(57)【要約】【課題】省電力化を図ることが可能な電界放出型デバイスを提供すること。【解決手段】１対の基板１Ａ，１Ｂと、複数の電子放出源２と、アノード電極と、駆動手段６と、を備えている、電界放出型デバイスＡ１であって、複数の電子放出源２は、第１電子放出源グループ２Ａおよび第２電子放出源グループ２Ｂを含んでおり、基板１Ｂのうち第１電子放出源グループ２Ａに正対する部分には、光電変換膜がさらに形成されており、駆動手段６は、第１電子放出源グループ２Ａと上記アノード電極との間に電界放出が可能となる電界放出電圧以上の電圧を印加し、かつ第２電放出源グループ２Ｂと上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以下の電圧を印加する待機モードと、複数の電子放出源２と上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以上の電圧を印加する全面駆動モードと、を切り替えて駆動する構成とされており、上記待機モードから上記全面駆動モードへの切り替えは、上記光電変換膜に対する光の入射を検出したことにより行う。【選択図】  図１
2007172924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空領域を挟んで互いに対向する１対の基板と、
上記１対の基板の一方の対向面に形成された複数の電子放出源と、
上記１対の基板の他方の対向面に形成されたアノード電極と、
上記複数の電子放出源を駆動する駆動手段と、
を備えている、電界放出型デバイスであって、
上記複数の電子放出源は、第１電子放出源グループおよび第２電子放出源グループを含んでおり、
上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第１電子放出源グループに正対する部分には、光電変換膜がさらに形成されており、
上記駆動手段は、上記第１電子放出源グループと上記アノード電極との間に電界放出が可能となる電界放出電圧以上の電圧を印加し、かつ上記第２電放出源グループと上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以下の電圧を印加する待機モードと、上記複数の電子放出源と上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以上の電圧を印加する全面駆動モードと、を切り替えて駆動する構成とされており、
上記待機モードから上記全面駆動モードへの切り替えは、上記光電変換膜に対する光の入射を検出したことにより行うことを特徴とする、電界放出型デバイス。
【請求項２】
上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第２電子放出源グループに正対する部分に、追加の光電変換膜が形成されていることにより、撮像センサとして構成されている、請求項１に記載の電界放出型デバイス。
【請求項３】
上記光電変換膜と上記追加の光電変換膜とは、入射光に対する感度が異なっている、請求項２に記載の電界放出型デバイス。
【請求項４】
上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第２電子放出源グループに正対する部分に、蛍光体膜が形成されていることにより、表示装置として構成されている、請求項１に記載の電界放出型デバイス。
【請求項５】
上記第１電子放出源グループと上記第２電子放出源グループとは、電子放出源の配置密度が異なっている、請求項１ないし４のいずれかに記載の電界放出型デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像センサまたは表示装置などの電界放出型デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像センサまたは表示装置を構成するデバイスとして、複数の電子放出源を備えた電界放出型デバイスの開発が進められている。図５は、従来の電界放出型デバイスの一例を示している。同図に示された電界放出型デバイスＸは、１対の基板９１Ａ，９１Ｂ、複数の電子放出源９２、光電変換膜９３、およびアノード電極９４を備えている。１対の基板９１Ａ，９１Ｂは、真空領域を挟んで互いに対向配置されている。複数の電子放出源９２は、基板９１Ａの図中上面にマトリクス状に形成されている。電子放出源９２は、いわゆるエミッタコーンと呼ばれる構造のものである。電子放出源９２は、カソード電極９２ａ上に形成されており、絶縁体層９２ｂおよびゲート電極９２ｃによって囲われている。電界放出型デバイスＸは、図中上方からの光を各電子放出源９２によって構成される画素ごとの受光量として検出する撮像センサとして構成されている。
【０００３】
電界放出型デバイスＸを用いて撮像を行うには、ゲート電極９２ｃとカソード電極９２ａとの間に５０Ｖ程度のゲート電圧を印加する。また、アノード電極９４とカソード電極９２ａとの間に５００〜３０００Ｖ程度のアノード電圧を印加する。ゲート電圧の印加は、駆動手段（図示略）により、パッシブマトリクス方式で行われる。この状態で、図中上方から光が光電変換膜９３へと入射すると、その光度に応じた起電力が光電変換膜９３に生じる。この起電力による電流を検出することにより、上記各画素の受光量を得ることが可能である。画素ごとに得られた受光量を輝度に置き換えることにより、画像の構築を行う。このようにして、電界放出型デバイスＸによる撮像が行われる。
【０００４】
しかしながら、電界放出型デバイスＸをはじめとする撮像デバイスが用いられる電子機器においては省電力化がますます求められている。電界放出型デバイスＸにおいては、撮像センサとしての機能が期待されるときには、アノード電極９４と複数の電子放出源９２との間に、上記アノード電圧を常に印加しておく必要がある。上記アノード電圧は比較的高電圧であるため、電力消費量が増加する。したがって、電界放出型デバイスＸによっては、上述した省電力化の要請に十分に応えられなかった。
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、省電力化を図ることが可能な電界放出型デバイスを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によって提供される電界放出型デバイスは、真空領域を挟んで互いに対向する１対の基板と、上記１対の基板の一方の対向面に形成された複数の電子放出源と、上記１対の基板の他方の対向面に形成されたアノード電極と、上記複数の電子放出源を駆動する駆動手段と、を備えている、電界放出型デバイスであって、上記複数の電子放出源は、第１電子放出源グループおよび第２電子放出源グループを含んでおり、上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第１電子放出源グループに正対する部分には、光電変換膜がさらに形成されており、上記駆動手段は、上記第１電子放出源グループと上記アノード電極との間に電界放出が可能となる電界放出電圧以上の電圧を印加し、かつ上記第２電放出源グループと上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以下の電圧を印加する待機モードと、上記複数の電子放出源と上記アノード電極との間に上記電界放出電圧以上の電圧を印加する全面駆動モードと、を切り替えて駆動する構成とされており、上記待機モードから上記全面駆動モードへの切り替えは、上記光電変換膜に対する光の入射を検出したことにより行うことを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、上記待機モードの電力消費量を、全面駆動モードの電力消費量に対してきわめて小さくすることが可能である。したがって、上記電界放出型デバイスの省電力化を図ることができる。また、上記光電変換膜に対する光の入射によって上記待機モードから上記全面駆動モードへの切り替えを行うことにより、上記電界放出型デバイスの機能を適切なタイミングで発揮させることができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第２電子放出源グループに正対する部分に、追加の光電変換膜が形成されていることにより、撮像センサとして構成されている。このような構成によれば、たとえば、撮像対象領域に顕著な光量変化があったことにより、上記第１および第２電子放出源グループを用いた撮像を行うといった使用が実現できる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光電変換膜と上記追加の光電変換膜とは、入射光に対する感度が異なっている。このような構成によれば、たとえば光量変化が微弱であっても、上記待機モードから上記全面駆動モードへと適切に切り替えることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記アノード電極が形成された上記基板の上記対向面のうち、上記第２電子放出源グループに正対する部分に、蛍光体膜が形成されていることにより、表示装置として構成されている。このような構成によれば、たとえば、上記電界放出型デバイスの正面に視聴者が現れたときにのみ画像を表示するといった使用が実現できる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１電子放出源グループと上記第２電子放出源グループとは、電子放出源の配置密度が異なっている。
【００１３】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
図１および図２は、本発明に係る電界放出型デバイスの第１実施形態を示している。本実施形態の電界放出型デバイスＡ１は、１対の基板１Ａ，１Ｂ、複数のエミッタ２、カソード電極２１、絶縁体層２２、ゲート電極２３、アノード電極３、光電変換膜４Ａ，４Ｂ、および駆動手段６を備えており、図２における図中上方からの光を受光する撮像センサとして構成されている。
【００１６】
１対の基板１Ａ，１Ｂは、たとえばガラス製の矩形状板であり、互いに対向している。基板１Ａは、その対向面に複数のエミッタ２が設けられており、カソード基板と呼ばれる。基板１Ｂは、その対向面にアノード電極３および光電変換膜４Ａ，４Ｂが積層されており、アノード基板と呼ばれる。１対の基板１Ａ，１Ｂ間の空間は、図示しないシール手段によりその気圧が１０-5Ｐａ程度の真空状態とされている。
【００１７】
複数のエミッタ２は、アノード電極３に向けて電子を放出する部分であり、本発明でいう複数の電子放出源の一例である。図１に示すように、複数のエミッタ２は、マトリクス状に配置されている。図２に示すように、エミッタ２は、山形状であり、たとえば鉄化合物からなる触媒金属にカーボンナノチューブからなる炭素繊維が形成されたものである。複数のエミッタ２は、カソード電極２１上に形成されている。カソード電極２１は、基板１Ａ上に形成されており、たとえばＡｕの薄膜に対してパターン形成を施したものである。カソード電極２１は、複数のエミッタ２を個別に導通させることにより後述するパッシブマトリクス方式による駆動が可能となるように構成されている。絶縁体層２２は、たとえばＳｉＯ2酸化膜であり、その厚さがエミッタ２の高さより大とされる。ゲート電極２３は、たとえばＭｏ、Ｎｂなどの薄膜からなり、絶縁体層２２上に形成されている。絶縁体層２２およびゲート電極２３には、複数のエミッタ２を収容可能な複数の貫通孔が形成されている。１つまたは互いに隣接する複数個のエミッタ２により、電界放出型デバイスＡ１により撮像される画像の画素が構成されている。本実施形態においては、水平方向に６４０ドット、垂直方向に４８０ドットの画素が構成されるように複数のエミッタ２が配置されている。
【００１８】
複数のエミッタ２は、第１エミッタグループ２Ａと第２エミッタグループ２Ｂとに区画されている。第１エミッタグループ２Ａは、複数のエミッタ２が配列された領域においてその中央寄りの部分に配置されている。第２エミッタグループ２Ｂは、第１エミッタグループ２Ａを囲っている。
【００１９】
アノード電極３は、図１に示すように基板１Ｂの対向面に形成されており、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極である。
【００２０】
光電変換膜４Ａ，４Ｂは、入射した光の大きさに応じた起電力を生じる膜である。光電変換膜４Ａは、第１エミッタグループ２Ａに正対しており、たとえばアモルファスセレンからなるＨＡＲＰ膜である。光電変換膜４Ｂは、第２エミッタグループ２Ｂに正対しており、たとえばＰｂＯ，Ｓｂ2，Ｓ3，Ｓｃ，Ｃｄなどからなる半導体材料により形成されている。なお、同じ光量の光が入射しても、光電変換膜４Ａ，４Ｂは、互いに異なる起電力を生じる。この起電力の相違は、たとえば駆動手段６により適切に補正される。
【００２１】
図１に示すように、駆動手段６は、たとえばパッシブマトリクス方式により、電界放出型デバイスＡ１全体を駆動するためのものであり、制御回路６１、および走査回路６２ａ，６２ｂを具備している。制御回路６１は、走査回路６２ａ，６２ｂを用いて複数のエミッタ２とゲート電極２３およびアノード電極３との間に適宜ゲート電圧およびアノード電圧を印加するとともに、アノード電極３からの電流量に基づいて各画素の光量を検出する機能を有する。走査回路６２ａ，６２ｂは、それぞれ図中水平方向および上下方向に配列された走査線を介して、各エミッタ２の導通状態を切り替える走査機能を有する。本実施形態においては、制御回路６１および走査回路６２ａ，６２ｂは、基板１Ａ上に形成されている。
【００２２】
次に、電界放出型デバイスＡ１の駆動について、図３を参照しつつ説明する。図３は、電界放出型デバイスＡ１の駆動チャートを示している。
【００２３】
まず、複数のエミッタ２のうち第１エミッタグループ２Ａに対して、ゲート電圧Ｖｇ１およびアノード電圧Ｖａ１を印加する。本実施形態においては、ゲート電圧Ｖｇ１として５０Ｖ程度を印加し、アノード電圧Ｖａ１として５００〜３０００Ｖ程度を印加する。このアノード電圧Ｖａ１は、エミッタ２からアノード電極３に向けて電子を放出可能な電圧Ｖａｔよりも大である。一方、第２エミッタグループ２Ｂのゲート電圧Ｖｇ２およびアノード電圧Ｖａ２は、グランド電圧としておく。この状態が本発明で言う待機モードである。このモードにおいては、図１において図中中央付近に位置する第１エミッタグループ２Ａによって構成される画素のみによって受光検出が可能な状態となっている。なお、第２エミッタグループ２Ｂのゲート電圧Ｖｇ２およびアノード電圧Ｖａ２をグランド電圧とすることに変えて、それぞれの電圧を数ボルト〜数十ボルト程度の待機電圧としておく構成としてもよい。
【００２４】
電界放出型デバイスＡ１が待機モードにある状態で、図２における図中上方から光が入射すると、この光のうち第１エミッタグループ２Ａによって構成される画素に入射した光量に応じて光電変換膜４Ａに起電力が生じる。この起電力による電流の大きさを制御回路６１によって監視する。図３に示すように、上記電流の大きさが閾値とする光量Ｌｔを超える光量に対応する大きさとなると、待機モードから全面駆動モードに切り替える。全面駆動モードにおいては、第１エミッタグループ２Ａに加え、第２エミッタグループ２Ｂに対しても、ゲート電圧Ｖｇ２として５０Ｖ程度を印加し、アノード電圧Ｖａ２として５００〜３０００Ｖ程度を印加する。電界放出型デバイスＡ１が全面駆動モードとなると、図１に示すように、複数のエミッタ２が配列された全領域において受光検出が可能となる。これにより、たとえば６４０×４８０画素の解像度を有する画像を撮像することができる。
【００２５】
次に、電界放出型デバイスＡ１の作用について説明する。
【００２６】
本実施形態によれば、常時は待機モードとしておき、第１エミッタグループ２Ａによって閾値光量Ｌｔ以上の光を検出したときだけ全体駆動モードで撮像するといった使用が可能である。待機モードにおいては、第１エミッタグループ２Ａのみに対して電界電子放出が可能となる大きさのゲート電圧Ｖｇ１およびアノード電圧Ｖａ１を印加し、第２エミッタグループ２Ｂに対しては、ゲート電圧Ｖｇ２およびアノード電圧Ｖａ２をグランド電圧程度とする。このため、従来の電界放出型デバイスの消費電力量に対して待機モードの消費電力量を複数のエミッタ２の個数と第１エミッタグループ２Ａに含まれるエミッタ２の個数との比程度に減少させることが可能である。したがって、電界放出型デバイスＡ１の省電力化を図ることができる。
【００２７】
第１エミッタグループ２Ａに正対する光電変換膜４Ａは、ＨＡＲＰ膜からなる。ＨＡＲＰ膜は、光電変換膜の中でもより微弱な光に対する感度が高い。このため、第１エミッタグループ２Ａに含まれるエミッタ２の個数を少なくしても、微弱な光を検出可能である。したがって、電界放出型デバイスＡ１の撮像領域における光量の変化を適切に検出することができる。これは、待機モードから全面駆動モードへの切り替えが適切に行われないことによる撮像漏れなどの不具合を回避するのに適している。また、光電変換膜４Ａに対して大きな面積を覆う光電変換膜４Ｂの感度を相対的に低くすることは、電界放出型デバイスＡ１の製造コストを低減するのに有利である。
【００２８】
なお、本実施形態とは異なり、光電変換膜４Ａ，４Ｂを同一の材質により形成してもよい。さらに、光電変換膜４ＢのみをＨＡＲＰ膜とすることにより、光電変換膜４Ｂが光電変換膜４Ａよりも感度が高い構成としてもよい。
【００２９】
図４は、本発明に係る電界放出型デバイスの第２実施形態を示している。なお、本図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本実施形態の電界放出型デバイスＡ２は、基板１Ｂに蛍光体膜５が形成されていることにより、薄型の表示装置として構成されている点が上述した第１実施形態と異なっている。
【００３０】
複数の蛍光体膜５は、アノード電極３上に形成されており、第２エミッタグループ２Ｂに正対している。蛍光体膜５には、たとえばＳｒＴｉＯ3：Ｐｒなどからなる赤色発光用、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）2Ｏ4：Ｍｎなどからなる緑色発光用、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅなどからなる青色発光用がある。また、本実施形態においては、第２エミッタグループ２Ｂの方が、第１エミッタグループ２Ａよりもエミッタ２の配列密度が高い。
【００３１】
電界放出型デバイスＡ２の駆動について、たとえば、電界放出型デバイスＡ２を博物館における展示物の説明ディスプレイに用いる場合を説明する。この駆動は、第１実施形態の電界放出型デバイスＡ１と同様に図３に示すチャートによってなされる。待機モードにおいては、第１エミッタグループ２Ａにより閾値光量Ｌｔ以上の光の検出を行う。たとえば、上記展示物の正面領域を照明により照らしておくと、この領域に入場者が現れると閾値光量Ｌｔ以上の光が検出される。この光を検出すると、図１に示す駆動手段６が全体駆動モードに切り替える。全体駆動モードでは、第２エミッタグループ２Ｂにより画像の表示がなされる。この画像表示を用いて上記展示物の説明を上記入場者に対して行う。
【００３２】
本実施形態によれば、周囲の光量変化に応じて間欠的に画像を表示するといった用途に電界放出型デバイスＡ２を用いることにより、消費電力量を低減することができる。また、第２エミッタグループ２Ｂが高密度に形成されていることにより、高精細な画像を表示するのに適している。さらに、電界放出型デバイスＡ２においては、基板１Ｂを光電変換膜４Ａと蛍光体膜５とによって覆うことにより、撮像部分と画像表示部分とを作り分けることが可能であり、基板１Ａ側はたとえば全体が撮像部分とされた電界放出型デバイスＡ１ときわめて類似した構造となっている。したがって、その製造工程が不当に煩雑となることを回避することができる。
【００３３】
なお、本実施形態とは異なり、第１エミッタグループ２Ａと第２エミッタグループ２Ｂとの配列密度が等しい構成としてもよい。さらに、第１エミッタグループ２Ａの方が第２エミッタグループ２Ｂよりも配列密度が高い構成としてもよい。このような構成によれば、電界放出型デバイスの周囲における光量変化がより小さい場合であっても、待機モードから全面駆動モードへの切り替えを適切に行うことができる。
【００３４】
本発明に係る電界放出型デバイスは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電界放出型デバイスの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３５】
エミッタ２の構造としては、鉄合金とカーボンナノチューブからなるものに限定されず、たとえばいわゆるエミッタコーンと呼ばれるものであってもよい。複数のエミッタ２により１つの画素が形成される構成としてもよい。上述したパッシブマトリクス方式の駆動を実現する手段としては、カソード電極２１をパターン形成することに限定されず、半導体材料からなる基板１Ａに配線部分を作り込むこと、またはゲート電極２３を配線構造とすることなどであってもよい。また、本発明の電界放出型デバイスの駆動方式としてはパッシブマトリクス方式に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る電界放出型デバイスの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図３】本発明に係る電界放出型デバイスの第１実施形態の駆動方法を示すチャートである。
【図４】本発明に係る電界放出型デバイスの第２実施形態を示す要部断面図である。
【図５】従来の電界放出型デバイスの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ１，Ａ２  電界放出型デバイス
１Ａ，１Ｂ  基板
２      エミッタ（電子放出源）
２Ａ    第１エミッタグループ（第１電子放出源グループ）
２Ｂ    第２エミッタグループ（第２電子放出源グループ）
３      アノード電極
４Ａ，４Ｂ  光電変換膜
５      蛍光体膜
６      駆動手段
２１    カソード電極
２２    絶縁体層
２３    ゲート電極
６１    制御回路
６２ａ，６２ｂ  走査回路
【図１】
2007172924.tif 000003
【図２】
2007172924.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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