(57)【要約】【課題】ハンダ付けにより真空セルの気密封止を製造歩留りよく実現する。【解決手段】カソード基板１０と、カソード基板１０上に配置された電子放出源部１４と、電子放出源部１４を取り囲みカソード基板１０上の外周部に配置された外部支持体２０と、カソード基板１０に対向して配置され、外径が外部支持体２０の外径と略等しいアノード基板１２と、アノード基板１２上に、電子放出源部１４に対向して配置される光電変換膜２２と、アノード基板１２と外部支持体２０の側面に配置されるハンダ４０とを備え、アノード基板１２と外部支持体２０の側面にハンダ付けを行うことにより、アノード基板１２とカソード基板１０間を真空に保持するＦＥＤセンサおよびその製造方法。【選択図】図１
2009277474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基板と、
前記カソード基板上に配置された電子放出源部と、
前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に配置された外部支持体と、
前記カソード基板に対向して配置され、外径が前記外部支持体の外径と略等しいアノード基板と、
前記アノード基板上に、前記電子放出源部に対向して配置される光電変換膜と、
前記アノード基板と前記外部支持体の側面に配置されるハンダと
を備え、前記アノード基板と前記外部支持体の側面にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空に保持することを特徴とするＦＥＤセンサ。
【請求項２】
前記外部支持体は、前記カソード基板上の外周部に配置されたガラスフリットを介して配置されたことを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項３】
前記ハンダは、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金、若しくはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項４】
前記ハンダ付けは、超音波ハンダゴテを用いることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項５】
前記光電変換膜に接続されるアノード電極を備え、
前記アノード基板と前記外部支持体との間に隙間を設け、前記ハンダを用いて、前記アノード電極を取り出すことを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項６】
前記ハンダは、前記アノード基板の側面上の少なくとも一点と、前記外部支持体の側面上の少なくとも一点との部分に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項７】
前記ハンダは、前記アノード基板の外周部の表面上および前記カソード基板の外周部の表面上にも延在して配置されることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項８】
前記アノード基板の側面と前記外部支持体の側面には、ハンダ密着層を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項９】
前記ハンダ密着層は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｕ／Ｎｉメッキのいずれかで形成されることを特徴とする請求項８に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項１０】
前記アノード基板側から照射された光によって前記光電変換膜中において発生される電子―正孔対の内、過剰正孔を前記電子放出源部から注入される電子によって再結合電流として検出することを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項１１】
前記外部支持体は、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項１２】
前記電子放出源部は、カーボンナノファイバ、グラファイトナノファイバ、スピント型、ＢＳＤ型、ＳＥＤ型、ＭＩＭ型のいずれかを備えることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項１３】
前記光電変換膜は、ａ−Ｓｅ，ａ−Ｓｉ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＳｅ，ＨｇＩ2，ＰｂＩ2，ＰｂＯ，ＴｌＢｒ，カルコゲナイド，カルコパイライトのいずれか１種であることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＤセンサ。
【請求項１４】
カソード基板と、
前記カソード基板上に配置された電子放出源部と、
前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に配置された外部支持体と、
前記カソード基板に対向し、前記外部支持体上に配置されるアノード基板と、
前記アノード基板上に、前記電子放出源部に対向して配置される光電変換膜と、
前記カソード基板を載置する外部カソード基板と、
前記カソード基板を取り囲み、前記外部カソード基板上の外周部に配置され、外径が前記外部カソード基板の外径と略等しい外枠支持体と、
前記外部カソード基板に対向し、前記外枠支持体上に配置され、外径が前記外部カソード基板の外径と略等しい外部アノード基板と、
前記外部アノード基板、前記外枠支持体および前記外部カソード基板の側面に配置されるハンダと
を備え、前記外部アノード基板、前記外枠支持体および前記外部カソード基板の側面の部分にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空に保持することを特徴とするＦＥＤセンサ。
【請求項１５】
カソード基板上に電子放出源部を形成する工程と、
前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に外部支持体を形成する工程と、
前記カソード基板に対向し、外径が前記外部支持体の外径と略等しいアノード基板を準備する工程と、
前記アノード基板上に前記電子放出源部に対向して光電変換膜を形成する工程と、
前記アノード基板と前記外部支持体の側面にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空封着する工程と
を有することを特徴とするＦＥＤセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部にガラスフリットを形成する工程を有し、前記外部支持体は、前記ガラスフリットを介して前記カソード基板上に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載のＦＥＤセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記ハンダは、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金、若しくはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金のいずれかであることを特徴とする請求項１５に記載のＦＥＤセンサの製造方法。
【請求項１８】
前記ハンダ付けは、超音波ハンダゴテを用いることを特徴とする請求項１５に記載のＦＥＤセンサの製造方法。
【請求項１９】
前記ハンダ付けは、前記アノード基板の側面上の少なくとも一点と、前記外部支持体の側面上の少なくとも一点との部分において行われることを特徴とする請求項１５に記載のＦＥＤセンサの製造方法。
【請求項２０】
前記ハンダ付けは、前記アノード基板の外周部の表面上および前記カソード基板の外周部の表面上にも延在して行われることを特徴とする請求項１５に記載のＦＥＤセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＥＤセンサおよびその製造方法に関し、特に、ハンダ付けにより真空セルの真空気密を製造歩留りよく実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィールドエミッションディスプレイ装置において、真空外囲器（真空セル）を作成する場合、下記の２つの方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
第１の方法は、ガラスフリットによる封着方法であり、対向する２枚の基板間の外周部にガラスフリットを塗布し、高温加熱することにより、ガラスフリットを融解させ、冷却し封着する方法である。耐熱性が高い材料に用いられる。
【０００４】
第２の方法は、インジウム（Ｉｎ）による封着方法であり、対向する２枚の基板間の外周部にＩｎを塗布し、高加圧することにより、Ｉｎを封着する方法である。耐熱性が低い材料に用いられる。
【０００５】
従来のフィールドエミッションデバイス（ＦＥＤ：Field Emission Device）をセンサに適用するＦＥＤセンサにおいて、ガラスフリット封着によるＦＥＤセンサは、例えば、カソード基板の外周部にガラスフリットをスクリーン印刷などで形成し、アノード基板とカソード基板を対向させて配置し、高温加熱することにより、ガラスフリットを融解させ、冷却しアノード基板とカソード基板間を真空封着することによって形成される。
【０００６】
ガラスフリットによる封止においては、真空セル全体に高温がかかるため、アノード基板上に配置される光電変換膜が熱により破壊される可能性がある。
【０００７】
従来のＦＥＤセンサにおいて、低融点金属封着によるＦＥＤセンサは、例えば、カソード基板の外周部に低融点金属層を塗布などで形成し、アノード基板とカソード基板を対向させて配置し、高加圧することにより、アノード基板とカソード基板間に低融点金属層を真空封着することによって形成される。
【０００８】
従来の低融点金属封着によるＦＥＤセンサの製造方法を、図１４を参照して説明する。
【０００９】
（ａ）まず、図１４に示すように、カソード基板１０上に電子放出源部１４を形成する。
【００１０】
（ｂ）次に、カソード基板１０の外周部において電子放出源部１４を取り囲むように外部支持体２０を形成する。
【００１１】
（ｃ）次に、外部支持体２０の上面に低融点金属層２１を形成する。
【００１２】
（ｄ）次に、低融点金属層２１の削り出しによって、低融点金属層２１の表面に清浄面を形成する。
【００１３】
（ｅ）次に、図１４に示すように、光電変換膜２２を表面に形成したアノード基板１２をカソード基板１０上に加圧する。
【００１４】
真空セルを作製するには、低融点金属層を用いることがリークなどの点から非常に有効であるが、小型の真空セルの作製技術を大型の真空セルに応用すると、次のような問題点がある。
【００１５】
加圧封着の場合は、例えば、固体Ｉｎなどの低融点金属層２１の表面の酸化膜を取る表面処理のために低融点金属層２１の削り出しによって清浄面を均一に出すことは、非常に困難である。また、大きな圧力が必要となり、ガラス割れの可能性が増大する。
【００１６】
溶解封着を行う場合は、従来のように外部支持体２０をカソード基板１０上にのみ付けた状態では、アラインメントに時間を要するため、低耐熱性の光電変換膜２２を使用することができない。また、ただ溶解しただけでは封着せず、加圧し低融点金属層２１を引き延ばし、広げる必要がある。しかしながら、低融点金属層２１を均一に引き延ばし、広げることが難しい。
【００１７】
例えば、低融点金属層２１の横への漏れで、アノード基板１２上に配置された光電変換膜２２に低融点金属層２１が接触してしまうこともある。また、加圧時に横方向へのずれが発生する可能性がある。
【００１８】
液体Ｉｎやハンダを使用する場合には、ハンダ密着層などが必要であり、このハンダ密着層がないと外部支持体２０をアノード基板１２およびカソード基板１０に付着することが難しい。また、加熱、加圧のみでは、液体Ｉｎやハンダを均一に、外部支持体２０とアノード基板１２およびカソード基板１０に付着することが難しい。
【００１９】
さらに、有機系接着剤を使用して、外部支持体２０をアノード基板１２およびカソード基板１０に付着する場合には、ガスの発生が多く、内部の真空度が悪くなり、また、アノード基板１２下面と外部支持体２０の上面の接着は難しい。
【特許文献１】特開平９−１７１７６８号公報（第１図および第３図、第８−１１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、アノード基板とカソード基板の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空セルの真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することにある。
【００２１】
本発明の目的は、真空セルの外囲器の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空セルの真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、カソード基板と、前記カソード基板上に配置された電子放出源部と、前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に配置された外部支持体と、前記カソード基板に対向して配置され、外径が前記外部支持体の外径と略等しいアノード基板と、前記アノード基板上に、前記電子放出源部に対向して配置される光電変換膜と、前記アノード基板と前記外部支持体の側面に配置されるハンダとを備え、前記アノード基板と前記外部支持体の側面にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空に保持することを特徴とするＦＥＤセンサが提供される。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、カソード基板と、前記カソード基板上に配置された電子放出源部と、前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に配置された外部支持体と、前記カソード基板に対向し、前記外部支持体上に配置されるアノード基板と、前記アノード基板上に、前記電子放出源部に対向して配置される光電変換膜と、前記カソード基板を載置する外部カソード基板と、前記カソード基板を取り囲み、前記外部カソード基板上の外周部に配置され、外径が前記外部カソード基板の外径と略等しい外枠支持体と、
前記外部カソード基板に対向し、前記外枠支持体上に配置され、外径が前記外部カソード基板の外径と略等しい外部アノード基板と、前記外部アノード基板、前記外枠支持体および前記外部カソード基板の側面に配置されるハンダとを備え、前記外部アノード基板、前記外枠支持体および前記外部カソード基板の側面にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空に保持するＦＥＤセンサが提供される。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、カソード基板上に電子放出源部を形成する工程と、前記電子放出源部を取り囲み前記カソード基板上の外周部に外部支持体を形成する工程と、前記カソード基板に対向し、外径が前記外部支持体の外径と略等しいアノード基板を準備する工程と、前記アノード基板上に前記電子放出源部に対向して光電変換膜を形成する工程と、
前記アノード基板と前記外部支持体の側面にハンダ付けを行うことにより、前記アノード基板と前記カソード基板間を真空封着する工程とを有するＦＥＤセンサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、アノード基板とカソード基板の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することができる。
【００２６】
本発明によれば、真空セルの外囲器の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空セルの真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２８】
以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２９】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの模式的断面構造は、図１に示すように、カソード基板１０と、カソード基板１０上に配置された電子放出源部１４と、電子放出源部１４を取り囲みカソード基板１０上の外周部に配置された外部支持体２０と、カソード基板１０に対向して配置され、外径が外部支持体２０の外径と略等しいアノード基板１２と、アノード基板１２上に、電子放出源部１４に対向して配置される光電変換膜２２と、アノード基板１２と外部支持体２０の側面に配置されるハンダ４０とを備える。
【００３０】
アノード基板１２と外部支持体２０の側面の部分にハンダ付けを行うことにより、アノード基板１２とカソード基板１０間を真空に保持する。結果として、カソード基板１０とアノード基板１２間には内部真空領域２４が形成された真空セルが形成されている。内部真空領域２４の真空度は、例えば、約１×１０-4Ｔｏｒｒ程度である。
【００３１】
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサは、カソード基板１０、アノード基板１２および外部支持体２０が、いずれもガラスで形成される場合に、有効な構成を提供する。
【００３２】
外部支持体２０は、後述する図４〜６に示すように、カソード基板１０上の外周部に配置されたガラスフリット２３を介して配置されていてもよい。
【００３３】
ハンダ４０としては、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金、若しくはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金などを適用することによって、ガラス上に直接ハンダ付けをすることができ、ハンダ密着層を省くことができる。この場合、ハンダ付けの温度は、例えば、約１６０℃〜１７０℃程度であり、約１５５℃が望ましい。
【００３４】
ハンダ付けは、超音波ハンダゴテを用いると有効である。
【００３５】
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサは、アノード基板１２側から照射された光（ｈν）によって光電変換膜２２中において発生される電子―正孔対の内、過剰正孔を電子放出源部１４から注入される電子によって再結合電流として検出する動作を行っている。
【００３６】
外部支持体２０は、基本的には、カソード基板１０と同じ材料であり、ガラス基板の場合には、ガラスを適用している。なおステンレス、Ｃｕ−Ｎｉ合金などによっても形成可能である。
【００３７】
電子放出源部１４は、例えば、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ：Carbon Nano Fiber）、グラファイトナノファイバ(ＧＮＦ：Graphite Nano Fiber)のいずれかを備えていてもよい。具体的には、後述する図３に示すように、電子放出源部１４は、複数のストライプ状に形成されたカソード電極５と、複数のストライプ状に形成されたゲート電極６の交差部に形成された複数の開口部（ホール１１）内に配置されたＣＮＦ電子源或いはＧＮＦ電子源によって形成される。その他の電子放出源部１４の構成としては、スピント（Spint）型電子源、ＢＳＤ（Ballistic electron Surface-emitting Device）型電子源、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）型電子源、ＳＣＥ（Surface Conduction Emitter）型電子源、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型電子源を適用することができる。
【００３８】
また、光電変換膜２２としては、例えば、ａ−Ｓｅ，ａ−Ｓｉ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＳｅ，ＨｇＩ2，ＰｂＩ2，ＰｂＯ，ＴｌＢｒ，カルコゲナイド、カルコパイライトのいずれかを適用することができる。
【００３９】
光電変換膜２２としては、例えば、カルコパイライト構造をもつ化合物半導体薄膜として、ＣＩＧＳ薄膜（Ｃｕ（ＩｎX,Ｇａ1-X）Ｓｅ2(０≦X≦１)）を用いることもできる。また、ＣＩＧＳ薄膜としては、Ｃｕ（ＩｎX,Ｇａ1-X）(ＳｅY, Ｓ1-Y) (０≦X≦１,０≦Y≦１)という組成のものも知られており、このような組成をもつＣＩＧＳ薄膜も利用可能である。
【００４０】
カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜としては、この他、ＣｕＡｌＳ2,ＣｕＡｌＳｅ2,ＣｕＡｌＴｅ2,ＣｕＧａＳ2,ＣｕＧａＳｅ2, ＣｕＧａＴｅ2, ＣｕＩｎＳ2, ＣｕＩｎＳｅ2, ＣｕＩｎＴｅ2, ＡｇＡｌＳ2, ＡｇＡｌＳｅ2, ＡｇＡｌＴｅ2, ＡｇＧａＳ2, ＡｇＧａＳｅ2, ＡｇＧａＴｅ2, ＡｇＩｎＳ2, ＡｇＩｎＳｅ2, ＡｇＩｎＴｅ2なども適用可能である。
【００４１】
カソード基板１０およびアノード基板１２は、例えば、ガラス基板によって構成される。他に、石英、シリコン（Ｓｉ）ウェハなどを適用することもできる。また、アノード基板１２は、ＦＥＤセンサによって検出する光・電磁波の波長を十分透過可能な材質の材料基板によって形成される。
【００４２】
なお、図１においては図示を省略しているが、電子放出源部１４と光電変換膜２２の間には、電子放出源部１４から放出される電子を制御するメッシュグリッドと、メッシュグリッドをカソード基板１０およびアノード基板１２間において支持するためのメッシュ支持体が配置されている。第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサにおいては、大型ＦＥＤセンサにおいて、真空セル内にメッシュグリッドとそのメッシュ支持体を設置し、メッシュ支持体をアノード基板１２とカソード基板１０に接触する高さとして、スペーサ兼メッシュ固定部材として使用することもできる。
【００４３】
メッシュ支持体は、例えば、メッシュ上部支持体とメッシュ下部支持体から構成され、メッシュグリッドを周辺部において挟む構成を有する。メッシュ支持体は、例えば、ステンレス、Ｃｕ−Ｎｉ合金などによって形成可能である。通常、大型化されたＦＥＤセンサにおいては、大気圧によって、アノード基板１２およびカソード基板１０は内側に撓む構造となり易い。ステンレス、Ｃｕ−Ｎｉ合金などによって形成されたメッシュ支持体は、大気圧によって、内側に撓む構造となり易いアノード基板１２およびカソード基板１０をフラットに保持する上で、有効な材料となる。
【００４４】
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの動作原理は、図２を用いて説明することができる。図１においては図示を省略しているが、光電変換膜２２にはアノード電極１が接続され、アノード電極１には、アノード引き出し電極３が接続されている。アノード引き出し電極３には、アノード端子Ａ（＋）が接続される。電子放出源部１４のカソード電極（図示省略）には、カソード端子Ｋ（−）が接続される。メッシュグリッド１６にはグリッド端子Ｇ（＋）が接続される。カソード基板１０とアノード基板１２間において、メッシュ支持体によって囲まれる内部真空領域２４と、メッシュ支持体と外部支持体２０によって囲まれる領域とは、真空度は同程度であり、例えば、１０-4Ｔｏｒｒ程度の値を有する真空度を有するように、メッシュ支持体の一部分において開口部を備えていてもよい。
【００４５】
メッシュグリッド１６は、電子放出源部１４から光電変換膜２２に向けて放出される電子電流を制御するためにメッシュ構造を備える。メッシュグリッド１６は、例えば、Ｎｉ，Ｃｕ−Ｎｉなどで形成可能である。
【００４６】
（ＣＮＦ電子源）
図３は、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの電子放出源部１４の詳細な模式的断面構造図であり、ＣＮＦ電子源の例を示す。
【００４７】
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの電子放出源部１４は、図３に示すように、カソード基板１０上に配置されたカソード電極５と、カソード電極５上に配置された絶縁膜７と、絶縁膜７上に配置されたゲート電極６と、絶縁膜７中にカソード電極５表面まで形成されたホール１１の底面に形成された触媒微結晶核８と、触媒微結晶核８上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nano Tube）２とを備える。なお、ＣＮＴ２の代わりに、前述の通り、ＧＮＦを形成することもできる。また、ＧＮＦの構造としては単層構造に限ることはなく、多層構造のものも適用可能である。
【００４８】
アノード電極１とカソード電極５間には、アノード電極１を正電位、カソード電極５を負電位とするアノード電源が印加され、アノード電極１とカソード電極５間には電子の加速電圧が与えられている。また、ゲート電極６とカソード電極５間には、ゲート電極６を正電位、カソード電極５を負電位とするゲート電源Ｖgが印加され、ゲート電極６とカソード電極５間には、ＣＮＴ２からの電子の引出し電圧が与えられている。ゲート電極６とカソード電極５間に印加されたゲート電源ＶgによってＣＮＴ２から引き出された（出射された）電子は、アノード電極１とカソード電極５間の加速電圧によって、アノード電極１側の光電変換膜２２に到達する。
【００４９】
ここで、図２に示すように、アノード端子Ａ（＋）とカソード端子Ｋ（−）間に、数ｋＶ〜数１０ｋＶの高電圧が印加された状態で、アノード基板１２を透過して光・電磁波（ｈν）が光電変換膜２２に照射されると、光電変換膜２２中において電子―正孔対が発生される。この電子―正孔対の内、過剰正孔を電子放出源部１４から注入される電子によって再結合電流として検出することができる。この再結合電流は、アノード端子Ａ（＋）を通して外部において検出可能である。特に、アノード端子Ａ（＋）とカソード端子Ｋ（−）間に印加する数ｋＶ〜数１０ｋＶの高電圧によって、電子放出源部１４から放出される電子は加速され、高速度で光電変換膜２２中に注入されるため、光応答特性は極めて高速動作が可能となる。
【００５０】
（製造方法）
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法は、図４に示すように、カソード基板１０上に電子放出源部１４を形成する工程と、電子放出源部１４を取り囲み前記カソード基板１０上の外周部に外部支持体２０を形成する工程と、カソード基板１０に対向し、外径が外部支持体２０の外径と略等しいアノード基板１２を準備する工程と、アノード基板１２上に電子放出源部１４に対向して光電変換膜２２を形成する工程と、アノード基板１２と外部支持体２０の側面にハンダ付けを行うことにより、アノード基板１２とカソード基板１０間を真空封着する工程とを有する。
【００５１】
以下、図４を参照して、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法を詳細に説明する。
【００５２】
（ａ）まず、図４に示すように、カソード基板１０上に電子放出源部１４を形成する。電子放出源部１４としては、例えばＧＮＦを熱化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により形成する。具体的には、ＧＮＦの核となる触媒、例えば鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）などの触媒微結晶核を表面に配置したガラス、石英、シリコン（Ｓｉ）ウェハなどのカソード基板１０を準備し、このカソード基板１０をサセプタ上に配置する。次いで、ＧＮＦの原料ガスを導入する。原料ガスとしては、例えば一酸化炭素／水素（ＣＯ／Ｈ2）混合ガスが採用可能であるが、他にも、二酸化炭素（ＣＯ2）ガス、メタン（ＣＨ4）ガスなどの炭素（Ｃ）を供給可能なガスが採用可能である。その後、加熱源によってサセプタが加熱される。温度は、例えば約５００℃〜６００℃の範囲であり、例えば約５０℃／分で温度上昇させるように、例えば赤外線ランプによる加熱源の出力を急激に上げ、触媒微結晶核でのＧＮＦ析出を促す。上記条件によって、ＧＮＦ成長が早くなるため、ＧＮＦは、直線状に成長し易くなる。
【００５３】
（ｂ）次に、カソード基板１０の外周部上にガラスフリット２３を形成する。ガラスフリット２３は、例えばスクリーン印刷によって形成することができる。ガラスフリット２３焼成条件は、例えば大気中において約４５０℃程度、真空中における仮焼成温度は、約５３０℃程度である。
【００５４】
（ｃ）次に、ガラスフリット２３上に外部支持体２０を形成する。外部支持体２０の配置後、ガラスフリット２３の本焼成を真空中において、約５２０℃程度において行う。
【００５５】
（ｄ）次に、カソード基板１０に対向し、外径が外部支持体２０の外径と略等しいアノード基板１２を準備する。
【００５６】
（ｅ）次に、アノード基板１２上に電子放出源部１４に対向して光電変換膜２２を形成する。光電変換膜２２としては、例えばａ−Ｓｅ，ａ−Ｓｉ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＳｅ，ＨｇＩ2，ＰｂＩ2，ＰｂＯ，ＴｌＢｒ，カルコゲナイド、カルコパイライトなどを適用することができる。
【００５７】
（ｆ）次に、外径が外部支持体２０の外径と略等しいアノード基板１２を外部支持体２０上に配置し、アノード基板１２と外部支持体２０の側面にハンダ付けを行う。ハンダ付けは、ハンダゴテ４２によって、ハンダ４０をアノード基板１２と外部支持体２０の側面に形成することによって行う。ハンダ４０としては、前述の通り、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金、若しくはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金などを適用することによって、ガラス上に直接ハンダ付けをすることができ、この場合、ハンダ付けの温度は、例えば、約１６０℃〜１７０℃程度である。Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金、若しくはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｓｂ合金などを用いる場合のハンダ付けは、超音波ハンダゴテを用いると有効である。
【００５８】
（ｇ）次に、図４に示すように、カソード基板１０側から、真空引きを行い、チップ管封止を実施して、アノード基板１２とカソード基板１０間を真空封着する。結果として、カソード基板１０とアノード基板１２間には内部真空領域２４が形成された真空セルが形成される。内部真空領域２４の真空度は、例えば、約１×１０-4Ｔｏｒｒ程度である。なお、内部真空領域２４内には、ゲッター金属を配置してもよい。
【００５９】
また、例えば、光電変換膜２２として、耐熱性の低いａ−Ｓｅを利用する場合には、光電変換膜２２の温度を６０℃以下とする必要があるため、光電変換膜２２を形成したアノード基板１２の裏面側に、光電変換膜２２を冷却するペルチェ素子を形成して、光電変換膜２２を冷却する工程を組み合わせてもよい。
【００６０】
第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法によれば、アノード基板１２とカソード基板１０の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダ４０をつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００６１】
（変形例１）
第１の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの構成は、図５に示すように、ハンダ４０は、アノード基板１２の側面上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上の少なくとも一点Ｂとの部分に配置される点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。
【００６２】
第１の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの製造方法も第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００６３】
第１の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の側面上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上の少なくとも一点Ｂとの部分において行われるので、簡単に、ハンダ４０をつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００６４】
（変形例２）
第１の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの構成は、図６に示すように、ハンダ４０は、アノード基板１２の外周部の表面上およびカソード基板１０の外周部の表面上にも延在して配置される点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。
【００６５】
第１の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの製造方法も第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００６６】
第１の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の外周部の表面上およびカソード基板１０の外周部の表面上にも延在して行われるので、簡単かつ信頼性よくハンダ４０をつけることができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００６７】
本発明の第１の実施の形態によれば、アノード基板とカソード基板の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することができる。
【００６８】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係るＦＥＤセンサの構成は、図７に示すように、アノード基板１２と外部支持体２０との間に隙間を設け、ハンダ４０を用いて、光電変換膜２２に接続されるアノード電極１と接続させて、ハンダ４０をアノード電極１の引き出し電極とした点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。毛細管現象により、隙間にハンダ４０を染み込ませることで、上記構成を実現することもできる。ハンダ４０の電位は、アノード電極１の電位に等しい。
【００６９】
第２の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法も第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００７０】
第２実施の形態に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の側面上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上の少なくとも一点Ｂとの部分において行われるので、簡単に、ハンダ４０をつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００７１】
第２実施の形態に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ４０をアノード電極１の引き出し電極としても活用するため、アノード引き出し電極３を形成する工程を省くことができ、構成も簡単化することができる。
【００７２】
[第３の実施の形態]
第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの構成は、図８に示すように、アノード基板１２の側面と外部支持体２０の側面に、ハンダ密着層２５を備える点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。
【００７３】
ハンダ密着層２５としては、例えば、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｕ／Ｎｉメッキなどを適用することができる。
【００７４】
ここで、ハンダ４０として、例えば、ＢｉＳｎ、ＩｎＳｎ、ＢｉＩｎＳｎなどで形成される低融点金属を適用することもできる。ハンダ４０として、このような低融点金属を適用する場合には、アノード基板１２および外部支持体２０の側壁部分にハンダ密着層２５を形成する必要がある。ＢｉＳｎ、ＩｎＳｎ、ＢｉＩｎＳｎの融点は、例えば、それぞれ、約１３８℃、１１７℃、７９℃程度である。
【００７５】
第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法も、ハンダ密着層２５の形成工程が加わる点が異なるのみであり、第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００７６】
第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の側面上および外部支持体２０の側面上に配置されたハンダ密着層２５を介して行われるので、付着力が増し、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００７７】
なお、上記の第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサにおいては、アノード基板１２の側面上および外部支持体２０の側面上に配置されるハンダ密着層２５の代わりに、これらの側面に、鏡面削り加工層を形成しても同様の密着性を得ることができる。
【００７８】
（変形例１）
第３の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの構成は、図９に示すように、ハンダ４０は、アノード基板１２の側面上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上の少なくとも一点Ｂとの部分に配置される点が異なるのみであり、その他の構成は、第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。
【００７９】
第３の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの製造方法も第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００８０】
第３の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の側面上に配置されたハンダ密着層２５ａ上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上に配置されたハンダ密着層２５ｂ上の少なくとも一点Ｂとの部分において行われるので、簡単に、ハンダ４０をつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００８１】
（変形例２）
第３の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの構成は、図１０に示すように、ハンダ４０は、アノード基板１２の外周部の表面上およびカソード基板１０の外周部の表面上にも延在して配置される点が異なるのみであり、その他の構成は、第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。
【００８２】
第３の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの製造方法も第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００８３】
第３の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の外周部の表面上およびカソード基板１０の外周部の表面上にも延在して行われるので、簡単かつ信頼性よくハンダ４０をつけることができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００８４】
（変形例３）
第３の実施の形態の変形例３に係るＦＥＤセンサの構成は、図１１に示すように、アノード基板１２と外部支持体２０との間に隙間を設け、ハンダ４０を用いて、光電変換膜２２に接続されるアノード電極１と接続させて、ハンダ４０をアノード電極１の引き出し電極とした点が異なるのみであり、その他の構成は、第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサと同様である。毛細管現象により、隙間にハンダ４０を染み込ませることで、上記構成を実現している。
【００８５】
第３の実施の形態の変形例３に係るＦＥＤセンサの製造方法も第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法と同様である。
【００８６】
第３実施の形態の変形例３に係るＦＥＤセンサおよびそのの製造方法によれば、ハンダ付けは、アノード基板１２の側面上に配置されたハンダ密着層２５ａ上の少なくとも一点Ａと、外部支持体２０の側面上に配置されたハンダ密着層２５ｂ上の少なくとも一点Ｂとの部分において行われるので、簡単に、ハンダ４０をつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００８７】
第３実施の形態の変形例３に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ４０をアノード電極１の引き出し電極としても活用するため、アノード引き出し電極３を形成する工程を省くことができ、構成も簡単化することができる。
【００８８】
[第４の実施の形態]
第４の実施の形態に係るＦＥＤセンサの模式的断面構造は、図１２に示すように、カソード基板１０と、カソード基板１０上に配置された電子放出源部１４と、電子放出源部１４を取り囲みカソード基板１０上の外周部に配置された外部支持体２０と、カソード基板１０に対向し、外部支持体２０上に配置されるアノード基板１２と、アノード基板１２上に、電子放出源部１４に対向して配置される光電変換膜２２と、カソード基板１０を載置する外部カソード基板３０と、カソード基板１０を取り囲み、外部カソード基板３０上の外周部に配置され、外径が外部カソード基板３０の外径と略等しい外枠支持体２８と、外部カソード基板３０に対向し、外枠支持体２８上に配置され、外径が外部カソード基板３０の外径と略等しい外部アノード基板３２と、外部アノード基板３２、外枠支持体２８および外部カソード基板３０の側面に配置されるハンダ４０とを備える。
【００８９】
外部アノード基板３２、外枠支持体２８および外部カソード基板３０の側面の部分にハンダ付けを行うことにより、アノード基板１２とカソード基板１０間を真空に保持する。結果として、外部アノード基板３２、外枠支持体２８および外部カソード基板３０により囲まれた外部真空領域３４内に、カソード基板１０とアノード基板１２間の内部真空領域２４が形成され真空セルが形成される。外部真空領域３４と内部真空領域２４の真空度は略同等であり、例えば、約１×１０-4Ｔｏｒｒ程度である。
【００９０】
第４の実施の形態に係るＦＥＤセンサは、アノード基板１２や外部支持体２０にガラスが使用できない場合に、真空セルを形成する上で、有効である。
【００９１】
第４の実施の形態に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、外部アノード基板３２の側面上、外枠支持体２８の側面上および外部カソード基板３０の側面上において行われるので、簡単に、密着層なしに広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００９２】
（変形例）
第４の実施の形態の変形例に係るＦＥＤセンサの構成は、図１３に示すように、ハンダ４０を外部アノード基板３２の外周の表面上および外部カソード基板３０の外周部の表面上まで延在させて形成している点のみが異なり、その他の構成は、第４の実施の形態と同様である。
【００９３】
第４の実施の形態の変形例に係るＦＥＤセンサおよびその製造方法によれば、ハンダ付けは、外部アノード基板３２の外周部の表面上および外部カソード基板３０の外周部の表面上にも延在して行われるので、簡単かつ信頼性よくハンダ４０をつけることができ、製造歩留りよく真空気密を実現することができる。
【００９４】
本発明の第１〜第３の実施の形態によれば、アノード基板および外部支持体の側面にハンダゴテをあてるだけなので、アノード基板上に配置される光電変換膜に高温はかからない。ガラスに圧力をかける必要がない。また、ハンダ封止ができるので、ガス放出による内部真空度の悪化は起こらない。
【００９５】
本発明の第１〜第３の実施の形態によれば、アノード基板および外部支持体の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、ハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することができる。
【００９６】
本発明の第４の実施の形態によれば、真空セルの外囲器の側面にハンダ付けを行うことで、簡単に、広い面に均一にハンダをつけることができ、温度上昇を防ぐことができ、製造歩留りよく真空セルの真空気密を実現するＦＥＤセンサおよびその製造方法を提供することができる。
【００９７】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第４の実施の形態、およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００９８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のＦＥＤセンサは、真空管、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Display）、フィールドエミッションセンサ（ＦＥＳ：：Field Emission Sensor）、２インチ以上の大型のセンサ、Ｘ線センサ、赤外線センサなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの模式的断面構造図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの動作原理を説明するための模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの電子放出源部の詳細な模式的断面構造図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の変形例１に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の変形例２に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例３に係るＦＥＤセンサの製造方法の説明図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るＦＥＤセンサの模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の変形例に係るＦＥＤセンサの模式的断面構造図。
【図１４】従来の低融点金属封着によるＦＥＤセンサの模式的断面構造図。
【符号の説明】
【０１０１】
１…アノード電極
２…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
３…アノード引き出し電極
５…カソード電極
６…ゲート電極
７…絶縁膜
８…触媒微結晶核
９…ゲート電源Ｖg
１０…カソード基板
１１…ホール
１２…アノード基板
１４…電子放出源部
１６…メッシュグリッド
２０…外部支持体
２１…低融点金属層
２３…ガラスフリット
２２…光電変換膜
２４…内部真空領域
２５，２５ａ，２５ｂ…ハンダ密着層
２８…外枠支持体
３０…外部カソード基板
３２…外部アノード基板
３４…外部真空領域
４０…ハンダ
４２…ハンダゴテ
【図１】
2009277474.tif 000003
【図２】
2009277474.tif 000004
【図３】
2009277474.tif 000005
【図４】
2009277474.tif 000006
【図５】
2009277474.tif 000007
【図６】
2009277474.tif 000008
【図７】
2009277474.tif 000009
【図８】
2009277474.tif 000010
【図９】
2009277474.tif 000011
【図１０】
2009277474.tif 000012
【図１１】
2009277474.tif 000013
【図１２】
2009277474.tif 000014
【図１３】
2009277474.tif 000015
【図１４】
2009277474.tif 000016