JP2003217483A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留まりよく良好な耐圧が実現され、また製
造後に耐圧が低下しない画像形成装置を提供する。 【解決手段】 電子源基板とアノード基板が支持枠を挟
んで対向配置されている。アノード基板３１や電子源基
板４１に付着していた異物が電界の印加により移動す
る。電界の印加により移動された異物が絶縁部３３に付
着する。絶縁部３３は、表面の凹凸により、異物と広い
面積で接触し、異物を固着させる。また、凹凸の粗さが
位置により異なっていることにより、絶縁部３３は様々
な大きさの異物と広い面積で接触し、固着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源であるカソ
ードと、電子源から放出された電子によって発光するア
ノードとを備えた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を有する平板
型画像形成装置に関して広く研究開発がなされている。
これに使用される電子源は、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る。

【０００３】前者の電界放出素子を用いた一例として、
米国特許第４，８８４，０１０号に提案されたものがあ
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、米国特許第５，０６６，８８３号に提案された
ものがある。

【０００４】これらは電子源の構造や駆動方法等に違い
があるが、複数の電子放出素子で構成された電子源より
なるカソードと、それに近接したアノードとを有すると
いう共通の特徴がある。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。

【０００５】ここで注意すべき点は、カソードや結線等
のための配線と、電子を引き付けるためのアノード電極
が近接しているため、大きな静電容量が生ずる点であ
る。アノードには、通常電子を引き付けるために数キロ
ボルト〜数十キロボルトの高い正電位が印加される。そ
のために、アノードとカソードの両電極間には多大な電
荷が蓄積されることになる。なお、本明細書では、アノ
ードの形成された基板をアノード基板と称し、アノード
の形成された基板に対向する電子源の形成された基板を
カソード基板と称することにする。

【０００６】このように狭い電極間に大きな電位差が与
えられた状況、すなわち強電界の状況下では、アノード
基板とカソード基板の間に異常放電が生じることがあ
る。ここでいう異常放電とは、画像形成装置の本来の駆
動に関わる、電子源から放出される正規のあるいは予想
しうる、ある意味で定常的な放出電流ではなく、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で
ある。

【０００７】この異常放電は、カソード基板とアノード
基板の間の真空度が不十分な場合や、異常電場をもたら
すような電極形状の問題がある場合などに生じると考え
られる。アノード基板とカソード基板の間の静電容量の
大きさにもよるが、異常放電が生じると電流集中に起因
して電極等が損傷することがある。そして、ひどい場合
には、異常放電部に配線を介して接続されている素子
が、真空中のアーク放電により破壊されることがある。
アーク放電は、それによりもたらされる大電流によって
生じる大きなジュール熱で異常放電部の素子を破壊す
る。また、アーク放電は、蒸発させた粒子が他の素子や
配線に付着して短絡を起させる。また、カソードならび
に結線のための配線の電位が、電流集中により不安定と
なり、その結果、配線を介して接続された素子が損傷す
ることもある。

【０００８】また、この異常放電によって、さらに二次
的な異常放電が生じることもある。この二次的な異常放
電については不明な点が多いが、その原因のひとつとし
て、吸蔵ガスあるいは電極金属の蒸気が放出され、電極
間の真空度が局所的に悪化することにより生じるものと
推測される。さらに、この二次的な異常放電が連鎖的に
生じることがあり、最初の異常放電によるダメージがな
くても、連鎖的な異常放電により結果的に非常に大きな
ダメージが素子等に与えられることがある。

【０００９】真空中の放電を抑制して高電界の印加を可
能にする試みとして、「コンディショニング」と呼ばれ
る処理を基板等に施す方法が一般的に知られている。一
般的なコンディショニングの方法の例として、陽陰極表
面の状態を変化させるために、予め画像形成装置を使用
に供する前に、高真空中で電極間に高電界を印加する、
あるいは、低圧の水素ガス中でグロー放電を行わせる処
理を施す方法などが知られている。例えば、「電気学会
大学講座 高電圧工学 第二次改訂版」（財団法人電気
学会編，オーム社１９８１年１１月１０日発行）の３９
ページ１１〜１２行には、真空放電に関して、火花放電
の開始電圧を上昇させる手段が記載されている。なお、
本明細書の異常放電は、この火花放電を含んだものであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】アノード基板およびカ
ソード基板を有する平板型画像形成装置においては、画
素欠陥等の原因となる異常放電を生じなくすること、あ
るいは生じにくくすることが重要である。特に、アノー
ド基板やカソード基板に導電性異物が付着していると異
常放電が生じやすいので、これを除去することが肝要で
ある。

【００１１】アノード基板やカソード基板の導電性異物
を除去する方法の一例として、製造工程中に、アノード
基板とカソード基板の間に電界を印加して異物を除去す
るコンディショニング法が考えられる。しかし、コンデ
ィショニングを行う時期にもよるが、この方法では、製
造工程中にアノード基板とカソード基板間に電界を印加
することにより異常放電が生じ素子等にダメージを与え
ることがある。

【００１２】このようなダメージはその後の製造工程に
影響を及ぼし、また、結果的に画素欠陥が起こることも
ある。また、最初の異常放電では素子に致命的なダメー
ジがなくても、先に述べた二次的な異常放電により、素
子等にダメージを与える可能性もある。

【００１３】また、導電性異物を除去する他の一般的な
方法として、エアブローや除電ブローなどによる方法が
ある。ブローを行う方法では、ブローによって舞った異
物が再び基板上に付着することがある。したがって、異
物が再び基板に付着しないような工夫が必要である。

【００１４】導電性異物を除去する、さらに他の一般的
な方法として、異物をバキュームする方法がある。しか
し、異物が帯電して基板に付着している場合などには、
基板へ接触せず、吸引により異物を除去するのは非常に
困難である。

【００１５】そのため、本発明者らは、これまでアノー
ド基板やカソード基板に電界を掛けて異物を除去するコ
ンディショニング方法を提案してきた。この方法によっ
て、基板の耐圧は向上し、その基板を用いて作製された
画像形成装置の耐圧も向上した。

【００１６】しかし、コンディショニング工程から、ア
ノード基板とカソード基板を組み合わせて封着する工程
までの間にも異物が付着することがある。このときに付
着した異物によって画像形成装置の耐圧が低下すること
があった。また、アノード基板とカソード基板を封着す
る工程で、基板の一部が剥離して異物化し、この異物に
より画像形成装置の耐圧が低下することがあった。その
ため、この方法では画像形成装置の製造歩留まりが上が
らなかった。

【００１７】そこでさらに、本発明者らは画像形成装置
を封着した後に、アノード基板とカソード基板の間に電
界を掛けることにより異物を電界領域から排除できるこ
とを確認した。電界領域とは、画像形成装置の駆動によ
り電界がかかる領域である。この方法によって、本発明
者らは画像形成装置の製造歩留まりを上げることに成功
した。

【００１８】しかし、画像形成装置内で電界領域から排
除された異物が、装置の移動や大きな振動などによって
再び電界領域に戻る可能性があった。そのため、製造後
に画像形成装置の耐圧が低下する恐れがあった。

【００１９】本発明の目的は、歩留まりよく良好な耐圧
が実現され、また製造後に耐圧が低下しない画像形成装
置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の画像形成装置は、電子放出素子を有する電
子源基板と、前記電子放出素子から放出される電子の照
射によって発光する発光部材と該発光部材に高電圧を印
加するアノードを有するアノード基板とが支持枠を挟ん
で対向配置された画像形成装置において、前記電子源基
板と前記アノード基板の間の、前記アノードの電位を規
定するアノード電極より外側かつ前記支持枠より内側の
位置に、表面に凹凸を有する絶縁部が設けられている。

【００２１】したがって、電界領域の外側に凹凸を有す
る絶縁部があるので、電界の印加によって移動された異
物が絶縁部と広い面積で接触し、異物は十分な束縛力で
絶縁部に固着され、電界領域に戻ることがない。

【００２２】なお、前記絶縁部の表面の凹凸の粗さが、
前記電極から前記支持枠に向かって変化していることが
好ましい。

【００２３】したがって、絶縁部の表面の凹凸の粗さが
位置によって異なるので、様々な大きさの異物が、広い
面積で絶縁部に接触することが可能であり、様々な大き
さの異物が十分な拘束力で絶縁部に固着される。

【００２４】また、前記絶縁部の表面の算術平均粗さ
が、前記アノード電極から前記支持枠に向かって大きく
なっていることが好ましい。

【００２５】したがって、絶縁部の表面の粗さがアノー
ド電極から遠いほど大きくなっているので、大きな異物
ほど電界領域から遠くに固着され、万一、絶縁部に固着
された異物が離れても電界領域に戻りにくい。

【００２６】また、前記絶縁部の前記アノード電極に近
い部分の表面が鏡面であってもよい。

【００２７】したがって、絶縁部のアノード電極に近い
鏡面の部分は、異物の大きさに関わらず、多くの異物を
固着させる。

【００２８】また、前記絶縁部の前記支持枠に近い部分
の表面の算術平均粗さが１００μｍであることが好まし
い。

【００２９】したがって、絶縁部の表面の凹凸が細かい
部分から算術平均粗さ１００μｍ程度の粗い部分まであ
るので、一般的な画像形成装置において、除去されるべ
きであるが、発見されにくく、また剥がれにくいとされ
る１００μｍ以下の大きさの異物が良好に凹凸に固着さ
れる。

【００３０】また、前記アノード電極の周囲にガード電
極を有してもよい。

【００３１】また、前記絶縁部が前記ガード電極のさら
に外側に設けられていることが好ましい。

【００３２】したがって、絶縁部がガード電極の外側に
あるので、ガード電極より外側に異物が固着され、電界
領域に戻りにくい。

【００３３】また、前記ガード電極が、前記電子源基板
内で規定される電位の中で最も低い電位に規定されるこ
とが好ましい。

【００３４】したがって、ガード電極の電位が最も低く
なるので、ガード電極の外側には強い電界がかからず、
異物を絶縁部に良好に固着させることができる。

【００３５】また、前記ガード電極が接地電位に規定さ
れていてもよい。

【００３６】また、前記絶縁部が前記アノード基板に設
けられていてよく、また、前記絶縁部が前記電子源基板
に設けられていてよく、さらにまた、前記絶縁部が前記
アノード基板および前記電子源基板の双方に設けられて
いてよい。

【００３７】したがって、絶縁部はアノード基板に設け
ても電子源基板に設けてもよいので、画像形成装置の構
成や製造方法に応じて都合のよい方に設けることができ
る。

【００３８】また、前記支持枠の内面に凹凸があること
が好ましい。

【００３９】したがって、支持枠内面にも凹凸があるの
で、画像形成装置を立てた状態で異物を除去したとき
に、支持枠内面に到達した異物を固着させ、電界領域に
戻させず、画像形成装置を立てた状態で異物を除去する
ことができる。

【００４０】また、前記絶縁部の表面の凹凸が誘電体ペ
ーストをスクリーン印刷して作成されたものであってよ
く、また、前記絶縁部が凹凸を有する金型により作成さ
れたものであってもよい。

【００４１】また、前記アノード基板と前記電子源基板
の間に補強用のスペーサを有し、該スペーサが行方向配
線または列方向配線のいずれかに平行に配置され、前記
絶縁部が少なくとも前記スペーサの長手方向と垂直な辺
に設けられていることが好ましい。

【００４２】したがって、補強用のスペーサを備えた画
像形成装置において、異物の移動がスペーサに阻害され
ず、かつスペーサに異物が付着しないように画像形成装
置を立てた状態で異物を除去できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図面
を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、
放電を伴うことなく導電性異物を電界領域から排除し、
その異物が再び電界領域に戻らないように保てる構造を
有する。電界領域とは、画像形成装置の駆動により電界
がかかる領域であり、ここに異物があると異常放電の原
因となる。

【００４４】図１は、１０^-5Ｐａの雰囲気中における、
平坦な電極基板上に付着した球体の導電性異物のサイズ
と、異物の移動開始電界および放電開始電界の関係を示
すグラフである。図１では、放電開始電界が実線で示さ
れ、移動開始電界が破線で示されている。ここでサイズ
とは、球体の導電性異物の半径である。

【００４５】図１の実線を参照すると、異物のサイズが
５０μｍ程度の場合、５ｋＶ／ｍｍ程度の電界で放電が
始まることがわかる。したがって、駆動時に５ｋＶ／ｍ
ｍ程度の電界が生じる画像形成装置では、５０μｍ以上
の導電性異物は、放電の要因となるため、除去しておく
必要があることを示している。例えば、アノードとカソ
ードの間隔が２ｍｍで、駆動時にアノードに１０ｋＶの
電圧が印加される一般的な画像形成装置では、５ｋＶ／
ｍｍの電界が生じるので、５０μｍ以上の異物は除去し
ておく必要がある。

【００４６】しかし、表示装置内およびその構成部材、
具体的にはフェースプレートやリアプレート等に付着し
た約１００μｍ以下の異物は発見されにくく、また剥が
れにくい。これは、異物に働くファンデルワールス力等
による付着力が、異物に働く重力を上回るためと考えら
れる。よって、５ｋＶ／ｍｍ程度の高電界を印加する画
像形成装置において、５０〜１００μｍ程度の異物は、
除去が必須でありながら、その発見および除去がなかな
か困難である。そこで、本発明者らは、このような異物
の除去方法として、電界を印加することで異物を移動さ
せることができることに着目した。

【００４７】図２は、電界の印加によって異物を移動さ
せる方法について説明するための図である。図２に示さ
れるように、電位差Ｖ、間隔ｄの電極２０１，２０２間
に導入された直径φの導電性粒子２０３である異物に
は、式（１）で示される電荷ｑが誘起される。

【００４８】

【数１】

【００４９】ここでεは媒質の誘電率、Ｅ（＝Ｖ／ｄ）
はギャップｄと印加電圧Ｖで決まる電界強度、ｒは異物
の半径である。異物が誘電体の場合にも、帯電等により
最大ｑの電荷（表面電荷）が蓄えられる。

【００５０】電荷ｑには、式（２）で示されるクーロン
力Ｆが作用するため、このクーロン力Ｆが、束縛力（フ
ァンデルワールス力や接触帯電によるクーロン力等）お
よび重力等を合成した力より大きくなると、異物は対向
電極へ向かって移動し始める。

【００５１】

【数２】

【００５２】ここで、αは異物の存在による平等電界か
らのずれを表す電界補正係数であり、α＝０．８〜１で
ある。例えば、図１の破線を参照すると、半径ｒ＝１０
０μｍの銅球は、Ｅ＝４００Ｖ／ｍｍ程度の電界で移動
し始める。この移動開始電界は、真空放電が発生する電
界よりも十分に低い値である。そして、異物は、対向電
極へ到達すると、そこで電荷交換を行い、散乱されて下
側の電極へ向かって運動する。その際、異物は、電極面
で等方的に散乱を受けるため、ある時間後には電界領域
外へ除去されることが確認されている。電界領域とは、
画像形成装置の駆動により電界がかかる領域である。

【００５３】そこで、電界領域外へ移動した異物が再び
電界領域内へ混入しないように、アノード基板あるいは
カソード基板に形成された電極の外側に、異物を固着さ
せるための凹凸を有する絶縁面を形成しておき、その絶
縁面により異物をトラップする。ここで、トラップと
は、異物を捕らえて保持することであり、固着もこれと
同意である。

【００５４】異物は、電位の規定された電極より外側の
ように、束縛力より勝るクーロン力が作用するような電
界がかからない領域に移動し、付着すると、振動などの
他の外力が加わらなければ、束縛力によってその場所に
保たれる。特に、固着した場所が絶縁面であれば、異物
が導電性でも電荷交換できず帯電しにくいため、クーロ
ン力が大きくならず、より確実に固着される。

【００５５】一般に、ファンデルワールス力などの束縛
力は、接触面積に応じて決まることが知られている。し
たがって、接触面積が広がれば、異物は、より強い束縛
力によって固着されることとなる。絶縁面が理想的な鏡
面である場合、多くの異物は大きさに関わらずそこにト
ラップされるが、異物によっては接触面積が小さく、十
分な束縛力を得られず、トラップされないものがある。

【００５６】そこで、絶縁面に適度な凹凸を持たせるこ
とによって接触面積を増し、束縛力を増加させると、異
物は良好にトラップされる。特に、１００μｍ以下の異
物をトラップするためには、凹凸の粗さも算術平均粗さ
Ｒａ１００μｍ以下であることが好ましい。そして、様
々なサイズの異物に対して接触面積を広げるために、算
術平均粗さが小さく凹凸が細かい粗面から算術平均粗さ
Ｒａ１００μｍ程度の粗さまで変化させることが好まし
い。この場合、異物と絶縁面が、接触面積的に好ましく
ない組み合わせで付着することがあるが、その状態で十
分に固着すれば何ら問題ない。また、その状態で十分に
固着しない場合には異物は移動し、いずれ十分な束縛力
が得られる場所で止まり固着する。

【００５７】また、念のため、大きな異物ほど画像表示
領域から遠い位置に固着させることが望ましい。そのた
め、より外周に近く、電界領域から遠いほど凹凸の粗さ
を大きくすることが好ましい。

【００５８】以上のことを考慮して構成された、本実施
形態の画像形成装置について説明する。

【００５９】図３は、本実施形態の画像形成装置を模式
的に示した平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ′断面
図である。図３および図４を参照すると、本実施形態の
画像形成装置は、アノード基板３１、メタルバック３
２、絶縁部３３、支持枠３４、電子源基板４１およびＸ
方向配線４２を有している。

【００６０】アノード基板３１と電子源基板４１が支持
枠３４を挟んで封着されている。メタルバック３２は、
画像形成装置の内部でアノード基板３１の中央に設けら
れたアノード電極である。Ｘ方向配線４２は、画像形成
装置の内部で電子源基板４１に設けられている。画像形
成装置の内部でメタルバック３２の外側では、電子源基
板４１側に絶縁部３３が設けられている。絶縁部３３は
表面に凹凸を有している。

【００６１】万一、画像形成装置の製造プロセス中に、
画像形成装置内部、特に、電界の生じる画像表示領域す
なわちメタルバック３２の領域内に導電性異物が混入し
た場合、その導電性異物が１００μｍ程度のサイズなら
ば、４００Ｖ／ｍｍ程度以上の電界をかければ導電性異
物を画像表示領域外に移動させることができる。また、
アノード−カソード間にかける電界が４ｋＶ／ｍｍ以下
であれば、放電を起さずに導電性異物を画像表示領域外
に移動させることができる。

【００６２】また、本実施形態の画像形成装置では、メ
タルバック３２より外側にある絶縁部３３に、その絶縁
部３３の束縛力により異物が固着され、再び画像表示領
域へ戻るのが防止される。一般に、ファンデルワールス
力等の束縛力は接触面積に応じて決まることが知られて
いる。したがって、導電性異物と絶縁部３３との接触面
積を広げることにより、より強い力で導電性異物を固着
させることができる。

【００６３】絶縁部３３の表面が理想的な鏡面である場
合、多くの異物はそこにトラップされるが、異物によっ
ては接触面積が小さく、十分な束縛力を得られない。絶
縁面３３の凹凸は、接触面積を増し、束縛力を増加させ
るためのものである。

【００６４】図５は、絶縁部３３の表面における導電性
異物の付着の状況を示す図である。例えば、図５（Ａ）
に示されるように、細かい凹凸を有する表面上に、その
凹凸の算術平均粗さよりも大きな異物ａが付着しても、
接触面積は増さず付着力も弱い。また、凹凸の算術平均
粗さと同等なサイズの異物ｂが付着すると、接触面積が
増し、付着力も強くなる。一方、図５（Ｂ）に示される
ように、粗い凹凸を有する表面上に、小さな異物ｂが付
着しても、接触面積は増さず付着力も弱い。また、凹凸
の算術平均粗さと同等なサイズの異物ａが付着すると、
接触面積が増し、付着力も強くなる。

【００６５】したがって、１００μｍ程度の異物に着目
すると、絶縁部３３の表面には算術平均粗さＲａ１００
μｍ程度の凹凸があることが好ましく、また、サイズが
１００μｍ以下の様々なサイズの異物に対して接触面積
を広げるためには、算術平均粗さの小さい凹凸から算術
平均粗さＲａ１００μｍ程度の凹凸まで、絶縁部３３の
表面の粗さ変化させることが好ましい。この場合、図５
に示されたように、異物が絶縁面３３の接触面積的に好
ましくない場所に付着することがありうるが、その状態
で固着するのなら何ら問題ない。また、異物がその場所
で固着しなくても、そこから移動し十分な束縛力が得ら
れる場所で止まり固着する。

【００６６】図６は、絶縁部３３の表面の粗さの変化を
模式的に示した図である。なお、図６は図１のＡ−Ａ’
断面に相当する。念のため、大きな異物ほど画像表示領
域から遠い位置に固着させるために、図６に示されるよ
うに、画像形成装置の外周に近い場所にいくほど凹凸を
粗くしてある。

【００６７】本発明は、メタルバックの外周にガード電
極を有する構成の画像形成装置にも有効である。

【００６８】図７は、本発明の他の実施形態の画像形成
装置の断面図である。図７の画像形成装置は、メタルバ
ック３２の外周において、アノード基板３１にガード電
極７１を有している。絶縁部３３は、ガード電極７１よ
りもさらに外側に設けられている。

【００６９】ガード電極７１の電位をＧＮＤ電位または
電子源基板４１における最も低い電位にすると、ガード
電極７１より外側には強い電界がかからず、異物を絶縁
部３３に固着させやすい。

【００７０】また、本発明の絶縁部はアノード基板上に
設けられていてもよい。

【００７１】図８は、本発明のさらに他の実施形態の画
像形成装置の断面図である。図８の画像形成装置では、
絶縁部３３がアノード基板３１上に設けられており、先
に述べたと同様に異物を画像表示領域外にトラップする
ことができる。

【００７２】さらに、本発明の絶縁部アノード基板およ
び電子源基板の双方に設けられていてもよい。この場
合、異物が画像表示領域外により良好にトラップするこ
とができる。

【００７３】また、支持枠の内面に凹凸が形成されてい
てもよい。画像形成装置を立てた状態で異物の除去を行
うと、異物が重力方向に移動しやすいので、異物除去プ
ロセスの時間短縮が図れる。このとき異物は支持枠内面
まで到達しやすい。そのため、支持枠の内面に凹凸があ
れば、支持枠内面にそのまま異物を固着させることがで
き、効果的である。

【００７４】図９は、本発明のさらに他の実施形態の画
像形成装置の断面図である。図９の画像形成装置では、
絶縁部がアノード基板３１および電子源基板４１の双方
に設けられており、また、指示枠３４の内面に凹凸が形
成されている。

【００７５】図９の画像形成装置においては、立てた状
態で異物除去を行うと、異物を画像表示領域外に短時間
で移動させ、また、より良好にトリップすることができ
る。

【００７６】画像形成装置には耐大気圧構造の補強用に
矩形平板スペーサが、その長手方向が行方向配線または
列方向配線に平行になるように配置される場合がある。
矩形平板スペーサが配置された画像形成装置を立てて異
物除去を行う場合、重力方向とスペーサの長手方向を平
行にするのが望ましい。異物除去プロセス中に異物の移
動が矩形平板スペーサに妨げられることを避けるだけで
なく、異物が矩形平板スペーサの表面へ付着するのを防
ぐためでもある。この場合、絶縁部は、少なくとも異物
除去プロセス中下方になる一辺に形成されていればよ
い。また、アノード基板、電子源基板および支持枠内面
の全てに凹凸を有する絶縁面があってもよい。

【００７７】図１０は、本発明のさらに他の実施形態の
画像形成装置の構成を示す平面図である。図１０の画像
形成装置には、複数の矩形平板スペーサ１０１がＸ方向
に平行に設けられている。また、図１０の画像形成装置
では４辺全てに絶縁部３３がある。

【００７８】次に、本発明の一実施形態の画像形成装置
の表示パネルの構成と製造方法について説明する。

【００７９】図１１は、本発明を適用した画像形成装置
の表示パネルの斜視図である。図１１では、内部構造を
示すために表示パネルの一部が切り欠かれている。

【００８０】図１１を参照すると、リアプレート１１
５、側壁（支持枠）１１６およびフェースプレート１１
７で気密容器が形成されている。この気密容器により真
空が維持される。

【００８１】気密容器の製造方法について説明する。

【００８２】リアプレート１１５、側壁１１６およびフ
ェースプレート１１７から気密容器を組み立てるにあた
っては、これら各部材の接合部分に十分な強度と気密性
を保持させる必要がある。そのため、例えばフリットガ
ラスを接合部分に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より部材同士を封着する。

【００８３】なお、図１１の気密容器の内部は１０^-4Ｐ
ａ程度の真空にされるので大気圧や不意の衝撃などによ
って気密容器が破壊されるのを防止するために、スペー
サ１２０が設けられている。

【００８４】図１１を参照すると、気密容器内に電子源
基板１１１が設けられている。

【００８５】電子源基板１１１について説明する。

【００８６】電子源基板１１１は、複数の冷陰極素子１
１２が配列されて構成される。

【００８７】冷陰極素子の配列の一例として、冷陰極素
子を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続した
はしご型配置がある。以下、冷陰極素子がはしご型配置
された電子源基板をはしご型配置電子源基板と称する。
なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置で
は、例陰極素子からの電子の飛翔を制御する制御電極
（グリッド電極）（不図示）が必要である。

【００８８】また、例陰極素子の配列の他の例として、
冷陰極素子の一対の電極をＸ方向配線およびＹ方向配線
にそれぞれ接続した単純マトリクス配置がある。以下、
例陰極素子がマトリクス配置された電子源基板をマトリ
クス型配置電子源基板と称する。

【００８９】電子源基板１１１はＮ×Ｍ個の画素数分の
例陰極素子１１２を有し、リアプレート１１５に固定さ
れている。Ｎ、Ｍは２以上の正の整数である。Ｎが行方
向の画素数であり、Ｍが列方向の画素数である。例え
ば、高品位テレビジョンでは、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０
００以上とすることが望ましい。各冷陰極素子１１２
は、Ｍ本の行方向配線１１３およびＮ本の列方向配線１
１４に単純マトリクス配線されている。このようにして
電子源基板１１１、冷陰極素子１１２、行方向配線１１
３および列方向配線１１４で構成される部分はマルチ電
子ビ−ム源と称される。

【００９０】本発明の画像表示装置に用いられるマルチ
電子ビ−ム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配置もし
くは、はしご型配置したものであればよく、冷陰極素子
の材料や形状あるいは製法によって制限されることはな
い。したがって、本発明の画像表示装置には、例えば、
表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの
冷陰極素子が用いられてよい。

【００９１】一例として、冷陰極素子として表面伝導型
放出素子を単純マトリクス配置したマルチ電子ビ−ム源
の構造について説明する。

【００９２】図１２は、図１１の表示パネルに用いられ
たマルチ電子ビ−ム源の平面図である。図１３は、図１
２のＢ−Ｂ′における断面図である。

【００９３】図１２を参照すると、電子源基板１１１上
には、表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は
行方向配線１１３と列方向配線１１４により単純マトリ
クス状に配線されている。行方向配線１１３と列方向配
線１１４の交差する部分には絶縁層（不図示）が形成さ
れており、電極間は電気的な絶縁が保たれている。

【００９４】なお、このような構造のマルチ電子ビーム
源は、予め電子源基板１１１上に行方向配線１１３、列
方向配線１１４、電極間絶縁層（不図示）および表面伝
導型放出素子の素子電極１３１，１３２と導電性薄膜１
３３とを形成した後、行方向配線１１３および列方向配
線１１４を介して各素子に給電して通電フォ−ミング処
理により電子放出部１３４を形成し、さらに通電活性化
処理により薄膜１３５を形成することにより製造され
る。通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導
電性薄膜１３３に通電して、その一部を適宜に破壊、変
形もしくは変質させ、電子放出をするのに適した構造に
変化させる処理である。また、通電活性化処理とは、通
電フォーミング処理により形成された電子放出部１３４
に適宜の条件で通電して、その近傍に炭素もしくは炭素
化合物を堆積させる処理である。

【００９５】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レ−ト１１５にマルチ電子ビ−ム源の電子源基板１１１
を固定する構成としたが、電子源基板１１１に十分な強
度があれば、電子源基板１１１をリアプレートとしても
用い、リアプレート１１５を省いてもよい。

【００９６】スペーサ１２０は、電子源基板１１１上の
行方向配線１１３および列方向配線１１４と、フェース
プレート１１７内面のメタルバック１１９との間に印加
される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有する必要があ
る。また、スペーサ１２０はその表面への帯電を防止す
る程度の導電性を有する必要がある。

【００９７】気密容器の内部を排気して真空にするに
は、気密容器を製造した後、不図示の排気管に真空ポン
プを接続し、気密容器内を１０^-5Ｐａ程度の真空度まで
排気する。そして、その後に排気管を封止する。このと
き、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前
あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッタ−膜
（不図示）を形成する。ゲッタ−膜とは、例えばＢａを
主成分とするゲッタ−材料をヒ−タ−もしくは高周波加
熱により加熱し、蒸着して形成した膜である。このゲッ
タ−膜の吸着作用により気密容器内は１０^-3〜１０^-5Ｐ
ａの真空度に維持される。

【００９８】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置において、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄ
ｙｎを通じて各冷陰極素子１１２に所定の電圧が印加さ
れると、各冷陰極素子１１２から電子が放出される。そ
れと同時に、メタルバック１１９に容器外端子Ｈｖを通
じて数百Ｖ〜数ｋＶの高圧が印加され、各冷陰極素子１
１２から放出された電子が加速されてフェースプレート
１１７の内面に衝突する。これにより、蛍光膜１１８を
なす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示され
る。

【００９９】通常、冷陰極素子１１２が表面伝導型放出
素子の場合、印加電圧は１２〜１６Ｖ程度であり、メタ
ルバック１１９と冷陰極素子１１２との距離ｄは０．１
ｍｍ〜８ｍｍ程度であり、メタルバック１１９と冷陰極
素子１１２間の電圧は０．１〜２０ｋＶ程度である。

【０１００】

【実施例】本発明の具体的な実施例について説明する。 （第１の実施例）図３および図４を用いて第１の実施例
について説明する。第１の実施例の画像形成装置は、ア
ノード基板３１、メタルバック３２、絶縁部３３、支持
枠３４、電子源基板４１およびＸ方向配線４２を有して
いる。

【０１０１】第１の実施例においては、メタルバック３
２の領域の外側でかつ支持枠３４の内側の電子源基板４
１上に凹凸を有する絶縁部３３を設けた。絶縁部３３
は、２ｍｍ幅の絶縁体を２重にした構造とした。絶縁部
３３は、その表面の凹凸を内側が細かく、外側が粗く作
成した。

【０１０２】表面に凹凸を有する絶縁部３３を有する第
１の実施例の画像形成装置において、画像形成装置を水
平に寝かせたままアノード電圧１ｋＶを１時間継続して
印加することによって、導電性異物の除去を試みた。こ
のとき、およそ１００μｍ程度の大きさの異物がメタル
バック３２の領域の外側へ飛び出し、絶縁部３３の上で
停止したことが確認された。この状態で第１の実施例の
画像形成装置を垂直に立たところ、絶縁部３３にある異
物は移動しなかった。また、画像形成装置に少々の振動
を与えても絶縁部３３の異物は移動しなかった。

【０１０３】以上のようにして製造された第１の実施例
の画像形成装置において、電子源を駆動せずにアノード
に１０ｋＶの高電圧を３００時間継続して印加したとこ
ろ、異常放電は見られなかった。

【０１０４】その後、アノード電圧８ｋＶにて、電子源
基板４１のＸ方向配線４２およびＹ方向配線（不図示）
に接続されたドライバーユニット（不図示）を駆動する
ことにより、画像を表示させ、画素欠陥の有無を調査し
た。

【０１０５】調査の結果、画素欠陥は見つからなかっ
た。これは、本発明の静電クリーニングによるコンディ
ショニングの工程で素子等にダメージを与えていないこ
とを示している。さらに、様々な画像を表示させながら
３００時間の耐久試験を行った。

【０１０６】耐久試験の結果、異常放電を一度も生じる
ことはなく、良好な画像が維持された。これは、画像形
成装置における異物による異常放電が本発明による静電
クリーニングで抑制されたことを示している。

【０１０７】材質や形状にもよるが、通常、１００μｍ
程度の導電性異物がギャップ１．６ｍｍの電界中に置か
れると、１０ｋＶ以下で放電が生じるため、本発明が有
効であることが確認された。 （第２の実施例）第２の実施例が第１の実施例と異なる
のは、予め凹凸を持った絶縁部材をリアプレート基板上
に貼り付けることにより絶縁部３３を作成したことであ
る。なお、第２の実施例の画像形成装置の構成は図３と
同様である。絶縁部材にはリアプレート基板と同じソー
ダライムガラスを用い、熱膨張率の差による剥離を防い
でいる。接着にはガラスフリット（不図示）を用いた。

【０１０８】絶縁部材の凹凸は、予め凹凸のつけられた
金型によって部材を形成すると同時に作製した。凹凸の
粗さは２層であるが部材としては一体で形成した。絶縁
部材の幅は６ｍｍとし、内側３ｍｍに約１０μｍ、外側
３ｍｍに約１００μｍの粗さの凹凸を作製した。

【０１０９】第２の実施例では、リアプレート基板に絶
縁部３３を形成する第１の実施例より、簡単かつ確実に
凹凸を形成することができ、また粗さの制御もしやすく
なった。 （第３の実施例）第３の実施例が第２の実施例と異なる
のは、図６に示されたように、絶縁部材の表面に鏡面の
部分を設け、内側から外側へ徐々に凹凸を粗くしたこと
である。絶縁部材の幅は５ｍｍとし、表面形状を内側か
ら、鏡面、算術平均粗さＲａ＝１０μｍの凹凸、３０μ
ｍの凹凸、６０μｍの凹凸そして１００μｍの凹凸の順
に各１ｍｍの幅で形成した。

【０１１０】絶縁部材の形成には第２の実施例と同様に
金型を用いた。第３の実施例では、絶縁部の鏡面の部分
に多くの異物が大きさに関わらずトラップされ、そこに
トラップされない異物もその大きさに応じて広い面積で
接触できる部分にトラップされるので、第２の実施例よ
りも、様々なサイズの異物に対して有効になり、異物を
トラップする効果が増した。

【０１１１】通常、３０μｍ程度の導電性異物がギャッ
プ１．６ｍｍ中に混入していた場合、アノード電位１０
ｋＶ程度で放電が生じるが、第３の実施例による画像形
成装置は、電子源を駆動せずにアノードに１２ｋＶの高
電圧を３００時間継続して印加したが、異常放電は見ら
れなかった。 （第４の実施例）第４の実施例が第１の実施例と異なる
のは、図７に示されたように、アノード基板３１上でメ
タルバック領域の外側にガード電極７１を有することで
ある。

【０１１２】絶縁部３３は電子源基板４１上でガード電
極７１の対向する位置よりも外側で、かつ支持枠３４の
内側に形成されている。第４の実施例では、異物除去プ
ロセス時に、ガード電極７１を一旦アノード電位（１ｋ
Ｖ）に規定し、確実に異物をガード電極７１の外側へ移
動させるようにした。

【０１１３】異物を除去するプロセスの後に、より高い
アノード電圧を印加する場合には、ガード電極７１をＧ
ＮＤ電位に規定し、絶縁部３３上の異物に強い電界が掛
からないようにした。これにより第１の実施例よりも異
物に作用するクーロン力が減り、異物を絶縁部３３に確
実に固着させることができた。 （第５の実施例）第５の実施例が第４の実施例と異なる
のは、図８に示すように、凹凸を有する絶縁部３３をア
ノード基板３１上に作製したことである。絶縁面３３
は、アノード基板３１上、ガード電極７１の外側、かつ
支持枠３４の内側に形成した。

【０１１４】第５の実施例は、絶縁部の形成位置の汎用
性を示している。すなわち、アノード基板３１または電
子源基板４１の構成や製法によって、そのどちらに絶縁
部３３を形成するか任意に選択できることを示してい
る。第５の実施例の効果は、第１および第４の実施例と
同等である。 （第６の実施例）第６の実施例は、図９に示されたよう
に、凹凸を有する絶縁部３３をアノード基板３１および
電子源基板４１に形成し、支持枠３４の表面にも凹凸を
つけた。アノード基板３１および電子源基板４１には、
第３の実施例と同様に、凹凸の粗さを変化させた絶縁部
材をガラスフリットにて貼り付けることによって絶縁部
３３を形成した。また、支持枠内面には、部材時にサン
ドブラストすることによって、算術平均粗さＲａ１００
μｍの粗さの凹凸を形成した。サンドブラストは、部材
を複数個束ねてブラストする面を広げてから行った。ま
た、異物除去プロセスは、図１０に示されたように、ス
ペーサ１０１に垂直な辺が下側に来るように画像形成装
置を垂直に立てた状態で行った。

【０１１５】なお、ここでスペーサ１０１は行方向配線
（不図示）と平行である。また、行方向配線は図中Ｘ軸
と平行に、列方向配線はＹ軸と平行である。

【０１１６】第６の実施例においては、重力によって、
異物の移動方向に指向性を持たせ、かつその移動を早め
ることができた。第４の実施例においては、異物除去プ
ロセスに１時間かけていたところ、第６の実施例におい
ては１０分間とした。

【０１１７】このとき、アノード基板３１または電子源
基板４１にしか絶縁部３３がないと、異物が非弾性散乱
した場合に跳ねて絶縁面に付着しないことが考えられる
ため、支持枠３４内面にも凹凸を設けた。それにより、
異物を支持枠３４内面に固着させることができ、より確
実に画像領域外に異物をトラップしておくことができ
た。

【０１１８】第６の画像形成装置において、電子源を駆
動せずにアノードに１２ｋＶの高電圧を３００時間継続
して印加したが、異常放電は見られなかった。

【０１１９】なお、第６の実施例においては、メタルバ
ック３２の全周囲に渡って凹凸を配置したが、異物除去
プロセス時に下方になる任意の一辺のみに配置してもよ
い。

【０１２０】

【発明の効果】本発明によれば、電界領域の外側凹凸を
有する絶縁部があるので、電界の印加によって移動され
た異物が絶縁部と広い面積で接触し、異物は十分な束縛
力で絶縁部に固着されるので、電界領域に戻ることがな
く、画像形成装置の耐圧が低下しない。

【０１２１】また、絶縁部の表面の凹凸の粗さが位置に
よって異なるので、様々な大きさの異物が、広い面積で
絶縁部に接触することが可能であり、様々な大きさの異
物が十分な拘束力で絶縁部に固着される。

【０１２２】また、絶縁部の表面の粗さがアノード電極
から遠いほど大きくなっているので、大きな異物ほど電
界領域から遠くに固着され、万一、絶縁部に固着された
異物が離れても電界領域に戻りにくく、耐圧の低下が生
じにくい。

【０１２３】また、絶縁部のアノード電極に近い鏡面の
部分は、異物の大きさに関わらず、多くの異物を固着さ
せるので、絶縁部に固着されない異物が残りにくい。

【０１２４】また、絶縁部の表面の凹凸が細かい部分か
ら算術平均粗さ１００μｍ程度の粗い部分まであるの
で、一般的な画像形成装置において、除去されるべきで
あるが、発見されにくく、また剥がれにくいとされる１
００μｍ以下の大きさの異物が良好に凹凸に固着され、
一般的な画像形成装置において耐圧の低下が生じにく
い。

【０１２５】また、ガード電極が絶縁部の外側にあるの
で、ガード電極より外側に異物が固着される、電界領域
に戻りにくい。

【０１２６】また、ガード電極の電位が最も低くなるの
で、ガード電極の外側には強い電界がかからず、異物を
絶縁部に良好に固着させることができる。

【０１２７】また、絶縁部はアノード基板に設けても電
子源基板に設けてもよいので、画像形成装置の構成や製
造方法に応じて都合のよい方に設けることができ、画像
形成装置の構成や製造方法を制限することがない。

【０１２８】また、支持枠内面にも凹凸があるので、画
像形成装置を立てた状態で異物を除去したときに、支持
枠内面に到達した異物を固着させ、電界領域に戻させ
ず、画像形成装置を立てた状態で異物を除去することが
できるので、重力を利用して異物除去プロセスの時間短
縮が可能である。

【０１２９】また、補強用のスペーサを備えた画像形成
装置において、異物の移動がスペーサに阻害されず、か
つスペーサに異物が付着しないように画像形成装置を立
てた状態で異物を除去できるので、スペーサを備えた画
像形成装置において重力を利用して、異物除去のプロセ
スの時間短縮が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】１０^-5Ｐａの雰囲気中における、平坦な電極基
板上に付着した球体の導電性異物のサイズと、異物の移
動開始電界および放電開始電界の関係を示すグラフであ
る。

【図２】電界の印加によって異物を移動させる方法につ
いて説明するための図である。

【図３】本実施形態の画像形成装置を模式的に示した平
面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ′断面図である。

【図５】絶縁部の表面における導電性異物の付着の状況
を示す図である。

【図６】絶縁部の表面の粗さの変化を模式的に示した図
である。

【図７】本発明の他の実施形態の画像形成装置の断面図
である。

【図８】本発明のさらに他の実施形態の画像形成装置の
断面図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態の画像形成装置の
断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施形態の画像形成装置
の構成を示す平面図である。

【図１１】本発明を適用した画像形成装置の表示パネル
の斜視図である。

【図１２】図１１の表示パネルに用いられたマルチ電子
ビ−ム源の平面図である。

【図１３】図１２のＢ−Ｂ′における断面図である。

【符号の説明】

２０１，２０２ 電極 ２０３ 導電性粒子 ３１ アノード基板 ３２ メタルバック ３３ 絶縁部 ３４ 支持枠 ４１ 電子源基板 ４２ Ｘ方向配線 ７１ ガード電極 １０１ 矩形平板スペーサ １１１ 電子源基板 １１２ 冷陰極素子 １１３ 行方向配線 １１４ 列方向配線 １１５ リアプレート １１６ 支持枠 １１７ フェースプレート １１８ 傾向膜 １１９ メタルバック １２０ スペーサ １３１，１３２ 素子電極 １３３ 導電性薄膜 １３４ 電子放出部 １３５ 薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣池 太郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE09 EE10 EF01 EF06 EG12 EG20 EG30 EH06

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子を有する電子源基板と、前
   記電子放出素子から放出される電子の照射によって発光
   する発光部材と該発光部材に高電圧を印加するアノード
   を有するアノード基板とが支持枠を挟んで対向配置され
   た画像形成装置において、 前記電子源基板と前記アノード基板の間の、前記アノー
   ドの電位を規定するアノード電極より外側かつ前記支持
   枠より内側の位置に、表面に凹凸を有する絶縁部が設け
   られていることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像形成装置において、 前記絶縁部の表面の凹凸の粗さが、前記電極から前記支
   持枠に向かって変化していることを特徴とする画像形成
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像形成装置において、 前記絶縁部の表面の算術平均粗さが、前記アノード電極
   から前記支持枠に向かって大きくなっていることを特徴
   とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の画像形成装置において、 前記絶縁部の前記アノード電極に近い部分の表面が鏡面
   であることを特徴とする画像形成装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の画像形成装置に
   おいて、 前記絶縁部の前記支持枠に近い部分の表面の算術平均粗
   さが１００μｍであることを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の画
   像形成装置において、 前記アノード電極の周囲にガード電極を有することを特
   徴する画像形成装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の画像形成装置において、 前記絶縁部が前記ガード電極のさらに外側に設けられて
   いることを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の画像形成装置に
   おいて、 前記ガード電極が、前記電子源基板内で規定される電位
   の中で最も低い電位に規定されることを特徴とする画像
   形成装置。
9. 【請求項９】 請求項６〜８のいずれか１項に記載の画
   像形成装置において、 前記ガード電極が接地電位に規定されることを特徴とす
   る画像形成装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
    画像形成装置において、 前記絶縁部が前記アノード基板に設けられていることを
    特徴とする画像形成装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
    画像形成装置において、 前記絶縁部が前記電子源基板に設けられていることを特
    徴とする画像形成装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
    画像形成装置において、 前記絶縁部が前記アノード基板および前記電子源基板の
    双方に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれか１項に記載
    の画像形成装置において、 前記支持枠の内面に凹凸があることを特徴とする画像形
    成装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１項に記載
    の画像形成装置において、 前記絶縁部の表面の凹凸が誘電体ペーストをスクリーン
    印刷して作成されたものであることを特徴とする画像形
    成装置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１３のいずれか１項に記載
    の画像形成装置において、 前記絶縁部が凹凸を有する金型により作成されたもので
    あることを特徴とする画像形成装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれか１項に記載
    の画像形成装置において、 前記アノード基板と前記電子源基板の間に補強用のスペ
    ーサを有し、該スペーサが行方向配線または列方向配線
    のいずれかに平行に配置され、前記絶縁部が少なくとも
    前記スペーサの長手方向と垂直な辺に設けられているこ
    とを特徴とする画像形成装置。