(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空の気密容器の内部に、少なくとも、蛍光体及び蛍光体励起源を備えた画像表示装置において、
前記気密容器内の気体分子を除去するポンプであって、陽電極と、化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属製の陰電極とを該気密容器内に有するとともに、該陽電極と該陰電極との間に静的な磁場を作る磁気回路を有するポンプを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記陽電極は、金属製の円筒であって、該円筒の軸は、前記磁気回路によって発生させられる静的な磁場と平行な方向に向けられている、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記陰電極は、櫛目状に溝が設けられた板である、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記ポンプは、前記陽電極及び前記陰電極をくるみ、前記陽電極と等電位の金属板を備えている、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記蛍光体励起源は、電子放出源である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器を備え、平板型画像表示装置の、容器内の不要な気体分子を除去するポンプを具備した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、画像表示装置には、液晶、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、プラズマ、電子線などを使ったものがあった。その中でも、電子線を使って蛍光体を励起させる仕組みの画像表示装置は、装置内を高真空にすることが重要である。
【０００３】
通常、封止された気密容器内を高真空に維持するには、ゲッタが使われる。ゲッタは、一般に、蒸発型と、非蒸発型の二種類に分けられる。ここでは、非蒸発型のゲッタを考える。
【０００４】
図１０に、従来の蛍光表示管の例を示す。この例は、特許出願公開（平４−１２４３６）に記載されたものである。図１０（ａ）は、従来の蛍光表示管を上から見た図、（ｂ）は横から見た図、（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図である。図１０で、１００１、１００２は、ガラス等の絶縁物からなる基板で、１００１の内壁には、ＩＴＯ薄膜１００５、蛍光体１００６、アルミメタルバックの薄膜１００７が形成されている。ＩＴＯ薄膜１００５、アルミメタルバックの薄膜１００７は、陽電極として使われる。
【０００５】
以下、基板１００１をフェイスプレート、１００２をリアプレートと呼ぶ。フェイスプレート１００１とリアプレート１００２は、ガラス等の絶縁物からなる外枠１００３と、低融点ガラス、超音波はんだ、紫外線硬化樹脂等によって封着されている。外枠１００３には、排気管１００４が付いており、この排気管１００４を封止することによって気密容器を形成することができる。
【０００６】
電子放出部の構成は以下のとおりである。リアプレート１００２の内壁には陰電極１００８、抵抗層１００９が形成されている。抵抗層１００９上には、絶縁層１０１０が、さらに、その上には、Ｔｉ等の、ゲッタと呼ばれる化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属で作られた、ゲート電極１０１１が形成されている。また、絶縁層１０１０とゲート電極１０１１には、穴が開けられていて、その穴の中に、コーン型のエミッタ電極１０１２が形成されている。抵抗層１００９は、エミッタ電極１０１２から放出される電流量の揺らぎを少なくするために入れられた、電流制限抵抗と呼ばれるものである。
【０００７】
エミッタ電極１０１２から放出された電子は、ＩＴＯ薄膜１００５、アルミメタルバックの薄膜１００７からなる陽電極によって加速され、蛍光体１００６に衝突して画像を表示する。
【０００８】
しかし、上記のような構成の画像表示装置には、以下の問題があった。
【０００９】
エミッタ電極から放出された電子は、約１０ｋｅＶに加速されてアルミメタルバックの薄膜に衝突する。この衝突によって、アルミメタルバックの薄膜表面に吸着していた気体分子は脱離する。電子衝撃によって、アルミメタルバックの薄膜表面の温度が上昇したり、吸着していた気体分子が電気的に励起されることが、主な原因である。脱離した気体分子の多くは、電離して陽イオンになっており、陰電極の方向に加速され、ゲッタ物質で作られたゲート電極に衝突する。衝突の際、陽イオンの気体分子は、スパッタリングを起こして、ゲート電極表面のゲッタ物質の原子をはぎ取る。
【００１０】
はぎ取られたゲッタ物質の原子は、周囲に飛散し、その一部は、アルミメタルバック上に堆積する。アルミメタルバックの層は、通常、膜厚５００〜１０００オングストロームの薄膜なので、微量のゲッタ材が堆積しても、これが、画面の輝度むらの原因になる。また、はぎ取られたゲッタ物質の原子は、外枠や、配線にも付着して、陽電極と陰電極を短絡させる原因になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の問題を解決しようとするもので、陽イオンになった気体分子を効果的に吸着するポンプを備え、かつ、スパッタリングされたゲッタ物質の原子が、画像表示の性能の低下の原因とならない、画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は以下の手段によって達成される。
【００１３】
すなわち、本発明は、真空の気密容器の内部に、少なくとも、蛍光体及び蛍光体励起源を備えた画像表示装置において、気密容器内の気体分子を除去するポンプであって、陽電極と、化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属製の陰電極とを気密容器内に有するとともに、陽電極と陰電極との間に静的な磁場を作る磁気回路を有するポンプを備えたことを特徴とする画像表示装置である。陽電極は、金属製の円筒であって、円筒の軸は、磁気回路によって発生させられる静的な磁場と平行な方向に向けられていることが望ましい。陰電極は、櫛目状に溝が設けられた板であることが望ましい。ポンプは、陽電極及び陰電極をくるみ、陽電極と等電位の金属板を備えていることが望ましい。蛍光体励起源は、電子放出源とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明のイオンポンプを備えた画像表示装置の基本的な構成を図１の（ａ）〜（ｅ）を使って説明する。図１（ａ）は、本発明のイオンポンプを備えた画像表示装置を上から見た図、（ｂ）は横から見た図、（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図、（ｄ）は、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図、（ｅ）は磁気回路を取り出した図である。
【００１６】
図１で、１０１、１０２は、ガラスからなる基板で、１０１の内壁には、ＩＴＯ薄膜１０５、蛍光体１０６、アルミメタルバックの薄膜１０７が形成されている。ＩＴＯ薄膜１０５、アルミメタルバックの薄膜１０７は、電子源から放出された電子を加速するための陽電極として使われる。
【００１７】
以下、基板１０１をフェイスプレート、１０２をリアプレートと呼ぶ。フェイスプレート１０１とリアプレート１０２は、ガラスで作られた外枠１０３と、低融点ガラスによって封着されている。外枠１０３には、排気管１０４が付いており、この排気管１０４を封止することによって気密容器を形成することができる。
【００１８】
電子放出部の構成は以下のとおりである。リアプレート１０２の内壁には陰電極１０８、抵抗層１０９が形成されている。抵抗層１０９上には、絶縁層１１０が、さらに、その上には、ゲート電極１１１が形成されている。また、絶縁層１１０とゲート電極１１１には、直径０．４〜１μｍの穴が開けられていて、その穴の中に、コーン型のエミッタ電極１１２が形成されている。陰電極１０８は０Ｖ、ゲート電極１１１は５０〜２００Ｖ、ＩＴＯ薄膜１０５、および、アルミメタルバックの薄膜１０７からなる陽電極は１〜１０ｋＶに設定される。
【００１９】
抵抗層１０９は、エミッタ電極１１２から電界放出される電流の大きさの揺らぎを少なくするために入れられた、電流制限抵抗と呼ばれるものである。一般に、ＦＥＡ（フィールドエミッターアレイ）は、エミッタ電極の表面の様子、不純物等の汚れ等で、放出される電子の量が大きく変動することが知られている。抵抗層１０９は、エミッタ電極１１２に流れる電流が大きいときは、エミッタ電極１１２とゲート電極１１１の電位差を小さく、また、逆に、エミッタ電極１１２に流れる電流が小さいときは、エミッタ電極１１２とゲート電極１１１の電位差を大きくしてくれる。これにより、エミッタ電極１１２から電界放出される電流の大きさの揺らぎは、少なくなるように調節される。
【００２０】
イオンポンプ部の構成は以下のとおりである。１１３、１１５は、Ｔｉ（チタン）で作られた陰極板、１１４はステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極である。１１６は、静的な磁場を作り出すための、鉄芯にコイルを巻きつけた磁気回路である。この磁気回路の作る磁場の方向が、陽電極１１４の円筒の向きと平行になるようにする。Ｔｉの陰極板１１３、１１５は０Ｖに接地し、円筒状の陽電極１１４は３〜７ｋＶにする。
【００２１】
Ｔｉの陰極板１１３、１１５から放出された電子は、磁気回路１１６によって作られる静磁場Ｂにより、ローレンツ力を受けるため、らせんを描きながら運動する。陽電極１１４の円筒の半径は、電子の軌道の描くらせんの半径より十分大きく、かつ、気体分子陽イオンの軌道の描くらせんの半径より十分小さくなければならない。電荷ｅ、質量ｍの電子が、一様な磁場Ｂの中で、磁場Ｂの方向と垂直な平面内で、速さｖで等速円運動しているとすると、その半径は、ｍｖ／ｅＢで表わされる。例えば、円筒状の陽電極１１４に５ｋＶの電圧がかけられていて、電子が５ｋｅＶの運動エネルギーを得た場合、速さは４．２×１０7 ｍ／ｓとなる。磁場Ｂが２０００ｇａｕｓｓの場合、電子の円運動の半径は、およそ、１．２ｍｍとなる。一方、例えば、陽イオンＮ2+の場合、質量が電子の約五万倍なので、５ｋｅＶに加速されたとすると、円運動の半径は約２７０ｍｍとなる。陽電極１１４の円筒の半径は、５〜１０ｍｍが適当である。
【００２２】
図１（ｅ）は、磁気回路の構成を示した図である。磁気回路は、鉄芯に、直流電流を流すコイルを巻いて作られる。鉄芯の断面積はどこでもほぼ一定とし、Ｎ回巻きのコイルを流れる電流Ｉによって引き起こされる磁束が鉄芯内を通る路長をｌ、真空の部分を通る路長をｄとし、鉄芯の隙間の部分の真空の磁束密度をＢとしよう。真空の透磁率は、μ0 ＝４π×１０-7Ｈ／ｍ、また、鉄の透磁率は、およそ、μ＝４π×１０-7×５０００Ｈ／ｍ、で与えられる。ｄ＝１ｃｍ、ｌ＝１０ｃｍ、Ｎ＝１６００回、Ｉ＝１Ａとすると、Ｂ＝ＮＩ／（（１／μ）＋（ｄ／μ0   ））より、およそ、Ｂ＝２０００ｇａｕｓｓとなる。
【００２３】
磁気回路１１６は、電子放出素子が駆動していないときのみ、一定の電流が流れるようにしなくてはならない。これは、磁気回路１１６の発生する静磁場が、電子放出素子が放出する電子の軌道を変化させて、画像を乱してしまうおそれがあるからである。したがって、本発明の画像表示装置のイオンポンプは、画像表示を行っていないときのみ、作動させるとよい。
【００２４】
本発明の画像表示装置に備えられたイオンポンプは、１０-3Ｔｏｒｒ以上で作動させた場合、Ｔｉ（チタン）で作られた陰極板と、ステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極の間で、グロー放電が起こり、イオンポンプ部を破壊してしまう恐れがある。したがって、本発明の画像表示装置を作動させるときは、まず最初に、真空容器内部の圧力を１０-6Ｔｏｒｒ以下になるまで、排気管からターボ分子ポンプで粗引きし、その後、本発明のイオンポンプを駆動させなくてはならない。また、グロー放電を防ぐために、電極間の短絡電流が０．１Ａを超えないように、電極間にかける電位差が自動的に調節される電源を用意する。
【００２５】
排気管をターボ分子ポンプ等に接続して排気を行い、容器内が１０-6Ｔｏｒｒ以下に達したら、排気管を封止し、本発明のイオンポンプを作動させる。画像を表示したいときに、本発明のイオンポンプを停止し、ゲート電極１１１と、ＩＴＯ薄膜１０５、および、アルミメタルバックの薄膜１０７からなる陽電極に、前に記載した電圧をかける。エミッタ電極１１２から放出された電子は、陽電極１０５、１０７によって加速され、蛍光体１０６に衝突して画像を表示する。
【００２６】
本発明で使用される、フェイスプレート、リアプレート等の基板、及び、外枠の材料は、ガラス等の絶縁物であればいずれも使用可能である。ただし、フェイスプレートは、画像を表示するため、光を通す透明なものでなくてはならない。フェイスプレートの内壁に形成される、アルミメタルバックの薄膜には、画像をより鮮明にするために、黒鉛（カーボン）のブラックストライプが入れられることもある。
【００２７】
フェイスプレート、リアプレート等の基板、及び、外枠の封着には、低融点ガラス、超音波はんだ、紫外線硬化樹脂等が使用可能である。
【００２８】
画像を表示するための電子放出部として、ＦＥＡ（フィールドエミッターアレイ）を採用した場合、絶縁層とゲート電極に開けられた穴の中に形成される、コーン型のエミッタ電極の材料には、ＭｏやＳｉが使用可能である。
【００２９】
本発明のイオンポンプ部に使われる陰極板の材料は、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｍｏ（モリブデン）等のゲッタ材が使用可能である。
【００３０】
本発明の画像表示装置に使われる、蛍光体の励起源は、電子を用いるものが適している。電子の発生方法としては、フィラメントを加熱することによって発生させる熱電子放出、電解研磨で加工したニードル状の金属先端にＡｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（タンタル）、Ｓｉ（シリコン）、Ｗ（タングステン）等を付着させたエミッタを使った電界放出素子、または、前記金属から成るエミッタを使った電界放出素子からの電子放出、Ａｕ薄膜、ＳｎＯ2 薄膜、ＩＴＯ薄膜、Ｃ薄膜、ＰｄＯ薄膜等の表面伝導型放出素子からの電子放出など、蛍光体を励起させることができるものなら、いずれも使用可能である。
【００３１】
本発明の画像表示装置に使用可能な、表面伝導型電子放出素子を複数個並べて構成される電子源基板について、図２を用いて説明する。図２は本発明において使用可能な電子源基板を上から見た模式図である。図２において、２０１は電子源基板、２０２はＸ方向配線、２０３はＹ方向配線である。２０４は表面伝導型電子放出素子、２０５は結線である。
【００３２】
ｍ本のＸ方向配線２０２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、・・・、Ｄｘｍから成り、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法などを用いて形成された導電性金属で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設計される。Ｙ方向配線２０３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、・・・、Ｄｙｎのｎ本の配線から成り、Ｘ方向配線２０２と同様に形成される。これら、ｍ本のＸ方向配線２０２とｎ本のＹ方向配線２０３との間には、図には示されていないが、層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している。ここで、ｎとｍは、共に正の整数としている。
【００３３】
前に記載された層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法などを用いて形成されたＳｉＯ2 等で構成される。前に記載された層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線２０２を形成した基板２０１の全面、または、一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線２０２とＹ方向配線２０３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線２０２とＹ方向配線２０３は、それぞれ、外部端子として引き出されている。
【００３４】
表面伝導型電子放出素子２０４を構成する一対の電極（図には示されていない）は、ｍ本のＸ方向配線２０２とｎ本のＹ方向配線２０３と、導電性金属等から成る結線２０５によって電気的に接続されている。
【００３５】
Ｘ方向配線２０２とＹ方向配線２０３を構成する材料、結線２０５を構成する材料、及び、前に記載された表面伝導型電子放出素子２０４を構成する一対の電極を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また、それぞれ異なってもよい。これらの材料は、例えば、表面伝導型電子放出素子２０４を構成する一対の電極の材料より適宜選択される。表面伝導型電子放出素子２０４を構成する一対の電極の材料と、Ｘ方向、Ｙ方向配線、結線の材料が同じ場合は、素子電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
【００３６】
Ｘ方向配線２０２には、Ｘ方向に配列した表面伝導型電子放出素子２０４の行を選択するための走査信号を印加する走査印加手段（図には示されていない）が接続される。一方、Ｙ方向配線２０３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型電子放出素子２０４の各列を、入力信号に応じて変調するための、図には示されていない、変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００３７】
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。
【００３９】
（第１の実施例）
本発明のイオンポンプを備えた画像表示装置の基本的な構成を図３の（ａ）〜（ｄ）を使って説明する。図３（ａ）は、本発明のイオンポンプを備えた画像表示装置を上から見た図、（ｂ）は横から見た図、（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図、（ｄ）は、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図である。
【００４０】
図３で、３０１、３０２は、ガラスからなる基板で、３０１の内壁には、ＩＴＯ薄膜３０５、蛍光体３０６、アルミメタルバックの薄膜３０７が形成されている。ＩＴＯ薄膜３０５、アルミメタルバックの薄膜３０７は、電子源から放出された電子を加速するための陽電極として使われる。
【００４１】
以下、基板３０１をフェイスプレート、３０２をリアプレートと呼ぶ。フェイスプレート３０１とリアプレート３０２は、ガラスで作られた外枠３０３と、低融点ガラスによって封着されている。外枠３０３には、排気管３０４が付いており、この排気管３０４を封止することによって気密容器を形成することができる。
【００４２】
電子放出部の構成は以下のとおりである。リアプレート３０２の内壁には陰電極３０８、抵抗層３０９が形成されている。抵抗層３０９上には、絶縁層３１０が、さらに、その上には、ゲート電極３１１が形成されている。また、絶縁層３１０とゲート電極３１１には、直径０．４〜１μｍの穴が開けられていて、その穴の中に、コーン型のエミッタ電極３１２が形成されている。陰電極３０８は０Ｖ、ゲート電極３１１は５０〜２００Ｖ、ＩＴＯ薄膜３０５、および、アルミメタルバックの薄膜３０７からなる陽電極は１〜１０ｋＶに設定される。抵抗層３０９は、エミッタ電極３１２から電界放出される電流の大きさの揺らぎを少なくするために入れられた、電流制限抵抗と呼ばれるものである。
【００４３】
イオンポンプ部の構成は以下のとおりである。３１３、３１５は、Ｔｉ（チタン）で作られた陰極板、３１４はステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極である。３１６は、静的な磁場を作り出すための、鉄芯にコイルを巻きつけた磁気回路である。この磁気回路の作る磁場の方向が、陽電極３１４の円筒の向きと平行になるようにする。Ｔｉの陰極板３１３、３１５は０Ｖに接地し、円筒状の陽電極３１４は３〜７ｋＶにする。
【００４４】
本発明のイオンポンプの動作原理を説明する。この説明は、（熊谷寛夫、富永五郎  編著：「真空の物理と応用」（裳華房、１９７０）を参考にしている。
【００４５】
図４（ａ）は、図３（ｄ）の破線で示される断面の一部を示したものであり、陽電極３１４の円筒の内部の部屋の中での電子の様子を模式的に示している。４０１、４０３はＴｉ（チタン）で作られた陰極板、４０２はステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極である。真空容器内部の圧力が、およそ、１０-3Ｔｏｒｒ以下のとき、Ｔｉの陰極板４０１、４０３と、円筒状の陽電極４０２の間に１〜１０ｋＶの電位差をかけると、Ｔｉの陰極板４０１、４０３から放電が起こる。これは、Ｔｉの陰極板４０１、４０３の中を宇宙線が偶然通過した際に生じた電子放出や、Ｔｉの陰極板４０１、４０３に陽イオンが接近して局所的に強力な電界が現われ、電界放出によって電子が飛び出したのがきっかけとなって起こる放電である。図４（ａ）に、その様子が示されている。
【００４６】
Ｔｉの陰極板４０１、４０３から放出された電子は、磁気回路によって作られる静磁場Ｂにより、ローレンツ力を受けるため、らせんを描きながら運動する。図４（ａ）に、その様子を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＰＱ間の、電子の感じるポテンシャルを示したものである。図４（ｂ）から分かるように、Ｔｉの陰極板４０１、４０３の間には、ポテンシャルの谷間の領域が存在するので、電子は、らせんを描きながら、その谷間に向かって進む。もし、電子が、進んでいる途中、一度も気体分子に衝突しなければ、電子は、運動エネルギーを失わず、反対側のＴｉの陰極板に吸収される。しかし、電子が、進んでいる途中で気体分子に衝突すると、運動エネルギーを失い、反対側のＴｉの陰極板のポテンシャルに達することができず、跳ね返される。また、気体分子が陽イオンに変わる際に二次的に発生した電子も、運動エネルギーが不足して、同様の結果となる。これらの電子は、元来た方向に押し戻され、Ｔｉの陰極板４０１、４０３間のポテンシャルの谷間を何度も往復する。このため、電子は、円筒状の陽電極４０２に達するまでに、非常に長い距離を動く。この間に、電子は、気体分子と衝突し、気体分子を陽イオンにする。
【００４７】
陽イオンは、電子に比べてはるかに質量が大きいので、電子の軌道に比べて、極めて半径の大きいらせんを描く。したがって、陽イオンは加速されてすぐにＴｉの陰極板４０１、４０３に衝突し、陰極板の表面のＴｉ原子をたたき出すか、または、陰極板の内部に埋め込まれる。気体分子が陽イオンになる際に二次的に発生した電子は、磁場Ｂにより、ローレンツ力を受け、らせんを描きながら運動する。
【００４８】
Ｔｉは、もともと化学的に活性な物質で、気体分子が衝突すると、ある確率で、気体分子と化学反応して、これを吸着する。加速された陽イオンが、陰極板であるＴｉの板の表面の原子をたたき出してしまうので、陰極板の表面は、常に気体分子と未反応なＴｉ原子が露出することになり、清浄な表面が保たれる。また、陰極板表面からたたき出されたＴｉ原子は、円筒状のステンレス鋼の陽電極等に付着して薄膜を作り、これが、気体分子を吸着する。
【００４９】
陽電極の円筒３１４内部の空間では、電子は、Ｔｉの陰極板から放出され、また、気体分子が陽イオンになる際に二次的に発生し、陽電極に達して吸収される。このような、電子の供給と消費の間で、平衡状態が成立して、電子の雲ができる。これにより、電子が気体分子に衝突する確率は、非常に高くなる。
【００５０】
陽電極３１４の円筒の半径は、電子の軌道の描くらせんの半径より十分大きく、かつ、気体分子陽イオンの軌道の描くらせんの半径より十分小さくなければならない。陽電極３１４の円筒の半径は、５〜１０ｍｍが適当である。
【００５１】
３１６は、静的な磁場を作り出すための、鉄芯にコイルを巻きつけた磁気回路である。鉄芯の形状は、断面積がどこでもほぼ一定となるようにする。コイルを流れる電流によって引き起こされる磁束が、鉄芯内を通る路長を１０ｃｍ、真空の部分を通る路長を１ｃｍとする。真空の透磁率は、μ0 ＝４π×１０-7Ｈ／ｍ、また、鉄の透磁率は、およそ、μ＝４π×１０-7×５０００Ｈ／ｍ、で与えられる。１６００回巻きのコイルに１Ａの直流電流を流すと、鉄芯の隙間の部分の真空の磁束密度は、およそ、２０００ｇａｕｓｓとなる。
【００５２】
磁気回路３１６は、電子放出素子が駆動していないときのみ、一定の電流が流れるようにしなくてはならない。これは、磁気回路３１６の発生する静磁場が、電子放出素子が放出する電子の軌道を変化させて、画像を乱してしまうおそれがあるからである。したがって、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部は、画像表示を行っていないときのみ、作動させるとよい。
【００５３】
排気管をターボ分子ポンプ等に接続して排気を行い、容器内が１０-6Ｔｏｒｒ以下に達したら、排気管を封止し、本発明のイオンポンプを作動させる。画像を表示したいときに、本発明のイオンポンプを停止し、ゲート電極３１１と、ＩＴＯ薄膜３０５、および、アルミメタルバックの薄膜３０７からなる陽電極に、前に記載した電圧をかける。エミッタ電極３１２から放出された電子は、陽電極３０５、３０７によって加速され、蛍光体３０６に衝突して画像を表示する。
【００５４】
本発明の画像表示装置のイオンポンプは、Ｔｉ陰極板から放出された電子によって、きわめて効率良く、気密容器内の不要な気体分子を陽イオン化し、この陽イオンを吸着することができると言える。また、陽イオン分子が陰極板に衝突する際、スパッタリングされたＴｉ原子は、主に、イオンポンプの部品として設置されたステンレス鋼の円筒状の陽電極、および、スパッタリングされたＴｉの陰極板とは対面のＴｉの陰極板に付着し、電子放出部の素子、配線、フェイスプレート上のアルミメタルバックには付着しにくくなっている。したがって、スパッタリングされたＴｉ原子が、画像表示の性能の低下の原因にならないと言える。
【００５５】
（第２の実施例）
本発明の画像表示装置の実施例の構成を図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を使って説明する。図５（ａ）は、内部を真空にして使う気密容器に、少なくとも、蛍光体、蛍光体励起源を備えていて、前記の気密容器内の不要な気体分子を除去するためのポンプとして、陽電極、ゲッタと呼ばれる化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属で作られた、櫛目状の溝を入れた形の陰極板、及び、静的な磁場を作るための磁気回路を備えた画像表示装置を上から見た図、（ｂ）は横から見た図、（ｃ）は、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図、（ｄ）は図５（ｃ）の破線で示される断面の一部を示したものである。本実施例では、蛍光体励起源として、表面伝導型電子放出素子を使用する。
【００５６】
図５で、５０１、５０２は、ガラスからなる基板で、５０１の内壁には、ＩＴＯ薄膜５０５、蛍光体５０６、アルミメタルバックの薄膜５０７が形成されている。ＩＴＯ薄膜５０５、アルミメタルバックの薄膜５０７は、表面伝導型電子放出素子から放出された電子を加速するための陽電極として使われる。
【００５７】
以下、基板５０１をフェイスプレート、５０２をリアプレートと呼ぶ。フェイスプレート５０１とリアプレート５０２は、ガラスで作られた外枠５０３と、低融点ガラスによって封着されている。外枠５０３には、排気管５０４が付いており、この排気管５０４を封止することによって気密容器を形成することができる。
【００５８】
５０８は、画像表示装置の蛍光体励起源である表面伝導型電子放出素子、および、マトリックス回路である。５０９は、表面伝導型電子放出素子に電圧を印加するための、引き出し電極である。
【００５９】
イオンポンプ部の構成は以下のとおりである。５１０、５１２は、Ｔｉ（チタン）で作られた陰極板、５１１はステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極である。陽電極５１１の円筒の半径は、５〜１０ｍｍに設定する。陰極板５１０、５１２の表面には、櫛目状の縦溝を付ける。溝の幅は、陰極板の円筒の半径より小さくなるように、適宜決める。５１３は、静的な磁場を作り出すための、鉄芯にコイルを巻きつけた磁気回路である。鉄芯の形状は、断面積がどこでもほぼ一定となるようにする。コイルを流れる電流によって引き起こされる磁束が、鉄芯内を通る路長を１０ｃｍ、真空の部分を通る路長を１ｃｍとする。真空の透磁率は、μ0 ＝４π×１０-7Ｈ／ｍ、また、鉄の透磁率は、およそ、μ＝４π×１０-7×５０００Ｈ／ｍ、で与えられる。１６００回巻きのコイルに１Ａの直流電流を流すと、鉄芯の隙間の部分の真空の磁束密度は、およそ、２０００ｇａｕｓｓとなる。この磁気回路の作る磁場の方向が、陽電極５１１の円筒の向きと平行になるようにする。Ｔｉの陰極板は０Ｖに接地し、円筒状の陽電極は３〜７ｋＶにする。
【００６０】
Ｔｉの陰極板に付けられた、櫛目状の溝の効果について、図６を用いて説明する。６０１はアルゴンの単原子分子の陽イオン、６０２は一般の気体分子の陽イオン、６０３はＴｉの陰極板を表わす。Ａｒ+ やＨｅ+ などの単原子分子希ガスの陽イオンは、Ｔｉの陰極板に衝突しても、Ｔｉ原子と化学的に結合することはなく、Ｔｉの陰極板の内部に埋め込まれることによって吸着される。しかし、Ａｒ+ は大きな分子なので、陰極板内部にもぐり込みにくく、吸着されにくい。陰極板表面に、浅く埋め込まれたアルゴン原子は再放出されやすい。
【００６１】
６０１はＡｒ+ イオンが、Ｔｉ陰極板の櫛目状の溝のくぼみの表面に浅く埋め込まれた様子を示している。６０２のように、一般の気体分子の陽イオンがＴｉ陰極板の櫛目の歯の側面に衝突すると、この際、スパッターされたＴｉ原子は、櫛目状の溝のくぼみに堆積しやすく、浅く埋め込まれたアルゴン原子を完全にＴｉの板の内部に埋めてくれる。これにより、アルゴンに対する排気能力は向上する。
【００６２】
磁気回路５１３は、電子放出素子が駆動していないときのみ、一定の電流が流れるようにしなくてはならない。これは、磁気回路５１３の発生する静磁場が、電子放出素子が放出する電子の軌道を変化させて、画像を乱してしまうおそれがあるからである。したがって、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部は、画像表示を行っていないときのみ、作動させるとよい。
【００６３】
表面伝導型電子放出素子の構成について、図７を使って説明する。図７は、表面伝導型電子放出素子を上から見た模式図である。７０１は、ガラスからなる基板で、以下、７０１の基板をリアプレートと呼ぶ。リアプレート７０１上には、蒸着により下配線７０２が、さらに、化学気相成長法により絶縁層（絶縁層は図に示されていない）が、そして、蒸着により上配線７０３が、マトリックス状の配線として、順に層をなして形成されている。
【００６４】
前記のマトリックス状の配線には、結線７０５によって、ＰｄＯ薄膜を使った表面伝導型電子放出素子７０４が接続されている。前記の表面伝導型電子放出素子についての詳細は、以下のとおりである。上下配線７０２、７０３から、両電極間がおよそ１０μｍになるように、素子電極を引き出す。素子電極上にＰｄＯ（酸化パラジウム）を塗布して、ＰｄＯ薄膜を作る。上配線７０３と下配線７０２の間を通電させることにより、ＰｄＯ薄膜上にｎｍオーダーの亀裂を発生させる。上下配線７０２、７０３は、引き出し電極（図７には示されていない。図５（ａ）５０９を参照。）に接続されている。引き出し電極には、表面伝導型電子放出素子を駆動させるための外部駆動電源（図に示されていない）が取り付けられており、電圧を印加すると、引き出し電極、上下配線７０２、７０３、素子電極を通じて、ＰｄＯ薄膜に印加され、電子が放出される。
【００６５】
排気管をターボ分子ポンプ等に接続して排気を行い、容器内が１０-6Ｔｏｒｒ以下に達したら、排気管を封止し、本発明のイオンポンプを作動させる。画像を表示したいときに、本発明のイオンポンプを停止し、表面伝導型電子放出素子５０８を作動させる。表面伝導型電子放出素子５０８から放出された電子は、陽電極５０５、５０７によって加速され、蛍光体５０６に衝突して画像を表示する。この実施例で示されたような画像表示装置を製作したところ、従来の画像表示装置より、気密容器内分の真空度が良く、画面の輝度むらも少ないという結果が得られる。
【００６６】
（第３の実施例）
本発明のポンプの実施例の構成を図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を使って説明する。図８（ａ）は、内部を真空にして使う気密容器に、少なくとも、蛍光体、蛍光体励起源を備えていて、前記の気密容器内の不要な気体分子を除去するためのポンプとして、陽電極、ゲッタと呼ばれる化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属で作られた陰電極、これらをくるむ、前記の陽電極と等電位の金属の板、及び、静的な磁場を作るための磁気回路を備えた画像表示装置を上から見た図、（ｂ）は横から見た図、（ｃ）は、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図である。本実施例では、蛍光体励起源として、表面伝導型電子放出素子を使用する。
【００６７】
図８で、８０１、８０２は、ガラスからなる基板で、８０１の内壁には、ＩＴＯ薄膜８０５、蛍光体８０６、アルミメタルバックの薄膜８０７が形成されている。ＩＴＯ薄膜８０５、アルミメタルバックの薄膜８０７は、表面伝導型電子放出素子から放出された電子を加速するための陽電極として使われる。
【００６８】
以下、基板８０１をフェイスプレート、８０２をリアプレートと呼ぶ。フェイスプレート８０１とリアプレート８０２は、ガラスで作られた外枠８０３と、低融点ガラスによって封着されている。外枠８０３には、排気管８０４が付いており、この排気管８０４を封止することによって気密容器を形成することができる。
【００６９】
８０８は、画像表示装置の蛍光体励起源である表面伝導型電子放出素子、および、マトリックス回路である。８０９は、表面伝導型電子放出素子に電圧を印加するための、引き出し電極である。
【００７０】
イオンポンプ部の構成は以下のとおりである。８１０は、導電性のある金属で作られた陽極板、８１１、８１３は、Ｔｉ（チタン）を円筒状の構造に加工した陰電極、８１２はステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽電極である。陽電極８１２の円筒の半径は、５〜１０ｍｍに設定する。Ｔｉの陰電極の円筒の半径は、陽電極８１２の円筒の半径より小さく設定する。８１４は、静的な磁場を作り出すための、鉄芯にコイルを巻きつけた磁気回路である。鉄芯の形状は、断面積がどこでもほぼ一定となるようにする。コイルを流れる電流によって引き起こされる磁束が、鉄芯内を通る路長を１０ｃｍ、真空の部分を通る路長を１ｃｍとする。真空の透磁率は、μ0 ＝４π×１０-7Ｈ／ｍ、また、鉄の透磁率は、およそ、μ＝４π×１０-7×５０００Ｈ／ｍ、で与えられる。１６００回巻きのコイルに１Ａの直流電流を流すと、鉄芯の隙間の部分の真空の磁束密度は、およそ、２０００ｇａｕｓｓとなる。この磁気回路の作る磁場の方向が、Ｔｉの陰電極８１１、８１３、および陽電極８１２の円筒の向きと平行になるようにする。Ｔｉの陰電極８１１、８１３は−５ｋＶにし、ステンレス鋼の円筒状の陽電極８１２、およびイオンポンプ部をくるむように作られた導電性の金属で作った陽極板８１０は、０Ｖに接地する。
【００７１】
本実施例のイオンポンプの効果について、図９を用いて説明する。図９は、図８（ｃ）の破線部分の断面の一部を表わしたものである。Ｔｉの陰電極９０２、９０４から放出された電子は、ステンレス鋼の陽電極の円筒９０３の内部の部屋で、らせん運動をしながら、気体分子を陽イオンにして、電子雲を作る。発生した陽イオンは、Ｔｉの陰電極９０２、９０４に向かって加速されて衝突するものと、イオンポンプをくるむ導電性金属の陽極板９０１、９０５に衝突するものとに分かれる。陽イオンがイオンポンプをくるむ導電性金属の陽極板９０１、９０５に衝突する場合、陽イオンは減速されて、小さい運動エネルギーで衝突するので、陽極板９０１、９０５の表面に付着している陽イオン分子をたたき出すことはない。したがって、一度、金属板９０１、９０５に吸着した陽イオンは、再放出される確率が低い。Ａｒ+ は大きな分子なので、金属の陽極板９０１、９０５内部にもぐり込みにくく、陽極板表面に、浅く埋め込まれるだけである。金属の陽極板９０１、９０５に吸着したアルゴン原子は再放出されることなく、一般の気体分子陽イオンによってＴｉの陰電極９０２、９０４からスパッタリングされた原子によって埋められる。これにより、アルゴンに対する排気能力は向上する。
【００７２】
磁気回路８１４は、電子放出素子が駆動していないときのみ、一定の電流が流れるようにしなくてはならない。これは、磁気回路８１４の発生する静磁場が、電子放出素子が放出する電子の軌道を変化させて、画像を乱してしまうおそれがあるからである。したがって、本発明の画像表示装置のイオンポンプ部は、画像表示を行っていないときのみ、作動させるとよい。
【００７３】
排気管をターボ分子ポンプ等に接続して排気を行い、容器内が１０-6Ｔｏｒｒ以下に達したら、排気管を封止し、本発明のイオンポンプを作動させる。画像を表示したいときに、本発明のイオンポンプを停止し、表面伝導型電子放出素子８０８を作動させる。表面伝導型電子放出素子８０８から放出された電子は、陽電極８０５、８０７によって加速され、蛍光体８０６に衝突して画像を表示する。この実施例で示されたような画像表示装置を製作したところ、従来の画像表示装置より、気密容器内部の真空度が良く、画面の輝度むらも少ないという結果が得られる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内部を真空にして使う気密容器に、少なくとも、蛍光体、蛍光体励起源を備えている画像表示装置に、前記の気密容器内の不要な気体分子を除去するためのポンプとして、陽電極、ゲッタと呼ばれる化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属で作られた陰電極、及び、静的な磁場を作るための磁気回路を備え付ければ、前記の、ゲッタと呼ばれる化学的に活性で気体分子と結合しやすい金属で作られた陰電極から放出された電子によって、きわめて効率良く、気密容器内の不要な気体分子を陽イオン化して、この陽イオンを吸着することができ、また、陽イオン分子が陰電極に衝突する際にスパッタリングされたゲッタ材の原子は、電子放出部の素子、配線、フェイスプレート上のアルミメタルバックには付着しにくく、したがって、スパッタリングされたゲッタ材の原子が、画像表示の性能の低下の原因にならない、気密容器内部の真空度が良く、画面の輝度むらも少ない画像表示装置を作ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の一例を示す図であり、図１（ａ）は一部を切り欠いた上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面横断面図、図１（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図、図１（ｄ）は本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図、図１（ｅ）は磁気回路を取り出した図である。
【図２】本発明に使用可能な表面伝導型電子放出素子を複数個並べてマトリックス状に回路を組んだ基板を上から見た模式図である。
【図３】図３は本発明の画像表示装置の一例を示す図であり、図３（ａ）は画像表示装置の一部を切欠いた上面図、図３（ｂ）は図１（ａ）の横断面図、図３（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図、図３（ｄ）は本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図である。
【図４】図４は本発明のイオンポンプの動作原理を説明する図であり、（ａ）は、図３（ｄ）の破線で示される断面の一部を示した図、（ｂ）は、図４（ａ）のＰＱ間の電子の感じるポテンシャルを示した図である。
【図５】図５は本発明の画像表示装置の一例を示す図であり、図５（ａ）は画像表示装置の一部を切欠いた上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の横断面図、図５（ｃ）は本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図、図５（ｄ）は図５（ｃ）の破線で示される断面の一部を示した図である。
【図６】本発明のイオンポンプで使用される、ゲッター物質で作られた櫛目状に縦溝を入れた板の効果を説明する図である。
【図７】本発明の一例で用いた、表面伝導型電子放出素子の上から見た模式図である。
【図８】図８は本発明の画像表示装置の一例を示す図であり、図８（ａ）は画像表示装置の一部を切欠いた上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の横断面図、図８（ｃ）は本発明の画像表示装置のイオンポンプ部を取り出した図である。
【図９】本発明のイオンポンプの、図８（ｃ）の破線で示される断面の一部を示した図である。
【図１０】図１０は従来の画像表示装置の一例を示す図であり、図１０（ａ）は画像表示装置の一部を切欠いた上面図、図１０（ｂ）は横断面図、図１０（ｃ）は電子放出部の一部を取り出した図である。
【符号の説明】
１０１、３０１、５０１、８０１、１００１    フェイスプレート
１０２、３０２、５０２、７０１、８０２、１００２    リアプレート
１０３、３０３、５０３、８０３、１００３    外枠
１０４、３０４、５０４、８０４、１００４    排気管
１０５、３０５、５０５、８０５、１００５    ＩＴＯ薄膜
１０６、３０６、５０６、８０６、１００６    蛍光体
１０７、３０７、５０７、８０７、１００７    アルミメタルバックの薄膜
１０８、３０８、１００８    陰電極
１０９、３０９、１００９    抵抗層
１１０、３１０、１０１０    絶縁層
１１１、３１１、１０１１    ゲート電極
１１２、３１２、１０１２    エミッタ電極
１１３、１１５、３１３、３１５、４０１、４０３、５１０、５１２、６０３、８１１、８１３、９０２、９０４    Ｔｉ（チタン）陰電極
１１４、３１４、４０２、５１１、８１２、９０３    ステンレス鋼の板を円筒状の構造に組んだ陽極
１１６、３１６、５１３、８１４    磁気回路
２０１    電子源基板
２０２    Ｘ方向配線
２０３    Ｙ方向配線
２０４、７０４    表面伝導型電子放出素子
２０５、７０５    結線
５０８、８０８    表面伝導型電子放出素子、および、マトリックス回路
５０９、８０９    引き出し電極
６０１    アルゴン単原子分子の陽イオン
６０２    一般の気体分子の陽イオン
７０２    下配線
７０３    上配線
８１０、９０１、９０５    イオンポンプをくるむ導電性金属の板
【図１】
0003666976.tif 000002
【図２】
0003666976.tif 000003
【図３】
0003666976.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003666976.tif 000008
【図８】
0003666976.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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