JPH0412429A - 平面真空パネルおよび平面真空装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は発光型デイスプレィ、プリンタヘッド、多ｉ電
子管などを構成する平面真空パネルおよび平面真空装置
に関する。

［従来の技術］ 蛍光表示管に代表される従来の平面真空パネルは、松本
正−編著、電子デイスプレィデバイス（オーム社）第６
章、ｐ、１７３（１９８４）に記載されているように、
対向する２枚のガラス基板とガラススペーサをフリット
ガラスによって接着してつくられていた。

［発明が解決しようとする課題〕 しかし前述した従来技術の場合、つぎに列記するような
いくつかの問題点がある。すなわち、■フリットガラス
で接着するとき、フリットガラスの融点以上に加熱する
が、このときバインダーである有機物質が蒸発し、ガラ
ス基板表面や陰極、陽極などが汚される。その結果、真
空度がなかなか上昇せず生産性が悪い。

■陰極に付着した有機物質によって陰極からの電子の飛
び出し効率が低下する。特に、冷陰極管の電界放出の効
率は著しく低下する。

■余分なフリットガラスが接着面より真空層側にはみ出
す。そのため、微細面積での接着固定が困難である。

■フリットガラスには鉛などの有害物質が含有されてお
り、公害の原因となる。

などの問題点があった。

そこで本発明はこのような従来技術の問題点を克服する
もので、その目的とするところは、真空中などのクリー
ンな雰囲気で製造でき、製造時の電子放出特性の劣化を
防止できるもので、微細化が可能で、環境汚染がなく、
また使用中において接合部の劣化によるリークを防止す
る平面真空パネルおよび平面真空装置を提供するところ
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の平面真空パネルは、第一平面基板、該第一平面
基板に対向して配置された第二平面基板、前記第一平面
基板および前記第二平面基板の中間に配置された挟持体
、前記第一平面基板および前記第二平面基板および前記
挟持体の中間に形成された真空層よりなる平面真空パネ
ルにおいて、前記第一平面基板および前記第二平面基板
および挟持体は絶縁性平面基板もしくは導電性平面基板
からなり、互いに陽極接合法により静電引力にて固定さ
れていることを特徴とする。

また、前記絶縁性平面基板は導電性平面基板の表面に絶
縁性薄膜を形成して成る絶縁皮膜導電性平面基板を含み
、前記導電性平面基板は絶縁性平面基板に導電性薄膜を
形成して成る導電性皮膜絶縁性平面基板を含むことを特
徴とする。

また、前記挟持体は第一平面基板もしくは第二平面基板
に膜状に形成されていることを特徴とする。

本発明の平面真空装置は、陰極を有する第一平面基板、
前記第一平面基板に対向して配置された陽極を有する第
二平面基板、前記第一平面基板および前記第二平面基板
の中間に配置された挟持体、前記第一平面基板および前
記第二平面基板および前記挟持体の中間に形成された真
空層を具備する平面真空パネルよりなる平面真空装置に
おいて、前記第一平面基板および前記第二平面基板およ
び挟持体は、第一平面基板に対して第二平面基板を正電
位とする陽極接合法により静電引力にて固定されている
ことを特徴とする。

また、前記陰極は電界放出陰極であることを特徴とする
。

［実施例］ 本発明の平面真空パネルおよび平面真空装置を実施例に
基づきさらに詳述する。

〈実施例１〉 第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の第一の実施例を説
明するためのもので、シリコン半導体基板を挟持体に用
いた平面真空パネルの概略平面図およびＡ−Ａ’線に沿
った概略断面図をそれぞれ示している。平面真空パネル
は絶縁性ガラス基板よりなる第一平面基板１と、それに
対向して置かれた絶縁性ガラス基板よりなる第二平面基
板２と、第一平面基板１と第二平面基板２の中間に配置
され、角リング状に加工された導電性シリコン基板より
なる挟持体３と、これら３枚の基板に囲まれた真空Ｗｉ
５より構成される。第一平面基板１、第二平面基板２お
よび挟持体３は鏡面研磨され、接触面の凹凸は５００Å
以下である。第一平面基板１と挟持体３の接触面４およ
び第二平面基板２と挟持体３の接触面４において、それ
ぞれの基板は陽極接合法によって静電引力で固定されて
いる。

陽極接合方法は２枚の平面電極で平面真空パネルを挟み
、予め真空チャンバ内で真空引きと加熱を施した状態で
両手面電極間に直流電圧を印加し、導電性基板と絶縁性
基板の境界面で静電気的に接合するものである。第一平
面基板１と第二平面基板２の厚さを１．１ｍｍ、挟持体
３の厚さを０゜４ｍｍ、加熱温度を４００°Ｃとしたと
き、第一平面基板側の平面電極に対し第二平面基板側の
平面電極に＋１００ＯＶの直流電圧を１０分間印加した
とき十分大きな接着強度をもった陽極接合が実現できた
。陽極接合工程において、真空チャンバ内および真空層
５内の真空度はＩ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下に維持で
きる。このような真空度の維持は、従来技術では不可能
なことであり、本発明の平面真空パネルがクリーンな環
境で製造できる裏付けである。また作製された平面真空
パネルを大気中に放置しても真空層内部への大気リーク
は発生しなかった。

接着強度の大きな接合を得るためには、導電性基板であ
るシリコン基板の表面酸化膜を十分に除去しておくこと
と、絶縁性基板であるガラス基板に移動性の不純物イオ
ンが多く含まれていることが必要である。

本実施例で第二平面基板側を正電位としたが、第一平面
基板側を正電位としても同様の強い陽極接合が得られる
。

〈実施例２〉 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の第二の実施例を説
明するためのもので、ガラス基板を挟持体に用いた平面
真空パネルの概略平面図およびＢ−Ｂ″線に沿った概略
断面図をそれぞれ示している。本実施例の平面真空パネ
ルは導電性のシリコン半導体基板よりなる第一平面基板
１と、それに対向して置かれた導電性のシリコン半導体
基板よりなる第二平面基板２と、第一平面基板１と第二
平面基板２の中間に配置され、角リング状に加工された
絶縁性ガラス基板よりなる挟持体３と、これら３枚の基
板に囲まれた真空層５より構成される。第一平面基板１
、第二平面基板２および挟持体３は鏡面研磨され、接触
面の凹凸は５００Å以下である。第一平面基板１と挟持
体３の接触面４および第二平面基板２と挟持体３の接触
面４において、それぞれの基板は陽極接合法によって静
電引力で固定されている。第一平面基板１と第二平面基
板２の厚さを０．４ｍｍ、挟持体３の厚さを１．１ｍｍ
として２、予め十分に真空排気された真空チャンバ内で
加熱温度を３００℃としたとき、第一平面基板に対し第
二平面基板に＋５００Ｖの直流電圧を１０分間印加する
と十分に大きな接着強度をもった陽極接合が実現できた
。このとき、平面真空パネルを大気中に放置しても真空
層内部への大気リークは発生しなかった。

本実施例で第二平面基板を正電位としたが、第一平面基
板を正電位としても同様の強い陽極接合が得られる。

〈実施例３〉 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の第三の実施例を説
明するためのもので、一方の平面基板に挟持体を一体化
して設けた平面真空パネルの概略平面図およびｃ−ｃ’
線に沿った概略断面図をそれぞれ示している。本実施例
の平面真空パネルは絶縁性のＳ　ｉ　Ｏ２厚膜よりなる
挟持体３を形成した絶縁性ガラス基板よりなる第一平面
基板１と、それに対向して置かれた導電性のシリコン半
導体基板よりなる第二平面基板２と、これらの基板に囲
まれた真空層５より構成される。挟持体３は、第一平面
基板１の表面に塗布法で形成した有機シリカ原料を熱焼
成して得た厚さ０．１ｍｍの５ｉ０２厚膜をフォト加工
したものである。第二平面基板２の表面および挟持体３
の表面は十分に鏡面研磨されている。２枚の平面基板は
挟持体３と第二平面基板２の接触面４において、陽極接
合法によって静電引力で固定されている。第一平面基板
１の厚さを１．１ｍｍ、挟持体３の高さを０．１ｍｍと
して、予め十分に真空排気された真空チャンバ内で加熱
温度を３００°Ｃとしたとき、第一平面基板側に配置し
た平面電極に対し第二平面基板に＋５００Ｖの直流電圧
を５分間印加すると十分に大きな接着強度をもった陽極
接合が実現できた。

陽極接合時間がより短くて済むのは、ＳｉＯ２厚膜内の
可動イオン量が多いためと考えられる。

本実施例で第二平面基板を正電位としたが、第一平面基
板を正電位としても同様の強い陽極接合が得られる。

〈実施例４〉 第４図（ａ）および（ｂ）は本発明の第四の実施例を説
明するためのもので、一方の平面基板に挟持体を一体化
して設け、他方の平面基板の表面に導電性薄膜を設けた
平面真空パネルの概略平面図およびＤ−Ｄ’線に沿った
概略断面図をそれぞれ示している。本実施例の平面真空
パネルは絶縁性のＳｉＯ２厚膜よりなる挟持体３を形成
した絶縁性ガラス基板よりなる第一平面基板１と、それ
に対向して置かれたシリコン半導体薄膜よりなる導電性
薄膜６を絶縁性のガラス基板に設けた第二平面基板２と
、これらの基板に囲まれた真空層５より構成される。挟
持体３は、第一平面基板１の表面に塗布法で形成した有
機シリカ原料を熱焼成して得た厚さ０．１ｍｍのＳｉＯ
２厚膜をフォト加工したものである。シリコン半導体薄
膜はプラズマＣＶＤ法によってガラス基板表面に堆積し
た′厚さ１０００人の非晶質シリコン薄膜である。導電
性薄膜６０表面および挟持体３の表面は十分な鏡面であ
る。２枚の平面基板は挟持体３と導電性薄膜６の接触面
４において、陽極接合法によって固定されている。

第一平面基板１と第二平面基板の厚さを１．１ｍｍ、挟
持体３の高さを０．１ｍｍとして、予め十分に真空排気
された真空チャンバ内で加熱温度を３００°Ｃとしたと
き、第一平面基板側に配置した平面電極に対し第二平面
基板に配置した平面電極に＋１００ＯＶの直流電圧を５
分間印加すると十分に大きな接着強度をもった陽極接合
が実現できた。陽極接合時間がより短くて済むのは、Ｓ
ｉＯ２厚膜内の可動イオン量が多いためと考えられる。

本実施例で第二平面基板側を正電位としたが、第一平面
基板側を正電位としても同様の強い陽極接合が得られる
。また導電性薄膜として非晶質シリコン薄膜を用いたが
、本発明ではこれに限らず、多結晶シリコン薄膜や単結
晶シリコンｆ３！膜、各種シリサイド（例えばＭｏ５ｉ
２）などのシリコンを構成材料とする導電性薄膜などが
適用できる。

〈実施例５〉 第５図（ａ）および（ｂ）は本発明の第五の実施例を説
明するためのもので、熱放出陰極と陽極の二極を有する
平面真空装置の陽極接合状態を示す概略断面図と平面真
空装置の駆動状態を示す概略断面図をそれぞれ示してい
る。

平面真空装置は第一平面基板１、第二平面基板２、挟持
体３および真空層５を基本構成とする。

第一平面基板１はｎ型シリコン基板７と、その表面付近
に形成されたｎ型シリコン拡散層よりなる配線層８およ
び配線層８゛と、配線層８および配線層８′を接続する
フィラメントよりなる熱放出陰極９と、端子１１がおも
な構成要素である。第二平面基板２はｎ型シリコン基板
よりなり、熱放出陰極９に対向した位置に陽極１０を具
備している。端子１１、陽極１０などの導電性金属とし
てチタンｆｆＪｌｉやタングステンＫｍなどを用いる。

挟持体３はガラス基板を角リング状に加工したものであ
る。

この平面真空装置の陽極接合法による製造工程は次のよ
うに行われる。すなわち第５図（ａ）に示すように、真
空中において第一平面基板１、第二平面基板２および挟
持体３を位置合わせし、それぞれ４００°Ｃ程度に加熱
する。第一平面基板１側に第一平面電極１３を、そして
第二平面基板２側に第二平面電極１２をそれぞれ接触さ
せ、第一平面電極１３を接地し第二平面電極１２に正電
位の陽極接合電圧１４（ＶＡＢ）を印加する。挟持体３
の厚さが０．１ｍｍのとき、陽極接合電圧１４を＋５０
０ｖとすると、約１５分間の電圧印加によって十分に接
合強度の高い陽極接合が完了する。

陽極接合完了後は、陽極接合電圧を印加したまま平面真
空装置の温度を室温まで下げ、その後陽極接合電圧を下
げ終了する。、接合部分は第一平面基板１および第二平
面基板２と挟持体３の接触面４である。

つぎに平面真空装置の駆動方法について説明する。平面
真空装置の駆動状態は、第５図（、ｂ）に示すようにｐ
型シリコン基板７と配線層８゛を接地した状態で、配線
層８にフィラメント電圧１６（ＶＦ　）を印加する。陽
極１０には第二平面基板２を通してフィラメント電圧１
６よりさらに太きな陽極電圧１５（Ｖａ）を印加する。

フィラメント電圧１６によって熱放出陰極９が加熱され
、熱電子が熱放出陰極９より飛び出す。この熱電子は陽
極電圧１５によって加速され陽極１０に流れ、陽極電流
となる。陽極電圧１５を調節することによって陽極電流
が制御でき、二極真空管の駆動が可能となる。

陽極接合法によって製造された平面真空装置の真空リー
クなどの劣化を防止するために重要なことは、ＶＦ　＜
Ｖａの関係を常に保つことである。

陽極接合時に挟持体３の第二平面基板２側に正電圧が印
加されており、各接触面４における電荷分布は第二平面
基板２側に負電荷が蓄積する分布状態である。もし駆動
時に挟持体３の第二平面基板２側に負電圧が印加されれ
ば、第二平面基板２側に蓄積している負電荷が第一平面
基板１側に移動するため、各接触面４の接合強度が弱く
なり真空リークを引き起こす。これを防止するため、駆
動時においても挟持体３内部の電界方向が陽極接合時の
電界方向と一致するように、挟持体３の第二平面基板２
側が第一平面基板ｌ側に対して常に正電位になるよう電
圧の印加方法を工夫しなければならない。とくに熱電子
管やパワー電子管のように平面真空装置の温度が高くな
る場合は特にこのことが重要である。

本実施例の平面真空装置は、フィラメント電圧１６をＶ
Ｆ＝６Ｖ、陽極電圧１５をＶａ＝ｌＯＯ〜５００■とし
て使用する。

〈実施例６〉 第６図は本発明の第六の実施例を説明するためのもので
、電界放出陰極、制御電極および陽極の三極構造を有す
る平面真空装置の駆動状態を示す概略断面図を示してい
る。

平面真空装置は第一平面基板１、第二平面基板２、挟持
体３および真空Ｎ５を基本構成とする。

第一平面基板ｌは鐘状の電界放出陰極１７”をもつ導電
性のｎ型シリコン基板１７と、電界放出陰極１７゛上分
を除くｎ型シリコン基板１７の表面に形成された二酸化
シリコン薄膜よりなる絶縁層１８と、その絶縁層１８の
表面に形成され、電界放出陰極１７゛上部で開口した鐘
形状をもつモリブデン薄膜よりなる制御電極１９と、モ
リブデン薄膜上の挟持体３の位置する部分に形成された
多結晶シリコン層２ｏが主な構成要素である。第二平面
基板２は絶縁性のガラス基板２１と、その表面に形成さ
れたＩＴＯ透明薄膜よりなる陽極２２より成り、挟持体
３は陽極２２表面に角リング状にスパッタ法で形成した
二酸化シリコンｆｉ１Ｍより成る。

この平面真空装置の陽極接合法による製造工程を簡単に
説明する。すなわち、真空中において第一平面基板１、
挟持体３が形成された第二平面基板２を位置合わせし、
それぞれ４００　’Ｃ程度に加熱する。第一平面基板１
側に第一平面電極を、第二平面基板２側に第二平面電極
をそれぞれ接触させ、第一平面電極を接地し第二平面電
極に正電位の陽極接合電圧（ＶＡＢ）を印加する。挟持
体３の厚さが５０μｍのとき、陽極接合電圧を＋３００
Ｖとすると、約１５分間の電圧印加によって十分に接合
強度の高い陽極接合が達成できた。陽極接合完了後は、
陽極接合電圧を印加したまま平面真空装置の温度を室温
まで下げ、その後陽極接合電圧を下げ終了する。接合部
分は第一平面基板１の多結晶シリコン層２０と挟持体３
の接触面４である。

つぎに平面真空装置の駆動方法について説明する。平面
真空装置の駆動状態は、第６図に示すようにｎ型シリコ
ン基板１７を接地した状態で、制御電極２３に制御電圧
２３（Ｖｇｋ）を、陽極に陽極電圧２４（Ｖａｋ）をそ
れぞれ印加する。制御電圧２３によって電界放出陰極１
７”の突起先端部に強い電界が加わり、電界効果によっ
て電界放出陰極１７゛より電子が飛び出す。この電子は
制御電極１９の開口を通過し、陽極電圧２４に加速され
て陽極２２に流れ、陽極電流となる。制御電圧２３もし
くは陽極電圧２４を制御することによって陽極電流が制
御され、三極真空管動作が可能となる。

実施例５で述べたことと同様に、本実施例の平面真空装
置においても真空リークなどの劣化を防止するためにＶ
ｇｋ＜Ｖａｋの関係を常に保つことが重要である。本実
施例の平面真空装置は、制御電圧２３をＶｇｋ＝４０〜
８０Ｖ、　　陽極電圧２４をＶａｋ＝２００〜５００Ｖ
として使用する。

本実施例の平面真空装置の特性を陽極接合前後で比較す
ると、陽極電圧Ｖａｋ＝２００Ｖのとき、１０μＡの陽
極電流を得るのに必要な制御電圧は陽極接合前でＶｇｋ
＝５５Ｖであったが、陽極接合後はＶｇｋ＝　５８　Ｖ
であった。陽極接合工程によって電界放出陰極の放出効
率は少し低下したが、従来技術に比べれば、格段にクリ
ーンな平面真空装置であることが実証された。

なお、以上すべての実施例において共通であるが、本発
明の平面真空パネルおよび平面真空装置の真空度を高く
維持するために、予めバリウム（Ｂａ）などのゲッタ材
料を真空層５内に形成しておくことも適用できる。また
チタンなどのゲッタ効果のある材料を電極などに使用し
てもよい。

［発明の効果］ 本発明の平面真空パネルおよび平面真空装置は以下に列
記する格別なる発明の効果を有する。

■製造工程において、真空度を維持するのに不都合な有
機蒸気などの発生がなく、クリーンな環境で製造できる
構造である。

■製造工程がクリーンであるため、製造前後において真
空層内部に付着する汚れがない。その結果、電界放出陰
極の表面への異物付着がなく、表面の仕事関数を製造前
後で一定に保持でき、信頼性のよい平面真空装置が得ら
れる。

■挟持体と二枚の平面基板の接合部において、接合強度
を常に大きく保てるもので、場合によっては平面真空装
置の使用によって接合強度がより増加するものであるた
め、真空度の低下がなく信頼性の高いものである。

■平面基板や挟持体の材料の選択の自由度、構造の自由
度が大きいものである。

■公害の発生、使用者への悪影響がないものであ左 ■接合面に接着剤などが不用であり、微細面積で強力な
接合が可能である。したがって周辺の挟持体だけでなく
、真空層内部にスペース保持体などを形成して二枚の平
面基板をより強度高く、しかも平面基板間の距離を一定
に保って接合するような構造が可能である。このような
方法で面積が広くても耐大気圧性のよいものが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の第一の実施例を説
明するためのもので、シリコン半導体基板を挟持体に用
いた平面真空パネルの概略平面図およびＡ−Ａ’線に沿
った概略断面図をそれぞれ示している。 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の第二の実施例を説
明するためのもので、ガラス基板を挟持体に用いた平面
真空パネルの概略平面図およびＢ−Ｂ’線に沿った概略
断面図をそれぞれ示している。 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の第三の実施例を説
明するためのもので、一方の平面基板に挟持体を一体化
して設けた平面真空パネルの概略平面図およびｃ−ｃ’
線に沿った概略断面図をそれぞれ示している。 第４図（ａ）および（ｂ）は本発明の第四の実施例を説
明するためのもので、一方の平面基板に挟持体を一体化
して設け、他方の平面基板の表面に導電性薄膜を設けた
平面真空パネルの概略平面図およびＤ−Ｄ’線に沿った
概略断面図をそれぞれ示している。 第５図（ａ）および（ｂ）は本発明の第五の実施例を説
明するためのもので、熱電子陰極と陽極の二極を有する
平面真空装置の陽極接合状態を示す概略断面図と平面真
空装置の駆動状態を示す概略断面図をそれぞれ示してい
る。 第６図は本発明の第六の実施例を説明するためのもので
、電界放出陰極、制御電極および陽極の三極構造を有す
る平面真空装置の駆動状態を示す概略断面図を示してい
る。 １・・第一平面基板、２・・第二平面基板、３・・挟持
体、４・・接触面、５・・真空層、導電体薄膜、９・・
熱放出陰極、１０、陽極、１２・・第二平面電極、１３
・・電極、１４・・陽極接合電圧、１５．２極電圧、１
６・・フィラメント電圧、１電界放出電極、１８・・絶
縁層、１９・極、２３・・制御電圧 ６　・ ２２　・　・ 第一平面 ４・・陽 ７′ ・制御型 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 第４図（ｂ） 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一平面基板、該第一平面基板に対向して配置さ
   れた第二平面基板、前記第一平面基板および前記第二平
   面基板の中間に配置された挟持体、前記第一平面基板お
   よび前記第二平面基板および前記挟持体の中間に形成さ
   れた真空層よりなる平面真空パネルにおいて、前記第一
   平面基板および前記第二平面基板および挟持体は絶縁性
   平面基板もしくは導電性平面基板からなり、互いに陽極
   接合法により静電引力にて固定されていることを特徴と
   する平面真空パネル。
2. （２）前記絶縁性平面基板は導電性平面基板の表面に絶
   縁性薄膜を形成して成る絶縁皮膜導電性平面基板を含み
   、前記導電性平面基板は絶縁性平面基板に導電性薄膜を
   形成して成る導電性皮膜絶縁性平面基板を含むことを特
   徴とする請求項１に記載の平面真空パネル。
3. （３）前記挟持体は第一平面基板もしくは第二平面基板
   に膜状に形成されていることを特徴とする請求項１およ
   び請求項２に記載の平面真空パネル。
4. （４）陰極を有する第一平面基板、前記第一平面基板に
   対向して配置された陽極を有する第二平面基板、前記第
   一平面基板および前記第二平面基板の中間に配置された
   挟持体、前記第一平面基板および前記第二平面基板およ
   び前記挟持体の中間に形成された真空層を具備する平面
   真空パネルよりなる平面真空装置において、前記第一平
   面基板および前記第二平面基板および挟持体は、第一平
   面基板に対して第二平面基板を正電位とする陽極接合法
   により静電引力にて固定されていることを特徴とする平
   面真空装置。
5. （５）前記陰極は電界放出陰極であることを特徴とする
   請求項４に記載の平面真空装置。