專利名稱：電子發(fā)生器、圖象顯示器及其驅(qū)動電路與驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含按矩陣布線的眾多電子發(fā)射體組成的多電子源以及多電子源驅(qū)動電路的電子發(fā)生器，一種圖象顯示器，一種驅(qū)動電路和一種驅(qū)動方法。
按常規(guī)，已知有兩種電子發(fā)射體器件，即熱陰極和冷陰極器件。冷陰極器件的例子有場致發(fā)射型電子發(fā)射體(下稱場致發(fā)射體)，金屬/絕緣體/金屬型電子發(fā)射體(下稱MIM型電子發(fā)射體)和表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。
場致發(fā)射體的已知例子曾在W.P.Dyke和W.W.Dolan的論文“場致發(fā)射”(電子物理進(jìn)展，8，89(1956))以及C.A.Spindt的論文“帶鉬錐體的薄膜場致發(fā)射陰極的物理特性”(J.Appl.Phys.，47，5248(1976))中敘及。圖31是按C.A.Spindt等人所述器件的截面圖。參照圖31，標(biāo)識號3010表示基片，3011是由導(dǎo)電材料做的發(fā)射體布線條；3012是發(fā)射錐體；3013是絕緣層；3014是柵極。在這種器件中，可在發(fā)射錐3012和柵極3014之間加上適當(dāng)電壓，以從發(fā)射錐體3012的末端發(fā)射電子。
MIM型電子發(fā)射體的例子在C.A.Mead的論文“隧道發(fā)射器件工作特性”(J.Appl.Phys.，32，646(1961))中敘及。圖32是一種MIM型電子發(fā)射體的截面圖。參照圖32，標(biāo)識號3020表示基片，3021是金屬下電極；3022是厚約100的薄絕緣層；3023是厚度約80到300的金屬上電極。在MIM型電子發(fā)射體中，可在上電極3023和下電極3021之間加電壓，以從上電極3023的表面發(fā)射電子。
表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的例子在M.I.Elinson的論文(“無線電工程電子物理”，10，1290(1965))中敘及，其他例子將在后面介紹。
表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體利用基片上形成的小面積薄膜在平行于薄膜表面通電流時產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象。除了前述Elinson用的SnO2薄膜外，表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體還包括采用金薄膜(G.Dittmer，“固態(tài)薄膜”，9，317，(1972))、In2O3/SnO2薄膜(M.Hartwell和C.G.Fonstad，“IEEETrans.EDConf”，519，(1975))、碳薄膜(Hisashi Araki等，“真空”，26卷第1期22頁(1983))等諸如此類的電子發(fā)射體。
圖30是M.Hartwell等人所述表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的平面視圖，它是這些表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體結(jié)構(gòu)的一種典型例子。參照圖30，標(biāo)號3001表示基片；3004是濺射形成的金屬氧化物導(dǎo)電薄膜。這層導(dǎo)電薄膜3004呈H-形圖樣，如圖30所示。電子發(fā)射區(qū)3005通過激勵(energination)過程(所謂激勵成形處理將在后面介紹)相對導(dǎo)電薄膜3004形成。參照圖30，間距L設(shè)定為0.5到1mm，寬度W設(shè)定為0.1mm。為敘述方便，電子發(fā)射區(qū)3005用位于導(dǎo)電薄膜3004中央的一個矩形表出。然而，這并不是準(zhǔn)確表示電子發(fā)射區(qū)的位置和形狀。
在按M.Hartwell等人的上述表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體中，電子發(fā)射區(qū)3005一般是在電子發(fā)射之前對導(dǎo)電薄膜進(jìn)行一種稱為激勵成形處理的激勵過程形成的。按照激勵成形處理，激勵是在導(dǎo)電薄膜3004兩端施加按很低速率(例如每分鐘1V)升高的恒定直流電壓，使導(dǎo)電薄膜3004遭部分破壞或變形，由此而形成具有高電阻的電子發(fā)射區(qū)3005。注意到導(dǎo)電薄膜3004的被破壞或變形部分有裂縫。在激勵成形處理之后對導(dǎo)電薄膜3004施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在靠近裂縫處即產(chǎn)生電子發(fā)射。
上述表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體是很有用的，因其結(jié)構(gòu)簡單且易于制造。正因如此，可大面積形成許多器件。正如本申請人在日本專利公開號64-31332中所披露的，已經(jīng)研究出一種配置和驅(qū)動大量器件的方法。
有關(guān)表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體在(例如)如圖象顯示器和圖象記錄器之類的圖象形成器件、電荷束源等諸如此類的應(yīng)用已進(jìn)行過研究。
尤其作為圖象顯示器的應(yīng)用，就象本申請人在美國專利號5,066,883和日本專利公開號2-257551中所披露的，已研究出一種利用表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體和在電子束照射下發(fā)光的熒光體組合的圖象顯示器。這種圖象顯示器可望具有比常規(guī)圖象顯示器更為優(yōu)良的特性。例如，與新近廣為使用的液晶顯示器相比，上述顯示器的優(yōu)點在于因為它屬于自發(fā)光型而無需后照光，而且有大的視角。
除了上述器件之外，本發(fā)明人還對由多種材料構(gòu)成、用多種方法制作、具有多種結(jié)構(gòu)的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體進(jìn)行了實驗研究。本發(fā)明人還研究了多種均由許多表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體陣列構(gòu)成的多電子源，和采用多電子源的圖象顯示器。
本發(fā)明人已實驗制作出按圖33所示之電布線法形成的多電子源。在這種多電子源中，大量表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體按二維排列并按矩陣布線，如圖33所示。
參照圖33，標(biāo)號4001表示概要示出的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體；4002是行布線條；4003是列布線條。實際上，行和列布線條4004和4005具有有限的電阻。然而，圖33將這些電阻作為布線電阻4004和4005表出。上述布線法稱為簡單矩陣布線。
為說明方便起見，圖33示出一個6×6的矩陣。然而，矩陣的大小并不限于此。例如，在用作圖象顯示器的多電子源中，為達(dá)到所希望的圖象顯示運作，就需對足夠數(shù)目的發(fā)射體進(jìn)行排列和布線。
在具有簡單矩陣布線的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的多電子源中，為了輸出所希望的電子束，將適當(dāng)?shù)碾娦盘柤拥叫泻土胁季€條4002和4003。例如，為了驅(qū)動矩陣中任意一行上的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體，將一個選擇電壓Vs加到所選行的一行布線條4002上，同時，將一個非選擇電壓Vns加到各非被選行的每一行布線條4002上。一個與非選擇電壓Vns同步的驅(qū)動電壓Ve加到每列布線條4003上。按此方法，忽略由布線電阻4004和4005引起的電壓降，一個電壓Ve-Vs就加在被選行的每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體上，而電壓Ve-Vns則加在各非被選行上的每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體上。因此，假如電壓Ve、Vs和Vns設(shè)定到適當(dāng)值，則所希望強(qiáng)度的電子束應(yīng)該只從被選那一行上的每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體輸出。此外，倘若不同驅(qū)動電壓Ve加到各列布線條上，則具有不同強(qiáng)度的電子束應(yīng)該從被選一行上的各個發(fā)射體輸出。既然每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的響應(yīng)速度很快，如果改變施加驅(qū)動電壓的維持時間，則電子輸出的持續(xù)時間也應(yīng)改變。
這樣一種具有簡單矩陣布線的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的多電子源的多種應(yīng)用因此而得以研究。例如，這種電子源可望用于按圖象信息施加電壓信號的圖象顯示器。
但實際上，當(dāng)連有電壓源的多電子源按上述電壓施加方法驅(qū)動時，將在布線電阻上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致加于各個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體上的有效電壓發(fā)生改變。加到各個發(fā)射體上的的電壓發(fā)生變化的第一個原因是在簡單矩陣布線結(jié)構(gòu)中的各個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體具有不同的布線長度(即不同的布線電阻)。
第二個原因是各行布線條中的布線電阻4004引起的電壓降發(fā)生改變。這是因為電流從被選行的布線條分流到所連的各個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體，致使各布線電阻4004中的電流不均勻。
第三個原因是由布線電阻引起的電壓降幅度隨驅(qū)動圖型(在圖象顯示器情況下即為待顯示的圖象結(jié)構(gòu))發(fā)生改變。這是因為通過布線電阻的電流依賴于驅(qū)動圖型而改變。
如果加在各個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體上的電壓因上述原因而改變，則每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的輸出電子束強(qiáng)度將偏離所希望的值，這就在實際使用中出現(xiàn)問題。例如，當(dāng)電子源用于圖象顯示器時，則顯示的圖象亮度變得不均勻，或亮度隨掃描圖型而變。此外，電壓的變化隨簡單矩陣大小的增大而趨于增大。這種傾向是限制圖象顯示器象素數(shù)目的主要原因。
在考慮上述問題的這類技術(shù)研究過程中，本發(fā)明人已就與上述加電壓方式不同的驅(qū)動方法進(jìn)行了實驗研究。按此方法，當(dāng)簡單矩陣布線的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的多電子源被驅(qū)動時，將一個用來提供為輸出所要求的電子束所需電流的電流源連到各列布線條上，替代給每一列布線條加驅(qū)動電壓Ve而連接的電壓源，從而驅(qū)動多電子源。想出這種方法是考慮到通過每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電流(以下稱發(fā)射體電流If)和從每個發(fā)射體發(fā)射的電子束(以下稱發(fā)射電流Ie)之間的緊密相關(guān)性。按此方法，發(fā)射電流Ie的大小可通過限制發(fā)射體電流If的大小來控制。
這就是說，加到每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的發(fā)射電流Ie的大小參照每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的(發(fā)射體電流If)對(發(fā)射電流Ie)的相關(guān)特性來確定，而發(fā)射體電流If由連到每列布線條的電流源提供。更具體地說，驅(qū)動電路可由一個存儲(發(fā)射體電流If)～(發(fā)射電流Ie)特性的存儲器、一個用來確定待加發(fā)射體電流If的運算器和一個受控電流源的組合電路構(gòu)成。作為受控電流源，可采用一種將待加發(fā)射體電流If暫時轉(zhuǎn)換為電壓信號，再通過電壓/電流變換電路將該信號轉(zhuǎn)換成電流的電路結(jié)構(gòu)。與上述采用連到每列布線條的電壓源來驅(qū)動多電子源的方法相比，這種方法對由布線電阻產(chǎn)生的電壓降不太敏感。由此而發(fā)現(xiàn)這種方法可減小待輸出電子束的強(qiáng)度變化。
然而，采用如此連接的電流源來驅(qū)動電子源的方法存在如下問題。這個問題要參照圖34來說明。圖34示出了一個用電流源驅(qū)動圖33所示多電子源的例子。一個選擇電壓Vs＝-7V加在行布線條4002的一行布線條Dx1上，一個非選擇電壓Vns＝0V加到其余行布線條4002上，即行布線條Dx2到Dx6。列布線條4003，即列布線條Dy1到Dy6與恒流源4006相連。利用這種配置，加有選擇電壓的行布線條上的發(fā)射體由恒定電流驅(qū)動。在此情況下，每個恒定電流的設(shè)定值大小要使每個發(fā)射體發(fā)射電子。由于采用這種設(shè)置，當(dāng)電流從每個電流源輸出時，一個設(shè)定的發(fā)射體電流If流過加有選擇電壓行上的每個發(fā)射體。于是，每個發(fā)射體便發(fā)射電子。
此時，必須按實際的視頻信號加以控制以抑制某些發(fā)射體發(fā)射電子(關(guān)斷運作)。例如，考慮一種不需從加有選擇電壓Vs的行布線條Dx1上的發(fā)射體中、并位于行布線條Dx1與列布線條Dy2交叉處的某個發(fā)射體發(fā)射電子的情況，如圖34所示。在此情況下，連到列布線條Dy2的恒流源置于無電流輸出狀態(tài)。這種恒流源輸出電流為0的狀態(tài)等價于恒流源輸出阻抗變成無窮大。其結(jié)果使列布線條Dy2處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)簡單矩陣的行或列布線條置于高阻抗?fàn)顟B(tài)時，便會出現(xiàn)以下問題(1)一個不由電流源輸出所決定而處于高阻抗?fàn)顟B(tài)的布線條具有由其他被驅(qū)動發(fā)射體或驅(qū)動圖型的影響所決定的電壓。因此之故，即使控制與列布線相連的電流源來抑制一個發(fā)射體發(fā)射電子，但待加到該列上的這個發(fā)射體的電壓仍不確定。這就是說，高阻抗?fàn)顟B(tài)下布線條上的一個發(fā)射體可能不顧視頻信號而發(fā)射電子(非正常導(dǎo)通運作)，這決定于其他被驅(qū)動發(fā)射體、驅(qū)動圖型和選擇/非選擇電壓狀態(tài)的影響。
(2)在采用表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體和在電子束照射下發(fā)光的熒光體組合的圖象顯示器中，一個電子束的軌道受加到熒光體側(cè)的高電壓和相鄰行與列布線條電壓的影響。因此，假如存在一個高阻抗的布線條電壓，則會影響從相鄰布線條發(fā)射電子的電子軌道。例如，在一個彩色顯示器中，電子束的偏移可能引起色彩顯示不準(zhǔn)確。
本發(fā)明之目的在于提供一種為進(jìn)行電流驅(qū)動運行而設(shè)計的驅(qū)動電路，其優(yōu)點是克服了電壓降的問題，而不產(chǎn)生任何非正常導(dǎo)通運作和電子軌道的偏移，還提供一種采用該驅(qū)動電路的電子發(fā)生器、一種圖象顯示器及其驅(qū)動方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人作了大量努力而獲得以下結(jié)果。這里提供的電子產(chǎn)生器包括一個擁有許多電子發(fā)射體的多電子源，這些電子發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條按矩陣布線；以及驅(qū)動該多電子源的驅(qū)動電路，其特征在于一個用來輸出恒定電流的恒流輸出源和一個用來輸出恒定電壓的恒壓輸出源通過一個開關(guān)連到數(shù)據(jù)布線條。本發(fā)明包括一個采用該電子發(fā)生器的圖象顯示器。按本發(fā)明，這里提供的圖象顯示器包括一個擁有許多電子發(fā)射體的多電子源，這些電子發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條按矩陣布線；一個驅(qū)動該多電子源的驅(qū)動電路，以及一個在電子照射下激活發(fā)光的熒光體，其特征在于一個用來輸出恒定電流的恒流輸出源和一個用來輸出恒定電壓的恒壓輸出源通過一個開關(guān)連到數(shù)據(jù)布線條。本發(fā)明包括一個用于電子發(fā)生器和圖象顯示器的驅(qū)動電路。按本發(fā)明，這里提供的驅(qū)動電路用來驅(qū)動擁有許多電子發(fā)射體的多電子源，這些電子發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條按矩陣布線，其特征在于一個用來輸出恒定電流的恒流輸出源和一個用來輸出恒定電壓的恒壓輸出源通過一個開關(guān)連到數(shù)據(jù)布線條。
在本發(fā)明中，從恒流輸出源輸出的恒定電流最好是要通到該電子發(fā)射體的發(fā)射體電流，以獲得所希望的發(fā)射電流，而從恒壓輸出源輸出的恒定電壓最好設(shè)定在使該恒定電壓與加到掃描布線條的掃描電壓之差低于電子發(fā)射體的電子發(fā)射閾值電壓。所用開關(guān)最好是對恒流輸出源與數(shù)據(jù)布線條之間的連接和恒壓輸出源與數(shù)據(jù)布線條之間的連接進(jìn)行切換。所用開關(guān)包含的開關(guān)數(shù)目最好與數(shù)據(jù)布線條數(shù)相等。該開關(guān)最好包含一個晶體管。該晶體管可以是一個雙極型晶體管，或者增強(qiáng)型MOS晶體管。假如晶體管是雙極型晶體管，其集電極或發(fā)射極最好接地。假如晶體管是增強(qiáng)型MOS晶體管，則漏極或源極最好接地。驅(qū)動電路最好包括一個脈沖-寬度調(diào)制電路以使開關(guān)進(jìn)行切換運作的。恒壓輸出源最好包含一個接地(GND)的布線條。其開關(guān)可以包含一個二極管。當(dāng)開關(guān)是一個二極管時，該電路最好包含一個時序信號發(fā)生電路來使開關(guān)進(jìn)行切換運作。恒流輸出源最好包含一個電壓/電流轉(zhuǎn)換器。當(dāng)亮度信號值低于參考信號值時，開關(guān)最好將數(shù)據(jù)布線條與恒壓輸出源相連，而當(dāng)亮度信號值不低于參考信號值時，開關(guān)最好將數(shù)據(jù)布線條與恒流輸出源相連。此外，開關(guān)最好將與電子發(fā)射量為0的電子源相連的數(shù)據(jù)布線條連到恒壓輸出源，而將與電子發(fā)射量為非0值的電子源相連的數(shù)據(jù)布線條連到恒流輸出源上。
本發(fā)明還包括一種用于電子發(fā)生器和圖象顯示器的驅(qū)動方法。按本發(fā)明，這里所提供用于電子發(fā)生器的驅(qū)動方法包括一個擁有許多電子發(fā)射體的多電子源，這些電子發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條按矩陣布線；以及用來將亮度信號輸出到多電子源的眾多數(shù)據(jù)布線條的驅(qū)動電路，其特征在于當(dāng)一個恒流信號與一個恒壓信號被切換時，亮度信號輸出到數(shù)據(jù)布線條。
另外，按本發(fā)明，這里所提供用于電子發(fā)生器的驅(qū)動方法包括一個擁有許多電子發(fā)射體的多電子源，這些電子發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條按矩陣布線；一個用來將亮度信號輸出到多電子源的眾多數(shù)據(jù)布線條的驅(qū)動電路；以及一個在電子照射下激活發(fā)光的熒光體，其特征在于當(dāng)一個恒流信號與一個恒壓信號被切換時，亮度信號輸出到數(shù)據(jù)布線條。該恒流信號最好是從電壓/電流轉(zhuǎn)換器輸出。該恒定電壓最好是接地(GND)。恒流信號和恒定電壓可根據(jù)脈沖-寬度調(diào)制電路或時序產(chǎn)生電路的輸出信號來切換。時序信號發(fā)生電路最好在視頻顯示期間給數(shù)據(jù)布線條輸出恒定的電流信號，而在消隱期間則輸出一個脈沖將數(shù)據(jù)布線置于恒定電壓上。
按本發(fā)明，在一個其許多電子發(fā)射體按矩陣布線的顯示器中，且用來提供所需電流以輸出所需電子束的電流源與發(fā)射體相連而使其驅(qū)動，則可獲得以下效果(1)即使一個恒流源的輸出電流變?yōu)?，可避免在高阻抗布線條上的每個發(fā)射體的非正常運作。
(2)即使一個恒流源的輸出電流變?yōu)?，高阻抗?fàn)顟B(tài)對鄰近布線發(fā)射的電子軌道的不利影響可以被消除。
由于這些效果，一個對初始視頻信號非常穩(wěn)定的圖象可在整個顯示屏上顯示。
從下述參照附圖所作說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點會顯得更為清晰，在所有附圖中，用相同標(biāo)識符表示相同的或相似的構(gòu)件。


圖1是表明本發(fā)明驅(qū)動電路的方框圖；圖2是表明本發(fā)明實施例1中視頻信號流程的方框圖；圖3是表明實施例1中的開關(guān)和恒流電路的電路圖；圖4A到4G是與實施例1中列布線條1相關(guān)的時序圖；圖5是表明一個顯示板的透視圖；圖6A和6B是表明熒光屏上熒光體布局的視圖；圖7A和7B分別表示一個平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的平面圖和截面圖；圖8A到8E表示一個平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體制作過程的截面圖；圖9是表示激勵成形電壓的時序圖；圖10A和10B是激活電壓和發(fā)射電路時序圖；圖11表示一個臺階表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的截面圖；圖12A到12F表示一個臺階表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體制作過程的截面圖；圖13表示一個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電壓/電流特性曲線；
圖14是表明一個多電子源基片的平面視圖；圖15是表明一個多電子源基片的部分截面視圖；圖16是表明本發(fā)明實施例2中的開關(guān)和恒流電路的電路圖；圖17A到17G是與實施例2中列布線條1相關(guān)的時序圖；圖18是表明本發(fā)明實施例3中視頻信號流程的方框圖；圖19是表明實施例3中的開關(guān)和恒流電路的電路圖；圖20A到20G是與實施例3中列布線條1相關(guān)的時序圖；圖21是表明按本發(fā)明實施例4多電子源和驅(qū)動電路的視圖；圖22是表明按實施例4的驅(qū)動電路方框圖；圖23是表明掃描電路中的推挽結(jié)構(gòu)電路圖；圖24是圖23中電路的時序圖；圖25是表明一個V/I轉(zhuǎn)換電路方框圖；圖26是表明實施例4中的一個V/I轉(zhuǎn)換電路圖；圖27A到27C是實施例4的時序圖；圖28A到28C是表明橫向型場致發(fā)射體的透視圖；圖29是一個表明一個采用橫向型場致發(fā)射體的多電子源的視圖；圖30是一個表示由M.Hartwell披露的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的平面視圖；圖31是一個表示常規(guī)Spindt-型場致發(fā)射體的截面視圖；圖32是一個表示常規(guī)MIM-型電子發(fā)射體的截面視圖；圖33是一個表示簡單矩陣布線結(jié)構(gòu)的視圖；以及圖34是一個表示受電流驅(qū)動的簡單矩陣布線結(jié)構(gòu)的視圖。
圖1表明本發(fā)明的原理。參照圖1，標(biāo)識號10表示一個恒流輸出源；20是一個恒壓輸出源；30是一個開關(guān)；以及50是一個多電子源。標(biāo)識符Dy1，Dy2，…，Dyn和IDx1，Dx2，…，Dxm分別表示多電子源50的數(shù)據(jù)布線條和掃描布線條的引線。多電子源50是朝多個方向發(fā)射電子的部分。假如在電子照射下受驅(qū)動發(fā)光的熒光體安置在多電子源50上方，便得到一個顯示板。掃描電路2是用來按序給掃描布線條輸送選擇信號以行順序制激勵多電子源50。恒流輸出源10是用來給開關(guān)30輸送恒定電流的部分。恒壓輸出源20是用來給開關(guān)30輸送恒定電壓的部分。開關(guān)30按視頻信號切換恒流輸出源10和恒壓輸出源20并輸出信號到多電子源50的數(shù)據(jù)布線條的引線Dy1到Dyn。圖1所示布局基于列和行布線條分別用作數(shù)據(jù)和掃描布線條，而且是用行順序制驅(qū)動以一行接一行地進(jìn)行選擇這一前提。然而，列和行布線條也可分別用作掃描和數(shù)據(jù)布線條以進(jìn)行行順序制驅(qū)動，從而一列接一列地進(jìn)行選擇。
作為電路，恒流輸出源10可以只包括一個V/I轉(zhuǎn)換器以順次給開關(guān)30輸送恒定電流。換一種方法，恒流輸出源10也可采用與連接多電子源50的布線條數(shù)目(n)相等的布線條，并行地向開關(guān)輸送恒定電流?？紤]到在各個數(shù)據(jù)布線條中的電抗性電流，這種并行恒定電流可能是不同的恒定電流。作為V/I轉(zhuǎn)換器，象電流鏡象電路、復(fù)合晶體管連接電路、恒流二極管等諸如此類都是適用的。每一恒定電流值均可通過改變V/I轉(zhuǎn)換器的輸入電壓(V)或V/I轉(zhuǎn)換器的電阻器阻值來改變。
作為構(gòu)成多電子源50的電子源，最好采用冷陰極器件。關(guān)于冷陰極器件，表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體則是更理想的。將一個在電子照射下可發(fā)光的熒光板裝到多電子源50上方，即可做成一個點矩陣型圖象顯示器。因此，采用本發(fā)明驅(qū)動電路的一種電子發(fā)生器和一種圖象顯示器均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。該圖象顯示器可以是彩色或黑白圖象顯示器。在彩色圖象顯示器情況下，熒光板包括紅(R)、蘭(B)和綠(G)象素，而多電子源也包括供紅色象素的電子源、供蘭色象素的電子源和供綠色象素的電子源。多電子源可使半導(dǎo)體基片上的抗蝕膜曝光，也可在光印刷中用作圖象形成的驅(qū)動源。(驅(qū)動方法和校正方法)現(xiàn)在來說明圖象顯示器的驅(qū)動方法和校正方法，這是本發(fā)明的主要特征。包含表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的圖象顯示器的布局將參照圖2說明。參照圖2，標(biāo)識號1表示一塊顯示屏，其下方置有多電子源。該多電子源由簡單矩陣排列的電子源構(gòu)成。一塊連接高壓電源Va的面板安裝在多電子源上，以加速從多電子源發(fā)射的電子。標(biāo)識符Dx1到Dxm表示m行布線條的引線；而Dy1到Dyn則表示n列布線條的引線。這些引線都連到外電路。
現(xiàn)在來說明掃描電路2。這個電路含有m個開關(guān)元件。每一個開關(guān)元件與引線Dx1到Dxm相連。這m個開關(guān)元件根據(jù)從時序信號發(fā)生電路4(在后面介紹)輸出的控制信號Tscan將引線Dx1到Dxm的電壓從一個非選擇電壓Vns到一個選擇電壓Vs順序地進(jìn)行切換。在例1中，將選擇電壓Vs調(diào)定到一個直流電源的電壓Vx上，而非選擇電壓Vns則設(shè)定為0V(接地)。
再來說明視頻信號的流程。輸入復(fù)合視頻信號由譯碼器3分離成三種基色(R、GB)的亮度信號以及水平與垂直同步信號HSYNC和VSYNC。時序產(chǎn)生電路4產(chǎn)生與水平和垂直同步信號HSYNC和VSYNC同步的各種時序信號。R、G和B的亮度信號由S/H電路5在一定時序上取樣。所取得的信號經(jīng)一個串聯(lián)/并行(S/P)轉(zhuǎn)換電路6變換成與象素排列相一致的一行并行視頻信號。并行視頻信號再經(jīng)一個脈沖-寬度調(diào)制電路7變換成電壓驅(qū)動脈沖(PW1，PW2，…)，每個脈沖的寬度相應(yīng)于視頻信號的強(qiáng)度。
該圖象顯示器還包括恒流電路17，用恒定電流以驅(qū)動顯示板1上的每一個電子發(fā)射體。稍后將要說明的恒流電路17由n個獨立的恒流源陣列構(gòu)成。該恒流電路17的輸出連到與顯示板1的列布線條相連的引線Dy1到Dyn。在此情況下，恒流輸出(I1，I2，I3…In)通過開關(guān)30與恒壓源相連。每個恒流輸出在開關(guān)30控制下在恒流模式與恒壓模式之間進(jìn)行切換。這種工作特性將在下面說明。
開關(guān)30按照上述脈沖-寬度調(diào)制電路7輸出的電壓驅(qū)動脈沖(PW1，PW2，…)切換恒流模式與恒壓模式。更具體地說，當(dāng)一個相應(yīng)于輸入視頻信號強(qiáng)度的脈沖持續(xù)產(chǎn)生時，開關(guān)30處于關(guān)斷(OFF)態(tài)，顯示板的每個發(fā)射體受恒流電路所供輸出恒定電流的驅(qū)動。反之，當(dāng)無輸入視頻信號被接收時，開關(guān)30則處于導(dǎo)通(ON)態(tài)，引線Dy1到Dyn被箝制在一個恒定的電壓上。當(dāng)設(shè)定這個箝制電壓值使從顯示板1的每個發(fā)射體不發(fā)射電子時，引線Dy1到Dyn的電位便固定在上述電位，因此而沒有電子發(fā)射。
當(dāng)電流輸出脈沖加到顯示板上時，唯有與由掃描電路2所選擇的一行相連的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體在相應(yīng)于所加脈沖寬度的時間段內(nèi)發(fā)射電子，繼而使相應(yīng)的熒光體發(fā)光。當(dāng)掃描電路2按序掃描所選行時，即形成二維圖象。
恒流電路17和開關(guān)30作為本發(fā)明的特性將參照圖3予以詳細(xì)描述。恒流電路17包括其數(shù)目等于列布線條的n個獨立的恒流源。每一個恒流源由一個運算放大器，一個晶體管和電阻構(gòu)成。每個恒流源的輸出電流由下式確定I＝(Vcc－Vs)/R …(1)式中Vcc是電源電壓，Vs是每個運算放大器的輸入電壓，R是圖3中每個電阻的阻值。輸出電流值可根據(jù)等式(1)通過選擇合適的參量來確定。在這些參量中，Vs的值很容易改變。因此，電流量可以容易通過控制電壓Vs來確定。
開關(guān)30由晶體管31和電阻39構(gòu)成。開/斷每個晶體管31的基極電壓便實現(xiàn)切換運作。更具體地說，晶體管31的發(fā)射極與一個恒流輸出相連，集電極接地。晶體管31A的基極與脈沖-寬度調(diào)制電路的輸出電壓驅(qū)動脈沖(PW1，PW2，…)相連。
現(xiàn)再來描述這種情況下的切換運作。如上所述，每個電壓驅(qū)動脈沖有相應(yīng)于輸入視頻信號強(qiáng)度的恒定幅度。假設(shè)電壓脈沖幅度在0和Vcc間變化。
考慮一種其電壓脈沖處在“高”態(tài)(脈沖高度＝Vcc)的情況。既然恒流電路輸出(I1，I2，…In)的電壓不會超過Vcc，每個晶體管處于關(guān)斷(OFF)態(tài)。Dy1到Dyn的每一條引線，因此而受恒定電流的驅(qū)動。
與此相反，當(dāng)電壓脈沖處在“低”態(tài)(脈沖高度＝GND)時，每個晶體管即開通，且恒流電路的每路輸出電流便通到每個晶體管31的集電極。此時，每條引線保持在大約0V的恒定電壓(精確地說為Vbe正向電壓降)。
總之，電壓驅(qū)動脈沖開關(guān)晶體管工作模式顯示板“高” off恒流 ON態(tài)“低” on 恒壓 OFF態(tài)這就是說，當(dāng)需要從發(fā)射體發(fā)射電子來啟動顯示板時，驅(qū)動運作即由恒定電流完成。當(dāng)顯示板未啟動時，每根引線便箝制到一個恒定電壓。
現(xiàn)在來描述驅(qū)動運作下設(shè)定電流值的確定方法。假設(shè)在具有簡單矩陣結(jié)構(gòu)的顯示板上的一個發(fā)射體待驅(qū)動。一般來說，從m行選出一線，例如第m線(這一運將稱作行半-選擇)，且同時從n列選出一線，例如第n線(這一運作將稱為列半-選擇)。此時，將矩陣上的發(fā)射體劃分為三組，即，A加有選擇電壓的一個被選發(fā)射體(位置MN)，B處在半-選擇狀態(tài)的(m＋n－1)個發(fā)射體，以及C處在非-選擇狀態(tài)的(m×n－m－n)個發(fā)射體。既然構(gòu)成簡單矩陣的每個發(fā)射體的特征相對于驅(qū)動信號而呈非線性變化，則處在半-選擇狀態(tài)B的發(fā)射體和處在非-選擇狀態(tài)C的發(fā)射體不會被選擇，而只有一個發(fā)射體(處在選擇狀態(tài)A)被選擇驅(qū)動。但實際上，位于選擇元件所在同一行或列上處于半-選擇狀態(tài)B的發(fā)射體的影響不能忽略。
例如，為了用電壓+Vf來驅(qū)動位置(M，N)上的發(fā)射體，就加入一個行半-選擇電壓-1/2Vf和一個列半-選擇電壓+1/2Vf。此時，在列選擇線中的電流等于兩部分之和，一部分是當(dāng)加+Vf電壓時，流經(jīng)第N列上(m-1)個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的處于半-選擇狀態(tài)的發(fā)射體電流之和，第二部分是當(dāng)加+Vf電壓時，在位置(M，N)處被選發(fā)射體中的發(fā)射體電流。亦即在恒流驅(qū)動運作中設(shè)定的發(fā)射體電流量由下式給出If=ΣK=1m-1If[+12Vf,(K,N)]+If[+Vf,(M,N)]---(2)]]>If的值由實際使用的單個發(fā)射體的(發(fā)射電流Ie)～(發(fā)射體施加電壓Vf)特性和(發(fā)射體電流If)～(發(fā)射體施加電壓Vf)特性確定。
假設(shè)當(dāng)施加+Vf＝14V時，發(fā)射體電流If＝[+Vf＝14V，(M，N)]＝0.7mA，發(fā)射電流Ie＝1μA。此時，在列選擇線中的電流有兩部分，一是施加電壓+1/2Vf(-7V)時，流經(jīng)第N列上(m-1)個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體中處于半選擇狀態(tài)的發(fā)射體電流(總0.3mA)，以及在被選發(fā)射體中的電流(0.7mA)。因此，0.3mA加0.7mA得到的1mA便確定為在驅(qū)動運作下恒流電路中的設(shè)定電流值。
掃描電路2的輸出設(shè)定到選擇電壓Vs＝-7V和非選擇電壓0V，一列選擇線由峰值1mA、寬度相應(yīng)于輸入視頻信號強(qiáng)度的電流脈沖驅(qū)動，而被選行按順序被掃描。按這種運作方式，每個被選發(fā)射體均由0.7mA恒定電流驅(qū)動而發(fā)射1μA的電子。
為了將恒流電路輸出設(shè)定到1mA，恒流電路的每個參量按等式(1)確定如下Vcc＝10V，R＝5kΩ，Vs＝5V如上所述，恒流電路的輸出電流很容易通過改變電壓Vs來調(diào)節(jié)。因此，為調(diào)節(jié)亮度，便改變電壓Vs來控制輸出電流量以改變顯示板1的平均亮度。
圖4A到圖4G表明各電路的實際輸出波形。假設(shè)象圖4A到4C所示之亮度視頻信號隨時間輸進(jìn)一條驅(qū)動線，假設(shè)該驅(qū)動線與顯示板一列布線條的引線Dy1相連。圖4D表示作為此時脈沖-寬度調(diào)制電路7輸出的電壓驅(qū)動脈沖(PW1，PW2，…)波形。圖4E表示恒流電路輸出。圖4F表示引線Dy1上的實際電壓變化。圖4G表示發(fā)射電流Ie的狀態(tài)。
當(dāng)圖4E所示恒流輸出由圖4D的電壓脈沖切換，并監(jiān)控引線Dy1上的電壓時，測得在開關(guān)30為OFF態(tài)下該電壓被設(shè)定到Vbe的恒定電壓，同時進(jìn)行恒流驅(qū)動，而在開關(guān)30為ON態(tài)時，一個電流通過被選發(fā)射體而產(chǎn)生一個電壓(直到7V)。當(dāng)此時觀測到圖4G所示的發(fā)射電流Ie時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了幅度1μA的電流發(fā)射。此外，恒流驅(qū)動運作持續(xù)時間隨視頻信號強(qiáng)度變化，這樣就實現(xiàn)了灰度控制。
在例1中，恒流電路具有圖3所示之配置。然而，本發(fā)明并不限于這種電路配置，只要能按輸入信號對饋送給每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體R的電流進(jìn)行調(diào)制，則任何電路均可采用。例如，如要求一個大的輸出電流，則晶體管部分可按復(fù)合晶體管放大器形式連接，或者輸出可具有電流鏡象配置。此外，恒流二極管也可用來取代這些電壓/電流轉(zhuǎn)換型恒流電路。
在例1中，作為開關(guān)，一種具有高切換速度的射極跟隨型開關(guān)由pnp型雙極晶體管構(gòu)成。然而，也可用npn型雙極晶體管構(gòu)成一種發(fā)射極型開關(guān)。另一種方法，若要切換大電流，可將晶體管連成復(fù)合晶體管放大器形式。
(顯示板的配置及其制造方法)下面詳細(xì)描述采用本發(fā)明的圖象顯示器顯示板的配置及其制造方法。
圖5是例1中所用顯示板的部分剖面透視圖，揭示了顯示板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
參照圖5，標(biāo)識號1005表示底板；1006為側(cè)壁；1007是面板。這幾部分構(gòu)成一個氣密性外殼以保持顯示板的真空密封。為構(gòu)成密封外殼，必須將各部分密封以使其接合部保持足夠的強(qiáng)度和密封狀態(tài)。例如，用軟質(zhì)釉玻璃(frit glass)作接合部，在空氣或氮氣中于400到500℃下燒結(jié)10分鐘以上，從而使之熔封。密封外殼的抽空方法將稍后介紹。
底板1005包括固定在它上面的基片1001，在基片上形成N×M個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體(M，N為等于2以上的正數(shù)，根據(jù)顯示象素實際數(shù)近似設(shè)置，例如，對于高清晰度電視顯示的顯示器，最好取N＝3,000以上，M＝1,000以上)。在例1中，N＝3,072，M＝1,024。這N×M個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體按M行布線條1003和N列布線條1004的簡單矩陣布線。由這幾部分(1001到1004)構(gòu)成的組件稱為多電子源。有關(guān)多電子源的制造方法和結(jié)構(gòu)將在后面介紹。
在例1中，多電子源的基片1001固定在密封外殼的底板1005上。但如基片1001的強(qiáng)度足夠，則多電子源的基片1001本身也可用作密封外殼的底板。
另外，在面板1007的下表面形成一層熒光體薄膜1008。因例1是一個彩色顯示器，熒光體薄膜1008涂敷有紅、綠和蘭色熒光體，即三種用于CRT(陰極射線管)的基色熒光體。如圖6A所示，R、G和B熒光體按條形排列。在熒光體的色條之間填有黑色導(dǎo)電體1010。填黑色導(dǎo)電體1010的目的一是避免彩色顯示的配準(zhǔn)不良，即使電子照射部位偏移到某個范圍；二是通過遮擋外部的光反射以防止顯示對比的降低；三是消除熒光體被電子束充電，如此等等。黑色導(dǎo)電體1010主要由石墨構(gòu)成，但也可采用任何其他材料，只要能達(dá)到上述目的即可。
三種基色熒光體的安排并不限于如圖6A所示之條形配置。例如，也可采用圖6B所示之三角形排列或其他配置。
當(dāng)要形成黑白顯示板時，可采用單色熒光材料作為熒光體薄膜1008，且不一定使用黑色導(dǎo)電材料。
另外，在熒光體薄膜1008的背板端面表面形成有金屬襯墊1009(這在陰極射線管中常見)。形成金屬襯墊1009的目的一是借助對熒光體薄膜1008發(fā)射光的鏡面反射以改善光的利用率，二是保護(hù)熒光體薄膜1008不受負(fù)離子的轟擊，三是利用金屬襯墊1009作為一個電極來施加對電子束的加速電壓，還可利用金屬襯墊1009作為驅(qū)動熒光體薄膜1008的電子的傳導(dǎo)通道，如此等等。金屬襯墊1009的形成是先在面板1007上形成熒光體薄膜1008，并將熒光體薄膜校平變光，再在上面真空淀積鋁而成。要注意當(dāng)采用適合低電壓的熒光材料作熒光體薄膜1008時，不用金屬襯墊1009。
還有，出于施加加速電壓或改善熒光體薄膜的導(dǎo)電率考慮，可在面板1007與熒光體薄膜1008之間嵌入用(例如)ITO做的透明電極。
標(biāo)識符Dx1到DxM，Dy1到DyN和Hv表示供密封結(jié)構(gòu)的電連接引線，用來將顯示板與電路(圖中未表出)相連。引線Dx1到DxM與多電子源的行布線條1003電連接；引線Dy1到DyN與多電子源的列布線條1004電連接；引線Hv則與面板1007的金屬襯墊1009相連。
在形成密封外殼之后，為將其抽空，連接一根排氣管和真空泵(兩者都未示出)，將其抽空到約10-7乇的真空。此后，將排氣管封死。為保持密封外殼內(nèi)的真空，在密封前/后立即在密封外殼的預(yù)定位置上形成一層消氣劑膜(圖中未表出)。消氣劑膜是采用加熱或射頻加熱方法使消氣材料(例如主要由鋇組成)升溫并使之蒸發(fā)而形成的薄膜。消氣劑膜的吸收作用使殼內(nèi)的真空度保持在1×10-5或1×10-7乇以下。
以上所述是例1中顯示板的基本配置及其制造方法。
接下來介紹在例1的顯示板中所用的多電子源的制造方法。在制造例1的圖象顯示器中所采用的多電子源中，對于表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體，任何材料、形狀和制造方法均可采用，只要它是用于制造簡單矩陣布線的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電子源即可。但是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在各種表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體中，具有由微細(xì)顆粒薄膜構(gòu)成電子發(fā)射區(qū)或其周邊區(qū)的發(fā)射體在電子發(fā)射特性方面是最好的，而且容易制造。因此，這樣的發(fā)射體最宜用作高亮度、大屏幕圖象顯示器的多電子源的發(fā)射體。在例1的顯示板中，就采用了具有由微細(xì)顆粒薄膜構(gòu)成電子發(fā)射區(qū)或其周邊區(qū)的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。先說明優(yōu)選的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的基本結(jié)構(gòu)、制造方法及其特性，然后再介紹擁有許多按簡單矩陣布線發(fā)射體的多電子源的結(jié)構(gòu)。
(適合表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)及其制造方法)具有由微細(xì)顆粒薄膜構(gòu)成電子發(fā)射區(qū)或其周邊區(qū)的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的典型結(jié)構(gòu)包括平板型結(jié)構(gòu)和臺階型結(jié)構(gòu)。
(平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體)首先來描述平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
圖7A是說明平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體結(jié)構(gòu)的平面視圖；圖7B是發(fā)射體的橫截面圖。參照圖7A和7B，標(biāo)識號1101表示基片；1102和1103是發(fā)射體的電極；1104是導(dǎo)電薄膜；1105是用激勵成形處理形成的電子發(fā)射區(qū)；以及1113是用激活方法形成的薄膜。
作為基片1101，可利用多種玻璃材料(例如，石英玻璃和鈉鈣玻璃)，各種陶瓷材料(例如氧化鋁)，或任何帶有(例如)SiO2絕緣層并在上面形成的那些基片。
用導(dǎo)電材料在基片1101上形成與其表面平行且彼此相對的發(fā)射體電極1102和1103。例如，可選用下列材料的任何一種，如鎳、鉻、金、鉬、鎢、鉑、鈦、銅鈀和銀，這些材料的合金，象In2O3-SnO2一類金屬氧化物，以及如多晶硅半導(dǎo)體。這種電極很容易通過如真空淀積一類的薄膜形成技術(shù)和象光刻或刻蝕之類的圖案形成技術(shù)的組合來形成，然而，任何其他方法(例如印刷技術(shù))也可采用。
電極1102和1103的形狀要根據(jù)電子發(fā)射體的應(yīng)用目的進(jìn)行合理設(shè)計。一般而言，其形狀的設(shè)計要使電極之間保持適當(dāng)大小的間隙L，其范圍可從幾百到幾百μm。對于顯示器，最可取的范圍是從幾μm到幾十μm。至于電極的厚度d，一般選在幾百到幾μm的范圍。
導(dǎo)電薄膜1104用微細(xì)顆粒薄膜做成。這種“微細(xì)顆粒薄膜”是一種包含大量微細(xì)顆粒(包含作為組成基元的島狀團(tuán)粒)。微細(xì)顆粒薄膜的顯微鏡觀察將會揭示薄膜中的各個顆粒是彼此隔開、互相緊鄰或互相搭接。
一個顆粒的直徑在幾到幾千的范圍。最好是使其直徑在10到200的范圍內(nèi)。薄膜的厚度的合理取值要考慮下述條件一是必須適合與發(fā)射體的電極1102或1103電連接；二要適合后面將介紹的激勵成形處理；還要適于使微細(xì)顆粒薄膜自身具有合適的電阻值，這亦將在后面說明，如此等等。更具體地說，薄膜的厚度宜取為從幾到幾千的范圍，最好是10到500。
例如，用來形成微細(xì)顆粒薄膜的材料有金屬，如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pb，氧化物有PdO、SnO2、In2O3、PbO和Sb2O3，硼化物有HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4和GdB4，碳化物有TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC，氮化物有TiN、ZrN和HfN，半導(dǎo)體有Si、Ge和碳。從這些材料中選擇一種合適的材料。
如上所述，導(dǎo)電薄膜1104采用微細(xì)顆粒薄膜形成，且使薄膜的面電阻取值在從103到107Ω/sq。
因為希望導(dǎo)電薄膜1104與發(fā)射體電極1102和1103之間有良好的電接觸連接，所以它們的配置要使其互相間部分搭接。參照圖7A和7B，各個部件按下述順序自下向上疊積基片，發(fā)射體電極，以及導(dǎo)電薄膜。這種自下向上的堆疊順序也可以是基片，導(dǎo)電薄膜和發(fā)射體電極。
電子發(fā)射區(qū)1105是在部分導(dǎo)電薄膜1104上形成的裂縫區(qū)。電子發(fā)射區(qū)1105的電阻高于周邊導(dǎo)電薄膜的阻值。裂縫區(qū)是用后面將要介紹的激勵成形處理在導(dǎo)電薄膜1104上形成的。在某些情況下，直徑幾到幾百的顆粒位于裂縫區(qū)內(nèi)。因為很難精確地說明其電子發(fā)射區(qū)的真實位置和形狀，故圖7A和7B只是示意地表出裂縫區(qū)。
薄膜1113由碳或碳化物材料構(gòu)成，它覆蓋電子發(fā)射區(qū)1105及其周邊區(qū)。薄膜1113在激勵成形處理之后用下面介紹的激活方法形成。
薄膜1113最好用單晶石墨、多晶石墨、非晶碳或其混合物做成，其厚度是500以下、最好是300以下。
因為很難精確地說明薄膜1113的真實位置和形狀，故圖7A和7B只是示意地表出該薄膜。圖7A是表明去掉部分薄膜1113的發(fā)射體平面視圖。
以上描述了一種優(yōu)選的基本發(fā)射體結(jié)構(gòu)。在例1中采用了下面一種發(fā)射體。
這里基片1101由鈉鈣玻璃組成，發(fā)射體電極1102和1103是Ni薄膜。發(fā)射體電極厚度是1,000，而電極間距L是2μm。
用作微粒薄膜的主要材料是鈀(Pd)或氧化鈀(PdO)。微粒薄膜的厚度和寬度W分別為大約100和100μm。
一種優(yōu)選的平板表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的制造方法描述如下圖8A到8E是用來說明表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體制造過程的剖面圖，注意同樣的標(biāo)識號表示與圖7A中的相同構(gòu)件。
1)首先，如圖8A所示，在基片1101上形成發(fā)射體電極1102和1103。
在形成這些電極時，基片1101用洗潔劑、純水和有機(jī)溶劑充分洗凈，再將發(fā)射體電極材料淀積在基片1101上。(淀積方法可采用淀積和濺射等真空薄膜形成技術(shù))。然后采用光刻腐蝕技術(shù)使淀積的電極材料形成預(yù)定圖形。于是圖8A所示的一對發(fā)射體電極1102和1103就形成了。
2)接著，如圖8B所示，形成一個導(dǎo)電薄膜1104。在形成這個導(dǎo)電薄膜時，先將有機(jī)金屬溶液涂到基片上，然后將所涂溶液烘干、燒結(jié)，從而形成一層微粒薄膜。此后，采用光刻腐蝕技術(shù)使微粒薄膜成型為預(yù)定圖形。有機(jī)金屬溶液是包含一種以所需微粒為主要成分并用作導(dǎo)電薄膜的材料的有機(jī)金屬混合溶液。(更具體地說，例1中鈀用作主要成分。例1中所用有機(jī)金屬溶劑的涂敷是采用浸漬方法形成的，也可以采用旋轉(zhuǎn)涂敷或噴涂方法。)作為一種形成由微粒組成的導(dǎo)電薄膜的方法，例1中所用的有機(jī)金屬溶劑的涂敷方法可用任何其他方法代替，例如真空淀積法、濺射法或化學(xué)汽相淀積法等。
3)如圖8C所示，由用于激勵成形處理的電源1110提供一個合適的電壓施加在發(fā)射體電極1102和1103之間，并進(jìn)行激勵成形處理以形成電子發(fā)射區(qū)1105。
激勵成形處理是對由微粒薄膜構(gòu)成的導(dǎo)電薄膜1104進(jìn)行電激勵的過程，使部分導(dǎo)電薄膜適當(dāng)?shù)仄茐?、變形或變性，從而使這種薄膜變成適于電子發(fā)射的結(jié)構(gòu)。在這種導(dǎo)電薄膜中，變成適合電子發(fā)射結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即電子發(fā)射區(qū)1105)有合適的裂縫。將具有電子發(fā)射區(qū)1105的薄膜與激勵成形處理前的薄膜相比，其發(fā)射電極1102和1103之間測得的電阻增大很多。
下面參照圖9對電激勵的方法做詳細(xì)描述，圖9展示電源1110輸出的一個所需電壓波形的例子。在形成由微粒薄膜組成的導(dǎo)電薄膜中，最好是采用脈沖電壓。在例1中，如圖9所示，在脈沖間隔T2上有一個脈寬為T1的持續(xù)三角脈沖，在這種情況下，三角脈沖的峰值電壓Vpf漸次升高。而且，將一個監(jiān)控脈沖Pm以適當(dāng)?shù)拈g隔內(nèi)插在三角脈沖之間，以監(jiān)控電子發(fā)射區(qū)1105的形成狀態(tài)，因監(jiān)控脈沖插入引起的電流由電流表1111測量。
在例1中，例如，在10-5乇的真空下，脈寬T1設(shè)置為1毫秒，脈沖間隔T2設(shè)置為10毫秒，峰值電壓Vpf以每個脈沖0.1V的幅度升高。每五個三角波后，插入一個監(jiān)控脈沖Pm。為了避免對激勵成形過程中的不利影響，監(jiān)控脈沖Pm的電壓設(shè)定到0.1V。當(dāng)發(fā)射電極1102和1103之間的電阻變?yōu)?×106Ω時，即加監(jiān)控脈沖時用電流表1111測得的電流變?yōu)?×10-7A或更小，成形過程的激勵即告終止。
注意到以上方法最適用于例1中表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。在改變表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體相關(guān)參量設(shè)計的情況下，例如，改變微粒薄膜的材料或厚度或發(fā)射體極間距L時，激勵條件最好隨發(fā)射體設(shè)計的變化而改變。
4)正如圖8D所示，繼而由激活電源1112提供適當(dāng)?shù)碾妷菏┘釉诎l(fā)射體電極1102和1103之間，進(jìn)行激活處理以改善電子發(fā)射特性。
這里，激活處理是一種對由激勵成形處理所形成的電子發(fā)射區(qū)1105在適當(dāng)條件下進(jìn)行激勵，在電子發(fā)射區(qū)1105的周圍淀積碳或碳化物的過程。(圖8D以1113表示淀積的碳或碳化物材料)。電子發(fā)射區(qū)域與激活處理前相比，加同樣電壓時的發(fā)射電流典型地可增大100倍或更多。
激活過程是在10-4到10-5乇的真空氣氛下周期性地加電壓脈沖進(jìn)行，將真空氣氛下有機(jī)混合物產(chǎn)生的碳或碳化物大部分淀積下來。淀積材料1113是單晶石墨、多晶石墨、非晶碳以及其混合物的任何材料。淀積材料62的厚度是500?；蚋。扇〉牡暮穸仁?00?；蚋?。
圖10A表示激活電源1112輸出的合適電壓波形例子，用來說明用于這種操作的激勵方法。在此情況下，激活處理是通過周期性地施加一個恒定方波電壓來實現(xiàn)的。更準(zhǔn)確地說，方波電壓Vac設(shè)置為14V；脈寬T3為1毫秒；脈沖間隔T4為10毫秒。注意到上述激勵條件特別適于例1中的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。當(dāng)表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的設(shè)計改變時，激勵條件最好根據(jù)發(fā)射體設(shè)計的變化而改變。
參見圖8D，標(biāo)識號1114表示陽極，它接到一個高壓電源1115和電流表1116上，用來捕獲由表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體發(fā)射的發(fā)射電流Ie。(注意，當(dāng)基片1101在激活處理前安裝到顯示板內(nèi)時，顯示板的熒光體表面用作陽極1114)。當(dāng)施加一個由激活電源1112輸出的電壓時，電流表1116測量發(fā)射電流Ie來監(jiān)控激活過程，以控制激活電源1112的運行。圖10B展示由電流表1116測得的發(fā)射電流的例子。當(dāng)加上激活電源1112的脈沖電壓后，發(fā)射電流隨時間的流逝而增大，逐漸達(dá)到飽和，且飽和后幾乎不再增大。在大體達(dá)到飽和點處，停止激活電源1112的供電，激活過程即告終止。
注意到上述激勵條件特別適于例1中的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。當(dāng)表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的設(shè)計改變時，其條件最好根據(jù)發(fā)射體設(shè)計的變化而改變。
圖8E所示的平板表面-導(dǎo)電電子發(fā)射體正是按以上的方法制造的。
(臺階表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體)下面介紹另外一種具有由微粒薄膜構(gòu)成電子發(fā)射區(qū)或其周邊區(qū)的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體，即臺階表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)。
圖11表示用來說明臺階型基本結(jié)構(gòu)的剖面圖。參見圖11，標(biāo)識號1201表示基片；1202和1203表示發(fā)射電極；1206是臺階成形元件；1204是由微粒薄膜構(gòu)成的導(dǎo)電薄膜；1205是由激勵成形處理形成的電子發(fā)射區(qū)；1213是由激活處理形成的薄膜。
臺階型與上述平板型的不同之處在于發(fā)射電極之一(1202)是在臺階成形元件1206上形成，且導(dǎo)電薄膜1204覆蓋臺階成形元件1206的側(cè)表面。因此，在圖7A和7B的平面視圖中，發(fā)射電極間距L設(shè)定為臺階型中臺階成形元件1206的臺階高度Ls。注意到在描述平面型時列出的那些材料同樣能用作基片1201，發(fā)射體電極1202和1203，以及由微粒薄膜組成的導(dǎo)電薄膜。如SiO2一類的電絕緣材料用作臺階成形元件1206。
接下來說明制造臺階表面-導(dǎo)電電子發(fā)射體的方法。圖12A到12F是用來說明制造過程的剖面圖。圖12A到12F中同樣的標(biāo)識號表示與圖11同樣的構(gòu)件。
1)如圖12A所示，在基片1201上形成一個發(fā)射體電極1203。
2)如圖12B所示，一個絕緣層堆集在所得結(jié)構(gòu)上以形成臺階成形元件。例如，絕緣層可采用濺射方法淀積SiO2形成。當(dāng)然其他薄膜技術(shù)例如真空淀積法和印刷法也可采用。
3)如圖12C所示，在絕緣層上形成發(fā)射體電極1202。
4)如圖12D所示，采用(例如)腐蝕法除去部分絕緣層，以露出發(fā)射體電極1203。
5)如圖12E所示，采用微粒薄膜形成導(dǎo)電薄膜1204，該薄膜可采用上述平面型情況下如涂敷的薄膜成形技術(shù)形成。
6)與平面型的情況一樣，進(jìn)行激勵成形處理以形成電子發(fā)射區(qū)域(只要參照圖8C進(jìn)行與平面型同樣的激勵成形處理就行了)。
7)與平面型的情況一樣，進(jìn)行激活處理以在電子發(fā)射區(qū)域附近淀積碳或碳化物(只要參照圖8C進(jìn)行與平面型同樣的激活處理就行了)。
圖12F所示的臺階表面-導(dǎo)電電子發(fā)射體正是按以上方法制造的。
(用在顯示器中的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的特性)
以上描述了平面型和階躍型表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)及其制造方法。下面將描述用在顯示器中的這種發(fā)射體的特性圖13表示用在顯示器中的這種發(fā)射體的(發(fā)射電流Ie)～(發(fā)射體施加電壓Vf)特性和(發(fā)射體電流If)～(發(fā)射體施加電壓Vf)的特性曲線的典型實例。注意，與發(fā)射體電流If相比，發(fā)射電流Ie是很小的，因此很難象測量發(fā)射體電流If那樣來顯示發(fā)射電流Ie。另外，這些特性因設(shè)計參數(shù)(如發(fā)射體的尺寸、形狀)的改變化而變化。由于這些原因，圖13中的2兩條曲線以任意單位分別畫出。
關(guān)于發(fā)射電流Ie，用在顯示器中的這種發(fā)射體有以下三個特征第一，當(dāng)一給定電壓(稱為閾值電壓Vth)或更大的電壓施加在發(fā)射體上時，發(fā)射電流Ie急劇增大。但如所加電壓低于閾值電壓Vth時，幾乎測不到發(fā)射電流Ie。
就是說，關(guān)于發(fā)射電流Ie，發(fā)射體具有非線性特性，并呈現(xiàn)明顯的閾值電壓Vth。
第二，發(fā)射電流Ie隨施加在發(fā)射體上的電壓Vf而變化，因此，發(fā)射電流Ie的大小可通過改變電壓Vf來控制。
第三，發(fā)射電流Ie響應(yīng)加在發(fā)射體上的發(fā)射體電壓Vf迅速輸出，因此，發(fā)射體所要發(fā)射的電子電荷量可通過改變施加發(fā)射體電壓Vf的持續(xù)時間來控制。
具有以上三種特性的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體常常用在顯示器中。例如，在擁有大量與顯示屏的象素排列一致的發(fā)射體的顯示器中，如果利用第一個特性，可以通過按序掃描顯示屏幕來進(jìn)行顯示。這就意味著，要在被驅(qū)動的發(fā)射體上合適地施加一個等于或高于閾值電壓Vth的電壓，而在未選中的發(fā)射體上同時加上低于閾值電壓Vth的電壓。按這種方法，按順序驅(qū)動不同的發(fā)射體就能按順序掃描屏幕，從而進(jìn)行顯示。
此外，發(fā)射亮度可利用第二或第三個特性來控制，從而實現(xiàn)不同灰度層次的變化。
(具有按簡單矩陣布線的許多發(fā)射體的多電子源結(jié)構(gòu))
下面討論具有排列在基片上且按簡單矩陣布線的上述表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的多電子束源結(jié)構(gòu)。
圖14是表示用于圖5所示顯示板的多電子源的平面視圖。每個等同于圖7A和7B所示之發(fā)射體排列在基片上，并連接到行和列布線條1003和1004上形成簡單矩陣布線。一個絕緣層(未畫出)在行和列布線條之間的每個交叉處形成，使布線條互相電隔離。
圖15是沿圖14中A-A’線的剖面圖。
具有上述結(jié)構(gòu)的多電子源的制造過程是先在基片上形成行布線條1003、列布線條1004、行布線條和列布線條之間的絕緣層(未畫出)、表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的發(fā)射電極以及導(dǎo)電薄膜，再通過行列布線條1003和1004對各個發(fā)射體進(jìn)行激勵成形處理和激活處理。下面將參照圖16和17A到17G來描述本發(fā)明的實施例2。
實施例2的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體和顯示板結(jié)構(gòu)與實施例1相同，且驅(qū)動電路也與圖2所示電路相同。為此，下面參照圖16描述作為例2主要特征的開關(guān)30的配置。
實施例2中，每個增強(qiáng)型nMOS晶體管的源接地，每個nMOS晶體管的漏連接到相應(yīng)的恒流輸出端，即每個晶體管的源置于0V。每個晶體管的柵與脈沖-寬度調(diào)制電路輸出的相應(yīng)脈沖電壓(PW1，PW2，…)相連。
同時，改變柵電位以使每個MOS晶體管導(dǎo)通/關(guān)斷，以便切換負(fù)載電流，從而切換恒流驅(qū)動模式和恒壓驅(qū)動模式。
圖17A到17G展示各個電路實際輸出的波形。假定類似圖17A到17C所示的亮度視頻信號輸入到一條驅(qū)動線，假設(shè)這根線連接在顯示板1的列布線條引線Dy1上。圖17D展示在此情況下作為脈沖高度調(diào)制電路輸出的電壓驅(qū)動脈沖(PW1，PW2，…)的波形。圖17E展示恒流電路的輸出。圖17F展示引線Dy1實際電壓變化。圖17G展示發(fā)射電流Ie的狀態(tài)。
在源接地型開關(guān)中，既然柵電壓和輸出按相反極性方向變化，故電壓脈沖具有與例1中相反的極性。在源接地型開關(guān)中，當(dāng)每個開關(guān)導(dǎo)通時，漏電位變得幾乎等于源電位。即當(dāng)監(jiān)控圖17F中的引線Dy1時，會發(fā)現(xiàn)該電壓處于一個開關(guān)關(guān)斷態(tài)的恒壓(＝0V)；而處于開關(guān)導(dǎo)通態(tài)時，因恒流驅(qū)動下有電流在所選發(fā)射體內(nèi)流動，因而產(chǎn)生一個電壓(7V)。這時，當(dāng)觀察發(fā)射電流時，發(fā)現(xiàn)有1μA的發(fā)射電流產(chǎn)生。
與采用雙極型晶體管，每個晶體管的發(fā)射極接地的開關(guān)相比，nMOS源接地型的開關(guān)可進(jìn)行高速切換運作，因為在開關(guān)運作時不存在基極電荷積累效應(yīng)。下面將參照圖18、19和20A到20G描述本發(fā)明的實施例3。實施例3的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體和顯示板結(jié)構(gòu)與實施例1相同。為此，僅就圖象顯示器的驅(qū)動方法和驅(qū)動電路(這是本發(fā)明的主要特征)描述如下。
參見圖18，標(biāo)識號1表示與例1相同的顯示板。掃描電路2，時序信號發(fā)生電路4，譯碼器3，S/H電路5等都與例1中相同。
標(biāo)識號8表示脈沖高度調(diào)制電路，用來產(chǎn)生其幅度相應(yīng)于S/P轉(zhuǎn)換電路6輸出數(shù)據(jù)的電壓信號；而17是用于產(chǎn)生相應(yīng)于輸入電壓的電流信號的恒流電路。恒流電路17包括有電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換電路。例3也有一個開關(guān)30，用來在恒流和恒壓之間切換恒流電路17的每一電流輸出。
在實施例3中，灰度控制通過產(chǎn)生一個具有預(yù)置電壓值的脈沖來實現(xiàn)，其脈沖高度按照視頻信號的強(qiáng)度而改變。假設(shè)當(dāng)視頻信號強(qiáng)度達(dá)到其峰值時，便發(fā)射1μA的電流。在這種情況下，根據(jù)實施例1可知，當(dāng)以峰值1mA的電流脈沖進(jìn)行驅(qū)動運作時，所選發(fā)射體則以0.7mA的恒定電流驅(qū)動，而產(chǎn)生1μA的電子發(fā)射。
如果組成恒流電路的電路常數(shù)是Vcc＝10V和R＝5kΩ，脈沖高度調(diào)制電路可以產(chǎn)生一個輸出電壓Vs＝5V。顯示板的灰度控制則依照視頻信號強(qiáng)度通過調(diào)制脈沖高度調(diào)制電路的輸出電壓(AM1，AM2，…)來進(jìn)行。
下面來描述用在實施例3中的開關(guān)30。如圖19所示，例3采用二極管作開關(guān)元件。每個二極管的陽極(A)接一個電流信號輸出，而陰極電位由一個Vcc和0V之間的驅(qū)動脈沖驅(qū)動，從而完成恒流驅(qū)動模式和恒壓驅(qū)動模式的切換。更具體地說，當(dāng)陰極電壓是0V時，該二極管導(dǎo)通使該驅(qū)動線維持在一恒定電位。與此相反，當(dāng)二極管電位處于Vcc時，二極管關(guān)斷而處于恒流驅(qū)動模式。
在例3中，既然灰度控制是通過產(chǎn)生一個其高度依視頻信號強(qiáng)度而變且具有預(yù)置寬度的脈沖來實現(xiàn)的，則用來驅(qū)動每個列布線條引線Dy1和Dyn的電流將隨視頻信號強(qiáng)度而改變。為此之故，一個振幅調(diào)制電路的輸出必須與視頻信號的水平同步信號HSYNC同步改變。同時，驅(qū)動電流的幅度也在改變。但是，當(dāng)變化前后其幅度不穩(wěn)時，便響應(yīng)驅(qū)動脈沖將恒流驅(qū)動模式切換到恒壓驅(qū)動模式，從而不再驅(qū)動發(fā)射體。這種運作防止了不正常的電壓加到發(fā)射體上。為了這個目的，時序發(fā)生電路產(chǎn)生一個具有預(yù)置寬度且與水平同步信號HSYNC同步的脈沖信號，以使驅(qū)動線置于恒壓驅(qū)動模式，防止當(dāng)設(shè)置電流變化時引起非正常導(dǎo)通運作。
圖20A到20G展示各個電路的實際輸出波形。假定類似于圖20A到20C所示的亮度視頻信號輸入到一根驅(qū)動線，假設(shè)這根線連接在顯示板1的列線條引線Dy1上。圖20D展示在此情況下由脈沖高度調(diào)制電路輸出的驅(qū)動脈沖(AW1，AW2，…)的波形。圖20E表示與上述水平同步信號同步的驅(qū)動脈沖。圖20F表示引線Dy1的實際電壓變化。圖20G表示發(fā)射電流Ie的狀態(tài)。
開關(guān)運作與圖20E中的驅(qū)動脈沖同步進(jìn)行。當(dāng)監(jiān)控引線Dy1的電壓時，發(fā)現(xiàn)二極管36導(dǎo)通時處于高達(dá)Vf(正向壓降)的恒壓；而當(dāng)二極管36截止時，則處于恒流驅(qū)動模式，使被選發(fā)射體通過電流而產(chǎn)生高到7V的電壓。這時，當(dāng)觀察圖20G的發(fā)射電流Ie時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)視頻信號強(qiáng)度達(dá)到其峰值時，產(chǎn)生了幅度1μA的發(fā)射電流，且發(fā)射電流量按照亮度數(shù)據(jù)受到調(diào)制。在實施例4中，與不發(fā)射電子的發(fā)射體連接的列布線條的電位通過一個不同于實施例1到3電路來固定。此外，與發(fā)射電子的發(fā)射體連接的列布線條電位設(shè)置成差不多等于未被掃描的行布線條的電位。
多電子源的驅(qū)動方法及其使用它的圖象顯示器具有如圖21所示的下述結(jié)構(gòu)。
這種顯示器包括一個具有簡單矩陣結(jié)構(gòu)的多電子源，其中每個表面導(dǎo)電型電子發(fā)射體1002的一對發(fā)射體電極形成行和列布線條，以及一個用以按驅(qū)動信號進(jìn)行預(yù)調(diào)制來產(chǎn)生電流信號并驅(qū)動多電子源1的驅(qū)動單元。一個被選的行布線條固定到電位Vs，而未加掃描信號的每個行布線條固定到電位Vns上。此外，對于加有調(diào)制信號、且雖位于加有掃描信號的被選行布線條上但不發(fā)射電子的發(fā)射體，把它們的列布線條的驅(qū)動電壓固定在電壓Vg。為了使恒流電路17′輸出一個恒定電流Iout，一個接近Ve的電壓施加在帶有使發(fā)射體發(fā)射電子的調(diào)制信號的列布線條上。在這種情況下，電位Ve和Vns之差正是能夠從發(fā)射體發(fā)射所希望的電子發(fā)射量所要求的電位差。電位Vns和Vg之差以及電位Vg和Vs之差都設(shè)定低于產(chǎn)生電子發(fā)射的閾電壓。而且設(shè)置電位Ve和Vns彼此相等。
根據(jù)這個配置，一個約為Ve-Vs的電壓加到帶有掃描信號的行布線條上的每個被選發(fā)射體上，也加到與被發(fā)射體所在列布線行相連的發(fā)射體中的每個發(fā)射體上，而近似為0V的電壓加在每個未被選的發(fā)射體，即那些不帶掃描信號的布線條上的發(fā)射體上。因此。注入到列布線條驅(qū)動表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的所有電流都流入那些發(fā)射電子的發(fā)射體，而沒有分流到其他的發(fā)射體。因此每個發(fā)射體能被一個恒定電流所驅(qū)動而不用考慮半選擇狀態(tài)下的電流總和Ifn，而且由引線電阻產(chǎn)生的非均勻電子發(fā)射分布可以用一個簡單電路來補(bǔ)償。這是這個實施例的優(yōu)點之一。
接下來介紹按實施例4所述圖象顯示器的驅(qū)動方法。
先參照圖22來說明包含表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的圖象顯示器的配置。
參照圖22，標(biāo)識號101表示通過引線Dx1到Dxm和Dy1到Dyn與外電路相連的顯示板。面板的高壓引線外接高壓源Va以加速發(fā)射電子(未畫出)。一個用來依次驅(qū)動上述顯示板中的多電子源(即以m(行)×n(列)矩陣布線的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體按行分組)的掃描電壓加到Dx1到Dxm的每一條引線。
同時，一個用來控制由掃描信號所選一行上每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體輸出電子束的調(diào)制信號加到Dx1到Dxm的每一條引線。
下面介紹掃描電路102。這個電路包含m個開關(guān)元件。每個開關(guān)元件從直流電壓源的兩個輸出電壓Vs和Vns選擇一個，并與顯示板101的引線Dx1到Dxm之一相連。每個開關(guān)元件根據(jù)時序產(chǎn)生電路(下面說明)的輸出控制信號Tscan運作。實際上，例如，用場效應(yīng)晶體管(FET)的開關(guān)元件組合，每個開關(guān)元件可采用圖23所示之一個推挽結(jié)構(gòu)來很容易地實現(xiàn)。如圖24所示，一個輸出Dxm在兩個值，即與由控制信號Tscan所產(chǎn)生、并與每一行布線條相對應(yīng)的時序信號Txm同步的電壓Vs和Vns之間切換。
注意到上述電源電壓Vs是根據(jù)圖13所示表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的特性(電子發(fā)射閾值電壓為8V)設(shè)定到-7V。如果將要加到一列布線條的電流是0.5到1mA，則相應(yīng)的外加電壓約為7.5到8V。因此，電壓VnS＝7.5V便加到每一非選擇行布線條上。借助這種運作方式，加到每個非選擇發(fā)射體上的驅(qū)動電壓便低于電子發(fā)射閾值電壓。
現(xiàn)在來說明輸入圖象信號流程。輸入圖象組合信號經(jīng)譯碼器分解為三種基色的亮度信號和水平與垂直同步信號(HSYNC和VSYNC)。時序信號產(chǎn)生電路104產(chǎn)生與水平和垂直同步信號HSYNC和VSYNC同步的各種時序信號。R、G和B亮度信號由一個S/H電路或類似電路按適當(dāng)?shù)臅r序取樣。所得信號由移位寄存器電路106轉(zhuǎn)換成以行為單元的并行圖象信號，按相應(yīng)于圖象成形板各熒光體的排列順序進(jìn)行排列。然后并行圖象信號存儲在閂鎖電路105中。
這種信號再由脈沖-寬度調(diào)制信號電路111變換成脈沖信號，每個脈沖的寬度對應(yīng)于圖象信號的強(qiáng)度。一個效率校正電路108產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，其脈沖高度反映各個發(fā)射體的發(fā)射電流量/饋送電流量變化。每個驅(qū)動脈沖經(jīng)一個電壓/電流轉(zhuǎn)換電路112從電壓量轉(zhuǎn)換為電流量。在形成圖象過程中，每個輸出電流通過顯示板引線Dy1到Dyn之一通到顯示板中相應(yīng)的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。在饋有電流輸出脈沖的顯示板中，只有與由掃描電路102所選擇的一行相連的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體，在相應(yīng)于所加脈沖信號的脈沖寬度時間區(qū)間內(nèi)發(fā)射電子，由此而引起相應(yīng)的熒光體發(fā)光。當(dāng)掃描電流102依次掃描所選行時，便形成一幅二維圖象。
再來介紹電壓/電流轉(zhuǎn)換電路112。電壓/電流轉(zhuǎn)換電路112按照輸入電壓信號的幅度來控制通到每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電流。電壓/電流轉(zhuǎn)換電路112包括其數(shù)目等于列布線條數(shù)的電壓/電流轉(zhuǎn)換器，并用來輸入信號。電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出分別與顯示板的引線Dy1、Dy2、Dy3、…、Dyn相連。每個電壓/電流轉(zhuǎn)換器由一個如圖26所示基于電流鏡象電路的恒流電路構(gòu)成。參照圖26，標(biāo)識號2002表示一個運算放大器；2005是一個npn晶體管；2003是一個pnp晶體管；2006是一個MOSFET管；以及2004是一個電阻(阻值R)。根據(jù)圖26所示之電路，待輸出的電流Iout根據(jù)輸入電壓的幅度Vin確定，其幅度與電流有如下關(guān)系Iout＝Vin/R通過設(shè)定電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的適當(dāng)設(shè)計參量，通到每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電流Iout可根據(jù)電壓信號來控制。
在圖26所示之電路中，當(dāng)輸入電壓Vin等于或低于Vref時，作為本發(fā)明中開關(guān)的MOSFET2006由運算放大器2002啟動，而加到列布線條的輸出電壓設(shè)置到Vg。因此，每條與未被啟動的發(fā)射體相連的列布線條的電壓是固定的。借助這種運作方式，相應(yīng)于未被啟動發(fā)射體的每個列布線條上的發(fā)射體均被設(shè)定在半選擇狀態(tài)，不管這些發(fā)射體是否與被選行或非被選行相連。
圖27A到27C表明從調(diào)制電路來的輸入波形如何有效地轉(zhuǎn)換成電流波形?？紤]顯示板的列布線條Dy1。假設(shè)一個其寬度由圖27A所示亮度數(shù)據(jù)調(diào)制、其高度受每個發(fā)射體電子發(fā)射效率修正量調(diào)制的電壓脈沖隨時間輸進(jìn)相應(yīng)的驅(qū)動線。圖27B表示此時電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的發(fā)射體電流If輸出波形。圖27C表示發(fā)射電流Ie的狀態(tài)。如圖4A到4G所示，發(fā)射體特性的變化用驅(qū)動電流脈沖的峰值來修正。當(dāng)觀測發(fā)射電流Ie時，發(fā)現(xiàn)所有發(fā)射體的發(fā)射電流均設(shè)定到1μA。
按實施例4，既然通到每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體內(nèi)的發(fā)射體電流由電壓/電流轉(zhuǎn)換電路所調(diào)制，布線電阻上的電壓降等可被補(bǔ)償。此外，隨發(fā)射體數(shù)目的增加而分路到半選擇發(fā)射體的電流可減到最小。因此，圖象便可能以忠實于原始圖象信號的亮度顯示在整個顯示屏上。
在實施例4中，作為電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，采用圖25和26所示配置之電路。然而，本發(fā)明并不限于這種電路配置，只要能按輸入信號對要饋送給每個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體的電流進(jìn)行調(diào)制，任何電路均可使用。例如，倘若要求大的輸入電流，則晶體管部分可連成復(fù)合晶體管形式。在實施例1到4中，已對采用表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體作為電子發(fā)射體的多電子源和顯示板作了描述。但是，當(dāng)包含在這些器件中的表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體用其他類型的電子發(fā)射體替代時，本發(fā)明的驅(qū)動方法同樣有效。
當(dāng)本發(fā)明人將實施例1到4的驅(qū)動方法施用于采用場致發(fā)射體作電子發(fā)射體的多電子源和顯示板時，流過半-選擇發(fā)射體的電流大大減小。
例如，采用象圖28A、28B和28C所示之橫向型場致發(fā)射體取代表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。參照圖28A到28C，標(biāo)識號1101為玻璃基片；701是一個電子發(fā)射區(qū)；702是一個負(fù)電極；以及703是柵極(正電極)。在每個這樣的橫向型場致發(fā)射體中，當(dāng)在負(fù)極702與柵極703之間加適當(dāng)?shù)碾妷簳r，則從電子發(fā)射區(qū)701發(fā)射出電子束。
圖29表明采用按矩陣布線的橫向型場致發(fā)射體的多電子源平面視圖，其中每個發(fā)射體與圖28A所示之相同。參照圖29，標(biāo)識號704表示一行布線條，橫向型場致發(fā)射體的負(fù)電極702共同與其相連；以及705是一列布線條，橫向型場致發(fā)射體的柵極703共同與其相連。
當(dāng)本發(fā)明之驅(qū)動方法用于上述多電子源和采用該種多電子源的圖象顯示器時，可以很精確地輸出具有所希望強(qiáng)度的電子束而無需采用任何復(fù)雜的補(bǔ)償電路。此外，還可降低每個半-選擇發(fā)射體的功耗。
另外，本發(fā)明對采用與上述不同的電子發(fā)射體的電子源和使用這種電子發(fā)射源的圖象顯示器是有效的。例如，本發(fā)明對spindt-型場致發(fā)射體和MIM-型電子發(fā)射體同樣有效。
由于可舉出本發(fā)明的許多明顯不同的實施例而不超出其思想和范圍，因而應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于這些實施特例，它們僅作為附加權(quán)利要求中所確定的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一個用來驅(qū)動多電子源的驅(qū)動電路，該多電子源具有通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的大量電子發(fā)射體，其特征在于輸出恒定電流的恒流輸出單元和輸出恒定電壓的恒壓輸出單元通過一個開關(guān)連接到數(shù)據(jù)布線條上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述恒流輸出單元的恒流輸出是流入電子發(fā)射體的發(fā)射體電流，從而得到所希望的發(fā)射電流，以及所述恒壓輸出單元的輸出恒壓是一個這樣設(shè)置的電壓，該恒定電壓與加到掃描布線條上的掃描電壓之差要低于電子發(fā)射體的電子發(fā)射閾值電壓Vth。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電路，其中所述開關(guān)用來切換所述恒流輸出單元和數(shù)據(jù)布線條之間的連接，以及所述恒壓輸出單元和數(shù)據(jù)布線條之間的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之任一條的電路，其中所述開關(guān)包括的開關(guān)數(shù)等于數(shù)據(jù)布線條數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之任一條的電路，其中所述開關(guān)包括一個晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其中所述晶體管是一個雙極型晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電路，其中所述晶體管有一個集電極或發(fā)射極接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其中所述晶體管是一增強(qiáng)型MOS晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電路，其中所述晶體管有一個漏極或源極接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9之任一條的電路，還包括一個用以進(jìn)行所述切換運作的脈沖-寬度調(diào)制電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10之任一條的電路，其中所述恒壓輸出單元包括一個地(GND)布線條。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到4之任一條的電路，其中所述開關(guān)包括一個二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，還包括一個用以進(jìn)行所述切換運作的時序信號發(fā)生電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13之任一條的電路，其中所述恒流輸出單元包括一個電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到4之任一條的電路，其中所述開關(guān)當(dāng)亮度信號值小于參考信號值時將數(shù)據(jù)布線連接到所述恒壓輸出單元，當(dāng)亮度信號值不小于參考信號值時將數(shù)據(jù)布線連接到所述恒流輸出單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到11之任一條的電路，其中所述開關(guān)將連接到其電子發(fā)射量為0的電子源上的數(shù)據(jù)布線條連接到所述恒壓輸出單元，而將連接到電子發(fā)射量不為0的電子源上的數(shù)據(jù)布線條連接到所述恒流輸出單元。
17.一個電子發(fā)生器包含一個具有通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的許多電子發(fā)射體的大量電子源以及一個用來驅(qū)動所述多電子源的驅(qū)動電路，其中用來輸出恒定電流的恒流輸出單元和用來輸出恒定電壓的恒壓輸出單元通過一個開關(guān)連接到數(shù)據(jù)布線條。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的器件，其中電子發(fā)射體是一個表面-導(dǎo)電型電子發(fā)射體。
19.一個圖象顯示器包括一個具有通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的大量電子發(fā)射體的多電子源，一個用來驅(qū)動所述多電子源的驅(qū)動電路，以及在電子照射下激活發(fā)光的熒光體，其中用來輸出恒定電流的恒流輸出單元和用來輸出恒定電壓的恒壓輸出單元通過一個開關(guān)連接到數(shù)據(jù)線條。
20.一種用于電子發(fā)生器的驅(qū)動方法，該電子發(fā)生器包括一個具有通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的大量電子發(fā)射體的多電子源，以及對所述多電子源的眾多數(shù)據(jù)布線條輸出亮度信號的驅(qū)動電路，其中當(dāng)恒流信號和恒壓信號切換時，所述亮度信號輸出到數(shù)據(jù)布線條。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，恒流信號從電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換器輸出。
22.根據(jù)權(quán)利要求20和21之任一條的方法，其中恒定電壓是地電平(GND)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20到22之任一條的方法，其中恒流信號和恒壓信號依照脈沖-寬度調(diào)制電路的輸出信號進(jìn)行切換。
24.根據(jù)權(quán)利要求20到23之任一條的方法，其中恒流信號和恒壓信號依照時序信號發(fā)生電路的輸出信號進(jìn)行切換。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述時序信號發(fā)生電路在視頻顯示周期內(nèi)對數(shù)據(jù)布線條輸出恒流信號，而在消隱期間輸出一個脈沖將數(shù)據(jù)線條置于一個恒定電壓。
26.一種用于圖象顯示器的驅(qū)動方法，該顯示器包括一個具有通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的大量電子發(fā)射體的多電子源，一個用于對所述多電子源的眾多數(shù)據(jù)線條輸出亮度信號的驅(qū)動電路，以及一塊在電子照射下激活發(fā)光的熒光板，當(dāng)恒流信號和恒壓信號被切換時亮度信號輸出到數(shù)據(jù)線條上。
全文摘要
在一個由電子發(fā)射體組成，每個發(fā)射體通過眾多數(shù)據(jù)布線條和眾多掃描布線條形成矩陣布線的多電子源中，為防止布線電阻上壓降的不利影響，給各數(shù)據(jù)布線條加一個恒流信號，同時，每根未被選擇的數(shù)據(jù)布線條處于高阻態(tài)，從而電位可變，引起不正常的導(dǎo)通或電子軌道的偏移。本發(fā)明提供一種驅(qū)動電路來解決這個問題。在每根數(shù)據(jù)布線條上接一個開關(guān)，根據(jù)信號變化將數(shù)據(jù)布線條切換到一個恒流輸出單元以輸出恒定電流或切換到一個恒壓輸出單元以輸出恒定電壓，與信號輸出目地阻抗無關(guān)。
文檔編號H01J1/316GK1144393SQ9611141
公開日1997年3月5日 申請日期1996年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月23日
發(fā)明者小口高弘, 鱸英俊, 酒井邦裕, 櫻木孝正, 外處泰之 申請人:佳能株式會社