JP2006338966A - Electronic device, display device using it and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子放出源を備えた電子装置、ならびにそれを利用した表示装置およびセンサに関する。 The present invention relates to an electronic device including an electron emission source, and a display device and a sensor using the electronic device.
近年、コンピュータのモニタやテレビジョンなど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(Plasma Display Panel;PDP)、液晶表示装置(Liquid Crystal Display;LCD)、および電界放出表示装置(Field Emission Display;FED)などが挙げられる。 2. Description of the Related Art In recent years, flat display devices are becoming mainstream for display devices used in computer monitors and televisions. Examples of the flat display device include a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), and a field emission display (FED).
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などの利点があり、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、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。 Among these, field emission display devices have advantages such as self-emission, easy thinning, and high durability, and have been actively researched and developed recently. The field emission display device emits light by colliding electrons emitted from a flat electron emission source provided on a cathode with a phosphor provided on an anode facing the cathode.
電界放出表示装置においては、電子放出源と蛍光体とを内包する外囲器の内部を高真空、たとえば10−6Torr以下に保持する必要がある。それは、外囲器内にガスが発生し、圧力が上昇すると、その影響はガスの種類によって異なるが、電子放出源に悪影響を及ぼして電子放出量を低下させ、表示装置の輝度が低下するためである。また、発生したガスが、電子ビームにより電離されてイオンとなり、これが電子を加速するための電界により加速されて電子放出源に衝突することで、電子放出源に損傷を与えることもある。 In the field emission display device, it is necessary to keep the inside of the envelope containing the electron emission source and the phosphor at a high vacuum, for example, 10 −6 Torr or less. This is because when gas is generated in the envelope and the pressure increases, the effect varies depending on the type of gas, but it adversely affects the electron emission source, reducing the amount of emitted electrons and lowering the brightness of the display device. It is. Further, the generated gas is ionized by an electron beam to become ions, which are accelerated by an electric field for accelerating the electrons and collide with the electron emission source, thereby damaging the electron emission source.
外囲器を形成する際に、外囲器内を高真空に封止しても、外囲器内の蛍光体、ガラス、電子放出源などから放出されるアウトガスによって真空度は低下してしまう。このアウトガスはベーキングなどによってある程度は低減することもできるが、完全にアウトガスを除去することは困難である。 When forming the envelope, even if the inside of the envelope is sealed to a high vacuum, the degree of vacuum is reduced by the outgas emitted from the phosphor, glass, electron emission source, etc. in the envelope. . This outgas can be reduced to some extent by baking or the like, but it is difficult to completely remove the outgas.
外囲器内を高真空に保持するために、ゲッターを外囲器内に設ける方法が提案されている。ゲッターとは、真空中に存在する残留ガスを、物理的および化学的に吸着することのできる物質のことであり、たとえばTi、Baなどにゲッター作用があることが知られている。 In order to keep the inside of the envelope in a high vacuum, a method of providing a getter in the envelope has been proposed. A getter is a substance capable of physically and chemically adsorbing a residual gas existing in a vacuum. For example, Ti, Ba, etc. are known to have a getter action.
ゲッターを外囲器内に設置する方法として、ワイヤーの外周にゲッターを被着させたワイヤーゲッターを外囲器内の周縁部に設け、ワイヤーに通電することによってゲッターを蒸発させ、外囲器内にゲッター膜を蒸着する方法が提案されている(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1の方法の場合、構造が複雑なワイヤーゲッターを別途用意しなければならず、また、ワイヤーゲッターを設置する外囲器の構造や、製造工程が複雑になってしまうため、製造コストの観点から問題がある。 However, in the case of the method of Patent Document 1, a wire getter with a complicated structure must be prepared separately, and the structure of the envelope in which the wire getter is installed and the manufacturing process become complicated. There is a problem in terms of cost.
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、簡易な構造によって外囲器内を高真空に保持することのできる電子装置、ならびにそれを利用した表示装置およびセンサを提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide an electronic device capable of maintaining a high vacuum inside the envelope with a simple structure, and a display device and a sensor using the electronic device. There is to do.
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、を備える電子装置において、カソードから放出され、アノードに到達する電子が飛行する空間を気密に覆う外囲器と、少なくともアノード、カソードの一方を作製する際に実施される半導体製造工程において、少なくともアノード、カソードの一方に作り込まれた抵抗体と、抵抗体の近傍に設けられたゲッターと、を備える。 In order to solve the above-described problems, an electronic device according to an aspect of the present invention is an electronic device including a cathode having a planar electron emission source and an anode that planarly receives electrons emitted from the cathode. In the semiconductor manufacturing process that is carried out when manufacturing at least one of the anode and the cathode, and at least one of the anode and the cathode And a getter provided in the vicinity of the resistor.
この態様によると、少なくともアノード、カソードの一方に作り込まれた抵抗体に通電することによって、抵抗体の近傍に設けられたゲッターを加熱することができる。加熱され、活性化されたゲッターは、電子装置の外囲器内のアウトガスを吸着するため、外囲器内を高真空に保持することができる。抵抗体は、少なくともアノード、カソードの一方を作製する際に実施される半導体製造工程において作り込むことができるので、簡易な構造にすることができる。 According to this aspect, the getter provided in the vicinity of the resistor can be heated by energizing the resistor built in at least one of the anode and the cathode. Since the heated and activated getter adsorbs the outgas in the envelope of the electronic device, the inside of the envelope can be kept at a high vacuum. Since the resistor can be formed in a semiconductor manufacturing process that is performed when at least one of the anode and the cathode is manufactured, a simple structure can be achieved.
ゲッターは、抵抗体上に接触して設けられてもよい。また、ゲッターは、抵抗体と離間して設けられてもよい。 The getter may be provided in contact with the resistor. The getter may be provided separately from the resistor.
抵抗体とゲッターは、カソードの電子放出領域から離れた位置に設けられてもよい。アノードとカソードの間隔は、2mm以下であってもよい。 The resistor and the getter may be provided at a position away from the electron emission region of the cathode. The distance between the anode and the cathode may be 2 mm or less.
ゲッターは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Baからなる群から選択された1種類以上の金属、または1種類以上これらの金属を含む合金で形成されてもよい。抵抗体はポリシリコンで形成されてもよい。 The getter may be formed of one or more kinds of metals selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, and Ba, or an alloy containing one or more kinds of these metals. The resistor may be formed of polysilicon.
抵抗体の抵抗値と通電量を、外囲器の容積と、ゲッターの活性化に必要な温度とから定めてもよい。この場合、外囲器の容積とゲッターの種類に合わせて、好適に抵抗体の抵抗値と通電量を定めることができる。 The resistance value and the energization amount of the resistor may be determined from the volume of the envelope and the temperature necessary for activating the getter. In this case, the resistance value of the resistor and the energization amount can be suitably determined according to the volume of the envelope and the type of getter.
本発明の別の態様は、表示装置である。この装置は、上述の電子装置を備え、その電子装置のアノードに、電子の衝突により発光する発光層を設ける。この態様によると、外囲器内を高真空に保持した表示装置を提供することができる。 Another embodiment of the present invention is a display device. This device includes the above-described electronic device, and a light emitting layer that emits light by collision of electrons is provided on the anode of the electronic device. According to this aspect, it is possible to provide a display device in which the inside of the envelope is maintained at a high vacuum.
本発明のさらに別の態様は、センサである。このセンサは、上述の電子装置を備え、その電子装置のアノードに、光電変換膜を設ける。この態様によると、外囲器内を高真空に保持したセンサを提供することができる。 Yet another embodiment of the present invention is a sensor. This sensor includes the above-described electronic device, and a photoelectric conversion film is provided on the anode of the electronic device. According to this aspect, it is possible to provide a sensor in which the inside of the envelope is maintained at a high vacuum.
本発明によれば、簡易な構造によって電子装置、表示装置、センサの外囲器内を高真空に保持することができる。 According to the present invention, the inside of the envelope of the electronic device, the display device, and the sensor can be kept in a high vacuum with a simple structure.
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。
Hereinafter, the
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。
First, a
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、外囲器40と、カソード電源52と、ゲート電源54と、アノード電源56と、電流制御部58とを備える。
FIG. 1 shows a cross section of a
外囲器40は、カソード16と、アノード18と、スペーサ22とから構成される。カソード16は、カソード基板26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。
The
カソード基板26は、ガラス板など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。カソード基板26は、表面が絶縁性の部材から構成されていればよく、ガラス基板の他にも、石英基板や、表面に絶縁膜が形成された半導体基板も用いることができる。
The
カソード電極42は、カソード基板26上に形成された導電体である。カソード電極42は、たとえば、Cu、Mo、Ni、Taなど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、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、たとえば、Cu、Moなど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、たとえば、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドなど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は、カソード電極42上に、マトリクス状に複数形成される。
The
電子放出源44の周囲には、電子放出源44が設置される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、たとえば、SiO2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、たとえば、Mo、Ta、Crなどの金属膜で構成されている。
Around the
本発明の実施の形態においては、図1に示すように、カソード基板26の電子放出領域38から離れた位置に抵抗体62とゲッター60が設けられる。たとえば、電子放出領域38の周縁部から5mm程度離れた位置に設けてもよい。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a
抵抗体62は、カソード16を作製する際に実施される半導体製造工程においてカソード基板26上に作り込むことができる。抵抗体62の材料としては、ポリシリコンを用いることができる。ポリシリコンを用いる場合は、カソード基板26上に、CVD法などを用いてSiO2膜を形成し、その上にポリシリコン膜を成膜する。その後、フォトリソグラフィ法によって抵抗体62を形成する。ポリシリコンにB、Pなどの不純物をドープすることによって抵抗値を制御することができる。抵抗体62は、Au、Pt、Alなどによって、外囲器40の外部に引き出されるように配線され、電流制御部58に接続される。
The
ゲッター60は、抵抗体62の近傍に設けられる。たとえば、図1に示すように、抵抗体62上に接触して設けられる。ゲッター60は、半導体製造工程、たとえば真空蒸着法や、スパッタリング法などを用いて成膜することによって形成することができる。ゲッター60の面積、厚みなどは、外囲器40の大きさに基づいて設定される。また、棒状や、短冊状などの所定の形状に加工されたゲッター60を抵抗体62上に機械的に固定してもよい。
The
ゲッター60は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wからなる群から選択された1種類以上の金属、または1種類以上これらの金属を含む合金で形成される。合金の成分として、Al、Fe、Niなどを含んでもよい。これらは、非蒸発型のゲッター材料であり、抵抗体62に通電することによって発生した熱によってゲッター60は加熱され、活性化される。ゲッターの活性化とは、ゲッター表面の窒化膜や酸化膜などを拡散させ、最表面に清浄な金属面を露出させ、ゲッター作用を生じさせることをいう。たとえばTiの場合、400℃〜420℃程度に加熱することでゲッターは活性化する。
The
ゲッター60は、Baや、Baを主成分とした合金、たとえばBaAl4などを用いたいわゆる蒸発型のゲッターであってもよい。BaAl4を用いたゲッターは、850℃程度で蒸発し、外囲器40内に蒸着膜を形成する。蒸発型のゲッターを用いる場合は、ゲッター60と抵抗体62は、カソード16の電子放出領域38から離れた位置、たとえば、電子放出領域38から5mm以上離れた位置に形成することが望ましい。これにより、蒸発したゲッターが電子放出源44に被着して電子放出性能を低下させたり、また、蒸発したゲッターが蛍光体14に被着して発光性能を低下させたりすることを防ぐことができる。
The
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。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、たとえば、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、たとえば、Mo、Taなど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、たとえば、板ガラスなどのガラス材料、ポリカーボネートなどの透明な樹脂材料、または石英などの透明なセラミックスで構成することができる。
The
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発光層であり、たとえば、ZnOにZnを結合させた物質で構成されている。
The
上記の様に構成されたカソード16、アノード18は、電子放出源44と蛍光体14が対向し、平行となるように配置され、その周縁部において、スペーサ22を介した状態で接合され、外囲器40を構成する。外囲器40は、カソード16から放出された電子が飛行する空間を気密に覆う。カソード16とアノード18の間隔は、0.5mm〜2mm程度、たとえば1mm程度とすることが望ましい。
The
接合は、接合部にフリットガラスを付けて、400℃程度に加熱して焼成することによって行う。上述したように、電界放出表示装置においては、外囲器40内を高真空に保持しなければならない。そのため、焼成炉内を高真空に保った状態で焼成を行うことが望ましい。この場合、外囲器40内は高真空となる。また、大気中で焼成を行った後に、外囲器40内の気体を排気し、排気口を封止することによって外囲器40内を高真空としてもよい。真空度は、1×10−6Torr以下とすることが望ましい。
The joining is performed by attaching frit glass to the joint and heating it to about 400 ° C. for firing. As described above, in the field emission display device, the inside of the
焼成時の加熱によって、ゲッター60は活性化されるため、初期的に外囲器内の真空度は高まるが、外囲器内の部材から排出されるアウトガスによって真空度は徐々に劣化する。この場合、抵抗体62に通電し、ゲッター60を再度活性化することによって、外囲器内を高真空に保持することができる。たとえば、マイクロプロセッサを有する電流制御部58によって一定時間を計測するとともに電流制御部58を制御し、抵抗体62に通電してもよい。
Since the
以上のように構成された表示装置10の動作について説明する。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が放出される。
The operation of the
電子放出源44から放出された電子は、カソード16とアノード18間に発生した電界に沿ってアノード18に到達し、蛍光体14に衝突する。蛍光体14は、電子が衝突することによって発光する。こうして発せられた光a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。電子放出源44は、マトリクス状に複数形成されているので、各電子放出源44を制御することによって表示装置10に画像を表示することができる。
The electrons emitted from the
なお、本実施の形態においては、カソード基板26上に抵抗体62とゲッター60を形成したが、これらはアノード基板48上に形成されてもよく、カソード基板26とアノード基板48の少なくとも一方に形成されていればよい。
In the present embodiment, the
また、ゲッター60と抵抗体62は、離間して設けられてもよい。図2は、ゲッター60と抵抗体62とを離間して設けた表示装置10の断面を示す図である。図2に示すように、ゲッター60は、アノード基板48上に、抵抗体62はカソード基板26上にそれぞれ対向するように形成される。ゲッター60は、抵抗体62を通電することによって発生した輻射熱によって活性化される。なお、図2においては、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、ゲッター60と抵抗体62の間隔は拡大されて図示されているが、実際は極めて至近距離に位置する。
Further, the
ゲッター60を活性化させるのに必要な抵抗体62の抵抗値と、通電量の1例を示す。抵抗体62をポリシリコンで形成するとし、その体積を5mm×2mm×10μmとする。この抵抗体62の抵抗値をたとえば18kΩとし、これに電圧180V、電流0.01Aで、0.1秒間通電すれば、発生するエネルギーは0.18Jとなる。シリコンは、比熱0.183cal/deg・g、比重2.35なので、このエネルギーが全てポリシリコンの温度を上昇させるとすれば、ポリシリコンは瞬間的に1000℃昇温する。この昇温した抵抗体62からの輻射熱、熱伝導により、ゲッター60を活性化させることができる。抵抗体62の抵抗値と通電量は、外囲器40の容積と、ゲッター60の活性化に必要な温度とから定めてもよい。
An example of the resistance value of the
次に、図3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。
Next, a
図3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、撮像対象物からの光b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b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。
FIG. 3 shows a cross section of a
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。電子放出源44は、マトリクス状に複数形成されているので、撮像対象物の画像を認識することができる。
Next, electrons emitted from the
センサ70においても、抵抗体62に通電し、発生した熱によってゲッター60を活性化させることによって、外囲器40内を高真空に保持することができ、センサ70の特性劣化を防ぐことができる。
In the
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。 Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes may be added based on the knowledge of those skilled in the art. Embodiments which are possible and which have been modified are also included in the scope of the present invention.
10 表示装置、 12 電子装置、 16 カソード、 18 アノード、 22 スペーサ、 38 電子放出領域、 40 外囲器、 44 電子放出源、 60 ゲッター、 62 抵抗体。 10 display devices, 12 electronic devices, 16 cathodes, 18 anodes, 22 spacers, 38 electron emission regions, 40 envelopes, 44 electron emission sources, 60 getters, 62 resistors.
Claims (10)
前記カソードから放出され、前記アノードに到達する電子が飛行する空間を気密に覆う外囲器と、
少なくとも前記アノード、前記カソードの一方を作製する際に実施される半導体製造工程において、少なくとも前記アノード、前記カソードの一方に作り込まれた抵抗体と、
前記抵抗体の近傍に設けられたゲッターと、
を備えることを特徴とする電子装置。 In an electronic device comprising: a cathode having a planar electron emission source; and an anode that planarly receives electrons emitted from the cathode;
An envelope that airtightly covers a space in which electrons emitted from the cathode and reach the anode fly.
In a semiconductor manufacturing process carried out when producing at least one of the anode and the cathode, at least a resistor built in one of the anode and the cathode;
A getter provided in the vicinity of the resistor;
An electronic device comprising:
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Legal Events
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Effective date: 20110215 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Effective date: 20110823 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |