JP3747154B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、電子源を用いた画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の2種類が知られている。このうち冷陰極素子では、例えば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子(以下、FE型と記す。)や、金属/絶縁層/金属型放出素子(以下、MIM型と記す。)などが知られている。
【0003】
表面伝導型放出素子としては、例えば、M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290,(1965)や、後述する他の例が知られている。
表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、上述のM.I.Elinson らによるSnO2 薄膜を用いたものの他に、Au薄膜によるもの[G.Dittmer:"Thin Solid Films",9,317(1972)]や、In2 3 /SnO2 薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",519(1975)]や、カーボン薄膜によるもの[荒木久 他:真空、第26巻、第1号、22(1983)]等が報告されている。
【0004】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図12に前述のM. Hartwellらによる素子の平面図を示す。
同図において、3001は基板で、3004はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜3004は図示のようにH字形の平面形状に形成されている。この導電性薄膜3004に、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部3005が形成される。図中の間隔Lは、0.5〜1mm,幅Wは、0.1mmに設定されている。なお、図示の便宜から、電子放出部3005は導電性薄膜3004の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【0005】
FE型の例としては、例えば、W. P. Dyke & W. W. Dolan,"Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956)や、或は、C. A. Spindt, "Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976)などが知られている。
【0006】
このFE型の素子構成の典型的な例として、図13に前述のC. A. Spindtらによる素子の断面図を示す。
同図において、3010は基板で、3011は導電材料よりなるエミッタ配線、3012はエミッタコーン、3013は絶縁層、3014はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン3012とゲート電極3014の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン3012の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【0007】
また、FE型の他の素子構成として、図13のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【0008】
また、MIM型の例としては、例えば、C. A. Mead, "Operation of tunnel-emission Devices", J. Appl. Phys., 32,646 (1961)などが知られている。
MIM型の素子構成の典型的な例を図14に示す。同図は断面図であり、図中、3020は基板で、3021は金属よりなる下電極、3022は厚さ10nm程度の薄い絶縁層、3023は厚さ8〜30nm程度の金属よりなる上電極である。MIM型においては、上電極3023と下電極3021の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極3023の表面より電子放出を起こさせるものである。
【0009】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒータを必要としない。従って、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作製可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生し難い。また、熱陰極素子がヒータの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われてきている。
【0010】
また、上記電子放出素子の応用については、例えば画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。
【0011】
上記電子放出素子の画像表示装置への応用としては、例えば米国特許 5,532,548号公報、米国特許5,770,918号公報、米国特許5,903,108号公報、WO98/28774号公報、WO99/03126号公報、特開平01-241742号公報、特開平04-094038号公報、特開平04-098744号公報、特開平04-163833号公報、特開平04−284340号公報などにおいて開示されている。
【0012】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。
【0013】
前述の電子放出素子をマトリクス状に配設した電子源を用いた平面型の画像形成装置(気密容器)を模式的に表した斜視図を図20に示す。図20は説明の都合上、一部を除去している。図20において、27は前述した電子放出素子、23及び24は各電子放出素子に接続された配線であり、1は電子放出素子を配置したリアプレート、20は蛍光体などからなる画像形成部材、19は電子放出素子から放出された電子を画像形成部材に照射させるために高電圧Hvが印加される金属膜(メタルバック)、11は画像形成部材を配置したフェースプレート、4はフェースプレート11とリアプレート1とともに気密容器100を構成する支持枠である。この気密容器100の内部は10-4Pa(パスカル)程度の真空に保持されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した画像形成装置においては、以下のような問題点があった。
【0015】
図15は、上述の画像形成装置を構成する気密容器100の一部断面模式図である。
上述のように、この気密容器の内部は1.3×10-4Pa程度の真空に保持されなければならないため、真空度保持用の手段が必要となる。そこで従来は、図15に示すように、Baを充填した蒸発型のゲッタ8を支持体9と共に画像領域外に配置し、真空容器を封じ切った後に高周波加熱等でBaを飛散させ、ゲッタ膜を形成することで真空度を保持する場合があった。
【0016】
図中、1は電子放出素子が多数配置された領域(電子源領域)2を有するリアプレート、4は支持枠、11はフェースプレート、12は蛍光体などを含む膜とメタルバックと呼ばれる金属膜(例えばAl)とからなる画像形成部材である。
【0017】
一方、電子放出素子から放出された電子を加速するために、電子源領域2と画像形成部材12との間には数百Vから十数KV程度の高電圧(Va)が印加される。ディスプレイなどの画像表示装置の場合、その輝度は、前記Vaに大きく依存する。そのため、更なる高輝度化を目的として、Vaを高くしていく必要があった。
【0018】
ところが、このVaを大きくするに従い、画像領域外にある前述のゲッタ部材8や支持体9の周辺に印加される電界も上昇し、ゲッタ部材8や支持体9のエッジ部、あるいは支持体9とリアプレート1との界面など、形状的に電界集中しやすい部位の放電が問題となってきた。上記電界は、各部材の電気的特性により決まるが、詳しくは後述する。
【0019】
また、大気圧支持を目的として、比較的薄い部材からなる支持体(スペーサ101)を、前述のリアプレート1とフェースプレート11との間の画像領域内に設ける場合がある。このようなスペーサを配置した気密容器100の模式斜視図を図17に示す。図17においては、説明の都合により、フェースプレート11の一部と、支持枠4の一部を除去して示してある。図17中で用いた符号のうち、図20で用いた符号と同一の符号がつけてある部材は同一の部材を指す。27は電子放出素子、20は蛍光体などを含む膜、19はメタルバック、24は電子放出素子の一端に接続する上配線、23は電子放出素子の他の一端に接続する下配線である。このスペーサ101は画像領域内に配置されるため、その表面は高電界中にさらされる。このため、従来、スペーサ表面での放電現象の発生が問題となっていた。
【0020】
この問題点を解決するために、従来技術で挙げた公報の中には、スペーサに微小電流が流れるように処理して帯電を除去する提案がなされている。
【0021】
しかしながら、上記処理を施しても、スペーサ101の長手方向の端部110は、それ以外の領域に比較して低いVaで放電する場合があった。これは、スペーサの端部110では構造が複雑になる、フェイスプレート及びリアプレートとの接触が不安定になる、などの要因によるものと考えられる。また、スペーサの製法及び取り扱い方法にもよるが、端部110は形状的に突起、欠け等が発生し易く、端部110以外の領域に比べて放電の発生源になりやすい。これらの要因からスペーサ端部110での放電を抑制することは画像表示装置にとって極めて重要である。
【0022】
また、画像領域内にあるスペーサの端部110が、図18のように斜めに切りかかれているような場合、リアプレート側端部111に電界の集中が起こり、放電する確率が著しく上昇する。このため、このような構造においては、特にリアプレート側のスペーサ端部111からの放電の抑制が重要である。
【0023】
また、図19のようにスペーサの端部110を画像領域外に配置する、更には図16のようにスペーサの端部を支持体102によってリアプレートに固定する場合がある。このような構造においても、前記したスペーサ端部110や、支持体102の形状などに起因すると思われる放電の抑制が重要になる。
【0024】
更には、画像領域の4辺の外側のうち、前述のようなゲッタ支持体、スペーサ支持体などの構造体が画像領域外に存在しない辺であっても、気密容器100の小型化を目的として、支持枠4と画像領域との距離を小さくしていくと、支持枠4の内面部分の沿面放電が問題となる場合もあった。
【0025】
尚、本発明において、「沿面放電」とは、2つの導電性部材間の、絶縁物の表面に沿った放電現象であり、ここでは、支持枠4の表面を伝って、フェースプレート上の導電性部材と、リアプレート上の導電性部材との間で生じる放電現象をさす。
【0026】
以上のような放電は、画像表示中に突発的に起こり、画像を乱すだけでなく、放電個所近傍の電子源を著しく劣化させ、その後の表示が正常にできなくなる場合があった。
【0027】
本発明は上記課題を克服するものであり、良好な画像を得る為の画像形成装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備える。
【0072】
本発明の画像形成装置は、第1基板と、前記第1基板と間隔を置いて配置された第2基板と、前記第1基板の主面と前記第2基板の主面との間の空間を減圧状態に保持するために前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記空間を囲む、実質的に四角形状の内周を有する支持枠と、前記空間内の前記第1基板の主面上に配置された複数の電子放出素子と、前記複数の電子放出素子と対向するように、前記空間内の前記第2基板の主面上に配置され、実質的に四角形状の外周を有する画像形成部材と、前記第1基板と前記第2基板との間隔を保持するために、前記空間内に配置されたスペーサと、前記空間内の前記第2基板の主面上に、前記画像形成部材と間隔を置いて前記画像形成部材の4辺を囲むように配置され、前記画像形成部材に印加される電圧よりも低い電圧が印加される第1の導電性膜とを有する画像形成装置であって、前記スペーサは、前記画像形成部材を横切り、その両端部が、前記第1の導電性膜の前記画像形成部材側の端部で囲まれた領域を除く、前記端部と前記支持枠内面との間に配置されている。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記第2基板の主面上において、前記画像形成部材の任意の点と、前記第2基板の主面の外周を構成する任意の点とを結ぶ線上に、必ず前記第1の導電性膜が配置されてなる。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記第1の導電性膜に印加される電位は、実質的にグランド電位である。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記電子放出素子は、前記減圧状態に保持された空間外に配置された駆動回路と、配線を介して接続されており、該配線に印加される電位と、前記第1の導電性膜に印加される電位とが実質的に同じである。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記第1の導電性膜は、前記支持枠と前記第2基板との接合部に配置される。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記第1の導電性膜は、導電性の接合部材である。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記スペーサは、導電性を有する。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記スペーサは、前記空間内の、前記画像形成部材及び前記電子放出素子が配置されていない領域において、接合部材により固定されている。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記スペーサは、前記画像形成部材が配置されていない領域の前記第2基板上、及び/又は前記電子放出素子が配置されていない領域の前記第1基板上に、支持部材を介して固定されている。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記画像形成部材は、蛍光体と該蛍光体を取り囲む黒色部材とを含む蛍光体膜と、該蛍光体膜を被覆する導電性膜とを含み、前記画像形成部材の外周が、前記黒色部材により規定される。
本発明の画像形成装置の一態様では、前記画像形成部材は、蛍光体と該蛍光体を取り囲む黒色部材とを含む蛍光体膜と、該蛍光体膜を被覆する導電性膜とを含み、前記画像形成部材の外周が、前記蛍光体膜を被覆する導電性膜により規定される。
本発明の画像形成装置によれば、画像形成部材と支持枠との距離を狭めることができ、そして、スペーサの端部や、スペーサの支持部材などの構造体に印加される電界を弱めることができる。その結果、高輝度で、安定な画像を長期に渡り形成でき、しかも軽量で製造が容易な画像形成装置が実現できる。
【0073】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面により具体的に説明する。図10は、本発明の画像形成装置(気密容器)の構成の一例を模式的に示す平面図で、フェースプレート11上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレート11の下半面を取り除いた図となっている。気密容器100内部は減圧状態に保持される。気密容器内部の真空度は、用いる電子放出素子の種類によっても異なるが、10-6Paよりも低い圧力であることが好ましい。
【0074】
図2(a)は、図10のA-A'における断面模式図であり、図2(b)は図10のB-B'における断面模式図であり、図2(c)は図10のC-C'における断面模式図である。図11は、図10のD-D'における断面の一部の模式図である。
【0075】
図10、図11、図2(a)、図2(b)、図2(c)において、1はリアプレート(第1の基板)である。リアプレートは主面を有し、この主面上に後述する「電子源領域」2が配置される。リアプレートは、青板ガラスや、表面にSiO2 被膜を形成した青板ガラス、Naの含有量を少なくしたガラス、石英ガラス、あるいはセラミックスなど、条件に応じて各種材料を用いることができるが、基本的に絶縁性の基板である。
【0076】
なお、電子源形成用の基板を、リアプレートと別に設け、電子源を形成した後、両者を接合してもよい。リアプレートは、実質的に四角形状の外周をもつ。
【0077】
2は電子源領域であり、電界放出素子、表面伝導型電子放出素子などの前記した電子放出素子を複数有している。 本発明に用いることのできる電子放出素子としては、電子放出特性や素子のサイズ等が目的とする画像形成装置に適したものであれば、特に限定されるものではない。熱陰極、あるいは電界放出素子、半導体電子放出素子、MIM型電子放出素子、表面伝導型電子放出素子などの冷陰極素子等が使用できる。ここでは、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた例を説明する。また、目的に応じて駆動できるように各電子放出素子に接続された配線の一部も電子源領域2に含まれる。
【0078】
尚、本発明における電子源領域2は、実質的に4角形状である。そして、本発明における「電子源領域」とは、蛍光体などの画像形成部材に画像を形成(表示)するために電子を放出する複数の電子放出素子のうち、最外周に位置する(支持枠4に近接して配置される)電子放出素子同士を結んだ線で囲まれる領域を指す。
【0079】
あるいは、また、本発明における「電子源領域」とは、蛍光体などの画像形成部材に画像を形成するために電子を放出する電子放出素子のうち、最も外側に位置する電子放出素子の各電子放出部を結んだ線で囲まれる領域を指す、と言うこともできる。
【0080】
あるいは、また、本発明における「電子源領域」とは、実質的に四角形状の内周を有する支持枠の4つのコーナー部(隅)のそれぞれに最も近接して配置され、且つ、蛍光体などの画像形成部材12に画像を形成するために電子を放出する4つの電子放出素子を結んだ線で囲まれた領域と言うこともできる。
【0081】
また、3−1,3−2,3−3は電子源駆動用の配線であり、電子放出素子に接続される。そして、また、気密容器100の外部に取り出され、電子源の駆動回路(不図示)に接続される。3−1,3−3はX方向配線または行方向配線と呼ぶ場合もある。3−2は、Y方向配線または列方向配線と呼ぶ場合もある。
【0082】
4は、リアプレート1とフェースプレート11との間に配置され、リアプレートとフェースプレートとの間の空間を減圧状態に保持するために配置される支持枠である。支持枠4は、フリットガラスなどの接合部材により、リアプレート1及びフェースプレート11に接合される。ここでは、支持枠をフェースプレート及びリアプレートと別部材のものを用いたが、フェースプレートまたはリアプレートと一体となったものであってもよい。
【0083】
支持枠4は、後述する「画像表示領域」の形状にもよるが、実質的に四角形状の内周を有する中空状の枠である。
【0084】
支持枠4の内周は、リアプレートとフェースプレートとの間の減圧状態に保持された空間に面している(減圧状態に保持された空間を囲んでいる)。また、支持枠の外周は、内周と同様に、支持枠の占有面積と強度の観点から実質的に四角形状の外周を有することが好ましい。
【0085】
また、支持枠4の内周は実質的に四角形状である。但し、支持枠4の内周の4角(コーナー)は必ずしも直角形状である必要はなく、強度などの観点から好ましくは、円弧状である。
【0086】
更には、フェースプレートとリアプレート間の距離が数百μm程度であれば、支持枠を用いない場合がある。このような場合には上記フリットガラスなどの接合部材自体が支持枠となる。
【0087】
電子源駆動用配線3−1,3−2,3−3は支持枠4とリアプレート1の接合部を通り外部に引き出される。電子源駆動用配線3−1(3-2)と、3−2との間には絶縁層(不図示)が形成されている。ここで説明する形態の気密容器(真空容器100内には、この他、ゲッタ8がゲッタ支持部材9と共に配置される。尚、ゲッタ8、支持部材9は、本発明においては必ずしも必要としない。
【0088】
11は、画像形成部材12(蛍光体やメタルバック等)を形成するための基板を兼ねるフェースプレート(第2の基板)である。フェースプレート11は、リアプレート1と同様に各種材料を用いることができる。フェースプレートは実質的に四角形状の外周を有する。フェースプレートは、基本的に絶縁性の基板である。
【0089】
7は、高電圧を供給する端子(不図示)と画像形成部材12とを接続するための当接部位である。12は「画像形成部材」12である。
【0090】
フェースプレート11及びリアプレート1は、平板状であり、実質的に四角形状である。そして、それぞれのプレートが第1の主面と第2の主面を有する。そして、真空に接する側である主面上に、画像形成部材12及び、電子源領域2が配置される。
【0091】
本発明において、「画像形成部材」12とは、電子線の照射によって所望の像が形成あるいは表示される部材である。例えば、「画像形成部材」には、蛍光体や、電子線で硬化するレジストなども含まれる。
【0092】
特に、ディスプレイなどの画像表示装置の場合には、後述する「蛍光体膜」が上記「画像形成部材」12となる。そしてまた、ディスプレイなどの画像表示装置の場合には、詳しくは後述する「蛍光体膜」に「電子源領域」から放出された電子を照射するために、高い電圧が印加される非常に薄い導電性膜(メタルバックなど)を「蛍光体膜」上に配置する場合がある(図32など参照)。図32は、本発明の画像形成装置における「電子源領域2側からフェースプレート11を見た場合の一例の模式図である。
【0093】
このような場合において、本発明では、上記「蛍光体膜」に加えて、導電性膜(メタルバックなど)を含めて「画像形成部材」12と呼ぶ。
【0094】
また、本発明において、「画像表示領域」(あるいは「画像形成領域」)とは、電子源領域2に配置された電子放出素子から放出された電子によって画像が形成(表示)される領域を指す。
【0095】
また、本発明における「画像表示領域」とは、簡易には、「電子源領域」に配置された電子放出素子から放出された電子を加速し、該電子を蛍光体などの画像形成部材12に衝突させるための電位が印加される部材(メタルバックなど)が配置された領域である。蛍光体を画像形成部材12として用いる場合には、画像形成部材12(メタルバックなどの画像形成部材を構成する導電性膜)に1kV以上、好ましくは、明るい画像を得るために5kV以上、更に好ましくは十分な輝度を得るために10kV以上の電位が印加される。
【0096】
あるいは、また、本発明における「画像表示領域」とは、前記「画像形成部材」が配置された領域と言うこともできる。
【0097】
更に簡易には、本発明における「画像表示領域」とは、導電性膜からなる所謂「メタルバック」あるいは、「蛍光体膜」ということもできる。
【0098】
「画像表示領域」の面積は、前記「画像形成部材」の面積よりも小さくなる。
尚、本発明における「蛍光体膜」とは、蛍光体そのものを指す場合と、図6(a)あるいは図6(b)、図32などに示す様に、コントラストなどを向上するための部材(黒色部材)が配置された場合には、蛍光体と、黒色部材とを含めた膜を指す場合とがある。
【0099】
本発明における、上記「画像表示領域」(「画像形成領域」)と「電子源領域」は、必ずしも、その面積が同じではないし、また、必ずしも、完全に対向する(後述する「正射影」となる)ものでもない。例えば、表面伝導型電子放出素子や、横型の電界放出素子などを用いた場合には、リアプレート1上に形成された電子源領域2に対して、フェースプレート11上に形成される「画像表示領域」は真上に形成されず、若干ずれて配置される。これは、上記表面伝導型電子放出素子や、横型の電界放出素子から放出された電子は、リアプレート1の表面に沿ったベクトルを持つためである。
【0100】
そして、また、本発明における「画像領域」とは、前記「電子源領域」と、「画像表示領域」(「画像形成領域」)と、双方の領域で挟まれる領域とで構成される領域を指す。
【0101】
101は、スペーサであり、気密容器100が大型になった場合に特に必要となる部材である。気密容器内部が減圧状態に保持されるので、大気圧で気密容器の内側に向けて印加される力を、気密容器の内側から支持するための部材である。
【0102】
スペーサ101は、好ましくは平板状であり、ガラスやセラミックスなどの材料から形成される。本発明は、スペーサ101が絶縁性であっても導電性であっても好ましく適用できる。しかし、前記画像形成部材に数kV以上の高電位を印加する場合には、少なくともスペーサが導電性を有することが必要である。このような導電性を有するスペーサとしては、絶縁性の基材に導電性の膜を被覆したスペーサや、スペーサ自体が導電性(表面だけでなく内部も導電性)であるものを用いることもである。但し、スペーサが高い導電性を有すると、画像形成装置としての消費電力が増加するなど問題があるので、スペーサは微小な電流をフェースプレート上の導電性部材(画像形成部材)と、リアプレート上の導電性部材(電子源領域に含まれる配線)との間で流す程度の抵抗を有することが好ましい。
【0103】
図10、図11に示すように、スペーサ101の長手方向における長さは、該長手方向における画像形成部材12の長さよりも長い。そして、上記長手方向におけるスペーサの両端は、画像形成部材12の外周と、支持枠の内周との間に位置するように配置してある。また、同様に、スペーサ101の長手方向における長さは、該長手方向における電子源領域2の長さよりも長い。この結果、本発明におけるスペーサは、前記「画像領域」を横切るものである。
【0104】
このようにすることにより、電界が集中しやすい、スペーサの端部110を、高電界が発生する領域(画像領域)から遠ざけている。
【0105】
102は、スペーサ101をリアプレート側に固定するために設けたスペーサ支持部材である。スペーサ101は不図示の接合部材でスペーサ支持部材に固定されている。スペーサ支持部材は、ここでは、接合部材によってリアプレートに固定しているが、フェースプレートに固定してもよいし、支持枠4の内周に固定してもよい。
【0106】
また、スペーサ支持部材102は、必ずしも必要とするものではなく、スペーサ101を直接、リアプレートやフェースプレートに接合部材を用いて固定しても良い。スペーサ101を直接リアプレート及び/又はフェースプレートに接合部材を用いて固定する場合には、その固定箇所は、前記「画像領域」の外側で行なう。
【0107】
そして、本発明においては、スペーサ支持部材102もまた、図10、図11に示すように、画像形成部材12の外周と、支持枠の内周との間に位置するように配置してある。換言すると、スペーサ支持部材102もまた、「画像領域」外側に配置してある。このように配置することで、電界が集中しやすい、スペーサ支持部材もまた、高電界が発生する領域から遠ざけている。
【0108】
5は本発明の特徴部分である導電膜である。導電膜5は低抵抗な膜であることが好ましく、更には実質的に金属膜であることが好ましい。導電膜5は、フェースプレート11の画像形成部材12が形成された主面上に、画像形成部材12と間隔を置いて、画像形成部材12を囲むように配置される。
【0109】
つまり、画像形成部材12の実質的に四角形状である外周と、支持枠4の実質的に四角形状の内周(真空側の表面)との間に位置するフェースプレート上に、画像形成部材12と間隔を置き、そして画像形成部材12を囲むように導電膜5が配置されている。
【0110】
換言すると、画像形成部材12の実質的に四角形状である外周を形成する4つの辺の各々と、該各々の辺に対向し、支持枠4の実質的に四角形状である内周を形成する四つの辺の各々との間のフェースプレート上に、画像形成部材12と間隔を置き、そして画像形成部材12を囲むように導電膜5が配置される。
【0111】
更に、上記構成の本発明の画像形成装置においては、図11などに示すように、導電膜5の画像形成部材12側の端部を通り、リアプレートの主面に垂直な線と支持枠4の内面(真空側の表面)との間に、前記スペーサの端部110を配置する。
【0112】
換言すると、図11などに示すように、導電膜5の画像形成部材12側の端部を通り、フェースプレートの主面に垂直な線と支持枠の内面(真空側の表面)との間に、前記スペーサの端部110を配置する、ということもできる。
【0113】
また、換言すると、図10のように、フェースプレートに垂直な方向から画像形成装置(気密容器)100を見た際に、リアプレート上に形成される導電膜5の正射影と支持枠4の正射影との間に、スペーサ端部110の正射影が配置される。
【0114】
そして、導電膜5には、画像形成部材12(画像形成部材を構成する導電性部材)に印加される電位よりも低い電位が印加される。更には、導電膜5に印加される電位は、好ましくは、「電子源領域」に印加される電位と実質的に同等の電位であることが好ましい。
【0115】
ここで、「「電子源領域」に印加される電位」とは、「電子源領域」を構成する電子放出素子に印加される電位であり、簡易には、電子放出素子を駆動するために配線(3−1,3−2,3−3)に印加される電位である。
取り扱いの容易さからも、より好ましくは0V(GND電位)を導電膜5に印加することが良い。
【0116】
このように、導電膜5に印加する電位を画像形成部材に印加する電位よりも低い電位に設定すれば、スペーサ端部における電界の集中をより一層緩和できる。電子源領域に印加される電位と同じ電位を導電膜5に印加した場合には、スペーサの端部を含む領域には電界を生じさせないことができる。また、同時に、図10などに示すように、導電膜5で画像形成部材を囲むことにより、支持枠周辺に印加される電界を緩和できるので、支持枠4の内周と画像形成部材12の外周との距離を縮小することができる。
【0117】
本発明は更に、スペーサ支持部材102や、ゲッタ8、ゲッタ支持部材9などの他の構造体を用いる場合も、上記スペーサ端部110の場合と同様に、導電膜5の画像形成部材側の端部を通り、リアプレートの主面に垂直な線と支持枠の内周(真空側の表面)との間に配置する。あるいは、また、導電膜5の画像形成部材12側の端部を通り、フェースプレートの主面に垂直な線と支持枠の内周(真空側の表面)との間に、前記他の構造体を配置する、ということもできる。
【0118】
換言すると、図10のように、フェースプレートに垂直な方向から画像形成装置(気密容器)100を見た際に、リアプレート上に形成される導電膜5の正射影と支持枠4の正射影との間に、スペーサ支持部材102、ゲッタ8、ゲッタ支持部材9などの構造体の正射影が配置される。
【0119】
上記の如く構成することで、スペーサ端部110について述べたのと同様の理由により、上記構造体への電界集中を緩和でき、構造体での放電の発生を抑制できる。その結果、スペーサ端部での放電の発生を抑制ができるとともに、画像表示領域の占める割合が高く、軽量な大画面の画像形成装置を安価に実現できる。
【0120】
また、導電膜5は、図10などに示す様に、完全に画像形成部材12を囲っていることが最も好ましい。換言すると、閉ループ状(1本の連続した導電膜の両端を接続した構成)とすることが最も好ましい。
【0121】
換言すると、画像形成部材12上の任意の点と、フェースプレートの主面(画像形成部材が配置された主面)の外周を構成する任意の点とを結ぶ線上に必ず、導電膜5が存在する構成とすることが最も好ましい。
【0122】
あるいは、また、画像形成部材12上の任意の点と、フェースプレートの主面上の、支持枠とフェースプレートとが接合する領域とを結ぶ線上に必ず、導電膜5が存在する構成とすることが最も好ましい。
【0123】
しかしながら、導電膜5が、前述した効果を奏するように、実質的に、画像形成部材12の4辺を囲むように配置されたものであれば良い。
【0124】
また、導電膜5の幅は、図10に示す様に、実質的に一定であっても良いし、一部で異なっていても良い。
【0125】
ここでは、支持枠4の内周よりも内側(画像形成部材側)に、支持枠とフェースプレートが接合する領域とは間隙を置いて、導電膜5を配置した例を示した。しかしながら、画像形成部材12と支持枠4との距離をより小さくするために、詳しくは後述するが、図26(a)、図26(b)、図26(c)に示す様に、支持枠とフェースプレートとの接合領域に導電膜5を配置する形態も本発明の範疇である。このような場合は、更に、支持枠とフェースプレートとの接合部材として導電性を有する接合部材を用いれば、接合部材と導電膜5とを同一の部材で形成できるので特に好ましい。
【0126】
また、ここでは、図10に示す様に、導電膜5の右上隅には導電膜5に所望の電位を供給する端子を当接するのに適するように幅を広くした端子当接部位6を形成している。
【0127】
また、本発明においては、図9などに示す様に、前記導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12との間を第2の導電性膜で電気的に接続することが好ましい。
第2の導電性膜14としては、導電膜5よりも高抵抗な膜であることが好ましい。
【0128】
高抵抗な第2の導電性膜14を設けることで、画像形成部材12と低抵抗な導電膜5との間で微小電流が流れ、第2の導電性膜14の抵抗値により電圧降下を起こすことができる。その結果、画像形成部材12と導電膜5の間の電位が規定され、対向するリアプレートの電位やフェイスプレート裏面の電位などの影響を小さくすることができる。従って、導電膜5と画像形成部材12との沿面耐圧を向上させることができる。
【0129】
尚、本発明において、「沿面耐圧」あるいは「耐圧」あるいは「放電耐圧」とは、2つの導電性部材間の、絶縁物の表面に沿った放電現象が生じ始める電圧であり、ここでは、導電膜5と画像形成部材12との間の放電現象が生じ始める電圧をさす。
【0130】
第2の導電性膜14のシート抵抗値は大きすぎると上記効果が少ないので、ある程度の導電性が必要であるが、逆に抵抗値が小さすぎると画像形成部材12と導電膜5との間に流れる電流が大きくなり、消費電力を増加させてしまう。そこで、上記効果を損なわない範囲で抵抗を大きくする必要がある。画像形成装置の形状にもよるが、第2の導電性膜のシート抵抗値は、107 Ω/□以上1014Ω/□以下の範囲が好ましい。
【0131】
また、第2の導電性膜14は、画像形成部材12及び導電膜(第1の導電性膜)5の一部を覆うように配置することが、電気的接続を確実にする観点で好ましい。
【0132】
また、図22(b)などに示す様に、画像形成部材12と導電膜(第1の導電性膜)5との間隙を第2の導電性膜14によって完全に被覆し、絶縁体であるフェースプレートの表面が露出しないようにすることが好ましい。尚、図22(a),図22(b)は、本発明の画像形成装置(気密容器)の「電子源領域」側からフェースプレート11を見た際の模式図である。そして、図22(a)は第2の導電性膜14を用いなかった場合の模式図であり、図22(b)は、第2の導電性膜14で図22(a)の導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12との間隙を埋めた状態を示した模式図である。このように、画像形成部材12と導電膜(第1の導電性膜)5との間隙に存在するフェースプレート4の表面を第2の導電性膜14に実質的に全て被覆することにより、気密容器内のフェ−スプレート11の表面を全て電位規定することができる。このことは、画像表示領域(画像形成部材)と導電膜5(第1の導電性膜との距離をより一層小さくする上で特に好ましい。
【0133】
次に、図2(a)を用いて、本発明の特徴である導電膜5を形成しない場合において、ゲッタ8を例に挙げて「画像領域」外に配置された前述の構造体に電界が集中する理由を説明する。
【0134】
先ず、導電膜5が存在しない場合、ゲッタ8の存在を無視すると、その先端に相当するa部の平均電界は、以下のように概算される。
電子源領域の電位を0V、画像形成部材12の電位をVa、それぞれの距離を図2(a)のようにL1〜L5とする。またフェースプレート、リアプレート、支持枠部材は同厚で同材料(青板ガラス)とする。
【0135】
この場合、各点の電位は沿面距離の比で決まり、図中b点の電位をVb、図中c点の電位をVcとすると、
Vb=Va×(L2+L3+L4+L5)/(L1+L2+L3+L4+L5)
Vc=Va×(L5)/(L1+L2+L3+L4+L5)
従って、a点の平均電界Eaは、
となる。
【0136】
Va/L3は、「画像領域」内の平均電界であるから、a点においても、「画像領域」内の電界の(L2+L3+L4)/(L1+L2+L3+L4+L5)倍の電界が印加されるという結果になる。
【0137】
ここで、L1〜L5が全て等しいと仮定すると、a点の電界は、「画像領域」内の約6割の電界が印加されることになる。
【0138】
以上の考察は、フェースプレート11、リアプレート1、支持枠4を同質の青板ガラスということで計算したが、他の材料や、電気的に性質の異なる材料(導電率、誘電率)を組み合わせても、a点には何らかの電界が印加されることに変わりはない。
【0139】
例えば、フェースプレート11、リアプレート1を青板ガラス、支持枠4を無アルカリガラスで構成した場合、その電気伝導率の違いにより、前述のa点の電界は、ほぼ「画像領域」内の電界に等しくなると考えられる。
【0140】
Eaは飽くまでゲッタ8の存在を無視した場合の空間部の平均の電界であり、この場所にゲッタ8を持ってきた場合のa点の電界は、以下の2つの理由で更に強くなる。
1つは、ゲッタ部材の電気的特性によるマクロ的な電界増大(a点の電位が変わる)であり、もう1つはゲッタ8の形状的な電界増大効果(field enhancement effect)によるミクロ的な電界増大である。
【0141】
前者については、例えば、ゲッタ8及び支持体9が金属で、パネル厚方向においてフェースプレートとリアプレートの中間に位置するとすると、約2倍程度電界は増大する。
後者については、現実的な形状の仮定が難しいため具体的な見積りは避けるが、いわゆる微小突起(micro-protrusion)の存在を考慮すると、一般的に100倍程度の値をとることは珍しくない。
この形状効果による電界増大係数(field enhancement factor)は、表面処理によって軽減することは可能であるが、コスト的に不利になる。
【0142】
以上の説明より、ゲッタ8での放電は、a点での電界集中により引き起こされたと考えられる。
【0143】
これに対して、本発明の特徴である導電膜5を配置し、その電位を「電子源領域」の電位と同じ0Vとすると、図2(a)において、Lgの部分のみに電界が印加され、L2〜L5の部分は0Vとなり、上述のa点の電界も0となる。つまりこの構成の場合、「画像領域」外の耐圧は、図2(a)のLgの部分の沿面耐圧のみを考えればよい。
【0144】
この点が本発明の最大の特徴であり、導電膜5の外側の領域(図2(a)で導電膜5よりも左側)には、放電耐圧を気にすることなく、自由に構造物を配置することが可能となる。
【0145】
このように、前述した本発明の構成によれば、ゲッタ8などの構造体が配置された辺に限らず、他の3辺の「画像領域」外の実質的な耐圧も向上させることができる。
即ち、画像形成部材12と支持枠4との距離を短くでき、小型軽量化に効果があるとともに、支持枠4近辺の構成をラフにできる。具体的には、支持枠4とリアプレート1との接着剤のはみ出しなど、従来放電の源である可能性があった物に対しても、気を使う必要が無くなる。
【0146】
図2(b)においては、グランドに接続された端子15が導電膜5の当接部位6に接続されている。端子15は、Ag,Cu等の金属よりなるロッドである。
また、グランド接続配線をフェースプレート側に取り出すような構成であってもよい。
【0147】
図2(c)において、高電圧を導入するための端子18が画像表示領域12の当接部位7に接続されている。端子18は画像形成部材12(メタルバック)に高電圧(アノード電圧Va)を供給する。この端子18は、Ag,Cu等の金属よりなるロッドである。
また、高電圧配線をリアプレート側に取り出すような構成であってもよい。
【0148】
以下、表面伝導型電子放出素子について簡単に説明する。
【0149】
図3は、表面伝導型電子放出素子の構成の一例を示す模式図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は断面図である。
図3において、41は電子放出素子を形成するための基体、42,43は一対の素子電極、44は上記素子電極に接続された導電性膜、47は電子放出部45である。第2の間隙48は、後述するフォーミング処理などにより、導電性膜44に形成された間隙であり、45は後述する活性化処理などで形成したカーボン膜であり、46は一対のカーボン膜45の間の第1の間隙である。
【0150】
前記フォーミング工程は、上記一対の素子電極42,43間に電圧を印加することにより行う。印加する電圧は、パルス電圧が好ましく、図4(a)に示した同じ波高値のパルス電圧を印加する方法、図4(b)に示した、波高値を漸増させながらパルス電圧を印加する方法のいずれの方法を用いてもよい。なお、パルス波形は図示した三角波に限定されるものではなく矩形波等の他の形状であってもよい。
【0151】
フォーミング処理により第2の間隙48を形成した後、「活性化工程」と呼ぶ処理を行う。これは、有機物質の存在する雰囲気中で、上記素子にパルス電圧を繰り返し印加することにより、炭素又は炭素化合物を主成分とするカーボン膜45を、上記第2の間隙内及び/又はその周辺の導電成膜44上に堆積させるもので、この処理により素子電極間を流れる電流(素子電流If)、電子放出に伴う電流(放出電流Ie)ともに、増大する。
【0152】
このようなフォーミング工程及び活性化工程を経て得られた電子放出素子は、つづいて安定化工程を行うことが好ましい。この安定化工程は、真空容器内の特に電子放出部近傍の有機物質を排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプとイオンポンプからなる真空排気装置等を挙げることができる。
【0153】
真空容器内の有機物質の分圧は、上記の炭素又は炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で1.3×10-6Pa以下が好ましく、更には1.3×10-8Pa以下が特に好ましい。更に真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、80〜250℃、好ましくは150℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、1×10-5Pa以下が好ましく、更に1.3×10-6Pa以下が特に好ましい。
【0154】
安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維持することができる。
【0155】
このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素又は炭素化合物の堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに吸着したH2 O,O2 なども除去でき、結果として素子電流If,放出電流Ieが、安定する。
【0156】
このようにして得られた表面伝導型電子放出素子の、素子に印加する電圧Vfと素子電流If及び放出電流Ieの関係は、図5に模式的に示すようなものとなる。図5においては、放出電流Ieが素子電流Ifに比べて著しく小さいので、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニアスケールである。
【0157】
図5に示すように、本表面伝導型電子放出素子はある電圧(しきい値電圧と呼ぶ、図中のVth)以上の素子電圧Vfを印加すると急激に放出電流Ieが増加し、一方しきい値電圧Vth以下では放出電流Ieがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ieに対する明確なしきい値電圧Vthを持った非線形素子である。これを利用すれば、2次元的に配置した電子放出素子にマトリクス配線を施し、単純マトリクス駆動により所望の素子から選択的に電子を放出させ、これを画像形成部材に照射して画像を形成させることが可能である。
【0158】
次に、画像形成部材12として蛍光体を用いた場合における、蛍光体膜の構成の例を説明する。
【0159】
図6は、蛍光体膜を示す模式図である。蛍光体膜51は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成することもできる。カラー表示に用いる蛍光体膜の場合は、ブラックストライプ(図6(a))あるいはブラックマトリクス(図6(b))などと呼ばれる黒色部材52と、RGB3原色の蛍光体53とから構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリクスは、カラー表示の場合だけでなく、白黒表示の場合にも設ける場合があり、基本的に、コントラストを向上することを目的とする。カラー表示の場合は、上記コントラストの向上に加え、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体53間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることも目的とする。黒色部材52の材料としては、導電性を有するものを用いるのが好ましい。例えば、黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができる。
【0160】
フェースプレート11に蛍光体を塗布する方法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用できる。
【0161】
蛍光体からの発光輝度を稼ぐ場合(所謂、高加速電圧タイプの場合)には、蛍光体膜51の内面側(電子源側)には、導電性膜であるメタルバックが設けられる。上記メタルバックとしては、金属膜が好ましい。
【0162】
メタルバックを設ける目的は、蛍光体53の発光のうち内面側への光をフェースプレート11側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージから蛍光体53を保護すること等である。そのため、メタルバックとしては、アルミニウムを主成分とする膜であることが特に好ましい。
【0163】
メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その後、導電性膜を真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
【0164】
フェースプレート11には、更に、蛍光体膜51とフェースプレートとの間に透明電極を設けてもよい。この透明電極も、前記「画像形成部材」に含まれる場合がある。
【0165】
上述のような構成を有する本発明の画像形成装置(気密容器)100の内部は真空に維持され、配線(3−1,3−2)に走査信号と画像信号とを印加することで所望の電子放出素子から電子を放出させ、画像形成部材に高電圧を印加することにより、放出させた電子を画像形成部材に衝突させることで高輝度で安定な画像を長期に渡り形成することのできる画像形成装置やディスプレイを提供することができる。
【0166】
以下により詳細な例をもとに本発明の画像形成装置を説明する。
【0167】
(第1の実施形態)
以下、図1、図2、図7を参照しつつ本実施形態の画像形成装置(気密容器)の製造方法について説明する。
【0168】
本例においては、表面伝導型電子放出素子を、基板を兼ねるリアプレート上に複数形成し、マトリクス状に配線して電子源を形成し、これを用いて画像形成装置を作製した。以下に図7(a)〜7(f)を参照して、電子源の作製手順を説明する。
【0169】
(工程−a):洗浄した青板ガラスの表面に、0.5μmのSiO2 層をスパッタリングにより形成し、リアプレート1とした。続いて、画像形成部材12と支持枠4との間のフェースプレート上に配置する導電膜6に、グランド電位に接続するための端子15の導入のための直径4mmの円形の貫通孔(不図示)を超音波加工機により形成する。
【0170】
次に、リアプレート1上にスパッタ成膜法とフォトリソグラフィー法を用いて表面伝導型電子放出素子の素子電極21と22を形成する。材質は5nmのTi、100nmのNiを積層したものである。素子電極間隔は2μmとした(図7(a))。
【0171】
(工程−b):Agペーストを所定の形状に印刷し、焼成することによりY方向配線23を形成した。該配線は電子源領域の外部まで延長され、図1における電子源駆動用配線3−2となる。この配線23の幅は100μm、厚さは約10μmである(図7(b))。
【0172】
(工程−c):PbOを主成分とし、ガラスバインダーを混合したペーストを用い、同じく印刷法により絶縁層24を形成する。これは上記Y方向配線23と後述のX方向配線を絶縁するもので、厚さ約20μmとなるように形成した。なお、素子電極22の部分には切り欠きを設けて、X方向配線25と素子電極の接続をとるようにしてある(図7(c))。
【0173】
(工程−d):X方向配線25を上記絶縁層24上に形成する(図7(d))。方法はY方向配線23の場合と同じで、X方向配線25の幅は300μm、厚さは約10μmである。続いて、PbO微粒子よりなる導電性膜26を形成する。
【0174】
導電性膜26の形成方法は、配線23,25を形成した基板1上に、スパッタリング法によりCr膜を形成し、フォトリソグラフィー法により、導電性膜26の形状に対応する開口部をCr膜に形成する。
【0175】
続いて、有機Pd化合物の溶液(ccp−4230:奥野製薬(株)製)を塗布して、大気中300℃、12分間の焼成を行って、PdO微粒子膜を形成した後、上記Cr膜をウェットエッチングにより除去して、リフトオフにより所定の形状の導電性膜26とする(図3(e))。
【0176】
(工程−e):リアプレート1上に更に、PbOを主成分とし、ガラスバインダーを混合したペーストを塗布する。尚、その塗布領域は、上記素子電極21,22,X方向25及びY方向配線23、導電性膜26が形成された領域(図1の電子源領域2)以外であって、図1の支持枠4が当接する領域である。
【0177】
(工程−g):図1、図2に示すように、リアプレート1とフェースプレート11との間の隙間を形成するための支持枠4と、上記リアプレートとをフリットガラスを用いて接続する。ゲッタ8の固定もフリットガラスを用いて同時に行う。
【0178】
(工程−h):フェースプレート11を作製する。リアプレート1と同様に、SiO2 層を設けた青板ガラスを基体として用いる。超音波加工により、排気管接続用の貫通孔と、メタルバックに高電圧を印加するための端子18の導入のための貫通孔を形成する。続いて、印刷により端子18の当接部8と、これを後述のメタルバックを接続する配線とをAuにて形成する。更に、図6(a)に示す蛍光体膜51を構成するブラックストライプ52、続いて、ストライプ状の蛍光体53を形成し蛍光体膜51とした。その後、蛍光体膜51にフィルミング処理を行った後、この上に厚さ約20nmのAl膜を真空蒸着法により堆積し、焼成することによって、メタルバックを形成した。このように形成した画像形成部材12を図32に模式的に示す。図32に示したように、本実施形態の画像形成部材12の最外周は、導電性の黒色部材52(蛍光体膜51)の最外周によって規定される。そして、Alからなるメタルバックの面積は黒色部材52(蛍光体膜51)の面積よりも狭く、黒色部材(蛍光体膜)の内側に配置される。
【0179】
更に、前記メタルバックを取り囲み、そしてメタルバックとは接触しないように、Auペーストを印刷し、焼成してAuからなる導電膜5を形成する。導電膜5の幅は2mm、厚さは約100μm、メタルバックとの距離は20mmである。
【0180】
(工程−i):リアプレート1と接合部材で接合した支持枠4を、上記のフェースプレート11とフリットガラスを用いて接合する。導電膜5にグランド電位を印加するための端子15、メタルバックに高電圧を印加するための端子18及び排気管(不図示)の接合も同時に行う。端子15,18、はAgからなる棒状部材である。この工程により、容器100が形成される。
【0181】
なお、電子源の各電子放出素子と、フェースプレートの蛍光膜の位置が正確に対応するように、注意深く位置合わせを行う。
【0182】
(工程−j):容器100を、不図示の排気管を介して真空排気装置に接続し、容器100内を排気する。容器内の圧力が10-4Pa以下となったところで、フォーミング処理を行う。
【0183】
フォーミング工程は、X方向の各X方向配線(行方向配線:3−1,3−3)毎に順次図4(b)に模式的に示すような波高値の漸増するパルス電圧を印加して行った。尚、この時、Y方向配線(列方向配線:3−2)は全て0Vに設定した。X方向配線に印加するパルス間隔T1 は10sec.、パルス幅T2 は1msec.とした。なお、図示されていないが、フォーミング用のパルスの間に波高値0.1Vの矩形波パルスを挿入して電流値を測定して、電子放出素子の抵抗値を同時に測定し、1素子あたりの抵抗値が1MΩを越えたところで、その行のフォーミング処理を終了し、次の行の処理に移る。これを繰り返して、全ての行についてフォーミング処理を完了する。
【0184】
(工程−k):次に活性化工程処理を行う。この処理に先立ち、上記容器100を200℃に保持しながらイオンポンプにより排気し、圧力を10-5Pa以下まで下げる。続いてアセトンを容器100内に導入する。圧力は、1.3×10-2Paとなるように導入量を調整した。つづいて、X方向配線にパルス電圧を印加する。パルス波形は、波高値16Vの矩形波パルスとし、パルス幅は100μsec.とし、1パルス毎に125μsec間隔でパルスを加えるX方向配線を隣の行に切り替え、順次行方向の各配線にパルスを印加することを繰り返す。この結果各行には10msec.間隔でパルスが印加されることになる。この処理の結果、各電子放出素子の電子放出部近傍に炭素を主成分とする堆積膜が形成され、各素子に、電子放出部27が形成される(図7(f))。
【0185】
(工程−l):安定化工程として、容器内を再度排気する。排気は、容器100を200℃に保持しながら、イオンポンプを用いて10時間継続した。この工程は容器内に残留した有機物質分子を除去し、上記炭素を主成分とする堆積膜のこれ以上の堆積を防いで、電子放出特性を安定させるためのものである。
【0186】
(工程−m):容器を室温に戻した後、(工程−k)で行ったのと同様の方法で、X方向配線にパルス電圧を印加する。更に端子18を通じて、メタルバックに5kVの電圧を印加すると蛍光体が発光する。なお、このとき端子15をグランドに接続し、導電膜5の電位を0[V]とした。目視により、発光しない部分あるいは非常に暗い部分がないことを確認し、X方向配線及びメタルバックへの電圧の印加を止め、排気管を加熱溶着して封止する。続いて、高周波加熱によりゲッタ処理を行い、気密容器(画像形成装置)を完成する。
【0187】
以上のようにして製造された画像形成装置のメタルバックに5kVを印加し、同時に導電膜5に0Vを印加し、そして選択する電子放出素子にの一方に接続するX方向配線に順次14Vを印加し、残る一方に接続するY方向配線に0Vを印加して線順次走査して画像を表示させたところ、輝度の高く、かつ放電の無い良好な画像を表示することができた。また、本実施形態の画像形成装置においては、画像形成部材12を導電膜5で完全に取り囲んでいるので、画像形成部材12と支持枠4との距離を短くでき、画像形成装置として、「画像表示領域」の占める割合を非常に高くすることができたと同時に、軽量化することができた。
【0188】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について、図8を参照して説明する。
図8は、第1の実施形態の図1に相当し、本実施形態の画像形成装置の構成の一例を模式的に示す平面図で、フェースプレート上方から見た場合の構成を示す。
以下、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【0189】
5は本発明の特徴部分である導電膜であり、フェースプレートの内面に実質的に4角形状を有する画像形成部材12の周りのうち、ゲッタ8がある1辺のみに形成されている。
【0190】
このように、構造物(ゲッタ8ゲッタ支持部材9)を導電膜の画像形成部材側端部と支持枠4との間に配置した。
【0191】
以上のようにして製造された画像形成装置は、輝度の高く、かつ放電の抑制された良好な画像を表示することができた。
【0192】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について、図1、図6、図9、図22(a)、図22(b)を用いて説明する。ここでは第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。本実施形態の画像形成装置を、フェースプレート上方から見た場合の構成は、第1の実施形態と同様に図1で示される。
また、画像形成部材12の構成も第1の実施形態と同様に、図6に示される。
【0193】
図9は、本実施形態における、図1のA−A'の線に沿った断面の構成を示す模式図である。図22(a),図22(b)は、本実施形態のフェースプレートの作製工程を説明するための模式図である。
【0194】
第1の実施形態と異なるのは、導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12の最外周を形成する導電性の黒色部材52との間に露出するフェースプレート4の表面に、帯電を抑制する目的で、第2の導電性膜14を配置した点である。
【0195】
第2の導電性膜14の材質は、所定のシート抵抗値が得られ、十分な安定性を有するものであれば特に限定されない。例えばグラファイト粒子を適当な密度で分散させた膜が適用できる。この膜は十分薄いので画像形成部材12のメタルバック上に形成されても、蛍光体に到達して発光に寄与する電子の数を減らすほどの悪影響は実質的にない。
【0196】
本実施形態のフェースプレートは、まず、実施形態1で説明した工程(h)と同様の工程によって、図22(a)に示す様に、画像形成部材12を形成し、更に、導電膜(第1の導電性膜)5を画像形成部材12を囲むように閉ループ状(1本の連続した導電膜の両端を接続した構成)に形成した。導電膜5は、支持枠4と画像形成部材12との間に、双方から間隔を置いて形成した。
【0197】
続いて、第2の導電性膜14を形成した(図22(b))。ここで、第2の導電性膜14は、前記画像形成部材12と導電膜(第1の導電性膜)5との間を埋めるように配置した。導電性膜14は、本実施形態においては、カーボン粒子分散液をスプレーコート、乾燥して第2の導電性膜14を形成した。本実施形態においては、第2の導電性膜14のシート抵抗値が1011Ω/□程度となるように形成した。
【0198】
上記工程により、画像形成部材12(導電性の黒色部材52)と導電膜(第1の導電性膜)5とが第2の導電性膜14を介して接続される。第2の導電性膜14は、画像形成部材12及び導電膜(第1の導電性膜)5の一部を覆うように配置することが、電気的接続を確実にする観点で好ましい。また、本実施形態では、画像形成部材12と導電膜(第1の導電性膜)5との間隙を第2の導電性膜14によって完全に被覆し、絶縁体であるフェースプレートの表面が露出しないようにした。このように、画像形成部材12と導電膜(第1の導電性膜)5との間隙に存在するフェースプレート4の表面を第2の導電性膜14に実質的に全て被覆することが、画像表示領域(画像形成部材)と導電膜5(第1の導電性膜との距離をより一層小さくする上で特に好ましい。
【0199】
本実施形態の画像形成装置のメタルバックに10kVを印加し、導電膜(第1の導電性膜)5に0Vを印加し駆動したところ、非常に高輝度で安定な画像を長期に渡って表示できた。また、上記導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12との距離を10mmまで縮めても、放電の無い、良好な画像を表示することができた。
【0200】
本実施形態の第2の導電性膜14によって、実質的に沿面耐圧を向上させることができたのは、以下のように説明される。
【0201】
電子源を用いた画像形成装置においては、電子線の一部が、画像表示領域内より散乱されて、または直接画像領域外の真空容器内壁に衝突し、2次電子を放出させてチャージアップが進み放電にいたる場合がある。
【0202】
導電性膜14は、導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12との間隙に露出するフェースプレート4の表面のチャージを逃がす効果があり、そのため上記導電膜5と画像形成部材12との間の沿面耐圧を向上させることができたと考えられる。
【0203】
また、実施形態1のフェースプレート構造(図22(a))では、導電膜5と画像形成部材12との間に露出するフェースプレート表面の電位は、画像形成部材12の電位や、導電膜5の電位や、フェースプレートと対向するリアプレートの表面電位や、フェイスプレート裏面(画像形成部材12が配置されていない側の面)の電位の影響を受ける場合がある。その場合、画像形成部材12と導電膜5との間に露出するフェイスプレート表面における電位分布は、等分割されずに電界集中する個所が生じる場合がある。
【0204】
そこで、本実施形態のように、高抵抗な第2の導電性膜14を設けることで、画像形成部材12と導電膜5との間で微小電流が流れ、第2の導電性膜14の抵抗値により電圧降下を起こすことができる。その結果、画像形成部材12と導電膜5の間の電位が規定され、対向するリアプレートの電位やフェイスプレート裏面の電位などの影響を小さくすることができる。従って、導電膜5と画像形成部材12との沿面耐圧を向上させることができる。
【0205】
第2の導電性膜14のシート抵抗値は大きすぎると上記効果が少ないので、ある程度の導電性が必要であるが、逆に抵抗値が小さすぎると画像形成部材12と導電成膜5の間に流れる電流が大きくなり、消費電力を増加させてしまう。そこで、上記効果を損なわない範囲で抵抗を大きくする必要がある。画像形成装置の形状にもよるが、シート抵抗値が107 以上1014Ω/□以下の範囲が好ましい。
【0206】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態について、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。本実施形態の画像形成装置の構成は、基本的に第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と異なるのは、導電膜5への電位の与え方で、第1の実施形態では電子源に印加する電位のうち最も低い電位と同じ0Vだったのに対し、本実施形態では、電子源領域の電位(0V)と画像形成部材12の電子加速電圧Va(メタルバックに印加する電位Va[V])の間の任意の電位を与える。
【0207】
即ち、電子加速電圧Va(画像形成部材に印加する電位と電子源領域に印加する電位との差)を、画像形成部材12と導電膜5との間の電圧と、導電膜5と電子源領域2との間の電圧とに、任意の割合で分配する。このとき、導電膜5と電子源領域2との間の電圧に比べ、画像形成部材12と導電膜5との間の電圧が大きくなるようにすることで、全体としての耐圧向上を図るという構成である。これは、前述のように、フェースプレート上に導電膜5を形成し、画像形成部材に印加される電位よりも低い電位(具体的には電子源領域に印加される電位)に設定することで、画像領域外に配置される構造物に印加される電位を実効的に弱めることができるためである。
【0208】
本実施形態の構成の場合、導電膜5の電位を0Vにした場合と比べ、画像形成部材12と導電膜5との間の電位差が小さくなるため、電界強度も小さくなり、図2(a)中のLgをその分だけ小さくすることが可能とる。
【0209】
具体的には、本実施形態において、導電膜5の電位を1/2Vaとしたところ、Lgは、10mmまで小さくすることができ、第1の実施形態と同様、放電の抑制された良好な画像表示を実現できた。
【0210】
導電膜5への電位は、不図示の外付けの抵抗分割回路を通して、画像形成部材への電源より供給される。または、容量分割回路を通して供給されたり、別電源より供給されてもよい。
【0211】
また第3の実施形態と同様、画像形成部材12と導電膜5との間に、帯電を抑制する第2の導電性膜14を設けると、更にLgを小さくすることができ、小型軽量化に効果がある。
【0212】
また、導電膜5と電子源領域間のフェースプレート(図2(a)中のL2)、支持枠(図2(a)中のL3)、リアプレート(図2(a)中のL4とL5)上に、前記第2の導電性膜14と同様にして、高抵抗な第3の導電性膜を設けると、L2〜L5間の距離を小さくすることができ、更に小型軽量化に効果がある。この場合、ゲッタなどL2〜L5間に配置された構造物にも、前記第2の導電性膜と同様に高抵抗な第4の導電性膜を被覆するとより効果的である。
【0213】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態について、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。
図10は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレートの上半面を取り除いた図となっている。 図11は、図10のD−D'の線に沿った断面の構成を示す模式図である。
【0214】
第1の実施形態の図1と異なる点は、スペーサ101とスペーサ支持体102である。その他の部材は、図1と同様である。
スペーサ101は、画像形成装置の大型化、あるいはフェースプレート11及びリアプレート1の薄型化に伴い必要となる場合がある。
【0215】
また、スペーサ101は、上述したとおり、高電界が印加される「画像領域」内に配置されるため、スペーサ表面を伝わって起こる放電を抑制用にさまざまな手法が用いられる
【0216】
本実施形態におけるスペーサ101は薄いガラス板を材料としており、予め表面に帯電を抑制する導電性膜を成膜し、アルミナ製のスペーサ支持体102と無機接着剤で接着された後、第1の実施形態の(工程−i)の工程で、フリットガラスを用い、リアプレート、フェースプレートなどと共に接合される。
【0217】
この構成において製造された画像形成装置は、スペーサ支持体102の形状に関わらず、輝度の高く、かつ放電の無い良好な画像を表示することができた。
【0218】
この理由としては、第1の実施形態のゲッタ部分の耐圧向上と全く同様に説明できる。即ち、スペーサ支持体102に印加される電界が極力抑えられたためである。
【0219】
また、第1の実施形態に対する第2〜第4の実施形態のような構成も、本実施形態に対しても全く同様に適応できるのは言うまでもない。
具体的には、▲1▼「画像領域」外に構造物が無い辺に対しては導電膜5を形成しなかったり、▲2▼導電膜5と画像形成部材12の間に高抵抗な第2の導電性膜14を成膜したり、▲3▼導電膜5の電位を画像形成部材12に印加する電位と「電子源領域」に印加する電位の間の任意の値に規定する構成である。
【0220】
▲2▼の場合には、画像形成部材12と導電膜5との間のフェースプレート上に、チャージアップを抑制するための高抵抗な第2の導電性膜を設けると、小型軽量化に効果がある。また、導電膜5と電子源領域との間に高抵抗な第3の導電性膜を設けると、同様に小型軽量化に効果がある。更には、スペーサ支持体102などの「画像領域」と支持枠との間に配置された構造体にも高抵抗な第4の導電性膜を設けるとより効果的である。
【0221】
(第6の実施形態)
本実施形態で作製した画像形成装置について、図21、図23、図24を用いて説明する。
図23は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート上方から見た場合の構成を示す。この図23は、便宜上フェースプレートの上半面を取り除いた図となっている。図21は本実施形態で作製した画像形成装置(気密容器100の斜視図)であり、説明の都合上、構成部材の一部を除去して示している。
【0222】
各図において、同一の符号を用いた部材は、同一の部材を指す。11はガラスからなるフェースプレート、12は蛍光膜20とメタルバック19とからなる画像形成部材、4は支持枠、1はリアプレート、2は電子源領域、101はスペーサ、3―1、3-2、3-3は取り出し配線である。8はゲッタ9を保持する保持部材であり、7はメタルバック19に電位を供給するための端子を接続させるための接続部である。
【0223】
5は本発明の特徴部分である導電膜である。導電膜5は低抵抗な膜であり、画像形成部材12の外周を完全に包囲し、閉ループ(1本の連続した導電膜の両端を接続した構成)とした。6は導電膜5に所望の電位を供給するための端子を接続させるための接続部である。
【0224】
また、図24に示すように、スペーサの長手方向の長さは、画像形成部材の前記スペーサの長手方向における長さよりも長い。また、スペーサ101の端部110は、導電膜5と支持枠4との間に配置される。つまり、スペーサの端部110が、導電膜5の画像形成部材12側の端部を通り、フェースプレートの主面(画像形成部材が配置された主面)に実質的に垂直な線(図中の1点鎖線)と支持枠4の内周との間に配置した。
【0225】
電子源領域2には、電子放出素子が複数配置されており、電子放出素子の各々は、行方向配線(3−1,3−3)と、列方向配線(3−2)とに接続されており、一方の配線に14V、残る一方の配線に0Vを印加することで所望の電子放出素子から選択的に電子を放出することができる。本実施形態においては、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた。
【0226】
本実施形態におけるスペーサ101は、板状のガラスからなるスペーサ基体の表面に高抵抗な導電性膜を成膜したものを用いた。本実施形態のスペーサ101は、画像領域外において、リアプレート1に接合剤によって固定されている。
【0227】
図24は、図23のD−Dの線に沿った断面の構成を示す模式図である。
本実施形態の画像形成装置(気密容器)100のメタルバック19の電位を9kV、導電膜5の電位を0Vに設定し駆動したところ、スペーサ101の端部110の形状に関わらず、輝度が高く、かつ放電の無い良好な画像を長期に渡り表示することができた。
【0228】
この理由は、導電膜5に画像形成部材に印加された電位よりも低い電位を印加したため、スペーサ101の端部110に印加される電界強度が非常に低減されたためである。本実施形態では、電子放出素子から電子を放出させるために、行方向配線(3−1,3−3)に14Vを印加し、列方向配線(3−2)に0Vを印加した。そのため、本実施形態では、電子源領域に印加される電位と同じ0Vを導電膜5に印加することで、スペーサ101の端部110に印加される電界強度を低減した。
【0229】
尚、本実施形態や他の実施形態においても、スペーサ101の端部は、図24に示す様に、リアプレート1及びフェースプレート11に対し、実質的に垂直な端面をもつ形態で例示した。
【0230】
しかしながら、本発明は、図25に示すように、スペーサ端部110が、リアプレート1及びフェースプレート11に対し、斜めである場合にも好ましく適用可能である。
【0231】
図25のように、スペーサ端部110が、斜めである場合は、少なくとも、リアプレート側の端部111が、導電膜5の画像形成部材12側の端部を通り、フェースプレートの主面(画像形成部材が配置された主面)に実質的に垂直な線(図中の1点鎖線)と支持枠4の内周との間に配置されていれば本発明の効果は得られる。
【0232】
(第7の実施形態)
本実施形態で作製した画像形成装置について、図26(a)、図26(b)、図26(c)、図29(a)により具体的に説明する。本実施形態においては、画像表示領域が16:9の長方形のディスプレイを作製した。
【0233】
図26(a)は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート11上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレート11の下半面を取り除いた図となっている。図26(b)は図26(a)のA−A'における断面模式図である。図26(c)は、図26(a)のB−B'における断面模式図である。図29(a)は、フェースプレート11を電子源領域側から見た模式図である。
【0234】
各図において、1はリアプレート、2は電子源領域、3−1,3−2は電子源領域に配置された各電子放出素子に接続される配線、4は支持枠(支持枠とフェースプレートとの接合領域)、5は導電膜、6は導電膜に所望の電位を供給するための接続部、11はフェースプレート、12はフェースプレート上に配置された画像形成部材、101はスペーサ、110はスペーサ端部である。
【0235】
画像形成部材12は、図29(a)に示す様に3原色(R,G,B)の各色蛍光体と導電性の黒色部材とからなる蛍光体膜と、蛍光体膜上(電子源領域側)に配置したアルミからなるメタルバック(図中の斜線領域)とから構成した。更に、メタルバックの電子源領域側の表面には、ゲッタ材を配置した。また、1点鎖線で囲まれた領域は、支持枠4(接合材)とフェースプレート11との接合部を示す。
【0236】
本実施形態においては、電子放出素子として図13に示したスピント型と呼ばれる電界放出素子(spindt type field emitter)を用いた。図26(a)における行方向配線3−1がゲート電極3014に接続させ、列方向配線3−2がカソード電極3011に接続させた。3013は絶縁層であり、3012はMoからなるエミッター電極である。
【0237】
スペーサ101は、板状のガラスからなる基体に高抵抗な導電性膜を被覆したものを用いた。また、スペーサの長手方向の長さは、画像形成部材12の前記スペーサの長手方向における長さよりも長い。導電膜5は低抵抗な膜であり、画像形成部材12の外周を完全に包囲し、閉ループ(1本の連続した導電膜の両端を接続した構成)とした(図29(a)参照)。そして、図26(b)に示す様に、スペーサの長手方向の端部110は、導電膜5の画像形成部材12側の端部と支持枠4との間に配置した。
【0238】
本実施形態においては、図29(a)に示す様に、導電膜5は、支持枠4(接合材)とフェースプレート11との接合部と重なるように配置し、長方形状の閉ループ(1本の連続した導電膜の両端を接続した構成)としている。より具体的には、支持枠4(接合材)とフェースプレートとの接合領域が、導電膜5の領域内に全て収まるようにした。そして、長方形の短辺に相当する箇所の導電膜の幅を、長方形の長辺に相当する箇所の導電膜の幅よりも広くしている。また、長方形の短辺に相当する箇所の導電膜5の幅は、支持枠とフェースプレートとの接合部の幅よりも広く設定してある。
【0239】
このようにすることで、図26(b)、図29(a)に示す様に、スペーサの長手方向の端部110が、導電膜5の画像形成部材側の端部と支持枠4との間に配置されるようにした。更に、本実施形態の導電膜5の画像形成部材側の端部は、全て、気密容器100の真空領域(内部)に露出するようにしている(図26(b),図26(c))。
【0240】
支持枠4とリアプレート1とは、フリットガラスなどの接合材により接合した。また、フェースプレート11と支持枠4との接合部に、導電膜5を配置してあるので、支持枠4と、フェースプレート上に予め配置された導電膜5との間に接合材を配置して、支持枠とフェースプレートとの接合を行なった。尚、ここでは、接合材と導電膜5とを別部材により構成したが、導電性を有する接合材を図26(a)〜図26(c)、図29(a)に示したパターンでフェースプレート上に配置しておくこともできる。このようにすれば、接合材と導電膜5とを同一プロセスで形成できるので更に好ましい。導電性を有する接合材としては、例えばフリットガラスに導電性のフィラーを混合したものや、インジウムなどの、200℃以下の融点をもち且つ真空をシールする機能を有する金属を用いることができる。
【0241】
本実施形態において、メタルバック上に形成するゲッタは、Baを用いた。Baゲッタは蒸発型であるため、メタルバック上へのゲッタ材の被膜は、フェースプレートとリアプレートとが接合される前に、真空雰囲気中で行なった。そして、ゲッタ被覆に続き、真空中で、フェースプレートとリアプレートとの接合(封着工程)を行ない気密容器100を形成した。
【0242】
本実施形態の画像表示装置のメタルバックに10kVを印加し、導電膜5に接続部6を介して0Vを印加して駆動した。電子源領域に配置された電子放出素子のうち、電子を放出させたい素子には、行方向配線3−1に、走査信号として順次−7Vを印加し、それに同期させて、列方向配線3−2に、変調信号として+7Vを印加した。このようにして、所望の画像を線順次駆動により表示したところ高輝度で、安定な画像が、長期に渡って得られた。また、スペーサの端部110における放電と見られる現象は観測されなかった。
【0243】
(第8の実施形態)
本実施形態で作製した画像形成装置について、図27(a)、図27(b)、図27(c)により具体的に説明する。図27(a)は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート11上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレート11の下半面を取り除いた図となっている。図27(b)は図27(a)のA−A'における断面模式図である。図27(a)は、図27(a)のB−B'における断面模式図である。
【0244】
本実施形態の画像形成装置の構成は、導電膜5のパターンを除いて実施形態7で作製した画像形成装置と同一である。ここでは、導電膜5のパターンについてのみ説明する。
【0245】
本実施形態では、実質的に長方形状の導電膜5のうち、短辺に相当する導電膜5を2本のラインに変更している。そして、画像形成部材12側に位置する導電膜の端部と支持枠4との間に、スペーサの端部110が配置されるようにした。
【0246】
本実施形態の画像形成装置を第7の実施形態と同様にして駆動したところ、高輝度で、安定な画像が、長期に渡って得られた。また、スペーサの端部110における放電と見られる現象は観測されなかった。
【0247】
(第9の実施形態)
本実施形態で作製した画像形成装置について、図28(a)、図28(b)、図28(c)、図29(b)により具体的に説明する。図28(a)は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート11上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレート11の下半面を取り除いた図となっている。図28(b)は図28(a)のA−A'における断面模式図である。図28(c)は、図28(a)のB−B'における断面模式図である。図29(b)は、本実施形態のフェースプレート11を電子源領域側から見た模式図である。
【0248】
本実施形態の画像形成装置の構成は、画像形成部材12のパターンを変更した点を除いて、第7の実施形態で作製した画像形成装置と同一である。ここでは、画像形成部材12のパターンについてのみ説明する。
【0249】
本実施形態では、画像形成部材12を実施形態7と同様に実質的に長方形状とした。しかし、更に、本実施形態では、その4隅を円弧状とした。これは、導電膜(第1の導電性膜)5に対し、画像形成部材12の4つの隅(コーナー部)が鋭角(例えば直角)であると、この角に電界が集中し、導電膜5との間で放電が起こることを抑制するためのものである。本実施形態では、画像形成部材12を構成する導電性の黒色部材52(図29(b)参照)の外周が画像形成部材12の外周となるので、導電性黒色部材の4隅を円弧状とした。
【0250】
本実施形態の画像形成装置を第7の実施形態と同様にして駆動したところ、高輝度で、安定な画像が、長期に渡って得られた。また、スペーサの端部110における放電、及び導電膜と画像形成部材間の放電と見られる現象は観測されなかった。
【0251】
(第10の実施形態)
本実施形態で作製した画像形成装置について、図30(a)、図30(b)、図30(c)、図31により具体的に説明する。図30(a)は、本実施形態の画像形成装置(気密容器)100の構成を模式的に示す平面図で、フェースプレート11上方から見た場合の構成を示し、便宜上フェースプレート11の下半面を取り除いた図となっている。図30(b)は図30(a)のA−A'における断面模式図である。図30(c)は、図30(a)のB−B'における断面模式図である。図31は、本実施形態のフェースプレート11を電子源領域側から見た模式図である。
【0252】
本実施形態の画像形成装置の構成は、第9の実施形態で作製したフェースプレート(図29(b)参照)の導電膜(第1の導電性膜)5と画像形成部材12との間に高抵抗な第2の導電性膜14を配置した(図31参照)。この差異以外は実施形態9で作製した画像形成装置と同一である。ここでは、フェースプレートの構造についてのみ説明する。
【0253】
本実施形態では、画像形成部材12を構成する導電性の黒色部材と、導電膜(第1の導電性膜)5との間隙に露出したフェースプレート11の表面(図29(b)参照)を高抵抗な第2の導電性膜14によって埋めた。この第2の導電性膜14は、黒色部材の一部と、導電膜(第1の導電性膜)5の一部を覆うことで、黒色部材と導電膜5との間を接続している(図30(b)、図30(c)、図31)。このように、本実施形態のフェースプレート11の支持枠が接合される領域の内側に位置する表面の全てが、抵抗の異なる複数の導電性膜で被覆されており、絶縁性の部材は一切露出していない。つまり、フェースプレート11の支持枠が接合される領域の内側の表面は、全て電位が規定される。このため、フェースプレート内面の電位が制御され、安定な電界を形成することができる。
【0254】
本実施形態では、第2の導電性膜14として、カーボン粒子が分散した液体をスプレーコート後、乾燥して第2の導電性膜14を形成した。本実施形態においては、第2の導電性膜14のシート抵抗値が1011Ω/□となるように形成した。
【0255】
本実施形態の画像形成装置を実施形態9の画像形成装置と同様にして駆動したところ、高輝度で、安定な画像が、長期に渡って得られた。また、スペーサの端部110における放電と見られる現象は観測されなかった。そして、実施形態9の画像形成装置に比べて、表示領域の面積は同じであるが、支持枠4と画像形成部材12との距離を更に短くできたため、画像形成装置としてより軽量で、コンパクトなサイズを達成することができた。更には、第9の実施形態の画像形成装置よりも高い電位をメタルバックに印加しても、スペーサの端部110における放電と見られる現象は観測されなかった。
【0256】
【発明の効果】
本発明によれば、画像領域外の放電を抑制し、高輝度で良好な画像の形成が長期に渡り安定に行なえ、且つ、安価で画像形成領域の占める割合が大きく軽量な大画面の画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の主要構成を示す概略平面図である。
【図2】図1の実線A−A'、B−B'、C−C'に沿った概略断面図である。
【図3】本発明に使用した表面伝導型放出素子の模式図である。
【図4】本発明に使用した表面伝導型放出素子の電子放出部形成の際に用いるパルス電圧の波形を示す特性図である。
【図5】本発明に使用した表面伝導型放出素子の典型的な電気特性を示す特性図である。
【図6】本発明の画像表示装置の画像形成部材の構成を示す模式図である。
【図7】第1の実施形態の画像表示装置の製造工程の一部を示す概略平面図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置の主要構成を示す概略平面図である。
【図9】本発明の第3の実施形態に係る画像形成装置の主要構成を示す概略平面図である。
【図10】本発明の第5の実施形態に係る画像形成装置の主要構成を示す概略平面図である。
【図11】図10の実線D−D'に沿った概略断面図である。
【図12】従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示す概略平面図である。
【図13】従来知られたFE型素子の一例を示す概略断面図である。
【図14】従来知られたMIM型素子の一例を示す概略断面図である。
【図15】従来の画像形成装置のゲッタ部分近傍を示す概略断面図である。
【図16】従来の画像形成装置のスペーサ支持部近傍を示す概略断面図である。
【図17】従来の画像形成装置の模式的斜視図である。
【図18】本発明の課題を説明するための模式図である。
【図19】本発明の課題を説明するための別の模式図である。
【図20】従来の別の画像形成装置の模式的斜視図である。
【図21】本発明の画像形成装置の一例の模式的斜視図である。
【図22】本発明の画像形成装置のフェースプレートの一例の模式図である。
【図23】本発明の画像形成装置の一例の模式図である。
【図24】本発明の画像形成装置の一例の断面模式図である。
【図25】本発明の画像形成装置の一例の断面模式図である。
【図26】本発明の画像形成装置の一例の模式図及び断面模式図である。
【図27】本発明の他の画像形成装置の一例の模式図及び断面模式図である。
【図28】本発明の他の画像形成装置の一例の模式図及び断面模式図である。
【図29】本発明の画像形成装置のフェースプレートの一例の模式図である。
【図30】本発明の他の画像形成装置の一例の模式図及び断面模式図である。
【図31】本発明の画像形成装置のフェースプレートの一例の模式図である。
【図32】本発明の画像形成装置の画像形成部材の一例の模式図である。
【符号の説明】
1:リアプレート
2:電子源領域
3:電子源駆動用配線
4:支持枠
5:導電膜(第1の導電性膜)
6:グランド端子当接領域
7:高圧端子当接領域
8:ゲッタ
9:ゲッタ支持体
11:フェースプレート
12:画像形成部材
14:第2の導電性膜
101:スペーサ
102:スペーサ支持部材
103:フリット

Claims (11)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板と間隔を置いて配置された第2基板と、
    前記第1基板の主面と前記第2基板の主面との間の空間を減圧状態に保持するために前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記空間を囲む、実質的に四角形状の内周を有する支持枠と、
    前記空間内の前記第1基板の主面上に配置された複数の電子放出素子と、
    前記複数の電子放出素子と対向するように、前記空間内の前記第2基板の主面上に配置され、実質的に四角形状の外周を有する画像形成部材と、
    前記第1基板と前記第2基板との間隔を保持するために、前記空間内に配置されたスペーサと、
    前記空間内の前記第2基板の主面上に、前記画像形成部材と間隔を置いて前記画像形成部材の4辺を囲むように配置され、前記画像形成部材に印加される電圧よりも低い電圧が印加される第1の導電性膜とを有する画像形成装置であって、
    前記スペーサは、前記画像形成部材を横切り、その両端部が、前記第1の導電性膜の前記画像形成部材側の端部で囲まれた領域を除く、前記端部と前記支持枠内面との間に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記第2基板の主面上において、前記画像形成部材の任意の点と、前記第2基板の主面の外周を構成する任意の点とを結ぶ線上に、必ず前記第1の導電性膜が配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第1の導電性膜に印加される電位は、実質的にグランド電位であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記電子放出素子は、前記減圧状態に保持された空間外に配置された駆動回路と、配線を介して接続されており、該配線に印加される電位と、前記第1の導電性膜に印加される電位とが実質的に同じであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記第1の導電性膜は、前記支持枠と前記第2基板との接合部に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記第1の導電性膜は、導電性の接合部材であることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記スペーサは、導電性を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記スペーサは、前記空間内の、前記画像形成部材及び前記電子放出素子が配置されていない領域において、接合部材により固定されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  9. 前記スペーサは、前記画像形成部材が配置されていない領域の前記第2基板上、及び/又は前記電子放出素子が配置されていない領域の前記第1基板上に、支持部材を介して固定されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記画像形成部材は、蛍光体と該蛍光体を取り囲む黒色部材とを含む蛍光体膜と、該蛍光体膜を被覆する導電性膜とを含み、前記画像形成部材の外周が、前記黒色部材により規定されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記画像形成部材は、蛍光体と該蛍光体を取り囲む黒色部材とを含む蛍光体膜と、該蛍光体膜を被覆する導電性膜とを含み、前記画像形成部材の外周が、前記蛍光体膜を被覆する導電性膜により規定されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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