(57)【要約】【課題】電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる電子源アレイ並びにそれを備えた撮像装置及び表示装置を提供すること。【解決手段】電子源アレイ１０は、電子ビームを放射するエミッタ電極１１と、エミッタ電極１１の周囲が開口された絶縁体１２とを備え、絶縁体１２上に、第１ゲート電極１３、絶縁膜１４、第２ゲート電極１５、絶縁膜１６、集束電極１７が順次形成され、エミッタ電極１１と第１ゲート電極１３との間に印加される第１ゲート電圧Ｖｇ１が、エミッタ電極１１と集束電極１７との間に印加される集束電圧Ｖｆよりも大きく、エミッタ電極１１と第２ゲート電極１５との間に印加される第２ゲート電圧Ｖｇ２よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放射する電子ビーム放射手段と、該電子ビーム放射手段から前記電子ビームを放射させる第１ゲート電極と、該第１ゲート電極が放射させた前記電子ビームを集束させる集束電極と、前記第１ゲート電極と前記集束電極との間に配置された第２ゲート電極とを備え、
前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極及び前記集束電極は、それぞれ、前記電子ビーム放射手段が放射した前記電子ビームを通過させる開口部を有し、
前記電子ビーム放射手段と前記第１ゲート電極との間の電位差が、前記電子ビーム放射手段と前記集束電極との間の電位差よりも大きく、前記電子ビーム放射手段と前記第２ゲート電極との間の電位差よりも小さいことを特徴とする電子源アレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の電子源アレイと、透光性を有する基板と、該基板の一方の面上に順次形成された透明電極及び光電変換膜とを備え、前記電子源アレイが前記光電変換膜に対向配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子源アレイと、透光性を有する基板と、該基板の一方の面上に順次形成された透明電極及び蛍光体とを備え、前記電子源アレイが前記蛍光体に対向配置されたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を加えることにより電子を放出する電子源アレイ並びにそれを備えた撮像装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電子源アレイは、例えばＦＥＤ（Field Emission Display）のような平面型の表示装置の電子放出源として用いられ、電界放出された電子を集束する集束電極を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、集束電極とゲート電極との間に遮蔽電極を備えたものが知られている（例えば、特許文献２の図２参照）。従来の電子源アレイについて図５及び図６を用いて説明する。
【０００３】
図５及び図６に示すように、特許文献１に記載の従来の電子源アレイ１は、エミッタ電極２、絶縁体３、ゲート電極４、絶縁膜５、集束電極６、ホール７を備えている。エミッタ電極２とゲート電極４との間には、ゲート電圧Ｖｇが印加されるようになっている。また、エミッタ電極２と集束電極６との間には、ゲート電圧Ｖｇよりも低い集束電圧Ｖｆが印加されるようになっている。
【０００４】
従来の電子源アレイ１は、ゲート電圧Ｖｇの印加によって、エミッタ電極２から電子を放出させて電子ビームを発生し、ゲート電極４と集束電極６との間の電位差によって、電子ビームを集束させる電子レンズ８が形成され、電子ビームの発散を抑えることができるようになっている。この構成において、電子レンズ８による電子ビームの集束効果を向上させるには、集束電圧Ｖｆを低下させることにより、ゲート電極４と集束電極６との間の電位差を大きくする手法が採られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９９４００号公報
【特許文献２】特開平８−２３６０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電子源アレイ１では、電子ビームの集束効果を高めようとする場合、ゲート電極４と集束電極６との間の電位差が大きくなるに従って、ゲート電極４と集束電極６との間の等電位面がホール７内でエミッタ電極２側に凸状となってゲート電極４側に張り出す現象が発生するという課題があった。その結果、従来の電子源アレイ１では、等電位面の張り出しによって、エミッタ電極２の先端の電界集中が弱められ、エミッタ電極２からの放射電子ビーム量が極端に減少してしまうという課題があった。
【０００７】
したがって、従来の電子源アレイ１では、電子ビームの集束効果の向上と、十分な電子ビーム量の確保とが両立しないという課題があった。
【０００８】
また、電子源アレイ１に遮蔽電極を持つものは、この遮蔽電極の電位がゲート電極の電位と同電位もしくはゲート電極と集束電極の印加電位の中間の電位が印加される。この場合、遮蔽電極の電位の存在の効果により、ゲート電極側への等電位面の凸状の張り出しが抑制され、電子ビーム量が増加する効果があるものの、十分ではなかった。
【０００９】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる電子源アレイ並びにそれを備えた撮像装置及び表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子源アレイは、電子ビームを放射する電子ビーム放射手段と、該電子ビーム放射手段から前記電子ビームを放射させる第１ゲート電極と、該第１ゲート電極が放射させた前記電子ビームを集束させる集束電極と、前記第１ゲート電極と前記集束電極との間に配置された第２ゲート電極とを備え、前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極及び前記集束電極は、それぞれ、前記電子ビーム放射手段が放射した前記電子ビームを通過させる開口部を有し、前記電子ビーム放射手段と前記第１ゲート電極との間の電位差が、前記電子ビーム放射手段と前記集束電極との間の電位差よりも大きく、前記電子ビーム放射手段と前記第２ゲート電極との間の電位差よりも小さい構成を有している。
【００１１】
この構成により、本発明の電子源アレイは、第１ゲート電極と集束電極との間に、第１ゲート電極よりも高い電圧を印加する第２ゲート電極を備えるため、電子ビームを集束させる電子レンズを第２ゲート電極と集束電極との間の電位差で形成し、第１ゲート電極が電子レンズの形成に寄与しないこととなるので、集束電極に印加した電圧によるゲート電極側への等電位面の張り出しの影響を低減することができる。したがって、本発明の電子源アレイは、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる。
【００１２】
本発明の撮像装置は、電子源アレイと、透光性を有する基板と、該基板の一方の面上に順次形成された透明電極及び光電変換膜とを備え、前記電子源アレイが前記光電変換膜に対向配置された構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明の撮像装置は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる電子源アレイを備えるので、隣接する画素間における電子ビームの干渉を防止でき、高画質化及び高感度化を図ることができる。
【００１４】
本発明の表示装置は、電子源アレイと、透光性を有する基板と、該基板の一方の面上に順次形成された透明電極及び蛍光体とを備え、前記電子源アレイが前記蛍光体に対向配置された構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の表示装置は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる電子源アレイを備えるので、隣接する画素間における電子ビームの干渉を防止でき、高画質化及び高輝度化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができるという効果を有する電子源アレイ並びにそれを備えた撮像装置及び表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における電子源アレイを概念的に示す斜視断面図
【図２】本発明の一実施形態における電子源アレイにおいて、電子レンズの形成を概念的に示す図
【図３】本発明の一実施形態における電子源アレイにおいて、等電位面の張り出しを従来のものと比較したシミュレーション結果を示す図
【図４】本発明の一実施形態における電子源アレイにおいて、電子ビーム量と、電界強度とについて従来のものと比較したシミュレーション結果を示す図
【図５】従来の電子源アレイを概念的に示す斜視断面図
【図６】従来の電子源アレイにおいて、電子レンズの形成を概念的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
まず、本実施形態における電子源アレイの構成について図１を用いて説明する。以下の説明では、４つの電子源を備えた電子源アレイを例に挙げる。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームを放射するエミッタ電極１１と、このエミッタ電極１１の周囲が開口された絶縁体１２とを備え、絶縁体１２上に、第１ゲート電極１３、絶縁膜１４、第２ゲート電極１５、絶縁膜１６、集束電極１７が順次形成されている。また、電子源アレイ１０は、集束電極１７側からエミッタ電極１１を露出させ、エミッタ電極１１が放射した電子ビームを通過させるホール１８を有する。このホール１８は、本発明に係る開口部を構成する。
【００２１】
エミッタ電極１１は、例えば、円錐状の形状を有するスピント（Spindt）型の冷陰極で構成され、先端に高電界を生じさせて電子ビームを放射するようになっている。ここで、エミッタ電極１１は、本発明に係る電子ビーム放射手段を構成する。このエミッタ電極１１は、例えばガラス基板やシリコン基板上に形成された陰極層に接続されて形成される。具体的には、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)回路が形成された基板上の電極に設けられ、画素ごとに駆動されるようになっている。なお、帯状の陰極層上にエミッタ電極１１を設け、パッシブマトリクス型の構成としてもよい。
【００２２】
絶縁体１２、絶縁膜１４及び絶縁膜１６は、例えば二酸化シリコンで構成される。また、第１ゲート電極１３、第２ゲート電極１５及び集束電極１７は、例えばクロムで構成され、各電極はそれぞれ図示しない電源に接続されている。ここで、前述のエミッタ電極１１がＴＦＴやＣＭＯＳ回路が形成された基板上に設けられた構成では、第１ゲート電極１３、第２ゲート電極１５及び集束電極１７は、例えば、板状の電極（ベタ電極）として形成される。
【００２３】
エミッタ電極１１と第１ゲート電極１３との間には第１ゲート電圧Ｖｇ１が印加され、エミッタ電極１１と第２ゲート電極１５との間には第２ゲート電圧Ｖｇ２が印加されるようになっている。また、エミッタ電極１１と集束電極１７との間には集束電圧Ｖｆが印加されるようになっている。これらの電圧の関係は、第２ゲート電圧Ｖｇ２＞第１ゲート電圧Ｖｇ１＞集束電圧Ｖｆである。
【００２４】
この構成により、本実施形態における電子源アレイ１０は、図２に示すように、第２ゲート電極１５と集束電極１７との間で電子レンズ１９を形成するとともに、一番高い電圧が印加される第２ゲート電極１５の電界によって、第１ゲート電極１３と集束電極１７との間が遮蔽されることとなるので、集束効果を高めるために集束電圧Ｖｆを低下させても、集束電圧Ｖｆによるゲート電極側への等電位面の張り出しが抑えられ、エミッタ電極１１と第１ゲート電極１３との間の電界集中が弱まることを防止することができる。したがって、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態における電子源アレイ１０が奏する効果について確認したシミュレーション結果について説明する。
【００２６】
まず、ゲート電極側への等電位面の張り出しについて図３を用いて説明する。図３は、ゲート電極側への等電位面の張り出しについて、本発明に係る構成（図３（ａ））と、従来技術に係る構成（図３（ｂ））とで比較したものである。図３に示すように、第１ゲート電極１３の下面（エミッタ電極１１側）から第２ゲート電極１５の上面（集束電極１７側）までの距離が、従来のゲート電極４の厚さと同一としている。また、集束電極６と集束電極１７とは同じ厚さであり、従来技術に係るゲート電極４と集束電極６との間と、本発明に係る第２ゲート電極１５と集束電極１７との間は同一としている。また、図３（ｂ）に示した構成は、従来技術の中の集束電極、遮蔽電極を備える電子源アレイで、遮蔽電極に与える電位をゲート電極に与える電位と同じ値にしたものとほぼ同じと見做すことができる。
【００２７】
従来技術に係る構成では、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極４に６０Ｖを印加し、集束電極６に３Ｖを印加した場合、ゲート電極４と集束電極６との間において４５Ｖの等電位面はエミッタ電極２側に凸状となって、ゲート電極４に対し等電位面の張り出しが発生している。
【００２８】
したがって、従来技術に係る構成では、集束電極６に印加した電圧によるゲート電極側への等電位面の張り出しによって、エミッタ電極２の先端の電界集中が弱められ、エミッタ電極２からの放射電子ビーム量が極端に減少してしまう。
【００２９】
これに対し、本発明に係る構成では、図３（ａ）に示すように、第１ゲート電極１３に６０Ｖを印加し、第２ゲート電極１５に８０Ｖを印加し、集束電極１７に３Ｖを印加した場合、第２ゲート電極１５と集束電極１７との間において４５Ｖの等電位面はエミッタ電極１１側にやや盛り上がる形状となるものの、第１ゲート電極１３及び第２ゲート電極１５に対し大きな等電位面の張り出しが発生しない。
【００３０】
したがって、本実施形態における電子源アレイ１０は、集束電極１７に印加した電圧による等電位面の張り出しを抑えることができるので、エミッタ電極１１と第１ゲート電極１３との間の電界集中が弱まることを防止することができる。
【００３１】
次に、図３（ａ）の構成において、第１ゲート電圧（Ｖｇ１）として６０Ｖを印加した状態で、第２ゲート電圧（Ｖｇ２）を変化させたときの電子ビーム量を図４のシミュレーション結果に示す。なお、集束電圧Ｖｆ＝３Ｖである。
【００３２】
まず、電子ビーム量については、図４に示すように、本発明に係る構成のものにおける電子ビーム量を"１"（Ｖｇ１＝６０Ｖ、Ｖｇ２＝８０Ｖ）とすると、従来技術に係る構成のものは約"０．５"（Ｖｇ１＝６０Ｖ、Ｖｇ２＝６０Ｖ）であった。すなわち、本発明によれば、従来の約２倍の電子ビーム量が得られる。
【００３３】
また、第２ゲート電圧Ｖｇ２＝７０Ｖのときは、電子ビーム量が約"０．７２"であり、従来構成に比べて約４割増加している。これらは、集束電極１７の低い電位がエミッタ電極１１の電界に及ぼす影響を、第２ゲート電極１５の高い電位が防いでいる結果、電子ビーム量が増大することを示している。また、第２ゲート電圧Ｖｇ２による電子ビーム発散については、集束電極１７への電圧印加でこれを抑制できる。
【００３４】
したがって、本実施形態における電子源アレイ１０は、従来のものに対し、電子ビーム量を大幅に改善することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態における電子源アレイ１０によれば、エミッタ電極１１から電子ビームを引き出す第１ゲート電極１３と、引き出した電子ビームを集束する集束電極１７との間に第２ゲート電極１５を設け、第２ゲート電圧Ｖｇ２＞第１ゲート電圧Ｖｇ１＞集束電圧Ｖｆとなる電圧を印加する構成としたので、電子ビームを集束させる電子レンズ１９を第２ゲート電極１５と集束電極１７との間の電位差で形成し、第１ゲート電極１３が電子レンズ１９の形成に寄与しないこととなり、集束電極１７に印加した電圧によるゲート電極側への等電位面の張り出しの影響を低減することができる。したがって、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができる。
【００３６】
なお、前述の実施形態において、スピント型の冷陰極でエミッタ電極１１を構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電界により電子を放出する冷陰極であれば同様の効果が得られる。
【００３７】
次に、本実施形態における電子源アレイ１０の適用例について説明する。電子源アレイ１０は、例えば、光電変換膜と電子源とを組み合わせた撮像装置、ＦＥＤやＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）のような表示装置の電子源アレイとして好適に適用することができる。
【００３８】
まず、電子源アレイ１０を撮像装置に適用する場合は、電子源アレイ１０を形成した基板と、透明電極及び光電変換膜を順次形成した透明基板とを、電子源アレイ１０が光電変換膜に対向するよう配置して両基板間をスペーサで保持し、内部を真空封止することにより撮像装置を構成することができる。
【００３９】
この構成による撮像装置は、透明基板側から入射する入射光の入射光量に応じて、光電変換膜が生成し蓄積した正孔と、電子源アレイ１０から光電変換膜に向けて放出された電子ビームの一部が再結合することにより流れる電流を映像信号の出力として得る。
【００４０】
前述のように、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができるので、撮像装置において、隣接する画素間で電子ビームの干渉を防止でき、高画質化及び高感度化を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上が図れるため、撮像装置において、画素間のピッチを従来のものよりも細かくすることができるので、従来のものよりも高精細化された画像を取得することができる。
【００４２】
他方、電子源アレイ１０を表示装置に適用する場合は、電子源アレイ１０を形成した基板と、透明電極及び蛍光体を順次形成した透明基板とを、電子源アレイ１０が蛍光体に対向するよう配置して両基板間をスペーサで保持し、内部を真空封止することにより表示装置を構成することができる。
【００４３】
この構成による表示装置は、電子源アレイ１０からの電子ビームが蛍光体を通過する際に蛍光体が発光することにより画像を透明基板上に表示する。
【００４４】
前述のように、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上及び電子ビーム量の増加を図ることができるので、表示装置において、隣接する画素間で電子ビームの干渉を防止でき、高画質化及び高輝度化を図ることができる。
【００４５】
また、本実施形態における電子源アレイ１０は、電子ビームの集束効果の向上が図れるため、表示装置において、画素間のピッチを従来のものよりも細かくすることができるので、従来のものよりも高精細化された画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  電子源アレイ
１１  エミッタ電極（電子ビーム放射手段）
１２  絶縁体
１３  第１ゲート電極
１４  絶縁膜
１５  第２ゲート電極
１６  絶縁膜
１７  集束電極
１８  ホール（開口部）
１９  電子レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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