(57)【要約】【課題】組み立て後のデバイス動作時で生じる発熱によるメッシュ電極と電子放出源との位置ズレを防止できる電界放出型電子源装置を提供する。【解決手段】電子を放出する複数のエミッタを単位とするエミッタアレイを有する電子放出部と、前記単位に対応した貫通孔を有する貫通孔領域を持ち外部の電極位置補正手段の指示で可動する補正手段を有するメッシュ電極とを前記エミッタアレイに対向するように配置した電界放出型電子源装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する複数のエミッタを単位とするエミッタアレイを有する電子放出部と、
前記単位に対応した貫通孔を有する貫通孔領域を持ち外部の電極位置補正手段の指示で可動する補正手段を有するメッシュ電極とを前記エミッタアレイに対向するように配置した電界放出型電子源装置。
【請求項２】
前記メッシュ電極の前記電子放出側の表面に、前記貫通孔領域外縁の貫通孔に接するように配置された複数の検知電極を備えた請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項３】
前記複数の検知電極は、前記貫通孔領域を挟んで互いに対抗する位置に配置された第１の組と、前記第１の組と直交し且つ前記貫通孔領域を挟んで互いに対抗するように配置された第２の組とからなる請求項２に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記検知電極の第１の組に応じた第1の可動手段と、前記検知電極の第２の組に応じた第２の可動手段とを備えた請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の可動手段は、前記電極位置補正手段の指示で直線方向に可動し、互いに直交するように前記メッシュ電極の外縁に接続された請求項４に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項６】
前記メッシュ電極は、導電性材料からなり、且つ前記エミッタに対応して配列された貫通孔からなる貫通孔領域を持つ請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項７】
前記導電性材料は、シリコンである請求項２に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項８】
前記電極位置補正手段は、
前記検知電極にて検出した信号から前記メッシュ電極と前記電子放出部との位置合わせを行う指示信号を計算し、前記指示信号を前記可動手段に送る請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出型電子源を用いた電界放出型電子源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
夜間のような照度が極めて低い環境下でも撮影することを目的として、一般に真空管を用いた超高感度撮像デバイスが実用化されている。撮像デバイスの分野では、現在、さらなる小型化・軽量化が求められており、半導体微細加工技術を応用して、マイクロチップに電子放出源を作りこむことにより、従来よりも優れたデバイスの実現が試みられている。一方で、高解像度化も必要とされており、さらなるデバイスの加工精度の向上も求められる。
【０００３】
図５に、一般的な電子放出部６を備えた電界放出型電子源装置の構成例を示す。上面基板２、下面基板３、側面外周器２８から成り、これら各部材の接続部は低温ガラスフリット２３ａや、インジウム２３ｂ等を用いてスペーサー部材２４により固着固定され、内部が真空に保持された真空装置を備えている。
【０００４】
そして上面基板２の内面には、撮像膜４が形成されている。この撮像膜４は、上面基板２の表面に形成された外部からの入射光を透過する透光性の陽極導電膜２１と、その表面に形成された外部入射光に応じて信号電荷を生成する光電変換膜２２（例えばアモルファスセレン）とから成る。
【０００５】
また下面基板３の内面には、複数のエミッタ（電子放出電極）５と、各エミッタ（電子放出電極）５周辺に形成された絶縁層２２及びエミッタ（電子放出電極）５から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極２９等からなるエミッタ（電子放出電極）５が複数集積化した電界放出電子源アレイ部とが集積一体化されたカソード基板３０が設置されている。
【０００６】
上面基板２と対向する下面基板３上の電子放出部６の間に、シールドグリッド電極２６を設ける。そのシールドグリッド電極２６は上面基板２、下面基板３間のスペーサー部材２４の段部２７に係止されている。そして、スペーサー部材２４の内部に電極リード線２５を設けて、シールドグリッド電極２６を外部に電気的に接続し、ゲート電極より高い電圧を印加することにより、各エミッタ５から放出された電子ビームの広がりを抑制している。また、信号読み出しを終えた余剰電子を取除かれるので、ノイズ信号が除去されて画像の品質が良化する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
図６は、金属メッシュ電極３３をパネルに組み込んだＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）装置の説明図である。基体上に、複数のエミッタ（電子放出電極）５を有し、前記複数のエミッタ（電子放出電極）５の群の周辺において前記基体上にスペーサー３１を有し、前記スペーサー上に金属膜３２を有し、前記複数のエミッタ（電子放出電極５にそれぞれ対応した電子通過孔を有する金属メッシュからなるゲート電極３３が前記スペーサー３１上に配され、金属メッシュ電極３３と金属膜３２とが超音波接合されてなる電子放出源に係るものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
特許文献２によると、金属メッシュ電極３３と金属膜３２とを超音波接合する方法には、次の３つの利点がある。（１）簡易なプロセスで、極めて短時間に接合でき、強い機械的強度を持つ。（２）樹脂などの有機物を接着剤に用いず、金属同士の直接接合なので、パネル特性に悪影響を与えるようなガスの発生がない。（３）超音波接合の際に、金属の表面で摩擦によるクリーニング効果が発生する。この効果により、金属表面に付着した酸化物や吸着ガスなどが除去できるので、これらの物質から発生するガスによる不良をなくすことができる。
【０００９】
以上説明した電界放出型電子源装置では、シールドグリッド電極２６や金属メッシュ電極３３を側面外周器２８やスペーサー３１に固定する。従って、組み立て時に、金属メッシュ電極３３とエミッタ５との位置合わせを高い精度で行っている。
【特許文献１】特開２０００−４８７４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４９１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
熱膨張により、
しかしながら前記従来の構成では、シールドグリッド電極や金属メッシュ電極の熱膨張係数が極めて高い。そのため、組み立て後のデバイス動作で生じる熱のため、これら電極と電子放出源との位置ズレが生じ、電界放出型電子源装置の解像度が著しく劣化するという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、組み立て後のデバイス動作時で生じる発熱によるメッシュ電極と電子放出源との位置ズレを防止できる電界放出型電子源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】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電界放出型電子源装置は、電子を放出する複数のエミッタを単位とするエミッタアレイを有する電子放出部と、前記単位に対応した貫通孔を有する貫通孔領域を持ち外部の電極位置補正手段の指示で可動する補正手段を有するメッシュ電極とを前記エミッタアレイに対向するように配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電界放出型電子源装置によれば、デバイス動作時にメッシュ電極が熱膨張してもメッシュ電極と電子放出源との位置ズレが生じない。そのため、デバイス製造時にメッシュ電極と電子放出源との間に高い位置合わせ精度を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の電界放出型電子源装置の実施の形態を、図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界放出型電子源装置の断面図である。この電界放出型電子源装置１は、互いに対向する上面基板２及び下面基板３とからなり、上面基板２の下面基板３に対向する側の面には、光電変換膜を含む撮像膜４が形成されている。下面基板３には、電子を放出する複数のエミッタ（電子放出電極）５を幾何学的に配列したエミッタアレイからなる電子放出部６が形成されている。上面基板２と下面基板３との間には、このエミッタアレイと同一形状で配列された貫通孔１１からなる導電性材料で形成されたメッシュ電極７がこのエミッタアレイに対向して配置されている。メッシュ電極７は、補正装置１０にてスペーサー１５と接続されている。
【００１５】
このメッシュ電極７の下面基板３側の面には、第１の検知電極の組（８ａ、８ｂ）と第２の検知電極の組（９a、９ｂ）とが設けられている。これら検知電極の配置については、図２にて詳しく説明する。これら第１（８ａ、８ｂ）と第２の検知電極の組（９a、９ｂ）は、エミッタ（電子放出電極）５より放出された電子がメッシュ電極７に衝突した際に、その電子の数を信号として検知する目的で設けられている。
【００１６】
これらの検知電極にて検知された検知信号は、電界放出型電子源装置１の外部に設けられた電極位置補正部１２に送られる。電極位置補正部１２では、この検知信号を利用してエミッタ５と貫通孔１１との中心位置のズレ量を検出し、位置ズレ量を無くするための補正信号を補正装置１０に送る（詳細は、後述する。）。これら電極位置補正回路１２と補正装置１０により、エミッタ５とメッシュ電極７貫通孔１１の中心は、常に一致する。
【００１７】
図２（ａ）に、本発明のメッシュ電極７と、補正装置１０をエミッタ５側から見た平面図を示す。図中のＸＹは方向を示す。メッシュ電極７には、複数の貫通孔１１があり、それぞれの貫通孔１１がエミッタの１単位分の電子放出部に対応するように構成されている。この貫通孔１１の機能は、エミッタ５からの電子を引出すと同時に、電子ビームの広がりを抑え（広がり部分をカット。）、電子ビームを絞るためにある。メッシュ電極７のエミッタ５側表面には、貫通孔１１からなる貫通孔領域の周囲に、矩形のＸ方向の検知電極（９a、９ｂ）と、矩形のＸ方向の検知電極の（８ａ、８ｂ）とが形成されている。図示はしていないが、それぞれの検知電極は、貫通孔１１に接するように形成されている。特に、同じ方向の検知電極（例えば８ａと８ｂ）とその最も近接する貫通孔１１との距離は、ほぼ同じ距離になるように作製されている。
【００１８】
補正装置１０は、図に示すようにコの字形状の支持体５１とＸ方向に可動するＸ方向圧電素子４１ａとＹ方向に可動するＹ方向圧電素子４１ｂとからなる。補正装置１０は、Ｘ方向圧電素子４１ａを介してメッシュ電極７と接続されるとともに、Ｙ方向圧電素子４１ｂを介してスペーサー１５と接続されている。この構成のため、メッシュ電極７は、Ｘ方向とＹ方向の２軸独立でそれぞれ平行に動くことが出来る。補正装置１０は、メッシュ電極７を２軸独立でそれぞれ平行に動かせることが出来れば良いので、図２（ａ）に示す以外の公知の機構を用いても良い。
【００１９】
なお、メッシュ電極７の基材にシリコンを用いれば、これらの検知電極をシリコン基材上に作製できるので、貫通孔１１に対するこれらの検知電極の位置、面積、膜厚を精度よく作りこむことができる。この検知電極の材質には、電子にとって抵抗の低い物性を持つ材料であれば良く、例えば、高ドープシリコン、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕが挙げられる。以下、このように作製された検知電極の構造を説明する。
【００２０】
図２（ｂ）は、シリコンで作製されたメッシュ電極７の検知電極８ａの１実施例を示す断面図である。検知電極８ａは２層からなり、メッシュ電極７の貫通孔１１の近傍のＳｉ層上に絶縁膜４２ａを設けて、この絶縁膜４２ａ上に導電膜４２ｂを設ける。絶縁膜４２ａの役割は、導電膜４２ｂをメッシュ電極７から絶縁するためである。エミッタ５から放出された電子のうち、メッシュ電極７でトリミングされた電子は、導電膜４２ｂに吸収され、金属線４３から電極位置補正部１２へ送られる。その他の検知電極８ｂ、９a、９ｂも同様に作製できる。また、検知電極部は、図２（ｃ）に示す構造でもよい。メッシュ電極７のＳｉ層に、Ｓｉへのドープ量を低減し電気抵抗を高めた高抵抗層４４ａを作製し、さらにその表面にＳｉの低抵抗層４４ｂを設けている。トリミングされた電子は、この低抵抗層４４ｂに到達すると、金属線４３を通って、電極位置補正部１２へ送られる。以上、説明した構造にすると、半導体プロセスを用いてメッシュ電極を作製する際に、同時に検知電極を作製することが出来る利点がある。
【００２１】
解像度を向上させるためには、電子放出部６に対するメッシュ電極7の位置決め、すなわちエミッタ５と貫通孔１１との中心を精度良く合わせなければならない。具体的には、１μｍ以下の精度での位置決めが必要となる。従来の構成では、組み立て時の位置決め精度のみであり、その後の経時変化による位置ズレは補正出来なかった。本発明の電界放出型電子源装置は、検知電極（８ａ、８ｂ）、（９ａ、９ｂ）と補正装置１０を内部に有しているので、簡単な補正回路を外付けすることで、経時変化による位置ズレを補正することが出来る。その詳細を、図３を用いて説明する。
【００２２】
図３は、前記電界放出部６に対する前記メッシュ電極７の位置ずれ検出の原理を、示したものである。図中の矢印は、メッシュ電極７のＸＹ方向を示す。本実施例では、Ｘ方向の位置ズレを例に取り、その補正方法を説明する。図３（ａ）上図は、Ｘ方向に位置ズレした時のメッシュ電極の平面図である。図中のＡ点とＢ点は、Ｘ方向の最外部にある貫通孔のＹ方向の中心線と、Ｙ方向の貫通孔領域の中心とを通る線との交差点を示す。図３（ａ）下図は、Ａ点とＢ点とを通るＸ方向の直線で示した部分の断面図である。
【００２３】
電界放出部６の各エミッタ５より放出される電子ビームは円錐状に広がり、その広がり角は、どのエミッタもほぼ等しい。従って、メッシュ電極７に到達した電子ビームの面積は円状になり、その面積はほぼ等しい。また、各エミッタ間のピッチと各貫通孔間のピッチは等しくなるように作製されている。そのため、もしメッシュ電極７がＸ方向のＡ側にズレが生じていると、Ｘ方向の検知電極（９ａ、９ｂ）に到達する電子ビームは、図３（ａ）下図に示すようになる。すなわち、Ａ側の検知電極９ａに到達する電子ビームの量Ｌ１は、Ｂ側の検知電極９ｂに到達する電子ビーム量Ｌ２に比べて小さくなる。
【００２４】
一方、メッシュ電極７のＸ方向のズレが生じない状態を、図３（ｂ）上図に示す。このときには、図３（ｂ）下図に示すように、Ａ側の検知電極９ａに到達する電子ビームの量Ｌ１は、Ｂ側の検知電極９ｂに到達する電子ビーム量Ｌ２と等しい。これは、Ｘ方向の全てのエミッタと貫通孔との中心が一致しているためである。従って、Ａ側の検知電極９ａとＢ側の検知電極９ｂとの出力信号の差分値を利用すれば、Ｘ方向へのズレ量と補正位置が判定できる。Ｙ方向の位置ズレも同様な方法で行うことができる。この場合は、Ｙ方向の検知電極（８ａ、８ｂ）の差分値を利用すれば良い。次に、これらの差分値を利用して電極位置補正部１２が行うメッシュ電極７の位置ズレを補正する方法を説明する。
【００２５】
図４に、電極位置補正部１２のブロック図を示す。本実施例では、一例として、Ｘ方向の位置ズレを補正した後、Ｙ方向の位置ズレを補正する手順を示す。
【００２６】
まず、Ｘ方向の位置ズレ補正を説明する。Ｘ方向の補正量計算部１３ａは、Ｘ方向検出部４５ａ及び移動方向決定部４６ａ及び移動量計算部４７ａとからなる。予め、Ｘ方向検出部４５ａの入力にはＸ方向検知電極９ａ、９ｂからの出力が接続されている。移動方向決定部４６ａと移動量計算部４７ａの出力は、補正量出力部１４ａに送られ、これらの値に応じたＸ方向の補正量が補正量出力部１４ａからＸ方向の圧電素子４１ａに送られる。
【００２７】
Ｘ方向の補正量の計算は、次のように行う。Ｘ方向検出タイミング生成部４８に移動量出力部１２ａを起動するための起動信号６０を入力する。Ｘ方向検出タイミング生成部４８は、起動信号６０が入力されている期間は、予め定めた周期の取り込みパルス６１を生成しＸ方向検出部４５ａに入力する。この取り込みパルスの周期は、一回の補正指示でメッシュ電極の移動が完了する時間よりも大きくしないといけない。もし、この周期が短いと、誤動作を生じるからである。
【００２８】
Ｘ方向検出部４５ａは、この取り込みパルス６１の立ち上がり又は立下りのタイミングで、Ｘ方向検知電極９ａ、９ｂからの出力信号を取り込む。これらの信号は、Ｘ方向検出部４５ａの内部でデジタル化され、それぞれ移動方向決定部４６ａと移動量計算部４７ａに送られる。移動方向決定部４６ａでは、デジタル化されたＸ方向検知電極９ａ、９ｂからの出力信号の大小を比較し、少ない方向にメッシュ電極７を移動するように移動方向信号６５ａを補正量出力部１４ａに出力する。この移動方向信号６５ａは、両者の値が一致するまで出力される。同様に、移動量計算部４７ａでは、デジタル化されたＸ方向検知電極９ａ、９ｂからの出力信号の差分値を計算し、補正量信号６６ａを移動量出力部１２ａに出力する。
【００２９】
補正量出力部１４ａでは、補正量信号６６ａと移動方向信号６５ａに応じた補正電圧をＸ方向の圧電素子４１ａに出力する。このＸ方向の圧電素子４１ａに出力する補正電圧は、使用する圧電素子のたわみ量と駆動電圧の関係を予め測定して決定すれば良い。補正量出力部１４ａは、補正量信号６６ａが予め定めた値よりも小さくなれば、Ｘ方向の補正が終了したと判断してＸ方向の補正を終了し、このときの補正電圧を保持する。Ｘ方向の補正が終了すれば、補正量出力部１４ａは、Ｙ方向タイミング生成部４９を起動する起動信号６２を出力する。
【００３０】
起動されたＹ方向タイミング生成部は、Ｘ方向検出タイミング生成部４８と同様に、起動信号６２が入力されている期間、予め定めた周期の取り込みパルス６３を生成しＹ方向検出部４５ｂに入力する。以降は、上記に説明したＸ方向の補正手順と同様の動作を、Ｙ方向検出部４５ｂ、移動方向決定部４６ｂ、移動量計算部４７ｂ、補正量出力部１４ｂが、それぞれ行う。その結果、Ｘ方向の補正と同様にＹ方向の圧電素子４１ｂに補正電圧が出力される。
【００３１】
なお、本発明は、電極位置補正部１２の構成に拘束されるものではなく、公知の制御技術を使用すれば良い。
【００３２】
以上のように補正装置１０をメッシュ電極７に備えることにより、デバイスの製造段階でのメッシュ電極７とエミッタ５との位置決め精度を高める必要がないので、低コストの製造装置を使用できる。また、デバイス動作中に、エミッタから放出される電子を利用して常に電子放出部６とメッシュ電極７との位置ずれを補正することが出来るので、画素密度が高くなっても、常に位置ズレのない、解像度のすぐれた、デバイスを実現できる。
【００３３】
なお、図４で詳述した電極位置補正部１２を電界放出型電子源装置１の内部に構成することも可能である。下面基板３をＳｉ基板で作製する場合には、下面基板上に作り込むことが出来る。また、下面基板３のみならず、Ｓｉ基板を用いるのであれば、メッシュ電極１２上でもスペーサー部１２でも良い。
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、前記メッシュ電極表面７に、前記エミッタ５が電子を放出する方向と直交する第１の方向と第２の方向のそれぞれについてトリミングされた電子を検出することにより、それぞれの方向に対しての、電子放出部６に対するメッシュ電極７の位置ずれ補正を自動的に、常時行うことが可能となり、デバイスの高解像度化を実現できる。さらに作り込み段階での高精度な位置決めを必要とせず、作り込み段階での製造ばらつきも吸収することができる。また、電極位置補正部１２をＳｉチップ上に作り込むことにより、さらなる小型化、省電力化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の利用分野は特に制限はなく、例えば電界放出型電子源を備えた撮像装置や表示装置など広範囲に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に基づく電子放出源の概略断面図
【図２】本発明に基づくメッシュ構造、検知電極構造の詳細図
【図３】本発明に基づく位置ずれ検出原理の詳細図
【図４】本発明に基づく電極位置補正部の詳細図
【図５】第一の従来技術に係る電子放出源の概略断面図
【図６】第二の従来技術に係る電子放出源の概略断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  電界放出型電子源装置
２  上面基板
３  下面基板
４  撮像膜
５  エミッタ（電子放出電極）
６  電子放出部
７  メッシュ電極
８ａ、８ｂ  検知電極
９ａ、９ｂ  検知電極
１０  補正装置
１１  メッシュ貫通孔
１２  電極位置補正部
１３  補正量計算部
１４  補正量出力部
１５  スペーサー部材（絶縁物）
２１  透光性陽極導電膜
２２  光電変換膜
２３  低温ガラスフリット
２４  スペーサー部材
２５  電極リード線
２６  シールドグリッド電極
２７  段部
２８  側面外周器
２９  ゲート電極
３０  半導体基板
３１  スペーサー
３２  金属膜
３３  金属メッシュ電極
４１ａ  圧電素子（Ｘ方向）
４１ｂ  圧電素子（Ｙ方向）
４２ａ  絶縁膜
４２ｂ  導電膜
４３  金属線
４５ａ  Ｘ方向検出部
４５ｂ  Ｙ方向検出部
４６ａ、４６ｂ  移動方向決定部
４７ａ、４７ｂ  移動量計算部
６０、６２  起動信号
６１、６３  取り込みパルス
６５ａ、６５ｂ  移動方向信号
６６ａ、６６ｂ  補正量信号
【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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