JPH04289640A - 画像表示素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面配置陰極を用いた
画像表示素子に係り、特に該陰極として２次元に配置し
た電界放射形の多数の電子源に、蛍光体層をもつ表示面
を対向させて成る画像表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示用の陰極線管，所謂ＣＲＴの一形式
として平面型ＣＲＴあるいはフラットＣＲＴと呼ばれる
表示素子が知られている。

【０００３】この種の表示素子（以下、フラットディス
プレイという）は、２次元に配置した電子源（陰極＝カ
ソード）と２次元に蛍光体層を形成した蛍光面とを真空
中で対向させ、上記電子源から放出されて上記蛍光体層
に到達する電子流を制御することにより画像の表示を行
なうものである。

【０００４】２次元に電子源を配置した，所謂平面カソ
ードには、熱電子放出型（熱陰極）と電界放出型（冷陰
極）とがあるが、前者の熱電子放出型平面カソードはフ
ラットディスプレイに適用するためには２次元平面上に
多数の電子放出部を形成する必要があり、その集積度向
上のための構造に限界があると共に、電力消費が大きい
等の問題から実用化されるに至っていない。

【０００５】一方、後者の電界放出型平面カソードは、
半導体製造技術の応用により高集積化が可能な構造であ
り、表示性能が高い大画面のフラットディスプレイも構
成できるものとして期待されている。

【０００６】図４は電界放出型平面カソードを電子源と
したフラットディスプレイの構造原理とその動作の説明
図であって、０１はバックプレート（第１の基板）、０
２はカソード電極、０３は絶縁層、０４はゲート電極（
エキストラクタ電極）、０５はカソードティプ、０６は
フェースプレート（第２の基板）、０７はアノード電極
、０８は蛍光体層である。

【０００７】同図において、ガラス系材料等の絶縁材料
から成るバックプレート０１の表面にカソード電極０２
が成膜され、このカソード電極０２上に電子放出部であ
る多数の突起（Ｔｉｐ：ティプ・・以下カソードティプ
という）０５が形成されて電子源が構成されている。

【０００８】そして、上記カソードティプ０５部分に開
口を持つゲート電極０４が、電子流を引き出すためのエ
キストラクタ電極として作用する。カソード電極０２と
は絶縁層０３を介して配置される。そして、複数のカソ
ードティプで１画素の電子放出部を形成する。

【０００９】一方、透過性のガラス系材料からなるフェ
ースプレート０６の表面に、アノード電極０７を介して
蛍光体層０８が形成されて所謂表示面が構成されている
。

【００１０】上記バックプレート０１とフェースプレー
ト０６とは図示した状態で対向され、それらの端縁に設
けた封止部において真空封着されている。

【００１１】各電極には図示したような所要の電圧が印
加され、カソード電極０２とゲート電極０４間の電界に
よりカソードティプ０５の先端部から電子流Ｂが放出さ
れる。

【００１２】放出された電子流Ｂはアノード電極０７と
ゲート電極０４間の電界によりアノード０７方向に指向
され、蛍光体層０８に衝突し、これを励起して発光させ
る。

【００１３】このような構成において、エキストラクタ
電極であるゲート電極０４に印加する電圧Ｖを変化させ
る（Ｓ）ことで、アノード０７方向に指向する電子流Ｂ
を制御し蛍光体層０８の発光量を制御することができる
。なお、アノード電極０７の電圧を変化させることによ
って、あるいはゲート電極とアノード電極との間に別途
制御電極を設け、この制御電極に印加する電圧を変化さ
せることによっても蛍光体層０８への電子流の到達を制
御することができる。

【００１４】図５は上記図４に示した様な電界放出型平
面カソードを電子源とした従来の矩形フラットディスプ
レイの一構造例の説明図であって、矩形のバックプレー
ト０１上に、前記したカソードティプを高密度に多数配
置した複数のカソード電極０２と複数のゲート電極０４
が交差して配置される。

【００１５】このバックプレート０１に対向する矩形の
フェースプレート０６には、アノード電極０７を介して
蛍光体層０８が塗布されている（なお、アノード電極０
７を螢光体層０８の下に形成してもよい）。

【００１６】バックプレート０１とフェースプレート０
６とは、その四辺の周縁部の封止部においてフリットガ
ラス等で真空封着され、フラットディスプレイを構成す
る。

【００１７】なお、ゲッター材１２が、カソード電極と
隣接してバックプレート上に形成された図示しない発熱
抵抗体等の加熱手段に載置され、バックプレート０１と
フェースプレート０６との真空封着後に加熱蒸発されて
真空度を高くする所謂ゲッター処理がなされる。

【００１８】図６は図５において円で囲んだカソード部
分Ａの拡大図であって、このカソード部分Ａは表示する
１画素に相当する。この図では説明を容易にするために
カソードティプ０５を４個としているが、実用的には数
千個で１画素の電子放出部を構成する。

【００１９】カソードティプ０５は、マイクロリソグラ
フィ技術によって微細に加工され、先鋭な突端を持つカ
ソードティプ０５の先端に高電界を印加する。これによ
りカソードティプ０５の先端から電子が放出され、蛍光
体層０８が発光する。

【００２０】所望の画素はカソード電極０２とゲート電
極０４の交点として選ばれ、一つの画素は通常は上記し
たように数千個の多数のカソードティプ０５から構成さ
れる。

【００２１】このような電界放射形カソードを備えた画
像表示素子は薄型で且つ直視形の高解像の画像表示素子
、すなわちフラットディスプレイとして期待されている
。

【００２２】なお、この種の従来技術を開示したものと
しては、例えば特開昭４９−７９７６９号公報を挙げる
ことができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て説明したフラットデイスプレイは、動作時には１０Ｅ
−５Ｔｏｒｒ．（≒１０−３パスカル）程度の真空度に
保持される必要がある。真空度がこれより悪化すると、
残留ガスがイオン化してカソードティプ０５の先端を衝
撃，破壊して所望の電子を放出することが困難になって
しまう。

【００２４】真空度が１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ．程度であれ
ば、ガスの平均自由行程が、電子の走行距離すなわちカ
ソード／アノード間距離よりも大きいので、上記したよ
うなカソードティプの破壊は起こらないとされている。

【００２５】このフラットデイスプレイの製作工程にお
いて、バックプレートとフェースプレートをフリットガ
ラスで真空封止した段階では、その真空度は１０Ｅ−３
Ｔｏｒｒ．（≒１０−１パスカル）程度となるので、封
止後に内部をゲッター処理して上記１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ
．程度の高真空にする。

【００２６】カソード面近くにゲッターを設けると、飛
散したゲッター材がカソードティプ０５に被着して電子
放出性能を低下させ、また飛散したゲッター材が螢光体
層に被着し、発光性能が低下するという問題があるため
充分なゲッター材を飛散させることができず所要の高真
空度を得ることが困難であるという問題がある。

【００２７】そのため、長期にわたって高真空を維持す
ることが不可能であり、デイスプレイ素子の寿命を維持
することができないという問題があった。

【００２８】本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を
解消し、ゲッター材のカソードティプや螢光面への被着
を低減させ、長期にわたって高真空を維持できる構造を
持つ表示素子を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１の基板
（バックプレート）と第２の基板（フェースプレート）
の間に形成される狭い空間を高真空に維持する必要のあ
る電界放出形カソードを電子源として備えた画像表示素
子において、（１）両基板の封止部近傍にゲッター部を
設けること、また（２）真空ポンプを具備させ、これを
必要に応じて稼働させるようにしたことを特徴とし、特
に、具備する真空ポンプをゲッターポンプ，ゲッターイ
オンポンプ，およびスパッターイオンポンプ等の表面吸
着形ポンプとすることにより、小型で、安価に、かつ簡
便に高真空が得られる構成としたことによって達成され
る。

【００３０】すなわち、本発明は、電界放射形の多数の
電子源を２次元に配置した第１の基板と蛍光体層を２次
元に形成した第２の基板とを、上記電子源と上記螢光体
層が対向するごとく上記各基板の周縁に設けた接合部で
真空封止した画像表示素子において、上記接合部近傍に
ゲッター部を設けたことを特徴とする。

【００３１】また、電界放射形の多数の電子源を２次元
に配置した第１の基板と蛍光体層を２次元に形成した第
２の基板とを、上記電子源と上記螢光体層が対向するご
とく上記各基板の周縁に設けた接合部で真空封止した画
像表示素子において、上記接合部近傍に真空ポンプを設
けたことを特徴とする。

【００３２】そして、前記真空ポンプとしてゲッターポ
ンプ，ゲッターイオンポンプ，スパッターイオンポンプ
等の表面吸着型真空ポンプを用いたことを特徴とする。

【００３３】

【作用】フェースプレートとバックプレートの封止部（
両プレートの周辺部）近傍にゲッター部を設け、このゲ
ッター部にゲッター材を収納してゲッターをこのゲッタ
ー部１０の内部空間において飛散処理することによりカ
ソードティプや螢光体へのゲッター材の飛散が防止され
る。

【００３４】また真空ポンプを備えることにより、内部
の真空度が低下した時に自動的に、または手動でこれを
稼働させ、あるいはこの表示素子を動作させる際に稼働
させるようにして所望の真空度を維持させる。

【００３５】これにより、カソードティプの破壊や損傷
を防止し、また螢光体層の発光性能の低下をなくして半
永久的に良好な画像表示を可能とする。

【００３６】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳
細に説明する

【００３７】

【実施例】（実施例１）図１は本発明による表示素子の
第１実施例の説明図であって、１は第１の基板（バック
プレート）、６は第２の基板（フエースプレート）、１
１，１１’は封止部、１０はゲッター部、１２はゲッタ
ー材、１３は真空ゲージである。

【００３８】また、図２は図１のＢ部分の構成の詳細な
説明図であって、２はカソード電極、３は絶縁層、４は
ゲート電極、５はカソードティプ、７はアノード電極、
８は螢光体層、９はガラス薄層、１０はゲッター部、１
２はゲッター材、１３は真空ゲージである。

【００３９】図１は周辺部（フエースプレート６とバッ
クプレート１の封止部）にゲッター部１０を備えたフラ
ットディスプレイの部分破断した斜視図である。

【００４０】本実施例では、フェースプレート６として
一辺が５０ｃｍ，厚さが０．５ｃｍの石英ガラスを用い
、真空側となる面上に透明ＩＴ０膜を成膜しアノード電
極７を形成する。このＩＴＯ膜の上にブラウン管等で使
用されるＺｎＯ等の螢光体を塗布し蛍光体層８とする。

【００４１】一方、バックプレート１にはフェースプレ
ートと同じ石英ガラスを用い、同じく真空側となる面上
に以下のようにして作った電界放出型カソード板を貼付
けて構成している。

【００４２】まず、パイレックスガラス基板９の上に、
厚さ約１．０μｍのモリブデン（Ｍｏ）をＥ−ｂｅａｍ
蒸着（電子ビーム蒸着）とホトエッチングにより形成し
てカソード電極２を得、さらにＳｉＯ膜３を真空蒸着し
て絶縁層３とする。

【００４３】この上にＭｏをＥ−ｂｅａｍ蒸着で成膜し
、これをホトエッチングでパターニングし、ゲート電極
４を形成する。この時、ゲート電極４にカソードアレイ
となるべき直径約２μｍの貫通孔４１を同時に形成する
。

【００４４】さらに、絶縁層３を構成するＳｉＯ膜をフ
ォトリソグラフィ技術を用いた化学的エッチングでエッ
チング処理してカソードティプ形成部分のカソード電極
２を露出させる。

【００４５】その後、上記絶縁層３のエッチング処理用
のホトレジストを付けたまま、このホトレジストパター
ンを蒸着マスクとしてＭｏを蒸着し、リフトオフ法によ
りカソードティプ５を形成する。ちなみに、これに用い
たカソードコーンの数は１００個である。

【００４６】以上のようにして作成したフエースプレー
ト６とバックプレート１とを、その螢光体層８とカソー
ドティプ５（ゲート電極４）とが対向するごとく合わせ
、封止部である両プレートの端縁をフリットガラスでハ
ーメチックシールにより封止する。なお、本実施例では
ガラス基板９上にカソード電極を形成し、これをバック
プレート１に貼付けているが、これに替えてバックプレ
ート１の表面を平滑にし、この上に直接カソード電極を
形成することもできる。

【００４７】次に、バックプレート１とフェースプレー
ト６の封止部の何れか、ここでは封止部１１’にゲッタ
ー部１０を取り付ける。このゲッター部１０は、両端が
封止され、側壁に軸方向側壁にスリット開口を有する石
英ガラス等からなるガラス管であり、このガラス管内に
ゲッター材１２を収容している。

【００４８】このガラス管の上記開口をフエースプレー
ト６とバックプレート１の端縁部に接合することでゲッ
ター１２の収容部がフエースプレート６とバックプレー
ト１とで形成される真空空間と連なるように封止される
。実際には、上記両プレートの周辺はフリットガラスで
ハーメチックシールした。

【００４９】この実施例では、上記ゲッター部１０と共
に電離真空ゲージ１３を取り付ける。

【００５０】フエースプレート６とバックプレート１の
真空封止工程終了時は、上記の真空ゲージ１３での真空
度は、一般に１０Ｅ−３Ｔｏｒｒ．のオーダーとなる。

【００５１】その後、ゲッター部１０に対して外部から
高周波を加え、その誘導加熱によってゲッター部１０内
に収容されているゲッター材１２を蒸発させる。

【００５２】このゲッター材１２としてはバリュームＢ
ａ，Ｂａ系合金等を用いて８００度Ｃないし８５０度Ｃ
程度で蒸発させることでゲッター材１２を飛散させるこ
とができる。ここでは、ＢａＡｌ４　に約５０％のＮｉ
粉末を混合したものを用いた。

【００５３】ゲッター材を封止部に配置することにより
、前記従来技術のように、ゲッター材を内部すなわちカ
ソード配置領域に配置した場合に比べ、蒸発直後の真空
度の上昇は早くない。しかし、ある程度の時間経過後に
は１０Ｅ−６Ｔｏｒｒ．のオーダーには容易に到達する
。

【００５４】このように、高真空を得るまでに時間を要
するのは、内部の残留ガスの拡散に時間がかかることに
よるものと考えられる。

【００５５】ここで、図示の表示素子を用いてエミッシ
ョン実験をしたところ、カソード電極２に対してゲート
電極４が１００Ｖとなるように電圧を印加したとき、エ
ミッション電流が約５μＡであった。このようなエミッ
ション実験の最初においては、一時的に真空度が劣化す
るので、ゲッター効果を見極めながら慎重に実験を行う
ことが必要である。

【００５６】上記のように、エミッション電流が小さい
のは、ゲート電極４とカソードティプ５の位置関係によ
るものと思われる。

【００５７】この実験の後、ゲッターの飛散の後を観察
したところ、その痕跡はゲッター部１０のごく近傍に限
られており、カソードティプ５部分および蛍光体層８に
は何ら影響を及ぼしていないことが分かった。

【００５８】この実施例では、ゲッター部１０として石
英ガラスからなる円筒部材を用いてこれをフエースプレ
ート６とバックプレート１との周辺部（封止部１１’）
に取り付けているが、単に両プレートの周辺部の近傍に
ゲッター材を配置するだけでも良く、蒸発したゲッター
が、カソード部分，特にカソードティプに悪影響を及ぼ
さないようにすればよい。

【００５９】また、この実施例では、ゲッター部１０を
フエースプレートとバックプレートとの封止部となる周
辺の一辺に取り付けたが、必要に応じて二以上の辺に取
り付けても良い。

【００６０】なお、真空ゲージ１３は必ずしも必要なも
のではなく、量産品では省略してもよい。

【００６１】（実施例２）図３は本発明による表示素子
の第２実施例の説明図であって、周辺部にゲッターポン
プを備えたフラットディスプレイを示す。

【００６２】同図において、１４はゲッターポンプ、１
５はゲッターフィラメントであり、主機能部すなわちカ
ソード電極部を搭載するバックプレート１と螢光体層を
被着するフエースプレート６の構造は前記第１実施例と
同様である。

【００６３】フエースプレート６とバックプレート１と
は、前記実施例と同様にその端縁部（周辺部）において
フリットガラス等によるハーメチックシールで封止され
る。

【００６４】この時、その一辺にゲッターポンプ１４を
取り付け、さらに電離真空ゲージ１３を第１実施例の場
合と同様に取り付ける。

【００６５】ゲッターポンプ１４は、フエースプレート
６とバックプレート１と同様の石英ガラスの円筒体から
なり、その内部にはタングステン（Ｗ）ワイヤーに、Ｂ
ａＡｌ４　等の混合物を付着したゲッターフィラメント
１５を収容している。

【００６６】フエースプレート６とバックプレート１と
を真空封止すると、前記実施例において説明したように
約１０Ｅ−３Ｔｏｒｒ．のオーダーまで真空度が劣化す
る。

【００６７】そこで、ゲッターポンプ１４のゲッターフ
ィラメント１５に端子１５１，１５２を介して外部から
電流を流し、Ｗワイヤーに付着した上記ゲッター材を蒸
発させ、真空度を１０Ｅ−６Ｔｏｒｒ．のオーダーに真
空度を高める。

【００６８】この実施例のフラットディスプレイにおけ
るエミッション実験では、前記実施例における実験と同
様に、ゲート電圧が１００Ｖで、エミッション電流は約
５μＡであった。

【００６９】次に、加速試験をするために、この状態の
まま、１２５度Ｃで放置したところ、真空度が徐々に悪
化し、同時にエミッション電流も減少しはじめた。１時
間放置で真空度が２×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ．になったの
で、再び上記Ｗワイヤーに電流を流してポンプを働かせ
、１０Ｅ−６Ｔｏｒｒ．にした。しかし、エミッション
電流は必ずしも元の状態に回復しなかった。この時点で
、陰極ティプの状態を観察したところ、その一部が破壊
されているのが認められた。

【００７０】以上の実験結果から、たとえ真空度が１０
Ｅ−５Ｔｏｒｒ．程度でもカソードティプの破壊が発生
するという事実から、高真空を維持することが、この表
示素子にとって極めて重要であることが分かった。そし
て、高真空を維持することはエミッション電流の安定化
に必須であることも考察された。

【００７１】ちなみに、本出願人等は、上記と同様の表
示素子を５台製作して上記の実験を行ったが、実験開始
時の真空度を同じ値にしても、加速試験すると、真空度
の劣化の仕方にバラツキがあることも分かった。

【００７２】このことから、表示素子個々に真空ポンプ
を備えて、常に高真空度を保つことにより、これらの問
題が解決できることが分かった。

【００７３】この種のフラットディスプレイは、そのサ
イズを大きくすればその分カソードの面積とそのカソー
ドティプの数も飛躍的に増加する。

【００７４】カソードとカソードティプの数が増大すれ
ば、それだけガス放出の量も増大することになる。した
がって、このフラットディスプレイを大画面の表示素子
とする場合には、なおさら上記のような真空ポンプを具
備させて出来るだけ高真空度を維持にする必要がある。

【００７５】また、この平面タイプの表示素子はその商
品価値から見て、これに具備する真空ポンプは小型、軽
量、安価、操作が簡単でなければならない。もちろん、
このポンプは常時稼働させるものではないし、必ずしも
特定のガスを選んで排気する必要もない。

【００７６】この種のポンプとしては、被吸着材の表面
現像を利用したポンプ、すなわちゲッターポンプ、ゲッ
ターイオンポンプ、あるいは、スパッターイオンポンプ
が最適である。

【００７７】表面現象を利用したものとして、この他に
ソープションポンプやクライオポンプがあるが、前者は
冷却機能を必要とし、また後者は設備が大型化する。

【００７８】本実施例では、ゲッターポンプを用いたが
、単に２本の蒸発源フィラメント（ゲッター材で構成し
たフィラメント）を装着し、これに直接通電することに
よってゲッター材を容器の壁に蒸着するものであっても
よく、このようなゲッターポンプを採用すれば操作も簡
単である。

【００７９】上記の真空ポンプは、真空ゲージ１３の真
空度を確認して手動により随時作動させるようにしたり
、真空ゲージ１３の真空度検出信号に基づいて自動的に
作動させるような制御手段を設けることも可能である。

【００８０】さらに、予め時間対真空度低下の特性を求
め、その特性に沿った周期で作動するようにすることも
できる。

【００８１】なお、素子間である程度均一な特性が得ら
れる場合には、第１実施例で述べたごとく真空ゲージは
必ずしも必要なものではなく、ゲッター部あるいはゲッ
ターポンプのみを具備させることで充分な表示性能を維
持できる。

【００８２】また、上記第２実施例における真空ポンプ
は高真空を維持するためにのみ使用するものではなく、
単に真空封止直後の真空度向上のために働かせるだけの
機能として取り付けることもできる。

【００８３】以上の実施例は、全て単色表示素子を例と
したが、本発明は多色画像の表示素子に適用できるもの
であることはいうまでもない。また、素子形状も矩形に
限らない。

【００８４】本発明を多色表示素子に適用する場合は、
電子源を表示原色の数に相当して１画素当たり複数の電
子源のグループをもつように形成し、ゲート電極および
蛍光体層もこれと対応して設ければよい。なお、アノー
ド電極に色選択機能を付与するようにしてもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界放出型カソードを備えたフラットディスプレイにお
いて、その表示特性に対して特に重要な要素である高真
空度を実現し、これを長期間にわたって維持することが
でき、エミッション電流の安定化、カソードの長寿命化
を図った大画面サイズの表示素子としての優れた性能を
もつフラットディスプレイを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表示素子の第１実施例の説明図で
ある。

【図２】図１のＢ部分の構成の詳細な説明図である。

【図３】本発明による表示素子の第２実施例の説明図で
ある。

【図４】電界放出型平面カソードを電子源としたフラッ
トディスプレイの構造原理とその動作の説明図である。

【図５】図４に示した様な電界放出型平面カソードを電
子源とした従来のフラットディスプレイの一構造例の説
明図である。

【図６】図５のＡ部分の拡大図である。

【符号の説明】

１・・・バックプレート、２・・・カソード電極、３・
・・絶縁層、４・・・ゲート電極、５・・・カソードテ
ィプ、６・・・フェースプレート、７・・・アノード電
極、８・・・蛍光体層、９・・・ガラス基板、１０・・
・ゲッター部、１１・・・真空ゲージ、１２・・・ゲッ
ター材、１３・・・ゲッターポンプ、１４・・・ゲッタ
ーフィラメント。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電界放射形の多数の電子源を２次元に
   配置した第１の基板と蛍光体層を２次元に形成した第２
   の基板とを、上記電子源と上記螢光体層が対向するごと
   く上記各基板の周縁に設けた接合部で真空封止した画像
   表示素子において、上記接合部近傍にゲッター部を設け
   たことを特徴とする画像表示素子。
2. 【請求項２】　　電界放射形の多数の電子源を２次元に
   配置した第１の基板と蛍光体層を２次元に形成した第２
   の基板とを、上記電子源と上記螢光体層が対向するごと
   く上記各基板の周縁に設けた接合部で真空封止した画像
   表示素子において、上記接合部近傍に真空ポンプを設け
   たことを特徴とする画像表示素子。
3. 【請求項３】請求項２において、前記真空ポンプが表面
   吸着型真空ポンプであることを特徴とする画像表示素子
   。