专利名称：图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用电子发射设备的图像形成装置。
背景技术：
对于例如CTR的图像形成装置来说，希望获得更大的图像尺寸，并且这种图像形成装置的目标是获得这种大图像尺寸的更薄更轻的结构。作为能够实现这种更薄更轻结构的图像显示装置，本申请人建议了一种使用表面传导电子发射设备的图像显示装置。这种使用电子发射设备的图像显示装置包括通过封装背板形成的真空容器，其具有多个电子发射设备；和面板，其具有用来响应于电子辐射和阳极在外围部分的帧元件上发光的光发射元件。
在这种使用电子发射设备的图像显示装置中，由于显示亮度与加速电压成比例，所以不得不使用高加速电压来获得高显示亮度。而且为了实现更薄的装置，在背板和面板之间的距离不得不做得更小。因此，相当高的电场在这些板之间产生，并且在接收高电势的阳极和其它元件之间会引起放电。
日本专利申请公开No.2002-237268(EP12202273A)公开了一种通过在面板的表面上的阳极外部提供保护电极并将这种保护电极设置为比阳极更低的电势来避免在阳极和其它元件之间的潜流放电的配置。
在日本专利申请公开No.2002-237268(EP12202273A)中，在其中描述的保护电极与隔板接触以增加击穿电压，但是保护电极和隔板的安全接触是不容易实现的，并且在生产率方面也不理想。而且，在电极和隔板之间由于不充分的接触而形成小间隙的情况下，可能导致在隔板和电极之间产生放电。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有不会引起与隔板的放电的保护电极的图像形成装置，这样能够满意地防止在阳极电极和另一元件之间的潜流放电，从而克服了前面提到的缺点，并提供令人满意的生产率。
本发明的图像形成装置包括具有多个电子发射设备和阴极电极的阴极基板；阳极基板，其设置于所述阴极基板的相对位置，并具有能够通过从电子发射设备发射的电子来发光的发光元件、阳极电极和保护电极，板形隔板置于阴极电极和阳极电极之间以及阴极电极和保护电极之间，与阴极电极和阳极电极相接触；和，在阴极电极和阳极电极周围部分提供的、并适用于与阴极基板和阳极基板一起构成真空容器的框架元件其中保护电极置于阳极电极和框架元件之间，并且阳极和保护电极之间的距离x[m]、隔板的高度hs[m]、阳极的电势Va[v]和保护电极与隔板之间的间隙Lg[m]满足下面的条件(在x≤0.5hs的情况下)Lg≥[-xhs+0.8]Va4×108---(1)]]>(在0.5hs＜x≤hs的情况下)Lg≥[-0.4xhs+0.5]Va4×108---(2)]]>(在hs＜x的情况下)Lg≥0.1Va4×108---(3)]]>
图1是示意性表示构成本发明的图像显示装置的一个实施例的显示面板的配置的透视图；图2是在图1所示的显示面板的在X方向中其末端部分附近沿着X方向的示意截面图；图3是图1所示的显示面板沿着Y方向的示意的部分截面图；图4A和4B是表示在本发明中使用的表面传导电子发射设备的基本配置的示意图；和图5是表示本发明中的隔板的电势在相应于保护电极的位置的图表。
具体实施例方式
本发明的图像形成装置是一种使用电子发射设备的显示装置，并且当这种显示装置是使用场发射电子发射设备或表面传导电子发射设备构成时，由于需要对阳极电极施加高电压，所以可以有利地应用本发明。
图1示意性显示了实施本发明的图像形成装置的显示面板的配置，其中显示了电子发射设备12、行布线(阴极电极)13、列布线14、背板(阴极基板)15、框架元件16、面板(阳极基板)17、荧光膜18、金属背(阳极电极)19、隔板20、保护电极22和隔板固定元件25。
在本发明中，构成阴极基板的背板15和构成阳极基板的面板17跨过框架元件16在其周围部分被密封，从而构成真空容器。所述真空容器由于其内部被保持在大约10-4Pa的真空状态，所以配备有薄矩形板形的隔板20作为大气压抵抗元件以避免由大气压或预料不到的碰撞而导致的破坏。所述隔板20通过固定元件25在其末端被固定。
构成阴极基板的背板15在其上具有N×M个表面传导型电子发射设备12，它们被安排成构成阴极电极的M行布线13和N列布线14(M、N是正整数)的简单矩阵。行布线13和列布线14通过未示出的层间绝缘膜在其交叉点处相互绝缘。本实施例显示了这样一种配置，其中表面传导电子发射设备被安排成简单矩阵，但是本发明并不局限于这种配置，而是有利地也可以使用其它电子发射设备，例如，场致发射(FE)型或MIM型的电子发射设备，并且也不局限于简单的矩阵配置。
图4A和4B示意性显示了应用在本发明中的表面传导电子发射设备的基本配置。在这些附图中，显示了相应于图1的背板15的绝缘基板41、设备电极42、43，导电膜44和通过对导电膜44应用成形电压而形成的电子发射部分45。图4A是平面图，图4B是沿着图4A的线4B-4B的截面图。在电子发射部分45中，通常通过激活处理来沉淀碳膜。
图2是图1所示的图像形成装置在其X方向末端部分附近沿着X方向的示意截面图，图3是沿着Y方向的示意性部分截面图。在这些附图中，显示了电阻膜23、固定元件26、绝缘基板31、高阻膜32、黑色导电材料34、荧光体(发光元件)35和用于在列布线14和行布线13之间的电绝缘的层间绝缘膜33。在图2中，为了简化的目的，省略在行布线13和背板15之间的列布线14以及用作列布线14和行布线13之间的电绝缘的层间绝缘层。行布线13和列布线14也称作阴极电极。在图2和3所示的配置中，连接到隔板20的阴极电极是行电极13。
在图1所示的配置中，面板17具有荧光膜18和金属背19，该凸面已知是在CRT场中的阳极电极。荧光膜18被分割成三原色红、绿、蓝的荧光体35，例如按图3所示的条形进行分割，在各个颜色的荧光体35之间提供黑色导体34。但是，荧光体35的配置并不限制于条形，而可以是根据电子源的配置的其它配置，例如三角配置。
如图3所示，隔板20通常通过在绝缘基体元件31的表面上提供高阻膜32来形成(所述膜主要用来防止静电充电)，并在必需的元件中提供，其中具有作为显示面板的大气压抵抗元件所需的间隔。隔板20的绝缘基体元件31例如可以通过石英玻璃、具有降低含量的杂质例如钠的玻璃、碱石灰玻璃、或例如氧化铝的陶瓷来形成，并且优选地具有接近于构成真空容器的元件的热膨胀系数的热膨胀系数。而且，高阻膜32优选地通过WGeN(钨锗氮化物)形成。
应用在本发明中的隔板20具有薄矩形板形状，其平行于行布线13放置以充当阴极电极，并且其电连接到行布线13和充当阳极电极的金属背19。
现在参考图2来详细解释在作为本发明特征的保护电极周围的配置。
在本发明中，如图2所示，在充当阳极电极的金属背19和框架元件16之间提供保护电极22，其距离金属背19预定的距离(x)。在图2所示的配置中，保护电极22通过电阻膜23电连接到金属背19。保护电极22有效地防止了在阳极电势较高的情况下或在显示面板的外围部分较窄的情况下外围部分中的电势上升。而且电阻膜23也有效地避免了潜流放电。保护电极22被赋予地(GND)电势或足够低于阳极电势的电势，并且金属背19被赋予阳极电势(Va)。
面板17被密封到构成在框架元件16上的阴极基板的背板15，所述框架元件16通过固定元件26被固定到面板17和背板15中的每一个。
在本发明中，保护电极22和隔板20被以相互非接触的方式安排成具有预定的间隙(Lg)。由于在保护电极22和隔板20不接触的情况下，高Va可能引起放电，所以它们优选地被安全地接触以避免这种放电。但是，为了实现这种安全接触，需要对元件的高度作精确的控制，从而降低了生产效率。因此，在本发明中，提供这样一种间隙Lg，以便其中的电场不超过一特定的值，从而降低了在保护电极22和隔板20之间放电的可能性。抑制在保护电极22和隔板20之间放电可能性所需的电场强度的上限经验地估计为4×108V/m。
而且，如图5所示那样，可以通过隔板20的高度(hs[m])与在金属背19和保护电极22之间的距离(x[m])之比(x/hs)来大致地限定在相对于保护电极22的位置上隔板20的电势。图5具体显示了对于隔板20的高度(hs[m])与从隔板20与金属背19的连接部分到隔板末端的距离(Is[m])的不同比率(Is/hs)的电势。但是，不管Is/hs的比值如何，可以用虚线近似来表示电势。如由虚线所表示的那样，对于Va＝1[V]，在相对于保护电极22的位置上隔板20的电势可以近似定义为如下所示(对于x≤0.5hs) (对于0.5hs＜x≤hs) (对于hs＜x)0.1基于前面的描述，隔板20和保护电极22优选地具有满足下面的等式所定义的关系的间隙(Lg[m])。如此可以防止在金属背19和其它元件之间的潜流放电，而不会在隔板20和保护电极22之间引起放电(对于x≤0.5hs)Lg≥[-xhs+0.8]Va4×108---(1)]]>(对于0.5hs＜x≤hs)Lg≥[-0.4xhs+0.5]Va4×108---(2)]]>(对于hs＜x)Lg≥0.1Va4×108---(3)]]>而且，为了获得前述的间隙(Lg)，可以优选这些元件的尺寸以满足下面的等式(4)，其中t[m]表示面板17的厚度，hs[m]表示隔板20的高度，ha[m]表示从面板17到金属背19的表面的高度，hc[m]表示从背板15到行布线13的表面的高度，hg[m]表示从面板17到保护电极22的表面的高度，hw[m]表示在框架元件16的内部附近面板17和背板15之间的距离(基板距离)，S[m]表示从框架元件16到金属背19的距离，E[Pa]表示面板17的初始杨氏模量，阳极电势由Va[V]表示Lg=(ha-hg)+xS(hw-hs-hc-ha)-105S42Et3[x2S2-2x3S3+x4S4]]]>(4)在等式(4)中，在右手侧的第一项表示在金属背19和来自面板17的保护电极22之间的高度差。而且，在右手侧的第二项表示通过框架元件16的高度(面板内的厚度，其中固定元件26的厚度基本上为零)和面板内的金属背的厚度静态地确定保护电极的相对位置。在右手侧的第三项表示将大气压施加到真空容器时的弯曲量。
在面板17是通过玻璃基板形成的情况，或在金属背19和框架元件16之间的距离小的情况，前面所提到的面板17的弯曲量不用考虑。在这种情况下，有利地，可以通过更少的组成部分将等式(4)简化为(5)。作为一个具体的例子，例如，x＝S/2表示最大弯曲，在t＝1mm和S＝12mm的情况下，由于玻璃具有E≅7×1010Pa]]>的初始杨氏模量，所以弯曲量变为1μm或更小。而且，在t＝2mm和S＝20mm的情况下，弯曲量变为1μm或更小。还可以通过选择较大的t或条件x＜S/2来降低弯曲量。通常在S4/t3为20(m)或更小的情况下，可以通过下面的等式(5)计算LgLg=(ha-hg)+xS(hw-hs-hc-ha)---(5)]]>进一步，考虑隔板20的高度(hs)、从面板17到金属背19的表面的高度(ha)和从背板到行布线13的高度(hc)的高度和(hs+ha+hc)近似等于在框架元件16的附近基板距离(hw)的情形。这种情形相应于从阳极电极的末端到框架元件的距离更小或面板更厚的情况。除了上面提到的情况以外，在S4/t3小于2(m)的情况下，可以通过下面的等式(6)来计算Lg。在这种情况下，保护电极22和隔板20的间隙(Lg)有利地可以通过从面板17到金属背19的表面的高度(ha)和从面板17到保护电极22的表面的高度(hg)来唯一地限定Lg＝ha-hg(6)
现在，再次参考图1以解释其它元件。在图1中，Dx1-Dxm，Dy1-Dyn和Hv指示密封结构的电连接端子，用于将显示面板连接到未显示的电子电路。端子Dx1-Dxm被电连接到电子源的行布线13，Dy1-Dyn被连接到电子源的列布线14，并且Hv被连接到面板17。
在上述的显示面板中，电子是通过在容器外部提供的端子Dx1-Dxm，Dy1-Dyn对每个电子发射设备施加电压而从每个电子发射设备发射出来的。同时，通过在容器外部的端子Hv对金属背19施加几千伏的高压，以加速所发射的电子并使得电子与面板17的内表面碰撞，以便激发构成荧光膜18的各种颜色的荧光体来发光，从而显示图像。
通常，施加到表面传导电子发射设备的电压Vf大约为12到18V，在金属背19和表面传导电子发射设备之间的距离大约为0.1到8mm，并且在金属背19和电子发射设备12之间的电压Va大约为1到15kV。 例1图1到3所示图像形成装置的配置是以下面这种方式来构造的。
作为面板17的基板，使用厚度为3mm的高扭变点玻璃(PD200)。在这种玻璃基板上，通过印制银膏形成保护电极22，然后通过印制形成黑色导体34。在黑色导体34的开孔中，通过丝网印刷形成荧光体35。然后，在其上真空蒸发铝作为金属背19。保护电极、黑色导体和金属背的厚度是考虑如下的元件的尺寸来确定的。在玻璃基体元件上通过溅射形成隔板20，具有大约100nm厚度的WGeN的高阻膜32。还通过具有3.6mm高度的玻璃形成框架元件16。在框架元件16和背板15之间，提供了厚度为220μm烧结玻璃层26。在框架元件16和面板17之间也提供了厚度为210μm的烧结玻璃层26。烧结玻璃层26的厚度是通过在面板、框架元件和背板的密封操作中使用未示出的间隙调整夹具来控制的。更具体来说，烧结玻璃层的厚度是通过在面板和背板之间存在4.03mm的间隙调整夹具的情况下执行密封操作来控制的。作为背板15的基板，使用了厚度为3mm的高扭变点玻璃(PD200)，如在面板中那样。在这种玻璃基板上，形成了列布线14、层间绝缘膜22和行布线13。列布线14和行布线13是通过印制银膏来形成的。这些是以从玻璃基板的表面到行布线13的表面的距离为10μm的方式来形成的。
在该例中，这些元件在尺寸上被选择为t＝3mm、hs＝4mm、Is＝8mm、S＝30mm和x＝5mm，以防止在沿着框架元件的周围部分中发生预料不到的放电。由于前面提到的框架元件16和烧结玻璃层26的尺寸，hw也为4.03mm。在本例中，基于等式(3)，hs＜x、条件Lg≥2.5μm是必需的，以便使用Va＝10kV。在本例中，为了获得Lg大约为9μm的安全击穿电压，采用了10μm厚(hg)的保护电极22、20μm厚的黑色导体34和0.1μm厚的金属背19。
在这种图像形成装置中，应用Va＝10kV的电压并不会引起在保护电极22和隔板20之间的放电。
接着，拆开面板，并且在具有与隔板20相接触的迹线的部分，测量从面板17到金属背19的表面的高度(ha)和从背板15到行布线13的表面的高度(hc)。结果，ha测量为20μm，并且黑色导体34显示极少变形。另外，hc测量为9μm，并且确认与隔板20相连的部分迹线相对于其它区域凹进大约1μm。保护电极22的表面不显示连接迹线，并且从面板17到保护电极22的表面的高度(hg)为10μm。因此，根据等式(4)，Lg＝8μm，满足Lg≥2.5μm的要求。
如此，与保护电极22相对的隔板20的部分具有大约1kV的电势，并且在保护电极22和隔板20之间具有1.3×108V/m的电场强度，从而防止在其间的放电。
还在不同区域测量在面板17的外部表面(暴露在空气中)和背板15之间的距离，并从所测量值中减去面板和背板的厚度以计算在面板内表面和背板内表面之间的距离。结果，相应于(hs+hc+ha)的基板距离在金属背19的附近为4.029mm，在保护电极22的附近为4.020mm。基于这种结果和hg、ha、hs、hc等，Lg计算为9μm。该值基本上与根据等式(4)计算的Lg一致。
(例2)该例与例1的不同在于在框架元件和阳极电极之间的距离选择为20mm，以便获得较紧凑的图像显示装置。由于这种变化，根据等式(5)，在保护电极22和隔板之间的间隙(Lg)被计算为10μm。在该例子中，与保护电极22相对的隔板20的部分具有大约1kV的电势，并且与在例1中一样，行布线被凹进大约1μm，从而在保护电极22和隔板20之间的电场强度被计算为1.1×108V/m。
在本例的图像形成装置中，在保护电极22和隔板20之间没有观察到放电。
(例3)该例与例1的不同在于在金属背19和框架元件16之间的距离(S)被选择为10mm，并且在金属背19和保护电极22之间的距离(x)被选择为2mm，以便获得更紧凑的图像显示装置；两者的不同还在于黑色导体34被印制为两层。这提供了x≤0.5hs，因此，根据等式(1)需要Lg≥7.5μm，以便施加Va＝10kV。
在本例子中，考虑到行布线凹进大约1μm的事实，通过将间隙调整夹具减少1μm来执行密封操作。更具体来说，间隙调整夹具具有4.029mm的高度。因此，背板和面板之间的高度在框架元件附近可以做得与在金属背末端处相同。在本例中，黑色导体34被选择为20μm，并且金属背19被选择为0.1μm，以便获得Lg＝10μm。而且，通过使用上面解释的4.029mm的间隙调整夹具控制烧结玻璃层的厚度，可以将框架元件16附近的基板距离(hw)做到4.029mm。然后，拆开面板，并且，在具有与隔板20相接触的迹线的部分，测量金属背距离面板17的高度(ha)，以及行布线13距离背板15的高度(hc)。结果，ha测量为20μm，并且黑色导体34显示极少变形。而且，hc测量为9μm，并且确认在行布线中，与隔板20相接触的迹线部分相对于其它区域凹进大约1μm。保护电极22的表面没有显示接触迹线，并且距离面板17的高度(hg)是10μm。因此，根据等式(6)，Lg＝10μm，满足Lg≥7.5μm的要求。
在本例中，与保护电极22相对的隔板20的部分具有大约3kV的电势，其中，在保护电极22和隔板20之间具有3.3×108V/m的电场强度。
另外，在本例的图像形成装置中，在保护电极22和隔板20之间观察不到放电。
(例4)本例与例3的不同在于采用了厚度(t)为2mm的面板17和高度(hs)为2mm的隔板20，以降低面板厚度。
在本例中，为了获得10μm的Lg，使用2.03mm的间隙调整夹具控制烧结玻璃层26的厚度，从而实现在框架元件16的附近2.03mm的基板距离(hw)。然后，拆开面板，并且在具有与隔板20相接触的迹线的部分，测量金属背19距离面板17的高度(ha)，以及行布线13距离背板15的高度(hc)。结果，ha测量为20μm，这与黑色导体34和金属背19的厚度和相匹配。而且，hc测量为9μm，并且确认，在行布线中，与隔板20接触的迹线部分相对于其它区域凹进大约1μm。保护电极22的表面没有显示接触迹线，并且根据等式(6)，Lg为10μm，从而满足Lg≥2.5μm的要求。
在本例中，与保护电极22相对的隔板20的部分具有大约1kV的电势，其中，在保护电极22和隔板20之间的电场强度为1.0×108V/m。
另外，在本例的图像形成装置中，在保护电极22和隔板20之间没有观察到放电。
(比较例子)该例与例1的不同在于，在金属背19和保护电极22之间的距离(x)被选择为2.5mm，不同还在于，保护电极具有15μm的高度。这提供了0.5hs＜x≤hs，从而根据等式(2)需要Lg≥6.25μm，以便应用Va＝10kV。
但是，在本例中，根据等式(4)，在保护电极22和隔板20之间的间隙(Lg)为4μm。
在该图像形成装置中，随着Va的逐渐增加，在Va＝8kV时，在保护电极22中可以观察到由放电引起的光发射。在此状态下，与保护电极22相对的隔板20的部分具有大约2kV的电势，其中，在保护电极22和隔板20之间的电场强度为5.0×108V/m。因此，在本例中，在保护电极22和隔板20之间的间隙(Lg)小于在本发明中所定义的下限，从而在它们之间产生高电场而引起放电。
在本发明中，以相互非接触的状态提供保护电极和隔板，并且对这种间隙要求一个下限。因此，在能够满足这种要求的范围内可以设计所述的装置，并且与保护电极和隔板相接触的配置相比，这种装置可以更容易地生产，具有明显的更高的生产率。从而，本发明可以提供高度耐用和高度可靠的图像显示装置，其能够令人满意地防止在阳极电极和其它元件之间的放电。
本申请要求2004年11月18日申请的日本专利申请No.2004-334070的优先权，其在此包含作为参考。
权利要求
1.一种图像形成装置，包括具有多个电子发射设备和阴极电极的阴极基板；阳极基板，其与所述阴极基板相对设置，并具有能够通过利用从所述电子发射设备发射的电子进行辐射而发光的发光元件、阳极电极和保护电极；板形隔板，其被设置于阴极电极和阳极电极之间以及所述阴极电极和保护电极之间，并与所述阴极电极和阳极电极相接触；和框架元件，其被设置于阴极电极的周围部分和阳极电极之间，并适用于与阴极基板和阳极基板一起构成真空容器其中，所述保护电极被设置于阳极电极和框架元件之间，并且在阳极电极和保护电极之间的距离x[m]、隔板的高度hs[m]、阳极的电势Va[V]以及保护电极和隔板之间的间隙Lg[m]满足下面的条件(对于x≤0.5hs)Lg≥[-xhs+0.8]Va4×108----(1)]]>(对于0.5hs＜x≤hs)Lg≥[-0.4xhs+0.5]Va4×108----(2)]]>(对于hs＜x)Lg≥0.1Va4×108----(3).]]>
2.根据权利要求1的图像形成装置，其中，Lg满足下面的关系，其中t[m]表示阳极基板的厚度，hw[m]表示在框架元件附近阴极基板和阳极基板之间的距离，ha[m]表示从阳极基板到阳极电极表面的高度，hg[m]表示从阳极基板到保护电极表面的高度，hc[m]表示从阴极基板到阴极电极表面的高度，S[m]表示从框架元件到阳极电极的距离，和E[Pa]表示阳极基板的杨氏模量Lg=(ha-hg)+xS(hw-hs-hc-ha)-105S42Et3[x2S2-2x3S3+x4S4]----(4).]]>
3.根据权利要求1的图像形成装置，其中，所述阳极基板是由玻璃基板形成的；并且Lg满足下面的关系，其中hc[m]表示从阴极基板到阴极电极表面的高度，hw[m]表示在框架元件附近阴极基板和阳极基板之间的距离，ha[m]表示从阳极基板到阳极电极表面的高度，hg[m]表示从阳极基板到保护电极表面的高度，hc[m]表示从阴极基板到阴极电极表面的高度，S[m]表示从框架元件到阳极电极的距离Lg=(ha-hg)+xS(hw-hs-hc-ha)----(5).]]>
4.根据权利要求1的图像形成装置，其中，所述阳极基板是由玻璃基板形成的；并且Lg满足下面的关系，其中ha[m]表示从阳极基板到阳极电极表面的高度，和hg[m]表示从阳极基板到保护电极表面的高度Lg＝ha-hg(6)。
全文摘要
在使用电子发射设备的图像形成装置中，提供用来防止阳极电极潜流放电的保护电极，而不会引起与隔板的异常放电。设置于距离构成阳极电极的金属背预定距离(x)处的保护电极，根据距离x和隔板的高度(hs)的比(x/hs)被设置成距离隔板的距离为(Lg)以便不引起放电。
文档编号H01J29/86GK1776880SQ20051012047
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月18日
发明者山崎康二 申请人:佳能株式会社