JP2006269217A

JP2006269217A - 電子装置、ならびにそれを利用した表示装置およびセンサ

Info

Publication number: JP2006269217A
Application number: JP2005084646A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nii; 啓介仁井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】電子放出源から放出された電子流の拡散を抑える。
【解決手段】電界放出型の表示装置１０は、平面型の電子放出源４４を有するカソード１６と、カソード１６から放出された電子を平面的に受けるアノード１８と、カソード１６、アノード１８の少なくとも一方に半導体加工プロセスによって形成されたコイル４０と、コイル４０を駆動して所定の磁場を発生せしめる駆動源であるコイル電源２４とを備える。アノード１８には、電子の衝突により発光する材質である蛍光体１４が設けられている。電子放出源４４から放出された電子は、磁場から受けるローレンツ力によって、ほとんど拡散せずにアノード１８に到達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出源から放出された電子流を集束させることができる電子装置、ならびにその電子装置を利用した表示装置およびセンサに関する。

近年、コンピュータのモニタやテレビジョン等に使用される表示装置は、平面型のものが主流になりつつある。平面型の表示装置としては、プラズマ表示装置（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ；ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、および電界放出表示装置（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ；ＦＥＤ）などが挙げられる。

この中でも電界放出表示装置は、自発光である、薄型化しやすい、および耐久性が高い等の利点があり、最近盛んに研究開発が行われている。電界放出表示装置は、例えば、特許文献１に開示されているように、カソードに設けられた平面型の電子放出源から放出された電子を、カソードと対向するアノードに設けられた蛍光体に衝突させて発光している。

特開２００５−５１４１号公報

電界放出表示装置において、先端が尖った電子放出源から放出された電子流は、一般に拡散しやすい。電子流が拡散しながらアノード方向に進行すれば、電子が衝突する蛍光体の面積が大きくなる。このため、電子流が拡散する電界放出表示装置では、小さい画素の形成、すなわち高解像度の画像形成が困難となる。

この問題を解決するために、電界放出表示装置の周囲に円筒状の永久磁石を設置して、電子流を集束させる方法が考えられる。しかし、この方法では、永久磁石を含めた電界放出表示装置のモジュールが、大きく、重くなってしまう。また、永久磁石では、電界放出表示装置の内部に形成される磁場の調整ができない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量薄型で、かつ電子放出源から放出された電子流を集束できる電子装置、表示装置、およびセンサを提供することにある。また、他の目的は、装置内に形成される磁場の調整が可能な電子装置、表示装置、およびセンサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電子装置は、平面型の電子放出源を有するカソードと、カソードから放出された電子を平面的に受けるアノードと、カソード、アノードの少なくとも一方に半導体加工プロセスによって形成されたコイルと、コイルを駆動して所定の磁場を発生せしめる駆動源と、を備えるものである。

この態様によれば、カソードから放出された電子の拡散を抑えながら、電子をアノードに到達させることができる。

カソードからアノードへ電子が所期の軌跡を描くよう磁場が形成されていてもよい。また、カソードとアノードは平行して至近距離に配置され、所期の軌跡はカソード面の法線方向であってもよい。コイルをカソード、アノードの少なくとも一方の周縁部に設けてもよい。また、コイルをカソード、アノードの双方に設けてもよい。

また、コイルの芯に強磁性体を設けてもよい。このようにすれば、コイルに流れる電流が小さくても、カソードとアノードとの間に形成される磁場を大きくすることができる。

本発明の別の態様は、表示装置である。この表示装置は、上述の電子装置を用い、その電子装置のアノードは、電子の衝突により発光する材質を備えるものである。この態様によれば、カソードから放出された電子の拡散を抑えながら、電子の衝突により発光する材質に電子を衝突させることができる。

本発明の別の態様は、センサである。このセンサは、上述の電子装置を用い、その電子装置のアノードは、光電変換膜を備えるものである。この態様によれば、カソードから放出された電子の拡散を抑えながら、光電変換膜に電子を衝突させることができる。

本発明によれば、電子放出源から放出された電子流の拡散を抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る表示装置１０、電子装置１２、およびセンサ７０について説明する。なお、各図面は各部材の位置関係を説明することを目的としているため、必ずしも実際の各部材の寸法関係を表すものではない。また、各実施の形態において、同一または対応する構成要素には同様の符号を付すと共に、重複する説明は適宜省略する。

まず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係る表示装置１０について説明する。なお、本発明の実施の形態に係る電子装置１２については、表示装置１０の構成部品として併せて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る表示装置１０の断面を示す。表示装置１０は、主に電子装置１２と、蛍光体１４とを備える。電子装置１２は、カソード１６と、アノード１８と、ゲート電極２０と、スペーサ２２と、コイル電源２４とを備える。カソード１６は、カソード基板２６と、コイル形成基材２８と、コイル４０と、カソード電極４２と、電子放出源４４とを備える。アノード１８は、アノード電極４６と、アノード基板４８とを備える。

カソード基板２６は、例えば、ガラス板等の絶縁体で構成されている。カソード基板２６の可視光の透過率は問わない。コイル形成基材２８は、カソード基板２６上に形成されており、その内部には、コイル４０が半導体加工プロセスによって形成されている。コイル形成基材２８は、コイル４０の製造工程で、ガラス基板３０にＳｉＯ_２等の絶縁膜３２をＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの成膜法によって積層して形成される。

コイル４０は、カソード１６の周縁部に配置されるように形成されている。コイル４０は、導電体、例えば、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ等の高融点金属、ＩＴＯ等の光を透過する金属酸化物、Ａｌ等の金属、またはこれらの混合物などで構成されている。コイル４０の詳細な構造および製法については後述する。

カソード電極４２は、コイル形成基材２８上に形成された導電体である。カソード電極４２は、例えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ等の金属を成膜することによって形成される。電子放出源４４は、カソード電極４２上に平面状に形成されている。電子放出源４４は、略円錐形状をしており、先端の尖った部分から電子を放出する。電子放出源４４は、例えば、Ｃｕ、Ｍｏ等の金属を蒸着することによって形成される。電子放出源４４は、金属以外の材料、例えば、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド等の導電性を有する炭素材料で構成されていてもよい。

電子放出源４４の周囲には、電子放出源４４が設置される略円筒形状の孔部を備えた絶縁体層５０が形成されている。絶縁体層５０は、例えば、ＳｉＯ_２を成膜することによって形成される。絶縁体層５０上には、ゲート電極２０が形成されている。ゲート電極２０は、絶縁体層５０の孔部よりも小径の孔部を有し、例えば、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ等の金属膜で構成されている。

アノード１８は、カソード１６から放出された電子を平面的に受ける部材である。また、アノード１８は、カソード１６と略平行となるように、かつカソード１６と至近距離、例えば、２ｍｍ以下の１．８ｍｍの距離となるように配置されている。アノード１８は、可視光を透過する材質で構成される。すなわち、アノード電極４６は、例えば、ＩＴＯを成膜することによって形成することができる。これに代えて、アノード電極４６は、例えば、Ｍｏ、Ｔａ等の金属を薄く成膜することによって形成し、可視光の透過性を確保してもよい。また、アノード基板４８は、例えば、板ガラス等のガラス材料、ポリカーボネート等の透明な樹脂材料、または石英等の透明なセラミックスで構成することができる。

スペーサ２２は、カソード１６とアノード１８との間を所定の距離に保つと共に、カソード１６とアノード１８との間の空間を密封している。この空間は、高真空、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒ以下に減圧されている。スペーサ２２は、例えば、焼成されたフリットガラス等のガラス材料で構成される。

コイル電源２４は、コイル４０を駆動してカソード１６とアノード１８の間に所定の磁場を発生せしめる駆動源である。コイル電源２４の電圧を調整して、コイル４０に流れる電流の大きさを調整することによって、カソード１６とアノード１８の間に発生する磁場の大きさを適宜調整することができる。

蛍光体１４は、アノード電極４６上に薄膜状に形成されている。蛍光体１４は、カソード１６から放出された電子の衝突により発光する材質、例えば、ＺｎＯにＺｎを結合させた物質で構成されている。カソード１６から放出された電子の衝突によって発せられた光、すなわち可視光は、アノード電極４６とアノード基板４８を透過して視認される。

次に、図２（ａ）から図２（ｄ）を参照しながら、コイル４０の詳細な構造および製法について説明する。

図２（ａ）から図２（ｄ）は、コイル４０の製造工程を説明するための平面図である。コイル４０は、以下の手順によって、コイル形成基材２８内に形成される。まず、ガラス基板３０上に一巻目のコイル部材３４を形成する（図２（ａ））。この一巻目のコイル部材３４は、例えば、ＰＶＤまたはＣＶＤ等によってコイル４０の輪郭より大きめに導電体を成膜した後、コイル部材となる部分をマスクで覆い、コイル部材以外の導電体をエッチングすることによって形成できる。

次に、一巻目のコイル部材３４上にＳｉＯ_２等の一層目の絶縁膜３２ａを成膜し、その後、一巻目のコイル部材３４の始点と終点の上部となる一層目の絶縁膜３２ａの個所をエッチングしてコンタクト３５を形成する（図２（ｂ））。なお、コイル４０の巻数が１の場合には、一巻目のコイル部材３４の始点と終点に引き出し導線を配置してから、一層目の絶縁膜３２ａの成膜を行ってもよい。これらの引き出し導線は、コイル電源２４に電気的に導通するために使用される。

次に、この一層目の絶縁膜３２ａ上に、二巻目のコイル部材３６を形成する（図２（ｃ））。二巻目のコイル部材３６の形成工程では、コンタクト３５に導電体が埋め込まれるため、一巻目のコイル部材３４の終点と二巻目のコイル部材３６の始点とが電気的に導通する。次に、二巻目のコイル部材３６上に二層目の絶縁膜３２ｂを成膜し、その後、一巻目のコイル部材３４の始点と二巻目のコイル部材３６の終点の上部となる二層目の絶縁膜３２ｂの個所をエッチングしてコンタクト３７を形成する（図２（ｄ））。

その後、所望のコイル４０の巻数に応じて、上述のコイル部材形成、絶縁膜形成、およびコンタクト形成の各工程を適宜繰り返し行って、コイル４０がコイル形成基材２８内に形成される。こうして得られた内部にコイル４０が形成されたコイル形成基材２８は、表示装置１０の製造工程において、カソード基板２６上に設置される。その後、コイル形成基材２８上にカソード電極４２を形成して、引き続き表示装置１０の製造工程が行われる。

次に、図３を参照しながら、表示装置１０の動作について説明する。

図３は、表示装置１０において電子ｅの動きを説明する図である。まず、ゲート電極２０が電子放出源４４に対して正電位となるように、カソード電源５２からカソード電極４２に、ゲート電源５４からゲート電極２０に、それぞれ電位が与えられる。また、アノード電極４６が電子放出源４４に対して正電位となるように、アノード電源５６からアノード電極４６にも電位が与えられる。こうすると、電子放出源４４の先端に電界集中が起こり、電子放出源４４から高真空の空間に電子ｅが放出される。

一方、コイル４０には、コイル電源２４によって電流が流され、表示装置１０の内部には矢示Ｚ方向に磁界が形成されている。電子放出源４４から放出された電子ｅは、磁界から電子放出源４４の中心軸Ｌ方向への向心力を受けながら、電界に沿ってアノード電極４６方向に進行する。したがって、電子ｅは、電子放出源４４の中心軸Ｌを中心とする円運動をしながら、カソード１６面と垂直な方向、つまりカソード１６面の法線方向に進行する。

このように、電子ｅは、円運動しながらカソード１６面の法線方向に進行、すなわち、らせん状に運動し、その後蛍光体１４に衝突する。蛍光体１４は、電子ｅが衝突することによって発光する。こうして発せられた可視光は、アノード電極４６とアノード基板４８を透過して視認される。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施の形態に係る電子装置１２を用いたセンサ７０について説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係るセンサ７０の断面を示す。センサ７０は、主に電子装置１２と、光電変換膜７２と、制御部７４とを備える。センサ７０の動作は次のとおりである。まず、撮像対象物（不図示）からの光が、アノード基板４８の外側からセンサ７０の内部に入射する。この光は、光電変換膜７２に入射し、光電変換膜７２では、電子−正孔対ができる。正孔は、アノード１８とカソード１６との間の電界によって、光電変換膜７２のカソード１６側に集まる。

次に、電子放出源４４から放出された電子が光電変換膜７２に衝突する。この電子の衝突は、光電変換膜７２の正孔が存在する個所、すなわち、光電変換膜７２に光が入射した個所では、アノード１８とカソード１６との間の電流として制御部７４で検出される。一方、光電変換膜７２に光が入射しなかった個所では、アノード１８とカソード１６との間に電流が流れない。このように、電流が流れる個所と流れない個所とを制御部７４で検出することによって、センサ７０に光が入射した個所と入射しなかった個所とを認識する。

以上、実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。

例えば、コイルの巻数は、１であってもよいし、２以上であってもよい。また、コイルは、アノード側に設けてもよいし、カソード側とアノード側の双方に設けてもよい。また、本実施の形態では、全部の電子放出源がコイルの内側となるようにコイルを１つ配置したが、これに代えて、全部の電子放出源の一部である１または２以上の電子放出源が、いずれかのコイルの内側となるように、コイルを複数個並べて配置してもよい。

また、図５に示すように、コイル４０の芯に強磁性体７６を設けてもよい。強磁性体７６は、例えば、コイル形成基材２８の絶縁膜３２の中心をエッチングし、その孔部にスパッタリング等で成膜し、その後、リフトオフ等でパターニングして配置される。強磁性体７６としては、例えば、比透磁率μが５０００程度の純度９９．８ｗｔ％のＦｅ、μが２０００００程度の純度９９．９５ｗｔ％のＦｅ、またはμが１０００００程度のＮｉが７８．５ｗｔ％で残部がＦｅのパーマロイ、すなわちニッケル鉄合金等が挙げられる。

このように、強磁性体７６をコイル４０の芯に設けることによって、コイル４０に流れる電流が小さくても、電子装置１２内で電子が拡散しないような磁界が形成できる。例えば、磁束密度Ｂを電子装置１２内で電子が集束し得る０．１〔Ｔ〕と、コイル４０の半径ｒを１×１０^−２〔ｍ〕と、比透磁率μを５０００と、コイル４０の巻数ｎを２０としたとき、コイルを流れる電流とコイルの中心に発生する磁束密度との関係式；Ｂ＝μμ_０ｎＩ／２ｒより、コイル４０を流れる電流Ｉは、２×１０^−３〔Ａ〕、すなわち、２〔ｍＡ〕となる。ここで、真空の透磁率μ_０は１．３×１０^−６〔Ｈ／ｍ〕である。一方、強磁性体７６をコイル４０の芯に設けない場合は、比透磁率μを１として上述の関係式よりＩを算出すると１０〔Ａ〕となる。

本発明の実施の形態に係る表示装置の断面図である。コイルの製造工程を説明するための図で、（ａ）から（ｄ）は平面図である。本発明の実施の形態に係る表示装置において電子の動きを説明する図である。本発明の実施の形態に係るセンサの断面図である。本発明の他の実施の形態に係る表示装置の断面図である。

符号の説明

１０表示装置、１２電子装置、１４蛍光体、１６カソード、１８アノード、２０ゲート電極、２２スペーサ、２４コイル電源、２６カソード基板、２８コイル形成基材、４０コイル、４２カソード電極、４４電子放出源、４６アノード電極、４８アノード基板、５０絶縁体層、５２カソード電源、５４ゲート電源、５６アノード電源、７０センサ、７２光電変換膜、７４制御部。

Claims

平面型の電子放出源を有するカソードと、
カソードから放出された電子を平面的に受けるアノードと、
カソード、アノードの少なくとも一方に半導体加工プロセスによって形成されたコイルと、
コイルを駆動して所定の磁場を発生せしめる駆動源と、
を備えることを特徴とする電子装置。
カソードからアノードへ電子が所期の軌跡を描くよう前記磁場が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
カソードとアノードは平行して至近距離に配置され、前記所期の軌跡はカソード面の法線方向であることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
前記コイルをカソード、アノードの少なくとも一方の周縁部に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子装置。
前記コイルをカソード、アノードの双方に設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子装置。
前記コイルの芯に強磁性体を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子装置。
請求項１から６のいずれかに記載の電子装置を用い、その電子装置のアノードは、電子の衝突により発光する材質を備えることを特徴とする表示装置。
請求項１から６のいずれかに記載の電子装置を用い、その電子装置のアノードは、光電変換膜を備えることを特徴とするセンサ。