JPH0718341U - 真空気密装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界放出カソードを使用した表示装置におい
て、真空容器内に発生する残留ガスを効率よく捕集す
る。 【構成】 カソード基板１の上に蒸着により複数個のエ
ミッタ５と、このエミッタ５に電界を加えるとゲート電
極６及び少なくとも１個以上の集束電極を備え、アノー
ド電極３に高電圧を印加したときにエミッタ５から放出
された電子がアノード電極３に流入するように構成され
ている真空気密装置において、アノード電極に一番近い
集束電極１０をゲッタ材料によって構成する。 【効果】 電子の衝突によって叩き出された放出ガスは
プラスイオン分子となっているので、カソード電極７と
ほぼ同電位とされている集束電極１０又はアノード電極
に一番近い電極１２によって効果的に捕集される。その
ため、エミッタ５の電子放出能力を低下しないようにで
きる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はコールドカソードとして知られている電界放出カソードを真空容器中 に封入して、各種装置の電子源として利用する真空気密装置および表示装置に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

金属または半導体表面の印加電界を１０⁹ ［Ｖ／ｍ］程度にすると、トンネル 効果により電子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われるようにな る。これを電界放出（Field Emission）と云い、このような原理で電子を放出す るカソードを電界放出カソードＦＥＣ（Field Emission Cathode）と呼んでいる 。 近年、半導体加工技術を駆使して、ミクロンサイズの電界放出カソード素子を 多数個同時に形成し、面放出型の電界放出カソードを作成することが可能となっ ており、この電界放出素子をブロック化して制御し、ブロック毎に放出された電 子を蛍光面に照射することによってフラットな表示装置や各種の電子装置に適応 する技術が開発されている。

【０００３】 上記した電界放出素子の製造方法の１つは、スピントの開発した回転斜め蒸着 方法（米国特許第３７８９４７１号明細書）であり、他の方法としてはシリコン 単結晶板の選択エッチング法に基づくものがある。 前者は陰極チップ材料をほぼ自由に選択できるという特徴があり、後者は現在 の半導体微細加工がそのまま適用できるという特徴を有する。

【０００４】 以下、スピント（SPINDT）法に対応するＦＥＣの製造方法（特開平１−１５４ ４２６号公報）の概要を図２を参照して簡単に説明する。 まず、図３（ａ）に示すように、ガラス等の基板１００の上にカソード電極層 １０１が蒸着により形成されており、さらにその上にシリコンを積層して抵抗層 １０２を形成し、さらに酸化シリコンによって絶縁層１０３が形成されている。 そしてさらに、その上に導電体を蒸着してゲート電極層１０４が形成される。 このような積層基板はその上面となっているゲート電極層１０４上にフォトレ ジスト層１１１を塗布した後、このレジスト層をフォトリングラフィ法によりパ ターニングが行われる。その結果、エミッタを形成する領域のレジスト層が選択 除去される。

【０００５】 次に、例えばＳＦ₆ ガス等によってレジスト層の上面からドライエッチングす ることによってレジスト層の除去された部分のゲート電極層１０４に穴が開けら れ開口部１１３が形成される。 次に、この積層基板をエッチング液に浸すことによって等方性エッチングを行 い、絶縁層１０３の部分をエッチングすることによってホール１１４を形成する （Ｃ）。 そして、このような積層基板に対して斜め方向から回転させながら剥離層１０ ５となるアルミニウムの斜め蒸着を行うと、剥離層１０５は開けたホール１１４ 内の中には蒸着されずに、ゲート電極層１０４の表面にのみ選択的に蒸着される ようになる。

【０００６】 次に、このような積層基板のホール１１４側からエミッタ材料であるモリブデ ンを正蒸着によって堆積させると、同図（ｄ）に示すように蒸着したモリブデン がホール１１４から落ち込むと同時に、剥離層１０５の上にも堆積する。そして この剥離層１０５の上に堆積するモリブデンによって開口部１１３が閉鎖される と、抵抗層１０２の上にコーン状のエミッタ１１５が形成される。 この後、ゲート電極層１０４上の剥離層１０５及びエミッタ材料層１０６をエ ッチングにより除去すると、同図（ｅ）に示すような形状のＦＥＣが得られるよ うになる。

【０００７】 この図に示すように、ＦＥＣはコーン状のエミッタ１１５とゲート電極層１０ ４との距離をサブミクロンとすることができるため、エミッタ１１５とゲート電 極層１０４間にわずか数１０ボルトの電圧を印加することによりエミッタ１１５ の先端の電位傾度は非常に高くなるから、真空中であれば常温でも電子を放出さ せることができるようになる。

【０００８】 なお、上記したＦＥＣはゲート電極層が１個設けられている３極管構造である が、ゲート電極層が２個設けられている４極管構造も同様な方法で構成すること ができる。 そして、このようなＦＥＣを構成した基板と、蛍光材が塗布されているアノー ド基板を真空容器内に対立して配置すると、ＦＥＣから放出された電子がアノー ド基板の蛍光材を発光し、フラットな形状の表示装置を作ることができる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで上記したような真空気密装置や表示装置は、エミッタから放出された 電子がアノード電極に衝突すると、アノード電極表面の不純物および蛍光体また はアノード構成材料や付着物がイオン分子として叩き出されて真空容器の真空度 を低下させ、ガス化されたイオン分子がＦＥＣを構成するエミッタ１１５の電子 放出部に吸着汚染することによって仕事関数の増大や、エミッタの電子放出部の イオン損傷を行わせる。そのため、ＦＥＣ素子のエミッション能力が低下して真 空気密装置や表示装置としての機能寿命を短くすることになる。

【００１０】 そこで陰極線管（ＣＲＴ）や蛍光表示装置に見られるように、真空容器内のガ スを吸着するゲッタを容器内に配置し、真空容器内に滞留するガスを常時吸着す るようにすればよいが、ＦＥＣを用いた真空気密装置や表示装置は上記したよう に極めて薄い容器内に封入されているため、物理的にゲッタを設けることが極め て困難になっている。

【００１１】 上記した問題点を解消するためにエミッタ１１５の上方に位置するゲート電極 自体をゲッタ材料で構成することによって真空容器内に浮遊する残留ガスを吸着 させるようにする技術が提案されている。 しかしながら、電子がアノード電極に衝突することによって蛍光物質から叩き 出されるガス分子（以下、アウトガスという）の大部分は、電子によりプラスに 帯電されているイオン分子、例えば、ＣＯ＋、ＣＨ₄ ＋、Ｈ₂ Ｏ＋となっている ことが周知である。そのため、電子を引き出すためにプラス電圧が印加されてい るゲート電極層１０４をゲッタ材料で構成しても、このゲート電極層１０４によ ってイオンが捕集される確立は極めて低いものになり、アノード電極側から叩き 出されたアウトガスはこのゲート電極層１０４を通過してエミッタ１１５に直接 衝突する確率が高い。

【００１２】 冷陰極となっているエミッタの電子放出能力は、より先端が針状に研ぎ澄まさ れている方が電子の放出能力を高くすることになるから、上記したようにエミッ タの先端に衝突する分子量の大きいプラスイオンは、このエミッタの先端の電子 源に射突することによる汚染および損傷により電子放出能力を著しく低下させる ことになり、ＦＥＣを用いた真空気密装置および表示装置にとって非常に有害で ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記した問題点を解消するためになされたもので、基板上に形成した カソード導体上に多数個配設した電子を放出させるエミッタと、 このエミッタ から電子を放出させるためのゲート電極と、引き出された電子を集束するための 集束電極と、集束された電子を捕獲するアノード電極とを真空容器内に封入した 真空気密装置において、前記集束電極をゲッタ材料によって構成するものである 。 また、この集束電極が２以上の電極層によって構成されている場合は、この内 のアノード電極にもっとも近い電極がゲッタ材料によって構成されるようにして いる。

【００１４】

【作用】

エミッタから放出された電子をアノード電極の領域に集束するための集束電極 は、ゲート電極より負側のカソード電極に近い電位に設定されている。したがっ て、アノード電極の蛍光体から放出されたプラスイオン化分子はエミッタより空 間的にアノード電極に近い集束電極に効果的に吸引されることになる。

【００１５】

【実施例】

図１は本考案の一例としての表示装置の内部の一部分を拡大して示したもので 、１はガラス等によって形成されているカソード基板、２は絶縁性のカソード基 板１と対向して設けられているアノード基板（ガラス等）であって、この両基板 １、２で挟まれている空間は真空状態となるように密封された真空領域２０であ る。 上記アノード基板２の内側にはアノード電圧が供給される透明な陽極導電体層 （アノード電極）３が形成されており、この陽極導電体層３の内側には蛍光物質 が塗布されて蛍光体層４を形成する。 また、上記カソード基板１の上方はカソード電極となる陰極導電体層７が蒸着 等によって積層されており、この陰極導電体層７の上方には前記したスピントの 方法等によって作られた先端が円錐形状で突出しているコーン状のエミッタ５が 設けられている。 また、このエミッタ５の上方には、絶縁層８で支持されているゲート電極６が 設けられ、さらのその上方に絶縁層９を介して集束電極１０が設けられている。 この絶縁層９および集束電極１０は、前記したスピントの方法で２層構造の積 層基板とすることによって容易に形成することができる。

【００１６】 各エミッタ５の高さは約１ミクロン程度であり、また１つのエミッタ５から放 出される電子は１ミクロン程度の穴が設けられているゲート電極６、および集束 電極１０を通過し、前記アノード電極側に向かって放出される。 そして、アノード電極に衝突して蛍光体が励起され、その部分が発光する。 発光部分は、このようなエミッタアレイの数個分が１画素を形成するものであっ て、そのために上記各導電体層は帯状の電極群に分割されている。つまり、カソ ード電極を構成する陰極導電体層７と、少なくともゲート電極６、または集束電 極１０の一方はＸ、Ｙ軸方向に延びる帯状の電極構造とされ、所定の走査電圧に よって水平および垂直方向に走査され、蛍光面の各画素毎に順次発光するように 駆動される。

【００１７】 カソード電位に対してアノードに印加される電圧は数百ボルトであるが、ゲー ト電極６に印加される電圧は、例えば１２０ボルト程度である。 このゲート電極６によって引き出された電子ｅは広い角度で拡散しながらアノ ード側に移動するが、本実施例が対象とする表示装置の場合は上記したように 集束電極１０に、例えばカソード電極の電位とほぼ等しい電圧を加えることによ って放出された電子ｅの広がりを防止する集束電極の効果を得るようにしている 。 そして、この集束電極１０の材料として真空領域２０に叩き出された放出ガス 分子を吸着する能力を有するゲッタ材料が使用されている点に特徴を有する。

【００１８】 すなわち、本考案ではカソード電極の電位に近い電位とされているこの集束電 極１０をゲッタ材料によって構成しているため、アノード電極側から叩き出され たイオン分子がプラスに帯電しているような場合には、より効果的にこのイオン をよく吸着し、このイオンガスがエミッタの先端に衝突することによってエミッ タを損傷すること、および真空中を浮遊することによって電子の放出能力が下が ることを防止する。 上記ゲッタ材料としては、非蒸発型のゲッタ材料であって導電性を有する材料 を選択すればよく、例えばＴａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔｈ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ａｇ、Ｍｇ、 Ｍｏ、Ｐ、Ｎｉ等の合金を使用し、薄膜技術または蒸着等によって第２ゲート電 極を構成する。

【００１９】 図２は本考案の他の実施例を示したもので、図１と同一符号は同一機能を有す る部分である。 この実施例の場合は、ゲッタ用電極が集束電極とは別に設けられており、集束 電極１０の上方に、絶縁層１１を介してやや幅が狭くされているゲッタ用電極１ ２を設け、この第３番目のゲート電極をゲッタ材料によって構成するようにして いる。

【００２０】 つまり、この実施例は３層構造によってＦＥＣを構成し、このゲッタ用電極１ ２に例えば−数十ボルト程度の電圧を印加するようにしている。 そのため、上記したようにエミッタからゲート電極６によって引き出された電 子は集束電極１０によって集束され、アノード電極に衝突する。そして、アウト ガスを引き出すことになるが、前記ゲッタ用電極１２に印加されている負の電圧 によって、アノード電極の蛍光体から叩き出されたアウトガス（プラスイオン） がより効率よく吸着される。したがって、図１の実施例による場合よりもさらに 効果的にアウトガスを捕捉することができる。

【００２１】 以上の実施例はアノード側に蛍光物質が設けられている表示装置について述べ たが、本発明はＦＥＣを利用する他の電子デバイスのすべての装置の真空度を維 持する際にも適用される。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の真空気密装置および表示装置は、少なくともエミ ッタに対して電子を引き出すゲート電極と、引き出された電子の広がりを制御す る集束電極を備えている多極管構造の電界放出素子によってカソードアレイ基板 を構成し、前記アノード電極に一番近い電極をゲッタ材料によって構成するよう にしているので、プラスイオン化されたアウトガスの吸着能力を非常に高いもの にすることができる。

【００２３】 また、本考案の実施例は、共にスピント型カソードを例として説明しているが 、平面型カソードにおいてもその効果、機能はすべて同じである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の表示装置の内部を拡大した断面図であ
る。

【図２】本考案の他の実施例を示す表示装置の内部の拡
大図である。

【図３】ＦＥＣアレイ製造する方法の説明図である。

【符号の説明】

１ カソード基板 ２ アノード基板 ３ 陽極導電体層（アノード電極） ４ 蛍光体層 ５ エミッタ ６ ゲート電極 ７ 陰極導電体層（カソード電極） ８、９ 絶縁層 １０ 集束電極 １２ ゲッタ用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 内田 裕治 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成したカソード導体上に多数個
   配設した電子を放出させるエミッタと、 このエミッタから電子を放出させるためのゲート電極
   と、 引き出された電子を集束するための集束電極と、 集束された電子を捕獲するアノード電極とを真空容器内
   に封入した真空気密装置において、 前記集束電極がゲッタ材料によって構成されていること
   を特徴とする真空気密装置。
2. 【請求項２】上記集束電極が複数の電極からなり、この
   内のアノード電極に一番近い電極がゲッタ材料によって
   構成されたいることを特徴とする請求項１記載の真空気
   密装置。
3. 【請求項３】上記ゲッタ材料によって構成された電極
   は、ゲート電極の電位より負側の電位とされていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の真空気密装置。
4. 【請求項４】上記アノード電極上に蛍光体層が形成され
   ていることを特徴とする表示装置。