JP2006066293A - スパッタイオンポンプおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上した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、永久磁石５４と、第２陰極５５ｂと、陽極５６と、磁性体５９と、ポンプ容器に形成された開口部５２と、給電端子５７ａと、絶縁体５３と、を備えている。
給電端子５７ａは陽極５６に接続されているとともに開口部５２に挿通されている。絶縁体５３は開口部５２に充填され、給電端子５７ａを囲んでいるとともに開口部を気密に封止している。
【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、ポンプ容器の外側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、陰極と陽極とが対向して設けられている。陰極はチタン板等により形成され、陽極の両側に設けられている。また、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ＳＩＰにおいて、ポンプ容器が非金属で形成されている場合、ポンプ容器の壁厚分だけ陰極と永久磁石との間に隙間ができ、その分、永久磁石の開口距離が長くなって排気効率の低下を招く。また、上記ＳＩＰは磁気的にシールドされておらず、漏洩磁界が発生する。そのため、上記ＳＩＰは、漏洩磁界を嫌う装置との組合せに不向きとなる。さらに、永久磁石が大型となり、ポンプ取り付け時の作業性等に難があるとともに、表示装置全体の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、小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上した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、磁性の金属で形成されたポンプ容器と、前記ポンプ容器内に設けられた永久磁石と、前記永久磁石上に設けられた第１陰極およびこの第１陰極に間隔を置いて対向配置された第２陰極と、前記第１陰極と第２陰極との間に設けられた陽極と、前記第２陰極に対して前記第１陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、前記ポンプ容器に形成され、このポンプ容器の外部に開口した開口部と、前記陽極に接続されているとともに前記開口部に挿通された給電端子と、前記開口部に充填され、前記給電端子を囲んでいるとともに前記開口部を気密に封止した絶縁体と、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、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、磁性の金属で形成されたポンプ容器と、前記ポンプ容器内に設けられた永久磁石と、前記永久磁石上に設けられた第１陰極およびこの第１陰極に間隔を置いて対向配置された第２陰極と、前記第１陰極と第２陰極との間に設けられた陽極と、前記第２陰極に対して前記第１陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、前記ポンプ容器に形成され、このポンプ容器の外部に開口した開口部と、前記陽極に接続されているとともに前記開口部に挿通された給電端子と、前記開口部に充填され、前記給電端子を囲んでいるとともに前記開口部を気密に封止した絶縁体と、を有している。

この発明によれば、小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上した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が取付けられている。ＳＩＰ５０は、磁性の金属からなるポンプ容器５１を有している。本実施の形態において、ポンプ容器５１の周壁の厚みｔは０．５ｍｍである。ポンプ容器５１は閉塞した一端および開口した他端を有し、円筒状に形成されている。ポンプ容器５１は、背面基板１２に封着材としてのフリットガラス４０で接合されている。ポンプ容器５１は背面基板１２の排気孔１２ａを覆うよう背面基板に接合されている。このため、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。上記した封着材はフリットガラス４０に限らず封着金属であっても良い。ポンプ容器５１の側面には、このポンプ容器の外部に開口した開口部５２が形成されている。この実施の形態において、開口部５２は円形である。ポンプ容器５１は、その内面から突出し、開口部５２を規定した環状の突出部５１ａを有している。開口部５２の直径ｄは７ｍｍないし８ｍｍ、突出部５１ａの突出幅ｗは３ｍｍないし４ｍｍである。この突出部５１ａを含む開口部５２にはガラス等の絶縁材料で構成された絶縁体５３が充填され、開口部を気密に封止している。

ポンプ容器５１内には、永久磁石５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、および陽極５６が設けられている。永久磁石５４はポンプ容器５１の閉塞された一端に設けられている。この永久磁石５４はポンプ容器５１と一体に形成されている。第１陰極５５ａは永久磁石５４上に固定されている。この実施の形態において、第１陰極５５ａは永久磁石５４の略全面に接触した状態で永久磁石に固定されている。第２陰極５５ｂは第１陰極に所定の間隔を置いて対向配置されている。陽極５６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５６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。陽極５６はポンプ容器５１と同軸的に設けられている。陽極５６は開口部５２と対向している。

給電端子５７ａは陽極５６と一体に形成されているとともに、陽極の側面から延びて開口部５２に挿通されている。このため、上記開口部５２は給電端子５７ａが形成された個所の陽極５６の側面と対向したポンプ容器５１の側面に形成されている。また、図示しないが、端子５７ｂは第２陰極５５ｂに接続されているとともに、給電端子５７ａと同様に開口部５２に挿通されている。

給電端子５７ａおよび端子５７ｂはそれぞれ絶縁体５３で囲まれている。このため、給電端子５７ａおよび端子５７ｂとポンプ容器５１とは電気的に絶縁されている。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５６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。

また、ポンプ容器５１内には、例えば板状の磁性体５９が設けられている。磁性体５９は第２陰極５５ｂに固定され、この第２陰極に対して第１陰極５５ａの反対側に対向して設けられている。また、磁性体５９はポンプ容器５１と一体に形成され、開口したポンプ容器の他端を閉塞している。この磁性体５９は、永久磁石５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、およびポンプ容器５１とともに閉磁路を形成している。磁性体５９および第２陰極５５ｂには、これらの一部を貫通して延びた通気孔６１が形成されている。なお、上記開口部５２は通気孔６１以外の面に形成されていることは言うまでもない。

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５６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５６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。

なお、図３に示すように、永久磁石５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、磁性体５９、およびポンプ容器５１により閉磁路７１が形成され、永久磁石５４の発生磁界は閉磁路を通る。このため、永久磁石５４の発生磁界の外部への漏洩を抑制することができる。

以上のように構成されたＳＩＰによれば、永久磁石５４はポンプ容器５１内に設けられ、第１陰極５５ａに隣接して配置されている。そのため、永久磁石をポンプ容器５１の外側に設けた場合と比較して、永久磁石５４と第１陰極５５ａ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、排気効率を最大にすることが可能となる。また、永久磁石５４をポンプ容器５１の外部に設ける必要がなく、給電端子５７ａおよび端子５７ｂを保持している絶縁体５３は、ポンプ容器５１の開口部５２に充填されているため、外部へ突出することがなく、ＳＩＰ全体の小型化を図ることができる。開口部５２に絶縁体５３を充填するだけの簡単な構成によって給電端子５７ａおよび端子５７ｂを固定でき、製造効率を向上させることができる。

ポンプ容器５１および磁性体５９は磁性材料で形成されていることから、永久磁石５４、第１陰極５５ａ、第２陰極５５ｂ、磁性体５９、およびポンプ容器５１によって磁気的閉回路を形成し、漏洩磁界をシールドすることができる。そのため、漏洩磁気を嫌う装置と組み合せてＳＩＰを使用する場合、大きな効果を発揮する。

給電端子５７ａはポンプ容器５１の開口部５２に挿通され、絶縁体５３に囲まれて支持されているため、陽極５６に高圧の電圧を良好に印加することができる。
上記ＦＥＤによれば、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となる。

更に、上記ＦＥＤによれば、ＳＩＰ５０は永久磁石５４を有しているが、図４に示すように、ＳＩＰは、永久磁石５４と、磁性体５９および第２陰極５５ｂの間に設けられた他の永久磁石６０と、を有していても良い。なお、磁性体５９、他の永久磁石６０、および第２陰極５５ｂには、これら一部を貫通して延びた通気孔６１が形成されている。これにより、第１陰極５５ａおよび第２陰極５５ｂと直交する方向の磁界をより強化でき、ＳＩＰ５０の排気速度をより大きくできる。

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内には、予め磁界を発生させる永久磁石５４を配設したが、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電子源を用いても良い。上述した実施の形態では、ポンプ容器５１は円筒状であるが、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れば良い。
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。 図３に示したＳＩＰの変形例を示す断面図。

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、５１ａ…突出部、５２，６３…開口部、５３…絶縁体、５４…永久磁石、５５ａ…第１陰極、５５ｂ…第２陰極、５６…陽極、５７ａ…給電端子、５７ｂ…端子、５９…磁性体、６０…他の永久磁石、６１…通気孔、ｄ…直径、ｔ…厚み、ｗ…突出幅。

Claims (8)

1. 磁性の金属で形成されたポンプ容器と、
   前記ポンプ容器内に設けられた永久磁石と、
   前記永久磁石上に設けられた第１陰極およびこの第１陰極に間隔を置いて対向配置された第２陰極と、
   前記第１陰極と第２陰極との間に設けられた陽極と、
   前記第２陰極に対して前記第１陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、
   前記ポンプ容器に形成され、このポンプ容器の外部に開口した開口部と、
   前記陽極に接続されているとともに前記開口部に挿通された給電端子と、
   前記開口部に充填され、前記給電端子を囲んでいるとともに前記開口部を気密に封止した絶縁体と、
   を備えたスパッタイオンポンプ。
2. 前記ポンプ容器の内面から突出し、前記開口部を規定している環状の突出部を備えている請求項１に記載のスパッタイオンポンプ。
3. 前記ポンプ容器は筒状に形成され、前記陽極は円筒状に形成され、前記ポンプ容器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。
4. 前記給電端子は前記陽極の側面に形成され、
   前記開口部は、前記給電端子が形成された個所の前記陽極の側面と対向した前記ポンプ容器の側面に形成されている請求項３に記載のスパッタイオンポンプ。
5. 前記磁性体と第２陰極との間には他の永久磁石が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。
6. 前記ポンプ容器は、閉塞した一端および開口した他端を有し、
   前記磁性体は、前記ポンプ容器の開口した他端を閉塞して設けられ、
   前記磁性体および第２陰極を貫通して通気孔が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。
7. 前記ポンプ容器は、閉塞した一端および開口した他端を有し、
   前記磁性体は、前記ポンプ容器の開口した他端を閉塞して設けられ、
   前記磁性体、他の永久磁石、および第２陰極を貫通して通気孔が形成されている請求項５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、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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