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JP3673591B2 - Exhaust system - Google Patents
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JP3673591B2 - Exhaust system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器の排気装置、これを適用した真空管および平板状画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来真空化された装置は各分野で使用されている。上記の平板状画像表示装置もその一つである。まずこの表示装置について述べる。平板状画像表示装置には、プラズマディスプレイ、EL表示装置、電子線を用いた平板状画像表示装置があり、大画面化、高精細化の要求が増大し、ますます自発光型平板状画像表示装置のニーズが高まりつつある。画像形成装置として蛍光表示管、電界放出型(FE)および表面伝導型の電子放出素子を用いた表示装置など、主に蛍光体を励起して発光させる画像表示装置は、平面でかつ明るく見やすいなどの利点を有しており、産業上積極的に応用され、また期待されている。
【0003】
電子ビームを発生源として、表面伝導型素子を用い、電子ビームを加速し蛍光体に照射し、発光させ画像表示させる薄型の画像表示装置が各種提案されている(例えば、特開平3−261024)。
【0004】
図6および図7は、それぞれ画像表示装置の一例の斜視図および断面図である。図6および図7において、300は画像表示装置内部を排気するための排気管(図では封じ切り後の状態を示している)で、301は電子放出素子を構成した青板ガラスからなるリアプレート、302と303は一定の間隔を隔てて設置された電極、304は電極302,303間に設けられた電子放出部を含む薄膜、308はメタルバック309および蛍光体310が形成された青板ガラスからなるフェスプレート、311は外枠であり、314はゲッタ材コンテナである。ゲッタ材コンテナ314はゲッタ材コンテナ固定治具313に固定されており、内部にはパネル内の真空を維持するという目的のゲッタ材を収納するもので、蒸発型ゲッタ材はフェイスプレート308またはバックプレート(リアプレート)301に蒸着される。
【0005】
ここで、図6および図7を参照して、画像表示装置に製造方法を説明する。画像表示装置の本体である気密容器は排気管300を通して真空排気され、さらにベーキングによって脱ガスを行った後、排気管の一部を加熱して溶融させ、封じ切る(閉塞、切断)。最後に気密容器内部に設置されたゲッタ材コンテナ314を加熱し、その内部に収納された蒸発型ゲッタ材をフェイスプレート308またはバックプレート301に蒸着することによって画像表示装置として完成される。
【0006】
つぎに、表面伝導型電子放出素子について述べる。この表面伝導型電子放出素子としては、電子放出を司る薄膜としてAu薄膜によるもの[G. Dittmer:“ThinSolis Films ”, 9, 317 (1972)]、In23 /SnO2 薄膜によるもの[M. Hartwell and C.G. Fonstad: “IEEE Trans. ED Conf.”, 519 (1975)] 、カーボン薄膜によるもの[荒木久 他:真空、第26巻、第1号、22頁(1983)]等が報告されている。
【0007】
これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成として前述のM.ハートウェルの素子構成を図8に示す。同図において501は絶縁性基板である。502は電子放出部形成用薄膜で、H型形状のパターンにスパッタで形成された金属酸化物薄膜などからなり、後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部503が形成される。504は電子放出部を含む薄膜と呼ぶことにする。なお、図中のLは0.5〜1mm、Wは0.1mmに設定されている。
【0008】
従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に電子放出部形成用薄膜502をあらかじめフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部503を形成するのが一般的であった。すなわち、フォーミングとは前記電子放出部形成用薄膜502の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部503を形成することである。なお、電子放出部503は電子放出部形成用薄膜502の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。以下フォーミングにより形成した電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜502を電子放出部を含む薄膜504と呼ぶ。前記フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述電子放出部を含む薄膜504に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子放出部503より電子を放出せしめるものである。
【0009】
上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたって多数素子を配列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生かしいろいろな応用が可能であり、前述したような画像表示装置にも適している。すなわち近年、液晶を用いた平板状表示装置がCRTに代わって普及してきたが、自発光型でないため、バックライトなどを持たなければならないなどの問題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれてきた。それと比較して表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と、電子源より放出された電子により可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像表示装置は、大画面の装置として比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優れた自発光型表示装置である(例えば、USP5066883)。
【0010】
しかしながら上述したような平板状表示装置は、安定した画像表示のため、表面伝導型電子放出素子部より持続安定した電子放出する必要がある。表面伝導型電子放出素子部は、素子表面上に吸着されている残留分子によって、駆動している表面伝導型電子放出素子の電子放出能力が減少する場合があり、電子放出能力の減少はその残留分子の吸着量に依存しているように見える。したがって、素子表面上の吸着残留分子を極力減少させるための排気手段の必要性が極めて大きいと考えられている。このことは、上記した表面伝導型電子放出素子に限らず、前記した電界放出型電子放出素子にも同様に起こると考えられる。
【0011】
一般に、画像表示装置およびその他の真空装置は排気工程にベーキングと呼ばれる排気時の加熱工程を経ることにより容器内圧力すなわち容器内残留分子を減少させている。ブラウン管などは内部の電子銃を駆動させ、この電子銃から放出される高エネルギーの電子線により容器内を照射し、容器内表面の残留分子を脱離、排気するエージングと呼ばれる工程によって真空容器内の排気を促進させている。一般に真空装置の排気管径を増大することによりベーキング、エージングを含めた排気工程に要する時間を減少、到達真空度を向上させることが可能である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような排気手段には次のような問題点がある。
(1)ベーキング工程はベーキング温度が高く、時間が長いほどその効果は大きくなる。特にベーキング温度を高くすることは重要である。そのために真空管、ブラウン管などでは可能な限り温度を上げてベーキングを行う。しかし、平板状表示装置はその素子部、配線部を熱ダメージから保護するためには真空管、ブランウン管の場合に相当するベーキング温度にすることができない場合がある。
(2)さらに、エージング工程も、残留分子がまだ大量に存在する中で素子を駆動することにより、素子部は少なからぬ損傷を被り、表面伝導型電子放出素子、電界放出型電子放出素子等の電子放出素子本来のもつ電子放出能力を充分に発揮することができない。そして、平板状表示装置の表面伝導型電子放出素子や電界放出型電子放出素子等の駆動は真空管、ブラウン管の場合よりも高真空でなければならない。
(3)また、これらのベーキング工程およびエージング工程なしの排気では充分な容器内圧力、残留分子数に達するまでには長時間必要であり、現実的ではない。真空装置の排気管の径も真空装置の構造的配置、排気管強度、封止工程などを考慮すると、著しく増大させることは困難である。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは平板状画像表示装置の排気手段における諸問題を解決すべく研究を重ねた結果本発明に至った。本発明は次のようなものである。
1.内部空間の真空化を必要とする画像表示装置において、内部空間には、内部空間に存在する気体のイオン化およびイオンの加速を行なうための高電場を印加する正電極及び負電極を備えた排気装置と、ゲッタとが内蔵され、正電極及び負電極は、加速されたイオンがゲッタの表面に向かって流れるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2.排気装置は、イオンの流れを制御する制御電極を有していることを特徴とする上記1に記載の画像表示装置。
3.正電極複数個備えられていることを特徴とする上記1または2に記載の画像表示装置。である。
【0014】
【発明の実施の形態】
前述の高電場印加正電極と負電極とを対向して配置し、この対向した電極間の電場強度を107 V/m以上にすること、正電極表面に吸着している分子はイオン化し、陽イオンとなって電極表面から脱離する現象が観察される。この現象は電界脱離(Field Desorption)として報告されており、[E.W. Muller: Naturwissenschaften, 29 (1941) 533 ほか]、質量分析法への利用[M.G. Ingjram andR. Gomer: J. Chem. Phys., 22 (1954) 1279]のほか、工業用イオン源などとしても利用されている。
【0015】
正電極表面から脱離したイオンは対向電極側に加速される。対向電極形状、構成を適当に選ぶことにより、イオンを対向電極に大部分捕らわれることなく流すことができるので、排気用の排気管を真空化すべき容器に取りつけてある場合に排気管軸に平行なイオン流にすることが可能となる。このイオン流は、一般の気体分子が排気管壁と衝突を繰り返しながら排気されていくのに対し、排気管軸方向に整流されているため排気管のコンダクタンスと無関係に排気を行うことができる。
【0016】
たとえ管壁に衝突しても、イオンが対向電極間で得た運動エネルギーは分子吸着エネルギーと比較して著しく大きいために、イオンは管壁表面で吸着、再放出されることなく鏡面反射して移動する確率が大きく、一般気体分子に比べより少ない衝突回数で排気される。
【0017】
これにより、排気管のコンダクタンスが小さい状態でも排気速度を増大させることが可能となる。また、真空管、ブラウン管などの作製工程においても排気時間の短縮化、ベーキング温度の低下、ベーキング時間の短縮をはかることが可能になる。
【0018】
また、排気管を利用した排気だけではなく、真空容器内のゲッタ部の吸着面に対してこの発明の排気装置を向けて、ゲッタの排気速度を増加させることが可能である。
【0019】
本発明は、排気用の排気管を結合した真空容器の、排気部に対向する部分に上述の対向電極を設け、排気時に電極間に電圧印加、電界脱離させ、真空容器の排気速度を増加させることを特徴とする。また、本発明はこの方法を実施する構造を備えた画像表示装置を包含する。
【0020】
上述の本発明の排気装置、および該排気装置を備えた画像表示装置は電界脱離によるイオン流の形で排気を補助するため、ベーキング温度、エージング工程、排気時間、排気管径などの工程上の条件が従来要求されていた条件を満たさなくても、真空装置内の残留分子を充分に排気することが可能である。上記の条件が緩和されるため、ベーキングによる熱ダメージの軽減、エージング工程時の素子の損傷防止、排気時間短縮などをはかり、かつ画像表示装置の長寿命化、安定化、特性向上をはかることが可能となるものである。
【0021】
以下、図面を参照して本発明に関わる装置の構成とその使用方法について、ここでは画像表示装置の排気を実施態様例として詳細に説明する。
【0022】
図1は本発明の電界脱離法利用の排気装置とこの排気装置を内蔵する画像表示装置の側面図である。以下、図にしたがって上記装置について述べる。図1において101は蛍光体面102とメタルバック103を備えたフェイスプレート、104は外枠、105は表面伝導型電子放出素子107を設置したリアプレート、108が排気管である。109が電界脱離用の正電極であり、110が電界脱離用の負電極である。この両電極によって電界脱離式排気装置が構成されている。正電極109は電界脱離部の電場強度が最大となる形状にする必要がある。正電極の形状としては、図1に示されるような針状のほか、ワイヤー状、ワイヤーによるコイル状、フォイル状、などの形状が適している。
【0023】
正電極109の材質は電子衝撃に強く、高融点の材質が要求される。109の材質を列記するならば、W,Pt,Re,Ta,Ir,Osなどの高融点金属、WC,TaC,TiC,SiCなどの炭化物、Al23 などの酸化物、BN、BCなどの硼化物、TiNなどの窒化物である。これに対して対向する負電極110は電場強度が増大し、かつ正電極109から放出された陽イオンが負電極110に衝突、散乱される確率を減らすように衝突面積が極力小さくなる形状にする必要がある。負電極110の材質は正電極と同様でイオン衝撃に強く高融点の材質が望ましく、正電極で使用される材質が用いられる。
【0024】
正電極109は周囲の電位に比べ高電位であり、負電極110は周囲と同様に接地されている。このため正電極109上に吸着した残留分子は正電極表面でその高電場によってイオン化され、負電極110に向かって加速される。負電極の形状は衝突断面積を極力減らしており、陽イオンは負電極にほとんど捕らえられずに排気管108を通過し、排気される。
【0025】
通常の排気では排気管を通過する気体分子は図5(a)のように排気管口面に対して全方向から入射し、排気管壁面との衝突が起こる。壁面と衝突した気体分子は入射した方向の情報を失い、再び一定の角度分布にしたがって放出される。この壁面との衝突吸着、再放出を繰り返しながら排気される。したがって壁面との衝突回数が多いほど、つまり排気管径が小さく排気管長が長いほど排気速度は低下する。
【0026】
しかし、上記の本発明の排気装置では図5(b)のように排気管軸方向に沿って残留分子の陽イオン流を作り出すため排気管壁面との衝突を減らし、排気速度を上げることが可能となる。
【0027】
上記の排気装置の電極間電圧は、両電極間の電場強度が107 V/m以上であれば排気可能なため、両電極間距離を考慮して求められる。両電極間の距離は電場強度が電界脱離可能であればいくらでも構わないが、装置の配置、電極間電圧や正電極から放出された陽イオンが負電極で捕らわれることを考慮すると10mm以内が望ましい。また、電極間電圧は電界脱離イオンの速度とも関係するため、装置の配置などを考慮して最大限可能な限りの印加電圧が望ましい。
【0028】
また、負電極と排気管の間に制御電極を設置し、排気量の制御や陽イオンの飛行方向の制御を行うことも可能である。制御電極の数は必要であれば幾つでも構わない。制御電極の形状、配置、材質も電場印加可能で陽イオン流制御可能であれば特に限定されることはない。
【0029】
また、図4に示すように真空管内部のゲッタ面113(蒸発型ゲッタを用いた場合は、ゲッタフラッシュにて形成された蒸着面、非蒸発型ゲッタを用いた場合には、ゲッタ材表面)に対して109、110から成る上記排気装置を作動させた場合、加速されたイオンの形でゲッタ面113に衝突するため、ゲッタ面の吸着確率が増加し排気速度を増加させることができる。
【0030】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
【0031】
実施例1
図1に示すような本発明の排気装置を内部に設置した平面状画像表示装置を作製し、画像表示装置の予備排気を行った後ベーキングを行い、その後電界脱離法利用の排気装置を作動させた。
【0032】
平板状画像表示装置は内容積220×246×4(mm)の試作品を使用し、この試作品の排気管108の開口部近傍に本発明の排気装置を設置した。この排気装置の正電極109は長さ8mm、最大径0.1mmの針状電極1本で、材質は高融点、強度を考慮してタングステン製とし、針状電極の先端部はスパッタリングによって鋭角化して電場集中するようにした。針状電極の軸方向は排気管の軸方向と平行に設置し、その先端は排気管108の中心線上に位置するようにした。画像表示装置への固定はCu製の治具で行い、デュメット線で外部導出した。負電極110は円形の金属網で金属線の径は0.01mm、編目のピッチは0.2mmである。負電極110のサイズは直径3mmで排気管の直径3.5mmより若干小さくなっている。金属線の材質は、耐イオン衝撃性、高融点を考慮しプラチナ製とした。又、本実施例においては、電子放出素子107として表面伝導型電子放出素子を用いた。
【0033】
正電極109と負電極110の最接距離は1mmとし、必要電場強度から両極間電圧は1500Vとした。負電極110は排気管口から5mm内側の位置に設置し、予備排気時の障害となるのを極力避けた。
【0034】
この排気装置の効果を確認するため、排気管を不図示の真空計に接続し、排気装置作動時の変化を測定した。ベーキング後の排気系側真空計は6×10-8Torrを指示していた。排気装置を作動させるとほぼ同時に排気系側真空計の指示値が1.4×10-7Torrとなり、画像表示装置内の残留ガスが排気されたことを示した。その後、4時間にわたって排気装置を作動させたところ排気系側真空計の指示値は4×10-8Torrを示した。排気装置を停止し、画像表示装置と真空計との間に存在した残留ガスが除かれ、排気系側真空計の指示値は8×10-9Torrを示し、排気装置が充分に機能していることを確かめた。
【0035】
同条件で該排気装置を作動させない場合、8×10-9Torrに達するのに20時間かかり、排気装置が排気速度の増加に効果があることを確かめた。
【0036】
この排気装置を使用して排気を行った平板状画像表示装置の電子放出素子の電子放出量半減時間を測定したところ、従来工程の画像表示装置の場合に比べて、平均で1.4倍の値を得、表示装置の寿命を大幅に伸ばすことができた。
【0037】
実施例2
図2に示すような本発明の排気装置を内部に設置した平面状画像表示装置を作製し、画像表示装置の予備排気を行った後ベーキングを行い、その後電界脱離法利用の排気装置を作動させた。図において、前述の図1と同じ機能を有する部材には同じ番号を付してある。
【0038】
平板状画像表示装置は内容積220×246×4(mm)の試作品を使用し、この試作品の排気管108の開口部近傍に本発明の排気装置を設置した。排気装置の正電極は実施例1で使用された針状電極を19本を束ね複数針状電極111として使用した。針状電極は互いに0.2mmの距離をおいた六角柱の形状である。又、電子放出素子としては、横型の電界放出型電子放出素子(FE)を用いた。そのほかの構造は実施例1と同様である。
【0039】
この排気装置の効果を確認するため、排気系側に真空計を設置し、排気装置作動時の変化を測定した。ベーキング後の排気系側真空計は6×10-8Torrであった。該排気装置作動と同時に排気系側真空計の指示値は4×10-7Torrを示し、その後排気装置の動作を4時間続けると排気系側真空計の指示値は6×10-8Torrに下がった。排気装置を停止させると排気系側真空計の指示値が7×10-9Torrに低下し、排気装置が充分に機能していることを確認した。
【0040】
同条件でこの排気装置を作動させない場合、24時間内に7×10-9Torrに達することはできなかった。
【0041】
排気装置を使用して排気した平板状画像表示装置の電子放出素子の電子放出量半減時間を測定したところ、従来工程の画像表示装置の場合と比べて、平均で1.8倍の値を得、表示装置の寿命を大幅に伸ばすことができた。
【0042】
実施例3
図3に示すような本発明の排気装置を内部に設置した平面状画像表示装置を作製し、画像表示装置の予備排気を行った後ベーキングを行い、その後電界脱離法利用の排気装置を作動させた。図において、前述の図1と同じ機能を有する部材には同じ番号を付してある。
平板状画像表示装置は内容積220×246×4(mm)の試作品を使用し、この試作品の排気管108の開口部近傍に本発明の排気装置を設置した。排気装置の正電極109、負電極110は実施例1で使われたものであり、これら電極とは別に制御電極112を負電極110と排気管108の口部との間に配置した。制御電極112は排気管口部より5mm内側の位置に配置し、負電極110は制御電極112から3mmの位置である。負電極110と正電極109の位置関係は実施例1と同様である。制御電極112は内径3mm、長さ3mm、厚さ0.2mmの円筒形で正電極電位に近い電圧を印加することにより陽イオン流の制御を行うようになっている。制御電極112の材質は、イオン、電子衝撃が少ないので高強度である必要はなく、Au製の電極を用いた。その他の構造は実施例1と同様である。
【0043】
この排気装置の効果を確認するため、排気系側に真空計を設置し、排気装置作動時の変化を測定した。ベーキング後の真空系側真空計指示値は6×10-8Torrであった。この排気装置作動と同時に排気系側真空計の指示値は3×10-7Torr示し、その後排気装置の動作を4時間続けけると排気系側真空計の指示値は8×10-8Torrまで下がった。その後排気装置の動作を停止させると排気系側真空計の指示値が1×10-8Torrに低下し、排気装置が充分に機能していることを確認した。
【0044】
同条件でこの排気装置を作動させない場合、1×10-8Torrに達するのに12時間かかり、この排気装置が排気速度の増加に効果があることを確認した。
【0045】
この排気装置を使用して排気を行った平板状画像表示装置の電子放出素子の電子放出量半減時間を測定したところ、従来工程で作製されたの画像表示装置の場合に比べて、平均で1.2倍の値を得、表示装置の寿命を大幅に伸ばすことができた。
【0046】
実施例4
図4に示すような本発明の排気装置を内部に設置した平板状画像表示装置を作製し、画像表示装置の予備排気、ベーキングなどの従来工程を行った後、排気管を封止しこの電界脱離法利用の排気装置を作動させた。図において前述の図1と同じ機能を有する部材には同じ番号を付してある。
【0047】
平板状画像表示装置は実施例1と同様の内容積220×246×4(mm)の試作品を使用し、この試作品のゲッタ面113に対して排気装置を設置した。排気装置の正電極109、負電極110は実施例1で使われたものである。ゲッタ面113に対して負電極は5mmの距離におかれており負電極110と正電極109の配置は実施例1と同様である。なお114はゲッタコンテナである。
【0048】
この排気装置はゲッタ面113に対し、陽イオン流を衝突させるようになっており、ゲッタの化学的吸着のみならず、ゲッタ面に残留分子を埋め込む働きをもっている。これによりゲッタの排気速度を上げることが可能となる。
【0049】
この排気装置を実施例1と同条件で連続作動させたとろ、画像表示装置の電子放出素子の電子放出量半減時間を、従来工程で作製しこの排気装置を内蔵しない画像表示装置に比べ1.4倍に伸ばすことができた。
【0050】
【発明の効果】
以上、説明してきたように本発明を適用することにより平板状画像表示装置の排気管径を増大することなく排気速度を増加し、排気時間の短縮、到達真空度の向上をはかり、画像表示装置内の残留分子を低減することができるため、画像表示装置の長寿命化、画像の安定化、均一化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例の排気装置を備えた平板状画像表示装置の模式的断面図である。
【図2】本発明の他の例の排気装置を備えた平板状画像表示装置の模式的断面図である。
【図3】制御電極を使用した本発明の排気装置を備えた平板状画像表示装置の模式的断面図である。
【図4】ゲッタ面に対して使用する本発明の排気装置と平板状画像表示装置の模式的断面図である。
【図5】排気管中の気体分子運動の模式図で(a)は従来装置(b)は本発明の装置の使用時のものである。
【図6】平板状画像表示装置の模式的斜視図である。
【図7】図6の平板状画像表示装置の排気管を含む断面の模式的断面図である。
【図8】平板状画像表示装置に使用される表面伝導型電子放出素子の模式図である。
【符号の説明】
101 フェイスプレート
102 蛍光体
103 メタルバック
104 外枠
105 リアプレート
106 配線
107 表面伝導型電子放出素子
108 排気管
109 針状正電極
110 負電極
111 複数針状電極
112 制御電極
113 ゲッタ面
114 ゲッタコンテナ
300 排気管
301 バックプレート
302,303 電極
304 薄膜
308 フェースプレート
309 メタルバック
310 蛍光体
311 外枠
313 ゲッタ材コンテナ固定治具
314 ゲッタ材コンテナ
501 基板
502 電極
503 電子放出部
504 導電性薄膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust device for a vacuum vessel, a vacuum tube to which the exhaust device is applied, and a flat image display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, vacuumed apparatuses are used in various fields. The flat image display device is one of them. First, this display device will be described. Flat-panel image display devices include plasma display, EL display devices, and flat-panel image display devices using electron beams. The demand for larger screens and higher definition is increasing, and more self-luminous flat-panel image displays. There is a growing need for equipment. Image display devices that excite phosphors mainly to emit light, such as display devices using fluorescent display tubes, field emission (FE) and surface conduction electron-emitting devices as image forming devices, are flat and bright and easy to see Therefore, it is actively applied and expected in the industry.
[0003]
Various types of thin image display devices have been proposed that use a surface conduction type element as an electron beam source, accelerate the electron beam, irradiate the phosphor, emit light, and display an image (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-261024). .
[0004]
6 and 7 are a perspective view and a cross-sectional view of an example of the image display device, respectively. 6 and 7, 300 is an exhaust pipe for exhausting the inside of the image display device (shown in the figure after sealing), 301 is a rear plate made of blue plate glass constituting an electron-emitting device, 302 and 303 are electrodes arranged at a certain interval, 304 is a thin film including an electron emission portion provided between the electrodes 302 and 303, and 308 is made of blue plate glass on which a metal back 309 and a phosphor 310 are formed. A festival plate, 311 is an outer frame, and 314 is a getter material container. The getter material container 314 is fixed to a getter material container fixing jig 313, and stores therein a getter material for the purpose of maintaining a vacuum in the panel. The evaporable getter material is a face plate 308 or a back plate. Vapor deposited on (rear plate) 301.
[0005]
Here, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, a manufacturing method for the image display apparatus will be described. The airtight container, which is the main body of the image display device, is evacuated through the exhaust pipe 300 and further degassed by baking, and then a part of the exhaust pipe is heated and melted and sealed (blocked, cut). Finally, the getter material container 314 installed in the hermetic container is heated, and the evaporation type getter material housed in the container is deposited on the face plate 308 or the back plate 301 to complete the image display device.
[0006]
Next, a surface conduction electron-emitting device will be described. As this surface conduction electron-emitting device, an Au thin film is used as a thin film for controlling electron emission [G. Dittmer: “ThinSolis Films”, 9, 317 (1972)], an In 2 O 3 / SnO 2 thin film [M. Hartwell and CG Fonstad: “IEEE Trans. ED Conf.”, 519 (1975)], carbon thin film [Hisa Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, pp. 22 (1983)] etc. have been reported. ing.
[0007]
As a typical device configuration of these surface conduction electron-emitting devices, the above-described M.P. FIG. 8 shows the element structure of Hartwell. In the figure, reference numeral 501 denotes an insulating substrate. Reference numeral 502 denotes a thin film for forming an electron emission portion, which is formed of a metal oxide thin film formed by sputtering in an H-shaped pattern, and an electron emission portion 503 is formed by energization processing called forming described later. Reference numeral 504 denotes a thin film including an electron emission portion. In the figure, L is set to 0.5 to 1 mm, and W is set to 0.1 mm.
[0008]
Conventionally, in these surface conduction electron-emitting devices, the electron-emitting portion 503 is generally formed in advance on the electron-emitting portion forming thin film 502 by an energization process called forming before electron emission. That is, forming is an electron emission in which a voltage is applied to both ends of the electron emission portion forming thin film 502 to locally destroy, deform, or alter the electron emission portion forming thin film to bring it into an electrically high resistance state. Forming a portion 503. In the electron emission portion 503, a crack is generated in a part of the electron emission portion forming thin film 502, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. Hereinafter, the electron emission portion forming thin film 502 including the electron emission portion formed by forming is referred to as a thin film 504 including the electron emission portion. In the surface conduction electron-emitting device subjected to the forming process, a voltage is applied to the thin film 504 including the electron-emitting portion and a current is caused to flow through the device, whereby electrons are emitted from the electron-emitting portion 503.
[0009]
The above-described surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices can be formed over a large area because of its simple structure and easy manufacture. Therefore, various applications are possible by making use of this feature, and it is also suitable for the image display apparatus as described above. That is, in recent years, flat panel display devices using liquid crystals have become popular in place of CRTs, but they are not self-luminous and have problems such as having a backlight and the like, and development of self-luminous display devices. Has been desired. Compared to this, an image display device, which is a display device that combines an electron source with a large number of surface-conduction-type emission elements and a phosphor that emits visible light by electrons emitted from the electron source, is a large-screen device. It is a self-luminous display device that can be manufactured relatively easily and has excellent display quality (for example, USP 5066883).
[0010]
However, the flat display device as described above needs to emit electrons stably and stably from the surface conduction electron-emitting device unit for stable image display. In the surface conduction electron-emitting device part, the electron emission ability of the surface conduction electron-emitting device being driven may decrease due to residual molecules adsorbed on the device surface, and the decrease in the electron emission ability It seems to depend on the amount of molecules adsorbed. Therefore, it is considered that there is a great need for an evacuation means for reducing adsorption residual molecules on the element surface as much as possible. This is considered to occur not only in the surface conduction electron-emitting device described above but also in the field emission electron-emitting device described above.
[0011]
In general, an image display device and other vacuum devices reduce the internal pressure of the container, that is, the residual molecules in the container, through a heating process during evacuation called baking in the evacuation process. A cathode ray tube or the like drives an internal electron gun, irradiates the inside of the container with a high-energy electron beam emitted from the electron gun, and desorbs and exhausts residual molecules on the inside surface of the container by a process called aging. Promoting exhaust. Generally, by increasing the exhaust pipe diameter of the vacuum apparatus, it is possible to reduce the time required for the exhaust process including baking and aging, and to improve the ultimate vacuum.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exhaust means as described above have the following problems.
(1) The baking process has a higher baking temperature, and the longer the time, the greater the effect. In particular, it is important to increase the baking temperature. For this purpose, baking is performed at a temperature as high as possible in a vacuum tube or a cathode ray tube. However, in some cases, the flat display device cannot be baked at a temperature corresponding to that of a vacuum tube or a blank tube in order to protect the element portion and the wiring portion from thermal damage.
(2) Further, in the aging process, the device is damaged in a considerable amount by driving the device in the presence of a large amount of residual molecules, so that the surface conduction electron-emitting device, the field emission electron-emitting device, etc. The electron emission capability inherent to the electron-emitting device cannot be fully exhibited. The driving of the surface conduction electron-emitting device and the field-emission electron-emitting device of the flat panel display device must be higher in vacuum than in the case of a vacuum tube or a cathode ray tube.
(3) Further, exhaust without these baking and aging steps requires a long time to reach a sufficient pressure in the container and the number of residual molecules, which is not realistic. Considering the structural arrangement of the vacuum device, the strength of the exhaust tube, the sealing process, and the like, it is difficult to significantly increase the diameter of the exhaust tube of the vacuum device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have come to the present invention as a result of repeated studies to solve various problems in the exhaust means of the flat image display device. The present invention is as follows.
1. In an image display device that requires the internal space to be evacuated , the internal space is provided with a positive electrode and a negative electrode that apply a high electric field for ionizing and accelerating the gas existing in the internal space. When, a built-in and getter, positive electrode and negative electrode, an image display device characterized by accelerated ions are arranged to flow toward the getter surface.
2. 2. The image display device as described in 1 above, wherein the exhaust device has a control electrode for controlling the flow of ions .
3. The positive electrode image display apparatus according to the above 1 or 2, characterized in that provided plural. It is.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The above-described high-field applying positive electrode and negative electrode are arranged to face each other, the electric field strength between the opposed electrodes is set to 10 7 V / m or more, and molecules adsorbed on the surface of the positive electrode are ionized, The phenomenon of cations and desorption from the electrode surface is observed. This phenomenon has been reported as field desorption [EW Muller: Naturwissenschaften, 29 (1941) 533 et al.], And application to mass spectrometry [MG Ingjram and R. Gomer: J. Chem. Phys., 22 (1954) 1279], as well as industrial ion sources.
[0015]
Ions desorbed from the positive electrode surface are accelerated toward the counter electrode. By appropriately selecting the shape and configuration of the counter electrode, ions can flow without being largely trapped by the counter electrode. Therefore, when the exhaust pipe for exhaust is attached to the container to be evacuated, it is parallel to the axis of the exhaust pipe. It becomes possible to make an ion flow. This ion flow is exhausted while repeating general gas molecules repeatedly colliding with the exhaust pipe wall, but is rectified in the axial direction of the exhaust pipe, so that exhaust can be performed regardless of the conductance of the exhaust pipe.
[0016]
Even if it collides with the tube wall, the kinetic energy obtained between the counter electrodes is significantly larger than the molecular adsorption energy, so that the ion is specularly reflected without being adsorbed and re-emitted on the tube wall surface. It has a high probability of moving and is exhausted with fewer collisions than ordinary gas molecules.
[0017]
As a result, the exhaust speed can be increased even when the conductance of the exhaust pipe is small. In addition, it is possible to shorten the evacuation time, lower the baking temperature, and shorten the baking time in the manufacturing process of a vacuum tube, a cathode ray tube, and the like.
[0018]
In addition to exhaust using the exhaust pipe, it is possible to increase the exhaust speed of the getter by directing the exhaust device of the present invention toward the adsorption surface of the getter portion in the vacuum vessel.
[0019]
In the present invention, the above-mentioned counter electrode is provided in the portion of the vacuum vessel that is connected to the exhaust pipe for evacuation so as to oppose the exhaust portion. It is characterized by making it. The present invention also includes an image display device having a structure for performing this method.
[0020]
Since the above-described exhaust device of the present invention and the image display device equipped with the exhaust device assist the exhaust in the form of an ion flow due to field desorption, it is necessary to perform processes such as baking temperature, aging process, exhaust time, and exhaust pipe diameter. Even if this condition does not satisfy the condition conventionally required, it is possible to sufficiently exhaust the residual molecules in the vacuum apparatus. Since the above conditions are relaxed, it is possible to reduce thermal damage due to baking, prevent damage to elements during the aging process, shorten exhaust time, etc., and extend the life, stability, and characteristics of the image display device. It is possible.
[0021]
Hereinafter, the configuration of the apparatus according to the present invention and the method of using the apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an embodiment of exhaust of the image display apparatus.
[0022]
FIG. 1 is a side view of an exhaust device using the field desorption method of the present invention and an image display device incorporating the exhaust device. The above apparatus will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 101 is a face plate having a phosphor surface 102 and a metal back 103, 104 is an outer frame, 105 is a rear plate on which a surface conduction electron-emitting device 107 is installed, and 108 is an exhaust pipe. 109 is a positive electrode for field desorption and 110 is a negative electrode for field desorption. The electric field detachment type exhaust device is constituted by these two electrodes. The positive electrode 109 needs to have a shape that maximizes the electric field strength of the electric field desorption portion. As the shape of the positive electrode, a needle shape as shown in FIG. 1, a wire shape, a coil shape with a wire, a foil shape, and the like are suitable.
[0023]
The material of the positive electrode 109 is resistant to electron impact, and a material having a high melting point is required. If 109 materials are listed, refractory metals such as W, Pt, Re, Ta, Ir, Os, carbides such as WC, TaC, TiC, SiC, oxides such as Al 2 O 3 , BN, BC, etc. Borides, nitrides such as TiN. On the other hand, the opposing negative electrode 110 has a shape in which the collision area becomes as small as possible so that the electric field strength increases and the cation released from the positive electrode 109 collides with the negative electrode 110 and reduces the probability of scattering. There is a need. The material of the negative electrode 110 is the same as that of the positive electrode, and is preferably a material that is resistant to ion bombardment and has a high melting point, and the material used for the positive electrode is used.
[0024]
The positive electrode 109 has a higher potential than the surrounding potential, and the negative electrode 110 is grounded similarly to the surrounding. Therefore, the residual molecules adsorbed on the positive electrode 109 are ionized by the high electric field on the surface of the positive electrode and are accelerated toward the negative electrode 110. The shape of the negative electrode reduces the collision cross section as much as possible, and the cation passes through the exhaust pipe 108 without being trapped by the negative electrode and is exhausted.
[0025]
In normal exhaust, gas molecules passing through the exhaust pipe enter the exhaust pipe entrance surface from all directions as shown in FIG. 5A, and collide with the exhaust pipe wall surface. Gas molecules that collide with the wall lose information about the incident direction and are emitted again according to a certain angular distribution. It exhausts while repeating collision adsorption with this wall surface and re-emission. Therefore, the more the number of collisions with the wall surface, that is, the smaller the exhaust pipe diameter and the longer the exhaust pipe length, the lower the exhaust speed.
[0026]
However, in the above exhaust system of the present invention, as shown in FIG. 5 (b), a cation flow of residual molecules is created along the exhaust pipe axial direction, so that collision with the exhaust pipe wall surface can be reduced and the exhaust speed can be increased. It becomes.
[0027]
The voltage between the electrodes of the exhaust device described above is determined in consideration of the distance between the two electrodes because the exhaust can be performed if the electric field strength between the two electrodes is 10 7 V / m or more. The distance between the electrodes may be any distance as long as the electric field strength can be desorbed in the field, but is preferably within 10 mm in consideration of the arrangement of the apparatus, the voltage between the electrodes, and the positive ions released from the positive electrode being captured by the negative electrode. . Further, since the voltage between the electrodes is also related to the velocity of the field desorption ions, it is desirable to apply the maximum possible voltage in consideration of the arrangement of the apparatus.
[0028]
It is also possible to install a control electrode between the negative electrode and the exhaust pipe to control the displacement and control the flight direction of cations. Any number of control electrodes may be used if necessary. The shape, arrangement, and material of the control electrode are not particularly limited as long as an electric field can be applied and the cation flow can be controlled.
[0029]
Further, as shown in FIG. 4, on the getter surface 113 inside the vacuum tube (when using an evaporable getter, an evaporation surface formed by a getter flash, or when using a non-evaporable getter, the surface of the getter material). On the other hand, when the exhaust device 109 and 110 is operated, the getter surface 113 collides with the getter surface 113 in the form of accelerated ions, so that the probability of adsorption of the getter surface increases and the exhaust speed can be increased.
[0030]
【Example】
The present invention will be specifically described with reference to examples.
[0031]
Example 1
A flat image display device in which the exhaust device of the present invention as shown in FIG. 1 is installed is manufactured, the image display device is pre-evacuated, then baked, and then the exhaust device using the field desorption method is operated. I let you.
[0032]
The flat image display device used a prototype having an internal volume of 220 × 246 × 4 (mm), and the exhaust device of the present invention was installed in the vicinity of the opening of the exhaust pipe 108 of the prototype. The positive electrode 109 of this exhaust device is one needle electrode having a length of 8 mm and a maximum diameter of 0.1 mm. The material is made of tungsten in consideration of the high melting point and the strength, and the tip of the needle electrode is sharpened by sputtering. I tried to concentrate the electric field. The axial direction of the needle electrode was set parallel to the axial direction of the exhaust pipe, and the tip thereof was located on the center line of the exhaust pipe 108. Fixing to the image display device was performed with a Cu jig and led out to the outside with a dumet wire. The negative electrode 110 is a circular metal net with a metal wire diameter of 0.01 mm and a stitch pitch of 0.2 mm. The negative electrode 110 has a diameter of 3 mm and is slightly smaller than the exhaust pipe diameter of 3.5 mm. The metal wire was made of platinum in consideration of ion impact resistance and high melting point. In this embodiment, a surface conduction electron-emitting device is used as the electron-emitting device 107.
[0033]
The closest distance between the positive electrode 109 and the negative electrode 110 was 1 mm, and the voltage between both electrodes was 1500 V from the required electric field strength. The negative electrode 110 was installed at a position 5 mm inside from the exhaust pipe opening to avoid as much as possible an obstacle during preliminary exhaust.
[0034]
In order to confirm the effect of this exhaust device, the exhaust pipe was connected to a vacuum gauge (not shown), and the change during operation of the exhaust device was measured. The exhaust system side vacuum gauge after baking indicated 6 × 10 −8 Torr. Almost simultaneously with the operation of the exhaust device, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge became 1.4 × 10 −7 Torr, indicating that the residual gas in the image display device was exhausted. After that, when the exhaust system was operated for 4 hours, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge showed 4 × 10 −8 Torr. The exhaust device is stopped, the residual gas existing between the image display device and the vacuum gauge is removed, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge shows 8 × 10 -9 Torr, and the exhaust system functions sufficiently I confirmed.
[0035]
When the exhaust device was not operated under the same conditions, it took 20 hours to reach 8 × 10 −9 Torr, and it was confirmed that the exhaust device was effective in increasing the exhaust speed.
[0036]
When the electron emission amount half-time of the electron-emitting device of the flat panel image display device exhausted using this exhaust device was measured, the average was 1.4 times that of the conventional image display device. The value was obtained and the lifetime of the display device could be greatly extended.
[0037]
Example 2
A flat image display device in which the exhaust device of the present invention as shown in FIG. 2 is installed is manufactured, the image display device is pre-evacuated, then baked, and then the exhaust device using the field desorption method is operated. I let you. In the figure, members having the same functions as those in FIG.
[0038]
The flat image display device used a prototype having an internal volume of 220 × 246 × 4 (mm), and the exhaust device of the present invention was installed in the vicinity of the opening of the exhaust pipe 108 of the prototype. As the positive electrode of the exhaust device, 19 needle-like electrodes used in Example 1 were bundled and used as a plurality of needle-like electrodes 111. The acicular electrodes are hexagonal prisms with a distance of 0.2 mm from each other. Further, as the electron-emitting device, a lateral field emission electron-emitting device (FE) was used. Other structures are the same as those in the first embodiment.
[0039]
In order to confirm the effect of this exhaust system, a vacuum gauge was installed on the exhaust system side, and the change during exhaust system operation was measured. The exhaust system side vacuum gauge after baking was 6 × 10 −8 Torr. Simultaneously with the operation of the exhaust system, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge indicates 4 × 10 −7 Torr. After that, when the operation of the exhaust system is continued for 4 hours, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge becomes 6 × 10 −8 Torr. lowered. When the exhaust device was stopped, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge decreased to 7 × 10 −9 Torr, and it was confirmed that the exhaust device was functioning sufficiently.
[0040]
If this exhaust system was not operated under the same conditions, 7 × 10 −9 Torr could not be reached within 24 hours.
[0041]
When the electron emission amount half-time of the electron-emitting device of the flat panel image display device evacuated using the exhaust device was measured, an average value 1.8 times that of the conventional image display device was obtained. The life of the display device could be greatly extended.
[0042]
Example 3
A flat image display device in which the exhaust device of the present invention as shown in FIG. 3 is installed is manufactured, the image display device is pre-evacuated, then baked, and then the exhaust device utilizing the field desorption method is operated. I let you. In the figure, members having the same functions as those in FIG.
The flat image display device used a prototype having an internal volume of 220 × 246 × 4 (mm), and the exhaust device of the present invention was installed in the vicinity of the opening of the exhaust pipe 108 of the prototype. The positive electrode 109 and the negative electrode 110 of the exhaust device are those used in Example 1, and a control electrode 112 is arranged between the negative electrode 110 and the mouth of the exhaust pipe 108 separately from these electrodes. The control electrode 112 is disposed at a position 5 mm inside the exhaust pipe opening, and the negative electrode 110 is 3 mm from the control electrode 112. The positional relationship between the negative electrode 110 and the positive electrode 109 is the same as in the first embodiment. The control electrode 112 has a cylindrical shape with an inner diameter of 3 mm, a length of 3 mm, and a thickness of 0.2 mm, and controls the cation flow by applying a voltage close to the positive electrode potential. The material of the control electrode 112 is not required to be high strength because there are few ion and electron impacts, and an electrode made of Au was used. Other structures are the same as those in the first embodiment.
[0043]
In order to confirm the effect of this exhaust system, a vacuum gauge was installed on the exhaust system side, and the change during exhaust system operation was measured. The indicated value on the vacuum system side gauge after baking was 6 × 10 −8 Torr. At the same time as the operation of the exhaust system, the indicated value of the exhaust system side gauge is 3 × 10 −7 Torr. After that, if the operation of the exhaust system is continued for 4 hours, the indicated value of the exhaust system side gauge is 8 × 10 −8 Torr. lowered. After that, when the operation of the exhaust system was stopped, the indicated value of the exhaust system side vacuum gauge decreased to 1 × 10 −8 Torr, and it was confirmed that the exhaust system was functioning sufficiently.
[0044]
When this exhaust system was not operated under the same conditions, it took 12 hours to reach 1 × 10 −8 Torr, and it was confirmed that this exhaust system was effective in increasing the exhaust speed.
[0045]
When the electron emission amount half-time of the electron-emitting device of the flat panel image display device exhausted using this exhaust device was measured, an average of 1 compared with the case of the image display device manufactured in the conventional process. The value of 2 times was obtained, and the lifetime of the display device could be greatly extended.
[0046]
Example 4
A flat image display device having the exhaust device of the present invention installed therein as shown in FIG. 4 is manufactured, and after performing conventional processes such as preliminary exhaust and baking of the image display device, the exhaust pipe is sealed and this electric field is sealed. The exhaust device using the desorption method was activated. In the figure, members having the same functions as those in FIG.
[0047]
The flat image display device used a prototype with an internal volume of 220 × 246 × 4 (mm) similar to that in Example 1, and an exhaust device was installed on the getter surface 113 of the prototype. The positive electrode 109 and the negative electrode 110 of the exhaust device are those used in the first embodiment. The negative electrode is 5 mm away from the getter surface 113, and the arrangement of the negative electrode 110 and the positive electrode 109 is the same as in the first embodiment. Reference numeral 114 denotes a getter container.
[0048]
This exhaust device is adapted to cause a cation flow to collide with the getter surface 113 and has a function of embedding residual molecules in the getter surface as well as chemical adsorption of the getter. As a result, the exhaust speed of the getter can be increased.
[0049]
When this exhaust device was operated continuously under the same conditions as in Example 1, the electron emission amount half-life of the electron-emitting device of the image display device was 1. It was able to stretch 4 times.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, by applying the present invention, the exhaust speed is increased without increasing the exhaust pipe diameter of the flat image display device, the exhaust time is shortened, and the ultimate vacuum is improved. Therefore, it is possible to reduce the number of residual molecules in the image display device, which is effective in extending the life of the image display device, stabilizing the image, and making the image uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a flat image display device including an exhaust device according to an example of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a flat image display device including an exhaust device according to another example of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a flat image display device provided with an exhaust device of the present invention using a control electrode.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an exhaust device and a flat image display device of the present invention used for a getter surface.
FIG. 5 is a schematic diagram of the movement of gas molecules in the exhaust pipe, where (a) shows a conventional apparatus (b) when the apparatus of the present invention is used.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a flat image display device.
7 is a schematic cross-sectional view of a cross section including an exhaust pipe of the flat image display device of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic view of a surface conduction electron-emitting device used in a flat image display device.
[Explanation of symbols]
101 Face plate 102 Phosphor 103 Metal back 104 Outer frame 105 Rear plate 106 Wiring 107 Surface conduction electron-emitting device 108 Exhaust pipe 109 Needle-like positive electrode 110 Negative electrode 111 Multiple needle-like electrode 112 Control electrode 113 Getter surface 114 Getter container 300 Exhaust pipe 301 Back plate 302, 303 Electrode 304 Thin film 308 Face plate 309 Metal back 310 Phosphor 311 Outer frame 313 Getter material container fixing jig 314 Getter material container 501 Substrate 502 Electrode 503 Electron emission portion 504 Conductive thin film

Claims (3)

内部空間の真空化を必要とする画像表示装置において、
前記内部空間には、該内部空間に存在する気体のイオン化および該イオンの加速を行なうための高電場を印加する正電極及び負電極を備えた排気装置と、ゲッタとが内蔵され、
前記正電極及び負電極は、加速された前記イオンが前記ゲッタの表面に向かって流れるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
In an image display device that requires evacuation of the internal space ,
In the internal space, an exhaust device including a positive electrode and a negative electrode for applying a high electric field for ionizing a gas existing in the internal space and accelerating the ions, and a getter are incorporated,
The image display apparatus, wherein the positive electrode and the negative electrode are arranged so that the accelerated ions flow toward the surface of the getter .
前記排気装置は、前記イオンの流れを制御する制御電極を有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The exhaust system, an image display apparatus according to claim 1, characterized in that it has a control electrode for controlling the flow of said ions. 記正電極複数個備えられていることを特徴とする請求項1または2に記載の画像表示装置。The image display apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that before KiTadashi electrodes are provided a plurality.
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