(57)【要約】【課題】  長時間安定して駆動可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】  基板（１０）と、前記基板上にマトリックス状に配置された複数の電子放出素子（１５）と、前記複数の電子放出素子に電圧を印加する複数の配線（Ｄｘ）を有する電子源基板（５２）、前記電子源基板上に配置された枠体（５５）、および、前記枠体上に配置された蛍光体基板（５４）を具備する画像形成装置である。前記電子源基板における配線は、水素吸蔵合金層（４０）をそれぞれ有することを特徴とする。【選択図】    図７
2005093281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上にマトリックス状に配置された複数の電子放出素子と、前記複数の電子放出素子に電圧を印加する複数の配線を有する電子源基板、
前記電子源基板上に配置された枠体、および
前記枠体上に配置された蛍光体基板を具備し、
前記電子源基板における配線は、水素吸蔵合金層をそれぞれ有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記水素吸蔵合金層は、前記電子源基板における前記配線の上面および側面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
基板上に電子放出素子を複数個、マトリックス状に配置する工程、
前記電子放出素子を電気的に接続して電圧を印加する配線を、前記電子放出素子よりも大きな高さで形成する工程、
前記配線をマスクとして斜め方向から水素吸蔵合金を蒸着し、前記電子放出素子上を避けて前記配線の上面および側面に選択的に水素吸蔵合金層を形成して、電子源基板を得る工程、
蛍光体基板を準備する工程、および
前記電子源基板と前記蛍光体基板とを枠体を介して一体化する工程
を具備することを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置にかかり、特に電子放出源を内蔵した画像形成装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置においては、長時間安定に駆動するためには、この形成装置内の真空度を高度に維持することが必要とされる。その方法として、例えば、非蒸発型ゲッタの微粉末と蒸発化型ゲッタにより形成された蒸着物とが内装された表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。非蒸発型ゲッタは、水素ガスと反応する性質を有することが望ましく、この非蒸発型ゲッタ微粉末を蒸発型ゲッタに混合して用いられている。
【０００３】
こうした構成の表示装置では、画像形成装置を構成した後に、蒸発型ゲッタを蒸発させて被膜を形成することにより真空度改善を図っている。素子へのダメージ（素子と配線とのリーク等）を抑制するために、電子源素子の形成領域とは壁で隔離された領域がゲッタ形成領域として形成される。この方法を用いることによって、ゲッタ面に吸着したガス分子を排気することが可能であるものの、ゲッタ面に偶然飛来したガス分子をある確率で捕獲するにすぎない。その効果は十分とはいえず、より効果的な排気性能が求められていた。
【特許文献１】特開平９−２４５６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、長時間安定して駆動可能な画像形成装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態にかかる画像形成装置は、基板と、前記基板上にマトリックス状に配置された複数の電子放出素子と、前記複数の電子放出素子に電圧を印加する複数の配線を有する電子源基板、
前記電子源基板上に配置された枠体、および
前記枠体上に配置された蛍光体基板を具備し、
前記電子源基板における配線は、水素吸蔵合金層をそれぞれ有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の製造方法は、基板上に電子放出素子を複数個、マトリックス状に配置する工程、
前記電子放出素子を電気的に接続して電圧を印加する配線を、前記電子放出素子よりも大きな高さで形成する工程、
前記配線をマスクとして斜め方向から水素吸蔵合金を蒸着し、前記電子放出素子上を避けて前記配線の上面および側面に選択的に水素吸蔵合金層を形成して、電子源基板を得る工程、
蛍光体基板を準備する工程、および
前記電子源基板と前記蛍光体基板とを枠体を介して一体化する工程
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、長時間安定して駆動可能な画像形成装置、およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
本発明者らは、画像形成装置内の真空度を高めるためには、十分にベーキングされた系における主成分である水素の除去を効果的に行なうことが必要であることに着目した。真空中の残留ガスは、例えばイオン化によるイオンダメージ等の影響を及ぼすことが考えられる。そこで、十分にベーキングされた真空系において、その真空を構成する主成分である水素を効果的に除去することが必要となる。
【００１０】
水素の除去手段としては、画像形成装置を構成する真空パネルの内壁に、水素に対して吸着能力をも有するゲッタを形成する手段が有効であり、特に電子源基板上に形成するのが有効であることを見出した。ゲッタ面の形成領域としては、大別して蛍光面と電子源面とがある。画像を形成する際には、正の高電圧が蛍光面に印加されて両面間に高電界が生じ、電界の向きより、正イオンは電子源面側へと加速されることになる。電子源から放出された電子は、蛍光面に衝突するまでの走行工程において、パネル雰囲気に存在する分子と相互作用してイオンを形成する。パネル内の主成分は水素であるので、正に帯電した水素イオンが生成されることになり、このイオンは電子源面へと加速される。単なる吸着の場合と比較して、エネルギーをもった粒子が叩き込まれる場合の方が、付着確率・反応確率が大きいと考えられるため、電子源面側にゲッタを形成することが水素排気には特に有効である。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態にかかる平面型電子放出素子を概略的に示す平面図を示し、その電子放出素子のＡ−Ａ線に沿った断面図を図２に示す。また、図３は図１、図２に示す電子放出素子において利用可能な電子放出膜の一例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造に対応している。
【００１２】
図１および図２に示す電子放出素子は、基板１０と、基板１０上に形成された電極１１ａ，１１ｂと、電極１１ａ，１１ｂ上にそれぞれ形成された導電膜１２ａ，１２ｂと、導電膜１２ａ，１２ｂ上に形成された電子放出膜１３とを備えている。
【００１３】
基板１０には、絶縁性あるいは高抵抗の材料を用いることができる。したがって、基板１０としては、例えば、石英ガラス、ナトリウムガラス、ソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス、およびリンガラスなどのようなＳｉＯ2を主成分とする基板、ならびにＡｌ2Ｏ3基板などの絶縁性酸化物基板や、ＡｌＮ基板などの絶縁性窒化物基板などから適宜選択することができる。基板１０の選択には、経済性や生産性などの要因を考慮してもよい。また、基板１０は、その表面近傍の絶縁耐力が１０7Ｖ／ｃｍ以上であることが好ましい。このため、Ｎａ+イオンなどのモバイルイオン種は表面近傍から予め除去されていることが望まれる。したがって、ナトリウムガラスなどのモバイルイオン種を含む材料を用いる場合は、その表面に、ＳｉＮなどの拡散防止層を形成し、さらにその表面にＳｉＯ2膜などの表面層を形成しておいてもよい。
【００１４】
電極１１ａ，１１ｂには、導電性の金属、半導体、および半金属材料からなる群から選ばれた材料を用いることができ、好ましくは、導電率が高く、耐酸化性の高い遷移金属が用いられる。電極１１ａ，１１ｂの材料としては、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、およびＩｒなどが好ましい。電極１１ａ，１１ｂは、通常、数百Åないし数μｍ程度の厚さに形成され、一般に、この程度の厚さであれば十分な導電性が得られる。また、電極１１ａ，１１ｂは、均一な厚さに形成されていることが好ましく、膜剥がれ、浮き、めくれが極力存在していないことが好ましい。
【００１５】
電極１１ａ，１１ｂを形成するのに利用する成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、メッキ法、コロイド液から導電材料を析出させる方法などから選択して用いることができる。そのような方法で得られる膜の基板１０への密着性が乏しい場合は、基板１０の表面にナノスケールの凹凸構造を形成しておくこと、あるいは、基板１０と膜との間に密着層を別途形成しておくことが好ましい。電極１１ａ，１１ｂは、上述した成膜技術とフォトリソグラフィ技術とを組み合わせた方法、上述した成膜技術とリフトオフプロセスとを組み合わせた方法、マスク蒸着法、スクリーン印刷法、およびオフセット印刷法などから適宜選択して用いることができ、膜の端部でめくれが起こりにくい方法を用いることが好ましい。
【００１６】
電極１１ａ，１１ｂの幅Ｗｄと導電膜１２ａ，１２ｂの幅Ｗｆは、必要とされる放出電流量や、素子に許容される占有面積から決定される。通常、幅Ｗｆは幅Ｗｄよりも狭く、幅Ｗｄは例えば１ｍｍとすることができる。また、電極１１ａ，１１ｂ間の間隔Ｄｇは、例えば数十ｎｍないし数十μｍの範囲内で適宜設定することができる。間隔Ｄｇは、例えば、利用可能なパターニング方法や、素子間での特性ばらつきの許容範囲などの要因に基づいて決定することができる。
【００１７】
導電膜１２ａ，１２ｂは、電極１１ａ，１１ｂ間に、電極１１ａ，１１ｂ間の距離よりも狭いスリットを提供する。加えて、導電膜１２ａ，１２ｂは、電子放出膜１３が堆積するための下地層として機能する。
【００１８】
導電膜１２ａ，１２ｂには、電極１１ａ，１１ｂと同様に、金属、半金属、半導体から選ばれた材料を用いることができる。導電膜１２ａ，１２ｂは、不連続となる限界程度に薄く、導電性があるのに十分な厚さに形成されていることが好ましい。導電膜１２ａ，１２ｂの材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒなどのように触媒として使用される遷移金属を用いることが特に好ましいが、これらに限定されるものではない。導電膜１２ａ，１２ｂは、通常、所定のサイズの連続膜として形成された後に電極１１ａ，１１ｂ間に電圧を印加することにより得られる。そのような処理により、連続膜は部分的に溶断・破壊されて不連続化する。なお、上述した連続膜を形成するのに利用する成膜方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、レーザアブレーション法などの真空蒸着法、めっき液やコロイド溶液から導電材料を析出させる析出法、表面をアルカンチオールなどの有機分子で安定化した金属・半導体超微粒子による自己組織化膜析出法などから選択して用いることができる。
【００１９】
電子放出膜１３は、導電膜１２ａ，１２ｂ上およびこれらの間のスリット内に形成されており、導電膜１２ａ，１２ｂに電気的に接続されている。電子放出膜１３の幅Ｄｃは、通常、数ｎｍと極めて狭い。
【００２０】
電子放出膜１３の一部は、電極１１ａ，１１ｂ間に電流を流した際に電子を放出する電子放出部１３ａを構成している。電子放出部１３ａは、例えば、その周囲に比べて抵抗の高い部分である。そのような高抵抗部は、例えば、図３に示すように電子放出膜１３に亀裂を設けることや、電子放出膜１３の一部の組成とその周囲の組成とを異ならしめることなどにより形成することができる。なお、図３に示すように電子放出膜１３に亀裂を設ける場合、その亀裂は電子放出膜１３を完全に分断するものであってもよく、電子放出膜１３を不完全に分断するものであってもよい。
【００２１】
次に、電子放出膜１３の好ましい形成方法について解説する。導電膜１２ａ，１２ｂ上への電子放出膜の堆積は、その材料となる気体を含む雰囲気中で、電極１１ａ，１１ｂ間に通電し、素子を駆動することによって行なわれる。なお、導電膜１２ａ，１２ｂは、通電による堆積物堆積に先立って、あらかじめ寸断された状態に形成される。
【００２２】
上述した電子放出素子は、例えば、以下の方法により製造することができる。ここでは、まず、電子放出膜１３の形成に使用可能な装置について説明し、次いで、電子放出素子の製造プロセスの一例について説明する。
【００２３】
図４は、図１，２に示す電子放出素子の電子放出膜１３の形成に使用可能な装置を概略的に示す図である。図４に示す装置は、真空容器２１を有しており、ゲートバルブ２３が設けられた排気管を介して排気系２２に接続されるとともに、流量調節部２４が設けられた給気管を介して原料ガス供給系２５に接続されている。また、この真空容器２１は、参照番号２７で示す図１，２の電子放出素子とアノード３０とを収容している。アノード３０は配線２６を介して電圧印加・測定部３１に電気的に接続されており、また、電子放出素子２７の−側の電極と＋側の電極とは配線２８，２９を介して電圧印加・測定部３１に電気的に接続されている。
【００２４】
真空容器２１としては、通常の真空装置に用いるメタルチャンバーを用いることができる。真空容器２１の到達真空度は、１０-7Ｔｏｒｒ以下であることが好ましく、１０-10Ｔｏｒｒ以下であることがより好ましい。また、排気系２２は、オイルフリーであることが好ましく、例えば、磁気浮上ターボ分子ポンプ、ダイアフラムポンプ、スクロールポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプなどを適宜組み合わせたものを用いることができる。
【００２５】
原料ガス供給系２５は、原料を収容した容器と、原料の蒸気圧調整用の容器温度調節機構、原料ガスの１次圧調整機構などから構成されている。容器内の原料が気体、液体、固体の何れであっても容器温度と１次圧とを適宜調整することができる。この原料ガス供給系は、同時に複数の原料ガスを供給できるように、複数の供給系が並列に配置されているものであってもよい。
【００２６】
次に、図１，２に示した電子放出素子の製造プロセスの一例について説明する。
【００２７】
まず、電極１１ａ，１１ｂおよび導電膜１２が形成された基板１０（素子２７）を、図４に示す装置の真空容器２１内に据え付ける。この時点では、導電膜１２は導電膜１２ａ，１２ｂへと分断されていない。そして、電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ配線２８，２９を接続し、容器２１内を排気する。
【００２８】
次に、配線２８，２９に接続された電極１１ａ，１１ｂ間に通電する。これにより、導電膜１２は発熱し、それを構成する材料の一部が凝集して、導電膜１２には不連続部が形成される。この不連続部は直ぐに拡大し、導電膜１２を＋側の部分１２ａと−側の部分１２ｂとに分断する。その結果、電極１１ａ，１１ｂ間には電流が殆ど流れなくなる。この時点で通電を終了する。
【００２９】
その後、電子放出膜１３の材料となるガスを真空容器２１内に導入し、流量や排気速度を調節することによって、容器２１内のガス圧を一定値に安定化させる。真空容器２１内の圧力は、例えばイオンゲージなどを用いて計測することができる。また、真空容器２１内の圧力は、４重極質量分析計などを用いて、真空容器２１内のガス種の組成をモニターしながら制御することができる。真空容器２１内での好ましい圧力は用いる活性化ガスに依存し、通常、１０-1Ｔｏｒｒ程度乃至１０-8Ｔｏｒｒ程度の範囲から選択することができる。
【００３０】
通電部３０を用いて素子２７に通電すると、放出電子、電界、熱などの作用によって原料ガスが分解され、導電膜１２ａ，１２ｂ間に電子放出膜の材料が堆積する。なお、通電部３０によって印加する電圧の波形は、直流波形、三角波形、矩形波形、パルス波形などから適宜選択することができる。
【００３１】
この堆積が進行するのに応じて、素子電流が増大する。素子電流が十分増大した時点で通電を停止することにより堆積を終了する。通電終了の判断基準は、素子に必要とされる電流量や電流−電圧特性などから決定することができる。  
堆積終了後、残留した原料ガスを十分に除去することにより、新たな堆積を抑制させ、特性を安定化させる。残留したガスの除去方法としては、２００〜３００℃程度のベーキングが有効である。
【００３２】
なお、導電膜１２ａ，１２ｂ上に電子放出膜１３を形成する工程は、複数回繰り返しても良く、異なる組成の膜を順に重ねて堆積させることもできる。導電膜１２ａ，１２ｂと電子放出膜１３とによって、電子放出素子１５本体が構成される。これを基板上にマトリックス状に配置することによって、電子源基板が得られる。
【００３３】
図５には、電子源基板の平面図を示す。図示するように、電子源基板５２においては、基板１０上に電子放出素子１５がマトリックス状に配置されている。さらに、それぞれ基板１０上で縦横に延在し且つ互いに電気的に絶縁された複数本の配線４２（Ｄx1，Ｄx2,…，Ｄxn）および４３（Ｄy1，Ｄy2，…，Ｄyn）が設けられている。図６に示すように、配線Ｄｘは、層間絶縁膜４４上に形成された上配線であり、配線Ｄｙは、その層間絶縁膜の下に形成された下配線である。図示していないが、下配線Ｄｙと同一平面上に、素子１５が配置されている。各素子本体１５は、配線Ｄｘの１本および配線Ｄｙの一本に電気的にそれぞれ接続されている。図６に示されるように配線Ｄｘには、水素吸蔵合金からなるゲッタ４０がそれぞれ設けられている。このゲッタについては後に詳述する。
【００３４】
複数の電子放出素子をマトリクス状に配置して電子源基板５２を製造するには、例えば、以下のような手法を採用することができる。まず、所望のサイズのガラス基板を準備し、不純物拡散を防止する等の目的でＳｉＯ2等のアンダーコート層（図示せず）を形成する。基板の端には、後の工程で真空装置に接続して排気するための排気管および穴を設けておく。次に、電子源を形成する位置に電極１１ａ，１１ｂ、および導電膜１２ａ，１２ｂを形成し、これらの電極に電圧を印加する上下の配線をマトリックス状に形成する。例えば、まずｙ方向の下配線（Ｄｙ）を形成し、上下の配線間のショートを防ぐための層間絶縁膜４４を設ける。さらに、その上にｘ方向の上配線（Ｄｘ）を形成する。
【００３５】
最後に、後述するような手法により、上配線Ｄｘ上に水素吸蔵合金からなるゲッタ（図示せず）を形成することによって、電子源基板５２が得られる。
【００３６】
図７には、こうした電子源基板５２を用いた画像形成装置の部分切開斜視図を示す。図示する画像形成装置は、内部に真空な空間を形成した外囲器５１と、外囲器５１内に収容された電子源基板５２とで主に構成されている。
【００３７】
外囲器５１は、一主面に電子源基板５２が取り付けられたリアプレート５３、電子源基板５２に対向して配置された蛍光体基板５４、およびリアプレート５３と蛍光体基板５４との間に介在した枠体５５を有している。リアプレート５３と枠体との間、および蛍光体基板５４と枠体５５との間は、例えば、フリットガラスなどによって封止されている。
【００３８】
蛍光体基板５４は、ガラス基板５６と、ガラス基板５６の電子源基板５２との対向面に形成された蛍光膜５７と、蛍光膜５７上に形成されたメタルバック５８とを有している。なお、図中、参照番号５９は、メタルバック５８に電気的に接続された高圧端子を示している。蛍光膜５７は電子源基板５２からの電子線照射によって発光する蛍光体を含有しており、メタルバック５８は、蛍光体からの発光をガラス基板５６側へと反射すること、電子ビームを加速するための電場を形成すること、および外囲器５１内で発生した陰イオンが衝突することにより蛍光膜５７がダメージを受けるのを防止することなどを目的として設けられている。メタルバック５８は必ずしも設ける必要はなく、その代わりに、蛍光膜５７とガラス基板５６との間にＩＴＯ膜のような透明電極を設けてもよい。また、メタルバック５８と透明電極とを組み合わせて使用してもよい。
【００３９】
リアプレート５３、蛍光体基板５４、および枠体５５は、外囲器５１の内側と外側との間の圧力差に対して十分な強度を有している。電子源基板５２がそのような圧力差に対して十分な強度を有している場合は、電子源基板５２をリアプレートとして使用すること、すなわち、リアプレート５３を省略することができる。また、上述した圧力差に対する外囲器５１の強度を向上させるために、リアプレート５３と蛍光体基板５４との間にスペーサをさらに介在させてもよい。
【００４０】
電子源基板５２は、すでに説明したような電子放出素子を複数個、マトリクス状に配列した構造を有しており、配線Ｄｘの片側には、水素吸蔵合金からなるゲッタ４０が配置されている。
【００４１】
このディスプレイによる表示は、例えば、メタルバック５８を所定の正電位に維持しつつ、素子本体１５に印加する電圧を閾値電圧未満の電圧と閾値電圧以上の電圧との間で変化させることにより行なうことができる。すなわち、素子本体１５に印加する電圧を閾値電圧以上とすると、素子本体１５の電子放出膜１３から電子が放出される。この電子はメタルバック５８が形成する電場によって十分に加速され、蛍光膜５７に含まれる蛍光体を励起する。これにより、蛍光膜５７中の蛍光体が発光し、その蛍光は蛍光体基板５４側から表示光として観察される。
【００４２】
本発明の実施形態にかかる画像形成装置においては、電子源基板５２に配置された複数の上配線のそれぞれに、水素に対してポンプ作用を有するゲッタ（水素吸蔵合金層）４０が形成されている。水素吸蔵合金層４０は、全ての上配線に形成されていることが好ましいが、必ずしもその必要はない。水素吸蔵合金層４０を形成したことによって、電子放出素子と上配線とのショートによるリーク、および上配線同士のショートによるリークが生じてはならない。したがって、水素吸蔵合金層４０は、電子放出素子と配線との間が不連続となるよう、各配線上にそれぞれ独立して形成される。
【００４３】
図８を参照して、電子源基板５２上に形成されたゲッタの効果について説明する。図示するように、電子放出素子１５の電子放出部から発せられた電子（ｅ-）は、蛍光体面に印加された数ｋＶ程度の電圧で加速されて電子線ＥＢとして蛍光体基板５４へと向かう。蛍光体面へ達するまでの空間で、その空間に残留している水素分子と反応して正イオン化する。正にイオン化された水素イオン（Ｈ+）は、電子源基板方向へ向かう電界（ＥＦ）で加速されて、電子源基板５２へ打ち込まれる。
【００４４】
図示するように、電子源基板５２の上配線Ｄx上には、水素吸蔵合金からなるゲッタ４０が形成されている。したがって、効果的に水素を捕獲することが可能である。これは、次のように説明される。まず、電界によって積極的に打ち込まれるため、ランダムに運動している場合よりも、ゲッタ４０表面への到達確率が高い。しかも、電界で加速されて電子源基板に打ち込まれるため、単なる吸着よりも反応性に富み、捕獲確率が高められる。こうした理由から、残留水素分子を効果的に捕獲することによって、パネルの水素分圧を低減することが可能となる。
【００４５】
ゲッタ４０は、水素吸蔵合金から形成される水素吸蔵合金層である。水素吸蔵合金を構成するための金属単体としては、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｌａ，Ｐｄ，Ｖ，Ｍｇ，およびＣｏ等が挙げられる。これらを含む合金としては、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ，Ｌａ−Ｎｉ，Ｍｎ−Ｎｉ，Ｍｇ−Ｎｉ，Ｔｉ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｔｉ−Ｍｎ，Ｍｇ−Ｎｉ，Ｔｉ−Ｃｏ，Ｔｉ−Ｌａ−Ｃｏ，Ｔｉ−Ｖ−Ｃｏ，Ｔｉ−Ｃｏ−Ｍｎ，Ｔｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｔｉ−Ｚｒ−Ｍｎ−Ｍｏ，Ｔｉ−Ｚｒ−Ｍｎ−Ｖ−Ｃｒ，Ｔｉ−Ｚｒ−Ｍｎ，Ｔｉ−Ｃｒ，Ｚｒ−Ｍｎ，およびＴｉ−Ｖ等が挙げられる。これらの合金は、いずれも、下記反応式（１）で表わされるように、常温付近で水素の吸蔵・放出を可逆的に行なうことが可能である。
【数１】
2005093281.tif 000003
上記反応式（１）中、Ｍは合金、ＭＨは水素化物、Ｑは反応熱を示す。反応が右方向へ進むときは発熱反応となり、逆方向では吸熱反応となる。
【００４６】
製造プロセスとの整合を考えた場合、上述したように十分なベーキングを経た後でパネルを封じきることになる。ベーキング工程においては、反応は吸熱反応が促進されるため、（１）式の反応は左方向へ進行する。したがって、水素化物は分解されて、水素を含まない合金が生成される。封じきって排気系から切り離した後では、ビルドアップにより圧力上昇し、水素分圧も高くなる。このため、（１）式の反応は右方向へ進んで効果的に水素が捕獲されることになる。一方、常温付近での水素出し入れがない金属では、（１）式の左辺にあるＭの密度が小さくなってしまうため、合金系ほど効果的な水素捕獲が難しい。
【００４７】
ゲッタが形成される領域は、図８に示したように上配線Ｄx上であることが好ましい。ゲッタの能力は、その面積と強い相関を有しているため、なるべく広い面積で形成することが望まれる。電子源基板上においては、配線の面積が支配的となる。それは、マトリックス配線で多数の素子を並列に駆動する際、一本の配線に多数素子駆動の合計電流が流れるためである。配線での電圧降下を防ぐには配線抵抗は十分に小さくする必要があり、そのためには、配線幅を大きくしなければならない。こうした理由から、配線部は大面積となり、この配線部にはゲッタを形成することが望ましい。
【００４８】
さらに、面積に起因した効果のみならず、配線抵抗をさらに下げることができる点でも有利である。配線はある程度の高さ（数十〜百μｍ程度）を有しているため、配線のエッジ近傍において電界集中が生じ、その結果、水素捕獲効果はよりいっそう高められる。
【００４９】
これとは逆に、配線以外の領域にゲッタを形成した場合には、次のようなデメリットが生じる。例えば素子上に形成した場合には、素子が形成できない、素子がショートしてしまう、放出電流が得られなくなるといった不具合が生じる。また、素子および配線以外のガラス基板上では、そこで捕獲された水素イオンによるチャージアップに起因して、蛍光体基板との間で放電してしまう、配線間あるいは配線と素子間で望ましくない導通が生じてしまう等の不具合が発生する。配線以外の領域に形成されたゲッタに起因する不具合は、ゲッタの膜厚制御を高精度で行なえば克服可能な場合もある。しかしながら、大面積基板においてゲッタの膜厚の均一性を確保するのは難しく、こうした制御は困難な課題である。
【００５０】
あるいは、ゲッタを形成する領域は、電子ビーム軌道の下方の領域とすることもできる。電子ビームに与える配線の影響を小さくするには、突出部の小さい下配線方向へ引き出すことが有効である。電子源基板における電子放出素子の配置方向を、面内で９０°回転した場合であり、このときには、ゲッタの形成領域は下配線上であることが効果的となる。その理由は、すでに説明したとおりであり、イオン化した水素を効果的に捕獲することができるためである。この場合も、下配線と電子放出素子との電気的リーク、および下配線と上配線との電気的リークがないように、下配線のそれぞれに独立してゲッタを形成する必要がある。
【００５１】
次に、具体例を示して本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【００５２】
まず、予備実験として、水素分圧と電子放出素子の安定性との関係を調べた。用いた電子放出素子は、以下のように作製した。基板１０には石英ガラス基板を使用し、電極１１ａ，１１ｂにはＴｉ膜を用い、導電膜１２ａ，１２ｂにはＰｔ蒸着膜を用いた。導電膜１２ａ，１２ｂの幅Ｗｆは５００μｍとし、電極１１ａ，１１ｂ間の間隔Ｄｇは８０μｍとした。また、電子放出膜１３の成膜時に電極１１ａ，１１ｂ間に印加する電圧は３０Ｖとした。
【００５３】
こうして得られた電子放出素子を、水素ガス導入系を備えた超高真空チャンバー内に配置して、電圧＝２０Ｖ，パルス幅＝１００μｓ，周波数＝２００ｈｚの条件で駆動した。素子電流に与える水素分圧の影響を調べるために、水素分圧を１Ｐａ，１×１０-1Ｐａ，および１×１０-2Ｐａの３種類で変化させて実験を行なった。なお、水素以外の成分は、分圧が１×１０-5Ｐａ以下であり、素子特性に影響を与えるものではない。得られた結果を図９のグラフに示す。
【００５４】
図９のグラフにおいては、横軸は駆動時間であり、縦軸は素子電流の初期値を１００％とした場合の電流時保持率を示す。曲線ａ，ｂ，およびｃは、それぞれ水素分圧が１Ｐａ，１×１０-1Ｐａ，および１×１０-2Ｐａの場合の結果である。同図より、水素分圧が１Ｐａと高いときは素子劣化が大きく、素子電流維持率は２０時間で４０％程度に減少している。水素分圧を低減することによって、素子電流維持率が安定となり、１×１０-2Ｐａの場合には、３００時間経過後も素子電流維持率はほとんど変化しないことが分かる。
【００５５】
次に、水素ゲッタの材料およびその形成領域による水素分圧の違いを比較した。下記表１に示すように、ゲッタの材料および形成領域を変更してサンプル１〜６の電子源基板を作製した。具体的には、通常の方法により電子放出素子を形成し、これをマトリクス状に配置した。上配線上には、斜め蒸着を行なって各水素ゲッタ材料を堆積してゲッタを形成することにより、電子源基板を得た。ゲッタは、素子部近傍を避けて、配線上および配線エッジ部のみに形成した。また、ゲッタを形成しない以外は同様にして、サンプル７の電子源基板を作製した。
【００５６】
一方、沈降法により蛍光体をガラス基板上に形成した後、蒸着法によりＡｌのメタルバックを形成して、通常の方法により蛍光体基板を作製した。
【００５７】
各電子源基板と蛍光体基板とをパネル状の枠を介して配置し、パネルを作製した。この際、図１０に示すようにＱ−ｍａｓｓ分析計６０を組み込んで、そのＱ−ｍａｓｓにより水素ガス分圧の測定を行なった。図１０中、６１は封じ切り位置であり、６２は真空排気系を表わす。得られたパネルを、素子電圧＝２２Ｖ，パルス幅＝８０μｓ，周波数＝１００ｈｚ，蛍光面電圧＝６ｋＶの条件で一日駆動した後、内部の水素分圧を測定した。得られた結果を、下記表１にまとめる。
【表１】
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表１に示されるように、可逆的な水素の吸蔵・放出を行なう合金系を用いた場合には、金属単体を用いた場合よりも水素分圧の低減効果が大きい。また、同一材料を用いた場合には、電子源基板上に形成した方が蛍光面上よりも水素分圧の低減効果が顕著に現われる。また、蛍光面上のみにゲッタを設けた場合でも水素のポンプ効果は認められるものの、特性の安定化には十分ではないことが分かる。
【００５８】
次に、配線上にゲッタを形成する方法について説明する。ゲッタを形成するに当たっては、例えば素子部上にマスクを設けてゲッタを形成する方法が挙げられる。この方法は、原理的には容易であり実現も可能であるが、実際は大面積基板での位置合わせの際に困難が生じる。また、上述したような配線エッジ部の効果を引き出すためには、配線部よりやや広げた開口部を有するマスクとする必要がある。その場合には、位置合わせ等でさらに難しくなる。
【００５９】
そこで、配線の高さを利用した斜め蒸着が有効である。その概念を図１１に示す。マトリックス配線（Ｄｘ，Ｄｙ）のうち上側の配線Ｄｘをマスクとして利用し、その配線に直交する向きに蒸着する方法である。この方法を用いることによって、素子１５上を避けて配線Ｄｘ上に選択的にゲッタを形成でき、しかも、エッジ部にもゲッタを形成することができる。したがって、水素捕獲の効果を効率的に利用できる。図１１には、上配線Ｄｘの一方の側からの片側蒸着を示したが、上配線に対して対称の位置から蒸着することによって、配線の両側面を覆うことが可能となる。また、蒸着の方法は特に限定されないが、例えばフィラメント状の材料に通電加熱蒸発することができる、あるいは、電子線蒸発の方法等を利用してもよい。
【００６０】
斜め蒸着の条件は、以下のように決定することができる。図１１に示すように、電子放出素子１５が形成されている面から上配線Ｄｘの上端までの高さをｈとし、隣接する上配線Ｄｘの間の距離をＬとする。さらに、蒸着源（ここでは点源とみなす）４５と電子源基板面（図１１では上配線Ｄｘ上面）とにより形成される角をθとすると、
θ＜ｔａｎ-1  （ｈ／Ｌ）
の関係式で与えられる位置に蒸着源４５を配置すればよい。例えば、ｈ＝２００μｍ、Ｌ＝２００μｍとすると、θ＜４５°となる。なお、基板は横方向の大きさを有しているので、ここに示した条件は、最も厳しい位置関係で満たさなければならない条件であることに留意すべきである。
【００６１】
水素吸蔵合金ゲッタを形成するタイミングは、電子源基板と蛍光体基板とでセルを形成する前であれば特に限定されるものではない。水素の出し入れが可逆的に行なわれる水素吸蔵合金を用いるため、真空でのベーキングで水素を排出して、水素を含まないフレッシュな状態となる。したがって、プロセスの最終段でのベーキングの前であれば、いかなるタイミングで形成しても、結局は同じ効果が期待できることになる。
【００６２】
以上、主としてＡｇペースト等で形成された配線の上にゲッタを堆積するという概念で本発明の実施形態を説明してきたが、これに限定されるものではない。電子源基板における配線自体を、水素吸蔵合金で形成することもできる。その場合も、これまで示してきたものと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における電子放出素子の平面図。
【図２】図１に示した電子放出素子の断面図。
【図３】図１に示した電子放出素子に利用可能な電子放出膜の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置における電子放出素子の電子放出膜の形成に使用可能な装置を概略的に示す図。
【図５】電子源基板の一例を表わす平面図。
【図６】図５に示した電子源基板の断面図。
【図７】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置を表わす一部切り欠き図。
【図８】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置におけるゲッタの作用を説明する概略図。
【図９】電子源経時特性の水素分圧依存性を表わすグラフ図。
【図１０】パネル内水素分圧を測定するための構成模式図。
【図１１】電子源と配線の位置関係および高さ関係を説明する模式図。
【符号の説明】
【００６４】
１０…基板；  １１ａ，１１ｂ…電極；  １２ａ，１２ｂ…導電膜，
１３…電子放出膜；  １３ａ…電子放出部；  Ｗｄ…素子電極の幅；  Ｗｆ…薄膜の幅
Ｄｇ…電極の間隔；  Ｄｃ…電子線放出膜の幅；  ２１…真空容器；  ２２…排気系
２３…ゲートバルブ；  ２４…流量調節部；  ２５…原料ガス供給系；  ２６…配線
２７…電子放出素子；  ２８，２９…配線；  ３０…アノード
３１…電圧印加・測定部；  ４０…ゲッタ；  ４２…上配線（Ｄx1〜Ｄxn）
４３…下配線（Ｄy1〜Ｄyn）；  ４４…層間絶縁膜；  ４５…ゲッタ蒸発源
５１…外囲器；  ５２…電子源基板  ５３…リアプレート；  ５４…蛍光体基板
５５…枠体；  ５６…ガラス基板；  ５７…蛍光膜；  ５８…メタルバック
５９…電圧端子；  ６０…Ｑ−ｍａｓｓ；  ６１…封じ切り位置；６２…真空排気系。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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