JP2000251797A

JP2000251797A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000251797A
Application number: JP11049109A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mogi; 聡史茂木; Tamaki Kobayashi; 玉樹小林; Keisuke Yamamoto; 敬介山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】異常放電が生じた際にも沿面放電を防止し
て電子源が損傷を受けることのない画像形成装置を提供
する。【解決手段】カソード基板の電子源から放出された電
子をアノード基板の蛍光膜に照射させて画像を表示する
画像形成装置において、アノード基板に形成され放出さ
れた電子を加速するべく高電圧が印加されるメタルバッ
ク２に、該メタルバックを複数の部分に分割する間隙３
を設けると共に、この間隙３を覆う導電性材料の被覆９
を設け、異常放電が発生した場合においても、間隙部分
表面に沿面放電が誘発されるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関
し、特に、電子源から放出された電子により蛍光体を発
光させる平板型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からなる平板
型画像形成装置は広く研究、開発がなされており、使用
される電子源として、例えば、電界放出素子や、表面伝
導型放出素子などを用いて構成されたものが提案されて
いる。

【０００３】前者の電界放出素子を用いた装置の一例と
しては、米国特許第４８８４０１０号があり、また、後
者の表面伝導型放出素子を用いた装置の一例として、米
国特許第５０６６８８３号がある。

【０００４】両者には、電子源の構造ならびに駆動の方
法等に違いは見られるものの、共通して見られる特徴と
して、複数の電子放出素子で構成される電子源よりなる
カソードから電子を放出させ、それに近接したアノード
を有する点がある。このアノードは、蛍光体を有してお
り、アノード電圧で加速された電子を照射させ、蛍光体
を発光させて画像を形成するものである。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】このような画像形成装置の内部は真空に保
たれており、アノードの電位は、電子線照射で発光さ
せ、輝度を得るために概ね数キロボルト〜数１０キロボ
ルトで保持される。この部分の耐圧は真空ないしは、絶
縁体等によって確保される。

【０００６】このような画像形成装置で、電子放出を連
続して行い、画像形成を長時間行うと、真空アーク放電
が観測されることがある。この異常放電で流れる電流
は、非常に大きく数Ａから数１００Ａにまでおよぶ。こ
のような異常放電は、カソードとアノード間の真空状態
が不十分であったり、あるいは電極形状や、真空と電極
と絶縁物の電気的３重点により、異常電場が生じた結果
により発生すると考えられる。

【０００７】このような異常放電が１度生じると、その
放電部分に電流集中をおよぼし、アノード部およびカソ
ード部に損傷をもたらすことがある。損傷の原因とし
て、真空アーク放電は結果的に大電流をもたらすので、
電流による多量のジュール熱が発生し、カソードにおけ
る電子放出素子の破壊を引き起こすこと、また、電流集
中により、カソードならびに結線のための配線の電位が
不安定化となり、その結果、配線を介して接続された素
子に損傷を与えることなどが考えられる。

【０００８】従って、アノードとカソードの間で異常放
電を生じさせない事が最も望ましいが、大多数のカソー
ドを有する素子により構成される画像形成装置において
は、製造工程での歩留まりを保ちつつ、上記の条件を満
たして異常放電の発生を完全に防止する事は難しい。

【０００９】このような真空アーク放電の発生を抑制す
るべく、アノード部に抵抗体部を設ける技術が、特開平
１０−１３４７４０号公報に開示されている。この公報
に開示された技術を図８に模式的に示す。図８はアノー
ド基板の断面および正面を示しており、蛍光体のＲ，
Ｇ，Ｂが分割され各ストライプ電極状にレーザートリミ
ング等により切り込み部を設けて抵抗体を形成してい
る。これによりマイクロ放電を抑制し耐電圧特性を向上
することができると共に、マイクロ放電発生時の実効電
圧を下げることができる。

【００１０】また、該公報には、抵抗体部の耐電圧を確
保する目的で抵抗体部の上層に絶緑部を形成することが
開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したレーザトリミ
ング等により切り込みを入れた領域、あるいは複数のア
ノード電極間の領域によって、メタルバックは分割され
ている。このメタルバックを分割する領域は、ガラス基
板などの絶縁面が露出した構成となっている。

【００１２】このような構成のアノードを有する画像形
成装置において、異常放電が発生すると、該メタルバッ
クを分割する領域において沿面放電が発生する場合があ
る。沿面放電が発生すると、アノードさらにはカソード
が破壊され、画像形成装置の表示品位を低下させる。よ
って、異常放電発生時に、該メタルバックを分割する領
域における沿面放電を防止する必要がある。

【００１３】本発明はこのような状況に鑑み、異常放電
が生じた際にも沿面放電の誘発を防止して電子源が損傷
を受けることのない画像形成装置を提供することを課題
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の画像形成装置は、電子を放出する電子源を有
するカソード基板と、該カソード基板と対向しており、
蛍光膜および該蛍光膜の表示面の反対側に設けられ前記
電子源から放出された電子を加速させるべく高電圧が印
加されるメタルバックを有するアノード基板とを備え、
前記電子により前記蛍光膜を発光させて画像を表示する
画像形成装置であって、前記メタルバックを複数の部分
に分割するように形成された複数の間隙を有しており、
各間隙が導電性材料で被覆されている。

【００１５】すなわち、カソード基板の電子源から放出
された電子をアノード基板の蛍光膜に照射させて画像を
表示する画像形成装置において、アノード基板に形成さ
れ放出された電子を加速するべく高電圧が印加されるメ
タルバックを複数の部分に分割するように間隙を設ける
と共に、この間隙を導電性材料で被覆する。

【００１６】このようにすると、異常放電が発生した場
合においても、間隙部分表面に沿面放電が誘発されるの
を防止することができ、長時間にわたり安定した表示品
位を保つことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の画像形成装置の実
施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】図２は、本実施形態の画像形成装置の構成
を示すブロック図である。図２において、２１はアノー
ド基板、２２は電子放出素子の形成されたカソード基
板、１１はアノード電圧を印加する高圧電源、３１は電
子放出素子の駆動用電源を各々示している。図中３２〜
３４は、異常放電の発生を観察するための構成であり、
３２はフォトマルチプライヤチプライヤ、３３はオシロ
スコープ、３４はＣＣＤカメラ、３５はＶＴＲを各々示
している。

【００１９】画像形成装置として機能させるためには、
通常アノード基板２１には電子ビームを十分に加速させ
る電位を与えるべく、数キロボルト〜数十キロボルトの
高い正電圧が印加される。この電位によって、カソード
基板２２に形成された電子放出素子から制御され放出さ
れた電子が、アノード基板２１に形成された蛍光体を発
光させる。

【００２０】この場合の電子の流れは、上述の異常放電
とは区別されるものである。なお、アノード基板２１と
カソード基板２２の間の空間は、通常真空に保持され、
アノード基板２１とカソード基板２２の距離は、放出電
子の平均自由行程よりも小さくなっている。

【００２１】さて、このような状況下において、突発的
に異常放電が観測される場合がある。その原因は、はっ
きりと断定する事は出来ないが、例えば、カソード基板
２２に形成された電極形状に異常電場をもたらすような
箇所があった場合などが考えられる。異常放電の発生を
特定するには、例えば、画像形成装置の発光をフォトマ
ルチプライヤ３２を用いる事によりオシロスコープ３３
で観察可能であり、異常放電に伴って強烈な発光が観察
される。

【００２２】図１は、本実施形態の画像形成装置のアノ
ード基板の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は
平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’
部分の断面図である。図中、１は電子線を加速させるた
めに必要な高電圧を印加するための高電圧印加部、２は
メタルバック、３はメタルバックのパターニングによっ
てメタルバックが形成されていない部分であり、以降切
り込み部と呼ぶ。４は蛍光膜、５はガラス基板を示して
いる。

【００２３】切り込み部３のうち、高電圧印加部１とス
トライプ状の各電極との間に設けられた切り込み部分
を、電極切り込み部４１と呼び、各電極間の間隙を形成
する切り込み部を電極間切り込み部４２と呼ぶこととす
る。

【００２４】これらの切り込み部の上には、絶縁面が露
出しないように図中斜線で示す導電性膜９が形成されて
おり、この導電性膜９によって、後述するように沿面放
電を防止する。

【００２５】蛍光膜４は、モノクロームの場合は単一の
蛍光体のみから構成することができる。一方、カラーの
蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライ
プあるいはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色材と
蛍光体とから構成することができる。

【００２６】ブラックストライプやブラックマトリクス
を設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色
蛍光体の各蛍光体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、および蛍光膜における外光反
射によるコントラストの低下を抑制することにある。ブ
ラックストライプの材料としては、通常用いられている
黒鉛を主成分とする村料の他、光の透過及び反射が少な
い材料を用いることができる。

【００２７】ガラス基板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。蛍光膜４の内面側には、メタルバック２が設け
られる。メタルバック２を設ける目的は、蛍光体の発光
のうち内面側への光をフェースプレート側へ鏡面反射さ
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、外周
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
体を保護すること等である。

【００２８】メタルバック２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Ａｌを真空蒸着等を用いて
堆積させて製造される。

【００２９】メタルバック２のパターニングは、例えば
レーザトリミング法などによって行なわれる。異常放電
を抑制し耐電圧特性を向上するのに必要なパターンは、
画像形成装置の構成により異なり、効果が得られる形状
であればここに示したものに特に限定されない。メタル
バックのパターニングによる切り込み部は絶縁面（ブラ
ックストライプ、ガラス基板等）が露出した状態とな
る。

【００３０】沿面放電の発生は、絶縁面の材質、表面抵
抗など多くの因子の影響を受ける。特に、ここで用いら
れるような形状のメタルバックを有する画像形成装置に
関わる沿面放電においては、本発明者らは、切り込み部
の絶縁面の帯電が沿面放電の発生に結びつく事を見出し
ている。

【００３１】従って沿面放電を防止するためには、アノ
ードの切り込み部で絶縁面が露出してない構成とするこ
とが好ましい。このため、本発明の画像形成装置におい
ては、アノードの切り込み部に導電性膜９を形成する。
導電性膜９に使用する材料としては、２次電子放出係数
が小さいものが好ましい。

【００３２】また切り込み部３に形成する導電性膜９
は、パターニングによってアノードに付与された効果を
低減しない必要がある。よって、パターニングの形状に
応じて導電性膜９の膜厚、抵抗率を適宜選択する必要が
ある。

【００３３】ここで、本実施形態の画像形成装置につい
て、アノードに導電性材料の膜を形成していないものと
比較して詳細に検討する。

【００３４】図３は、アノード基板とカソード基板によ
り構成される本実施形態の画像形成装置の例を示す斜視
図である。ここでは、電子放出素子として表面伝導型放
出素子を用い、マトリクス配置された電子源よりなるカ
ソード基板２２を用いた。

【００３５】なお、上述のように本発明の画像形成装置
は電子源として様々なものが使用可能であり、これに限
定されるものではない。

【００３６】図３において、図１及び図２に示した部分
と同様な部分については、同じ符号で示している。ま
た、２６はｘ方向配線、２７はｙ方向配線、２５は表面
伝導型放出素子、２４はカソード基板を支えるリアプレ
ート、５はガラス基体、４は蛍光体、２はメタルバッ
ク、２３はアノード基板２１とカソード基板２４を固定
する支持枠である。

【００３７】なお、表面伝導型放出素子には対向する素
子電極が設けられており、該素子電極間に１５Ｖ程度の
電圧を印加する事により、該電極間に素子電流Ｉｆが流
れ、同時に電子放出が行われる。本実施形態において
は、ｘ方向７２０素子（ｍ＝７２０）、ｙ方向２４０素
子（ｎ＝２４０）からなるものを使用した。

【００３８】また、素子ピッチはｘ方向２５０μｍ、ｙ
方向６００μｍであり、ｘ方向配線は３００μｍの幅で
形成した。よって、本実施形態における画像形成領域は
ｘ方向１８０ｍｍ、ｙ方向１４４ｍｍの範囲である。

【００３９】図４は本実施形態で用いたアノード基板を
示しており、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）に示すＡ−Ａ’部分の断面図、図４（ｃ）は図４
（ｂ）に示した部分Ｂの拡大図である。

【００４０】ここで、アノード基板の製造方法を説明す
る。まず、アノード基板に、ブラックストライプと蛍光
体を沈殿法にて塗布後、焼成を行い、画像表示面を形成
する。蛍光体上にアクリルエマルジョンを塗布して、い
わゆる蛍光面の平滑化処理として知られるフィルミング
を行なった後、アルミニウム膜を約５０ｎｍ程度の厚さ
に蒸着し、フィルミング成分の有機物を飛散させるため
に、空気中で焼成を行なった。

【００４１】次に、アルミニウム膜をレーザトリミング
法で切断し、図示したパターン形状とした。電極間切り
込み部４２は２００μｍの幅であり、表示画素の存在し
ない領域、ここではブラックストライプ上に形成した。
また、トリミングにより設けた電極切り込み部４１の抵
抗値を測定したところ各々約５００Ωであった。

【００４２】比較例の画像形成装置では、切り込み部に
導電性膜を形成せずに、以上の工程でアノード基板を製
造した。

【００４３】一方、本実施形態では、上記の工程に加
え、切り込み部に導電性材料としてカーボンブラックを
用いて導電膜９を形成した。もちろん、導電膜９の材料
は、上述のように２次電子放出係数が小さく、製造に適
するものであればカーボンブラックに限定されない。

【００４４】アノード電極のパターニング後、レーザト
リミングでアルミニウム膜が除去された切り込み部に、
アモルファスカーボンを分散させた水溶液をスプレー法
にて塗布した後焼成して、数百ｎｍ程度のアモルファス
カーボン膜を形成した。

【００４５】このようにして形成されたアノード基板を
用いて比較例および実施形態の画像形成装置をそれぞれ
図３に示したように構成して、実際に表示を行いながら
異常放電の発生を観察するべく、以下のような耐久試験
を行った。

【００４６】アノードに１０ｋＶの高電圧を印加し、カ
ソード基板のｘ方向配線、具体的には図３に示したＤox
1，Ｄox2，…Ｄox(m-1)，Ｄoxm及び、ｙ方向配線、具体
的には図３に示したＤoy1，Ｄoy2，…Ｄoy(n-1)，Ｄoyn
に接続された不図示のドライバーユニットを駆動する事
により、画像が表示される。このようにして、様々な画
像を表示させながら、７００時間の耐久試験を行い、そ
の間図２に示した構成で、フォトマルチプライヤ３２と
オシロスコープ３３により発光強度測定を行った。

【００４７】比較例の画像形成装置では、フォトマルチ
プライヤの発光強度測定によって４回の異常放電が検出
された。この内初期の２回の異常放電においては、同時
にアノードの切り込み部３での発光も観察された。

【００４８】耐久試験終了後、電子源基板上の素子に欠
陥が生じていないか検査した。すると、沿面放電が発生
した切り込み部直下のいくつかの素子がダメージを受け
ていることが判明した。

【００４９】一方、本実施形態の画像形成装置では、耐
久試験中に数回の放電がフォトマルチプライヤにより観
察されたが、いずれの場合も切り込み部３での発光は観
察されなかった。

【００５０】耐久試験終了後、電子源基板上の素子に欠
陥が生じていないか検査を行なったが、特にダメージは
確認されなかった。これは、切り込み部３に導電性膜９
を形成したことにより、切り込み部における沿面放電が
防止でされたものと考えられる。

【００５１】このように、比較例の画像形成装置での
み、アノードの切り込み部で発光が観察されたが、この
原因としては、異常放電発生時に切り込み部で電位差が
生じ、沿面放電が発生したためであると考えられる。

【００５２】上記比較例で発生した切り込み部での沿面
放電を確認するため、ダミー基板を作成して以下のよう
な実験を行った。

【００５３】図５は、切り込み部のギャップ間耐圧を測
定するために作成したダミー基板を示しており、図５
（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’で
の断面図である。図５中ｂは２００μｍである。ダミー
基板の構成、製造方法は上述のアノード基板と同様の方
法で行った。

【００５４】ギャップ間の耐圧測定は、ギャップ間に流
れる電流を測定しながら、電圧源の電圧を漸増させて行
なった。図６は測定結果を示すグラフである。印加電圧
Ｖｂでギャップ間に流れる電流が不連続に変化してい
る。このギャップ間電流が不連続に変化する電圧で、ギ
ャップ間で沿面放電が発生していると考えられる。以
降、この電圧を沿面放電開始電圧と呼ぶ。

【００５５】図７は、この測定を複数のダミー基板に対
して行なった、沿面放電開始電圧の度数分布を示すグラ
フである。このグラフから、おおむね６００Ｖから９０
０Ｖで沿面放電が開始することが分かる。これは、異常
放電時に切り込み部で発生する電位差が１ｋＶ近くとな
り沿面放電開始電圧を超えたために、異常放電に伴い沿
面放電が誘発されたと考えられる。

【００５６】一方、本実施形態で用いたアノード基板に
おいても、切り込み部のギャップ間抵抗及び耐圧を測定
するために図５と同様のパターンに加工したダミー基板
を作成した。切り込み部の上に導電性膜を形成した以外
は、上記比較例と同じ構成、製造方法で作成した。

【００５７】ギャップ間の抵抗及び耐圧測定について
も、上記比較例のダミー基板と同じ条件で行った。この
ときに測定された電流電圧特性から、本実施形態で使用
した導電性膜によって電極間に付加される抵抗は１０ｋ
Ω程度であると推定される。この抵抗値では、電極切り
込み部４１のパターニングにより得られる抵抗に影響を
及ぼすことはない。

【００５８】本実施形態のアノード基板と同様の構成と
したダミー基板では、ギャップ間の耐圧測定を１５００
Ｖまで測定しても、ギャップ間に流れる電流が不連続に
増加することはなかった。

【００５９】従って、異常放電時にも切り込み部で発生
する電位差が沿面放電開始電圧を超えず、異常放電で沿
面放電が誘発されなかったと考えられる。

【００６０】このように本実施形態の画像形成装置で
は、メタルバックの切り込み部を覆うように導電性材料
で膜を形成したため、異常放電が発生した場合において
も沿面放電が誘発されないので、長時間にわたり安定し
た表示品位を保つことができる。

【００６１】以上本発明の画像形成装置の好適な実施形
態について、比較例との比較を交えて説明したが、上述
のように本発明の画像形成装置で使用する電子源は、上
記実施形態で使用した表面伝導型放出素子に限定される
ものではなく、電界放射型などの他の電子放出素子も使
用できる。

【００６２】また、導電性膜の材料も、上記実施形態に
示したカーボンブラックに限定されるものではなく、２
次電子放出係数が小さく、製造に適するものであれば他
の材料も適用できる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の画像形成装
置によれば、メタルバックを分割する領域を導電性材料
で被覆することにより、異常放電が発生した場合におい
ても、該領域で沿面放電が誘発されるのを防止でき、長
時間にわたり安定した表示品位を保つことができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の実施形態のアノード基
板の構成を示す図である。

【図２】本発明の画像形成装置と異常放電を観察する測
定機器の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の画像形成装置の実施形態の構成を示す
斜視図である。

【図４】本発明の比較例として用いたアノード基板の構
成を示す図である。

【図５】切り込み部のギャップ間耐圧を測定するのに用
いたダミー基板を示す図である。

【図６】図５のダミー基板の耐圧測定中の電流電圧特性
を示す図である。

【図７】沿面放電開始電圧の度数分布を示すグラフであ
る。

【図８】従来の画像形成装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１高圧取り出し部２メタルバック３切り込み部４蛍光体５ガラス基板６ブラックストライプ９導電性膜１１高圧電源２１アノード基板２２カソード基板２３支持枠２４リアプレート２５表面伝導型放出素子２６ｘ方向配線２７ｙ方向配線３１素子駆動用電源３２フォトマルチプライヤ３３オシロスコープ３４ＣＣＤカメラ３５ＶＴＲ４１電極切り込み部４２電極間切り込み部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敬介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 BB04 BB10 EE08 EE09 EF01 EF06 EF09 EG24 EH01 EH08 EH26 5C096 AA00 BA04 BC02 BC04 BC20 CA03 CA12 CA26 CB02 CC13 CC23 CC26 CJ02 DC03 DC04 DC05 EA03 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する電子源を有するカソード
基板と、該カソード基板と対向しており、蛍光膜および該蛍光膜
の表示面の反対側に設けられ前記電子源から放出された
電子を加速させるべく高電圧が印加されるメタルバック
を有するアノード基板とを備え、前記電子により前記蛍
光膜を発光させて画像を表示する画像形成装置であっ
て、前記メタルバックを複数の部分に分割するように形成さ
れた複数の間隙を有しており、各間隙が導電性材料で被
覆されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記電子源がマトリクス状に配置されて
いる複数の電子放出素子からなることを特徴とする請求
項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記メタルバックの前記複数の間隙が、
表示画素の存在しない領域に形成されていることを特徴
とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記蛍光膜が、三原色に対応した三種類
の蛍光体と各蛍光体間の黒色部分とを有しており、前記
メタルバックの前記複数の間隙が前記黒色部分上に該黒
色部分以下の幅で形成されていることを特徴とする請求
項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記電子放出素子が冷陰極素子であるこ
とを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の
画像形成装置。
【請求項６】前記電子放出素子が表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項５項に記載の画像形成装
置。
【請求項７】前記導電性材料がカーボンブラックであ
ることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記
載の画像形成装置。
【請求項８】前記アノード基板の母材がガラスである
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載
の画像形成装置。
【請求項９】前記メタルバックがアルミニウムからな
ることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記
載の画像形成装置。