JPH0911536A

JPH0911536A - 電界放出型プリントヘッド

Info

Publication number: JPH0911536A
Application number: JP18331195A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kobori; 洋一小堀; Yukihiko Shimizu; 幸彦清水
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】電界放出された電子を集束すること。【構成】奇数番目のゲートラインＧＴ１１，ＧＴ１３，
・・ＧＴ（ｎ−１）は第１ゲート引出電極ＧＴ１に接続
され、偶数番目のゲートラインＧＴ１２，ＧＴ１４，・
・ＧＴｎは第２ゲート引出電極ＧＴ２に接続する。第１
ゲート引出電極ＧＴ１が選択駆動された場合、第２ゲー
ト引出電極ＧＴ２の電位は低レベルとされ、奇数番目の
ゲートラインは低レベルの偶数番目のゲートラインに挟
まれるので、放出電子は集束される。第２ゲート引出電
極ＧＴ２が選択駆動された場合も同様に放出電子は集束
される。各ゲートラインＧＴ１１〜ＧＴ１ｎには細長く
電界放出アレイＦＥ１〜ＦＥｎが形成されて、製造を容
易にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式プリンタ用プリ
ントヘッドに関し、特に電界放出素子を使用したプリン
トヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学式プリンタが知られてい
るが、光学式プリンタの概略を図６を参照しながら説明
する。フィルム１２０はハロゲン化銀（銀塩）等の感光
剤が被着されており、このフィルム１２０の下側に、ミ
ラー１２１により反射された光が照射されることにより
感光されるようにされている。このフィルム１２０に照
射される光はプリントヘッド１２５から放射されるが、
プリントヘッド１２５には１ラインづつの画像データが
供給されており、紙面に対して垂直方向の主走査方向
に、この画像データにより変調された１ラインづつの光
が照射される。そして、図示する矢印のようにプリント
ヘッド１２５が副走査されることにより、線順次方式に
よりフィルム１２０上に一枚の画像がプリントされるよ
うになる。

【０００３】なお、ＳＬＡ１２２はセルフォックレンズ
アレイであり、プリントヘッド１２５から放射された光
がフィルム１２０上に焦点を結ぶようにするためのレン
ズである。ミラー１２３はこのＳＬＡ１２２に光を導く
ためのミラーである。また、ＲＧＢフィルター１２４
は、フィルム１２０に上にカラーの画像をプリントさせ
るための３原色の光のＲＧＢフィルターである。カラー
画像をプリントする場合は、同一の１ラインの画像デー
タをＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの画像データ
に分解して、各色の画像データに対応してＲＧＢフィル
ター１２４を順次移動させて３回の主走査をさせるよう
にしている。すなわち、３回の主走査により１ラインの
カラー画像がフィルム１２０に記録されることになる。

【０００４】このような光学式プリンタのプリントヘッ
ドの光源としては、従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）や
熱電子放出型の蛍光表示管などが用いられていたが、近
年、半導体微細加工技術を駆使して基板上にミクロンサ
イズの電界放出素子をアレイ状に作成することが可能と
なり、この電界放出素子アレイを電子源として使用した
電界放出型プリントヘッドが提案されている（特開平４
−４３５３９号公報）。

【０００５】この従来の電界放出型プリントヘッドの一
構成例を図７に示す。図７において、（ａ）は概略平面
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図、
（ｃ）はそのＢ−Ｂ’線に沿った詳細断面図である。図
示するように、この電界放出型プリントヘッドは、複数
個の電界放出素子１０５が形成された第１平面基板１０
１と、該第１平面基板１０１と対向して配置され、蛍光
体１０６などが形成された第２平面基板１０２と、第１
平面基板１０１と第２平面基板１０２との間隔を一定に
保持する挟持体１０３と、第１平面基板１０１と第２平
面基板１０２と挟持体１０３とに囲まれた真空層１０４
とから構成されている。

【０００６】第１平面基板１０１はｎ型シリコン単結晶
基板よりなり、電界放出素子１０５部分と基板コンタク
ト電極１０７部分を除きシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）
１０１’で覆われている。第２平面基板１０２は透明な
ガラス基板よりなり、その表面に透明なアノード電極１
０９と蛍光体１０６が積層されて形成されている。カソ
ード電極とゲート電極を有する電界放出素子１０５とア
ノード電極を有する蛍光体１０６は真空層１０４を挟ん
で対向して配置され、その一対が単位光源を構成してい
る。各単位光源は互いに分離され、アレイ状に配置され
たゲート電極に区分される１個の電界放出素子をもつ。
そして、各々の電界放出素子のカソード電極はシリコン
単結晶板を共有しており、また、アノード電極も共通と
されている。

【０００７】一つの電界放出素子は、図７（ｃ）に示す
ように、第１平面基板１０１の表面に形成された複数個
の突起状のカソード電極（エミッタ）１１１と、ＳｉＯ
₂ 膜１０１’を介して形成され、それぞれの突起の近傍
に開口をもつゲート電極１１２よりなる。また、各々の
電界放出素子でゲート電極１１２は分離されて形成され
ている。なお、上記においては、第１平面基板１０１に
シリコン単結晶基板を用い、突起はシリコン単結晶基板
の異方性エッチングを利用して作成したものとしたが、
金属電極をもつ絶縁性基板と金属突起を用いたり、導電
性基板に金属突起を形成したものを用いることもできる
ものである。

【０００８】このように構成された単位光源において、
基板コンタクト電極１０７を通してシリコン単結晶基板
１０１を接地した状態で、アノードコンタクト電極１１
０およびアノード電極１０９を通して蛍光体１０６にア
ノード電圧Ｖ_akを印加し、ゲートコンタクト電極１０８
を通して電界放出素子１０５のゲート電極にゲート電圧
Ｖ_gkを印加すると、当該電界放出素子１０５のカソード
電極の突起部分にゲート電極の電界が印加され、突起先
端より電子が電界放出される。電界放出された電子はア
ノード電圧により加速されて蛍光体１０６に到達し、素
子に対向する部分の蛍光体１０６を発光させる。

【０００９】このようにして、発光された光は透明のア
ノード電極１０９および第２平面基板１０２を通して放
射され、１ライン分の画像データがフィルム等の記録媒
体に発光記録される。この場合、上記したように記録媒
体またはプリントヘッド自体を移動させて、次の１ライ
ン分の画像データを記録する、線順次走査方式により画
像の記録を行なうことができるものである。この時、図
６に示すようにＲＧＢフィルター１２４を移動させて主
走査を行うことにより、カラー画像の記録を行うことが
できる。このような電界放出型プリントヘッドは、半導
体微細加工技術を利用して作成されているので、高解像
度を実現することができるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の電界放出型プリントヘッドにおいては電子が電
界放出される先鋭状のカソード電極の先端から約６０°
の拡がりをもって放出されるため、アノードに到達した
電子はある程度広がることになる。すると、アノード側
の隣接する画素にも電子が当り、漏れ発光を生じる恐れ
があるという問題点があった。これを防止するには画素
ピッチを大きくすればよいが、画素ピッチを大きくする
と解像度が低下することになる。また、カソードとアノ
ードとの間隔を狭めるようにすれば、電子の拡がりを抑
制することができるが、カソードとアノードとの間隔を
狭めると、アノードに印加している数百ボルトの駆動電
圧に耐えることができず、その間隔は狭めることができ
ない。

【００１１】そこで、本発明は、画素ピッチを大きくす
ることなく、かつ、カソードとアノードとの間隔を狭め
ることなく漏れ発光の生じない電界放出型プリントヘッ
ドを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電界放出型プリントヘッドは、カソード基
板上に形成された複数本のカソードラインと、該カソー
ドライン上にそれぞれ絶縁層を介して形成された複数本
のゲートラインと、該ゲートラインの内、奇数番目のゲ
ートラインが接続される第１ゲート引出電極と、該ゲー
トラインの内、偶数番目のゲートラインが接続される第
２ゲート引出電極と、複数本の上記カソードラインと複
数本の上記ゲートラインとが重合する各々の部分にスト
ライプ状に細長く形成されている電界放出アレイと、上
記カソード基板と対向して配置されると共に、上記ゲー
トラインのそれぞれに形成された上記電界放出アレイに
対応して蛍光体の被着されたアノードラインを備えるア
ノード基板を備え、上記アノードラインが、上記ゲート
ラインと対向して上記ゲートラインに略直交するように
形成されたアノードラインと、該アノードラインの両側
に配置された２本のダミーアノードからなり、上記アノ
ードラインに、該アノードラインの軸方向にストライプ
状に蛍光体が形成され、交互に選択駆動される上記第１
ゲート引出電極および上記第２ゲート引出電極の内、非
選択のゲート引出電極の電位が低レベルとされると共
に、上記２本のダミーアノードの電位が低レベルにされ
るようにしたものである。

【００１３】また、上記電界放出型プリントヘッドにお
いて、上記アノードラインが金属薄膜から形成されてい
ると共に、その軸方向にスリットが設けられており、該
スリットを覆うように上記蛍光体が被着されているよう
にしたものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、奇数番目のゲートラインと偶
数番目のゲートラインが交互に選択駆動される場合に、
非選択のゲートラインの電位が低電位とされるため、選
択駆動されたゲートラインが低電位のゲートラインで挟
まれるようになり、電界放出された電子を集束すること
ができる。さらに、アノード側においても選択駆動され
るアノードラインが、低電位とされたダミーアノードに
より挟まれるため、アノード側においても電子を集束す
ることができる。従って、解像度を悪化させることな
く、かつアノード電位を下げて輝度を低下させることな
く、隣接する画素の漏れ発光を防止することができる。
また、電解放出アレイがストライプ状に形成されている
ので、カソード基板と貼り合わせるときの位置合わせ精
度を緩くすることができ、製造を容易とすることができ
る。

【００１５】

【実施例】本発明の電界放出型プリントヘッドの第１実
施例を図１ないし図３を参照しながら説明するが、図１
には一実施例の電界放出型プリントヘッドを構成するカ
ソード基板１を上から見たゲートラインおよびカソード
ラインの一例を示しており、図２には、本発明の電界放
出型プリントヘッドを図１に示すＡ−Ａ線で切断した時
の一部断面図を示し、図３には本発明の電界放出型プリ
ントヘッドの斜視図を示し、ゲートライン、カソードラ
イン、およびアノードラインの構成が示されている。

【００１６】本発明の電界放出型プリントヘッドは、図
２に示すようにカソード基板１の一表面に複数本のカソ
ードラインＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・Ｃｎ（図にはカソ
ードラインＣ（ｎ−２），Ｃ（ｎ−１），Ｃｎの３本だ
けが示されている。）が形成されており、このカソード
ラインＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・Ｃｎ上にそれぞれ電界
放出アレイを構成する複数のコーン状のエミッタ３が形
成されている。また、カソード基板１上にはＳｉＯ₂ 等
からなる絶縁層２が形成されており、この上にｎ本のゲ
ートラインＧＴ１１〜ＧＴ１ｎ（図にはゲートラインＧ
Ｔ１（ｎ−２），ＧＴ１（ｎ−１），ＧＴ１ｎの３本だ
けが示されている。）と、ゲートラインＧＴ１１〜ＧＴ
１ｎの両側にダミーゲートＧＴ２１，ＧＴ２２が形成さ
れている。

【００１７】なお、カソードラインＣ１〜Ｃｎとゲート
ラインＧＴ１１〜ＧＴ１ｎとエミッタ３とで電界放出ア
レイＦＥ１〜ＦＥｎが構成されているが、電界放出アレ
イＦＥ１，ＦＥ３，・・・ＦＥ（ｎ−１）は、図１に示
すようにストライプ状に細長く形成されている。また、
カソード基板１に対向してアノード基板１０が所定間隙
をもって配置されており、アノード側は、図３に示すよ
うにゲートラインＧＴ１１〜ＧＴ１ｎにほぼ直交して配
置されたストライプ状のスリット１４を有するアノード
ラインＡ１１と、アノードラインＡ１１の両側に配置さ
れた２本のダミーアノードＡ２１とから構成されてい
る。

【００１８】アノードラインＡ１１には蛍光体１３の発
光を取り出すためのスリット１４が設けられており、こ
のスリット１４を覆うようにストライプ状の蛍光体１３
が被着されている。なお、アノードラインＡ１１および
ダミーアノードＡ２１はアルミニウム等の金属薄膜から
形成されている。この蛍光体１３は、前記した電界放出
アレイＦＥ１〜ＦＥｎから放出された電子が当って発光
するものであるが、電界放出アレイＦＥ１〜ＦＥｎがア
ノードラインＡ１１とほぼ直交する方向にストライプ状
に形成されていることから、カソード基板１とアノード
基板１０とを貼り合せて電界放出型プリントヘッドを作
製する時の、カソード基板１に対するアノード基板１０
の位置合わせ精度の許容範囲を広げることができる。

【００１９】また、金属薄膜製のアノードラインＡ１１
にスリット１４を設けることにより、薄膜レベルで高精
細な発光パターンを得ることができるようになるので、
蛍光体１３のパターニングの精度の許容範囲を広げるこ
とができる。従って、本発明の電界放出型プリントヘッ
ドは容易に製造をすることができるようになる。

【００２０】なお、カソード基板１とアノード基板１０
と図示しない側板とで真空気密容器が形成されており、
その内部は高真空とされている。また、蛍光体１３の発
光をアノード基板１０を介して取り出しているため、ア
ノード基板１０はガラス製とされている。ただし、カソ
ード基板１もガラス製とすることができる。また、アノ
ードラインＡ１１およびダミーアノードＡ２１は、前記
したようにアルミニウム薄膜等の金属薄膜で形成されて
いるが、金属薄膜の反射率は大きいので、アルミニウム
薄膜等の金属薄膜による反射を防ぐために、アノード基
板１０とアルミニウムとの界面に酸化チタン膜を設け
て、反射防止層を形成するようにしてもよい。これによ
り、コントラストの高い発光を得ることができる。

【００２１】また、アノードラインＡ１１およびダミー
アノードＡ２１をＩＴＯ等の透明導電材により形成する
こともできる。この場合のアノード側の構成を図４に示
すが、アノードラインＡ１１は透明であるのでスリット
１４を設ける必要はなく、図示するようにアノードライ
ンＡ１１の下側にストライプ状の蛍光体１３が形成され
ている構造とされている。

【００２２】次に、このように構成された第１実施例の
電界放出プリントヘッドを駆動する方法を図５に示す駆
動パルスのタイムチャートを参照しながら説明する。前
記したように、ｎ本のゲートラインＧＴ１１〜ＧＴｎの
うちの奇数番目のゲートラインＧＴ１１，ＧＴ１３，Ｇ
Ｔ１５，・・・ＧＴ１（ｎ−１）は、第１ゲート引出電
極ＧＴ１に接続され、ｎ本のゲートラインＧＴ１１〜Ｇ
Ｔｎのうちの偶数番目のゲートラインＧＴ１２，ＧＴ１
４，ＧＴ１６，・・・ＧＴ１ｎは、第２ゲート引出電極
ＧＴ２に接続されており、第１ゲート引出電極ＧＴ１と
第２ゲート引出電極ＧＴ２とは、図５（ａ）（ｂ）に示
すように、１表示期間の半周期毎に交互に選択駆動され
る。この場合、非選択のゲート引出電極の電位は、低レ
ベル（あるいはゼロレベルまたは負レベルとしてもよ
い。）とされている。

【００２３】例えば、第１ゲート引出電極ＧＴ１が選択
駆動された時に、ゲートラインＧＴ１３を例に挙げると
その両側に位置するゲートラインＧＴ１２およびゲート
ラインＧＴ１４の電位が低レベルとなる。すると、両側
に配置された低レベルのゲートラインＧＴ１２，ＧＴ１
４の電界の影響を受けて、ゲートラインＧＴ１３から放
出された電子は拡散されず集束されるようになる。この
ようにして、第１ゲート引出電極ＧＴ１が選択駆動され
た時に、奇数番目のゲートラインＧＴ１１，ＧＴ１３，
ＧＴ１５，・・・ＧＴ１（ｎ−１）から放出された電子
が集束され、次いで第２ゲート引出電極ＧＴ２が選択駆
動された時には、奇数番目のゲートラインＧＴ１１，Ｇ
Ｔ１３，ＧＴ１５，・・・ＧＴ１（ｎ−１）の電位が低
レベル（あるいはゼロレベルまたは負レベルとしてもよ
い。）とされるため、偶数番目のゲートラインＧＴ１
２，ＧＴ１４，ＧＴ１６，・・・ＧＴ１ｎから放出され
た電子が集束されるようになる。

【００２４】なお、ゲートラインＧＴ１１およびゲート
ラインＧ１ｎの外側にはゲートラインは存在しないの
で、ダミーゲートＧＴ２１，ＧＴ２２を設けるようにし
て電子を集束している。また、アノード側においては、
アノードラインＡ１１には図５（ｃ）に示すように駆動
電圧が常時供給されていると共に、ダミーアノードＡ２
１には同図（ｄ）に示すように常時低レベルの電位（図
示する場合はゼロ電位とされており、負電位でもよ
い。）が供給されている。

【００２５】すると、アノードラインＡ１１は低レベル
のダミーアノードＡ２１により挟まれるようになるた
め、その電界の作用によりゲートラインＧＴ１１〜ＧＴ
１ｎから放出された電子は、集束されてアノードライン
Ａ１１に到達するようになる。この場合、電子が集束さ
れる方向は、アノードラインＡ１１と直交する方向とさ
れるが、前記した奇数番目のゲートラインＧＴ１１，Ｇ
Ｔ１３，・・・ＧＴ１（ｎ−１）と偶数番目のゲートラ
インＧＴ１２，ＧＴ１４，・・・ＧＴ１ｎとの作用によ
り電子が集束される方向は、アノードラインＡ１１と平
行な方向となるので、選択駆動されたそれぞれの電界放
出アレイから放出された電子はその集束断面が円形とな
るように効率的に集束されるようになる。

【００２６】なお、第１ゲート引出電極ＧＴ１が選択駆
動されている時には、奇数番目のカソード電極Ｃ１，Ｃ
３，・・・Ｃ（ｎ−１）には１ライン分の奇数番目の画
像データが、図５（ｅ）に示すように供給されており、
アノードラインＡ１１に被着された蛍光体１３が、この
画像データに応じて発光制御される。次いで、第２ゲー
ト引出電極ＧＴ２が駆動されると、偶数番目のカソード
電極Ｃ２，Ｃ４，・・・Ｃｎには１ライン分の偶数番目
の画像データが、図５（ｆ）に示すように供給され、ア
ノードラインＡ１１に被着された蛍光体１３がが、この
画像データに応じて発光制御される。

【００２７】このように第１ゲート引出電極ＧＴ１の選
択駆動に続いて、第２ゲート引出電極ＧＴ２が選択駆動
された時に１ライン分の画像が記録媒体に記録されるこ
とになる。以降同様に線順次の走査が順次行われて、１
画面の画像が記録媒体に記録されるようになる。

【００２８】以上説明した電界放出型プリントヘッドに
おいては、カソードラインＣ１〜Ｃｎは奇数番目のカソ
ードラインＣ１，Ｃ３，・・・Ｃ（ｎ−１）と偶数番目
のカソードラインＣ２，Ｃ４，・・・Ｃｎとが交互に選
択駆動されるので、隣接する奇数番目のカソードライン
と偶数番目のカソードラインとを接続して、１つのカソ
ードドライバにより駆動することが可能である。このよ
うにすれば、カソードドライバ数を半減することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、奇数番目
のゲートラインと偶数番目のゲートラインが交互に選択
駆動される場合に、非選択のゲートラインの電位が低電
位（ゼロ電位あるいは負電位でもよい。）とされるた
め、選択駆動されたゲートラインが低電位のゲートライ
ンで挟まれるようになり、選択駆動されたゲートライン
から電界放出された電子を集束することができる。さら
に、アノード側においても選択駆動されるアノードライ
ンが、低電位とされたダミーアノードにより挟まれるた
め、アノード側においても電子を集束することができ
る。この場合、ゲート側とアノード側とで電子を集束す
る方向が直交しているので効率的に集束することができ
る。

【００３０】従って、解像度を悪化させることなく、か
つアノード電位を下げて輝度を低下させることなく、隣
接する画素の漏れ発光を防止することができる。また、
カソード側に形成されている電界放出アレイがストライ
プ状に細長く形成されているため、カソード基板とアノ
ード基板を貼り合せる時のカソード基板に対するアノー
ド基板の位置合わせの許容範囲を広げることができ、電
界放出型プリントヘッドを容易に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電界放出型プリントヘッドの一実施例
のゲートラインとカソードラインの構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の電界放出型プリントヘッドの一実施例
の構成を示す一部側断面図である。

【図３】本発明の電界放出型プリントヘッドの一実施例
のゲートラインとカソードラインとアノードラインの構
成を示す斜視図である。

【図４】本発明の電界放出型プリントヘッドの一実施例
の変形例を示す図である。

【図５】本発明の電界放出型プリントヘッドを駆動する
駆動パルスのタイミングチャートを示す図である。

【図６】従来の光学式プリンタの概略構成を示す図であ
る。

【図７】従来の電界放出型プリントヘッドの概略構成を
示す上面図、正面の断面図、側断面図である。

【符号の説明】

１カソード基板２絶縁層３エミッタ４開口部１０アノード基板１３蛍光体１４スリット１０１第１平面基板１０２第２平面基板１０３挟持体１０４真空層１０５電界放出素子１０７基板コンタクト電極１０８ゲートコンタクト電極１１０アノードコンタクト電極Ａ１１アノードラインＡ２１ダミーアノードＣ１，Ｃ２，Ｃ３・・・，ＣｎカソードラインＦＥ１，ＦＥ２，・・・ＦＥｎ電界放出アレイＧＴ１，ＧＴ２ゲート引出電極ＧＴ１１〜ＧＴ１ｎゲートラインＧＴ２１，ＧＴ２２ダミーゲート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード基板上に形成された複数本のカ
ソードラインと、該カソードライン上にそれぞれ絶縁層を介して形成され
た複数本のゲートラインと、該ゲートラインの内、奇数番目のゲートラインが接続さ
れる第１ゲート引出電極と、該ゲートラインの内、偶数
番目のゲートラインが接続される第２ゲート引出電極
と、複数本の上記カソードラインと複数本の上記ゲートライ
ンとが重合する各々の部分にストライプ状に細長く形成
されている電界放出アレイと、上記カソード基板と対向して配置されると共に、上記ゲ
ートラインのそれぞれに形成された上記電界放出アレイ
に対応して蛍光体の被着されたアノードラインを備える
アノード基板を備え、上記アノードラインが、上記ゲートラインと対向して上
記ゲートラインに略直交するように形成されたアノード
ラインと、該アノードラインの両側に配置された２本の
ダミーアノードからなり、上記アノードラインに、該ア
ノードラインの軸方向にストライプ状に蛍光体が形成さ
れ、交互に選択駆動される上記第１ゲート引出電極および上
記第２ゲート引出電極の内、非選択のゲート引出電極の
電位が低レベルにされると共に、上記２本のダミーアノ
ードの電位が低レベルとされることを特徴とする電界放
出型プリントヘッド。
【請求項２】上記アノードラインが金属薄膜から形成さ
れていると共に、その軸方向にスリットが設けられてお
り、該スリットを覆うように上記蛍光体が被着されてい
ることを特徴とする請求項１記載の電界放出型プリント
ヘッド。