(57)【要約】【課題】精巧な傾き検出、測定装置を用いることなく、グリッド電極の傾き検出および調整することでアライメントできる電界放出型電子源装置を提供する。【解決手段】電子源アレイが形成された半導体基板と、前記電子源アレイの上部に前記前記電子源アレイに対応するように配置された貫通孔アレイが形成されたグリッド電極と、前記貫通孔アレイの周囲に前記グリッド電極を貫通する表面と内壁との光反射率が異なる傾き検出用貫通孔とを備え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】
電子源アレイが形成された半導体基板と、
前記電子源アレイの上部に前記電子源アレイに対応するように配置された貫通孔アレイが形成されたグリッド電極と、
前記貫通孔アレイの周囲に前記グリッド電極を貫通する表面と内壁との光反射率が異なる傾き検出用貫通孔とを備えた電界放出型電子源装置。
【請求項２】
前記傾き検出用貫通孔の軸は、前記グリッド電極の貫通孔アレイの貫通孔の軸と平行である請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項３】
前記傾き検出用貫通孔の内壁面の材質が、アルミニウム、銀のいずれかである請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項４】
前記グリッド電極の上表面の材質が、酸化クロムである請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項５】
前記グリッド電極の上表面の材質が、低反射シリコン膜である請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項６】
前記傾き検出用貫通孔の断面形状は長方形であり、前記長方形の長辺が前記貫通孔アレイと平行するように形成された請求項１に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項７】
前記傾き検出用貫通孔は第１の傾き検出用貫通孔と第２の傾き検出用貫通孔とからなり、前記第１の傾き検出用貫通孔と前記第２の傾き検出用貫通孔とが直交する位置に配置されている請求項６に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項８】
前記傾き検出用貫通孔の平行な２辺の内壁面の光反射率が互いに異なる請求項６に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項９】
前記傾き検出用貫通孔の平行な２辺の内壁面の一方の材質が金である請求項６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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電界放出型電子源を用いた電界放出型電子源装置の一例を図９に示す。従来の電界放出型電子源装置は、光透過性のガラス部材からなる前面パネル１と、背面パネル２と、側面外囲器３とで構成された真空容器を備える。側面外囲器３と背面パネル２は、例えば高温焼成用のフリットガラス真空封着材４により固着される。一方、側面外囲器３と前面パネル１は、例えば低温封着用にインジウム（Ｉｎ）などの真空封着材５により封着され、真空容器内は真空状態に保たれている。背面パネル２の下部には、余分なガスを吸着することにより内部を高真空状態に保持するためのゲッターポンプ２９が設置されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
背面パネル２の内面上には、電子源アレイ７が設置されている。側面外囲器３の内壁にはグリッド電極１０が設置固定されている。前面パネル１のグリッド電極１０に対向する内面上には、光透過性の陽極電極１１とターゲット１２が形成されている。ターゲット１２は、前面パネル１の上面から入射した光に応じた電荷を蓄積する光電変換膜である。光電変換膜中で発生、蓄積された信号電荷は、ターゲット１２の空間分布として時系列的電気信号として外部に取り出される。
【０００４】
グリッド電極１０は、複数の貫通孔を有する貫通孔アレイ１４が形成され、貫通孔アレイ１４は、電子源アレイ７から放出された電子ビームの通過行路となる。グリッド電極１０は、ターゲット１２から放出されるガスによる正イオンや余剰電子による電子源アレイ７の損傷を防護し、電子源アレイの動作安定、低雑音を実現するものである。
【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】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、グリッド電極と電子源アレイとのアライメント（位置合わせ）は、ＸＹ方向のみで行っていた。ところが、グリッド電極の厚みがグリッド電極の貫通孔の口径よりも大きくなると、グリッド電極の電子源アレイに対する傾きを考慮してアライメントしなければならない。しかし、傾きを検出する手段がないため、グリッド電極と電子源アレイとの間に傾き誤差が生じるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、グリッド電極の傾きを検出でき、正確にアライメントすることの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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、電子源アレイが形成された半導体基板と、前記電子源アレイの上部に前記電子源アレイに対応するように配置された貫通孔アレイが形成されたグリッド電極と、前記貫通孔アレイの周囲に前記グリッド電極を貫通する表面と内壁との光反射率が異なる傾き検出用貫通孔とを備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電界放出型電子源装置によれば、精巧な傾き検出、測定装置を用いることなく、グリッド電極の傾き検出および調整することで、グリッド電極と電子源アレイとの傾き方向のアライメントを高精度に行うことができる。これにより、厚みの大きなグリッド電極においてもグリッド電極と電子源アレイとの高精度な位置合わせが可能となり、電界放出型電子源装置のターゲット上での電子ビームの広がりを縮小し、より高解像度の画像表示装置あるいは撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電界放出型電子源装置の断面図を示す。図１において、電界放出型電子源装置は、光透過性のガラス部材からなる前面パネル１と、背面パネル２と、側面外囲器３とで構成された真空容器を備える。側面外囲器３と背面パネル２は、例えば高温焼成用のフリットガラス真空封着材４により固着される。一方、側面外囲器３と前面パネル１は、例えば低温封着用にインジウム（Ｉｎ）などの真空封着材５およびそれを保持する金属枠６により封着され、真空容器を構成している。
【００１１】
背面パネル２の内面上には、電子源アレイ７が形成された半導体基板８が設置される。半導体基板８上には、スペーサ部９を備えるグリッド電極１０が設置固定される。前面パネル１の電子源アレイ７に対向する内面には、光透過性の陽極電極１１とターゲット１２が形成される。また、前面パネル１、背面パネル２、側面外囲器３で構成される真空容器内部には余分なガスを吸着するゲッターポンプが設置され（図示せず）、余分なガスを吸着することにより内部を高真空状態に保持している。半導体基板８の電子源アレイ７は、それぞれが独立して駆動される電子源セル１３が縦横のマトリクス状に配置されたものである。
【００１２】
グリッド電極１０には、電子ビームを通過させるための複数の貫通孔を有する貫通孔アレイ１４が配置され、貫通孔アレイ１４は、グリッド電極１０の厚さ方向に電子源アレイ７からの電子ビームが通過するための行路を備え、その長さは、開口の径より十分に大きい。貫通孔アレイ１４は、半導体基板８の電子源アレイ７の電子源セル１３に対応するように、同じ配列ピッチで構成する。また、グリッド電極１０の貫通孔アレイ１４の外周部に傾き検出用貫通孔１５を配置する。
【００１３】
図２は、グリッド電極１０の斜視図を示す。傾き検出用貫通孔１５の断面形状は円形とし、傾き検出用貫通孔１５の軸は、電子ビームを通過させるための貫通孔アレイ１４の軸と平行に形成する。また、傾き検出用貫通孔１５の内壁面は、グリッド電極１０上面部とは光反射率の異なる材質の膜が形成する。本実施例では、グリッド電極１０上表面には酸化クロムを、傾き検出用貫通孔１５の内壁面にはアルミニウムを蒸着形成した。
【００１４】
次に、グリッド電極の製作方法について説明する。グリッド電極は、シリコン（Ｓｉ）からなり、電子ビームを通過させる貫通孔は、ＬＳＩなどの半導体デバイス製造で使用される微細加工技術を用いて製作する。加工基板上にホトリソグラフィを用いて微細なレジストパターンを製作し、その後エッチング法により形状加工を行う。この方法により、貫通孔は、サブミクロンの加工精度で製作できる。また、ＭＥＭＳなどの製造に用いられるディープエッチング法を用いることにより貫通孔の開口の径の数倍から十数倍の高いアスペクト比で深堀加工することができる。グリッド電極の貫通孔と傾き検出用貫通孔はともに、上記の製作方法を用いることにより、それぞれの貫通孔の軸の平行度についてもサブミクロンの加工精度で製作できる。
【００１５】
本実施の形態１で用いた主要な構成要素の代表的な寸法等は、以下に示す通りとする。電子源アレイは、１インチ型の撮像デバイスに対応するものであって、その解像度はＶＧＡ仕様（水平方向６４０ドットｘ垂直方向４８０ドット）のものを用いた。ひとつの画素に相当する電子源セルの大きさは、縦横いずれも約２０μｍ角となり、その配列ピッチは２０μｍである。電子源アレイの電子源セル領域の外形サイズは、横方向１２．８ｍｍ、縦方向９．６ｍｍである。グリッド電極の電子ビームを通過させる貫通孔の大きさは、１６μｍの略四角形状をしており、その配列ピッチは２０μｍ、貫通孔の長さは１００μｍとなる。貫通孔の配列数は、電子源アレイの電子源セルと同じ、水平方向６４０、垂直方向４８０である。貫通孔の領域の外形サイズは、横方向１２．８ｍｍ、縦方向９．６ｍｍである。傾き検出用貫通孔の断面形状は開口径が４０μｍの円形であり、長さは２００μｍである。
【００１６】
図３は、グリッド電極の傾き検出の模式図を示す。（ａ）は傾いた状態、（ｂ）が傾きのない状態である。グリッド電極１０の傾き検出用貫通孔１５（断面図で表示。）の上方には、傾き検出用貫通孔１５近傍を照明する光源１６とグリッド電極からの反射光を受光する受光素子１７が設置される。光源16と受光素子１７は、鏡筒１９で接続され、接続部には、光源１６からの光を下方へ反射し、被照明物からの反射光の一部を受光素子１７へ導光するハーフミラー２０が配置される。受光素子１７の前面には特定の波長域の光が透過する光学フィルター１８が設置される。光源１６は、青色波長域に強い分光分布を示す青色蛍光ランプを用いた。光学フィルター１８は、約３５０ｎｍから約５００ｎｍの青色波長域を透過するバンドパス型のダイクロイックフィルターを用いた。
【００１７】
図３（ａ）において、光源１６からの光は、グリッド電極１０の上表面および傾き検出用貫通孔１５の内壁面で拡散反射し、その一部は受光素子１７で受光される。グリッド電極１０の上表面に形成された酸化クロムは、光学機器で用いられるクロム遮光膜として機能し、青色波長域において１%以下の低い反射率を有するため、グリッド電極１０の上表面での拡散反射光は、青色波長域が極端に弱められる。傾き検出用貫通孔１５の内壁面に形成されたアルミニウムの反射率は、可視光全域にわたって９０％以上であるので傾き検出用貫通孔１５の内壁面の拡散反射光は、光源とほぼ同じ波長域を有している。そのため、グリッド電極１０の上表面および傾き検出用貫通孔１５の内壁面では、青色波長域での反射率が大きく異なるため、受光素子１７で受光される光は、傾き検出用貫通孔１５の内壁面での拡散反射光が支配的となる。
【００１８】
図３（ｂ）において、グリッド電極１０の傾きがない場合、光源１６からの光は、グリッド電極１０の上表面での拡散反射光のみとなり、傾き検出用貫通孔１５の内壁面で拡散反射光は含まれない。そのため、受光素子１７で受光する光は、グリッド電極１０の上表面で弱められた極わずかな反射光となる。
【００１９】
図４は、受光素子１７で受光した反射光量とグリッド電極の傾きの関係を示す図である。グリッド電極１０が傾いている場合、傾き検出用貫通孔１５の内壁面で拡散反射光が強く検出されるが、グリッド電極１０が傾いていない場合、傾き検出用貫通孔１５の内壁面で拡散反射光が受光されないため反射光量は弱くなる。この反射光量の変化からグリッド電極の傾き検出することが可能となり、反射光量が最小となる点を傾きがない状態と認知することができる。
【００２０】
以上のように、実施の形態１においては、グリッド電極に傾き検出用貫通孔を設け、グリッド電極の上表面と傾き検出用貫通孔の内壁面を反射率の異なる材質で形成することにより、グリッド電極の傾きに対応した反射光量を受光素子で受光することができ、容易にグリッド電極の傾きを検出することが可能となる。
【００２１】
なお、実施の形態１の傾き検出用貫通孔１５の内壁面はアルミニウムとしたが、可視光全域にわたって高い反射率を示す銀を用いても同様の作用、効果を得ることができる。
【００２２】
また、実施の形態１のグリッド電極の上表面の材質を低反射シリコン膜とすることにより、グリッド電極の上表面と傾き検出用貫通孔の内壁面で反射率の異なる材質とすることができる。低反射シリコン膜は、グリッド電極を構成するシリコン表面に微小な針状構造を形成したものである。低反射シリコン膜は、グリッド電極の貫通孔の製作方法と同様に半導体製造で使用されるエッチングプロセスを用いて形成することができるため、実施の形態１で用いた酸化クロム膜の成膜工程を省略することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２のグリッド電極１０の斜視図を示す。実施の形態２における電界放出型電子源装置の基本構成は図１と同じであるので、図による説明は省略する。図５において、グリッド電極１０は貫通孔アレイ１４と、貫通孔アレイ１４の周辺部に第1の傾き検出用貫通孔２１と、第２の傾き検出用貫通孔２２が配置される。
【００２４】
実施の形態１の構成と異なるところは、第1の傾き検出用貫通孔２１と、第２の傾き検出用貫通孔２２の断面形状は、長方形であり、長方形の長辺が貫通孔アレイ１４と平行であり、第１の傾き検出用貫通孔２１と、第２の傾き検出用貫通孔２２の平行な２辺が互いに直交している点である。
【００２５】
図５では、第1の傾き検出用貫通孔２１と、第２の傾き検出用貫通孔２２の断面形状は、長さ５ｍｍ、幅５０μｍの長方形とし、深さは２００μｍとした。他の構成要素の代表的な寸法は、実施の形態１と同じである。
【００２６】
図６は、第１の傾き検出用貫通孔２１によるグリッド電極の傾き検出の模式図を示す。第１の傾き検出用貫通孔２１（断面図で表示。）の上方には、第１の傾き検出用貫通孔２１近傍を照明する光源１６とグリッド電極からの反射光を受光する受光素子１７が設置される。光源１６、光学フィルター１８は実施の形態１と同様のものである。
【００２７】
図６において、第１の傾き検出用貫通孔２１の断面形状の長辺側の平行な２つの面からの拡散反射光によりＸ軸を回転軸とするグリッド電極１０の傾きを検出することができる。Ｚ軸を回転軸とするグリッド電極１０の傾きにより第１の傾き検出用貫通孔２１の断面形状の短編側の２つの面からの拡散反射光が変化するが、長辺側の平行な２つの面の面積に対し、短編側の２つの面の面積は十分に小さいので、その拡散反射光の変化量は無視することができる。
【００２８】
第２の傾き検出用貫通孔２２においても、光源１６、受光素子１７と光学フィルター１８が設置され、第１の傾き検出用貫通孔２１と同様に、Ｚ軸を回転軸とするグリッド電極１０の傾き検出することができる。
【００２９】
以上のように、実施の形態２においては、第１および第２の傾き検出用貫通孔を用いることによりグリッド電極の２軸の傾きを同時に検出することができる。これにより実施の形態１では検出できかったグリッド電極の傾きの回転軸方向を検知することが可能となり、より高精度なグリッド電極の傾き検出することが可能となる。
【００３０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３のグリッド電極１０の斜視図を示す。実施の形態３における電界放出型電子源装置の基本構成は図１と同じであるので、図による説明は省略する。図７において、グリッド電極１０は貫通孔アレイ１４と、貫通孔アレイ１４の周辺部に第1の傾き検出用貫通孔２３と、第２の傾き検出用貫通孔２４が配置される。
【００３１】
実施の形態２の構成と異なるところは、第1の傾き検出用貫通孔２３と、第２の傾き検出用貫通孔２４の断面形状の長辺側の対向する２辺の内壁面が、互いに異なる反射率の材質で形成されている点である。
【００３２】
図７では、第1の傾き検出用貫通孔２３と、第２の傾き検出用貫通孔２４の内壁面のうち、貫通孔アレイ１４が形成された方の内壁面（図７のハッチング部分。）には金（Ａｕ）が蒸着形成される。対面する内壁面にはアルミニウムが蒸着形成される。第1および第２の傾き検出用貫通孔の断面形状は、長さ５ｍｍ、幅５０μｍの長方形とし、深さは２００μｍとした。他の構成要素の代表的な寸法は、実施の形態１と同じである。
【００３３】
図８は、第１の傾き検出用貫通孔２３によるグリッド電極の傾き検出の模式図を示す。（ａ）はＸ軸を回転軸とし反時計周りに傾いたとき、（ｂ）は時計周りに傾いたときに状態を示す。第１の傾き検出用貫通孔２３（断面図で表示。）の上方には、第１の傾き検出用貫通孔２３近傍を照明する光源２５とグリッド電極からの反射光を受光する受光素子１７と反射光の波長成分を検出する色検出素子２７が設置される。光源２５は、全可視光から赤外にわたり広い波長域の分光分布を示す白色の高電圧型キセノンランプを用いた。
【００３４】
図８（ａ）において、光源２５からの光は、第１の傾き検出用貫通孔２３のアルミニウムが形成された内壁面２７で拡散反射し、その一部が受光素子１７および色検出素子２６で受光される。アルミニウムの反射率は、可視光全域にわたって９０%以上であるので、反時計回りに傾いた状態の色検出素子２６からの出力は光源２５とほぼ同じ白色となる。
【００３５】
図８（ｂ）において、光源２５からの光は、第１の傾き検出用貫通孔２１の金（Ａｕ）が形成された内壁面２８で拡散反射し、その一部が受光素子１７および色検出素子２５で受光される。金（Ａｕ）は、赤、緑の反射率は９０％以上であるが、青の反射率は５０％以下である。そのため、時計回りに傾いた状態の色検出素子２６からの出力は黄色となる。これにより、受光素子１７の反射光量からグリッド電極１０の傾き量を、色検出素子２６の出力から傾き方向を検知することができる。第２の傾き検出用貫通孔２４も同様に、Ｚ軸を回転軸とする傾きの方向を色検出素子の出力として検知することができる。
【００３６】
以上のように、実施の形態３においては、反射率の異なる内壁面を持つ第１および第２の傾き検出用貫通孔を用いることにより、グリッド電極の２軸の傾き量および傾きの方向を検出することができる。これにより実施の形態２では検出できかったグリッド電極の傾きの方向を検知することができ、さらに高精度なグリッド電極の傾き検出することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる電界放出型電子源装置では、グリッド電極と電子減アレイのアライメント時に、精巧な傾き検出、測定装置を用いることなく、グリッド電極の傾き検出および調整することで、グリッド電極と電子源アレイとの傾き方向のアライメントを高精度に行う機能を有し、電界放出型電子源装置のターゲット上での電子ビームの広がりを縮小することができ、より高解像度の画像表示装置あるいは撮像装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における電界放出型電子源装置の側面の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるグリッド電極を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるグリッド電極の傾き検出の模式図
【図４】本発明の実施の形態１におけるグリッド電極の傾き量と反射光量の関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるグリッド電極を示す図
【図６】本発明の実施の形態２におけるグリッド電極の傾き検出の模式図
【図７】本発明の実施の形態３におけるグリッド電極を示す図
【図８】本発明の実施の形態３におけるグリッド電極の傾き検出の模式図
【図９】従来の電界放出型電子源装置の側面の断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  前面パネル
２  背面パネル
３  側面外囲器
４  フリットガラス真空封着材
５  インジウム（Ｉｎ）真空封着材
６  金属枠
７  電界放出型電子源アレイ
８  半導体基板
９  スペーサ部
１０  グリッド電極
１１  陽極電極
１２  ターゲット
１３  電子源セル
１４  貫通孔アレイ
１５  傾き検出用貫通孔
１６  光源
１７  受光素子
１８  光学フィルター
１９  鏡筒
２１  第1の傾き検出用貫通孔
２２  第２の傾き検出用貫通孔
２３  第1の傾き検出用貫通孔
２４  第２の傾き検出用貫通孔
２５  光源
２６  色検出素子
２７  アルミニウム形成面
２８  金（Ａｕ）形成面
２９  ゲッターポンプ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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