JP2007234546A - Field emission type electron source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電界放出型電子源を用いた電界放出型電子源装置に関する。 The present invention relates to a field emission electron source device using a field emission electron source.
近年、半導体微細加工技術の進展により、半導体などの基板にミクロンオーダーの微細な冷陰極構造を多数集積化する真空マイクロエレクトロニクス技術が注目を集めている。これらの技術によって得られる微小冷陰極構造を備えた電界放出型電子源アレイは、平面型の電子放出特性や高い電流密度が期待できること、熱陰極とは異なりヒーター等の熱源を必要としないこと等から、低消費電力型の次世代フラットディスプレイ用電子源、センサ、平面型撮像装置用電子源として期待が集まっている。 In recent years, with the progress of semiconductor microfabrication technology, vacuum microelectronic technology that integrates a large number of micron-order cold cathode structures on a substrate such as a semiconductor attracts attention. Field emission electron source array with a micro cold cathode structure obtained by these technologies can be expected to have planar electron emission characteristics and high current density, and does not require a heat source such as a heater unlike a hot cathode. Therefore, expectation is gathered as an electron source for a next-generation flat display, a sensor, and a flat-type imaging device of a low power consumption type.
このような電界放出型電子源アレイを用いた真空装置としては特許文献1、特許文献2に示される電界放出型電子源表示装置や、特許文献3等に示される電界放出型電子源撮像装置等が知られている。
As a vacuum device using such a field emission type electron source array, a field emission type electron source display device shown in Patent Literature 1 and
一般的にこのような電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置は、図14に示す様に、前面パネル1、背面パネル5、及び側面外周器4がフリットガラスやインジウム等の封着材料9により固着固定され、その内部が真空に保持された真空装置を備えている。
In general, a field emission electron source device using such a field emission electron source array has a front panel 1, a
前面パネル1の内面には、例えば外部からの入射光を透過する陽極電極2が形成され、その表面にターゲット3が形成されている。一般にターゲット3は、電界放出型電子源表示装置として使用される場合には3色に塗り分けられた蛍光体であり、電界放出型電子源撮像装置として使用される場合には入射光を信号電荷に変換する光電変換膜である。
On the inner surface of the front panel 1, for example, an
背面パネル5の内面には、複数の冷陰極素子(エミッタ)7と、各冷陰極素子7の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子7から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子8とが集積一体化された電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板6が設置されている。冷陰極素子7から放出された電子ビームをターゲット3にランディングさせることにより、電界放出型電子源表示装置では蛍光体を発光させて画像を映し出し、電界放出型電子源撮像装置では光電変換膜上に入射光として結像した画像を読み取ることができる。
On the inner surface of the
電界放出型電子源としては、一般的に、半導体基板上に、先端が先鋭な冷陰極素子を形成し、その周りに絶縁層及びこの絶縁層上にゲート電極を形成して、冷陰極素子とゲート電極との間に電圧を印加して冷陰極素子の先端から電子放出を行なうスピント(Spindt)型を代表例として挙げることができる。その他には、カソード電極とゲート電極との間に絶縁層を形成し、絶縁層に電圧を印加してトンネル効果により電子放出を行なうMIM(Metal Insulator Metal)型、カソード電極とエミッタ電極との間に微小ギャップを設け、これら電極間に電圧を印加して微小ギャップから電子放出を行なうSCE(Surface Conduction Emitter)型、あるいはエミッタ源にDLC(Diamond Like Carbon)やCNT(Curbon Nanotube)等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源を例として挙げることができる。 As a field emission electron source, generally, a cold cathode device having a sharp tip is formed on a semiconductor substrate, an insulating layer is formed around the cold cathode device, and a gate electrode is formed on the insulating layer. A typical example is a Spindt type in which voltage is applied between the gate electrode and electrons are emitted from the tip of the cold cathode device. In addition, an MIM (Metal Insulator Metal) type in which an insulating layer is formed between the cathode electrode and the gate electrode, and voltage is applied to the insulating layer to emit electrons by the tunnel effect, between the cathode electrode and the emitter electrode. An SCE (Surface Conduction Emitter) type that emits electrons from the micro gap by applying a voltage between these electrodes, or a carbon system such as DLC (Diamond Like Carbon) or CNT (Curbon Nanotube) as the emitter source A field emission electron source using a material can be given as an example.
このような冷陰極を含む電界放出型電子源では、個々の冷陰極素子からの電子放出量が微量であることから、電界放出型電子源表示装置として使用する場合や、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には、複数の電界放出型電子源を一単位とするセル(電子源セル)を形成することで、所定の動作を行うのに必要な電流量を確保している。 In a field emission electron source including such a cold cathode, the amount of electron emission from each cold cathode element is very small, so that it can be used as a field emission electron source display device, or field emission electron source imaging. When used as an apparatus, a cell (electron source cell) having a plurality of field emission electron sources as a unit (electron source cell) is formed to secure an amount of current necessary for performing a predetermined operation.
このセルは平面上に、例えばマトリクス状に配置される。詳細には、縦方向に延びた複数のエミッタラインが横方向に等ピッチで配置され、横方向に延びた複数のゲートラインが縦方向に等ピッチで配置され、これら複数のエミッタラインと複数のゲートラインとが交差する各位置にセルが配置される。電界放出型電子源装置の駆動時には、エミッタライン及びゲートラインを順次選択していくことにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとが交差する位置のセルから電子ビームが順次放出される。本明細書では、このようにして電子ビームを放出するセルを、以下「指定セル」と呼ぶ。以上により、電界放出型電子源表示装置においては画像を映し出すことができ、電界放出型電子源撮像装置においては結像された画像を読み出すことができる。 The cells are arranged on a plane, for example, in a matrix. Specifically, a plurality of emitter lines extending in the vertical direction are arranged at equal pitches in the horizontal direction, and a plurality of gate lines extending in the horizontal direction are arranged at equal pitches in the vertical direction. A cell is arranged at each position where the gate line intersects. When the field emission electron source device is driven, an emitter line and a gate line are sequentially selected, whereby an electron beam is sequentially emitted from a cell at a position where the selected emitter line and gate line intersect. In this specification, a cell that emits an electron beam in this manner is hereinafter referred to as a “designated cell”. As described above, the field emission electron source display device can display an image, and the field emission electron source imaging device can read the image formed.
電界放出型電子源では、冷陰極素子とゲート電極との間に形成される強電界により電子を電界放出するので、個々の冷陰極素子は電子を所定の広がり(この広がり角度を「発散角」といい、例えば30度程度である)をもって放出する。 In the field emission electron source, electrons are emitted by a strong electric field formed between the cold cathode element and the gate electrode, so that each cold cathode element has a predetermined spread of electrons (this spread angle is referred to as a “divergence angle”). For example, about 30 degrees).
このような電界放出型電子源を用いる真空装置においては、図14で示した様に、電界放出型電子源アレイを真空装置の背面パネル5上に設置し、電界放出型電子源アレイからの電子ビームをランディングさせて所定の動作を行なうターゲット3を前面パネル1上に形成するのが一般的である。ここで、電界放出型電子源アレイからターゲット3までの距離は、それらが設けられた背面パネル5から前面パネル1までの距離によって一意的に決定される。
In the vacuum apparatus using such a field emission electron source, as shown in FIG. 14, the field emission electron source array is installed on the
即ち、このような従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル5上に設置された電界放出型電子源アレイから前面パネル1上に形成されたターゲット3までの距離は、前面パネル1及び背面パネル5と側面外周器4との接合部分の精度によって、理想的な設計距離に対して大きく変化する。
That is, in such a conventional field emission type electron source device, the distance from the field emission type electron source array installed on the
例えば、前面パネル1及び背面パネル5と側面外周器4との接合がフリットガラスを介在させて行われる場合には、フリットガラスの供給量のバラツキや、フリットガラスを400℃程度で焼成し溶着させる過程で発生するシュリンクなどが、背面パネル5上に設置された電界放出型電子源アレイから前面パネル1上に形成されたターゲット3までの距離にバラツキを生じさせる。
For example, when the front panel 1 and the
また、前面パネル1及び背面パネル5と側面外周器4との接合がインジウムのような柔らかい金属を介在させて低温封着にて行なわれる場合には、封着の際にインジウムを前面パネル1と側面外周器4との間、及び側面外周器4と背面パネル5との間で潰すために、インジウムの供給量やつぶし量のバラツキが、背面パネル5上に設置された電界放出型電子源アレイから前面パネル1上に形成されたターゲット3までの距離にバラツキを生じさせる。
In addition, when the front panel 1 and the
以上のような電界放出型電子源アレイからターゲット3までの距離のバラツキは数百ミクロン〜数ミリ程度になる。 The variation in the distance from the field emission electron source array to the target 3 as described above is about several hundred microns to several millimeters.
このように、従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル5上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル1上に形成されたターゲット3との間の距離を高精度に管理することは困難である。そして、個々の冷陰極素子からはある発散角で電子が放出される。従って、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離のバラツキは、電子ビームがターゲット3上に形成する電子ビームスポットの拡がり具合(即ち、スポット径)のバラツキを生じさせる。即ち、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離が大きくなるとターゲット3上での電子ビームのスポット径が拡大し、該距離が小さくなるとターゲット3上での電子ビームのスポット径が縮小する。これは均一な画像が求められる電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置にとって非常に不都合な問題である。
Thus, in the conventional field emission electron source device, the distance between the field emission electron source array installed on the
また、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現するためには、電界放出型電子源アレイ上のセルのサイズを十分小さくする必要がある。この場合には、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離も十分に小さくする必要があり、更にその誤差を例えば数十ミクロン程度以下に管理する必要がある。ところが、従来の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離に数百ミクロン〜数ミリ程度のバラツキを有する可能性があるから、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現することは困難である。 In order to realize a high-definition field emission electron source display device and a high-definition field emission electron source imaging device, it is necessary to sufficiently reduce the size of the cells on the field emission electron source array. In this case, the distance between the field emission electron source array and the target 3 must be sufficiently small, and the error must be managed to be, for example, about several tens of microns or less. However, in the conventional field emission type electron source device, there is a possibility that the distance between the field emission type electron source array and the target 3 may vary from several hundred microns to several millimeters. It is difficult to realize an electron source display device and a high-definition field emission electron source imaging device.
また、従来の電界放出型電子源装置においては、真空容器内を真空にした場合、前面パネル1が外気圧によって加圧されて凹状に湾曲する。前面パネル1の内面にはターゲット3が形成されているので、前面パネル1の湾曲により、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離がターゲット3の中央部と周辺部とで異なることになる。即ち、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離は、ターゲット3の中央部で短くなり、周辺部で長くなる。これにより、ターゲット3上に形成される電子ビームスポット径がターゲット3の中央部と周辺部とで異なることになる。 Further, in the conventional field emission type electron source device, when the inside of the vacuum vessel is evacuated, the front panel 1 is pressurized by the external pressure and curved in a concave shape. Since the target 3 is formed on the inner surface of the front panel 1, the distance between the field emission electron source array and the target 3 differs between the central portion and the peripheral portion of the target 3 due to the curvature of the front panel 1. become. That is, the distance between the field emission electron source array and the target 3 is short at the center of the target 3 and long at the periphery. Thereby, the diameter of the electron beam spot formed on the target 3 is different between the central portion and the peripheral portion of the target 3.
この結果、電界放出型電子源表示装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで表示される画質の差が発生し、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで撮像される画質に差が発生する。 As a result, when used as a field emission electron source display device, there is a difference in image quality displayed between the center of the screen and the periphery of the screen, and when used as a field emission electron source imaging device, the screen center and the screen are displayed. There is a difference in image quality between the surroundings.
以上の問題を解決する電界放出型電子源装置が特許文献4に開示されている。これを図15(A)及び図15(B)を用いて説明する。この電界放出型電子源装置は、前面パネル32、背面パネル部10、及び側面外周器部31がフリットガラス34で接合されてなる真空容器を備えている。陽電極21、光導電膜22、及び電子ビームランディング層23からなるターゲット25は、前面パネル32と背面パネル10との間に設けられた透光性基板20の背面パネル10側の面に形成されている。背面パネル10は、スペーサ30を介して背面パネル10上に保持されている。背面パネル10の内面には、エミッタ電極12、エミッタ電極12上に形成された冷陰極素子11、冷陰極素子11の周囲に形成された絶縁層13、絶縁層13上に形成されたゲート電極14からなる電界放出型電子源アレイ15が設けられている。
A field emission electron source device that solves the above problems is disclosed in Patent Document 4. This will be described with reference to FIGS. 15A and 15B. This field emission type electron source device includes a vacuum vessel in which a
図15(A)及び図15(B)の電界放出型電子源装置によれば、図14の電界放出型電子源装置に比べて、電界放出型電子源アレイとターゲットとを近接させて、且つ両者間の距離を高精度に管理することができる。これを以下に説明する。 According to the field emission electron source device of FIGS. 15A and 15B, the field emission electron source array and the target are brought closer to each other as compared with the field emission electron source device of FIG. The distance between the two can be managed with high accuracy. This will be described below.
図14の電界放出型電子源装置では、ターゲット3は前面パネル1の内面に形成されていた。従って、電界放出型電子源アレイとターゲット3との間の距離は、前面パネル1と背面パネル5との間の側面外周器4の寸法精度、前面パネル1及び背面パネル5と側面外周器4との接合に使用される封着材料に依存する。封着材料としてフリットガラスが使用される場合には、フリットガラスの供給量のバラツキや、フリットガラスを焼成し溶着させる過程で発生するシュリンクが、上記距離にバラツキを生じさせる。また、封着材料としてインジウムを使用する場合には、インジウムの供給量やつぶし量のバラツキが、上記距離にバラツキを生じさせる。従って、図14の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイとターゲット3とを近接させて、且つ両者間の距離を高精度に管理することが困難であった。
In the field emission electron source device of FIG. 14, the target 3 is formed on the inner surface of the front panel 1. Therefore, the distance between the field emission type electron source array and the target 3 is the dimensional accuracy of the side peripheral device 4 between the front panel 1 and the
これに対して、図15(A)及び図15(B)の電界放出型電子源装置では、ターゲット25は、前面パネル32ではなく、透光性基板20に形成されている。従って、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の距離は、スペーサ30に依存する。スペーサ30と透光性基板20との接合、及びスペーサ30と背面パネル10との接合は、図14における封着部10のような真空容器内の真空を保持するための強固な接着である必要はないので、背面パネル10と透光性基板20との間の距離を高精度に管理できるような接合方法を採用することができる。例えば、フリットガラスを、透光性基板20及び背面パネル10とスペーサ30との間に介在させるのではなく、スペーサ30の周囲に塗布して高温で焼成すれば良い。あるいは、真空度に影響を与えない程度の微量の接着剤などを用いて、透光性基板20及び背面パネル10とスペーサ30とを、距離バラツキが生じないように接着しても良い。
On the other hand, in the field emission electron source device of FIGS. 15A and 15B, the
従って、図15(A)及び図15(B)の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25とを近接させて、且つ両者間の距離を高精度に管理することができる。これにより、ターゲット25上での電子ビームのスポット径を小さくすることができる。その結果、高精細な画像表示が可能な電界放出型電子源表示装置や、高精細な画像撮影が可能な電界放出型電子源撮像装置を実現することができる。
Therefore, in the field emission electron source device of FIGS. 15A and 15B, the field emission
また、図15(A)及び図15(B)の電界放出型電子源装置では、ターゲット25は、前面パネル32ではなく、透光性基板20に形成されている。従って、真空容器内を真空にすることにより、前面パネル32が外気圧によって加圧されて湾曲しても、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の距離は変化しない。これにより、ターゲット25上の全領域に均一径の電子ビームスポットを形成することができる。その結果、画面全域において均一画質の画像表示が可能な電界放出型電子源表示装置や、画面全域において均一画質の画像撮影が可能な電界放出型電子源撮像装置を実現することができる。
しかしながら、図15(A)及び図15(B)の電界放出型電子源装置は、実用上、以下の問題を有している。 However, the field emission electron source device of FIGS. 15A and 15B has the following problems in practice.
第1の問題は、真空容器内を真空にすることにより、外気圧によって前面パネル32が凹状に湾曲することに起因する。
The first problem is due to the fact that the
例えば電界放出型電子源表示装置として使用される場合には、ターゲット25に形成された蛍光体が電界放出型電子源アレイ15からの電子ビームを受けて発光した光が凹状に湾曲した前面パネル32を通過する際に屈折されるので、画像が歪んで見えるという問題が生じる。
For example, when used as a field emission type electron source display device, the
また、電界放出型電子源撮像装置として使用される場合には、被写体からの光が凹状に湾曲した前面パネル32を通過する際に屈折されるので、ターゲット25上に結像される被写体像が歪んでしまい、歪んだ画像が撮像されてしまうという問題が生じる。
Further, when used as a field emission electron source imaging device, light from the subject is refracted when passing through the concavely curved
第2の問題は、ターゲット25が形成された透光性基板20が、その四隅に設けられた4つのスペーサ30のみで支持されていることに起因する。
The second problem is caused by the fact that the
透光性基板20を4つのスペーサ30で支持することにより、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の空間と、これ以外の真空容器内の空間とを繋げることができる。従って、真空容器内を真空にすれば、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の空間も真空にすることができる。よって、4つのスペーサ30による透光性基板20の支持構造は、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の空間を真空にするためには合理的な構造である。
By supporting the
しかし、このような支持構造は、ターゲット25及び透光性基板20を含む構造体の重量を考慮すると、機械的強度の観点からは不十分である。
However, such a support structure is insufficient from the viewpoint of mechanical strength in consideration of the weight of the structure including the
透光性基板20は、電界放出型電子源装置に組み込まれる前に、陽電極21、光導電膜22、及び電子ビームランディング層23からなるターゲット25が形成される。従って、透光性基板20は、これらの形成工程において要求されるハンドリング容易性、熱的強度、物理的強度などを満足する必要がある。更に、透光性を有し、真空中でガス放出が無いことが必要である。これらを考慮して、一般的には、透光性基板20として例えば1〜3mm程度の厚みを有するガラス板が用いられる。このようなガラス板はある程度の重量を有するので、その四隅に設けられた4つの極小のスペーサ30のみでは支持強度が不足してしまう。
The
例えば電界放出型電子源表示装置として据え置き型TV装置に組み込まれて使用される場合には、透光性基板20は鉛直方向とほぼ平行になるように設置されるので、ターゲット25及び透光性基板20の自重によって、透光性基板20がスペーサ30から外れてしまうという問題が生じる可能性がある。
For example, in the case of being used as a field emission type electron source display device incorporated in a stationary TV apparatus, the
また、電界放出型電子源表示装置としてモバイル型画像表示装置に組み込まれて使用される場合には、衝撃などによって大きな加速度が加えられることでターゲット25及び透光性基板20に発生する慣性力により、透光性基板20がスペーサ30から外れてしまうという問題が生じる可能性がある。
Further, when used as a field emission type electron source display device by being incorporated in a mobile image display device, a large acceleration is applied by an impact or the like due to an inertial force generated in the
あるいは、電界放出型電子源撮像装置として機動性を有するモバイル型カメラに組み込まれて使用される場合には、上記のモバイル型画像表示装置の場合と同様に、衝撃などによって大きな加速度が加えられることでターゲット25及び透光性基板20に発生する慣性力により、透光性基板20がスペーサ30から外れてしまうという問題が生じる可能性がある。
Alternatively, when used in a mobile camera having mobility as a field emission electron source imaging device, as in the case of the mobile image display device described above, a large acceleration is applied by an impact or the like. Thus, there is a possibility that the
第3の問題は、電界放出型電子源アレイ15とターゲット25との間の距離を極めて小さくした場合に発生する。この場合、極薄のスペーサ30を用いる必要があり、電界放出型電子源装置を組み立てる際に、スペーサ30の位置決めや接着などの作業におけるスペーサ30のハンドリング性が著しく低下し、組み立てが困難になってしまうという問題が生じる。
The third problem occurs when the distance between the field emission
本発明は上記の従来の電界放出型電子源装置が有する問題を解決することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the problems of the above-described conventional field emission electron source device.
即ち、本発明は、前面パネルの歪みに起因する画像歪みが生じない電界放出型電子源装置を提供することを目的とする。 That is, an object of the present invention is to provide a field emission electron source device that does not cause image distortion due to distortion of the front panel.
また、本発明は、ターゲットが形成された基板の支持強度が向上した電界放出型電子源装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a field emission type electron source device in which the support strength of the substrate on which the target is formed is improved.
また、本発明は、組み立てが容易な電界放出型電子源装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a field emission electron source device that can be easily assembled.
本発明の電界放出型電子源装置は、複数の電界放出型陰極を備えた電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイに対向し且つ前記電界放出型電子源アレイから放出された複数の電子ビームが到達するターゲットを備えたターゲット基板と、前記ターゲット基板をその内部に収納し、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間の空間を真空に保持する真空容器とを有する。 A field emission electron source device according to the present invention includes a field emission electron source array having a plurality of field emission cathodes, and the field emission electron source array facing the field emission electron source array and emitting from the field emission electron source array. A target substrate having a target to which a plurality of electron beams reach, and a vacuum container for accommodating the target substrate therein and holding a space between the field emission electron source array and the target in a vacuum. .
本発明の第1の電界放出型電子源装置は、前記ターゲットを前記電界放出型電子源アレイに対して離間させて、前記ターゲット基板を支持するスペーサと、前記真空容器の前記ターゲット基板に対向する内壁面と前記ターゲット基板との間に配置され、前記ターゲット基板を前記スペーサに押し付ける方向の付勢力を前記ターゲット基板に印加するバネ性支持固定部材とを更に有することを特徴とする。 In the first field emission electron source device of the present invention, the target is separated from the field emission electron source array, and a spacer for supporting the target substrate and the target substrate of the vacuum container are opposed to each other. And a spring support fixing member that is disposed between an inner wall surface and the target substrate and applies a biasing force in a direction of pressing the target substrate against the spacer to the target substrate.
本発明の第2の電界放出型電子源装置は、前記ターゲットを前記電界放出型電子源アレイに対して離間させて、前記ターゲット基板を支持するスペーサを更に有する。前記スペーサは、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲット基板との間の距離を規制するスペーサ部と、前記ターゲット基板の前記電界放出型電子源アレイに対向する面と平行な方向における前記ターゲット基板の位置を規制する枠部とを備えることを特徴とする。 The second field emission electron source device of the present invention further includes a spacer for supporting the target substrate by separating the target from the field emission electron source array. The spacer includes a spacer portion that regulates a distance between the field emission electron source array and the target substrate, and the target substrate in a direction parallel to a surface of the target substrate that faces the field emission electron source array. And a frame portion that regulates the position of the frame.
本発明の第1の電界放出型電子源装置によれば、前面パネルの歪みに起因する画像歪みが生じることがなく、且つ、ターゲット基板の支持強度が向上する。 According to the first field emission type electron source device of the present invention, image distortion due to distortion of the front panel does not occur, and the support strength of the target substrate is improved.
本発明の第2の電界放出型電子源装置によれば、ターゲット基板の支持強度が向上し、且つ、スペーサのハンドリング性が向上することにより組み立てが容易である。また、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間の距離を小さくすることができるので、高精細な電界放出型電子源装置を実現できる。 According to the second field emission type electron source device of the present invention, the support strength of the target substrate is improved and the handling property of the spacer is improved, so that the assembly is easy. Further, since the distance between the field emission electron source array and the target can be reduced, a high-definition field emission electron source device can be realized.
上記の本発明の第2の電界放出型電子源装置が、前記真空容器の前記ターゲット基板に対向する内壁面と前記ターゲット基板との間に配置され、前記ターゲット基板を前記スペーサに押し付ける方向の付勢力を前記ターゲット基板に印加するバネ性支持固定部材を更に有することが好ましい。 The second field emission electron source device according to the present invention is disposed between an inner wall surface of the vacuum vessel facing the target substrate and the target substrate, and is attached in a direction to press the target substrate against the spacer. It is preferable to further include a spring support fixing member that applies a force to the target substrate.
これにより、本発明の第2の電界放出型電子源装置による効果に加えて、上記の本発明の第1の電界放出型電子源装置による効果を併せ持つ電界放出型電子源装置を実現できる。 Thereby, in addition to the effect by the 2nd field emission electron source apparatus of this invention, the field emission electron source apparatus which has the effect by the said 1st field emission electron source apparatus of this invention is realizable.
更に、この好ましい電界放出型電子源装置によれば、ターゲット基板とスペーサとを接着剤を用いて固定する必要がない。これにより、電界放出型電子源装置の低コスト化が可能となる。また、接着剤によって電界放出型電子源アレイのエミッション特性が低下するのを防止できる。更に、接着剤の付着量のバラツキによって電界放出型電子源アレイとターゲットとの間の距離がばらつくという問題の発生が解消されるので、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間の距離を、電気的絶縁を確保できる限界まで小さくすることができる。この結果、高精細な電界放出型電子源装置を実現できる。 Furthermore, according to this preferable field emission type electron source device, it is not necessary to fix the target substrate and the spacer using an adhesive. As a result, the cost of the field emission electron source device can be reduced. Moreover, it can prevent that the emission characteristic of a field emission type electron source array falls by an adhesive agent. Furthermore, since the occurrence of the problem that the distance between the field emission electron source array and the target varies due to the variation in the amount of adhesive applied, the distance between the field emission electron source array and the target is It can be reduced to the limit that can ensure electrical insulation. As a result, a high-definition field emission electron source device can be realized.
上記の本発明の第2の電界放出型電子源装置において、前記ターゲット基板は前記スペーサの前記枠部に嵌合することで前記スペーサに固定されていることが好ましい。この場合において、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲット基板と前記スペーサ部とで囲まれた第1空間が、前記真空容器内の前記第1空間外の空間と通ずるための切り欠き又は孔が前記ターゲット基板に形成されていることが好ましい。 In the second field emission electron source device of the present invention, it is preferable that the target substrate is fixed to the spacer by fitting into the frame portion of the spacer. In this case, the first space surrounded by the field emission electron source array, the target substrate, and the spacer portion has a notch or hole for communicating with the space outside the first space in the vacuum vessel. It is preferably formed on the target substrate.
これにより、第1空間内の真空度を高め且つ維持することができるので、電界放出型電子源装置の長寿命化、動作の安定化を可能にし、高性能な電界放出型電子源装置を得ることができる。 As a result, the degree of vacuum in the first space can be increased and maintained, so that the lifetime of the field emission electron source device can be extended and the operation can be stabilized, and a high performance field emission electron source device can be obtained. be able to.
上記の本発明の第2の電界放出型電子源装置において、前記電界放出型電子源アレイは、基板と、相互に電気的に独立し且つ前記基板上にマトリックス状に配置された複数のセルとを備えることが好ましい。前記複数のセルのそれぞれは複数の電界放出型電子源からなり、前記複数の電界放出型電子源のそれぞれは、前記基板上に形成された前記電界放出型陰極と、前記基板上に形成され且つ前記電界放出型陰極の位置に開口が形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された引き出し電極とを備える。前記複数のセルに一対一に対応し且つ前記複数のセルをそれぞれ取り囲むように複数の孔が形成された電極構造体が前記スペーサに一体化されていることが好ましい。 In the second field emission electron source device of the present invention, the field emission electron source array includes a substrate and a plurality of cells electrically independent from each other and arranged in a matrix on the substrate. It is preferable to provide. Each of the plurality of cells comprises a plurality of field emission electron sources, and each of the plurality of field emission electron sources is formed on the substrate, the field emission cathode formed on the substrate, and An insulating layer having an opening formed at a position of the field emission cathode; and an extraction electrode formed on the insulating layer. It is preferable that an electrode structure in which a plurality of holes are formed so as to correspond to the plurality of cells on a one-to-one basis and to surround the plurality of cells is integrated with the spacer.
これにより、電界放出型電子源アレイのセルから所定の広がり(発散角)を有して放出された電子ビームを電極構造体で適度に集束することで、高精細な電界放出型電子源装置を実現できる。 As a result, an electron beam emitted with a predetermined spread (divergence angle) from the cells of the field emission electron source array is appropriately focused by the electrode structure, thereby providing a high-definition field emission electron source device. realizable.
また、電極構造体が前記スペーサに一体化されていることにより、薄く且つ多数の微細な孔を有する格子状の電極構造体の単体でのハンドリング性が向上するので、組み立て精度が向上する。従って全表示領域内において高精細で均一な画像を表示することができる電界放出型電子源表示装置や、全撮像領域内おいて高精細で均一な画像を撮像することができる電界放出型電子源撮像装置を実現できる。 In addition, since the electrode structure is integrated with the spacer, the handleability of the thin and grid-like electrode structure having a large number of fine holes is improved, so that the assembly accuracy is improved. Therefore, a field emission electron source display device capable of displaying a high-definition and uniform image in the entire display region, and a field emission electron source capable of capturing a high-definition and uniform image in the entire imaging region An imaging device can be realized.
上記の本発明の第1の電界放出型電子源装置において、前記ターゲットと前記真空容器外とが、前記バネ性支持固定部材を介して電気的に接続されていることが好ましい。 In the first field emission electron source device of the present invention described above, it is preferable that the target and the outside of the vacuum vessel are electrically connected via the spring-like support fixing member.
これにより、バネ性支持固定部材に、ターゲット基板を固定する機能とターゲットに給電する機能とを具備させることができ、部品点数及び組み立て工数を削減して安価な電界放出型電子源装置を実現できる。 As a result, the spring support fixing member can be provided with a function of fixing the target substrate and a function of supplying power to the target, and an inexpensive field emission electron source device can be realized by reducing the number of parts and assembly man-hours. .
以下、本発明を、実施の形態を示しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置の断面図、図2は本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置の主要部の拡大断面図である。図3は本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置の分解斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a field emission electron source device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the field emission electron source device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is an exploded perspective view of the field emission electron source device according to Embodiment 1 of the present invention.
本実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置は、光透過性のガラス部材からなる前面パネル101と、背面パネル107と、これらの間に配された環状の側面外周器104とからなる真空容器を備えている。108,109はこれらを封着するための封着部である。
The field emission electron source device according to the first exemplary embodiment is a vacuum composed of a
背面パネル107の前面パネル101に対向する側の面には、電界放出型電子源アレイ100が形成された半導体基板106が設置されている。半導体基板106に対して平行に且つ離間して矩形状のターゲット基板103が設けられている。ターゲット基板103の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面にはターゲット120が形成されている。ターゲット基板103は、4つの柱状のスペーサ105を介して半導体基板106に支持されている。4つのスペーサ105の一方の端面は、矩形状の電界放出型電子源アレイ100の四隅の近傍の半導体基板106上に接着固定され、他方の端面は、ターゲット基板103の四隅に接着固定されている。
A
以下の説明の便宜のために、図示したように、前面パネル101及び背面パネル107の法線方向軸をZ軸と呼ぶ。Z軸の正の向きは電界放出型電子源アレイ100からターゲット120に向かう電子ビームの進行方向に一致する。
For convenience of the following description, as shown in the figure, the normal direction axis of the
ターゲット120の前面パネル101に対向する側の面にはバネ性支持固定部材102が取り付けられている。図4に示すように、バネ性支持固定部材102は、ターゲット基板103に嵌合して固定される矩形枠状の固定枠部102bと、固定枠部102bの四隅に取り付けられた片持ち支持構造のスプリング部102aとを備える。各スプリング部102aは、その自由端が前面パネル101のターゲット基板103に対向する側の面に当接することで弾性変形する。ターゲット基板103がスペーサ105に押し付けられるように、バネ性支持固定部材102は、スプリング部102aの弾性変形により発生した付勢力をターゲット基板103に印加する。
A spring
ターゲット基板103は、図5に示すように、矩形板形状を有し、光透過性を有するガラス等の材料からなる。ターゲット基板103の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面にはターゲット120が形成されている。ターゲット120に電位を供給するための電極部103bが、ターゲット基板103を貫通している。ターゲット基板103の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面の四隅には、ターゲット基板103を半導体基板106に対して離間させ且つ固定するための4つのスペーサ105が接着固定されている。電界放出型電子源装置を電界放出型電子源表示装置として使用する場合には、ターゲット120は、例えば、ターゲット基板103上に設けられ且つ電極部103bを介して所定の電位が与えられる酸化インジウムを主成分とする光透過性の導電膜110と、導電膜110上に設けられ且つ電界放出型電子源アレイ100から放出された電子ビームを受けて発光する蛍光体層111とからなる。
As shown in FIG. 5, the
前面パネル101は、図3に示すように、略円板形状を有し、光透過性を有するガラス等の材料からなる。前面パネル101には、これを貫通する電極部101aと、電極部101aのターゲット基板103側端に取り付けられたスプリング部101bとを備える。スプリング部101bの先端はターゲット基板103に設けられた電極部103bと接触する。これにより、電極部101a、スプリング部101b、電極部103bを介して、真空容器外からターゲット120の導電膜110に所定の電位を印加することができる。
As shown in FIG. 3, the
本実施の形態の電界放出型電子源装置の組み立て方法の一例を簡単に説明する。 An example of a method for assembling the field emission electron source device of the present embodiment will be briefly described.
まず、背面パネル107と側面外周器104との間にフリットガラス109を介在させて約400℃程度の高温で焼成することで、背面パネル107と側面外周器104とを接合する。
First, the
次いで、背面パネル107上の側面外周器104で囲まれた部分に、電界放出型電子源アレイ100を形成した半導体基板106をダイボンディングする。そして、背面パネル107上に形成された給電用の配線パターンと半導体基板106上に形成された給電用電極とがワイヤーボンディングにより接続されて、電気的な回路が形成される。
Next, the
このようにして得た背面パネル107と側面外周器104と半導体基板106とからなる背面パネル構造体を真空装置内で約120℃〜350℃程度の温度で空焼きして、ガス出しを行う。
The thus obtained back panel structure including the
次いで、真空内にて、図3に示すように、背面パネル構造体にターゲット基板103、バネ性支持固定部材102を組み付け、更に、側面外周器104と前面パネル101とをフリットガラス又はインジウムなどを用いて接合し封着して内部が真空である真空容器を形成することにより、電界放出型電子源装置が完成する。
Next, in vacuum, as shown in FIG. 3, the
半導体基板106上に形成される電界放出型電子源アレイ100は、図2に示されるように、基板上に形成された先端が先鋭化された冷陰極素子(電界放出型陰極、エミッタ)112と、冷陰極素子112の位置に開口が形成され、冷陰極素子112の周辺に設けられた絶縁層114と、絶縁層114上に設けられ、冷陰極素子112を取り囲む開口が形成された引き出し電極(ゲート電極)113等を備える。
As shown in FIG. 2, the field emission
1つの冷陰極素子112と、この冷陰極素子112に対応する開口が形成された絶縁層114と、この冷陰極素子112に対応する開口が形成された引き出し電極113とで1つの電界放出型電子源が構成される。
One field emission electron is composed of one
複数の電界放出型電子源が、例えば縦横寸法がいずれも20μm程度の領域内に近接配置されて1つのセルが構成される。電界放出型電子源アレイ100は、このような複数のセルが縦横方向にマトリックス状に配置されている。例えば、VGA対応の装置であれば、水平方向に640個、垂直方向に480個のマトリックス状にセルが配置される。このとき、各セルは個別に駆動可能なように、相互に電気的に独立している。
A plurality of field emission electron sources are arranged close to each other in a region having a vertical and horizontal dimension of about 20 μm, for example, to constitute one cell. In the field emission
同一セル内の複数の冷陰極素子112には例えば30Vの基準電位から低位の0Vに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、引き出し電極113には例えば30Vの基準電位から中位の50Vに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。冷陰極素子112と引き出し電極113との間に形成される電位差により、冷陰極素子112の先端から電子が放出される。冷陰極素子112に印加されるエミッタ電位及び引き出し電極113に印加されるゲート電位は、真空容器外より背面パネル107上に形成された配線パターンを介して供給される。
A plurality of
ターゲット基板103の電界放出型電子源アレイ100側の面に設けられた導電膜110には例えば100V〜数100V程度の高位の電圧が印加されている。
A high voltage of about 100 V to several hundreds V, for example, is applied to the
電界放出型電子源アレイ100の各セルには、映像信号に基づいて所定のエミッタ電圧及びゲート電圧が印加され、これにより形成される冷陰極素子112と引き出し電極113との間の電位差に応じて電子ビームが放出される。電子ビームは、導電膜110に印加された高位の電圧に引き寄せられてターゲット120に到達し、蛍光体111を発光させる。このようにして、ターゲット基板103上に映像が形成される。
A predetermined emitter voltage and gate voltage are applied to each cell of the field emission
前面パネル101、背面パネル107、及び側面外周器104からなる真空容器内の、電界放出型電子源アレイ100が形成された半導体基板106とターゲット基板103とで挟まれた、電子ビームが通過する空間以外の空間内に、ゲッターポンプ115が設置されている。ゲッターポンプ115は、余分なガスを吸着除去することにより、真空容器内を高真空に保持する。
A space through which an electron beam passes, sandwiched between a
以上の本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置によれば、図15(A)及び図15(B)に示した従来の電界放出型電子源装置が有していた、前面パネル32が凹状に湾曲することによる画像の歪み、及び、ターゲット25が形成された透光性基板20の支持強度不足という問題を解消することができる。これを以下に説明する。
According to the field emission electron source device according to the first embodiment of the present invention described above, the front surface of the conventional field emission electron source device shown in FIGS. 15A and 15B has been provided. It is possible to solve the problems of image distortion due to the concave curvature of the
本実施の形態では、前面パネル101とターゲット基板103との間に配置されたバネ性支持固定部材102が、前面パネル101及びターゲット基板103に、両者が互いに離れる方向の付勢力を印加している。
In the present embodiment, the springy supporting and fixing
バネ性支持固定部材102が真空容器の内側から外側に向かう付勢力を前面パネル101に印加することにより、大気圧によって発生した前面パネル101の凹状の湾曲が補正される。
The spring-like
また、バネ性支持固定部材102がターゲット基板103にターゲット基板103をスペーサ105に押し付ける方向の付勢力を印加することにより、この付勢力が印加されない場合に比べて、ターゲット基板103の支持強度が増大する。従って、例えば電界放出型電子源表示装置としてモバイル型画像表示装置に組み込んで使用した場合や、電界放出型電子源撮像装置としてカメラに組み込んで使用した場合に、大きな加速度が加えられることでターゲット基板103に大きな慣性力が発生しても、ターゲット基板103がスペーサ105から外れて破壊されてしまうという問題が生じにくくなる。
Further, when the urging
図1〜図5には、バネ性支持固定部材102が弾性を有する金属材料からなる場合を示したが、バネ性支持固定部材102の材料はこれに限定されず、変形性を有する金属材料でも良く、又は、同様の機能を有する金属以外の材料であっても良い。また、バネ性支持固定部材102の形状も図1〜図5に示した形状に限定されない。
1 to 5 show the case where the spring
また、上述の実施の形態では、側面外周器104及び前面パネル101の平面視形状は略円形形状としたが、これに限らず、例えば略矩形形状としても何ら問題はない。
In the above-described embodiment, the planar view shape of the side surface outer
更に、上述の実施の形態では、電界放出型電子源装置をターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置として使用する例を示したが、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置として使用することもできる。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the field emission electron source device is used as a field emission electron source display device in which the
電界放出型電子源撮像装置として使用する場合、光電変換膜とターゲット基板103との間にITO等の光透過性電極を設け、この光透過性電極と電極部103bとの間をアルミニウム薄膜等の光を透過しない導電性の部材で結線することが望ましい。なぜなら、例えば光透過性電極と電極部103bとをITO等の光透過性材料で結線すると、その部分からも映像信号が生成されてしまい、撮像画像にノイズが発生する可能性があるからである。
When used as a field emission electron source imaging device, a light transmissive electrode such as ITO is provided between the photoelectric conversion film and the
更には、ITO等の光透過性電極が形成された撮像領域の周囲を非光透過性の導電膜で囲い、映像信号発生時以外の時間に電界放出型電子源アレイ100からの電子ビームをこの非光透過性の導電膜部分に照射することが好ましい。これにより、光透過性電極膜が形成された撮像領域のみに映像信号を生成させることができ、且つ、撮像領域の周囲の領域での光電変換膜の電位上昇などによるノイズ発生や画像の歪みといった問題の発生を防止することができる。
Further, the periphery of the imaging region where the light transmissive electrode such as ITO is formed is surrounded by a non-light transmissive conductive film, and the electron beam from the field emission
(実施の形態2)
図6は本発明の実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置の断面図である。図7は本発明の実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置の分解斜視図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a sectional view of a field emission type electron source device according to
本実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置は、光透過性のガラス部材からなる前面パネル101と、背面パネル107と、これらの間に配された環状の側面外周器104とからなる真空容器を備えている。
The field emission electron source device according to the second embodiment is a vacuum composed of a
背面パネル107の前面パネル101に対向する側の面には、電界放出型電子源アレイ100が形成された半導体基板106が設置されている。半導体基板106に対して平行に且つ離間して矩形状のターゲット基板117が設けられている。ターゲット基板117の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面にはターゲット120が形成されている。ターゲット基板117はスペーサ116を介して半導体基板106に支持されている。
A
本実施の形態2は、実施の形態1のバネ性支持固定部材102が設けられていない点と、ターゲット基板117及びスペーサ116の構成とにおいて、実施の形態1と異なる。実施の形態1と同じ部材には同一の符号を付してそれらについての説明を省略する。以下に、実施の形態1と異なる点を中心に本実施の形態2を説明する。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the springy supporting and fixing
本実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置は、図15(A)及び図15(B)に示した従来の電界放出型電子源装置が有していた、ターゲット25が形成された透光性基板20の支持強度不足、及び、電界放出型電子源装置を組み立てる際の極薄のスペーサ30のハンドリングが著しく困難であるという問題を解消することができる。これを以下に説明する。
The field emission electron source device according to the second embodiment is a transparent device on which a
本実施の形態のスペーサ116は、図8に示すように、全体として矩形枠形状を有し、電界放出型電子源アレイ100とターゲット基板117との間の距離を高精度に規制し維持するスペーサ部116aと、ターゲット基板117の電界放出型電子源アレイ100に対向する面と平行な方向におけるターゲット基板117の位置を規制する枠部116bとを備える。スペーサ部116aのZ軸方向寸法より、これより外側の枠部116bのZ軸方向寸法が大きい。この寸法差によって生じるスペーサ部116aと枠部116bとの間の段差とターゲット基板117とが嵌合する。
As shown in FIG. 8, the
本実施の形態では、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離を極めて小さくする場合、枠部116bのZ軸方向寸法を変更することなく、スペーサ部116aのZ軸方向寸法のみを小さくすれば良い。従って、スペーサ部116aの厚みを薄くしても、スペーサ116のハンドリングに必要な厚みと強度を枠部116bで確保することができる。この結果、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離にかかわらず、電界放出型電子源装置の組み立て工程においてスペーサ116単体のハンドリング性は良好で、電界放出型電子源装置の組み立て作業が容易になる。
In the present embodiment, when the distance between the field emission
また、スペーサ部116aは枠部116bと一体化されているので、スペーサ部116aの厚みを薄くすることが容易である。従って、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離を従来よりも小さくすることができる。電界放出型電子源アレイ100から電子ビームは所定の広がり(発散角)を有して放出される。従って、電子ビームがターゲット120上に形成するスポットの大きさは、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離が大きいほど大きくなる。本実施の形態では、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離を従来よりも小さくすることができるので、ターゲット120上の電子ビームのスポット径を小さくすることができる。この結果、ターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することができ、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することができる。
Moreover, since the
更に、ターゲット基板117は、その外周端がスペーサ116の段差に嵌合することでスペーサ116に保持される。従って、ターゲット基板117の支持強度が向上する。
Further, the
ターゲット基板117は、図9に示す様に、矩形板形状を有し、光透過性を有するガラス等の材料からなる。ターゲット基板117の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面にはターゲット120が形成されている。ターゲット120に電位を供給するための電極部103bが、ターゲット基板117を貫通している。
As shown in FIG. 9, the
スペーサ116が嵌合するターゲット基板117の外周端には切り欠き117cが形成されている。切り欠き117cは、ターゲット基板117をスペーサ116に嵌合して半導体基板106上に設置した状態において、半導体基板106とターゲット基板117とスペーサ115とで囲まれた第1空間131(図6参照)と、真空容器内の第1空間131の外の第2空間132とを連通させる通気孔として機能する。これにより、電界放出型電子源アレイ100から放出された電子ビームが第1空間131を形成する壁面に衝突することでガスが発生しても、切り欠き117cを介して第2空間132に導き、ゲッターポンプ115に吸着させることができる。また、電界放出型電子源装置の組み立てにおいて、半導体基板106上にスペーサ116を介してターゲット基板117を設置した後、真空雰囲気下で前面パネル101を取り付けて真空容器を封着する際に、切り欠き117cを介して第1空間131内をガス放出して真空にすることができる。即ち、本実施の形態のように、ターゲット基板117の外周を取り囲むように連続した矩形枠状のスペーサ116を用いても、電界放出型電子源アレイ100からターゲット120に向かって電子ビームが放出される第1空間131内の真空度を高め且つ維持することができる。その結果、電界放出型電子源装置の長寿命化、動作の安定化を可能にし、高性能な電界放出型電子源装置を得ることができる。
A
上述の実施の形態では、電界放出型電子源装置をターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置として使用する例を示したが、実施の形態1で説明したのと同様に、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置として使用することもできる。
In the above-described embodiment, an example in which the field emission type electron source device is used as a field emission type electron source display device in which the
(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3にかかる電界放出型電子源装置の断面図である。図11は、本発明の実施の形態3にかかる電界放出型電子源装置の分解斜視図である。本実施の形態3は、実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせた構成を有している。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a cross-sectional view of a field emission type electron source device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 11 is an exploded perspective view of the field emission electron source device according to Embodiment 3 of the present invention. The third embodiment has a configuration in which the first embodiment and the second embodiment are combined.
即ち、本実施の形態3にかかる電界放出型電子源装置は、実施の形態2と同様にスペーサ116で支持されたターゲット基板117の前面パネル101に対向する側の面に、実施の形態1と同様にバネ性支持固定部材102が取り付けられている。実施の形態1,2と同じ部材には同一の符号を付してそれらについての説明を省略する。
That is, the field emission electron source device according to the third exemplary embodiment is similar to the first exemplary embodiment on the surface of the
バネ性支持固定部材102は、実施の形態1で説明したのと同様に、図4に示すように、ターゲット基板117に嵌合して固定される矩形枠状の固定枠部102bと、固定枠部102bの四隅に取り付けられた片持ち支持構造のスプリング部102aとを備える。バネ性支持固定部材102は、前面パネル101及びターゲット基板117に、両者が互いに離れる方向の付勢力を印加している。
As shown in FIG. 4, the spring
本実施の形態では、実施の形態1で説明したバネ性支持固定部材102を備えることにより、実施の形態1で説明したのと同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2で説明したターゲット基板117及びスペーサ116を備えることにより、実施の形態2で説明したのと同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, by providing the springy
更に、本実施の形態では以下の効果を得ることができる。 Furthermore, the following effects can be obtained in the present embodiment.
即ち、ターゲット基板117は、Z軸方向には、バネ性支持固定部材102の付勢力によりスペーサ116に押し付けられることで移動が制限されており、Z軸と直交する方向には、スペーサ116の枠部116bと嵌合することにより移動が制限されている。従って、ターゲット基板117とスペーサ116とを接着剤を用いて固定する必要がない。
That is, the movement of the
これにより、電界放出型電子源装置の低コスト化が可能となり、また接着剤によって電界放出型電子源アレイのエミッション特性が低下するのを防止できる。 As a result, the cost of the field emission electron source device can be reduced, and the emission characteristics of the field emission electron source array can be prevented from being lowered by the adhesive.
更に、ターゲット基板117とスペーサ116との間に接着剤を付与する必要がないので、接着剤の付着量のバラツキによって電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離がばらつくという問題の発生が解消され、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離精度を向上させることができる。これにより、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離を、電気的絶縁を確保できる限界まで小さくすることができる。この結果、ターゲット120上の電子ビームのスポット径を更に小さくすることができるので、ターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては更に高精細な画像を表示することができ、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては更に高精細な画像を撮像することができる。
Furthermore, since it is not necessary to apply an adhesive between the
本実施の形態3においても、実施の形態1で説明したように、バネ性支持固定部材102の材料は、弾性を有する金属材料に限定されず、変形性を有する金属材料でも良く、又は、同様の機能を有する金属以外の材料であっても良い。また、バネ性支持固定部材102の形状も上記の形状に限定されない。
Also in the third embodiment, as described in the first embodiment, the material of the springy supporting and fixing
また、上述の実施の形態では、電界放出型電子源装置をターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置として使用する例を示したが、実施の形態1で説明したのと同様に、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置として使用することもできる。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the field emission electron source device is used as a field emission electron source display device in which the
実施の形態2,3では、ターゲット基板117の電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面の外周端の一部のみを除去して切り欠き117cを形成したが、半導体基板106とターゲット基板117とスペーサ115とで囲まれた第1空間131と、これより外の第2空間132との間でガスの移動を可能にする形状であれば図9の切り欠き117cに限定されない。例えば、図12に示すように、電界放出型電子源アレイ100に対向する側の面から前面パネル101に対向する側の面にまで達するように、ターゲット基板117の外周端の一部を除去した溝状の切り欠き117dであっても良い。あるいは、図13に示すように、ターゲット基板117をZ軸方向に貫通する孔117eであっても良い。
In
実施の形態1,3において、ターゲット120の導電膜110と真空容器外とがバネ性支持固定部材102を介して電気的に接続されていても良い。これにより、例えば前面パネル101に設けられたスプリング部101bを省略することができる。このように、バネ性支持固定部材102がターゲット基板103,117を固定する機能とターゲット120に給電する機能とを併せ持つことにより、部品点数及び組み立て工数を削減して安価な電界放出型電子源装置を実現できる。
In the first and third embodiments, the
実施の形態2,3において、スペーサ116のスペーサ部116aと、ターゲット基板117上のターゲット120の形成領域との関係は特に制限はないが、ターゲット120の厚みが電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離に対して無視し得ないほど厚い場合には、ターゲット基板117の周囲のスペーサ部116aが当接する領域にはターゲット120は形成されていないことが好ましい。ターゲット基板117をスペーサ116に嵌合した状態において、ターゲット基板117とスペーサ部116aとの間に厚いターゲット120が介在していると、ターゲット120の厚みバラツキによって電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間の距離精度が低下するからである。
In the second and third embodiments, the relationship between the
実施の形態2,3において、スペーサ116の枠部116bのターゲット基板117が嵌合する内側壁面は、その内寸法が、Z軸方向において前面パネル101側で大きく、背面パネル107側で小さくなるように傾斜していることが好ましい。このように枠部116bの内側壁面をテーパ面とすることにより、スペーサ116にターゲット基板117を嵌合する作業が容易になる。
In the second and third embodiments, the inner wall surface of the
即ち、スペーサ116にターゲット基板117を嵌合する際に、ターゲット基板117がスペーサ116に対して僅かにずれていても、ターゲット基板117がその自重により落下する過程で、ターゲット基板117のスペーサ116に対するズレは、ターゲット基板117が枠部116bのテーパ面に案内されることで修正される。そして、ターゲット基板117がスペーサ部116aの上面に着地した状態では、ターゲット基板117のスペーサ116に対するズレは自動的に解消される。従って、ターゲット基板117とスペーサ116との組立精度及び組立作業性が格段に向上する。
That is, when the
実施の形態1〜3において、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120との間に、電界放出型電子源アレイ100の各セルに一対一に対応し且つ各セルを取り囲むように複数の貫通孔が形成された格子状のフォーカス電極を設けても良い。このフォーカス電極にはターゲット120に印加される電圧よりも低い電圧が供給される。電界放出型電子源アレイ100のセルから所定の広がり(発散角)を有して放出された電子ビームは、フォーカス電極の貫通孔内に形成された電界により適度に集束される。これにより、フォーカス電極を出射する電子ビームの発散角は、フォーカス電極を備えない場合に比べて小さくなる。このために、ターゲット120上の電子ビームのスポット径を小さくすることができる。この結果、ターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することができ、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することができる。
In the first to third embodiments, a plurality of through holes are provided between the field emission
実施の形態2,3においてこのようなフォーカス電極を設ける場合、スペーサ116の半導体基板106側端にフォーカス電極を一体に形成することが好ましい。このフォーカス電極が一体化されたスペーサは、シリコンを含む半導体ウエハを用いて半導体微細加工技術により形成することができる。
In the case of providing such a focus electrode in the second and third embodiments, it is preferable that the focus electrode be integrally formed at the end of the
半導体微細加工技術を用いることにより、例えば厚みが0.01mm〜0.04mm程度の極薄で、貫通孔の配置ピッチが0.02mmという微細な格子構造体からなるフォーカス電極を容易に作成することができる。また、このようなフォーカス電極が厚く且つ強度を有するスペーサと一体化されていることにより、フォーカス電極のハンドリング等が容易である。従って、電界放出型電子源装置を組み立てる際に、フォーカス電極の貫通孔と電界放出型電子源アレイ100のセルとの位置合わせを容易且つ高精度に行うことができる。また、フォーカス電極とスペーサ116とを別々に作成した場合に比べて、フォーカス電極とスペーサ116との組み立て作業が不要になり、また、フォーカス電極とスペーサ116の枠部116bとの相対的位置関係をミクロンオーダーに高精度化することができる。更に、フォーカス電極及びスペーサ116のスペーサ部116aのZ軸方向の寸法もミクロンオーダーに高精度化することができる。これらにより、電界放出型電子源アレイ100とターゲット120とのZ軸方向及びこれに直交する方向における相対的位置精度が向上する。この結果、ターゲット120に蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては全表示領域内において高精細で均一な画像を表示することができ、ターゲット120に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては全撮像領域内おいて高精細で均一な画像を撮像することができる。また、フォーカス電極とターゲット120とのZ軸と直交する方向における相対的位置精度が向上するので、例えばターゲット120に3色の蛍光体を備えたカラー表示装置においては、高精細なカラー画像を表示することができる。
By using a semiconductor microfabrication technology, for example, a focus electrode made of a fine lattice structure having an extremely thin thickness of about 0.01 mm to 0.04 mm and a through hole arrangement pitch of 0.02 mm can be easily formed. Can do. Further, since the focus electrode is integrated with a thick and strong spacer, the focus electrode can be easily handled. Therefore, when assembling the field emission electron source device, the alignment of the through hole of the focus electrode and the cell of the field emission
実施の形態1〜3において、ターゲット基板103,117の前面パネル101と対向する側の面に、透明な電極層を設けることが好ましい。これにより、電界放出型電子源装置の組立の際に、ターゲット基板103,117の搬送を静電チャックを用いてターゲット基板103,117を保持して行うことが出来る。従って、ターゲット基板103,117の搬送が容易になり、電界放出型電子源装置の組立を容易且つ高精度に行うことができる。また、ターゲット基板103,117に保持のための溝や爪を形成する必要がない。また、この透明な電極層は、ターゲット120に蛍光体を備えた場合にターゲット120が発する光を遮らないので、電界放出型電子源表示装置の機能を損なうことはなく、また、ターゲット120に光電変換膜を備えた場合にターゲット120へ入射する光を遮らないので、電界放出型電子源撮像装置の機能を損なうこともない。
In the first to third embodiments, it is preferable to provide a transparent electrode layer on the surface of the
本発明の利用分野は特に制限はなく、例えば電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置に利用することができる。 The field of application of the present invention is not particularly limited, and can be used for, for example, a field emission electron source display device and a field emission electron source imaging device.
100 電界放出型電子源アレイ
101 前面パネル
101a 電極部
101b スプリング部
102 バネ性支持固定部材
102a スプリング部
102b 固定枠部
103 ターゲット基板
103b 電極部
104 側面外周器
105 スペーサー
106 半導体基板
107 背面パネル
108,109 封着部
110 導電膜
111 蛍光体層
112 冷陰極素子(電界放出型陰極、エミッタ)
113 引き出し電極(ゲート電極)
114 絶縁層
115 ゲッターポンプ
116 スペーサー
116a スペーサー部
116b 枠部
117 ターゲット基板
117c,117d 切り欠き
117e 孔
120 ターゲット
DESCRIPTION OF
113 Lead electrode (gate electrode)
114
Claims (6)
前記電界放出型電子源アレイに対向し且つ前記電界放出型電子源アレイから放出された複数の電子ビームが到達するターゲットを備えたターゲット基板と、
前記ターゲット基板をその内部に収納し、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間の空間を真空に保持する真空容器と
を有する電界放出型電子源装置であって、
前記ターゲットを前記電界放出型電子源アレイに対して離間させて、前記ターゲット基板を支持するスペーサと、
前記真空容器の前記ターゲット基板に対向する内壁面と前記ターゲット基板との間に配置され、前記ターゲット基板を前記スペーサに押し付ける方向の付勢力を前記ターゲット基板に印加するバネ性支持固定部材と
を更に有することを特徴とする電界放出型電子源装置。 A field emission electron source array comprising a plurality of field emission cathodes;
A target substrate comprising a target facing the field emission electron source array and to which a plurality of electron beams emitted from the field emission electron source array reach;
A field emission electron source device comprising: a vacuum vessel that houses the target substrate therein and holds a space between the field emission electron source array and the target in a vacuum;
A spacer for separating the target from the field emission electron source array and supporting the target substrate;
A springy supporting and fixing member disposed between an inner wall surface of the vacuum container facing the target substrate and the target substrate, and applying a biasing force in a direction to press the target substrate against the spacer. A field emission electron source device comprising:
前記電界放出型電子源アレイに対向し且つ前記電界放出型電子源アレイから放出された複数の電子ビームが到達するターゲットを備えたターゲット基板と、
前記ターゲット基板をその内部に収納し、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間の空間を真空に保持する真空容器と
を有する電界放出型電子源装置であって、
前記ターゲットを前記電界放出型電子源アレイに対して離間させて、前記ターゲット基板を支持するスペーサを更に有し、
前記スペーサは、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲット基板との間の距離を規制するスペーサ部と、前記ターゲット基板の前記電界放出型電子源アレイに対向する面と平行な方向における前記ターゲット基板の位置を規制する枠部とを備えることを特徴とする電界放出型電子源装置。 A field emission electron source array comprising a plurality of field emission cathodes;
A target substrate comprising a target facing the field emission electron source array and to which a plurality of electron beams emitted from the field emission electron source array reach;
A field emission electron source device comprising: a vacuum vessel that houses the target substrate therein and holds a space between the field emission electron source array and the target in a vacuum;
A spacer for separating the target from the field emission electron source array and supporting the target substrate;
The spacer includes a spacer portion that regulates a distance between the field emission electron source array and the target substrate, and the target substrate in a direction parallel to a surface of the target substrate that faces the field emission electron source array. A field emission type electron source device.
前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲット基板と前記スペーサ部とで囲まれた第1空間が、前記真空容器内の前記第1空間外の空間と通ずるための切り欠き又は孔が前記ターゲット基板に形成されている請求項2に記載の電界放出型電子源装置。 The target substrate is fixed to the spacer by fitting into the frame portion of the spacer,
A cutout or a hole is formed in the target substrate so that a first space surrounded by the field emission electron source array, the target substrate, and the spacer portion communicates with a space outside the first space in the vacuum vessel. The field emission electron source device according to claim 2, wherein the field emission electron source device is formed.
前記複数のセルのそれぞれは複数の電界放出型電子源からなり、
前記複数の電界放出型電子源のそれぞれは、前記基板上に形成された前記電界放出型陰極と、前記基板上に形成され且つ前記電界放出型陰極の位置に開口が形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された引き出し電極とを備え、
前記複数のセルに一対一に対応し且つ前記複数のセルをそれぞれ取り囲むように複数の孔が形成された電極構造体が前記スペーサに一体化されている請求項2に記載の電界放出型電子源装置。 The field emission electron source array includes a substrate and a plurality of cells electrically independent from each other and arranged in a matrix on the substrate,
Each of the plurality of cells comprises a plurality of field emission electron sources,
Each of the plurality of field emission electron sources includes the field emission cathode formed on the substrate, an insulating layer formed on the substrate and having an opening formed at the position of the field emission cathode, An extraction electrode formed on the insulating layer,
3. The field emission electron source according to claim 2, wherein an electrode structure in which a plurality of holes are formed so as to correspond to the plurality of cells on a one-to-one basis and to surround the plurality of cells is integrated with the spacer. apparatus.
The field emission electron source device according to claim 1 or 3, wherein the target and the outside of the vacuum vessel are electrically connected via the springy support fixing member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006058134A JP2007234546A (en) | 2006-03-03 | 2006-03-03 | Field emission type electron source device |
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JP2011210642A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Plane type imaging element |
-
2006
- 2006-03-03 JP JP2006058134A patent/JP2007234546A/en active Pending
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