メッシュ構造体、及びメッシュ構造体を用いた電界放出電子源装置
【課題】多数の貫通孔が形成された電極の機械的強度を確保しつつ、ターゲットに到達する電子ビーム量の低下を抑え、ターゲット上での電子ビームの広がりを抑える。
【解決手段】電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビームはメッシュ構造体８に形成された複数の貫通孔を通過してターゲット３に到達する。メッシュ構造体８の複数の貫通孔のそれぞれは、電界放出型電子源アレイ側の開口と、開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。メッシュ構造体８はＮ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【解決手段】電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビームはメッシュ構造体８に形成された複数の貫通孔を通過してターゲット３に到達する。メッシュ構造体８の複数の貫通孔のそれぞれは、電界放出型電子源アレイ側の開口と、開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。メッシュ構造体８はＮ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を用いた電界放出電子源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術の進展により、半導体などの基板にミクロンオーダーの微細な冷陰極構造を多数集積化する真空マイクロエレクトロニクス技術が注目を集めている。これらの技術によって得られる微小冷陰極構造を備えた電界放出型電子源アレイは、平面型の電子放出特性や高い電流密度が期待できること、熱陰極とは異なりヒーター等の熱源を必要としないこと等から、低消費電力型の次世代フラットディスプレイ用電子源、センサ、平面型撮像装置用電子源として期待が集まっている。
【０００３】
このような電界放出型電子源アレイを用いた真空装置としては特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に示される電界放出型電子源表示装置や、特許文献５等に示される電界放出型電子源撮像装置や、特許文献６に示される発光素子等が知られている。
【０００４】
一般的にこのような電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置は、図２６に示す様に、前面パネル１０１と、背面パネル１０５と、側面外周器１０４とを備え、これらはフリットガラスやインジウム等の封着材料１０９により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
【０００５】
前面パネル１０１の内面には、例えば外部からの入射光を透過する陽極電極１０２が形成され、その表面にターゲット１０３が形成されている。一般にターゲット１０３は、電界放出型電子源表示装置として使用される場合には３色に発光する蛍光体が規則正しく配列された蛍光体層であり、電界放出型電子源撮像装置として使用される場合には入射光を信号電荷に変換する光電変換膜である。
【０００６】
背面パネル１０５の内面には、複数の冷陰極素子（エミッタ）１０７と、各冷陰極素子１０７の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子１０７から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子１０８とが集積一体化された電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板１０６が設置されている。冷陰極素子１０７から放出された電子ビームをターゲット１０３にランディングさせることにより、電界放出型電子源表示装置では蛍光体を発光させて画像を映し出し、電界放出型電子源撮像装置では光電変換膜上に入射光として結像した画像を読み取ることができる。
【０００７】
電界放出型電子源としては、一般的に、半導体基板上に、先端が先鋭な冷陰極素子を形成し、その周りに絶縁層及びこの絶縁層上にゲート電極を形成して、冷陰極素子とゲート電極との間に電圧を印加して冷陰極素子の先端から電子放出を行なうスピント（Spindt）型を代表例として挙げることができる。その他には、カソード電極とゲート電極との間に絶縁層を形成し、絶縁層に電圧を印加してトンネル効果により電子放出を行なうＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型、カソード電極とエミッタ電極との間に微小ギャップを設け、これら電極間に電圧を印加して微小ギャップから電子放出を行なうＳＣＥ（Surface Conduction Electron Source）型、あるいは電子源にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）やＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源を例として挙げることができる。
【０００８】
このような冷陰極を含む電界放出型電子源は、個々の冷陰極素子からの電子放出量が微量であることから、電界放出型電子源表示装置として使用する場合や、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には、複数の電界放出型電子源を一単位とするセル（電子源セル）を形成し、所定の動作を行うのに必要な電流量を確保している。
【０００９】
このセルは平面上に、例えばマトリクス状に配置される。詳細には、縦方向に延びた複数のエミッタラインが横方向に等ピッチで配置され、横方向に延びた複数のゲートラインが縦方向に等ピッチで配置され、これら複数のエミッタラインと複数のゲートラインとが交差する各位置にセルが配置される。電界放出型電子源装置の駆動時には、エミッタライン及びゲートラインを順次選択していくことにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとが交差する位置のセルから電子ビームが順次放出される。本明細書では、このようにして電子ビームを放出するセルを、以下「指定セル」と呼ぶ。以上により、電界放出型電子源表示装置においては画像を映し出すことができ、電界放出型電子源撮像装置においては結像された画像を読み出すことができる。
【００１０】
電界放出型電子源では、冷陰極素子とゲート電極との間に形成される強電界により電子を電界放出するので、個々の冷陰極素子から電子は所定の広がり（この広がり角度を「発散角」といい、例えばスピント型電界放出型電子源の場合３０度程度である）をもって放出される。
【００１１】
このような電界放出型電子源を用いる真空装置においては、図２６で示した様に、電界放出型電子源アレイを真空容器の背面パネル１０５上に設置し、電界放出型電子源アレイからの電子ビームをランディングさせて所定の動作を行なうターゲット１０３を前面パネル１０１上に形成するのが一般的である。ここで、電界放出型電子源アレイからターゲット１０３までの距離は、それらが設けられた背面パネル１０５と前面パネル１０１との距離によって一意的に決定される。
【００１２】
即ち、このような従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離は、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合部分の精度によって、理想的な設計距離に対して大きく変化する。
【００１３】
例えば、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合がフリットガラスを用いて行われる場合には、フリットガラスの供給量のバラツキや、４００℃程度で焼成し溶着させる過程で発生するシュリンクなどが、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離のバラツキを生じさせる。
【００１４】
また、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合がインジウムのような柔らかい金属を用いた低温封着にて行なわれる場合には、封着の際にインジウムを前面パネル１０１と側面外周器１０４との間、及び側面外周器１０４と背面パネル１０５との間で潰すために、インジウムの供給量やつぶし量のバラツキが、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離のバラツキを生じさせる。
【００１５】
電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との間の距離のバラツキは数百ミクロン〜数ミリの程度になる。
【００１６】
このように、従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離を高精度に管理することは困難である。そして、個々の冷陰極素子からは３０度程度の発散角で電子が放出される。従って、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離のバラツキは、電子ビームがターゲット１０３上に形成する電子ビームスポットの拡がり具合（即ち、スポット径）のバラツキを生じさせる。これは均一な画像が求められる電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置にとって非常に不都合な問題である。
【００１７】
また、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現するためには、電界放出型電子源アレイ上のセルのサイズを十分小さくする必要がある。この場合には、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離も十分に小さくする必要があり、更にその誤差を例えば数十ミクロン程度以下に管理する必要がある。ところが、従来の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離に数百ミクロン〜数ミリ程度のバラツキを有する可能性があるから、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現することは困難である。
【００１８】
また、従来の電界放出型電子源装置においては、真空容器内を真空にした場合、前面パネル１０１が外気圧によって加圧されて湾曲する。前面パネル１０１の内面にはターゲット１０３が形成されているので、前面パネル１０１の湾曲により、電界放出型電子源アレイからの距離がターゲット１０３の中央部と周辺部とで異なることになり、この結果、ターゲット１０３上に形成される電子ビームスポット径がターゲット１０３の中央部と周辺部とで異なることになる。
【００１９】
この結果、電界放出型電子源表示装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで表示される画質の差が発生し、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで撮像される画質に差が発生する。
【００２０】
図２６とは異なり、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にシールドグリッド電極を設けた電界放出型電子源アレイを用いた真空装置が特許文献１及び特許文献５に示されている。
【００２１】
図２７に特許文献５に示された、電界放出型電子源撮像装置として使用される電界放出型電子源装置の断面図を示す。
【００２２】
真空容器１１８は、透光性の前面パネル１１５と、背面パネル１１７と、メッシュ状のシールドグリッド電極１２０を保持するスペーサー部を兼用した側面外周器１１６とを備え、これらはフリットガラスからなる封着材料１３３及びインジウムからなる封着材料１１９により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
【００２３】
前面パネル１１５の内面には、外部からの入射光１１１を透過する陽極電極１１３と、その表面に形成された光電変換膜１１２とからなる光電変換ターゲット１１４が形成されている。
【００２４】
背面パネル１１７の内面には、冷陰極素子１２４と、冷陰極素子１２４に電位を供給する陰極導体１２５と、冷陰極素子１２４の周囲を囲むように陰極導体１２５上に形成された絶縁層１２６と、絶縁層１２６上に冷陰極素子１２４の周囲を囲むように配置されたゲート電極１２８とからなる電界放出型電子源アレイ１２９が形成されている。
【００２５】
光電変換ターゲット１１４と電界放出型電子源アレイ１２９との間に、シールドグリッド電極１２０が配置されている。シールドグリッド電極１２０には、ゲート電極１２８に印加される電圧よりも高い電圧が印加されている。
【００２６】
シールドグリッド電極１２０は複数の貫通孔１２０ａを備える。複数の貫通孔１２０ａと複数の冷陰極素子１２４とは一対一に対応しており、冷陰極素子１２４の電子ビームを放出する先端の真上に貫通孔１２０ａの中心が位置している。
【００２７】
冷陰極素子１２４の先端からは、約３０度の発散角で電子ビームが放出される。この電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみがシールドグリッド電極１２０のこの冷陰極素子１２４に対応する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達し、これ以外の斜めに向かって放出された電子ビームはシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまう。
【００２８】
特許文献５には、このようにして光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることができるとされている。
【００２９】
しかしながら、冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみを光電変換ターゲット１１４に到達させるためには、冷陰極素子１２４の大きさ、隣り合う冷陰極素子１２４間の距離、電界放出型電子源アレイ１２９からシールドグリッド電極１２０までの距離、シールドグリッド電極１２０の貫通孔１２０ａの開口径、シールドグリッド電極１２０の厚みの相対的関係を厳密に設定する必要がある。
【００３０】
例えば、冷陰極素子１２４を小さくし、隣り合う冷陰極素子１２４間の距離を小さくすると、シールドグリッド電極１２０の隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離も小さくするする必要が生じる。ところが、この場合、冷陰極素子１２４の先端から約３０°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子１２４の真上に配置された対応する貫通孔１２０ａのみならず、この貫通孔１２０ａの近傍の貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３１】
また、電界放出型電子源アレイ１２９からシールドグリッド電極１２０までの距離を大きくした場合にも、冷陰極素子１２４の先端から約３０°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子１２４の真上に配置された対応する貫通孔１２０ａのみならず、この貫通孔１２０ａの近傍の貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３２】
また、シールドグリッド電極１２０の貫通孔１２０ａの数に対して、冷陰極素子１２４の数が多い場合には、電界放出型電子源アレイ１２９に形成された複数の冷陰極素子１２４のうちの一部の冷陰極素子１２４の先端の真上には貫通孔１２０ａの中心が位置しないことになる。従って、このような冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔１２０ａを通過できずにシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームがこの冷陰極素子１２４の真上以外に位置する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３３】
このように、各構成要素の寸法の相対的関係を厳密に設定しないと、光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることは不可能である。その結果、撮像画素サイズが拡大するという問題が生じる。
【００３４】
また、図２７に示した電界放出型電子源装置を、ＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）の撮像を行なう平面型撮像装置に適用しようとした場合、次のような問題が発生すると考えられる。
【００３５】
ＶＧＡの平面撮像装置では、水平方向に６４０ドット、垂直方向に４８０ドットの画素が配置されており、トータルの画素数は３１万ドットである。仮に、１つの画素（ドット）に１００個の冷陰極素子１２４を配置すると、冷陰極素子１２４の総数は３１００万個となり、その数は膨大となる。この平面撮像装置の外形対角サイズを１インチ（２．５４センチ）とすれば、電界放出型電子源アレイの水平方向サイズは１．２７５ｃｍ、電界放出型電子源アレイの垂直方向サイズは０．９５６ｃｍとなり、１つのドットのサイズは０．０２ｍｍ（＝２０μｍ）となる。この１つのドット内に１００個の冷陰極素子１２４を格子点状に配置するのであれば、一方向に１０個配置する必要がある。冷陰極素子１２４に一対一に対応して貫通孔１２０ａをシールドグリッド電極１２０に形成するためには、貫通孔１２０ａの内径は２μｍ以下にする必要がある。
【００３６】
この場合、シールドグリッド電極１２０の厚みを１μｍ以下とすれば、内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することは可能と思われる。しかし、シールドグリッド電極１２０の厚みが１μｍ以下であれば、シールドグリッド電極１２０の強度不足や撓みなどが問題となる可能性が高い。一方、厚みを１μｍより厚くすると、特許文献５にシールドグリッド電極１２０の材料として記載された、ニッケル、銅、アルミニウムなどの金属板に内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することは不可能であると考えられる。結局、冷陰極素子１２４と一対一に対応した貫通孔１２０ａをシールドグリッド電極１２０に形成することは不可能に近いと考えられる。
【００３７】
仮に、内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することができ、且つ、強度不足や撓みの問題が解決できたとしても、次に、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０とを高精度に位置合わせしなければならいという問題がある。
【００３８】
即ち、冷陰極素子１２４の先端の真上に貫通孔１２０ａの中心をズレなく配置するためには、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との相対的位置関係を０．１μｍ以下の精度で管理しなければならない。しかし、現在の一般的なアセンブリ精度の限界は１μｍ程度であり、この点からも、図２７に示した電界放出型電子源装置を用いて平面型撮像装置を実現することは困難であると考えられる。
【００３９】
また、図２７に示されているように、１つの画素に１つの冷陰極素子１２４を対応させる場合には、１画素の動作を行うのに必要な電流量を１つの冷陰極素子１２４から供給する必要がある。しかし、電界放出型冷陰極素子の電流放出特性がナノアンペア程度であることを考えると、１つの画素に１つのみの冷陰極素子１２４を配置した電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。
【００４０】
逆に、１つの画素に複数の冷陰極素子１２４を対応させて、且つ、１つの画素にシールドグリッド電極１２０の１つの貫通孔１２０ａを対応させる場合、貫通孔１２０ａの中心の真下以外の位置に、この貫通孔１２０ａに対応する冷陰極素子１２４の先端が位置することになる。従って、前述のように、この冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔１２０ａを通過できずにシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームが隣の画素を構成する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。従って、この場合も電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。即ち、図２７の電界放出型電子源装置において、冷陰極素子１２４からの電子ビームをこの真上に配置された貫通孔１２０ａのみを通過させて光電変換ターゲット１１４に効率的に到達させることは非常に困難である。
【００４１】
更に、図２７の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。
【００４２】
図２７に示される様に、電界放出型電子源アレイ１２９が形成された絶縁性の背面パネル１１７と、この電界放出型電子源アレイ１２９と対向する光電変換ターゲット１１４が形成された前面パネル１１５とは、これらの外周部間に側面外周器１１６を介して接合されて、真空容器１１８の内部は高真空に保持されている。
【００４３】
この際、背面パネル１１７と側面外周器１１６との間に封着材料１３３としての低融点フリットガラスを付与して、４００℃程度の温度で焼成することで、背面パネル１１７と側面外周器１１６とを接着し、真空容器内を気密に保持する。また、側面外周器１１６の段部１２１上にシールドグリッド電極１２０を位置決めして固定する場合にも、低融点フリットガラスが用いられる。従って、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との距離は、背面パネル１１７と側面外周器１１６との間の低融点フリットガラスの厚み、及び側面外周器１１６の段部１２１とシールドグリッド電極１２０との間の低融点フリットガラスの厚みに依存することになる。
【００４４】
従って、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との間の平行度や距離にバラツキが生じてしまう。
【００４５】
この結果、電界放出型電子源装置ごとに光電変換ターゲット１１４上での電子ビームの拡がり具合（フォーカス特性）が異なったり、１つの電界放出型電子源装置内であっても光電変換ターゲット１１４上の位置によって電子ビームの拡がり具合が異なったりする。従って、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像した画像が装置ごとにばらついたり、撮像画像内において部分的にばらついたりする。
【００４６】
更に、図２７の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。
【００４７】
電界放出型電子源アレイ１２９と光電変換ターゲット１１４との間に配置されるシールドグリッド電極１２０は、薄膜状であり、例えば薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したり、多数の貫通孔が設けられたガラスやセラミック等の絶縁性材料の表面に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ、Ａｇ，Ｃｏなどの金属や合金の膜を真空蒸着法、スパッタリング法、又は化学鍍金法等によって形成したりして作成される。
【００４８】
しかしながら、薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したシールドグリッド電極１２０では、張力分布にバラツキが生じやすい。例えば銅メッシュの中央部と周辺部とで張力が異なると、貫通孔１２０ａの形状や隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離が銅メッシュの中央部と周辺部とで異なってしまう。このような場合には、電界放出型電子源アレイ１２９の全ての冷陰極素子１２４の先端の真上に貫通孔１２０ａの中心を配置することは困難になってしまう。即ち、冷陰極素子１２４の先端と貫通孔１２０ａの中心との相対的位置関係が部分的にずれ、これによって、光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビーム量が、光電変換ターゲット１１４の中央部と周辺部で異なったり、局所的にばらついたりする。よって、電界放出型電子源表示装置として使用した場合には輝度分布にバラツキが生じ、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像画像が不均一になるという問題が発生する。
【００４９】
また、多数の貫通孔が設けられたガラスの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極１２０では、ガラス自体のガス吸着が多く、例え表面に上述のような金属膜を形成したとしても、電界放出型電子源装置の駆動中における電子ビームの衝突などにより容易にガスが放出されるといった問題がある。
【００５０】
また、ガラスを薄くし、且つこれに多数の微細な貫通孔１２０ａを形成すると、ガラスの機械的強度は劇的に劣化し、割れやすくなるという問題もある。特に、光電変換ターゲット１１４に多くの電子ビームを到達させようとすると、隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離を小さくする必要があり、機械的強度は更に劣化する。
【００５１】
また、多数の貫通孔が設けられたセラミックの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極１２０では、セラミックが焼成工程を必要とすること、隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離を小さくすることが困難であること、ガラスの場合と同様に機械的強度が不足すること、等の問題がある。
【００５２】
以上、電界放出型電子源装置に備えられたシールドグリッド電極について述べたが、このようなシールドグリッド電極に代表される複数の貫通孔を有するメッシュ構造体は、上述のような電界放出型電子源装置以外の各種用途にも使用される。例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与するコリメータとしての用途や、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒子を粒径で選別する粒子フィルタとしての用途がある。
【００５３】
このような用途に用いられるメッシュ構造体は、上述と同様に、金属、ガラス、又はセラミック等の基材に貫通孔を形成して作成される場合が多い。しかしながら、このような基材を用いると次のような問題が発生する。
【００５４】
即ち、メッシュ構造体の材料として金属を用いた場合、金属構造体に孔を深掘する必要があるが、現在の金型などによる孔加工方法を用いることは困難であるし、貫通孔径を小さくすることができない。
【００５５】
また、メッシュ構造体の材料としてガラスを用いた場合、孔加工が困難であり、上述と同様、真空中でのガス放出の懸念や機械的強度不足の問題等がある。
そしてメッシュ構造体の材料としてセラミックを用いた場合、以下の問題がある。即ち、貫通孔同士の間隔を小さくすることは機械的強度を確保する観点から困難である。また、多数の貫通孔を形成できないために、コリメータとして用いる場合には、出射側の原子、分子、又は光の量が入射側の量に対して激減してしまう。また、一般にセラミックは焼成によって寸法バラツキが生じやすいので、貫通孔寸法を高精度にコントロールすることが困難であり、このため粒子の大きさに対して高精度に貫通孔径を決定しなければならないフィルタ用途にも不向きである。
【特許文献１】特開平９−２７０２２９号公報
【特許文献２】特開平９−６９３４７号公報
【特許文献３】特開平６−１１１７３５号公報
【特許文献４】特開２０００−２５１８０８号公報
【特許文献５】特開２０００−４８７４３号公報
【特許文献６】特開２００２−３１３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５６】
本発明は上記の従来の問題を解決することを目的とする。
【００５７】
即ち、本発明は、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体を提供することを目的とする。
【００５８】
また、本発明は、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に配置される多数の貫通孔が形成された電極の機械的強度を確保しつつ、ターゲットに到達する電子ビーム量の低下を抑え、そしてターゲット上での電子ビームの広がりを抑えた、高性能の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】
【００５９】
本発明のメッシュ構造体は、一次元的に形成された複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むことを特徴とする。
【００６０】
また、本発明の電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する。
【００６１】
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。
【００６２】
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体を提供することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に配置される多数の貫通孔が形成された電極の機械的強度を確保しつつ、ターゲットに到達する電子ビーム量の低下を抑え、そしてターゲット上での電子ビームの広がりを抑えた、高性能の電界放出型電子源装置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】
【００６５】
本発明の第１の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、一次元的に形成された複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含む。
【００６６】
かかる第１の好ましい形態では、メッシュ構造体がシリコンを含む材料からなり、シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むので、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。従って、例えば、貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。
【００６７】
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。
【００６８】
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。
【００６９】
本発明の第２の好ましい形態に係るメッシュ構造体では、上記第１の好ましい形態において、前記複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みは、前記貫通孔の開口径よりも小さい。
【００７０】
かかる第２の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比（開口率）を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比（通過率）が大きなコリメータを提供することができる。
【００７１】
本発明の第３の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【００７２】
かかる第３の好ましい形態によれば、メッシュ構造体をシリコン基板を用いて、半導体技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により作成することが可能となる。これにより、メッシュ構造体を作成する際に要求される、高アスペクト比の深掘や、高精度な微細加工を行なうことができる。
【００７３】
例えば、ＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）、外形対角サイズが１インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、１つのセルの大きさは２０μｍ角程度となる。１つのセルが多数（例えば１００個）の冷陰極素子（エミッタ）で構成される電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体の貫通孔の開口径は例えば１６μｍ程度となるから、メッシュ構造体の作成にはサブミクロンオーダーの精度が要求される。また、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が要求される。従って、半導体技術の極微細加工技術を用いることで、メッシュ構造体の高精度成形、及びメッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、その結果、品質の優れた電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００７４】
また、電界放出型電子源アレイは、シリコン基板上に半導体技術を用いてその一部又は全部を作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましい。また、その半導体技術も現在では一般化され、これを行う装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。
【００７５】
従って、メッシュ構造体がシリコン基板を用いて作成されていることにより、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイが形成された基板との熱膨張係数をほぼ一致させることができ、熱膨張において有利である。即ち、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊を防止することができる。また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成温度を高くすることができるので、得られる装置の信頼性を向上できる。
【００７６】
本発明の第４の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン層と、ＳｉＯ2からなる絶縁層とを含む。
【００７７】
一般的に半導体技術で使用されるシリコン基板は、純粋なシリコンからなる基板か、若しくは絶縁層であるＳｉＯ2層を間に挟み込んだＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が使用されることが多い。世界的に使用頻度の多いＳＯＩ基板は比較的安価に入手することが可能であるので、第４の好ましい形態によれば、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００７８】
本発明の第５の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体の、前記電界放出型電子源アレイ側の表面及び前記ターゲット側の表面のうちの少なくとも一方に、導電性の薄膜が形成されている。
【００７９】
導電性の薄膜の材料としては、アルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、チタン等が好適である。このような導電性材料の薄膜を、半導体製造工程で使用されるようなスパッタ、真空蒸着、ＣＶＤといった手法で成膜することは、使用する装置が半導体技術の発展により安価に入手できる点や、成膜技術が既に成熟し、確立されている点から好ましい。
【００８０】
本発明の第６の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、前記メッシュ構造体の大部分をなす基層と、前記基層の表面に成膜され、前記基層よりも低抵抗の薄膜層とを有する。ここで、基層がメッシュ構造体の「大部分」をなすとは、メッシュ構造体のうち複数の貫通孔が形成された領域（後述するトリミング部９）において基層の厚さ比率が９０％以上であることを意味する。
【００８１】
かかる第６の好ましい形態によれば、Ｎ型又はＰ型の高抵抗のシリコンからなるメッシュ構造体の表面部分の抵抗を下げることができる。これにより、電子ビームの局部的な衝突等による電位変動が発生しにくい電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００８２】
本発明の第７の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する。
【００８３】
かかる第７の好ましい形態によれば、少なくとも２つの電極層の電位を、異ならせたり、同じにしたり等、それぞれ独立して自由に設定することができる。これにより、電極層の電位や構造の自由度が向上するので、メッシュ構造体における電子ビームの吸収除去作用を調整したり、電子ビームに集束作用を与えたり、その集束作用を調整したりすることが容易に可能になる。
【００８４】
このような機能を備えたメッシュ構造体を用いることにより、例えば、ターゲット上での電子ビームスポットを小さくして高解像度の電界放出型電子源表示装置や高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。また、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを広がりを抑えながらターゲットへ導くことにより、製造バラツキの少ない電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００８５】
本発明の第８の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも１つの中間層は絶縁層であり、前記少なくとも２つの電極層は、前記電子ビーム通過行路に少なくとも２つの電位空間を形成する。
【００８６】
かかる第８の好ましい形態によれば、少なくとも２つの電極層に互いに異なる電位を与えることにより、メッシュ構造体に入射した電子ビームに所望の集束作用を与えたり、メッシュ構造体が電子ビームを吸収除去するトリミング作用を自由にコントロールしたりすることが可能となり、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを効果的にターゲットへ導くことが可能となる。
【００８７】
本発明の第９の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうちの１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置されて、第１電圧が印加される第１電極層であり、他の１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置されて、第２電圧が印加される第２電極層である。前記少なくとも１つの中間層は、前記第１及び第２電極層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層である。
【００８８】
かかる第９の好ましい形態によれば、第７の好ましい形態の機能や効果を備えた上に、メッシュ構造体の製作が容易になる。
【００８９】
少なくとも２つの電極層を備えたメッシュ構造体としては、例えばシリコン基板に絶縁層としてのＳｉＯ2層を形成したＳＯＩ基板を用いることが考えられる。しかしながら、ＳＯＩ基板はシリコン層と絶縁層という材質の異なる層を含むために以下のような問題を有している。例えば、ＳＯＩ基板に貫通孔をエッチングで形成しようとすると、シリコン層ではエッチングが容易であるのに対して、絶縁層ではエッチングが困難である。また、シリコン層と絶縁層との境界近傍に局所的な応力集中が生じてエッチング中に基板が割れてしまう。
【００９０】
これに対して、第９の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔をエッチングで形成し、その後、両面にＮ型又はＰ型の材料をドープして両表面層を低抵抗にすることによって簡単に作成することができる。あるいは、高抵抗のシリコン基板の両面にＮ型又はＰ型の材料をドープして低抵抗の表面層を両面に形成し、中間層が高抵抗のままであるシリコン基板に貫通孔をエッチングで作成しても良い。
【００９１】
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。
【００９２】
このように、第９の好ましい形態に係るメッシュ構造体は作成が容易である。しかも、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを、電子ビーム通過行路のうち低抵抗である電極層部分の側壁に衝突させ吸収除去することができるので、少なくとも２つの電極層の電位をそれぞれ独立して自由に設定することで、上記の第７の好ましい形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
本発明の第１０の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２を満足する。
【００９４】
かかる第１０の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは、電界放出型電子源アレイ側の第１電極に印加された相対的に高い電圧Ｖ１により加速されてメッシュ構造体の貫通孔に入射した後、電子ビーム通過行路を通過中に、第２電極に印加された相対的に低い電圧Ｖ２により減速される。
【００９５】
例えば、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上以外の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについては、その進行方向を表す速度ベクトルの向きが電子ビーム通過行路の延設方向と異なるので、そのほとんどが電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。
【００９６】
また、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについても、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる、発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、このような発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。
【００９７】
このようなメッシュ構造体のトリミング作用により、指定セルからほぼ鉛直方向に放出された電子ビームのみがメッシュ構造体を通過し、メッシュ構造体からほぼ鉛直方向に進行してターゲットに到達する。
【００９８】
従って、電界放出型電子源アレイからメッシュ構造体までの距離、及びメッシュ構造体からターゲットまでの距離が、設計値に対して多少異なっていていも、ターゲット上での電子ビームの広がり（スポット径）はほとんど変化しない。
【００９９】
つまり、背面パネルと側面外周器との接合、及び側面外周器と前面パネルとの接合に、フリットガラスやインジウムを用いる場合、前述したように、背面パネルと前面パネルとの距離を高精度に管理することが困難である。本発明の第１０の好ましい形態によれば、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができる。
【０１００】
また、背面パネルと側面外周器と前面パネルとからなる真空容器の内部を真空にすることにより、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪む。この結果、背面パネルと前面パネルとの距離が、中央部と周辺部とで異なる。本発明の第１０の好ましい形態によれば、このような場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径が中央部と周辺部とで異なるのを抑えることができる。
【０１０１】
よって、本発明の第１０の好ましい形態によれば、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１０２】
更に、本発明の第１０の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の厚みを、第３の好ましい形態に比べて薄くすることができる。
【０１０３】
即ち、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって減速されるので、減速されない場合に比べて、電子ビーム通過行路の側壁により衝突しやすくなる。換言すれば、このような電子ビームが電子ビーム通過行路に入射後、電子ビーム通過行路の側壁に衝突するまでの距離は、減速されない場合に比べて短くなる。従って、メッシュ構造体の厚みを薄くしても所望のトリミング作用を得ることができる。
【０１０４】
メッシュ構造体の厚みを薄くすると、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームのうち、メッシュ構造体で吸収除去される割合を少なくすることができる。これにより、ターゲットに到達する電子ビーム量を多くすることができる。この結果、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。
【０１０５】
電界放出型電子源撮像装置の場合には、上述に加えて以下の効果が得られる。
【０１０６】
電界放出型電子源撮像装置では、動作中においてターゲットに設けられた光電変換膜の電位は、電子ビームのターゲットへの到達と正孔の読み出しとによって、電界放出型電子源アレイの冷陰極素子の電位とほぼ等しくなるまで低下する。ところが、第１０の好ましい形態によれば、メッシュ構造体のターゲット側の第２電極層の電位Ｖ２とターゲットの電位との差を小さく設定することができるので、メッシュ構造体のターゲット側の電子ビーム出射部とターゲットとの電位差が小さくなる。従って、メッシュ構造体を出射後の電子ビームは、極端な減速や加速をされることがなく、また電子ビーム出射部付近に強い電界レンズが形成されないので、メッシュ構造体を出射後の電子ビームの軌道はほとんど変化しない。よって、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路で吸収除去されずにこれを通過した電子ビームは、メッシュ構造体を出射後も鉛直方向に進んでターゲットに到達する。
【０１０７】
従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができ、均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１０８】
本発明の第１１の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された電極層を第１電極層、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された電極層を第２電極層とし、前記電子ビーム通過行路の長さのうち、前記第１電極層が占める長さをＴ１、前記第２電極層が占める長さをＴ２としたとき、Ｔ１＜＜Ｔ２を満足する。
【０１０９】
かかる第１１の好ましい形態によれば、第１電極層に印加されれる電圧Ｖ１と第２電極層に印加される電圧Ｖ２とにより形成される電圧勾配を電界放出型電子源アレイに近づけ、且つ、電子ビーム通過行路において第２電極層が占める領域を大きくすることができる。電圧勾配が電界放出型電子源アレイに近づくことにより、電子ビーム通過行路内における減速領域が電界放出型電子源アレイ側に近づく。また、第２電極層が占める領域が大きくなることにより、電子ビームを吸収除去する範囲が拡大する。従って、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、比較的早い段階で減速されて電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収除去される。従って、電子ビームを効率よくトリミングすることができる。
【０１１０】
よって、メッシュ構造体を出射した電子ビームの進行方向を、鉛直方向により沿わせることができる。従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合や、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪んだ場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を一層抑えることができる。
【０１１１】
よって、本発明の第１１の好ましい形態によれば、より均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及びより均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１１２】
本発明の第１２の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、上記第３の好ましい形態において、更に、前記電界放出型電子源アレイが形成された基板を有する。前記メッシュ構造体は、前記電界放出型電子源アレイと前記複数の貫通孔の前記開口とを離間させるスペーサー部を一体に備える。前記メッシュ構造体は前記スペーサー部を介して前記基板上に設置されている。
【０１１３】
かかる第１２の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離のバラツキを少なくし、高精度に設定することができる。例えば、図２７に示した従来の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との距離は、電界放出型電子源アレイ１２９が形成された背面パネル１１７と側面外周器１１６との接着精度（即ち、低融点フリットガラス１３３の厚みバラツキ）、側面外周器１１６の段部１２１とシールドグリッド電極１２０との接着精度（即ち、低融点フリットガラスの厚みバラツキ）、及び、側面外周器１１６の背面パネル１１７と接着される下面から段部１２１までの寸法の製作精度（即ち、寸法バラツキ）の３つのバラツキによって変化する。
【０１１４】
これに対して、本発明の第１２の好ましい形態では、メッシュ構造体がスペーサー部を一体に備えているので、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離は、電界放出型電子源アレイとスペーサー部との間の接着精度、及びスペーサー部の厚みの製作精度（即ち、寸法バラツキ）の２つのバラツキによって変化する。即ち、精度が最も劣る低融点フリットガラスによる接着部分がない。従って、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離精度が向上する。
【０１１５】
また、本発明の第１２の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の機械的強度が向上する。
【０１１６】
即ち、例えばＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）、外形対角サイズが１インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、上述したとおり、一つの画素のサイズは０．０２ｍｍ程度となる。メッシュ構造体の厚みは、その機能を考慮すると１画素のサイズの１倍〜１０倍程度が適当と思われるので、０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ程度になる。メッシュ構造体の寸法は上述したとおり１２ｍｍ×１０ｍｍよりも若干大きい程度であり、このメッシュ構造体に多数の貫通孔が形成されていることを考慮すれば、メッシュ構造体の機械的強度は非常に小さい。従って、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いは、その機械的強度不足故に、非常に困難である。
【０１１７】
ところが、本発明の第１２の好ましい形態では、メッシュ構造体は、その周囲に枠状のスペーサー部を一体に備えている。従って、スペーサー部がメッシュ構造体の機械的強度を向上させるので、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いの困難性という問題が解消される。
【０１１８】
本発明の第１３の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第１２の好ましい形態において、前記スペーサー部と前記基板とは導電性材料を用いて接合されており、前記導電性材料を介して前記基板から前記メッシュ構造体の少なくとも一部に給電されている。
【０１１９】
かかる第１３の好ましい形態によれば、メッシュ構造体への電圧供給を、電界放出型電子源アレイが形成された基板から行うことが可能になり、電圧供給のためのワイヤーボンディングが不要になる。従って、ワイヤーボンディングを行うための費用を省くことができ、またワイヤーボンディングした場合のワイヤー倒れ等の不良の発生を回避することができる。
【０１２０】
本発明の第１４の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。
【０１２１】
かかる第１４の好ましい形態によれば、特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
【０１２２】
即ち、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲットに入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲットの電界放出型電子源アレイ側の面である電子走査面まで輸送され（セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され）蓄積される。
【０１２３】
ターゲットが電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲットに到達しないと、ターゲットの電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。
【０１２４】
そのため、１フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、２フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。
【０１２５】
この問題を解決するためには、１フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲットに到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去し、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。以下、この動作を「電荷リセット」という。
【０１２６】
しかし、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にメッシュ構造体のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲットに到達させることができない可能性がある。
【０１２７】
本発明の第１４の好ましい形態では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層に印加される電圧Ｖ１及び第２電極層に印加される電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１２８】
本発明の第１５の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記電子ビーム通過行路の延設方向に垂直な方向に沿った断面形状は、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形である。
【０１２９】
かかる第１５の好ましい形態によれば、メッシュ構造体を容易に製作することができる。
【０１３０】
例えば、開口の端縁形状が、いずれの内角も９０度である長方形（又は正方形）である場合には、開口の端縁の四隅部分に応力が集中して、貫通孔の形成時にこの四隅部分でメッシュ構造体が割れるという問題が発生しやすい。
【０１３１】
第１５の好ましい形態のように、開口の端縁形状が、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな５角形以上の多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形であると、応力集中が緩和されるので、貫通孔の形成時にメッシュ構造体が割れにくくなり、製作が容易になる。
【０１３２】
メッシュ構造体の製作が容易であることは、メッシュ構造体の製作歩留まりが向上することを意味し、安価なメッシュ構造体を提供することができる。よって、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０１３３】
また、メッシュ構造体の機械的強度が向上することにより、単体での取り扱い性が容易になるので、電界放出型電子源装置の組立が容易となる。この点からも、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０１３４】
本発明の第１６の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記電界放出型電子源アレイは、それぞれが電子を放出する複数の電子源を備えたセルを複数有する。前記複数の開口と前記複数のセルとが垂直方向に一対一に対応するように前記電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体とが配置されている。前記セルから放出された電子ビームは、対応する前記開口に入り、前記電子ビーム通過行路を通過して、前記ターゲットに入射する。
【０１３５】
かかる第１６の好ましい形態によれば、複数の電子源からなるセルの中心軸と、メッシュ構造体の貫通孔の開口の中心軸とを一致させることができるので、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体の貫通孔を最も多く通過するのは鉛直方向に進行する電子ビームとなる。従って、ターゲットに到達する電子ビーム量が最大になる。これにより、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。
【０１３６】
本発明の第１７の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体との間に、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームを予備集束する予備集束電極を更に有する。
【０１３７】
かかる第１７の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは予備集束電極により予備集束されることで、その広がりが狭められてメッシュ構造体の貫通孔に入射する。
【０１３８】
従って、個々の電子ビームの進行方向は、鉛直方向と平行な方向に近づき、貫通孔の電子ビーム通過行路の延設方向と平行な方向に近づく。従って、電子ビームは、メッシュ構造体の貫通孔を通過しやすくなる。
【０１３９】
従って、第１７の好ましい形態では、予備集束しない場合に比べて、ターゲット上での電子ビームスポットが小さくなるので、更に高解像度の電界放出型電子源表示装置や更に高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
本発明の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置の駆動方法は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置の駆動方法である。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する。そして、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。
かかる好ましい形態によれば、特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
即ち、上記の好ましい形態に係る駆動方法では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層に印加される電圧Ｖ１及び第２電極層に印加される電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１４０】
以下、本発明を、実施の形態を示しながら詳細に説明する。
【０１４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０１４２】
図１に示すように、本実施の形態１に係る電界放出型電子源装置は、光透過性のガラスからなる前面パネル１と、背面パネル５と、側面外周器４とで形成された真空容器を備える。前面パネル１と側面外周器４、及び、背面パネル５と側面外周器４は、例えば高温焼成用のフリットガラスや、低温封着用のインジウムなどの真空封着材７により固着され封着されて、真空容器内は真空に保たれている。以下の説明の便宜のために、前面パネル１及び背面パネル５の法線方向と平行な軸をＺ軸と呼ぶ。
【０１４３】
背面パネル５の内面上には、電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６が設置されている。半導体基板６上には、スペーサー部８ａを一体に備えるメッシュ構造体８が設置固定されている。前面パネル１のメッシュ構造体８と対向する内面上には、透光性の陽極電極２とターゲット３とが形成されている。ターゲット３は、電界放出型電子源アレイから放出された電子を受け取り所定の有益な動作を行なう層であり、例えば蛍光体層又は光電変換膜である。
【０１４４】
前面パネル１、背面パネル５、側面外周器４からなる真空容器内には、余分なガスを吸着除去することにより、内部を高真空に保持する為のゲッターポンプ（図示せず）が設置されている。
【０１４５】
図２はメッシュ構造体８の電界放出型電子源アレイに対向する側の面から見た概略斜視図である。メッシュ構造体８は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン基板を半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術を用いて製作された略平板状の電極であり、中央の薄肉のトリミング部９と、トリミング部９の周囲に連続して形成され、トリミング部９よりも厚い枠状のスペーサー部８ａとを備える。トリミング部９には複数の貫通孔が形成されている。
【０１４６】
スペーサー部８ａは、メッシュ構造体８の単体での機械的強度を向上させる機能と、電界放出型電子源アレイとトリミング部９に形成された複数の貫通孔の開口とを離間し、且つ両者間の距離を高精度に維持する機能とを備えている。
【０１４７】
図３はメッシュ構造体８のトリミング部９の一部拡大斜視図である。トリミング部９には、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームが通過するための、トリミング部９の表裏を貫通する多数の貫通孔９０が形成されている。多数の貫通孔９０は格子点状に配置されている。
【０１４８】
図４（Ａ）はトリミング部９のＺ軸方向の一部拡大断面図である。各貫通孔９０は、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面に形成された開口９１と、開口９１からトリミング部９の厚さ方向に連続した電子ビーム通過行路９２とを備えている。本明細書において、開口９１とは、貫通孔９０のうち、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面上に含まれる部分を意味し、Ｚ軸方向成分は含まれない。また、電子ビーム通過行路９２とは、貫通孔９０のうち、トリミング部９の表裏面間の間の部分を意味する。
【０１４９】
電子ビーム通過行路９２の長さは、開口９１の径Ｄよりも十分に大きい。ここで、電子ビーム通過行路９２の長さとは、電子ビーム通過行路９２に沿った長さを意味する。従って、電子ビーム通過行路９２が屈曲している場合にはトリミング部９のＺ軸方向の厚さより長くなる。
【０１５０】
電子ビーム通過行路９２の長さが開口９１の径Ｄよりも十分に大きいことにより、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、電子ビーム通過行路９２の延設方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に対して大きな角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。例えば、開口９１の径Ｄが１６μｍ、電子ビーム通過行路９２の長さが１００μｍのとき、Ｚ軸に対して約９．２度以上の角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。
【０１５１】
図５は、本実施の形態１に係る電界放出型電子源装置の分解斜視図である。図５を用いて、電界放出型電子源装置の組み立て方法の一例を簡単に説明する。
【０１５２】
背面パネル５上にフリットガラス７ａを付与し、この上に環状の側面外周器４を載置して、約４００℃程度の高温で焼成して、背面パネル５と側面外周器４とをフリットガラス７ａを介して接合する。
【０１５３】
メッシュ構造体８のスペーサー部８ａと半導体基板６とを例えば陽極接合や共晶接合などの接合方法により接合する。背面パネル５上の側面外周器４で囲まれた部分に、メッシュ構造体８が搭載された半導体基板６を、ダイボンディングして設置固定する。
【０１５４】
トリミング部９への給電は、半導体基板６から、メッシュ構造体８のスペーサー部８ａと半導体基板６との接合部及びスペーサー部８ａを介して行われる。メッシュ構造体８へ給電するための半導体基板６上の配線パターンは、背面パネル５上に形成された配線パターンとワイヤーボンディング（図示せず）により接続される。これにより、メッシュ構造体８への給電は、真空容器の外側より行なうことができる。
【０１５５】
半導体基板６上には、複数のセルをマトリクス状に並べた電界放出型電子源アレイが形成されている。各セルは、複数（例えば１００個）の冷陰極素子（エミッタ）を含む。
【０１５６】
半導体基板６上の電界放出型電子源アレイの複数のセルと、メッシュ構造体８の複数の貫通孔９０とは一対一に対応している。各セルの中心を通るＺ軸と平行な軸が、このセルと対応するメッシュ構造体８の貫通孔９０のほぼ中心を通るように（例えば、本実施の形態では、セルの中心を通るＺ軸と平行な軸に対する貫通孔９０の中心の位置ずれ量が３μｍ程度以下となるように）、半導体基板６とメッシュ構造体８とは高精度に位置合わせされる。
【０１５７】
このようにして組み立てられた背面パネル５、側面外周器４、メッシュ構造体８、及び半導体基板６からなる背面パネル構造体は、真空装置内で約１２０℃〜３５０℃程度の温度でガス出しの為の空焼きされる。
【０１５８】
空焼きが済んだ背面パネル構造体は、真空内にて、前面パネル１と、インジウムを付着させた金属リング７ｂにより接合一体化されて、内部が真空に封着された真空容器となる。
【０１５９】
半導体基板６上に形成される電界放出型電子源アレイは、図６に示される様に、先端が先鋭化された冷陰極素子（エミッタ）１５と、冷陰極素子１５の周辺に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に設けられ、冷陰極素子１５を取り囲む開口が形成されたゲート電極１２等からなる多数のエミッター部が集積されてなる。
【０１６０】
電界放出型電子源アレイは、例えばＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）の撮像を行なう平面型撮像装置であれば、マトリックス状に配置された各画素位置に縦横方向寸法がいずれも２０μｍ程度の１つのセルがそれぞれ配置される。ゲート電極１２は、水平方向（又は垂直方向）に延びたストライプ状に複数形成され、エミッタ電極１４は、ゲート電極１２の長手方向と直交する方向に延びたストライプ状に複数形成される。Ｚ軸と平行な方向から見て、複数のゲート電極１２と複数のエミッタ電極１４との交点位置にセルが１つずつ配置される。各セルには、エミッタ電極１４上の縦横方向寸法がいずれも１０μｍ程度の領域内に複数の冷陰極素子１５がほぼ均等に分布するように配置されている。
【０１６１】
同一セル内の複数の冷陰極素子１５には例えば３０Ｖの基準電位から０Ｖに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、冷陰極素子１５を取り囲む絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２には例えば３０Ｖの基準電位から中位の６０Ｖに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。冷陰極素子１５とゲート電極１２との間に形成される電位差により、冷陰極素子１５の先端から電子が放出される。
【０１６２】
ゲート電極１２及びエミッタ電極１４は、背面パネル５上に、真空容器の内外を繋ぐように形成された配線パターンと接続されている。冷陰極素子１５に与えられるエミッタ電位及びゲート電極１２に与えられるゲート電位は、真空容器の外側からこの配線パターンを介して供給される。
【０１６３】
メッシュ構造体８には、ゲート電極１２に印加される最大電圧よりも若干高い、中位の１５０〜５００Ｖ程度の電圧が印加される。電界放出型電子源アレイから、メッシュ構造体８のトリミング部９に形成された複数の貫通孔の電界放出型電子源アレイ側の面までの距離は１００μｍ程度である。
【０１６４】
メッシュ構造体８へ印加される電圧が高すぎると、メッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの間の耐電圧特性上の問題を引き起こす可能性がある。更に、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合にはターゲット３との間での耐電圧特性も問題となる可能性がある。逆に、メッシュ構造体８へ印加される電圧が低すぎると、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームを加速させる効果が薄れ、電子ビームの発散角が大きくなってしまい、メッシュ構造体８を通過する電子ビーム量が少なくなり、電子ビームの電流量を十分確保できない可能性がある。このため、発明者らは実験を通じてメッシュ構造体８へ印加される電圧の好適値が上述の範囲であることを確認している。
【０１６５】
ターゲット３はメッシュ構造体８から１５０〜数百μｍ程度離れて配置される。前面パネル１とターゲット３との間には、透明な陽極電極２が形成されている。陽極電極２にはメッシュ構造体８に印加される電圧よりも高い、高位の例えば数１００Ｖ〜数ｋＶ程度の電圧が前面パネル１を貫通する電極４３（図５参照）を介して印加される。
【０１６６】
電界放出型電子源アレイの冷陰極素子１５とゲート電極１２とにそれぞれ所定の電圧を印加すると、冷陰極素子１５から電子ビーム１１ａが放出される。電子ビーム１１ａは、電界放出型電子源アレイからＺ軸方向に１００μｍ程度離れた、１００μｍ程度の厚みを有するメッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１に入射し、開口９１から連続する電子ビーム通過行路９２内を通過する。そして、メッシュ構造体８から出射した電子ビーム１１ｂは、メッシュ構造体から１５０〜数百μｍ程度離れたターゲット３に到達する。
【０１６７】
図７に示すように、電界放出型電子源アレイの１つのセル（指定セル）から放出された電子ビーム１１ａは所定の発散角を有してメッシュ構造体８に向かって進行し、メッシュ構造体８に形成された複数の貫通孔９０に入射する。
【０１６８】
指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔９０に入射した電子ビームは、貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突し、吸収され除去される。
【０１６９】
一方、指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸とほぼ平行に進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線上に位置する貫通孔（以下、この貫通孔を「指定セルに対応する貫通孔」という）９０に入射した電子ビームは、Ｚ軸と平行に延びた電子ビーム通過行路９２内を通過し、メッシュ構造体８を出射してターゲット３に到達する。このメッシュ構造体８を出射した電子ビーム１１ｂの発散角は小さく、進行方向がほぼ揃っており、ターゲット３に到達する過程で進行方向と垂直な方向の断面積が拡大することはない。
【０１７０】
このように、本実施の形態１の電界放出型電子源装置では、メッシュ構造体８が無い場合と比較して、発散角の小さな電子ビーム１１ｂをターゲット３に入射させることができる。そのため、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することができる。
【０１７１】
また、メッシュ構造体８を出射した電子ビーム１１ｂの発散角が小さいので、例えば組み立て誤差により背面パネル５と前面パネル１との距離がばらついた場合や、大気圧によって背面パネル５及び／又は前面パネル１が湾曲変形した場合であっても、ターゲット３上での電子ビームのスポット径はほとんど変化しない。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１７２】
次に、メッシュ構造体８について詳細に説明する。
【０１７３】
メッシュ構造体８は、シリコン基板を用いて、半導体技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により作成できる。即ち、Ｎ型又はＰ型にドープして抵抗を低下させたシリコン基板に対して半導体技術を用いて微細加工を行い、図３に示すような貫通孔９０を形成することができる。
【０１７４】
このようにメッシュ構造体８をシリコン基板を用いて半導体技術であるＭＥＭＳ技術により作成することにより、以下のような利点がある。
【０１７５】
第１に半導体技術を用いたミクロン、サブミクロンオーダーの微細加工を行なうことが可能になる。これにより、例えば２０μｍ角程度の１セル内に多数（例えば１００個）の冷陰極素子１５を備えたＶＧＡの電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体８の開口９１の開口径Ｄは例えば１６μｍ程度となり、その成形精度はサブミクロンオーダーである必要がある。ＭＥＭＳ技術を用いれば、このような微細加工が可能である。
【０１７６】
第２に、メッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が求められる。ＭＥＭＳ技術を用いることで、メッシュ構造体８の高精度成形、及びメッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、品質の優れた電界放出型電子源装置を得ることができる。
【０１７７】
第３に、シリコン基板を用いることにより、同じくシリコン基板を用いて作成される電界放出型電子源アレイが形成される半導体基板６と、熱膨張係数を同じにすることができる。
【０１７８】
電界放出型電子源アレイは、シリコン基板を用いて、半導体技術によりその一部あるいは全てを作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましく、その半導体技術も現在では一般化され、その際に必要とされる装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。
【０１７９】
メッシュ構造体８の材料を、電界放出型電子源アレイが形成される基板の材料と同じにすることは、熱膨張の点で有利であり、例えば、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊が起こりにくくなり、また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成を高温で行うことができる。
【０１８０】
メッシュ構造体８にはスペーサー部８ａが一体に形成されており、メッシュ構造体８のスペーサー部８ａは電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板６上に直接設置される。これにより、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体８との間の距離精度を向上させることができる。この結果、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体８のトリミング部９に形成された複数の貫通孔９０の開口９１との間の距離を高精度に維持するというスペーサー部８ａの役割を効果的に発揮させることができる。
【０１８１】
メッシュ構造体８のスペーサー部８ａの厚みＨｓは、例えば上述の電界放出型電子源アレイの１つのセルの縦横寸法がそれぞれ２０μｍ程度である場合、５０〜１５０μｍ程度（最適は１００μｍ程度）が好ましい。ここで、スペーサー部８ａの厚みＨｓとは、図７に示すように、メッシュ構造体８のトリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面と電界放出型電子源アレイとの間の距離を意味する。
【０１８２】
この場合、ＭＥＭＳ加工における寸法マージンとトリミング部９の機械的強度の観点から、縦横方向に隣り合う開口９１間の距離（即ち、隣り合う電子ビーム通過行路９２間の壁の厚さ）は４μｍ±２μｍの範囲内であることが好ましい。従って、１セルの縦横寸法がそれぞれ２０μｍの場合には、メッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１の形状は一辺が１６μｍ程度の四角形となる。トリミング部９の厚み（即ち電子ビーム通過行路９２のＺ軸方向寸法）Ｈｔは、開口９１の上記の開口径の約１．５〜１０倍程度、更には６〜８倍程度（上記の例では１００〜１２０μｍ程度）が好ましい。
【０１８３】
トリミング部９の厚みＨｔが開口９１の開口径の１．５倍未満であると、メッシュ構造体８に対して大きな入射角度で入射した電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収除去することが困難となる。このため、指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔９０に入射した電子ビームもメッシュ構造体８の貫通孔９０を通過して、ターゲット３に到達してしまう。従って、ターゲット３上での電子ビームのスポット径が拡大する。
【０１８４】
トリミング部９の厚みＨｔが開口９１の開口径の１０倍を超えると、メッシュ構造体８の貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が著しく少なくなり、ターゲット３において所望する動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保できない可能性が生じる。
【０１８５】
スペーサー部８ａの厚みＨｓ及びトリミング部９の厚みＨｔに上記のような最適値がある理由は以下の通りである。
【０１８６】
スペーサー部８ａの厚みＨｓとは、電界放出型電子源アレイとからトリミング部９に形成された貫通孔９０の開口９１までの距離を意味する（図７参照）。
【０１８７】
スペーサー部８ａの厚みＨｓが厚いと、メッシュ構造体８の単体での機械的強度を強くすることができる。
【０１８８】
しかしながら、電界放出型電子源アレイからトリミング部９までの距離が大きくなり、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面上での電子ビームの広がりが大きくなる。これにより、電界放出型電子源アレイの指定セルに対応する貫通孔９０に入射する電子ビーム量が少なくなり、その結果、この貫通孔を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が少なくなる。この結果、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
【０１８９】
逆に、スペーサー部８ａの厚みＨｓが薄いと、メッシュ構造体８の指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量を確保することはできる。
【０１９０】
しかしながら、メッシュ構造体８の単体での機械的強度は低下する。この結果、例えば電界放出型電子源装置を組み立てる際、メッシュ構造体８が破壊して、歩留まりが低下するという問題が起こる可能性がある。
【０１９１】
トリミング部９の厚みＨｔが薄いと、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が増加する。
【０１９２】
しかしながら、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔９０に入射した電子ビームもこの貫通孔９０を通過して、ターゲット３に到達してしまう。即ち、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔を出射した電子ビーム１１ｂのみをターゲット３に到達させるというメッシュ構造体８のトリミング作用が弱まる。この結果、ターゲット３上での電子ビームのスポット径が拡大してしまう。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することが困難となる。
【０１９３】
逆に、トリミング部９の厚みＨｔが厚いと、指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔９０に入射した電子ビームがこの貫通孔９０を通過してターゲット３に到達するのを防止できる。
【０１９４】
しかしながら、指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が少なくなる。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
【０１９５】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）は本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【０１９６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）はメッシュ構造体８に３００Ｖの電圧を印加した場合を示し、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）はメッシュ構造体８に２２５Ｖの電圧を印加した場合を示している。
【０１９７】
シミュレーションは、上述のしたように、ＶＧＡに対応し、１つのセルサイズが２０μｍ角、メッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１が一辺１６μｍの正方形、メッシュ構造体８からターゲット３までの距離が１５０μｍである電界放出型電子源装置について行った。
【０１９８】
スペーサー部８ａの厚み（即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離）Ｈｓを２５μｍから１２５μｍまで２５μｍ間隔で変えた。各スペーサー部８ａの厚みにおいて、トリミング部９の厚みＨｔを２５μｍから１５０μｍまで２５μｍ間隔で変えた。
【０１９９】
図８（Ａ）及び図９（Ａ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体８の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合（電子ビーム到達率、単位：％）を示す。
【０２００】
図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りＺ軸に平行な直線がターゲット３と交差する点を中心とする１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体８の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３の上記領域内に到達する電子ビームの割合（電子ビーム集中率、単位：％）を示す。
【０２０１】
シミュレーションは、ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット３が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット３に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図８（Ａ）及び図９（Ａ）と同じ計算結果が得られる。ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット３の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）よりも、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
【０２０２】
図８（Ａ）及び図９（Ａ）より、貫通孔９０の径Ｄに対するトリミング部９の厚みＨｔの比（比Ｈｔ／Ｄ）が大きくなるにしたがって、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は減少している。
【０２０３】
トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面には、１セルに対応する領域（一辺が２０μｍの正方形）内に１つの開口９１（一辺１６μｍの正方形）が形成されている。従って、トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面における開口９１の面積割合（開口率）は、（１６μｍ×１６μｍ）／（２０μｍ×２０μｍ）×１００＝６４％である。
【０２０４】
ターゲット３に到達する電子ビームの割合は、比Ｈｔ／Ｄが１．５以上（トリミング部９の厚みＨｔが２５μｍ以上）の領域では、図８（Ａ）及び図９（Ａ）のポイントＤ（スペーサー部８ａの厚みＨｓが２５μｍ、トリミング部９の厚みＨｔが２５μｍの場合）を除いて、トリミング部９の開口率である６４％より十分に小さい。スペーサー部８ａの厚みＨｓが５０μｍ以上の場合には、スペーサー部８ａの厚みＨｓにかかわらず、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は、トリミング部９の開口率である６４％より十分に小さい。
【０２０５】
これは以下を意味している。即ち、指定セルから放出された電子ビームのうち６４％がトリミング部９の貫通孔９０内に入射する。そして、この貫通孔９０内に入射した電子ビームのうちの一部が、電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して吸収され除去されて、メッシュ構造体８を通過することができない。即ち、ターゲット３に到達する電子ビームの割合が、トリミング部９の開口率である６４％より小さい場合には、メッシュ構造体８のこのトリミング作用が有効に機能していることを意味している。
【０２０６】
上記ポイントＤにおいて、スペーサー部８ａの厚みＨｓを大きくすると、ターゲット３に到達する電子ビームの割合はトリミング部９の開口率である６４％より小さくなる。これより、ポイントＤの条件では、トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面側の開口９１近傍に形成される電界レンズによって電子ビーム軌道が曲げられるために、ターゲット３に到達する電子ビームの割合がトリミング部９の開口率である６４％より大きくなったと考えられる。従って、ポイントＤの条件においてメッシュ構造体８に印加される電圧を低くして上記電界レンズを弱めれば、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は６４％未満となり、メッシュ構造体８のトリミング作用を発揮させることができると考えられる。
【０２０７】
以上より、各部に印加する電圧条件によって多少の違いはあるが、おおよそ比Ｈｔ／Ｄが１．５以上であれば、メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の側壁に電子ビームを衝突させて吸収除去することができる。
【０２０８】
次に、トリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲について考える。厚みＨｔの範囲は、以下の条件を満足するように設定されなければならない。第１に、メッシュ構造体８の電子ビーム通過行路９２の側壁で電子ビームの一部を除去吸収して、指定セルから放出された電子ビームの発散角よりも小さな発散角の電子ビームをメッシュ構造体８からターゲット３に向かって出射させる必要がある。第２に、ターゲット３において所望の動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保する必要がある。
【０２０９】
指定セルから放出される電子ビームの発散角がガウス分布に従うと仮定し、そのうち１σ（全体の６８．２７％）以上の発散角の電子ビームをメッシュ構造体８で吸収除去する場合を考える。このためには、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体８を通過する電子ビームの割合を、トリミング部９の開口率（６４％）に１σに相当する６８．２７％を乗じた４３．７％以下に低減できることが好ましく、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より比Ｈｔ／Ｄが１．５以上であることが好ましい。
【０２１０】
また、ターゲット３において所望の動作を行うためには、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合が５％以上である必要があると考える。このためには、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より比Ｈｔ／Ｄが１０以下であることが好ましい。
【０２１１】
以上より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの１．５倍以上１０倍以下であることが好ましい。
【０２１２】
但し、例えば指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームが、ターゲット３上の１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達することが、十分な解像度を得るために必要であると考えれば、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの３倍以上である必要がある。
【０２１３】
また、電界放出型電子源アレイが、電子ビーム放出能力が比較的劣る種類である等の理由により、指定セルから放出された電子ビームのうち１０％以上の電子ビームがターゲット３に到達すること必要であると考えれば、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの８倍以下である必要がある。
【０２１４】
このように、トリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲は、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源アレイの種類などによって変化する。
【０２１５】
上述した実施の形態では、電界放出型電子源が先端の尖った冷陰極素子１５とその先端を囲む開口が形成されたゲート電極１２とを備えたスピント型を例に説明したが、本発明の電界放出型電子源はこれに限定されない。例えばカソード電極とゲート電極との間に絶縁層を形成し、絶縁層に電圧を印加してトンネル効果により電子放出を行なうＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型、カソード電極とエミッタ電極との間に微小なギャップを設け、これら電極間に電圧を印加して微小ギャップから電子放出を行なうＳＣＥ（Surface Conduction Electron Source）型、あるいは電子源にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）やＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源であっても良い。
【０２１６】
電子ビームが広がりをもって電界放出される電子源であって、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さくする必要がある電界放出型電子源装置は、本発明の効果が効果的に発揮されるので、本発明が適用されることが特に好ましい。
【０２１７】
ＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源の一例を図１０に示す（例えば特許文献６参照）。
【０２１８】
基板上に、無数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなるＣＮＴ層５９が形成されている。ＣＮＴ層５９を取り囲むように、集束電極６０が形成されている。ＣＮＴ層５９の上方にはＣＮＴ層５９から電子を引き出すためのゲート電極６１が形成されている。ゲート電極６１には、無数の電子ビーム通過孔が形成されている。カーボンナノチューブからなるセルの平面視形状は四角形である。複数のセルが縦横方向にマトリックス状に配置されている。縦方向に並んだ複数のセルは互いに電気的に接続されてエミッタラインを形成する。ゲート電極６１は、横方向に並んだ複数のセル上に配置されてゲートラインを形成する。複数のエミッタラインのうちの１つと、複数のゲートラインのうちの１つを選択することにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとの交点に位置するセルから電子ビーム１１ａが放出される。
【０２１９】
ゲート電極６１が薄いと、セルから放出される電子ビーム１１ａの量が多くなり、その発散角は大きくなり、ゲート電極６１が厚いと、セルから放出される電子ビーム１１ａの量が少なくなり、その発散角は小さくなる。
【０２２０】
本発明は、このようなＣＮＴを用いた電界放出型電子源を備えた電界放出型電子源装置にも適用することができる。特に、ゲート電極６１が薄く、そのためにセルから放出される電子ビーム１１ａの量が多く、その発散角は大きい場合に適用すると、本発明の効果が効果的に発揮されるので好ましい。その場合、メッシュ構造体８の貫通孔９０がセルと一対一に対応してセルのＺ軸方向の上方に配置され、貫通孔９０の開口がセルと同程度の大きさを有していることが好ましい。
【０２２１】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離が１００μｍ程度、トリミング層９の厚みが１００μｍ程度、メッシュ構造体８からターゲット３までの距離が１５０〜数百μｍ程度である例を示したが、本発明はこれに限定されず、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源の種類によってこれらの距離を自由に設定しても良いことは言うまでも無い。
【０２２２】
更に、上記の実施の形態では、ターゲット３が陽極電極２を覆っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、陽極電極２がターゲット３より大きくても良い。また、ターゲット３が３色の蛍光体を含み、陽極電極２の表面にこの３色の蛍光体を交互に形成しても良い。この場合、隣り合う蛍光体の間にブラックマトリクスのような光吸収層を設けても良い。更に、陽極電極２のとターゲット３との間、又は陽極電極２と前面パネル１との間に、単色又は３色のカラーフィルター層を設け、カラーフィルター層の色に対応して蛍光体層又は光電変換膜層をターゲット３として形成しても良い。
【０２２３】
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体８をシリコン基板を用いて半導体技術であるＭＥＭＳ技術により作成する例を示したが、メッシュ構造体８の作成方法はこれに限定されない。例えば金属板をエッチング処理することにより作成しても良いし、ガラス等の絶縁物に貫通孔９０を形成後、その表面に金属膜をスパッタリングやＣＶＤ等の蒸着や塗布により形成しても良い。
【０２２４】
あるいは、シリコン基板を用いて半導体技術により作成したトリミング部９と、これとは別にシリコン、金属、ガラス等の材料で作成したスペーサー部８ａとを接合して一体化して、メッシュ構造体８を作成しても良い。
【０２２５】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部９までの距離の組立誤差を少なくするために、スペーサー部８ａを一体化に備えるメッシュ構造体８を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、側面外周器２４の内周面に段差２４ａを設け、この段差２４ａでスペーサー部を有しないメッシュ構造体２５を支持しても良い。この場合も、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビームをこの貫通孔の電子ビーム通過行路の側壁で吸収除去するというトリミング作用を得ることができる。
【０２２６】
メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の内径は、上述した図４（Ａ）のようにＺ軸方向において一定である必要はなく、変化していても良い。電子ビーム通過行路９２の内径をＺ軸方向において変化させることにより、メッシュ構造体８のトリミング作用を調整することができる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、電子ビーム通過行路９２の内径が電子ビームの入射側よりも出射側で小さいと、メッシュ構造体８の貫通孔９０を出射する電子ビーム１１ｂの発散角をより小さくすることができるので好ましい。
【０２２７】
メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２のＺ軸に垂直な方向に沿った断面形状は、上記の例のように四角形に限定されない。例えば、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形（例えば後述する図１４（Ｂ）を参照）であっても良い。これらの形状にすることにより、メッシュ構造体内における局所的な応力集中を防止して、高強度のメッシュ構造体を得ることができる。例えば、電子ビーム通過行路９２の断面形状を６角形又は円形として、トリミング部９をハニカム構造としても良い。
【０２２８】
更に、上記の実施の形態では、Ｚ軸方向から見た前面パネル１の形状が円形であったが、本発明はこれに限定されず、例えば四角形であっても良い。
【０２２９】
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体８は電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６上に設置されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば背面パネル５上に半導体加工技術を用いてスピント型等の電界放出型電子源アレイを直接形成し、電界放出型電子源アレイを形成した背面パネル５上にメッシュ構造体８を設置しても良い。
【０２３０】
更に、上述の実施の形態では、ＶＧＡに対応した電界放出型電子源装置を想定して電界放出型電子源アレイの１つのセルの大きさを２０μｍ角程度とし、これに合わせた各部の寸法を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えばＳＶＧＡ、ＳＸＧＡに対応する電界放出型電子源装置であれば、１つのセルの大きさは上記よりも小さくなり、その他の各部の寸法もこれに合わせて小さくしなければならない。
【０２３１】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイのセルとメッシュ構造体８の貫通孔９０とが一対一に対応する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電界放出型電子源アレイの複数のセルに対してメッシュ構造体８の１つの貫通孔９０が対応していても良い。例えば、縦方向に２つ、横方向に２つの合計４つのセルに対して、メッシュ構造体８の１つの貫通孔９０を対応させることができる。この場合、セルに対応する貫通孔９０の開口９１の中心は、このセルの中心を通りＺ軸と平行な直線に対して僅かにずれた位置にある。従って、指定セルから放出された電子ビームのうちＺ軸に対して僅かに斜め方向に進行する電子ビームが貫通孔９０に入射してターゲット３に到達するので、駆動方法に注意が必要がある。
【０２３２】
更に、上述の実施の形態に示した各部に印加される電圧は一例にすぎず、電界放出型電子源装置の用途、各部のサイズ等によって最適値は異なり、適宜変更しなければならないことは言うまでも無い。
【０２３３】
以上述べた如く、本実施の形態１では、電界放出型電子源アレイと有益な動作を行なうターゲットとを含む電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に貫通孔９０の開口９１の径よりも十分に長い電子ビーム通過行路９２を有する、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８が配置されている。電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出される電子ビームのうち、指定セルの中心を通りＺ軸と平行な直線上に配置された貫通孔９０以外の貫通孔９０に入射した電子ビームは、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。このメッシュ構造体８のトリミング作用によって、指定セルから放出された電子ビームの中からＺ軸方向と平行な方向の速度ベクトルを有してターゲト３へ向かう電子ビームのみが選択的に取り出される。従って、メッシュ構造体８を出射する電子ビームの広がりを小さくすることができる。この結果、ターゲット３に到達する電子ビームのスポット径が小さくなり、高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２３４】
また、メッシュ構造体８を半導体製造で使用される微細加工技術を用いて作成することにより、高精度でバラツキの少ない電界放出型電子源装置を実現できる。また、メッシュ構造体８が半導体基板６と同様にシリコン基板を用いて製作されるので、製造工程における加熱過程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２３５】
更に、本実施の形態１のメッシュ構造体はシリコン基板を用いて半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術により製作できるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体（例えば銅メッシュ等）のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。
【０２３６】
本実施の形態１で説明した結晶構造を有するシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体は、電界放出型電子源装置以外の用途にも使用することができる。
【０２３７】
例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与コリメータとして使用することができる。
【０２３８】
あるいは、例えば、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒径により粒子を選別する粒子フィルタとして使用することができる。
【０２３９】
即ち、一次元的に形成された複数の貫通孔を有し、その貫通孔に光、電子、原子、イオン、又は分子などの検知し得る物質を一方の面から他方の面に向かって通過させることが可能なメッシュ構造体において、このメッシュ構造体が結晶構造を有するシリコンを含む材料からなることによって、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。よって、例えば貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。
【０２４０】
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。
【０２４１】
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。
【０２４２】
また、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みを貫通孔の開口径よりも小さくすることにより、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比（開口率）を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比（通過率）が大きなコリメータを提供することができる。
この場合、場所によらず均一な通過率を得るために、複数の貫通孔の開口径は均一で、且つ、複数の貫通孔が規則正しく配置されていることが好ましい。
本発明において、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚み及び貫通孔の開口径は、ある貫通孔とこの貫通孔に最も近い貫通孔のそれぞれの中心軸を含む断面において定義されることが好ましい。
【０２４３】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２４４】
図１２に示すように、本実施の形態２に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２０が３層構造を有している点で実施の形態１のメッシュ構造体８と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０２４５】
本実施の形態２のメッシュ構造体２０は、図１２、図１３、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、電界放出型電子源アレイ側の第１電極層１９と、ターゲット３側の第２電極層１６と、これらの間の絶縁層（中間層）１７とからなる３層構造を有している。絶縁層１７は、第１電極層１９と第２電極層１６との間の絶縁を確保する。
【０２４６】
このメッシュ構造体２０は、シリコン基板を用いて半導体技術により作成される。図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）を用いてメッシュ構造体２０の製造方法の一例を説明する。一実施例として、電界放出型電子源アレイの１つのセルの大きさが２０μｍ角程度、１セル内の多数の電子源が並べられた領域の大きさが１０μｍ角程度の電界放出型電子源装置の数値例を併記する。但し、この数値例は一例にすぎず、開口９１の径や電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０までの距離、電界放出型電子源アレイの１セル内において多数の電子源が並べられた領域の大きさなどが異なる場合には、適宜変更する必要がある。
【０２４７】
まず、図１５（Ａ）に示すように、中間層として絶縁層１７となる酸化膜（ＳｉＯ2膜）１７'を有し、この両側に所望の厚みのシリコン層１６'，１８'を有するＳＯＩ基板を用意する。
【０２４８】
一実施例では、トリミング部９となるシリコン層１６'の厚みを１００μｍ程度、スペーサー部１８となるシリコン層１８'の厚みを９０μｍ程度にすることができる。酸化膜１７'の厚みは０．５〜３μｍが好適であり、耐電圧を確保するため、及び、シリコン層１６'，１８'、酸化膜１７'を良好にエッチング処理するためには、２μｍ程度が最適である。
【０２４９】
シリコン層１６'は第２電極層１６となる層であり、第２電極層１６の機能を発揮させるめに、予めＮ型又はＰ型の材料がドープされて低抵抗化されている。
【０２５０】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板のシリコン層１８'の中央部のみをエッチング処理して除去し、ＳＯＩ基板の中央部を薄肉化する。かくしてＳＯＩ基板の周囲のみにシリコン層１８'が残り、スペーサー部１８となる。
【０２５１】
次に、図１５（Ｃ）に示すように、シリコン層１８'側の面にアルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、又はチタン等の金属を、真空蒸着、スパッタ、又はＣＶＤ法等により堆積させて第１電極層１９となる金属薄膜１９'を形成する。
【０２５２】
次に、図１５（Ｄ）に示すように、シリコン層１６'側からエッチング技術を用いて貫通孔９０を形成する。かくして、金属薄膜１９'からなる第１電極層１９、酸化膜１７'からなる絶縁層１７、シリコン層１６'からなる第２電極層１６が形成される。
【０２５３】
貫通孔９０を形成する際、各層の被エッチング特性の相違によっては、貫通孔９０の電界放出型電子源アレイ側の開口９１周辺の形状が、所望する図１３のようにならず、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）のようになる可能性がある。しかしながら、いずれの形状であってもトリミング部９としての機能に大差はない。
【０２５４】
図１５（Ｃ）において形成される金属薄膜１９'が厚すぎると、図１５（Ｄ）のエッチング処理時に貫通孔９０を形成しにくい。金属薄膜１９'が薄すぎると、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを貫通孔９０の開口９１内に導く作用が弱くなる。従って、金属薄膜１９'の厚みには最適値が存在する。上述の一実施例の場合には、金属薄膜１９'（第１電極層１９）の厚みは２μｍ程度が好適である。
【０２５５】
本実施の形態２は、このようにメッシュ構造体２０をＳＯＩ基板を用いて加工し上述の様にして第１電極層１９を形成するので、実施の形態１で述べた利点に加え、メッシュ構造体を安価に製作することができるという利点を有する。
【０２５６】
メッシュ構造体２０の作成方法は上記に限定されない。
【０２５７】
例えば貫通孔９０を形成する図１５（Ｄ）の工程を図１５（Ａ）の工程後図１５（Ｂ）の工程前に行なっても良い、また、ＳＯＩ基板を使用せずにシリコン基板を用い、作成工程の途中で酸化処理を施しＳｉＯ2膜を形成しても良い。
【０２５８】
このようにして作製されたメッシュ構造体２０は電界放出型電子源アレイ１０が設けられた半導体基板６上に、メッシュ構造体２０に一体に設けられたスペーサー部１８を介して設置固定される。そして、メッシュ構造体２０の第１電極層１９には半導体基板６を介して例えば中位の１５０〜５００Ｖ程度の第１電圧Ｖ１が印加され、第２電極層１６には別に設けた電圧供給用ワイヤーを介して例えば低位の５０〜２００Ｖ程度の第２電圧Ｖ２が印加される。
【０２５９】
電界放出型電子源アレイの指定セルでは、この指定セル内の複数の冷陰極素子１５（図６参照）に例えば５０Ｖの基準電位から０Ｖに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、ゲート電極１２（図６参照）には例えば５０Ｖの基準電位から１００Ｖに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。
【０２６０】
指定セルから放出された電子ビーム１１ａは、メッシュ構造体２０の第１電極層１９に印加された１５０〜５００Ｖ程度の中位の第１電圧Ｖ１により加速され、その進行方向がＺ軸に平行になるように修正されながらメッシュ構造体２０に入射する。
【０２６１】
図１２に示すように、指定セルから放出された電子ビーム１１ａは、この指定セルの中心を通りＺ軸と平行な直線上に位置する貫通孔９０のみならず、この周囲に位置する貫通孔９０にも入射する。
【０２６２】
第１電極層１９によって加速された電子ビームは、メッシュ構造体２０の貫通孔９０に入射後、第２電極層１６に印加された５０〜２００Ｖ程度の第１電極層１９の第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２により急激に減速される。
【０２６３】
電子ビームが急激に減速されることにより、電子ビームのＺ軸方向の速度成分が小さくなり、Ｚ軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突しやすくなる。
【０２６４】
電子ビームを第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に効率よく衝突させるためには、電子ビーム通過行路９２の長さのうち、第１電極層１９が占める長さをＴ１、第２電極層１６が占める長さをＴ２としたときＴ１＜＜Ｔ２を満足することが好ましい。具体的にはＴ２／Ｔ１≧５０を満足することが好ましい。即ち、第２電極層１６による減速電界が、電子ビーム通過行路９２中の電界放出型電子源アレイに近い領域に配置されるのが好ましい。但し、Ｔ１＞Ｔ２であっても、程度は劣るが電子ビームを第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させることは可能である。
【０２６５】
かくして、本実施の形態２では、電子ビーム通過行路９２の長手方向（Ｚ軸方向）に対して斜めに入射した電子ビームは、実施の形態１に比べて、電子ビーム通過行路９２内に入射後の早い段階でその側壁に衝突し、吸収除去される。
【０２６６】
従って、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム１１ａのみをターゲット３に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
【０２６７】
このため、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においてはより高精細な画像を表示することが可能となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはより高精細な画像を撮像することが可能となる。
【０２６８】
また、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット３上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、一層均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び一層均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０２６９】
また、本実施の形態２では、メッシュ構造体２０に入射した電子ビームの速度ベクトルを変えることでトリミング作用が向上されるので、実施の形態１に比べてメッシュ構造体のトリミング部９の厚みＨｔを薄くすることが可能になる。これにより、実施の形態１に比べて、指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させることができ、ターゲット３において必要な電子ビーム量を確保することが容易になる。
【０２７０】
図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【０２７１】
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）はメッシュ構造体２０の第１電極層１９に３００Ｖの電圧を印加し、第２電極層１６に１００Ｖの電圧を印加した場合を示し、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）はメッシュ構造体２０の第１電極層１９に２２５Ｖの電圧を印加し、第２電極層１６に７５Ｖの電圧を印加した場合を示している。
【０２７２】
シミュレーションは、実施の形態１の上述のシミュレーションと同様に、ＶＧＡに対応し、１つのセルサイズが２０μｍ角、メッシュ構造体２０の貫通孔９０の開口９１が一辺１６μｍの正方形、メッシュ構造体２０からターゲット３までの距離が１５０μｍである電界放出型電子源装置について行った。
【０２７３】
第１電極層１９の厚みを２μｍ、絶縁層１７の厚みを２μｍとした。スペーサー部１８ａの厚み（即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離）Ｈｓを２５μｍから１２５μｍまで２５μｍ間隔で変えた。各スペーサー部１８ａの厚みにおいて、トリミング部９の厚みＨｔを第２電極層１６の厚みを変えることで２５μｍから１５０μｍまで２５μｍ間隔で変えた。
【０２７４】
図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体２０の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合（電子ビーム到達率、単位：％）を示す。
【０２７５】
図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りＺ軸に平行な直線がターゲット３と交差する点を中心とする１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体２０の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３の上記領域内に到達する電子ビームの割合（電子ビーム集中率、単位：％）を示す。
【０２７６】
シミュレーションは、ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット３が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット３に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）と同じ計算結果が得られる。ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット３の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）よりも、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
【０２７７】
実施の形態１で示した図８（Ａ）及び図９（Ａ）と比較すると、図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）では、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は減少している。これは、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、トリミング部９の電子ビームの吸収除去能力が向上していることを意味している。
【０２７８】
また、実施の形態１で示した図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）と比較すると、図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）では、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合は増加している。特に、貫通孔９０の径Ｄに対するトリミング部９の厚みＨｔの比（比Ｈｔ／Ｄ）が３以上、更には４以上のとき、電子ビーム集中率が顕著に増加している。
【０２７９】
以上のシミュレーション結果から、上述したように、メッシュ構造体を３層構造とし、第２電極層１６の第２電圧Ｖ２を第１電極層１９の第１電圧Ｖ１よりも低くして、電子ビーム通過行路９２内にて電子ビームを減速させることにより、電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収除去する効果を増加させることができることが判る。
【０２８０】
このシミュレーション結果から実施の形態２におけるトリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲について考える。実施の形態１で説明したように、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体８を通過する電子ビームの割合を４３．７％以下に低減できるトリミング部９の厚みＨｔの最小値は、実施の形態１よりも小さい。また、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合が５％以上にすることができるトリミング部９の厚みＨｔの最大値は、実施の形態１とほとんど同じである（図１７（Ａ）及び図１８（Ａ））。
【０２８１】
図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）より、指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームをターゲット３上の１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達させるためには、比Ｈｔ／Ｄが１．５倍以上であれば良い。指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームをターゲット３上の該領域内に到達させて、更なる高解像度を実現するためには、比Ｈｔ／Ｄが４倍以上であれば良い。比Ｈｔ／Ｄが６倍以上であれば、指定セルから放出された電子ビームのうち９０％以上の電子ビームをターゲット３上の該領域内に到達させることができる。
【０２８２】
実施の形態２の上記シミュレーションでは、第１電極層１９の厚みを２μｍ、絶縁層１７の厚みを２μｍとしたが、第１電極層１９及び絶縁層１７の厚みを３μｍ、２μｍ、１μｍ、０．５μｍ等に変えて同様にシミュレーションしたところ定性的に同様の結果が得られた。
【０２８３】
以上述べた如く、本実施の形態２では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２０を３層構造とし、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビーム１１ａを、電界放出型電子源アレイ側の第１電極層１９の第１電圧Ｖ１により加速してメッシュ構造体２０の貫通孔９０に入射させ、ターゲット３側の第２電極層１６の第２電圧Ｖ２により減速させることにより、電子ビーム通過行路９２内で電子ビーム軌道が曲げられるので、更に効果的にトリミング作用を行うことができる。従って、メッシュ構造体２０を出射する電子ビームの広がりを実施の形態１よりも小さくすることができる。この結果、ターゲット３上において電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態１よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２８４】
あるいは、実施の形態１と同程度のトリミング作用が得られれば十分な場合には、メッシュ構造体２０のトリミング部９の厚みＨｔを薄くすることができる。その結果、ターゲット３に到達する電子ビーム量を実施の形態１よりも増加させることができる。これにより、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては残像を少なくすることができる。
【０２８５】
（実施の形態３）
図１９は、本発明の実施の形態３に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２８６】
図１９に示すように、本実施の形態３に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２３が５層構造を有している点で実施の形態１のメッシュ構造体８、実施の形態２のメッシュ構造体２０と異なる。以下では実施の形態１及び実施の形態２と同じ部分についての説明を省略する。
【０２８７】
本実施の形態３のシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２３は、図１９及び図２０に示すように、実施の形態２のメッシュ構造体２０のターゲット３側の面に、第２絶縁層２１と第３電極層２２とが順に設けられたものである。第３電極層２２には第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２とあまり変わらない第３電圧Ｖ３が印加される。
【０２８８】
一実施例では、第３電極層２２の厚みは第１電極層１９と同じ２μｍ程度、第２電極層１６と第３電極層２２との間の第２絶縁層２１の厚みも２μｍ程度とすることができる。
【０２８９】
実施の形態２で説明したように、メッシュ構造体２３の貫通孔９０に入射した電子ビーム１１ａは、第１電極層１９及び第２電極層１６を通過することで電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。吸収除去されなかった電子ビームは、第３電極層２２に印加された第３電圧Ｖ３により、その発散角を微調整された後、貫通孔９０を出射してターゲット３に到達する。これにより、ターゲット３上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
【０２９０】
ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったシミュレーション結果によれば、１フレームの読み出し後、ターゲット３の電位がエミッタ電位に落ち着いた状態において、Ｖ２＞Ｖ３とすることにより、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を実施の形態２よりも更に小さくすることができることを確認した。その際、メッシュ構造体２３を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量は若干減少した。
【０２９１】
ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、ターゲット３の電位が第２電圧Ｖ２よりも高いので、Ｖ２＜Ｖ３とする方がターゲット３上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
【０２９２】
以上述べた如く、本実施の形態３では、実施の形態２のメッシュ構造体２０のターゲット３側に電子ビームの最終調整用の第３電極層２２を設けた５層構造のメッシュ構造体２３を用いる。これにより、メッシュ構造体２３を出射する電子ビームの拡がりを実施の形態２よりも小さくすることができる。この結果、実施の形態２と同じ効果が得られることに加えて、ターゲット３に到達する電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態２よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２９３】
（実施の形態４）
図２１は、本発明の実施の形態４に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２９４】
図２１に示すように、本実施の形態４に係る電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイ１０とシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８との間に予備集束用のフォーカス電極２６が設けられている点で実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０２９５】
フォーカス電極２６は、電界放出型電子源アレイ１０のマトリックス状に配置された複数のセルのそれぞれの位置に開口を有し、各セルを包囲する複数の筒状体を備えている。フォーカス電極２６には、メッシュ構造体８の電界放出型電子源アレイ１０側の部分に印加される電圧よりも低い電圧が供給される。これにより、メッシュ構造体８からフォーカス電極２６の筒状体内に浸透する電界が形成される。
【０２９６】
電界放出型電子源アレイ１０のセルから放出された電子ビームは、フォーカス電極２６の筒状体内に形成された電界により予備集束されたのち、メッシュ構造体８に向かって放出される。電子ビームはフォーカス電極２６による予備集束を受けるので、フォーカス電極２６を出射する電子ビームの発散角は、フォーカス電極２６を備えない場合に比べて、小さくなる。このために、Ｚ軸方向（電子ビーム通過行路９２の長手方向）に対してなす角度が小さな速度ベクトルを有する電子ビームが多くなるので、メッシュ構造体８を通過する電子ビーム量が多くなる。従って、指定セルに対応する貫通孔９０に入射する電子ビーム量が多くなる。この結果、フォーカス電極２６を備えない場合に比べて、ターゲット３に到達する電子ビーム量が多くなり、且つ、ターゲット３上において電子ビームのスポット径が小さくなる。
【０２９７】
以上述べた如く、本実施の形態４では、電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビームがメッシュ構造体８に入射する前に、フォーカス電極２６により予備集束される。これにより、実施の形態１に比べて、ターゲット３に到達する電子ビーム量を多くすることができ、且つ、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。これにより、高輝度且つ高精細の電界放出型電子源表示装置や、残像が少なく且つ高精細の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０２９８】
上記の例では単一電極を有するフォーカス電極を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｚ軸方向に複数の電極を有していても良い。各電極に異なる電圧を印加することにより、フォーカス電極内に予備集束のための電界を形成することができる。この場合、メッシュ構造体に最も近い電極に印加する電圧は、メッシュ構造体８のフォーカス電極側の部分に印加される電圧よりも低くても良いし、同じであっても良い。同じ場合には供給電圧回路を共通化できる。
【０２９９】
上記の例では、実施の形態１に示した電界放出型電子源装置にフォーカス電極を設けたが、本発明はこれに限定されず、上述した又は後述するいずれの電界放出型電子源装置に本実施の形態で説明したフォーカス電極を設けることができ、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【０３００】
（実施の形態５）
図１２を用いて本発明の実施の形態５に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置を説明する。
【０３０１】
本実施の形態５では、電界放出型電子源装置の駆動中にシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２０の第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２の一方又は両方を変化させる点で、実施の形態２と異なる。以下では実施の形態２と同じ部分についての説明を省略する。
【０３０２】
本実施の形態では、これにより特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
【０３０３】
即ち、ターゲット３に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲット３に入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲット３の電界放出型電子源アレイ１０側の面である電子走査面まで輸送され（セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され）蓄積される。
【０３０４】
ターゲット３が電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビーム１１ｃによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲット３に到達しないと、ターゲット３の電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。
【０３０５】
そのため、１フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、２フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。
【０３０６】
この問題を解決するためには、１フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲット３に到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去する動作（電荷リセット）を行い、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。
【０３０７】
しかし、電界放出型電子源アレイ１０とターゲット３との間にメッシュ構造体２０のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲット３に到達させることができない可能性がある。
【０３０８】
そこで、本実施の形態５では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体２０の複数の貫通孔９０を通過してターゲット３へ向かう電子ビーム１１ｃの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３０９】
特に、電荷リセット期間中に、第１電圧Ｖ１を一定にしたまま、第２電圧Ｖ２を上昇させるのが好ましい。これにより、電子ビーム通過行路９２内に形成される電界により電子ビームの速度ベクトルの方向がＺ軸方向に近づく。その結果、貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が増加する。例えば、通常駆動中には指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルに対応する貫通孔９０に入射した電子ビームのみしかメッシュ構造体２０を通過することができなかった場合には、その貫通孔の周辺の貫通孔に入射した電子ビームもメッシュ構造体２０を通過することができるようになり、且つ、指定セルに対応した貫通孔９０を通過できる電子ビーム量も増加する。
【０３１０】
例えば、通常駆動時（読み出し期間中）に、第１電極層１９に第１電圧Ｖ１として２５０Ｖ程度が印加され、第２電極層１６に第２電圧Ｖ２として７５Ｖ程度が印加される図１２に示す電界放出型電子源撮像装置を考える。この状態でこの電界放出型電子源撮像装置は電界放出型電子源アレイ１０のセルを順次駆動してターゲット３に蓄積された正孔を読み出す。
【０３１１】
そして１画像分又は１ライン分の正孔の読み出しが終わった後の電荷リセット期間中に、全セル又は１ラインに対応するセルから電子ビームを放出するのと同時に、メッシュ構造体２０の第２電圧Ｖ２を７５Ｖから１５０Ｖ程度に上昇させる。
【０３１２】
これにより、メッシュ構造体２０のトリミング作用が弱められ、電子ビームが放出されているセルに対応する貫通孔９０の周辺の貫通孔９０に入射した電子ビームもメッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達するようになる。従って、ターゲット３に到達する電子ビーム量は、通常駆動時に比べて格段に増加し、これにより、読み出し動作時に読み出されずにターゲット３の電子走査面に残った正孔を除去することができる。
【０３１３】
上記の場合において、電荷リセット期間中に、第２電圧Ｖ２を上昇させると同時に第１電圧Ｖ１を下降させても良い。これにより、駆動が若干複雑になるものの、メッシュ構造体２０を出射する電子ビーム量を更に多くすることができる。
【０３１４】
このように電荷リセット期間中のターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させることができるので、ターゲット３上に残存していた余分な正孔を除去するのに必要な電子ビーム量を確保することができる。よって、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３１５】
また、本実施の形態５によれば、１画像分又は１ライン分の通常の読み出し期間終了時にターゲット３の電子走査面に正孔が残存しても、これに続く電荷リセット期間中にターゲット３に到達する大量の電子ビームによって正孔を除去することができるので、通常の読み出し期間において全ての正孔の除去（読み出し）を行うのに必要な量の電子ビームがターゲット３に到達しなくても良い。従って、例えば、メッシュ構造体２０の厚みＨｔを増大させて、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さくすることが可能になる。あるいは、電界放出型電子源アレイ１０のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
【０３１６】
以上述べた如く、本実施の形態５では、メッシュ構造体２０がＺ軸方向の異なる位置に第１電極層１９及び第２電極層１６を備える場合において、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２の一方又は両方を異ならせる。これにより、ターゲット３に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。
【０３１７】
従って、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３１８】
また、読み出し期間中にターゲット３に到達する電子ビーム量が全ての正孔の除去（読み出し）を行うのに必要な量よりも少なくても良い、従って、例えば、メッシュ構造体２０の厚みＨｔを増大させて、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さし、解像度を向上させることができる。あるいは、電界放出型電子源アレイ１０のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
【０３１９】
上記の例では、実施の形態２の電界放出型電子源装置において第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の一方又は両方を変化させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、実施の形態３（図１９）の電界放出型電子源装置や、これ以外の、２以上の電極を備えたメッシュ構造体を備える電界放出型電子源装置に対して同様の駆動を行っても良く、いずれも上記と同様の効果を得ることができる。
【０３２０】
また、電圧の変化のさせ方は上述の例に限定されず、例えば第２電圧Ｖ２を一定にしたまま第１電圧Ｖ１を低下させても良く、あるいは、第１電圧Ｖ１を低下させ、且つ第２電圧Ｖ２を上昇させても良い。
【０３２１】
（実施の形態６）
図２２及び図２３は、本発明の実施の形態６に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【０３２２】
図２２に示す電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８のターゲット３側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５を備える点で、実施の形態１の図１に示した電界放出型電子源装置と異なる。
【０３２３】
また、図２３に示す電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２０のターゲット３側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５を備える点で、実施の形態２の図１２に示した電界放出型電子源装置と異なる。
【０３２４】
以下では実施の形態１，２と同じ部分についての説明を省略する。
【０３２５】
シールド電極層４５は、例えばシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体のターゲット側の面に金属の薄膜をスパッタリング、真空蒸着、化学鍍金法等により成膜することで形成できる。あるいは、シリコンからなるメッシュ構造体のターゲット側の面から所定深さまでＮ型又はＰ型の物質をドープしてその濃度を高めることで形成できる。シールド電極層４５は、電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続される。
【０３２６】
シールド電極層４５を設けることにより、メッシュ構造体８，２０を通過した電子ビーム１１ｂ，１１ｃのうち、ターゲット３へ到達せずに戻ってくる電子ビームをシールド電極層４５が的確にトラップするので、メッシュ構造体８，２０の局部的な電圧変動を抑制することができる。
【０３２７】
即ち、メッシュ構造体８，２０から出射した電子ビーム１１ｂ，１１ｃの殆どはターゲット３へ到達するが、一部はターゲット３へ到達せずにメッシュ構造体８，２０へ戻ってくる場合がある。これにより以下のような問題が生じる可能性がある。
【０３２８】
例えばメッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面に比較的高抵抗の材料が露出した状態になっていると、ターゲット３へ到達せずメッシュ構造体８，２０に戻ってきた電子ビームがメッシュ構造体８，２０に衝突して２次電子放出等による局所的な電圧変動が発生したり、戻ってきた電子ビームをメッシュ構造体８，２０がトラップした後、この電子が短時間で外部へ放出されないために電圧変動が発生したりする可能性がある。また、電界放出型電子源アレイ１０のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体８，２０に重畳してしまう可能性がある。
【０３２９】
このような現象が起こるとメッシュ構造体８，２０のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体８，２０から出射する電子ビーム量が変動する。この結果、電界放出型電子源表示装置では輝度にムラが発生したり、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット３面に伝わり出力信号に雑音が重畳されたりする。
【０３３０】
これに対して、本実施の形態６によれば、メッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面が低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５で覆われており、このシールド電極層４５は電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、メッシュ構造体８，２０から出射しターゲット３へ到達せずにメッシュ構造体８，２０に戻ってくる電子による２次電子放出がシールド電極層４５により抑制されると共に、シールド電極層４５にトラップされた電子を短時間で電圧供給源へ放出することができるので、メッシュ構造体８，２０の局部的な電圧変動が起こることが無い。
【０３３１】
また、メッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面に形成されたシールド電極層４５が電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、電界放出型電子源アレイ１０のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体８，２０の特にターゲット３側の面に形成されたシールド電極層４５に重畳されることは無い。
【０３３２】
従って、メッシュ構造体８，２０のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体８，２０から放出される電子ビーム量が変動するという問題が生じない。よって、電界放出型電子源表示装置では輝度ムラが抑制され、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット面に伝わることで出力信号に雑音が重畳されるという問題が生じない。従って、高性能の電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０３３３】
（実施の形態７）
図２４は、本発明の実施の形態７に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【０３３４】
図２４に示すように、本実施の形態７に係る別の電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体５４が、高抵抗層５６と、高抵抗層５６の電界放出型電子源アレイ１０側に形成された第１電圧が印加される低抵抗の第１電極層５５と、高抵抗層５６のターゲット３側に形成された第２電圧が印加される低抵抗の第２電極層５７とを備える点で、実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０３３５】
本実施の形態７では、実施の形態１と同じ効果が得られる上に、メッシュ構造体の製作が容易になるという効果が得られる。
【０３３６】
例えば、メッシュ構造体を、実施の形態２で示したように、ＳｉＯ2からなる絶縁層の両側にシリコン層を含むＳＯＩ基板を用いて貫通孔９０をエッチングで形成する場合、厚さ方向に異なる材質の層が積層されているので、例えばエッチング処理がシリコン層では容易であるのに対して絶縁層では困難であるという問題や、材質の違いによる局部的な応力集中によりエッチング処理中に基板が割れてしまうという問題などが発生する。
【０３３７】
これに対して、本実施の形態７では、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔９０をエッチングで形成し、その後、両表面層が低抵抗となるようにＮ型又はＰ型の材料をドープすることでメッシュ構造体５４を簡単に作成することができる。あるいは高抵抗のシリコン基板の両表面層を低抵抗となるようにＮ型又はＰ型の材料をドープした後、貫通孔９０をエッチングで形成してメッシュ構造体５４を作成しても良い。
【０３３８】
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔９０をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。
【０３３９】
メッシュ構造体５４が上記のような構成を有することにより、メッシュ構造体５４を容易に作成することができる。
【０３４０】
また、電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出された電子ビームのうち、指定セルに対応する貫通孔９０以外の貫通孔９０に入射した電子ビームをメッシュ構造体の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去するというトリミング作用を、実施の形態１と同様に得ることができる。
【０３４１】
第１電極層５５に印加される第１電圧をＶ１、第２電極層５７に印加される第２電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２としても良い。これにより、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【０３４２】
即ち、Ｖ１＞Ｖ２とすることにより、高抵抗層５６に電圧勾配が形成され、これがメッシュ構造体５４の貫通孔９０に入射した電子ビームを減速させる。これにより、電子ビームのＺ軸方向の速度成分が小さくなり、Ｚ軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突しやすくなる。よって、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム１１ａのみをターゲット３に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
【０３４３】
よって、本実施の形態７では実施の形態２と同様に以下の効果が得られる。即ち、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット３上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３４４】
第１電極層５５に印加される第１電圧をＶ１、第２電極層５７に印加される第２電圧をＶ２としたとき、電界放出型電子源装置の駆動中に電圧Ｖ１，Ｖ２の一方又は両方を変化させても良い、これにより、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【０３４５】
即ち、ターゲット３に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の一方又は両方を異ならせることで、メッシュ構造体５４のトリミング作用を読み出し期間中と電荷リセット期間中とで異ならせる。これにより、ターゲット３に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。従って、本実施の形態７では実施の形態５と同様に、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３４６】
（実施の形態８）
図２５は、本発明の実施の形態８に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０３４７】
図２５に示すように、本実施の形態８に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体６５のトリミング部６６を薄くした点で、図１に示した実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０３４８】
図２５に示される本実施の形態８では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体６５のトリミング部６６が薄い。これにより、シリコンを含む材料を半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術で加工してメッシュ構造体６５を作成することができるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体（例えば銅メッシュ等）のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。
【０３４９】
更に、電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６がシリコンを含む材料からなる場合、半導体基板６及びメッシュ構造体６５の材料が同じになるので、製造工程における加熱工程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０３５０】
本発明のメッシュ構造体及び電界放出型電子源装置の利用分野は特に制限はなく、例えば電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３５１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の概略斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部に形成された貫通孔を示した一部拡大斜視図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイの一例を示した断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイの別の例を示した断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の一部拡大斜視図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の製造方法の一工程を示した断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の貫通孔の電界放出型電子源アレイ側の開口周辺の形状の例を示した拡大断面図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態３に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態４に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態６に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態６に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態７に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態８に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２６】図２６は、従来の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２７】図２７は、従来の別の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置の断面図である。
【符号の説明】
【０３５２】
１，１０１，１１５ 前面パネル
２，１０２，１１３ 陽極電極
３，１０３ ターゲット
４，２４，１０４，１１６ 側面外周器
５，１０５，１１７ 背面パネル
６，１０６ 半導体基板
７，１０９ 封着材料
７ａ フリットガラス真空封着部
７ｂ，１１９ インジウム真空封着部
８，２０，２３，２５，５４ メッシュ構造体
８ａ スペーサー部
９，６６ トリミング部
１０ 電界放出型電子源アレイ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 電子ビーム
１２，１２８ ゲート電極
１３，１７，２１，１２６ 絶縁層
１４，１２５ エミッタ電極層
１５，１０７，１２４ 冷陰極素子（エミッタ）
１６ 第２電極
１８ スペーサー部
１９ 第１電極
２２ 第３電極
２６ フォーカス電極
５５ 第１電極層
５７ 第２電極層
６５ メッシュ構造体
４３ 電圧供給ピン
４５ シールド電極層
５０ ゲッター
５１ 第１空間
５２ 第２空間
５６ 抵抗層
５９ ＣＮＴ
６０ 集束電極
６１ ゲート電極
９０ 貫通孔
９１ 開口
９２ 電子ビーム通過行路
１０８ 周辺素子（ゲート電極及び絶縁層）
１１１ 入射光
１１２ 光電変換膜
１１４ 光電変換ターゲット
１１８ 真空容器
１２０ シールドグリッド電極
１２１ 段差
１２２ 電圧供給端子
１２３ 電圧供給用リード
１２９ 電界放出型電子源アレイ
１３３ フリットガラス封着部
【技術分野】
【０００１】
本発明はメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を用いた電界放出電子源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術の進展により、半導体などの基板にミクロンオーダーの微細な冷陰極構造を多数集積化する真空マイクロエレクトロニクス技術が注目を集めている。これらの技術によって得られる微小冷陰極構造を備えた電界放出型電子源アレイは、平面型の電子放出特性や高い電流密度が期待できること、熱陰極とは異なりヒーター等の熱源を必要としないこと等から、低消費電力型の次世代フラットディスプレイ用電子源、センサ、平面型撮像装置用電子源として期待が集まっている。
【０００３】
このような電界放出型電子源アレイを用いた真空装置としては特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に示される電界放出型電子源表示装置や、特許文献５等に示される電界放出型電子源撮像装置や、特許文献６に示される発光素子等が知られている。
【０００４】
一般的にこのような電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置は、図２６に示す様に、前面パネル１０１と、背面パネル１０５と、側面外周器１０４とを備え、これらはフリットガラスやインジウム等の封着材料１０９により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
【０００５】
前面パネル１０１の内面には、例えば外部からの入射光を透過する陽極電極１０２が形成され、その表面にターゲット１０３が形成されている。一般にターゲット１０３は、電界放出型電子源表示装置として使用される場合には３色に発光する蛍光体が規則正しく配列された蛍光体層であり、電界放出型電子源撮像装置として使用される場合には入射光を信号電荷に変換する光電変換膜である。
【０００６】
背面パネル１０５の内面には、複数の冷陰極素子（エミッタ）１０７と、各冷陰極素子１０７の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子１０７から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子１０８とが集積一体化された電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板１０６が設置されている。冷陰極素子１０７から放出された電子ビームをターゲット１０３にランディングさせることにより、電界放出型電子源表示装置では蛍光体を発光させて画像を映し出し、電界放出型電子源撮像装置では光電変換膜上に入射光として結像した画像を読み取ることができる。
【０００７】
電界放出型電子源としては、一般的に、半導体基板上に、先端が先鋭な冷陰極素子を形成し、その周りに絶縁層及びこの絶縁層上にゲート電極を形成して、冷陰極素子とゲート電極との間に電圧を印加して冷陰極素子の先端から電子放出を行なうスピント（Spindt）型を代表例として挙げることができる。その他には、カソード電極とゲート電極との間に絶縁層を形成し、絶縁層に電圧を印加してトンネル効果により電子放出を行なうＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型、カソード電極とエミッタ電極との間に微小ギャップを設け、これら電極間に電圧を印加して微小ギャップから電子放出を行なうＳＣＥ（Surface Conduction Electron Source）型、あるいは電子源にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）やＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源を例として挙げることができる。
【０００８】
このような冷陰極を含む電界放出型電子源は、個々の冷陰極素子からの電子放出量が微量であることから、電界放出型電子源表示装置として使用する場合や、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には、複数の電界放出型電子源を一単位とするセル（電子源セル）を形成し、所定の動作を行うのに必要な電流量を確保している。
【０００９】
このセルは平面上に、例えばマトリクス状に配置される。詳細には、縦方向に延びた複数のエミッタラインが横方向に等ピッチで配置され、横方向に延びた複数のゲートラインが縦方向に等ピッチで配置され、これら複数のエミッタラインと複数のゲートラインとが交差する各位置にセルが配置される。電界放出型電子源装置の駆動時には、エミッタライン及びゲートラインを順次選択していくことにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとが交差する位置のセルから電子ビームが順次放出される。本明細書では、このようにして電子ビームを放出するセルを、以下「指定セル」と呼ぶ。以上により、電界放出型電子源表示装置においては画像を映し出すことができ、電界放出型電子源撮像装置においては結像された画像を読み出すことができる。
【００１０】
電界放出型電子源では、冷陰極素子とゲート電極との間に形成される強電界により電子を電界放出するので、個々の冷陰極素子から電子は所定の広がり（この広がり角度を「発散角」といい、例えばスピント型電界放出型電子源の場合３０度程度である）をもって放出される。
【００１１】
このような電界放出型電子源を用いる真空装置においては、図２６で示した様に、電界放出型電子源アレイを真空容器の背面パネル１０５上に設置し、電界放出型電子源アレイからの電子ビームをランディングさせて所定の動作を行なうターゲット１０３を前面パネル１０１上に形成するのが一般的である。ここで、電界放出型電子源アレイからターゲット１０３までの距離は、それらが設けられた背面パネル１０５と前面パネル１０１との距離によって一意的に決定される。
【００１２】
即ち、このような従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離は、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合部分の精度によって、理想的な設計距離に対して大きく変化する。
【００１３】
例えば、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合がフリットガラスを用いて行われる場合には、フリットガラスの供給量のバラツキや、４００℃程度で焼成し溶着させる過程で発生するシュリンクなどが、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離のバラツキを生じさせる。
【００１４】
また、前面パネル１０１及び背面パネル１０５と側面外周器１０４との接合がインジウムのような柔らかい金属を用いた低温封着にて行なわれる場合には、封着の際にインジウムを前面パネル１０１と側面外周器１０４との間、及び側面外周器１０４と背面パネル１０５との間で潰すために、インジウムの供給量やつぶし量のバラツキが、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離のバラツキを生じさせる。
【００１５】
電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との間の距離のバラツキは数百ミクロン〜数ミリの程度になる。
【００１６】
このように、従来の電界放出型電子源装置においては、背面パネル１０５上に設置された電界放出型電子源アレイと前面パネル１０１上に形成されたターゲット１０３との距離を高精度に管理することは困難である。そして、個々の冷陰極素子からは３０度程度の発散角で電子が放出される。従って、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離のバラツキは、電子ビームがターゲット１０３上に形成する電子ビームスポットの拡がり具合（即ち、スポット径）のバラツキを生じさせる。これは均一な画像が求められる電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置にとって非常に不都合な問題である。
【００１７】
また、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現するためには、電界放出型電子源アレイ上のセルのサイズを十分小さくする必要がある。この場合には、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離も十分に小さくする必要があり、更にその誤差を例えば数十ミクロン程度以下に管理する必要がある。ところが、従来の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイとターゲット１０３との距離に数百ミクロン〜数ミリ程度のバラツキを有する可能性があるから、高精細な電界放出型電子源表示装置や高精細な電界放出型電子源撮像装置を実現することは困難である。
【００１８】
また、従来の電界放出型電子源装置においては、真空容器内を真空にした場合、前面パネル１０１が外気圧によって加圧されて湾曲する。前面パネル１０１の内面にはターゲット１０３が形成されているので、前面パネル１０１の湾曲により、電界放出型電子源アレイからの距離がターゲット１０３の中央部と周辺部とで異なることになり、この結果、ターゲット１０３上に形成される電子ビームスポット径がターゲット１０３の中央部と周辺部とで異なることになる。
【００１９】
この結果、電界放出型電子源表示装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで表示される画質の差が発生し、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合には画面中央と画面周辺とで撮像される画質に差が発生する。
【００２０】
図２６とは異なり、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にシールドグリッド電極を設けた電界放出型電子源アレイを用いた真空装置が特許文献１及び特許文献５に示されている。
【００２１】
図２７に特許文献５に示された、電界放出型電子源撮像装置として使用される電界放出型電子源装置の断面図を示す。
【００２２】
真空容器１１８は、透光性の前面パネル１１５と、背面パネル１１７と、メッシュ状のシールドグリッド電極１２０を保持するスペーサー部を兼用した側面外周器１１６とを備え、これらはフリットガラスからなる封着材料１３３及びインジウムからなる封着材料１１９により固着固定され、その内部が真空に保持されている。
【００２３】
前面パネル１１５の内面には、外部からの入射光１１１を透過する陽極電極１１３と、その表面に形成された光電変換膜１１２とからなる光電変換ターゲット１１４が形成されている。
【００２４】
背面パネル１１７の内面には、冷陰極素子１２４と、冷陰極素子１２４に電位を供給する陰極導体１２５と、冷陰極素子１２４の周囲を囲むように陰極導体１２５上に形成された絶縁層１２６と、絶縁層１２６上に冷陰極素子１２４の周囲を囲むように配置されたゲート電極１２８とからなる電界放出型電子源アレイ１２９が形成されている。
【００２５】
光電変換ターゲット１１４と電界放出型電子源アレイ１２９との間に、シールドグリッド電極１２０が配置されている。シールドグリッド電極１２０には、ゲート電極１２８に印加される電圧よりも高い電圧が印加されている。
【００２６】
シールドグリッド電極１２０は複数の貫通孔１２０ａを備える。複数の貫通孔１２０ａと複数の冷陰極素子１２４とは一対一に対応しており、冷陰極素子１２４の電子ビームを放出する先端の真上に貫通孔１２０ａの中心が位置している。
【００２７】
冷陰極素子１２４の先端からは、約３０度の発散角で電子ビームが放出される。この電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみがシールドグリッド電極１２０のこの冷陰極素子１２４に対応する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達し、これ以外の斜めに向かって放出された電子ビームはシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまう。
【００２８】
特許文献５には、このようにして光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることができるとされている。
【００２９】
しかしながら、冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームのみを光電変換ターゲット１１４に到達させるためには、冷陰極素子１２４の大きさ、隣り合う冷陰極素子１２４間の距離、電界放出型電子源アレイ１２９からシールドグリッド電極１２０までの距離、シールドグリッド電極１２０の貫通孔１２０ａの開口径、シールドグリッド電極１２０の厚みの相対的関係を厳密に設定する必要がある。
【００３０】
例えば、冷陰極素子１２４を小さくし、隣り合う冷陰極素子１２４間の距離を小さくすると、シールドグリッド電極１２０の隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離も小さくするする必要が生じる。ところが、この場合、冷陰極素子１２４の先端から約３０°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子１２４の真上に配置された対応する貫通孔１２０ａのみならず、この貫通孔１２０ａの近傍の貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３１】
また、電界放出型電子源アレイ１２９からシールドグリッド電極１２０までの距離を大きくした場合にも、冷陰極素子１２４の先端から約３０°の発散角で放出された電子ビームは、この冷陰極素子１２４の真上に配置された対応する貫通孔１２０ａのみならず、この貫通孔１２０ａの近傍の貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３２】
また、シールドグリッド電極１２０の貫通孔１２０ａの数に対して、冷陰極素子１２４の数が多い場合には、電界放出型電子源アレイ１２９に形成された複数の冷陰極素子１２４のうちの一部の冷陰極素子１２４の先端の真上には貫通孔１２０ａの中心が位置しないことになる。従って、このような冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔１２０ａを通過できずにシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームがこの冷陰極素子１２４の真上以外に位置する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。
【００３３】
このように、各構成要素の寸法の相対的関係を厳密に設定しないと、光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビームの拡がりを小さくすることは不可能である。その結果、撮像画素サイズが拡大するという問題が生じる。
【００３４】
また、図２７に示した電界放出型電子源装置を、ＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）の撮像を行なう平面型撮像装置に適用しようとした場合、次のような問題が発生すると考えられる。
【００３５】
ＶＧＡの平面撮像装置では、水平方向に６４０ドット、垂直方向に４８０ドットの画素が配置されており、トータルの画素数は３１万ドットである。仮に、１つの画素（ドット）に１００個の冷陰極素子１２４を配置すると、冷陰極素子１２４の総数は３１００万個となり、その数は膨大となる。この平面撮像装置の外形対角サイズを１インチ（２．５４センチ）とすれば、電界放出型電子源アレイの水平方向サイズは１．２７５ｃｍ、電界放出型電子源アレイの垂直方向サイズは０．９５６ｃｍとなり、１つのドットのサイズは０．０２ｍｍ（＝２０μｍ）となる。この１つのドット内に１００個の冷陰極素子１２４を格子点状に配置するのであれば、一方向に１０個配置する必要がある。冷陰極素子１２４に一対一に対応して貫通孔１２０ａをシールドグリッド電極１２０に形成するためには、貫通孔１２０ａの内径は２μｍ以下にする必要がある。
【００３６】
この場合、シールドグリッド電極１２０の厚みを１μｍ以下とすれば、内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することは可能と思われる。しかし、シールドグリッド電極１２０の厚みが１μｍ以下であれば、シールドグリッド電極１２０の強度不足や撓みなどが問題となる可能性が高い。一方、厚みを１μｍより厚くすると、特許文献５にシールドグリッド電極１２０の材料として記載された、ニッケル、銅、アルミニウムなどの金属板に内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することは不可能であると考えられる。結局、冷陰極素子１２４と一対一に対応した貫通孔１２０ａをシールドグリッド電極１２０に形成することは不可能に近いと考えられる。
【００３７】
仮に、内径２μｍ以下の貫通孔１２０ａを形成することができ、且つ、強度不足や撓みの問題が解決できたとしても、次に、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０とを高精度に位置合わせしなければならいという問題がある。
【００３８】
即ち、冷陰極素子１２４の先端の真上に貫通孔１２０ａの中心をズレなく配置するためには、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との相対的位置関係を０．１μｍ以下の精度で管理しなければならない。しかし、現在の一般的なアセンブリ精度の限界は１μｍ程度であり、この点からも、図２７に示した電界放出型電子源装置を用いて平面型撮像装置を実現することは困難であると考えられる。
【００３９】
また、図２７に示されているように、１つの画素に１つの冷陰極素子１２４を対応させる場合には、１画素の動作を行うのに必要な電流量を１つの冷陰極素子１２４から供給する必要がある。しかし、電界放出型冷陰極素子の電流放出特性がナノアンペア程度であることを考えると、１つの画素に１つのみの冷陰極素子１２４を配置した電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。
【００４０】
逆に、１つの画素に複数の冷陰極素子１２４を対応させて、且つ、１つの画素にシールドグリッド電極１２０の１つの貫通孔１２０ａを対応させる場合、貫通孔１２０ａの中心の真下以外の位置に、この貫通孔１２０ａに対応する冷陰極素子１２４の先端が位置することになる。従って、前述のように、この冷陰極素子１２４から放出された電子ビームのうち、ほぼ真上に向かって放出された電子ビームは貫通孔１２０ａを通過できずにシールドグリッド電極１２０に吸収されてしまい、斜めに向かって放出された電子ビームが隣の画素を構成する貫通孔１２０ａを通過して光電変換ターゲット１１４に到達する可能性がある。従って、この場合も電界放出型電子源装置を実現することは困難であると考えられる。即ち、図２７の電界放出型電子源装置において、冷陰極素子１２４からの電子ビームをこの真上に配置された貫通孔１２０ａのみを通過させて光電変換ターゲット１１４に効率的に到達させることは非常に困難である。
【００４１】
更に、図２７の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。
【００４２】
図２７に示される様に、電界放出型電子源アレイ１２９が形成された絶縁性の背面パネル１１７と、この電界放出型電子源アレイ１２９と対向する光電変換ターゲット１１４が形成された前面パネル１１５とは、これらの外周部間に側面外周器１１６を介して接合されて、真空容器１１８の内部は高真空に保持されている。
【００４３】
この際、背面パネル１１７と側面外周器１１６との間に封着材料１３３としての低融点フリットガラスを付与して、４００℃程度の温度で焼成することで、背面パネル１１７と側面外周器１１６とを接着し、真空容器内を気密に保持する。また、側面外周器１１６の段部１２１上にシールドグリッド電極１２０を位置決めして固定する場合にも、低融点フリットガラスが用いられる。従って、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との距離は、背面パネル１１７と側面外周器１１６との間の低融点フリットガラスの厚み、及び側面外周器１１６の段部１２１とシールドグリッド電極１２０との間の低融点フリットガラスの厚みに依存することになる。
【００４４】
従って、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との間の平行度や距離にバラツキが生じてしまう。
【００４５】
この結果、電界放出型電子源装置ごとに光電変換ターゲット１１４上での電子ビームの拡がり具合（フォーカス特性）が異なったり、１つの電界放出型電子源装置内であっても光電変換ターゲット１１４上の位置によって電子ビームの拡がり具合が異なったりする。従って、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像した画像が装置ごとにばらついたり、撮像画像内において部分的にばらついたりする。
【００４６】
更に、図２７の電界放出型電子源装置には別の以下の問題も存在する。
【００４７】
電界放出型電子源アレイ１２９と光電変換ターゲット１１４との間に配置されるシールドグリッド電極１２０は、薄膜状であり、例えば薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したり、多数の貫通孔が設けられたガラスやセラミック等の絶縁性材料の表面に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ、Ａｇ，Ｃｏなどの金属や合金の膜を真空蒸着法、スパッタリング法、又は化学鍍金法等によって形成したりして作成される。
【００４８】
しかしながら、薄膜状の銅メッシュを金属からなる保持枠に張力を付与して固定したシールドグリッド電極１２０では、張力分布にバラツキが生じやすい。例えば銅メッシュの中央部と周辺部とで張力が異なると、貫通孔１２０ａの形状や隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離が銅メッシュの中央部と周辺部とで異なってしまう。このような場合には、電界放出型電子源アレイ１２９の全ての冷陰極素子１２４の先端の真上に貫通孔１２０ａの中心を配置することは困難になってしまう。即ち、冷陰極素子１２４の先端と貫通孔１２０ａの中心との相対的位置関係が部分的にずれ、これによって、光電変換ターゲット１１４に到達する電子ビーム量が、光電変換ターゲット１１４の中央部と周辺部で異なったり、局所的にばらついたりする。よって、電界放出型電子源表示装置として使用した場合には輝度分布にバラツキが生じ、電界放出型電子源撮像装置として使用した場合には、撮像画像が不均一になるという問題が発生する。
【００４９】
また、多数の貫通孔が設けられたガラスの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極１２０では、ガラス自体のガス吸着が多く、例え表面に上述のような金属膜を形成したとしても、電界放出型電子源装置の駆動中における電子ビームの衝突などにより容易にガスが放出されるといった問題がある。
【００５０】
また、ガラスを薄くし、且つこれに多数の微細な貫通孔１２０ａを形成すると、ガラスの機械的強度は劇的に劣化し、割れやすくなるという問題もある。特に、光電変換ターゲット１１４に多くの電子ビームを到達させようとすると、隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離を小さくする必要があり、機械的強度は更に劣化する。
【００５１】
また、多数の貫通孔が設けられたセラミックの表面に金属や合金の膜を形成したシールドグリッド電極１２０では、セラミックが焼成工程を必要とすること、隣り合う貫通孔１２０ａ間の距離を小さくすることが困難であること、ガラスの場合と同様に機械的強度が不足すること、等の問題がある。
【００５２】
以上、電界放出型電子源装置に備えられたシールドグリッド電極について述べたが、このようなシールドグリッド電極に代表される複数の貫通孔を有するメッシュ構造体は、上述のような電界放出型電子源装置以外の各種用途にも使用される。例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与するコリメータとしての用途や、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒子を粒径で選別する粒子フィルタとしての用途がある。
【００５３】
このような用途に用いられるメッシュ構造体は、上述と同様に、金属、ガラス、又はセラミック等の基材に貫通孔を形成して作成される場合が多い。しかしながら、このような基材を用いると次のような問題が発生する。
【００５４】
即ち、メッシュ構造体の材料として金属を用いた場合、金属構造体に孔を深掘する必要があるが、現在の金型などによる孔加工方法を用いることは困難であるし、貫通孔径を小さくすることができない。
【００５５】
また、メッシュ構造体の材料としてガラスを用いた場合、孔加工が困難であり、上述と同様、真空中でのガス放出の懸念や機械的強度不足の問題等がある。
そしてメッシュ構造体の材料としてセラミックを用いた場合、以下の問題がある。即ち、貫通孔同士の間隔を小さくすることは機械的強度を確保する観点から困難である。また、多数の貫通孔を形成できないために、コリメータとして用いる場合には、出射側の原子、分子、又は光の量が入射側の量に対して激減してしまう。また、一般にセラミックは焼成によって寸法バラツキが生じやすいので、貫通孔寸法を高精度にコントロールすることが困難であり、このため粒子の大きさに対して高精度に貫通孔径を決定しなければならないフィルタ用途にも不向きである。
【特許文献１】特開平９−２７０２２９号公報
【特許文献２】特開平９−６９３４７号公報
【特許文献３】特開平６−１１１７３５号公報
【特許文献４】特開２０００−２５１８０８号公報
【特許文献５】特開２０００−４８７４３号公報
【特許文献６】特開２００２−３１３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５６】
本発明は上記の従来の問題を解決することを目的とする。
【００５７】
即ち、本発明は、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体を提供することを目的とする。
【００５８】
また、本発明は、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に配置される多数の貫通孔が形成された電極の機械的強度を確保しつつ、ターゲットに到達する電子ビーム量の低下を抑え、そしてターゲット上での電子ビームの広がりを抑えた、高性能の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】
【００５９】
本発明のメッシュ構造体は、一次元的に形成された複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むことを特徴とする。
【００６０】
また、本発明の電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する。
【００６１】
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。
【００６２】
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、機械的強度を有し、真空中でもガス放出が少なく、寸法精度良く貫通孔を形成できるメッシュ構造体を提供することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に配置される多数の貫通孔が形成された電極の機械的強度を確保しつつ、ターゲットに到達する電子ビーム量の低下を抑え、そしてターゲット上での電子ビームの広がりを抑えた、高性能の電界放出型電子源装置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】
【００６５】
本発明の第１の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、一次元的に形成された複数の貫通孔を有する。前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能である。前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含む。
【００６６】
かかる第１の好ましい形態では、メッシュ構造体がシリコンを含む材料からなり、シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むので、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。従って、例えば、貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。
【００６７】
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。
【００６８】
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。
【００６９】
本発明の第２の好ましい形態に係るメッシュ構造体では、上記第１の好ましい形態において、前記複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みは、前記貫通孔の開口径よりも小さい。
【００７０】
かかる第２の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比（開口率）を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比（通過率）が大きなコリメータを提供することができる。
【００７１】
本発明の第３の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。
【００７２】
かかる第３の好ましい形態によれば、メッシュ構造体をシリコン基板を用いて、半導体技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により作成することが可能となる。これにより、メッシュ構造体を作成する際に要求される、高アスペクト比の深掘や、高精度な微細加工を行なうことができる。
【００７３】
例えば、ＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）、外形対角サイズが１インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、１つのセルの大きさは２０μｍ角程度となる。１つのセルが多数（例えば１００個）の冷陰極素子（エミッタ）で構成される電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体の貫通孔の開口径は例えば１６μｍ程度となるから、メッシュ構造体の作成にはサブミクロンオーダーの精度が要求される。また、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が要求される。従って、半導体技術の極微細加工技術を用いることで、メッシュ構造体の高精度成形、及びメッシュ構造体と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、その結果、品質の優れた電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００７４】
また、電界放出型電子源アレイは、シリコン基板上に半導体技術を用いてその一部又は全部を作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましい。また、その半導体技術も現在では一般化され、これを行う装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。
【００７５】
従って、メッシュ構造体がシリコン基板を用いて作成されていることにより、メッシュ構造体と電界放出型電子源アレイが形成された基板との熱膨張係数をほぼ一致させることができ、熱膨張において有利である。即ち、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊を防止することができる。また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成温度を高くすることができるので、得られる装置の信頼性を向上できる。
【００７６】
本発明の第４の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン層と、ＳｉＯ2からなる絶縁層とを含む。
【００７７】
一般的に半導体技術で使用されるシリコン基板は、純粋なシリコンからなる基板か、若しくは絶縁層であるＳｉＯ2層を間に挟み込んだＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が使用されることが多い。世界的に使用頻度の多いＳＯＩ基板は比較的安価に入手することが可能であるので、第４の好ましい形態によれば、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００７８】
本発明の第５の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体の、前記電界放出型電子源アレイ側の表面及び前記ターゲット側の表面のうちの少なくとも一方に、導電性の薄膜が形成されている。
【００７９】
導電性の薄膜の材料としては、アルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、チタン等が好適である。このような導電性材料の薄膜を、半導体製造工程で使用されるようなスパッタ、真空蒸着、ＣＶＤといった手法で成膜することは、使用する装置が半導体技術の発展により安価に入手できる点や、成膜技術が既に成熟し、確立されている点から好ましい。
【００８０】
本発明の第６の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、前記メッシュ構造体の大部分をなす基層と、前記基層の表面に成膜され、前記基層よりも低抵抗の薄膜層とを有する。ここで、基層がメッシュ構造体の「大部分」をなすとは、メッシュ構造体のうち複数の貫通孔が形成された領域（後述するトリミング部９）において基層の厚さ比率が９０％以上であることを意味する。
【００８１】
かかる第６の好ましい形態によれば、Ｎ型又はＰ型の高抵抗のシリコンからなるメッシュ構造体の表面部分の抵抗を下げることができる。これにより、電子ビームの局部的な衝突等による電位変動が発生しにくい電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００８２】
本発明の第７の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する。
【００８３】
かかる第７の好ましい形態によれば、少なくとも２つの電極層の電位を、異ならせたり、同じにしたり等、それぞれ独立して自由に設定することができる。これにより、電極層の電位や構造の自由度が向上するので、メッシュ構造体における電子ビームの吸収除去作用を調整したり、電子ビームに集束作用を与えたり、その集束作用を調整したりすることが容易に可能になる。
【００８４】
このような機能を備えたメッシュ構造体を用いることにより、例えば、ターゲット上での電子ビームスポットを小さくして高解像度の電界放出型電子源表示装置や高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。また、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを広がりを抑えながらターゲットへ導くことにより、製造バラツキの少ない電界放出型電子源装置を提供することができる。
【００８５】
本発明の第８の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも１つの中間層は絶縁層であり、前記少なくとも２つの電極層は、前記電子ビーム通過行路に少なくとも２つの電位空間を形成する。
【００８６】
かかる第８の好ましい形態によれば、少なくとも２つの電極層に互いに異なる電位を与えることにより、メッシュ構造体に入射した電子ビームに所望の集束作用を与えたり、メッシュ構造体が電子ビームを吸収除去するトリミング作用を自由にコントロールしたりすることが可能となり、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを効果的にターゲットへ導くことが可能となる。
【００８７】
本発明の第９の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうちの１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置されて、第１電圧が印加される第１電極層であり、他の１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置されて、第２電圧が印加される第２電極層である。前記少なくとも１つの中間層は、前記第１及び第２電極層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層である。
【００８８】
かかる第９の好ましい形態によれば、第７の好ましい形態の機能や効果を備えた上に、メッシュ構造体の製作が容易になる。
【００８９】
少なくとも２つの電極層を備えたメッシュ構造体としては、例えばシリコン基板に絶縁層としてのＳｉＯ2層を形成したＳＯＩ基板を用いることが考えられる。しかしながら、ＳＯＩ基板はシリコン層と絶縁層という材質の異なる層を含むために以下のような問題を有している。例えば、ＳＯＩ基板に貫通孔をエッチングで形成しようとすると、シリコン層ではエッチングが容易であるのに対して、絶縁層ではエッチングが困難である。また、シリコン層と絶縁層との境界近傍に局所的な応力集中が生じてエッチング中に基板が割れてしまう。
【００９０】
これに対して、第９の好ましい形態に係るメッシュ構造体は、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔をエッチングで形成し、その後、両面にＮ型又はＰ型の材料をドープして両表面層を低抵抗にすることによって簡単に作成することができる。あるいは、高抵抗のシリコン基板の両面にＮ型又はＰ型の材料をドープして低抵抗の表面層を両面に形成し、中間層が高抵抗のままであるシリコン基板に貫通孔をエッチングで作成しても良い。
【００９１】
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。
【００９２】
このように、第９の好ましい形態に係るメッシュ構造体は作成が容易である。しかも、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを、電子ビーム通過行路のうち低抵抗である電極層部分の側壁に衝突させ吸収除去することができるので、少なくとも２つの電極層の電位をそれぞれ独立して自由に設定することで、上記の第７の好ましい形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
本発明の第１０の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２を満足する。
【００９４】
かかる第１０の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは、電界放出型電子源アレイ側の第１電極に印加された相対的に高い電圧Ｖ１により加速されてメッシュ構造体の貫通孔に入射した後、電子ビーム通過行路を通過中に、第２電極に印加された相対的に低い電圧Ｖ２により減速される。
【００９５】
例えば、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上以外の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについては、その進行方向を表す速度ベクトルの向きが電子ビーム通過行路の延設方向と異なるので、そのほとんどが電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。
【００９６】
また、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビームのうち、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームについても、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる、発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収され除去される。しかも、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって電子ビームが減速されるので、このような発散方向の速度ベクトルを有する電子ビームは電子ビーム通過行路の側壁に一層衝突しやすくなる。
【００９７】
このようなメッシュ構造体のトリミング作用により、指定セルからほぼ鉛直方向に放出された電子ビームのみがメッシュ構造体を通過し、メッシュ構造体からほぼ鉛直方向に進行してターゲットに到達する。
【００９８】
従って、電界放出型電子源アレイからメッシュ構造体までの距離、及びメッシュ構造体からターゲットまでの距離が、設計値に対して多少異なっていていも、ターゲット上での電子ビームの広がり（スポット径）はほとんど変化しない。
【００９９】
つまり、背面パネルと側面外周器との接合、及び側面外周器と前面パネルとの接合に、フリットガラスやインジウムを用いる場合、前述したように、背面パネルと前面パネルとの距離を高精度に管理することが困難である。本発明の第１０の好ましい形態によれば、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができる。
【０１００】
また、背面パネルと側面外周器と前面パネルとからなる真空容器の内部を真空にすることにより、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪む。この結果、背面パネルと前面パネルとの距離が、中央部と周辺部とで異なる。本発明の第１０の好ましい形態によれば、このような場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径が中央部と周辺部とで異なるのを抑えることができる。
【０１０１】
よって、本発明の第１０の好ましい形態によれば、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１０２】
更に、本発明の第１０の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の厚みを、第３の好ましい形態に比べて薄くすることができる。
【０１０３】
即ち、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、電子ビーム通過行路を第１電極側から第２電極側に向かって進むにしたがって減速されるので、減速されない場合に比べて、電子ビーム通過行路の側壁により衝突しやすくなる。換言すれば、このような電子ビームが電子ビーム通過行路に入射後、電子ビーム通過行路の側壁に衝突するまでの距離は、減速されない場合に比べて短くなる。従って、メッシュ構造体の厚みを薄くしても所望のトリミング作用を得ることができる。
【０１０４】
メッシュ構造体の厚みを薄くすると、指定セルの真上の位置にある貫通孔に入射した電子ビームのうち、メッシュ構造体で吸収除去される割合を少なくすることができる。これにより、ターゲットに到達する電子ビーム量を多くすることができる。この結果、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。
【０１０５】
電界放出型電子源撮像装置の場合には、上述に加えて以下の効果が得られる。
【０１０６】
電界放出型電子源撮像装置では、動作中においてターゲットに設けられた光電変換膜の電位は、電子ビームのターゲットへの到達と正孔の読み出しとによって、電界放出型電子源アレイの冷陰極素子の電位とほぼ等しくなるまで低下する。ところが、第１０の好ましい形態によれば、メッシュ構造体のターゲット側の第２電極層の電位Ｖ２とターゲットの電位との差を小さく設定することができるので、メッシュ構造体のターゲット側の電子ビーム出射部とターゲットとの電位差が小さくなる。従って、メッシュ構造体を出射後の電子ビームは、極端な減速や加速をされることがなく、また電子ビーム出射部付近に強い電界レンズが形成されないので、メッシュ構造体を出射後の電子ビームの軌道はほとんど変化しない。よって、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路で吸収除去されずにこれを通過した電子ビームは、メッシュ構造体を出射後も鉛直方向に進んでターゲットに到達する。
【０１０７】
従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を抑えることができ、均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１０８】
本発明の第１１の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された電極層を第１電極層、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された電極層を第２電極層とし、前記電子ビーム通過行路の長さのうち、前記第１電極層が占める長さをＴ１、前記第２電極層が占める長さをＴ２としたとき、Ｔ１＜＜Ｔ２を満足する。
【０１０９】
かかる第１１の好ましい形態によれば、第１電極層に印加されれる電圧Ｖ１と第２電極層に印加される電圧Ｖ２とにより形成される電圧勾配を電界放出型電子源アレイに近づけ、且つ、電子ビーム通過行路において第２電極層が占める領域を大きくすることができる。電圧勾配が電界放出型電子源アレイに近づくことにより、電子ビーム通過行路内における減速領域が電界放出型電子源アレイ側に近づく。また、第２電極層が占める領域が大きくなることにより、電子ビームを吸収除去する範囲が拡大する。従って、メッシュ構造体の貫通孔に入射した電子ビームのうち、その進行方向を表す速度ベクトルが電子ビーム通過行路の延設方向と異なる電子ビームは、比較的早い段階で減速されて電子ビーム通過行路の側壁に衝突し吸収除去される。従って、電子ビームを効率よくトリミングすることができる。
【０１１０】
よって、メッシュ構造体を出射した電子ビームの進行方向を、鉛直方向により沿わせることができる。従って、組み立てバラツキにより背面パネルと前面パネルとの距離が設計値と異なる場合や、前面パネルが大気圧によって押されて湾曲状に歪んだ場合であっても、ターゲット上での電子ビームのスポット径の変化を一層抑えることができる。
【０１１１】
よって、本発明の第１１の好ましい形態によれば、より均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及びより均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１１２】
本発明の第１２の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置は、上記第３の好ましい形態において、更に、前記電界放出型電子源アレイが形成された基板を有する。前記メッシュ構造体は、前記電界放出型電子源アレイと前記複数の貫通孔の前記開口とを離間させるスペーサー部を一体に備える。前記メッシュ構造体は前記スペーサー部を介して前記基板上に設置されている。
【０１１３】
かかる第１２の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離のバラツキを少なくし、高精度に設定することができる。例えば、図２７に示した従来の電界放出型電子源装置では、電界放出型電子源アレイ１２９とシールドグリッド電極１２０との距離は、電界放出型電子源アレイ１２９が形成された背面パネル１１７と側面外周器１１６との接着精度（即ち、低融点フリットガラス１３３の厚みバラツキ）、側面外周器１１６の段部１２１とシールドグリッド電極１２０との接着精度（即ち、低融点フリットガラスの厚みバラツキ）、及び、側面外周器１１６の背面パネル１１７と接着される下面から段部１２１までの寸法の製作精度（即ち、寸法バラツキ）の３つのバラツキによって変化する。
【０１１４】
これに対して、本発明の第１２の好ましい形態では、メッシュ構造体がスペーサー部を一体に備えているので、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離は、電界放出型電子源アレイとスペーサー部との間の接着精度、及びスペーサー部の厚みの製作精度（即ち、寸法バラツキ）の２つのバラツキによって変化する。即ち、精度が最も劣る低融点フリットガラスによる接着部分がない。従って、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体の電界放出型電子源アレイ側の開口との距離精度が向上する。
【０１１５】
また、本発明の第１２の好ましい形態によれば、メッシュ構造体の機械的強度が向上する。
【０１１６】
即ち、例えばＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）、外形対角サイズが１インチの電界放出型電子源撮像装置を考えると、上述したとおり、一つの画素のサイズは０．０２ｍｍ程度となる。メッシュ構造体の厚みは、その機能を考慮すると１画素のサイズの１倍〜１０倍程度が適当と思われるので、０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ程度になる。メッシュ構造体の寸法は上述したとおり１２ｍｍ×１０ｍｍよりも若干大きい程度であり、このメッシュ構造体に多数の貫通孔が形成されていることを考慮すれば、メッシュ構造体の機械的強度は非常に小さい。従って、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いは、その機械的強度不足故に、非常に困難である。
【０１１７】
ところが、本発明の第１２の好ましい形態では、メッシュ構造体は、その周囲に枠状のスペーサー部を一体に備えている。従って、スペーサー部がメッシュ構造体の機械的強度を向上させるので、電界放出型電子源装置の組み立て工程におけるメッシュ構造体の単体での取り扱いの困難性という問題が解消される。
【０１１８】
本発明の第１３の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第１２の好ましい形態において、前記スペーサー部と前記基板とは導電性材料を用いて接合されており、前記導電性材料を介して前記基板から前記メッシュ構造体の少なくとも一部に給電されている。
【０１１９】
かかる第１３の好ましい形態によれば、メッシュ構造体への電圧供給を、電界放出型電子源アレイが形成された基板から行うことが可能になり、電圧供給のためのワイヤーボンディングが不要になる。従って、ワイヤーボンディングを行うための費用を省くことができ、またワイヤーボンディングした場合のワイヤー倒れ等の不良の発生を回避することができる。
【０１２０】
本発明の第１４の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第７の好ましい形態において、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。
【０１２１】
かかる第１４の好ましい形態によれば、特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
【０１２２】
即ち、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲットに入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲットの電界放出型電子源アレイ側の面である電子走査面まで輸送され（セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され）蓄積される。
【０１２３】
ターゲットが電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲットに到達しないと、ターゲットの電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。
【０１２４】
そのため、１フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、２フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。
【０１２５】
この問題を解決するためには、１フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲットに到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去し、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。以下、この動作を「電荷リセット」という。
【０１２６】
しかし、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間にメッシュ構造体のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲットに到達させることができない可能性がある。
【０１２７】
本発明の第１４の好ましい形態では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層に印加される電圧Ｖ１及び第２電極層に印加される電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１２８】
本発明の第１５の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記電子ビーム通過行路の延設方向に垂直な方向に沿った断面形状は、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形である。
【０１２９】
かかる第１５の好ましい形態によれば、メッシュ構造体を容易に製作することができる。
【０１３０】
例えば、開口の端縁形状が、いずれの内角も９０度である長方形（又は正方形）である場合には、開口の端縁の四隅部分に応力が集中して、貫通孔の形成時にこの四隅部分でメッシュ構造体が割れるという問題が発生しやすい。
【０１３１】
第１５の好ましい形態のように、開口の端縁形状が、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな５角形以上の多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形であると、応力集中が緩和されるので、貫通孔の形成時にメッシュ構造体が割れにくくなり、製作が容易になる。
【０１３２】
メッシュ構造体の製作が容易であることは、メッシュ構造体の製作歩留まりが向上することを意味し、安価なメッシュ構造体を提供することができる。よって、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０１３３】
また、メッシュ構造体の機械的強度が向上することにより、単体での取り扱い性が容易になるので、電界放出型電子源装置の組立が容易となる。この点からも、安価な電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０１３４】
本発明の第１６の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、前記電界放出型電子源アレイは、それぞれが電子を放出する複数の電子源を備えたセルを複数有する。前記複数の開口と前記複数のセルとが垂直方向に一対一に対応するように前記電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体とが配置されている。前記セルから放出された電子ビームは、対応する前記開口に入り、前記電子ビーム通過行路を通過して、前記ターゲットに入射する。
【０１３５】
かかる第１６の好ましい形態によれば、複数の電子源からなるセルの中心軸と、メッシュ構造体の貫通孔の開口の中心軸とを一致させることができるので、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体の貫通孔を最も多く通過するのは鉛直方向に進行する電子ビームとなる。従って、ターゲットに到達する電子ビーム量が最大になる。これにより、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはターゲットに到達する電子ビーム量を十分に確保できるために残像を少なくすることができる。
【０１３６】
本発明の第１７の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置では、上記第３の好ましい形態において、電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体との間に、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームを予備集束する予備集束電極を更に有する。
【０１３７】
かかる第１７の好ましい形態によれば、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームは予備集束電極により予備集束されることで、その広がりが狭められてメッシュ構造体の貫通孔に入射する。
【０１３８】
従って、個々の電子ビームの進行方向は、鉛直方向と平行な方向に近づき、貫通孔の電子ビーム通過行路の延設方向と平行な方向に近づく。従って、電子ビームは、メッシュ構造体の貫通孔を通過しやすくなる。
【０１３９】
従って、第１７の好ましい形態では、予備集束しない場合に比べて、ターゲット上での電子ビームスポットが小さくなるので、更に高解像度の電界放出型電子源表示装置や更に高解像度の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
本発明の好ましい形態に係る電界放出型電子源装置の駆動方法は、電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置の駆動方法である。前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有する。前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなる。前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する。そして、前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。
かかる好ましい形態によれば、特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
即ち、上記の好ましい形態に係る駆動方法では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層に印加される電圧Ｖ１及び第２電極層に印加される電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体の複数の貫通孔を通過してターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲットに到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１４０】
以下、本発明を、実施の形態を示しながら詳細に説明する。
【０１４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０１４２】
図１に示すように、本実施の形態１に係る電界放出型電子源装置は、光透過性のガラスからなる前面パネル１と、背面パネル５と、側面外周器４とで形成された真空容器を備える。前面パネル１と側面外周器４、及び、背面パネル５と側面外周器４は、例えば高温焼成用のフリットガラスや、低温封着用のインジウムなどの真空封着材７により固着され封着されて、真空容器内は真空に保たれている。以下の説明の便宜のために、前面パネル１及び背面パネル５の法線方向と平行な軸をＺ軸と呼ぶ。
【０１４３】
背面パネル５の内面上には、電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６が設置されている。半導体基板６上には、スペーサー部８ａを一体に備えるメッシュ構造体８が設置固定されている。前面パネル１のメッシュ構造体８と対向する内面上には、透光性の陽極電極２とターゲット３とが形成されている。ターゲット３は、電界放出型電子源アレイから放出された電子を受け取り所定の有益な動作を行なう層であり、例えば蛍光体層又は光電変換膜である。
【０１４４】
前面パネル１、背面パネル５、側面外周器４からなる真空容器内には、余分なガスを吸着除去することにより、内部を高真空に保持する為のゲッターポンプ（図示せず）が設置されている。
【０１４５】
図２はメッシュ構造体８の電界放出型電子源アレイに対向する側の面から見た概略斜視図である。メッシュ構造体８は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン基板を半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術を用いて製作された略平板状の電極であり、中央の薄肉のトリミング部９と、トリミング部９の周囲に連続して形成され、トリミング部９よりも厚い枠状のスペーサー部８ａとを備える。トリミング部９には複数の貫通孔が形成されている。
【０１４６】
スペーサー部８ａは、メッシュ構造体８の単体での機械的強度を向上させる機能と、電界放出型電子源アレイとトリミング部９に形成された複数の貫通孔の開口とを離間し、且つ両者間の距離を高精度に維持する機能とを備えている。
【０１４７】
図３はメッシュ構造体８のトリミング部９の一部拡大斜視図である。トリミング部９には、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームが通過するための、トリミング部９の表裏を貫通する多数の貫通孔９０が形成されている。多数の貫通孔９０は格子点状に配置されている。
【０１４８】
図４（Ａ）はトリミング部９のＺ軸方向の一部拡大断面図である。各貫通孔９０は、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面に形成された開口９１と、開口９１からトリミング部９の厚さ方向に連続した電子ビーム通過行路９２とを備えている。本明細書において、開口９１とは、貫通孔９０のうち、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面上に含まれる部分を意味し、Ｚ軸方向成分は含まれない。また、電子ビーム通過行路９２とは、貫通孔９０のうち、トリミング部９の表裏面間の間の部分を意味する。
【０１４９】
電子ビーム通過行路９２の長さは、開口９１の径Ｄよりも十分に大きい。ここで、電子ビーム通過行路９２の長さとは、電子ビーム通過行路９２に沿った長さを意味する。従って、電子ビーム通過行路９２が屈曲している場合にはトリミング部９のＺ軸方向の厚さより長くなる。
【０１５０】
電子ビーム通過行路９２の長さが開口９１の径Ｄよりも十分に大きいことにより、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームのうち、電子ビーム通過行路９２の延設方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に対して大きな角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。例えば、開口９１の径Ｄが１６μｍ、電子ビーム通過行路９２の長さが１００μｍのとき、Ｚ軸に対して約９．２度以上の角度をなす方向に進行する電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収し除去することができる。
【０１５１】
図５は、本実施の形態１に係る電界放出型電子源装置の分解斜視図である。図５を用いて、電界放出型電子源装置の組み立て方法の一例を簡単に説明する。
【０１５２】
背面パネル５上にフリットガラス７ａを付与し、この上に環状の側面外周器４を載置して、約４００℃程度の高温で焼成して、背面パネル５と側面外周器４とをフリットガラス７ａを介して接合する。
【０１５３】
メッシュ構造体８のスペーサー部８ａと半導体基板６とを例えば陽極接合や共晶接合などの接合方法により接合する。背面パネル５上の側面外周器４で囲まれた部分に、メッシュ構造体８が搭載された半導体基板６を、ダイボンディングして設置固定する。
【０１５４】
トリミング部９への給電は、半導体基板６から、メッシュ構造体８のスペーサー部８ａと半導体基板６との接合部及びスペーサー部８ａを介して行われる。メッシュ構造体８へ給電するための半導体基板６上の配線パターンは、背面パネル５上に形成された配線パターンとワイヤーボンディング（図示せず）により接続される。これにより、メッシュ構造体８への給電は、真空容器の外側より行なうことができる。
【０１５５】
半導体基板６上には、複数のセルをマトリクス状に並べた電界放出型電子源アレイが形成されている。各セルは、複数（例えば１００個）の冷陰極素子（エミッタ）を含む。
【０１５６】
半導体基板６上の電界放出型電子源アレイの複数のセルと、メッシュ構造体８の複数の貫通孔９０とは一対一に対応している。各セルの中心を通るＺ軸と平行な軸が、このセルと対応するメッシュ構造体８の貫通孔９０のほぼ中心を通るように（例えば、本実施の形態では、セルの中心を通るＺ軸と平行な軸に対する貫通孔９０の中心の位置ずれ量が３μｍ程度以下となるように）、半導体基板６とメッシュ構造体８とは高精度に位置合わせされる。
【０１５７】
このようにして組み立てられた背面パネル５、側面外周器４、メッシュ構造体８、及び半導体基板６からなる背面パネル構造体は、真空装置内で約１２０℃〜３５０℃程度の温度でガス出しの為の空焼きされる。
【０１５８】
空焼きが済んだ背面パネル構造体は、真空内にて、前面パネル１と、インジウムを付着させた金属リング７ｂにより接合一体化されて、内部が真空に封着された真空容器となる。
【０１５９】
半導体基板６上に形成される電界放出型電子源アレイは、図６に示される様に、先端が先鋭化された冷陰極素子（エミッタ）１５と、冷陰極素子１５の周辺に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に設けられ、冷陰極素子１５を取り囲む開口が形成されたゲート電極１２等からなる多数のエミッター部が集積されてなる。
【０１６０】
電界放出型電子源アレイは、例えばＶＧＡ（水平方向６４０ドット×垂直方向４８０ドット）の撮像を行なう平面型撮像装置であれば、マトリックス状に配置された各画素位置に縦横方向寸法がいずれも２０μｍ程度の１つのセルがそれぞれ配置される。ゲート電極１２は、水平方向（又は垂直方向）に延びたストライプ状に複数形成され、エミッタ電極１４は、ゲート電極１２の長手方向と直交する方向に延びたストライプ状に複数形成される。Ｚ軸と平行な方向から見て、複数のゲート電極１２と複数のエミッタ電極１４との交点位置にセルが１つずつ配置される。各セルには、エミッタ電極１４上の縦横方向寸法がいずれも１０μｍ程度の領域内に複数の冷陰極素子１５がほぼ均等に分布するように配置されている。
【０１６１】
同一セル内の複数の冷陰極素子１５には例えば３０Ｖの基準電位から０Ｖに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、冷陰極素子１５を取り囲む絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２には例えば３０Ｖの基準電位から中位の６０Ｖに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。冷陰極素子１５とゲート電極１２との間に形成される電位差により、冷陰極素子１５の先端から電子が放出される。
【０１６２】
ゲート電極１２及びエミッタ電極１４は、背面パネル５上に、真空容器の内外を繋ぐように形成された配線パターンと接続されている。冷陰極素子１５に与えられるエミッタ電位及びゲート電極１２に与えられるゲート電位は、真空容器の外側からこの配線パターンを介して供給される。
【０１６３】
メッシュ構造体８には、ゲート電極１２に印加される最大電圧よりも若干高い、中位の１５０〜５００Ｖ程度の電圧が印加される。電界放出型電子源アレイから、メッシュ構造体８のトリミング部９に形成された複数の貫通孔の電界放出型電子源アレイ側の面までの距離は１００μｍ程度である。
【０１６４】
メッシュ構造体８へ印加される電圧が高すぎると、メッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの間の耐電圧特性上の問題を引き起こす可能性がある。更に、電界放出型電子源撮像装置として使用する場合にはターゲット３との間での耐電圧特性も問題となる可能性がある。逆に、メッシュ構造体８へ印加される電圧が低すぎると、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームを加速させる効果が薄れ、電子ビームの発散角が大きくなってしまい、メッシュ構造体８を通過する電子ビーム量が少なくなり、電子ビームの電流量を十分確保できない可能性がある。このため、発明者らは実験を通じてメッシュ構造体８へ印加される電圧の好適値が上述の範囲であることを確認している。
【０１６５】
ターゲット３はメッシュ構造体８から１５０〜数百μｍ程度離れて配置される。前面パネル１とターゲット３との間には、透明な陽極電極２が形成されている。陽極電極２にはメッシュ構造体８に印加される電圧よりも高い、高位の例えば数１００Ｖ〜数ｋＶ程度の電圧が前面パネル１を貫通する電極４３（図５参照）を介して印加される。
【０１６６】
電界放出型電子源アレイの冷陰極素子１５とゲート電極１２とにそれぞれ所定の電圧を印加すると、冷陰極素子１５から電子ビーム１１ａが放出される。電子ビーム１１ａは、電界放出型電子源アレイからＺ軸方向に１００μｍ程度離れた、１００μｍ程度の厚みを有するメッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１に入射し、開口９１から連続する電子ビーム通過行路９２内を通過する。そして、メッシュ構造体８から出射した電子ビーム１１ｂは、メッシュ構造体から１５０〜数百μｍ程度離れたターゲット３に到達する。
【０１６７】
図７に示すように、電界放出型電子源アレイの１つのセル（指定セル）から放出された電子ビーム１１ａは所定の発散角を有してメッシュ構造体８に向かって進行し、メッシュ構造体８に形成された複数の貫通孔９０に入射する。
【０１６８】
指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔９０に入射した電子ビームは、貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突し、吸収され除去される。
【０１６９】
一方、指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸とほぼ平行に進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線上に位置する貫通孔（以下、この貫通孔を「指定セルに対応する貫通孔」という）９０に入射した電子ビームは、Ｚ軸と平行に延びた電子ビーム通過行路９２内を通過し、メッシュ構造体８を出射してターゲット３に到達する。このメッシュ構造体８を出射した電子ビーム１１ｂの発散角は小さく、進行方向がほぼ揃っており、ターゲット３に到達する過程で進行方向と垂直な方向の断面積が拡大することはない。
【０１７０】
このように、本実施の形態１の電界放出型電子源装置では、メッシュ構造体８が無い場合と比較して、発散角の小さな電子ビーム１１ｂをターゲット３に入射させることができる。そのため、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することができる。
【０１７１】
また、メッシュ構造体８を出射した電子ビーム１１ｂの発散角が小さいので、例えば組み立て誤差により背面パネル５と前面パネル１との距離がばらついた場合や、大気圧によって背面パネル５及び／又は前面パネル１が湾曲変形した場合であっても、ターゲット３上での電子ビームのスポット径はほとんど変化しない。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０１７２】
次に、メッシュ構造体８について詳細に説明する。
【０１７３】
メッシュ構造体８は、シリコン基板を用いて、半導体技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により作成できる。即ち、Ｎ型又はＰ型にドープして抵抗を低下させたシリコン基板に対して半導体技術を用いて微細加工を行い、図３に示すような貫通孔９０を形成することができる。
【０１７４】
このようにメッシュ構造体８をシリコン基板を用いて半導体技術であるＭＥＭＳ技術により作成することにより、以下のような利点がある。
【０１７５】
第１に半導体技術を用いたミクロン、サブミクロンオーダーの微細加工を行なうことが可能になる。これにより、例えば２０μｍ角程度の１セル内に多数（例えば１００個）の冷陰極素子１５を備えたＶＧＡの電界放出型電子源装置の場合、メッシュ構造体８の開口９１の開口径Ｄは例えば１６μｍ程度となり、その成形精度はサブミクロンオーダーである必要がある。ＭＥＭＳ技術を用いれば、このような微細加工が可能である。
【０１７６】
第２に、メッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの組立においても高精度が求められる。ＭＥＭＳ技術を用いることで、メッシュ構造体８の高精度成形、及びメッシュ構造体８と電界放出型電子源アレイとの高精度アセンブリが可能となり、品質の優れた電界放出型電子源装置を得ることができる。
【０１７７】
第３に、シリコン基板を用いることにより、同じくシリコン基板を用いて作成される電界放出型電子源アレイが形成される半導体基板６と、熱膨張係数を同じにすることができる。
【０１７８】
電界放出型電子源アレイは、シリコン基板を用いて、半導体技術によりその一部あるいは全てを作成することが精度などの信頼性を確保する上で好ましく、その半導体技術も現在では一般化され、その際に必要とされる装置も数多く市場に出回っており、コスト面においても有利である。
【０１７９】
メッシュ構造体８の材料を、電界放出型電子源アレイが形成される基板の材料と同じにすることは、熱膨張の点で有利であり、例えば、電界放出型電子源装置の熱膨張による破壊が起こりにくくなり、また、電界放出型電子源装置の組立時におけるガス出しのためのベーキング等の焼成を高温で行うことができる。
【０１８０】
メッシュ構造体８にはスペーサー部８ａが一体に形成されており、メッシュ構造体８のスペーサー部８ａは電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板６上に直接設置される。これにより、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体８との間の距離精度を向上させることができる。この結果、電界放出型電子源アレイとメッシュ構造体８のトリミング部９に形成された複数の貫通孔９０の開口９１との間の距離を高精度に維持するというスペーサー部８ａの役割を効果的に発揮させることができる。
【０１８１】
メッシュ構造体８のスペーサー部８ａの厚みＨｓは、例えば上述の電界放出型電子源アレイの１つのセルの縦横寸法がそれぞれ２０μｍ程度である場合、５０〜１５０μｍ程度（最適は１００μｍ程度）が好ましい。ここで、スペーサー部８ａの厚みＨｓとは、図７に示すように、メッシュ構造体８のトリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面と電界放出型電子源アレイとの間の距離を意味する。
【０１８２】
この場合、ＭＥＭＳ加工における寸法マージンとトリミング部９の機械的強度の観点から、縦横方向に隣り合う開口９１間の距離（即ち、隣り合う電子ビーム通過行路９２間の壁の厚さ）は４μｍ±２μｍの範囲内であることが好ましい。従って、１セルの縦横寸法がそれぞれ２０μｍの場合には、メッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１の形状は一辺が１６μｍ程度の四角形となる。トリミング部９の厚み（即ち電子ビーム通過行路９２のＺ軸方向寸法）Ｈｔは、開口９１の上記の開口径の約１．５〜１０倍程度、更には６〜８倍程度（上記の例では１００〜１２０μｍ程度）が好ましい。
【０１８３】
トリミング部９の厚みＨｔが開口９１の開口径の１．５倍未満であると、メッシュ構造体８に対して大きな入射角度で入射した電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収除去することが困難となる。このため、指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルを通りＺ軸と平行な直線から外れた位置にある貫通孔９０に入射した電子ビームもメッシュ構造体８の貫通孔９０を通過して、ターゲット３に到達してしまう。従って、ターゲット３上での電子ビームのスポット径が拡大する。
【０１８４】
トリミング部９の厚みＨｔが開口９１の開口径の１０倍を超えると、メッシュ構造体８の貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が著しく少なくなり、ターゲット３において所望する動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保できない可能性が生じる。
【０１８５】
スペーサー部８ａの厚みＨｓ及びトリミング部９の厚みＨｔに上記のような最適値がある理由は以下の通りである。
【０１８６】
スペーサー部８ａの厚みＨｓとは、電界放出型電子源アレイとからトリミング部９に形成された貫通孔９０の開口９１までの距離を意味する（図７参照）。
【０１８７】
スペーサー部８ａの厚みＨｓが厚いと、メッシュ構造体８の単体での機械的強度を強くすることができる。
【０１８８】
しかしながら、電界放出型電子源アレイからトリミング部９までの距離が大きくなり、トリミング部９の電界放出型電子源アレイ側の面上での電子ビームの広がりが大きくなる。これにより、電界放出型電子源アレイの指定セルに対応する貫通孔９０に入射する電子ビーム量が少なくなり、その結果、この貫通孔を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が少なくなる。この結果、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
【０１８９】
逆に、スペーサー部８ａの厚みＨｓが薄いと、メッシュ構造体８の指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量を確保することはできる。
【０１９０】
しかしながら、メッシュ構造体８の単体での機械的強度は低下する。この結果、例えば電界放出型電子源装置を組み立てる際、メッシュ構造体８が破壊して、歩留まりが低下するという問題が起こる可能性がある。
【０１９１】
トリミング部９の厚みＨｔが薄いと、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が増加する。
【０１９２】
しかしながら、電界放出型電子源アレイの指定セルから放出された電子ビーム１１ａのうち、Ｚ軸に対して斜めに進行し、この指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔９０に入射した電子ビームもこの貫通孔９０を通過して、ターゲット３に到達してしまう。即ち、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔を出射した電子ビーム１１ｂのみをターゲット３に到達させるというメッシュ構造体８のトリミング作用が弱まる。この結果、ターゲット３上での電子ビームのスポット径が拡大してしまう。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては高精細な画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては高精細な画像を撮像することが困難となる。
【０１９３】
逆に、トリミング部９の厚みＨｔが厚いと、指定セルに対応する貫通孔の周辺に配置された貫通孔９０に入射した電子ビームがこの貫通孔９０を通過してターゲット３に到達するのを防止できる。
【０１９４】
しかしながら、指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が少なくなる。従って、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、蛍光体を励起する電子ビーム量が少なくなるので所望の輝度を有する画像を表示することが困難となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては、光電変換膜で生成された正孔を読み出すための電流を十分に確保できなくなるので、残像が多くなってしまう。
【０１９５】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）は本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【０１９６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）はメッシュ構造体８に３００Ｖの電圧を印加した場合を示し、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）はメッシュ構造体８に２２５Ｖの電圧を印加した場合を示している。
【０１９７】
シミュレーションは、上述のしたように、ＶＧＡに対応し、１つのセルサイズが２０μｍ角、メッシュ構造体８の貫通孔９０の開口９１が一辺１６μｍの正方形、メッシュ構造体８からターゲット３までの距離が１５０μｍである電界放出型電子源装置について行った。
【０１９８】
スペーサー部８ａの厚み（即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離）Ｈｓを２５μｍから１２５μｍまで２５μｍ間隔で変えた。各スペーサー部８ａの厚みにおいて、トリミング部９の厚みＨｔを２５μｍから１５０μｍまで２５μｍ間隔で変えた。
【０１９９】
図８（Ａ）及び図９（Ａ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体８の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合（電子ビーム到達率、単位：％）を示す。
【０２００】
図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りＺ軸に平行な直線がターゲット３と交差する点を中心とする１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体８の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３の上記領域内に到達する電子ビームの割合（電子ビーム集中率、単位：％）を示す。
【０２０１】
シミュレーションは、ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット３が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット３に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体８を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図８（Ａ）及び図９（Ａ）と同じ計算結果が得られる。ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット３の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）よりも、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
【０２０２】
図８（Ａ）及び図９（Ａ）より、貫通孔９０の径Ｄに対するトリミング部９の厚みＨｔの比（比Ｈｔ／Ｄ）が大きくなるにしたがって、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は減少している。
【０２０３】
トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面には、１セルに対応する領域（一辺が２０μｍの正方形）内に１つの開口９１（一辺１６μｍの正方形）が形成されている。従って、トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面における開口９１の面積割合（開口率）は、（１６μｍ×１６μｍ）／（２０μｍ×２０μｍ）×１００＝６４％である。
【０２０４】
ターゲット３に到達する電子ビームの割合は、比Ｈｔ／Ｄが１．５以上（トリミング部９の厚みＨｔが２５μｍ以上）の領域では、図８（Ａ）及び図９（Ａ）のポイントＤ（スペーサー部８ａの厚みＨｓが２５μｍ、トリミング部９の厚みＨｔが２５μｍの場合）を除いて、トリミング部９の開口率である６４％より十分に小さい。スペーサー部８ａの厚みＨｓが５０μｍ以上の場合には、スペーサー部８ａの厚みＨｓにかかわらず、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は、トリミング部９の開口率である６４％より十分に小さい。
【０２０５】
これは以下を意味している。即ち、指定セルから放出された電子ビームのうち６４％がトリミング部９の貫通孔９０内に入射する。そして、この貫通孔９０内に入射した電子ビームのうちの一部が、電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して吸収され除去されて、メッシュ構造体８を通過することができない。即ち、ターゲット３に到達する電子ビームの割合が、トリミング部９の開口率である６４％より小さい場合には、メッシュ構造体８のこのトリミング作用が有効に機能していることを意味している。
【０２０６】
上記ポイントＤにおいて、スペーサー部８ａの厚みＨｓを大きくすると、ターゲット３に到達する電子ビームの割合はトリミング部９の開口率である６４％より小さくなる。これより、ポイントＤの条件では、トリミング部９の電界放出型電子源アレイに対向した面側の開口９１近傍に形成される電界レンズによって電子ビーム軌道が曲げられるために、ターゲット３に到達する電子ビームの割合がトリミング部９の開口率である６４％より大きくなったと考えられる。従って、ポイントＤの条件においてメッシュ構造体８に印加される電圧を低くして上記電界レンズを弱めれば、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は６４％未満となり、メッシュ構造体８のトリミング作用を発揮させることができると考えられる。
【０２０７】
以上より、各部に印加する電圧条件によって多少の違いはあるが、おおよそ比Ｈｔ／Ｄが１．５以上であれば、メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の側壁に電子ビームを衝突させて吸収除去することができる。
【０２０８】
次に、トリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲について考える。厚みＨｔの範囲は、以下の条件を満足するように設定されなければならない。第１に、メッシュ構造体８の電子ビーム通過行路９２の側壁で電子ビームの一部を除去吸収して、指定セルから放出された電子ビームの発散角よりも小さな発散角の電子ビームをメッシュ構造体８からターゲット３に向かって出射させる必要がある。第２に、ターゲット３において所望の動作を行うのに必要な電子ビーム量を確保する必要がある。
【０２０９】
指定セルから放出される電子ビームの発散角がガウス分布に従うと仮定し、そのうち１σ（全体の６８．２７％）以上の発散角の電子ビームをメッシュ構造体８で吸収除去する場合を考える。このためには、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体８を通過する電子ビームの割合を、トリミング部９の開口率（６４％）に１σに相当する６８．２７％を乗じた４３．７％以下に低減できることが好ましく、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より比Ｈｔ／Ｄが１．５以上であることが好ましい。
【０２１０】
また、ターゲット３において所望の動作を行うためには、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合が５％以上である必要があると考える。このためには、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より比Ｈｔ／Ｄが１０以下であることが好ましい。
【０２１１】
以上より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの１．５倍以上１０倍以下であることが好ましい。
【０２１２】
但し、例えば指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームが、ターゲット３上の１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達することが、十分な解像度を得るために必要であると考えれば、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの３倍以上である必要がある。
【０２１３】
また、電界放出型電子源アレイが、電子ビーム放出能力が比較的劣る種類である等の理由により、指定セルから放出された電子ビームのうち１０％以上の電子ビームがターゲット３に到達すること必要であると考えれば、図８（Ａ）及び図９（Ａ）より、トリミング部９の厚みＨｔは、貫通孔９０の開口径Ｄの８倍以下である必要がある。
【０２１４】
このように、トリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲は、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源アレイの種類などによって変化する。
【０２１５】
上述した実施の形態では、電界放出型電子源が先端の尖った冷陰極素子１５とその先端を囲む開口が形成されたゲート電極１２とを備えたスピント型を例に説明したが、本発明の電界放出型電子源はこれに限定されない。例えばカソード電極とゲート電極との間に絶縁層を形成し、絶縁層に電圧を印加してトンネル効果により電子放出を行なうＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型、カソード電極とエミッタ電極との間に微小なギャップを設け、これら電極間に電圧を印加して微小ギャップから電子放出を行なうＳＣＥ（Surface Conduction Electron Source）型、あるいは電子源にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）やＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源であっても良い。
【０２１６】
電子ビームが広がりをもって電界放出される電子源であって、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さくする必要がある電界放出型電子源装置は、本発明の効果が効果的に発揮されるので、本発明が適用されることが特に好ましい。
【０２１７】
ＣＮＴ（Carbon Nanotube）等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源の一例を図１０に示す（例えば特許文献６参照）。
【０２１８】
基板上に、無数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなるＣＮＴ層５９が形成されている。ＣＮＴ層５９を取り囲むように、集束電極６０が形成されている。ＣＮＴ層５９の上方にはＣＮＴ層５９から電子を引き出すためのゲート電極６１が形成されている。ゲート電極６１には、無数の電子ビーム通過孔が形成されている。カーボンナノチューブからなるセルの平面視形状は四角形である。複数のセルが縦横方向にマトリックス状に配置されている。縦方向に並んだ複数のセルは互いに電気的に接続されてエミッタラインを形成する。ゲート電極６１は、横方向に並んだ複数のセル上に配置されてゲートラインを形成する。複数のエミッタラインのうちの１つと、複数のゲートラインのうちの１つを選択することにより、選択されたエミッタラインとゲートラインとの交点に位置するセルから電子ビーム１１ａが放出される。
【０２１９】
ゲート電極６１が薄いと、セルから放出される電子ビーム１１ａの量が多くなり、その発散角は大きくなり、ゲート電極６１が厚いと、セルから放出される電子ビーム１１ａの量が少なくなり、その発散角は小さくなる。
【０２２０】
本発明は、このようなＣＮＴを用いた電界放出型電子源を備えた電界放出型電子源装置にも適用することができる。特に、ゲート電極６１が薄く、そのためにセルから放出される電子ビーム１１ａの量が多く、その発散角は大きい場合に適用すると、本発明の効果が効果的に発揮されるので好ましい。その場合、メッシュ構造体８の貫通孔９０がセルと一対一に対応してセルのＺ軸方向の上方に配置され、貫通孔９０の開口がセルと同程度の大きさを有していることが好ましい。
【０２２１】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離が１００μｍ程度、トリミング層９の厚みが１００μｍ程度、メッシュ構造体８からターゲット３までの距離が１５０〜数百μｍ程度である例を示したが、本発明はこれに限定されず、電界放出型電子源装置の用途、電界放出型電子源の種類によってこれらの距離を自由に設定しても良いことは言うまでも無い。
【０２２２】
更に、上記の実施の形態では、ターゲット３が陽極電極２を覆っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、陽極電極２がターゲット３より大きくても良い。また、ターゲット３が３色の蛍光体を含み、陽極電極２の表面にこの３色の蛍光体を交互に形成しても良い。この場合、隣り合う蛍光体の間にブラックマトリクスのような光吸収層を設けても良い。更に、陽極電極２のとターゲット３との間、又は陽極電極２と前面パネル１との間に、単色又は３色のカラーフィルター層を設け、カラーフィルター層の色に対応して蛍光体層又は光電変換膜層をターゲット３として形成しても良い。
【０２２３】
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体８をシリコン基板を用いて半導体技術であるＭＥＭＳ技術により作成する例を示したが、メッシュ構造体８の作成方法はこれに限定されない。例えば金属板をエッチング処理することにより作成しても良いし、ガラス等の絶縁物に貫通孔９０を形成後、その表面に金属膜をスパッタリングやＣＶＤ等の蒸着や塗布により形成しても良い。
【０２２４】
あるいは、シリコン基板を用いて半導体技術により作成したトリミング部９と、これとは別にシリコン、金属、ガラス等の材料で作成したスペーサー部８ａとを接合して一体化して、メッシュ構造体８を作成しても良い。
【０２２５】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイからトリミング部９までの距離の組立誤差を少なくするために、スペーサー部８ａを一体化に備えるメッシュ構造体８を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、側面外周器２４の内周面に段差２４ａを設け、この段差２４ａでスペーサー部を有しないメッシュ構造体２５を支持しても良い。この場合も、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビームをこの貫通孔の電子ビーム通過行路の側壁で吸収除去するというトリミング作用を得ることができる。
【０２２６】
メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２の内径は、上述した図４（Ａ）のようにＺ軸方向において一定である必要はなく、変化していても良い。電子ビーム通過行路９２の内径をＺ軸方向において変化させることにより、メッシュ構造体８のトリミング作用を調整することができる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、電子ビーム通過行路９２の内径が電子ビームの入射側よりも出射側で小さいと、メッシュ構造体８の貫通孔９０を出射する電子ビーム１１ｂの発散角をより小さくすることができるので好ましい。
【０２２７】
メッシュ構造体８の貫通孔９０の電子ビーム通過行路９２のＺ軸に垂直な方向に沿った断面形状は、上記の例のように四角形に限定されない。例えば、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形（例えば後述する図１４（Ｂ）を参照）であっても良い。これらの形状にすることにより、メッシュ構造体内における局所的な応力集中を防止して、高強度のメッシュ構造体を得ることができる。例えば、電子ビーム通過行路９２の断面形状を６角形又は円形として、トリミング部９をハニカム構造としても良い。
【０２２８】
更に、上記の実施の形態では、Ｚ軸方向から見た前面パネル１の形状が円形であったが、本発明はこれに限定されず、例えば四角形であっても良い。
【０２２９】
また、上記の実施の形態では、メッシュ構造体８は電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６上に設置されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば背面パネル５上に半導体加工技術を用いてスピント型等の電界放出型電子源アレイを直接形成し、電界放出型電子源アレイを形成した背面パネル５上にメッシュ構造体８を設置しても良い。
【０２３０】
更に、上述の実施の形態では、ＶＧＡに対応した電界放出型電子源装置を想定して電界放出型電子源アレイの１つのセルの大きさを２０μｍ角程度とし、これに合わせた各部の寸法を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えばＳＶＧＡ、ＳＸＧＡに対応する電界放出型電子源装置であれば、１つのセルの大きさは上記よりも小さくなり、その他の各部の寸法もこれに合わせて小さくしなければならない。
【０２３１】
また、上記の実施の形態では、電界放出型電子源アレイのセルとメッシュ構造体８の貫通孔９０とが一対一に対応する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電界放出型電子源アレイの複数のセルに対してメッシュ構造体８の１つの貫通孔９０が対応していても良い。例えば、縦方向に２つ、横方向に２つの合計４つのセルに対して、メッシュ構造体８の１つの貫通孔９０を対応させることができる。この場合、セルに対応する貫通孔９０の開口９１の中心は、このセルの中心を通りＺ軸と平行な直線に対して僅かにずれた位置にある。従って、指定セルから放出された電子ビームのうちＺ軸に対して僅かに斜め方向に進行する電子ビームが貫通孔９０に入射してターゲット３に到達するので、駆動方法に注意が必要がある。
【０２３２】
更に、上述の実施の形態に示した各部に印加される電圧は一例にすぎず、電界放出型電子源装置の用途、各部のサイズ等によって最適値は異なり、適宜変更しなければならないことは言うまでも無い。
【０２３３】
以上述べた如く、本実施の形態１では、電界放出型電子源アレイと有益な動作を行なうターゲットとを含む電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に貫通孔９０の開口９１の径よりも十分に長い電子ビーム通過行路９２を有する、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８が配置されている。電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出される電子ビームのうち、指定セルの中心を通りＺ軸と平行な直線上に配置された貫通孔９０以外の貫通孔９０に入射した電子ビームは、メッシュ構造体の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。このメッシュ構造体８のトリミング作用によって、指定セルから放出された電子ビームの中からＺ軸方向と平行な方向の速度ベクトルを有してターゲト３へ向かう電子ビームのみが選択的に取り出される。従って、メッシュ構造体８を出射する電子ビームの広がりを小さくすることができる。この結果、ターゲット３に到達する電子ビームのスポット径が小さくなり、高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２３４】
また、メッシュ構造体８を半導体製造で使用される微細加工技術を用いて作成することにより、高精度でバラツキの少ない電界放出型電子源装置を実現できる。また、メッシュ構造体８が半導体基板６と同様にシリコン基板を用いて製作されるので、製造工程における加熱過程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２３５】
更に、本実施の形態１のメッシュ構造体はシリコン基板を用いて半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術により製作できるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体（例えば銅メッシュ等）のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。
【０２３６】
本実施の形態１で説明した結晶構造を有するシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体は、電界放出型電子源装置以外の用途にも使用することができる。
【０２３７】
例えば、メッシュ構造体の厚みを貫通孔の径よりも十分大きくすることで、一方の面から他方の面に向かって原子、分子、光等を通過させ、それらの進行方向に指向性を付与コリメータとして使用することができる。
【０２３８】
あるいは、例えば、メッシュ構造体の貫通孔の径を調節することで、粒径により粒子を選別する粒子フィルタとして使用することができる。
【０２３９】
即ち、一次元的に形成された複数の貫通孔を有し、その貫通孔に光、電子、原子、イオン、又は分子などの検知し得る物質を一方の面から他方の面に向かって通過させることが可能なメッシュ構造体において、このメッシュ構造体が結晶構造を有するシリコンを含む材料からなることによって、半導体で用いられる微細加工技術を用いて貫通孔の加工が可能となる。従って、メッシュ構造体の貫通孔形状、貫通孔径を高精度にコントロールすることができる。よって、例えば貫通孔を用いた粒子のフィルタ機能を容易に実現できる。
【０２４０】
また、半導体の微細加工技術によりメッシュ構造体に、径よりも深い貫通孔を容易に加工できるので、粒子の選別を行なうフィルタ機能を備えたメッシュ構造体や、原子、分子、光などの進行方向に指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を安価に製作することができる。
【０２４１】
更に、半導体で用いられる高純度のシリコン板を用いることができるので、真空中でガス放出の懸念がない、原子、分子、電子などに指向性を付与するコリメータ機能を備えたメッシュ構造体を容易に得ることができる。
【０２４２】
また、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みを貫通孔の開口径よりも小さくすることにより、メッシュ構造体の表面に対する貫通孔の開口面積の比（開口率）を大きくすることができるので、原子、分子、電子、光などに指向性を付与するコリメータとして使用する場合には、入射側の原子、分子、電子、光などの量に対する出射側の原子、分子、電子、光などの量の比（通過率）が大きなコリメータを提供することができる。
この場合、場所によらず均一な通過率を得るために、複数の貫通孔の開口径は均一で、且つ、複数の貫通孔が規則正しく配置されていることが好ましい。
本発明において、複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚み及び貫通孔の開口径は、ある貫通孔とこの貫通孔に最も近い貫通孔のそれぞれの中心軸を含む断面において定義されることが好ましい。
【０２４３】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２４４】
図１２に示すように、本実施の形態２に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２０が３層構造を有している点で実施の形態１のメッシュ構造体８と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０２４５】
本実施の形態２のメッシュ構造体２０は、図１２、図１３、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、電界放出型電子源アレイ側の第１電極層１９と、ターゲット３側の第２電極層１６と、これらの間の絶縁層（中間層）１７とからなる３層構造を有している。絶縁層１７は、第１電極層１９と第２電極層１６との間の絶縁を確保する。
【０２４６】
このメッシュ構造体２０は、シリコン基板を用いて半導体技術により作成される。図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）を用いてメッシュ構造体２０の製造方法の一例を説明する。一実施例として、電界放出型電子源アレイの１つのセルの大きさが２０μｍ角程度、１セル内の多数の電子源が並べられた領域の大きさが１０μｍ角程度の電界放出型電子源装置の数値例を併記する。但し、この数値例は一例にすぎず、開口９１の径や電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０までの距離、電界放出型電子源アレイの１セル内において多数の電子源が並べられた領域の大きさなどが異なる場合には、適宜変更する必要がある。
【０２４７】
まず、図１５（Ａ）に示すように、中間層として絶縁層１７となる酸化膜（ＳｉＯ2膜）１７'を有し、この両側に所望の厚みのシリコン層１６'，１８'を有するＳＯＩ基板を用意する。
【０２４８】
一実施例では、トリミング部９となるシリコン層１６'の厚みを１００μｍ程度、スペーサー部１８となるシリコン層１８'の厚みを９０μｍ程度にすることができる。酸化膜１７'の厚みは０．５〜３μｍが好適であり、耐電圧を確保するため、及び、シリコン層１６'，１８'、酸化膜１７'を良好にエッチング処理するためには、２μｍ程度が最適である。
【０２４９】
シリコン層１６'は第２電極層１６となる層であり、第２電極層１６の機能を発揮させるめに、予めＮ型又はＰ型の材料がドープされて低抵抗化されている。
【０２５０】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板のシリコン層１８'の中央部のみをエッチング処理して除去し、ＳＯＩ基板の中央部を薄肉化する。かくしてＳＯＩ基板の周囲のみにシリコン層１８'が残り、スペーサー部１８となる。
【０２５１】
次に、図１５（Ｃ）に示すように、シリコン層１８'側の面にアルミニウム、金、銅、タンタル、モリブデン、又はチタン等の金属を、真空蒸着、スパッタ、又はＣＶＤ法等により堆積させて第１電極層１９となる金属薄膜１９'を形成する。
【０２５２】
次に、図１５（Ｄ）に示すように、シリコン層１６'側からエッチング技術を用いて貫通孔９０を形成する。かくして、金属薄膜１９'からなる第１電極層１９、酸化膜１７'からなる絶縁層１７、シリコン層１６'からなる第２電極層１６が形成される。
【０２５３】
貫通孔９０を形成する際、各層の被エッチング特性の相違によっては、貫通孔９０の電界放出型電子源アレイ側の開口９１周辺の形状が、所望する図１３のようにならず、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）のようになる可能性がある。しかしながら、いずれの形状であってもトリミング部９としての機能に大差はない。
【０２５４】
図１５（Ｃ）において形成される金属薄膜１９'が厚すぎると、図１５（Ｄ）のエッチング処理時に貫通孔９０を形成しにくい。金属薄膜１９'が薄すぎると、電界放出型電子源アレイからの電子ビームを貫通孔９０の開口９１内に導く作用が弱くなる。従って、金属薄膜１９'の厚みには最適値が存在する。上述の一実施例の場合には、金属薄膜１９'（第１電極層１９）の厚みは２μｍ程度が好適である。
【０２５５】
本実施の形態２は、このようにメッシュ構造体２０をＳＯＩ基板を用いて加工し上述の様にして第１電極層１９を形成するので、実施の形態１で述べた利点に加え、メッシュ構造体を安価に製作することができるという利点を有する。
【０２５６】
メッシュ構造体２０の作成方法は上記に限定されない。
【０２５７】
例えば貫通孔９０を形成する図１５（Ｄ）の工程を図１５（Ａ）の工程後図１５（Ｂ）の工程前に行なっても良い、また、ＳＯＩ基板を使用せずにシリコン基板を用い、作成工程の途中で酸化処理を施しＳｉＯ2膜を形成しても良い。
【０２５８】
このようにして作製されたメッシュ構造体２０は電界放出型電子源アレイ１０が設けられた半導体基板６上に、メッシュ構造体２０に一体に設けられたスペーサー部１８を介して設置固定される。そして、メッシュ構造体２０の第１電極層１９には半導体基板６を介して例えば中位の１５０〜５００Ｖ程度の第１電圧Ｖ１が印加され、第２電極層１６には別に設けた電圧供給用ワイヤーを介して例えば低位の５０〜２００Ｖ程度の第２電圧Ｖ２が印加される。
【０２５９】
電界放出型電子源アレイの指定セルでは、この指定セル内の複数の冷陰極素子１５（図６参照）に例えば５０Ｖの基準電位から０Ｖに低下するパルス状のエミッタ電位が印加され、ゲート電極１２（図６参照）には例えば５０Ｖの基準電位から１００Ｖに上昇するパルス状のゲート電位が印加される。
【０２６０】
指定セルから放出された電子ビーム１１ａは、メッシュ構造体２０の第１電極層１９に印加された１５０〜５００Ｖ程度の中位の第１電圧Ｖ１により加速され、その進行方向がＺ軸に平行になるように修正されながらメッシュ構造体２０に入射する。
【０２６１】
図１２に示すように、指定セルから放出された電子ビーム１１ａは、この指定セルの中心を通りＺ軸と平行な直線上に位置する貫通孔９０のみならず、この周囲に位置する貫通孔９０にも入射する。
【０２６２】
第１電極層１９によって加速された電子ビームは、メッシュ構造体２０の貫通孔９０に入射後、第２電極層１６に印加された５０〜２００Ｖ程度の第１電極層１９の第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２により急激に減速される。
【０２６３】
電子ビームが急激に減速されることにより、電子ビームのＺ軸方向の速度成分が小さくなり、Ｚ軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突しやすくなる。
【０２６４】
電子ビームを第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に効率よく衝突させるためには、電子ビーム通過行路９２の長さのうち、第１電極層１９が占める長さをＴ１、第２電極層１６が占める長さをＴ２としたときＴ１＜＜Ｔ２を満足することが好ましい。具体的にはＴ２／Ｔ１≧５０を満足することが好ましい。即ち、第２電極層１６による減速電界が、電子ビーム通過行路９２中の電界放出型電子源アレイに近い領域に配置されるのが好ましい。但し、Ｔ１＞Ｔ２であっても、程度は劣るが電子ビームを第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させることは可能である。
【０２６５】
かくして、本実施の形態２では、電子ビーム通過行路９２の長手方向（Ｚ軸方向）に対して斜めに入射した電子ビームは、実施の形態１に比べて、電子ビーム通過行路９２内に入射後の早い段階でその側壁に衝突し、吸収除去される。
【０２６６】
従って、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム１１ａのみをターゲット３に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
【０２６７】
このため、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においてはより高精細な画像を表示することが可能となり、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においてはより高精細な画像を撮像することが可能となる。
【０２６８】
また、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット３上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、一層均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び一層均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０２６９】
また、本実施の形態２では、メッシュ構造体２０に入射した電子ビームの速度ベクトルを変えることでトリミング作用が向上されるので、実施の形態１に比べてメッシュ構造体のトリミング部９の厚みＨｔを薄くすることが可能になる。これにより、実施の形態１に比べて、指定セルに対応する貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させることができ、ターゲット３において必要な電子ビーム量を確保することが容易になる。
【０２７０】
図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【０２７１】
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）はメッシュ構造体２０の第１電極層１９に３００Ｖの電圧を印加し、第２電極層１６に１００Ｖの電圧を印加した場合を示し、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）はメッシュ構造体２０の第１電極層１９に２２５Ｖの電圧を印加し、第２電極層１６に７５Ｖの電圧を印加した場合を示している。
【０２７２】
シミュレーションは、実施の形態１の上述のシミュレーションと同様に、ＶＧＡに対応し、１つのセルサイズが２０μｍ角、メッシュ構造体２０の貫通孔９０の開口９１が一辺１６μｍの正方形、メッシュ構造体２０からターゲット３までの距離が１５０μｍである電界放出型電子源装置について行った。
【０２７３】
第１電極層１９の厚みを２μｍ、絶縁層１７の厚みを２μｍとした。スペーサー部１８ａの厚み（即ち、電界放出型電子源アレイからトリミング部９の貫通孔９０の開口９１までの距離）Ｈｓを２５μｍから１２５μｍまで２５μｍ間隔で変えた。各スペーサー部１８ａの厚みにおいて、トリミング部９の厚みＨｔを第２電極層１６の厚みを変えることで２５μｍから１５０μｍまで２５μｍ間隔で変えた。
【０２７４】
図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、メッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体２０の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合（電子ビーム到達率、単位：％）を示す。
【０２７５】
図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）は、指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルの中心を通りＺ軸に平行な直線がターゲット３と交差する点を中心とする１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達する電子ビームの割合（単位：％）を計算した結果を示したグラフである。横軸はトリミング部９の厚みＨｔをメッシュ構造体２０の貫通孔９０の径Ｄ（＝１６μｍ）で規格化した値を示し、縦軸は指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３の上記領域内に到達する電子ビームの割合（電子ビーム集中率、単位：％）を示す。
【０２７６】
シミュレーションは、ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったが、ターゲット３が蛍光体を備える電界放出型電子源表示装置の場合にはターゲット３に印加される電圧が異なる以外は同様である。従って、メッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達する電子ビームの割合については、電界放出型電子源表示装置の場合も図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）と同じ計算結果が得られる。ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合については、ターゲット３の電圧が電界放出型電子源撮像装置の場合よりも高いので、電界放出型電子源表示装置の場合には図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）よりも、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合が高くなる。
【０２７７】
実施の形態１で示した図８（Ａ）及び図９（Ａ）と比較すると、図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）では、ターゲット３に到達する電子ビームの割合は減少している。これは、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、トリミング部９の電子ビームの吸収除去能力が向上していることを意味している。
【０２７８】
また、実施の形態１で示した図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）と比較すると、図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）では、ターゲット３上の所定の領域内に到達する電子ビームの割合は増加している。特に、貫通孔９０の径Ｄに対するトリミング部９の厚みＨｔの比（比Ｈｔ／Ｄ）が３以上、更には４以上のとき、電子ビーム集中率が顕著に増加している。
【０２７９】
以上のシミュレーション結果から、上述したように、メッシュ構造体を３層構造とし、第２電極層１６の第２電圧Ｖ２を第１電極層１９の第１電圧Ｖ１よりも低くして、電子ビーム通過行路９２内にて電子ビームを減速させることにより、電子ビームを電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突させて吸収除去する効果を増加させることができることが判る。
【０２８０】
このシミュレーション結果から実施の形態２におけるトリミング部９の厚みＨｔの好適な範囲について考える。実施の形態１で説明したように、指定セルから放出された電子ビームのうちメッシュ構造体８を通過する電子ビームの割合を４３．７％以下に低減できるトリミング部９の厚みＨｔの最小値は、実施の形態１よりも小さい。また、指定セルから放出された電子ビームのうちターゲット３に到達する電子ビームの割合が５％以上にすることができるトリミング部９の厚みＨｔの最大値は、実施の形態１とほとんど同じである（図１７（Ａ）及び図１８（Ａ））。
【０２８１】
図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）より、指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームをターゲット３上の１辺が４０μｍの正方形の領域内に到達させるためには、比Ｈｔ／Ｄが１．５倍以上であれば良い。指定セルから放出された電子ビームのうち４０％以上の電子ビームをターゲット３上の該領域内に到達させて、更なる高解像度を実現するためには、比Ｈｔ／Ｄが４倍以上であれば良い。比Ｈｔ／Ｄが６倍以上であれば、指定セルから放出された電子ビームのうち９０％以上の電子ビームをターゲット３上の該領域内に到達させることができる。
【０２８２】
実施の形態２の上記シミュレーションでは、第１電極層１９の厚みを２μｍ、絶縁層１７の厚みを２μｍとしたが、第１電極層１９及び絶縁層１７の厚みを３μｍ、２μｍ、１μｍ、０．５μｍ等に変えて同様にシミュレーションしたところ定性的に同様の結果が得られた。
【０２８３】
以上述べた如く、本実施の形態２では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２０を３層構造とし、電界放出型電子源アレイから放出された電子ビーム１１ａを、電界放出型電子源アレイ側の第１電極層１９の第１電圧Ｖ１により加速してメッシュ構造体２０の貫通孔９０に入射させ、ターゲット３側の第２電極層１６の第２電圧Ｖ２により減速させることにより、電子ビーム通過行路９２内で電子ビーム軌道が曲げられるので、更に効果的にトリミング作用を行うことができる。従って、メッシュ構造体２０を出射する電子ビームの広がりを実施の形態１よりも小さくすることができる。この結果、ターゲット３上において電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態１よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２８４】
あるいは、実施の形態１と同程度のトリミング作用が得られれば十分な場合には、メッシュ構造体２０のトリミング部９の厚みＨｔを薄くすることができる。その結果、ターゲット３に到達する電子ビーム量を実施の形態１よりも増加させることができる。これにより、ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては輝度を増加させることができ、ターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置においては残像を少なくすることができる。
【０２８５】
（実施の形態３）
図１９は、本発明の実施の形態３に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２８６】
図１９に示すように、本実施の形態３に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２３が５層構造を有している点で実施の形態１のメッシュ構造体８、実施の形態２のメッシュ構造体２０と異なる。以下では実施の形態１及び実施の形態２と同じ部分についての説明を省略する。
【０２８７】
本実施の形態３のシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２３は、図１９及び図２０に示すように、実施の形態２のメッシュ構造体２０のターゲット３側の面に、第２絶縁層２１と第３電極層２２とが順に設けられたものである。第３電極層２２には第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２とあまり変わらない第３電圧Ｖ３が印加される。
【０２８８】
一実施例では、第３電極層２２の厚みは第１電極層１９と同じ２μｍ程度、第２電極層１６と第３電極層２２との間の第２絶縁層２１の厚みも２μｍ程度とすることができる。
【０２８９】
実施の形態２で説明したように、メッシュ構造体２３の貫通孔９０に入射した電子ビーム１１ａは、第１電極層１９及び第２電極層１６を通過することで電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去される。吸収除去されなかった電子ビームは、第３電極層２２に印加された第３電圧Ｖ３により、その発散角を微調整された後、貫通孔９０を出射してターゲット３に到達する。これにより、ターゲット３上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
【０２９０】
ターゲット３が光電変換膜を備える電界放出型電子源撮像装置について行なったシミュレーション結果によれば、１フレームの読み出し後、ターゲット３の電位がエミッタ電位に落ち着いた状態において、Ｖ２＞Ｖ３とすることにより、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を実施の形態２よりも更に小さくすることができることを確認した。その際、メッシュ構造体２３を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量は若干減少した。
【０２９１】
ターゲットに蛍光体を備えた電界放出型電子源表示装置においては、ターゲット３の電位が第２電圧Ｖ２よりも高いので、Ｖ２＜Ｖ３とする方がターゲット３上に電子ビームの良好なスポットを形成することができる。
【０２９２】
以上述べた如く、本実施の形態３では、実施の形態２のメッシュ構造体２０のターゲット３側に電子ビームの最終調整用の第３電極層２２を設けた５層構造のメッシュ構造体２３を用いる。これにより、メッシュ構造体２３を出射する電子ビームの拡がりを実施の形態２よりも小さくすることができる。この結果、実施の形態２と同じ効果が得られることに加えて、ターゲット３に到達する電子ビームのスポット径がより小さくなり、実施の形態２よりも高精細な電界放出型電子源装置を実現することができる。
【０２９３】
（実施の形態４）
図２１は、本発明の実施の形態４に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０２９４】
図２１に示すように、本実施の形態４に係る電界放出型電子源装置は、電界放出型電子源アレイ１０とシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８との間に予備集束用のフォーカス電極２６が設けられている点で実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０２９５】
フォーカス電極２６は、電界放出型電子源アレイ１０のマトリックス状に配置された複数のセルのそれぞれの位置に開口を有し、各セルを包囲する複数の筒状体を備えている。フォーカス電極２６には、メッシュ構造体８の電界放出型電子源アレイ１０側の部分に印加される電圧よりも低い電圧が供給される。これにより、メッシュ構造体８からフォーカス電極２６の筒状体内に浸透する電界が形成される。
【０２９６】
電界放出型電子源アレイ１０のセルから放出された電子ビームは、フォーカス電極２６の筒状体内に形成された電界により予備集束されたのち、メッシュ構造体８に向かって放出される。電子ビームはフォーカス電極２６による予備集束を受けるので、フォーカス電極２６を出射する電子ビームの発散角は、フォーカス電極２６を備えない場合に比べて、小さくなる。このために、Ｚ軸方向（電子ビーム通過行路９２の長手方向）に対してなす角度が小さな速度ベクトルを有する電子ビームが多くなるので、メッシュ構造体８を通過する電子ビーム量が多くなる。従って、指定セルに対応する貫通孔９０に入射する電子ビーム量が多くなる。この結果、フォーカス電極２６を備えない場合に比べて、ターゲット３に到達する電子ビーム量が多くなり、且つ、ターゲット３上において電子ビームのスポット径が小さくなる。
【０２９７】
以上述べた如く、本実施の形態４では、電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビームがメッシュ構造体８に入射する前に、フォーカス電極２６により予備集束される。これにより、実施の形態１に比べて、ターゲット３に到達する電子ビーム量を多くすることができ、且つ、ターゲット３上において電子ビームのスポット径を小さくすることができる。これにより、高輝度且つ高精細の電界放出型電子源表示装置や、残像が少なく且つ高精細の電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０２９８】
上記の例では単一電極を有するフォーカス電極を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｚ軸方向に複数の電極を有していても良い。各電極に異なる電圧を印加することにより、フォーカス電極内に予備集束のための電界を形成することができる。この場合、メッシュ構造体に最も近い電極に印加する電圧は、メッシュ構造体８のフォーカス電極側の部分に印加される電圧よりも低くても良いし、同じであっても良い。同じ場合には供給電圧回路を共通化できる。
【０２９９】
上記の例では、実施の形態１に示した電界放出型電子源装置にフォーカス電極を設けたが、本発明はこれに限定されず、上述した又は後述するいずれの電界放出型電子源装置に本実施の形態で説明したフォーカス電極を設けることができ、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【０３００】
（実施の形態５）
図１２を用いて本発明の実施の形態５に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置を説明する。
【０３０１】
本実施の形態５では、電界放出型電子源装置の駆動中にシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体２０の第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２の一方又は両方を変化させる点で、実施の形態２と異なる。以下では実施の形態２と同じ部分についての説明を省略する。
【０３０２】
本実施の形態では、これにより特にターゲットに光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において効果的な撮像動作を行なうことができる。
【０３０３】
即ち、ターゲット３に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置では、ターゲット３に入射し結像された光の像により生成された電子正孔対の量は入射した光の強さにより決定され、入射した光が強いほど、多くの電子正孔対が生成される。生成された電子正孔対のうち、正孔はターゲット３の電界放出型電子源アレイ１０側の面である電子走査面まで輸送され（セレンを用いたアバランシュ増倍型の光電変換膜の場合は電子増倍されながら輸送され）蓄積される。
【０３０４】
ターゲット３が電界放出型電子源アレイ１０から放出された電子ビーム１１ｃによって走査されると、蓄積された正孔は電子ビームに含まれる電子と結合し、同時に電気信号が読み出される。ここで、もしも十分な電子がターゲット３に到達しないと、ターゲット３の電子走査面に蓄積された正孔の一部が読み出されずに次の走査まで残ってしまうことになる。
【０３０５】
そのため、１フレーム目の読み出し走査で読み出されずに残存した正孔が、２フレーム目の読み出し走査時に到達した電子で読み出されてしまうことになり、撮像画像において、入射光の強い部分が残像として残ってしまうことになる。
【０３０６】
この問題を解決するためには、１フレーム目の読み出し走査の終了後に、十分な量の電子ビームをターゲット３に到達させ、読み出されずに残存した正孔を除去する動作（電荷リセット）を行い、次のフレームの読み出し走査に備える必要がある。
【０３０７】
しかし、電界放出型電子源アレイ１０とターゲット３との間にメッシュ構造体２０のような電子の一部を除去してしまう作用を有する電極を配置すると、電荷リセット期間においても十分な量の電子ビームをターゲット３に到達させることができない可能性がある。
【０３０８】
そこで、本実施の形態５では、電界放出型電子源装置を駆動中（具体的には、電荷リセット期間中）に、第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、メッシュ構造体２０の複数の貫通孔９０を通過してターゲット３へ向かう電子ビーム１１ｃの量を変化させる。これにより、電荷リセット期間中にターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させ、十分な電荷リセット電流を確保することができる。これにより、残像の少ない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３０９】
特に、電荷リセット期間中に、第１電圧Ｖ１を一定にしたまま、第２電圧Ｖ２を上昇させるのが好ましい。これにより、電子ビーム通過行路９２内に形成される電界により電子ビームの速度ベクトルの方向がＺ軸方向に近づく。その結果、貫通孔９０を通過してターゲット３に到達する電子ビーム量が増加する。例えば、通常駆動中には指定セルから放出された電子ビームのうち、この指定セルに対応する貫通孔９０に入射した電子ビームのみしかメッシュ構造体２０を通過することができなかった場合には、その貫通孔の周辺の貫通孔に入射した電子ビームもメッシュ構造体２０を通過することができるようになり、且つ、指定セルに対応した貫通孔９０を通過できる電子ビーム量も増加する。
【０３１０】
例えば、通常駆動時（読み出し期間中）に、第１電極層１９に第１電圧Ｖ１として２５０Ｖ程度が印加され、第２電極層１６に第２電圧Ｖ２として７５Ｖ程度が印加される図１２に示す電界放出型電子源撮像装置を考える。この状態でこの電界放出型電子源撮像装置は電界放出型電子源アレイ１０のセルを順次駆動してターゲット３に蓄積された正孔を読み出す。
【０３１１】
そして１画像分又は１ライン分の正孔の読み出しが終わった後の電荷リセット期間中に、全セル又は１ラインに対応するセルから電子ビームを放出するのと同時に、メッシュ構造体２０の第２電圧Ｖ２を７５Ｖから１５０Ｖ程度に上昇させる。
【０３１２】
これにより、メッシュ構造体２０のトリミング作用が弱められ、電子ビームが放出されているセルに対応する貫通孔９０の周辺の貫通孔９０に入射した電子ビームもメッシュ構造体２０を通過してターゲット３に到達するようになる。従って、ターゲット３に到達する電子ビーム量は、通常駆動時に比べて格段に増加し、これにより、読み出し動作時に読み出されずにターゲット３の電子走査面に残った正孔を除去することができる。
【０３１３】
上記の場合において、電荷リセット期間中に、第２電圧Ｖ２を上昇させると同時に第１電圧Ｖ１を下降させても良い。これにより、駆動が若干複雑になるものの、メッシュ構造体２０を出射する電子ビーム量を更に多くすることができる。
【０３１４】
このように電荷リセット期間中のターゲット３に到達する電子ビーム量を増加させることができるので、ターゲット３上に残存していた余分な正孔を除去するのに必要な電子ビーム量を確保することができる。よって、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３１５】
また、本実施の形態５によれば、１画像分又は１ライン分の通常の読み出し期間終了時にターゲット３の電子走査面に正孔が残存しても、これに続く電荷リセット期間中にターゲット３に到達する大量の電子ビームによって正孔を除去することができるので、通常の読み出し期間において全ての正孔の除去（読み出し）を行うのに必要な量の電子ビームがターゲット３に到達しなくても良い。従って、例えば、メッシュ構造体２０の厚みＨｔを増大させて、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さくすることが可能になる。あるいは、電界放出型電子源アレイ１０のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
【０３１６】
以上述べた如く、本実施の形態５では、メッシュ構造体２０がＺ軸方向の異なる位置に第１電極層１９及び第２電極層１６を備える場合において、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第１電極層１９に印加される第１電圧Ｖ１及び第２電極層１６に印加される第２電圧Ｖ２の一方又は両方を異ならせる。これにより、ターゲット３に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。
【０３１７】
従って、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３１８】
また、読み出し期間中にターゲット３に到達する電子ビーム量が全ての正孔の除去（読み出し）を行うのに必要な量よりも少なくても良い、従って、例えば、メッシュ構造体２０の厚みＨｔを増大させて、ターゲット３上での電子ビームのスポット径を小さし、解像度を向上させることができる。あるいは、電界放出型電子源アレイ１０のセルの配置や駆動回路を余裕のある設計にして、信頼性を向上させることが可能になる。
【０３１９】
上記の例では、実施の形態２の電界放出型電子源装置において第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の一方又は両方を変化させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、実施の形態３（図１９）の電界放出型電子源装置や、これ以外の、２以上の電極を備えたメッシュ構造体を備える電界放出型電子源装置に対して同様の駆動を行っても良く、いずれも上記と同様の効果を得ることができる。
【０３２０】
また、電圧の変化のさせ方は上述の例に限定されず、例えば第２電圧Ｖ２を一定にしたまま第１電圧Ｖ１を低下させても良く、あるいは、第１電圧Ｖ１を低下させ、且つ第２電圧Ｖ２を上昇させても良い。
【０３２１】
（実施の形態６）
図２２及び図２３は、本発明の実施の形態６に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【０３２２】
図２２に示す電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体８のターゲット３側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５を備える点で、実施の形態１の図１に示した電界放出型電子源装置と異なる。
【０３２３】
また、図２３に示す電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体２０のターゲット３側の面に低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５を備える点で、実施の形態２の図１２に示した電界放出型電子源装置と異なる。
【０３２４】
以下では実施の形態１，２と同じ部分についての説明を省略する。
【０３２５】
シールド電極層４５は、例えばシリコンを含む材料からなるメッシュ構造体のターゲット側の面に金属の薄膜をスパッタリング、真空蒸着、化学鍍金法等により成膜することで形成できる。あるいは、シリコンからなるメッシュ構造体のターゲット側の面から所定深さまでＮ型又はＰ型の物質をドープしてその濃度を高めることで形成できる。シールド電極層４５は、電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続される。
【０３２６】
シールド電極層４５を設けることにより、メッシュ構造体８，２０を通過した電子ビーム１１ｂ，１１ｃのうち、ターゲット３へ到達せずに戻ってくる電子ビームをシールド電極層４５が的確にトラップするので、メッシュ構造体８，２０の局部的な電圧変動を抑制することができる。
【０３２７】
即ち、メッシュ構造体８，２０から出射した電子ビーム１１ｂ，１１ｃの殆どはターゲット３へ到達するが、一部はターゲット３へ到達せずにメッシュ構造体８，２０へ戻ってくる場合がある。これにより以下のような問題が生じる可能性がある。
【０３２８】
例えばメッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面に比較的高抵抗の材料が露出した状態になっていると、ターゲット３へ到達せずメッシュ構造体８，２０に戻ってきた電子ビームがメッシュ構造体８，２０に衝突して２次電子放出等による局所的な電圧変動が発生したり、戻ってきた電子ビームをメッシュ構造体８，２０がトラップした後、この電子が短時間で外部へ放出されないために電圧変動が発生したりする可能性がある。また、電界放出型電子源アレイ１０のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体８，２０に重畳してしまう可能性がある。
【０３２９】
このような現象が起こるとメッシュ構造体８，２０のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体８，２０から出射する電子ビーム量が変動する。この結果、電界放出型電子源表示装置では輝度にムラが発生したり、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット３面に伝わり出力信号に雑音が重畳されたりする。
【０３３０】
これに対して、本実施の形態６によれば、メッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面が低抵抗の薄膜からなるシールド電極層４５で覆われており、このシールド電極層４５は電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、メッシュ構造体８，２０から出射しターゲット３へ到達せずにメッシュ構造体８，２０に戻ってくる電子による２次電子放出がシールド電極層４５により抑制されると共に、シールド電極層４５にトラップされた電子を短時間で電圧供給源へ放出することができるので、メッシュ構造体８，２０の局部的な電圧変動が起こることが無い。
【０３３１】
また、メッシュ構造体８，２０のターゲット３側の面に形成されたシールド電極層４５が電界放出型電子源装置の真空容器外の電圧供給源に接続されているので、電界放出型電子源アレイ１０のゲート電極に印加されるパルス電圧がメッシュ構造体８，２０の特にターゲット３側の面に形成されたシールド電極層４５に重畳されることは無い。
【０３３２】
従って、メッシュ構造体８，２０のトリミング作用が局所的に変動することによりメッシュ構造体８，２０から放出される電子ビーム量が変動するという問題が生じない。よって、電界放出型電子源表示装置では輝度ムラが抑制され、電界放出型電子源撮像装置ではメッシュ構造体の局所的な電圧変動がターゲット面に伝わることで出力信号に雑音が重畳されるという問題が生じない。従って、高性能の電界放出型電子源装置を提供することができる。
【０３３３】
（実施の形態７）
図２４は、本発明の実施の形態７に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【０３３４】
図２４に示すように、本実施の形態７に係る別の電界放出型電子源装置は、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体５４が、高抵抗層５６と、高抵抗層５６の電界放出型電子源アレイ１０側に形成された第１電圧が印加される低抵抗の第１電極層５５と、高抵抗層５６のターゲット３側に形成された第２電圧が印加される低抵抗の第２電極層５７とを備える点で、実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０３３５】
本実施の形態７では、実施の形態１と同じ効果が得られる上に、メッシュ構造体の製作が容易になるという効果が得られる。
【０３３６】
例えば、メッシュ構造体を、実施の形態２で示したように、ＳｉＯ2からなる絶縁層の両側にシリコン層を含むＳＯＩ基板を用いて貫通孔９０をエッチングで形成する場合、厚さ方向に異なる材質の層が積層されているので、例えばエッチング処理がシリコン層では容易であるのに対して絶縁層では困難であるという問題や、材質の違いによる局部的な応力集中によりエッチング処理中に基板が割れてしまうという問題などが発生する。
【０３３７】
これに対して、本実施の形態７では、例えば高抵抗のシリコン基板に貫通孔９０をエッチングで形成し、その後、両表面層が低抵抗となるようにＮ型又はＰ型の材料をドープすることでメッシュ構造体５４を簡単に作成することができる。あるいは高抵抗のシリコン基板の両表面層を低抵抗となるようにＮ型又はＰ型の材料をドープした後、貫通孔９０をエッチングで形成してメッシュ構造体５４を作成しても良い。
【０３３８】
あるいは、高抵抗の基板に貫通孔９０をエッチングで形成した後、電解エッチング処理などにより、メタルやその他の低抵抗の膜を両表面に形成しても良い。
【０３３９】
メッシュ構造体５４が上記のような構成を有することにより、メッシュ構造体５４を容易に作成することができる。
【０３４０】
また、電界放出型電子源の指定セルから広がりをもって放出された電子ビームのうち、指定セルに対応する貫通孔９０以外の貫通孔９０に入射した電子ビームをメッシュ構造体の電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突して効果的に吸収除去するというトリミング作用を、実施の形態１と同様に得ることができる。
【０３４１】
第１電極層５５に印加される第１電圧をＶ１、第２電極層５７に印加される第２電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２としても良い。これにより、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【０３４２】
即ち、Ｖ１＞Ｖ２とすることにより、高抵抗層５６に電圧勾配が形成され、これがメッシュ構造体５４の貫通孔９０に入射した電子ビームを減速させる。これにより、電子ビームのＺ軸方向の速度成分が小さくなり、Ｚ軸と直交する方向の速度成分が相対的に大きくなる。従って、電子ビームは、第２電極層１６の領域内において電子ビーム通過行路９２の側壁に衝突しやすくなる。よって、指定セルに対応する貫通孔以外の貫通孔に入射した電子ビーム１１ａをこの貫通孔の電子ビーム通過行路９２の側壁で吸収除去し、指定セルに対応する貫通孔に入射した電子ビーム１１ａのみをターゲット３に到達させるというトリミング作用を向上させることができる。
【０３４３】
よって、本実施の形態７では実施の形態２と同様に以下の効果が得られる。即ち、電界放出型電子源アレイからターゲットまでの距離が組み立てバラツキや大気圧によって設計値に対してばらついても、ターゲット３上での電子ビームスポットの大きさの変化を一層抑えることができる。従って、均一な画質を表示できる電界放出型電子源表示装置、及び均一な画質を撮像できる電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３４４】
第１電極層５５に印加される第１電圧をＶ１、第２電極層５７に印加される第２電圧をＶ２としたとき、電界放出型電子源装置の駆動中に電圧Ｖ１，Ｖ２の一方又は両方を変化させても良い、これにより、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【０３４５】
即ち、ターゲット３に光電変換膜を備えた電界放出型電子源撮像装置において、読み出し期間中と電荷リセット期間中とで第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の一方又は両方を異ならせることで、メッシュ構造体５４のトリミング作用を読み出し期間中と電荷リセット期間中とで異ならせる。これにより、ターゲット３に到達する電子ビーム量を、読み出し期間よりも電荷リセット期間中において増加させることができ、読み出し期間終了時に残存した正孔を除去することができる。従って、本実施の形態７では実施の形態５と同様に、残像の残らない電界放出型電子源撮像装置を提供することができる。
【０３４６】
（実施の形態８）
図２５は、本発明の実施の形態８に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【０３４７】
図２５に示すように、本実施の形態８に係る電界放出型電子源装置は、メッシュ構造体６５のトリミング部６６を薄くした点で、図１に示した実施の形態１に係る電界放出型電子源装置と異なる。以下では実施の形態１と同じ部分についての説明を省略する。
【０３４８】
図２５に示される本実施の形態８では、シリコンを含む材料からなるメッシュ構造体６５のトリミング部６６が薄い。これにより、シリコンを含む材料を半導体加工技術であるＭＥＭＳ技術で加工してメッシュ構造体６５を作成することができるので、複数の貫通孔を高精度且つ均一分布でメッシュ構造体に形成できる。従って、従来の金属からなるメッシュ構造体（例えば銅メッシュ等）のように、張力を付与して電界放出型電子源装置に固定すると、貫通孔の形状やサイズが中央部と周辺部とで異なってしまうという問題が発生することがなく、電界放出型電子源装置に用いた場合にターゲットに到達する電子ビーム量をターゲット上の位置によらずに均一にすることができるメッシュ構造体を提供することができる。
【０３４９】
更に、電界放出型電子源アレイ１０が形成された半導体基板６がシリコンを含む材料からなる場合、半導体基板６及びメッシュ構造体６５の材料が同じになるので、製造工程における加熱工程の温度を高くしてガス出しを十分行なうことができる。従って、ガス放出が少なく、耐電圧特性において信頼性の高い電界放出型電子源装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０３５０】
本発明のメッシュ構造体及び電界放出型電子源装置の利用分野は特に制限はなく、例えば電界放出型電子源表示装置及び電界放出型電子源撮像装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３５１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の概略斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部に形成された貫通孔を示した一部拡大斜視図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイの一例を示した断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源装置において、電界放出型電子源アレイの別の例を示した断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の一部拡大斜視図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の製造方法の一工程を示した断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体の貫通孔の電界放出型電子源アレイ側の開口周辺の形状の例を示した拡大断面図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源装置おけるシミュレーション結果を示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態３に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３に係る電界放出型電子源装置に使用されるメッシュ構造体のトリミング部の厚さ方向の一部拡大断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態４に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態６に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態６に係る別のメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態７に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の部分拡大断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態８に係るメッシュ構造体、及びメッシュ構造体を含む電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２６】図２６は、従来の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置の断面図である。
【図２７】図２７は、従来の別の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置の断面図である。
【符号の説明】
【０３５２】
１，１０１，１１５ 前面パネル
２，１０２，１１３ 陽極電極
３，１０３ ターゲット
４，２４，１０４，１１６ 側面外周器
５，１０５，１１７ 背面パネル
６，１０６ 半導体基板
７，１０９ 封着材料
７ａ フリットガラス真空封着部
７ｂ，１１９ インジウム真空封着部
８，２０，２３，２５，５４ メッシュ構造体
８ａ スペーサー部
９，６６ トリミング部
１０ 電界放出型電子源アレイ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 電子ビーム
１２，１２８ ゲート電極
１３，１７，２１，１２６ 絶縁層
１４，１２５ エミッタ電極層
１５，１０７，１２４ 冷陰極素子（エミッタ）
１６ 第２電極
１８ スペーサー部
１９ 第１電極
２２ 第３電極
２６ フォーカス電極
５５ 第１電極層
５７ 第２電極層
６５ メッシュ構造体
４３ 電圧供給ピン
４５ シールド電極層
５０ ゲッター
５１ 第１空間
５２ 第２空間
５６ 抵抗層
５９ ＣＮＴ
６０ 集束電極
６１ ゲート電極
９０ 貫通孔
９１ 開口
９２ 電子ビーム通過行路
１０８ 周辺素子（ゲート電極及び絶縁層）
１１１ 入射光
１１２ 光電変換膜
１１４ 光電変換ターゲット
１１８ 真空容器
１２０ シールドグリッド電極
１２１ 段差
１２２ 電圧供給端子
１２３ 電圧供給用リード
１２９ 電界放出型電子源アレイ
１３３ フリットガラス封着部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元的に形成された複数の貫通孔を有し、前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能であるメッシュ構造体であって、
前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むことを特徴とするメッシュ構造体。
【請求項２】
前記複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みは、前記貫通孔の開口径よりも小さい請求項１に記載のメッシュ構造体。
【請求項３】
電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置であって、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有し、
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなることを特徴とする電界放出型電子源装置。
【請求項４】
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン層と、ＳｉＯ2からなる絶縁層とを含む請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項５】
前記メッシュ構造体の、前記電界放出型電子源アレイ側の表面及び前記ターゲット側の表面のうちの少なくとも一方に、導電性の薄膜が形成されている請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項６】
前記メッシュ構造体は、前記メッシュ構造体の大部分をなす基層と、前記基層の表面に成膜され、前記基層よりも低抵抗の薄膜層とを有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項７】
前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中間層は絶縁層であり、前記少なくとも２つの電極層は、前記電子ビーム通過行路に少なくとも２つの電位空間を形成する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの電極層のうちの１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置されて、第１電圧が印加される第１電極層であり、他の１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置されて、第２電圧が印加される第２電極層であり、
前記少なくとも１つの中間層は、前記第１及び第２電極層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層である請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２を満足する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された電極層を第１電極層、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された電極層を第２電極層とし、前記電子ビーム通過行路の長さのうち、前記第１電極層が占める長さをＴ１、前記第２電極層が占める長さをＴ２としたとき、Ｔ１＜＜Ｔ２を満足する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１２】
更に、前記電界放出型電子源アレイが形成された基板を有し、
前記メッシュ構造体は、前記電界放出型電子源アレイと前記複数の貫通孔の前記開口とを離間させるスペーサー部を一体に備え、
前記メッシュ構造体は前記スペーサー部を介して前記基板上に設置されている請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１３】
前記スペーサー部と前記基板とは導電性材料を用いて接合されており、前記導電性材料を介して前記基板から前記メッシュ構造体の少なくとも一部に給電されている請求項１２に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１５】
前記電子ビーム通過行路の延設方向に垂直な方向に沿った断面形状は、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形である請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１６】
前記電界放出型電子源アレイは、それぞれが電子を放出する複数の電子源を備えたセルを複数有し、
前記複数の開口と前記複数のセルとが垂直方向に一対一に対応するように前記電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体とが配置されており、
前記セルから放出された電子ビームは、対応する前記開口に入り、前記電子ビーム通過行路を通過して、前記ターゲットに入射する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１７】
電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体との間に、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームを予備集束する予備集束電極を更に有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１８】
電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置の駆動方法であって、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有し、
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなり、
前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有し、
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させることを特徴とする電界放出型電子源装置の駆動方法。
【請求項１】
一次元的に形成された複数の貫通孔を有し、前記貫通孔を、光、電子、原子、イオン、又は分子が一方の面から他方の面に通過可能であるメッシュ構造体であって、
前記メッシュ構造体は、シリコンを含む材料からなり、前記シリコンを含む材料が結晶構造を有するシリコンを含むことを特徴とするメッシュ構造体。
【請求項２】
前記複数の貫通孔を離隔する隔壁の厚みは、前記貫通孔の開口径よりも小さい請求項１に記載のメッシュ構造体。
【請求項３】
電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置であって、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有し、
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなることを特徴とする電界放出型電子源装置。
【請求項４】
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコン層と、ＳｉＯ2からなる絶縁層とを含む請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項５】
前記メッシュ構造体の、前記電界放出型電子源アレイ側の表面及び前記ターゲット側の表面のうちの少なくとも一方に、導電性の薄膜が形成されている請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項６】
前記メッシュ構造体は、前記メッシュ構造体の大部分をなす基層と、前記基層の表面に成膜され、前記基層よりも低抵抗の薄膜層とを有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項７】
前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中間層は絶縁層であり、前記少なくとも２つの電極層は、前記電子ビーム通過行路に少なくとも２つの電位空間を形成する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの電極層のうちの１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置されて、第１電圧が印加される第１電極層であり、他の１つは、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置されて、第２電圧が印加される第２電極層であり、
前記少なくとも１つの中間層は、前記第１及び第２電極層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層である請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２を満足する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された電極層を第１電極層、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された電極層を第２電極層とし、前記電子ビーム通過行路の長さのうち、前記第１電極層が占める長さをＴ１、前記第２電極層が占める長さをＴ２としたとき、Ｔ１＜＜Ｔ２を満足する請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１２】
更に、前記電界放出型電子源アレイが形成された基板を有し、
前記メッシュ構造体は、前記電界放出型電子源アレイと前記複数の貫通孔の前記開口とを離間させるスペーサー部を一体に備え、
前記メッシュ構造体は前記スペーサー部を介して前記基板上に設置されている請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１３】
前記スペーサー部と前記基板とは導電性材料を用いて接合されており、前記導電性材料を介して前記基板から前記メッシュ構造体の少なくとも一部に給電されている請求項１２に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させる請求項７に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１５】
前記電子ビーム通過行路の延設方向に垂直な方向に沿った断面形状は、円形、楕円形、いずれの内角も９０度より大きな多角形、または隣り合う辺が円弧で接続された多角形である請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１６】
前記電界放出型電子源アレイは、それぞれが電子を放出する複数の電子源を備えたセルを複数有し、
前記複数の開口と前記複数のセルとが垂直方向に一対一に対応するように前記電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体とが配置されており、
前記セルから放出された電子ビームは、対応する前記開口に入り、前記電子ビーム通過行路を通過して、前記ターゲットに入射する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１７】
電界放出型電子源アレイと前記メッシュ構造体との間に、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームを予備集束する予備集束電極を更に有する請求項３に記載の電界放出型電子源装置。
【請求項１８】
電界放出型電子源アレイと、前記電界放出型電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行なうターゲットと、前記電界放出型電子源アレイと前記ターゲットとの間に配置され、前記電界放出型電子源アレイから放出された前記電子ビームが通過する複数の貫通孔が形成されたメッシュ構造体とを有する電界放出型電子源装置の駆動方法であって、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記電界放出型電子源アレイ側の開口と、前記開口から連続した電子ビーム通過行路とを有し、
前記メッシュ構造体は、Ｎ型又はＰ型にドープされたシリコンを含む材料からなり、
前記メッシュ構造体は、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間に設けられた少なくとも１つの中間層とを有し、
前記少なくとも２つの電極層のうち、前記少なくとも１つの中間層に対して前記電界放出型電子源アレイ側に配置された第１電極層に印加される電圧をＶ１、前記少なくとも１つの中間層に対して前記ターゲット側に配置された第２電極層に印加される電圧をＶ２としたとき、前記電界放出型電子源装置を駆動中に、前記電圧Ｖ１及び前記電圧Ｖ２のうちの一方又は両方を変化させることにより、前記メッシュ構造体の前記複数の貫通孔を通過して前記ターゲットへ向かう電子ビームの量を変化させることを特徴とする電界放出型電子源装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
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【図１５】
【図１６】
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【図１８】
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【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００７−２５０５３２（Ｐ２００７−２５０５３２Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５３７（Ｐ２００７−３３５３７）
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【出願人】（５０３２１７７８３）ＭＴ映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【出願人】（５０３２１７７８３）ＭＴ映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
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