JP2000057978A

JP2000057978A - 電子ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2000057978A
Application number: JP11171819A
Authority: JP
Inventors: F Bergen Richard; エフ．バーゲンリチャード
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2000-02-25
Also published as: US6127775A

Abstract

(57)【要約】【課題】電子写真プリントで周知の「集束イオン流」
の原理を応用し、スポットサイズと比べてアパーチュア
を大きく形成できる、電子ディスプレイ装置を提供す
る。【解決手段】イオン制御デバイス１００において、イ
オン源５０からのイオン流は基体１０２のアパーチュア
１０４を通り抜ける。基体１０２は別々の基体に分割さ
れていることが好ましい。アパーチュア１０４の周囲に
は、印加されたバイアスに従い、アパーチュア１０４を
通り抜けるイオン流を制御するポンピング電極１０６、
及びイオン流の変位を最終的に制御する少なくとも２つ
の変位電極１０８、１１０が設けられ、第２の基体１０
２ｂには１対のピンチ電極が結合されている。全電極に
印加されたバイアスは、コントローラ２００で制御され
る。アパーチュア１０４を選択的に通り抜けるイオン流
は、蛍光体７０上の表面２８に向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御可能なイオン
ジェネレータのアレイからのイオン流が蛍光体に向けら
れる、電子ディスプレイデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】静電写
真プリントでは、電荷保持性表面上に静電潜像が形成さ
れる。静電写真プリントの１つのタイプは、イオノグラ
フィとして知られている。イオノグラフィでは、電荷レ
セプタとして知られているように、電荷保持性表面はそ
の表面上に直接イオンを加えることにより画像状に荷電
される。この潜像は、表面上の荷電領域にトナー粒子を
付着させることにより現像される。表面上でこの現像画
像を形成しているトナーは次いで紙などのシートに転写
され、トナーはシート上に定着されて永久的な画像を形
成する。

【０００３】米国特許第５，２５７，０４５号は「集束
イオン流」を利用した特定の種類のイオノグラフィを記
載している。このタイプのイオノグラフィでは、連続的
なイオン流がコロナ放電ワイヤなどのイオン源から放出
され、静電潜像が形成される電荷レセプタに対し利用可
能となる。イオン源と電荷レセプタとの間にはイオン定
着制御デバイスが配置されており、このイオン定着制御
デバイスはイオン源と電荷レセプタとの間に挿入された
基体の形態をとることが好ましい。制御デバイスは複数
のアパーチュアを含み、イオンはこれらのアパーチュア
を選択的に通過してイオン源から電荷レセプタ上の選択
された位置に入ることができる。列に並べられた各アパ
ーチュアは「ピンチ電極(pinch electrode)」及び１つ
又はそれ以上の「変位」電極(displacing electrode)と
関連している。ピンチ電極の目的は、一般にイオン源か
ら広がるイオンの放射線からイオン流を分離し、所定の
ずっと小さい断面幅となるまで下方向に事実上「漏斗状
に狭める(funnel)」ことである。イオン流を所定幅まで
集束させることにより、イオン流は電荷レセプタ上の適
切な小さいスポットサイズに向けられることができ、更
に電荷レセプタ上に高解像度の潜像を生成することが可
能となる。変位電極は、プリントされる所望の画像上の
位置に従って電荷レセプタ上の所望の小さい領域が帯電
するよう、イオンのこの細いビームを電荷レセプタ上の
所望の位置に方向付けるために用いられる。イオン流を
用いるイオノグラフィの実際的な利点は、電荷レセプタ
上の荷電領域の可能なスポットサイズと比較してアパー
チュアを比較的大きく形成することができ、従ってイオ
ン定着制御デバイスをかなり低コストで製造することが
できる点である。

【０００４】本発明は電子写真プリントで知られる「集
束イオン流」の原理を利用し、この原理を電子ディスプ
レイに応用している。

【０００５】米国特許第５，２５７，０４５号は、イオ
ノグラフィプリントに関して、ピンチ電極と変位電極と
を用いてイオン源からのイオン流を集束する、基本原理
を開示している。米国特許第５，４５０，１１５号及び
同第５，６１７，１２９号は上記の米国特許第５，２５
７，０４５号で基本的に記載されたようなイオノグラフ
ィプリンタを実用のために改良したものを開示してい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様に従
うと、イオン源、蛍光体、及びイオン源と電荷レセプタ
との間に離間されて配置された第１の基体を含む電子デ
ィスプレイ装置が提供される。第１の基体はイオンが通
り抜けるアパーチュアを画定する。ピンチ電極は基体上
に配置され、イオン源と対向する導電性表面を含む。第
１の変位電極は基体と結合され、アパーチュアを通り抜
けるイオン流を第１の変位パスを通じて変位させる。

【０００７】本発明のもう１つの態様に従うと、イオン
源、蛍光体、及びイオン源と電荷レセプタとの間に離間
されて配置された第１の基体を含む電子ディスプレイ装
置が提供される。第１の基体はイオンが通り抜けるアパ
ーチュアのアレイを画定する。ピンチ電極は基体上に配
置され、イオン源と対向する導電性表面を含む。第１の
変位電極は基体上の各アパーチュアと結合され、アパー
チュアを通り抜けるイオン流を第１の変位パスを通じて
変位させる。

【０００８】本発明の更に別の態様に従うと、アレイ状
に配置された複数のイオン源、及び蛍光体を含む電子デ
ィスプレイ装置が提供される。イオン源と蛍光体との間
に離間されて配置された第１の基体はアパーチュアのア
レイを画定し、基体上の各アパーチュアはイオン源と位
置合わせされている。集束電極が各アパーチュアに結合
されており、各集束電極はイオン源と対向する導電性表
面を含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、イオン流制御デバイス１
００において１つの開口部を通る正面断面図であり、イ
オン源５０から開口部を通過して表面２８に到達する、
＋記号で表される陽イオンの経路を示す。表面２８は、
従来技術で知られているようにイオノグラフィプリント
のための電荷レセプタであってもよいが、本発明に従っ
た蛍光体であってもよく、これに関しては以下に詳述す
る。本実施形態では陽イオンのイオン源が示されている
が、本発明は陰イオンのイオン源を用いても同様に実施
可能であることが理解されるであろう。イオン源５０
は、線型または千鳥形の直線アレイ状に配置されたこれ
らの複数の開口部１０４に隣接して延出するコロナ放電
ワイヤの形態をとっていてもよく、或いは、イオン源５
０は個々の各アパーチュア１０４に隣接してセンタリン
グされた、電気的にバイアスされたピンポイントの形態
をとっていてもよい。デバイス１００は、イオンが通り
抜けるためのアパーチュア１０４が画定された絶縁基体
１０２を含む。基体１０２のイオン源５０と対向する
側、即ち本実施形態ではアパーチュア１０４のエッジ全
体を実質上包囲している側は、本明細書で「ピンチ（締
付）」電極１０６とよぶところのものである。基体１０
２の表面２８と対向する側は参照番号１０８で表される
第１の変位電極、及び参照番号１１０で表される第２の
変位電極である。図１に示すように、変位電極１０８及
び１１０は基体１０２の表面２８と対向する側に配置さ
れており、また変位電極１０８及び１１０はアパーチュ
ア１０４のエッジに沿ってそれぞれ反対側に配置され、
従って電気的に分離されるよう構成されている。

【００１０】動作時において、イオンは以下のようにイ
オン源５０から制御デバイス１００を通過して表面２８
に到達する。さしあたりイオンを表面２８の特定の領域
へ配置することを考慮しないこととすると、イオン源５
０と集束電極１０６との間には電位差があるため、イオ
ン源５０からのイオンは所望のように移動する。これに
より、イオンを駆動するための「ポテンシャル井戸(pot
ential well)」が制御デバイス１００内に形成される。
集束電極１０６、変位電極１０８及び１１０、及び表面
２８は高電位から低電位へ、或いは、言い換えればより
正の(positive)電圧からより正でない電圧へという順番
でバイアスされている。例えば、個々の要素に対するＤ
Ｃバイアスの典型的な値は次のようになる。即ち、イオ
ン源５０におけるコロナ放電ワイヤは＋５０００ボル
ト、集束電極１０６は＋１３００ボルト、変位電極１０
８及び１１０は各々＋１００ボルト、基体２９の表面２
８は０ボルトである。概して、これらのバイアスの相対
値がそれらの絶対値よりも重要である。即ち、ＤＣバイ
アスのこの下降順における０ポイントは、下降順が維持
される限りにおいて重要ではない。例えば表面２８は、
ポテンシャル井戸の効果が維持される限りにおいて非常
に小さい正のバイアス、０バイアス、または負のバイア
スを有することも可能である。イオン源５０から放出さ
れるイオンは正の電荷を帯びているため、基体２９の表
面２８上の負のバイアスはイオンを表面２８に向かって
進める。

【００１１】集束電極１０６及び変位電極１０８、１１
０はポテンシャル井戸を形成するようバイアスされ、こ
れらの電極がアパーチュア１０４の両側に「ポンピング
(pumping)」電場を形成する。この電場は一般にイオン
源５０からアパーチュア１０４を通過して表面２８に至
るイオン流の向きである。集束電極１０６の特別な機能
の一つは、アパーチュア１０４を通り抜けるイオン流の
幅の制御である。一般的に、集束電極１０６上の特定の
バイアスによりアパーチュア１０４を通り抜けるイオン
流の断面の幅が決定される。矢印１２０で示されるこれ
らのポンピング電場は、イオン源５０からのイオン流を
「捕獲」する効果を有し（イオンは段階的に低い電位に
自然に引き寄せられる）、またアパーチュア１０４を通
り抜けるイオン流を集束しまたは漏斗として機能して事
実上イオン流を引き寄せ及び押し戻すものである。集束
電極１０６は基体１０２の他方の側にある変位電極１０
８または１１０のいずれに対しても、相対的により正に
バイアスされているため、ポンピング電場は集束電極１
０６からアパーチュア１０４を通過して変位電極１０８
または１１０のいずれかに至るループを描く。これらの
電場１２０の強さはアパーチュア１０４を通り抜けるイ
オン流の幅を制御する役割を果たす。従って、集束電極
１０６に印加されたバイアスはイオン流の幅を集束さ
せ、「締め付け(pinch)」、即ち狭める役割を果たす。
この結果ストリームの幅はアパーチュア１０４自体と比
較してかなり（例えば直径を１/３乃至１/１０、或いは
それ以下まで）小さくすることができる。このイオン流
の締付は表面２８上の静電潜像の解像度を増加させるた
めに利用できる。これについては以下に詳述する。

【００１２】集束電極１０６はイオン流の幅を制御する
ために用いられるが、一方変位電極１０８及び１１０は
アパーチュア１０４内でのイオン流の位置を変位させ、
締め付けられたイオン流を表面２８上の特定の所望の領
域に「方向付ける(aim)」ために用いられる。何故なら
ばイオン流の幅は集束電極１０６によってアパーチュア
１０４の幅と比較して小さくされ、イオン流はアパーチ
ュア１０４のサイズよりもずっと小さい分解能を有する
ことができるためである。アパーチュア１０４を通り抜
けるイオン流の横方向の変位が行われない場合には、イ
オン源５０より放出されるイオンはアパーチュア１０４
をまっすぐに通り抜け、表面２８上のＢと記された点に
到達する。イオン流をＡまたはＣと記された表面２８上
の正にその領域へ変位させることは、第１の変位電極１
０８及び第２の変位電極１１０の相対的なバイアスを調
整することにより達成される。

【００１３】図２は、本発明に従った１つのイオン制御
デバイス１００の正面断面図である。図１の従来技術の
例と同様に、イオン源５０からのイオン流は基体１０２
中に形成されたアパーチュア１０４を通り抜けるように
なっている。後述するように、本発明の好適な実施形態
においては基本となる基体１０２は２つの別々の基体に
分割されていることが好ましい。本明細書中ではこれら
を１０２ａ及び１０２ｂとよぶこととする。アパーチュ
ア１０４の周囲には、その上に置かれた選択可能なバイ
アスによって、アパーチュア１０４を通り抜けるイオン
源５０からのイオンの通り抜けを可能にしたり妨げたり
するポンピング電極１０６、及びイオン流の変位を最終
的に制御する少なくとも２つの変位電極１０８、１１０
が設けられている。更に第２の基体１０２ｂと結合され
た、１対のピンチ電極が含まれる。ピンチ電極のうちの
１つは図２中で参照番号１５０で示されており、これに
関しては以下に詳述する。全ての電極に印加されたバイ
アスは、最終的にはコントローラ２００を通じて制御さ
れる。図１の従来技術のイオノグラフィプリント装置と
図２に示された本発明との重要な相違点は、本発明で
は、イオン源５０から放出されアパーチュア１０４を選
択的に通り抜けるイオン流が、蛍光体７０上に形成され
た表面２８に向けられる点である。

【００１４】蛍光体７０は、一般にテレビジョンの技術
でよく知られている物質及び設計のものである。簡単に
言えば、参照番号５０で示されるような特定のイオン源
からのイオンの細い流れが蛍光体７０の表面２８と交差
する際、イオン源５０からのイオン流の断面に相当す
る、表面２８上の比較的小さい領域で蛍光体７０を発光
させる。本発明の好適な実施形態では、蛍光体７０は透
明な導体７２及び透明な面板７４に取り付けられてお
り、得られた光はこれらを通して画像の一部として見ら
れる。図１の例における電荷レセプタに関して上述した
ように、本発明の好適な実施形態では、イオン流の最終
目的地である蛍光体７０は０バイアスであることが好ま
しい。但し、ポテンシャル井戸がイオン源５０から蛍光
体７０まで維持されることが最も重要な点であり、従っ
て蛍光体７０上のバイアスは０である必要はない。しか
しながら、蛍光体７０上のバイアスが０である好適な実
施形態においては、蛍光体７０は透明導体７２を介して
接地することができ、或いは透明導体７２を通じてバイ
アスすることができる。透明導体７２に適した材料の１
つとして、酸化スズが挙げられる。

【００１５】動作時において、イオン制御デバイス１０
０のような単体のデバイスでは、変位電極１０８、１１
０に段階的電圧を繰返し印加することができ、これによ
りイオン源５０からのイオン流は表面２８上の１つの小
さい領域を横切って振動(oscillate)する。イオン流は
表面２８を全域にわたり振動するが、最終的に画像状の
データに関連付けられる選択可能なバイアスをポンピン
グ電極１０６に印加することができ、これにより蛍光体
７０の表面２８上の白書込み(white-white)領域及び黒
書込み(white-black)領域（及びそれらの中間の輝度の
領域）を画像データに従って変調させることができる。
テレビジョン技術でよく知られているとおり、蛍光体７
０からの発光は、特定の小さい領域にイオン流が衝突し
なくなった後に短時間の間継続され、この全体的な効果
（この効果はイオン流の高速での振動のために得られ
る）は、蛍光体７０上での反射または透過のいずれかに
より知覚できる画像の小さい部分をつくりだすことであ
る。

【００１６】参照記号Ｓで示されるイオン流は、図２に
おいて参照記号Ｓ’で示されるように、蛍光体７０の表
面２８の特定のアパーチュア１０４の境界線を越えた位
置に「衝突する」ように変位させることができる。この
ことは、以下に説明するように、複数のデバイス１００
を組み合わせて蛍光体７０上に複合画像を形成すると
き、個々のアパーチュア１０４がかなりの距離離間され
ていても、なお適度に連続した１つの画像を蛍光体７０
上に形成することができるようにするために重要であ
る。

【００１７】本発明の好適な実施形態では、点電荷源５
０から蛍光体７０の表面２８までの典型的な距離は約１
/２インチである。１０２ａ及び１０２ｂのような基体
は必要に応じて電荷源５０と蛍光体７０との間の異なる
位置に離間される。重要なことには、必ずしも必要なわ
けではないが、電荷源５０と蛍光体７０との間の空間
は、デバイスの動作時に真空排気されることができる。
真空排気は電子エミッタが電荷源として用いられる場合
のように、真空排気された空間が望ましい状況において
は当然必要である。他の方法としては、この空間を不活
性ガスで充填するものがある。

【００１８】図３は本発明の好適な実施形態を示す簡略
化した斜視図であり、二次元アレイ状に配置された複数
のアパーチュア１０４が１つの基体１０２に備えられて
いる。各アパーチュア１０４には図２で示されたような
ポンピング電極及び偏向電極が配設されているが、これ
らの電極は簡素化のために図３では図示しない。更に、
その中に露出された導体のアレイを有する基体４８が提
供されている。各露出された導体は図２に示されたよう
な点電荷源５０を形成する。図からわかるように、基体
４８内の各点源５０は基体１０２のアパーチュア１０４
の１つと位置合わせされている。従って、１つの点源５
０に源を発するイオン流はこの点源５０と位置合わせさ
れたアパーチュア１０４を通り抜け、蛍光体７０上の小
さい領域内の所定の地点に選択的に光スポットを生成す
る。本発明の好適な実施形態では、以下に記述するよう
に、多数のアパーチュア１０４が１０８及び１１０のよ
うな変位電極を共有していると考えられるが、基体１０
２の個々のアパーチュア１０４は、本質的に個別の制御
が可能なピンチ電極１０６を備えている。繰り返すと、
Ｓのような個々の流れは蛍光体７０の表面上の特定のア
パーチュア１０４の境界を越えて変位され得るため、基
体１０２上で隣接するアパーチュア１０４どうしの間に
かなり大きな空間を形成することができ、アパーチュア
１０４間のこの空間は各ピンチ電極１０６に対する制御
ラインを配置するのに用いることができる。イオン流が
特定のアパーチュア１０４の境界を越えて偏向され得る
という事実は、蛍光体７０上に実質上連続した１つの画
像が形成され得ることを意味している。

【００１９】図４は、１つのアパーチュア１０４の周囲
に配設された偏向電極１０８、１０９、１１０、１１１
の好適な配列を示した平面図である。偏向電極の対向す
る対、即ち１０８と１１０、及び１０９と１１１に印加
された相対バイアスを操作することにより、図４におい
て破線で表されたイオン流の断面Ｓのアレイにより示さ
れた、イオン流の考え得る位置のアレイにより示された
ように、これらの電極により変位されるイオン流の位置
は二次元的に制御される。二次元でのこの制御操作の詳
細は米国特許第５，６１７，１２９号に記載されてお
り、この特許の内容は参照として本明細書中に援用され
る。この記載はイオノグラフィプリントに関するもので
あるが、本発明にも同様に適用可能である。イオン流の
位置を二次元的に制御することにより、各アパーチュア
１０４は蛍光体７０上の本質的に正方形の小さい領域
（但し、アパーチュア１０４自体の境界よりは大きいと
考えられる）を事実上「覆う」ことができる。正方形の
領域を重ね合わせることにより、アパーチュア１０４の
二次元アレイにより１つの複合的な画像が形成される。
更に、対となった偏向電極１０８と１１０、及び１０９
と１１１は、図２における１０２ａのような基体上に全
てが同一の側に配置されてもよく、また異なる対が基体
の対向する側に配置されるようにしてもよいことに留意
されたい。

【００２０】動作時において、イオン定着制御デバイス
のアレイは以下のように作用する。イオン源５０から蛍
光体７０まで所望のポテンシャル井戸が維持されている
限りにおいて、基体４８上の特定の源５０から放出され
たイオンは、その源と位置合わせされたアパーチュア１
０４を通り抜けて蛍光体７０の表面上の特定のせまい位
置に衝突し、その特定の小さい領域から光を放射させ
る。当然ながら、あらゆる認知可能な画像は、（少なく
とも単色の場合、）蛍光体７０上の画像に配置された明
と暗の領域を含む。蛍光体７０上の所定の画像状の位置
に所望の暗領域を得るためには、種々のイオン源５０か
らの特定のイオン流が、阻止されなかった場合にイオン
流が蛍光体上の特定の小さい領域に衝突する点、及び時
間に、瞬間的に遮断されなくてはならない。これによ
り、特定の画像がディスプレイされていることが望まし
い限りにおいて、イオンは特定の小さい領域に衝突しな
い。

【００２１】電荷源５０に関し、荷電デバイスの適切な
設計が米国特許第４，９６３，７３８号（本願の譲受人
と同一譲受人に譲渡されている）に開示されている。こ
の特許に記載されているように、個々の電荷源５０は、
それを支持する誘電体基体上にシルクスクリーニングさ
れたルテニウムガラス電極を含む。この特許に記載され
ているような構造は、電場における干渉を最小限としな
がら隣接する電荷源に非常に接近して離間することので
きる小さい電荷点源の形成において有用であることがわ
かっている。

【００２２】種々の源５０からのイオン流を瞬間的に遮
断するための、即ち換言すると変調するための最も簡単
な技術は、特定のイオン源５０と蛍光体７０との間のポ
テンシャル井戸を瞬間的に遮断することである。前述を
繰り返すと、このポテンシャル井戸は、源５０から蛍光
体７０までのパス上で、（陽イオンの例を用いると、）
源５０に印加する高い正のバイアスから蛍光体７０上の
０バイアスまで、一連のバイアスを種々の電極に印加す
ることにより生成される。源５０と蛍光体７０の中間に
ある、集束電極１０６及び変位電極１０８、１１０のよ
うな電極は、蛍光体７０に対するそれらの位置により、
バイアスが漸次正のバイアスからより負のバイアスに近
くなっていく。このポテンシャル井戸を瞬間的に遮断す
るために、源５０から蛍光体７０までのあらゆる特定の
バイアスが瞬間的に変化される。例えば、基体４８上の
特定のイオン源５０は瞬間的に遮断され、または単純に
電圧を僅かに下げられることができる。特定のアパーチ
ュア１０４と関連された集束電極１０６は電圧の増加を
受け、源５０からのイオンがアパーチュア１０４を通り
抜けるのを遮断することができる。または、１方もしく
は両方の変位電極１０８、１１０は同様に瞬間的にバイ
アスを増加させることができる。特定のアパーチュア１
０４を通り抜けるイオン流の変調をどれくらい正確にす
るかは、全てのアパーチュア１０４が共通の集束電極１
０６を共有するのか、或いは各アパーチュア１０４が個
別に制御可能な集束電極１０６を有するのかといった他
の設計に関する考慮による。しかしながら、一般的には
特定の列の多数のアパーチュア１０４が１対の共通の変
位電極１０８及び１１０を（例えば、上記に援用された
特許において示されるように）共有することとし、特定
の列の全てのアパーチュア（即ち、実際は基体１０２全
体上の全てのアパーチュア）がその中を通り抜けるイオ
ン流をどの場合にも同一程度に変位させることが最も好
都合であろう。全てのアパーチュア１０４を通り抜ける
特定のイオン流の変位における調整は、制御システム２
００によって行われる。制御システム２００は、更に蛍
光体７０に印加されるバイアス、または源５０からの種
々のイオン流の変調を画像状のデータに基づいて制御す
ることができる。

【００２３】画像状のデータに従ってイオン流を変調さ
せるためにいかなるシステムが用いられる場合にも、本
発明のディスプレイ装置はアナログテレビジョン信号ま
たはデジタル信号のいずれかの形態をとった画像データ
によって制御されることができる。典型的には、アナロ
グテレビジョン信号は１２インチのスクリーンにディス
プレイされる１つの画像に対し５２５本の水平線を有す
るように、解像度が低い。一方、或いは電子的にプリン
トされるドキュメント（文書）などに用いられるデジタ
ル信号は１１×８．５インチのページに対し３００〜６
００スポット/インチの解像度を有することができる。
本発明の長所は、同じディスプレイ装置が画像データの
両方のタイプに使用可能であり、解像度における基本的
な相違はディスプレイ装置のすぐ上流部において解決す
ることができるという点である。更に、データの画像解
像度における相違は、大体において、種々の電極、特に
集束電極１０６上のバイアスを調整することにより適合
され得る。低解像度の画像がディスプレイされることが
できるように、変位電極１０８及び１１０からの変位が
ほとんどなく、または全くない場合には、イオン流Ｓの
断面領域はかなり広く（例えば、アパーチュア１０４と
同じ程度に広く）形成してもよいと考えられる。或い
は、高解像度の画像がディスプレイされることができる
ように、同じディスプレイ装置の同じ電極が、多数の画
素位置を通じて変位可能な非常に狭いイオン流を形成す
るためにバイアスされてもよい。

【００２４】１０２ａ及び１０２ｂのようなあらゆる絶
縁層の絶縁部を形成するのに適した材料としてはＰＣボ
ード、アルミナ、及びプラスチックフィルムが挙げられ
る。１０２ａ及び１０２ｂのような異なる絶縁基体は装
置の特別な設計によって１ミルから数インチまであらゆ
る距離だけ離間されることができる。当然ながら、面板
から電荷源のアレイに至る装置全体の全厚さは数インチ
になることもある。面板７４に適した材料としてはガラ
ス、ビニルフィルム、または透明プラスチックが挙げら
れる。図４に示されるようなディスプレイの種々の層は
互いに離間されることもでき、或いは適切な間隔を確実
に提供するために種々の絶縁基体の間に固体部材により
直接積み重ねられてもよい。ディスプレイ装置は、一般
にインスタント写真フィルムパックでよく知られている
ような、電源として機能する平らな電池を備えていても
よい。本発明の装置は、特に電荷ジェネレータ５０が陽
イオンを放出するよう意図されている場合には、専ら通
常の大気中で動作することができる。但し、小規模のデ
ィスプレイに関しては、電荷源５０が電子を放出するよ
うにすることが好ましく、また電荷源５０と蛍光体７０
との間の空間を真空排気することが好ましい。

【００２５】集束イオン流を用いるイオノグラフィプリ
ントに関して実用上考慮すべき問題の１つは、偏向され
たイオン流の「蝶ネクタイ(bow tie)」効果である。変
位電極１０８及び１１０により最小限に偏向され、従っ
てアパーチュア１０４をその中心に向かって通り抜ける
イオン流は、断面が適度に円形となる傾向がある。しか
しながら、このイオン流をアパーチュア１０４の１つの
エッジまたは他のエッジに向けて変位させるために変位
電極１０８及び１１０が用いられる場合は、偏向された
イオン流の断面形状は平らにされ、円形ではなく細長い
楕円形となる傾向がある。アパーチュア１０４を通り抜
けるイオン流の断面形状が楕円形であるために、表面２
８上の荷電領域の得られるスポットは平坦な楕円形領域
となり、この結果蛍光体７０上の照射された領域の種々
のスポットの形状及びサイズが変化する。

【００２６】図５は、ＡからＦとして断面で表された種
々の変位の範囲におけるイオン流の典型的な挙動を示
す、アパーチュア１０４を通る平面図である。例えば電
極１０８に近いスポットＡまたは電極１１０に近いスポ
ットＦのようにより変位されたイオン流に関連するスポ
ットは、アパーチュア１０４の中心付近にあるスポット
Ｃ及びスポットＤのような望ましい円形形状を示さな
い。

【００２７】図６は、本発明の好適な実施形態に従っ
た、イオノグラフィアレイ（またはイオン定着制御装
置）の、付属する電極を備えた１つのアパーチュア１０
４の斜視図である。図６からわかるように、基体１０２
に画定されたアパーチュア１０４は、集束電極１０６及
び変位電極１０８、１１０に加えて１対の、ここで「ピ
ンチ（締付）」電極とよぶ電極１５０及び１５２を含
む。ピンチ電極１５０及び１５２は、それぞれ絶縁基体
１５４及び１５６によって変位電極１０８および１１０
から離間されている。アパーチュアを通り抜けるパスを
アパーチュアの「長さ」と考え、また変位電極１０８及
び１１０がこの長さに沿った第１の位置に配置されてい
ると考えるとすると、ピンチ電極１５０及び１５２はア
パーチュア１０４の長さに沿った第２の位置に配置され
ていることになる。また、変位電極１０８及び１１０が
アパーチュア１０４を隔てて即ちアパーチュア１０４の
第１の軸を隔てて互いに対向して配置されている一方、
ピンチ電極１５０及び１５２はアパーチュア１０４を隔
てて即ちアパーチュア１０４の第１の軸と実質上直交し
ている第２の軸を隔てて互いに対向して配置されてい
る。ピンチ電極１５０及び１５２は変位電極１０８及び
１１０から電気的に絶縁されている。

【００２８】変位電極１０８及び１１０の目的はアパー
チュア１０４を通り抜けるイオン流を第１の変位パスに
沿って偏向させることであり、この変位パスは図５のス
ポットＡからＦの相対位置に対応し、処理方向とは概ね
垂直である。これに対し、ピンチ電極１５０及び１５２
は図５に示されている蝶ネクタイ効果に逆らうようバイ
アスされることができる。図６は、アパーチュア１０４
のエッジに向かうにつれて、変位されたイオン流の断面
の変形が、両集束電極に等しいバイアスを印加すること
によりどのように相殺されることができるかを示す。両
ピンチ電極１５０及び１５２に印加されるこの等しいバ
イアスは、ピンチ電極１５０及び１５２へのバイアスを
変位電極１０８及び１１０の間の相対バイアスの関数と
して変化させるための制御手段２００により供給され
る。両ピンチ電極１５０及び１５２に等しく印加された
バイアスを増大させることにより、変位電極１０８及び
１１０により形成された変位パスに垂直な方向にイオン
流を「絞る(squeeze)」力が働き、断面の変形を相殺す
る。変形がこのように相殺されることは、図５及び図６
のスポットＡ、Ｂ、Ｅ及びＦの形状を各々比較すること
によりわかる。

【００２９】ピンチ電極１５０及び１５２の「絞り」効
果の必要性は、変位電極１０８及び１１０により引き起
こされるイオン流の偏向がスポットＡ及びＦのように大
きくなるにつれてより大きな電圧を必要とする。アパー
チュア１０４の中心部に近いスポットＣ及びＤは基本的
にはピンチ電極１５０及び１５２による修正を全く必要
としない。この装置及び技術を用いることにより、蛍光
体７０の表面２８上に配置された荷電領域の各々のスポ
ットは、変位電極１０８及び１１０によるイオン流の変
位の程度に関わらず同一の望ましい概ね円形の形状を有
する。

【００３０】再び図２を参照すると、ピンチ電極１５０
及び１５２は、集束電極１０６及び変位電極１０８、１
１０が取り付けられた基体１０２ａとは区別された基体
１０２ｂ上に配置されることが好ましいことがわかる。
もっとも、特定の目的によってはあらゆる数の基体に種
々のタイプの電極を取り付けることは可能である。例え
ば、ディスプレイ装置が全体的に「平坦であること」が
重要である場合には、基体１０２の数は少ないことが好
ましいであろうし、或いは平坦さよりも、正確なスポッ
ト形状、またはアパーチュア１０４毎にアドレスされ得
る蛍光体上の位置数を最大化することのほうに重点がお
かれる場合には、種々の電極を２つまたはそれ以上の基
体１０２上に配置することが望ましいであろう。

【００３１】再び図４を参照すると、更に、イオン流を
二次元的に変位させるために２対の変位電極１０８、１
１０及び１０９、１１１が提供されている場合には、い
ずれかの次元において変位されたイオン流への「蝶ネク
タイ」効果を取り除くために、１５０及び１５２のよう
なピンチ電極の類似の二次元配列が提供されてもよいこ
とがわかる。アパーチュア１０４の周囲に第１の変位電
極対と垂直に配置された第２のピンチ電極対１５０及び
１５２（図示せず）は、変位されたイオン流のスポット
形状の偏差を必要に応じて矯正するために用いられても
よい。繰り返すと、ピンチ電極のこの第２の対は１０２
ｂのような基体上に、ピンチ電極の第１の対と同じ側ま
たは異なる側に配置されてもよい。或いは、ピンチ電極
対１５０、１５２がイオン流を１つの次元で変位させる
変位電極１０８、１１０と基体１０２ａを共有すること
ができ、他方のピンチ電極対１５０、１５２がイオン流
を他の次元で変位させる変位電極１０８、１１０と基体
１０２ｂを共有することができる。

【００３２】図７は、特定の基体１０２の１つの表面上
の電極の好適な実施形態を表す平面図である。本実施形
態では各々正方形のアパーチュア１０４が正方形アレイ
状に形成されており、変位電極１０８及び１１０（図面
では細かい斜交平行線で表されている）は、特定のピン
チ電極１１０がアパーチュア１０４の１つの列の片側に
配置され、またピンチ電極１０８がアパーチュア１０４
の隣接する列の反対側に配置されるよう、アパーチュア
１０４の列とともに配置されている。実際、アパーチュ
ア１０４の各列は隣接する両側のアパーチュアの列と変
位電極を共有している。全ての変位電極１０８が共通し
て制御され、また全ての変位電極１１０が同様に共通し
て制御されるならば、例えば変位電極１１０に印加され
るバイアスが大きくなると、特定の変位電極１１０の両
側のアパーチュア１０４の２つの列の、反対方向へのイ
オン流の偏向が生じることが明らかである。この構成
は、画像状のデータの処理を偏向に従ってあらゆる所与
の時間において行う際に考慮されればよいのだが、この
構成は更に基体１０２の特定の表面上の電極のより単純
な配列を形成する。この構成と同様の、アパーチュアの
隣接する列または行に特定の電極を共有させる原理がピ
ンチ電極１５０及び１５２にも同様に適用され得る。

【００３３】更に、図７において、この特定の実施形態
ではアパーチュア１０４は正方形であるが、単一のアパ
ーチュア１０４によりアクセスされる画素領域の小さな
「セル」を形成する際に変位電極の挙動に影響を与える
ために、特定の形状の個々のアパーチュア１０４が用い
られてもよいことに留意されたい。円形のアパーチュア
１０４は正方形セルに書込みをすることができる一方、
正方形のアパーチュア１０４は、装置の特定のパラメー
タが与えられると、均等性及び効率がより高く、より望
ましいスポットサイズを有する画素領域の正方形セルを
形成することができる。

【００３４】個々のイオン流制御アパーチュア１０４の
アレイを備える本発明の種々の実施形態において、隣接
するアパーチュアがどれほど多くの画素を重複させるか
は設計上の選択の問題である。いずれかのアパーチュア
からのイオン流が蛍光体７０上の少なくとも１つの画素
の列にアクセスすることができるよう、隣接するアパー
チュアがイオン流を変位させられることが望ましいこと
もある。隣接するアパーチュアからのこれらの画素がど
のように重複するかという配置は多くの要因、特にアパ
ーチュア１０４の全体的な形状に依存する。即ち、例え
ばアパーチュアが円形である場合には、画素の配置範囲
の幾何学的形状または各アパーチュア毎のイオン流の変
位が考慮されることになるが、これらの要因は正方形の
アパーチュアの場合には異なる。

【００３５】本発明に従ったディスプレイ装置はフルカ
ラー画像のディスプレイに容易に適用できる。コヒーレ
ント画像を形成する３原色をディスプレイするための特
殊な蛍光体はカラーテレビジョンの技術分野でよく知ら
れている。カラーテレビジョンに用いられるカラー蛍光
体の１つの基本的なタイプでは、電子銃からの電子が蛍
光体上の小さい領域に衝突すると蛍光体表面の異なる小
さい部分が異なる原色の発光を行う。蛍光体上のこれら
の小さい領域は例えばストライプ状または小さいスポッ
ト状に密接して配置されており、これにより蛍光体上の
異なる色の小さい領域に信号が与えられたとき、各原色
の蛍光体領域からの異なる輝度が混合され、距離をおい
て蛍光体を見たときにコヒーレントカラー画像が形成さ
れる。

【００３６】図８は、本発明のディスプレイ装置のカラ
ーの形態の本質的な要素を示す、簡略化した図である。
図８には、前述のようにその中に２つのアパーチュア１
０４が画定され、これらのアパーチュア１０４がそれぞ
れ隣接するあらゆる数の電極と関連されている、基体１
０２の一部が示されている。図８に示されたアパーチュ
ア１０４は、好適には例えば横幅が３〜１０インチのデ
ィスプレイを形成するよう配置された、典型的には直径
がそれぞれ１/１６インチの範囲のアパーチュアの大き
いアレイのうちの２つのみを表す。図８よりわかるよう
に、基体１０２の各アパーチュア１０４はイオン流Ｓを
制御する。アパーチュア１０４と関連された種々の電極
に選択されたバイアスを印加することにより、各イオン
流Ｓは蛍光体上の選択された小さい領域に向けられる。
蛍光体は図８の実施形態では特殊な、発色が可能な(col
or-capable)蛍光体７０’として示されている。図８に
示された特定の実施形態において、各アパーチュア１０
４はその中を通り抜けるイオン流Ｓを６画素×６画素の
アレイを形成する３６の位置のいずれにも変位させるこ
とができる。

【００３７】図８では、蛍光体７０’は明瞭なストライ
プに細分化されており、各ストライプが図示されるよう
に反復パターンで配列された１つの原色、即ちレッド
（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、及びブルー（Ｂ）と関連され
ていることがわかる。更に、各アパーチュア１０４毎に
イオン流Ｓを変位する際に利用可能なスポットの配置
は、蛍光体７０’の個々のストライプと対応しているこ
とがわかる。従って、本実施形態では、１つのアパーチ
ュア１０４が６画素×６画素の正方形中に蛍光体のＲＧ
Ｂの２つのセットにわたる画像の一部を形成することが
できる。流れＳが蛍光体のストライプのある原色または
他の原色に向けて変位される際に流れＳを変調させるこ
とにより、一度にどの特定の原色蛍光体のストライプが
照射されるかによって、より大きいカラー画像の小さい
部分即ち「セル」が形成され得る。一連の大きいイオン
流から放射され、蛍光体７０’の種々のカラーに衝突す
る全ての光は、カラーテレビジョンにおける場合と同様
に、目によって統合されて所望のカラー感覚を生成す
る。

【００３８】当然ながら、このような画像を形成するの
に用いられる画像データは、例えば一連のイオン流Ｓが
特定の時間に「レッドストライプ」に向けられている場
合、レッド-ベースの原色信号はアパーチュア１０４の
アレイの間で画像データの変調を引き起こすよう調整さ
れなくてはならない。例えばレッドストライプに向けら
れた直後に、アパーチュア１０４からのイオン流が蛍光
体上のグリーンストライプに変位されるとき、イオン流
を変調させるためにグリーン原色分解データが用いられ
なければならない。

【００３９】１つの可能な実施形態において、蛍光体７
０’の特定の構造に関し、個々の原色ストライプは幅が
約１０ミル（ミリインチ）であり、幅２ミルの金属の不
透明領域がこれらのストライプを隔てている。観察者は
蛍光体７０’からある程度離れたところにいるため、区
分する金属（即ち遮蔽物）の解像度は目には解像できな
い。更に、所望であれば、蛍光体７０’にＵＶまたはＩ
Ｒ放射蛍光体のストライプを使用することも可能であ
る。

【００４０】全スクリーンに対し典型的には事実上１つ
の電子銃を備える標準的な陰極線管（ＣＲＴ）の上に個
々のイオン源のアレイを有する、本発明のディスプレイ
装置の１つの特定の利点は、本発明のディスプレイ装置
上で、移動中の画像の非常に高い時間的分解能が生み出
される点である。但し、標準的なＣＲＴでは、画像デー
タの次の「フレーム」が表示される前に１つの電子ビー
ムがスクリーンの全５２５本のライン（即ち、画像全
体）を走査しなくてはならないことを考慮すると、本発
明の各アパーチュア１０４は画像の小さい部分をそれぞ
れ同時に形成することができ、これにより移動中の画像
データのフレームが各アパーチュア１０４がそれぞれの
画像のセルを形成するのに必要とされる時間内で処理さ
れることができる。従って、蛍光体７０上の画像は非常
に迅速に変えられることができる。

【００４１】本発明のディスプレイ装置は、スタジアム
のスコアボードや映画館での上映の用途など非常に大型
のディスプレイシステムに対し特に適用可能である。非
常に大きいアパーチュア１０４のアレイを構成すること
ができ、また、少なくとも本発明は陽イオンを用いる場
合は空気中で動作可能であるため、非常に大型のスクリ
ーンにおいて蛍光体７０と電荷ジェネレータ５０のアレ
イとの間を真空排気せずにすむ。

【００４２】本発明は前記概要のとおり特定の実施形態
を用いて詳述したが多くの代替物、変更、変形が存在し
得ることは当業者には明白であろう。従って、これらの
代替、変更及び変形は全て前記請求項に示す本発明の精
神と権利範囲内に包含されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオノグラフィプリントで用いられる際のイオ
ン流制御デバイスの正面断面図である。

【図２】本発明の場合のように、蛍光体とともに用いら
れる際のイオン流制御デバイスの正面断面図である。

【図３】イオン流がその中を選択的に通り抜けるアパー
チュアのアレイを備えた本発明の一実施形態を示す簡略
化した斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態のように、２組の変位電極
を用いるイオン流の二次元走査の原理を示す平面図であ
る。

【図５】イオノグラフィディスプレイにおいて、イオン
流の断面の変形の偏差を示す、１つのアパーチュアを通
る平面図である。

【図６】関連する電極とともに示された、本発明に従っ
たイオノグラフィディスプレイの１つのアパーチュアの
平面図である。

【図７】本発明で用いられたような、表面上に好適な電
極構成を示す基体の平面図である。

【図８】イオン流がカラー画像を形成するために蛍光体
に向けられている、本発明の一実施形態の本質的な要素
の簡略化した平面図である。

【符号の説明】

５０イオン源７０蛍光体１００イオン流制御デバイス１０２基体１０４アパーチュア１０６集束電極１０８第１の変位電極１１０第２の変位電極２００制御システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ディスプレイ装置であって、イオン源を含み、蛍光体を含み、前記イオン源と前記蛍光体との間に離間されて配置され
た第１の基体を含み、この第１の基体がイオンがその中
を通り抜けるアパーチュアを画定し、前記イオン源と対向する導電性表面を有する前記基体上
に配置された集束電極を含み、アパーチュアを通り抜けるイオン流を変位パスを通じて
変位させるための、前記基体上に設けられた変位電極を
含み、前記変位電極がアパーチュアを通り抜けるイオン流を変
位パスを通じて選択された範囲まで変位させるよう、選
択された電位を前記変位電極に印加するための制御手段
を含む、電子ディスプレイ装置。
【請求項２】電子ディスプレイ装置であって、イオン源を含み、蛍光体を含み、前記イオン源と前記蛍光体との間に離間されて配置され
た第１の基体を含み、この第１の基体がイオンがその中
を通り抜けるアパーチュアのアレイを画定し、イオン源と対向する導電性表面を有する、前記基体上に
配置された集束電極を含み、アパーチュアを通り抜けるイオン流を変位パスを通じて
変位させるための、前記各アパーチュアと関連された変
位電極を含み、前記変位電極がアパーチュアを通り抜けるイオン流を変
位パスを通じて選択された範囲まで変位させるよう、選
択された電位を各アパーチュアと関連された前記変位電
極に印加するための制御手段を含む、電子ディスプレイ装置。
【請求項３】電子ディスプレイ装置であって、アレイ状に配置された複数のイオン源を含み、蛍光体を含み、前記イオン源と前記蛍光体との間に離間されて配置され
た、アパーチュアのアレイを画定する第１の基体を含
み、該基体の各アパーチュアがその中をイオンが通り抜
けるようにイオン源と位置合わせされており、各アパーチュアと関連された集束電極を含み、各集束電
極がイオン源と対向する導電性表面を含み、各アパーチュアと関連された前記集束電極に、選択され
た電位を印加するための制御手段を含み、該制御手段が
アパーチュアを通り抜けるイオン流の断面領域を制御
し、アパーチュアを通り抜けるイオン流を第１の変位パスを
通じて変位させるための、各アパーチュアと関連された
変位電極を含む、電子ディスプレイ装置。