電子產生器件、圖像顯示裝置及其驅動電路和驅動方法

2023-10-10 16:08:49 1

專利名稱：電子產生器件、圖像顯示裝置及其驅動電路和驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種電子產生器件，圖像顯示裝置及其驅動電路和驅動方法.更具體地說，涉及一種具有大量的表面導電型電子發射器的圖像顯示裝置。
通常來說，已知的電子發射器分為兩種類型的器件，即，熱電子型和冷陰極器件。冷陰極器件的例子為場發射型電子發射器(以下稱為場發射器)，金屬/絕緣柵/金屬型電子發射器(以下稱為MIM型電子發射器)，和表面導電型電子發射器。
已知的場發射器的例子在IIELDW.P.Dyke和W.W.Dolan的「FieldEmission」(場發射)，Advance in Electron Physics，(電子物理學進展)8，89(1956)和C.A.Spindt的「Physical Properties of tbin-film fieldemission cathodes With molybdenum cones」，J.Appl.Phys.，47，5248(1967)中進行了描述。圖38為根據C.A.Sindt等人的器件的截面圖。參見圖38，標號3010表示基片，3011表示由導電金屬製成的發射器布線條；3012表示發射器錐，3013表示絕緣層；3014表示門電極。在該器件中，在發射器錐3012和門電極3014之間加有一個適當的電壓，從發射極錐3012的末端部分發射電子。
MIM型電子發射器件的已知的例子在C.A.Mead的「Operation ofTunnel-Emission Devices」，J.Appl.Phys.，32,646(1961)中進行了描述。圖39為MIM型電子發射器的截面圖。參見圖39，標號3020表示基片；3021表示由金屬製成的下電極；3022表示具有大約100埃的厚度的薄絕緣層；3023表示由金屬製成的厚度為80到300埃的上電極。在該MIM型器件中，在上電極3023和下電極3021之間加有一個電壓，從上電極3023的表面發射電子。
表面導電型電子發射器的例子在例如 M.I.Elinson，「RadioEng.Electron Phys.，10，1290(1965)中進行了描述，其它的例子將在後面描述。
表面導電型電子發射器利用了這樣一種現象，即，當有平行於薄膜表面的電流流過時，在基片上形成的一個小區域的薄膜中產生了電子發射。表面導電型電子發射器除了前面所述的Elinson的SnO2以外，還包括使用Au薄膜(G.Dittmer，「Thin Solid Films」，9，317(1972))，In2O3/SnO2薄膜(M.Hartwell和C.G.Fonstad，「IEEE Trans.ED Conf.」，519(1975))，碳薄膜(Hisashi Araki等，「Vacuum」，Vol.26，No.1，P.22(1983))，和其它類似的薄膜的電子發射器。
圖37為根據M.Hartwell等人的表面導電型電子發射器的平面圖，作為這種表面導電型電子發射器的結構的一個典型的例子。參見圖37，標號3001表示一個基片；標號3004表示由通過濺射形成的金屬氧化物製成的導電薄膜。該導電薄膜3004具有一個H型的圖形，如圖37所示。電子發射部分3005是通過對導電薄膜3004進行加能處理(稱為加能形成處理，以後還要描述)形成的。參見圖37，間隔L被設置為0，5-1mm，寬度W被設置為0.1mm。為了圖示方便，在導電薄膜3004的中心，電子發射部分3005被顯示為一個直角形狀。但是，這並未確切地顯示出電子發射部分的實際位置和形狀。
在根據M.Hartwell等的上述表面導電型電子發射器中，電子發射部分3005比較典型的是在電子發射之前通過對導電薄膜3004進行一種稱為加能形成的加能處理過程形成的。根據加能形成處理，通過在導電薄膜3004的兩端施加一個以很低的比率如1V/分增加的DC電壓施加電能，以便局部地破壞或者使導電薄膜3004變形，從而形成具有高電阻的電子發射部分3005。應當注意在導電薄膜3004的被破壞或變形的部分有一個裂縫。在加能形成處理之後，通過嚮導電薄膜3004施加一個合適的電壓，在裂縫附近即會形成電子發射。
上述的表面導電型電子發射器的優點在於結構簡單且容易製造。由於這個原因，可以在較大的範圍內製成多種器件。在本申請人遞交的日本專利申請No.64-31332中，研究了一種用於排列和驅動多個器件的方法。
關於表面導電性電子發射器的應用，例如成像裝置如圖象顯示裝置和圖像記錄裝置，充電射束源等等，已經開始進行了研究。
作為對圖像顯示裝置的一種應用，在由本申請人遞交的US專利申請N0.5066883和日本專利申請No.2-257551中，研究了結合使用表面導電型電子發射器和當電子束輻照時發光的螢光物的圖像顯示裝置。這種類型的圖像顯示裝置被希望比其它傳統的圖像顯示裝置具有更出色的特性。例如，與目前流行的液晶顯示裝置相比，該顯示裝置的優點在於由於它本身能夠發光所以它不需要背襯光，並且它具有較寬的視角。
本發明已經針對由各種材料製成，以各種方法生產的，並且具有各種結構包括前面所述的結構的表面導電型電子發射器進行了實驗。本發明也研究了每個由許多表面導電型電子發射器構成的多電子源，和使用該電子源的圖像顯示裝置。
本發明人也實驗性地製造了通過圖40所示的那種電氣布線方法形成的多電子源。在該多電子源中，大量的表面導電型電子發射器被以矩陣的形式排成二維陣列並布線連接，如圖40所示。
參見圖40，標號1002表示示意性地示出的表面導電型電子發射器；1003表示一個行布線條；1004表示列布線條。在實際當中，行和列布線條1003和1004具有一定的電阻。但是，圖40顯示了作為布線電阻4004和4005的這些電阻。上述的布線方法被稱為簡單矩陣布線。
為了圖示方便，圖40示出了一個6×6矩陣。但是矩陣大小並不限於此。例如，在用與圖象顯示裝置的多電子源中，為了所需的圖像顯示操作，足夠多的數目的發射器被排成陣列並布線連接。
在具有以簡單矩陣的形式布線連結的表面導電型電子發射器的多電子源中，為了輸出所需的電子束，適當的電信號被施加到行和列布線條1003和1004。例如，為了驅動在矩陣中的任意行的表面導電電子發射器，一個選擇的電壓Vs被施加到選擇的行的行布線條1003，同時，一個非選擇電壓被施加到非選擇行的每個布線條1003。驅動電壓Ve與選擇電壓同步地施加到每個列布線條1004。按照該方法，忽略布線電阻4004和4005上的電壓降，電壓Ve-Vs被施加到選擇行的每個表面導電型電子發射器，電壓Ve-Vns被施加到非選擇行的每個表面導電型電子發射器。因此，如果電壓Ve，Vs，和Vns被設置為合適的電壓，就會從所選擇的行上的每個表面導電型電子發射器中輸出具有所需強度的電子束。此外，如果不同的驅動電壓Ve被施加到相應的列布線條，從所選擇的行的相應的發射器中就會輸出具有不同強度的電子束。由於每個表面導電型電子發射器的相應速度很高，如果驅動電壓Ve被保持施加的時間長度被改變的話，電子束被保持輸出的時間長度也會改變。
因此，已經研究了這種具有以簡單矩陣形式布線連接的表面導電型電子發射器的多電子源的各種應用。例如，這種電子源可以被用於根據圖像信息施加電壓信號的圖像顯示裝置。
但是，在實際當中，當連接有電壓源的多電子源由上述的電壓施加方法驅動時，在布線電阻兩端產生了電壓降，造成施加到相應的表面導電型電子發射器的電壓的改變。
造成施加到相應發射器的電壓改變的第一個原因是在簡單矩陣布線結構中的相應的表面導電型電子發射器具有不同的布線長度(即，不同的布線電阻)。
第二個原因是在相應的行布線條中的布線電阻4004兩端的電壓降的改變。這是由於電流被從選擇的行的布線條分流到與其連接的相應的表面導電型電子發射器，造成流經相應的布線電阻4004的電流不均勻引起的。
第三個原因是布線電阻上的電壓降的幅度按驅動模式(在圖像顯示裝置的情況下為要顯示的圖像模式)而改變引起的。這是由於流過布線電阻的電流按照驅動模式變化的緣故。
如果施加到相應的表面導電型電子發射器的電壓因上述原因而改變，從每個表面導電型電子發射器輸出的電子束的強度就會偏離所希望的值，造成在實際使用中的問題。例如，當該電子源被施加到一個圖像顯示裝置時，被顯示的圖像的亮度會變得不均勻，或者會隨著顯示圖像模式的改變產生亮度偏差。
此外，電壓的偏差會隨著簡單矩陣的大小的增加而趨於增加。這種趨勢是圖象顯示裝置中象素數目受限的一個因素。
在考慮到上述問題對該技術進行研究的過程中，本發明人已經實驗了一種不同於上述電壓施加方法的驅動方法。
在該方法中，當具有以簡單矩陣形式布線連接的表面導電型電子發射器的多電子源被驅動時，一個用於提供輸出所需電子束所要求的電流的電子源被連接到列布線條，而不是將提供驅動電壓Ve的電子源連接到每個列布線條，未驅動該多電子源。該方法是在考慮到流經每個表面導電型電子發射器的電流(以下稱為發射器電流If)和從每個發射器發射出的電子束(以下稱為電子束電流Ie)之間的較強的相關性的基礎上產生的。在該方法中，發射電流Ie的幅度通過限制發射器電流If幅度得以控制。
也就是說，要提供到每個表面導電型電子發射器的發射器電流If是通過參考每個表面導電型電子發射器的(發射器電流If)對(發射電流Ie)特性來確定的，並且該發射器電流If從連接到每個列布線條的電流源提供。更具體地說，驅動電路可以通過由存儲(發射器電流If)對(發射電流Ie)特性的存儲器電路，用於確定要提供的發射器電流If的運算單元，和一個受控電流源結合構成。作為受控電流源，可以採用利用一個電壓/電流轉換電路用於將要被提供的發射器電流If的幅度暫時轉換成電壓信號，以及將該信號轉換成電流的電路形式。
該方法比上述的利用連接到每個列布線條的電壓源驅動多電子源的方法對布線電阻上的電壓降的敏感度小。因此，該方法可以降低被輸出的電子束的強度的偏差。
但是，在該利用連接電流源來驅動電子源的方法會產生下面的問題。
所述問題通過參照圖41和42進行描述。
圖41是描述傳統驅動方法的視圖。圖41顯示了以矩陣形式布線連接的多個電子束髮射器301，和一個驅動電路。圖41示出了對多個電子發射器的第M列的電子發射器進行驅動而產生電子的情況。在下面的描述當中，要被驅動的電子發射器稱為被選擇的發射器，而不被驅動的電子發射器被稱為半選擇發射器。
如圖41所示，當第M行的發射器被驅動時，電壓源Vs(用於輸出例如-7V的電壓)被連接到第M行的行布線條，其餘的行布線條被設置為地電平(例如，0V)。從電壓源Vs的極性可知，要被驅動的第M行的行布線條保持在低於0V的低電平(-7V)。
受控電流源302被連接到每個列布線條，驅動電流從受控電流源302提供。
圖42為受控電流源的詳細結構的電路圖，這是一個電流鏡像的電壓/電流轉換電路。參見圖42，標號311表示一個運算放大器；標號312為一個電阻為RΩ的電阻器；標號314，315表示pnp電晶體；313表示npn電晶體；316為連接電流源到每個列布線條的接線端。在該電路中，輸出電流Iout和輸入電壓Vin之間建立下列關係Iout＝Vin/R即，輸出電流Iout的幅度可以通過改變輸入電壓Vin的幅度而得到控制。
從電子發射器輸出的為了獲得所希望的發射電流Ie所需的發射器電流Ifo的值被預先根據電子發射器的發射電流Ie/發射器電流If特性確定，從受控電流源輸出的輸出電流Iout被控制為等於發射器電流Ifo的確定值。
但是來自受控電源的輸出電流Iout的一部分被分流到半選擇發射器。這是因為當受控電流源輸出電流Ifo時，在接線端316的有效電壓變成高於地電平。
如圖41所示，電流Iout的一部分被分流到每個半選擇發射器，並且流過選擇的發射器的有效驅動電流Is變為顯著低於電流Iout。當以矩陣形式布線連接的電子發射器的數目增加時，被分流到每個半選擇發射器的電流幅度也增加。結果，問題變得更為嚴重。假定電流Iout為1.5mA，流經每個非選擇發射器的電流Ihs為0.001mA。在這個例子中，在具有1000行的矩陣中，電流Ihs變為大約1mA。即，只有Is＝0.5mA可以被提供到每個選擇的發射器(Iout＝Is+∑Ihs)。
由於這個原因，當該方法被應用於例如一個圖像顯示裝置時，為了保證被顯示的圖像的亮度的準確性，來自受控電流源的輸出電流Iout的幅度必須被校正為流經每個半選擇的發射器的電流和電流Ifo之和。當用於該操作的校正電流被加到該裝置時，該裝置的尺寸和生產成本將會增加。
此外，由於電流流到不發射電子的半選擇發射器，造成電力浪費。
如果在上述驅動電路中連接到列布線條的受控電流源由一個受控電壓源替代的話，當電流流經半選擇發射器時，會在布線部分產生較大的電壓降。結果，施加到每個選擇的發射器的驅動電壓下降，被顯示的圖像的亮度降低。因為這個原因，每個受控電壓源必須要加上校正電路，造成裝置的尺寸和生產成本的增加。此外，在每個半選擇的發射器造成電力的浪費。
本發明就是在考慮上述傳統的問題的基礎上做出的，本發明的目的就是提供一種用於具有以矩陣形式布線連接的多個電子發射器的多電子源的驅動方法，可以使多電子源準確地輸出具有所需強度的電子束，而無須任何複雜的校正裝置，並且可以降低每個半選擇發射器的電力消耗。換句話說，本發明的目的就是提供一種使用驅動電路具有出色的輸出準確性和較小的電力消耗的低成本的圖像顯示裝置。
此外，上述的電子源可以被應用到本發明的精神和範圍內的圖像顯示裝置。本發明的另一個目的是提供一種低功耗的，廉價的可以準確地保持形成的圖像的亮度的且無需複雜的校正裝置的圖像顯示裝置。
為了實現上述目的，本發明已經進行了下述的努力。本發明提供了一種驅動電路，用於驅動具有通過多個數據布線條和多個掃描布線條以矩陣形式布線連接的多個電子發射器的多電子源，包括第一驅動裝置，用於向連接有發射電子的發射器的掃描布線條施加一個第一電壓(Vs)，並向連接有不發射電子的電子發射器的掃描布線條施加一個第二電壓(Vns)，第二驅動裝置，用於向連接有發射電子的電子發射器的數據布線條施加第三電壓(Ve)，並向連接有不發射電子的電子發射器的數據布線條施加第四電壓(Vg)，其中第二電壓(Vns)大體等於第三電壓(Ve)。在該例中，最好第二電壓(Vns)在相應的數據布線條的第三電壓(Ve)中的偏差的上限和下限限定的範圍內大體等於第三電壓(Ve)。加到掃描布線條的第一和第二電壓(Vs，Vns)最好取決於用於選擇每一行的掃描信號。該電路最好包括一個用於產生一個基於圖像信號的調製信號。加到數據布線條的第三和第四電壓(Ve，Vg)最好取決於用於驅動連接到每一列的電子發射器的調製信號。所述的調製可以是脈寬調製或幅度調製。電子發射器最好是具有包括一個門限電壓點Vth作為在提供到一對發射器電極的電壓和相應的電子發射量之間的關係中的電子發射和無電子發射之間的分界點的非線性特性的表面導電型電子發射器。第二電壓(Vns)和第四電壓(Vg)之間的電勢差和第四電壓(Vg)和第一電壓(Vs)之間的電勢差都小於門限電壓點的值(Vth)。第一和第二電壓(Vs，Vns)最好利用一個推挽結構產生。第二驅動裝置最好還包括一個存儲裝置，用於存儲流經電子發射器的發射器電流值和用於校正電子發射器的輸入/輸出效率偏差的校正值，並且能夠根據存儲在存儲裝置中的校正值和調製信號產生第三和第四電壓(Ve，Vg)。第二驅動裝置最好包括一個連接到數據布線條的受控電流源，並且電流驅動該多電子源。本發明的圖像顯示裝置包括一個發光裝置，用於根據從多電子源發射的電子的接收而發光，該多電子源，具有通過多個數據布線條和多個掃描布線條以矩陣形式布線連接的多個電子發射器。
本發明包括一個電子產生器件，和一個用於圖像顯示裝置的驅動方法。本發明還提供了一種用於驅動電子產生器件的方法，該電子產生器件包括具有通過多個數據布線條和多個掃描布線條以矩陣形式布線連接的多個電子發射器的多電子源，和一個驅動電路，用於驅動該多電子源，該方法包括下述步驟向連接有發射電子的發射器的掃描布線條施加一個第一電壓(Vs)，向連接有不發射電子的電子發射器的掃描布線條施加一個第二電壓(Vns)，向連接有發射電子的電子發射器的數據布線條施加第三電壓(Ve)，向連接有不發射電子的電子發射器的數據布線條施加第四電壓(Vg)，其中第二電壓(Vns)大體等於第三電壓(Ve)。在該例中，最好第二電壓(Vns)在相應的數據布線條的第三電壓(Ve)中的偏差的上限和下限限定的範圍內大體等於第三電壓(Ve)。加到掃描布線條的第一和第二電壓(Vs，Vns)最好取決於用於選擇每一行的掃描信號。最好，該方法還包括一個調製裝置，用於產生一個基於圖像信號的調製信號。加到數據布線條的第三和第四電壓(Ve，Vg)最好取決於用於驅動連接到每一列的電子發射器的調製信號。所述的調製可以是脈寬調製或幅度調製。本發明的圖像顯示裝置驅動方法的特徵在於使用了一個用於具有用於根據從電子產生器件發射的電子的接收而發光的發光裝置的圖像顯示裝置的電子產生器件驅動方法。
本發明的其它特徵通過下面結合附圖的描述將會更為清楚，其中同一標號表示相同的部件。


圖1為根據本發明第一實施例的多電子源和驅動電路的電路圖；圖2為根據第一實施例的用於圖像顯示裝置的驅動電路的方框圖；圖3示出了掃描電路的內部結構的電路圖；圖4示出了圖3的電路的輸入/輸出特性的時序圖；圖5為一個等效電路圖，示出了電路的流動；圖6為在第一實施例中使用的調製電路的電路圖；圖7A-7D為顯示信號波形的時序圖；圖8為一個平面圖，示出了顯示板的結構；圖9A為顯示螢光物的結構的示意圖；圖9B為顯示螢光物的結構的示意圖；圖10A為一個平面圖，示出了一個扁平的表面導電型電子發射器的結構；圖10B為一個截面圖，示出了一個扁平的表面導電型電子發射器的結構；圖11A為一個截面圖，示出了製造表面導電型電子發射器的步驟；圖11B為一個截面圖，示出了製造表面導電型電子發射器的步驟；圖11C為一個截面圖，示出了製造表面導電型電子發射器的步驟；圖11D為一個截面圖，示出了製造表面導電型電子發射器的步驟；圖11E為一個截面圖，示出了製造表面導電型電子發射器的步驟；圖12為在加能形成處理過程中施加的電壓的波形圖；圖13A為在激活處理過程中施加的電壓的波形圖；圖13B為在激活處理過程中測量的發射電流的波形圖；圖14為一個截面圖，顯示了階梯型的表面導電型電子發射器的結構；圖15A為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖15B為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖15C為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖15D為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖15E為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖15F為一個截面圖，示出了製造階梯型表面導電型電子發射器的步驟；圖16為顯示表面導電型電子發射器的輸入/輸出特性的曲線；圖17為一個平面圖，示出了用作顯示板的多電子源；圖18為一個沿圖17的A-A線的截面圖；圖19為根據本發明的第二實施例的用於電子源的驅動電路的電路圖；圖20示出了施加到相應的列的電子發射器的電壓的曲線；圖21為一個方框圖，示出了根據本發明的用於圖像顯示裝置的驅動電路；圖22為顯示用於檢測Ve的最小值的電路的方框圖；圖23為顯示相應於不同的驅動模式所施加的電壓之間的差的曲線；圖24A-24D為時序圖，示出了第二實施例中的信號的波形；圖25為根據本發明的第三實施例的用於一個電子源的驅動電路的電路圖；圖26為根據該第三實施例的用於圖像顯示裝置的驅動電路的方框圖；圖27顯示了調製信號的電壓的平均Veave曲線；圖28為具有Ve測量電路的電子源的方框圖；圖29為顯示測量行單元中的Ve的程序的示意圖；圖30為一個流程圖，示出了用於測量每個發射器的特性和確定行單元中平均Veave的程序；圖31A-31D為一個時序圖，示出了第三實施例中的信號的波形；圖32示出了用於電壓驅動一個電子源的驅動電路的電路圖33示出了根據本發明的第四實施例的用於電壓驅動圖像顯示裝置的驅動電路的方框圖；圖34A-34C示出了橫向型場發射器的透視圖；圖35示出了利用橫向型場發射器的多電子源的示意圖；圖36示出了多圖像顯示裝置的結構的方框圖；圖37示出了傳統的表面導電型電子發射器的示意圖；圖38為顯示傳統場發射器的截面圖；圖39為顯示傳統的MIM型電子發射器的截面圖；圖40為具有簡單矩陣布線結構的多電子源的等效電路圖；圖41為顯示在多電子源中電流的流動的電路圖；圖42為顯示傳統V/I轉換電路的電路圖。
本發明的基本構思是當具有以矩陣的形式布線連接的多個電子發射器的多電子源被驅動時，在連接有選擇的發射器的每一列上的半選擇的發射器中流過的半選擇電流被顯著地減少，以解決傳統的問題。更具體地說，通過將流經每個半選擇發射器的電流減少到基本可以忽略的值(最好為0)，從連接到每個列布線條的驅動電路提供的驅動信號被幾乎沒有損失(最好沒有損失)地提供到每個選擇的發射器。
為了這個目的，被提供到連接有半選擇的發射器的行布線條的電壓Vns被設置幾乎等於加到連接有不發射電子的發射器的列布線條的電壓Ve。儘管電壓Vns基本上被設置等於電壓Ve，但由於定義「等於」在某些場合可能不合適，所以使用了「幾乎等於」的表述。
例如，如果以矩陣形式布線連接的多個電子發射器具有不均勻的特性，並且矩陣布線結構的電阻很小的話，相同的電壓Ve可以被提供到任意列布線條。在該例中，電壓Vns可以被設置等於電壓Ve。
但是，如果相應的電子發射器的發射器電壓(Vg)對發射電流(Ie)特性表現出較大的偏差，或者布線結構的電阻相對較大時，最好改變列布線條單元中的電壓Ve，以改善電子發射量的準確性。在該例中，電壓Ve隨每個列布線條變化，這樣，在確定電壓Vns時便產生了問題。在這種情況下，電壓Vns被設置為等於最靠近連接到行布線條的驅動電路的列的電壓Ve(即，Ve的最小值)，或加於所有列布線條的電壓Ve的算術或幾何平均值。在另一個例子中，為了精確起見，根據所感興趣的列，電壓Ve略微不同於電壓Vns.。表述「幾乎等於」被採用是由於本發明包括這種形式。此外，當一個受控電流源被連接到每個列布線條進行恆流驅動時，加到每個列布線條的電壓Ve自動地變化。利用Ve的這種變化，電壓Vns可以通過上述方法或其它方法設定。除了將電壓Vns設定為加到所有的列布線條的電壓Ve的平均值或Ve的最小值以外，Vns的電壓值可以通過在監視顯示的圖像的的特性的同時，適當地改變Ve的估計值附近的電壓Vns而被設定。在電流驅動操作中，由於加到每個列布線條的電壓Ve根據正在掃描的行隨時間變化，改變Ve的估計值附近的電壓Vns以便將電壓Vns設定為可以獲得好的顯示特性的的方法也是有效的。
在本發明中，圖像顯示操作最好通過以對應於所需的亮度的時間寬度輸出一個恆定的電流或電壓到每個列布線條來進行。也就是說，脈寬調製較好。但是，也可以採用幅度調製，輸出等效於該亮度的電流或電壓。在幅度調製中，電壓Vns可以被設置等於要調製的電壓Ve的平均值，或者被適當地設置等於Vg和Ve的最大值之間的一個值。
如果相應的電子發射器的Ve-Ie特性表現出較大的偏差，或者布線結構的電阻相對較大時，可以通過每次被選擇行改變時改變電壓Ve的幅度未改善電子發射量的準確性。在該例中，電壓Vns可以根據每次被選擇的行被轉換時加到選擇的行的電壓Ve來改變。
總之，可以採用下面的四種方法的一種來設置電壓Vns。
第一種方法，電路的特性被數字分析測算出Ve的幅度，根據該測算值設定Vns的電壓值。
第二種方法，利用一個監視每一列布線條的電壓Ve的裝置，一個能夠輸出電壓Vns的控制的可變電壓源。在該方法中，當在實際驅動操作中測量電壓Ve時，進行反饋控制，使輸出電壓與Ve的測量值一致。
第三種方法，電子源被測試性驅動以測量在每個列布線條的電壓Ve，根據測量值設定Vns的電壓值。
第四種方法，在被顯示的圖像被監視的同時適當地改變Ve的測算值附近的Vns的電壓值，將Vns的電壓值設定為被顯示的圖像可以表現出對原圖像信號高度保真的電壓值。
本發明也可以適用於恆流驅動操作，其中一個受控的電流源被連接到每個列布線條，或者一個恆壓驅動操作，其中一個受控的電壓源被連接到每個列布線條。在本發明中最好採用表面導電型電子發射器。但是，也可以採用參照圖38所述的FE型電子發射器或者參照圖39所述的MIM型電子發射器。
在後面所描述的所有的實施例中，驅動電路輸出調製信號到每個列布線條作為一個數據布線條，輸出掃描信號到每個行布線條作為掃描布線條。但是，本發明也包括這樣的形式，其中掃描信號被輸入到每個列布線條作為掃描布線條，調製信號被輸出到每個行布線條作為數據布線條。
在後面所描述的所有的實施例中，調製電路具有正極性，掃描電路具有負極性，所以電流從調製電路流到每個電子發射器。但是，在本發明中，調製電路和掃描電路也可以分別具有負極性和正極性，所以電流也可以從掃描電路流到每個電子發射器。
根據本發明，在具有以矩陣形式布線連結的多個電子發射器的多電子源中，在要被驅動的電子發射器以外的被選的的列的電子發射器(半選擇發射器)中流過的電流可被顯著減少。由於這個原因，通過列布線條提供的調製信號可以沒有損失地加到要被驅動的電子發射器。因此，具有所需強度的電子束可以被容易及準確地輸出而無須任何複雜的校正電路，例如用於補償流經每個半選擇發射器的傳統的電路。此外，每個半選擇發射器的電力消耗被降低。換句話說，可以以低成本提供一個具有高輸出精度低功耗的電子產生器件。
此外，通過將上述的多電子源應用到圖像顯示裝置，即可提供一種低功耗的低成本的圖像顯示裝置，該裝置可以保持所形成的圖像的準確的亮度而無需任何複雜的校正電路。〖第一實施例〗用於多電子源和採用該多電子源的圖像顯示裝置的驅動方法，具有下面的結構，例如如圖1所示。圖1示出的例子中，在以矩陣形式布線連接的多個電子發射器的第五行，和第二，第三，和第五列的交叉部分的發射器(圖1中的中空部分)發射電子。
該裝置包括一個多電子源601和一個調製電路602。該多電子源601具有一個以簡單矩陣形式的行和列布線條，表面導電型電子發射器的一對發射器電極被連接到行和列布線條靠近其交叉點附近。調製電路602根據調製信號產生預定的電流信號，並通過列布線條驅動表面導電型電子發射器。該裝置還包括一個掃描電路603用於根據掃描信號Tsan按順序地選擇行布線條。該掃描電路603向選擇的行布線條(圖1中的Dx5)施加電壓Vs，向非選擇布線條(除圖1中行布線條Dx5以外)施加電壓Vns。調製電路602將連接有不發射電子的發射器的列布線條(圖1中的Dy1，Dy4，和Dy6)的電壓固定到電壓Vg，並向連接有發射電子的發射器的列布線條(圖1中的Dy2，Dy3和Dy5)施加電壓Ve。在該例中，電壓Ve和Vs之間的差被設置為可以獲得發射所需的電子量，電壓Vns和Vg之間的差和電壓Vg和Vs之間的差都被設置得小於電子開始發射的門限值Vth。在本發明中，電壓Vns和Ve被設置為互相相等。
為了方便起見，圖1示出了一個6×6矩陣的發射器。在該實施例中，製造了一個50(行)×100(列)的矩陣。如果採用一個可變電壓源作為施加電壓Vns的電壓源，該電壓可以被精細調節。
根據該結構，電壓Ve-Vs被施加到施加掃描信號的行布線條上的每個被選擇的發射器(圖1中用「(a)」標出)，也加到連接有被選擇的發射器的列布線條的發射器，同時，電壓Ve-Vns，即，0V被加到每個半選擇發射器，即，未加掃描信號的布線條上的發射器(圖1中的「(d)」。結果，注入到第二，第三，和第五列布線條的所有的電流都流入到發射電子的發射器，而不分流到半選擇發射器。由於無需校正分流到半選擇發射器的電流，利用簡單的電路就可以以恆流驅動每個發射器。這是本實施例的優點之一。
下面將描述根據本發明的實施例的用於圖像顯示裝置的驅動方法。首先將參照圖2描述包含表面導電型電子發射器的圖像顯示裝置。參見圖2，標號101表示一個通過接線端Dx1-Dx50和Dy1-Dy100連接到外部電路的圖像顯示板。面板的高電壓端連接到外部高電壓源513。高電壓Va被加到該高電壓端加速發射電子。一個掃描信號，用於按順序地驅動上述板中的多電子源，即，以列為單元的以50(行)×100(列)矩陣形式布線連接的表面導電型電子發射器，並被加到每個接線端Dx1-Dx50。
同時，一個用於控制來自由掃描信號選擇的行的表面導電型電子發射器的輸出電子束的調製信號被加到每個接線端Dy1-Dy100。
掃描電路102將在下面描述。該電路結合了50個開關元件。每個開關元件選擇來自DC電壓源(未示出)的輸出電壓Vs和Vns之一，並電氣地連接到顯示板101的接線端Dx1-Dx50。每個開關元件根據從一個定時信號產生電路104輸出的控制信號Tscan進行操作(後面還要描述)。在實際當中，例用開關元件如FET的結合，每個開關元件通過推挽結構如圖3所示可以很容易實現。如圖4所示，輸出Dxm與從控制信號Tscan中產生的定時信號Txm同步並對應於每個行布線條地在兩個數值即，電壓Vs和Vns之間進行切換。
注意，上述DC電源電壓Vs根據圖16中的表面導電型電子發射器(以後還要敘述)的特性(電子發射門限電壓為8V)被設置為-7V。如果要求電子發射電流為1.0μA，要加到發射器的電流為0.5mA。圖5示出了每個驅動電源的等效電路和作為感興趣的列布線條給出的列布線條。受控電流源604的輸出電流Itot由下式給出Itot＝Is+I1…(1)其中I1為流經每個半選擇發射器的電流。此外，Ve＝Vs+Is·Rs＝Vns+I1·Rns…(2)其中Rns為每個半選擇發射器的並聯電阻值。在該例中，電壓Vns被確定使得Itot＝Is，即，在方程〔1)中I1＝0。根據方程(2)，於是，Vns＝VS+Is·Rs…(3)在該例中，由於電壓Vs被設定為-7V，發射器電阻Rs為29KΩ，電流Is為0.5mA，電壓Vns為7.5V。一個14.5V的電壓被加到被選擇的發射器。利用這些設定，連接有選擇的發射器的列布線條上的每個半選擇發射器被施加一個0V的電壓，連接有未被選擇的發射器的每個列布線條上的發射器被施加7V或7.5V的電壓。所施加的電壓都低於電子發射門限值。
輸入圖像信號的流動將參照圖2進行描述。輸入的複合圖像信號由一個解碼器分離成基色的亮度信號和水平及垂直同步信號HSYNC和VSYNC。定時信號產生電路104產生於水平和垂直同步信號HSYNC和VSYNC同步的各種定時信號。R，G，B亮度信號由一個S/H電路以適當的定時取樣。保持的信號由移位寄存器電路106轉換成並行地圖像信號，以行為單位，按照對應於成像板的相應的螢光物的排列的次序布置。並行地圖像信號然後被存儲在鎖存電路105。
該信號由一個脈寬調製電路111轉換成具有對應於圖像信號強度的脈寬的脈衝信號。每個脈衝信號通過電壓./電流轉換電路112從電壓量轉換成電流量。在形成圖像的過程中，每個電流輸出通過顯示板101的接線端Dy1-Dy100中的一個提供到顯示板中的對應的表面導電型電子發射器。在提供有電流輸出脈衝的顯示板中，只有連接到被掃描電路102選擇的行的表面導電型電子發射器發射對應於所加的脈衝信號的脈寬的時間周期的電子，從而使對應的螢光物發光。當掃描電路102按順序地掃描選擇的行時，一個二維圖像被形成。
下面描述電壓/電流轉換電路112。電壓/電流轉換電路112用於根據輸入電壓信號的幅度控制流到每個表面導電型電子發射器的電流。電壓/電流轉換電路112具有在數量上等於列布線條的電壓/電流轉換器。電壓/電流轉換器被分別連接到顯示板的接線端Dy1，Dy2，Dy3…Dy100。每個電壓/電流轉換器由基於圖6中所示的電流鏡像電路的恆流電路構成。參見圖6，標號2002表示一個運算放大器；2005表示一個npn電晶體；2003表示一個pnp電晶體；2006表示一個MOSFET；2004表示一個電阻器(電阻值R)。假定在圖6中的電壓源電壓+V被設定為等於通過將pnp電晶體2003的電壓Vce與加到列布線條的最大電壓相加得到的值。在該實施例中，+V＝10V。根據圖6中所示的電路，要輸出的電流Iout根據輸入電壓信號Vin的幅度確定，所述的幅度和電流具有下述關係Iout＝Vin/R…(4)通過對電壓/電流轉換電路設置適當的參數，流到每個表面導電型電子發射器的電流Iout可以根據該電壓信號進行控制。
在圖6所示的電路中，當輸入電壓等於或低於Vref時，MOSFET2006導通，並且輸出電壓被設定為Vg，即地電平。利用該操作，在每一列上的不發射電子的發射器被設置為半選擇狀態，與發射器連接到選擇的行或未選擇的行無關。在該實施例中，施加到不發射電子的列布線條的電壓Vg被設置為地電平(0V)。總之，電壓Vg可以被設定為電壓Vs和Vns之間。
圖7A到圖7D示出了來自調製電路的輸入波形在實際當中如何被轉換成電流波形的。考慮顯示板的列布線條Dy1。假定如圖7A所示的電壓Vin被輸入到圖6中的電路驅動連接到行布線條Dx1，Dx2，Dx3，Dx4，…的發射器。在該例中，該電壓脈衝的每個脈衝寬度反映了亮度數據，該電壓的峰值的設定使得輸出電流Iout根據方程(1)為0.5mA。如圖7B所示，從電壓/電流轉換電路輸出的輸出Iout表現出一個0.5mA的峰值。參見圖7B，符號A表示由顯示板的電容元件引起的瞬變。電壓/電流轉換電路的輸出電壓Vout具有圖7C中所示的一個波形。輸出電壓Vout的波形具有一個鈍的前導和後沿，這是由於顯示板的電容元件的緣故，瞬變是由於電感性元件引起的，如圖7B所示。相應的脈衝的最後峰值的平均值變為Ve，即，7.5V。電壓波的鈍部和瞬變與本發明的要點無關，因此，以後將被忽略。圖7D示出了當調製電路在上述條件下被驅動時得到的發射電流Ie的波形。如圖7D所示，來自所有的發射器的發射器的電流都被設置為1μA。
根據該實施例，被分流到每個半選擇發射器的電流量可以被減少，調製電路的輸出電流可以被調整為與流經選擇的發射器的電流一致。由於這個原因，在整個顯示板上，被顯示的圖像的亮度可以非常真實地反映原始的圖像信號。此外，每個半選擇發射器的功耗也可以被降低。
在該實施例中，作為一個電壓/電流轉換電路，圖6中所示的結構被採用。但是，本發明並不限於該電路結構，可以採用任何可以按照輸入的信號調製提供到每個表面導電型電子發射器的電流即可。例如，如果需要較大的輸出電流，電晶體部分可以連接成達林頓放大器的形式。〔顯示板的結構及其生產方法〕
應用所述的實施例的圖像顯示裝置的顯示板的結構及其生產方法將在下面進行描述。
圖8為該實施例中使用的顯示板的局部切除的透視圖，示出了顯示板的內部結構。
參見圖8，標號1005表示一個後板；1006表示一個側壁；1007為一個面板。這些部分形成一個氣密的封殼用於在顯示板的內部保持真空。為了構成氣密的封殼，有必要對相應的部件進行密封使其連接部分具有足夠的強度和氣密的條件。例如，可以將燒結玻璃加到連接部分，並在空氣中或者氮氣的氣氛中在400到500℃的溫度下燒結10分鐘或更長的時間，從而將部件密封。後面將描述氣密封殼的抽空方法。
後板1005具有一個固定於其上的基板1001，上面形成有一個N×M的表面導電型電子發射器1002(M，N＝等於2或者以上的正整數，根據顯示板的目標數近似地設定。例如，在用於高清晰度電視顯示系統的顯示裝置中，最好N＝3000或以上，M＝1000或以上)。N×M的表面導電型電子發射器被以簡單矩陣的形式布線連接，具有M行布線條1003和N列布線條1004。由這些部件(1001-1004)構成的部分將被成為多電子源。關於生產方法和多電子源的結構將在後面詳細描述。
在該實施例中，多電子源的基板1001被固定到氣密封殼的後板上。但是，如果基板1001具有足夠的強度的話，基板1001本身可以作為氣密封殼的後板。
此外，在面板1007的下表面形成有螢光膜1008。由於該實施例為彩色顯示裝置，螢光膜1008塗敷有紅，綠，和藍色螢光物，即，在CRT領域中使用的三基色螢光物。如在圖9A中所示，R，G，B色螢光物以條形排列。黑導體1010被提供於螢光物條之間。提供黑導體1010的目地是為了防止在電子束輻射位置在某種程度上有偏移的情況下顯示色彩的配準不良，通過遮斷外部光的反射防止顯示對比度的劣化，防止電子束對螢光膜的過充或類似情況。黑導體1010主要由石墨構成，但是，也可以採用能夠實現上述目的的其它材料。
三基色螢光物的排列並不限於圖9A中所示的條形。例如，也可以採用圖9B中所示的δ排列或其它排列。
當形成單色的顯示板時，螢光膜1008採用單色的螢光材料，無需採用黑導體。
此外，一個在CRT領域中眾所周知的金屬襯1009被設置在螢光膜1008的後板側表面上。提供金屬襯1009的目地是為了通過鏡像反射從螢光膜1008發射的光的部分改善光利用率，保護螢光膜1008免受負離子的衝擊，利用金屬襯1009作為提供電子束加速電壓的電極，以及利用金屬襯1009作為激勵螢光膜1008的電子的導通通路。金屬襯1009是通過在面板1007上形成螢光膜1008，平滑螢光膜的前表面，通過真空澱積在其上澱積Al形成的。注意當用於低電壓的螢光材料被用於螢光膜1008時，可以不用金屬襯1009。
此外，為了使加加速電壓或者改善螢光膜的導電率，由例如ITO製成的透明的電極可以被提供於面板1007和螢光膜1008之間。
參見圖8，符號Dx1-DxM，Dy1-DyN，和Hv表示用於氣密結構的接線端，用於將顯示板電氣連接到電路(未示出)。端Dx1-DxM被電氣地連接到多電子源的行布線條1003；端Dy1-DyN接到列布線條1004；端Hv接到面板1007的金屬襯1009。
為了抽空氣密封殼，在形成氣密封殼後，連接上一個抽空管和一個真空泵(都未示出)，氣密封殼被抽空到大約10-7Torr的真空度。然後，抽空管被密封。為了在氣密封殼中保持真空，在氣密封殼被密封之前/之後在其中的預定的位置立即放置一個吸氣膜(未示出)。吸氣膜是由主要由Ba通過加熱或者RF加熱構成的吸氣材料通過加熱和蒸鍍形成的。吸氣膜的吸收效果可以在封殼中保持1×10-5或1×10-7Torr的真空度。
上面已經描述了該實施例的顯示板的基本結構和生產方法。
下面描述根據該實施例的顯示板中使用的多電子源的製造方法。在根據該實施例的顯示板中使用的多電子源的製造方法中，可以採用任何材料，形狀，和生產方法，用於電子發射器，只要是用於製造具有以簡單矩陣形式布線連接的表面導電型電子發射器電子源即可。但是，本發明的發明人發現，電子發射部分或者其邊緣部分具有精細微粒膜的發射器具有較好的電子發射特性並且容易製造。因此，這種發射器最適合於高亮度，大屏幕圖像顯示裝置的多電子源。在該實施例的顯示板中，採用了電子發射部分或者其邊緣部分具有精細微粒膜的表面導電型電子發射器。首先，描述最佳的表面導電型電子發射器的基本結構，生產方法，和特性，後面再描述具有以簡單矩陣形式布線連結的多個發射器的多電子源的結構。(適合於表面導電型電子發射器的結構及其生產方法)採用了電子發射部分或者其邊緣部分具有精細微粒膜的表面導電型電子發射器的典型結構包括平面型結構和階梯型結構。(平面型表面導電型電子發射器)首先描述平面型表面導電型電子發射器的結構和生產方法。圖10A為描述平面型表面導電型電子發射器的結構的平面圖；圖10B為發射器的截面圖。參見圖10A和10B，標號1101表示一個基板；1102和1103表示發射器電極；1104表示導電薄膜；1105表示通過加能形成處理過程形成的電子發射部分；1113表示由激活過程形成的薄膜。
作為基板1101，可以採用各種玻璃基板，例如，石英玻璃，鹼石灰玻璃，各種陶瓷基板，例如，鋁，或者具有由例如SiO2構成的絕緣層的基板。
形成於基板1101之上並平行於其表面相互相對的發射器電極1102和1103是用導電材料製成的。例如，下面的材料中的一種可以被採用例如，Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Cu，Pd，和Ag，這些材料的合金，金屬氧化物如In2O3-SnO2，以及半導體例如多晶矽。這些電極可以利用以下的技術很容易地形成，例如模形成技術，如真空澱積和圖形化技術如光刻或蝕刻，但是，也可以採用其它方法。
電極1102和1103的形狀可以按照電子發射器的應用目的適當地設計。總的來說，在形狀設計時，電極間的間隔L可被設置為從幾百到幾百μm的範圍之間的一個適當的值。對於顯示裝置的最佳範圍為從幾個μm到幾十個μm。至於電極的厚度d，可以從幾百到幾個μm的範圍內選取一個適當的數值。
導電薄膜1104是由一個精細微粒膜製成的。「精細微粒膜」是一種包含許多精細微粒(包括島狀聚集體作為組成元素)的膜。對精細微粒膜的顯微觀察揭示膜中的每個微粒是相互分開的，相互相鄰的，或者相互疊加的。
一種微粒的直徑在幾到幾千的範圍內。最好，直徑在10到200的範圍內。膜厚在考慮到下面的情況後適當設置用於電連接發射器電極1102或1103的條件，用於後面所述的加能形成處理的條件，用於設置後面所述的精細微粒膜本身的電阻到一個合適的值的條件，等等。
更具體地說，膜厚在幾到幾千最好為10到500之間的範圍內設置。
例如，用於形成精細微粒膜的材料可以是下面的金屬，如Pd，Pt，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，Fe，Zn，Sn，Ta，W，和Pb，氧化物例如PdO，SnO2，In2O3，PbP，和Sb2O3，硼化物例如，HfB2，ZrB2，LaB6，CeB6，YB4，和GdB4，碳化物例如TiC，ZrC，HfC，TaC，ISiC，和WC，氮化物例如，TiN，ZrN，和HfN，半導體例如，Si和Ge，和碳。可以從這些材料中選擇適當的材料。
如上所述，導電薄膜1104是由精細微粒膜形成的，並且其面電阻在103到107Ω/sq的範圍內設定。
由於導電薄膜1104要與發射器電極1102處於良好的電連接狀態，它們被部分疊加地設置。參見圖10A和10B，相應的部分從底部是以下面的次序疊放的基板，發射器電極，導電薄膜。疊加次序可以是從底部，基板，導電薄膜，發射器電極。
電子發射部分1105是在導電薄膜1104的一部分上形成的裂縫部分。電子發射部分1105的電阻高於導電薄膜周邊的電阻。該裂縫部分是通過後面將要描述的加能形成處理過程在導電薄膜1104形成的。在某些情況下，在裂縫部分設置直徑在幾到幾百的微粒。由於要精確地示出電子發射部分的實際位置和形狀是很困難的，圖10A和10B只是示意性地示出了裂縫部分。
薄膜1113，包含碳或碳化合物材料，覆蓋電子發射部分1105和其周邊部分。該薄膜是在加能形成處理過程之後由激活處理形成的。
薄膜1113最好由單晶石墨，多晶石墨，非晶碳，或它們的混合物製成，其厚度為500或更少，最好為300或更少。
由於要精確地示出薄膜1113的實際位置和形狀是很困難的，圖10A和10B只是示意性地示出了該膜。圖10A為一個平面圖，示出了薄膜1113的一部分已經被去掉的發射器。
最佳的基本發射器的結構已經在上面描述。在實施例中，下面的發射器被用於該實施例。
即，基板1101由鹼石灰玻璃構成，發射器電極1102和1103由Ni薄膜構成。發射器電極的厚度d為1000電極間隔L為2μm。
作為精細微粒膜的主要材料，採用了Pd或PdO。精細微粒膜的厚度和寬度分別被設置為100和100μm。
下面描述最佳實施例的平面型表面導電型電子發射器。圖11A-11E為截面圖，示出了表面導電型電子發射器的製造過程。注意相同的標號代表與圖10A中相同的部件。
1)首先，如圖11A所示，在基板1101上形成發射器電極1102和1103。
在形成這些電極時，基板1101用清潔劑，純水，有機溶劑完全清潔，然後在基板1101上澱積發射器電極的材料。(至於澱積方法，可以採用真空膜形成技術，例如，澱積和濺射)然後，澱積的電極材料利用光刻技術被圖形化。於是，在圖12A中的一對電極1102和1103被形成。
2)下一步，如圖11B所示，形成導電薄膜1104。在形成該導電薄膜的過程中，一種有機金屬溶劑首先被加到基板上，所加的溶劑然後被烘乾和燒結，從而形成精細微粒膜。然後，精細微粒膜通過光刻技術被圖形化成預定的形狀。有機金屬溶劑為一種有機金屬化合物溶液，包含用於作為導電薄膜的精細微粒的材料作為主要元素。(更具體地說，在該實施例中，Pd被作為主元素。在實施例中，有機金屬溶劑的施加是通過浸漬方法進行的，但是，也可以採用旋塗法或者噴濺法。)在形成精細微粒的導電薄膜的方法中，在實施例中使用的有機金屬溶液可以用其它任何方法代替，例如，真空澱積法，濺射法，或化學蒸鍍法。
3)如圖11C所示，從用於加能形成的電源1110中輸出的一個適當的電壓被加於發射器電極1102和1103之間，進行加能形成處理過程以形成電子發射部分1105。
形成處理過程是將由精細微粒膜製成的導電薄膜1104加以電能，使導電薄膜的一部分被破壞，變形，或變性，從而使薄膜變成適於發射電子的結構。在導電薄膜中，在薄膜中變成適於發射電子的部分(即，電子發射部分1105)具有一個適當的裂縫。具有電子發射部分1105的薄膜與加能形成處理過程之前的薄膜相比，發射器電極之間測得的電阻顯著增加。
下面參照圖12詳細描述施加電能的方法，圖12顯示了從電源1110輸出的適當的電壓的例子。在形成由精細微粒製成的導電薄膜的過程中，最好採用脈衝電壓。在該實施例中，如圖12所示，一個脈寬為T1的三角形脈衝以脈衝間隔T2被連續地施加。三角脈衝的峰值Vpf被按順序地增加。此外，在三角脈衝之間以預定間隔插入了一個監視脈衝，以監視電子發射部分1105的形成狀態，由於監視脈衝的插入產生的電流被一個電流計1111測量。
在該實施例中，在10-5Torr的真空的氣氛中，脈寬T1被設置為1ms；脈衝間隔T2為10ms。峰值Vpf每個脈衝增加0.1V。每加五個脈衝，插入一個監視脈衝。為了避免加能形成的副效果，監視脈衝Pm的電壓Vpm被設為0.1V。當發射器電極1102和1103之間的電阻變為1×106Ω時，即，利用電流計1111測量的因施加監視脈衝產生的電流變為1×10-7A或更少時，形成處理的加能過程結束。
注意上述方法最好適用於該實施例中的表面導電型電子發射器。在該表面導電型電子發射器的設計，例如，微粒膜的材料和厚度，或發射器電極間隔L改變時，加能條件最好也根據發射器設計的改變而改變。
4)如圖11D所示，來自激勵電源1112的一個適當的電壓被加在發射器電極1102和1103，執行激活過程以改善電子發射特性。
這裡的激活處理是在適當的條件下，對加能形成處理過程中形成的電子發射部分1105的能量激活過程，在電子發射部分1105的附近電極碳或碳化物。(圖11D示出了作為材料1113的碳或碳化物材料)電子發射部分與激勵(活化)之前相比，在加相同的電壓的情況下，發射電流可增加100倍或更多。
激活過程可按下述進行，在10-4或10-5Torr真空氣氛下，周期地施加電壓脈衝，澱積在真空氣氛中存在的有機化合物中分離出的碳或碳化合物。澱積材料可以是單晶石墨，多晶石墨，非晶碳，或其混合物。澱積材料62的厚度為500或更少，最好為300或更少。
圖13A示出了從激活電源1112輸出的電壓的波形，用於解釋該操作中使用的加能方法。在該例中，激活過程是通過周期地施加一個恆定的方波電壓進行的。更具體地說，方波電壓Vac被設為14V；脈寬T3為1ms；脈衝間隔T4為10ms。
注意上述方法最好適用於該實施例中的表面導電型電子發射器。在該表面導電型電子發射器的設計改變時，加能條件最好也根據發射器設計的改變而改變。
參見圖11D，標號1114表示陽極，它連接到一個DC高電壓源1115和一個電流計1116，並適於捕獲從表面導電型電子發射器發射的發射電流Ie。(注意，在激活過程之前，基板1101被結合到顯示板時，顯示板的螢光表面被用作陽極1114。)當從激活電源1112施加電壓時，電流計1116測量發射電流Ie監視激活過程的進展，以便控制激活電源1112的操作。圖13B示出了由電流計1116測量的發射電流Ie。當激活電源1112的脈衝電壓開始施加時，發射電流Ie隨時間而增加，逐漸達到飽和，在飽和後很難再增加。在基本飽和點，激活電源1112的電壓停止施加，激活過程終止。
注意上述方法最好適用於該實施例中的表面導電型電子發射器。在該表面導電型電子發射器的設計改變時，加能條件最好也根據發射器設計的改變而改變。
圖11E中的平面型表面導電型電子發射器被按上述方法製造。(階梯型表面導電型電子發射器)下面將描述另一種具有電子發射部分或周邊部分由精細微粒膜構成的表面導電型電子發射器，即階梯型表面導電型電子發射器。
圖14為一個截面圖，描述了階梯型的基本結構。參見圖14，標號1201表示基板；1202和1203為發射器電極；1206為階梯形成部件；1205為通過加能形成處理形成的電子發射部分；1213為激活過程形成的薄膜。
階梯型不同於上述的平面型，其中一個發射器(1202)形成於階梯形成部件1206之上，導電薄膜1204覆蓋階梯形成部件1206的側表面。在圖10A和10B的平面圖中，發射器電極間隔L被設置為階梯型中的階梯形成部件1206的階梯高度Ls。注意平面型中所列的相同的材料也可以用於基板1201，由精細微粒構成的發射器電極1202和1203，以及導電薄膜1204。電絕緣材料例如SiO2可被用於階梯形成部件1206。
下面描述階梯型表面導電型電子發射器的製造方法。圖15A-15F為解釋該生產過程的截面圖。相同的標號表示與圖14中相同的部件。
1)如圖15A所示，發射器電極1203被形成於基板1201上。
2)如圖15B所示，一個絕緣層被疊加在形成的結構上，以形成階梯形成部件。例如，絕緣層可以利用濺射法澱積SiO2形成。但是，其它膜形成技術如真空澱積法和印刷法也可以採用。
3)如圖15C所示，發射器電極1202被形成於絕緣層之上。
4)如圖15D所示，絕緣層的一部分被通過例如蝕刻的方法去除以暴露出發射器電極1203。
5)如圖15E所示，導電薄膜1204通過利用精細微粒膜形成。該膜可通過利用模形成技術例如，可以是上面所述的平面型中的塗敷方法形成。
6)如同在平面型中，進行加能形成處理形成電子發射部分(進行與圖11C中所述的用於平面型的相同的加能形成處理即可)。
7)如同在平面型中，進行激活過程以便在電子發射部分附近澱積碳或碳化物(進行與圖11D中所述的用於平面型的相同的激勵處理即可)。
按上述方法即可製造圖15所示的階梯型表面導電型電子發射器。(在顯示裝置中使用的表面導電型電子發射器的特性)上面已經描述了平面型和階梯型表面導電型電子發射器及其製造方法。下面將描述在圖像顯示裝置中使用的這種發射器的特性。
圖16顯示了顯示裝置中使用的發射器的(發射電流Ie)對(施加的電壓Vf)特性和(發射器電流If)對(施加的電壓Vf)特性的典型的例子。與發射器電流If相比，發射電流Ie非常小，很難按照與用於發射器電流If相同的方法圖示發射電流Ie。此外，這些特性根據設計參數例如發射器的尺寸和形狀的改變而改變。因此，圖16中的兩條曲線被分別以任意單位畫出。
關於發射電流Ie，在顯示裝置中使用的發射器具有以下三個特性首先，當一個給定的電壓(稱為門限電壓Vth)被加到發射器時，發射電流迅速增加。但是，對於低於門限電壓Vth的電壓，沒有檢測到任何發射電流Ie。
即，關於發射電流Ie，發射器具有一個清晰的門限電壓Vth的非線性特性。
第二，發射電流Ie按照加到發射器的電壓Vf變化。因此，發射電流Ie的幅度可以通過改變電壓Vf來控制。
第三，發射電流Ie對於加到發射器的發射器電壓Vf具有快速的響應。因此，發射器發射的電子的電荷量可以通過改變發射器電壓Vf所加的時間來控制。
具有上述三個特性的表面導電型電子發射器可以被很方便地應用於顯示裝置。例如，在具有大量的以對應於顯示屏幕的象素設置的發射器的顯示裝置中，如果利用第一特性，顯示裝置可以執行按順序地掃描顯示屏。這意味著等於或高於門限電壓Vth的電壓被加於一個被驅動的發射器，同時，一個低於門限電壓的電壓被加於未選擇的發射器。這樣，通過按順序地掃描顯示屏幕，按順序地改變驅動發射器即可進行顯示。
此外，利用第二或第三特性，可以控制發射亮度。實現分層次的顯示。(具有多個以簡單矩陣布線連接的發射器的多電子源)圖17顯示了用於圖8的顯示板的多電子源的平面圖。與圖10A和10B相同的發射器被設置在基板上，並聯接到以簡單矩陣布線連接的行和列布線條1003和1004上。在行和列布線條的交叉點處的電極之間形成有絕緣層(未示出)以便使布線條相互絕緣。
圖18是沿圖17中A-A線的截面圖。
具有上述結構的多電子源是按下述方式形成的，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(未示出)，表面導電型電子發射器的發射器電極，預先在基板上形成的導電薄膜，相應的發射器通過行布線條和列布線條被加以能量，進行加能形成處理，和激活處理。
〔第二實施例〕下面描述本發明的第二實施例。
驅動根據該實施例的多電子源的方法和利用該多電子源的顯示裝置具有下面的結構，如圖19所示。
該裝置如同第一實施例那樣，包括一個具有表面導電型電子發射器的多電子源605，以簡單矩陣形式設置，一個調製電路606，用於產生電流信號並通過列布線條驅動表面導電型電子發射器，一個掃描電路607，用於按順序地選擇行布線條。掃描電路607將選擇的行布線條(圖19中的Dx5)的電壓固定到電壓Vs，將每個未選擇的行布線條(除了行布線條Dx5以外的)的電壓固定到電壓Vms。Y調製電路606將連接有不發射電子的發射器的列布線條(圖19中Dy1，Dy4和Dy6)的驅動電壓固定到電壓Vg，並將電壓Ve送到連接有發射電子的發射器的每個列布線條(圖19中的Dy2，Dy3和Dy5)。儘管圖19隻示出了6×6矩陣的發射器，在實施例中形成了一個500×1000矩陣的發射器。在該實施例中，由於布線電阻很高，在布線電阻上的電壓降不能被忽略。圖20顯示了在選擇的行布線條上的所有的發射器發射出電子的情況下選擇的行布線條電壓Vsl的分布。來自電流信號驅動電路的輸出電壓Ve以列布線條為單位改變，使得加到每個選擇的發射器的電壓在可以獲得所需的1μA的電子發射量的電壓處保持恆定。也就是說，施加到列布線條，即，位於遠離掃描電路607的列布線條Dy1000，的電壓Ve高於施加到列布線條，即，掃描電路607附近的列布線條Dy1，的電壓。此外，加到同一布線條的電壓Ve根據在同時所選擇的發射器的個數而改變。在該實施例中，電壓Vns和電壓Vg之間的差與電壓Vg和Vs之間的差都小於電子開始發射的門限值，電壓Vns被設為等於電壓Ve的最小值Vemin。
根據該結構，電壓Ve-Vsl被加到加有掃描信號的被選擇的行布線條上的每個發射器，連接到接有發射電子的發射器的列布線條的發射器。同時，電壓Ve-Vns，即，接近0V，被加到未被選擇的行布線條，即，未加有掃描信號的未選擇行布線條上的發射器，於是流經每個發射器的電流的幅度可以被忽略。結果，注入到列布線條驅動表面導電型電子發射器的所有電流都流入到發射電子的發射器，而不被分流到半選擇發射器。由於無需對分流到半選擇發射器的電流進行校正，可以利用簡單的電路以恆流驅動每個發射器。這是本實施例的優點之一。
下面描述驅動圖像顯示裝置的方法。
下面將參照圖21描述包括表面導電型電子發射器的圖像顯示裝置的結構。參見圖21，表示401表示通過接線端Dx1-Dx500和Dy1-Dy1000連接到外部電路的顯示板。面板上的高電壓端連接到外部的高電壓源513。高電壓Va被加到該高電壓端加速發射電子。用於按順序地驅動顯示板，即，以500(行)×1000(列)矩陣形式布線連接表面導電型電子發射器，中的多電子源的掃描信號，以行為單位被加到每個接線端Dx1-Dx500。
同時，用於控制由掃描信號選擇的行上的表面導電型電子發射器的輸出電子束的調製信號被加到每個接線端Dy1-Dy1000。下面描述掃描電路402。每個開關器件從電壓源(未示出)中選擇輸出電壓Vs或者從Vns產生電路414中選擇輸出電壓Vns，並電氣地連接到顯示板401的接線端Dx1-Dx500。每個開關器件具有第一實施例中的圖3所示的電路。如圖4所示，每個開關元件的輸出Vxm與從控制信號Tscan產生的定時信號Txm同步地並對應於每個行布線條在兩個電壓Vs和Vns之間切換。Ve選擇電路413選擇位於掃描電路402最近的列布線條，該列布線條加有電壓Ve，並將選擇的列布線條的電壓，作為電壓Vemin，送到Vns產冷電路414。如圖22所示，在Ve選擇電路413中，有FET構成的模擬開關502被連接到相應的列布線條，FET的控制極連接到一個優先級電路501，其中只有對應於加有電壓Ve的列布線條並最接近於掃描電路402的一個開關被導通。當電壓Vg被加到所有的列布線條時，Ve選擇電路413輸出0V。Vns產生電路414發送一個等於電壓Vemin的電壓作為電壓Vns到掃描電路402。在該實施例中，易於電子發射的列布線條的電壓的最小值被實際監測，電壓值Vns根據監測值設定。
在該實施例中，DC電源Vs被設為-7.5V。由於在行布線條中的電壓降，如圖23所示，選擇行布線條的電壓Vsl根據選擇的發射器的個數變化。與第一實施例相似，當要求電子發射電流為1μA時，由於加到每個發射器的電壓保持恆定為14.5V，加到靠近掃描電路402的列布線條的電壓改變為7.0V；如果選擇的發射器數目較小時遠離的一側的電壓為7.0V；如果選擇的發射器數目較大時遠離的一側的電壓為8.0V。接到每個未選擇的行布線條的電壓Vns，即，加到每個列布線條的電壓Ve的最小值Vemin，根據選擇的發射器的數目和位置變化。在該實施例中，電壓Vns在7.0V-7.5V的範圍之間變化。
利用這些設置，加到連接有被選擇的發射器的列布線條上的每個半選擇的發射器的電壓變成0V-0.5V。加到連接有未被選擇的發射器的列布線條上的每個選擇的發射器的電壓變成7V-7.5V。這些電壓都低於電子發射門限電壓Vth。
在該例中，當0.5V被加到每個發射器時，流經每個發射器的電流小到幾十nA，流經半選擇發射器的電流的總和Ifn小到幾十μA，該值與流經每個選擇的發射器的電流值0.5mA相比是足夠小的。因此，無需校正。
下面描述輸入圖像信號的流程。輸入複合圖像信號被轉換成脈衝寬度l對應於圖像信號強度的脈衝信號，並進一步利用第一實施例中的方法轉換成電信號。
圖24A-24D示出了調製電路的輸入波形是如何轉換成電流波形的。考慮顯示板的列布線條Dy1-Dy1000。假定如圖24A所示的電壓Vin被輸入到圖6中的電路，驅動連接到行布線條Dx1，Dx2，Dx3，Dx4，…的發射器。在這種情況下，該電壓的脈衝寬度反映亮度數據，該電壓峰值的設定使得輸出電流Iout為0.5mA。如圖24B所示，來自電壓/電流轉換電路的輸出電流Iout的波形的所有的峰值都被設定為0.5mA。圖24C示出了在該例中的電壓/電流轉換電路的輸出電壓Vout。由於行布線條的電阻上的電壓降，電壓峰值隨著與掃描電路402的距離的增加而增加，即，加到列布線條Dy1000上的電壓高於加到列布線條Dy1上的電壓。此外，由於列布線條的電阻上的電壓降，驅動電壓隨著與用於每個列布線條的驅動電路的距離的增加而增加，即，用於行布線條Dx500的驅動電壓高於用於行布線條Dx1的電壓，即使該電壓差非常小。此外，具有不同寬度的脈衝被加到同一行布線條上的相應的發射器上，同時選擇的發射器的數目在一個脈衝之內隨時間減少。由於這個原因，如圖24C中「A」所示，施加的電壓在一個脈衝內逐漸減小。圖24D示出了在這些條件下，在驅動操作中每個發射電流Ie的狀態。很明顯，所有發射器的電流都是1μA。
根據該實施例，被分流到半選擇發射器的電流可以被極大地減少，並且調製電路的輸出電流可以與被選擇的發射器中流動的電流一致。由於這個原因，在整個顯示屏幕上，被顯示的圖像的亮度可以非常地忠實於原始圖像。
在該實施例中，最接近於掃描/驅動電路的電壓Ve被選擇，使得加到未選擇的行布線條的電壓Vns變為加到列布線條的電壓Ve的最小值。但是，所加的電壓Vns並不限於該最小值。流經每個半選擇發射器的電流可以基本被忽略，只要該值被設置在電壓Ve變化的範圍之內即可。此外，當所加的電壓Vns被固定於該實施例中所加的電壓的最小值，即，7V，該值是在電路中不測量加到每個列布線條的電壓通過計算機仿真計算的，可以得到上面所述的相同的效果。〔第三實施例〕下面將描述本發明第三實施例。
驅動根據該實施例的多電子源和利用該多電子源的圖像顯示裝置的方法具有下述的結構，如圖25所示。
與第一實施例相似，該裝置包括一個具有以簡單矩陣形式布線連結的表面導電型電子發射器的多電子源601，一個調製電路602，用於產生一個電流信號並通過列布線條驅動表面導電型電子發射器，和一個掃描電路603，用於按順序地選擇行布線條。掃描電路603將選擇的行布線條(圖25中的Dx5)的電壓固定到電壓Vs，固定每個未選擇的行布線條(行布線條Dx5以外的)的電壓為電壓Vns。調製電路602將連接有不發射電子的發射器的列布線條(圖25中的Dy1，Dy4，和Dy6)的電壓固定為電壓Vg，將電壓Ve加到加有用於發射電子的發射器的調製信號的每個列布線條(圖25中的Dy2，Dy3和Dy5)。儘管圖25隻是示出了一個6×6矩陣的發射器，在該實施例中形成了一個50×100的矩陣。在該實施例中，表面導電型電子發射器在電流發射效率方面有變化。也就是說，發射器隨著加到發射器的電流量與從發射器發射到加有高壓的面板的電流量的比率的變化而變化。由於這個原因，電流信號驅動電路的輸出電壓Ve自動地以列布線條為單位改變，使得加到每個選擇的發射器的電壓變為可以得到1μA的要求的電子發射量的電壓。電壓Vns和Vg之間的差和電壓Vg和Vs之間的差都小於開始發射電子的門限值Vth，並且電壓Vns被置為等於加到相應的列布線條的不同的電壓Ve的算術平均值Veave。
根據該結構，電壓Ve-Vs被加到每個發射電子的選擇的列布線條的發射器。同時，電壓Ve-Veave，即，接近0V，被加到每個半選擇發射器，於是流經每個發射器的電流的幅度可以被忽略。結果，注入到列布線條去驅動表面導電型電子發射器的所有的電流都流入到發射電子的發射器，而不是分流到半選擇發射器。由於無需對流入到半選擇發射器的電流進行校正，一個簡單的電路即可以恆流驅動每個發射器。這是該實施例的優點之一。
下面描述驅動圖像顯示裝置的方法。
首先參照圖26描述具有表面導電型電子發射器的圖像顯示裝置。參見圖26，標號601表示通過接線端Dx1-Dx50和Dy1-Dy100連接到外部電路的顯示板。面板上的高電壓端被連接到外部高壓源513。高電壓Va被加到該高電壓端加速發射電子。用於按順序地驅動上述顯示板中的多電子源，即以50(行)×100(列)矩陣布線連結的表面導電型電子發射器的掃描信號以行為單位被加到接線端Dx1-Dx50。
同時，用於控制由掃描信號選擇的行上的表面導電型電子發射器的輸出電子束的調製信號被加到每個接線端Dy1-Dy1000。
下面描述掃描電路402。該電路結合了50個開關元件。每個開關元件從電壓源(未示出)中選擇輸出電壓Vs或者從Vns產生電路415中選擇輸出電壓Vns，並電氣地連接到顯示板401的接線端Dx1-Dx500。每個開關器件具有第一實施例中的圖3所示的電路。如圖4所示，掃描電路402與從控制信號Tscan產生的定時信號Txm同步地並對應於每個行布線條輸出電壓Vs到每個選擇的行布線條和電壓Vns到每個未選擇的行布線條。Vns產生電路415從存儲器中根據控制信號Tscan按順序地讀出Vns的不同的設定值(通過以行為單位利用後面所描述的方法得到的)，產生對應的電壓Vns，並送到掃描電路402。
在該實施例中，每當被選擇的行被切換時，電壓Vns被改變為一個最佳值。
下面描述輸入圖像信號的流程。輸入複合圖像信號被轉換成脈衝寬度對應於圖像信號強度的脈衝信號，並進一步利用第一實施例中的方法轉換成電信號。
效率校正電路108從得到的脈衝信號中根據後面將要描述的方法所要求的每個發射器的效率變化數據產生一個驅動脈衝。每個脈衝的峰值反映了對應發射器的效率。該驅動脈衝有一個電壓/電流轉換電路112從電壓值轉換成電流量，並通過顯示板511的接線端Dy1-Dy100中的一個送到顯示板511中的對應的表面導電型電子發射器。
在該實施例中，上述的DC電源電壓Vs為-7.5V。當要求發射器發射電流為1μA時，加到每個發射器的電壓在14V和15V之間變化。加到每個列布線條的電壓Ve在6.5V和7.5V之間變化，如圖27所示。用於相應的選擇的行的電壓Ve的算術平均值Veave的變化如圖27所示。
下面描述獲得響應的發射器的發射電流量/加能電流量的效率變化數據，以及根據該變化數據為每個行設置的電壓Vns的方法。圖28示出了一種數據獲取系統。一個高電壓從高壓源513通過一個用於測量每個發射器的發射電流量的電流計514加到顯示板511的面板上，測量的電流量被送到控制器104。根據來自控制器511的信號，發射器被從顯示板的一端逐個地選擇。更具體地說，電壓Vns和Vs被有選擇地加到行布線條Dx1-Dx50的每一個。行布線條被從顯示板511的一端逐個地選擇，電壓Vs被加到每個選擇的行布線條，如圖29所示。每個都與上述的電壓/電流轉換電路112相同的電路被分別連接到列布線條Dy1-Dy100在注入特定的輸出電流的操作和施加電壓Vg的操作之間切換。如圖29所示，列布線條被從一端逐個地選擇，電壓Ve被加到每個選擇的列布線條，注入特定的電流。利用該操作，以矩陣排列的發射器可以被從一端逐個地選擇和驅動。一個標準的發射器需要0.5mA的發射器電流已獲得1μA的發射電子量。在該例中，加到每個發射器的電壓為14.5V。在選擇和驅動一個發射器時，注入電流If的初始值被設為0.5mA，電壓Vs被固定為-7.5V，電壓Vns的初始值被設為7V。利用這些設置的值，被選擇的發射器被驅動，被加到對應的列布線條的電壓Ve由測量電路515測量。電壓Vns被改變為一個測量的電壓。從每各選擇的發射器發射的電流Ie由電流計514測量。如果測量的電流Ie未達到所要求的電流值(1μA)，一個設置的電流值If通過設置0.1mA的電流階梯寬度而被增加。電壓Ve被測量，並且電壓Vns被設定。於是測出電流Ie。如果電流Ie超過所要求的電流，設置的電流以階梯寬度減少。電流Ie然後以相同的方法測量。設置的電流階梯寬度被反覆地降低到1/2，該系列的操作重複地進行直到電流Ie會聚到所要求的電流值1(μA)±0.01(μA)。當電流Ie會聚到要求的電流值時得到的設置電流If被作為校正數據寫入效率校正LUT1(查閱表1)，相應的電壓Ve以Ve被暫時存儲在相應的地址。
如果電流Ie不會聚於要求的值，並且電壓Ve超過設置範圍(在該實施例中為6V-8V)，「0」被寫入效率校正LUT1中的相應的地址，指示發射器為一個不正常的發射器，一個7V的標準值被作為暫時存儲的Ve值寫入。
在為一個選擇的發射器的設置值確定以後，相鄰的發射器隨後被選擇。利用一個相似的過程，重複進行在對應的地址的校正數據和Ve的暫時存儲。
在上述系列的操作針對一行完成以後，計算暫時存儲的電壓Ve的算術平均值Veave，並且計算出來的值被作為Vns產生電路中的LUT2中的行的Vns設置值寫入。
圖30為一個流程圖，示出了上述的系列的操作。
以這種方式，即可獲得顯示板中所有的發射器的效率校正值，以及相應的行的Vns設定值。
利用這些設置，加到連接有被選擇的發射器的列布線條上的每個半選擇的發射器的電壓變成0V-0.5V。加到連接有未被選擇的發射器的列布線條上的每個選擇的發射器的電壓變成7V-7.5V。即，這些電壓都低於電子發射門限電壓Vth。
在該例中，當0.5V被加到每個發射器時，流經每個發射器的電流小到幾十nA，流經半選擇發射器的電流的總和Ifn小到幾十μA，該值與流經每個選擇的發射器的電流值0.5mA相比是足夠小的。因此，無需校正。
圖31A到圖31D示出了來自調製電路的輸入波形在實際當中如何被轉換成電流波形的。考慮顯示板的列布線條Dy1和Dy100。假定如圖31A所示的電壓Vin被輸入到圖6中的電路驅動連接到行布線條Dx1，Dx2，Dx3，Dx4，…的發射器。每個電壓脈衝寬度反映了亮度數據，該電壓的峰值對應於一個電壓，在該電壓，輸出電流Iout根據按上述方法得到並存儲在LUT1中的對應的校正值變為要被注入到每個發射器的電流值，來自電壓/電流轉換電路的輸出電流Iout的波形具有一個與LUT1中的校正值一致的峰值，如圖31B所示。圖31示出了在該例中電壓/電流轉換電路的輸出電壓。很明顯，在不同的單元的列布線條中，輸出了不同的電壓。
圖31D顯示了在這些條件下，在驅動操作中發射電流Ie的狀態。很明顯，來自相應的發射器的發射電流落入在1μA±0.01μA的範圍內。
根據該實施例，被分流到半選擇發射器的電流可以被消除，調製電路的輸出電流可以與流經選擇的發射器的電流一致。因此，在整個顯示屏上，所顯示的圖像的亮度可以非常忠實於原始圖像。
在該實施例中，加到未選擇的行布線條的電壓被設置為加到對應於一行的列布線條的電壓Ve的平均值。但是，即使電壓Vns被設置為對應於所有的行而不是一行的所加的電壓Ve的平均值也可以得到相同的效果。此外，電壓Vns無需總是被設置為平均值，也可以被設置為電壓Ve變化的範圍內的一個電壓值，例如最小值。利用這種設置，在每個半選擇的發射器中流過的電流可以被降低。〔第四實施例〕下面將描述本發明的第四實施例。驅動根據本發明的多電子源和利用該多電子源的圖像顯示裝置的方法具有如下的結構，如圖32所示。
該裝置包括一個與第一實施例相似的，具有以簡單矩陣形式布線連接的表面導電型電子發射器的多電子源605，用於按順序選擇行布線條的掃描/驅動單元603。電壓Vs被加到選擇的行布線條，電壓Vns被加到未選擇的行布線條。
該裝置還包括一個電壓驅動單元610，用於通過列布線條向表面導電型電子發射器施加調製信號。電壓驅動單元610將對應於不發射電子的發射器的列布線條的電壓固定到電壓Vg，並將一個調製電壓脈衝信號Ve加到對應於發射電子的發射器的列布線條。在該實施例中，調製電路不具有V/I轉換電路。儘管圖32僅僅示出了一個6×6矩陣的發射器，在實施例中形成了一個1000(行)×100(列)矩陣的發射器。在該實施例中，列布線條具有較大的電阻。
電壓Vns和電壓Vg之間的差與電壓Vg和Vs之間的差都小於電子開始發射的門限值，電壓Vns被設為等於加到每個列布線條的電壓Ve。
根據該結構，電壓Ve-Vs被加到連接到列布線條上的一個發射器(對應於一個發射電子的發射器，位於一個被選擇的行布線條)。同時，電壓Ve-Vns，即，接近0V，被加到未被選擇的行布線條上的每個發射器，於是在每個發射器中流動的電流可以被忽略。結果，注入到列布線條驅動表面導電型電子發射器的所有電流都流入到發射電子的發射器，而不被分流到半選擇發射器。由於無需對因分流到半選擇發射器的電流的電壓降進行校正，可以利用簡單的電路以恆流驅動每個發射器。這是本實施例的優點之一。
下面描述圖像顯示裝置的驅動方法。
首先參照圖33描述具有表面導電型電子發射器的圖像顯示裝置的結構。參見圖33，標號601表示通過接線端Dx1-Dx1000和Dy1-Dy100連接到外部電路的顯示板。面板上的高電壓端被連接到外部高壓源513。高電壓Va被加到該高電壓端加速發射電子。用於按順序地驅動上述顯示板中的多電子源，即以1000(行)×100(列)矩陣布線連接的表面導電型電子發射器的掃描信號以行為單位被加到接線端Dx1-Dx1000的每一個。
同時，用於控制由掃描信號選擇的行上的表面導電型電子發射器的輸出電子束的調製信號被加到每個接線端Dy1-Dy100。
下面描述掃描電路402。該電路結合了1000個開關元件。每個開關元件從電壓源(未示出)中選擇輸出電壓Vs或者電壓Vns，即，加到列布線條的電壓Ve，並電氣地連接到顯示板601的接線端Dx1-Dx1000。每個開關器件具有第一實施例中的圖3所示的電路。如圖4所示，掃描電路402與從控制信號Tscan產生的定時信號Txm同步地並對應於每個行布線條將輸出Dxm切換為Vs或Vns。
在該實施例中，DC電源電壓Vs被設為-7.5V。與第一實施例相似，當要求電子發射電流為1μA時，加到每個發射器的電壓保持恆定為14.5V。由於這個原因，加到每個列布線條的電壓被設定為7.0V。加到每個未選擇的行布線條的電壓也被設定為7.0V。利用這些設置，加到每個半選擇的發射器的電壓變為0V。
下面描述輸入圖像信號的流程。輸入複合圖像信號被轉換成脈衝寬度對應於圖像信號強度的脈衝信號，並進一步利用第一實施例中的方法轉換成電信號。
根據該脈衝信號的接收，驅動電壓產生電路612產生一個具有峰值等於Ve，即，7.0V的脈衝。該輸出被連接到顯示板的列布線條Dy1-Dy100。
在該實施例中所使用的顯示板具有高列布線條電阻。由於這個原因，如果該顯示板利用在相關技術的描述中所述的方法來驅動的話，在電阻上的電壓降不能被忽略。更具體地說，由於連接到列布線條的發射器中的半選擇發射器中的半選擇電流，會產生較大的電壓降。因此，即使加到列布線條的調製信號具有相同的電壓，根據列布線條驅動單元附近的發射器是否被選擇或者遠離於列布線條驅動單元的發射器是否被選擇，不同的電壓被加到發射器。也就是說，加到驅動單元附近的發射器的電壓高於加到遠離驅動單元的發射器的電壓。根據該實施例的方法，在半選擇發射器中沒有半選擇電流流動，發射器可以以均勻的電壓被驅動，與離驅動單元的距離無關。因此，在整個顯示屏幕上，顯示的圖像的亮度非常忠實於原始圖像。〔第五實施例〕在第一到第四實施例中，多電子源在上面已經進行了描述。但是，當結合這些單元的表面導電型電子發射器被其它類型的電子發射器替代時，發現本發明的驅動方法依然有效。
當本發明任執行第一到第四實施例中的用於電子源和使用場發射器作為電子發射器的顯示板的驅動方法時，在半選擇發射器中流動的電流被極大地減少。
例如，橫向型場發射器，如圖34A，34B和34C所示的那些，被用於表面導電型電子發射器。參見圖34A-34C，標號1101表示一個玻璃基板；701表示電子發射部分；702表示負電極；703表示一個控制極(正電極)。在每個橫向型場發射器中，當一個適當的電壓被加到負電極702和控制極703之間時，從電子發射部分701發射出電子束。
圖35為一個平面視圖，示出了具有多個以矩陣形式布線連結的橫向型場發射器(每個都與圖34A中所示的相同)的多電子源。參見圖35，標號704表示一個行布線條，其上公共地連接橫向型場發射器；標號705表示一個列布線條，上面公共地連接橫向型場發射器。
當本發明的方法被應用於上述的多電子源和具有該多電子源的圖像顯示裝置時，可以準確地輸出具有所需的強度的電子束，而無需使用任何複雜的補償電路。此外，每個半選擇發射器消耗的電力可被降低。
此外，本發明也可以有效地用於使用與上述的電子發射器不同的發射器的電子源以及使用這種電子源的圖像顯示裝置。例如，本發明對於斯賓達(Spindt)型場發射器和MIM型場發射器同樣適用。〖第六實施例〗圖36示出了一種多功能顯示裝置，設計用未在按上述方法製造的使用表面導電型電子發射器作為電子源的顯示板上顯示從各種圖像信息源，例如TV廣播提供的圖像信息。
參見圖36，標號2100表示一個顯示板；2101表示一個用於顯示板的驅動電路；2103表示一個多路復用器；2104表示一個解碼器；2106表示一個CPU；2107表示一個圖像產生電路；2108，2109和2110表示圖像存儲器接口電路；2111表示圖像輸入接口電路；2112和2113表示TV信號接收電路；2114表示一個輸入單元。
上述的顯示裝置是設計用來根據一個即包括視頻信息又包括音頻信息的信號，例如，TV信號，的接收，來顯示圖像同時再現聲音的。因為與音頻信息的接收，分離，再現，處理，存儲，等等相關的電路，喇叭，等與本發明的實施例的特徵無關，有關它們的描述被省略。
各自單元的功能將按圖像信號的流動來進行描述。
TV信號接收電路2113為一個用於接收通過一個無線傳輸系統例如一個無線電或空間光學傳輸系統傳輸的TV圖像信號。要接收的TV信號的制式沒有特別的限制。例如，NTSC制，PAL制，或SECAM制都可以採用。包含大量掃描線(所謂的高清晰度的電視信號例如MUSE制或MPEG2制信號)的TV信號的信號源適合用於使上述的顯示板用於大屏幕和大量的象素的顯示。由TV信號接收電路2113接收的TV信號被輸出到解碼器2104。
TV信號接收電路2112為一個用於接收通過有線傳輸系統例如同軸電纜，光纜傳輸的TV圖像信號。與TV信號接收電路2113相似，TV信號的制式沒有特別限制。由該電路接收的TV信號被輸出到解碼器2104。
圖像輸入接口電路2111是一個用於輸入從圖像輸入裝置例如，電視攝像機或圖像掃描器提供的圖像信號的電路。該輸入圖像信號被輸出到解碼器2104。
圖像存儲器接口電路2110是一個用於輸入存儲在錄像機(稱為VTR)中的圖像信號的電路。輸入的圖像信號被輸出到解碼器2104。
圖像存儲器接口電路2108是一個用於輸入存儲在存儲靜止圖像數據例如靜止圖像盤中的圖像信號的電路。輸入的靜止圖像數據被輸出到解碼器2104。
輸入/輸出接口2105為一個用於將該顯示板連接到一個外部計算機，計算機網絡，或一個輸出裝置如一臺印表機。輸入/輸出接口電路2105執行圖像數據和字符/圖形信息的輸入/輸出處理。在有些情況下，該電路可以執行顯示裝置的CPU2106和外部單元之間的控制信號和數字數據的處理。
圖像產生電路2107是一個用於根據通過輸入/輸出接口電路2105外部輸入的字符/圖形信息和從CPU輸出的圖像數據和字符/圖形信息產生圖像圖像數據的電路。例如，該電路包括一個隨機存取存儲器用於存儲圖像和字符/圖形信息，一個只讀存儲器，其中存儲了對應字符代碼的圖像模式，以及用於產生圖像的所需的電路，例如用於圖像處理的處理器。
由圖像產生電路2107產生的顯示圖像數據被輸出到解碼器2104。在某些情況下，該圖像數據可以通過輸入/輸出接口電路2105被輸入/輸出到/從一個外部計算機網絡或印表機。
CPU2106主要執行顯示裝置的操作控制和顯示圖像的產生，選擇，和編輯。
例如，CPU2106向多路復用器2103輸出一個控制信號，適當地選擇或結合將要在顯示板上顯示的圖像信號。在這種情況下，CPU2106根據將要顯示的圖像信號為顯示板控制器2102產生一個控制信號，並適當地控制顯示裝置的操作，例如，屏幕顯示頻率，掃描方法(如隔行掃描或非隔行掃描方式)，以及每幀的掃描次數。
此外，CPU2106直接向圖像產生電路2107輸出字符/圖形信息，並通過輸入/輸出接口電路2105訪問外部的計算機或存儲器輸入圖像數據和字符/圖形信息。
CUP2106也可以與用於其它目的的操作有關。例如，CPU2106可以直接與產生和處理信息的功能例如個人計算機或字處理器的功能有關。
另外，如上所述，CPU2106可以經過輸入/輸出接口電路2105與一個外部計算機網絡連接，與外部設備結合進行數字計算等。
輸入單元2114可以被用戶用來向CPU2106輸入指令，程序，或數據。例如，作為輸入單元2114，各種輸入裝置，例如，鍵盤，遊戲杆，條形碼閱讀器，和語音識別裝置都可以被採用。
解碼器2104用於將從各種從圖像產生電路2107或TV信號接收電路2112和2113輸出的圖像信號反向轉換成三基色信號或亮度信號和I和Q信號。如圖35中的點線所示，解碼器2104最好結合一個存儲器。利用該存儲器，解碼器2104可以處理TV信號，例如，需要存儲器進行反向轉換的MUSE制的信號。此外，利用該存儲器，靜止圖像可以很容易地進行顯示，解碼器2104可以容易地執行圖像處理和編輯，例如，圖像的淡化，插入，放大，縮小，和合成。
多路復用器2103根據從CPU2106輸入的控制信號適當地選擇顯示圖像。更具體地說，多路復用器2103從解碼器2104輸入的反向轉換的圖像信號中選擇一個所需的圖像信號，並輸出選擇的信號到驅動電路2104。在該例中，通過在一幀顯示器間，切換並選擇圖像信號，一個屏幕可以被分成多個區域，向所謂的多屏幕電視機那樣，在各自的區域顯示不同的圖像。
顯示板控制器2102用於根據從CPU2106輸入的控制信號控制驅動電路2101的操作。
對於顯示板的基本操作，例如，用於控制顯示板的驅動電源(未示出)的操作順序的信號被輸出到驅動電路2101。
至於顯示板的驅動方法，例如，用於控制幀顯示頻率或掃描法(隔行或非隔行)的信號被輸出到驅動電路2101。
在某些情況下，與圖象質量，例如，亮度，對比度，音調，和顯示圖像的銳度等相關的控制信號可被輸出到驅動電路2101。
驅動電路2101是一個用於產生施加到顯示板2100的驅動信號的電路。驅動電路2101根據從多路復用器2103輸入的圖像信號和從顯示板控制器2102輸入的控制信號操作。
上面已經描述了相應單元的功能。利用圖36所示的結構，在該顯示裝置中，從各種信息源輸入的圖像信息可以被顯示在顯示板2100上。
各種圖像信號例如TV信號由解碼器2104反向轉換。某些結果信號被適當地由多路復用器選擇輸入到驅動電路2101。同時，顯示板控制器2102產生一個根據每個要被顯示的圖像信號用於控制區動點路2101的操作的控制信號。驅動電路2101根據該圖像信號和控制信號將驅動信號加到顯示板2100。
利用該操作，圖像被顯示在顯示板2100上。該系列操作CPU2107系統地控制。
利用結合於解碼器2104中的圖像存儲器，圖像產生電路2107，CPU2106，該裝置可以執行要顯示的圖像信息的圖像處理，例如，放大，縮小，旋轉，移位，邊緣加重，淡化，插入，彩色轉換，高寬比轉換，以及圖像編輯，例如，合成，刪除，連接，替換，以及插入和一段圖像信息的選擇顯示。儘管在實施例中沒有描述，該裝置可以包括專用於在例如上述的圖像處理和編輯中的音頻信息的處理和編輯的電路。因此，該顯示裝置可以具有各種功能。例如，用作TV廣播的顯示裝置，視頻會議的終端裝置，靜止圖像的編輯裝置，辦公終端裝置，例如，字處理器，遊戲機，等等。即，該裝置作為一種工業產品或消費產品具有廣闊的應用範圍。
圖36隻是示出了使用具有有表面導電型電子發射器構成的電子源的顯示板的顯示裝置的例子。顯然，圖36中所示的構成部件，與一定應用目的所不需要的功能相關的電路可以被省略。與之相反，其它構成部件根據應用的目的可以被加入。例如，如果該顯示裝置被用作為一個電視機，電視攝像機，麥克風，圖示單元，包括MODEM的發送/接收電路，可以被加入。
在該顯示裝置中，具有由表面導電型電子發射器構成的電子源的顯示板在輪廓上可以被減小。整個顯示裝置的高度可以減小。此外，具有由表面導電型電子發射器構成的電子源的顯示板在屏幕尺寸上可以增加，並具有出色的視角特性及高亮度。於是該顯示裝置可以以逼真地，功能強大地及極好的視覺性顯示圖像。
本發明可以應用於有多個裝置或有一個裝置構成的設備構成的系統。顯然，本發明也可以應用於本發明是通過向系統或裝置提供程序而獲得本發明的效果的情況。
如上所述，根據本發明的每個實施例，在驅動方法中，其中表面導電型電子發射器是以簡單矩陣形式布線連接的，由在布線條上的電壓分配引起的電子發射的分配可以得到補償，分流到每個半選擇發射器的電流通過適當地選擇加到布線條的電壓的結合而被減少。
於是，整個多電子源可以以很低的消耗被驅動，電子發射量可以忠實地反映原始信號的電平。
很顯然，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下可以作出本發明的各種不同的實施例，應當明確的是，除了附後的權利要求以外，本發明不局限於任何具體的實施例。
權利要求
1.一種電子產生器件，包括一個具有以簡單矩陣形式通過多個數據布線條，和多個掃描布線條布線連接的多個電子發射器的多電子源，以及一個驅動電路，用於驅動所述的多電子源，所述的驅動電路包括第一驅動裝置，用於向連接有發射電子的掃描布線條施加第一電壓，並向連接有不發射電子的掃描布線條施加第二電壓；以及第二驅動裝置，用於向連接有發射電子的數據布線條施加第三電壓，並向連接有不發射電子的數據布線條施加第四電壓；其中所述的第二電壓大體等於第三電壓。
2.根據權利要求1的器件，其中加到掃描布線條的第一和第二電壓是基於用於選擇每行的掃描信號的。
3.根據權利要求1的器件，還包括一個用於根據圖像信號產生調製信號的調製電路。
4.根據權利要求3的器件，其中加到數據布線條的第三和第四電壓是基於用於驅動連接到每列的電子發射器的調製信號的。
5.根據權利要求3的器件，其中所述調製為脈寬調製。
6.根據權利要求3的器件，其中所述的調製為幅度調製。
7.根據權利要求1的器件，其中電子發射器是一個具有非線性特性的表面導電型電子發射器，包括一個作為在加到發射器電極上的電壓和對應的電子發射量之間的關係中電子發射和無電子發射之間的分界點的門限電壓點。
8.根據權利要求1的器件，其中第二和第四電壓之間的差和第四電壓和第一電壓之間的差都小於所述門限電壓電壓點的值。
9.根據權利要求1的器件，其中所述的驅動電路利用推挽結構產生第一和第二電壓。
10.根據權利要求1的器件，其中所述的第二驅動裝置還包括測量裝置，用於測量電子發射器中流過的電流和電子發射器的輸入/輸出效率的變化，以及存儲裝置，用於存儲校正利用所述的測量裝置測量的輸入/輸出效率的校正值，以及所述的第二驅動裝置根據存儲在所述的存儲裝置中的校正值和調製信號產生第三和第四電壓。
11.根據權利要求1的器件，其中所述的第二驅動裝置包括一個連接到數據布線條的受控電流源。
12.一種包括權利要求1-11所限定的電子產生器件的圖像顯示裝置。
13.根據權利要求1的器件，其中所述的第二電壓在相應的布線條在第三電壓中的變化的上限和下限限定的範圍內大體等於第三電壓。
14.一種驅動電路，用於驅動一個具有以簡單矩陣形式通過多個數據布線條，和多個掃描布線條布線連接的多個電子發射器的多電子源，包括第一驅動裝置，用於向連接有發射電子的掃描布線條施加第一電壓，並向連接有不發射電子的掃描布線條施加第二電壓；以及第二驅動裝置，用於向連接有發射電子的數據布線條施加第三電壓，並向連接有不發射電子的數據布線條施加第四電壓；其中所述的第二電壓大體等於第三電壓。
15.根據權利要求14所述的電路，其中加到掃描布線條的第一和第二電壓是基於用於選擇每行的掃描信號的。
16.根據權利要求14的電路，還包括一個用於根據圖像信號產生調製信號的調製電路。
17.根據權利要求16的電路，其中加到數據布線條的第三和第四電壓是基於用於驅動連接到每列的電子發射器的調製信號的。
18.根據權利要求16的電路，其中所述調製為脈寬調製。
19.根據權利要求16的電路，其中所述的調製為幅度調製。
20.根據權利要求14的電路，其中所述的第二電壓在相應的數據布線條在第三電壓中的變化的上限和下限限定的範圍內大體等於第三電壓。
21.一種用於驅動電子產生器件的方法，所述的電子產生器件包括一個具有以簡單矩陣形式通過多個數據布線條，和多個掃描布線條布線連接的多個電子發射器的多電子源，以及一個驅動電路，用於驅動所述的多電子源，包括下述的步驟向連接有發射電子的掃描布線條施加第一電壓；向連接有不發射電子的掃描布線條施加第二電壓；以及向連接有發射電子的數據布線條施加第三電壓；向連接有不發射電子的數據布線條施加第四電壓；其中所述的第二電壓大體等於第三電壓。
22.根據權利要求21的方法，其中加到掃描布線條的第一和第二電壓是基於用於選擇每行的掃描信號的。
23.根據權利要求21的方法，還包括一個用於根據圖像信號產生調製信號的調製電路。
24.根據權利要求23的方法，其中加到數據布線條的第三和第四電壓是基於用於驅動連接到每列的電子發射器的調製信號的。
25.根據權利要求23的方法，其中所述調製為脈寬調製。
26.根據權利要求23的方法，其中所述的調製為幅度調製。
27.根據權利要求21的方法，其中所述的第二電壓在相應的數據布線條在第三電壓中的變化的上限和下限限定的範圍內大體等於第三電壓。
全文摘要
一種電子產生器件，包括一個具有以簡單矩陣形式通過多個數據布線條，和多個掃描布線條布線連接的多個電子發射器的多電子源，以及一個驅動電路，用於驅動所述的多電子源，所述的驅動電路包括第一驅動裝置，用於向連接有發射電子的掃描布線條施加第一電壓，並向連接有不發射電子的掃描布線條施加第二電壓；第二驅動裝置，用於向連接有發射電子的數據布線條施加第三電壓，並向連接有不發射電子的數據布線條施加第四電壓；其中所述的第二電壓大體等於第三電壓。
文檔編號H01J1/316GK1150700SQ96111409
公開日1997年5月28日 申請日期1996年8月23日 優先權日1995年8月23日
發明者外處泰之, 鱸英俊 申請人:佳能株式會社