(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板で形成されている第１の基板と、
ガラス基板で形成され前記第１の基板に対向するように配置されている第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板を所定の間隔で保持し対向空間を形成するための側壁部と、
前記対向空間を真空に引くための排気孔が形成されるとともに、排気処理後に封着され前記対向空間を真空状態とする排気部と、
前記対向空間内もしくは前記対向空間と連続する空間であって、少なくとも前記排気部から最も離れた位置を含む１又は複数の位置に配置されるガス放出材と、
を備えていることを特徴とする電界放出素子デバイスの真空容器。
【請求項２】
前記第１の基板に電界放出素子が形成され、前記第２の基板に前記電界放出素子に対する対向陽極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子デバイスの真空容器。
【請求項３】
前記ガス放出材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈのうちの少なくとも１種を含む水素化合金又は水素吸蔵材であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子デバイスの真空容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源として電界放出素子（電界放出カソード）が内蔵されている電界放出素子の真空容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の真空容器に微少な電界放出素子を多数個内蔵し、マイクロメートルサイズの真空微細構造を集積した電界放出電子機器が真空マイクロエレクトロニクスとして実用化されようとしている。
このような真空マイクロエレクトロニクス技術の応用として、薄型のフラットパネル構造の電界放出表示装置、撮像管、およびリソグラフィー用電子ビーム装置などが応用電界放出デバイスとして研究開発がなされている。
【０００３】
電界放出素子を使用した薄型フラットパネル表示装置は、１つの画素に複数の微小冷陰極（エミッタ）を対応させたものである。
この微小冷陰極としては先端が鋭角に形成されている電界放出素子、ＭＩＭ型電子放出素子、表面伝導型電子放出素子、ＰＮ接合型電子放出素子などを用いた各種のものが提案されている。
これらのうち、最も代表的なものは、日経エレクトロニクス，Ｎｏ．６５４（１９９６．１．２９）ｐ．８９−９８等に記載されているような、電界放出カソードを用いたＦＥＤであり、その一例として、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型と呼ばれる電界放出素子（ＦＥＣ）が知られている。
【０００４】
このスピント型の電界放出素子は図１０に示すようにカソード基板Ｋ上にエミッタ電極Ｅが多数個設けられ、その上に絶縁層ＳｉＯ2が一面に形成されている。
絶縁層の上にゲート電極ＧＴが蒸着等によって成膜され、エミッタ電極Ｅの先端部で開放するホールを形成して電子を引き出すようにしている。
【０００５】
カソード電極Ｋとゲート電極ＧＴ間に電圧Ｖｇｋを加えることによりエミッタ電極Ｅの先端部から電子が放出される。そして、その電子がカソード電極Ｋと真空空間で対向する位置に配置されるアノード電極Ａに印加されているアノード電圧Ｖａによって捕捉される。このような電界放出素子をグループとして、ストライプ状に形成されているゲート電極を順次走査しつつ、カソード電極の各ストライプ状電極にそれぞれ画像信号を供給することにより、アノード電極に設けられた蛍光体が発光し表示器としての動作が行なわれる。
【０００６】
図１１（ａ）（ｂ）は、このような表示装置の外囲器の斜視図と側面の断面を示したものである。
図中、１はアノード側のガラス基板（以下、アノード側基板ともいう）、２はカソード側のガラス基板（以下、カソード側基板ともいう）を示し、これらの基板の対向する空間には前記したマイクロメートルサイズの電界放出素子と、アノード電極がそれぞれの基板の内側に対向して形成されている。
３はゲッター基板でその底面に内部を真空に引くための排気孔６ａが設けられている。４はゲッタ部材を示し、通常は蒸発型のゲッター材料を真空に引いた後に高温でフラッシュすることにより管内ガス圧を低く保つことができるようになされている。
【０００７】
カソード側基板２とアノード側基板１とが微少間隔、約２５０μｍ〜数ｍｍ離隔した状態でフリットガラス５によって封着されており、両基板は一般的には相互にずらして対向させて配置させている。その結果、両方の基板の対向していない部分に前記した電界放出素子のカソード電極引き出しリード部、及びゲート電極引き出しリード部を配置することができる。
また、カラー表示を行う場合はアノード側基板１にも突出した部分が形成されるように切り出すことにより、図示されていないがこの部分にもアノード電極引き出し部を配置することができる。
【０００８】
このように、カソード側基板２とアノード側基板１とは、ゲッター基板３の部分を除き、周辺部分をフリットガラス５などによって封着されており、このゲッター基板３は、図示されていない排気装置にセットされ、真空ポンプで内部の気体を排気するようになされている。
【０００９】
電界放出素子が内装されている真空外周器においては、カソード側基板２とアノード側基板１とが微少間隔離隔されて配置されているが、その間の空間を高い真空度にするために、一般的にはゲッター室の中には蒸発型のゲッター４が載置され、このゲッター４を外部から高温で加熱することによってゲッターを蒸発し、排気工程後に、浸透及び内部の電子材料等から発散する残留ガスを吸着させるためのゲッタミラーが、ゲッター室の一面に形成されるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなフラット型の表示装置の場合は、真空容器として極めて薄い空間（ｔ）を有しているため、真空ポンプでこの空間を真空状態に引いても、狭い空間を流れる気体の流通コンダクタンスが悪いため真空状態に引くことが困難になる。そして十分な排気ができなかった場合、残留ガスがＦＥＣ動作に対してエミッションの低下を引き起こす。
また、真空空間の体積に比較して真空空間に存在する電界放出素子等を形成している材料の比率が高いため、この材料の内部、及び表面に付着して残留ガス（特に水分）を排出して内部を所定の真空度以上となるように真空度を高めるためには長時間の真空工程が必要になるという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題点に鑑みて、真空空間を形成するための排気を効率的に実行できるようにすることを目的とし、さらに、電界効果素子デバイスとしての長寿命化を実現するものである。
【００１２】
このために電界放出素子デバイスの真空容器として、ガラス基板で形成されている第１の基板と第２の基板とを側壁部を介して所定の間隔で対向させ、対向空間を形成するようにして真空容器を形成する。そしてこの真空容器には対向空間を真空に引くための排気孔が形成されるとともに排気処理後に封着され対向空間を真空状態とする排気部と、対向空間内もしくは対向空間と連続する空間であって排気部から最も離れた位置を含む１又は複数の位置に配置されるガス放出材とを備えているようにする。
特に、第１の基板に電界放出素子が形成され、第２の基板に電界放出素子に対する対向陽極が設けられているようにする。
またガス放出材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈのうちの少なくとも１種を含む水素化合金又は水素吸蔵材であるとする。
【００１３】
ガス放出材が排気部より最も離れた位置に配されていることにより、排気処理時にそのガス放出材から放出されるガスが対向空間内のガス（Ｈ2Ｏ等）を排気部側に追い出す作用をなし、これによってコンダクタンスが小さくても良好に排気処理を行うことができる。
またガス放出材が水素化合金又は水素吸蔵材などの水素放出材とすることで、ガス放出材からのガスが排気を困難とするものとはならない。また逆に、僅かに残留していると酸化防止として作用し、長寿命化を期待することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図３で本発明の実施の形態としての一例を説明する。
図１（ａ）は本例の真空容器の構造を示している。
上記図１０で説明したようなアノードＡ及びカソードＫを有する、アノード側基板１及びカソード側基板２は、周囲部にシールガラスペースト５が塗布され、焼成して固着されることで、真空とされるべき対向空間１０を有する真空容器を形成する。
ここでアノード側基板１とカソード側基板２のギャップは図示しないスペーサにより例えば２００μｍとされて固着されることになる。
またこのような真空容器形成の際には、図からわかるようにゲッター基板３、排気管６も固着形成され、ゲッター基板３により形成されるゲッター室には例えばＢａゲッター４が配される。
【００１５】
さらに排気管６（排気孔６ａ）から最も離れた位置としてホルダ８によって保持された水素放出材７が配置される。この場合図２からわかるように、対向空間１０内において排気孔６ａに近い端部とは反対側の端部に沿って、ホルダ８に保持された水素放出材７が配置される。
図３（ａ）にホルダ８を、また図３（ｂ）にホルダ８に保持された水素放出材７を示している。
ホルダ８は、図示するように溝が形成された、高さ約１５０μｍのガラスとされ、この溝に水素放出材７が嵌入される。水素放出材７は、例えばＺｒＨ2を焼結したワイヤー（例えば直径約１００μｍ）により形成されている。またホルダ８の側壁部に開口部を設け、よりガス放出し易い構造としてもよい。
このように水素放出材７を保持したホルダ８が、図１（ａ）、図２のように排気管６から遠い位置に配された上で、上記したようにアノード側基板１とカソード側基板２が固着される。
【００１６】
図１（ａ）のように形成された真空容器に対しては、高温化処理を行うとともに、その高温化により脱離したガスを図示しない真空ポンプで排気管６から排気を行い、対向空間１０を真空とする処理を行う。
このとき図１（ａ）に破線矢印で示すように排気孔６ａからガスが排気されて行くが、同時に図１（ａ）及び図２に示すように、水素放出材７から水素が放出され、排気孔６ａの方に向かって流れていく。この水素によって、対向空間１０内のガスは排気孔６ａに押し出すようになされ、コンダクタンスが小さい対向空間１０内であっても、いわゆる不純物としてのガスは良好に排気されることになる。
また、水素放出材７から放出された水素も、不純物としてのガスに続いて排気される。
【００１７】
そして十分な排気が行われたら、図１（ｂ）に示すように排気管６が封着され、対向空間１０は或るレベル以上の真空状態となる。
またその後ゲッターフラッシュ処理等を行うことで、残留ガスが吸着されることで、真空度が高められる。
【００１８】
ここで、排気管６が封着された後にも、水素放出材７からは或る程度水素の放出は行われる。また、排気処理時に水素放出材７から放出された水素の一部は排気されずに対向空間１０内に残留することもある。
しかしながら、残留水素はカソードへ悪影響を与えてエミッションを低下させるということはなく、逆にエミッタの酸化やコンタミネーションを防止する作用があるため、水素の残留は電界放出素子としての長寿命化を実現するものとなる。
【００１９】
また、本例では水素放出材７は対向空間１０内の一部分のみに配するものであり、例えば対向空間１０の全面に薄膜状に配するものではないため、必要以上の水素が放出されることはなく、従って残留水素による悪影響は発生しないものとなる。もちろん上記のように排気時のＨ2 ガスによる還元効果は、水素放出材７が対向空間１０内の一部分のみに配置されるものであり、かつその配置位置が排気孔６ａから最も離れた位置とされていることでデバイス全面に渡って効果的に得られるものである。
【００２０】
さらに、水素放出材７は排気処理後には他のガス、例えば酸素を還元するゲッターとしても作用することになり、この作用によって特にエミッタ電極の酸化を防止し電界放出素子としての長寿命化に貢献する。
【００２１】
なお、上記例では水素放出材７を、ＺｒＨ2を焼結したワイヤーとしたが、例えばＺｒＨ2  粉末を少量の水ガラスでペースト化したものを、上記ホルダ８の溝に充填し乾燥させたものを用いることも考えられる。
また、同じく水素放出材７として、ガラス板やガラス棒に蒸着したａ−Ｓｉ：Ｈ膜や、ａ−Ｓｉ：Ｈ粒子を用いることも考えられる。
【００２２】
ところで、水素放出材７の配置形態や配置位置に関しては、実施の形態としての各種の例が考えられ、それらを図４以下で説明していく。
図４は、水素放出材７を枠材９により固定配置するものである。
即ち図示するように対向空間１０の端部（排気孔６ａから最も離れた端部）に、例えば高さ１００〜１５０μｍの枠材９を設け、この枠材９と対向空間１０の側壁の間隙部分に水素放出材７が固定配置されるようにしたものである。
【００２３】
この場合、枠材９としては図５に示すように水素放出材７と概略同サイズの直方体としてもよいし、図６に示すように水素放出材７の両端部を規制するようなものとしてもよい。
【００２４】
図７は排気孔６ａが対向空間１０内で１つのコーナー部分に形成される例である。この場合、水素放出材７は対向空間１０内の他の３つのコーナー部分に配置されることで、Ｈ2ガスによる還元効果を高めることができる。このために、排気孔６ａの位置以外の３つのコーナー部分に、それぞれ枠材９が配されて、その枠材９とコーナー壁部の間隙部分に水素放出材７が固定配置される。
【００２５】
図８は排気孔６ａが図中、左右２ヶ所設けられる例である。この場合、排気孔６ａから最も遠い位置として、図中上下側面の中央部分が相当することになり、この部分にコ字状の枠材９が配されて、その枠材９と壁部の間隙部分に水素放出材７が固定配置される。この配置状態により、２つの排気孔６ａ、６ａから排気が行われる際に、放出水素によるパネル内全面にわたっての還元効果を高めることができる。
以上、図７、図８のような配置位置状態は、もちろんホルダ８によって水素放出材７を保持する形態の場合でも可能となる。
【００２６】
図９は、排気孔６ａから最も離れた位置として、対向空間１０と連続する空間１１を形成し、この空間１１内にホルダ８に保持された状態で水素放出材７を配置する。
この場合は、不純ガスの押し出し効果はもちろんのこと、水素放出材７を対向空間１０に配置しないことになるため、表示エリア（アノード基板）としてのデッドスペースを低減できるという利点が得られる。
また、この空間１１は、封着後にゲッター室としても機能することになる。
【００２７】
以上、各種の例を説明してきたが、本発明としてはさらに多様な変形例が考えられる。
また水素放出材７としては、ＺｒＨ2 を用いる例をあげたが、これ以外に、ＴｉＨ2 、ＴａＨ2 、ＶＨ2 、ＭｇＨ2 、ＴｈＨ2 などを用いた水素化合金、水素吸蔵材としてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電界効果素子の真空容器は、真空化のための排気処理の際に、排気部から最も離れた位置に配置されるガス放出材からのガス（水素）が、対向空間内のガスを排気部側に追い出すことになるため、非常に効率よく短時間で良好な排気処理を行うことができるという効果がある。
また、ガス放出材から放出されるガスは、排気時の残留分や封着後の放出分が、真空であるべき対向空間内に残ることも考えられるが、そのガスが水素であることにより、残留分がカソードへ悪影響を与えてエミッションを低下させるということはなく、逆にエミッタの酸化を防止する作用によって、電界放出素子としての長寿命化を期待できる。
また、ガス放出材は封入後もゲッターとなる作用も生じるものと考えられるので、これも電界放出素子としての長寿命化を促す。
以上のことから本発明は、電界放出素子の真空容器としての製造の効率化、デバイスとしての信頼性の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態としての一例の真空容器の構造の説明図である。
【図２】実施の形態の水素放出材の配置状態の説明図である。
【図３】実施の形態の水素放出材及びホルダの斜視図である。
【図４】実施の形態の水素放出材の他の配置形態の説明図である。
【図５】  実施の形態の水素放出材の配置形態例の説明図である。
【図６】実施の形態の水素放出材の配置形態例の説明図である。
【図７】  実施の形態の水素放出材の配置形態例の説明図である。
【図８】実施の形態の水素放出材の配置形態例の説明図である。
【図９】実施の形態の水素放出材の配置形態例の説明図である。
【図１０】電界放出素子の概要説明図である。
【図１１】真空外周器の斜視図と側面断面図を示す。（従来例）
【符号の説明】
１  第１のガラス基板（アノード側基板）
２  第２のガラス基板（カソード側基板）
３  ゲッター室
４  ゲッター
５  シールガラスペースト
６  排気管
６ａ  排気孔
１０  対向空間
１１  空間
【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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