼體98的總體強度。
圖10A、10B示意地說明為形成熒光膜94的熒光體的兩種可能的布置。如果顯示屏用來顯示黑白圖象，熒光膜94可以只包含熒光體，但用于顯示彩色圖象時，就需要包含黑色導電構件101和熒光體102，其中前者稱為黑條或黑色矩陣元件，其根據(jù)熒光體的布置而定。用于彩色顯示屏的黑條或黑矩陣如此設置，使得不同三原色的熒光體102的區(qū)別較小，并且借助于使周圍區(qū)域變墨使得減小外部光對顯示圖象的對比度的不利影響減弱。雖然石默被通常用作黑條的主要成分，但其它具有低的光傳輸性和光反射性的導電材料也可使用。
不論黑白顯示或彩色顯示，用沉淀或印刷技術把熒光物質加到玻璃片上均是適用的。
普通的金屬背95被安置在熒光膜94的內表面。提供金屬背95是為了借助于使從熒光體發(fā)出的導向殼體內部的光線朝向面板96返回來增加顯示屏的亮度，并用它作為一個電極來對電子束施加加速電壓，以及保護熒光體免遭當在殼體內部產生的負離子碰撞它們時可能引起的破壞。它借助于把熒光膜94的內表面弄平(采用一般稱為稱為“制膜”的操作)，并在形成熒光膜94之后用真空淀積在其上形成Al膜制備。
在面向熒向膜94的外表面的面板96上可以制造一透明電極(未示出)，以便提高熒光膜94的傳導性。
應該小心的是，在將上面所列的殼體的元件組裝在一起之前，如果包含有彩色顯示的話，要把每組顏色的熒光體和電子發(fā)射器件精確地對準。
然后把殼體98用抽氣管(未示出)抽至真空度接近10-6并密封起來。
借助于抽氣管(未示出)把殼體抽到所要求的真空度之后，用外部端子DX1到DXm以及Dy1到Dyn把電壓加到每個器件的器件電極上進行成形操作，然后在進行激活處理的真空條件下送入需要的有機物質，從而形成器件的電子發(fā)射區(qū)3。
最好是在80至200℃下進行3到15小時的烘烤操作，在此期間殼體內的真空系統(tǒng)轉到由離子泵或其類似物組成的超高真空系統(tǒng)。轉到超高真空系統(tǒng)和烘烤操作旨在確保表面導電電子發(fā)射器件具有滿意的器件電流If和發(fā)射電流Ie單調增加的特性(MI特性)，因此這一目的可以在不同條件下用某些其它辦法達到。在殼體98密封后可以進行吸氣操作，以便維持其內的真空度。吸氣操作是一種加熱吸氣器的操作，吸氣器(未示出)在密封殼體98之前或之后被直接安置在殼體98中的給定的位置，借助于電阻加熱或高頻加熱以產生蒸氣淀積膜。吸氣器通常含有Ba為主要成分并且形成的蒸氣淀積膜可以借助其吸收作用保持殼體內的真空度為1×10-5至10-7乇。
具有上述結構的本發(fā)明的圖象形成裝置借助于通過外部端子Dox1至Doxm和Doy1到Doy對每一電子發(fā)射器件施加電壓從而使電子發(fā)射器件發(fā)射電子來工作。同時，由高電壓端HV把高電壓加在金屬背85或透明電極(未示出)上以便加速電子束并使其與熒光膜94相撞，熒光膜經賦能發(fā)光從而顯示需要的圖象。
雖然依照必要元件對本發(fā)明的用作圖象形成裝置的顯示屏的結構進行了說明，但各元件的材料并不受上述的限制，根據(jù)裝置的用途還可以采用其它合適的材料，對上述圖象形成設備地輸入信號并不限于NTSC信號，在其它普通電視系統(tǒng)中的信號例如PAL和SECAM，以及具有較大量掃描行(如MUSE和其它高清晰系統(tǒng))的電視系統(tǒng)的信號可以適用于該裝置。
本發(fā)明的基本構思不僅可用來提供電視的顯示裝置，而且可在電視會議、計算機系統(tǒng)或其它一些應用中。此外，根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)用于具有光敏鼓的光學印刷機的圖象形成裝置。
現(xiàn)在通過實例來更詳細地描述本發(fā)明。
例1.此例中使用的器件的基本結構和圖1A的平面圖及圖1B的(截面)圖中表示的相同。在襯底1上形成4個相同的器件。注意圖11中的標號的意義和圖1A、1B中的相同的標號代表的元件相同。
制造這一器件的方法和圖2A至2C說明的方法基本相同。
下面參照圖1A、1B和圖2A到2C描述器件的基本結構及其制造方法進行描述。
參看圖1A圖1B，制備的電子發(fā)射器件的樣品包括襯底1，一對器件電極5、6，包括電子發(fā)射區(qū)3的薄膜4。
參看圖1A、1B和2A到2C，根據(jù)對該樣品進行的實驗對制造器件的方法說明如下步驟A在把一鈉鈣玻璃板徹底清洗之后，在其上用濺射形成厚度為0.5微米的氧化硅膜，從而得到襯底1，在襯底1上制作光致抗蝕劑(RD-2000N-41可從Hitachi化學工業(yè)有限公司買到)圖案，用作器件電極5、6和分開電極的間隙G，然后用真空淀積先后在上面淀積Ti和Ni，厚度分別為50A和1000A。光致抗蝕劑圖案用有機溶劑溶解，Ni/Ti淀積膜用清除(lift-off)技術處理從而產生一對電極5、6，其寬度W1為300微米，其之間距離L1為3微米。
步驟B用真空淀積制成厚度為1000A的Cr膜，然后對其進行成形操作。然后借助于濺射把有機Pd(CCP4230從Okuno Pharmaceutical有限公司買到)加到Cr膜上，同時使膜轉動，在300℃下烘烤10分鐘，生產出用來形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2，它由以Pd為主要成分的細微粒構成，膜厚為100A，電阻為每單位面積2×104Ω/口。注意這里所用的術語“細微粒薄膜”指的是由大量的細微粒構成的薄膜，這些微粒可以是松散地分布的，或緊密地排列的或相互隨機地重迭的(在一定條件下形成島狀結構)。用于本發(fā)明目的的細微粒的直徑是以上述任一狀態(tài)分布的可以辯認出的細微粒的直徑。
步驟C用酸刻蝕劑刻蝕Cr膜和烘烤過的用來形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2，從而得到要求的圖案。
現(xiàn)在，在襯底1上制成了一對器件電極5、6和用來形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2。
步驟D然后，設置如圖3所示的計量系統(tǒng)，用軸空泵把其內部抽成真空度為2×10-5乇。接著由電源31給器件施加電壓Vf，向電極5、6加上電壓對器件進行電賦能(電成形處理)。圖4B所示為用于電成形處理電壓的波形。
在圖4B中，T1、T2分別代表施加的脈沖電壓的脈沖寬度和脈沖間隔，對本實驗它們分別為1毫秒和10毫秒。施加的脈沖電壓的波形高度(成形操作的峰值電壓)按每步0.1V按步增加。在成形操作期間，在每個T2期間插入0.1V的電阻測量脈沖電壓，以便確定器件的電流電阻。當對電阻測量脈沖電壓的計量讀得的電阻數(shù)接近1MΩ時，成形操作結束。在本實驗中，成形電壓Vform的計量讀數(shù)為5.1V、5.0V、5.0V和5.15V。
步驟E經過成形處理的兩對器件接著進行激活處理，圖4C所示的矩形波電壓波高為4V和14V，其分別施加到每對器件上。之后，用4V進行過低阻激活處理的樣品規(guī)定為器件A，而用14V進行過高阻激活處理的樣品規(guī)定為器件B。在激活處理中，上述的脈沖電壓被加到圖3的計量系統(tǒng)內各器件的器件電極上，同時觀察器件電流If和發(fā)射電流Ie。圖3的計量系統(tǒng)的真空度為1.5×10-5乇。對每個器件進行30分鐘的激活處理。
然后在每個器件上制成電子發(fā)射區(qū)3，以生產出完整的電子發(fā)射器件。
為了試圖看到用上述步驟制備的表面導電電子發(fā)射器件的特性和結構，使用圖3所示的計量系統(tǒng)觀察器件A和器件B的電子發(fā)射性能。剩余的一對器件用顯微鏡觀察。
在上述的觀察中，陽極與電子發(fā)射器件的距離為4mm，陽極電位為1KV，同時在整個計量操作中，系統(tǒng)真空室的真空度為1×10-6乇。把14V的器件電壓加到每個器件A和器件B的器件電極5、6之間，以便在上述條件下觀察器件電流If和發(fā)射電流Ie。測量開始之后，接近10mA的器件電流If立即開始流過器件A，但是該電流逐漸減少，并且發(fā)射電流Ie也表現(xiàn)出減少。另一方面，從測量開始在器件B中就觀察到穩(wěn)定流動的器件電流If和發(fā)射電流Ie。器件電壓14V時，觀察到器件電流為If為2.0mA，發(fā)射電流Ie為1.0μA，從而提供的電子發(fā)射效率為θ＝Ie/If(%)為0.05%。因此，可以看出，在測量的襯期階段，器件A表現(xiàn)出一大而且不穩(wěn)定的器件電流If，而器件B卻從測量一開始就證明是穩(wěn)定的并具有優(yōu)異的電子發(fā)射率Q。
當器件B在激活處理時的真空度保持為1.5×10-5乇并觀察器件電流If和發(fā)射電流Ie時，用頻率約為0.005Hz的三角波脈沖電壓掃描該器件，器件電流If如圖7中的虛線所示。如圖7所示，器件電流If單調增加，直到電壓約為5V，然后表現(xiàn)出高于5V的電壓控制的負阻特性。器件電流達到峰值時的器件電壓叫做VP，在本樣品中為5V。應該注意，超過10V時，器件電流If減少到最大器件電流的一小部分或約為1mA。
當通過顯微鏡觀察時，器件A和器件B表現(xiàn)出分別類似于圖6B和圖6A所示的結構。從圖6B和圖6A之間的比較可以發(fā)現(xiàn)，器件A在已被轉換的器件電極之間的薄膜區(qū)域里形成覆層，而器件B卻主要沿在激活處理中器件電壓的施加方向的高位側在轉換區(qū)域的一部分上形成覆層。當用高放大功率的FESEM觀察時發(fā)現(xiàn)，覆層存在于一部分細金屬微粒的周圍和一部分器件微粒之間的空間內。
當用TEM或Raman顯微鏡觀察時發(fā)現(xiàn)，覆層由石墨和無定形碳組成。
根據(jù)這些觀察，可以肯定地說，在成形處理時已被轉變的器件A的薄膜的區(qū)域內生成了碳，因為該區(qū)域用低于上述的電壓控制負阻特性所要求的電壓Vp的電壓進行激活，使得在薄膜的轉換區(qū)域的高位側和低位側之間形成的碳覆層為器件電流提供一電流通路，通過這個通路，使得大的器件電流，從一開始就允許以大于器件B的器件電流幾倍的速率流動。
與此相反，器件B在高阻激活處理中用高于電壓控制負阻特性所需的電壓Vp的電壓進行激活，因此，如果碳覆層已生成，它就可能被電氣分解，以便確保從一開始就流過穩(wěn)定的器件電流。
因此，具有穩(wěn)定的并能高效地發(fā)射電子的器件電流If和發(fā)射電流Ie的電子發(fā)射器件可以用高阻激活處理來制備。
例2在本例中，把大量的表面導電電子發(fā)射器件排列成簡單矩陣形來制成圖象形成裝置。
圖13是該裝置的電子源襯底的局部放大平面圖。圖14是圖13的襯底沿A-A線所截截面放大示意圖。注意在圖13、14，15A到15D以及16E到16H中相同的標號代表相同的元件。如此，標號81、82、83分別代表襯底、相應于外部端子DXm(也稱作下連線)的X向連線，以及相應于外部端子Dyn的y向連線(也稱作上連線)，而標號4代表包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜，標號5、6代表一對器件電極標號141、142分別代表層間絕緣層和用來連接器件電極5和下連線82的連接孔。
現(xiàn)在參考圖15A至15D以及16E到16H，根據(jù)對該裝置進行的實驗說明制造這種器件樣品的方法。
步驟A在對鈉鈣玻璃板進行徹底清潔之后，利用濺射在其上形成厚度為0.5微米的氧化硅膜制成襯底81，在轉動該膜并且烘烤的同時用旋涂器在襯底上形成光致抗蝕劑(AZ1370Hoechst公司出品)。然后，把一個光掩摸圖象曝光并顯影，形成下導線82的抗蝕圖形，接著用濕法蝕刻沉積Au/Cr膜，制成具有所需結構的下導線82(圖15A)。
步驟B利用RF濺射形成厚度為1.0微米的氧化硅膜作為層間絕緣層141(圖15B)。
步驟C制備一個光致抗蝕劑圖形，用于在步驟B中沉積而成的氧化硅膜中形成接觸孔142，孔142實際上是采用光致抗蝕劑圖形作為掩模對層間絕緣層進行蝕刻而形成的。在蝕刻操作中，采用CF4和H2氣體的RIE(反應離子蝕刻)(圖15C)。
步驟D然后形成用作一對器件電報5和6的光致抗蝕劑(RD-2000NHitach Chemical Co.，Ltd.出品)圖形以及隔開電極的間隙G的圖形，接著利用真空沉積依次在其上沉積厚度分別為50A和1，000A的Ti和Ni。用一種有機溶劑溶解光致抗蝕劑圖形并且采用清除的方式處理Ni/Ti沉積膜，制成一對寬度W1為300微米，并且彼此間隔距離G為3微米的器件電極5和6(圖15D)。
步驟E在器件電極5和6上形成了光致抗蝕劑圖形之后，利用真空沉積法依次沉積用于上導線83的Ti和Au，其厚度分別為5nm和500nm，然后用清除的方式除去其不必要的區(qū)域，制成具有所需結構的上導線83(圖16E)。
步驟F制備一個用于形成器件的電子發(fā)射區(qū)的薄膜2的掩模。該掩模具有一開口用于隔開器件電極及其附近的間隙L1。該掩模被用來由真空沉積的方式形成膜厚為1，000A的Cr膜151，然后對其進行構圖操作。接著用旋涂器在Cr膜上施加一種有機Pd(CCP4230Okuno Pharmaceutical Co.，Ltd.產品)，同時轉動該膜，并在300℃中烘烤10分鐘，制成用于形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2，它是由包含Pd作為其主要成分的微粒構成的，并且膜厚為8.5nm，而每單位面積電阻為3.9×104Ω/口。注意此處所謂的“微粒膜”是指一種由大量微粒構成的薄膜，這些顆粒可以松散地分開，緊密地排列或是相互隨意地重疊(以便在特定條件下形成島形構造)。用于本發(fā)明所需目的的微粒的粒度應是能排列成上述任一狀態(tài)微粒(圖16F)。
步驟G采用酸性蝕刻劑對用于形成電子發(fā)射區(qū)的Cr膜151和烘烤后的薄膜2進行蝕刻，得到所需圖形(圖16G)。
步驟H然后制備一個用于向除接觸孔142之外的整個表面區(qū)域施加光致抗蝕劑的圖形，并且依次用真空沉積法沉積厚度各為5nm和500nm的Ti和Au。用清除方式除去任何不必要的區(qū)域，從而掩蓋住接觸孔142。
到此為止就在襯底81上制成了下導線82，層間絕緣層141，上導線83，一對器件電極5和6，以及用于形成電子發(fā)射區(qū)的薄膜2(圖16H)。
在本項實驗中所用的圖象形成裝置是使用在上述實驗中制備的電子源制成的。以下參照圖8和9描述該裝置。
載有按上述方法制備的大量表面導電電子發(fā)射器件的襯底81被緊密固定在后板91上，然后把一個面板92(其制備方法是在一玻璃襯底93上形成一個熒光膜94和金屬底板95)設置在襯底上方5mm，者之間設有一支撐架92。把熔接玻璃加到面板96、支撐架92以及后板91的接合區(qū)域上，然后在空氣中以400℃烘烤10分鐘，并使之聯(lián)接在一起。再用熔接玻璃把襯底81也牢固聯(lián)接到后板91上(圖9)。
在圖9中標號84代表電子發(fā)射器件，及標號82和83分別代表X方向上的導線和Y方向上的導線。
如果圖象形成裝置是用于黑白畫面的，熒光膜94可以僅由熒光體制成，首先放置黑色條，接著在分開黑色條的間隙中分別填入原色的熒光體，制成本例中的熒光膜94。黑色條是由包含石墨作為其主要成分的通用材料制成的。采用涂漿方法把熒光體加到玻璃襯底93上。
金屬底板95通常設置在熒光膜94的內表面上。在本例中，金屬底板的制備方法是在經所謂制膜工序后已變得平滑的熒光膜94內表面上用真空沉積法制成一個Al膜。
面板96上可以附加有透明電極(未示出)，它設置在緊靠熒光膜94的外表面處，以便改善熒光膜94的導電性，在本例中，由于金屬底板已具有充分的導電性，因此未使用這種電極。
在上述聯(lián)接操作之前把熒光體與各個電子發(fā)射器件精確地對齊。
然后用一個排氣管(未示出)和一排氣泵將制的玻璃容器抽真空，在容器內部獲得足夠的真空度。此后對電子發(fā)射器件84的薄膜2進行電成形成操作，通過外部端子Dox1至Doxm和Dox1至Doyn把電壓加到器件電極5、6上，在每個器件中制成電子發(fā)射區(qū)3。在成形操作中所用電壓的波形與圖4B所示相同。
參見圖4B，T1和T2分別為1毫秒和10毫秒，而電氣成形操作是在大約1×10-5乇的真空度條件下進行的。
在按上述方法制成的各器件的電子發(fā)射區(qū)中可以觀測到，以鈀作為其主要成分的分散微粒。微粒的平均粒度為30埃。
然后對器件進行高電阻激活處理，此間對各個電極施加與成形操作中所用相同的方波電壓，波形高度為14V，觀測器件電流If和發(fā)射電流Ie。
在成形和激活處理后就最終制成了具有電子發(fā)射區(qū)3的電子發(fā)射器件84。
接著，用無油超高真空設備把殼體抽真空，達到大約10-6乇，然后用噴燈通過熔化和封閉排氣管(未示出)的方式將其牢固地密封。
最后用高頻加熱技術對該裝置進行除氣處理，以便在密封操作之后在裝置內部保持真空度。
然后就通過外部端子Dx1至Dxm和Dy1至Dyn對上述圖象形成裝置的電子發(fā)射器件施加由信號發(fā)生裝置(未示出)發(fā)出的掃描信號和調制信號使其發(fā)射電子，并且通過高壓端子Hv向金屬底板95或透明電報(未示出)施加5Kv的高電壓，使發(fā)射出的電子加速，從而使電子碰撞熒光膜94直到使后者被激活發(fā)光并產生圖象。各個器件的器件電流If和發(fā)射電流Ie均與圖7中用于證實器件在最初階段的操作穩(wěn)定性時所示的實線相似。所述的發(fā)射電流Ie應足以達到電視機所需的100f1到150fl的亮度要求。
例3電子發(fā)射器件的樣品按照例1所述方法制備。
制成的每個電子發(fā)射器件所具有的器件寬度W2為300μm，用于器件的電子發(fā)射區(qū)的薄膜2具有10nm的厚度，并且每單位面積的電阻為5×104Ω/口中。另外，所用器件與例1中與其對應的器件相同。
然后按圖3所示把一個計量系統(tǒng)定位，并利用磁懸浮泵從內部抽氣達到2×10-8乇的真空度。接著使用向器件提供器件電壓Vf的電源31把電壓加到器件電極5、6上，對器件進行電賦能(電氣成形處理)。圖4B中示出了用于電氣成形處理的電壓波形。
在圖4B中，T1和T2分別代表所加脈沖電壓的脈寬和脈沖間隔，它們在本例中分別為1毫秒1和10毫秒。所加脈沖電壓的波形高度(用于成形操作的峰值電壓)以0.1V的步幅增加。在成形操作期間，在每個T2期間插入一個0.1V的電阻測量脈沖電壓用于確定器件目前的電阻。當對電阻測量脈沖電壓的測量顯示出的電阻讀數(shù)接近1M歐姆時，就停止器件的成形操作和外加電壓。在本例中對成形電壓Vf的測量讀數(shù)為5.1V。
然后在含丙酮(其在20℃時的蒸汽壓力為233hpa)的環(huán)境中對制備好的樣品器件進行激活處理，在約1×10-5乇的壓力下持續(xù)20分鐘。圖4C示出了激活操作中加到器件上的電壓波形。
在圖4C中，T3和T4分別代表電壓波形的脈寬和脈沖間隔，它們在本例中分別為10微秒和10毫秒。方波的波形高度為14V。
此后進一步把計量系統(tǒng)的真空室排氣達到約1×10-8乇。
在本例實驗期間，用于激活處理的有機物質經由一供料系統(tǒng)(圖12)引入，該系統(tǒng)包括一針閥，并且真空室內部的壓力被保持在基本恒定值。
然后通過在計量系統(tǒng)中對陽極施加1KV的電壓來確定器件的性能，此時使器件與該陽極間隔開的距離H為4mm，并且將真空室內維持在1×10-8乇。
在此時可觀測到，當器件電壓為14V時，器件電流和發(fā)射電流分別為2mA和1μA，這表明具有的電子發(fā)射效率θ為0.05%。表1中示出了電壓為145V時與器件對應的脈寬，脈沖間隔為16.6毫秒，而脈寬為30微秒，100微秒和300微秒。
例4按照與例3相同的條件制備器件樣品，僅是在激活處理時把丙酮換成正十二烷(20℃時的蒸汽壓力為0.1hpa)。
在對制成的器件按上述例3的方式測試其If和Ie時，在器件電壓14V時的器件電流和發(fā)射電流分別為2.2mA和1μA，顯示出電子發(fā)效率θ為0.045%。表1中示出了在與例3相同的測試條件下與器件對應的脈寬。
例5器件樣品的制備條件與例3中相同，只是激活處理是在用甲醛(在20℃時的蒸汽壓力為4，370hpa)代替丙酮的條件下持續(xù)進行兩小時。
在對制成的器件按上述例3的方式測試其中If和Ie時，當器件電壓為14V時，器件電流和發(fā)射電流分別為1mA和0.2μA，顯示出電子發(fā)射效率θ為0.02%。
例6器件樣品的制備條件與例3中相同，僅是在激活處理中把丙酮換成正已烷(在20℃時的蒸汽壓力為160hpa)。
在對制成的器件按上述例3的方式測試其If和Ie時，如果器件電壓為14V，器件電流和發(fā)射電流分別為1.8mA和0.8μA，顯示出電子發(fā)射效率θ為0.044%。表1中示出了在與例3相同的測試條件下與器件對應的脈寬。
例7-a器件樣品的制備條件與例3相同，只是用正十一烷(在20℃時的蒸汽壓力為0.35hpa)代替丙酮用于激活處理。
在對制成的器件按上述例3的方式測試其If和Ie時，當器件電壓為14V時，器件電流和發(fā)射電流分別為1.5mA和0.6μA，顯示出電子發(fā)射效率θ為0.04%。表1中示出了在與例3相同的測試條件下與器件對應的脈寬。
例7-b器件樣品的制備條件與例1相同，僅是不把有機物質導入計量系統(tǒng)，而是在具有含油環(huán)境(直接連接到旋轉泵和離心泵，并能產生5×10-7乇的真空度)的真空/排氣系統(tǒng)中進行激活處理。
在對制成的器件按上述例1的方式測試其If和Ie時，當器件電壓為14V時，器件電流和發(fā)射電流分別為2.2mA和1.1μA，顯示出電子發(fā)射效率θ為0.045%。表1中示出了在與例3相同的測試條件下與器件對應的脈寬。
例8本例中的圖像形成裝置按例2的方式制備，它包括大量表面導電電子發(fā)射器件，布置成簡單的矩陣設置。
首先象例2中那樣制成一包含電子源的玻璃容器，并經由一排氣管(未示出)用無油真空泵把玻璃容器抽真空，使真空度達到1×10-6乇。
然后對電子發(fā)射器件84的薄膜2進行電氣成形操作，此時通過外部端子Dox1至Doxm和Doy1至Doxn向電子發(fā)射器件84的器件電極5、6施加電壓，從而在各個器件中制成電子發(fā)射區(qū)3。在成形操作中所用的電壓具有與圖4B所示相同的波形。
在按上述方法制成的各電子器件的電子發(fā)射區(qū)3中可以觀測到以鈀為主要成分的分散微粒。微粒的平均粒度為30埃。
接著對器件做激活處理，把丙酮導入玻璃容器使壓力達到1×10-3乇，并經由適當?shù)耐獠慷俗覦ox1至Doxm和Doy1至Doyn把電壓加到各電子發(fā)射器件84的器件電極5、6上。圖4C是用于激活處理的電壓波形。
然后抽出容器中所含的丙酮，制成電子發(fā)射器件成品。
接著在大約1×10-6乇的真空度下以120℃對該裝置的元件烘烤10小時，再用噴燈通過熔化和封閉排氣管(未示出)的方式使外殼牢固地密封。
最后用高頻加熱技術對該裝置做除氣處理，以便在密封操作之后在裝置內保持真空度。以Ba為主要成分的吸氣劑在外殼被牢固密封之前就被設置在一預定位置(未示出)上，以便通過蒸汽沉積在外殼內部形成一個膜。
然后通過外部端子Dx1至Dxm和Dy1至Dyn施加來自信號發(fā)生器的掃描信號和調制信號使上述圖象形成裝置的電子發(fā)射器件發(fā)射電子，并通過高壓端子HV向金屬底板95或透明電極(未示出)施加7KV的高電壓使發(fā)射出的電子加速，使電子碰撞熒光膜94直至使后者被激活發(fā)光并產生圖象。
例9本例涉及一種包括大量表面導電電子發(fā)射器件的控制電極(柵極)的圖象形成裝置。
由于本例所涉及的裝置可以用上述有關圖象形成裝置的例2的方法來制備，對該裝置的制造方法無需進一步描述。
以下將就該裝置的電子源對其結構進行描述，該裝置是由大量表面導電電子發(fā)射器件而制成的。
圖17和18是交替地用于例9的圖象形成裝置中的兩種不同襯底的電子源的平面示意圖。
首先看圖17，S表示通常由玻璃制成的絕緣襯底，ES代表布置在襯底S上并用虛線環(huán)表示的表面導電電子發(fā)射器件，其中E1至E10表示用于連接表面導電電子發(fā)射器件的導線電極，器件沿X方向(此處稱為器件列)在襯底上排成一列。用一對連接電極把各器件列的表面導電電子發(fā)射器件相互并聯(lián)地電氣連接在一起。(例如，第一器件列的器件由連接電極E1和E10相互并聯(lián)連接)。
在包括上述電子源的本例裝置中，電子源可以通過向有關的連接電極施加適當?shù)尿寗与妷憾鴨为毜仳寗尤我黄骷?。具體地說，對被驅動發(fā)射電子的器件列施加超過電子發(fā)射門限電平的電壓，同時向其他器件列施加低于電子發(fā)射門限電平(例如OV)的電壓。(超過電子發(fā)射門限電平的驅動電壓在此后用VE[V]表示)。
圖18說明了可用于本例的另一種電子源，S表示通常由玻璃制成的絕緣襯底，ES代表布置在襯底S上并用虛線環(huán)表示的一個表面導電電子發(fā)射器件，其中E′1至E′6代表用于連接表面導電電子發(fā)射器件的連接電極，器件在襯底上沿X方向排成一列。各器件列的表面導電電子發(fā)射器件由一對連接電極相互并聯(lián)地電氣連接。此外在這一變形的電子源中有一單個連接電極被設置在任意的兩個相鄰器件列之間供此兩列使用。例如，一公共連接電極E′2供第一器件列和第二器件列使用。與圖17的結構相比，這種連接電極的布置方式的優(yōu)點是可以顯著地縮小用于隔開任意相鄰的兩列表面導電電子發(fā)射器件的空間。
在包括上述電子源的本例裝置中，電子源可以通過向有關連接電極施加適當?shù)尿寗与妷簛眚寗訂为毜娜魏我粋€器件列。具體地說就是把VE[V]加到被驅動發(fā)射電子的器件列上，而把OV加到其他器件列上。例如，如果向連接電極E′1至E′3施加OV，而向連接電極E′4至E′6施加VE[V]，則僅有第三列的器件被驅動而工作。因此，VE-O＝VE[V]被加到第三列器件上，而加在其他列的所有器件上的(電壓)則為0[V]，0-0＝0[V]或是VE-VE＝0[V]。類似地，如果向連接電極E′1，E′2和E′6施加0[V]，而向連接電極E′3、E′4和E′5施加VE[V]，第二和第五列的器件則可以被驅動而同時工作。這樣就能有選擇地驅動任一器件列的器件。
盡管在圖17和18所示的電子源中的每個器件列具有沿著X方向布置的十二個表面導電電子發(fā)射器件，在一個器件列中布置的器件數(shù)量并不僅限于此，也可以改為布置較多數(shù)量的器件。另外，盡管每個電子源有五個器件列，器件列的數(shù)量也不受此限，并可改為布置較多的器件列。
以下說明裝有上述類型電子源的一個平板型CRT。
圖19是裝有如圖17所示電子源的一個平板型CRT的透視示意圖。在圖19中，VC表示具有用于顯示圖象的面板FP的一個玻璃真空容器。一個透明電極被設在面板PH的內表面上，并采用互相不干涉的方式把鑲嵌或條狀的紅，綠及蘭色熒光元件加到透明電極上。為方便于說明，在圖19中用PH代表透明電極和熒光元件的整體?？梢栽谕该麟姌O上未被熒光矩陣或條紋占用的空白區(qū)域中填充CRT技術領域中公知的黑色矩陣或黑色條紋。類似地，可以在熒光元件上布置任何一種公知型的金屬底板層。透明電極由端子EV電氣連接到真空容器外部，以便向其施加電壓使電子束加速。
在圖19中，S代表緊密固定在真空容器VC底部的電子源襯底，在真空容器VC上布置有如圖17所述的大量表面導電電子發(fā)射器件。具體地說有總共200個器件列，每列有200個器件被布置在該襯底上。每個器件列設有一對連接電極，而該裝置的連接電極被連接到電極端子Dp1至Dp200和Dm1至Dm200，這些端子以交替的方式被排列在板的各自相對的兩側，從而使電驅動信號能從真空容器外部加到器件上。
在采用玻璃容器VC(圖19)成品的一項實驗中，通過一排氣管(未示出)用真空泵對容器抽真空，從而達到足夠的真空度，并隨后對電子發(fā)射器件ES進行電成形操作，其中通過外部端子Dp1至Dp200和Dm1至Dm200向器件施加電壓。在成形操作中所用的電壓波形與圖4B所示相同。在本項實驗中，T1和T2分別為1毫秒和10毫秒，而電氣成形操作是在大約1×10-5乇的真空度條件下進行的。
接著對器件做激活處理，把丙酮導入玻璃容器內直到壓力達到1×10-4乇，并經由外部端子Dp1至Dp200和Dm1到Dm200向電子發(fā)射器件ES施加電壓。然后抽出容器中所含的丙酮;制成電子發(fā)射器件成品。
在按上述方法制成的各個器件的電子發(fā)射區(qū)中可以觀測到以鈀為主要成分的分散微粒，微粒的平均粒度為30埃。接著把本實驗中所用的真空系統(tǒng)換成包括一無油離子泵的超高真空系統(tǒng)。此后在大約1×10-6乇的真空度條件下以120℃對裝置的部件烘烤足夠長的時間。
隨后用噴燈使排氣管(未示出)熔化并閉合，將外殼牢固地密封。
最后用高頻加熱技術對裝置做除氣處理，以期在密封操作和最終制成圖象形成裝置的操作之后裝置內部保持真空度。
條狀柵電極GR被設置在襯底S和面板之間。在垂直于器件列的方向上(或是在y方向上)排列有總共200個柵電極GR，并且每個柵電極具有給定數(shù)量的開口Gh以供電子束從其中穿過。具體地說，盡管通常為每個表面導電電子發(fā)射器件設置的開口Gh是圓形的，也可以把開口改成網狀形式。柵電極經由各個電氣端子G1至G200被電氣連接到真空容器的外部。需要指出的是，只要能成功地對表面導電電子發(fā)射器件所發(fā)射出的電子束進行調制，柵電極的形狀和位置也可以采用不同于圖19的布置方式。例如它們可以布置在表面導電電子發(fā)射器件的周圍或附近。
上述的顯示板包括布置成200個器件列和200個柵電極的表面導電電子發(fā)射器件，從而構成200×200的一個X-Y矩陣。采用這樣布置方式，可以通過對用于圖象中一行的柵電極與逐列驅動(掃描)表面導電電子發(fā)射器件的操作同步地施加調制信號，由此來控制輻射到熒光膜上的電子束，從而把圖象逐行顯示在屏幕上。
圖20是用于驅動圖19所示顯示板的一個電路的方框圖。在圖20中的電路包括圖19的顯示板1000，用于對從外部傳送來的復合圖象信號解碼的解碼電路1001，串/并轉換電路1002，行存儲器1003，調制信號發(fā)生電路1004，定時控制電路1005，以及掃描信號發(fā)生電路1006。顯示板1000的電氣端子被連接到有關的電路。具體地說，端子EV被連接到用于產生10[KV]加速電壓的電壓源HV，端子G1至G200被連接到調制信號發(fā)生電路1004，而端子Dp1至Dp200被連接到掃描信號發(fā)生電路1006，并將端子Dm1至Dm200接地。
以下描述電路中各部件的工作方式。解碼電路1001是用于對諸如NTSC電視信號那樣的復合圖象信號解碼的電路，并且從接收到的復合信號中分離出亮度信號和同步信號。其中前者被傳送到串/并聯(lián)轉換電路1002作為數(shù)據(jù)信號，而后者被送到定時控制電路1005作為T同步信號。換言之，解碼電路把與顯示板1000的彩色象素排列相對應的RGB原色亮度值重新排列，并將它們串行傳送到串/聯(lián)轉換電路1002。解碼電路還提取垂直和水平同步信號并將它們傳送到定時控制電路1005。定時控制電路1005產生各種定時控制信號，用于按照上述同步信號T同步協(xié)調不同部件的操作定時。具體地說就是向串/并轉換電路1002傳送Tsp信號，向行存儲器1003傳送Tmry，向調制信號發(fā)生電路1004傳送Tmod信號，以及向掃描信號發(fā)生電路傳送T掃描信號。
串/并轉換電路1002根據(jù)定時信號Tsp對從解碼電路1001收到的亮度信號數(shù)據(jù)取樣，并將取樣變換成200位并行信號I1至I200傳送給行存儲器1003。當串/并轉換電路1002對用于圖象中一行的一組數(shù)據(jù)完成串/并轉換的操作時，定時控制信號Tmry。接收到信號Tmry之后，行存儲器就存儲信號I1至I200的內容，并且將它們傳送到調制信號發(fā)出電路1004作為信號I′1至I′200，并且保持這些信號直至接收到下一個定時控制信號Tmry為止。
調制信號發(fā)生電路1004根據(jù)從行存儲器1003接收到的圖象中一行的亮度數(shù)據(jù)產生加到顯示板1000的柵電極上的調制信號。響應于由定時控制電路1005產生的定時控制信號，由此產生的調制信號被同時加到調制信號端子G1至G200上。雖然調制信號通常是采用電壓調制的操作模式，即按照圖象亮度數(shù)據(jù)來調制加到器件上的電壓，然而也可改為按脈寬調制方式操作，即按照圖象亮度數(shù)據(jù)來調制加到器件上的脈沖電壓的長度。
掃描信號發(fā)生電路1006產生用于驅動顯示板1000的表面導電電子發(fā)射器件的器件列的電壓脈沖。它按照由定時控制電路1005產生的定時控制信號T掃描而動作，接通和斷開其內的開關電路，從而把由恒壓源DV產生的超過表面導電電子發(fā)射器件門限電平的驅動電壓VE[V]或是地電位電平(O[V])加到各個端子Dp1至Dp200上。
由于上述電路協(xié)調工作的結果，驅動信號按照圖21A至21F所示的定時圖被加到顯示板1000上。圖21A至21F顯示出了由掃描信號發(fā)生電路1006加到顯示板的端子Dp1至Dp200上的一部分信號?？梢钥吹?，在顯示圖象中的一行的時間期間，量值為VE[V]的電壓脈沖被依次加到Dp1，Dp2，Dp3……上。另一方面，由于端子Dm1至Dm200被可靠地接地并保持在O[V]，器件列被電壓脈沖依次驅動，從而由第一列發(fā)射出電子束。
與這一操作同步，調制信號發(fā)生電路1004按照圖21F中虛線所示的定時把調制信號加到用于圖象中每一行的端子G1至G200上。與掃描信號的選擇同步地依次選擇調制信號，直到顯示出整個圖象。通過連續(xù)地重復上述操作，在電視機的屏幕上顯示出運動的圖象。
以上描述了包括圖17所示電子源的一個平板型CRT。接著參照圖22描述包括圖18所示電子源的一個平板型CRT。
圖22的平板型CRT是用圖18的電子源替代了圖17的電子源，它包括200列電子發(fā)射器件和200個柵電極的一個X-Y矩陣。200列表面導電電子發(fā)射器件被分別連接到201個連接電極E1至E201，因此，真空容器總共具有201個電極端子Ex1至Ex201。
在使用制成后的玻璃容器VC(圖22)的一項實驗中，用一個真空泵經由排氣管(未示出)把容器抽真空，達到足夠的真空度，并隨后對電子發(fā)射器件ES進行電氣成形操作，利用外部端子Ex1至Ex201向器件施加電壓。在成形操作中所用的電壓波形與圖4B中的一個波形相同。在實驗中，T1和T2分別為1毫秒和10毫秒，并且電氣成形操作是在大約1×10-5乇的真空度條件下執(zhí)行的。
然后對器件做激活處理，把丙酮導入玻璃容器內直到壓力達到1×10-4乇，并經由外部端子Dp1至Dp200和Dm1至Dm200把電壓加到電子發(fā)射器件ES上。隨后抽出容器內的丙酮制成電子發(fā)射器件的成品。
在按上述工序制成的各個器件的電子發(fā)射區(qū)中可以觀測到主要成分為鈀的分散微粒。微粒的平均粒度為30埃。接著把用于實驗的真空系統(tǒng)換成包括一無油離子泵的超高真空系統(tǒng)。隨后在大約1×10-6乇真空度的條件下用120℃對該裝置的部分烘烤足夠長的時間。
然后用噴燈使排氣管(未示出)熔化并封閉將外殼牢固地密封。
最后用高頻加熱技術對該裝置做除氣處理，以期在密封操作和完成了圖象形成裝置的制做操作之后在裝置內部保持真空度。
圖23示出了用于驅動顯示板1008的驅動電路的方框圖。該電路的構造與圖20的電路基本相同，只有掃描信號發(fā)生電路1007不同。掃描信號發(fā)生電路1007由恒壓源DV所產生的超過表面導電電子發(fā)射器件門限電平的驅動電壓VE[V]或是地電位電平(O[V])加到顯示板的各個端子上。圖24A到24I所示為某一信號被加到顯示板上的定時圖。當圖24B至24E所示的驅動信號從掃描信號發(fā)生電路1007被加到電極端子Ex1至Ex4上時，顯示板按照圖24A所示的定時而工作，顯示出圖象，接著，圖24F至24H所示的電壓被依次加到表面導電電子發(fā)射器件的對應列上，以便驅動該器件列。與這一操作同步，調制信號發(fā)生電路1004按照圖24I所示的定時產生調制信號，從而在顯示屏幕上顯示出圖象。
本例中所實現(xiàn)的這類圖象形成裝置具有穩(wěn)定的工作性能，呈現(xiàn)出具有優(yōu)異色調和對比度的全彩色圖象。
例10圖25是一個顯示裝置的方框圖，它包括由大量表面導電電子發(fā)射器件排列構成的一個電子源和一個顯示板，并且被設計成能按照來自不同信號源的輸入信號顯示出各種可視數(shù)據(jù)及電視傳輸?shù)膱D象。參見圖25，該裝置包括顯示板25100，顯示板驅動電路25101，顯示控制器25102，復用器25103，解碼器25104，輸入/輸出接口電路25105，CPU25106，圖象發(fā)生電路25107，圖象存儲器接口電路25108，25109及25110，圖象輸入接口電路25111，TV信號接收電路25112和25113，以及輸入部分25114。(如果該顯示裝置被用于接收由視頻和音頻信號構成的電視信號，還需要有其他電路，揚聲器等設備和圖示電路一起用于接收，分離，復制，處理以及存儲音頻信號。然而，考慮到本發(fā)明的范圍而省略了這些電路和設備)。
以下將隨著圖象數(shù)據(jù)的流動來描述該裝置的部件。
首先，TV信號接收電路25113是用于接收TV圖象信號的電路，該信號是經由無線傳輸系統(tǒng)用電磁波和/或空間光通信網絡傳輸?shù)?。所用的TV信號系統(tǒng)不僅限于一個特定的系統(tǒng)，諸如NTSC，PAL或SECAM等任一系統(tǒng)都能適當?shù)夭捎谩１狙b置特別適用于包含大量掃描線的TV信號(典型的高清晰度TV系統(tǒng)例如MUSE系統(tǒng))，因為它可被用于包括大量象素的大型顯示板。由TV信號接收電路25113接收到的TV信號被送到解碼器25104。
其次，TV信號接收電路25112是用于接收經由采用同軸電纜和/或光纖的有線傳輸系統(tǒng)所輸入的TV圖象信號的電路。與TV信號接收電路25113相同，所用的TV信號系統(tǒng)不僅限于特定的一種，并且由該電路接收到的TV信號被送到解碼器25104。
圖象輸入接口電路25111是用于接收來自諸如TV攝像機或圖象采集掃描器等一類圖象輸入設備的圖象信號的一個電路。它把接收到的圖像信號送到解碼器25104。
圖象存儲接口電路25110是用于提取存儲在錄像機(本文中稱為VTR)中的圖象信號的電路，并把提取到的圖象信號送到解碼器25104。
圖象存儲接口電路25109是用于提取存儲在視盤上的圖象信號的電路，并把提取到的圖象信號送到解碼器25104。
圖象存儲接口電路25108是用于提取存儲在一個設備中的圖象信號的電路，該設備用于存儲靜止圖象數(shù)據(jù)，例如所謂的靜止盤，并把提取的圖象信號送到解碼器15104。
輸入/輸出接口電路25105是用于連接顯示裝置和外部輸出信號源的電路，例如連接到計算機，計算機網絡或打印機等等。該電路執(zhí)行圖象數(shù)據(jù)和字符及曲線數(shù)據(jù)的輸入/輸出工作，在顯示裝置的cpu25106與外部輸出信號源之間適當?shù)靥峁┛刂菩盘柡蛿?shù)字數(shù)據(jù)。
圖象發(fā)生電路25107按照經由輸入/輸出接口電路25105從外部輸出信號源輸入的圖象數(shù)據(jù)和字符及曲線數(shù)據(jù)以及來自cpu25106的此類數(shù)據(jù)產生被顯示在顯示屏幕上的圖象數(shù)據(jù)。該電路包括用于存儲圖象數(shù)據(jù)和字符及曲線數(shù)據(jù)的可寫存儲器，用于存儲與給定字母碼相對應的圖形的只讀存儲器，用于處理圖象數(shù)據(jù)的處理器，以及其他為產生屏幕圖象所必需的電路部件。
由該電路產生的顯示圖象數(shù)據(jù)被傳送到解碼器25104，并且也可在需要時通過輸入/輸出接口電路25105傳送到外部電路，例如傳送到計算機網絡或打印機上。
cpu25106控制著顯示裝置，并且對被顯示在顯示屏幕上的圖象執(zhí)行圖象的產生，選擇及編輯操作。
例如，cpu25106向復用器傳送控制信號，并且對被顯示在顯示屏幕上的圖象信號進行適當?shù)倪x擇和組合。cpu25106同時還產生用于顯示極控制器25102的控制信號，并且根據(jù)圖象顯示頻率、掃描方式(即隔行掃描或非隔行掃描)、以及每幀中的掃描線數(shù)目等等來控制顯示裝置的操作。
cpu25106還能直接向圖象發(fā)生電路25107發(fā)出圖象數(shù)據(jù)和字符及曲線數(shù)據(jù)，并且能經由輸入/輸入接口電路25105訪問外部計算機和存儲器，以便從外部獲得圖象數(shù)據(jù)和字符及曲線數(shù)據(jù)。還可以進一步把cpu25106設計成能參與顯示裝置的其他操作，這其中包括象個人計算機或文字處理器的cpu那樣的數(shù)據(jù)產生及處理操作。cpu25106還可經由輸入/輸出接口電路25105連接到外部計算機網絡，以便與外部協(xié)同執(zhí)行計算機和其他操作。
輸入部分25114被用于把操作者給出的指令、程序和數(shù)據(jù)發(fā)送給cpu25106。事實上，它可以選用各種輸入設置，例如鍵盤，鼠標，游戲棒，條形碼閱讀器和聲音識別設備以及它們的任意組合。
解碼器25104用于對經由上述電路25107至25113輸入的各種圖象信號進行轉換，使其恢復成用于三原色的信號、亮度信號、以及I和Q信號。解碼器25104包括在圖25中用虛線示出的圖象存儲器，它用于處理電視信號，例如，MUSE系統(tǒng)就需要有用于信號轉換的圖象存儲器。由于裝設了圖象存儲器，通過解碼器25104與圖象發(fā)生電路250107和cpu25106的協(xié)同操作，還可以便于更好地執(zhí)行靜止圖像的顯示，例如能對畫面進行淡化、內插、擴大、縮小、合成及編緝等操作。
復用器25103被用于按照cpu25106給出的控制信號對顯示在顯示屏幕上的圖象做適當?shù)倪x擇。換言之，復用器25103選擇某些由解碼器25104來的經過轉換的圖象信號，并將它們傳送到驅動電路25101。它還能把顯示屏幕分割成同時顯示不同圖象的多個畫面，即在顯示單個畫面的時間周期之內從一組圖象信號切換到另一組圖象信號。
顯示板控制器25102被用于按照由cpu25106發(fā)送的控制信號來控制驅動電路25101的操作。
這其中包括向驅動電路25101傳送信號，以便控制用于驅動顯示板的電源(未示出)的操作順序，從而確定顯示板的基本操作方式?？刂破?5102還向驅動電路25101傳送用于控制圖象顯示頻率和掃描方式(即隔行掃描或非隔行掃描)的信號，從而確定顯示板的驅動模式。
如果需要，它還可以向驅動電路25101傳送用于對顯示屏幕上所顯示的圖象質量進行控制的信號，例如亮度，對比度，色調以及清晰度。
驅動電路25101是用于產生加到顯示板25100上的驅動信號的電路。
它按照來自上述復用器的圖象信號和來自顯示板控制器25102的控制信號進行操作。
按照本發(fā)明并具有上述結構的如圖25所示的顯示裝置可以在顯示板25100上顯示出由各種圖象數(shù)據(jù)源發(fā)出的各種圖象。更具體地說，由解碼器25104轉換器如電視圖象信號那樣的圖像信號，然后在傳送到驅動電路25101之前由復用器25103進行選擇。換言之，顯示控制器25102按照要被顯示在顯示板25100上的圖象的圖象信號來產生用于控制驅動電路25101操作的控制信號。驅動電路25101隨后按照圖象信號和控制信號向顯示板25100施加驅動信號。從而把圖象顯示在顯示屏幕25100上。所有的上述操作是由cpu25106來協(xié)調的。
由于在解碼器25104中裝有圖象存儲器，并且有圖象發(fā)生電路25107和cpu25106參與操作，上述顯示裝置不僅能選擇和顯示出給定的多種圖象之外的特定圖象，還可以執(zhí)行各種圖象處理操作，其中包括擴大、縮小、旋轉、邊沿加重、淡化、內插、色彩變換以及修改圖象的高寬比，以及執(zhí)行編輯操作，這其中包括合成、消除、連接、替換以及插入圖象。盡管在上述實施例中沒有描述，還有可能增設專用于音頻信號處理和編輯操作的專用電路。
因此，按照本發(fā)明并具有上述結構的顯示裝置可具有廣泛的工業(yè)和商業(yè)應用，因為它可以用做電視廣播的顯示裝置，可視電話會議的終端裝置，靜止和運動圖象的編輯裝置，計算機系統(tǒng)的終端裝置，OA裝置諸如文字處理器，游戲機以及很多其他用途。
圖25中顯然僅是示出了顯示裝置結構的一個可能的例子，它包括設有電子源的顯示板，電子源是由大量表面導電電子發(fā)射器件排列而成的，但是本發(fā)明還不僅限于此。例如可以根據(jù)其用途省略掉圖25中的某些電路部件，或是增加某些部件。例如若把本發(fā)明的顯示裝置用于可視電話，可以適當?shù)貙⑵渲瞥砂ㄒ恍└郊硬考热珉娨晹z像機，話筒，照明設備，以及包括調制解調器的發(fā)送/接收電路。
由于本發(fā)明的顯示裝置中包括設有由大量表面導電電子發(fā)射器件制成的電子源的一個顯示板，并因此可以縮小其深度，整個裝置就可以做得很薄。另外，由于包括用大量表面導電電子發(fā)射器件制成的電子源的顯示板是被用做亮度加強并具有寬視角的大顯示屏幕，它可以為觀眾提供明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術的視覺。
如上所述，本發(fā)明提供了一種表面導電電子發(fā)射器件的制造方法，該器件包括一對相對設置的器件電極和一個設置在襯底上并包括一電子發(fā)射區(qū)的薄膜，該方法至少包括以下步驟，即成形一對電極，成形一個薄膜(包括一電子發(fā)射區(qū))，進行電氣成形處理，以及進行激活處理，由于成形處理和激活處理是分成兩步進行的，并且有一個包含以石墨、非晶碳或其混合物構成的碳為主要成分的覆層以受控的方式被裝到電子發(fā)射區(qū)的上面和周圍，從而可以對至今無法測定的器件的電子發(fā)射性能進行精確地控制。
特別是激活處理包括以下步驟，即在薄膜上形成一個主要成分為碳的覆層，并向器件的一對電極施加超過電壓受控負電阻電平的一個電壓，從而使以碳為主要成分的覆層能形成在遠離電子發(fā)射區(qū)的高壓側。采用這種方式制成的電子發(fā)射器件從操作的初始階段開始可以在低器件電流和高效率狀態(tài)下穩(wěn)定地工作。
按照本發(fā)明還提供了一種按照輸入信號發(fā)射電子發(fā)電子源，并在一個襯底上包括許多上述類型的電子發(fā)射器件，其中的電子發(fā)射器件被布置成行，每個器件的兩端被連接到導線，并為它們提供一個調制裝置，或是改用另一種方式，即把電子發(fā)射器件的一對器件電極分別連接到m個隔離X方向導線和n個隔離的Y方向導線，把電子發(fā)射器件布置成行，每行中有多個器件。采用上述方式，按照本發(fā)明可以低成本的高效率地制造電子源。此外，本發(fā)明的電子源能以節(jié)能的方式高效工作，從而可以減輕其外圍電路所承受的負載。
本發(fā)明還提供了一種按照輸入信號形成圖象的圖象形成裝置，上述裝置至少包括圖象形成元件和本發(fā)明的電子源。這種裝置可以在受控方式下確保有效和穩(wěn)定地發(fā)射電子。例如，如果圖象形成元件是熒光元件，這種圖象形成裝置就可以制成顯示高質量圖像并具有低能耗的平板式彩色電視機。
表1.

權利要求
1.一種電子發(fā)射器件，包括一對相對設置的電極和設在這些電極之間并包括一高電阻區(qū)的導電膜，其特征是上述高電阻區(qū)具有以碳為主要成分的淀積層。
2.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是在上述高電阻區(qū)近旁也設有上述以碳為主要成分的淀積層。
3.按照權利要求2的電子發(fā)射器件，其特征是上述以碳為主要成分的淀積層位于上述導電膜上并且離開上述高電阻區(qū)。
4.按照權利要求3的電子發(fā)射器件，其特征是上述以碳為主成分的淀積層位于離開上述高電阻區(qū)的一個上述電極上。
5.按照權利要求4的電子發(fā)射器件，其特征是上述以碳為主要成分的淀積層位于導電膜的一部分上，靠近離開上述高電阻區(qū)的上述電極之中電位較高的一個電極。
6.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是上述導電膜是由導電微粒制成的。
7.按照權利要求6的電子發(fā)射器件，其特征是上述導電微粒是由金屬或一種金屬氧化物制成的。
8.按照權利要求6時電子發(fā)射器件，其特征是至少有一部分上述導電微粒被上述淀積層所覆蓋。
9.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是上述高阻區(qū)包含導電微粒。
10.按照權利要求9的電子發(fā)射器件，其特征是至少有一部分上述導電微粒被上述淀積層所覆蓋。
11.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是至少有一部分上述電極被上述以碳為主要成分的淀積層所覆蓋。
12.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是上述以碳為主要成分的淀積層主要是由石墨、非晶碳或是其混合物制成的。
13.按照權利要求1的電子發(fā)射器件，其特征是器件的電子發(fā)射電流相對于加到上述電極上的電壓具有單調增加的特性。
14.一種電子源，包括一個按照輸入信號發(fā)射電子的電子發(fā)射器件，其特征是上述電子發(fā)射器件是如權利要求1至13所述的器件之一。
15.如權利要求14的電子源，其特征是包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，每個上述電子發(fā)射器件的兩端均被連接到導線上，以及一個調制裝置用于對上述電子發(fā)射器件發(fā)射出的電子束進行調制。
16.如權利要求14的電子源，其特征是包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，并且分別被連接到相互間電氣絕緣的n個X方向導線和n個Y方向導線。
17.一種圖象形成裝置，包括一個電子源和一個按照輸入信號形成圖象的圖象形成元件，其特征是上述電子源包括如權利要求1至13之一所述的一個電子發(fā)射器件。
18.按照權利要求17的圖象形成裝置，其特征是上述電子源包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，每個上述電子發(fā)射器件的兩端均連接有導線，以及一個調制裝置用于上述電子發(fā)射器件發(fā)射出的電子束進行調制。
19.按照權利要求17的圖象形成裝置，其特征是上述電子源包括排列成行的許多上述電子發(fā)射器件，并且分別被連接到相互電氣絕緣的m個X方向導線和n個Y方向導線。
20.按照權利要求17的圖象形成裝置，其特征是上述電子源的發(fā)射電流和器件電流相對于加到上述器件上的電壓具有單調增加的特性。
21.按照權利要求17的圖象形成裝置，其特征是上述圖象形成裝置的內部被保持在一定的真空度下，從而防止在上述以碳為主要成分的淀積層上出現(xiàn)任何其他的沉積物。
22.一種電子發(fā)射器件的制造方法，該電子發(fā)射器件包括一對相對設置的電極和設在電極之間的一個導電膜，其特征是該方法包括對器件的激活處理。
23.按照權利要求22的電子發(fā)射器件的制造方法，其特征是上述激活處理是指在上導電膜上沉積以碳為主要成分的一個淀積層的過程。
24.按照權利要求23的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述激活處理中包括在真空中向設在電極之間的導電膜施加電壓的步驟。
25.按照權利要求24的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓是以脈沖的方式施加的。
26.按照權利要求25的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓高于電壓控制負電阻電平。
27.按照權利要求26的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓是用于驅動電子發(fā)射器件的驅動電壓。
28.按照權利要求23的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述激活處理包括在包含一種導入的碳化合物的環(huán)境中向設在電極之間的導電膜施加電壓的步驟。
29.按照權利要求28的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓是以脈沖的方式施加的。
30.按照權利要求29的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓高于電壓控制負電阻電平。
31.按照權利要求30的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述電壓是用于驅動電子發(fā)射器件的驅動電壓。
32.按照權利要求28的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述碳化合物是一種有機氣體。
33.按照權利要求32的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述有機氣體在激活處理的溫度和環(huán)境下具有不高于5000hpa的蒸汽壓力。
34.按照權利要求33的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述有機氣體在20℃時具有不高于5000hpa的蒸汽壓力。
35.按照權利要求32的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述有機氣體在激活處理的溫度和環(huán)境下具有的蒸汽壓力在0.2hpa至5000hpa之間。
36.按照權利要求35的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述有機氣體在20℃時的蒸汽壓力處于0.2hpa至5000hpa之間。
37.按照權利要求22的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是進一步包括一種成形處理。
38.按照權利要求37的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述成形處理是在位于電極之間的導電膜中形成一高電阻區(qū)的步驟。
39.按照權利要求22的電子發(fā)射器件制造方法，其特征是上述激活處理是在上述成形處理之后執(zhí)行的。
40.一種電子源，包括一個按照輸入信號發(fā)射電子的電子發(fā)射器件，其特征是上述發(fā)電子發(fā)射器件是采用權利要求22至39所述方法之一制造而成的。
41.按照權利要求40的電子源，其特征是包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，每個上述電子發(fā)射器件的兩端都連接到導線上，以及一個調制裝置用于對上述電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束進行調制。
42.按照權利要求40的電子源，其特征是包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，并且分別被連接相互電氣絕緣的m個X方向導線和n個Y方向導線。
43.一種圖象形成裝置，包括一個電子源和一個按照輸入信號形成圖象的圖象形成元件，其特征是上述電子源包括一個電子發(fā)射元件，該器件是按照權利要求22至39所述方法之一制造而成的。
44.按照權利要求43圖象形成裝置，其特征是上述電子源包括排列成多行的許多上述電子發(fā)射器件，每個上述電子發(fā)射器件的兩端均被連接到導線上，以及一個調制裝置，用于對上述電子發(fā)射器件發(fā)射出時電子束進行調制。
45.按照權利要求43的圖象形成裝置，其特征是上述電子源包括排列成行的許多上述電子發(fā)射器件，并且分別被連接到相互電氣絕緣的m個X方向導線和n和Y方向導線。
46.按照權利要求43的圖象形成裝置，其特征是上述電子源的發(fā)射電流和器件電流相對于加到上述器件上的電壓具有單調增加的特性。
47.按照權利要求43的圖象形成裝置，其特征是上述圖象形成裝置內部保持著一定的真空度，從而防止在上述以碳為主要成分的淀積層上形成任何額外的沉積物。
全文摘要
一種電子發(fā)射器件包括一對相對設置的電極和一個設在電極之間的并包括一個高電阻區(qū)的導電膜。該高電阻區(qū)具有由碳作為其主要成分的淀積層。這種電子發(fā)射器件可以被用作平板型圖象形成裝置的電子源。
文檔編號H01J1/308GK1109206SQ94109010
公開日1995年9月27日 申請日期1994年6月24日 優(yōu)先權日1993年12月27日
發(fā)明者大西敏一, 山野邊正人, 野村一郎, 鱸英俊, 坂野嘉和, 小野武夫, 三留正則 申請人:佳能株式會社