JPH06342634A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH06342634A
JPH06342634A JP15265493A JP15265493A JPH06342634A JP H06342634 A JPH06342634 A JP H06342634A JP 15265493 A JP15265493 A JP 15265493A JP 15265493 A JP15265493 A JP 15265493A JP H06342634 A JPH06342634 A JP H06342634A
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forming apparatus
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正 金子
Toshihiko Miyazaki
俊彦 宮崎
Tomokazu Ando
友和 安藤
Masahiro Tagawa
昌宏 多川
Naohito Nakamura
尚人 中村
Hideaki Mitsutake
英明 光武
Yoshiyuki Osada
芳幸 長田
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    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
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    • H01J2329/8625Spacing members
    • H01J2329/863Spacing members characterised by the form or structure
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  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装
置を提供する。 【構成】 複数の電子放出素子3を搭載したリアプレー
ト2と、蛍光体ターゲット10を搭載したフェースプレ
ートとの間に、電子線通過部5を有するスペーサ4を設
けた画像形成装置。 【効果】 スペーサへの電子線照射がなくなり、発光効
率の低下の無い安定した発光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子、特に表
面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置や記録装置
等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の2種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型(以下、FE型と略す)、金属/絶縁層/金
属型(以下、MIM型と略す)や表面伝導型電子放出素
子(以下、SCE型と略す)等がある。
【0003】FE型の例としては、W. P. Dyk
e & W. W. Dolan,”Field em
ission”, Advance in Elect
ron Physics, 8,89(1956)や
C. A. Spindt,”Physical pr
operties of thin−film fie
ld emission cathodes with
molybdenum cones”, J. Ap
pl. Phys., 47,5248(1976)等
が知られている。
【0004】また、MIM型の例としては、C. A.
Mead, ”The tunnel−emissi
on amplifier”, J. Appl. P
hys., 32,646(1961)等が知られてい
る。
【0005】更に、SCE型の例としては、M. I.
Elinson, RadioEng. Elect
ron Phys., 10,1290(1965)等
がある。
【0006】上記SCE型の電子放出素子は、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。
【0007】この表面伝導型電子放出素子としては、前
記エリンソン等によるSnO2薄膜を用いたもの、Au
薄膜によるもの[G. Dittmer: ”Thin
Solid Films”, 9,317(197
2)]、In23/SnO2薄膜によるもの[M. H
artwell and C. G. Fonsta
d: ”IEEE Trans. ED Con
f.”, 519,(1975)]、カーボン薄膜によ
るもの[荒木久 他:真空、第26巻、第1号、22頁
(1983)]等が報告されている。
【0008】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のM.ハートウェルの素子構成を
図14に示す。同図において11は絶縁性基板である。
13は電子放出部形成用薄膜で、スパッタで形成された
H型形状金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミン
グと呼ばれる通電処理により電子放出部12が形成され
る。
【0009】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に電子放出部形成用薄膜1
3を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子
放出部12を形成するのが一般的であった。即ち、フォ
ーミングとは前記電子放出部形成用薄膜13の両端に電
圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態に
した電子放出部12を形成することである。尚、電子放
出部12は電子放出部形成用薄膜13の一部に亀裂が発
生しその亀裂付近から電子放出が行われる場合もある。
以下フォーミングにより形成した電子放出部を含む電子
放出部形成用薄膜13を電子放出部を含む薄膜と呼ぶ。
【0010】前記フォーミング処理をした表面伝導型電
子放出素子は、上述電子放出部を含む薄膜13に電圧を
印加し、素子表面に電流を流すことにより上述電子放出
部12より電子を放出せしめるものである。
【0011】図15は上述の電子放出部から放出される
電子の放射特性評価装置を示した断面図であり、11は
絶縁性基板、14及び15は素子電極、13は電子放出
部を含む薄膜、12は電子放出部を示し、16はガラス
基板、17は透明導電膜からなるアノード電極、18は
電子照射により可視光を発する蛍光膜、19は電子放出
素子に電圧を印加するための電源、20はアノード電極
17に電圧を印加するための高圧電源である。素子電極
14及び15には電源19を接続し、該電子放出素子の
上方に電源20を接続したアノード電極17を配置して
いる。アノード電極17及び蛍光膜18を有するガラス
基板16と該電子放出素子は真空装置内に設置されてい
る。
【0012】上述の評価装置において、素子電極14,
15間に電圧を印加して電子放出部12より電子を放出
させ、アノード電極17に数百Vから数千Vの電圧を印
加すると、放出電子は、絶縁性基板11の面に対する電
子放出部12からの法線(図中の1点鎖線)に対して、
該素子に印加した電圧の正極側(図15では素子電極1
5側)にずれで飛翔し(図中の矢印付点線の軌道)、蛍
光膜18上の発光部中心は該法線上からずれる。
【0013】上述の放射特性は、絶縁性基板11に平行
な面内での電位分布が、電子放出部に対して非対称にな
ることによるものと考えられ、表面伝導型電子放出素子
に固有の特性である(但し、FE,MIM型でも構成に
よってはこの特性を示す)。
【0014】このような表面伝導型電子放出素子を複数
個配置したマルチ素子及びパネル構成については、例え
ば本出願人によるUSP5066883号明細書等に記
載がある。
【0015】上述したような電子放出素子は、10-6
orr程度以上の真空中で動作させることから、該電子
放出素子を用いて画像形成装置を形成する場合、耐大気
圧構造が必要となる。特に、大面積のリアプレート(図
15の絶縁性基板11に対応)及びフェースプレート
(図15のガラス基板16に対応)を用いて耐大気圧支
持を行う平面型画像形成装置の場合、各プレートの板厚
が非常に厚くなってしまうので、重量、コストなどの点
で実現性が乏しくなってしまう。これを回避するため
に、耐大気圧のためのスペーサをリアプレートとフェー
スプレートの間に支柱として配置し、耐大気圧構造とす
ることで、該画像形成装置の軽量化が可能である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記の耐大気圧スペー
サは、各プレート面に対して垂直な圧力に耐えるように
構成されるので、通常各プレート間を結ぶ面要素を含む
形状からなる。従って、上述の電子放射特性を持つ表面
伝導型電子放出素子を用いて画像形成装置を構成する場
合には、次のような問題点があった。
【0017】(1)放出された電子ビームが正極の素子
電極側に偏向することにより、正極の素子電極側に配置
された耐大気圧スペーサに衝突し、蛍光体膜上へ到達す
る電子量が減少し、発光効率が低下する。
【0018】(2)電子ビームの衝突で起こる耐大気圧
スペーサへのチャージアップにより、電位分布の変化に
伴う電子軌道の変化、さらには沿面耐圧低下に伴う沿面
放電での素子破壊等が発生する。
【0019】(3)上記問題点を回避するために、プレ
ート中に疎に該電子放出素子を配置した場合、高精細な
画像形成装置が実現出来ない。
【0020】以上のような問題点があるため、表面伝導
型電子放出素子は、素子構造が簡単でかつ、複数の素子
を配置することが容易であるという利点があるにもかか
わらず、産業上積極的に応用されるには至っていなかっ
た。
【0021】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、電子放出素子を用いた画像形
成装置において、該電子放出素子からの放出電子の飛翔
軌道を妨げることなく、高輝度,高精細な画像が得られ
るパネル構造を実現することであり、特に、本目的に適
した耐大気圧スペーサの形状を与えることにある。
【0022】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく成された本発明は、第1に、複数の電子放出素子
を搭載したリアプレートと、該リアプレートに対向配置
され電子放出素子から放出される電子線の照射により画
像が形成される画像形成部材を搭載したフェースプレー
トと、該リアプレートと該フェースプレートの周囲を接
続する外囲器と、該リアプレートと該フェースプレート
との間に位置するスペーサを有する画像形成装置におい
て、上記スペーサに電子線通過部を設けたことを特徴と
する画像形成装置であり、第2に、前記電子線通過部
が、前記スペーサを構成する部材に設けた切り欠き部も
しくは穴であることを特徴とする上記第1の画像形成装
置であり、第3に、前記切り欠き部を、前記スペーサを
構成する部材のフェースプレート側に設けたことを特徴
とする上記第2の画像形成装置であり、第4に、前記切
り欠き部を、前記スペーサを構成する部材のリアプレー
ト側に設けたことを特徴とする上記第2の画像形成装置
であり、第5に、前記スペーサが前記電子放出素子をま
たぐように前記切り欠き部を設けたことを特徴とする上
記第4の画像形成装置であり、第6に、前記切り欠き部
及び/または穴を、前記スペーサを構成する1つの部材
に複数設けたことを特徴とする上記第2〜第5いずれか
の画像形成装置である。
【0023】本発明によれば、画像形成装置の構成に基
づいて決まる電子線の飛翔軌道を考慮し、スペーサの一
部分に電子線通過部を設けたことで、電子線の軌道空間
を確保しているため、電子の飛翔を妨げることがない。
【0024】
【実施例】以下、実施例を示し本発明を詳細に説明す
る。
【0025】実施例1 図1及び図2は本実施例の画像形成装置の概略構成を示
す図であり、図1は各プレート面に垂直な面における断
面図、図2は図1のA−A断面図である。
【0026】これらの図において、1はフェースプレー
ト、2はリアプレート、3は表面伝導型電子放出素子、
4はスペーサ、5はスペーサ4に設けた電子線通過部で
あるところの穴、8は外囲器、10は画像形成部材であ
るところの蛍光体ターゲットである。
【0027】本装置において、表面伝導型電子放出素子
3は、図15に示したように対向する一対の素子電極1
4,15と電子放出部12を含む薄膜13で構成されて
おり、リアプレート2の表面上に配置されている。電子
放出部より放出された電子線は、リアプレート2とフェ
ースプレート1との間に印加される加速電圧及び素子電
極間への印加電圧により、図1中の矢印で示した軌道に
従ってフェースプレート1上の蛍光体ターゲット10に
到達する。
【0028】本装置内は表面伝導型電子放出素子の動作
環境である真空状態に維持されており、各プレート1及
び3を支えるためのスペーサ4が複数配置されている。
図1でわかるように、スペーサ4は電子線軌道を妨げる
位置にあるが、スペーサ4内に電子線通過部5を設ける
ことで、電子線が途中妨げられること無く蛍光体ターゲ
ットに到達するように構成されている。このため、電子
線のロスが無く、スペーサのチャージアップに伴うブレ
ークダウンの無い低電力で発光輝度が高い画像表示装置
が実現されている。
【0029】本実施例では電子線通過部は円形の穴だ
が、電子線軌道を妨げないならば、三角形、四角形等の
穴でもよい。
【0030】また、このようなスペーサの作成には、 a)板状の感光性ガラスをエッチングすることで、不要
部分を除去して作成する方法。
【0031】b)板状の青板ガラス等をRIE(反応性
イオンエッチング)やRIBE(反応性イオンビームエ
ッチング)で不要部分を除去して作成する方法。
【0032】c)板状の金属をプレス加工や放電加工、
切削等で不要部分を除去して作成し、最後に絶縁性被膜
を施す方法。
【0033】d)電子線軌道を遮る部分を設けないよう
に加工された金型を用いて金属を加工する方法。 等を用いることができる。
【0034】なお、電子放出部より放出された電子線
は、蛍光面に近づくにつれ次第に発散するので、電子放
出部とスペーサの距離が小さければ、電子線通過部5は
リアプレート寄りにより小さな穴を設ければよいことに
なり、スペーサ断面積を大きくできるため、スペーサの
支持耐圧を上げることができる。
【0035】実施例2 図3及び図4は本実施例の画像形成装置の特徴を示す図
であり、図3は各プレートへのスペーサの設置状態を示
し、図4はスペーサと電子放出素子との位置関係を示し
ている。
【0036】本実施例では、電子線通過部5がスペーサ
のリアプレート接触部分を切り欠いた構造となってお
り、図4に示されるように電子放出素子の電子放出部1
2をまたぐように配置されている。このため、電子放出
部12を出て間もない広がりの小さい電子を通過するた
めの部分を設ければ済むため、実施例1よりさらにスペ
ーサの支持耐圧を上げることができる。
【0037】実施例3 図5及び図6は本実施例の画像形成装置の概略構成を示
す図であり、図5は各プレート面に垂直な面における断
面図、図6は図5のA−A断面図である。
【0038】実施例1及び2との違いは、スペーサ4上
部のフェースプレート1と接触する部分の一部を切り欠
いて電子線通過部5としていることである。本実施例の
電子線軌道(図5中の矢印で示した軌道)とスペーサ4
の位置関係では、電子線が蛍光体ターゲット10に衝突
する位置にスペーサが来てしまうため、画素分以上の幅
を有する切り欠きを設け、電子線が蛍光面に衝突して画
素を形成するのを妨げないようにしているものである。
【0039】実施例4 図7及び図8は本実施例の画像形成装置の概略構成を示
す図であり、図7は各プレート面に垂直な面における断
面図、図8は図7のA−A断面図である。
【0040】実施例1〜3との違いは、スペーサ4を通
過する電子線軌道が上下方向に2本存在し、これに合わ
せて角型の穴からなる電子線通過部5aと、切り欠き部
からなる電子線通過部5bをスペーサ4に設けた点であ
る。
【0041】本実施例を含め、電子線通過部となるスペ
ーサ部材の除去部分は、電子線軌道との位置関係に伴
い、実施例1から実施例3までに示した位置を複数組み
合わせた構成も可能である。
【0042】即ち、前後左右に隣接する複数の電子放出
素子の電子放出部に対応する電子線軌道を一枚のスペー
サが妨げる場合は、それぞれの電子線軌道に対応する電
子線通過部を1つのスペーサの上下左右に複数設けるこ
とが可能である。さらに、一つの大きな電子線通過部で
複数の電子線軌道を通すような構成も可能である。
【0043】上記の各実施例では板状のスペーサを用い
ており、この板状のスペーサを用いる有効性について説
明を加える。先に示した画像形成装置の概略構成図では
電子放出素子の間隔を比較的広く表現しているが、高輝
度,高精細な画像を得るためには極めて隣接して配置さ
れるものである。
【0044】図9は板状のスペーサを用いることが特に
有効となる電子放出素子の配列の一例を示す図であり、
電子放出素子3は隣接素子同志が互いに半素子づつずれ
て配置されている。図中破線矢印は図中ハッチングを施
した素子から出る電子線の飛翔軌道方向を示しており、
他の素子から出る電子線の飛翔軌道方向も同様である。
【0045】図9に示したように配列している電子放出
素子に対して、スペーサの配置が可能な方向を考える
と、電子線軌道と平行(X方向)にスペーサを配置した
場合、電子線軌道上にスペーサが位置するため、このよ
うな配置は不適当である。一方、これと直交する方向
(Y方向)の場合、スペーサの接地面を素子の間(一例
として図中太線の位置)にすることができるが、破線矢
印で示したような電子線軌道を遮ってしまう。このため
実施例1〜4では、板状スペーサの一部を除去し電子線
通過部を設けることで、電子放出素子が上述のように配
列している場合にも電子線軌道を遮ることがない。
【0046】次にこの板状のスペーサの倒れ防止につい
て説明を加える。この板状スペーサが自立できない場合
には、例えば図10に示すように、板状スペーサ4の両
端を両側面からスペーサ支持部材9で挟んで該支持部材
9をリアプレート等に固定することができる。この場合
スペーサ支持部材9の設置面は素子間の隙間より広くな
る為、画像形成範囲(リアプレートの素子形成範囲)を
限定し、その外側にスペーサ支持部材9を配置すること
で、素子を潰すことなく板状スペーサの倒れ防止を実現
できる。
【0047】なお、スペーサ支持部材9と板状スペーサ
4はフリットガラス等で固定することができる。さら
に、図10では電子線通過部5が1つのスペーサ4に2
個配置されているが、先に述べたように電子放出素子や
蛍光体ターゲットの配置に応じて、電子線通過部は適切
な位置に適切な数だけ設けられる。
【0048】実施例5 本実施例は、板状のスペーサに替えて十字形状のスペー
サを用いて画像形成装置を構成したものである。図11
は本実施例におけるスペーサの形状及び配置を示してお
り、図11(a)はスペーサと多数の電子源の電子放出
部との位置関係を示す平面図、図11(b),(c)は
1つのスペーサの側面図である。尚、図11(c)には
電子放出部及び電子線軌道も併せて記している。
【0049】本実施例のスペーサは図11(b)に示さ
れるように十字形状の一部を除去し、図中のh寸法が電
子線軌道によって決まる一定の高さ以下とし、図11
(c)に示されるように電子線軌道が妨げられないよう
に形成している。
【0050】本実施例におけるスペーサの作成方法を図
12を用いて説明する。図12(a)と(b)に示され
る3枚のガラス(金属やセラミックでも良い)の板を用
意し、同図(b)の板については同図(c)に示すよう
にその一部をグラインダー等で切り落として電子線通過
部を形成し、同図(d)のように互いにフリットガラス
で接着して作成する。また、ガラス等の塊を削り出すだ
けで、所望の形状に加工することも可能である。
【0051】このように本実施例のスペーサは、リアプ
レートやフェースプレートとの設置面が十字状であるた
め自立できる構造となっている。一般に良好な大面積高
密度画像表示装置の大気圧支持等に用いるスペーサは自
立出来る構造のものが好ましい。その理由を説明する
と、自立させることが困難な板状のスペーサを用いる場
合には図10に示したようなスペーサ支持部材を接地面
に設ける必要があり、このスペーサ支持部材は画像表示
領域外に配置される。このため大面積画像表示装置で
は、個々のスペーサが長くなり、その形状公差を維持す
るのが困難となるからである。
【0052】このように本実施例のスペーサを用いるこ
とで、電子線の軌道を妨げることなく、特に大面積画像
表示装置の実現が可能となる。
【0053】実施例6 本実施例におけるスペーサの形状及び配置を図13に示
す。図13(a)は1つのスペーサと4つの電子放出部
との位置関係を示す平面図であり、図3(b)はスペー
サの斜視図である。
【0054】本実施例のスペーサは、電子線飛翔方向の
2次元的な広がりに対応するため、実施例5におけるス
ペーサの作成工程の際に、図12(a)に示した部材に
も図12(c)に示したような加工を2箇所に施してあ
る。
【0055】本実施例においてもスペーサ4は自立型で
あるため、実施例5と同様に大面積画像表示装置の実現
が可能である。
【0056】以上の実施例においては、本発明の画像形
成装置を画像表示装置に応用した例を示したが、本発明
はこの範囲に限られるものではなく、光プリンタの画像
形成用発光ユニット等、記録装置への応用も可能であ
る。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特に表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置のス
ペーサを、電子ビームの飛翔軌道を妨げる部分を除去す
るように設計作成し、電子線通過部を設けて電子線軌道
を確保することで、スペーサへの電子線照射がなくなる
ため、次のような特有の効果がある。
【0058】1)画像形成部材であることろの蛍光体タ
ーゲットへの到達電子量のロスが無く、発光効率の低下
の無い安定した発光が得られる。
【0059】2)スペーサのチャージアップによる沿面
耐圧低下により発生する沿面放電が無く、素子破壊の無
い画像形成装置が得られる。
【0060】3)高輝度,高精細な画像形成装置が実現
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1にて示す本発明の画像形成装置の概略
構成を示す断面図である。
【図2】図1のA−A面における断面図である。
【図3】実施例2にて示す本発明の画像形成装置におけ
るプレートとスペーサの設置状態を示す図である。
【図4】実施例2にて示す本発明の画像形成装置におけ
るスペーサと電子放出素子との位置関係を示す図であ
る。
【図5】実施例3にて示す本発明の画像形成装置の概略
構成を示す断面図である。
【図6】図5のA−A面における断面図である。
【図7】実施例4にて示す本発明の画像形成装置の概略
構成を示す断面図である。
【図8】図7のA−A面における断面図である。
【図9】電子放出素子の配列とスペーサの設置位置の一
例を示す図である。
【図10】スペーサの支持方法を説明するための図であ
る。
【図11】実施例5にて示す本発明の画像形成装置にお
けるスペーサの形状及び配置を示す図である。
【図12】実施例5におけるスペーサの作成方法を説明
するための図である。
【図13】実施例6にて示す本発明の画像形成装置にお
けるスペーサの形状及び配置を示す図である。
【図14】表面伝導型電子放出素子の構成図の一例であ
る。
【図15】表面伝導型電子放出素子の特性評価装置の構
成図である。
【符号の説明】
1 フェースプレート 2 リアプレート 3 電子放出素子 4 スペーサ 5 電子線通過部 8 外囲器 9 スペーサ支持部材 10 蛍光体ターゲット 11 絶縁性基板 12 電子放出部 13 薄膜 14 素子電極(負極) 15 素子電極(正極) 16 ガラス基板 17 アノード電極 18 蛍光膜 19 電源 20 高圧電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多川 昌宏 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 (72)発明者 中村 尚人 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 (72)発明者 光武 英明 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 (72)発明者 長田 芳幸 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

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電子放出素子を搭載したリアプレ
    ートと、該リアプレートに対向配置され電子放出素子か
    ら放出される電子線の照射により画像が形成される画像
    形成部材を搭載したフェースプレートと、該リアプレー
    トと該フェースプレートの周囲を接続する外囲器と、該
    リアプレートと該フェースプレートとの間に位置するス
    ペーサを有する画像形成装置において、上記スペーサに
    電子線通過部を設けたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記電子線通過部が、前記スペーサを構
    成する部材に設けた切り欠き部もしくは穴であることを
    特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記切り欠き部を、前記スペーサを構成
    する部材のフェースプレート側に設けたことを特徴とす
    る請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 前記切り欠き部を、前記スペーサを構成
    する部材のリアプレート側に設けたことを特徴とする請
    求項2に記載の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記スペーサが前記電子放出素子をまた
    ぐように前記切り欠き部を設けたことを特徴とする請求
    項4に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記切り欠き部及び/または穴を、前記
    スペーサを構成する1つの部材に複数設けたことを特徴
    とする請求項2〜5いずれかに記載の画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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