JP2006066211A - スパッタイオンポンプおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型のスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】ＳＩＰ５０は、ポンプ容器５１と、第１磁性体５４と、第１陰極５５ａと、第２陰極５５ｂと、第２磁性体５６と、陽極５９と、永久磁石６０と、を備えている。
永久磁石６０は、陽極５９の径方向外側でその陽極に対向して設けられているとともに、第１陰極５５ａの周縁と対向し磁極を有した端部Ｎと、第２陰極５５ｂの周縁と対向し磁極を有した他の端部Ｓと、を備えている。永久磁石６０は、第１磁性体５４および第２磁性体５６とともに閉磁路を形成している。
【選択図】 図３

Description

この発明は、スパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置に関する。

近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型表示装置が開発されている。このような平面型表示装置には、液晶の配向を利用して光の強弱を制御する液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと称する）、プラズマ放電の紫外線により蛍光体を発光させるプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称する）、電界放出型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、表面伝導型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させる表面伝導電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）などがある。

例えばＦＥＤやＳＥＤでは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は真空の外囲器を構成している。前面基板には蛍光面が形成されているとともに、背面基板には、蛍光面を励起する電子源として複数の電子放出素子が設けられている。このようなＦＥＤやＳＥＤでは、表示装置の厚さを数ｍｍ程度にまで薄くすることができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されているＣＲＴと比較して、軽量化、薄型化を達成することができるとともに、省電力化を達成することができる。

上記のような表示装置において、電子放出素子を安定して動作させるためには、外囲器内を１０^−７〜１０^−８Ｔｏｒｒ程度の極めて高い真空度に維持する必要がある。また、ＰＤＰにおいても一度真空にしてから放電ガスを充填する必要がある。そこで、真空外囲器内にゲッターを配置して高真空を維持する表示装置、更には、真空外囲器にスパッタイオンポンプ（以下、ＳＩＰと称する）を接続し長期間に渡って高真空度を維持する表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

ＳＩＰの一例を挙げると、内部が真空に維持されているとともに表示装置に接続されたポンプ容器と、ポンプ容器の厚さ方向に設けられた永久磁石とを備えている。ポンプ容器内には、ポンプ容器の厚さ方向に設けられた一対の陰極と、陰極間に配置された陽極とが設けられている。陰極はチタン板等により形成されている。永久磁石は陰極と直交する磁界を発生する。

磁石により磁界を印加した状態で陽極と陰極との間に３〜５ｋＶの高電圧を印加すると、電子がガス分子に射突し放出ガスを電離させる。この電離により発生したガスプラスイオンがチタン板からなる陰極に射突し、そのエネルギによりチタンをスパッタさせる。これにより、陽極面に活性なチタン膜が形成される。そして、放出ガス中の中性分子や励起された分子がチタン膜に入射して吸着排気される。このようなＳＩＰの排気動作により、表示装置の真空外囲器内を１０^−８以下の高真空度に維持することができる。

このように、ＳＩＰでは電子がガス分子に射突する確率を増やすため、ポンプ容器の外部に設置された永久磁石によって磁界を形成し、電子の自由工程軌道を長くする方法がとられている。磁界の強さは、ポンプの排気速度に影響し、磁界が強いほど排気速度が大きくなる。ここで、同じ特性の永久磁石を使用する場合、磁石の開口距離が短いほど電極内での磁界は強くなる。
特開平５−１２１０１２号公報

上記したように、永久磁石がポンプ容器の厚さ方向に形成されている場合、ＳＩＰは厚くなってしまう。そのため、上記ＳＩＰの薄型化に難があるとともに、表示装置全体の薄型化（小型化）の妨げとなる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、薄型のスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係るスパッタイオンポンプは、一端が閉塞され他端に開口を有するポンプ容器と、前記ポンプ容器内に設けられた筒状の陽極と、前記ポンプ容器内に設けられ、前記陽極の軸方向の両端側に配設され、前記陽極を挟んで対向配置された第１陰極および第２陰極と、前記陽極と反対側で前記第１陰極に対向して設けられた第１磁性体と、前記陽極と反対側で前記第２陰極に対向して設けられた第２磁性体と、前記陽極の径方向外側で前記陽極に対向して設けられているとともに、前記第１陰極の周縁と対向し磁極を有した一端部と、前記第２陰極の周縁と対向し磁極を有した他端部と、を具備し、前記第１磁性体および第２磁性体とともに閉磁路を形成した永久磁石と、を備えている。

また、本発明の他の態様に係る画像表示装置は、蛍光面を有した前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有し、内部が真空に維持された真空外囲器と、前記真空外囲器に取付けられ接続され、この真空外囲器内部を排気するスパッタイオンポンプと、を備え、前記スパッタイオンポンプは、一端が閉塞され他端に開口を有するポンプ容器と、前記ポンプ容器内に設けられた筒状の陽極と、前記ポンプ容器内に設けられ、前記陽極の軸方向の両端側に配設され、前記陽極を挟んで対向配置された第１陰極および第２陰極と、前記陽極と反対側で前記第１陰極に対向して設けられた第１磁性体と、前記陽極と反対側で前記第２陰極に対向して設けられた第２磁性体と、前記陽極の径方向外側で前記陽極に対向して設けられているとともに、前記第１陰極の周縁と対向し磁極を有した一端部と、前記第２陰極の周縁と対向し磁極を有した他端部と、を具備し、前記第１磁性体および第２磁性体とともに閉磁路を形成した永久磁石と、を備えている。

この発明によれば、薄型のスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係るＳＩＰを備えたＦＥＤについて詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。背面基板１２は前面基板１１よりも大きな寸法に形成されている。そして、前面基板１１および背面基板１２は、矩形枠状の側壁１８を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。

真空外囲器１０の内部には、前面基板１１および背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の板状の支持部材１４が設けられている。これらの支持部材１４は、真空外囲器１０の一辺と平行な方向にそれぞれ延在しているとともに、上記一辺と直交する方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。なお、支持部材１４は板状に限らず、柱状のものを用いてもよい。

前面基板１１の内面には、蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、緑、青の蛍光体層、およびこれらの蛍光体層間に位置した光吸収層を並べて構成されている。蛍光体スクリーン１６上にはメタルバック層１７が形成されている。

背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子２２が設けられている。背面基板１２の内面上には、導電性カソード層２４が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ２５を有した二酸化シリコン膜２６が形成されている。二酸化シリコン膜２６上にはゲート電極２８が形成されている。各キャビティ２５内にはコーン状の電子放出素子２２が設けられている。また、背面基板１２の内面には、多数本の配線２３がマトリクス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の周縁部に引出されている。
背面基板１２と側壁１８との間は、低融点ガラス１９によって封着されている。前面基板１１と側壁１８との間は封着層２１によって封着されている。

図２および図３に示すように、真空外囲器１０の背面基板１２には、真空外囲器内部の放出ガスを排気するＳＩＰ５０が設けられている。ＳＩＰ５０は、非磁性材料、例えばガラスにより形成されたポンプ容器５１を有している。ポンプ容器５１は一端が閉塞され他端に開口を有した円筒状に形成されている。ポンプ容器５１は、ガラスからなる背面基板１２に、図示しない封着材で接着されている。封着材としては、フリットガラスや封着金属等の材料が用いられる。ポンプ容器５１の内部は真空外囲器１０の内部に連通し真空に維持されている。

ポンプ容器５１内には、第１磁性体５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、第２磁性体５６、陽極５９、および永久磁石６０が設けられている。第１磁性体５４は、ポンプ容器５１の一端側に設けられている。第１陰極５５ａは第１磁性体５４に接触した状態で固定されている。第１陰極５５ａは第１磁性体５４に重なっているとともにこの第１磁性体よりもポンプ容器５１の他端側に設けられている。このため、第１磁性体５４は陽極５９と反対側で第１陰極５５ａに対向して設けられている。

第２陰極５５ｂはポンプ容器５１の他端側に設けられ、第１陰極５５ａと間隔を置いて対向配置されている。第２磁性体５６は第２陰極５５ｂに接触した状態で固定されているとともに背面基板１２に接合されている。第２磁性体５６は第２陰極５５ｂに重なっているとともにこの第２陰極５５ｂよりもポンプ容器５１の他端側に設けられている。このため、第２磁性体５６は陽極５９と反対側で第２陰極５５ｂに対向して設けられている。通気孔６２は、第２陰極５５ｂおよび第２磁性体５６の一部を貫通して構成されている。

陽極５９はステンレス等の金属により円筒状に形成され、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂの間に設けられている。陽極５９は、軸方向両端を第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂにそれぞれ対向して配設されている。このため、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂは、陽極５９の軸方向の両端側に配設され、その陽極を挟んで対向配置されている。陽極５９はポンプ容器５１と同軸的に設けられている。

永久磁石６０は円筒状に形成され、陽極５９の径方向外側で、その陽極に対向して設けられているとともに第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂの外側に設けられている。永久磁石６０は陽極５９およびポンプ容器５１と同軸的に設けられている。永久磁石６０は、第１陰極５５ａの周縁と対向し磁極を有した端部Ｎと、第２陰極５５ｂの周縁と対向し磁極を有した他の端部Ｓと、を有している。この実施の形態において、端部Ｎ側の磁極はＮ極であり、端部Ｓ側の磁極はＳ極である。

永久磁石６０の磁極はそれぞれ第１磁性体５４および第２磁性体５６と接合されている。永久磁石６０は、第１磁性体５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、および第２磁性体５６とともに閉磁路７０を形成している。

図示しないが、陽極５９の側面に給電端子５７ａが接続され、第２陰極５５ｂに端子５７ｂが接続されている。

真空外囲器１０の外部に設けられた電源５８から給電端子５７ａおよび端子５７ｂを介して、陽極５９には相対的に正の電圧が印加され、第２陰極５５ｂには相対的に負の電圧が印加される。

上記のように構成されたＳＩＰによれば、動作時、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂと直交する方向に磁界を印加した状態で、電源５８から第２陰極５５ｂと陽極５９との間に３〜５ｋＶの高電圧を印加する。すると、ポンプ容器５１内において、電子がガス分子に射突し放出ガスを電離させる。この電離により発生したガスプラスイオンが例えばチタン板からなる第１陰極５５ａに射突し、そのエネルギによってチタンをスパッタさせる。これにより、陽極５９の表面に活性なチタン膜が形成される。そして、放出ガス中の中性分子や励起された分子がチタン膜に入射して吸着し排気される。このようなＳＩＰ５０の排気動作によって真空外囲器１０内の放出ガスを排気し、真空外囲器内を１０^−８以下の高真空度に維持する。

図３に示すように、第１磁性体５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、第２磁性体５６、および永久磁石６０により閉磁路７０が形成され、永久磁石６０の発生磁界は閉磁路を通る。このため、永久磁石６０の発生磁界の外部への漏洩を抑制することができる。なお、永久磁石６０の発生磁界は陽極５９内を通る。

上記のように構成された、ＳＩＰ５０によれば、永久磁石６０は、陽極５９の外面と対向しているとともに第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、および陽極の外側に設けられている。このため、永久磁石を第１陰極５５ａや第２陰極５５ｂに重ねる等、永久磁石をポンプ容器５１の厚さ方向ｄ１に形成した場合と比べ、ポンプ容器５１を薄く形成することができる。薄型のＳＩＰ５０が得られるため、薄型のＦＥＤを得ることが可能になる。

永久磁石６０はポンプ容器５１内に設けられているため、永久磁石をポンプ容器の外側に設けた場合と比較して、永久磁石と、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂとの距離を短くすることができる。従って、ＳＩＰ５０の排気速度を大きくでき、排気効率を向上させることが可能となる。永久磁石６０をポンプ容器５１の外側に設ける必要が無いため、幅方向ｄ２においてもＳＩＰ５０の小型化が可能となる。

上述した実施の形態においては、図３に示すように、ポンプ容器５１は、第１磁性体５４および永久磁石６０と間隔を置いて設けられているが、これら第１磁性体および永久磁石と隣接して設けられても良い。また、永久磁石６０は、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂの周縁に隣接して設けられても良い。すなわち、端部Ｎは第１陰極５５ａの周縁に隣接して設けられ、端部Ｓは第２陰極５５ｂの周縁に隣接して設けられても良い。上記したように永久磁石６０が設けられても、陽極５９内を通る永久磁石の発生磁界に悪影響を及ぼすことは無い。このため、厚さ方向ｄ１および幅方向ｄ２において、ポンプ容器５１の一層の小型化が可能になる。

第１磁性体５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、第２磁性体５６、および永久磁石６０によって磁気的に閉回路を形成し、漏洩磁界をシールドすることができる。そのため、漏洩磁界を嫌う装置と組み合せてＳＩＰ５０を使用する場合、大きな効果を発揮する。ＳＩＰ５０により真空外囲器１０内を高い真空度に維持することができ、長期間に渡って安定した表示品位を維持することが可能になる。

次に、この発明の他の実施の形態に係るＳＩＰを備えたＦＥＤについて説明する。この実施の形態において、ＦＥＤを構成するＳＩＰ５０以外は上述したＦＥＤと同様に構成されているため、以下、ＳＩＰについて詳細に説明する。また、この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、円筒状のポンプ容器５１内には、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、第２磁性体５６、および陽極５９が設けられている。第１磁性体５４は、第１陰極５５ａと対向したポンプ容器５１の外面側、より詳しくは、ポンプ容器の外面上に設けられている。

永久磁石６０は円筒状に形成され、陽極５９の外面と対向し、ポンプ容器５１外、より詳しくは、ポンプ容器の外面を囲むように設けられている。第２磁性体５６と同一平面上であり、ポンプ容器５１の外側の背面基板１２上には、第３磁性体６１が設けられている。この実施の形態において、第３磁性体６１は環状に形成されている。第３磁性体６１は、第１磁性体５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、第２磁性体５６、および永久磁石６０とともに閉磁路７０を形成している。永久磁石６０の一方の磁極は第１磁性体５４の周縁部と接合され、他方の磁極は第３磁性体６１と接合されている。

上記のように構成されたＳＩＰ５０によれば、永久磁石６０は、陽極５９の外面と対向しているとともにポンプ容器５１の外側に設けられている。このため、永久磁石をポンプ容器５１の厚さ方向ｄ１に形成した場合と比べ、ポンプ容器５１を薄く形成することができる。薄型のＳＩＰ５０が得られるため、薄型のＦＥＤを得ることが可能になる。また、ＳＩＰ５０により真空外囲器１０内を高い真空度に維持することができ、長期間に渡って安定した表示品位を維持することが可能になる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、ポンプ容器５１および永久磁石６０は円筒状に限らず、軸方向に直交した断面が三角形や四角形等の筒状であっても良い。永久磁石６０は筒状に限らす、軸方向に分断して形成されても良い。

ＳＩＰ５０は、予め磁界を発生させる永久磁石６０で構成したが、これに限らず、磁性体を配設した後、この磁性体を着磁して永久磁石を構成しても良い。ＳＩＰ５０の各構成要素の形状、材質等は上述した実施の形態に限らず、必要に応じて種々選択可能である。電子放出素子２２は、電界放出型の電子放出素子に限らず、ｐｎ型の冷陰極素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の画像表示装置を用いても良い。
この発明は、ＦＥＤに限定されることなく、ＳＥＤ等の他の画像表示装置にも適用することができる。

この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。 上記ＦＥＤにおけるＳＩＰを示す断面図。 この発明の他の実施の形態に係るＦＥＤのＳＩＰを示す断面図。

符号の説明

１０…真空外囲器、１１…前面基板、１２…背面基板、１６…蛍光体スクリーン、２２…電子放出素子、５０…ＳＩＰ、５１…ポンプ容器、５４…第１磁性体、５５ａ…第１陰極、５５ｂ…第２陰極、５６…第２磁性体、５７ａ…給電端子、５７ｂ…端子、５９…陽極、６０…永久磁石、６１…第３磁性体、６２…通気孔、７０…閉磁路、Ｎ，Ｓ…端部。

Claims (8)

1. 一端が閉塞され他端に開口を有するポンプ容器と、
   前記ポンプ容器内に設けられた筒状の陽極と、
   前記ポンプ容器内に設けられ、前記陽極の軸方向の両端側に配設され、前記陽極を挟んで対向配置された第１陰極および第２陰極と、
   前記陽極と反対側で前記第１陰極に対向して設けられた第１磁性体と、
   前記陽極と反対側で前記第２陰極に対向して設けられた第２磁性体と、
   前記陽極の径方向外側で前記陽極に対向して設けられているとともに、前記第１陰極の周縁と対向し磁極を有した一端部と、前記第２陰極の周縁と対向し磁極を有した他端部と、を具備し、前記第１磁性体および第２磁性体とともに閉磁路を形成した永久磁石と、
   を備えたスパッタイオンポンプ。
2. 前記第１磁性体、第２磁性体、および永久磁石は前記ポンプ容器内に設けられ、前記第１磁性体および第２磁性体はその周縁部が前記永久磁石の磁極とそれぞれ接合され、
   前記第１陰極は前記第１磁性体に接触して固定され、前記第２陰極は前記第２磁性体に接触して固定されている請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
3. 前記一端部は前記第１陰極に隣接して設けられ、前記他端部は前記第２陰極に隣接して設けられている請求項２に記載のスパッタイオンポンプ。
4. 前記第１陰極、第２陰極、および第２磁性体は前記ポンプ容器内に設けられ、かつ、前記第１磁性体および永久磁石は前記ポンプ容器外に設けられているとともに前記第１磁性体の周縁部は前記永久磁石の一方の磁極と接合され、
   前記第１陰極は前記ポンプ容器の内面上に形成され、前記第２陰極は前記第２磁性体上に形成されている請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
5. 前記第２磁性体と同一平面上に設けられているとともに前記永久磁石の他方の磁極と接合された第３磁性体を更に備え、
   前記第３磁性体は前記閉磁路を形成している請求項４に記載のスパッタイオンポンプ。
6. 前記ポンプ容器および永久磁石は筒状に形成され、
   前記ポンプ容器、永久磁石、および陽極は同軸的に設けられている請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
7. 前記第２磁性体および第２陰極を貫通して通気孔が構成されている請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
8. 蛍光面を有した前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有し、内部が真空に維持された真空外囲器と、
   前記真空外囲器に取付けられ接続され、この真空外囲器内部を排気する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のスパッタイオンポンプと、
   を備えた画像表示装置。

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