JP3908708B2

JP3908708B2 - 画像形成装置の駆動方法

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Publication number: JP3908708B2
Application number: JP2003329997A
Authority: JP
Inventors: 芳樹石塚
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005100688A

Description

本発明は、電子放出源を内蔵した画像形成装置の駆動方法に関する。

多数の冷陰極素子からなるマルチ電子源を有する画像表示装置において、画像を表示する際に画像の一部を構成するための素子としては使用されない素子を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。画像構成に寄与しない素子は、真空排気処理の終点を検出するために用いられ、実際に画像を構成する際には駆動しない。画像構成に寄与しない素子を駆動させ、その特性から十分に真空排気が行なわれたと判断された時点で、真空排気系と切り離すプロセスである。

また、素子形成プロセスの安定化を確認する目的で、画像形成に寄与しない素子を形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、画像形成に寄与する素子を形成する前に、画像形成に寄与しない素子の形成を試みる。正常に形成されたことを確認した後、画像形成に寄与する素子を形成することでプロセスの安定化を実現している。

いずれの場合も、画像形成に寄与しない素子は、画像表示装置の製造工程におけるプロセスモニターとしての役割を担っているのみであり、画像を表示する際の積極的な活用は意図されていない。

なお、表面電動型電子源を用いた画像形成装置においては、長時間にわたって安定な明るさを実現するために、蛍光体および電子源特性の長時間安定性が必要とされる。例えば、素子表面と雰囲気との相互作用による特性不安定性を除去することによって、素子の表面状態の安定性を高めることが可能となるものの、そのための有効な手段は未だ得られていないのが現状である。
特開２０００−２４３２７９号公報特開２０００−２４３２６０号公報

本発明は、長時間安定して画像形成装置を駆動する方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の駆動方法は、アノードが形成されたアノード基板、前記アノード基板に離間対向し、電子源が形成された電子源基板、および前記アノード基板と前記電子源基板との間に介在する枠体により囲まれた空間の真空度を保持する画像形成装置の駆動方法であって、前記アノードは、蛍光体を有する第１のアノードと、前記第１のアノードとは電気的に独立して配置された金属からなる第２のアノードとを含み、前記電子源は、前記第１のアノードに電子を放出する第１の電子源と前記第２のアノードに電子を放出する第２の電子源とを含み、前記第１のアノードおよび前記第１の電子源に各々電圧を印加し、前記第１の電子源から前記第１のアノードに電子を放出することにより前記第１のアノードの蛍光体を発光させて画像を形成する工程と、前記第２のアノードおよび前記第２の電子源に各々電圧を印加し、前記第２のアノードから前記第２の電子源に向かう電界を生じさせ、前記第２の電子源から放出された加速電子が雰囲気に残留するガスと反応して、前記第２のアノードと前記第２の電子源との間にイオンを生じさせ、前記イオンを前記第２の電子源に向かう方向に加速して前記第２の電子源に打ち込み、前記イオンを吸着する工程とを具備し、前記第２のアノードに印加する電圧は、前記第１のアノードに印加する電圧よりも小さいことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、長時間安定して画像形成装置を駆動する方法が提供される。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明者らは、画素を形成するための電子源（第１の電子源）とは別にダミーの電子源（第２の電子源）を形成し、このダミー電子源を駆動することによって、雰囲気の安定性が高められることを見出した。ダミー電子源駆動のタイミングとしては、画像電子源駆動の事前排気でもよいし、駆動中の真空度維持としての位置付けでもよい。ダミー電子源の駆動により、次のように雰囲気の安定化が達成される。まず、パネル内に残存するガス成分のうち、素子と反応する成分が事前に除去される。さらに、ダミー電子源に対応するアノード面に高電圧を印加して駆動することによって、アノードへの放出電流と雰囲気成分とが反応してガスがイオン化され、それが高電界により打ち込まれる。このイオン打ち込み効果によって、真空度が改善される。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の概略を表わす断面図を、図１に示す。図示するように、電子源基板３とアノード基板６とは、枠体７を介して離間して配置される。図１中、参照符号８はガードリングを示している。アノード基板６には、図２の平面図に示されるように、画素を形成するための蛍光体を有する第１のアノード５ａと、この外側の領域に形成された第２のアノード５ｂとが設けられる。図示する例においては、第２のアノード５ｂは、第１のアノード５ａの外側の領域に設けられているが、必ずしもこれに限定されるものではない。第２のアノードは、画像形成には寄与しないので蛍光体は設けられておらず、第１のアノード５ａとは、電気的に独立している。不要な発光を避けるため、さらに、真空内での余分なガス源となるのを防止するために、第２のアノードは金属により構成される。こうした第１および第２のアノードに対応して、電子源基板３には、第１および第２の電子源２ａ，２ｂが設けられている。すなわち、第１の電子源２ａから第１のアノード５ａに電子が放出され、第２の電子源２ｂからは第２のアノード５ｂに電子が放出される。

第２の電子源はダミー素子ということができ、本発明の実施形態においては、このダミー素子が有効画素領域の外側に形成される。第１の電子源である画素素子が配置された有効領域の外側にダミー素子を形成することによって、図１，図２に示したように、蛍光体アノード（第１のアノード）５ａとは独立して、第２のアノード５ｂを配置できることから、アノード材質の選定および印加電圧の自由度が大きくなる。

図３には、本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の上面からの透視図を示す。蛍光体を有する第１のアノード５ａの外側の領域に、蛍光体なしの第２のアノード５ｂが配置されている。第１および第２のアノード５ａ，５ｂに対応して、電子源基板には第１および第２の電子源２ａおよび２ｂが設けられることが、図３に示されている。

第１および第２の電子源は、同一構造であっても異なる構造であってもよい。図４に、一般的な電子源を概略的に表わす平面図を示し、その電子源のＡ−Ａ線に沿った断面図を図５に示す。また、図６は図４、図５に示す電子源において利用可能な電子放出膜の一例を示す断面図であり、図４のＡ−Ａ線に沿った断面構造に対応している。

図４および図５に示す電子源は、基板１０と、基板１０上に形成された電極１１ａ，１１ｂと、電極１１ａ，１１ｂ上にそれぞれ形成された導電膜１２ａ，１２ｂと、導電膜１２ａ，１２ｂ上に形成された電子放出膜１３とを備えている。

基板１０には、絶縁性あるいは高抵抗の材料を用いることができる。したがって、基板１０としては、例えば、石英ガラス、ナトリウムガラス、ソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス、およびリンガラスなどのようなＳｉＯ₂を主成分とする基板、ならびにＡｌ₂Ｏ₃基板などの絶縁性酸化物基板や、ＡｌＮ基板などの絶縁性窒化物基板などから適宜選択することができる。基板１０の選択には、経済性や生産性などの要因を考慮してもよい。また、基板１０は、その表面近傍の絶縁耐力が１０⁷Ｖ／ｃｍ以上であることが好ましい。このため、Ｎａ⁺イオンなどのモバイルイオン種は表面近傍から予め除去されていることが望まれる。したがって、ナトリウムガラスなどのモバイルイオン種を含む材料を用いる場合は、その表面に、ＳｉＮなどの拡散防止層を形成し、さらにその表面にＳｉＯ₂膜などの表面層を形成しておいてもよい。

電極１１ａ，１１ｂには、導電性の金属、半導体、および半金属材料からなる群から選ばれた材料を用いることができ、好ましくは、導電率が高く、耐酸化性の高い遷移金属が用いられる。電極１１ａ，１１ｂの材料としては、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、およびＩｒなどが好ましい。電極１１ａ，１１ｂは、通常、数百Åないし数μｍ程度の厚さに形成され、一般に、この程度の厚さであれば十分な導電性が得られる。また、電極１１ａ，１１ｂは、均一な厚さに形成されていることが好ましく、膜剥がれ、浮き、めくれが極力存在していないことが好ましい。

電極１１ａ，１１ｂを形成するのに利用する成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、メッキ法、コロイド液から導電材料を析出させる方法などから選択して用いることができる。そのような方法で得られる膜の基板１０への密着性が乏しい場合は、基板１０の表面にナノスケールの凹凸構造を形成しておくこと、あるいは、基板１０と膜との間に密着層を別途形成しておくことが好ましい。電極１１ａ，１１ｂは、上述した成膜技術とフォトリソグラフィ技術とを組み合わせた方法、上述した成膜技術とリフトオフプロセスとを組み合わせた方法、マスク蒸着法、スクリーン印刷法、およびオフセット印刷法などから適宜選択して用いることができ、膜の端部でめくれが起こりにくい方法を用いることが好ましい。

電極１１ａ，１１ｂの幅Ｗｄと導電膜１２ａ，１２ｂの幅Ｗｆは、必要とされる放出電流量や、素子に許容される占有面積から決定される。通常、幅Ｗｆは幅Ｗｄよりも狭く、幅Ｗｄは例えば１ｍｍとすることができる。導電膜の幅Ｗｆを、素子幅とする。また、電極１１ａ，１１ｂ間の間隔Ｄｇは、例えば数十ｎｍないし数十μｍの範囲内で適宜設定することができる。間隔Ｄｇは、例えば、利用可能なパターニング方法や、素子間での特性ばらつきの許容範囲などの要因に基づいて決定することができる。

導電膜１２ａ，１２ｂは、電極１１ａ，１１ｂ間に、電極１１ａ，１１ｂ間の距離よりも狭いスリットを提供する。加えて、導電膜１２ａ，１２ｂは、電子放出膜１３が堆積するための下地層として機能する。

導電膜１２ａ，１２ｂには、電極１１ａ，１１ｂと同様に、金属、半金属、半導体から選ばれた材料を用いることができる。導電膜１２ａ，１２ｂは、不連続となる限界程度に薄く、導電性があるのに十分な厚さに形成されていることが好ましい。導電膜１２ａ，１２ｂの材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒなどのように触媒として使用される遷移金属を用いることが特に好ましいが、これらに限定されるものではない。導電膜１２ａ，１２ｂは、通常、所定のサイズの連続膜として形成された後に、電極１１ａ，１１ｂ間に電圧を印加することにより得られる。そのような処理により、連続膜は部分的に溶断・破壊されて不連続化する。なお、上述した連続膜を形成するのに利用する成膜方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、レーザアブレーション法などの真空蒸着法、めっき液やコロイド溶液から導電材料を析出させる析出法、表面をアルカンチオールなどの有機分子で安定化した金属・半導体超微粒子による自己組織化膜析出法などから選択して用いることができる。

電子放出膜１３は、導電膜１２ａ，１２ｂ上およびこれらの間のスリット内に形成されており、導電膜１２ａ，１２ｂに電気的に接続されている。電子放出膜１３の幅Ｄｃは、通常、数ｎｍと極めて狭い。

電子放出膜１３の一部は、電極１１ａ，１１ｂ間に電流を流した際に電子を放出する電子放出部１３ａを構成している。電子放出部１３ａは、例えば、その周囲に比べて抵抗の高い部分である。そのような高抵抗部は、例えば、図６に示すように電子放出膜１３に亀裂を設けることや、電子放出膜１３の一部の組成とその周囲の組成とを異ならしめることなどにより形成することができる。なお、図６に示すように電子放出膜１３に亀裂を設ける場合、その亀裂は電子放出膜１３を完全に分断するものであってもよく、電子放出膜１３を不完全に分断するものであってもよい。

次に、電子放出膜１３の好ましい形成方法について解説する。導電膜１２ａ，１２ｂ上への電子放出膜の堆積は、その材料となる気体を含む雰囲気中で、電極１１ａ，１１ｂ間に通電し、素子を駆動することによって行なわれる。なお、導電膜１２ａ，１２ｂは、通電による堆積物堆積に先立って、あらかじめ寸断された状態に形成される。

上述した電子源は、例えば、以下の方法により製造することができる。ここでは、まず、電子放出膜１３の形成に使用可能な装置について説明し、次いで、電子源の製造プロセスの一例について説明する。

図７は、図４，５に示す電子源の電子放出膜１３の形成に使用可能な装置を概略的に示す図である。図７に示す装置は、真空容器２１を有しており、ゲートバルブ２３が設けられた排気管を介して排気系２２に接続されるとともに、流量調節部２４が設けられた給気管を介して原料ガス供給系２５に接続されている。また、この真空容器２１は、参照番号２７で示す図４，５の電子源とアノード３０とを収容している。アノード３０は配線２６を介して電圧印加・測定部３１に電気的に接続されており、また、電子源２７の−側の電極と＋側の電極とは配線２８，２９を介して電圧印加・測定部３１に電気的に接続されている。

真空容器２１としては、通常の真空装置に用いるメタルチャンバーを用いることができる。真空容器２１の到達真空度は、１０^-7Ｔｏｒｒ以下であることが好ましく、１０^-10Ｔｏｒｒ以下であることがより好ましい。また、排気系２２は、オイルフリーであることが好ましく、例えば、磁気浮上ターボ分子ポンプ、ダイアフラムポンプ、スクロールポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプなどを適宜組み合わせたものを用いることができる。

原料ガス供給系２５は、原料を収容した容器と、原料の蒸気圧調整用の容器温度調節機構、原料ガスの１次圧調整機構などから構成されている。容器内の原料が気体、液体、固体の何れであっても、容器温度と１次圧とを適宜調整することができる。この原料ガス供給系は、同時に複数の原料ガスを供給できるように、複数の供給系が並列に配置されているものであってもよい。

次に、図４，５に示した電子源の製造プロセスの一例について説明する。

まず、電極１１ａ，１１ｂおよび導電膜１２が形成された基板１０（素子２７）を、図７に示す装置の真空容器２１内に据え付ける。この時点では、導電膜１２は導電膜１２ａ，１２ｂへと分断されていない。そして、電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ配線２８，２９を接続し、容器２１内を排気する。

次に、配線２８，２９に接続された電極１１ａ，１１ｂ間に通電する。これにより、導電膜１２は発熱し、それを構成する材料の一部が凝集して、導電膜１２には不連続部が形成される。この不連続部は直ぐに拡大し、導電膜１２を＋側の部分１２ａと−側の部分１２ｂとに分断する。その結果、電極１１ａ，１１ｂ間には電流が殆ど流れなくなる。この時点で通電を終了する。

その後、電子放出膜１３の材料となるガスを真空容器２１内に導入し、流量や排気速度を調節することによって、容器２１内のガス圧を一定値に安定化させる。真空容器２１内の圧力は、例えばイオンゲージなどを用いて計測することができる。また、真空容器２１内の圧力は、４重極質量分析計などを用いて、真空容器２１内のガス種の組成をモニターしながら制御することができる。真空容器２１内での好ましい圧力は用いる活性化ガスに依存し、通常、１０^-1Ｔｏｒｒ程度乃至１０^-8Ｔｏｒｒ程度の範囲から選択することができる。

通電部３０を用いて素子２７に通電すると、放出電子、電界、熱などの作用によって原料ガスが分解され、導電膜１２ａ，１２ｂ間に電子放出膜の材料が堆積する。なお、通電部３０によって印加する電圧の波形は、直流波形、三角波形、矩形波形、パルス波形などから適宜選択することができる。

この堆積が進行するのに応じて、素子電流が増大する。素子電流が十分増大した時点で通電を停止することにより堆積を終了する。通電終了の判断基準は、素子に必要とされる電流量や電流−電圧特性などから決定することができる。
堆積終了後、残留した原料ガスを十分に除去することにより、新たな堆積を抑制させ、特性を安定化させる。残留したガスの除去方法としては、２００〜３００℃程度のベーキングが有効である。

なお、導電膜１２ａ，１２ｂ上に電子放出膜１３を形成する工程は、複数回繰り返してもよく、異なる組成の膜を順に重ねて堆積させることもできる。導電膜１２ａ，１２ｂと電子放出膜１３とによって、電子源１５本体が構成される。これを基板上にマトリックス状に配置することによって、電子源基板が得られる。

図８には、電子源基板の平面図を示す。図示するように、電子源基板５２においては、基板１０上に電子源１５がマトリックス状に配置されている。さらに、それぞれ基板１０上で縦横に延在し且つ互いに電気的に絶縁された複数本の配線４２（Ｄx1，Ｄx2,…，Ｄxn）および４３（Ｄy1，Ｄy2，…，Ｄyn）が設けられている。各素子本体１５は、配線Ｄｘの１本および配線Ｄｙの一本に電気的にそれぞれ接続されている。

マトリックス状に配置された電子源１５のうち、基板中央部に存在するものが画像形成用（第１）電子源に相当し、端部近傍に存在するものがダミー（第２）電子源に相当する。正確には、第１および第２の電子源は、アノード基板に形成されたアノードとの関係によって決定される。蛍光体を有する第１のアノードに電子を放出する電子源が第１の電子源であり、外側にある金属製の第２のアノードに電子を放出する電子源は、第２の電子源となる。

複数の電子源をマトリクス状に配置して電子源基板５２を製造するには、例えば、以下のような手法を採用することができる。まず、所望のサイズのガラス基板を準備し、不純物拡散を防止する等の目的でＳｉＯ₂等のアンダーコート層（図示せず）を形成する。基板の端には、後の工程で真空装置に接続して排気するための排気管および穴を設けておく。次に、電子源を形成する位置に電極１１ａ，１１ｂ、および導電膜１２ａ，１２ｂを形成し、これらの電極に電圧を印加する上下の配線をマトリックス状に形成する。例えば、まずｙ方向の下配線（Ｄｙ）を形成し、上下の配線間のショートを防ぐための層間絶縁膜（図示せず）を設ける。さらに、その上にｘ方向の上配線（Ｄｘ）を形成する。これらの配線は、例えば、Ａｌペーストを用いて印刷により形成することができる。

こうして得られた電子源基板５２を用いて、本発明の一実施形態にかかる画像形成装置を製造することができる。図９に、その画像形成装置の部分切開斜視図を示す。図示する画像形成装置は、内部に真空な空間を形成した外囲器５１と、外囲器５１内に収容された電子源基板５２とで主に構成されている。

外囲器５１は、一主面に電子源基板５２が取り付けられたリアプレート５３、電子源基板５２に対向して配置されたアノード基板５４、およびリアプレート５３とアノード基板５４との間に介在した枠体５５を有している。リアプレート５３と枠体との間、および蛍光体基板５４と枠体５５との間は、例えば、フリットガラスなどによって封止されている。

アノード基板５４は、ガラス基板５６と、ガラス基板５６の電子源基板５２との対向面に形成されたアノード５７と、アノード５７上に形成されたＡｌ等からなるメタルバック５８とを有している。図には明確に示していないが、アノード５７は、基板中央部に形成された第１のアノードと、その外側に形成された第２のアノードとからなる。第１のアノードにおいては、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素がブラックマトリックスにより塗り分けられている。なお、図中、参照番号５９は、メタルバック５８に電気的に接続された高圧端子を示している。第１のアノードは、電子源基板５２からの電子線照射によって発光する蛍光体を含有している。一方、第２のアノードは、第１のアノードとは電気的に独立して形成され、蛍光体を含まずに金属からなる。

メタルバック５８は、第１のアノードの蛍光体からの発光をガラス基板５６側へと反射すること、電子ビームを加速するための電場を形成すること、および外囲器５１内で発生した陰イオンが衝突することにより蛍光体がダメージを受けるのを防止することなどを目的として設けられている。メタルバック５８は必ずしも設ける必要はなく、その代わりに、アノード５７とガラス基板５６との間にＩＴＯ膜のような透明電極を設けてもよい。また、メタルバック５８と透明電極とを組み合わせて使用してもよい。

リアプレート５３、アノード基板５４、および枠体５５は、外囲器５１の内側と外側との間の圧力差に対して十分な強度を有している。電子源基板５２がそのような圧力差に対して十分な強度を有している場合は、電子源基板５２をリアプレートとして使用すること、すなわち、リアプレート５３を省略することができる。また、上述した圧力差に対する外囲器５１の強度を向上させるために、リアプレート５３とアノード基板５４との間にスペーサをさらに介在させてもよい。

電子源基板５２には、すでに説明したような電子源が複数個、マトリクス状に配列されており、第１および第２の電子源を有する。

こうして構成されるディスプレイによる表示は、例えば、メタルバック５８を所定の正電位に維持しつつ、電子源１５に印加する電圧を閾値電圧未満の電圧と閾値電圧以上の電圧との間で変化させることにより行なうことができる。すなわち、電子源１５に印加する電圧を閾値電圧以上とすると、電子源１５の電子放出膜１３から電子が放出される。この電子はメタルバック５８が形成する電場によって十分に加速され、第１のアノードに含まれる蛍光体を励起する。これにより、第１のアノード中の蛍光体が発光し、その蛍光はアノード基板５４側から表示光として観察される。

本発明の実施形態にかかる画像形成装置においては、画素を形成する有効素子とは別に、さらにダミー（第２）素子が形成される。このダミー素子を駆動することによって、パネル内の真空度を改善することができる。ダミー素子は、画素素子を駆動する前の事前パネル真空度改善に用いることが可能であり、あるいは、駆動している最中に並行して駆動してもよい。画素部は蛍光体を励起して発光を得るが、電子線照射により蛍光体からガス放出があるため、画素素子駆動に伴なう真空度の劣化を抑制するという効果も有する。

また、印加電圧に関しては、イオン化断面積と放出電子の走行軌道とから、適切な条件が決定される。真空中に存在する代表的な分子の電子衝突によるイオン化断面積の電子エネルギー依存性を、図１０および図１１に示す（放電ハンドブックｐ１６）。これらの図より、数十〜数百ｅＶ程度の電子エネルギーの時に、イオン化断面積が最大値をとることが分かる。したがって、効率的なイオン化のためには、素子に対向するアノード電圧は大きければよいというわけではない。

一方、放出電子の走行距離を考慮すると、アノード方向の強い電界を感じるまでに走行する距離をＸｓは、Ｘｓ〜（Ｈ×Ｖｆ）／（π×Ｖａ）で与えられる（Ｍ．Ｏｋｕｄａｅｔａｌ，ＳＩＤ９８ＤＩＧＥＳＴ１８５（１９９８））。ここで、Ｖｆは素子印加電圧、Ｈはアノード面−素子面距離、Ｖａはアノード電圧である。電子源から放出される電子数（放出電流）は同一のＶｆ駆動では、ほぼＶａ^1/2に比例することが知られている。放出電子と真空中に存在するガス分子とが衝突する確率から電子の速度が等しいとすると、電子の存在する体積および電子数に比例することになる。

したがって、（衝突確率）はＶａ^-5/2に比例することとなる。以上の結果から、Ｖａが小さい方が衝突確率が大きくなることが分かる。ただし、Ｈ＝数ｍｍ（例えば５ｍｍ程度）に対して、Ｖａ＜１ｋＶ程度の条件となると、放出電流のＶａ依存は大きくなってしまうため、現実的には放出電流がほとんど得られなくなり、その結果、イオン生成量も極端に小さくなる。以上より、ダミー電子源を駆動する際の対向アノード電圧は数ｋＶ程度で十分であり、大きくするとかえって効果が小さくなることが分かる。

具体的には、アノード電圧は、３〜５ｋＶ程度と蛍光面に印加する電圧（１０〜２０ｋＶ程度）よりは十分小さい値が好ましい。図１２を参照して、これについて説明する。画像形成用（第１）の電子源２ａおよびダミー（第２）の電子源２ｂから、画像形成用（第１）アノード５ａおよびダミー電子源用（第２）アノード５ｂにそれぞれ電子が放出される。ダミー電子源用アノード電圧が小さいと、電子線ＥＢの走行距離が長くなるため、ガス分子との衝突も大きくなる。その結果、効果的なイオンポンプ性能が期待でき、さらに放電の確率も低減することができる。また、脱ガスの少ないメタルアノードではあっても余分な脱ガスは好ましくなく、その意味からも無用な放出電流を流さないことは有効である。

画像形成用（第１）電子源は、所望のサイズの輝点を形成することが要求されるため、素子幅の制約がある。一方、ダミー電子源は、パネル真空度の改善を目的として設けられるため、画素素子の形成ルールに則る必要がない。電流が大きくなり過ぎることによるドライバーへの負荷、あるいは発熱による基板へのダメージの影響がない範囲であれば、ダミー電子源は、素子幅（図４におけるＷ_f）を大きくすることが有効である。

図１３および図１４には、画像形成用（第１）電子源およびダミー（第２）電子源の平面図をそれぞれ示す。これらに示されるように、画像形成用電子源およびダミー電子源の素子幅Ｗｆは、例えば、５００μｍおよび１ｍｍとすることができる。

あるいは、図１５に示すようにダミー電子源５ｂの配置密度を、画素形成用電子源５ａより大きくすることも効果的である。ダミー電子源が配置された領域は画像形成領域にとっては無駄な領域であるため、その領域を節約してかつダミー電子源の効果を得るためである。ダミー電子源５ｂの大きさが画素形成用電子源５ａと同等の場合、このように配置することが有効である。

前述と同様の理由から、ダミー電子源に対して強制度を高めることによって、その効果が大きくなる。画素形成用電子源の電極には、図１６に示すように正あるいは負の片極性のパルス電圧を印加して電子源を駆動する。ダミー電子源に対しては、図１７に示すように片側の電極に正/負のパルス電圧を交互に印加する、あるいは正電圧または負電圧を両側の電極に交互に印加して、両極での駆動することも可能である。例えば、ダミー電子源の駆動パルス幅（Ｐｗ）および駆動周波数の少なくとも一方を大きくすることによって、これを達成することができる。図１７中、Ｔｒは周期である。なお、駆動パルス幅とは、素子に電圧を印加しているパルスの時間幅であり、駆動周波数とは、１秒間に印加されるパルス数である。

通常の画像形成用電子源の駆動は、パルス幅：数ｍｓ、周波数：２００Ｈｚ程度で行なわれるが、ダミー電子源の駆動はそれよりも大きいデューティで行なえばよい。ただし、ダミー電子源を駆動するパルス幅は、最大でも１０ｍｓ程度、周波数は、最大でも１０ｋＨｚ程度とすることが望まれる。これらが大きすぎる場合には、ダミー電子源領域での電子源部の加熱に伴う熱ストレスで、例えば基板が割れる等のおそれがある。

次に、具体例を示して本発明の実施形態をより詳細に説明する。

（予備実験１）
まず、素子駆動とそれに伴なう圧力変化との関係を調べた。用いた電子源は、以下のように作製した。基板１０には石英ガラス基板を使用し、電極１１ａ，１１ｂにはＩｒ膜を用い、導電膜１２ａ，１２ｂにはＦｅ蒸着膜を用いた。導電膜１２ａ，１２ｂの幅Ｗｆは１０００μｍとし、電極１１ａ，１１ｂ間の間隔Ｄｇは１００μｍとした。こうした電子源を１００素子配置して、電子源基板を用意した。

一方、ガラス基板上にＡｌメタルからなるアノードを形成して、アノード基板を得、前述の電子源基板と一体化してパネルを作製した。電子源基板の素子面とアノード基板のアノード面との距離は、４ｍｍであった。

この際、図１８に示すようにＢＡゲージ６０を組み込んで、そのＢＡゲージによりパネル内の真空度を測定した。図１８中、６１は封じ切り位置であり、６２は真空排気系を表わす。得られたパネルを、素子電圧（Ｖｆ）＝１０Ｖ，パルス幅＝２００μｓ，周波数＝１００Ｈｚ，アノード電圧＝５ｋＶの条件で駆動した。

ＢＡゲージで測定された真空度の経時変化を、下記表１に示す。

表１に示されるように、素子を駆動することによって真空度の低下が生じている。時間の経過に伴なう圧力低下が確認されるが、ここでは、１００Ｈ程度の駆動で圧力低下もほぼ飽和していることがわかる。

（予備実験２）
アノード電圧の視点から、素子駆動に伴なう圧力変動を調べた。装置構成、駆動素子数、駆動条件、および素子−アノード間距離等、アノード電圧以外の条件は、前述と同様とした。アノード電圧（Ｖａ）をパラメータとし、１ｋＶ、３ｋＶ、５ｋＶおよび１０ｋＶについて検討した。

ＢＡゲージで測定された真空度の経時変化を、下記表２に示す。

表２に示されるように、３〜５ｋＶ程度の電圧をアノードに印加した際に、効果的な排気特性が観察された。真空度は、１〜２×１０^-2Ｐａ程度以下であることが要求される。アノード電圧が低すぎる場合、あるいは蛍光体を励起して十分な輝度を得る際に必要となる高電圧の場合には、かえって排気特性が劣ることが分かった。

（実施例１）
以上の結果に基づいて、ダミー電子源のサイズ、配置密度とパネル真空度との関係を調べた。ダミー電子源の素子幅Ｗｆや配置密度の異なる３種類の試料を準備した。

試料１：予備実験１と同様
試料２：ダミー電子源の素子幅Ｗｆ＝２０００μｍ
試料３：ダミー電子源の素子幅Ｗｆ＝１０００μｍ、配置密度は従来の２倍
こうした試料を、前述の予備実験１の場合と同様の条件で駆動し、同様の方法によりパネル真空度を評価した。得られた結果を、下記表３にまとめる。

表３に示されるように、ダミー電子源のサイズ（Ｗｆ）を大きくする（試料２）、あるいはダミー素子数の配置密度を大きくする（試料３）ことによって、より効果的な圧力低減が確認された。

（実施例２）
図１に示したような実パネルに近い形状で、ダミー電子源の有無における電子源寿命特性の違いを評価した。ここで用いたアノード基板には、次のように第１および第２のアノードを配置した。沈殿法により蛍光体を形成し、その上に、蒸着法によりＡｌのメタルバックを設けて第１のアノードを形成し、その外側の領域には、Ａｌのみを堆積して第２のアノードを形成した。

画像形成用電子源およびダミー電子源の駆動条件は、以下の通りとする。画素形成用電子源およびダミー電子源のいずれも、素子幅Ｗｆは３００μｍとして、形状の違いは設けなかった。

画像形成用電子源：電圧Ｖｆ＝１０．９Ｖ，パルス幅＝８０μｓ，周波数＝２００Ｈｚ
対応するアノード電圧Ｖａ＝１０ｋＶ
ダミー電子源：電圧Ｖｆ＝１２．２Ｖ，パルス幅＝４００μｓ，周波数＝６００Ｈｚ
対応するアノード電圧Ｖａ＝４ｋＶ
こうした構成の素子について、次のように駆動して蛍光体の輝度の経時変化を調べた。

実験１：ダミー電子源は駆動せず（従来型）
実験２：画像形成用電子源の駆動前にダミー電子源を１００Ｈ駆動
実験３：画像形成用電子源の駆動前にダミー電子源を１００Ｈ駆動し、さらに、画像形成用電子源を駆動後も、ダミー電子源を同じ条件で継続して駆動
輝度の初期値を１００％として輝度保持率を算出し、得られた結果を図１９のグラフ示した。図１９のグラフ中、曲線ａ，ｂ，およびｃは、それぞれ、実験１，２，および３についての結果である。曲線ａと曲線ｂとの比較から、ダミー電子源を事前に駆動することによって、画像形成用電子源の寿命特性が改善されたことがらわかる。画像形成用電子源の駆動中もダミー電子源を駆動することによって、その効果がさらに増長されることが、曲線ｃに明確に示されている。

（実施例３）
ダミー電子源の駆動条件と、画像形成用電子源の特性維持率との相関を評価した。ここでは、画像形成用電子源と同等の素子幅Ｗｆのダミー電子源を１０００素子配置して、試料を準備した。

画像形成用電子源の駆動条件は、パルス幅＝１００μｓ，周波数＝１００Ｈｚとして、アノード電圧＝５ｋＶとした。一方、ダミー電子源は、下記表４に示すような条件で駆動し、駆動初期のアノード電流を１００として、アノード電流値の維持率を評価した。

さらに、ダミー電子源を駆動しない場合（条件０）についても、同様に評価した。
各条件におけるアノード電流の維持率を、下記表５にまとめる。

表５に示されるように、画像形成用電子源と同等の条件でダミー電子源を駆動した場合（条件１）でも、ダミー電子源を駆動しない場合（条件０）よりは、特性維持率が向上している。ダミー電子源のパルス幅を大きくした場合（条件２）、周波数を大きくした場合（条件３，５）には、特性維持率はさらに高められる。パルス幅および周波数の両方を大きくした場合（条件４）には、特性維持率の向上効果はよりいっそう高められることが確認された。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の断面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置におけるアノード基板の平面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の透視図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における電子源の平面図。図４に示した電子源の断面図。図４に示した電子源に利用可能な電子放出膜の一例を示す断面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における電子源の電子放出膜の形成に使用可能な装置を概略的に示す図。電子源基板の一例を表わす平面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置を表わす一部切り欠き図。イオン化断面積の電子エネルギー依存性を表わすグラフ図。イオン化断面積の電子エネルギー依存性を表わすグラフ図。アノード電圧の効果を説明する模式図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における画像形成用電子源の平面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置におけるダミー用電子源の平面図。本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における電子源基板の平面図。片極駆動における印加電圧を表わすグラフ図。両極駆動における印加電圧を表わすグラフ図。パネル内真空度を測定するための構成を表わす模式図。輝度維持率の経時変化を表わすグラフ図。

符号の説明

１…基板；２ａ…画像形成用電子源；２ｂ…ダミー電子源；３…電子源基板
４…基板；５ａ…画像形成用アノード：５ｂ…ダミー用アノード
６…アノード基板；７…枠体；８…ガードリング１０…基板
１１ａ，１１ｂ…電極；１２ａ，１２ｂ…導電膜；１３…電子放出膜
１３ａ…電子放出部；１５…電子源；Ｗｄ…素子電極の幅
Ｗｆ…薄膜の幅（素子幅）；Ｄｇ…電極の間隔；Ｄｃ…電子線放出膜の幅
２１…真空容器；２２…排気系；２３…ゲートバルブ；２４…流量調節部
２５…原料ガス供給系；２６…配線；２７…電子源；２８，２９…配線
３０…アノード；３１…電圧印加・測定部；４２…上配線（Ｄx1〜Ｄxn）
４３…下配線（Ｄy1〜Ｄyn）；５１…外囲器；５２…電子源基板
５３…リアプレート；５４…アノード基板；５５…枠体；５６…ガラス基板
５７…アノード；５８…メタルバック；５９…電圧端子；６０…ＢＡ−ゲージ
６１…封じ切り位置；６２…真空排気系。

Claims

アノードが形成されたアノード基板、前記アノード基板に離間対向し、電子源が形成された電子源基板、および前記アノード基板と前記電子源基板との間に介在する枠体により囲まれた空間の真空度を保持する画像形成装置の駆動方法であって、
前記アノードは、蛍光体を有する第１のアノードと、前記第１のアノードとは電気的に独立して配置された金属からなる第２のアノードとを含み、前記電子源は、前記第１のアノードに電子を放出する第１の電子源と前記第２のアノードに電子を放出する第２の電子源とを含み、
前記第１のアノードおよび前記第１の電子源に各々電圧を印加し、前記第１の電子源から前記第１のアノードに電子を放出することにより前記第１のアノードの蛍光体を発光させて画像を形成する工程と、
前記第２のアノードおよび前記第２の電子源に各々電圧を印加し、前記第２のアノードから前記第２の電子源に向かう電界を生じさせ、前記第２の電子源から放出された加速電子が雰囲気に残留するガスと反応して、前記第２のアノードと前記第２の電子源との間にイオンを生じさせ、前記イオンを前記第２の電子源に向かう方向に加速して前記第２の電子源に打ち込み、前記イオンを吸着する工程とを具備し、
前記第２のアノードに印加する電圧は、前記第１のアノードに印加する電圧よりも小さいことを特徴とする駆動方法。
前記イオンを吸着する工程は、前記画像を形成する工程と同時に行なわれることを特徴とする請求項１に記載に駆動方法。
前記イオンを吸着する工程は、前記画像を形成する工程の前に行なわれることを特徴とする請求項１に記載に駆動方法。
前記第２の電子源に印加する電圧は、パルス幅および周波数の少なくとも一方が、前記第１の電子源に印加する電圧より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の駆動方法。
前記第１のアノードに印加する電圧は、１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の駆動方法。
前記第２のアノードに印加する電圧は、３ｋＶ以上５ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の駆動方法。
前記第１のアノードに印加する電圧は、１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下であり、かつ前記第２のアノードに印加する電圧は、３ｋＶ以上５ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の駆動方法。
前記第２のアノードに電圧を印加することによって、この第２のアノードに電圧を印加しない場合より前記イオンを吸着する性能が向上することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の駆動方法。