KR100690405B1

KR100690405B1 - 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR100690405B1
Application number: KR1020050110636A
Authority: KR
Inventors: 코지 야마자키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-03-09
Also published as: US7247981B2; US20060103293A1; JP2006173093A; KR20060055412A

Abstract

본 발명의 전자 방출 소자를 이용한 화상 형성 장치는 스페이서와의 이상 방전을 야기하지 않고 아노드 전극으로부터의 점진적 방전을 방지하기 위한 가드 전극이 제공된다. 아노드 전극을 구성하는 메탈 백으로부터 소정 거리(X)에 위치된 가드 전극은 상기 거리(X)와 스페이서의 높이(hs)의 비율(X/hs)에 따른 방전을 야기하지 않도록 스페이서로부터 소정 거리(Lg)에 위치된다.

화상 형성 장치, 전자 방출 소자, 아노드 전극, 캐소드 전극, 가드 전극

Description

화상 형성 장치{image forming apparatus}

도 1은 본 발명의 화상 형성 장치의 실시예를 구성하는 디스플레이 패널의 개략적 사시도이고;

도 2는 도 1의 디스플레이 패널의 X-방향을 따른 개략적 횡단면도로서, X-방향 단부측 부분을 도시한 도면이고;

도 3은 도 1에 도시된 디스플레이 패널의 Y-방향을 따른 개략적 부분 횡단면도이고;

도 4(a) 및 4(b)는 본 발명에 채용된 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구성을 개략적으로 도시한 도면이고;

도 5는 가드 전극에 대응하는 위치에 있는 본 발명의 스페이서의 전위를 나타낸 차트이다.

일본 특허 공개 제2002-237268호

본 발명은 전자 방출 소자를 이용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.

CRT와 같은 화상 형성 장치에 있어서 요망되는 것은 보다 큰 화상 크기이며, 그러한 화상 형성 장치에 대해 그러한 대형 화상 크기에서 보다 박형이고 보다 경량인 구조를 실현하는 것이 당면 목표이다. 이러한 박형의 경량 구조를 달성할 수 있는 화상 디스플레이 장치로서, 본 발명은 표면 전도형 전자 방출 소자를 이용한 화상 디스플레이 장치를 제안한다. 전자 방출 소자를 이용한 이러한 화상 디스플레이 장치는 진공 용기를 포함하며, 이 진공 용기는 복수개의 전자 방출 소자를 구비한 후면 플레이트와, 전자 조사에 응답하여 발광하는 발광 부재 및 아노드 전극을 구비한 전면 플레이트를, 그 주변부의 프레임 부재를 사이에 두고 밀봉함으로써 얻어진다.

전자 방출 소자를 이용한 이러한 화상 형성 장치에 있어서, 디스플레이 휘도는 가속 전압에 비례하므로, 고휘도의 디스플레이를 얻기 위해서는 높은 가속 전압을 사용하여야 한다. 또한, 보다 박형의 장치를 구현하기 위해, 후면 플레이트와 전면 플레이트 사이의 간격을 보다 작게 만들어야 한다. 결국, 이들 플레이트 사이에 상당히 높은 전기장이 발생되며, 고전위를 수용하는 아노드 전극과 다른 부품 사이에 방전이 유도될 수 있다.

일본 특허 공개 제2002-237268호(EP 122027 A)에서는 전면 플레이트의 표면에 제공된 아노드 전극 외측에 가드 전극(guard electrode)을 설치하고 그 가드 전극의 전위를 아노드 전극의 전위 보다 낮게 설정함으로써 아노드 전극과 다른 부품 간의 점진적 방전을 방지하기 위한 구성이 개시되고 있다.

상기 일본 특허 공개 제2002-237268호(EP 1220273 A)에 설명된 가드 전극은 브레이크다운 전압을 높이기 위해 스페이서와 접촉되게 설치되지만, 가드 전극과 스페이서 사이는 견고한 접촉이 용이하지 않아서 생산성의 측면에서 바람직하지 않다. 또한, 불충분한 접촉으로 인해 전극과 스페이서 사이에 미소 간극이 형성된 경우, 스페이서와 전극 사이에 방전이 일어날 수 있다.

본 발명의 목적은 스페이서와의 사이에 방전을 야기하지 않는 가드 전극을 구비하여 아노드 전극과 다른 부재 사이의 점진적 방전을 확실하게 방지함으로써 전술한 단점을 해소하고 만족스런 생산성을 얻을 수 있는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 화상 형성 장치는 복수개의 전자 방출 소자와 캐소드 전극을 갖는 캐소드 기판과; 이 캐소드 기판과 마주하는 관계로 배치되고, 상기 전자 방출 소자로부터 나오는 전자에 의한 조사로부터 발광을 야기할 수 있는 발광부재, 아노드 전극 및 가드 전극을 구비하는, 아노드 기판과; 캐소드 전극과 아노드 전극 사이와 상기 캐소드 전극과 이 캐소드 전극 및 아노드 전극에 접촉된 가드 전극 사이에 배치된 판상 스페이서와; 캐소드 전극와 아노드 전극의 주변부에 배치되어, 상기 캐소드 기판과 아노드 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 프레임 부재를; 포함하고,

상기 가드 전극은 아노드 전극과 프레임 부재 사이에 배치되고, 아노드 전극과 가드 전극 사이의 거리 X [m], 스페이서의 높이 hs [m], 아노드의 전위 Va [V], 및가드 전극과 스페이서 사이의 간극 Lg [m]은 다음의 수학식을 만족하는 것을 특 징으로 하는 화상 형성 장치:

(1) X ≤ 0.5hs 인 경우,

(2) 0.5hs < X ≤ hs 인 경우,

(3) hs < X 인 경우,

본 발명의 화상 형성 장치는 전자 방출 소자를 사용한 디스플레이 장치이고, 본 발명은 아노드 전극에 고압을 인가하여야 함에 따라 전계 방출 전자 방출 소자 또는 표면 전도형 전자 방출 소자를 활용하여 이러한 디스플레이 장치를 구성할 때 유리하게 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 화상 형성 장치를 구현하는 디스플레이 패널의 구성을 간략하게 도시하고 있으며, 도시된 바에 따르면, 전자 방출 소자(12), 횡 배선(캐소드 전극((13), 종 배선(14), 후면 플레이트(캐소드 기판)(15), 프레임 부재(16), 전면 플레이트(아노드 기판)(17), 형광 필름(18), 메탈 백(metal back)(아노드 전극)(19), 스페이서(20), 가드 전극(22) 및 스페이서 고정 부재(25)가 도시되어 있다.

본 발명에서, 캐소드 기판을 구성하는 후면 플레이트(15)와 아노드 기판을 구성하는 전면 플레이트(17)는 프레임 부재(16)를 사이에 두고 그 주변부가 밀봉되어 진공 용기를 구성하게 된다. 진공 용기는 그 내부를 약 10^-4 Pa의 진공 상태로 유지하면서 얇은 사각 판형의 스페이서(20)를 구비하는데, 이 스페이서는 대기압 또는 예상치 못한 충격에 의한 손상을 회피하기 위한 대기압 저항 부재로서 형성된다. 스페이서(20)는 고정 부재(25)에 의해 그 단부측에 고정된다.

캐소드 기판을 구성하는 후면 플레이트(15)는 캐소드 전극을 구성하는 M 횡 배선(13)과 N 종 배선(14)에 의해 단순 행렬로 배열되는 M×N 단위의 표면 전도형 전자 방출 소자(12)를 상부에 구비한다(M, N은 양의 정수). 횡 배선(13)과 종 배선(14)은 그 교차점에서 도시되지 않은 층간 절연막에 의해 상호 절연된다. 본 실시예는 표면 전도형 전자 방출 소자가 단순 행렬로 배열된 구성을 보여주지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않으면, 오히려 전계 방출형(field emission (FE)) 또는 MIN 방식과 같은 다른 전자 방출 소자에도 유리하게 응용될 수 있으며, 또한, 단순 행렬 배열에 한정되지 않는다.

도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명에 채용될 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구성을 개략적으로 도시한다. 이들 도면에서, 도 1의 후면 플레이트(15)에 대응하는 절연 기판(41)과, 소자 전극(42, 43)과, 전도성 필름(44) 및 이 전도성 필름(44)에 형성 전압을 인가하는 것에 의해 형성된 전자 방출부(45)가 도시되어 있다. 도 4(a)는 평면도이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 4B-4B 선을 따른 횡단면도이다. 전자 방출부(45)에는 활성화 공정에 의해 카본 필름이 통상 증착되어 있다.

도 2는 도 1에 도시된 화상 형성 장치에서 X-방향의 단부 부분 근처를 X-방향을 따라 취한 개략적 횡단면도이고, 도 3은 Y-방향을 따른 개략적인 부분 횡단면도이다. 이들 도면에서, 저항 필름(23), 고정 부재(26), 절연 기판(31), 고저항 필름(32), 전도성 검체재(black conductive material)(34), 인광 물질(발광 부재)(35) 및 횡 배선(13)과 종 배선(14) 간의 전기적 절연을 위한 층간 절연 필름(33)이 도시되어 있다. 도 2에서는 횡 배선(13)과 후면 플레이트(15) 사이의 종 배선(14)과 상기 횡 배선(13)과 종 배선(14) 사이를 전기적으로 절연하는 층간 절연막이 생략되어 있는데, 이는 간명함을 목적으로 한 것이다. 횡 배선(13) 및 종 배선(14)은 캐소드 전극으로도 지칭된다. 도 2 및 3에 도시된 구성에서, 스페이서(20)에 접속된 캐소드 전극은 횡 전극(13)이다.

도 1에 도시된 구성에서, 전면 플레이트(17)는 인광 필름(18)과 CRT 분야에서 이미 아노드 전극으로서 알려져 있는 메탈 백(metal back)(19)을 구비한다. 인광 필름(18)은 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 스트라이프형(stripe shape)으로 적색, 녹색, 청색의 3가지 기본 칼라의 인광 물질(35)로 분할되며, 각 칼라의 인광 물질(35) 사이에 검체 전도체(34)가 배치된다. 그러나, 인광 물질(35)의 배치는 스트라이프형에 한정되지 않으며, 오히려 전자 소스의 배열에 따라 델타 배치 (delta arrangement)와 같이 다른 배치를 취할 수 있다.

스페이서(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 정전 방전을 근본적으로 방지하기 위해 절연 베이스 부재(31)의 표면상에 고저항 필름(32)을 배치하는 것에 의해 형성되는 것이 일반적이며, 디스플레이 패널의 대기압 저항 부재로서 필요한 간격을 두고 필요한 개수로 제공된다. 스페이서(20)의 절연 베이스 부재(31)는 예컨대, 석영 유리, 나트륨 등의 불순물이 소량 함유된 유리, 소다 석회 유리, 또는 알루미나 등의 세라믹으로 형성될 수 있으며, 진공 용기를 형성하는 부재와 유사한 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 고저항 필름(32)은 WGeN(텅스텐 게르마늄 나이트라이드)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 채용될 스페이서(20)는 캐소드 전극으로서 기능하는 횡 배선(13)에 평행한 얇은 사각 플레이트 형상으로 되어 있으며, 상기 횡 배선(13)과 아노드 전극으로서 기능하는 메탈 백(19)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 특징적 구성인 가드 전극(22)의 주변 구성을 상세히 설명한다.

본 발명에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 아노드 전극으로서 기능하는 메탈 백(19)과 프레임 부재(16) 사이에 프레임 부재(16)로부터 소정 거리(X)를 두고 가드 전극(22)이 배치된다. 도 2에 도시된 구성에서, 가드 전극(22)은 저항 필름(23)을 통해 메탈 백(19)과 전기적으로 연결되어 있다. 가드 전극(22)은 아노드 전위가 보다 높게 형성되거나 디스플레이 패널의 주변부가 협소하게 만들어진 경우 주변부에서의 전위 상승을 방지하는데 효과적이다. 또한, 저항 필름(23)은 점진적 방전을 회피하는데 효과적이다. 가드 전극(22)은 그라운드(GND) 전위 또는 아노드 전위 보다 낮은 전위가 주어지고, 메탈 백(19)은 아노드 전위(Va)가 주어진다.

전면 플레이트(17)는 고정 부재(26)에 의해 전면 플레이트(17)와 후면 플레이트(15) 각각에 고정된 프레임 부재(16)를 사이에 두고, 캐소드 기판을 구성하는 후면 플레이트(15)에 밀봉된다.

본 발명에서, 가드 전극(22)과 스페이서(20)는 소정의 간극(Lg)을 두고 서로 접촉되지 않게 제공된다. 가드 전극(22)과 스페이서(20)가 비접촉 상태인 경우, 방전은 고 전위(Va) 하에서 유도될 수 있기 때문에, 이러한 방전을 방지하기 위해서는 이들 요소는 견고하게 접촉된 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 견고한 접촉을 이루기 위해서는 상기 요소들의 높이를 정확하게 조정하여야 할 필요가 있으므로 생산성 저하가 유발된다. 따라서, 본 발명에서는 내부 전기장이 소정 값을 초과하지 않는 간극(Lg)을 두어 가드 전극(22)과 스페이서(20) 사이의 방전 가능성을 감소시킨다. 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 방전 가능성을 감소시키는데 필요한 전기장 세기의 상한은 경험적으로 4×10⁸ V/m 으로 추산된다.

또한, 가드 전극(22)에 대향된 위치에 있는 스페이서(20)의 전위는 도 5에 도시된 바와 같이 스페이서(20)의 높이(hs[m])와 메탈 백(19)과 가드 전극(22) 간의 거리(X[m])와의 비율(X/hs)로 정의된다. 도 5는 다른 비율로서, 스페이서(20)의 높이(hs[m])와 스페이서(20)의 메탈 백(19)과의 연결부로부터 스페이서의 단부까지의 거리(Is[m])와의 비율(Is/hs)에 대한 전위를 상세히 나타내고 있다. 그러 나, 근사치 전위는 상기 비율(Is/hs)과 무관하게 파선으로 표현될 수 있다. 파선으로 도시된 바와 같이, 가드 전극(22)에 대향된 위치에 있는 스페이서(20)의 전위는 Va=1 인 경우 대략 다음과 같이 정의될 수 있다:

X ≤ 0.5hs 인 경우,

(2) 0.5hs < X ≤ hs 인 경우,

(3) hs < X 인 경우,

전술한 바에 기초하여, 스페이서(20)과 가드 전극(22)은 다음 수학식에 의해 정의되는 관계를 만족하는 간극(Lg[m])을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 스페이서(20)와 가드 전극(22) 간의 방전을 유도하지 않고 메탈 백(19)과 다른 부품 간의 점진적 방전을 방지하는 것이 가능해진다:

(1) X ≤ 0.5hs 인 경우,

(2) 0.5hs < X ≤ hs 인 경우,

(3) hs < X 인 경우,

또한, 전술한 간극(Lg)을 얻기 위해, 부품 크기는 다음 수학식 (4)을 만족하도록 선택되는 것이 바람직하다:

(4)

이때, t[m]는 전면 플레이트(17)의 두께, hs[m]는 스페이서(20)의 높이, ha [m]는 전면 플레이트(17)로부터 메탈 백(19)의 표면까지 높이, hc [m]는 후면 플레이트(15)로부터 횡 배선(13)의 표면까지의 높이, hg [m]는 전면 플레이트(17)로부터 가드 전극(22)의 표면까지 높이, hw [m]는 프레임 부재(16)의 내측에 인접한 후면 플레이트(15)와 전면 플레이트(17) 사이의 거리(기판 거리), S [m]는 프레임 부재(16)로부터 메탈 백(19)까지의 거리, E [Pa]는 전면 플레이트(17)의 영률, Va [V]는 아노드 전위이다.

수학식 (4)에서, 우측 첫 번째 항은 메탈 백(19)과 가드 전극(22)의 전면 플레이트(17)로부터의 높이 차를 나타낸다. 또한, 우측 두 번째 항은 프레임 부재(16)의 높이(고정 부재(26)의 높이를 대략 0 두께로 한 패널 내 두께)와 패널 내 메탈 백의 두께에 의해 정적으로 결정된 가드 전극의 상대 위치를 나타낸다. 우측 세번째 항은 대기압이 진공 용기에 적용될 때 휨(bending)량을 나타낸다.

전술한 전면 플레이트(17)의 휨량은 유리 기판으로 형성된 경우나 메탈 백(19)과 프레임 부재(16) 사이의 간격이 작게 만들어진 경우와 관련된다. 그 경우, 수학식 (4)는 보다 적은 항의 수학식 (5)로 유리하게 단순화될 수 있다. 특정 예로서, 최대 휨을 나타내는 X=S/2의 경우, 유리가 E≒7×10¹⁰ Pa의 영률을 가지므로, 휨량은 t=1mm, S=12mm 인 경우 1㎛ 이하가 된다. t=2mm, S=20mm 인 경우, 휨량은 1㎛ 이하가 된다. 휨량은 보다 큰 t를 선택하거나, X<S/2의 조건을 선택함으로써 감소될 수 있다. Lg 는 통상 S⁴/t³ 이 20 [m] 이하인 경우, 다음 수학식 (5)에 의해 계산될 수 있다:

(5)

또한, 스페이서(20)의 높이(hs), 전면 플레이트(17)로부터 메탈 백(19)의 표면까지의 높이(ha), 후면 플레이트로부터 횡 배선(13)까지의 높이(hc)의 총 높이(hs+ha+hc)가 프레임 부재(16) 근처의 기판 거리(hw)와 대략 동일한 것으로 간주해 보면, 이러한 상황은 아노드 전극의 단부로부터 프레임 부재(16)까지의 거리가 보 다 작거나 전면 플레이트가 보다 두꺼운 경우에 해당한다. 이상의 상황에서 S⁴/t³ 이 2 (m) 보다 작은 경우, Lg 는 다음 수학식 (6)에 의해 계산될 수 있다. 이 경우, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 간극(Lg)은 전면 플레이트(17)로부터 메탈 백(19)의 표면까지의 높이(ha)와 전면 플레이트(17)로부터 가드 전극(22)의 표면까지의 높이(hg)에 의해서만 유리하게 정의될 수 있다:

(6)

다시 도 1을 참조하여 다른 부품을 설명한다. 도 1에서, Dx1-Dxm, Dy1-Dyn, 및 Hv는 디스플레이 패널을 비도시된 전기 회로와 연결시키기 위한 밀봉 구조의 전기 접속 단자를 나타낸다. Dx1-Dxm 단자는 전자 소스의 횡 배선(13)과 전기적으로 연결되며, Dy1-Dyn 단자는 전자 소스의 종 배선(14)과 연결되며, Hv는 전면 플레이트(17)와 연결된다.

전술한 디스플레이 패널에서, 용기 외측에 제공된 단자들(Dx1-Dxm, Dy1-Dyn)을 통해 전압을 인가함으로써 각 전자 방출 소자로부터 전자가 방출된다. 동시에, 용기 외측에 제공된 단자(Hv)를 통해 수 KV의 고압을 메탈 백(19)에 인가하여 그 방출된 전자를 가속하고 전자들이 전면 플레이트(17)의 내면과 충동하도록 함으로써 인광 필름(18)을 구성하는 각 칼라의 인광 물질을 여기하여 발광시킴으로써 화상을 표시한다.

통상, 표면 전도형 전자 방출 소자에 인가되는 전압(Vf)는 약 12-18V이고, 메탈 백(19)과 표면 전도형 전자 방출 소자 사이의 거리는 약 0.1-8mm이며, 메탈 백(19)과 전자 방출 소자(12) 사이의 전압은 약 1-15kV이다.

실시예

( 실시예 1)

도 1-3에 도시된 구성의 화상 형성 장치는 다음의 방식으로 구성되었다.

전면 플레이트(17)용 기판으로서, 높은 변형점(distortion point)을 갖는 3mm 두께의 유리(PD200)을 채용하였다. 이러한 유리 기판 위에, 실버 페이스트를 인쇄하는 것에 의해 가드 전극(22)을 형성한 다음, 인쇄에 의해 검체 전도체(34)를 형성하였다. 검체 전도체(34)의 구멍에, 스크린 인쇄법으로 인광 물질(35)을 배치하였다. 그럼 다음, 그 위에 메탈 백(19)으로서 알루미늄을 진공 증착시켰다. 가드 전극, 검체 전도체, 메탈 백의 두께는 부품들의 크기를 고려하여 다음과 같이 결정하였다. 유리 기판 상에 WGeN의 고저항 필름(32)을 약 100nm 두께로 스퍼터링하여 스페이서(20)를 형성하였다. 3.6mm 두께의 유리로 프레임 부재(16)를 또한 형성하였다. 프레임 부재(16)와 후면 플레이트(15) 사이에 220㎛ 두께의 소결 유리층(26)을 제공하였다. 또한, 프레임 부재(16)와 전면 플레이트(17) 사이에 210㎛ 두께의 소결 유리층(26)을 제공하였다. 상기 소결 유리층(16)은 전면 플레이트, 프레임 부재 및 후면 플레이트의 밀봉 동작시 비도시된 간극 조정용 지그를 사용하여 두께를 조절하였다. 보다 구체적으로, 소결 유리층의 두께는 전면 플레이트와 후면 플레이트 사이에 4.03mm의 간극 조정용 지그를 두고 밀봉 동작을 행하는 것으로 조절하였다. 후면 플레이트(15)용 기판으로서, 전면 플레이트와 마찬가지로 높은 변형점을 갖는 3mm 두께의 유리(PD200)를 채용하였다. 유리 기판상에, 종 배선(14), 층간 절연 필름(22), 및 횡 배선(13)을 형성하였다. 종 배선(14)과 횡 배선(13)은 실버 페이스트의 인쇄로써 제공되었다. 이들 요소들은 유리 기판의 표면으로부터 횡 배선(13)의 표면 간 거리가 10㎛가 되도록 형성되었다.

본 실시예에서 상기 요소들은 프레임 부재의 주변부에서의 예기치 않은 방전을 방지하기 위해 t=3mm, hs=4mm, Is=8mm, S=30mm, X=5mm의 크기로 선택되었다. 프레임 부재(16)와 소결 유리(26)에 대한 전술한 크기에 기인하여 hw는 4.03mm가 되었다. 본 실시예에서 hs<X 인 경우, Va=10kV를 이용하기 위해 수학식 (3)에 기초하여 Lg ≥ 2.5㎛인 조건이 필요하다. 본 실시예에서, 안전한 브레이크다운 전압을 위해 약 9㎛의 Lg를 얻기 위해서 가드 전극(22)의 두께(hg)를 10㎛, 검체 전도체(34)의 두께를 20㎛, 메탈 백(19)의 두께를 0.1㎛로 하였다.

이러한 화상 형성 장치에서, Va=10kV의 전압 인가는 가드 전극(22)과 스페이서(20) 상에 방전을 야기하지 않는다.

그런 다음, 패널을 분리하고, 스페이서(20)와 접촉되는 형상부를 갖는 부분에서 전면 플레이트(17)로부터 메탈 백(19)의 표면까지의 높이(ha)와 후면 플레이트(15)로부터 횡 배선(13)의 표면까지의 높이(hc)를 측정하였다. 그 결과, ha는 20㎛로 측정되었고, 검체 전도체(34)는 거의 변형되지 않은 것으로 나타났다. 또한, hc는 9㎛로 측정되었고, 스페이서와 접촉하는 형상부의 부분은 다른 영역으로부터 약 1㎛ 만큼 리세스되었음을 확인하였다. 가드 전극(22)의 표면은 접촉 흔적 을 보이지 않았으며, 전면 플레이트(17)로부터 가드 전극(22)의 높이(hg)는 10㎛였다. 그러므로, 수학식 (4)에 따라 Lg=8㎛를 나타내어, Lg ≥ 2.5㎛의 필요 조건을 만족하였다.

따라서, 가드 전극(22)에 대향된 스페이서(20)의 부분은 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 전기장 세기가 1.3 × 10⁸ V/m 하에서 약 1kV의 전위를 가짐으로써 이들 사이의 방전을 방지한다.

또한, 전면 플레이트(17)의 노출면(공기에 노출된 면)과 후면 플레이트(15) 사이의 간격은 다른 영역에서 측정되었고, 전면 플레이트와 후면 플레이트의 두께는 그 측정된 값에서 감산하여 전면 플레이트와 후면 플레이트의 내면간 간격을 계산하였다. 결국, (hs+hc+ha)에 대응하는 기판 간격은 메탈 백(19) 근처에서 4.029mm였고, 가드 전극(22) 근처에서 4.020mm였다. 이들 결과와 hg, ha, hs, hc 등을 기초로, Lg가 9㎛로 측정되었다. 이 값은 수학식 (4)로부터 계산한 Lg의 값고 실질적으로 일치하는 것이다.

( 실시예 2)

본 실시예는 소형화된 화상 형성 장치를 얻기 위해 프레임 부재와 아노드 전극 간 거리를 20mm로 선택했다는 점에서 실시예 1과 상이하다. 이러한 변화 때문에, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 간극(Lg)은 수학식 (5)로부터 10㎛로 계산되었다. 본 실시예에서, 가드 전극(22)에 대향된 스페이서(20)의 부분은 실시예 1에서와 마찬가지로 약 1kV의 전위를 가지며, 횡 배선(13)은 약 1㎛ 정도 리세스되므로, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간 전기장 세기는 1.1× 10⁸ V/m으로 계산되었다.

또한, 본 실시예의 화상 형성 장치에서, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 사이의 방전은 관찰되지 않았다.

( 실시예 3)

본 실시예는 보다 소형화된 화상 형성 장치를 얻기 위해 메탈 백(19)과 프레임 부재(16) 사이의 거리(S)를 10mm로 선택하였고, 메탈 백(19)과 가드전극(22) 사이의 거리(x)를 2mm로 선택하였으며, 검체 전도체(34)를 2개 층으로 인쇄하였다는 점에서 실시예 1과 상이하다. 이로부터 X ≤ 0.5hs가 되어, Va=10kV를 적용하기 위해 Lg ≥ 7.5㎛의 조건이 수학식 (1)로부터 필요하게 된다.

본 실시예에서, 횡 배선(13)이 약 1㎛ 정도 리세스된 점을 고려하여 간극 조정용 지그의 높이를 1㎛ 만큼 낮춤으로써 밀봉 동작을 행하였다. 보다 구체적으로, 간극 조정용 지그를 4.029mm의 높이로 하였다. 결국, 프레임 부재 근처의 전후면 플레이트 간 높이는 메탈 백의 말단에서의 높이와 동일하게 형성될 수 있다. 본 실시예에서, Lg=10㎛ 를 얻기 위해, 검체 전도체(34)는 20㎛, 메탈 백(19)은 0.1㎛로 선택되었다. 또한, 프레임 부재(16) 근처의 기판 거리(hw)는 전술한 바와 같이 4.029mm 높이의 간극 조정용 지그로 소결 유리층의 두께를 조절하는 것에 의해 4.029mm로 맞추었다. 그런 다음, 패널을 분리하고, 스페이서(20)와 접촉되는 형상부를 갖는 부분에서 메탈 백(19)의 전면 플레이트(17)로부터의 높이(ha)와 횡 배선(13)의 후면 플레이트(15)로부터의 높이(hc)를 측정하였다. 그 결과, ha는 20㎛로 측정되었고, 검체 전도체(34)는 거의 변형되지 않은 것으로 나타났다. 또한, hc는 9㎛로 측정되었고, 횡 배선에서 스페이서와 접촉하는 형상부의 부분은 다른 영역으로부터 약 1㎛ 만큼 리세스되었음을 확인하였다. 가드 전극(22)의 표면은 접촉 흔적을 보이지 않았으며, 전면 플레이트(17)로부터 높이(hg)는 10㎛였다. 그러므로, 수학식 (6)에 따라 Lg=10㎛를 나타내어, Lg ≥ 7.5㎛의 필요 조건을 만족하였다.

본 실시예에서, 가드 전극(22)에 대향된 스페이서(20)의 부분은 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 전기장 세기가 3.3 × 10⁸ V/m 하에서 약 3kV의 전위를 나타내었다.

또한, 본 실시예의 화상 형성 장치에서 가드 전극(22)과 스페이서(20) 사이의 방전은 관찰되지 않았다.

( 실시예 4)

본 실시예는 패널 두께를 줄이기 위해 전면 플레이트(17)의 두께(t)를 2mm, 스페이서(20)의 높이(hs)를 2mm로 한 점에서 실시예 3과 상이하다.

본 실시예에서, 10㎛의 Lg를 얻기 위해, 소결 유리층(26)의 두께를 2.03mm의 간극 조정용 지그로 조절함으로써, 프레임 부재(16) 근처에서 2.03mm의 기판 거리 (hw)를 실현하였다. 그런 다음, 패널을 분리하고, 스페이서(20)와 접촉되는 형상부를 갖는 부분에서 메탈 백(19)의 전면 플레이트(17)로부터의 높이(ha)와 횡 배선(13)의 후면 플레이트(15)로부터의 높이(hc)를 측정하였다. 그 결과, ha는 20㎛로 측정되어, 검체 전도체(34)와 매탈 백(19)의 두께 합과 일치하였다. 또한, hc는 9㎛로 측정되었고, 횡 배선에서 스페이서와 접촉하는 형상부의 부분은 다른 영역으로부터 약 1㎛ 만큼 리세스되었음을 확인하였다. 가드 전극(22)의 표면은 접촉 흔적을 보이지 않았으며, Lg는 수학식 (6)에 따라 10㎛를 나타내어, Lg ≥ 2.5㎛의 필요 조건을 만족하였다.

본 실시예에서, 가드 전극(22)에 대향된 스페이서(20)의 부분은 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 전기장 세기가 1.0 × 10⁸ V/m 하에서 약 1kV의 전위를 나타내었다.

(비교 실시예 )

본 실시예는 메탈 백(19)과 가드 전극(22) 간의 거리(X)를 2.5mm로 선택하고, 가드 전극의 높이가 15㎛ 라는 점에서 실시예 1과는 상이하다. 이로부터 0.5hs < X < hs가 얻어져서, Va=10kV를 적용하기 위해서 Lg ≥ 6.25㎛의 조건이 수학식 (2)로부터 필요하게 된다.

그러나, 본 실시예에서, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간 간극(Lg)은 수학식 (4)에 따라 4㎛였다.

이러한 화상 형성 장치에서, Va가 점진적으로 증가되면, Va=8kV에서 가드 전극(22)에서 방전에 의한 발광이 관찰되었다. 이 상태에서, 가드 전극(22)에 대향된 스페이서(20)의 부분은 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 전기장 세기가 5.0 × 10⁸ V/m 하에서 약 2kV의 전위를 나타내었다. 따라서, 본 실시예에서, 가드 전극(22)과 스페이서(20) 간의 간극(Lg)은 본 발명에서 한정한 하한치 보다 작아져서, 그들 사이에 높은 전기장이 발생되어 방전을 유도하게 된다.

본 발명에서, 가드 전극과 스페이서는 서로 비접촉 상태로 제공되며, 그 간극은 하한치가 요구된다. 그러므로, 본 장치는 그러한 필요 조건을 만족할 수 있는 범위 내에서 설계되며, 가드 전극과 스페이서가 접촉된 구성에 비해 매우 높은 생산성으로 용이하게 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명은 높은 내구성과 신뢰성을 가지며, 아노드 전극과 다른 부품 간의 방전을 만족스럽게 방지할 수 있는 화상 형성 장치를 제공한다.

본원은 본 명세서에 참조로 언급된 2004년 11월 18일자 일본 특허 출원 제2004-334070호로부터 우선권을 주장한다.

Claims

화상 형성 장치로서:

복수개의 전자 방출 소자와 캐소드 전극을 갖는 캐소드 기판과;

상기 캐소드 기판과 마주하는 관계로 배치되고, 상기 전자 방출 소자로부터 나오는 전자에 의한 조사로부터 발광을 야기할 수 있는 발광부재, 아노드 전극 및 가드 전극을 구비하는, 아노드 기판과;

캐소드 전극와 아노드 전극 사이와 상기 캐소드 전극과 이 캐소드 전극 및 아노드 전극에 접촉된 가드 전극 사이에 배치된 판상 스페이서와;

캐소드 전극와 아노드 전극의 주변부에 배치되어, 상기 캐소드 기판과 아노드 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 프레임 부재를 포함하고,

상기 가드 전극은 아노드 전극과 프레임 부재 사이에 배치되고, 아노드 전극과 가드 전극 사이의 거리 X [m], 스페이서의 높이 hs [m], 아노드의 전위 Va [V], 및 가드 전극과 스페이서 사이의 간극 Lg [m]은 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치:

(1) X ≤ 0.5hs 인 경우,

(2) 0.5hs < X ≤ hs 인 경우,

(3) hs < X 인 경우,
제1항에 있어서,

t[m]는 아노드 기판의 두께, hw [m]는 프레임 부재 근처의 캐소드 기판과 아노드 기판 사이의 거리, ha [m]는 아노드 기판으로부터 아노드 전극의 표면까지 높이, hg [m]는 아노드 기판으로부터 가드 전극의 표면까지 높이, hc [m]는 캐소드 기판으로부터 캐소드 전극의 표면까지의 높이, S [m]는 프레임 부재로부터 아노드 전극까지의 거리, E [Pa]는 아노드 기판의 영률일 때, 상기 Lg는 다음 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치:
제1항에 있어서,

상기 아노드 기판은 유리 기판으로 형성되며,

hw [m]는 프레임 부재 근처의 캐소드 기판과 아노드 기판 사이의 거리, ha [m]는 아노드 기판으로부터 아노드 전극의 표면까지 높이, hg [m]는 아노드 기판으로부터 가드 전극의 표면까지 높이, hc [m]는 캐소드 기판으로부터 캐소드 전극의 표면까지의 높이, S [m]는 프레임 부재로부터 아노드 전극까지의 거리일 때, 상기 Lg는 다음 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치:
제1항에 있어서,

상기 아노드 기판은 유리 기판으로 형성되며,

ha [m]는 아노드 기판으로부터 아노드 전극의 표면까지 높이, hg [m]는 아노드 기판으로부터 가드 전극의 표면까지 높이일 때, 상기 Lg는 다음 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치: