(57)【要約】【課題】隣接電極間が狭ピッチの陰極基板においても、隣接電極間の電極ショートを防止でき、歩留まりよく撮像装置を作製することができる陰極基板及びそれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】複数の電界放出冷陰極素子を形成した第１の基板１と、開口１２を形成し、かつ第１の基板１に電位を供給する配線８を配置した第２の基板７とを備え、第１の基板１と第２の基板７とが重なり合い、第２の基板７の開口１２に第１の基板７の前記電界放出冷陰極素子が露出しており、第１の基板１と第２の基板７とが重なり合った部分において、第１の基板１と第２の基板７とが電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電界放出冷陰極素子を形成した第１の基板と、
開口を形成し、かつ前記第１の基板に電位を供給する配線を配置した第２の基板とを備え、
前記第１の基板と前記第２の基板とが重なり合い、前記第２の基板の前記開口に前記第１の基板の前記電界放出冷陰極素子が露出しており、
前記第１の基板と前記第２の基板とが重なり合った部分において、前記第１の基板と前記第２の基板とが電気的に接続されていることを特徴とする陰極基板。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板との電気的接続に、微小導電粒を含む接着剤を用いている請求項１に記載の陰極基板。
【請求項３】
加速電極をさらに備えており、前記加速電極と前記第１の基板との間に前記第２の基板が配置されており、前記第２の基板の厚みが、前記加速電極と前記第１の基板との間のスペーサになっている請求項１又は２に記載の陰極基板。
【請求項４】
前記第２の基板がセラミック基板である請求項１から３のいずれかに記載の陰極基板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の陰極基板を備えた撮像装置であって、
前記陰極基板と、透明電極と光電変換膜とを形成した透光性の基板とが対向して配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記陰極基板の下面側にゲッターが配置されている請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項４に記載の陰極基板を備えた撮像装置であって、
前記陰極基板と、透明電極と光電変換膜とを形成した透光性の基板とが対向して配置されており、
前記陰極基板、前記透光性の基板、及び前記第２の基板で真空容器を形成しており、前記第２の基板の厚みが前記真空容器の側壁を形成していることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
加速電極をさらに備えており、前記加速電極と前記第１の基板との間に前記第２の基板が配置されており、前記第２の基板の厚みが、前記加速電極と前記第１の基板との間のスペーサになっている請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の基板下面側に補強材を備える請求項７又は８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の基板の下面側にシフトレジスタを備えている請求項５から９のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子源に電界放出冷陰極素子を用いたマトリクス型の電界放出電子源素子を備えた陰極基板、及びこれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する光導電膜を有し、光導電膜中で発生して蓄積された信号電荷を、電子ビームによって時系列的に外部回路に読み出して、入射光量の空間的分布に対応した電気信号を発生する撮像装置として、光導電型撮像管がある。
【０００３】
また、電子源として従来の熱電子タイプに代えて、電界放出冷陰極素子を使用した電子管が特許文献１に提案されている。これは、電界放出冷陰極素子は、熱陰極と比較して高い電流密度が得られ、また放出電子の速度分布が小さい等の利点があるためである。
【０００４】
図４は、従来の電界放出電子源素子の断面図を示している。シリコン基板１０１上に微小な円錐状のエミッタ１０２が形成されている。さらに、絶縁層１０３を介してそのエミッタ１０２を囲むようにゲート電極１０４がサブミクロンの程度の間隔で形成されている。このゲート電極１０４と基板１０１とを通じて電圧を印加すると、エミッタ１０２の先端に電界が集中し、真空中で電子が放出される。
【０００５】
電界放出冷陰極素子は、通常の半導体工程にて作製される。シリコンエミッタは、一般には、フォト工程を通し円形の熱酸化膜をマスクとして台形状に加工する。このときには、ＳＦ6＋Ｏ2ガスを用いた反応性イオンエッチング、又はＫＯＨなどによる異方性ウェットエッチングなどの方法を利用する。次に熱酸化を行い、絶縁膜およびゲート電極（Ｎｂ、シリコン）の形成を行う。次にＢＨＦによるリフトオフを行い完成する。
【０００６】
図５は、マトリクス型の電界放出型電子源素子の電極配置を示す平面図である。横軸（Ｘ軸）方向に延びた帯状のカソード電極１０５と、横軸と直交する縦軸（Ｙ軸）方向に延びた帯状のゲート電極１０６とがマトリクス状に配置されている。
【０００７】
カソード電極１０５はシリコン基板１０１の一部を用いて形成され、カソード電極１０５上に、エミッタ（電子放出源）の集合体であるエミッタ群１０７が形成されている。エミッタ群１０７は、円状に示している。一つのエミッタ群１０７には、およそ数百から数千のエミッタが作り込まれている。
【０００８】
ゲート電極１０６は、カソード電極１０５の上側にパターニングされて配置されている。このため、図５の例では、ゲート電極１０６の下面にカソード電極１０５のラインが隠れていることになる。
【０００９】
カソード電極１０５、ゲート電極１０６の両電極をマトリクス駆動することにより、両電極の交点のエミッタ群１０７から電子を放出させることができる。Ｘ方向、Ｙ方向の各位置を選択して順次駆動することにより、光電子面上の蓄積電荷を読み出し、撮像素子として使用することができる。
【００１０】
このマトリクス状に配置したゲート電極１０６、カソード電極１０５には、それぞれゲート電極パッド１０８、エミッタ電極パッド１０９から電位を供給することができる。両電極パッドは、エミッタの電子放出面と同じシリコン基板１０１の上面側に設けている。
【００１１】
ゲート電極１０６とカソード電極１０５との交差部に対応したエミッタ群１０７が、１画素分に相当する。エミッタ群１０７は、時系列に画素単位で個別駆動ができるように分離されている。具体的には、左右に隣接するゲート電極のエミッタ群１０７同士は、電極を作製するときの電極パターニングにより分離され、上下に隣接するカソード電極のエミッタ群１０７同士は、シリコン基板上に作りこまれた絶縁膜で分離されている。
【００１２】
このような構成において、各画素を時系列的に選択しエミションさせる場合には、Ｘ方向Ｙ方向のうちの一方の電極を時系列的に順次選択する。選択された一方の電極群のある一つの電極を選択している間の時間内に、他方の電極群をさらに時系列的に選択することにより、個別のエミッタ群１０７からエミションを得ることができる。
【００１３】
この冷陰極は、真空環境で用いられる。したがって、マトリクス状の冷陰極を動作させるためには、大気中から真空中への電位の供給を、多数の電極を構成して行う必要がある。
【特許文献１】特開２０００−４８７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、現行の撮像装置の光電面の大きさは、対角で２／３インチ（１６．９ｍｍ）以下の大きさのものが大半である。この大きさでＶＧＡレベルの画素サイズは、一辺が十数μｍの長さの画素となる。前記撮像装置においてＶＧＡ以上の高精細化を図る場合には、冷陰極素子の画素サイズを変えず、画素数に合わせて光学レンズ系を大きくするという方法が考えられる。この方法では、大きくしたレンズ系に合わせて装置自体を大きくしなければならないため、小型カメラ実現には不利になる。
【００１５】
反対に光学系を変えずに精細度を上げるためには、冷陰極の画素サイズを小さくしなければならない。この場合、ＶＧＡ以上の高精細とするためには、数ミクロンレベルの画素作成が必要となってくる。
【００１６】
数ミクロンレベルの画素で現行の撮像系が要求する必要量の電流を得るためには、高電流密度を実現する新しいカソードが必要である。現在、高電流密度のカソードとして、スピントタイプとタワー型の冷陰極とが一般に知られている。基板に直接エミッタ構造物と配線とを作り込むスピントタイプのカソードにおいては、その製造プロセスの制約から１画素を１０μｍ以下に抑えるのは大変困難である。
【００１７】
一方、シリコン基板にエミッタ構造物を作成するタワー型のカソードにおいては、数ミクロンレベルの高精細な画素を作製することは比較的容易である。しかしながら、タワー型の冷陰極においては、シリコン基板に電位を供給するために、図４、５にあるようにシリコン基板１０１と、それを支持するベース基板（図示せず）とをワイヤボンディングにて狭ピッチで接続しなければならない。
【００１８】
一般的なワイヤボンディングにおいては、数十μｍの間隔でボンディングすることは困難である。シリコン基板自体を大きくしてワイヤボンディングをなくす方法も考えられるが、シリコン基板自体が大変高価であり、かつ衝撃に弱くすぐに割れてしまう。また、ワイヤボンディングは３次元構造となるため、ワイヤーの位置制御が難しく、電極間の接触が発生する可能性が高くなる。このような電極間の接触は、頻繁に冷陰極を動作させるドライバＩＣを破壊する原因にもなっていた。
【００１９】
本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、隣接電極間が狭ピッチの陰極基板においても、隣接電極間の電極ショートを防止でき、歩留まりよく撮像装置を作製することができる陰極基板及びそれを用いた撮像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】
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明の陰極基板は、複数の電界放出冷陰極素子を形成した第１の基板と、開口を形成し、かつ前記第１の基板に電位を供給する配線を配置した第２の基板とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板とが重なり合い、前記第２の基板の前記開口に前記第１の基板の前記電界放出冷陰極素子が露出しており、前記第１の基板と前記第２の基板とが重なり合った部分において、前記第１の基板と前記第２の基板とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１の撮像装置は、前記陰極基板を備えた撮像装置であって、前記陰極基板と、透明電極と光電変換膜とを形成した透光性の基板とが対向して配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第２の撮像装置は、前記第２の基板がセラミック基板である前記陰極基板を備えた撮像装置であって、前記陰極基板と、透明電極と光電変換膜とを形成した透光性の基板とが対向して配置されており、前記陰極基板、前記透光性の基板、及び前記第２の基板で真空容器を形成しており、前記第２の基板の厚みが前記真空容器の側壁を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、隣接電極間が狭ピッチの陰極基板においても、隣接電極間の電極ショートを防止でき、歩留まりよく撮像装置を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の陰極基板によれば、基板同士が重なり合った部分で電気的に接続ができるので、ワイヤボンディングによる電気的接続をすることなく、導電粒を介した電気的接続が可能になる。このことにより、隣接電極間が狭ピッチの陰極基板においても、隣接電極間の電極ショートを防止でき、歩留まりよく撮像装置を作製することができる。
【００２５】
本発明の第１の撮像装置は、陰極基板にワイヤボンディングによる電気的接続をすることなく、高精細な撮像装置を実現できる。
【００２６】
本発明の第２の撮像装置は、陰極基板にワイヤボンディングによる電気的接続をすることなく、高精細な撮像装置を実現できるともに、第２の基板の厚みが真空容器の側壁を形成しているので、構造が簡単になる。
【００２７】
前記本発明の陰極基板においては、前記第１の基板と前記第２の基板との電気的接続に、微小導電粒を含む接着剤を用いていることが好ましい。
【００２８】
また、加速電極をさらに備えており、前記加速電極と前記第１の基板との間に前記第２の基板が配置されており、前記第２の基板の厚みが、前記加速電極と前記第１の基板との間のスペーサになっていることが好ましい。この構成によれば、第２の基板の厚みが、第１の基板と加速電極との間のスペーサを兼ねているので、構造が簡単になる。
【００２９】
また、前記第２の基板がセラミック基板であることが好ましい。
【００３０】
前記本発明の第１の撮像装置においては、前記陰極基板の下面側にゲッターが配置されていることが好ましい。
【００３１】
前記本発明の第２の撮像装置においては、加速電極をさらに備えており、前記加速電極と前記第１の基板との間に前記第２の基板が配置されており、前記第２の基板の厚みが、前記加速電極と前記第１の基板との間のスペーサになっていることが好ましい。この構成によれば、第２の基板の厚みが、第１の基板と加速電極との間のスペーサを兼ねているので、構造が簡単になる。
【００３２】
また、前記第１の基板下面側に補強材を備えることが好ましい。
【００３３】
また、前記第１又は第２の撮像装置において前記第２の基板の下面側にシフトレジスタを備えていることが好ましい。この構成によれば、外部接続のピン数を減らすことができ、高周波駆動にも対応可能とした。
【００３４】
以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。前記の図４に示した電子源素子の断面図、図５に示した電極配置の構成は、以下の実施の形態においても同様である。このため、図４、５は、以下の実施の形態における電子源素子の断面図、電極配置の構成図としても用いることにする。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の断面図を示している。シリコン基板１の上面側に冷陰極素子が構成されている（図４参照）。電極パッドも冷陰極と同じ面に構成されている（図５参照）。
【００３６】
シリコン基板１と対向するように、透光性の基板２が配置されている。基板２には、アノード面３が配置されている。アノード面３は、基板２側の透明電極４とシリコン基板１側の光電変換膜５とを積層したものである。
【００３７】
シリコン基板１上の冷陰極素子は、真空環境で動作させられる。したがって、真空に封止された真空容器６内から電極を取り出すために、真空容器６内のシリコン基板１上の電極パッドと、真空容器６の外側と繋がっているベース基板７の電極パッド８とを導通させている。本実施の形態では、この導通に微小導電粒子９を含有した導電ペースト１０を用いた。このように互いに電気的に接続されたシリコン基板１とベース基板７とで陰極基板１１を構成している。
【００３８】
ベース基板７には、コーニング社製の１７３７を用いた。ベース基板７は、これに限るものではなく、青板ガラスと呼ばれるものでもよい。電極パッド８は、冷陰極に電位を印加するためのものであり、ベース基板７の裏面側に形成している。電極パッド８は、通常のフォトリソ工程でＣｒをパターニングしたものである。
【００３９】
ベース基板７には、開口１２を形成している。ベース基板７とシリコン基板１とは重なりあっている。この重なり合った部分において、ベース基板７とシリコン基板とが電気的に接続されている。また、ベース基板７は、シリコン基板１の陰極素子が開口１２に露出するように、シリコン基板１の陰極素子の形成面側に配置されている。開口１２の開口面積は、シリコン基板１に形成した冷陰極素子の形成領域の面積よりも大きくしている。このことにより、開口１２は陰極素子から放出した電子ビームがアノード面３に向かう際の経路の一部になっている。
【００４０】
ここで、図２（ａ）は図１の撮像装置において開口１２の上側から見た概略図、図２（ｂ）は図１の撮像装置において開口１２の上側から見た別の例の概略図を示している。図２（ａ）において開口１２は、シリコン基板１からはみ出した部分があり、この部分が真空容器６の上下をつなぐ経路になっている。また、図２（ｂ）の構成では、開口１２は、シリコン基板１上の部分とは別に、もう一箇所の開口を備えている。この構成においても開口１２は真空容器６の上下をつなぐ経路になっている。
【００４１】
再び図１に戻ると、真空容器６の下部には、ゲッター（図示せず）が配置されている。本実施の形態においては、非蒸発形のゲッターを用いた。
【００４２】
ベース基板７の電極パッド８は、２０μｍ間隔になっており、前記のように導電ペースト１０を介して、シリコン基板１上の電極パッドと導通している。導電ペースト１０に含有される微小導電粒子９は、電極パッドの間隔と大きさによって最適なものが選ばれ、本実施例においては、５μｍのものを用いた。微小導電粒子９が隣接パッド間に位置していても、隣接ショートを起こす可能性はない。
【００４３】
ベース基板７の対面側、すなわち上面側にはベース基板７に接した加速電極１３が設けられている。ベース基板７の厚みが、シリコン基板１と加速電極１３との間のスペーサとなっている。この加速電極１３の電位は、真空容器６の外部に取り出されている（図示せず）。
【００４４】
前記のような構成の陰極基板１１を用いて、通常用いられている手法にて撮像装置（撮像管）を作製した。素子を搭載する前の封止にはフリットを用い、素子を搭載した後には、インジウム封着法を用いて封止を行った。
【００４５】
また、ＦＰＣ（フレキシブル・プリンティッド・サーキット）１４を用いて、外部回路と接続した。駆動ドライバＩＣであるドライバ１５は、ＦＰＣ１４上に配置した。
【００４６】
本実施の形態に係る陰極基板１１によれば、シリコン基板１とベース基板７との電気接続にワイヤボンディングを用いていないので、隣接電極間を狭ピッチにしても、隣接電極間の電極ショートを防止できる。このため、本実施の形態に係る陰極基板１１を用いれば、歩留まりよく高精細な撮像装置を作製することができる。
【００４７】
また、ベース基板７の厚みが、シリコン基板１と加速電極１３との間のスペーサを兼ねているので、構造が簡単になる。
【００４８】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る陰極基板を用いた撮像装置の断面図を示している。シリコン基板２０は、実施の形態１のシリコン基板１と同様の構成である。本実施の形態では、ベース基板としてセラミック基板２１を用いた。セラミック基板２１は、基板自体を任意の形状にすることができ、電極を立体的に取り出すことができる。
【００４９】
また、実施の形態１と同様に、シリコン基板２０と対向するように、透光性の基板２２が配置されている。基板２２には、アノード面２３が配置されている。アノード面２３は、基板２２側の透明電極２４とシリコン基板２０側の光電変換膜２５とを積層したものである。
【００５０】
本実施の形態の例では、セラミック基板２１はその厚みにより、シリコン基板２０と加速電極２６との間のスペーサと、真空容器２７の側壁との両方を兼ねている。より具体的には、セラミック基板２１と、アノード面２３を形成した基板２２と、シリコン基板２０とで真空容器２７を形成しており、これらの部材で囲まれた空間が真空空間になっている。
【００５１】
実施の形態１と同様に、シリコン基板２０上の冷陰極素子は、真空環境で動作させられる。真空容器２７内から電極を取り出すために、シリコン基板２０上の電極パッドと、セラミック基板２１の裏面側に形成した外部取り出し配線２８とを微小導電粒子２９を介して導通させている。シリコン基板２０とセラミック基板２１との接合には、真空用の接着剤を用いている。このように互いに電気的に接続されて接合したシリコン基板２０とセラミック基板２１とで陰極基板３０を構成している。
【００５２】
加速電極２６は、セラミック基板２１の配線を通じて真空容器２７の外部に入力端を配している。また、シフトレジスタ３１もセラミック基板２１に配置した。これにより外部接続のピン数を減らすことができ、高周波駆動にも対応可能とした。
【００５３】
また、実施の形態１と同様に、シリコンセラミック基板２１には、開口３２を形成している。セラミック基板２１とシリコン基板２０とは重なりあっている。この重なり合った部分において、セラミック基板２１とシリコン基板２０とが電気的に接続されている。また、セラミック基板２１は、シリコン基板２０の陰極素子が開口３２に露出するように、シリコン基板２０の陰極素子の形成面側に配置されている。開口３２の開口面積は、シリコン基板２０に形成した冷陰極素子の形成領域の面積よりも大きくしている。このことにより、開口３２は陰極素子から放出した電子ビームがアノード面２３に向かう際の経路の一部になっている。
【００５４】
また、本実施の形態では、補強材３３をシリコン基板２０の裏面側に配置している。これは、シリコン基板２０だけで、密閉容器を真空保持すると基板破損の恐れがあるためである。もちろんシリコン基板２０を厚くして補強材３３をなくしてもよい。
【００５５】
この冷陰極素子を搭載した陰極基板を用いて、通常用いられている手法にて撮像装置（撮像管）を製造した。素子を搭載した後には、インジウム封着法を用いて封止を行った。
【００５６】
本実施の形態に係る陰極基板３０によれば、シリコン基板２０とセラミック基板２１との電気接続にワイヤボンディングを用いていないので、隣接電極間を狭ピッチにしても、隣接電極間の電極ショートを防止できる。このため、本実施の形態に係る陰極基板３０を用いれば、歩留まりよく高精細な撮像装置を作製することができることになる。
【００５７】
また、セラミック基板２１の厚みが、シリコン基板２０と加速電極２６との間のスペーサと、真空容器２７の側壁との両方を兼ねているので、構造が簡単になる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明の陰極基板によれば、隣接電極間が狭ピッチの陰極基板においても、隣接電極間の電極ショートを防止できるので、高精細な撮像装置に用いる陰極基板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の断面図。
【図２】（ａ）は図１の撮像装置において開口１２の上側から見た概略図、（ｂ）は図１の撮像装置において開口１２の上側から見た別の例の概略図。
【図３】本発明の実施の形態２に係る陰極基板を用いた撮像装置の断面図。
【図４】従来の電界放出電子源素子の一例の断面図。
【図５】従来のマトリクス型の電界放出型電子源素子の電極配置の一例を示す平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１，２０  シリコン基板
２，２２  透光性の基板
３，２３  アノード面
４，２３  透明電極
５，２５  光電変換膜
６，２７  真空容器
７  ベース基板
８  電極パッド
９，２９  微小導電粒子
１０  導電ペースト
１１，３０  陰極基板
１２，３２  開口
１３，２６  加速電極
２１  セラミック基板
２８  外部取り出し配線
３１  シフトレジスタ
３３  補強材
【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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