(57)【要約】【課題】耐圧特性に優れ、かつ帯電防止効果の高い支持部材を有する真空筐体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】第一の基材１と第二の基材３間に形成された空間を一定間隔で支持する支持部材６の母材に、気相と固相が混在した絶縁性多孔質構造を適用する。前記支持部材６を構成する固相材料、及び混合微粒子を適宜選択することにより、耐圧特性と帯電防止効果を兼ね備え、かつ変形の少ない真空筐体を実現することができる。【選択図】　図１
2004039520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基材と、
前記第一の基材と空間を隔てて対向配置される第二の基材と、
前記第一及び第二の基材間の空間を一定間隔で支持する支持部材とを備え、
前記第一及び第二の基材間に形成された空間を真空状態に保持する真空筐体であって、
前記支持部材が、気相と絶縁性あるいは半導体性材料からなる固相の混在構造からなる母材で構成される真空筐体。
【請求項２】
請求項１に記載の真空筐体において、
前記支持部材が、多孔質体構造であることを特徴とする真空筐体。
【請求項３】
請求項２に記載の真空筐体において、
前記多孔質体構造が、シリカからなることを特徴とする真空筐体。
【請求項４】
請求項１または２に記載の真空筐体において、
前記支持部材を構成する母材に含まれる固相成分の体積比が、１５％以下であることを特徴とする真空筐体。
【請求項５】
請求項１または２に記載の真空筐体において、
前記支持部材を構成する母材に含まれる固相構成物が、粒状であり、その粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする真空筐体。
【請求項６】
請求項１または２に記載の真空筐体であって、
前記支持部材に導電性微粒子を含むことを特徴とする真空筐体。
【請求項７】
請求項１または２に記載の真空筐体であって、
前記支持部材に気体分子を吸着し易いゲッター材の微粒子を含むことを特徴とする真空筐体。
【請求項８】
請求項１または２に記載の真空筐体の製造方法であって、
ゾル−ゲル転移反応を用いて多孔質体構造の支持部材を形成する工程を備える真空筐体の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の真空筐体の製造方法であって、
多孔質体構造の支持部材を形成する工程が、湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥法により乾燥する工程を含むことを特徴とする真空筐体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の真空筐体と、
前記真空筐体中の第１の基材の所定位置に配置される電子放射素子と、
前記真空筐体中の第２の基材の所定位置に配置されるアノード電極とを構成要素に持ち、
前記電子放射素子及びアノード電極に印加される電圧を制御することで真空筐体中で電子放射がなされる電子放射素子。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の真空筐体と、
前記真空筐体中の第１の基材の所定位置に配置される電子放射素子と、
前記真空筐体中の第２の基材の所定位置に配置される蛍光体層を備えたアノード電極とを構成要素に持ち、
前記真空筐体中で電子放射素子から放射された電子によって蛍光体を発光させる蛍光体発光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の蛍光体発光素子を同一真空筐体内で二次元状に複数個配列すると共に、前記電子放出素子からの電子放射量によって個々の蛍光体発光量を個別に制御することを特徴とする画像描画素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部空間が真空状態に機密保持された真空筐体において、外部からの大気圧により変形を防止する支持部材を備えた真空筐体に関するものである。具体的に本発明は、気相と絶縁性あるいは半導体性材料からなる固相が混在した構造からなる母材で構成される支持部材、特に絶縁性微小粒子で構成された多孔質体構造を母材とした支持部材を備えた真空筐体及びその製造方法、並びに該真空筐体を利用した電子放射素子、蛍光体発光素子、画像描画装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体表面からの電子の電界放出現象を利用した冷陰極型微小電子放射素子（冷陰極型エミッタ）を用いた表示デバイス（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等が注目されている。
【０００３】
冷陰極型エミッタの原理は、電界印加によって電子をトンネリング透過させ、固体表面から電子を真空中に取り出すもので、電界電子放射（ＦＥ；Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれている。このＦＥ型エミッタとしては、例えばスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔａｒ−Ｍｅｔａｌ）型、ＢＳＤ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｓｐｌａｙ）型等が報告されている。
【０００４】
スピント型電子放射素子は、米国特許３６６５２４１号等に開示されているもので、その作用はシリコン（Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属材料によって形成された微小な円錐状エミッタ部の先端に高電界（＞１×１０９　Ｖ／ｍ）を印加することにより、電子を真空中に放出させるものである。
【０００５】
またＭＩＭ型は、一対の金属電極層で非常に薄い絶縁体層をサンドイッチした構造（金属−絶縁体層−金属）からなるものであり、両金属電極間に電圧を印加することで中間の絶縁層をトンネリングした電子を真空中に放出させるものである。
【０００６】
またＢＳＤ型は、特開平８−２５０７６６号公報等に記載されている様に、基本的にはＭＩＭ型と同様の原理であるが、電子がトンネリングする固体層に多孔質ポリシリコンを用いたものである。
【０００７】
これらの冷陰極エミッタを用いたＦＥＤは、一般的に平面ガラス基材上に電子放射素子が形成された背面パネルと、蛍光体等が塗布された前面パネルを間隔０．１〜数ｍｍ程度離して対向配置し、その間の空間を１０−６Ｔｏｒｒ以下程度まで真空排気した様な構造が用いられる。すなわち、ＦＥＤではパネル内部を真空状態に保持する様な真空筐体構造が必要不可欠である。
【０００８】
ところでこのようなパネル構造では、内部空間が真空状態であるため、パネル面には大気圧により１ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力が加わる。その際その圧力に対して真空筐体構造の外枠だけで保持しようとすると、各パネルに用いる基材の厚さが１ｃｍ以上必要になってしまうといった課題があった。
【０００９】
しかしながら、そのように厚い基材を用いることは非実用的であることから、実際的には基材厚さを１ｍｍ程度にし、かつ大気圧に耐えられる様にするための支持部材（スペーサ）をパネル間に複数配置する方法が用いられている。
【００１０】
このような支持部材としては、圧縮応力に強く、大気圧に耐えられること、電子放射素子から放射される電子の軌道に影響を与えないこと、ガス放出が少なく真空中で安定なこと、基本的に絶縁特性に優れているなどが必要となる。
【００１１】
従来ではそのような部材として、ガラスビーズやガラスファイバー、あるいはセラミック材を接着剤等で固着して挟持する方法や、ガラスペーストを印刷塗布して作製する方法などが開示されている。
【００１２】
また前記支持部材によって形成された真空状態からなる間隙は、電子を加速するための高電圧を印加する領域であるため、支持部材に求められる特性は、電子放射素子が配置された背面パネルと、蛍光体層が配置された前面パネル間をある程度電気的に絶縁する作用を有すると共に、絶縁度が高すぎると帯電等のため放射電子に影響を与えるため、微量の導電性を有することが好ましいと報告されている。より詳細に説明すると、電子源からの放射電子や蛍光体等からの二次電子によって支持部材が帯電してしまった場合、電子ビームの軌道にズレが生じたり、支持体表面近傍で放電現象を誘発する可能性がある。故に支持部材としては、印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性は必要であるが、帯電を緩和する様な導電性が付与されたものが好ましいとされている。
【００１３】
このような視点では、支持部材の表面に高抵抗性導電膜を新たに形成する様な構成が特開２０００−８２４２６等で開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に真空筐体構造を有する電子デバイスにおいて、その真空構造を保持する支持部材としてガラスビーズを用いる方法や他の絶縁性部材を用いる方法が挙げられており、またその特性を制御する手段として、高抵抗導電膜を形成する方法などがあるが、これには以下の様な課題が残されている。
【００１５】
例えば、ガラスビーズを用いる方法は、非常に小さいガラスビーズを所定の位置に固定することはハンドリングの点で困難であると共に、非常に狭い間隔でパネルを対向させることが困難であるという課題があった。
【００１６】
またガラスペーストを印刷塗布する方法は、高精度に制御して微細な支持部材を形成することは可能となるが、比較的厚めの支持部材を作製することが困難であったり、得られる支持部材そのものの特性として十分ではなかった。
【００１７】
また帯電抑制のために高抵抗導電膜を形成する方法は、支持部材に制御性良く膜を形成する工程が必要になるといった課題があった。
【００１８】
本発明は、容易な方法で所望の特性を有する支持部材で構成された真空筐体を実現するために、気相と絶縁性あるいは半導体性材料からなる固相が混在した多孔質体構造の母材からなる支持部材を用いた、従来にない真空筐体を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の真空筐体は、第一の基材と、前記第一の基材と空間を隔てて対向配置される第二の基材と、前記第一及び第二の基材間の空間を一定間隔で支持する支持部材とを備え、前記第一及び第二の基材間に形成された空間を真空状態に保持する真空筐体であって、前記支持部材が、気相と絶縁性あるいは半導体性材料からなる固相の混在構造からなる母材で構成されている。
【００２０】
これにより、支持部材に求められている絶縁耐性を維持しながら、かつ帯電の影響を受けることの少ない真空筐体用支持部材を実現することができる。
【００２１】
第１の真空筐体において、前記支持部材が多孔質体構造であることにより、容易に制御性良く所望の支持部材を形成できるので好ましい。
【００２２】
第１の真空筐体において、前記多孔質体構造がシリカからなることにより、絶縁耐圧特性に適した多孔質体構造を形成できるので好ましい。
【００２３】
第１の真空筐体において、前記支持部材を構成する母材に含まれる固相成分の体積比が１５％以下であることにより、帯電防止の効果が助長されるので好ましい。さらには、前記支持部材の構成母材に含まれる固相成分の体積比が３％以下であれば、その効果がより顕著になるので好ましい。
【００２４】
第１の真空筐体において、前記真空筐体を構成する母材に含まれる固相構成物が粒状であり、その粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることにより、帯電防止効果が高まるので好ましい。さらには、前記粒径が３〜１０ｎｍ程度であれば、その効果がより顕著になるので好ましい。
【００２５】
第１の真空筐体において、前記支持部材に導電性微粒子を含むことにより、支持部材の帯電性を制御できるので好ましい。特にその含有個所及び含有量を制御することで所望の絶縁耐圧特性を実現できるので好ましい。
【００２６】
第１の真空筐体において、前記支持部材に気体分子を吸着し易いゲッター材の微粒子を含むことにより、真空筐体内の真空度を維持することができるので好ましい。特にその含有個所及び含有量を制御することで所望の特性を実現できるので好ましい。
【００２７】
また本発明の第１の真空筐体の製造方法であって、　ゾル−ゲル転移反応を用いて多孔質体構造の支持部材を形成する工程を備えることにより、大面積にかつ均一性良く所望の支持部材構造を形成することが可能になる。
【００２８】
また本発明の第１の真空筐体の製造方法において、多孔質体構造の支持部材を形成する方法が湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥法により乾燥する工程を含むことにより、乾燥時に起こり得る多孔質層の変形／破壊を起こすことなく、空孔（気相）領域が多い非常に微小な絶縁性粒子からなる多孔質層を容易に形成できるので好ましい。
【００２９】
また本発明の第１の電子放射素子は、前記記載の真空筐体と、電子放射素子と、アノード電極とを構成要素に持ち、前記電子放射素子及びアノード電極に印加される電圧を制御することで真空筐体中で電子放射がなされるものである。これにより経時変化が少なく、また安定性の高い電子放射素子が実現できる。
【００３０】
また本発明の第１の蛍光体発光素子は、前記記載の真空筐体と、電子放射素子と、蛍光体層を備えたアノード電極とを構成要素に持ち、真空筐体中で電子放射素子から放射された電子によって蛍光体を発光させるものである。これにより経時変化が少なく、また安定性の高い蛍光体発光素子が実現できる。
【００３１】
また本発明の第１の画像描画装置は、前記記載の蛍光体発光素子を同一真空筐体内で二次元状に複数個配列すると共に、前記電子放出素子からの電子放射量によって個々の蛍光体発光量を個別に制御するものである。これにより、適宜蛍光体発光輝度や発光色を変化させることが可能な電子放射素子群を二次元的に配置できるので、大面積に画像や文字を表示できる画像描画装置が実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の第１の真空筐体の一部を示した概略断面図である。本真空筐体は基本的な構成要素として、電極層２を有する第一の基材１と、アノード電極層４を有する第二の基材３と、側壁５と、各基材との接合層７、８を介して本真空保持構造を形成する支持部材６とからなっている。
【００３３】
第一の基材１及び第二の基材３としては、一般的にガラス基板が用いられる。しかしながらこの限りではなく、他の絶縁性基材（セラミック製基板など）を用いても良い。
【００３４】
電極層２及びアノード電極層４としては、一般的に金属材料からなり、アルミニウムやクロム、モリブデン、銅、チタン、ニッケル、金、タングステン等が好んで適用される。しかしながら、電極層としての機能を果たす材質であるならば、特に限定はされない。その厚さとしては、概ね０．３〜１０μｍ程度である。
【００３５】
本真空筐体における支持部材６としては、請求項にも記載した様に気相と絶縁性あるいは半導体性材料からなる固相が混在した構造を母材に適用している。その代表的な構造として、ナノメートルオーダーの粒子から構成される多孔質体が挙げられる。この支持部材６は、基本的に前記電極層２とアノード電極層４を電気的に絶縁することが重要であり、その観点で見た場合材質としては比較的高抵抗の半導体性あるいは絶縁性のものが適している。とりわけ絶縁性材質からなる多孔質体が好適である。なおこの支持部材に関しては後ほど詳細に説明する。
【００３６】
また接合層７、８としては、支持部材を固着するものであり、導電性ペーストやフリットガラスを用いることができる。この接合層７、８に関しては、支持部材６の両端共にある必要は無く、充分に固着されているのならばどちらか一方のみでもよい。なおこの場合は、支持部材と各電極層とが電気的に接続する程度に当接されている。
【００３７】
さて本真空筐体の支持部材６には、気相と固相の混在構造、いわゆる多孔質状の構造を適用している。この構造を適用することにより、絶縁耐性の向上がなされると共に、帯電による影響も緩和される。さらには後記するように、支持部材が多孔質体構造であるため微粒子添加による支持部材の伝導度制御やゲッター効果（気体分子の吸着効果）付与等の機能も与えることが可能となる。以下に基本となる多孔質体構造について記す。
【００３８】
多孔質体とは、連続空孔または独立空孔を有した固体物質のことであり、母材粉体の成形、粉体焼成、化学発泡、物理発泡、ゾル−ゲル法などの方法で作製することができる。本発明の真空筐体においては、多孔質体としてナノメートルサイズの空孔を多数有することが好ましい効果が得られる。
【００３９】
図２は、前記真空筐体６に用いられる多孔質体の微細構造を拡大した概略模式図である。多孔質体構造は、大きさが数ｎｍ程度の粒子で三次元ネットワーク的に構成される固体骨格部９で固体としての形状は保ちながら、大きさが数１０ｎｍ程度の連続空孔１０（気相）を多数含んだ状態である。すなわち、多孔質構造によって真空保持部材としての機能を果たしながら、何らかの要因で支持部材に到達した電子は支持部材中の微細構造を介して伝搬し、帯電することなく電極に逃がすことが可能となる。とりわけ、多孔質体の固相領域の大きさが数ｎｍ程度であると、その効果は顕著である。
【００４０】
このような気相を多く含む構造を有する多孔質構造として、ゾル−ゲル法によって作られる乾燥ゲルを特に候補として用いることができる。ここで乾燥ゲルとは、大きさが数〜数十ｎｍ程度の粒子で構成される固体骨格部を持ち、平均空孔径が１００ｎｍ以下の範囲である連続空孔が形成されているナノ多孔質体である。またその材質として、比較的高抵抗な電気特性を示す半導体材料及び絶縁体材料が適当であり、中でも多孔質シリカ（多孔質酸化ケイ素）が好適である。そこでこの好適例である多孔質シリカを例に多孔質からなる支持部材６の作製方法について説明する。
【００４１】
本発明で用いる乾燥ゲルからなる多孔質シリカを得る方法は、大きく湿潤ゲルを得る工程と、それを乾燥する工程からなる。
【００４２】
まず湿潤ゲルは、溶媒中に混合したシリカの原料をゾル−ゲル反応させることによって合成できる。このとき必要に応じて触媒を用いる。この形成過程では、溶媒中で原料が反応しながら微粒子を形成し、その微粒子がネットワーク化して網目状骨格を形成する。具体的には、所定の空孔度合の多孔質シリカが得られる様に固体成分である原料及び溶媒の組成を決定する。その組成に調合した溶液に対して、必要に応じて触媒や粘度調整剤などを添加して撹拌し、金型成形や塗布などによって所望の使用形態にする。例えば塗布方法については、膜厚やその形状等によって変化するので限定はされないが、インクジェット法やディップ法、スクリーン印刷法などを用いることができる。
【００４３】
この状態で一定時間経過させることで溶液はゲル化し、シリカ湿潤ゲルが得られる。製造時の温度条件としては、通常の作業温度である室温近傍で行なえるが、必要に応じて溶媒の沸点以下の温度まで加熱することもある。
【００４４】
シリカの原料としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン等のアルコキシシラン化合物、これらのオリゴマー化合物、またケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）、ケイ酸カリウム等の水ガラス化合物等、またコロイダルシリカ等を単独あるいは混合して用いることができる。
【００４５】
溶媒としては、原料が溶解してシリカ形成できれば良く、水やメタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、トルエン、ヘキサンなどの一般的な有機溶媒を単独あるいは混合して用いることができる。
【００４６】
触媒としては、水や塩酸、硫酸、酢酸などの酸や、アンモニア、ピリジン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基を用いることができる。
【００４７】
粘度調整剤としては、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコール、シリコーン油などを用いることができるが、湿潤ゲルを所定の使用形態にできるのであれば、これらに限られるものではない。
【００４８】
次に湿潤ゲルから乾燥ゲルを得る乾燥工程について記す。
【００４９】
乾燥工程には、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥の通常乾燥法や、超臨界乾燥法、凍結乾燥法などを用いることができる。しかしながら一般に、通常乾燥法では溶媒蒸発時のストレスによって多孔質体が収縮してしまう。よって、乾燥ゲルを形成する方法としては、超臨界乾燥を本発明では好ましく用いることができる。また湿潤ゲルの固体成分表面を撥水処理等して、乾燥時のゲル収縮を防ぐこともできる。
【００５０】
この超臨界乾燥に用いる溶媒は、湿潤ゲルの溶媒を用いることができる。また必要に応じて、超臨界乾燥において扱いやすい溶媒に置換しておくことが好ましい。置換する溶媒としては、超臨界流体として用いるメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類や二酸化炭素、水などが挙げられる。またこれらの超臨界流体に溶出しやすいアセトン、酢酸イソアミル、ヘキサンなど一般的に取り扱い易い有機溶剤に置換しておいても良い。
【００５１】
超臨界乾燥条件としては、オートクレーブなどの圧力容器中で行ない、例えばメタノールではその臨界条件である圧力８．０９ＭＰａ、温度２３９．４℃以上にし、温度一定の状態で圧力を徐々に開放して乾燥を行なう。また二酸化炭素の場合は、臨界圧力７．３８ＭＰａ、臨界温度３１．１℃以上にして、同じように温度一定の状態で超臨界状態から圧力を徐々に開放して乾燥を行なう。また水の場合は、臨界圧力２２．０４ＭＰａ、臨界温度３７４．２℃以上にして乾燥を行なう。乾燥に必要な時間としては、超臨界流体によって湿潤ゲル中の溶媒が１回以上入れ替わる時間以上を経過すればよい。
【００５２】
湿潤ゲルを撥水処理してから乾燥する方法は、撥水処理のための表面処理剤を湿潤ゲルの固体成分表面に化学反応させる。これによって湿潤ゲルの網目構造の空孔内に発生する表面張力を低減し、通常乾燥時に発生する収縮を抑制することができる。
【００５３】
表面処理剤としては、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシランなどのハロゲン系シラン処理剤やトリメチルメトシシラン、トリメチルエトキシシランなどのアルコキシ系シラン処理剤、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマーなどのシリコーン系シラン処理剤、ヘキサメチルジシラザンなどのアミン系シラン処理剤、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系処理剤などを用いることができるが、同様の効果が得られるものならばこれらの表面処理剤に限られるものではない。
【００５４】
なお本方法で得られる乾燥ゲルの材質としては、シリカのみではなく他の無機材料や有機高分子材料、あるいは半導体材料などを用いることもできる。
【００５５】
以下に本発明にかかる真空筐体の具体的な実施形態の一例を説明する。
【００５６】
−第１の実施形態−
図１に示した第１の真空筐体の作製方法について説明する。
【００５７】
まずガラスからなる第一の基材１の一表面上に電極層２として金属膜を形成した。前記の様に電極材料として特に限定はされないが、本実施形態では厚さ１μｍのアルミニウム膜を用いた。
【００５８】
またガラスからなる第二の基材３の一表面上にアノード電極層４として金属膜を形成した。前記の様に電極材料として特に限定はされないが、本実施形態では電極層２同様、厚さ１μｍのアルミニウム膜を用いた。
【００５９】
次に多孔質構造からなる支持部材６を作製した。本実施例においてはゾル−ゲル法を用いて厚さ約３００μｍの多孔質シリカ層を形成した。
【００６０】
具体的にはシリカ原料を含んだ溶液として、テトラメトキシシランとエタノールとアンモニア水溶液（０．１規定）をモル比で１：３：４の割合で調製し、撹拌処理した後、適度な粘度となったところで、このゲル原料液を支持部材形状の金型に充填した。その後ゾル重合反応によりゲル化して、図２に示した様なＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の三次元ネットワークからなるシリカ湿潤ゲル構造が形成された。なお本実施形態では厚さが約３００μｍの多孔質シリカ層を形成したが、その限りではなく、素子構造にも依存するが概ね１０μｍ以上１ｍｍ以下が良く適用される範囲である。
【００６１】
また形状も板状、円筒状、角柱状いずれを用いても良いが、本実施形態では長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍの板状のものを用いた。
【００６２】
次に、このシリカ湿潤ゲルを形成した試料をエタノールで洗浄（溶媒置換）した後に、二酸化炭素による超臨界乾燥を行なって、乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。超臨界乾燥条件は、圧力１２ＭＰａ、温度５０℃の条件の下で４時間経過後、圧力を徐々に開放し大気圧にしてから降温した。なお得られた乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層の空孔率は約９２％であった。またブルナウアー・エメット・テラー法（ＢＥＴ法）により平均空孔直径を見積もったところ、約２０ｎｍであった。乾燥された試料は、最後に窒素雰囲気中で４００℃のアニール処理を施し、多孔質層への吸着物質を除去した。
【００６３】
シリカ多孔質からなる支持部材６を形成した後、導電性ペーストで第一及び第二の基材に固着した。組み立て後、筐体内部を１０−６Ｔｏｒｒ程度まで真空排気し、封着することで図１に記載した様な構造の真空筐体を作製した。
【００６４】
以上の様にして作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。
【００６５】
−第２の実施形態−
前記第１の実施形態においては、多孔質からなる支持部材を予め作製し、第一及び第二の基材に固着するプロセスで真空筐体を作製したが、本実施形態では直接第一の基材に支持部材を形成した方法について説明する。本実施形態で用いた基材及び多孔質シリカ層の作製方法は、第１の実施形態を同様であるので割愛する。
【００６６】
まず電極層２をパターニングしたガラスからなる第一の基材１を準備し、その基材上に直接ゾル−ゲル法を用いて厚さ約３００μｍの多孔質シリカ層を形成した。支持部材となるシリカ多孔質層を基材前面に形成後、通常のフォトリソグラフィの手法を用いて支持部材形状をパターニングし、不要部分をウェットエッチングの手法によりエッチング除去した。本実施形態では、ウェットエッチングによってパターニングしたがこの限りではなく、ドライエッチング法やサンドブラスト法を用いて不要部分を除去しても良い。その際は、各エッチング手法に適したレジスト材料を選択することが必要である。本実施形態では直径が３００μｍ程度の円筒状パターンを形成した。
【００６７】
その後支持部材がパターニングされた第一の基材に対して、導電性ペーストを用いて第二の基材に固着した。組み立て後、筐体内部を真空排気し、封着することで図１に記載した様な構造の真空筐体を作製した。
【００６８】
以上の様にして作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。
【００６９】
−第３の実施形態−
前記第２の実施形態においては、多孔質からなる支持部材を第一の基材に全面形成し、その後パターニングする手順で真空筐体を作製したが、本実施形態では直接第一の基材に支持部材をパターン形成した方法について説明する。本実施形態で用いた基材及び多孔質シリカ層の作製方法は、第１の実施形態を同様であるので割愛する。
【００７０】
まず電極層２をパターニングしたガラスからなる第一の基材１を準備し、その基材上に支持部材を構成する多孔質材料のゾル−ゲル原料溶液をスクリーン印刷法でパターン形成した。本実施形態では、スクリーン印刷法によってパターニングしたがこの限りではなく、インクジェット法等を用いてパターニングしても良い。その際は、各パターニング手法に適したゾル−ゲル原料液の成分、粘度を選択することが必要である。本実施形態では直径が１００μｍ程度の円筒状パターンを形成した。
【００７１】
その後支持部材がパターニングされた第一の基材に対して、導電性ペーストを用いて第二の基材に固着した。組み立て後、筐体内部を真空排気し、封着することで図１に記載した様な構造の真空筐体を作製した。
【００７２】
以上の様にして作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。
【００７３】
−第４の実施形態−
第１の実施形態と同様の構造からなる真空筐体を作製する際、多孔質シリカ層の形成方法を変えた場合の結果ついて記す。
【００７４】
まずケイ酸ソーダの電気透析を行ない、ｐＨ９〜１０のケイ酸水溶液（水溶液中のシリカ成分濃度：１４重量％）を作製する。そのケイ酸水溶液をｐＨ５．５に調製した後、このゲル原料液を試料上に厚さ約３００μｍとなる様に金型に注入し、その後原料液がゲル化して固体化したシリカ湿潤ゲル層を得た。
【００７５】
このシリカ湿潤ゲル化した試料をジメチルジメトキシシランの５重量％イソプロピルアルコール溶液中に浸し疎水化処理した後、減圧乾燥を行なって乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。乾燥条件は、圧力０．０５ＭＰａ、温度５０℃で３時間経過後に圧力が大気圧になってから降温した。乾燥された試料は、最後に窒素雰囲気中で４００℃のアニール処理を施し、多孔質層への吸着物質を除去した。その結果、第１の実施形態とほぼ同様の多孔質シリカ支持部材が得られた。
【００７６】
上記と同様の手法によって作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。
【００７７】
−第５の実施形態−
第１の実施形態と同様の手法により真空筐体を作製する際、支持部材６として用いる多孔質シリカ層の形成条件を変化させてその依存性について調べた。その結果、多孔質膜の固相成分が１５％以上になると、多孔質支持部材内での電子伝導が起こりにくくなるため、帯電防止効果が低下することがわかった。また同様に、多孔質膜を構成する粒子の大きさが２０ｎｍ以上になった場合も同様の理由により、帯電防止効果の低下が観測された。
【００７８】
以上より、充分強固な三次元ネットワークを形成すると同時に、電子を伝達する機能を有する多孔質シリカの最適条件として、固相成分の体積比が１５％以下であることや、粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが示唆された。
【００７９】
−第６の実施形態−
図３は、本実施形態の第１の真空筐体の他の構成例を示したもので、多孔質体からなる支持部材に導電性の微粒子を含有させたものである。
【００８０】
本実施形態では、導電性微粒子として粒径が約１０ｎｍのグラファイト状炭素粒子を用いた。この炭素状微粒子をゾル−ゲル原料溶液に分散し、その後前記実施形態と同様の手法でナノ多孔体からなる支持部材を形成した。その結果、従来よりは若干電気抵抗度が小さな支持部材が形成された。その含有量は適宜必要となる絶縁耐性及び微粒子添加による帯電防止効果との兼ね合いで決まるが、概ね形成された支持部材の電気抵抗率が１０５〜１０８Ωｃｍ程度になるようにすれば良い。また本実施形態では、炭素微粒子を用いたがこの限りではなく、一般的な金属微粒子（Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｃｒなど）やシリコン微粒子等、導電性制御が可能なものであれば適用できる。また本実施形態においては微粒子を均質に含有させたが、支持部材内で濃度に分布を持たせても良い。
【００８１】
上記のような方法で導電性微粒子を含有したシリカ多孔質からなる支持部材１１を形成した後、導電性ペーストで第一及び第二の基材に固着した。組み立て後、筐体内部を真空排気し、封着することで図３に記載した様な構造の真空筐体を作製した。
【００８２】
以上の様にして作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験及び帯電試験等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。また帯電防止効果についても、前記第一の実施形態と同様及びそれ以上の効果が得られた。
【００８３】
−第７の実施形態−
図４は、本実施形態の第１の真空筐体の他の構成例を示したもので、多孔質体からなる支持部材にゲッターとなる微粒子を含有させたものである。
【００８４】
本実施形態では、ゲッターとなる微粒子として粒径が約１０ｎｍのＴｉ系粒子を用いた。このＴｉ系微粒子をゾル−ゲル原料溶液に分散し、その後前記実施形態と同様の手法でナノ多孔体からなる支持部材を形成した。その結果、従来よりもゲッター効果を有する支持部材が形成された。その含有量は適宜、支持部材で必要とされる絶縁耐性との兼ね合いで決まるが、概ね形成された支持部材の電気抵抗率が１０５〜１０８Ωｃｍ程度になる程度まで含有可能である。また本実施形態では、Ｔｉ系微粒子を用いたがこの限りではなく、一般的にゲッター効果を有する微粒子（Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒなど）であれば適用できる。また本実施形態においては微粒子を均質に含有させたが、支持部材内で濃度に分布を持たせても良い。
【００８５】
上記のような方法でゲッター効果を有する微粒子を含有したシリカ多孔質からなる支持部材１２を形成した後、導電性ペーストで第一及び第二の基材に固着した。組み立て後、筐体内部を真空排気し、封着することで図４に記載した様な構造の真空筐体を作製した。
【００８６】
以上の様にして作製した真空筐体に対して、変形度合、絶縁耐圧試験及び真空度変化等を測定した。その結果、大気圧による変形度合いも少なく、また数ｋＶ程度の電圧印加に対しても充分な耐圧特性を有する真空筐体が得られた。また微粒子添加によるゲッター効果についても、前記第一の実施形態と同様及びそれ以上の効果が得られた。
【００８７】
−第８の実施形態−
前記第１から第７の実施形態では真空筐体について説明したが、第一の基材上の所定の位置に電子放射素子を配置することにより、安定性の高い電子放射素子を作製することができる。
【００８８】
図５は本実施形態の電子放射素子の概略断面図を示したものである。本電子放射素子は基本的な構成要素として、前記実施形態に記した真空筐体にサンドイッチ型構造の電子放射素子を適宜配置した構成からなる。サンドイッチ型電子放射素子としては、従来報告されているＭＩＭ型やＢＳＤ型の電子放射素子を適用することができる。また本実施形態ではサンドイッチ型電子放射素子を用いたがこの限りではなく、スピント型や他の電子放射素子を用いても良い。
【００８９】
制御電極１５は、電子放射素子に電圧を印加して放射電子量を制御するものである。
【００９０】
アノード電極４は、電子放射素子から放射された電子を収集するための電圧を印加するものである。
【００９１】
この真空筐体内に配置された電子放射素子に電圧を印加し、真空筐体内に電子を放射した状態での安定試験等を行なった結果、支持部材として上記のような構成を用いた場合、帯電防止効果等の効果によって従来構造よりも安定な電子放射が得られることを確認した。
【００９２】
−第９の実施形態−
前記第１から第７の実施形態では真空筐体について説明したが、真空筐体内の所定の位置に電子放射素子、及びそれらに対向して蛍光体層を有するアノード電極を配置することにより、蛍光体発光量を制御可能な蛍光体発光装素子を作製することができる。
【００９３】
図６は本実施形態の蛍光体発光素子の概略断面図を示したものである。本蛍光体発光素子は基本的な構成要素として、前記第８の実施形態に記した電子放射素子に蛍光体層１６が付与されたものである。
【００９４】
なお本蛍光体発光素子においても、前記電子放射素子の構成はこれに限られず、他の電子放射素子を用いても良い。
【００９５】
本実施形態のアノード部は、電子放射素子から放射された電子を加速するための電圧印加と、蛍光体を発光させる機能を有する領域であり、その構成要素としては、蛍光体層１６／放射電子に対して加速電圧を印加するアノード電極４／前面基材３とからなる。このような構成、すなわち前面基材側より発光を取り出す場合、アノード電極４として一般的に透明導電膜であるＩＴＯ等が、また前面基材１３としてガラス等が用いられる。
【００９６】
また蛍光体層１６に用いられる蛍光体材料としては、ＺｎＯ：ＺｕやＺｎＳ系蛍光体等を所望の発光色に併せて選択すればよい。ただしその選択は、加速される放射電子が持つエネルギー値、すなわちアノード電圧値を考慮して、最も効率の良い蛍光体材料を選ぶことが重要である。
【００９７】
本実施の形態では、アノード部はガラスからなる前面基材３にアノード電極層４として機能する透明導電膜（ＩＴＯ）を積層し、さらに蛍光体層１６としてＺｎＳ系蛍光体を塗布したものを用いた。
【００９８】
以上の様にして作製した蛍光体発光素子に対し、下部電極と制御電極の間に制御電極側を正とした電圧を印加して電子放射素子から真空領域に電子を放射させると共に、アノード電極４に３ｋＶの加速電圧を印加し、放射電流及び蛍光体発光輝度を測定した。その結果、放射電流密度として数１０ｍＡ／ｃｍ２が観測され、３００〜４００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られた。またその安定度も従来構成と比較して向上していた。
【００９９】
−第１０の実施形態−
前記第１から第７の実施形態では真空筐体について、また前記第８及び第９の実施形態では単独の電子放射素子／蛍光体発光素子について説明したが、それらを二次元的に複数個配置し、個々の蛍光体発光量を制御することで画像や文字を表示できる画像描画装置に適用できる。
【０１００】
図７は、図６に示した蛍光体発光素子を二次元的に複数個（この図では、３行×３列＝９個）配置した画像描画装置の断面斜視図である。この構成を用いて画像を描画する方法は、通常マトリックス駆動と呼ばれる方式である。すなわち、基材１上に帯状に形成された電極層２と、同様に帯状の放射電流量を制御する制御電極層１５とを直行して配置すると共に、それぞれに駆動用ドライバ１７、１８が接続されている。そのそれぞれの駆動ドライバに対して同期信号に併せて画像データを入力すれば、所望の電子放射面（各電極列が直交した個所）より所望の電子放射量で電子を放射させることが可能となる。
【０１０１】
故に個々の電子放射素子において、放射電子をアノード電極４に印加された電圧によって真空内で加速して、蛍光体層１６に照射すれば、任意形状／任意輝度の画像を描画することができる。
【０１０２】
その際、上記第１から第７のいずれかの実施の形態で記載した支持部材６を用いることによって安定性の高い画像描画装置を作製することが可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明の真空筐体によれば、真空機密領域に対する支持部材の母材に、絶縁性の多孔質構造を適用したので、耐圧特性に優れ、かつ所望の帯電防止特性を付加可能な真空筐体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の真空筐体の一実施例を示す概略断面図
【図２】支持部材６を構成する多孔質体の微視的構造の模式図
【図３】第１の真空筐体の他の一実施例を示す概略断面図
【図４】第１の真空筐体の一実施例を示す概略断面図
【図５】第１の電子放射素子の一実施例を示す概略断面図
【図６】第１の蛍光体発光素子の一実施例を示す概略断面図
【図７】蛍光体発光素子を二次元的に複数個配置した画像描画装置の一実施例を示す断面斜視図
【符号の説明】
１　第一の基材
２　電極層
３　第二の基材
４　アノード電極層
５　側壁
６　支持部材
７，８　接合層
９　多孔質の固体骨格部
１０　多孔質体の空孔領域
１１　微粒子が分散された支持部材
１２　ゲッター粒子が分散された支持部材
１３　電子放射素子の電子伝達層
１４　絶縁体層
１５　制御電極層
１６　蛍光体層
１７，１８　駆動ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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