JP3684098B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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JP3684098B2
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アノードとカソードからなる平板型の画像形成装置に関する。更に特定すれば、異常放電に係わる各種ダメージを回避した、新規の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、アノードとカソードからなる平板型画像形成装置は広く研究、開発がなされており、使用される電子源としては、例えば、電界放出素子や、表面伝導型電子放出素子などにより構成されたものが挙げられる。前者の電界放出素子を用いた一例としては、アメリカ特許第5142184号が提案されている。また、後者の表面伝導型電子放出素子を用いた一例としては、アメリカ特許第5066883号が提案されている。
【0003】
これらは、電子源の構造ならびに駆動の方法等に違いは見られるものの、共通して見られる特徴は、複数の電子放出素子で構成される電子源よりなるカソードと、それに近接したアノードを有する点である。このカソードとアノードとの距離は、概ね数百μm〜数mm程度である。ここで注意すべき点は、カソードならびに結線等の為の配線と、電子を引き付けるためのアノード電極が近接するために、大きな静電容量を生ずる点である。
【0004】
アノードには、通常電子を引き付ける為に数キロボルト〜数十キロボルトの高い正電位が印加され、そのために、アノードとカソードの両電極間に多大な電荷が蓄積されることになる。尚、本明細書では、アノードの形成された基板のことをアノード基板、アノードの形成された基板と対向して位置するカソードの形成された基板のことをカソード基板と略することにする。このような大きな電位差を狭い電極間に与える場合、即ち強電界の状況では、アノードとカソード基板間で異常放電が生ずる場合がある。ここでいう異常放電とは、駆動に係わり、電子源から放出される正規の、或いは予想しうるある意味で定常的な放出電流とは区別される電流が流れる状態を指す。例えば、アノードとカソードの短絡を生ずるような大電流を伴う放電を指す。
【0005】
このような異常放電は、カソードとアノード基板間が不十分な真空であったり、或いは、電極形状に異常電場をもたらせるような問題があった場合に生じるものと考えられる。このような異常放電が一度生ずると、電流集中に起因する電極等の損傷や、ひどい場合には、異常放電部と配線を介して接続された素子の破壊を生じ、真空中のアーク放電に至る場合がある。このアーク放電は結果的に大電流をもたらし、電流による多量のジュール熱により、異常放電部の素子の破壊にとどまらず、蒸発した粒子が他の素子や配線の短絡を引き起こす場合がある。また、電流集中により、カソードならびに結線のための配線の電位を不安定化させ、その結果、配線を介して接続された素子に損傷を与えるものと考えられる。
【0006】
従来、このような異常放電として、アーク放電が生じた場合に、アーク放電の間、大電流が外部電圧源からアノードを通り、そしてさらにイオン化した真空を通り、エミッタ(カソード)に電気アークとして流れる電流を制限する目的で、アノードと外部電圧源の間にインダクタを設ける技術が、特開平08−106847号公報に開示されている。尚、本明細書で用いられる異常放電とは、上述のアーク放電を含んだものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、アノードとカソードの間で異常放電を生じさせないことが最も大切であるが、現実的な、大多数の素子により構成される画像形成装置の場合においては、歩留まり良く、完全に防止することは重要である。そこで、万一異常放電が生じた場合に、ダメージを緩和する対策を施すことが重要であり、切望されてきた。
【0008】
上述の特開平08−106847号公報に開示された技術を、図5に模式的に示す。図5において、21は基板、22はカソード電極、23はエミッタ、24はカソード導体、25は絶縁体、26はゲート、27はアノード、28はインダクタ、29は抵抗、30は電圧ソースである。該技術は、電子放出素子として電界放出素子を用い、アノード27とエミッタ23(カソード)間でアーク放電が生じている間、アノード27とエミッタ23間のアーク放電に関わり電圧ソース30から供給される電流を、インダクタ28を設けることにより、実質的に制限するものである。即ち、アーク放電が生じ、アノード27の電位が低下した場合に、外部電源からの電荷の注入を時間的に制限するものである。
【0009】
しかしながら、アノードとカソード基板間の静電容量が大きい大画面画像形成装置においては、アノードならびにカソード基板に蓄積された電荷量が大きく、この電荷が、異常放電の開始時にアノードの電位の低下に応じて放電経路を通して移動するという問題がある。この電荷の移動が瞬時に行われた場合、電流値はかなり大きなものとなる。尚、当然ながらこの電流は、外部電源からアノードに流れ込む電流として観測することは出来ず、即ち、上述の外部電源から電荷の注入を制限する方法では抑制することができない。これは、異常放電が生じた場合に、低下したアノードの電位を回復させる、言い換えれば、アノードとカソード基板により構成されるコンデンサを充電する電流か、或いはアーク放電の結果アークを持続する電流としてのみ観測されからである。
【0010】
このアノードの電位の低下に応じた電荷の移動は、異常放電時のアノード電位の時間変化を測定することにより、概ねμ秒程度以下の時間スケールで生じることを、本発明者らは確認している。また、後述の予備的検討の結果、このアノードの電位の低下に対応した電流が放電経路を通して流れることにより、ダメージを引き起こす場合があることも確認している。
【0011】
故に、本発明は、このアノードの電位の低下に対応した電流が放電経路を通じて流れることを抑制することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明の構成について、以下に説明する。
【0013】
本発明は、電子源と、該電子源が放出する電子を引き付ける電位が印加されるアノードからなる平板型の画像形成装置において、画像形成領域の異常放電を検知する手段と、前記異常放電が検知されたときに、前記画像形成領域外の非画像形成領域において前記電子源と前記アノードとの間で放電させる手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
【0016】
具体的には、異常放電を検知することにより、アノードとカソード間に蓄積された電荷を非画像形成領域を通して速やかに、開放するものである。これにより、異常放電の開始時に、アーク放電等の異常放電に必須のアノードとカソードの電位差を低下させられる。これにより、アーク放電に至らしめないか、或いは、その規模を著しく縮小することが可能となる。
【0017】
尚、上述の異常放電を検知するための手段としては、アノード電位の変化量や、異常放電の前駆現像を検知するものなどがある。又、カソードが複数の電子放出素子からなる電子源により構成され、異常放電を検知する手段が、該電子源の駆動に関わり印加される電圧に重畳されて観測される電圧、或いはそれに対応した電流であっても良い。又、非画像形成領域で放電させる手段は、応答性に優れ、且つ瞬間的に大電流を流せるものであればどのようなものであってもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明を適用する画像形成装置について、以下に説明する。図1は、本発明の構成を示す模式図である。図1において、1はアノード基板を、2は電子放出素子の形成されたカソード基板を、3は異常放電を検知する手段を、4は画像形成領域を、5は高圧電源を、6は非画像形成領域で放電させる手段を、7は高圧電源5からの電流を制限する抵抗やインダクタンスを、8は検知手段3から非画像形成領域で放電させる手段6を動作させる信号を各々示す。
【0019】
次に、動作原理について述べる。画像形成装置として機能させるためには、通常アノード基板1には十分な加速電圧を電子ビームに与えるために、数キロボルト〜数十キロボルトの高い正電位が印加される。このような状況下で、カソード基板2の画像形成領域に形成された電子放出素子から制御された電子が放出され、アノード基板1の画像形成領域に形成された蛍光体(不図示)を発光させる。この場合の電子の流れは、本発明でいう異常放電とは区別されるものである。
【0020】
また、この画像形成に係わる電流は小さく、この画像形成に係わる電流によるアノード電位の低下は、ほとんど無視されうるものである。尚、アノード基板1とカソード基板2は、通常真空に保持され、アノード基板1とカソード基板2の距離は、放出電子の平均自由工程よりも小さくなっている。
【0021】
さて、このような状況下においても、突発的に異常放電が観測される場合がある。そのきっかけは、はっきりと限定することは出来ないが、例えば、カソード基板2に形成された電極形状に異常電場をもたらせるような問題があった場合などが考えられる。異常放電の開始を特定するには、例えば、アノード基板1に近接して設けられた電位計により、アノード電位の変化を測定することにより可能である。異常放電が生じ、或るしきい値よりも大きな電位変化が見られた場合に、画像形成装置内の非画像形成領域で放電させアノードに蓄えられていた電荷を開放する。
【0022】
この場合、異常放電を観測し、非画像形成領域で放電させるのに要する時間が十分に短ければ、画像形成領域のアノードとカソードの真空を介して空間に流れる電流を遮断、或いは絞ることが可能であり、結果的に、画像形成領域のカソード上に本来生ずるはずのダメージを大幅に緩和できることになる。
【0023】
非画像形成領域で放電が終了した時、画像形成領域のアノード基板1とカソード基板2の真空を介した空間に電流が流れていなければ、高圧電源5からの電流が、アノードの電位を再度規定の値にまで復活させる充電電流として流れる。これにより、異常放電によるダメージを抑制することが可能となる。
【0024】
[予備的検知]
異常放電時のアノード電位の時間変化及び、ダメージがどの過程で生ずるのかを明らかにする目的で、図2に模式的に示した系で実験を行った。図2において、9は高圧電源5とアノード基板1を切り離すためのスイッチであり、10は電位計である。また、図1に示した部位と共通するものについては、同じ番号を示し、重複説明を省略する。なお、アノード基板1とカソード基板2間の静電容量は約200pFである。
【0025】
まず、アノード基板1に6kV程度の高圧を印加し、カソード基板2から電子パルス状にアノード基板1に到達するように、駆動する。この時、カソード基板2には、電子源の配置及び結線がマトリクス構造をしたものを用い、任意の1行だけを選択して10Hzで駆動した。この際に、カソード基板2から電子を放出させる直前に、毎回スイッチ9を開くようにし、電子の放出が終了した後再び閉じるようにした。スイッチ9にはパルスの印加により開閉の可能な真空スイッチを使用した。
【0026】
このような状況で駆動していると、電子放出毎にスイッチ9で高圧電源5と切断されるので、放出電子によるアノード電位の低下を電位計10で観測することが出来る。この電位の低下量は放出電子の量により決まるものである。本実験では、一回のパルスで3%未満の電位降下となるように、放出電子量を設定した。このような状況下で、異常放電が生ずるまで駆動を行った。
【0027】
異常放電が観測されたときの電位計10の指示電圧の時間変化を測定したところ、図3に示すグラフを得た。図3のグラフで、横軸は時間を、左縦軸は電位を、右縦軸は電位の時間微分から求めた、アノード基板1からカソード基板2に流れる電流を示している。異常放電によりアノード基板1からカソード基板2に流れる電流は、電位の時間微分と静電容量の積で求めることが出来る。図3より、本実験においては最大約11A程度の電流が、アノードの電位降下の開始から約200ナノ秒後に流れていることが理解される。尚、図3で横軸の時間が0の時間は、駆動に係わる電子放出の開始時刻である。
【0028】
次に、異常放電が観測された後、駆動に関わり選択されていた素子に欠陥が生じていないか検査した。すると、3画素分に相当する素子に大きなダメージを受けていることが判明した。これらの結果、アノードの電位の低下に対応した電流が放電経路を通して流れることにより、ダメージを引き起こす場合があることが理解された。
【0029】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【0030】
[実施例1]
図4(a)にアノード基板1とカソード基板2により構成される画像形成装置の構成図を示す。また、図4(b)に画像形成装置の一部を示す。本実施例では、電子放出素子として表面電動型電子放出素子を用い、マトリクス配置された電子源よりなるカソード基板2と、カラー表示を行うための蛍光体18及び、Al製のメタルバック19が形成されたアノード基板1を用いた。尚、本発明の画像形成装置は、電子源として特に限定されるものではないことは、これまでの説明から理解されよう。
【0031】
画像形成領域は次の構成により形成されている。12はx方向配線、13はy方向配線、15は表面伝導型電子放出素子、18は蛍光体、19はメタルバックである。尚、表面伝導型電子放出素子15には対向する素子電極が設けられており、該素子電極間に15V程度の電圧を印加することにより、該電極間に素子電流Ifが流れ、同時に電子放出が行われる。本実施例においては、y方向720素子(n=720)、x方向240素子(m=240)からなるものを使用した。
【0032】
一方、非画像形成領域は次の構成により形成されている。32は+側配線、33は−側配線であり、対向する素子電極により梯子状に電子放出素子34に接続されている。これらの配線は画像形成領域のx方向配線12及びy方向配線13よりなる電子源14とは電気的に絶縁されて構成されている。
【0033】
図4(a)に示すように、非画像形成部のカソード基板2と対向するアノード基板1側はアノード電極36が形成されており、メタルバック19と電気的に接続されている。本実施例では、非画像形成領域で放電させる手段として表面伝導型電子放出素子を用いているが、特に限定されるものではない。該非画像形成領域のアノード基板1には、蛍光体18が構成されていない為、放電時に発光しない。
【0034】
また、16はカソード基板2を支えるリアプレート、17はガラス基体、20はアノード基板1とカソード基板2を固定する支持枠である。リアプレート16とガラス基体17、支持枠20とで密封容器の外囲器を構成している。異常放電検知手段は、アノード基板1の近くに設けられた電位計10であり、また制御回数を調べるためにカウンターも具備している。電位計10の電位変動が20V以上測定された場合に、+側配線32と−側配線33を通し、放電監視用電源35を通じて、電子放出素子34の素子電極間に20v程度の電圧を印加し、非画像形成領域で放電させ、短絡するシステム構成とした。
【0035】
さて、アノードに10kVの高電圧を印加し、カソード基板2のx方向配線12、具体的にはDox1,Dox2,…Dox(m−1),Doxm及び、y方向配線13、具体的にはDoy1,doy2,…Doy(n−1),Doynに接続された不図示のドライバーユニットを駆動することにより、画像形成領域に画像を表示させた。この状態で、様々な画像を表示させながら、1000時間の耐久試験を行ったところ、異常放電検知手段3のカウンターで3回の異常放電を検知し、本発明に関わる制御、即ち非画像形成領域における放電監視用電源35から+側配線32と−側配線33間に電圧を印加するという制御を通じて、3回行われた。また、1000時間後も異常放電による画像欠陥等は見られず、良好な画像を保持していた。
【0036】
このことから、本発明の画像形成装置が、異常放電によるダメージ緩和に有効であることが示された。
【0037】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明の画像形成装置によれば、異常放電による画像欠陥等の各種ダメージを効果的に制御することが可能である。
【0038】
また、非画像形成領域において、異常放電発生時に放電電圧を検出して制御処理するので、画像形成領域の電子放出素子への影響を防止でき、長時間の画像形成を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関する画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図2】予備的検討に使用した画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図3】予備的検討による測定されたアノード電位及びアノードからカソードに流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【図4】実施例における表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した画像形成領域、及び表面伝導型電子放出素子を梯子状に配置した非画像形成領域を構成した画像表示部の模式図である。
【図5】従来のアーク電流を制限する技術を示す模式図である。
【符号の説明】
1 アノード
2 カソード基板
3 異常放電検知手段
4 画像形成領域
5 高圧電源
6 非画像形成領域で放電させる手段
7 高圧電源からの電流を制限する抵抗やインダクタンス
8 信号
9 アノードの高圧電源を遮断するためのスイッチ
10 電位計
12 x方向配線
13 y方向配線
14 電子源
15 表面伝導型電子放出素子
16 カソード基板2を支えるリアプレート
17 ガラス基体
18 蛍光体
19 メタルバック
20 アリード基板1とカソード基板2を固定支持枠
21 基板
22 カソード電極
23 エミッタ
24 カソード導体
25 絶縁体
26 ゲート
27 アノード
28 インダクタ
29 抵抗
30 電圧ソース
32 +側配線
33 −側配線
34 表面伝導型電子放出素子
35 放電開始用電源
36 電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flat plate type image forming apparatus comprising an anode and a cathode. More specifically, the present invention relates to a novel image forming apparatus that avoids various damages related to abnormal discharge.
[0002]
[Prior art]
In recent years, flat image forming apparatuses composed of an anode and a cathode have been extensively researched and developed, and examples of electron sources used include those composed of field emission elements, surface conduction electron emission elements, and the like. Can be mentioned. As an example using the former field emission device, US Pat. No. 5,142,184 has been proposed. As an example using the latter surface conduction electron-emitting device, US Pat. No. 5,066,883 has been proposed.
[0003]
Although there are differences in the structure of the electron source and the driving method, the common feature is that it has a cathode consisting of an electron source composed of a plurality of electron-emitting devices and an anode close to the cathode. It is. The distance between the cathode and the anode is approximately several hundred μm to several mm. The point to be noted here is that a large capacitance is generated because the wiring for the cathode and the connection and the anode electrode for attracting electrons are close to each other.
[0004]
A high positive potential of several kilovolts to several tens of kilovolts is usually applied to the anode in order to attract electrons. Therefore, a large amount of electric charge is accumulated between both the anode and the cathode. Note that in this specification, the substrate on which the anode is formed is abbreviated as an anode substrate, and the substrate on which the cathode located opposite to the substrate on which the anode is formed is abbreviated as a cathode substrate. When such a large potential difference is applied between narrow electrodes, that is, in a strong electric field situation, abnormal discharge may occur between the anode and the cathode substrate. The abnormal discharge referred to here refers to a state in which a current flows which is related to driving and which is distinguished from a regular or expected emission current emitted from an electron source. For example, it refers to a discharge with a large current that causes a short circuit between the anode and the cathode.
[0005]
Such an abnormal discharge is considered to occur when there is an insufficient vacuum between the cathode and the anode substrate, or when there is a problem that an abnormal electric field can be caused in the electrode shape. Once such an abnormal discharge occurs, damage to the electrodes and the like due to current concentration, or, in severe cases, destruction of the element connected to the abnormal discharge part via the wiring leads to arc discharge in a vacuum. There is a case. This arc discharge results in a large current, and due to the large amount of Joule heat caused by the current, not only the element in the abnormal discharge part is destroyed, but also the evaporated particles may cause a short circuit of other elements and wiring. Further, it is considered that the current concentration destabilizes the potential of the cathode and the wiring for connection, and as a result, damages to the elements connected via the wiring.
[0006]
Conventionally, when an arc discharge occurs as such an abnormal discharge, during the arc discharge, a large current flows from an external voltage source through the anode and further through an ionized vacuum and flows as an electric arc to the emitter (cathode). Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-106847 discloses a technique for providing an inductor between an anode and an external voltage source for the purpose of limiting the current. The abnormal discharge used in this specification includes the above-described arc discharge.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it is most important not to cause an abnormal discharge between the anode and the cathode. However, in the case of a realistic image forming apparatus constituted by a large number of elements, it is possible to prevent it completely with a high yield. is important. Therefore, in the unlikely event that an abnormal discharge occurs, it is important to take measures to alleviate the damage, which has been eagerly desired.
[0008]
The technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-106847 is schematically shown in FIG. In FIG. 5, 21 is a substrate, 22 is a cathode electrode, 23 is an emitter, 24 is a cathode conductor, 25 is an insulator, 26 is a gate, 27 is an anode, 28 is an inductor, 29 is a resistor, and 30 is a voltage source. This technique uses a field emission device as an electron-emitting device and is supplied from a voltage source 30 in connection with the arc discharge between the anode 27 and the emitter 23 while the arc discharge is generated between the anode 27 and the emitter 23 (cathode). By providing the inductor 28, the current is substantially limited. That is, when arc discharge occurs and the potential of the anode 27 decreases, the injection of charges from the external power source is limited in time.
[0009]
However, in a large-screen image forming apparatus with a large capacitance between the anode and the cathode substrate, the amount of charge accumulated on the anode and the cathode substrate is large, and this charge corresponds to a decrease in the potential of the anode at the start of abnormal discharge. There is a problem of moving through the discharge path. When this charge movement is performed instantaneously, the current value becomes considerably large. Of course, this current cannot be observed as a current flowing into the anode from the external power source, that is, cannot be suppressed by the above-described method of limiting the injection of charges from the external power source. This is to restore the lowered anode potential in the event of abnormal discharge, in other words, only as a current that charges the capacitor composed of the anode and cathode substrate, or as a current that sustains the arc as a result of arc discharge. Because it was observed.
[0010]
The present inventors confirmed that the movement of the electric charge according to the decrease in the potential of the anode occurs on a time scale of about μsec or less by measuring the temporal change of the anode potential during abnormal discharge. Yes. In addition, as a result of preliminary examination described later, it has been confirmed that a current corresponding to the decrease in the potential of the anode flows through the discharge path, thereby causing damage.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to suppress the current corresponding to the decrease in the anode potential from flowing through the discharge path.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention made to solve the above problems will be described below.
[0013]
The present invention includes an electron source, an image forming apparatus of anodic or Ranaru plate type electron source is a potential to attract the electrons emitted applied, a means for detecting abnormal discharge image forming region, the abnormal discharge An image forming apparatus comprising: means for discharging between the electron source and the anode in a non- image forming area outside the image forming area when the image is detected .
[0016]
Specifically, by detecting abnormal discharge, the charge accumulated between the anode and the cathode is quickly released through the non-image forming area. Thereby, at the start of abnormal discharge, the potential difference between the anode and the cathode, which is essential for abnormal discharge such as arc discharge, can be reduced. This makes it possible to avoid arc discharge or to significantly reduce its scale.
[0017]
As means for detecting the abnormal discharge described above, there are means for detecting the amount of change in the anode potential and the precursor development of abnormal discharge. In addition, the cathode is composed of an electron source composed of a plurality of electron-emitting devices, and the means for detecting abnormal discharge is a voltage observed superimposed on the applied voltage in relation to driving of the electron source, or a current corresponding thereto. It may be. The means for discharging in the non-image forming area may be any means as long as it has excellent responsiveness and can flow a large current instantaneously.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An image forming apparatus to which the present invention is applied will be described below. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present invention. In FIG. 1, 1 is an anode substrate, 2 is a cathode substrate on which electron-emitting devices are formed, 3 is a means for detecting abnormal discharge, 4 is an image forming region, 5 is a high-voltage power supply, and 6 is a non-image. A means for discharging in the forming area, 7 indicates a resistance or inductance for limiting the current from the high-voltage power supply 5, and 8 indicates a signal for operating the means 6 for discharging in the non-image forming area from the detecting means 3.
[0019]
Next, the operation principle will be described. In order to function as an image forming apparatus, a high positive potential of several kilovolts to several tens of kilovolts is usually applied to the anode substrate 1 in order to give a sufficient acceleration voltage to the electron beam. Under such circumstances, controlled electrons are emitted from the electron-emitting devices formed in the image forming area of the cathode substrate 2 to cause the phosphor (not shown) formed in the image forming area of the anode substrate 1 to emit light. . The electron flow in this case is distinguished from the abnormal discharge in the present invention.
[0020]
Further, the current related to the image formation is small, and the decrease in the anode potential due to the current related to the image formation can be almost ignored. The anode substrate 1 and the cathode substrate 2 are normally kept in a vacuum, and the distance between the anode substrate 1 and the cathode substrate 2 is smaller than the mean free path of emitted electrons.
[0021]
Even in such a situation, abnormal discharge may be suddenly observed. The reason for this cannot be clearly limited, but for example, there is a case where there is a problem that an abnormal electric field can be brought about in the electrode shape formed on the cathode substrate 2. In order to specify the start of abnormal discharge, for example, it is possible to measure the change in the anode potential with an electrometer provided in the vicinity of the anode substrate 1. When an abnormal discharge occurs and a potential change greater than a certain threshold is observed, the electric charge stored in the anode is released by discharging in the non-image forming area in the image forming apparatus.
[0022]
In this case, if the time required for observing abnormal discharge and discharging in the non-image forming area is sufficiently short, the current flowing through the space in the image forming area via the anode and cathode vacuum can be cut off or reduced. As a result, the damage that should have occurred on the cathode in the image forming area can be greatly reduced.
[0023]
When the discharge is completed in the non-image forming area, the current from the high-voltage power supply 5 defines the potential of the anode again if no current flows through the space between the anode substrate 1 and the cathode substrate 2 in the image forming area. It flows as a charging current that restores to the value of. This makes it possible to suppress damage due to abnormal discharge.
[0024]
[Preliminary detection]
An experiment was conducted with the system schematically shown in FIG. 2 for the purpose of clarifying the time change of the anode potential during abnormal discharge and the process in which damage occurs. In FIG. 2, 9 is a switch for separating the high-voltage power supply 5 and the anode substrate 1, and 10 is an electrometer. Moreover, about the thing which is common in the site | part shown in FIG. 1, the same number is shown and duplication description is abbreviate | omitted. The capacitance between the anode substrate 1 and the cathode substrate 2 is about 200 pF.
[0025]
First, a high voltage of about 6 kV is applied to the anode substrate 1 to drive the cathode substrate 2 so as to reach the anode substrate 1 in the form of an electronic pulse. At this time, a cathode substrate 2 having an electron source arrangement and connection in a matrix structure was used, and only one arbitrary row was selected and driven at 10 Hz. At this time, the switch 9 is opened every time immediately before electrons are emitted from the cathode substrate 2, and is closed again after the emission of electrons is completed. The switch 9 was a vacuum switch that can be opened and closed by applying a pulse.
[0026]
When driving in such a situation, the switch 9 is disconnected from the high-voltage power source 5 every time the electrons are emitted, so that a decrease in the anode potential due to the emitted electrons can be observed with the electrometer 10. The amount of potential decrease is determined by the amount of emitted electrons. In this experiment, the amount of emitted electrons was set so that the potential drop was less than 3% with one pulse. Under such circumstances, driving was performed until abnormal discharge occurred.
[0027]
When the time change of the indicated voltage of the electrometer 10 when the abnormal discharge was observed was measured, the graph shown in FIG. 3 was obtained. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis indicates time, the left vertical axis indicates the potential, and the right vertical axis indicates the current flowing from the anode substrate 1 to the cathode substrate 2, which is obtained from the time differentiation of the potential. The current flowing from the anode substrate 1 to the cathode substrate 2 due to the abnormal discharge can be obtained by the product of the potential time derivative and the capacitance. From FIG. 3, it is understood that a current of about 11 A at the maximum flows in this experiment about 200 nanoseconds after the start of the potential drop of the anode. In FIG. 3, the time when the time on the horizontal axis is zero is the start time of electron emission related to driving.
[0028]
Next, after the abnormal discharge was observed, it was inspected whether the element selected for driving was defective. As a result, it was found that the elements corresponding to three pixels were greatly damaged. As a result, it was understood that a current corresponding to a decrease in the potential of the anode may flow through the discharge path and cause damage.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
[0030]
[Example 1]
FIG. 4A shows a configuration diagram of an image forming apparatus constituted by the anode substrate 1 and the cathode substrate 2. FIG. 4B shows a part of the image forming apparatus. In this embodiment, a surface electric type electron-emitting device is used as an electron-emitting device, and a cathode substrate 2 composed of electron sources arranged in a matrix, a phosphor 18 for performing color display, and a metal back 19 made of Al are formed. The prepared anode substrate 1 was used. It will be understood from the above description that the image forming apparatus of the present invention is not particularly limited as an electron source.
[0031]
The image forming area is formed by the following configuration. 12 is an x-direction wiring, 13 is a y-direction wiring, 15 is a surface conduction electron-emitting device, 18 is a phosphor, and 19 is a metal back. The surface conduction electron-emitting device 15 is provided with opposing device electrodes. By applying a voltage of about 15 V between the device electrodes, a device current If flows between the electrodes, and at the same time, electron emission occurs. Done. In this example, a device composed of 720 elements in the y direction (n = 720) and 240 elements in the x direction (m = 240) was used.
[0032]
On the other hand, the non-image forming area is formed by the following configuration. 32 is a + side wiring, 33 is a-side wiring, and is connected to the electron-emitting device 34 in a ladder shape by opposing device electrodes. These wirings are configured to be electrically insulated from the electron source 14 including the x-direction wiring 12 and the y-direction wiring 13 in the image forming area.
[0033]
As shown in FIG. 4A, an anode electrode 36 is formed on the side of the anode substrate 1 facing the cathode substrate 2 of the non-image forming portion and is electrically connected to the metal back 19. In this embodiment, a surface conduction electron-emitting device is used as a means for discharging in the non-image forming region, but it is not particularly limited. Since the phosphor 18 is not formed on the anode substrate 1 in the non-image forming region, no light is emitted during discharge.
[0034]
Reference numeral 16 denotes a rear plate that supports the cathode substrate 2, reference numeral 17 denotes a glass substrate, and reference numeral 20 denotes a support frame that fixes the anode substrate 1 and the cathode substrate 2. The rear plate 16, the glass substrate 17, and the support frame 20 constitute an envelope of a sealed container. The abnormal discharge detection means is an electrometer 10 provided near the anode substrate 1 and also has a counter for checking the number of times of control. When the potential fluctuation of the electrometer 10 is measured to be 20 V or more, a voltage of about 20 v is applied between the element electrodes of the electron-emitting device 34 through the + side wiring 32 and the − side wiring 33 and through the discharge monitoring power source 35. The system configuration is such that the discharge occurs in the non-image forming area and the short circuit occurs.
[0035]
Now, a high voltage of 10 kV is applied to the anode, and the x-direction wiring 12 of the cathode substrate 2, specifically, Dox1, Dox2,... Dox (m−1), Doxm, and the y-direction wiring 13, specifically, Doy1. , Doy2,... Doy (n−1), Doyn are driven to drive an unillustrated driver unit to display an image in the image forming area. In this state, a durability test for 1000 hours was performed while displaying various images. As a result, three abnormal discharges were detected by the counter of the abnormal discharge detection means 3, and control related to the present invention, that is, a non-image forming area. This was performed three times through control of applying a voltage between the + side wiring 32 and the − side wiring 33 from the discharge monitoring power source 35 in FIG. Further, even after 1000 hours, no image defect or the like due to abnormal discharge was observed, and a good image was maintained.
[0036]
From this, it was shown that the image forming apparatus of the present invention is effective in reducing damage caused by abnormal discharge.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, it is possible to effectively control various damages such as image defects due to abnormal discharge.
[0038]
In addition, since the discharge voltage is detected and controlled in the non-image forming area when an abnormal discharge occurs, the influence of the image forming area on the electron-emitting devices can be prevented, and long-time image formation can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus used for preliminary examination.
FIG. 3 is a graph showing a change with time of an anode potential measured by a preliminary study and a current flowing from the anode to the cathode.
FIG. 4 is a schematic diagram of an image display unit configured with an image forming region in which surface conduction electron-emitting devices are arranged in a matrix and a non-image forming region in which surface conduction electron-emitting devices are arranged in a ladder shape in the embodiment. is there.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional technique for limiting arc current.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode 2 Cathode board 3 Abnormal discharge detection means 4 Image formation area 5 High voltage power supply 6 Means to discharge in non-image formation area 7 Resistance or inductance for limiting current from high voltage power supply 8 Signal 9 For shutting off the high voltage power supply of the anode Switch 10 Electrometer 12 X direction wiring 13 Y direction wiring 14 Electron source 15 Surface conduction electron-emitting device 16 Rear plate 17 supporting cathode substrate 2 Glass substrate 18 Phosphor 19 Metal back 20 Alead substrate 1 and cathode substrate 2 are fixedly supported Frame 21 Substrate 22 Cathode electrode 23 Emitter 24 Cathode conductor 25 Insulator 26 Gate 27 Anode 28 Inductor 29 Resistance 30 Voltage source 32 + Side wiring 33 −Side wiring 34 Surface conduction electron-emitting device 35 Power source 36 for starting discharge 36 Electrode

Claims (2)

電子源と、該電子源が放出する電子を引き付ける電位が印加されるアノードからなる平板型の画像形成装置において、
画像形成領域の異常放電を検知する手段と、
前記異常放電が検知されたときに、前記画像形成領域外の非画像形成領域において前記電子源と前記アノードとの間で放電させる手段を有することを特徴とする画像形成装置。
An electron source, an image forming apparatus of anodic or Ranaru plate type potential is applied to attract electrons electron source emits,
Means for detecting abnormal discharge in the image forming area;
An image forming apparatus comprising: means for discharging between the electron source and the anode in a non-image forming area outside the image forming area when the abnormal discharge is detected .
前記放電させる手段は、前記非画像形成領域に設けられた電子放出素子を有しており、該電子放出素子と前記画像形成領域において前記電子源が有する電子放出素子とが電気的に接続されていないことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 The means for discharging includes an electron-emitting device provided in the non-image forming region, and the electron-emitting device and the electron-emitting device included in the electron source in the image forming region are electrically connected. The image forming apparatus according to claim 1, wherein there is no image forming apparatus.
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