JP4287885B2 - Mesh structure - Google Patents
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Description
本発明はメッシュ構造体に関する。 The present invention relates to a mesh structure.
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、特許文献3、特許文献4に示される電界放出型電子源表示装置や、特許文献5等に示される電界放出型電子源撮像装置や、特許文献6に示される発光素子等が知られている。
As a vacuum apparatus using such a field emission type electron source array, the field emission type electron source display device shown in
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26に示す様に、前面パネル101と、背面パネル105と、側面外周器104とを備え、これらはフリットガラスやインジウム等の封着材料109により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
In general, a field emission electron source device using such a field emission electron source array includes a
前面パネル101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102が形成され、その表面にターゲット103が形成されている。一般にターゲット103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色に発光する蛍光体が規則正しく配列された蛍光体層であり、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
背面パネル105の内面には、複数の冷陰極素子(エミッタ)107と、各冷陰極素子107の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子107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108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106が設置されている。冷陰極素子107から放出された電子ビームをターゲット103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 Electron Source)型、あるいは電子源にDLC(Diamond Like Carbon)やCNT(Carbon 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. SCE (Surface Conduction Electron Source) type that emits electrons from the minute gap by applying a voltage between these electrodes, or carbon such as DLC (Diamond Like Carbon) or CNT (Carbon Nanotube) as the electron source A field emission electron source using a system 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)を形成し、所定の動作を行うのに必要な電流量を確保している。 A field emission electron source including such a cold cathode has a very small amount of electron emission from each cold cathode element, 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 is formed, and an amount of current necessary for performing a predetermined operation is secured.
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、個々の冷陰極素子から電子は所定の広がり(この広がり角度を「発散角」といい、例えばスピント型電界放出型電子源の場合30度程度である)をもって放出される。 In the field emission electron source, electrons are emitted by a strong electric field formed between the cold cathode device and the gate electrode, so that electrons spread from each cold cathode device to a predetermined spread (this spread angle is referred to as a “divergence angle”). For example, in the case of a Spindt-type field emission electron source, it is 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26で示した様に、電界放出型電子源アレイを真空容器の背面パネル105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103を前面パネル101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103までの距離は、それらが設けられた背面パネル105と前面パネル101と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 type electron source, as shown in FIG. 26, the field emission type 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105上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル101上に形成されたターゲット103との距離は、前面パネル101及び背面パネル105と側面外周器104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 electron source device, the distance between the field emission electron source array installed on the
例えば、前面パネル101及び背面パネル105と側面外周器104との接合がフリットガラスを用い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、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105上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル101上に形成されたターゲット103との距離のバラツキを生じさせる。
For example, when the
また、前面パネル101及び背面パネル105と側面外周器104との接合がインジウムのような柔らかい金属を用いた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101と側面外周器104との間、及び側面外周器104と背面パネル105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105上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル101上に形成されたターゲット103との距離のバラツキを生じさせる。
In addition, when the
電界放出型電子源アレイとターゲット103との間の距離のバラツキは数百ミクロン〜数ミリの程度になる。
The variation in the distance between the field emission electron source array and the
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105上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル101上に形成されたターゲット103と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30度程度の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103との距離のバラツキは、電子ビームがターゲット103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。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。
As described above, 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103と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103と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
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101が外気圧によって加圧されて湾曲する。前面パネル101の内面にはターゲット103が形成されているので、前面パネル101の湾曲により、電界放出型電子源アレイからの距離がターゲット103の中央部と周辺部とで異なることになり、この結果、ターゲット103上に形成される電子ビームスポット径がターゲット103の中央部と周辺部とで異なることになる。
Further, in the conventional field emission electron source device, when the inside of the vacuum vessel is evacuated, the
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 screen There is a difference in image quality between the surroundings.
図26とは異なり、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にシールドグリッド電極を設けた電界放出型電子源アレイを用いた真空装置が特許文献1及び特許文献5に示されている。
Unlike FIG. 26,
図27に特許文献5に示された、電界放出型電子源撮像装置として使用される電界放出型電子源装置の断面図を示す。
FIG. 27 shows a cross-sectional view of a field emission electron source device used as a field emission electron source imaging device disclosed in
真空容器118は、透光性の前面パネル115と、背面パネル117と、メッシュ状のシールドグリッド電極120を保持するスペーサー部を兼用した側面外周器116とを備え、これらはフリットガラスからなる封着材料133及びインジウムからなる封着材料119により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
The vacuum vessel 118 includes a
前面パネル115の内面には、外部からの入射光111を透過する陽極電極113と、その表面に形成された光電変換膜112とからなる光電変換ターゲット114が形成されている。
On the inner surface of the
背面パネル117の内面には、冷陰極素子124と、冷陰極素子124に電位を供給する陰極導体125と、冷陰極素子124の周囲を囲むように陰極導体125上に形成された絶縁層126と、絶縁層126上に冷陰極素子124の周囲を囲むように配置されたゲート電極128とからなる電界放出型電子源アレイ129が形成されている。
On the inner surface of the
光電変換ターゲット114と電界放出型電子源アレイ129との間に、シールドグリッド電極120が配置されている。シールドグリッド電極120には、ゲート電極128に印加される電圧よりも高い電圧が印加されている。
A
シールドグリッド電極120は複数の貫通孔120aを備える。複数の貫通孔120aと複数の冷陰極素子124とは一対一に対応しており、冷陰極素子124の電子ビームを放出する先端の真上に貫通孔120aの中心が位置している。
The
冷陰極素子124の先端からは、約30度の発散角で電子ビームが放出される。この電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみがシールドグリッド電極120のこの冷陰極素子124に対応する貫通孔120aを通過して光電変換ターゲット114に到達し、これ以外の斜めに向かって放出された電子ビームはシールドグリッド電極120に吸収されてしまう。
An electron beam is emitted from the tip of the
特許文献5には、このようにして光電変換ターゲット114に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることができるとされている。
しかしながら、冷陰極素子124から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみを光電変換ターゲット114に到達させるためには、冷陰極素子124の大きさ、隣り合う冷陰極素子124間の距離、電界放出型電子源アレイ129からシールドグリッド電極120までの距離、シールドグリッド電極120の貫通孔120aの開口径、シールドグリッド電極120の厚みの相対的関係を厳密に設定する必要がある。
However, in order to allow only the electron beam emitted from the
例えば、冷陰極素子124を小さくし、隣り合う冷陰極素子124間の距離を小さくすると、シールドグリッド電極120の隣り合う貫通孔120a間の距離も小さくするする必要が生じる。ところが、この場合、冷陰極素子124の先端から約30°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子124の真上に配置された対応する貫通孔120aのみならず、この貫通孔120aの近傍の貫通孔120aを通過して光電変換ターゲット114に到達する可能性がある。
For example, if the
また、電界放出型電子源アレイ129からシールドグリッド電極120までの距離を大きくした場合にも、冷陰極素子124の先端から約30°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子124の真上に配置された対応する貫通孔120aのみならず、この貫通孔120aの近傍の貫通孔120aを通過して光電変換ターゲット114に到達する可能性がある。
Further, even when the distance from the field emission
また、シールドグリッド電極120の貫通孔120aの数に対して、冷陰極素子124の数が多い場合には、電界放出型電子源アレイ129に形成された複数の冷陰極素子124のうちの一部の冷陰極素子124の先端の真上には貫通孔120aの中心が位置しないことになる。従って、このような冷陰極素子124から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔120aを通過できずにシールドグリッド電極120に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームがこの冷陰極素子124の真上以外に位置する貫通孔120aを通過して光電変換ターゲット114に到達する可能性がある。
Further, when the number of
このように、各構成要素の寸法の相対的関係を厳密に設定しないと、光電変換ターゲット114に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることは不可能である。その結果、撮像画素サイズが拡大するという問題が生じる。
In this way, unless the relative relationship between the dimensions of the constituent elements is set strictly, it is impossible to reduce the spread of the electron beam reaching the
また、図27に示した電界放出型電子源装置を、VGA(水平方向640ドット×垂直方向480ドット)の撮像を行なう平面型撮像装置に適用しようとした場合、次のような問題が発生すると考えられる。 In addition, when the field emission electron source device shown in FIG. 27 is applied to a flat-type imaging device that performs VGA (horizontal direction 640 dots × vertical direction 480 dots) imaging, the following problem occurs. Conceivable.
VGAの平面撮像装置では、水平方向に640ドット、垂直方向に480ドットの画素が配置されており、トータルの画素数は31万ドットである。仮に、1つの画素(ドット)に100個の冷陰極素子124を配置すると、冷陰極素子124の総数は3100万個となり、その数は膨大となる。この平面撮像装置の外形対角サイズを1インチ(2.54センチ)とすれば、電界放出型電子源アレイの水平方向サイズは1.275cm、電界放出型電子源アレイの垂直方向サイズは0.956cmとなり、1つのドットのサイズは0.02mm(=20μm)となる。この1つのドット内に100個の冷陰極素子124を格子点状に配置するのであれば、一方向に10個配置する必要がある。冷陰極素子124に一対一に対応して貫通孔120aをシールドグリッド電極120に形成するためには、貫通孔120aの内径は2μm以下にする必要がある。
In a VGA planar imaging device, pixels of 640 dots in the horizontal direction and 480 dots in the vertical direction are arranged, and the total number of pixels is 310,000 dots. If 100
この場合、シールドグリッド電極120の厚みを1μm以下とすれば、内径2μm以下の貫通孔120aを形成することは可能と思われる。しかし、シールドグリッド電極120の厚みが1μm以下であれば、シールドグリッド電極120の強度不足や撓みなどが問題となる可能性が高い。一方、厚みを1μmより厚くすると、特許文献5にシールドグリッド電極120の材料として記載された、ニッケル、銅、アルミニウムなどの金属板に内径2μm以下の貫通孔120aを形成することは不可能であると考えられる。結局、冷陰極素子124と一対一に対応した貫通孔120aをシールドグリッド電極120に形成することは不可能に近いと考えられる。
In this case, if the thickness of the
仮に、内径2μm以下の貫通孔120aを形成することができ、且つ、強度不足や撓みの問題が解決できたとしても、次に、電界放出型電子源アレイ129とシールドグリッド電極120とを高精度に位置合わせしなければならいという問題がある。
Even if the through-
即ち、冷陰極素子124の先端の真上に貫通孔120aの中心をズレなく配置するためには、電界放出型電子源アレイ129とシールドグリッド電極120との相対的位置関係を0.1μm以下の精度で管理しなければならない。しかし、現在の一般的なアセンブリ精度の限界は1μm程度であり、この点からも、図27に示した電界放出型電子源装置を用いて平面型撮像装置を実現することは困難であると考えられる。
That is, in order to displace the center of the through-
また、図27に示されているように、1つの画素に1つの冷陰極素子124を対応させる場合には、1画素の動作を行うのに必要な電流量を1つの冷陰極素子124から供給する必要がある。しかし、電界放出型冷陰極素子の電流放出特性がナノアンペア程度であることを考えると、1つの画素に1つのみの冷陰極素子124を配置した電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。
In addition, as shown in FIG. 27, when one
逆に、1つの画素に複数の冷陰極素子124を対応させて、且つ、1つの画素にシールドグリッド電極120の1つの貫通孔120aを対応させる場合、貫通孔120aの中心の真下以外の位置に、この貫通孔120aに対応する冷陰極素子124の先端が位置することになる。従って、前述のように、この冷陰極素子124から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔120aを通過できずにシールドグリッド電極120に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームが隣の画素を構成する貫通孔120aを通過して光電変換ターゲット114に到達する可能性がある。従って、この場合も電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。即ち、図27の電界放出型電子源装置において、冷陰極素子124からの電子ビームをこの真上に配置された貫通孔120aのみを通過させて光電変換ターゲット114に効率的に到達させることは非常に困難である。
Conversely, when a plurality of
更に、図27の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。 Furthermore, the field emission type electron source device of FIG.
図27に示される様に、電界放出型電子源アレイ129が形成された絶縁性の背面パネル117と、この電界放出型電子源アレイ129と対向する光電変換ターゲット114が形成された前面パネル115とは、これらの外周部間に側面外周器116を介して接合されて、真空容器118の内部は高真空に保持されている。
As shown in FIG. 27, an insulating
この際、背面パネル117と側面外周器116との間に封着材料133としての低融点フリットガラスを付与して、400℃程度の温度で焼成することで、背面パネル117と側面外周器116とを接着し、真空容器内を気密に保持する。また、側面外周器116の段部121上にシールドグリッド電極120を位置決めして固定する場合にも、低融点フリットガラスが用いられる。従って、電界放出型電子源アレイ129とシールドグリッド電極120との距離は、背面パネル117と側面外周器116との間の低融点フリットガラスの厚み、及び側面外周器116の段部121とシールドグリッド電極120との間の低融点フリットガラスの厚みに依存することになる。
At this time, a low melting point frit glass as a sealing
従って、電界放出型電子源アレイ129とシールドグリッド電極120との間の平行度や距離にバラツキが生じてしまう。
Therefore, the parallelism and distance between the field emission
この結果、電界放出型電子源装置ごとに光電変換ターゲット114上での電子ビームの拡がり具合(フォーカス特性)が異なったり、1つの電界放出型電子源装置内であっても光電変換ターゲット114上の位置によって電子ビームの拡がり具合が異なったりする。従って、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像した画像が装置ごとにばらついたり、撮像画像内において部分的にばらついたりする。
As a result, the spread (focus characteristic) of the electron beam on the
更に、図27の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。 Furthermore, the field emission type electron source device of FIG.
電界放出型電子源アレイ129と光電変換ターゲット114との間に配置されるシールドグリッド電極120は、薄膜状であり、例えば薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したり、多数の貫通孔が設けられたガラスやセラミック等の絶縁性材料の表面に、Ni,Cr,Cu、Ag,Coなどの金属や合金の膜を真空蒸着法、スパッタリング法、又は化学鍍金法等によって形成したりして作成される。
The
しかしながら、薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したシールドグリッド電極120では、張力分布にバラツキが生じやすい。例えば銅メッシュの中央部と周辺部とで張力が異なると、貫通孔120aの形状や隣り合う貫通孔120a間の距離が銅メッシュの中央部と周辺部とで異なってしまう。このような場合には、電界放出型電子源アレイ129の全ての冷陰極素子124の先端の真上に貫通孔120aの中心を配置することは困難になってしまう。即ち、冷陰極素子124の先端と貫通孔120aの中心との相対的位置関係が部分的にずれ、これによって、光電変換ターゲット114に到達する電子ビーム量が、光電変換ターゲット114の中央部と周辺部で異なったり、局所的にばらついたりする。よって、電界放出型電子源表示装置として使用した場合には輝度分布にバラツキが生じ、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像画像が不均一になるという問題が発生する。
However, in the
また、多数の貫通孔が設けられたガラスの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極120では、ガラス自体のガス吸着が多く、例え表面に上述のような金属膜を形成したとしても、電界放出型電子源装置の駆動中における電子ビームの衝突などにより容易にガスが放出されるといった問題がある。
Further, in the
また、ガラスを薄くし、且つこれに多数の微細な貫通孔120aを形成すると、ガラスの機械的強度は劇的に劣化し、割れやすくなるという問題もある。特に、光電変換ターゲット114に多くの電子ビームを到達させようとすると、隣り合う貫通孔120a間の距離を小さくする必要があり、機械的強度は更に劣化する。
Further, when the glass is made thin and a large number of fine through-
また、多数の貫通孔が設けられたセラミックの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極120では、セラミックが焼成工程を必要とすること、隣り合う貫通孔120a間の距離を小さくすることが困難であること、ガラスの場合と同様に機械的強度が不足すること、等の問題がある。
Further, in the
以上、電界放出型電子源装置に備えられたシールドグリッド電極について述べたが、このようなシールドグリッド電極に代表される複数の貫通孔を有するメッシュ構造体は、上述のような電界放出型電子源装置以外の各種用途にも使用される。例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与するコリメータとしての用途や、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒子を粒径で選別する粒子フィルタとしての用途がある。 Although the shield grid electrode provided in the field emission electron source device has been described above, the mesh structure having a plurality of through holes typified by such a shield grid electrode has the above-described field emission electron source. It is also used for various purposes other than equipment. For example, by making the thickness of the mesh structure sufficiently larger than the diameter of the through-hole, atoms, molecules, light, etc. are passed from one surface to the other surface, and directivity is imparted in the traveling direction thereof. There are applications as a collimator and as a particle filter that sorts particles by particle size by adjusting the diameter of the through holes of the mesh structure.
このような用途に用いられるメッシュ構造体は、上述と同様に、金属、ガラス、又はセラミック等の基材に貫通孔を形成して作成される場合が多い。しかしながら、このような基材を用いると次のような問題が発生する。 In many cases, the mesh structure used for such an application is formed by forming a through-hole in a base material such as metal, glass, or ceramic, as described above. However, the use of such a substrate causes the following problems.
即ち、メッシュ構造体の材料として金属を用いた場合、金属構造体に孔を深掘する必要があるが、現在の金型などによる孔加工方法を用いることは困難であるし、貫通孔径を小さくすることができない。 In other words, when metal is used as the material for the mesh structure, it is necessary to deeply drill holes in the metal structure. Can not do it.
また、メッシュ構造体の材料としてガラスを用いた場合、孔加工が困難であり、上述と同様、真空中でのガス放出の懸念や機械的強度不足の問題等がある。
そしてメッシュ構造体の材料としてセラミックを用いた場合、以下の問題がある。即ち、貫通孔同士の間隔を小さくすることは機械的強度を確保する観点から困難である。また、多数の貫通孔を形成できないために、コリメータとして用いる場合には、出射側の原子、分子、又は光の量が入射側の量に対して激減してしまう。また、一般にセラミックは焼成によって寸法バラツキが生じやすいので、貫通孔寸法を高精度にコントロールすることが困難であり、このため粒子の大きさに対して高精度に貫通孔径を決定しなければならないフィルタ用途にも不向きである。
When ceramic is used as the material for the mesh structure, there are the following problems. That is, it is difficult to reduce the interval between the through holes from the viewpoint of ensuring mechanical strength. Further, since a large number of through holes cannot be formed, when used as a collimator, the amount of atoms, molecules, or light on the emission side is drastically reduced with respect to the amount on the incident side. In general, ceramics tend to have dimensional variations due to firing, and it is difficult to control the through-hole size with high accuracy. For this reason, the filter must determine the through-hole diameter with high accuracy for the particle size. It is also unsuitable for use.
本発明は上記の従来の問題を解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above-described conventional problems.
即ち、本発明は、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体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 mesh structure that has mechanical strength, has little gas emission even in a vacuum, and can form through holes with high dimensional accuracy.
本発明のメッシュ構造体は、複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含む。また、前記メッシュ構造体は、N型又はP型にドープされたシリコン層と、SiO 2 からなる絶縁層とを含む。 Mesh structure of the present invention has a through-hole of the multiple. Through the through hole, light, electrons, atoms, ions, or molecules can pass from one surface to the other surface. The mesh structure is made of a material containing silicon, and the material containing silicon includes silicon having a crystal structure . The mesh structure includes an N-type or P-type doped silicon layer and an insulating layer made of SiO 2 .
本発明によれば、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can provide the mesh structure which has a mechanical strength, has little gas discharge | emission in a vacuum, and can form a through-hole with a dimensional accuracy.
本発明の第1の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、一次元的に形成された複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含む。 The mesh structure according to the first preferred embodiment of the present invention has a plurality of through holes formed one-dimensionally. Through the through hole, light, electrons, atoms, ions, or molecules can pass from one surface to the other surface. The mesh structure is made of a material containing silicon, and the material containing silicon includes silicon having a crystal structure.
かかる第1の好ましい形態では、メッシュ構造体がシリコンを含む材料からなり、シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むので、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。従って、例えば、貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。 In the first preferred embodiment, since the mesh structure is made of a material containing silicon and the material containing silicon contains silicon having a crystal structure, the through hole can be processed using a fine processing technique used in a semiconductor. Become. Therefore, the through-hole shape and the through-hole diameter of the mesh structure can be controlled with high accuracy. Therefore, for example, a particle filtering function using the through hole can be easily realized.
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。 Moreover, through holes deeper than the diameter can be easily processed in the mesh structure by the semiconductor microfabrication technology, the mesh structure with a filter function for selecting particles, the traveling direction of atoms, molecules, light, etc. A mesh structure having a collimator function for imparting directivity can be manufactured at low cost.
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。 Furthermore, since a high-purity silicon plate used in semiconductors can be used, a mesh structure with a collimator function that imparts directivity to atoms, molecules, electrons, etc. without the concern of outgassing in a vacuum is easy. Can get to.
本発明の第2の好ましい形態に係るメッシュ構造体では、上記第1の好ましい形態において、前記複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みは、前記貫通孔の開口径よりも小さい。 In the mesh structure according to the second preferred embodiment of the present invention, in the first preferred embodiment, the thickness of the partition wall separating the plurality of through holes is smaller than the opening diameter of the through holes.
かかる第2の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比(開口率)を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比(通過率)が大きなコリメータを提供することができる。 According to the second preferred embodiment, since the ratio (opening ratio) of the opening area of the through hole to the surface of the mesh structure can be increased, a collimator that imparts directivity to atoms, molecules, electrons, light, etc. When used as a collimator, it is possible to provide a collimator having a large ratio (transmission rate) of the amount of atoms, molecules, electrons, light, etc. on the exit side to the amount of atoms, molecules, electrons, light, etc. on the incident side.
本発明の第3の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、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から放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、N型又はP型にドープされたシリコンを含む材料からなる。 A field emission electron source device according to a third preferred embodiment of the present invention includes a field emission electron source array, a target that performs a predetermined operation with an electron beam emitted from the field emission electron source array, and the electric field. A mesh structure disposed between the emission electron source array and the target and having a plurality of through holes through which the electron beams emitted from the field emission electron source array pass. Each of the plurality of through holes has an opening on the field emission electron source array side and an electron beam passage path continuous from the opening. The mesh structure is made of a material containing silicon doped in N-type or P-type.
かかる第3の好ましい形態によれば、メッシュ構造体をシリコン基板を用いて、半導体技術であるMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術により作成することが可能となる。これにより、メッシュ構造体を作成する際に要求される、高アスペクト比の深掘や、高精度な微細加工を行なうことができる。 According to the third preferred embodiment, the mesh structure can be produced by a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technique, which is a semiconductor technique, using a silicon substrate. As a result, it is possible to perform deep digging with a high aspect ratio and high-precision fine processing required when creating a mesh structure.
例えば、VGA(水平方向640ドット×垂直方向480ドット)、外形対角サイズが1インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、1つのセルの大きさは20μm角程度となる。1つのセルが多数(例えば100個)の冷陰極素子(エミッタ)で構成される電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体の貫通孔の開口径は例えば16μm程度となるから、メッシュ構造体の作成にはサブミクロンオーダーの精度が要求される。また、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が要求される。従って、半導体技術の極微細加工技術を用いることで、メッシュ構造体の高精度成形、及びメッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、その結果、品質の優れた電界放出型電子源装置を提供することができる。 For example, when considering a field emission type electron source imaging device having a VGA (horizontal direction 640 dots × vertical direction 480 dots) and an external diagonal size of 1 inch, the size of one cell is about 20 μm square. In the case of a field emission electron source device in which one cell is composed of a large number (for example, 100) of cold cathode elements (emitters), the opening diameter of the through holes of the mesh structure is, for example, about 16 μm. Sub-micron order accuracy is required for the production. Also, high accuracy is required in assembling the mesh structure and the field emission electron source array. Therefore, by using the ultra-fine processing technology of semiconductor technology, high-precision forming of the mesh structure and high-precision assembly of the mesh structure and the field emission electron source array are possible, and as a result, the electric field with excellent quality is obtained. An emission electron source device can be provided.
また、電界放出型電子源アレイは、シリコン基板上に半導体技術を用いてその一部又は全部を作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましい。また、その半導体技術も現在では一般化され、これを行う装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。 In addition, it is preferable that part or all of the field emission electron source array is formed on a silicon substrate using a semiconductor technique in order to ensure reliability such as accuracy. In addition, the semiconductor technology is now generalized, and a large number of devices that perform this are on the market, which is advantageous in terms of cost.
従って、メッシュ構造体がシリコン基板を用いて作成されていることにより、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイが形成された基板との熱膨張係数をほぼ一致させることができ、熱膨張において有利である。即ち、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊を防止することができる。また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成温度を高くすることができるので、得られる装置の信頼性を向上できる。 Therefore, since the mesh structure is formed using the silicon substrate, the thermal expansion coefficient of the mesh structure and the substrate on which the field emission type electron source array is formed can be made substantially equal, which is advantageous in thermal expansion. It is. That is, it is possible to prevent the field emission electron source device from being broken due to thermal expansion. In addition, since the baking temperature such as baking for outgassing during the assembly of the field emission electron source device can be increased, the reliability of the obtained device can be improved.
本発明の第4の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、N型又はP型にドープされたシリコン層と、SiO2からなる絶縁層とを含む。 In a field emission electron source device according to a fourth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the mesh structure comprises an N-type or P-type doped silicon layer and an insulating layer made of SiO 2. Including layers.
一般的に半導体技術で使用されるシリコン基板は、純粋なシリコンからなる基板か、若しくは絶縁層であるSiO2層を間に挟み込んだSOI(Silicon On Insulator)基板が使用されることが多い。世界的に使用頻度の多いSOI基板は比較的安価に入手することが可能であるので、第4の好ましい形態によれば、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。 In general, a silicon substrate used in semiconductor technology is often a substrate made of pure silicon or an SOI (Silicon On Insulator) substrate having an SiO 2 layer as an insulating layer sandwiched therebetween. Since SOI substrates that are frequently used worldwide can be obtained relatively inexpensively, according to the fourth preferred embodiment, an inexpensive field emission electron source device can be provided.
本発明の第5の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記メッシュ構造体の、前記電界放出型電子源アレイ側の表面及び前記ターゲット側の表面のうちの少なくとも一方に、導電性の薄膜が形成されている。 In a field emission electron source device according to a fifth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, among the surface on the field emission electron source array side and the surface on the target side of the mesh structure. A conductive thin film is formed on at least one of the above.
導電性の薄膜の材料としては、アルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、チタン等が好適である。このような導電性材料の薄膜を、半導体製造工程で使用されるようなスパッタ、真空蒸着、CVDといった手法で成膜することは、使用する装置が半導体技術の発展により安価に入手できる点や、成膜技術が既に成熟し、確立されている点から好ましい。 Suitable materials for the conductive thin film include aluminum, gold, copper, tantalum, molybdenum, titanium, and the like. Forming such a thin film of a conductive material by a technique such as sputtering, vacuum deposition, or CVD used in the semiconductor manufacturing process is that the device used can be obtained at a low cost by the development of semiconductor technology, This is preferable because the film formation technology has already matured and has been established.
本発明の第6の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、前記メッシュ構造体の大部分をなす基層と、前記基層の表面に成膜され、前記基層よりも低抵抗の薄膜層とを有する。ここで、基層がメッシュ構造体の「大部分」をなすとは、メッシュ構造体のうち複数の貫通孔が形成された領域(後述するトリミング部9)において基層の厚さ比率が90%以上であることを意味する。
In a field emission electron source device according to a sixth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the mesh structure is formed on a base layer that constitutes most of the mesh structure and on a surface of the base layer. And a thin film layer having a lower resistance than the base layer. Here, the base layer constitutes “the majority” of the mesh structure when the thickness ratio of the base layer is 90% or more in a region (trimming
かかる第6の好ましい形態によれば、N型又はP型の高抵抗のシリコンからなるメッシュ構造体の表面部分の抵抗を下げることができる。これにより、電子ビームの局部的な衝突等による電位変動が発生しにくい電界放出型電子源装置を提供することができる。 According to the sixth preferred embodiment, the resistance of the surface portion of the mesh structure made of N-type or P-type high-resistance silicon can be lowered. Thereby, it is possible to provide a field emission type electron source device in which potential fluctuation due to local collision of electron beams is unlikely to occur.
本発明の第7の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、少なくとも2つの電極層と、前記少なくとも2つの電極層の間に設けられた少なくとも1つの中間層とを有する。 In a field emission electron source device according to a seventh preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the mesh structure is provided between at least two electrode layers and the at least two electrode layers. And at least one intermediate layer.
かかる第7の好ましい形態によれば、少なくとも2つの電極層の電位を、異ならせたり、同じにしたり等、それぞれ独立して自由に設定することができる。これにより、電極層の電位や構造の自由度が向上するので、メッシュ構造体における電子ビームの吸収除去作用を調整したり、電子ビームに集束作用を与えたり、その集束作用を調整したりすることが容易に可能になる。 According to the seventh preferred embodiment, the potentials of at least two electrode layers can be set independently and freely, such as different or the same. As a result, the potential of the electrode layer and the degree of freedom of the structure are improved, so that the electron beam absorption and removal action in the mesh structure can be adjusted, the electron beam can be focused, and the focusing action can be adjusted. Is easily possible.
このような機能を備えたメッシュ構造体を用いることにより、例えば、ターゲット上での電子ビームスポットを小さくして高解像度の電界放出型電子源表示装置や高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。また、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを広がりを抑えながらターゲットへ導くことにより、製造バラツキの少ない電界放出型電子源装置を提供することができる。 By using a mesh structure having such a function, for example, by reducing the electron beam spot on the target, a high-resolution field emission electron source display device or a high-resolution field emission electron source imaging device can be obtained. Can be provided. Further, by guiding the electron beam from the field emission electron source array to the target while suppressing the spread, a field emission electron source device with less manufacturing variation can be provided.
本発明の第8の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第7の好ましい形態において、前記少なくとも1つの中間層は絶縁層であり、前記少なくとも2つの電極層は、前記電子ビーム通過行路に少なくとも2つの電位空間を形成する。 In the field emission electron source device according to an eighth preferred embodiment of the present invention, in the seventh preferred embodiment, the at least one intermediate layer is an insulating layer, and the at least two electrode layers pass through the electron beam. At least two potential spaces are formed on the path.
かかる第8の好ましい形態によれば、少なくとも2つの電極層に互いに異なる電位を与えることにより、メッシュ構造体に入射した電子ビームに所望の集束作用を与えたり、メッシュ構造体が電子ビームを吸収除去するトリミング作用を自由にコントロールしたりすることが可能となり、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを効果的にターゲットへ導くことが可能となる。 According to the eighth preferred embodiment, by applying different potentials to at least two electrode layers, the electron beam incident on the mesh structure is given a desired focusing action, or the mesh structure absorbs and removes the electron beam. The trimming action to be performed can be freely controlled, and the electron beam from the field emission electron source array can be effectively guided to the target.
本発明の第9の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第7の好ましい形態において、前記少なくとも2つの電極層のうちの1つは、前記少なくとも1つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置されて、第1電圧が印加される第1電極層であり、他の1つは、前記少なくとも1つの中間層に対して前記ターゲット側に配置されて、第2電圧が印加される第2電極層である。前記少なくとも1つの中間層は、前記第1及び第2電極層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層である。 In the field emission type electron source device according to a ninth preferred embodiment of the present invention, in the seventh preferred embodiment, one of the at least two electrode layers has the electric field with respect to the at least one intermediate layer. A first electrode layer disposed on the emission electron source array side to which a first voltage is applied; the other one is disposed on the target side with respect to the at least one intermediate layer; A second electrode layer to which a voltage is applied. The at least one intermediate layer is a high resistance layer having a higher resistance value than the first and second electrode layers.
かかる第9の好ましい形態によれば、第7の好ましい形態の機能や効果を備えた上に、メッシュ構造体の製作が容易になる。 According to the ninth preferred embodiment, the function and effect of the seventh preferred embodiment are provided, and the mesh structure can be easily manufactured.
少なくとも2つの電極層を備えたメッシュ構造体としては、例えばシリコン基板に絶縁層としてのSiO2層を形成したSOI基板を用いることが考えられる。しかしながら、SOI基板はシリコン層と絶縁層という材質の異なる層を含むために以下のような問題を有している。例えば、SOI基板に貫通孔をエッチングで形成しようとすると、シリコン層ではエッチングが容易であるのに対して、絶縁層ではエッチングが困難である。また、シリコン層と絶縁層との境界近傍に局所的な応力集中が生じてエッチング中に基板が割れてしまう。 As the mesh structure including at least two electrode layers, for example, an SOI substrate in which a SiO 2 layer as an insulating layer is formed on a silicon substrate may be used. However, since the SOI substrate includes layers of different materials such as a silicon layer and an insulating layer, it has the following problems. For example, if a through hole is to be formed in an SOI substrate by etching, the silicon layer is easy to etch, but the insulating layer is difficult to etch. Further, local stress concentration occurs in the vicinity of the boundary between the silicon layer and the insulating layer, and the substrate is cracked during etching.
これに対して、第9の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔をエッチングで形成し、その後、両面にN型又はP型の材料をドープして両表面層を低抵抗にすることによって簡単に作成することができる。あるいは、高抵抗のシリコン基板の両面にN型又はP型の材料をドープして低抵抗の表面層を両面に形成し、中間層が高抵抗のままであるシリコン基板に貫通孔をエッチングで作成しても良い。 On the other hand, in the mesh structure according to the ninth preferred embodiment, for example, a through hole is formed by etching in a high resistance silicon substrate, and then both surface layers are doped with N-type or P-type material on both sides. It can be easily created by making the resistance low. Alternatively, N-type or P-type material is doped on both sides of a high-resistance silicon substrate to form a low-resistance surface layer on both sides, and through holes are created in the silicon substrate where the intermediate layer remains high-resistance by etching. You may do it.
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。 Alternatively, after a through hole is formed by etching in a high resistance substrate, a metal or other low resistance film may be formed on both surfaces by electrolytic etching or the like.
このように、第9の好ましい形態に係るメッシュ構造体は作成が容易である。しかも、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを、電子ビーム通過行路のうち低抵抗である電極層部分の側壁に衝突させ吸収除去することができるので、少なくとも2つの電極層の電位をそれぞれ独立して自由に設定することで、上記の第7の好ましい形態と同様の効果を得ることができる。 Thus, the mesh structure according to the ninth preferred embodiment is easy to create. Moreover, the electron beam from the field emission electron source array can be absorbed and removed by colliding with the side wall of the electrode layer portion having a low resistance in the electron beam passage path, so that the potentials of at least two electrode layers are independent of each other. And by setting freely, the effect similar to said 7th preferable form can be acquired.
本発明の第10の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第7の好ましい形態において、前記少なくとも2つの電極層のうち、前記少なくとも1つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第1電極層に印加される電圧をV1、前記少なくとも1つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第2電極層に印加される電圧をV2としたとき、V1>V2を満足する。 In the field emission electron source device according to a tenth preferred embodiment of the present invention, in the seventh preferred embodiment, the field emission electron source with respect to the at least one intermediate layer of the at least two electrode layers. When the voltage applied to the first electrode layer disposed on the array side is V1, and the voltage applied to the second electrode layer disposed on the target side with respect to the at least one intermediate layer is V2, V1 > V2 is satisfied.
かかる第10の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは、電界放出型電子源アレイ側の第1電極に印加された相対的に高い電圧V1により加速されてメッシュ構造体の貫通孔に入射した後、電子ビーム通過行路を通過中に、第2電極に印加された相対的に低い電圧V2により減速される。 According to the tenth preferred embodiment, the electron beam emitted from the field emission electron source array is accelerated by the relatively high voltage V1 applied to the first electrode on the field emission electron source array side and meshed. After entering the through-hole of the structure, it is decelerated by the relatively low voltage V2 applied to the second electrode while passing through the electron beam passage.
例えば、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上以外の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについては、その進行方向を表す速度ベクトルの向きが電子ビーム通過行路の延設方向と異なるので、そのほとんどが電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第1電極側から第2電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。 For example, among the electron beams emitted from the designated cell of the field emission electron source array, the direction of the velocity vector indicating the traveling direction of the electron beam incident on the through hole at a position other than directly above the designated cell is Since the direction differs from the extending direction of the electron beam passage, most of them collide with the side wall of the electron beam passage and are absorbed and removed. In addition, since the electron beam is decelerated as it travels from the first electrode side toward the second electrode side along the electron beam passage path, the electron beam is more likely to collide with the side wall of the electron beam passage path.
また、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについても、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる、発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第1電極側から第2電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、このような発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。 Also, among the electron beams emitted from the designated cell of the field emission electron source array, the velocity vector representing the traveling direction of the electron beam incident on the through hole located immediately above the designated cell passes through the electron beam. An electron beam having a velocity vector in a divergence direction different from the extending direction of the path collides with the side wall of the electron beam passing path and is absorbed and removed. In addition, since the electron beam is decelerated as it travels from the first electrode side toward the second electrode side along the electron beam passage path, the electron beam having such a divergence velocity vector is placed on the side wall of the electron beam passage path. It becomes easier to collide.
このようなメッシュ構造体のトリミング作用により、指定セルからほぼ鉛直方向に放出された電子ビームのみがメッシュ構造体を通過し、メッシュ構造体からほぼ鉛直方向に進行してターゲットに到達する。 By such a trimming action of the mesh structure, only the electron beam emitted from the designated cell in the substantially vertical direction passes through the mesh structure, travels in the substantially vertical direction from the mesh structure, and reaches the target.
従って、電界放出型電子源アレイからメッシュ構造体までの距離、及びメッシュ構造体からターゲットまでの距離が、設計値に対して多少異なっていていも、ターゲット上での電子ビームの広がり(スポット径)はほとんど変化しない。 Therefore, even if the distance from the field emission electron source array to the mesh structure and the distance from the mesh structure to the target are slightly different from the design value, the spread of the electron beam on the target (spot diameter) Hardly changes.
つまり、背面パネルと側面外周器との接合、及び側面外周器と前面パネルとの接合に、フリットガラスやインジウムを用いる場合、前述したように、背面パネルと前面パネルとの距離を高精度に管理することが困難である。本発明の第10の好ましい形態によれば、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができる。 In other words, when frit glass or indium is used to join the back panel to the side panel and the side panel to the front panel, as described above, the distance between the back panel and the front panel can be managed with high accuracy. Difficult to do. According to the 10th preferable form of this invention, even if it is a case where the distance of a back panel and a front panel differs from a design value by assembly variation, the change of the spot diameter of an electron beam on a target can be suppressed. .
また、背面パネルと側面外周器と前面パネルとからなる真空容器の内部を真空にすることにより、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪む。この結果、背面パネルと前面パネルとの距離が、中央部と周辺部とで異なる。本発明の第10の好ましい形態によれば、このような場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径が中央部と周辺部とで異なるのを抑えることができる。 Further, by evacuating the inside of the vacuum vessel composed of the back panel, the side peripheral device, and the front panel, the front panel is pushed by the atmospheric pressure and distorted in a curved shape. As a result, the distance between the rear panel and the front panel is different between the central portion and the peripheral portion. According to the 10th preferable form of this invention, even in such a case, it can suppress that the spot diameter of the electron beam on a target differs in a center part and a peripheral part.
よって、本発明の第10の好ましい形態によれば、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。 Therefore, according to the 10th preferable form of this invention, the field emission type electron source display device which can display uniform image quality, and the field emission type electron source imaging device which can image uniform image quality can be provided.
更に、本発明の第10の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の厚みを、第3の好ましい形態に比べて薄くすることができる。 Furthermore, according to the 10th preferable form of this invention, the thickness of a mesh structure can be made thin compared with a 3rd preferable form.
即ち、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、電子ビーム通過行路を第1電極側から第2電極側に向かって進むにしたがって減速されるので、減速されない場合に比べて、電子ビーム通過行路の側壁により衝突しやすくなる。換言すれば、このような電子ビームが電子ビーム通過行路に入射後、電子ビーム通過行路の側壁に衝突するまでの距離は、減速されない場合に比べて短くなる。従って、メッシュ構造体の厚みを薄くしても所望のトリミング作用を得ることができる。 That is, among the electron beams incident on the through-holes of the mesh structure, an electron beam having a velocity vector representing the traveling direction thereof is different from the extending direction of the electron beam passage path is changed from the first electrode side to the second direction. Since the vehicle is decelerated as it proceeds toward the electrode side, it is more likely to collide with the side wall of the electron beam passage path than when the vehicle is not decelerated. In other words, after such an electron beam is incident on the electron beam passage path, the distance until the electron beam collides with the side wall of the electron beam passage path is shorter than that when the electron beam is not decelerated. Therefore, a desired trimming action can be obtained even if the mesh structure is thin.
メッシュ構造体の厚みを薄くすると、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームのうち、メッシュ構造体で吸収除去される割合を少なくすることができる。これにより、ターゲットに到達する電子ビーム量を多くすることができる。この結果、ターゲット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輝度を増加させることができ、ターゲット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ターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。 When the thickness of the mesh structure is reduced, it is possible to reduce the proportion of the electron beam incident on the through hole located immediately above the designated cell that is absorbed and removed by the mesh structure. Thereby, the amount of electron beams reaching the target can be increased. As a result, the luminance can be increased in the field emission type electron source display device having the phosphor on the target, and the electron beam reaching the target in the field emission type electron source imaging device having the photoelectric conversion film on the target. Since a sufficient amount can be secured, the afterimage can be reduced.
電界放出型電子源撮像装置の場合には、上述に加えて以下の効果が得られる。 In the case of a field emission type electron source imaging device, the following effects can be obtained in addition to the above.
電界放出型電子源撮像装置では、動作中においてターゲットに設けられた光電変換膜の電位は、電子ビームのターゲットへの到達と正孔の読み出しとによって、電界放出型電子源アレイの冷陰極素子の電位とほぼ等しくなるまで低下する。ところが、第10の好ましい形態によれば、メッシュ構造体のターゲット側の第2電極層の電位V2とターゲットの電位との差を小さく設定することができるので、メッシュ構造体のターゲット側の電子ビーム出射部とターゲットとの電位差が小さくなる。従って、メッシュ構造体を出射後の電子ビームは、極端な減速や加速をされることがなく、また電子ビーム出射部付近に強い電界レンズが形成されないので、メッシュ構造体を出射後の電子ビームの軌道はほとんど変化しない。よって、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路で吸収除去されずにこれを通過した電子ビームは、メッシュ構造体を出射後も鉛直方向に進んでターゲットに到達する。 In the field emission type electron source imaging device, the potential of the photoelectric conversion film provided on the target during operation is determined by the arrival of the electron beam to the target and the reading of the holes, and the cold cathode element of the field emission type electron source array. It drops until it becomes almost equal to the potential. However, according to the tenth preferred embodiment, since the difference between the potential V2 of the second electrode layer on the target side of the mesh structure and the potential of the target can be set small, the electron beam on the target side of the mesh structure The potential difference between the emission part and the target is reduced. Therefore, the electron beam after exiting the mesh structure is not extremely decelerated or accelerated, and a strong electric field lens is not formed near the electron beam exit part. The trajectory hardly changes. Therefore, the electron beam that has passed through the electron beam passing path of the mesh structure without being absorbed and removed proceeds in the vertical direction after reaching the target even after exiting the mesh structure.
従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができ、均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。 Therefore, even when the distance between the back panel and the front panel is different from the design value due to assembly variations, the field emission type that can suppress the change in the spot diameter of the electron beam on the target and can capture a uniform image quality An electron source imaging device can be provided.
本発明の第11の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第7の好ましい形態において、前記少なくとも2つの電極層のうち、前記少なくとも1つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された電極層を第1電極層、前記少なくとも1つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された電極層を第2電極層とし、前記電子ビーム通過行路の長さのうち、前記第1電極層が占める長さをT1、前記第2電極層が占める長さをT2としたとき、T1<<T2を満足する。 In a field emission electron source device according to an eleventh preferred embodiment of the present invention, in the seventh preferred embodiment, the field emission electron source with respect to the at least one intermediate layer of the at least two electrode layers. The electrode layer disposed on the array side is a first electrode layer, the electrode layer disposed on the target side with respect to the at least one intermediate layer is a second electrode layer, and of the length of the electron beam passage path, When the length occupied by the first electrode layer is T1, and the length occupied by the second electrode layer is T2, T1 << T2 is satisfied.
かかる第11の好ましい形態によれば、第1電極層に印加されれる電圧V1と第2電極層に印加される電圧V2とにより形成される電圧勾配を電界放出型電子源アレイに近づけ、且つ、電子ビーム通過行路において第2電極層が占める領域を大きくすることができる。電圧勾配が電界放出型電子源アレイに近づくことにより、電子ビーム通過行路内における減速領域が電界放出型電子源アレイ側に近づく。また、第2電極層が占める領域が大きくなることにより、電子ビームを吸収除去する範囲が拡大する。従って、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、比較的早い段階で減速されて電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収除去される。従って、電子ビームを効率よくトリミングすることができる。 According to the eleventh preferred embodiment, the voltage gradient formed by the voltage V1 applied to the first electrode layer and the voltage V2 applied to the second electrode layer is brought close to the field emission electron source array, and The area occupied by the second electrode layer in the electron beam passage path can be increased. As the voltage gradient approaches the field emission electron source array, the deceleration region in the electron beam passage path approaches the field emission electron source array side. In addition, since the area occupied by the second electrode layer is increased, the range in which the electron beam is absorbed and removed is expanded. Therefore, among the electron beams incident on the through holes of the mesh structure, an electron beam having a velocity vector representing the traveling direction thereof is different from the extending direction of the electron beam passing path, and is decelerated at a relatively early stage. It is absorbed and removed by colliding with the side wall. Therefore, the electron beam can be trimmed efficiently.
よって、メッシュ構造体を出射した電子ビームの進行方向を、鉛直方向により沿わせることができる。従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合や、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪んだ場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を一層抑えることができる。 Therefore, the traveling direction of the electron beam emitted from the mesh structure can be made to follow the vertical direction. Therefore, even if the distance between the back panel and the front panel differs from the design value due to assembly variations, or even when the front panel is pressed by atmospheric pressure and distorted in a curved shape, the spot diameter of the electron beam on the target Can be further suppressed.
よって、本発明の第11の好ましい形態によれば、より均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及びより均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。 Therefore, according to the eleventh preferred embodiment of the present invention, it is possible to provide a field emission type electron source display device capable of displaying a more uniform image quality and a field emission type electron source imaging device capable of imaging a more uniform image quality. .
本発明の第12の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、上記第3の好ましい形態において、更に、前記電界放出型電子源アレイが形成された基板を有する。前記メッシュ構造体は、前記電界放出型電子源アレイと前記複数の貫通孔の前記開口とを離間させるスペーサー部を一体に備える。前記メッシュ構造体は前記スペーサー部を介して前記基板上に設置されている。 The field emission electron source device according to a twelfth preferred embodiment of the present invention further includes a substrate on which the field emission electron source array is formed in the third preferred embodiment. The mesh structure integrally includes a spacer portion that separates the field emission electron source array and the openings of the plurality of through holes. The mesh structure is disposed on the substrate via the spacer portion.
かかる第12の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離のバラツキを少なくし、高精度に設定することができる。例えば、図27に示した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129とシールドグリッド電極120との距離は、電界放出型電子源アレイ129が形成された背面パネル117と側面外周器116との接着精度(即ち、低融点フリットガラス133の厚みバラツキ)、側面外周器116の段部121とシールドグリッド電極120との接着精度(即ち、低融点フリットガラスの厚みバラツキ)、及び、側面外周器116の背面パネル117と接着される下面から段部121までの寸法の製作精度(即ち、寸法バラツキ)の3つのバラツキによって変化する。
According to such a twelfth preferred embodiment, the variation in the distance between the field emission electron source array and the opening of the mesh structure on the field emission electron source array side can be reduced and set with high accuracy. For example, in the conventional field emission electron source device shown in FIG. 27, the distance between the field emission
これに対して、本発明の第12の好ましい形態では、メッシュ構造体がスペーサー部を一体に備えているので、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離は、電界放出型電子源アレイとスペーサー部との間の接着精度、及びスペーサー部の厚みの製作精度(即ち、寸法バラツキ)の2つのバラツキによって変化する。即ち、精度が最も劣る低融点フリットガラスによる接着部分がない。従って、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離精度が向上する。 On the other hand, in the twelfth preferred embodiment of the present invention, since the mesh structure is integrally provided with the spacer portion, the field emission electron source array and the opening of the mesh structure on the field emission electron source array side are arranged. This distance varies depending on two variations, namely, the adhesion accuracy between the field emission electron source array and the spacer portion and the manufacturing accuracy (ie, dimensional variation) of the thickness of the spacer portion. That is, there is no adhesion part by the low melting point frit glass with the least accuracy. Therefore, the distance accuracy between the field emission electron source array and the opening of the mesh structure on the field emission electron source array side is improved.
また、本発明の第12の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の機械的強度が向上する。 Moreover, according to the 12th preferable form of this invention, the mechanical strength of a mesh structure improves.
即ち、例えばVGA(水平方向640ドット×垂直方向480ドット)、外形対角サイズが1インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、上述したとおり、一つの画素のサイズは0.02mm程度となる。メッシュ構造体の厚みは、その機能を考慮すると1画素のサイズの1倍〜10倍程度が適当と思われるので、0.02mm〜0.2mm程度になる。メッシュ構造体の寸法は上述したとおり12mm×10mmよりも若干大きい程度であり、このメッシュ構造体に多数の貫通孔が形成されていることを考慮すれば、メッシュ構造体の機械的強度は非常に小さい。従って、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いは、その機械的強度不足故に、非常に困難である。 That is, for example, when considering a field emission electron source imaging device having a VGA (horizontal direction 640 dots × vertical direction 480 dots) and an outer diagonal size of 1 inch, the size of one pixel is about 0.02 mm as described above. Become. The thickness of the mesh structure is about 0.02 mm to 0.2 mm because it is considered appropriate to be about 1 to 10 times the size of one pixel in consideration of its function. As described above, the size of the mesh structure is slightly larger than 12 mm × 10 mm, and considering that a large number of through holes are formed in this mesh structure, the mechanical strength of the mesh structure is very high. small. Accordingly, it is very difficult to handle the mesh structure alone in the assembly process of the field emission electron source device because of its insufficient mechanical strength.
ところが、本発明の第12の好ましい形態では、メッシュ構造体は、その周囲に枠状のスペーサー部を一体に備えている。従って、スペーサー部がメッシュ構造体の機械的強度を向上させるので、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いの困難性という問題が解消される。 However, in the twelfth preferred embodiment of the present invention, the mesh structure is integrally provided with a frame-shaped spacer portion around the mesh structure. Therefore, since the spacer portion improves the mechanical strength of the mesh structure, the problem of difficulty in handling the mesh structure alone in the assembly process of the field emission electron source device is solved.
本発明の第13の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第12の好ましい形態において、前記スペーサー部と前記基板とは導電性材料を用いて接合されており、前記導電性材料を介して前記基板から前記メッシュ構造体の少なくとも一部に給電されている。 In a field emission electron source device according to a thirteenth preferred embodiment of the present invention, in the twelfth preferred embodiment, the spacer portion and the substrate are bonded using a conductive material, and the conductive material is used as the conductive material. Power is supplied from the substrate to at least a part of the mesh structure.
かかる第13の好ましい形態によれば、メッシュ構造体への電圧供給を、電界放出型電子源アレイが形成された基板から行うことが可能になり、電圧供給のためのワイヤーボンディングが不要になる。従って、ワイヤーボンディングを行うための費用を省くことができ、またワイヤーボンディングした場合のワイヤー倒れ等の不良の発生を回避することができる。 According to the thirteenth preferred embodiment, voltage supply to the mesh structure can be performed from the substrate on which the field emission electron source array is formed, and wire bonding for voltage supply becomes unnecessary. Therefore, the expense for wire bonding can be omitted, and occurrence of defects such as wire collapse when wire bonding is performed can be avoided.
本発明の第14の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第7の好ましい形態において、前記少なくとも2つの電極層のうち、前記少なくとも1つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第1電極層に印加される電圧をV1、前記少なくとも1つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第2電極層に印加される電圧をV2としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧V1及び前記電圧V2のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。 In a field emission electron source device according to a fourteenth preferred embodiment of the present invention, in the seventh preferred embodiment, the field emission electron source with respect to the at least one intermediate layer of the at least two electrode layers. When the voltage applied to the first electrode layer disposed on the array side is V1, and the voltage applied to the second electrode layer disposed on the target side with respect to the at least one intermediate layer is V2, By driving one or both of the voltage V1 and the voltage V2 while driving the field emission electron source device, an electron beam passing through the plurality of through holes of the mesh structure and traveling toward the target Vary the amount.
かかる第14の好ましい形態によれば、特にターゲット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効果的な撮像動作を行なうことができる。 According to the fourteenth preferred embodiment, an effective imaging operation can be performed particularly in a field emission type electron source imaging device having a photoelectric conversion film on a target.
即ち、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲットに入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲットの電界放出型電子源アレイ側の面である電子走査面まで輸送され(セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され)蓄積される。 That is, in a field emission type electron source imaging device having a photoelectric conversion film on a target, the amount of electron-hole pairs generated by the image of light incident on the target and formed is determined by the intensity of the incident light. The stronger the incident light, the more electron-hole pairs are generated. Of the generated electron-hole pairs, holes are transported to the electron scanning surface, which is the surface of the target field emission electron source array side (in the case of an avalanche multiplication type photoelectric conversion film using selenium) It is transported and accumulated while being doubled.
ターゲットが電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲットに到達しないと、ターゲットの電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。 When the target is scanned by an electron beam emitted from the field emission electron source array, the accumulated holes are combined with electrons contained in the electron beam, and an electric signal is read out at the same time. Here, if sufficient electrons do not reach the target, some of the holes accumulated on the electron scanning surface of the target will not be read and will remain until the next scanning.
そのため、1フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、2フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。 For this reason, holes that remain without being read out in the readout scanning of the first frame will be read out by electrons that arrived in the readout scanning of the second frame, and in the captured image, a portion with a strong incident light becomes an afterimage. It will remain.
この問題を解決するためには、1フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲットに到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去し、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。以下、この動作を「電荷リセット」という。 In order to solve this problem, a sufficient amount of electron beam reaches the target after the end of the reading scan of the first frame, and the remaining holes that are not read are removed to prepare for the reading scan of the next frame. There is a need. Hereinafter, this operation is referred to as “charge reset”.
しかし、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にメッシュ構造体のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲットに到達させることができない可能性がある。 However, if an electrode having an action of removing a part of electrons such as a mesh structure is arranged between the field emission electron source array and the target, a sufficient amount of electron beam is targeted even during the charge reset period. May not be able to reach.
本発明の第14の好ましい形態では、電界放出型電子源装置を駆動中(具体的には、電荷リセット期間中)に、第1電極層に印加される電圧V1及び第2電極層に印加される電圧V2のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。 In the fourteenth preferred embodiment of the present invention, the voltage V1 applied to the first electrode layer and the second electrode layer are applied during driving of the field emission electron source device (specifically, during the charge reset period). By changing one or both of the voltages V2, the amount of the electron beam that passes through the plurality of through holes of the mesh structure and goes to the target is changed. Thereby, the amount of electron beams reaching the target during the charge reset period can be increased, and a sufficient charge reset current can be secured. Thereby, it is possible to provide a field emission type electron source imaging device with little afterimage.
本発明の第15の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記電子ビーム通過行路の延設方向に垂直な方向に沿った断面形状は、円形、楕円形、いずれの内角も90度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形である。 In a field emission electron source device according to a fifteenth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the cross-sectional shape along the direction perpendicular to the extending direction of the electron beam passage path is circular or elliptical. , Each interior angle is a polygon larger than 90 degrees, or a polygon in which adjacent sides are connected by an arc.
かかる第15の好ましい形態によれば、メッシュ構造体を容易に製作することができる。 According to the fifteenth preferred embodiment, the mesh structure can be easily manufactured.
例えば、開口の端縁形状が、いずれの内角も90度である長方形(又は正方形)である場合には、開口の端縁の四隅部分に応力が集中して、貫通孔の形成時にこの四隅部分でメッシュ構造体が割れるという問題が発生しやすい。 For example, when the edge shape of the opening is a rectangle (or square) whose inner angle is 90 degrees, stress concentrates on the four corners of the edge of the opening, and the four corners are formed when the through hole is formed. The problem that the mesh structure breaks easily occurs.
第15の好ましい形態のように、開口の端縁形状が、円形、楕円形、いずれの内角も90度より大きな5角形以上の多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形であると、応力集中が緩和されるので、貫通孔の形成時にメッシュ構造体が割れにくくなり、製作が容易になる。 As in the fifteenth preferred embodiment, the edge shape of the opening is a circle or an ellipse, a polygon that is a pentagon or more whose inner angle is greater than 90 degrees, or a polygon in which adjacent sides are connected by an arc. Since the stress concentration is relaxed, the mesh structure is not easily broken when the through hole is formed, and the manufacturing is facilitated.
メッシュ構造体の製作が容易であることは、メッシュ構造体の製作歩留まりが向上することを意味し、安価なメッシュ構造体を提供することができる。よって、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。 The easy production of the mesh structure means that the production yield of the mesh structure is improved, and an inexpensive mesh structure can be provided. Therefore, an inexpensive field emission electron source device can be provided.
また、メッシュ構造体の機械的強度が向上することにより、単体での取り扱い性が容易になるので、電界放出型電子源装置の組立が容易となる。この点からも、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。 Further, since the mechanical strength of the mesh structure is improved, handling of the mesh structure is facilitated, so that the field emission electron source device can be easily assembled. Also from this point, an inexpensive field emission electron source device can be provided.
本発明の第16の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、前記電界放出型電子源アレイは、それぞれが電子を放出する複数の電子源を備えたセルを複数有する。前記複数の開口と前記複数のセルとが垂直方向に一対一に対応するように前記電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体とが配置されている。前記セルから放出された電子ビームは、対応する前記開口に入り、前記電子ビーム通過行路を通過して、前記ターゲットに入射する。 In a field emission electron source device according to a sixteenth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the field emission electron source array includes a cell including a plurality of electron sources each emitting electrons. Have multiple. The field emission electron source array and the mesh structure are arranged so that the plurality of openings and the plurality of cells correspond one-to-one in the vertical direction. The electron beam emitted from the cell enters the corresponding opening, passes through the electron beam passage, and enters the target.
かかる第16の好ましい形態によれば、複数の電子源からなるセルの中心軸と、メッシュ構造体の貫通孔の開口の中心軸とを一致させることができるので、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体の貫通孔を最も多く通過するのは鉛直方向に進行する電子ビームとなる。従って、ターゲットに到達する電子ビーム量が最大になる。これにより、ターゲット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輝度を増加させることができ、ターゲット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ターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。 According to the sixteenth preferred embodiment, since the central axis of the cell composed of a plurality of electron sources can coincide with the central axis of the opening of the through hole of the mesh structure, emission from the field emission electron source array is possible. Among the generated electron beams, the electron beam that travels in the vertical direction passes through the through holes of the mesh structure most. Accordingly, the amount of electron beam reaching the target is maximized. Thereby, the luminance can be increased in the field emission type electron source display device having the phosphor on the target, and the electron beam reaching the target in the field emission type electron source imaging device having the photoelectric conversion film on the target. Since a sufficient amount can be secured, the afterimage can be reduced.
本発明の第17の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第3の好ましい形態において、電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体との間に、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームを予備集束する予備集束電極を更に有する。 In the field emission electron source device according to a seventeenth preferred embodiment of the present invention, in the third preferred embodiment, the field emission electron source array is interposed between the field emission electron source array and the mesh structure. It further has a prefocusing electrode for prefocusing the emitted electron beam.
かかる第17の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは予備集束電極により予備集束されることで、その広がりが狭められてメッシュ構造体の貫通孔に入射する。 According to the seventeenth preferred embodiment, the electron beam emitted from the field emission electron source array is prefocused by the prefocus electrode, so that its spread is narrowed and enters the through hole of the mesh structure.
従って、個々の電子ビームの進行方向は、鉛直方向と平行な方向に近づき、貫通孔の電子ビーム通過行路の延設方向と平行な方向に近づく。従って、電子ビームは、メッシュ構造体の貫通孔を通過しやすくなる。 Accordingly, the traveling direction of each electron beam approaches a direction parallel to the vertical direction, and approaches a direction parallel to the extending direction of the electron beam passage path of the through hole. Therefore, the electron beam easily passes through the through hole of the mesh structure.
従って、第17の好ましい形態では、予備集束しない場合に比べて、ターゲット上での電子ビームスポットが小さくなるので、更に高解像度の電界放出型電子源表示装置や更に高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
本発明の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置の駆動方法は、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から放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置の駆動方法である。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、N型又はP型にドープされたシリコンを含む材料からなる。前記メッシュ構造体は、少なくとも2つの電極層と、前記少なくとも2つの電極層の間に設けられた少なくとも1つの中間層とを有する。そして、前記少なくとも2つの電極層のうち、前記少なくとも1つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第1電極層に印加される電圧をV1、前記少なくとも1つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第2電極層に印加される電圧をV2としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧V1及び前記電圧V2のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。
かかる好ましい形態によれば、特にターゲット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効果的な撮像動作を行なうことができる。
即ち、上記の好ましい形態に係る駆動方法では、電界放出型電子源装置を駆動中(具体的には、電荷リセット期間中)に、第1電極層に印加される電圧V1及び第2電極層に印加される電圧V2のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
Therefore, in the seventeenth preferred embodiment, the electron beam spot on the target is smaller than in the case where the pre-focusing is not performed, so that a higher-resolution field emission electron source display device or a higher-resolution field emission electron source. An imaging device can be provided.
A driving method of a field emission electron source device according to a preferred embodiment of the present invention includes a field emission electron source array, a target that performs a predetermined operation with an electron beam emitted from the field emission electron source array, and the electric field. A field emission electron having a mesh structure disposed between the emission electron source array and the target and having a plurality of through holes through which the electron beam emitted from the field emission electron source array passes. It is a drive method of a source device. Each of the plurality of through holes has an opening on the field emission electron source array side and an electron beam passage path continuous from the opening. The mesh structure is made of a material containing silicon doped in N-type or P-type. The mesh structure includes at least two electrode layers and at least one intermediate layer provided between the at least two electrode layers. The voltage applied to the first electrode layer disposed on the field emission electron source array side with respect to the at least one intermediate layer of the at least two electrode layers is V1, and the at least one intermediate layer When the voltage applied to the second electrode layer disposed on the target side is V2, one or both of the voltage V1 and the voltage V2 during driving of the field emission electron source device By changing the amount of the electron beam that passes through the plurality of through holes of the mesh structure and travels toward the target.
According to such a preferred embodiment, an effective imaging operation can be performed particularly in a field emission type electron source imaging device having a photoelectric conversion film on a target.
That is, in the driving method according to the preferred embodiment, the voltage V1 applied to the first electrode layer and the second electrode layer during driving of the field emission electron source device (specifically, during the charge reset period) By changing one or both of the applied voltages V2, the amount of the electron beam that passes through the plurality of through holes of the mesh structure and travels toward the target is changed. Thereby, the amount of electron beams reaching the target during the charge reset period can be increased, and a sufficient charge reset current can be secured. Thereby, it is possible to provide a field emission type electron source imaging device with little afterimage.
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に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mesh structure according to
図1に示すように、本実施の形態1に係る電界放出型電子源装置は、光透過性のガラスからなる前面パネル1と、背面パネル5と、側面外周器4とで形成された真空容器を備える。前面パネル1と側面外周器4、及び、背面パネル5と側面外周器4は、例えば高温焼成用のフリットガラスや、低温封着用のインジウムなどの真空封着材7により固着され封着されて、真空容器内は真空に保たれている。以下の説明の便宜のために、前面パネル1及び背面パネル5の法線方向と平行な軸をZ軸と呼ぶ。
As shown in FIG. 1, the field emission electron source device according to the first embodiment is a vacuum vessel formed by a
背面パネル5の内面上には、電界放出型電子源アレイ10が形成された半導体基板6が設置されている。半導体基板6上には、スペーサー部8aを一体に備えるメッシュ構造体8が設置固定されている。前面パネル1のメッシュ構造体8と対向する内面上には、透光性の陽極電極2とターゲット3とが形成されている。ターゲット3は、電界放出型電子源アレイから放出された電子を受け取り所定の有益な動作を行なう層であり、例えば蛍光体層又は光電変換膜である。
On the inner surface of the
前面パネル1、背面パネル5、側面外周器4からなる真空容器内には、余分なガスを吸着除去することにより、内部を高真空に保持する為のゲッターポンプ(図示せず)が設置されている。
A getter pump (not shown) is installed in the vacuum vessel composed of the
図2はメッシュ構造体8の電界放出型電子源アレイに対向する側の面から見た概略斜視図である。メッシュ構造体8は、N型又はP型にドープされたシリコン基板を半導体加工技術であるMEMS技術を用いて製作された略平板状の電極であり、中央の薄肉のトリミング部9と、トリミング部9の周囲に連続して形成され、トリミング部9よりも厚い枠状のスペーサー部8aとを備える。トリミング部9には複数の貫通孔が形成されている。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
スペーサー部8aは、メッシュ構造体8の単体での機械的強度を向上させる機能と、電界放出型電子源アレイとトリミング部9に形成された複数の貫通孔の開口とを離間し、且つ両者間の距離を高精度に維持する機能とを備えている。
The
図3はメッシュ構造体8のトリミング部9の一部拡大斜視図である。トリミング部9には、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームが通過するための、トリミング部9の表裏を貫通する多数の貫通孔90が形成されている。多数の貫通孔90は格子点状に配置されている。
FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of the trimming
図4(A)はトリミング部9のZ軸方向の一部拡大断面図である。各貫通孔90は、トリミング部9の電界放出型電子源アレイ側の面に形成された開口91と、開口91からトリミング部9の厚さ方向に連続した電子ビーム通過行路92とを備えている。本明細書において、開口91とは、貫通孔90のうち、トリミング部9の電界放出型電子源アレイ側の面上に含まれる部分を意味し、Z軸方向成分は含まれない。また、電子ビーム通過行路92とは、貫通孔90のうち、トリミング部9の表裏面間の間の部分を意味する。
FIG. 4A is a partially enlarged cross-sectional view of the trimming
電子ビーム通過行路92の長さは、開口91の径Dよりも十分に大きい。ここで、電子ビーム通過行路92の長さとは、電子ビーム通過行路92に沿った長さを意味する。従って、電子ビーム通過行路92が屈曲している場合にはトリミング部9のZ軸方向の厚さより長くなる。
The length of the
電子ビーム通過行路92の長さが開口91の径Dよりも十分に大きいことにより、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、電子ビーム通過行路92の延設方向(本実施の形態ではZ軸方向)に対して大きな角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路92の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。例えば、開口91の径Dが16μm、電子ビーム通過行路92の長さが100μmのとき、Z軸に対して約9.2度以上の角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路92の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。
Since the length of the electron
図5は、本実施の形態1に係る電界放出型電子源装置の分解斜視図である。図5を用いて、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。 FIG. 5 is an exploded perspective view of the field emission electron source device according to the first embodiment. An example of a method for assembling the field emission electron source device will be briefly described with reference to FIG.
背面パネル5上にフリットガラス7aを付与し、この上に環状の側面外周器4を載置して、約400℃程度の高温で焼成して、背面パネル5と側面外周器4とをフリットガラス7aを介して接合する。
A
メッシュ構造体8のスペーサー部8aと半導体基板6とを例えば陽極接合や共晶接合などの接合方法により接合する。背面パネル5上の側面外周器4で囲まれた部分に、メッシュ構造体8が搭載された半導体基板6を、ダイボンディングして設置固定する。
The
トリミング部9への給電は、半導体基板6から、メッシュ構造体8のスペーサー部8aと半導体基板6との接合部及びスペーサー部8aを介して行われる。メッシュ構造体8へ給電するための半導体基板6上の配線パターンは、背面パネル5上に形成された配線パターンとワイヤーボンディング(図示せず)により接続される。これにより、メッシュ構造体8への給電は、真空容器の外側より行なうことができる。
Power feeding to the
半導体基板6上には、複数のセルをマトリクス状に並べた電界放出型電子源アレイが形成されている。各セルは、複数(例えば100個)の冷陰極素子(エミッタ)を含む。
A field emission electron source array in which a plurality of cells are arranged in a matrix is formed on the
半導体基板6上の電界放出型電子源アレイの複数のセルと、メッシュ構造体8の複数の貫通孔90とは一対一に対応している。各セルの中心を通るZ軸と平行な軸が、このセルと対応するメッシュ構造体8の貫通孔90のほぼ中心を通るように(例えば、本実施の形態では、セルの中心を通るZ軸と平行な軸に対する貫通孔90の中心の位置ずれ量が3μm程度以下となるように)、半導体基板6とメッシュ構造体8とは高精度に位置合わせされる。
The plurality of cells of the field emission electron source array on the
このようにして組み立てられた背面パネル5、側面外周器4、メッシュ構造体8、及び半導体基板6からなる背面パネル構造体は、真空装置内で約120℃〜350℃程度の温度でガス出しの為の空焼きされる。
The back panel structure composed of the
空焼きが済んだ背面パネル構造体は、真空内にて、前面パネル1と、インジウムを付着させた金属リング7bにより接合一体化されて、内部が真空に封着された真空容器となる。
The back-panel structure that has been baked is joined and integrated in a vacuum by the
半導体基板6上に形成される電界放出型電子源アレイは、図6に示される様に、先端が先鋭化された冷陰極素子(エミッタ)15と、冷陰極素子15の周辺に形成された絶縁層13と、絶縁層13上に設けられ、冷陰極素子15を取り囲む開口が形成されたゲート電極12等からなる多数のエミッター部が集積されてなる。
As shown in FIG. 6, the field emission electron source array formed on the
電界放出型電子源アレイは、例えばVGA(水平方向640ドット×垂直方向480ドット)の撮像を行なう平面型撮像装置であれば、マトリックス状に配置された各画素位置に縦横方向寸法がいずれも20μm程度の1つのセルがそれぞれ配置される。ゲート電極12は、水平方向(又は垂直方向)に延びたストライプ状に複数形成され、エミッタ電極14は、ゲート電極12の長手方向と直交する方向に延びたストライプ状に複数形成される。Z軸と平行な方向から見て、複数のゲート電極12と複数のエミッタ電極14との交点位置にセルが1つずつ配置される。各セルには、エミッタ電極14上の縦横方向寸法がいずれも10μm程度の領域内に複数の冷陰極素子15がほぼ均等に分布するように配置されている。
If the field emission electron source array is a flat-type imaging device that performs imaging of, for example, VGA (horizontal direction 640 dots × vertical direction 480 dots), the vertical and horizontal dimensions are 20 μm at each pixel position arranged in a matrix. About one cell is arranged. A plurality of
同一セル内の複数の冷陰極素子15には例えば30Vの基準電位から0Vに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、冷陰極素子15を取り囲む絶縁層13上に形成されたゲート電極12には例えば30Vの基準電位から中位の60V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15とゲート電極12との間に形成される電位差により、冷陰極素子15の先端から電子が放出される。
A plurality of cold cathode elements 15 in the same cell is applied with a pulsed emitter potential that drops from a reference potential of 30 V to 0 V, for example, and the
ゲート電極12及びエミッタ電極14は、背面パネル5上に、真空容器の内外を繋ぐように形成された配線パターンと接続されている。冷陰極素子15に与えられるエミッタ電位及びゲート電極12に与えられるゲート電位は、真空容器の外側からこの配線パターンを介して供給される。
The
メッシュ構造体8には、ゲート電極12に印加される最大電圧よりも若干高い、中位の150〜500V程度の電圧が印加される。電界放出型電子源アレイから、メッシュ構造体8のトリミング部9に形成された複数の貫通孔の電界放出型電子源アレイ側の面までの距離は100μm程度である。
A medium voltage of about 150 to 500 V, which is slightly higher than the maximum voltage applied to the
メッシュ構造体8へ印加される電圧が高すぎると、メッシュ構造体8と電界放出型電子源アレイとの間の耐電圧特性上の問題を引き起こす可能性がある。更に、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合にはターゲット3との間での耐電圧特性も問題となる可能性がある。逆に、メッシュ構造体8へ印加される電圧が低すぎると、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームを加速させる効果が薄れ、電子ビームの発散角が大きくなってしまい、メッシュ構造体8を通過する電子ビーム量が少なくなり、電子ビームの電流量を十分確保できない可能性がある。このため、発明者らは実験を通じてメッシュ構造体8へ印加される電圧の好適値が上述の範囲であることを確認している。
If the voltage applied to the
ターゲット3はメッシュ構造体8から150〜数百μm程度離れて配置される。前面パネル1とターゲット3との間には、透明な陽極電極2が形成されている。陽極電極2にはメッシュ構造体8に印加される電圧よりも高い、高位の例えば数100V〜数kV程度の電圧が前面パネル1を貫通する電極43(図5参照)を介して印加される。
The
電界放出型電子源アレイの冷陰極素子15とゲート電極12とにそれぞれ所定の電圧を印加すると、冷陰極素子15から電子ビーム11aが放出される。電子ビーム11aは、電界放出型電子源アレイからZ軸方向に100μm程度離れた、100μm程度の厚みを有するメッシュ構造体8の貫通孔90の開口91に入射し、開口91から連続する電子ビーム通過行路92内を通過する。そして、メッシュ構造体8から出射した電子ビーム11bは、メッシュ構造体から150〜数百μm程度離れたターゲット3に到達する。
When a predetermined voltage is applied to each of the cold cathode element 15 and the
図7に示すように、電界放出型電子源アレイの1つのセル(指定セル)から放出された電子ビーム11aは所定の発散角を有してメッシュ構造体8に向かって進行し、メッシュ構造体8に形成された複数の貫通孔90に入射する。
As shown in FIG. 7, the
指定セルから放出された電子ビーム11aのうち、Z軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りZ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔90に入射した電子ビームは、貫通孔90の電子ビーム通過行路92の側壁に衝突し、吸収され除去される。
Of the
一方、指定セルから放出された電子ビーム11aのうち、Z軸とほぼ平行に進行し、この指定セルを通りZ軸と平行な直線上に位置する貫通孔(以下、この貫通孔を「指定セルに対応する貫通孔」という)90に入射した電子ビームは、Z軸と平行に延びた電子ビーム通過行路92内を通過し、メッシュ構造体8を出射してターゲット3に到達する。このメッシュ構造体8を出射した電子ビーム11bの発散角は小さく、進行方向がほぼ揃っており、ターゲット3に到達する過程で進行方向と垂直な方向の断面積が拡大することはない。
On the other hand, of the
このように、本実施の形態1の電界放出型電子源装置では、メッシュ構造体8が無い場合と比較して、発散角の小さな電子ビーム11bをターゲット3に入射させることができる。そのため、ターゲット3上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。従って、ターゲット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。
As described above, in the field emission electron source device according to the first embodiment, the
また、メッシュ構造体8を出射した電子ビーム11bの発散角が小さいので、例えば組み立て誤差により背面パネル5と前面パネル1との距離がばらついた場合や、大気圧によって背面パネル5及び/又は前面パネル1が湾曲変形した場合であっても、ターゲット3上での電子ビームのスポット径はほとんど変化しない。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
Further, since the divergence angle of the
次に、メッシュ構造体8について詳細に説明する。
Next, the
メッシュ構造体8は、シリコン基板を用いて、半導体技術であるMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術により作成できる。即ち、N型又はP型にドープして抵抗を低下させたシリコン基板に対して半導体技術を用いて微細加工を行い、図3に示すような貫通孔90を形成することができる。
The
このようにメッシュ構造体8をシリコン基板を用いて半導体技術であるMEMS技術により作成することにより、以下のような利点がある。
Thus, by producing the
第1に半導体技術を用いたミクロン、サブミクロンオーダーの微細加工を行なうことが可能になる。これにより、例えば20μm角程度の1セル内に多数(例えば100個)の冷陰極素子15を備えたVGAの電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体8の開口91の開口径Dは例えば16μm程度となり、その成形精度はサブミクロンオーダーである必要がある。MEMS技術を用いれば、このような微細加工が可能である。
First, it becomes possible to perform microfabrication on the order of micron and submicron using semiconductor technology. Accordingly, for example, in the case of a VGA field emission electron source device including a large number (for example, 100) of cold cathode elements 15 in one cell of about 20 μm square, the opening diameter D of the
第2に、メッシュ構造体8と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が求められる。MEMS技術を用いることで、メッシュ構造体8の高精度成形、及びメッシュ構造体8と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、品質の優れた電界放出型電子源装置を得ることができる。
Second, high precision is also required in assembling the
第3に、シリコン基板を用いることにより、同じくシリコン基板を用いて作成される電界放出型電子源アレイが形成される半導体基板6と、熱膨張係数を同じにすることができる。
Thirdly, by using a silicon substrate, it is possible to make the thermal expansion coefficient the same as that of the
電界放出型電子源アレイは、シリコン基板を用いて、半導体技術によりその一部あるいは全てを作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましく、その半導体技術も現在では一般化され、その際に必要とされる装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。 In order to ensure reliability such as accuracy, it is preferable to create a part or all of the field emission type electron source array using a silicon substrate by a semiconductor technology, and the semiconductor technology is also generalized at present. Many devices that are needed are also on the market, which is advantageous in terms of cost.
メッシュ構造体8の材料を、電界放出型電子源アレイが形成される基板の材料と同じにすることは、熱膨張の点で有利であり、例えば、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊が起こりにくくなり、また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成を高温で行うことができる。
It is advantageous in terms of thermal expansion that the material of the
メッシュ構造体8にはスペーサー部8aが一体に形成されており、メッシュ構造体8のスペーサー部8aは電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板6上に直接設置される。これにより、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体8との間の距離精度を向上させることができる。この結果、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体8のトリミング部9に形成された複数の貫通孔90の開口91との間の距離を高精度に維持するというスペーサー部8aの役割を効果的に発揮させることができる。
The
メッシュ構造体8のスペーサー部8aの厚みHsは、例えば上述の電界放出型電子源アレイの1つのセルの縦横寸法がそれぞれ20μm程度である場合、50〜150μm程度(最適は100μm程度)が好ましい。ここで、スペーサー部8aの厚みHsとは、図7に示すように、メッシュ構造体8のトリミング部9の電界放出型電子源アレイ側の面と電界放出型電子源アレイとの間の距離を意味する。
The thickness Hs of the
この場合、MEMS加工における寸法マージンとトリミング部9の機械的強度の観点から、縦横方向に隣り合う開口91間の距離(即ち、隣り合う電子ビーム通過行路92間の壁の厚さ)は4μm±2μmの範囲内であることが好ましい。従って、1セルの縦横寸法がそれぞれ20μmの場合には、メッシュ構造体8の貫通孔90の開口91の形状は一辺が16μm程度の四角形となる。トリミング部9の厚み(即ち電子ビーム通過行路92のZ軸方向寸法)Htは、開口91の上記の開口径の約1.5〜10倍程度、更には6〜8倍程度(上記の例では100〜120μm程度)が好ましい。
In this case, from the viewpoint of the dimension margin in the MEMS processing and the mechanical strength of the trimming
トリミング部9の厚みHtが開口91の開口径の1.5倍未満であると、メッシュ構造体8に対して大きな入射角度で入射した電子ビームを電子ビーム通過行路92の側壁に衝突させて吸収除去することが困難となる。このため、指定セルから放出された電子ビーム11aのうち、Z軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りZ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔90に入射した電子ビームもメッシュ構造体8の貫通孔90を通過して、ターゲット3に到達してしまう。従って、ターゲット3上での電子ビームのスポット径が拡大する。
When the thickness Ht of the trimming
トリミング部9の厚みHtが開口91の開口径の10倍を超えると、メッシュ構造体8の貫通孔90を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量が著しく少なくなり、ターゲット3において所望する動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保できない可能性が生じる。
When the thickness Ht of the trimming
スペーサー部8aの厚みHs及びトリミング部9の厚みHtに上記のような最適値がある理由は以下の通りである。
The reason why there are optimum values for the thickness Hs of the
スペーサー部8aの厚みHsとは、電界放出型電子源アレイとからトリミング部9に形成された貫通孔90の開口91までの距離を意味する(図7参照)。
The thickness Hs of the
スペーサー部8aの厚みHsが厚いと、メッシュ構造体8の単体での機械的強度を強くすることができる。
When the thickness Hs of the
しかしながら、電界放出型電子源アレイからトリミング部9までの距離が大きくなり、トリミング部9の電界放出型電子源アレイ側の面上での電子ビームの広がりが大きくなる。これにより、電界放出型電子源アレイの指定セルに対応する貫通孔90に入射する電子ビーム量が少なくなり、その結果、この貫通孔を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量が少なくなる。この結果、ターゲット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、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲット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、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
However, the distance from the field emission electron source array to the
逆に、スペーサー部8aの厚みHsが薄いと、メッシュ構造体8の指定セルに対応する貫通孔90を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量を確保することはできる。
On the other hand, when the thickness Hs of the
しかしながら、メッシュ構造体8の単体での機械的強度は低下する。この結果、例えば電界放出型電子源装置を組み立てる際、メッシュ構造体8が破壊して、歩留まりが低下するという問題が起こる可能性がある。
However, the mechanical strength of the
トリミング部9の厚みHtが薄いと、メッシュ構造体8を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量が増加する。
When the thickness Ht of the trimming
しかしながら、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビーム11aのうち、Z軸に対して斜めに進行し、この指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔90に入射した電子ビームもこの貫通孔90を通過して、ターゲット3に到達してしまう。即ち、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム11aをこの貫通孔の電子ビーム通過行路92の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔を出射した電子ビーム11bのみをターゲット3に到達させるというメッシュ構造体8のトリミング作用が弱まる。この結果、ターゲット3上での電子ビームのスポット径が拡大してしまう。従って、ターゲット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困難となり、ターゲット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困難となる。
However, of the
逆に、トリミング部9の厚みHtが厚いと、指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔90に入射した電子ビームがこの貫通孔90を通過してターゲット3に到達するのを防止できる。
On the contrary, when the thickness Ht of the trimming
しかしながら、指定セルに対応する貫通孔90を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量が少なくなる。従って、ターゲット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、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲット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、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
However, the amount of electron beam passing through the through
図8(A)、図8(B)、図9(A)、図9(B)は本発明の実施の形態1に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
8A, FIG. 8B, FIG. 9A, and FIG. 9B are diagrams showing simulation results in the field emission electron source device according to
図8(A)及び図8(B)はメッシュ構造体8に300Vの電圧を印加した場合を示し、図9(A)及び図9(B)はメッシュ構造体8に225Vの電圧を印加した場合を示している。
8A and 8B show the case where a voltage of 300 V is applied to the
シミュレーションは、上述のしたように、VGAに対応し、1つのセルサイズが20μm角、メッシュ構造体8の貫通孔90の開口91が一辺16μmの正方形、メッシュ構造体8からターゲット3までの距離が150μmである電界放出型電子源装置について行った。
As described above, the simulation corresponds to VGA, one cell size is 20 μm square, the
スペーサー部8aの厚み(即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部9の貫通孔90の開口91までの距離)Hsを25μmから125μmまで25μm間隔で変えた。各スペーサー部8aの厚みにおいて、トリミング部9の厚みHtを25μmから150μmまで25μm間隔で変えた。
The thickness Hs of the
図8(A)及び図9(A)は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体8を通過してターゲット3に到達する電子ビームの割合(単位:%)を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部9の厚みHtをメッシュ構造体8の貫通孔90の径D(=16μm)で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3に到達する電子ビームの割合(電子ビーム到達率、単位:%)を示す。
8A and 9A show the calculation results of the ratio (unit:%) of the electron beam that passes through the
図8(B)及び図9(B)は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りZ軸に平行な直線がターゲット3と交差する点を中心とする1辺が40μmの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合(単位:%)を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部9の厚みHtをメッシュ構造体8の貫通孔90の径D(=16μm)で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3の上記領域内に到達する電子ビームの割合(電子ビーム集中率、単位:%)を示す。
FIGS. 8B and 9B show one side centered on a point where a straight line passing through the center of the designated cell and parallel to the Z-axis intersects the
シミュレーションは、ターゲット3が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット3が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット3に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体8を通過してターゲット3に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図8(A)及び図9(A)と同じ計算結果が得られる。ターゲット3上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット3の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図8(B)及び図9(B)よりも、ターゲット3上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
The simulation was performed for a field emission electron source imaging device in which the
図8(A)及び図9(A)より、貫通孔90の径Dに対するトリミング部9の厚みHtの比(比Ht/D)が大きくなるにしたがって、ターゲット3に到達する電子ビームの割合は減少している。
8A and 9A, as the ratio of the thickness Ht of the trimming
トリミング部9の電界放出型電子源アレイに対向した面には、1セルに対応する領域(一辺が20μmの正方形)内に1つの開口91(一辺16μmの正方形)が形成されている。従って、トリミング部9の電界放出型電子源アレイに対向した面における開口91の面積割合(開口率)は、(16μm×16μm)/(20μm×20μm)×100=64%である。
On the surface of the
ターゲット3に到達する電子ビームの割合は、比Ht/Dが1.5以上(トリミング部9の厚みHtが25μm以上)の領域では、図8(A)及び図9(A)のポイントD(スペーサー部8aの厚みHsが25μm、トリミング部9の厚みHtが25μmの場合)を除いて、トリミング部9の開口率である64%より十分に小さい。スペーサー部8aの厚みHsが50μm以上の場合には、スペーサー部8aの厚みHsにかかわらず、ターゲット3に到達する電子ビームの割合は、トリミング部9の開口率である64%より十分に小さい。
In the region where the ratio Ht / D is 1.5 or more (the thickness Ht of the trimming
これは以下を意味している。即ち、指定セルから放出された電子ビームのうち64%がトリミング部9の貫通孔90内に入射する。そして、この貫通孔90内に入射した電子ビームのうちの一部が、電子ビーム通過行路92の側壁に衝突して吸収され除去されて、メッシュ構造体8を通過することができない。即ち、ターゲット3に到達する電子ビームの割合が、トリミング部9の開口率である64%より小さい場合には、メッシュ構造体8のこのトリミング作用が有効に機能していることを意味している。
This means the following: That is, 64% of the electron beam emitted from the designated cell enters the through
上記ポイントDにおいて、スペーサー部8aの厚みHsを大きくすると、ターゲット3に到達する電子ビームの割合はトリミング部9の開口率である64%より小さくなる。これより、ポイントDの条件では、トリミング部9の電界放出型電子源アレイに対向した面側の開口91近傍に形成される電界レンズによって電子ビーム軌道が曲げられるために、ターゲット3に到達する電子ビームの割合がトリミング部9の開口率である64%より大きくなったと考えられる。従って、ポイントDの条件においてメッシュ構造体8に印加される電圧を低くして上記電界レンズを弱めれば、ターゲット3に到達する電子ビームの割合は64%未満となり、メッシュ構造体8のトリミング作用を発揮させることができると考えられる。
At the point D, when the thickness Hs of the
以上より、各部に印加する電圧条件によって多少の違いはあるが、おおよそ比Ht/Dが1.5以上であれば、メッシュ構造体8の貫通孔90の電子ビーム通過行路92の側壁に電子ビームを衝突させて吸収除去することができる。
As described above, although there are some differences depending on the voltage condition applied to each part, if the ratio Ht / D is approximately 1.5 or more, the electron beam is formed on the side wall of the electron
次に、トリミング部9の厚みHtの好適な範囲について考える。厚みHtの範囲は、以下の条件を満足するように設定されなければならない。第1に、メッシュ構造体8の電子ビーム通過行路92の側壁で電子ビームの一部を除去吸収して、指定セルから放出された電子ビームの発散角よりも小さな発散角の電子ビームをメッシュ構造体8からターゲット3に向かって出射させる必要がある。第2に、ターゲット3において所望の動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保する必要がある。
Next, a suitable range of the thickness Ht of the trimming
指定セルから放出される電子ビームの発散角がガウス分布に従うと仮定し、そのうち1σ(全体の68.27%)以上の発散角の電子ビームをメッシュ構造体8で吸収除去する場合を考える。このためには、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体8を通過する電子ビームの割合を、トリミング部9の開口率(64%)に1σに相当する68.27%を乗じた43.7%以下に低減できることが好ましく、図8(A)及び図9(A)より比Ht/Dが1.5以上であることが好ましい。
Assume that the divergence angle of the electron beam emitted from the designated cell follows a Gaussian distribution, and an electron beam having a divergence angle of 1σ (68.27% of the total) or more is absorbed and removed by the
また、ターゲット3において所望の動作を行うためには、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3に到達する電子ビームの割合が5%以上である必要があると考える。このためには、図8(A)及び図9(A)より比Ht/Dが10以下であることが好ましい。
Further, in order to perform a desired operation in the
以上より、トリミング部9の厚みHtは、貫通孔90の開口径Dの1.5倍以上10倍以下であることが好ましい。
From the above, the thickness Ht of the trimming
但し、例えば指定セルから放出された電子ビームのうち40%以上の電子ビームが、ターゲット3上の1辺が40μmの正方形の領域内に到達することが、十分な解像度を得るために必要であると考えれば、図8(B)及び図9(B)より、トリミング部9の厚みHtは、貫通孔90の開口径Dの3倍以上である必要がある。
However, in order to obtain sufficient resolution, for example, 40% or more of the electron beams emitted from the designated cell must reach a square area of 40 μm on one side on the
また、電界放出型電子源アレイが、電子ビーム放出能力が比較的劣る種類である等の理由により、指定セルから放出された電子ビームのうち10%以上の電子ビームがターゲット3に到達すること必要であると考えれば、図8(A)及び図9(A)より、トリミング部9の厚みHtは、貫通孔90の開口径Dの8倍以下である必要がある。
In addition, it is necessary that 10% or more of the electron beams emitted from the designated cell reach the
このように、トリミング部9の厚みHtの好適な範囲は、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源アレイの種類などによって変化する。
Thus, the preferable range of the thickness Ht of the trimming
上述した実施の形態では、電界放出型電子源が先端の尖った冷陰極素子15とその先端を囲む開口が形成されたゲート電極12とを備えたスピント型を例に説明したが、本発明の電界放出型電子源はこれに限定されない。例えば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なギャップを設け、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 Electron Source)型、あるいは電子源にDLC(Diamond Like Carbon)やCNT(Carbon Nanotube)等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源であっても良い。
In the embodiment described above, the field emission electron source has been described as an example of the Spindt type including the cold cathode element 15 having a sharp tip and the
電子ビームが広がりをもって電界放出される電子源であって、ターゲット3上での電子ビームのスポット径を小さくする必要がある電界放出型電子源装置は、本発明の効果が効果的に発揮されるので、本発明が適用されることが特に好ましい。
A field emission type electron source device that is an electron source in which an electron beam is spread and is emitted in a field and that requires a reduction in the spot diameter of the electron beam on the
CNT(Carbon Nanotube)等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源の一例を図10に示す(例えば特許文献6参照)。 An example of a field emission electron source using a carbon-based material such as CNT (Carbon Nanotube) is shown in FIG. 10 (see, for example, Patent Document 6).
基板上に、無数のカーボンナノチューブ(CNT)からなるCNT層59が形成されている。CNT層59を取り囲むように、集束電極60が形成されている。CNT層59の上方にはCNT層59から電子を引き出すためのゲート電極61が形成されている。ゲート電極61には、無数の電子ビーム通過孔が形成されている。カーボンナノチューブからなるセルの平面視形状は四角形である。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。縦方向に並んだ複数のセルは互いに電気的に接続されてエミッタラインを形成する。ゲート電極61は、横方向に並んだ複数のセル上に配置されてゲートラインを形成する。複数のエミッタラインのうちの1つと、複数のゲートラインのうちの1つを選択することにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとの交点に位置するセルから電子ビーム11aが放出される。
A
ゲート電極61が薄いと、セルから放出される電子ビーム11aの量が多くなり、その発散角は大きくなり、ゲート電極61が厚いと、セルから放出される電子ビーム11aの量が少なくなり、その発散角は小さくなる。
When the
本発明は、このようなCNTを用いた電界放出型電子源を備えた電界放出型電子源装置にも適用することができる。特に、ゲート電極61が薄く、そのためにセルから放出される電子ビーム11aの量が多く、その発散角は大きい場合に適用すると、本発明の効果が効果的に発揮されるので好ましい。その場合、メッシュ構造体8の貫通孔90がセルと一対一に対応してセルのZ軸方向の上方に配置され、貫通孔90の開口がセルと同程度の大きさを有していることが好ましい。
The present invention can also be applied to a field emission electron source device provided with a field emission electron source using such CNTs. In particular, it is preferable to apply to the case where the
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部9の貫通孔90の開口91までの距離が100μm程度、トリミング層9の厚みが100μm程度、メッシュ構造体8からターゲット3までの距離が150〜数百μm程度である例を示したが、本発明はこれに限定されず、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源の種類によってこれらの距離を自由に設定しても良いことは言うまでも無い。
In the above embodiment, the distance from the field emission electron source array to the
更に、上記の実施の形態では、ターゲット3が陽極電極2を覆っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、陽極電極2がターゲット3より大きくても良い。また、ターゲット3が3色の蛍光体を含み、陽極電極2の表面にこの3色の蛍光体を交互に形成しても良い。この場合、隣り合う蛍光体の間にブラックマトリクスのような光吸収層を設けても良い。更に、陽極電極2のとターゲット3との間、又は陽極電極2と前面パネル1との間に、単色又は3色のカラーフィルター層を設け、カラーフィルター層の色に対応して蛍光体層又は光電変換膜層をターゲット3として形成しても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体8をシリコン基板を用いて半導体技術であるMEMS技術により作成する例を示したが、メッシュ構造体8の作成方法はこれに限定されない。例えば金属板をエッチング処理することにより作成しても良いし、ガラス等の絶縁物に貫通孔90を形成後、その表面に金属膜をスパッタリングやCVD等の蒸着や塗布により形成しても良い。
In the above-described embodiment, the example in which the
あるいは、シリコン基板を用いて半導体技術により作成したトリミング部9と、これとは別にシリコン、金属、ガラス等の材料で作成したスペーサー部8aとを接合して一体化して、メッシュ構造体8を作成しても良い。
Alternatively, the trimming
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部9までの距離の組立誤差を少なくするために、スペーサー部8aを一体化に備えるメッシュ構造体8を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図11に示すように、側面外周器24の内周面に段差24aを設け、この段差24aでスペーサー部を有しないメッシュ構造体25を支持しても良い。この場合も、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビームをこの貫通孔の電子ビーム通過行路の側壁で吸収除去するというトリミング作用を得ることができる。
Further, in the above embodiment, the
メッシュ構造体8の貫通孔90の電子ビーム通過行路92の内径は、上述した図4(A)のようにZ軸方向において一定である必要はなく、変化していても良い。電子ビーム通過行路92の内径をZ軸方向において変化させることにより、メッシュ構造体8のトリミング作用を調整することができる。例えば、図4(B)に示すように、電子ビーム通過行路92の内径が電子ビームの入射側よりも出射側で小さいと、メッシュ構造体8の貫通孔90を出射する電子ビーム11bの発散角をより小さくすることができるので好ましい。
The inner diameter of the electron
メッシュ構造体8の貫通孔90の電子ビーム通過行路92のZ軸に垂直な方向に沿った断面形状は、上記の例のように四角形に限定されない。例えば、円形、楕円形、いずれの内角も90度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形(例えば後述する図14(B)を参照)であっても良い。これらの形状にすることにより、メッシュ構造体内における局所的な応力集中を防止して、高強度のメッシュ構造体を得ることができる。例えば、電子ビーム通過行路92の断面形状を6角形又は円形として、トリミング部9をハニカム構造としても良い。
The cross-sectional shape along the direction perpendicular to the Z-axis of the electron
更に、上記の実施の形態では、Z軸方向から見た前面パネル1の形状が円形であったが、本発明はこれに限定されず、例えば四角形であっても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the shape of the
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体8は電界放出型電子源アレイ10が形成された半導体基板6上に設置されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば背面パネル5上に半導体加工技術を用いてスピント型等の電界放出型電子源アレイを直接形成し、電界放出型電子源アレイを形成した背面パネル5上にメッシュ構造体8を設置しても良い。
In the above embodiment, the
更に、上述の実施の形態では、VGAに対応した電界放出型電子源装置を想定して電界放出型電子源アレイの1つのセルの大きさを20μm角程度とし、これに合わせた各部の寸法を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えばSVGA、SXGAに対応する電界放出型電子源装置であれば、1つのセルの大きさは上記よりも小さくなり、その他の各部の寸法もこれに合わせて小さくしなければならない。 Further, in the above-described embodiment, assuming a field emission electron source device corresponding to VGA, the size of one cell of the field emission electron source array is set to about 20 μm square, and the size of each part corresponding to this is set. Although illustrated, this invention is not limited to this. For example, in the case of a field emission electron source device corresponding to SVGA and SXGA, the size of one cell is smaller than the above, and the dimensions of the other parts must be reduced accordingly.
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイのセルとメッシュ構造体8の貫通孔90とが一対一に対応する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電界放出型電子源アレイの複数のセルに対してメッシュ構造体8の1つの貫通孔90が対応していても良い。例えば、縦方向に2つ、横方向に2つの合計4つのセルに対して、メッシュ構造体8の1つの貫通孔90を対応させることができる。この場合、セルに対応する貫通孔90の開口91の中心は、このセルの中心を通りZ軸と平行な直線に対して僅かにずれた位置にある。従って、指定セルから放出された電子ビームのうちZ軸に対して僅かに斜め方向に進行する電子ビームが貫通孔90に入射してターゲット3に到達するので、駆動方法に注意が必要がある。
In the above embodiment, an example is shown in which the cells of the field emission electron source array and the through
更に、上述の実施の形態に示した各部に印加される電圧は一例にすぎず、電界放出型電子源装置の用途、各部のサイズ等によって最適値は異なり、適宜変更しなければならないことは言うまでも無い。 Furthermore, the voltage applied to each part shown in the above embodiment is merely an example, and the optimum value differs depending on the application of the field emission electron source device, the size of each part, etc., and it must be changed as appropriate. Not too long.
以上述べた如く、本実施の形態1では、電界放出型電子源アレイと有益な動作を行なうターゲットとを含む電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に貫通孔90の開口91の径よりも十分に長い電子ビーム通過行路92を有する、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体8が配置されている。電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出される電子ビームのうち、指定セルの中心を通りZ軸と平行な直線上に配置された貫通孔90以外の貫通孔90に入射した電子ビームは、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路92の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。このメッシュ構造体8のトリミング作用によって、指定セルから放出された電子ビームの中からZ軸方向と平行な方向の速度ベクトルを有してターゲト3へ向かう電子ビームのみが選択的に取り出される。従って、メッシュ構造体8を出射する電子ビームの広がりを小さくすることができる。この結果、ターゲット3に到達する電子ビームのスポット径が小さくなり、高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
As described above, in the first embodiment, in a field emission electron source device including a field emission electron source array and a target that performs a beneficial operation, a through hole is provided between the field emission electron source array and the target. A
また、メッシュ構造体8を半導体製造で使用される微細加工技術を用いて作成することにより、高精度でバラツキの少ない電界放出型電子源装置を実現できる。また、メッシュ構造体8が半導体基板6と同様にシリコン基板を用いて製作されるので、製造工程における加熱過程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
In addition, by creating the
更に、本実施の形態1のメッシュ構造体はシリコン基板を用いて半導体加工技術であるMEMS技術により製作できるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体(例えば銅メッシュ等)のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。 Furthermore, since the mesh structure according to the first embodiment can be manufactured by a MEMS technology, which is a semiconductor processing technology, using a silicon substrate, a plurality of through holes can be formed in the mesh structure with high accuracy and uniform distribution. Therefore, when a tension is applied and fixed to a field emission electron source device like a conventional metal mesh structure (for example, a copper mesh), the shape and size of the through hole differs between the central portion and the peripheral portion. There is provided a mesh structure capable of making the amount of electron beams reaching the target uniform regardless of the position on the target when used in a field emission electron source device. be able to.
本実施の形態1で説明した結晶構造を有するシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体は、電界放出型電子源装置以外の用途にも使用することができる。 The mesh structure made of the material containing silicon having the crystal structure described in the first embodiment can be used for applications other than the field emission electron source device.
例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与コリメータとして使用することができる。 For example, by making the thickness of the mesh structure sufficiently larger than the diameter of the through-hole, it allows atoms, molecules, light, etc. to pass from one surface to the other surface, giving directivity in their traveling direction. Can be used as
あるいは、例えば、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒径により粒子を選別する粒子フィルタとして使用することができる。 Alternatively, for example, it can be used as a particle filter for selecting particles according to particle diameter by adjusting the diameter of the through holes of the mesh structure.
即ち、一次元的に形成された複数の貫通孔を有し、その貫通孔に光、電子、原子、イオン、又は分子などの検知し得る物質を一方の面から他方の面に向かって通過させることが可能なメッシュ構造体において、このメッシュ構造体が結晶構造を有するシリコンを含む材料からなることによって、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。よって、例えば貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。 That is, it has a plurality of one-dimensionally formed through holes, and a detectable substance such as light, electrons, atoms, ions, or molecules is passed through the through holes from one surface to the other surface. When the mesh structure is made of a material containing silicon having a crystal structure, the through hole can be processed using a fine processing technique used in a semiconductor. Therefore, the through-hole shape and the through-hole diameter of the mesh structure can be controlled with high accuracy. Therefore, for example, a particle filtering function using a through hole can be easily realized.
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。 Moreover, through holes deeper than the diameter can be easily processed in the mesh structure by the semiconductor microfabrication technology, the mesh structure with a filter function for selecting particles, the traveling direction of atoms, molecules, light, etc. A mesh structure having a collimator function for imparting directivity can be manufactured at low cost.
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。 Furthermore, since a high-purity silicon plate used in semiconductors can be used, a mesh structure with a collimator function that imparts directivity to atoms, molecules, electrons, etc. without the concern of outgassing in a vacuum is easy. Can get to.
また、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みを貫通孔の開口径よりも小さくすることにより、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比(開口率)を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比(通過率)が大きなコリメータを提供することができる。
この場合、場所によらず均一な通過率を得るために、複数の貫通孔の開口径は均一で、且つ、複数の貫通孔が規則正しく配置されていることが好ましい。
本発明において、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚み及び貫通孔の開口径は、ある貫通孔とこの貫通孔に最も近い貫通孔のそれぞれの中心軸を含む断面において定義されることが好ましい。
Further, by making the thickness of the partition wall separating the plurality of through holes smaller than the opening diameter of the through holes, the ratio of the opening area of the through holes to the surface of the mesh structure (opening ratio) can be increased. When used as a collimator that gives directivity to atoms, molecules, electrons, light, etc., the amount of atoms, molecules, electrons, light, etc. A collimator having a large ratio (passage rate) can be provided.
In this case, in order to obtain a uniform passing rate regardless of the location, it is preferable that the opening diameters of the plurality of through holes are uniform and the plurality of through holes are regularly arranged.
In the present invention, it is preferable that the thickness of the partition wall separating the plurality of through holes and the opening diameter of the through hole are defined in a cross section including a central axis of each through hole and the through hole closest to the through hole.
(実施の形態2)
図12は、本発明の実施の形態2に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view of a mesh structure according to
図12に示すように、本実施の形態2に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体20が3層構造を有している点で実施の形態1のメッシュ構造体8と異なる。以下では実施の形態1と同じ部分についての説明を省略する。
As shown in FIG. 12, the field emission electron source device according to the second embodiment is different from the
本実施の形態2のメッシュ構造体20は、図12、図13、図14(A)及び図14(B)に示すように、電界放出型電子源アレイ側の第1電極層19と、ターゲット3側の第2電極層16と、これらの間の絶縁層(中間層)17とからなる3層構造を有している。絶縁層17は、第1電極層19と第2電極層16との間の絶縁を確保する。
As shown in FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14 (A) and FIG. 14 (B), the
このメッシュ構造体20は、シリコン基板を用いて半導体技術により作成される。図15(A)〜図15(D)を用いてメッシュ構造体20の製造方法の一例を説明する。一実施例として、電界放出型電子源アレイの1つのセルの大きさが20μm角程度、1セル内の多数の電子源が並べられた領域の大きさが10μm角程度の電界放出型電子源装置の数値例を併記する。但し、この数値例は一例にすぎず、開口91の径や電界放出型電子源アレイからトリミング部9の貫通孔90までの距離、電界放出型電子源アレイの1セル内において多数の電子源が並べられた領域の大きさなどが異なる場合には、適宜変更する必要がある。
The
まず、図15(A)に示すように、中間層として絶縁層17となる酸化膜(SiO2膜)17'を有し、この両側に所望の厚みのシリコン層16',18'を有するSOI基板を用意する。
First, as shown in FIG. 15A, an SOI having an oxide film (SiO 2 film) 17 ′ to be an insulating
一実施例では、トリミング部9となるシリコン層16'の厚みを100μm程度、スペーサー部18となるシリコン層18'の厚みを90μm程度にすることができる。酸化膜17'の厚みは0.5〜3μmが好適であり、耐電圧を確保するため、及び、シリコン層16',18'、酸化膜17'を良好にエッチング処理するためには、2μm程度が最適である。
In one embodiment, the thickness of the
シリコン層16'は第2電極層16となる層であり、第2電極層16の機能を発揮させるめに、予めN型又はP型の材料がドープされて低抵抗化されている。
The
次に、図15(B)に示すように、SOI基板のシリコン層18'の中央部のみをエッチング処理して除去し、SOI基板の中央部を薄肉化する。かくしてSOI基板の周囲のみにシリコン層18'が残り、スペーサー部18となる。
Next, as shown in FIG. 15B, only the central portion of the
次に、図15(C)に示すように、シリコン層18'側の面にアルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、又はチタン等の金属を、真空蒸着、スパッタ、又はCVD法等により堆積させて第1電極層19となる金属薄膜19'を形成する。
Next, as shown in FIG. 15C, a metal such as aluminum, gold, copper, tantalum, molybdenum, or titanium is deposited on the surface on the
次に、図15(D)に示すように、シリコン層16'側からエッチング技術を用いて貫通孔90を形成する。かくして、金属薄膜19'からなる第1電極層19、酸化膜17'からなる絶縁層17、シリコン層16'からなる第2電極層16が形成される。
Next, as shown in FIG. 15D, a through-
貫通孔90を形成する際、各層の被エッチング特性の相違によっては、貫通孔90の電界放出型電子源アレイ側の開口91周辺の形状が、所望する図13のようにならず、図16(A)〜図16(C)のようになる可能性がある。しかしながら、いずれの形状であってもトリミング部9としての機能に大差はない。
When the through-
図15(C)において形成される金属薄膜19'が厚すぎると、図15(D)のエッチング処理時に貫通孔90を形成しにくい。金属薄膜19'が薄すぎると、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを貫通孔90の開口91内に導く作用が弱くなる。従って、金属薄膜19'の厚みには最適値が存在する。上述の一実施例の場合には、金属薄膜19'(第1電極層19)の厚みは2μm程度が好適である。
If the metal
本実施の形態2は、このようにメッシュ構造体20をSOI基板を用いて加工し上述の様にして第1電極層19を形成するので、実施の形態1で述べた利点に加え、メッシュ構造体を安価に製作することができるという利点を有する。
In the second embodiment, since the
メッシュ構造体20の作成方法は上記に限定されない。
The method for creating the
例えば貫通孔90を形成する図15(D)の工程を図15(A)の工程後図15(B)の工程前に行なっても良い、また、SOI基板を使用せずにシリコン基板を用い、作成工程の途中で酸化処理を施しSiO2膜を形成しても良い。
For example, the step of FIG. 15D for forming the through
このようにして作製されたメッシュ構造体20は電界放出型電子源アレイ10が設けられた半導体基板6上に、メッシュ構造体20に一体に設けられたスペーサー部18を介して設置固定される。そして、メッシュ構造体20の第1電極層19には半導体基板6を介して例えば中位の150〜500V程度の第1電圧V1が印加され、第2電極層16には別に設けた電圧供給用ワイヤーを介して例えば低位の50〜200V程度の第2電圧V2が印加される。
The
電界放出型電子源アレイの指定セルでは、この指定セル内の複数の冷陰極素子15(図6参照)に例えば50Vの基準電位から0Vに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、ゲート電極12(図6参照)には例えば50Vの基準電位から100Vに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。
In the designated cell of the field emission electron source array, a pulsed emitter potential that drops from a reference potential of 50 V to 0 V, for example, is applied to a plurality of cold cathode elements 15 (see FIG. 6) in the designated cell, and the
指定セルから放出された電子ビーム11aは、メッシュ構造体20の第1電極層19に印加された150〜500V程度の中位の第1電圧V1により加速され、その進行方向がZ軸に平行になるように修正されながらメッシュ構造体20に入射する。
The
図12に示すように、指定セルから放出された電子ビーム11aは、この指定セルの中心を通りZ軸と平行な直線上に位置する貫通孔90のみならず、この周囲に位置する貫通孔90にも入射する。
As shown in FIG. 12, the
第1電極層19によって加速された電子ビームは、メッシュ構造体20の貫通孔90に入射後、第2電極層16に印加された50〜200V程度の第1電極層19の第1電圧V1よりも低い第2電圧V2により急激に減速される。
The electron beam accelerated by the
電子ビームが急激に減速されることにより、電子ビームのZ軸方向の速度成分が小さくなり、Z軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第2電極層16の領域内において電子ビーム通過行路92の側壁に衝突しやすくなる。
By abruptly decelerating the electron beam, the velocity component of the electron beam in the Z-axis direction becomes small, and the velocity component in the direction orthogonal to the Z-axis becomes relatively large. Therefore, the electron beam easily collides with the side wall of the electron
電子ビームを第2電極層16の領域内において電子ビーム通過行路92の側壁に効率よく衝突させるためには、電子ビーム通過行路92の長さのうち、第1電極層19が占める長さをT1、第2電極層16が占める長さをT2としたときT1<<T2を満足することが好ましい。具体的にはT2/T1≧50を満足することが好ましい。即ち、第2電極層16による減速電界が、電子ビーム通過行路92中の電界放出型電子源アレイに近い領域に配置されるのが好ましい。但し、T1>T2であっても、程度は劣るが電子ビームを第2電極層16の領域内において電子ビーム通過行路92の側壁に衝突させることは可能である。
In order to efficiently collide the electron beam with the side wall of the electron
かくして、本実施の形態2では、電子ビーム通過行路92の長手方向(Z軸方向)に対して斜めに入射した電子ビームは、実施の形態1に比べて、電子ビーム通過行路92内に入射後の早い段階でその側壁に衝突し、吸収除去される。
Thus, in the second embodiment, the electron beam incident obliquely with respect to the longitudinal direction (Z-axis direction) of the electron
従って、本実施の形態2では、実施の形態1に比べて、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム11aをこの貫通孔の電子ビーム通過行路92の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム11aのみをターゲット3に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
Therefore, in the second embodiment, compared to the first embodiment, the
このため、本実施の形態2では、実施の形態1に比べて、ターゲット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より高精細な画像を表示することが可能となり、ターゲット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より高精細な画像を撮像することが可能となる。 For this reason, in the second embodiment, it is possible to display a higher definition image in the field emission electron source display device in which the target is provided with a phosphor as compared with the first embodiment. In a field emission type electron source imaging device provided with a conversion film, it becomes possible to capture a higher definition image.
また、本実施の形態2では、実施の形態1に比べて、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット3上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、一層均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び一層均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
Further, in the second embodiment, compared to the first embodiment, even if the distance from the field emission electron source array to the target varies from the design value due to assembly variation or atmospheric pressure, the electrons on the
また、本実施の形態2では、メッシュ構造体20に入射した電子ビームの速度ベクトルを変えることでトリミング作用が向上されるので、実施の形態1に比べてメッシュ構造体のトリミング部9の厚みHtを薄くすることが可能になる。これにより、実施の形態1に比べて、指定セルに対応する貫通孔90を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量を増加させることができ、ターゲット3において必要な電子ビーム量を確保することが容易になる。
In the second embodiment, since the trimming action is improved by changing the velocity vector of the electron beam incident on the
図17(A)、図17(B)、図18(A)、図18(B)は本発明の実施の形態2に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
FIG. 17A, FIG. 17B, FIG. 18A, and FIG. 18B are diagrams showing simulation results in the field emission electron source device according to
図17(A)及び図17(B)はメッシュ構造体20の第1電極層19に300Vの電圧を印加し、第2電極層16に100Vの電圧を印加した場合を示し、図18(A)及び図18(B)はメッシュ構造体20の第1電極層19に225Vの電圧を印加し、第2電極層16に75Vの電圧を印加した場合を示している。
17A and 17B show a case where a voltage of 300 V is applied to the
シミュレーションは、実施の形態1の上述のシミュレーションと同様に、VGAに対応し、1つのセルサイズが20μm角、メッシュ構造体20の貫通孔90の開口91が一辺16μmの正方形、メッシュ構造体20からターゲット3までの距離が150μmである電界放出型電子源装置について行った。
Similar to the above-described simulation of the first embodiment, the simulation corresponds to VGA, a square having a cell size of 20 μm square, an
第1電極層19の厚みを2μm、絶縁層17の厚みを2μmとした。スペーサー部18aの厚み(即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部9の貫通孔90の開口91までの距離)Hsを25μmから125μmまで25μm間隔で変えた。各スペーサー部18aの厚みにおいて、トリミング部9の厚みHtを第2電極層16の厚みを変えることで25μmから150μmまで25μm間隔で変えた。
The thickness of the
図17(A)及び図18(A)は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体20を通過してターゲット3に到達する電子ビームの割合(単位:%)を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部9の厚みHtをメッシュ構造体20の貫通孔90の径D(=16μm)で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3に到達する電子ビームの割合(電子ビーム到達率、単位:%)を示す。
FIGS. 17A and 18A show the calculation results of the ratio (unit:%) of the electron beam that passes through the
図17(B)及び図18(B)は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りZ軸に平行な直線がターゲット3と交差する点を中心とする1辺が40μmの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合(単位:%)を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部9の厚みHtをメッシュ構造体20の貫通孔90の径D(=16μm)で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3の上記領域内に到達する電子ビームの割合(電子ビーム集中率、単位:%)を示す。
FIG. 17B and FIG. 18B show one side centered on a point where a straight line passing through the center of the designated cell and parallel to the Z axis intersects the
シミュレーションは、ターゲット3が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット3が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット3に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体20を通過してターゲット3に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図17(A)及び図18(A)と同じ計算結果が得られる。ターゲット3上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット3の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図17(B)及び図18(B)よりも、ターゲット3上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
The simulation was performed for a field emission electron source imaging device in which the
実施の形態1で示した図8(A)及び図9(A)と比較すると、図17(A)及び図18(A)では、ターゲット3に到達する電子ビームの割合は減少している。これは、本実施の形態2では、実施の形態1に比べて、トリミング部9の電子ビームの吸収除去能力が向上していることを意味している。
Compared with FIGS. 8A and 9A shown in
また、実施の形態1で示した図8(B)及び図9(B)と比較すると、図17(B)及び図18(B)では、ターゲット3上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合は増加している。特に、貫通孔90の径Dに対するトリミング部9の厚みHtの比(比Ht/D)が3以上、更には4以上のとき、電子ビーム集中率が顕著に増加している。
Compared with FIGS. 8B and 9B shown in
以上のシミュレーション結果から、上述したように、メッシュ構造体を3層構造とし、第2電極層16の第2電圧V2を第1電極層19の第1電圧V1よりも低くして、電子ビーム通過行路92内にて電子ビームを減速させることにより、電子ビームを電子ビーム通過行路92の側壁に衝突させて吸収除去する効果を増加させることができることが判る。
From the above simulation results, as described above, the mesh structure has a three-layer structure, the second voltage V2 of the
このシミュレーション結果から実施の形態2におけるトリミング部9の厚みHtの好適な範囲について考える。実施の形態1で説明したように、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体8を通過する電子ビームの割合を43.7%以下に低減できるトリミング部9の厚みHtの最小値は、実施の形態1よりも小さい。また、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット3に到達する電子ビームの割合が5%以上にすることができるトリミング部9の厚みHtの最大値は、実施の形態1とほとんど同じである(図17(A)及び図18(A))。
A suitable range of the thickness Ht of the trimming
図17(B)及び図18(B)より、指定セルから放出された電子ビームのうち40%以上の電子ビームをターゲット3上の1辺が40μmの正方形の領域内に到達させるためには、比Ht/Dが1.5倍以上であれば良い。指定セルから放出された電子ビームのうち40%以上の電子ビームをターゲット3上の該領域内に到達させて、更なる高解像度を実現するためには、比Ht/Dが4倍以上であれば良い。比Ht/Dが6倍以上であれば、指定セルから放出された電子ビームのうち90%以上の電子ビームをターゲット3上の該領域内に到達させることができる。
From FIG. 17 (B) and FIG. 18 (B), in order to make 40% or more of the electron beams emitted from the designated cell reach a square region with one side on the
実施の形態2の上記シミュレーションでは、第1電極層19の厚みを2μm、絶縁層17の厚みを2μmとしたが、第1電極層19及び絶縁層17の厚みを3μm、2μm、1μm、0.5μm等に変えて同様にシミュレーションしたところ定性的に同様の結果が得られた。
In the simulation of the second embodiment, the thickness of the
以上述べた如く、本実施の形態2では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体20を3層構造とし、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビーム11aを、電界放出型電子源アレイ側の第1電極層19の第1電圧V1により加速してメッシュ構造体20の貫通孔90に入射させ、ターゲット3側の第2電極層16の第2電圧V2により減速させることにより、電子ビーム通過行路92内で電子ビーム軌道が曲げられるので、更に効果的にトリミング作用を行うことができる。従って、メッシュ構造体20を出射する電子ビームの広がりを実施の形態1よりも小さくすることができる。この結果、ターゲット3上において電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態1よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
As described above, in the second embodiment, the
あるいは、実施の形態1と同程度のトリミング作用が得られれば十分な場合には、メッシュ構造体20のトリミング部9の厚みHtを薄くすることができる。その結果、ターゲット3に到達する電子ビーム量を実施の形態1よりも増加させることができる。これにより、ターゲット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輝度を増加させることができ、ターゲット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残像を少なくすることができる。
Alternatively, when it is sufficient if a trimming action similar to that of the first embodiment is obtained, the thickness Ht of the trimming
(実施の形態3)
図19は、本発明の実施の形態3に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 19 is a cross-sectional view of a mesh structure according to
図19に示すように、本実施の形態3に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体23が5層構造を有している点で実施の形態1のメッシュ構造体8、実施の形態2のメッシュ構造体20と異なる。以下では実施の形態1及び実施の形態2と同じ部分についての説明を省略する。
As shown in FIG. 19, the field emission type electron source device according to the third embodiment has the
本実施の形態3のシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体23は、図19及び図20に示すように、実施の形態2のメッシュ構造体20のターゲット3側の面に、第2絶縁層21と第3電極層22とが順に設けられたものである。第3電極層22には第2電極層16に印加される第2電圧V2とあまり変わらない第3電圧V3が印加される。
As shown in FIGS. 19 and 20, the
一実施例では、第3電極層22の厚みは第1電極層19と同じ2μm程度、第2電極層16と第3電極層22との間の第2絶縁層21の厚みも2μm程度とすることができる。
In one embodiment, the thickness of the
実施の形態2で説明したように、メッシュ構造体23の貫通孔90に入射した電子ビーム11aは、第1電極層19及び第2電極層16を通過することで電子ビーム通過行路92の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。吸収除去されなかった電子ビームは、第3電極層22に印加された第3電圧V3により、その発散角を微調整された後、貫通孔90を出射してターゲット3に到達する。これにより、ターゲット3上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
As described in the second embodiment, the
ターゲット3が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったシミュレーション結果によれば、1フレームの読み出し後、ターゲット3の電位がエミッタ電位に落ち着いた状態において、V2>V3とすることにより、ターゲット3上において電子ビームのスポット径を実施の形態2よりも更に小さくすることができることを確認した。その際、メッシュ構造体23を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量は若干減少した。
According to a simulation result performed on the field emission electron source imaging device in which the
ターゲット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、ターゲット3の電位が第2電圧V2よりも高いので、V2<V3とする方がターゲット3上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
In a field emission type electron source display device having a phosphor in the target, since the potential of the
以上述べた如く、本実施の形態3では、実施の形態2のメッシュ構造体20のターゲット3側に電子ビームの最終調整用の第3電極層22を設けた5層構造のメッシュ構造体23を用いる。これにより、メッシュ構造体23を出射する電子ビームの拡がりを実施の形態2よりも小さくすることができる。この結果、実施の形態2と同じ効果が得られることに加えて、ターゲット3に到達する電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態2よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
As described above, in the third embodiment, the
(実施の形態4)
図21は、本発明の実施の形態4に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 21 is a cross-sectional view of a mesh structure according to
図21に示すように、本実施の形態4に係る電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイ10とシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体8との間に予備集束用のフォーカス電極26が設けられている点で実施の形態1に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態1と同じ部分についての説明を省略する。
As shown in FIG. 21, the field emission electron source device according to the fourth embodiment has a focus electrode for prefocusing between a field emission
フォーカス電極26は、電界放出型電子源アレイ10のマトリックス状に配置された複数のセルのそれぞれの位置に開口を有し、各セルを包囲する複数の筒状体を備えている。フォーカス電極26には、メッシュ構造体8の電界放出型電子源アレイ10側の部分に印加される電圧よりも低い電圧が供給される。これにより、メッシュ構造体8からフォーカス電極26の筒状体内に浸透する電界が形成される。
The
電界放出型電子源アレイ10のセルから放出された電子ビームは、フォーカス電極26の筒状体内に形成された電界により予備集束されたのち、メッシュ構造体8に向かって放出される。電子ビームはフォーカス電極26による予備集束を受けるので、フォーカス電極26を出射する電子ビームの発散角は、フォーカス電極26を備えない場合に比べて、小さくなる。このために、Z軸方向(電子ビーム通過行路92の長手方向)に対してなす角度が小さな速度ベクトルを有する電子ビームが多くなるので、メッシュ構造体8を通過する電子ビーム量が多くなる。従って、指定セルに対応する貫通孔90に入射する電子ビーム量が多くなる。この結果、フォーカス電極26を備えない場合に比べて、ターゲット3に到達する電子ビーム量が多くなり、且つ、ターゲット3上において電子ビームのスポット径が小さくなる。
The electron beam emitted from the cell of the field emission
以上述べた如く、本実施の形態4では、電界放出型電子源アレイ10から放出された電子ビームがメッシュ構造体8に入射する前に、フォーカス電極26により予備集束される。これにより、実施の形態1に比べて、ターゲット3に到達する電子ビーム量を多くすることができ、且つ、ターゲット3上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。これにより、高輝度且つ高精細の電界放出型電子源表示装置や、残像が少なく且つ高精細の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
As described above, in the fourth embodiment, the electron beam emitted from the field emission
上記の例では単一電極を有するフォーカス電極を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Z軸方向に複数の電極を有していても良い。各電極に異なる電圧を印加することにより、フォーカス電極内に予備集束のための電界を形成することができる。この場合、メッシュ構造体に最も近い電極に印加する電圧は、メッシュ構造体8のフォーカス電極側の部分に印加される電圧よりも低くても良いし、同じであっても良い。同じ場合には供給電圧回路を共通化できる。
Although the focus electrode having a single electrode is shown in the above example, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of electrodes may be provided in the Z-axis direction. By applying different voltages to each electrode, an electric field for prefocusing can be formed in the focus electrode. In this case, the voltage applied to the electrode closest to the mesh structure may be lower or the same as the voltage applied to the focus electrode side portion of the
上記の例では、実施の形態1に示した電界放出型電子源装置にフォーカス電極を設けたが、本発明はこれに限定されず、上述した又は後述するいずれの電界放出型電子源装置に本実施の形態で説明したフォーカス電極を設けることができ、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。
In the above example, the field emission electron source device described in
(実施の形態5)
図12を用いて本発明の実施の形態5に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置を説明する。
(Embodiment 5)
A mesh structure according to
本実施の形態5では、電界放出型電子源装置の駆動中にシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体20の第1電極層19に印加される第1電圧V1及び第2電極層16に印加される第2電圧V2の一方又は両方を変化させる点で、実施の形態2と異なる。以下では実施の形態2と同じ部分についての説明を省略する。
In the fifth embodiment, the first voltage V1 applied to the
本実施の形態では、これにより特にターゲット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効果的な撮像動作を行なうことができる。 In the present embodiment, this makes it possible to perform an effective imaging operation particularly in a field emission type electron source imaging device having a photoelectric conversion film on a target.
即ち、ターゲット3に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲット3に入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲット3の電界放出型電子源アレイ10側の面である電子走査面まで輸送され(セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され)蓄積される。
That is, in a field emission type electron source imaging device having a photoelectric conversion film on the
ターゲット3が電界放出型電子源アレイ10から放出された電子ビーム11cによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲット3に到達しないと、ターゲット3の電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。
When the
そのため、1フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、2フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。 For this reason, holes that remain without being read out in the readout scanning of the first frame will be read out by electrons that arrived in the readout scanning of the second frame, and in the captured image, a portion with a strong incident light becomes an afterimage. It will remain.
この問題を解決するためには、1フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲット3に到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去する動作(電荷リセット)を行い、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。
To solve this problem, a sufficient amount of electron beam reaches the
しかし、電界放出型電子源アレイ10とターゲット3との間にメッシュ構造体20のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲット3に到達させることができない可能性がある。
However, if an electrode having an action of removing a part of electrons such as the
そこで、本実施の形態5では、電界放出型電子源装置を駆動中(具体的には、電荷リセット期間中)に、第1電極層19に印加される第1電圧V1及び第2電極層16に印加される第2電圧V2のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体20の複数の貫通孔90を通過してターゲット3へ向かう電子ビーム11cの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲット3に到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
Therefore, in the fifth embodiment, the first voltage V1 and the
特に、電荷リセット期間中に、第1電圧V1を一定にしたまま、第2電圧V2を上昇させるのが好ましい。これにより、電子ビーム通過行路92内に形成される電界により電子ビームの速度ベクトルの方向がZ軸方向に近づく。その結果、貫通孔90を通過してターゲット3に到達する電子ビーム量が増加する。例えば、通常駆動中には指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルに対応する貫通孔90に入射した電子ビームのみしかメッシュ構造体20を通過することができなかった場合には、その貫通孔の周辺の貫通孔に入射した電子ビームもメッシュ構造体20を通過することができるようになり、且つ、指定セルに対応した貫通孔90を通過できる電子ビーム量も増加する。
In particular, it is preferable to increase the second voltage V2 while keeping the first voltage V1 constant during the charge reset period. Thereby, the direction of the velocity vector of the electron beam approaches the Z-axis direction due to the electric field formed in the electron
例えば、通常駆動時(読み出し期間中)に、第1電極層19に第1電圧V1として250V程度が印加され、第2電極層16に第2電圧V2として75V程度が印加される図12に示す電界放出型電子源撮像装置を考える。この状態でこの電界放出型電子源撮像装置は電界放出型電子源アレイ10のセルを順次駆動してターゲット3に蓄積された正孔を読み出す。
For example, during normal driving (during the readout period), about 250 V is applied to the
そして1画像分又は1ライン分の正孔の読み出しが終わった後の電荷リセット期間中に、全セル又は1ラインに対応するセルから電子ビームを放出するのと同時に、メッシュ構造体20の第2電圧V2を75Vから150V程度に上昇させる。
Then, during the charge reset period after the reading of holes for one image or one line is completed, the electron beam is emitted from all cells or cells corresponding to one line, and at the same time, the second of the
これにより、メッシュ構造体20のトリミング作用が弱められ、電子ビームが放出されているセルに対応する貫通孔90の周辺の貫通孔90に入射した電子ビームもメッシュ構造体20を通過してターゲット3に到達するようになる。従って、ターゲット3に到達する電子ビーム量は、通常駆動時に比べて格段に増加し、これにより、読み出し動作時に読み出されずにターゲット3の電子走査面に残った正孔を除去することができる。
Thereby, the trimming action of the
上記の場合において、電荷リセット期間中に、第2電圧V2を上昇させると同時に第1電圧V1を下降させても良い。これにより、駆動が若干複雑になるものの、メッシュ構造体20を出射する電子ビーム量を更に多くすることができる。
In the above case, during the charge reset period, the first voltage V1 may be decreased at the same time as the second voltage V2 is increased. As a result, the amount of electron beams emitted from the
このように電荷リセット期間中のターゲット3に到達する電子ビーム量を増加させることができるので、ターゲット3上に残存していた余分な正孔を除去するのに必要な電子ビーム量を確保することができる。よって、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
As described above, the amount of the electron beam that reaches the
また、本実施の形態5によれば、1画像分又は1ライン分の通常の読み出し期間終了時にターゲット3の電子走査面に正孔が残存しても、これに続く電荷リセット期間中にターゲット3に到達する大量の電子ビームによって正孔を除去することができるので、通常の読み出し期間において全ての正孔の除去(読み出し)を行うのに必要な量の電子ビームがターゲット3に到達しなくても良い。従って、例えば、メッシュ構造体20の厚みHtを増大させて、ターゲット3上での電子ビームのスポット径を小さくすることが可能になる。あるいは、電界放出型電子源アレイ10のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
In addition, according to the fifth embodiment, even if holes remain on the electronic scanning surface of the
以上述べた如く、本実施の形態5では、メッシュ構造体20がZ軸方向の異なる位置に第1電極層19及び第2電極層16を備える場合において、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第1電極層19に印加される第1電圧V1及び第2電極層16に印加される第2電圧V2の一方又は両方を異ならせる。これにより、ターゲット3に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。
As described above, in the fifth embodiment, when the
従って、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide a field emission type electron source imaging device in which no afterimage remains.
また、読み出し期間中にターゲット3に到達する電子ビーム量が全ての正孔の除去(読み出し)を行うのに必要な量よりも少なくても良い、従って、例えば、メッシュ構造体20の厚みHtを増大させて、ターゲット3上での電子ビームのスポット径を小さし、解像度を向上させることができる。あるいは、電界放出型電子源アレイ10のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
Further, the amount of electron beam reaching the
上記の例では、実施の形態2の電界放出型電子源装置において第1電圧V1及び第2電圧V2の一方又は両方を変化させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、実施の形態3(図19)の電界放出型電子源装置や、これ以外の、2以上の電極を備えたメッシュ構造体を備える電界放出型電子源装置に対して同様の駆動を行っても良く、いずれも上記と同様の効果を得ることができる。 In the above example, the case where one or both of the first voltage V1 and the second voltage V2 are changed in the field emission electron source device of the second embodiment has been described. However, the present invention is not limited to this. The same drive may be performed for the field emission electron source device of the third embodiment (FIG. 19) or the other field emission electron source device including a mesh structure including two or more electrodes. In any case, the same effect as described above can be obtained.
また、電圧の変化のさせ方は上述の例に限定されず、例えば第2電圧V2を一定にしたまま第1電圧V1を低下させても良く、あるいは、第1電圧V1を低下させ、且つ第2電圧V2を上昇させても良い。 The method of changing the voltage is not limited to the above example. For example, the first voltage V1 may be decreased while the second voltage V2 is kept constant, or the first voltage V1 is decreased and the first voltage V1 is decreased. You may raise 2 voltage V2.
(実施の形態6)
図22及び図23は、本発明の実施の形態6に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
(Embodiment 6)
22 and 23 are partially enlarged cross-sectional views of a mesh structure according to
図22に示す電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体8のターゲット3側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層45を備える点で、実施の形態1の図1に示した電界放出型電子源装置と異なる。
The field emission electron source device shown in FIG. 22 includes the
また、図23に示す電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体20のターゲット3側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層45を備える点で、実施の形態2の図12に示した電界放出型電子源装置と異なる。
Further, the field emission electron source device shown in FIG. 23 is shown in FIG. 12 of the second embodiment in that a
以下では実施の形態1,2と同じ部分についての説明を省略する。 Hereinafter, the description of the same parts as those of the first and second embodiments will be omitted.
シールド電極層45は、例えばシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体のターゲット側の面に金属の薄膜をスパッタリング、真空蒸着、化学鍍金法等により成膜することで形成できる。あるいは、シリコンからなるメッシュ構造体のターゲット側の面から所定深さまでN型又はP型の物質をドープしてその濃度を高めることで形成できる。シールド電極層45は、電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続される。
The
シールド電極層45を設けることにより、メッシュ構造体8,20を通過した電子ビーム11b,11cのうち、ターゲット3へ到達せずに戻ってくる電子ビームをシールド電極層45が的確にトラップするので、メッシュ構造体8,20の局部的な電圧変動を抑制することができる。
By providing the
即ち、メッシュ構造体8,20から出射した電子ビーム11b,11cの殆どはターゲット3へ到達するが、一部はターゲット3へ到達せずにメッシュ構造体8,20へ戻ってくる場合がある。これにより以下のような問題が生じる可能性がある。
That is, most of the
例えばメッシュ構造体8,20のターゲット3側の面に比較的高抵抗の材料が露出した状態になっていると、ターゲット3へ到達せずメッシュ構造体8,20に戻ってきた電子ビームがメッシュ構造体8,20に衝突して2次電子放出等による局所的な電圧変動が発生したり、戻ってきた電子ビームをメッシュ構造体8,20がトラップした後、この電子が短時間で外部へ放出されないために電圧変動が発生したりする可能性がある。また、電界放出型電子源アレイ10のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体8,20に重畳してしまう可能性がある。
For example, when a relatively high resistance material is exposed on the surface of the
このような現象が起こるとメッシュ構造体8,20のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体8,20から出射する電子ビーム量が変動する。この結果、電界放出型電子源表示装置では輝度にムラが発生したり、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット3面に伝わり出力信号に雑音が重畳されたりする。
When such a phenomenon occurs, the amount of electron beams emitted from the
これに対して、本実施の形態6によれば、メッシュ構造体8,20のターゲット3側の面が低抵抗の薄膜からなるシールド電極層45で覆われており、このシールド電極層45は電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、メッシュ構造体8,20から出射しターゲット3へ到達せずにメッシュ構造体8,20に戻ってくる電子による2次電子放出がシールド電極層45により抑制されると共に、シールド電極層45にトラップされた電子を短時間で電圧供給源へ放出することができるので、メッシュ構造体8,20の局部的な電圧変動が起こることが無い。
On the other hand, according to the sixth embodiment, the surface of the
また、メッシュ構造体8,20のターゲット3側の面に形成されたシールド電極層45が電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、電界放出型電子源アレイ10のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体8,20の特にターゲット3側の面に形成されたシールド電極層45に重畳されることは無い。
In addition, since the
従って、メッシュ構造体8,20のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体8,20から放出される電子ビーム量が変動するという問題が生じない。よって、電界放出型電子源表示装置では輝度ムラが抑制され、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット面に伝わることで出力信号に雑音が重畳されるという問題が生じない。従って、高性能の電界放出型電子源装置を提供することができる。
Therefore, there is no problem that the amount of electron beams emitted from the
(実施の形態7)
図24は、本発明の実施の形態7に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
(Embodiment 7)
FIG. 24 is a partially enlarged cross-sectional view of another mesh structure according to
図24に示すように、本実施の形態7に係る別の電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体54が、高抵抗層56と、高抵抗層56の電界放出型電子源アレイ10側に形成された第1電圧が印加される低抵抗の第1電極層55と、高抵抗層56のターゲット3側に形成された第2電圧が印加される低抵抗の第2電極層57とを備える点で、実施の形態1に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態1と同じ部分についての説明を省略する。
As shown in FIG. 24, another field emission type electron source device according to the seventh embodiment includes a
本実施の形態7では、実施の形態1と同じ効果が得られる上に、メッシュ構造体の製作が容易になるという効果が得られる。 In the seventh embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the mesh structure can be easily manufactured.
例えば、メッシュ構造体を、実施の形態2で示したように、SiO2からなる絶縁層の両側にシリコン層を含むSOI基板を用いて貫通孔90をエッチングで形成する場合、厚さ方向に異なる材質の層が積層されているので、例えばエッチング処理がシリコン層では容易であるのに対して絶縁層では困難であるという問題や、材質の違いによる局部的な応力集中によりエッチング処理中に基板が割れてしまうという問題などが発生する。
For example, when the through
これに対して、本実施の形態7では、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔90をエッチングで形成し、その後、両表面層が低抵抗となるようにN型又はP型の材料をドープすることでメッシュ構造体54を簡単に作成することができる。あるいは高抵抗のシリコン基板の両表面層を低抵抗となるようにN型又はP型の材料をドープした後、貫通孔90をエッチングで形成してメッシュ構造体54を作成しても良い。
On the other hand, in the seventh embodiment, for example, a through-
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔90をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。
Alternatively, after the through
メッシュ構造体54が上記のような構成を有することにより、メッシュ構造体54を容易に作成することができる。
Since the
また、電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出された電子ビームのうち、指定セルに対応する貫通孔90以外の貫通孔90に入射した電子ビームをメッシュ構造体の電子ビーム通過行路92の側壁に衝突して効果的に吸収除去するというトリミング作用を、実施の形態1と同様に得ることができる。
In addition, among the electron beams emitted from the designated cells of the field emission electron source with a spread, the electron beams incident on the through
第1電極層55に印加される第1電圧をV1、第2電極層57に印加される第2電圧をV2としたとき、V1>V2としても良い。これにより、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
When the first voltage applied to the
即ち、V1>V2とすることにより、高抵抗層56に電圧勾配が形成され、これがメッシュ構造体54の貫通孔90に入射した電子ビームを減速させる。これにより、電子ビームのZ軸方向の速度成分が小さくなり、Z軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第2電極層16の領域内において電子ビーム通過行路92の側壁に衝突しやすくなる。よって、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム11aをこの貫通孔の電子ビーム通過行路92の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム11aのみをターゲット3に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
That is, by setting V1> V2, a voltage gradient is formed in the
よって、本実施の形態7では実施の形態2と同様に以下の効果が得られる。即ち、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット3上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
Therefore, in the seventh embodiment, the following effects can be obtained as in the second embodiment. That is, even if the distance from the field emission electron source array to the target varies from the design value due to assembly variations and atmospheric pressure, the change in the size of the electron beam spot on the
第1電極層55に印加される第1電圧をV1、第2電極層57に印加される第2電圧をV2としたとき、電界放出型電子源装置の駆動中に電圧V1,V2の一方又は両方を変化させても良い、これにより、実施の形態5と同様の効果を得ることができる。
When the first voltage applied to the
即ち、ターゲット3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、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第1電圧V1及び第2電圧V2の一方又は両方を異ならせることで、メッシュ構造体54のトリミング作用を読み出し期間中と電荷リセット期間中とで異ならせる。これにより、ターゲット3に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。従って、本実施の形態7では実施の形態5と同様に、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
That is, in the field emission type electron source imaging device in which the
(実施の形態8)
図25は、本発明の実施の形態8に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
(Embodiment 8)
FIG. 25 is a cross-sectional view of a mesh structure according to
図25に示すように、本実施の形態8に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体65のトリミング部66を薄くした点で、図1に示した実施の形態1に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態1と同じ部分についての説明を省略する。
As shown in FIG. 25, the field emission electron source device according to the eighth embodiment is the field emission type according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the trimming
図25に示される本実施の形態8では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体65のトリミング部66が薄い。これにより、シリコンを含む材料を半導体加工技術であるMEMS技術で加工してメッシュ構造体65を作成することができるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体(例えば銅メッシュ等)のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。
In the eighth embodiment shown in FIG. 25, the trimming
更に、電界放出型電子源アレイ10が形成された半導体基板6がシリコンを含む材料からなる場合、半導体基板6及びメッシュ構造体65の材料が同じになるので、製造工程における加熱工程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
Furthermore, when the
本発明のメッシュ構造体及び電界放出型電子源装置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 mesh structure and the field emission electron source device 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.
1,101,115 前面パネル
2,102,113 陽極電極
3,103 ターゲット
4,24,104,116 側面外周器
5,105,117 背面パネル
6,106 半導体基板
7,109 封着材料
7a フリットガラス真空封着部
7b,119 インジウム真空封着部
8,20,23,25,54 メッシュ構造体
8a スペーサー部
9,66 トリミング部
10 電界放出型電子源アレイ
11a,11b,11c 電子ビーム
12,128 ゲート電極
13,17,21,126 絶縁層
14,125 エミッタ電極層
15,107,124 冷陰極素子(エミッタ)
16 第2電極
18 スペーサー部
19 第1電極
22 第3電極
26 フォーカス電極
55 第1電極層
57 第2電極層
65 メッシュ構造体
43 電圧供給ピン
45 シールド電極層
50 ゲッター
51 第1空間
52 第2空間
56 抵抗層
59 CNT
60 集束電極
61 ゲート電極
90 貫通孔
91 開口
92 電子ビーム通過行路
108 周辺素子(ゲート電極及び絶縁層)
111 入射光
112 光電変換膜
114 光電変換ターゲット
118 真空容器
120 シールドグリッド電極
121 段差
122 電圧供給端子
123 電圧供給用リード
129 電界放出型電子源アレイ
133 フリットガラス封着部
1, 101, 115
16
60 Focusing
111 Incident light 112
Claims (2)
前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含み、
前記メッシュ構造体は、N型又はP型にドープされたシリコン層と、SiO 2 からなる絶縁層とを含むことを特徴とするメッシュ構造体。 Has multiple through-holes, the through-hole, light, electron, atoms, ions, or molecules in a mesh structure can pass through from one surface to the other surface,
The mesh structure is made of a material containing silicon, we saw including a silicon material including silicon having a crystal structure,
The mesh structure includes an N-type or P-type doped silicon layer and an insulating layer made of SiO 2 .
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