JP2004363094A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高抵抗膜で被覆された板状のペーサ３を用いてスペーサ３への帯電防止を図るに際し、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの不規則なずれを防止すると共に、スペーサ３の設置位置の多少のずれにも拘わらず、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの到達位置の位置ずれを抑制できるようにする。
【解決手段】 スペーサ３を行方向配線５に沿って配置し、高抵抗膜をメタルバック１１と行方向配線５にそれぞれ接触させて電気的に接続する一方、スペーサ３の高抵抗膜と行方向配線５との接触部を所定間隔で設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば表示パネルなどとして用いられる画像形成装置に関するもので、さらに詳しくは、複数の電子放出素子および該複数の電子放出素子を駆動するための配線を有する第１の基板と、該第１の基板に対向配置され、前記配線よりも高電位に規定された電極を有する第２の基板との間に、前記配線に沿って、表面が高抵抗膜で被覆された板状のスペーサーを挟み込んだ画像形成装置に関する。

一般に、電子源側である第１の基板と、表示面側である第２の基板を間隔をあけて対向配置した画像形成装置では、必要な耐大気圧性を得るために、第１の基板と第２の基板間に絶縁材料で構成されたスペーサを挟み込んでいる。しかし、このスペーサが帯電して、スペーサ近傍の電子軌道に影響を及ぼし、発光位置ずれを生じさせるという問題を生じていた。これは、例えばスペーサ近傍画素の発光輝度低下や色滲みなどの画像劣化の原因となる。

従来、上記スペーサの帯電防止のために、高抵抗膜で被覆されたスペーサを用いることが知られている。

具体的には、高抵抗膜で被覆された板状のスペーサを、第１の基板の配線に沿って、高抵抗膜がこの配線と第２の基板の電極に導電性の接着剤によって直接接続されるものや、この高抵抗膜で被覆したスペーサの上下にスペーサ電極を設けておき、高抵抗膜が、このスペーサ電極を介して配線と電極とに接触するように挟み込んだものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、高抵抗膜で被覆されたスペーサの第１の基板側と第２の基板側にそれぞれ導電性の中間層（スペーサ電極）を設け、これを電子ビーム軌道を制御するための電極として作用させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−１８０８２１号公報 特開平１０−３３４８３４号公報

特許文献１に記載されている、高抵抗膜で被覆したスペーサの上下にスペーサ電極を設けておき、高抵抗膜を、このスペーサ電極を介して第１の基板の配線と第２の基板の電極とに接続した画像形成装置については、スペーサ電極部近傍に電界分布を生じる。この電界分布は、スペーサの長さ方向にほぼ均一ではあるが、スペーサ電極がない場合に比して強く表れるので、スペーサを設置する際、アライメントのずれが生じた場合には、隣接する電子放出素子から放射される電子ビームの到達位置が大きく乱されやすくなる。また、スペーサ電極は、放電の原因ともなり、画像の品位を大幅に落としやすいことが分かって来た。これを防止するためには、スペーサ電極がスペーサの側面に露出しないようにするか、スペーサを精度よく設置しなければならず、いずれもコストアップの原因となる。

特許文献２に記載の画像形成装置については、中間層（スペーサ電極）をスペーサ側面に露出させることになるので、上記特許文献１のスペーサ電極がスペーサ側面に露出している場合と同様に、スペーサのアライメント精度を高度に維持しなければ意図した制御ができなくなり、やはりコストアップが避けられない問題がある。また、例えば画素ピッチを小さくした場合、電子ビームの放出位置がスペーサに近くなる結果、これに対応した形状のスペーサ電極を新たに設計する必要があり、コストアップの要因となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、高抵抗膜で被覆された板状のペーサを用いてスペーサへの帯電防止を図るに際し、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの不規則なずれを防止すると共に、スペーサの設置位置の多少のずれにも拘わらず、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの到達位置の位置ずれを抑制できるようにすることを目的とする。また、同一構成のスペーサを様々な装置形態へ適応できるようにすることをも目的とする。

本発明は、上記目的のために、複数の電子放出素子および該複数の電子放出素子を駆動するための配線を有する第１の基板と、該第１の基板に対向配置され、前記配線よりも高電位に規定された導電性部材を有する第２の基板と、前記第１の基板と該第２の基板間に、前記配線に沿って配置され、前記配線と導電性部材とに電気的に接続された高抵抗膜で被覆された板状のスペーサとを有する画像形成装置において、前記スペーサの高抵抗膜と前記配線との電気的接続のための接触部が前記配線の長さ方向に沿って所定間隔で設けられていることを特徴とする画像形成装置を提供するものである。尚、ここで板状とは、好ましくはスペーサと配線との間で、離散的な接触をするための十分な長さを有する形状を意味し、十分な長さとは、少なくとも互いに隣接する電子放出素子の間隔（素子ピッチ）と同等もしくはそれ以上の長さを意味する。板状スペーサの一例としては、素子間ピッチよりも長い矩形形状のスペーサが該当する。

本発明は、スペーサの高抵抗膜と第１の基板の配線の接触位置と非接触位置を積極的に制御することで、スペーサ表面の不規則な電位分布の発生を防止し、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの到達位置を制御しやすくするものである。

これについて、本願発明の構成を有さない、つまり、スペーサの高抵抗膜と第１の基板の配線の接触位置および非接触位置が制御されていない場合を比較して、本願発明の作用を以下説明する。

高抵抗膜を第１の基板の配線と第２の基板の電極に直接圧接した画像形成装置については、スペーサの帯電が十分に解消されなかったり、スペーサ表面の電位分布が意図しない分布状態を示す場合があることを我々は新たに発見した。

上記現象が生じる原因は、表示装置の製造工程に依存する部分が多く、一概には言えないが、例えば、第１の基板の配線、第２の基板の電極に予期せぬ歪み等が生じている場合や、これらの上に異物が存在する場合、また配線や電極に意図しないバリが生じているなど、スペーサの高抵抗膜と配線や電極との当接が連続的にならず、部分的に接触しない箇所が発生し、十分な電気的接続が取れないことに起因していることが分かって来た。特に、安価な製造方法で作成された配線では、表面形状が部分的に異なることがあり、上述の電気的な接続不良が発生しやすい。

上記のような場合、スペーサの帯電が十分に解決されないだけでなく、スペーサ表面の電位分布に不規則な変化が生じ、電子ビーム軌道が設計通りにならないという不具合を生じる。また、電子ビームは第１の基板から第２の基板に向かって加速されるので、その軌道変化は、第２の基板側よりも、第１の基板側での偏向力による方が顕著に表れる。

第１の基板側でのスペーサ表面の電位分布による電子ビームの偏向について、図２１を用いてさらに具体的に説明する。

図２１（ａ）は、高抵抗膜で被覆された板状のスペーサを第１の基板の配線に沿って介在させたときに、高抵抗膜と配線とが意図しない部分接触になった場合のスペーサ表面の電位分布を示した図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）の等価回路図である。

図に示すように、Ｃ点とＡ点間の抵抗がＲ₁であるとすると、非接触部であるＢ点では、対応するＤ点とＢ点間の抵抗がＲ₁となって、接触部であるＡ点との間の抵抗（Ｂ点とＡ点間の抵抗）であるＲ₂によって生じる電圧降下分だけＢ点の電位はＡ点の電位より高くなる。これによって、Ｂ点近傍の電子放出素子から放出する電子ビームの軌道は、Ａ点近傍の電子放出素子から放出する電子の軌道とは異なる挙動を示し、その結果、Ｃ点とＤ点では画像が異なる（歪む）ことになる。

これに対し、本願発明は、スペーサの高抵抗膜と第１の基板の配線の接触位置と非接触位置を積極的に制御することで、スペーサ表面の不規則な電位分布の発生を防止し、隣接する電子放出素子から放出される電子ビームの到達位置を制御しやすくするものである。

なお、本願発明における、スペーサの高抵抗膜と第１の基板の配線の接触位置と非接触位置を積極的に制御することとは、具体的には、上記スペーサーと配線の接触部の形状を制御することで、接触位置と非接触位置を制御し、スペーサ表面の電位分布を積極的に制御し、所望の電子ビームの到達位置が得やすい電界分布を得ようとするものである。

上記スペーサーと配線の接触部の形状制御の具体的な態様としては、スペーサーの配線側表面に凹凸を付す方法と、配線に凹凸を付す方法とがあり、配線に凹凸を付す方法としては、配線の下に例えば絶縁材料の枕材（台座）を設け、これによって部分的に配線を突出させる方法と、配線上に導電性の凸部を形成する方法とがある。これらの方法により、製造方法に依存した形状のばらつき（表面の粗さや、部分的な突起など）以上の高さの積極的な凹凸を形成し、積極的に接触箇所と非接触箇所を位置制御することができる。つまり、本発明は、スペーサと配線との接触を全面的に行うのではなく、積極的に制御して部分接触させることで、スペーサ表面に制御された等電位面を形成するという、発想の転換に基づくものである。

制御された等電位面として好ましい形態は、等電位面が電子放出素子に対応した周期性を有することである。これを実現する一例としては、スペーサの高抵抗膜と配線の接触箇所間ピッチに周期性を持たせることを挙げることができる。この接触箇所間のピッチは、電子放出素子間のピッチの定数倍などの周期性をもつことが好ましい。但し、必ずしも個々の電子放出素子間ピッチに対する周期性を持たなくても良く、例えば、蛍光体のＲＧＢで形成される１画素分の電子放出素子を１単位とし、この１単位間ピッチを１周期とした周期性を有するものとすることもできる。また、必ずしも個々の接触箇所間の間隔が周期性を持つ必要はなく、上述のとおり、スペーサ近傍の等電位面が制御されることが重要であり、等電位面に周期性が得られれば、十分好ましい形態である。このような形態の一例としては、接触面積の大きな箇所１つと、接触面積の小さな箇所が複数近接してまとまって形成されたものとの間に周期性があるものを挙げることができ、この場合も等電位面には周期性が得られ、好ましい形態といえる。

本発明によれば、スペーサと、リアプレート側の配線やフェースプレート側の電極との接触状態を制御することで所望の電子ビーム到達位置を得ることができる。具体的には、上記接触部の形状制御により、スペーサと配線または電極の接触側に積極的に非接触部を形成し、この非接触部の電位変化を積極的に制御することで、所望の電子ビーム到達位置に適したスペーサ近傍の電界分布を得ることができる。

さらには、所望の電子ビーム到達位置とスペーサとの距離に対応して、電子放出素子の位置を移動することで、所望の電子ビーム到達位置を得る。このような構成としては、例えばリアプレートの配線の形状を、製造方法に依存したばらつき（表面の粗さや、部分的な突起等）以上の積極的な凹凸形状に形成し、積極的に接触部を制御する構成や、スペーサと配線との間の所用の位置に導電部材を挟み込み、積極的に接触箇所を制御する構成などがある。つまり本発明は、スペーサと配線との接触を全面的に行うのではなく、積極的に部分的に接触させることで、スペーサ表面に制御された等電位面を形成するという、発想の転換に基づくものである。

また、本発明によれば、スペーサ自体の構成に拘わらず、スペーサの高抵抗膜とリアプレート側配線またはフェースプレート側電極との接触状態と、好ましくはさらに電子放出素子のオフセットを制御することで所望の電子ビーム到達位置を達成することができる。具体的には、（１）スペーサのリアプレート側の接触状態、（２）スペーサのフェースプレート側の接触状態のいずれかまたは両方と、好ましくはさらに（３）電子放出素子のオフセットの要件を制御することで、所望の電子ビーム到達位置を達成することができる。より具体的には、（１）スペーサのリアプレート側の非接触部の電位分布を制御し、（２）スペーサのフェースプレート側の非接触部の電位分布を制御し、（３）スペーサのリアプレート側の接触位置と電子放出部の位置の高さの違いと電子放出素子のオフセットによってできる非対称電場を利用して電子放出直後のビーム軌道を制御し、所望の電子ビーム軌道を得ることができる。

これらのパラメータは、例えば、パネルの形状で決まる静電界計算と、簡単な電子ビームシミュレーションにより、比較的簡単に設計できる。

さらに言えば、何らかの原因でスペーサ近傍に電子ビーム軌道にずれが生じた場合でも、電子ビーム軌道のずれを補償する機能をスペーサ自身に持たせることなく、所望の電子ビーム到達位置を達成できる。

このようにスペーサ自身とは関係ない３つの独立パラメータを制御することで電子ビーム軌道設計ができるため、本発明によれば設計の自由度が大きくなるメリットがある。

スペーサの高抵抗膜を接触させる対象としてパネル固有の部材を利用し、形状制御することもできる。具体的には、リアプレート上の行方向配線と列方向配線の交点や、フェースプレート上の黒色導電体である。この場合、コスト的に有利になる。また、接触位置を制御するために、リアプレートあるいはフェースプレート上に導電性台部を配置することもできる。この場合、電子ビーム軌道を妨げないかぎり任意の位置に配置できるので、設計の自由度がさらに大きくなるメリットがある。

本発明によれば、同一構成のスペーサで、様々な表示装置形態に対応可能であることから、例えば高精細化のために画素ピッチを変更したり、高輝度化のために加速電圧を高くしたりといった表示装置形態仕様の変さらに際しても、スペーサーを接触させる対象側の僅かな設計変更で済み、スペーサの設計変更は必要なくなる。また、同一のスペーサ部材で複数の製品に対応することができるようになる。このため、生産性を著しく向上させ、コストの大幅な削減に結びつけることができる。

以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明する。

（第１の例）
図１は、本発明に係る画像形成装置の第１の例に係る表示パネルの一部を切り欠いた斜視図、図２はスペーサの長さ方向の断面部分図、図３はスペーサの高抵抗膜と行方向配線の接触部と非接触部の説明図、図４はスペーサに直交方向の断面部分図、図５および図６はそれぞれ電子ビームの軌道の説明図、図７は電子ビーム到達位置のスペーサからの距離とスペーサに対する素子のオフセットの関係を示すグラフ、図８は電子ビーム到達位置のスペーサからの距離とスペーサと配線との接触面積の関係を示すグラフ、図９はスペーサに対する素子のオフセットとスペーサと配線との接触面積との関係を示すグラフである。

図１に示されるように、本例の表示パネルは、第１の基板であるリアプレート１と、第２の基板であるフェースプレート２を間隔をあけて対向させ、両者間に板状のスペーサ３を挟み込むと共に、周囲を側壁４で封止し、内部を真空雰囲気としたものとなっている。

リアプレート１上には、行方向配線５、列方向配線６、電極間絶縁層７（図２、図４参照）および電子放出素子８を形成した電子源基板９が固定されている。

図示される電子放出素子８は、一対の素子電極間に電子放出部を有する導電性薄膜が接続された表面伝導型電子放出素子である。本例は、この表面伝導型電子放出素子をＮ×Ｍ個配置し、それぞれ等間隔で形成したＭ本の行方向配線５とＮ本の列方向配線６でマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を有するものとなっている。また、本例においては、行方向配線５が電極間絶縁層７を介して列方向配線６上に位置しており、しかも行方向配線５には引出端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍを介して走査信号が印加され、列方向配線６には引出端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して変調信号（画像信号）が印加されるものとなっている。

行方向配線５および列方向配線電極６は、銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布することで形成することができる。また、例えばフォトリソグラフィ法を用いて形成することもできる。

行方向配線５および列方向配線電極６の構成材料としては、上記銀ペーストの他に、各種導電材料を適用することができる。例えば、スクリーン印刷法を用いて行方向配線５および列方向配線電極６を形成する場合には、金属とガラスペーストと混合させた塗布材料を用いることができ、めっき法を用いて金属を析出させることで行方向配線５および列方向配線電極６を形成する場合には、めっき浴材料を適用することができる。

フェースプレート２の下面（リアプレート１との対向面）には、蛍光膜１０が形成されている。本例の表示パネルはカラ−表示であるため、蛍光膜１０は赤、緑、青の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、例えばストライプ状に塗り分けられており、各色の蛍光体のストライプの間には黒色の導電体（ブラックストライプ）が設けられている。黒色の導電体を設ける目的は、電子ビ−ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすること、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビ−ムによる蛍光膜のチャ−ジアップを防止することなどである。黒色の導電体としては、黒鉛を主成分とした材料を用いることができるが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いることもできる。また、３原色の蛍光体の塗り分け方は、上記ストライプ状だけでなく、例えばデルタ状配列や、それ以外の配列とすることもできる。

上記蛍光膜１０の表面には、フェースプレート２に設けられた導電性部材であるメタルバック（加速電極）１１が設けられている。このメタルバック１１は、電子放出素子８から放出される電子を加速して引き上げるためのもので、高圧端子Ｈｖから高電圧が印加され、前記行方向配線５に比して高電位に規定されるものとなっている。本例のような表面伝導型電子放出素子を用いた表示パネルの場合、通常、行方向配線５とメタルバック１１間には５〜２０ＫＶ程度の電位差が形成される。

行方向配線５上には、行方向配線５と平行に、板状のスペーサ３が取り付けられている。このスペーサ３は、行方向配線５上に乗せられた状態で、両端がスペーサ固定ブロック１２に取り付けられて支持されている。スペーサ固定ブロック１２を用いてスペーサ３を固定することで、電子の運動エネルギーが小さく、電子軌道が電場の影響を受けやすい電子放出素子８近傍の電場の乱れを小さくすることができる。

スペーサ３は、表示パネルに耐大気圧性を持たせるために、通常、等間隔で複数設けられ、電子放出素子８、これを駆動するための行方向配線５および列方向配線６が設けられた電子源基板９を有するリアプレート１と、蛍光膜１０およびメタルバック１１が設けられたフェースプレート２との間に挟み込まれ、上下面がメタルバック１１と行方向配線５にそれぞれ圧接されている。また、リアプレート１とフェースプレート２の周縁部には、側壁４が挟み込まれており、リアプレート１と側壁４の接合部およびフェースプレート２と側壁４の接合部は、それぞれフリットガラスなどによって封止されている。

さらにスペーサ３について説明すると、スペーサ３は、リアプレート１側の行方向配線５および列方向配線６とフェースプレート２側のメタルバック１１との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつスペーサ３の表面への帯電を防止する程度の導電性を有する。スペーサ３は、図４に示されるように、絶縁性材料で構成された基体１３と、その表面を被覆する高抵抗膜１４で構成されている。

スペーサ３の基体１３の構成材料としては、例えば石英ガラス、Ｎａなどの不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナなどのセラミックスなどが挙げられる。この基体１３の構成材料は、その熱膨張率が、電子源基板９、リアプレート１、フェイスプレート２などの構成材料と同一または近いものが好ましい。

スペーサ３の表面を被覆する高抵抗膜１４には、高電位側となるメタルバック１１に印加される加速電圧Ｖａを高抵抗膜１４の抵抗値で除した電流が流され、これによってスペーサ３表面への帯電が防止される。このため、高抵抗膜１４の抵抗値は、帯電および消費電力からその望ましい範囲に設定される。高抵抗膜１４のシート抵抗は、帯電防止の観点からすると、１０¹⁴Ω／□以下が好ましく、１０¹²Ω／□以下であることがより好ましく、１０¹¹Ω／□以下であることが最も好ましい。高抵抗膜１４のシート抵抗の下限は、スペーサ３形状とスペーサ３間に印加される電圧により左右されるが、消費電力を抑制するために、１０⁵Ω／□以上であることが好ましく、１０⁷Ω／□以上であることがより好ましい。

高抵抗膜１４を構成する材料の表面エネルギーおよび基体１３との密着性や基体１３の温度によっても異なるが、一般的に１０ｎｍ以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しい。一方、膜厚が１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、基体１３上に形成する高抵抗膜１４の厚みは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が好ましい。より好ましくは、膜厚は５０〜５００ｎｍである。シート抵抗はρ／ｔ（ρ：比抵抗、ｔ：膜厚）であり、前記シート抵抗と膜厚の好ましい範囲から、高抵抗膜１４の比抵抗ρは０．１〜１０⁸Ωｃｍであることが好ましい。さらにシート抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、比抵抗ρは１０²〜１０⁶Ωｃｍとするのが好ましい。

スペーサ３は、前記のように、その表面に形成した高抵抗膜１４に電流が流れることや、表示パネル全体が動作中に発熱することにより、その温度が上昇する。高抵抗膜１４の抵抗温度係数が大きな負の値であると、温度が上昇した時に抵抗値が減少し、高抵抗膜１４に流れる電流が増加し、さらなる温度上昇をもたらすことになる。そして、電流は電源の限界を越えるまで増加し続ける。このような電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は、経験的に、負の値でしかも絶対値が１％以上である。すなわち、高抵抗膜１４の抵抗温度係数は、−１％より大きい値であることが好ましい。

高抵抗膜１４の構成材料としては、例えば金属酸化物を用いることができる。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅の酸化物が好ましい。その理由は、これらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、電子放出素子８から放出された電子がスペーサ３に当たっても帯電しにくいことにある。これらの金属酸化物以外では、炭素は二次電子放出効率が小さく、好ましい材料である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、適切なスペーサ３の表面抵抗が得やすい。

高抵抗膜１４の他の構成材料として、アルミニウムと遷移金属の合金の窒化物は、遷移金属の組成を調整することにより、良導電体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できると共に、表示パネルの製造工程における抵抗値の変化が少なく、安定していることから、好適な材料である。遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａなどを挙げることができる。

上記合金窒化物膜は、窒素ガス雰囲気を利用した、スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーテイング、イオンアシスト蒸着法などの薄膜形成手法により形成することができる。前記金属酸化物膜は、酸素ガス雰囲気を利用した薄膜形成手法で形成することができる。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜を形成することができる。カーボン膜は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作製され、特に非晶質カーボン膜は、成膜中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに炭化水素ガスを使用することで得ることができる。

スペーサ３は、前記のように、リアプレート１とフェースプレート２間に挟み込まれており、その表面を被覆している高抵抗膜１４は、リアプレート１側の配線（本例では行方向配線５）と、フェースプレート２側の導電性部材（本例ではメタルバック１１）とに圧接され、それぞれ電気的に接続されている。特に行方向配線５との電気的接続は、図２に示されるように、行方向配線５の列方向配線６との交差部が他の箇所に比して列方向配線６の厚み分だけフェースプレート２側に突出していることから、当該部分と高抵抗膜１４が接触することで行われている。すなわち、高抵抗膜１４と行方向配線５の電気的接続は、図３に示されるように、行方向配線５の列方向配線６との交差部が接触部１５、それ以外の箇所が非接触部１６となることで、当該交差部の間隔で行われている。このときのスペーサ３表面におけるリアプレート１近傍の等電位線１７を模式的に図２に太線で示す。

図２に示される等電位線１７および図３から分かるように、非接触部１６にも高抵抗膜１４が存在するため、非接触部１６近傍の電位が持ち上がる。これは、メタルバック１１から接触部１５へと流れる電流の経路のうち、非接触部１６を介する電流経路の抵抗値の方が、非接触部１６を介さない電流経路（例えば、接触部１５の直上部分からの電流経路）の抵抗値より大きいため、この増加抵抗値による電圧降下分だけ電位が持ち上がるために生じる。

また、図１および図２に示されるように、列方向配線６は等間隔であることから、上記接触部１５と非接触部１６は等間隔で形成されており、しかも電子放出素子８は、図１から明らかなように、行方向配線５と列方向配線６の間にあることから、スペーサ３に隣接する電子放出素子８は総て非接触部１６に隣接する位置にあり、この電子放出素子８から放出される電子ビームは、総て非接触部１６に対応するスペーサ３の表面電位の影響を等しく受けるものとなっている。

図４に模式的に示されるように、本例における電子放出素子８は、スペーサ３に隣接するものを除いて行方向配線５間のほぼ中央に設けられているが、スペーサ３に隣接する電子放出素子８は、距離Ｌだけスペーサ３側に近付けて設けられている。この距離Ｌをオフセットという。また、図４に破線で示される電子ビーム軌道１８のように、電子放出素子８から放出される電子は、（１）電子放出素子８の電子放出部近傍ではスペーサ３から遠ざかるように飛翔し、（２）スペーサ３の底面近傍に対応する位置では逆にスペーサ３に近付くように飛翔し、最終的に所望の所定照射位置１９に到達している。ここで、所望照射位置とは、複数配列形成された電子放出素子の各々から放出された電子ビームの照射位置が、互いに略等間隔となる位置を意味し、上記図４の形態では、隣接する行方向配線間の略中心に対応する位置のフェースプレート部分に想到する。所定照射位置１９に電子ビームが到達する理由を以下に詳しく説明する。

電子放出部近傍
行方向配線５と列方向配線６は、メタルバック１１に印加される電子ビーム加速用の電圧と比較するとほぼ同電位（０Ｖ）とみることができる。高抵抗膜１４と行方向配線５の接触部１５（図３参照）が電子放出素子８よりも上方（フェースプレート２側）にあるため、図４に示されるように、電子放出素子８上方の等電位線２０は、電子放出素子８の電子放出部近傍では下に凸の曲線となる。電子放出素子８がスペーサ３側に片寄った位置になく、行方向配線５間のほぼ中央である場合は、電位分布の対称性により電子ビームはほぼ垂直な軌道をとるが、本例のようにスペーサ３に近付いていると、電位分布が非対称となり、スペーサ３から遠ざかるような軌道をとる。

スペーサ３に隣接する電子放出素子８をオフセットＬをとらずに、行方向配線５間のほぼ中央に設けた場合の電子ビーム軌道１８を図５に示す。また、スペーサ３を取り除いた状態で、電子放出素子８をオフセットＬ（行方向配線５間の中央から電子放出素子８の電子放出部までの距離）だけ一方の行方向配線５側に近付けた場合の電子ビーム軌道１８を図６に示す。

スペーサ３から遠ざかる成分はオフセットＬの関数であり、本例ではオフセットＬが大きくなるほど（電子放出素子８がスペーサ３に近づくほど）電子ビーム軌道１８はスペーサ３から遠ざかることになる。オフセットＬと、電子ビームが到達する位置のスペーサー３からの距離との関係を図７に示す。

スペーサ３の底面近傍対応位置
図２および図３で説明したように、スペーサ３の高抵抗膜１４が、列方向配線６との交差部毎に行方向配線５と接触している結果、図３に示す非接触部１６の電位が上昇し、図４に示すように、スペーサ３の底面近傍に対応する上に凸の等電位線２０を生じ、電子ビームはスペーサ３に近付くように飛翔する。

スペーサ３に近付く成分は、高抵抗膜１４と行方向配線５の接触状態によって決まる接触部１５（図３参照）の面積（接触面積）Ｓの関数であり、その様子をあらわしたのが図８である。図８に示されるように、接触面積Ｓが大きくなるほど電子ビームはスペーサから遠ざかる。

高抵抗膜１４と行方向配線５の接触状態は、上記面積Ｓだけでなく、他にも様々なパラメータで表すことができる。例えば図３に示される接触部１５の周囲長、行方向配線５の幅方向の非接触部１６の長さＧｙ、行方向配線５の長さ方向の隣接接触部１５間距離Ｇｘなどの関数としても表すことができる。接触部１５の周囲長が小さくなればなるほど、Ｇｘ、Ｇｙが大きくなればなるほど、電子ビームはスペーサ３に近付く。

以上の説明より、オフセットＬや、高抵抗膜１４と行方向配線５の接触状態（例えば接触面積Ｓ）という、スペーサ３自体とは関係しない別個の独立なパラメータによって電子ビームの到達位置を制御できることが分かる。

図９は、縦軸にオフセットＬ、横軸に接触面積Ｓをとり、電子ビームが所定照射位置１９（図４参照）に到達するオフセットＬと接触部面積Ｓの関係を示す曲線を表したものである。

図９から分かるとおり、電子ビームが所定照射位置１９に到達するずれの無い条件は複数存在し、例えば図９のＡ点の条件でもＢ点の条件でも設計できる。Ａ点の条件に比してオフセットＬが大きく、接触面積Ｓが小さいＢ点の条件で設計する場合、例えば行方向配線５を蒲鉾断面形状とし、行方向配線５の上面を平面ではなく、曲面とすることで、接触面積Ｓを小さくすることができる。

実際の設計では、例えば静電界計算と電子ビーム軌道シミュレーションから、所定照射位置１９に到達するオフセットＬと接触状態（例えば接触面積Ｓ）を決定する。また、実測データに基づく条件決定も可能である。

以上説明してきた通り、本発明によれば、スペーサ３自体の構成によらず、高抵抗膜１４と行方向配線５の接触状態やオフセットＬを制御することで所望の電子ビーム到達位置を達成することができる。このため、本発明によれば、同一構成のスペーサ３で、様々な画像形成装置に対応可能である。例えば高精細化のために画素ピッチを変更したり、高輝度化のために加速電圧を高くしたりすることに基づく仕様変更の場合でも、スペーサ３自体は同一のものを用い、上記高抵抗膜１４と行方向配線５の接触状態やオフセットＬの変更で対応することができる。従って、本発明によれば、生産性を著しく向上させ、コストの大幅な削減に結び付けることができる。

本例で説明した表示パネルにつき、スペーサ３の基材として、旭ガラス（株）製のＰＤ２００を用い、高抵抗膜１４として窒化タングステン・ゲルマニム合金化合物（ＷＧｅＮ）を、タングステンターゲットとゲルマニウムターゲットを窒素ガス中で、同時スパッタリングして成膜した。このときスペーサ３の基体１３を回転させながら成膜することで、表面全面にわたり膜厚は２００Å、シート抵抗は２．５×１０¹²Ω／□であった。

また、スペーサ３の総厚を３００μｍ、スペーサー３の総高さを２．４ｍｍ、列方向配線６間の間隔（当接点の間隔）を３００μm、行方向配線５間の間隔を９２０μｍ、行方向配線５の幅を６９０μｍ、電子放出素子８の電子放出部から行方向配線５の上面までの高さを７５μｍとし、メタルバック１１への印加電圧を１５ＫＶ、行方向配線５と列方向配線６間への印加電圧は１４Ｖとした場合の面積ＳとオフセットＬとの関係を表１に示す。なお、表１における条件Ａ，Ｂは、図９における点Ａ，Ｂに対応する。

（第２の例）
本発明の第２の例について、第１の例と違う点のみ説明する。

図１０、図１１、図１３は第１の例の図２、図３、図４に対応する図で、本例と第１の例との違いは、列方向配線６との交差位置の行方向配線５上に導電性台部２１を有する点である。このような構成にすることで接触状態を安定させ、電子ビーム到達位置を精度よく制御することができる。

導電性台部２１は、行方向配線５を形成した後、行方向配線５と同様の方法で行方向配線５上に形成することができる。また、この導電性台部２１は、総ての行方向配線５に一括して形成してもよいが、スペーサ３が当接される行方向配線５にのみ形成してもよい。

導電性台部２１は、スペーサ３の基体１３よりも堅い材料で形成することが好ましい。例えば、スペーサ３をガラスを基体１３として形成し、導電性台部２１をこのガラスよりもヤング率の小さい導電性セラミックスで構成することが挙げられる。この場合、導電性台部２１の変形がより小さくなることで、個々の接触部１５の形状や位置などのばらつきが少なくなり、電子ビーム到達位置の更なる精度向上が望める。尚、導電性台部を設けた場合に限らず、配線とスペーサが直接接する場合は、配線をスペーサのガラス基体よりも硬くすれば（ヤング率を小さくすれば）、同様の効果が得られる。

（第３の例）
本発明の第３の例について、第２の例と違う点のみ説明する。

導電性台部２１の配置場所は、必ずしも第２の例のように、行方向配線５の列方向配線６と交差する部分上である必要はない。本例においては、図１３に示されるように、第２の例の１／２のピッチで導電性台部２１が配置されている。

第２の例と同様に、導電性台部２１はスペーサ３の基体１３よりも堅い部材で形成することが好ましい。また、本例のように導電性台部２１を配置することで、接触面設計の自由度が大きくなるという利点がある。

列方向配線６と行方向配線５との交差部以外でスペーサ３と行方向配線５を接触させることは、列方向配線６を形成しない領域に接触点形成用の下地を設けることによっても可能である。以下にその一例を示す。

図１４はこの形態の概要を示す部分拡大図であり、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。

図１４および図１５に示すとおり、部分電極２２を設け、これを絶縁層２３に設けられたコンタクトホール２４を介して行方向配線５に接続すると共に、部分電極２２に、列方向配線６に接続された素子電極２５と向き合うもう一つの素子電極２６を接続しておくことで、部分電極２２とコンタクトホール２４による段差を利用して、スペーサ３（図１３参照）と行方向配線５の接触部を増やすことができる（行方向配線５の凸部を増やすことができる）。

この構成の具体的製造方法を図１６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

まず、図１６（ａ）に示すよう、素子電極２５，２６を形成した後、図１６（ｂ）に示すように、部分電極２２および列方向配線６を一括形成し、図１６（ｃ）に示すように、この部分電極２２と列方向配線６の一部の上に絶縁層２３を形成した後、部分電極２２上の絶縁層２３を部分電極２２より一回り小さい形で除去してコンタクトホール２４を形成し、さらに図１６（ｄ）に示すように、絶縁層２３上に行方向配線５を形成し、コンタクトホール２４（図１６（ｃ）参照）を介して部分電極２２に接続する。このようにして形成された行方向配線５上に、スペーサ３（図１３参照）を配置することによって、列方向配線６と行方向配線５との交差部以外にもスペーサ３と行方向配線５の接触部が得られる構成を実現することができる。

（第４の例）
本発明の第４の例について、第１の例と違う点のみ説明する。

図１７および図１８は第１の例についての図４および図５に対応する図で、図示されるように、本例におけるスペーサ３と行方向配線５の接触面は低い位置にあり、実質的に電子放出素子８の電子放出部と同一平面にある。このため、図１７に示される通り、等電位線２０として、図４に示されるような下に凸な形状のものがないか、非常に小さいため、オフセットＬと電子ビーム到達位置の関係は、第１の例と反対の傾向を示す。

すなわち、電子放出素子８がスペーサに近づくほど、電子ビームはスペーサ３に近づく。さらにスペーサ３と行方向配線５の接触面の高さよりも、電子放出素子８の電子放出部のほうが高い場合も同様の傾向で、電子放出素子８がスペーサ３に近づくほど、電子ビームはスペーサ３に近づく。

図１７に示されるように、オフセットＬだけスペーサ３から離れる位置に配置された電子放出素子８から放出された電子ビームは、ゆがんだ等電位線２０によりスペーサ３に近づくように飛翔し、所望の電子ビーム到達位置を得る。ゆがんだ等電位線２０ができるのは、第１の例で説明した通り、高抵抗膜１４と行方向配線５の部分的な接触によるものである。また、スペーサ３を取り除いた状態で、電子放出素子８をオフセットＬだけ一方の行方向配線５側に近付けた場合の電子ビーム軌道１８を図１８に示す。

以上のように、表示パネルの大きな設計変更の際にも本発明を適用することで電子ビームずれの無い画像形成装置を実現することができる。

（第５の例）
本発明の第５の例について、第１の例と違う点のみ説明する。

本例は、スペーサ３の接触制御をフェースプレート２側に適用した例である。

図１９および図２０は、第１の例の図２および図４に対応するもので、本例においては、フェースプレート２側に導電性台部２１を設け、これによって図３で説明した接触部１５と非接触部１６をフェースプレート２側にも形成して電位分布を制御し、所望の電子ビーム到達位置を達成しているものである。

具体的には、図２０に示されるように、（１）電子放出素子８の電子放出部近傍で電子ビームをスペーサ３から遠ざけ、（２）スペーサ３の行方向配線５との接触面近傍の高さの位置でスペーサ３に近付け、（３）スペーサ３のメタルバック１１との接触面近傍で再びスペーサ３から遠ざけることで、所望の電子ビーム軌道１８を得ているものである。

本例では、導電性台部２１を用いる構成にしたが、例えば前述の黒色の導電体（ブラックストライプ）をフェースプレート２側で接触する導電性部材として用いるような構成にしてもよい。また、フェースプレート２側の接触制御においても、第１の例〜第３の例で述べたリアプレート１側における接触制御の考えを適用することができる。

具体的には、スペーサ３のフェースプレート２側接触面近傍で電子ビーム軌道１８を遠ざける成分は、高抵抗膜１４とフェースプレート２側の導電性台部２１の接触状態の関数、例えば接触面積Ｓの関数であり、接触面積Ｓが小さいほど電子ビームはスペーサ３から遠ざかる。また、導電性台部２１はスペーサ３の基体１３より堅いと電子ビーム位置の精密制御に有利であり、さらに導電性台部２１は任意の場所に配置設計することができる。

また、以上の例においては、スペーサ３の高抵抗膜１４は、リアプレート１側では行方向配線５に接触させているが、列方向配線６が表面に露出するようにした場合には、列方向配線６に接触させるようにすることもできる。

本発明に係る画像形成装置の第１の例に係る表示パネルの一部を切り欠いた斜視図である。 第１の例におけるスペーサの長さ方向の断面部分図である。 第１の例におけるスペーサの高抵抗膜と行方向配線の接触部と非接触部の説明図である。 第１の例におけるスペーサに直交方向の断面部分図である。 第１の例における電子ビームの軌道の説明図である。 第１の例における電子ビームの軌道の説明図である。 電子ビーム到達位置のスペーサからの距離とオフセットの関係を示すグラフである。 電子ビーム到達位置のスペーサからの距離と接触面積の関係を示すグラフである。 オフセットと接触面積の関係を示すグラフである。 本発明の第２の例に係る画像形成装置のスペーサの長さ方向の断面部分図である。 第２の例におけるスペーサの高抵抗膜と行方向配線の接触部と非接触部の説明図である。 第２の例におけるスペーサに直交方向の断面部分図である。 本発明の第３の例に係る画像形成装置のスペーサの長さ方向の断面部分図である。 列方向配線を形成しない領域に接触点形成用の下地を設けて行方向配線に凸部を形成した構成の平面図である。 図１４のＡ−Ａ断面図である。 図１４および図１５に示される構成の形成工程の説明図である。 本発明の第４の例に係る画像形成装置のスペーサに直行する方向の断面部分図である。 第４の例における電子ビームの軌道の説明図である。 本発明の第５の例に係る画像形成装置のスペーサの長さ方向の断面部分図である。 第５の例におけるスペーサに直交方向の断面部分図である。 不規則な接触個所で配線と接触した場合のスペーサを説明する図である。

符号の説明

１ リアプレート
２ フェースプレート
３ スペーサ
４ 側壁
５ 行方向配線
６ 列方向配線
７ 電極間絶縁層
８ 電子放出素子
９ 電子源基板
１０ 蛍光膜
１１ メタルバック
１２ スペーサー固定ブロック
１３ 基体
１４ 高抵抗膜
１５ 接触部
１６ 非接触部
１７ 等電位線
１８ 電子ビーム軌道
１９ 所定照射位置
２０ 等電位線
２１ 導電性台部
２２ 部分電極
２３ 絶縁層
２４ コンタクトホール
２５ 素子電極
２６ 素子電極

Claims (8)

1. 複数の電子放出素子および該複数の電子放出素子を駆動するための配線を有する第１の基板と、該第１の基板に対向配置され、前記配線よりも高電位に規定された導電性部材を有する第２の基板と、前記第１の基板と該第２の基板間に、前記配線に沿って配置され、前記配線と導電性部材とに電気的に接続された前記配線よりも高抵抗な膜で被覆された板状のスペーサとを有する画像形成装置において、
   前記スペーサの高抵抗膜と前記配線との電気的接続のための接触部分が前記配線の長さ方向に沿って所定間隔で設けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定間隔は、前記複数の電子放出素子の各々から放出された電子ビームが、前記第２の基板上において互いに略等間隔で照射する間隔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. 前記接触部分が、前記接触部分のピッチが周期性を有する間隔で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記接触部分が等間隔で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記スペーサに隣接する電子放出素子が、等間隔で設けられた前記接触部間の非接触部に対応する位置に設けられ、一定のオフセット量をもって設置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記一定のオフセット量は、前記複数の電子放出素子の各々から放出された電子ビームが、前記第２の基板上において互いに略等間隔で照射するオフセット量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。
7. 前記配線は、前記スペーサよりも堅いことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
8. 前記配線は、前記スペーサよりもヤング率の小さい材料からなることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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