電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置
【課題】
集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を提供する。
【解決手段】
電子放出源アレイは、マトリクス状に配置され、画素領域に区画される電子放出源と、前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極とを含み、前記電子放出源が１又は複数の前記画素領域毎に電子を放出する際に、前記集束電極には、前記画素領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための集束電圧が印加される。
集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を提供する。
【解決手段】
電子放出源アレイは、マトリクス状に配置され、画素領域に区画される電子放出源と、前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極とを含み、前記電子放出源が１又は複数の前記画素領域毎に電子を放出する際に、前記集束電極には、前記画素領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための集束電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源をマトリクス状に配置した電子放出源アレイと、この電子放出源アレイを用いた撮像装置、及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電集束型の電子放出源アレイは、水平走査方向及び垂直走査方向に配列されたゲート電極及びエミッタ電極と、ゲート電極の上に絶縁膜を挟んで形成される集束電極とを含んでいた。
【０００３】
エミッタ電極には電子を放出するエミッタが形成されており、ゲート電極とエミッタ電極に選択的に電圧を印加することにより、選択されたゲート電極とエミッタ電極とが平面視で交差する単位領域内のエミッタから電子が放出される。この単位領域は、電子放出源アレイに対向配置される目標物（例えば、光電変換膜や蛍光体等）の画素領域に対応する領域である。
【０００４】
集束電極は、すべての単位領域に対応した開口部を有しており、所定の電圧が印加されることにより、開口部の近傍に凸レンズ状の静電レンズを形成する。静電レンズの直径は開口部の大きさによって決まるが、各開口部のサイズは、各単位領域のサイズと略同一であるため、静電レンズの直径は、単位領域の大きさと略同一、あるいは、それ以下であった。
【０００５】
選択された単位領域のエミッタから放出された電子は、集束電極によって形成される静電レンズによって集束された状態で、電子放出源アレイに対向する目標物（例えば、光電変換膜や蛍光体等）に放射される。
【０００６】
従来の電子放出源アレイの集束電極は、すべての単位領域に対して一体的に形成されていた（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Simulation of focusing field emissiondevices, Y. C. Lan, J. T.Lai, S. H. Chen, W. C. Wang, C. H. Tsai, K. L. Tsai, and C. Y. Sheu, 9 July 1999, American Vacuum Society
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、各単位領域内には、複数のエミッタが配列されているので、単位領域の中央部に位置するエミッタから放出される電子は、静電レンズの中央部を通過し、単位領域の端部側に位置するエミッタから放出される電子は、静電レンズの端部側を通過する。
【０００９】
一般的に、静電レンズの凸面の湾曲率は中央側よりも端部側の方が大きいため、静電レンズの端部側を通過する電子ほど軌道が大きく曲がり、焦点をより近くに結ぶため、選択された画素領域から外れてしまう可能性があった。
【００１０】
このような問題の発生を抑制して十分な集束効果を得るためには、エミッタを単位領域の中央部に寄せる（エミッタを単位領域の端部側には配設しない）ことが考えられるが、単位領域の中央部にしかエミッタを配設できないと、エミッタの集積度の低下に繋がるという問題があった。エミッタの集積度の低下は、放射電子量の低下に繋がるという問題があった。
【００１１】
以上のように、従来の電子放出源アレイでは、集束効果と放射電子量確保の両立が困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示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】
【００１３】
本発明の一局面の電子放出源アレイは、マトリクス状に配置され、画素領域に対応した単位領域に区画される電子放出源と、前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極とを含み、前記電子放出源が１又は複数の前記単位領域毎に電子を放出する際に、前記集束電極には、前記単位領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための集束電圧が印加される。
【００１４】
また、前記集束電極は、マトリクス状に区画されており、前記電子放出源が電子を放出する際に、電子を放出する前記電子放出源の単位領域を囲む領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加してもよい。
【００１５】
また、前記集束電極は、前記単位領域毎に区画されており、前記電子放出源の単位領域を囲む複数の単位領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加してもよい。
【００１６】
また、前記電子放出源は、前記単位領域毎に複数配設されており、前記集束電極は、前記複数の電子放出源に対応した開口部を有していてもよい。
【００１７】
本発明の一局面の撮像装置は、前記いずれか一つの電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び光電変換膜とを含む。
【００１８】
本発明の一局面の表示装置は、前記いずれか一つの電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び蛍光体とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【図２】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の駆動系を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０を駆動する集束電極駆動部２７２の構成を概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０の駆動方法を概念的に説明するための図である。
【図５】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０における集束電極２７０の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の電子放出源アレイの構造を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【図７】電子軌道解析により実施の形態１の電子放出源アレイ２５０及び比較用の従来の電子放出源アレイ１０００によって光電変換膜又は蛍光体面上に形成される電流密度分布を示す図である。
【図８】集束電極に集束用電圧を印加するパターンを示す図である。
【図９】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を適用した実施の形態について説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図を示し、（Ｂ）は平面図を示す。図１（Ａ）に示す断面は、平面図のＡ−Ａ’矢視断面を示す。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図であり、図１（Ｄ）は図１（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【００２３】
実施の形態１では、電子放出源アレイ２５０としてＳｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイを用いる場合について説明する。以下、特に断らない限り、電子放出源アレイ２５０と記した場合は、Ｓｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイを示すこととする。
【００２４】
また、図１（Ｂ）において、陰極電極２５２とゲート電極２５５が交差して区画される領域を「単位領域」と称し、この単位領域内にある電子放出源アレイ２５０の一部分をエレメント２５６と称する。このため、図１（Ｂ）は、２５個のエレメント２５６がマトリクス状に配列されている状態を示し、図１（Ｃ）、（Ｄ）は、１つのエレメント２５６の断面図及び平面図を示す。
【００２５】
図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、基板２５１、陰極電極２５２、陰極２５３、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、絶縁層２６０、及び集束電極２７０を具える。
【００２６】
基板２５１は、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、石英、セラミックス、又は樹脂等で構成することができるが、ここではシリコンで構成される形態について説明する。この基板２５１の上には、陰極電極２５２、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、絶縁層２６０、及び集束電極２７０が順次形成されている。
【００２７】
陰極電極２５２は、図１（Ｂ）に示す垂直走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極であり、ゲート電極２５５は、同じく水平走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極である。このように、陰極電極２５２とゲート電極２５５とが互いに直交する方向に延在することにより、Ｘ−Ｙマトリクスが形成される。なお、陰極電極２５２とゲート電極２５５は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料で構成される。
【００２８】
絶縁層２５４は、例えば、基板２５１がシリコン製である場合は、酸化シリコンで構成することができる。絶縁層２５４は、１つの電子放出源アレイ２５０について共通化された１層の絶縁層であってよい。
【００２９】
なお、図１（Ｂ）には、水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個のエレメント２５６がマトリクス状に配列されている状態を示すが、実際の電子放出源アレイ２５０のエレメント２５６の数は、例えば、水平走査方向に６４０個、垂直走査方向に４８０個、あるいは、水平走査方向に１９２０個、垂直走査方向に１０２０個ほどであるため、図１（Ｂ）に示す２５個のエレメント２５６は電子放出源アレイ２５０の一部分である。
【００３０】
また、各ゲート電極２５５のストライプ状の領域に含まれる複数の単位領域が水平走査方向に並んで構成されるラインを水平走査ライン２５７と称す。
【００３１】
図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、各エレメント２５６内では、絶縁層２５４及びゲート電極２５５を貫通し、陰極電極２５２の表面に達する細孔が形成され、この細孔内で陰極電極２５２から突出するように陰極（エミッタ）２５３が配設される。
【００３２】
この陰極２５３は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料によって作製され、電子を放出するエミッタとして機能する。通常、各エレメント２５６内の絶縁層２５４及びゲート電極２５５に複数の細孔を設け、各細孔に陰極２５３を一つずつ配設する。図１（Ｃ）、（Ｄ）には、一例として、各エレメント２５６が９つの細孔を有し、９つ（３行３列）の陰極２５３が配設される形態を示すが、１つのエレメント２５６に含まれる陰極２５３の数は９個に限られるものではなく、例えば、２５個（５行５列）、あるいは、１２１個（１１行１１列）であってもよい。
【００３３】
単位領域毎に配列されるエレメント２５６内に形成された電子放出制御が可能な最小単位数（９つ）の陰極２５３から放出された電子群が電子放出源アレイ２５０に対向する光電変換膜又は蛍光体等に到達した際に、光電変換膜又は蛍光体等の上で電子群のスポットサイズによって決まる領域を「画素領域」（又は単に「画素」）と称する。すなわち、電子放出源アレイ２５０の単位領域は、光電変換膜又は蛍光体等の画素領域に対応する領域である。
【００３４】
図１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、絶縁層２６０は、ゲート電極２５５の上に形成される。絶縁層２６０は、例えば、酸化シリコンで構成することができる。絶縁層２６０は、１つの電子放出源アレイ２５０について共通化された１層の絶縁層であってよい。
【００３５】
集束電極２７０は、絶縁層２６０の上に形成され、陰極２５３から放出される電子群を集束させるために所定の電圧（集束電圧）が印加される電極である。集束電極２７０は、単位領域毎に独立して形成されており（すなわち、各エレメント２５６に１つずつ配設されており）、開口部２７０Ａを有する。開口部２７０Ａは、各エレメント２５６が有する９つの陰極２５３を平面視で囲むように形成されている。このため、集束電極２７０は、平面視で矩形環状である。
【００３６】
この集束電極２７０は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料によって作製される。
【００３７】
集束電極２７０には、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、及び絶縁層２６０を厚さ方向に貫通するビア２７１を介して、集束電極駆動部２７２が接続されている。集束電極駆動部２７２は、基板２５１の内部に形成されており、各集束電極２７０に独立的に集束電圧を印加することができる駆動回路である。集束電極駆動部２７２は、各集束電極２７０を水平方向及び垂直方向に走査するための水平集束走査回路部及び垂直集束走査回路部を含む。水平集束走査回路部及び垂直集束走査回路部は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide
Semiconductor）を含む駆動回路で構成することができるが、走査方法及び印加電圧等については後述する。
【００３８】
また、陰極電極２５２には、水平方向の走査を行うために、水平駆動回路としてのエミッタ電極駆動部４１０からパルス電圧が印加され、ゲート電極２５５には、垂直方向の走査を行うために、垂直駆動回路としてのゲート電極駆動部４２０のゲート電圧制御回路４２４からパルス電圧が印加される。この詳細については、図２を用いて後述する。
【００３９】
図２は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の駆動系を概略的に示す図である。図２には、電子放出源アレイ２５０の一部（水平方向の５つのエレメント２５６、垂直方向の５つのエレメント２５６の範囲で表される２５個のエレメント２５６を含む部分（すなわち、２５個の単位領域に相当する部分））を示す。
【００４０】
図２に示すように、電子放出源アレイ２５０には、水平方向及び垂直方向の走査を行うためのエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０が接続されている。エミッタ電極駆動部４１０は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３を含む。
【００４１】
水平アドレス回路４１１には、電源電圧が供給されるとともに、クロック信号や同期信号を受け取り、各陰極電極に配設される水平バッファ回路４１２を選択して駆動する。
【００４２】
水平バッファ回路４１２は、水平アドレス回路４１１によって駆動される一対のトランジスタを含み、水平アドレス回路４１１によって選択される陰極電極にパルス電圧を供給する。
【００４３】
水平電圧制御回路４１３は、水平アドレス回路４１１によって制御され、水平バッファ回路４１２を介して陰極電極２５２に供給するパルス電圧の値を制御する。
【００４４】
このようなエミッタ電極駆動部４１０において、水平アドレス回路４１１で生成され、出力されるパルス電圧によって水平バッファ回路４１２が駆動制御される。この水平バッファ回路４１２の駆動により、水平電圧制御回路４１３から給電される電圧Ｖｈ１とＶｈ２（Ｖｈｌ＞Ｖｈ２）とからなるパルス電圧（振幅：Ｖｈ１−Ｖｈ２）が陰極電極２５２に供給される。このように、水平方向の走査は、エミッタ電極駆動部４１０から陰極電極２５２にパルス電圧を印加することによって行われる。
【００４５】
また、ゲート電極駆動部４２０は、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３を含む。
【００４６】
このゲート電極駆動部４２０は、電子放出源アレイ２５０のゲート電極に接続されてパルス電圧をゲート電極に供給すること以外は、エミッタ電極駆動部４１０と構成が同一であり、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３の機能及び動作も、ゲート電極を走査対象とすること以外は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３と同一である。
【００４７】
このようなゲート電極駆動部４２０において、垂直アドレス回路４２１で生成、出力されたパルス電圧によって垂直バッファ回路４２２が駆動制御される。この垂直バッファ回路４２２の駆動により、垂直電圧制御回路４２３から給電される電圧Ｖｖ１とＶｖ２（Ｖｖ１＞Ｖｖ２）とで構成されるパルス電圧（振幅：Ｖｖ１−Ｖｖ２）がゲート電極２５５に供給される。このように、垂直方向の走査は、ゲート電極駆動部４２０からゲート電極にパルス電圧が印加されることによって行われる。
【００４８】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、後述するタイミングで陰極電極２５２とゲート電極２５５にパルス電圧が印加されることにより、同時にパルス電圧が印加される陰極電極２５２とゲート電極２５５との交差部に位置する単位領域のエレメント２５６に含まれる陰極２５３から、電子が放出される。
【００４９】
そして、パルス電圧を印加する陰極電極２５２とゲート電極２５５を水平方向及び垂直方向に走査することにより、水平走査における映像信号出力期間では、図２に示す１本の水平走査ラインに含まれる各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に順次電子が放出される。このような動作が各水平走査ラインで順次繰り返されることにより、電子放出源アレイ２５０の水平方向及び垂直方向における走査が実現される。
【００５０】
なお、図２には、それぞれ複数ある陰極電極及びゲート電極のいずれかを選択して順次パルス電圧を供給することにより、水平方向の走査を陰極電極で行い、垂直方向の走査をゲート電極で行う構成を示すが、これに代えて、垂直方向の走査を陰極電極で行い、水平方向の走査をゲート電極で行うように構成してもよい。
【００５１】
図３は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０を駆動する集束電極駆動部２７２の構成を概略的に示す図である。
【００５２】
集束電極駆動部２７２は、ビア２７１（図１（Ｃ）参照）を介して各集束電極２７０に接続される選択用トランジスタ２７３、各集束電極２７０を水平方向及び垂直方向に走査するための水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０を含む。
【００５３】
選択用トランジスタ２７３は、各集束電極２７０に一つずつ配設されており、各集束電極２７０を選択して駆動するために用いられる。選択用トランジスタ２７３のドレインは集束電極２７０に接続され、ソースは水平集束走査回路部２８０に接続され、ゲートは垂直集束走査回路部２９０に接続されている。
【００５４】
水平集束走査回路部２８０は、水平アドレス回路２８１、水平バッファ回路２８２、及び水平電圧制御回路２８３を含む。
【００５５】
水平アドレス回路２８１には、電源電圧が供給されるとともに、クロック信号や同期信号を受け取り、水平バッファ回路２８２を選択して駆動する。
【００５６】
水平バッファ回路２８２は、水平アドレス回路２８１によって駆動される一対のトランジスタ（ＣＭＯＳ）を含み、ＣＭＯＳ回路の出力端は、選択用トランジスタ２７３のソースに接続されている。
【００５７】
水平電圧制御回路２８３は、水平アドレス回路２８１によって制御され、水平バッファ回路２８２を介して選択用トランジスタ２７３のソースに供給する電圧を制御する。
【００５８】
このような水平集束走査回路部２８０において、水平アドレス回路２８１で生成され、出力されるパルス電圧によって水平バッファ回路２８２が駆動制御される。この水平バッファ回路２８２の駆動により、水平電圧制御回路２８３から給電される電圧Ｖｈ１１とＶｈ１２（Ｖｈ１１＞Ｖｈ１２）とからなるパルス電圧（振幅：Ｖｈ１１−Ｖｈ１２）が選択用トランジスタ２７３のソースに供給される。このように、水平方向の走査は、水平集束走査回路部２８０から選択用トランジスタ２７３のソースにパルス電圧を印加することによって行われる。
【００５９】
また、垂直集束走査回路部２９０は、垂直アドレス回路２９１、垂直バッファ回路２９２、及び垂直電圧制御回路２９３を含む。
【００６０】
この垂直集束走査回路部２９０は、選択用トランジスタ２７３のゲートに接続されてパルス電圧を選択用トランジスタ２７３のゲートに供給すること以外は、水平集束走査回路部２８０と構成が同一である。このため、垂直アドレス回路２９１、垂直バッファ回路２９２、及び垂直電圧制御回路２９３の機能及び動作も、選択用トランジスタ２７３のゲートを走査対象とすること以外は、水平アドレス回路２８１、水平バッファ回路２８２、及び水平電圧制御回路２８３と同一である。
【００６１】
このような垂直集束走査回路部２９０において、垂直アドレス回路２９１で生成、出力されたパルス電圧によって垂直バッファ回路２９２が駆動制御される。この垂直バッファ回路２９２の駆動により、垂直電圧制御回路２９３から給電される電圧Ｖｖ１１とＶｖ１２（Ｖｖ１１＞Ｖｖ１２）とで構成されるパルス電圧（振幅：Ｖｖ１１−Ｖｖ１２）が選択用トランジスタ２７３のゲートに供給される。このように、垂直方向の走査は、垂直集束走査回路部２９０から選択用トランジスタ２７３のゲートにパルス電圧が印加されることによって行われる。
【００６２】
集束電極２７０は、水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０により、水平方向及び垂直方向に走査が行われ、水平走査及び垂直走査によって選択されると、トランジスタ２７３を介して集束電圧が印加される。なお、集束電極２７０の具体的な駆動方法については後述する。
【００６３】
図４は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０の駆動方法を概念的に説明するための図である。図４（Ａ）は平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における矢視Ａ−Ａ’断面を示す図である。
【００６４】
図４（Ａ）に示す電子放出源アレイ２５０は、水平方向に５つ、垂直方向に５つの２５個のエレメント２５６のうち、中央に位置するエレメント２５６Ａのみがエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０によって選択され、電子を放出する状態になっているものとする。
【００６５】
このような場合に、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、電子を放出するエレメント２５６Ａの集束電極２７０と、エレメント２５６Ａに隣接する周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０との電位を等しくするとともに、エレメント２５６Ａに隣接する周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０と、その他の周囲の１６個のエレメント２５６Ｃの集束電極２７０の電位とが異なるように、水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０で集束電極２７０の水平方向及び垂直方向の走査を行うことによって各集束電極２７０に集束電圧を印加する。
【００６６】
例えば、エレメント２５６Ａ及び２５６Ｂの集束電極（全部で９つ）に＋５０（Ｖ）の電圧を印加し、エレメント２５６Ｃの集束電極２７０（全部で１６個）に０（Ｖ）の集束電圧を印加する。これにより、８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０と、１６個のエレメント２５６Ｃの集束電極２７０との間に電位差を生じさせる。
【００６７】
この結果、図４（Ｂ）に示す矢視Ａ−Ａ’断面における等電位線は、水平走査方向に５つ配列されるエレメント２５６のうちの両脇の２つのエレメント２５６については、１つのエレメント２５６内に存在する正規分布状の特性を示すが、中央の３つについては、３つのエレメント２５６にわたって存在する正規分布状の特性となる。
【００６８】
このため、集束電極２７０の周辺の電位分布によって形成される静電レンズ２７４は、図４（Ｂ）に示すように、電子を放出するエレメント２５６Ａの単位領域よりも（すなわち、開口部２７０Ａよりも）幅広いものとなり、平面視では、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも大きな領域に静電レンズ２７４が形成されることになる。
【００６９】
このように単位領域よりも大きい静電レンズ２７４は、図５を用いて次に説明するタイミングで各集束電極２７０を駆動することによって実現される。
【００７０】
図５は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０における集束電極２７０の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００７１】
図５（Ａ）に示す電子放出源アレイ２５０は、図１及び図４に示す電子放出源アレイ２５０と同一であり、水平方向に５つのエレメント２５６、垂直方向に５つのエレメント２５６が配列された部分を示すが、図５では説明の便宜上、５本の陰極電極２５２にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５の符号を付し、同様に、５本のゲート電極２５５にＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５の符号を付す。
【００７２】
また、タイミングチャートの説明の便宜上、図５（Ａ）に示す２５個の集束電極２７０の各々を区別するために、集束電極２７０の各々の位置をＦ（行番号）−（列番号）と表記する。行番号は垂直走査方向に図中上側から下側にかけて１行目〜５行目とし、列番号は水平走査方向に図中左側から右側にかけて１列目〜５列目とする。図中には、表記の都合上、３行目にある５つの集束電極２７０の位置（Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５）のみを代表的に示す。
【００７３】
また、ここでは、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４の集束電極２７０を含む３つのエレメント２５６から異なるタイミングで順番に電子を放出させる場合に、電子放出を行うエレメント２５６の集束電極２７０と、その集束電極２７０を囲む８つの集束電極２７０との合計９つの集束電極２７０に集束電圧（Ｈレベルの集束電圧）を印加する形態について説明する。このため、行方向（垂直走査方向）において３行目に隣接しない１行目と５行目の集束電極２７０には集束電圧を印加しない（Ｌレベルの集束電圧を印加する）こととなる。
【００７４】
図５（Ｂ）に示すタイミングチャートは、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４の集束電極２７０を含む３つのエレメント２５６から異なるタイミングで順番に電子を放出させる場合に、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５に印加する電圧、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５に印加する電圧、及び２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加する集束電圧のレベルとタイミングを示す。
【００７５】
なお、上述のように、実施の形態１では、列方向（垂直走査方向）において３行目に隣接しない１行目と５行目の集束電極２７０には集束電圧を印加しないため（集束電圧はＬレベルであるため）、図５（Ｂ）では、Ｆ１−１〜Ｆ１−５、及びＦ５−１〜Ｆ５−５についての集束電圧を省く。
【００７６】
また、ここでは、エミッタ電極駆動部４１０（図２参照）に入力される電圧Ｖｈ２は、０（Ｖ）であるものとする。このため、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５には電圧Ｖｈ１（＞０）又は０（Ｖ）が印加される。また、ゲート電極駆動部４２０（図２参照）に入力される電圧Ｖｖ２は、０（Ｖ）であるものとする。このため、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５には電圧Ｖｖ１（＞０）又は０（Ｖ）が印加される。
【００７７】
また、各集束電極２７０に印加される集束電圧をＨレベル／Ｌレベルで示す。集束電圧は、垂直集束走査回路部２９０（図３参照）によって水平走査方向において選択されてゲート電圧が印加されるトランジスタ２７３（図３参照）のうち、水平集束走査回路部２８０によって垂直方向において選択されるトランジスタ２７３（図３参照）に印加されるドレイン電圧として集束電極２７０に印加される。
【００７８】
図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ＝０では、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５には電圧Ｖｈ１が印加されており、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５には０（Ｖ）の電圧が印加されている。また、２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加される集束電圧はＬレベルである。
【００７９】
時刻ｔ１になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加されるとともに、陰極電極Ｅ２に０（Ｖ）が印加されることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ２が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。
【００８０】
また、この時刻ｔ１では、Ｆ２−１、Ｆ２−２、Ｆ２−３、Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ４−１、Ｆ４−２、Ｆ４−３の集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加されるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ２が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−２の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加され、これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８１】
時刻ｔ２になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加された状態が保持されたまま、０（Ｖ）の電圧が印加される陰極電極がＥ２からＥ３にずれることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ３が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。すなわち、電子放出を行うエレメント２５６が水平走査方向に１つずれることになる。
【００８２】
また、この時刻ｔ２では、Ｈレベルの集束電圧が印加される集束電極２７０がＦ２−２、Ｆ２−３、Ｆ２−４、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ４−２、Ｆ４−３、Ｆ４−４にずれるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ３が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−３の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加される。これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８３】
時刻ｔ３になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加された状態が保持されたまま、０（Ｖ）の電圧が印加される陰極電極がＥ３からＥ４にずれることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ４が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。すなわち、電子放出を行うエレメント２５６が水平走査方向にさらに１つずれることになる。
【００８４】
また、この時刻ｔ３では、Ｈレベルの集束電圧が印加される集束電極２７０がＦ２−３、Ｆ２−４、Ｆ２−５、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５、Ｆ４−３、Ｆ４−４、Ｆ４−５にずれるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ４が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−４の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加される。これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８５】
時刻ｔ４になると、ゲート電極Ｇ３に印加されていた電圧Ｖｖ１が０（Ｖ）に戻され、いずれの陰極電極（Ｅ１〜Ｅ５）にも電圧Ｖｈ１が印加されなくなるため、すべてのエレメント２５６から電子が放出されない状態になる。
【００８６】
また、この時刻ｔ４では、２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加される集束電圧はＬレベルに戻る。
【００８７】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０では、水平走査及び垂直走査に伴い、上述のように電子放出を行っているエレメント２５６の真上の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することにより、エレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）を形成することができる。
【００８８】
ここで、図６を用いて比較用に従来の電子放出源アレイにおける静電レンズと電子の軌道について説明する。
【００８９】
図６（Ａ）は、従来の電子放出源アレイの構造を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【００９０】
比較用の従来の電子放出源アレイ１０００は、集束電極１００１がすべての単位領域について共通になっていて２５個の単位領域用に２５個の開口部１００１Ａを有する点が異なる。集束電極１００１は、全体として単一の電圧が印加されるため、各単位領域において同電位となる。その他の構成は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と同一である。
【００９１】
このような比較用の従来の電子放出源アレイ１０００において、集束電極１００１に所定の電圧（例えば、＋５０（Ｖ）、あるいは、−５０（Ｖ））を印加すると、集束電極１００１の全体が同電位であるため、図６（Ｂ）に示すように等電位線が分布し、単位領域毎に静電レンズ１００２が形成される。このような静電レンズ１００２は、直径が開口部１００１Ａよりも小さいため、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によって形成される静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）よりも直径が小さい静電レンズとなる。
【００９２】
従って、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００において、２５個あるうちの中央にあるエレメント２５６Ａから電子が放出されると、９つある陰極２５３のうちの中央に位置する陰極２５３から放出される電子は、静電レンズ１００２の中央部を通過するため真っ直ぐに放出されるが、中央部よりも凸面の湾曲率が大きい端部側に位置する８つの陰極２５３から放出される電子は、静電レンズ１００２の凸面の湾曲率の大きい部分を通過するため、軌道が大きく屈折されてしまい、電子放出源アレイ１０００に対向配置される光電変換膜や蛍光体等（図示せず）の本来放射されるべき画素領域から外れてしまう可能性がある。また、これにより、電子の焦点距離に大きなばらつきが生じる可能性がある。
【００９３】
このように、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００では、単位領域の端部側に陰極２５３を配置することが困難であるため、多くの陰極２５３を単位領域内に配置することができず、例えば、水平走査方向に２つ、垂直走査方向に２つの合計４つ程度のように個数を抑えていた。すなわち、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００のように、集束電極１００１がすべての単位領域について共通の場合は、陰極２５３の数をあまり増やすことができず、特に、単位領域の中央付近にしか配置することができず、陰極２５３の集積度が制限され、電子の放出量も制限されていた。
【００９４】
図７は、電子軌道解析により実施の形態１の電子放出源アレイ２５０及び比較用の従来の電子放出源アレイ１０００によって光電変換膜又は蛍光体面上に形成される電流密度分布を示す図である。図７（Ａ）、（Ｃ）はＨレベルの集束電圧を印加する集束電極を示しており、（Ｂ）、（Ｄ）はエレメントから放出される電子ビームが光電変換膜又は蛍光体に到達したときの電流密度分布を示している。
【００９５】
ここで、説明の便宜上、図７（Ａ）では符号を省くが、５行５列の２５個の枠は、水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個の集束電極２７０を示す。そのうち、中央寄りの３行３列の９つの枠を黒く塗り潰して示すのは、Ｈレベルの集束電圧を印加する集束電極を区別するためである。塗り潰さずに示す周囲の１６個の集束電極２７０は、Ｌレベルの集束電圧が印加される。なお、図７（Ｃ）に示す従来の集束電極は、全体として１つの電極であるため、すべて同電位に保持される。
【００９６】
なお、図７（Ｂ）、（Ｄ）の電流密度分布は、集束電極の一辺を約５０倍にした距離で計算したものである。図７（Ｂ）、（Ｄ）において、ドットの密度が濃い部分は電流密度が高い領域を示し、ドットの密度が低い部分は電流密度が低い領域を示す。
【００９７】
また、ここでは、符号を省いた状態で実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の２５個の集束電極２７０を示すが、集束電極の下には、集束電極２７０に対応して配列された２５個のエレメント２５６が存在するものとして説明を行う。同様に、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００については、集束電極１００１の下に水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個のエレメント２５６が配列されており、その中央にエレメント２５６Ａが位置しているものとして説明を行う。
【００９８】
図７（Ａ）に示すように、２５個のエレメント２５６のうち、真ん中に位置するエレメント２５６Ａから電子を放出する際に、エレメント２５６Ａの集束電極２７０と、エレメント２５６Ａの周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０とにＨレベルの集束電圧を印加すると、エレメント２５６Ａの陰極２５３から放出される電子ビームは、図７（Ｂ）に示すように、中央部分で一束に集束されている。電流密度が一番高い領域は、中央のエレメント２５６Ａの真上にあたる領域である。これにより、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０により、単位領域よりも大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることを確認することができる。また、このように電子ビームが一束に集束されていることから、集束効率が向上していることを確認することができる。
【００９９】
一方、図７（Ｃ）に示すように、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００（図６（Ａ）参照）の集束電極１００１にＨレベルの集束電圧を印加した状態で、中央のエレメント２５６Ａから電子が放出されると、電子ビームは、図７（Ｄ）に示すように、９つの束となって集束電極１００１を通過していることが分かる。これは、集束電極１００１の各開口部１００１Ａと略同一あるいはそれ以下の大きさの静電レンズ１００２が形成されてしまうため、中央の開口部１００１Ａを通過する電子のうち、開口部１００１Ａの静電レンズの端部側を通過する電子が焦点を結ぶ位置と、開口部１００１Ａの静電レンズの中央部を通過する電子が焦点を結ぶ位置とが離れ、別の電子ビームになっていることを表している。これにより、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００は、電子の集束効率が低く、本来放射されるべき画素領域以外の画素領域にも電子ビームが放射されてしまうことが確認できる。
【０１００】
このように、図７に示す解析結果より、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域毎に分割された集束電極２７０を用いて、電子放出を行うエレメント２５６の周囲のエレメント２５６の集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することにより、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも大きい静電レンズを形成でき、これによって電子の集束効率を向上させることができることが確認できた。
【０１０１】
以上、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）を形成することができる。このように電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４を用いれば、単位領域の中央部に位置する陰極２５３から放出される電子ビームだけでなく、単位領域の端部側に位置する陰極２５３から放出される電子ビームも静電レンズ２７４の中央部分を通過することになる。
【０１０２】
そして、このように電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４の中央部は凸面の湾曲率が比較的小さいので、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域の中央部に位置する陰極２５３から放出される電子だけでなく、単位領域の端部側に位置する陰極２５３から放出される電子も、静電レンズ２７４の中央部で緩やかに屈折されるため、従来よりも高い集束効果を得ることができる。
【０１０３】
また、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４により、電子放出源アレイ２５０に対向配置される光電変換膜や蛍光体等（図示せず）の本来放射されるべき画素領域に正確に電子（電子ビーム）を放射することができる。また、電子の焦点距離のばらつきを低減することができることによっても、集束効果を向上させることができる。
【０１０４】
また、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００では、単位領域内の端部側に陰極２５３を配設できなかったため、陰極２５３の集積度が制限されていたが、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域の端部側に陰極２５３を配置しても、電子ビームが静電レンズ２７４の中央部を通過するため、単位領域内の端部側にも陰極２５３を配置でき、陰極２５３の集積度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、以上では、一例として、エレメント２５６が水平走査方向に５つ、垂直走査方向に５つ配列されている電子放出源アレイ２５０の一部分を用いて集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加する方法について説明したが、例えば、水平走査方向に６４０個で垂直走査方向に４８０個、あるいは、水平走査方向に１９２０個で垂直走査方向に１０２０個ほどエレメント２５６が配列される実際の電子放出源アレイ２５０においても、上述の場合と同様に集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することができる。
【０１０６】
また、以上では、電子を放出するエレメント２５６の集束電極２７０の周囲の８つの集束電極２７０にもＨレベルの集束電圧を印加する形態について説明したが、平面視において、電子を放出するエレメント２５６に対して対称に配置される集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加するのであれば、Ｈレベルの集束電圧を印加する集束電極２７０のパターンは上述のパターンに限られるものではない。
【０１０７】
例えば、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ａ）に示すように、Ｆ１−３、Ｆ２−２、Ｆ２−３、Ｆ２−４、Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５、Ｆ４−２、Ｆ４−３、Ｆ４−４、Ｆ５−３の１３個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１０８】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｂ）に示すように、Ｆ１−１、Ｆ１−２、Ｆ１−３、Ｆ１−４、Ｆ１−５、Ｆ２−１、Ｆ２−５、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ４−１、Ｆ４−５、Ｆ５−１、Ｆ５−２、Ｆ５−３、Ｆ５−４、Ｆ５−５、の１６個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１０９】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｃ）に示すように、Ｆ２−３、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ４−３の５個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１０】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｄ）に示すように、Ｆ２−３、Ｆ４−２、Ｆ４−４の３つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１１】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｅ）に示すように、Ｆ１−１、Ｆ１−３、Ｆ１−５、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ５−１、Ｆ５−３、Ｆ５−５の８つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１２】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｆ）に示すように、Ｆ１−３、Ｆ２−２、Ｆ２−４、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ４−２、Ｆ４−４、Ｆ５−３の８つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１３】
また、以上で説明したパターンに限らず、電子放出を行う単位領域のエレメント２５６を中心として平面視で点対称なパターンであれば、どのようなパターンで集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加してもよく、パターンと電圧値を調整することにより、静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）の大きさ（平面視での大きさと焦点距離）を任意に設定することができる。
【０１１４】
次に、図９を用いて実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置について説明する。
【０１１５】
図９は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置の構成を示す断面図である。
【０１１６】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置２００は、透光性基板２１０、透光性導電膜２２０、光電変換膜２３０、メッシュ状電極２４０、及びＳｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０を具える。
【０１１７】
透光性導電膜２２０は、透光性基板２１０の上に形成され、光電変換膜２３０は、透光性導電膜２２０の上に形成される。また、Ｓｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０は、光電変換膜２３０と真空空間を隔てて対向するように保持されており、複数の開口を有するメッシュ状電極２４０は、光電変換膜２３０と電子放出源アレイ２５０との間に配設される。
【０１１８】
図９では簡略化のために省略するが、実際の撮像装置２００には、電子放出源アレイ２５０、光電変換膜２３０、及びメッシュ状電極２４０を所定間隔で対向保持する機構や、撮像装置２００の駆動に必要なパルス電圧やＤＣ電圧等を供給する電極や、電子放出源アレイ２５０と光電変換膜２３０との間を真空に保持するための真空容器等が含まれる。
【０１１９】
透光性基板２１０は、例えば、撮像装置２００が可視光を撮像する撮像素子である場合はガラスで構成すればよく、また、紫外光を撮像する撮像素子である場合はサファイア又は石英ガラスで構成すればよい。また、Ｘ線を撮像する撮像素子である場合は、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化ホウ素（ＢＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等で構成すればよく、撮像する光の波長に応じて材料を選択すればよい。
【０１２０】
透光性導電膜２２０は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）膜、ＩＴＯ膜、又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜材料で構成することができる。この透光性導電膜２２０には、信号増幅・処理回路３００及び電源６００が接続されている。
【０１２１】
光電変換膜２３０を作製するための材料としては、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）、等の半導体材料や、酸化鉛（ＰｂＯ）、三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等の化合物半導体材料を用いることができる。
【０１２２】
これらの材料のうち、セレン（Ｓｅ）やシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いて作製した非晶質半導体膜では、膜に高電界を印加することで、膜内で光生成電荷のアバランシェ倍増が生じて感度を飛躍的に向上させることができる。
【０１２３】
メッシュ状電極２４０は、複数の開口が設けられていればよく、公知の金属材料、合金材料、又は半導体材料等によって構成される。また、このメッシュ状電極２４０には、電源６１０が接続されており、後述する電子放出源アレイ２５０のゲート電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される。
【０１２４】
このような撮像装置２００内において、透光性基板２１０の上面側から入射する光は、透光性基板２１０及び透光性導電膜２２０を透過し、光電変換膜２３０に到達する。この透過光により、光電変換膜２３０内に電子・正孔対が生じる。
【０１２５】
電源６００によって、陰極２５３に印加される電圧より高い電圧が透光性導電膜２２０に印加されると、光電変換膜２３０内の正孔が、光電変換膜２３０の中を電子放出源アレイ２５０の側に向けて（光電変換膜２３０の厚さ方向を電子放出源アレイ２５０の側に向けて）移動し、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側に蓄積される。
【０１２６】
また、電子放出源アレイ２５０にはエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０（図１参照）からパルス電圧が印加されると、電子放出源アレイ２５０の各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に水平走査における映像信号出力期間に順次放出される電子は、ゲート電極２５５に印加される電圧よりも高い電圧が印加されるメッシュ状電極２４０によって光電変換膜２３０側に引き出される。
【０１２７】
そして、電子放出源アレイ２５０から放出される電子と光電変換膜２３０に蓄積される正孔とが再結合する際に、透光性導電膜２２０を介して得られる電流を出力信号として取り出し、この出力信号を信号増幅・処理回路３００で増幅、処理することで、信号増幅・処理回路３００に接続されたモニタ６２０で入射光像に対応した映像信号を得ることができる。
【０１２８】
このように実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置２００は、電子放出源アレイ２５０の集束効果が高いため、高画質及び高精細な撮像信号を得ることができる。
【０１２９】
次に、図１０を用いて実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置について説明する。
【０１３０】
図１０は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置の構成を示す断面図である。
【０１３１】
表示装置５００は、ガラス基板５０１に透明電極５０２及び蛍光体等の発光層５０３を積層した表示部５１０と、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を対向配置した構造を有する。
【０１３２】
なお、ここでは、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置５００の概略を示すため、電子放出源アレイ２５０に対して表示部５１０を保持し、電子放出源アレイ２５０と表示部５１０との間を真空状態で密封する部材を省略するが、このような部材としては、例えば、フリットシールやスペーサを用いることができる。
【０１３３】
また、透明電極５０２としては、例えば、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）を用いることができ、発光層５０３としては、例えば、青色蛍光体粒子（ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ）、緑色蛍光体粒子（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ３＋、又はＺｎＯ：Ｚｎ）、及び赤色蛍光体粒子（Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋）を含む蛍光体を用いることができる。
【０１３４】
このような表示装置５００において、表示部５１０の透明電極５０２に電源５２０から正電圧を印加した状態で、電子放出源アレイ２５０のエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０（図１参照）からパルス電圧が印加されると、電子放出源アレイ２５０の各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に電子が放出され、発光層５０３で発光が生じることにより、表示部５１０に画像等を表示することができる。
【０１３５】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、上述のように単位領域よりも大きな静電レンズ２７４を形成できるので、表示装置５００に用いた場合は、従来よりも高精細な表示が可能となる。
【０１３６】
以上、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０、及びこれを用いた撮像装置２００と表示装置５００の説明において、電子放出源アレイ２５０が高融点金属を陰極に用いたＳｐｉｎｄｔ型電子放出源である場合について説明したが、電子放出源アレイ２５０は、シリコン（Ｓｉ）を陰極に用いたシリコンコーン型電子放出源、又は、ポーラスシリコンや酸化シリコン等を電極で挟んだ平面型電子放出源等の公知の電子放出源からなるマトリクスアレイであってもよい。
【０１３７】
また、電子放出源アレイ２５０の駆動形式には様々な形式のものがあるが、電子放出源アレイ２５０としては、外部の駆動回路から供給されるパルス電圧によって駆動されるパッシブ電子放出源アレイ、駆動回路が内蔵された駆動回路内蔵パッシブ電子放出源アレイ、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵したアクティブ電子放出源アレイ、又は、駆動回路を内蔵し、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵した駆動回路内蔵アクティブ電子放出源アレイのいずれを用いることもできる。
【０１３８】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図を示し、（Ｂ）は平面図を示す。図１１（Ａ）に示す断面は、平面図のＡ−Ａ’矢視断面を示す。また、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図であり、図１１（Ｄ）は図１１（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【０１３９】
実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０は、集束電極２２７０の形状が異なる点が実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と異なる。その他の構成は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４０】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０の集束電極２２７０は、単位領域毎に設けられる点では実施の形態１の集束電極２７０と同一であるが、単位領域内にある９個の陰極２５３に対応した９個の開口部２２７０Ａを有する点が実施の形態１の集束電極２７０と異なる。
【０１４１】
ここで、図１１（Ｃ）に示す陰極２５３の頂点から、集束電極２２７０の開口部２２７０Ａのい開口端を結ぶ発散角について検討すると、集束電極２２７０が９つの開口部２２７０Ａを有することにより、各陰極２５３から放出される電子ビームの発散角は、単位領域毎に一つの大きな開口部２７０Ａを有する実施の形態１の集束電極２７０を用いる場合よりも小さくなる。
【０１４２】
このため、実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０によれば、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０よりも、電子ビームの焦点距離の制御を行いやすくなり、高い集束効果を得やすくなる。
【０１４３】
以上より、実施の形態２によれば、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０よりも集束効果を向上させやすい電子放出源アレイ２２５０を提供することができる。
【０１４４】
なお、実施の形態２では、集束電極２２７０が各陰極２５３に対応する開口部２２７０Ａを有する形態について説明したが、単位領域内にある陰極２５３を幾つかのグループに分け（例えば、３つずつのグループ、５つずつのグループ、又は１０個ずつのグループ等に分け）、各グループについて開口部２２７０Ａを形成するように構成してもよい。また、単位領域の中央側と端部側でグループに含まれる陰極２５３の数を変えてもよい。
【０１４５】
以上、本発明の例示的な実施の形態の電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
２００ 撮像装置
２１０ 透光性基板
２２０ 透光性導電膜
２３０ 光電変換膜
２４０ メッシュ状電極
２５０、２２５０ 電子放出源アレイ
２５１ 基板
２５２ 陰極電極
２５３ 陰極
２５４ 絶縁層
２５５ ゲート電極
２５６ エレメント
２５７ 水平走査ライン
２６０ 絶縁層
２７０、２２７０ 集束電極
２７０Ａ、２２７０Ａ 開口部
２７１ ビア
２７２ 集束電極駆動部
２７３ 選択用トランジスタ
２７４ 静電レンズ
２８０ 水平集束走査回路部
２８１ 水平アドレス回路
２８２ 水平バッファ回路
２８３ 水平電圧制御回路
２９０ 垂直集束走査回路部
２９１ 垂直アドレス回路
２９２ 垂直バッファ回路
２９３ 垂直電圧制御回路
３００ 信号増幅・処理回路
４１０ 水平駆動回路
４１１ 水平アドレス回路
４１２ 水平バッファ回路
４１３ 水平電圧制御回路
４１４ 陰極電圧制御回路
４２０ 垂直駆動回路
４２１ 垂直アドレス回路
４２２ 垂直バッファ回路
４２３ 垂直電圧制御回路
４２４ ゲート電圧制御回路
４３０ 垂直走査制御ライン
４４０ 水平走査制御ライン
５００ 表示装置
５０１ ガラス基板
５０２ 透明電極
５０３ 発光層
５１０ 表示部
５２０、６００、６１０ 電源
６２０ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源をマトリクス状に配置した電子放出源アレイと、この電子放出源アレイを用いた撮像装置、及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電集束型の電子放出源アレイは、水平走査方向及び垂直走査方向に配列されたゲート電極及びエミッタ電極と、ゲート電極の上に絶縁膜を挟んで形成される集束電極とを含んでいた。
【０００３】
エミッタ電極には電子を放出するエミッタが形成されており、ゲート電極とエミッタ電極に選択的に電圧を印加することにより、選択されたゲート電極とエミッタ電極とが平面視で交差する単位領域内のエミッタから電子が放出される。この単位領域は、電子放出源アレイに対向配置される目標物（例えば、光電変換膜や蛍光体等）の画素領域に対応する領域である。
【０００４】
集束電極は、すべての単位領域に対応した開口部を有しており、所定の電圧が印加されることにより、開口部の近傍に凸レンズ状の静電レンズを形成する。静電レンズの直径は開口部の大きさによって決まるが、各開口部のサイズは、各単位領域のサイズと略同一であるため、静電レンズの直径は、単位領域の大きさと略同一、あるいは、それ以下であった。
【０００５】
選択された単位領域のエミッタから放出された電子は、集束電極によって形成される静電レンズによって集束された状態で、電子放出源アレイに対向する目標物（例えば、光電変換膜や蛍光体等）に放射される。
【０００６】
従来の電子放出源アレイの集束電極は、すべての単位領域に対して一体的に形成されていた（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Simulation of focusing field emissiondevices, Y. C. Lan, J. T.Lai, S. H. Chen, W. C. Wang, C. H. Tsai, K. L. Tsai, and C. Y. Sheu, 9 July 1999, American Vacuum Society
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、各単位領域内には、複数のエミッタが配列されているので、単位領域の中央部に位置するエミッタから放出される電子は、静電レンズの中央部を通過し、単位領域の端部側に位置するエミッタから放出される電子は、静電レンズの端部側を通過する。
【０００９】
一般的に、静電レンズの凸面の湾曲率は中央側よりも端部側の方が大きいため、静電レンズの端部側を通過する電子ほど軌道が大きく曲がり、焦点をより近くに結ぶため、選択された画素領域から外れてしまう可能性があった。
【００１０】
このような問題の発生を抑制して十分な集束効果を得るためには、エミッタを単位領域の中央部に寄せる（エミッタを単位領域の端部側には配設しない）ことが考えられるが、単位領域の中央部にしかエミッタを配設できないと、エミッタの集積度の低下に繋がるという問題があった。エミッタの集積度の低下は、放射電子量の低下に繋がるという問題があった。
【００１１】
以上のように、従来の電子放出源アレイでは、集束効果と放射電子量確保の両立が困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示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】
【００１３】
本発明の一局面の電子放出源アレイは、マトリクス状に配置され、画素領域に対応した単位領域に区画される電子放出源と、前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極とを含み、前記電子放出源が１又は複数の前記単位領域毎に電子を放出する際に、前記集束電極には、前記単位領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための集束電圧が印加される。
【００１４】
また、前記集束電極は、マトリクス状に区画されており、前記電子放出源が電子を放出する際に、電子を放出する前記電子放出源の単位領域を囲む領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加してもよい。
【００１５】
また、前記集束電極は、前記単位領域毎に区画されており、前記電子放出源の単位領域を囲む複数の単位領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加してもよい。
【００１６】
また、前記電子放出源は、前記単位領域毎に複数配設されており、前記集束電極は、前記複数の電子放出源に対応した開口部を有していてもよい。
【００１７】
本発明の一局面の撮像装置は、前記いずれか一つの電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び光電変換膜とを含む。
【００１８】
本発明の一局面の表示装置は、前記いずれか一つの電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び蛍光体とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集束効果と放射電子量確保の両立を図った電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【図２】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の駆動系を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０を駆動する集束電極駆動部２７２の構成を概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０の駆動方法を概念的に説明するための図である。
【図５】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０における集束電極２７０の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の電子放出源アレイの構造を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【図７】電子軌道解析により実施の形態１の電子放出源アレイ２５０及び比較用の従来の電子放出源アレイ１０００によって光電変換膜又は蛍光体面上に形成される電流密度分布を示す図である。
【図８】集束電極に集束用電圧を印加するパターンを示す図である。
【図９】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置を適用した実施の形態について説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図を示し、（Ｂ）は平面図を示す。図１（Ａ）に示す断面は、平面図のＡ−Ａ’矢視断面を示す。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図であり、図１（Ｄ）は図１（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【００２３】
実施の形態１では、電子放出源アレイ２５０としてＳｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイを用いる場合について説明する。以下、特に断らない限り、電子放出源アレイ２５０と記した場合は、Ｓｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイを示すこととする。
【００２４】
また、図１（Ｂ）において、陰極電極２５２とゲート電極２５５が交差して区画される領域を「単位領域」と称し、この単位領域内にある電子放出源アレイ２５０の一部分をエレメント２５６と称する。このため、図１（Ｂ）は、２５個のエレメント２５６がマトリクス状に配列されている状態を示し、図１（Ｃ）、（Ｄ）は、１つのエレメント２５６の断面図及び平面図を示す。
【００２５】
図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、基板２５１、陰極電極２５２、陰極２５３、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、絶縁層２６０、及び集束電極２７０を具える。
【００２６】
基板２５１は、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、石英、セラミックス、又は樹脂等で構成することができるが、ここではシリコンで構成される形態について説明する。この基板２５１の上には、陰極電極２５２、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、絶縁層２６０、及び集束電極２７０が順次形成されている。
【００２７】
陰極電極２５２は、図１（Ｂ）に示す垂直走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極であり、ゲート電極２５５は、同じく水平走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極である。このように、陰極電極２５２とゲート電極２５５とが互いに直交する方向に延在することにより、Ｘ−Ｙマトリクスが形成される。なお、陰極電極２５２とゲート電極２５５は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料で構成される。
【００２８】
絶縁層２５４は、例えば、基板２５１がシリコン製である場合は、酸化シリコンで構成することができる。絶縁層２５４は、１つの電子放出源アレイ２５０について共通化された１層の絶縁層であってよい。
【００２９】
なお、図１（Ｂ）には、水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個のエレメント２５６がマトリクス状に配列されている状態を示すが、実際の電子放出源アレイ２５０のエレメント２５６の数は、例えば、水平走査方向に６４０個、垂直走査方向に４８０個、あるいは、水平走査方向に１９２０個、垂直走査方向に１０２０個ほどであるため、図１（Ｂ）に示す２５個のエレメント２５６は電子放出源アレイ２５０の一部分である。
【００３０】
また、各ゲート電極２５５のストライプ状の領域に含まれる複数の単位領域が水平走査方向に並んで構成されるラインを水平走査ライン２５７と称す。
【００３１】
図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、各エレメント２５６内では、絶縁層２５４及びゲート電極２５５を貫通し、陰極電極２５２の表面に達する細孔が形成され、この細孔内で陰極電極２５２から突出するように陰極（エミッタ）２５３が配設される。
【００３２】
この陰極２５３は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料によって作製され、電子を放出するエミッタとして機能する。通常、各エレメント２５６内の絶縁層２５４及びゲート電極２５５に複数の細孔を設け、各細孔に陰極２５３を一つずつ配設する。図１（Ｃ）、（Ｄ）には、一例として、各エレメント２５６が９つの細孔を有し、９つ（３行３列）の陰極２５３が配設される形態を示すが、１つのエレメント２５６に含まれる陰極２５３の数は９個に限られるものではなく、例えば、２５個（５行５列）、あるいは、１２１個（１１行１１列）であってもよい。
【００３３】
単位領域毎に配列されるエレメント２５６内に形成された電子放出制御が可能な最小単位数（９つ）の陰極２５３から放出された電子群が電子放出源アレイ２５０に対向する光電変換膜又は蛍光体等に到達した際に、光電変換膜又は蛍光体等の上で電子群のスポットサイズによって決まる領域を「画素領域」（又は単に「画素」）と称する。すなわち、電子放出源アレイ２５０の単位領域は、光電変換膜又は蛍光体等の画素領域に対応する領域である。
【００３４】
図１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、絶縁層２６０は、ゲート電極２５５の上に形成される。絶縁層２６０は、例えば、酸化シリコンで構成することができる。絶縁層２６０は、１つの電子放出源アレイ２５０について共通化された１層の絶縁層であってよい。
【００３５】
集束電極２７０は、絶縁層２６０の上に形成され、陰極２５３から放出される電子群を集束させるために所定の電圧（集束電圧）が印加される電極である。集束電極２７０は、単位領域毎に独立して形成されており（すなわち、各エレメント２５６に１つずつ配設されており）、開口部２７０Ａを有する。開口部２７０Ａは、各エレメント２５６が有する９つの陰極２５３を平面視で囲むように形成されている。このため、集束電極２７０は、平面視で矩形環状である。
【００３６】
この集束電極２７０は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料によって作製される。
【００３７】
集束電極２７０には、絶縁層２５４、ゲート電極２５５、及び絶縁層２６０を厚さ方向に貫通するビア２７１を介して、集束電極駆動部２７２が接続されている。集束電極駆動部２７２は、基板２５１の内部に形成されており、各集束電極２７０に独立的に集束電圧を印加することができる駆動回路である。集束電極駆動部２７２は、各集束電極２７０を水平方向及び垂直方向に走査するための水平集束走査回路部及び垂直集束走査回路部を含む。水平集束走査回路部及び垂直集束走査回路部は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide
Semiconductor）を含む駆動回路で構成することができるが、走査方法及び印加電圧等については後述する。
【００３８】
また、陰極電極２５２には、水平方向の走査を行うために、水平駆動回路としてのエミッタ電極駆動部４１０からパルス電圧が印加され、ゲート電極２５５には、垂直方向の走査を行うために、垂直駆動回路としてのゲート電極駆動部４２０のゲート電圧制御回路４２４からパルス電圧が印加される。この詳細については、図２を用いて後述する。
【００３９】
図２は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の駆動系を概略的に示す図である。図２には、電子放出源アレイ２５０の一部（水平方向の５つのエレメント２５６、垂直方向の５つのエレメント２５６の範囲で表される２５個のエレメント２５６を含む部分（すなわち、２５個の単位領域に相当する部分））を示す。
【００４０】
図２に示すように、電子放出源アレイ２５０には、水平方向及び垂直方向の走査を行うためのエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０が接続されている。エミッタ電極駆動部４１０は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３を含む。
【００４１】
水平アドレス回路４１１には、電源電圧が供給されるとともに、クロック信号や同期信号を受け取り、各陰極電極に配設される水平バッファ回路４１２を選択して駆動する。
【００４２】
水平バッファ回路４１２は、水平アドレス回路４１１によって駆動される一対のトランジスタを含み、水平アドレス回路４１１によって選択される陰極電極にパルス電圧を供給する。
【００４３】
水平電圧制御回路４１３は、水平アドレス回路４１１によって制御され、水平バッファ回路４１２を介して陰極電極２５２に供給するパルス電圧の値を制御する。
【００４４】
このようなエミッタ電極駆動部４１０において、水平アドレス回路４１１で生成され、出力されるパルス電圧によって水平バッファ回路４１２が駆動制御される。この水平バッファ回路４１２の駆動により、水平電圧制御回路４１３から給電される電圧Ｖｈ１とＶｈ２（Ｖｈｌ＞Ｖｈ２）とからなるパルス電圧（振幅：Ｖｈ１−Ｖｈ２）が陰極電極２５２に供給される。このように、水平方向の走査は、エミッタ電極駆動部４１０から陰極電極２５２にパルス電圧を印加することによって行われる。
【００４５】
また、ゲート電極駆動部４２０は、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３を含む。
【００４６】
このゲート電極駆動部４２０は、電子放出源アレイ２５０のゲート電極に接続されてパルス電圧をゲート電極に供給すること以外は、エミッタ電極駆動部４１０と構成が同一であり、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３の機能及び動作も、ゲート電極を走査対象とすること以外は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３と同一である。
【００４７】
このようなゲート電極駆動部４２０において、垂直アドレス回路４２１で生成、出力されたパルス電圧によって垂直バッファ回路４２２が駆動制御される。この垂直バッファ回路４２２の駆動により、垂直電圧制御回路４２３から給電される電圧Ｖｖ１とＶｖ２（Ｖｖ１＞Ｖｖ２）とで構成されるパルス電圧（振幅：Ｖｖ１−Ｖｖ２）がゲート電極２５５に供給される。このように、垂直方向の走査は、ゲート電極駆動部４２０からゲート電極にパルス電圧が印加されることによって行われる。
【００４８】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、後述するタイミングで陰極電極２５２とゲート電極２５５にパルス電圧が印加されることにより、同時にパルス電圧が印加される陰極電極２５２とゲート電極２５５との交差部に位置する単位領域のエレメント２５６に含まれる陰極２５３から、電子が放出される。
【００４９】
そして、パルス電圧を印加する陰極電極２５２とゲート電極２５５を水平方向及び垂直方向に走査することにより、水平走査における映像信号出力期間では、図２に示す１本の水平走査ラインに含まれる各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に順次電子が放出される。このような動作が各水平走査ラインで順次繰り返されることにより、電子放出源アレイ２５０の水平方向及び垂直方向における走査が実現される。
【００５０】
なお、図２には、それぞれ複数ある陰極電極及びゲート電極のいずれかを選択して順次パルス電圧を供給することにより、水平方向の走査を陰極電極で行い、垂直方向の走査をゲート電極で行う構成を示すが、これに代えて、垂直方向の走査を陰極電極で行い、水平方向の走査をゲート電極で行うように構成してもよい。
【００５１】
図３は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０を駆動する集束電極駆動部２７２の構成を概略的に示す図である。
【００５２】
集束電極駆動部２７２は、ビア２７１（図１（Ｃ）参照）を介して各集束電極２７０に接続される選択用トランジスタ２７３、各集束電極２７０を水平方向及び垂直方向に走査するための水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０を含む。
【００５３】
選択用トランジスタ２７３は、各集束電極２７０に一つずつ配設されており、各集束電極２７０を選択して駆動するために用いられる。選択用トランジスタ２７３のドレインは集束電極２７０に接続され、ソースは水平集束走査回路部２８０に接続され、ゲートは垂直集束走査回路部２９０に接続されている。
【００５４】
水平集束走査回路部２８０は、水平アドレス回路２８１、水平バッファ回路２８２、及び水平電圧制御回路２８３を含む。
【００５５】
水平アドレス回路２８１には、電源電圧が供給されるとともに、クロック信号や同期信号を受け取り、水平バッファ回路２８２を選択して駆動する。
【００５６】
水平バッファ回路２８２は、水平アドレス回路２８１によって駆動される一対のトランジスタ（ＣＭＯＳ）を含み、ＣＭＯＳ回路の出力端は、選択用トランジスタ２７３のソースに接続されている。
【００５７】
水平電圧制御回路２８３は、水平アドレス回路２８１によって制御され、水平バッファ回路２８２を介して選択用トランジスタ２７３のソースに供給する電圧を制御する。
【００５８】
このような水平集束走査回路部２８０において、水平アドレス回路２８１で生成され、出力されるパルス電圧によって水平バッファ回路２８２が駆動制御される。この水平バッファ回路２８２の駆動により、水平電圧制御回路２８３から給電される電圧Ｖｈ１１とＶｈ１２（Ｖｈ１１＞Ｖｈ１２）とからなるパルス電圧（振幅：Ｖｈ１１−Ｖｈ１２）が選択用トランジスタ２７３のソースに供給される。このように、水平方向の走査は、水平集束走査回路部２８０から選択用トランジスタ２７３のソースにパルス電圧を印加することによって行われる。
【００５９】
また、垂直集束走査回路部２９０は、垂直アドレス回路２９１、垂直バッファ回路２９２、及び垂直電圧制御回路２９３を含む。
【００６０】
この垂直集束走査回路部２９０は、選択用トランジスタ２７３のゲートに接続されてパルス電圧を選択用トランジスタ２７３のゲートに供給すること以外は、水平集束走査回路部２８０と構成が同一である。このため、垂直アドレス回路２９１、垂直バッファ回路２９２、及び垂直電圧制御回路２９３の機能及び動作も、選択用トランジスタ２７３のゲートを走査対象とすること以外は、水平アドレス回路２８１、水平バッファ回路２８２、及び水平電圧制御回路２８３と同一である。
【００６１】
このような垂直集束走査回路部２９０において、垂直アドレス回路２９１で生成、出力されたパルス電圧によって垂直バッファ回路２９２が駆動制御される。この垂直バッファ回路２９２の駆動により、垂直電圧制御回路２９３から給電される電圧Ｖｖ１１とＶｖ１２（Ｖｖ１１＞Ｖｖ１２）とで構成されるパルス電圧（振幅：Ｖｖ１１−Ｖｖ１２）が選択用トランジスタ２７３のゲートに供給される。このように、垂直方向の走査は、垂直集束走査回路部２９０から選択用トランジスタ２７３のゲートにパルス電圧が印加されることによって行われる。
【００６２】
集束電極２７０は、水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０により、水平方向及び垂直方向に走査が行われ、水平走査及び垂直走査によって選択されると、トランジスタ２７３を介して集束電圧が印加される。なお、集束電極２７０の具体的な駆動方法については後述する。
【００６３】
図４は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の集束電極２７０の駆動方法を概念的に説明するための図である。図４（Ａ）は平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における矢視Ａ−Ａ’断面を示す図である。
【００６４】
図４（Ａ）に示す電子放出源アレイ２５０は、水平方向に５つ、垂直方向に５つの２５個のエレメント２５６のうち、中央に位置するエレメント２５６Ａのみがエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０によって選択され、電子を放出する状態になっているものとする。
【００６５】
このような場合に、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、電子を放出するエレメント２５６Ａの集束電極２７０と、エレメント２５６Ａに隣接する周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０との電位を等しくするとともに、エレメント２５６Ａに隣接する周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０と、その他の周囲の１６個のエレメント２５６Ｃの集束電極２７０の電位とが異なるように、水平集束走査回路部２８０及び垂直集束走査回路部２９０で集束電極２７０の水平方向及び垂直方向の走査を行うことによって各集束電極２７０に集束電圧を印加する。
【００６６】
例えば、エレメント２５６Ａ及び２５６Ｂの集束電極（全部で９つ）に＋５０（Ｖ）の電圧を印加し、エレメント２５６Ｃの集束電極２７０（全部で１６個）に０（Ｖ）の集束電圧を印加する。これにより、８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０と、１６個のエレメント２５６Ｃの集束電極２７０との間に電位差を生じさせる。
【００６７】
この結果、図４（Ｂ）に示す矢視Ａ−Ａ’断面における等電位線は、水平走査方向に５つ配列されるエレメント２５６のうちの両脇の２つのエレメント２５６については、１つのエレメント２５６内に存在する正規分布状の特性を示すが、中央の３つについては、３つのエレメント２５６にわたって存在する正規分布状の特性となる。
【００６８】
このため、集束電極２７０の周辺の電位分布によって形成される静電レンズ２７４は、図４（Ｂ）に示すように、電子を放出するエレメント２５６Ａの単位領域よりも（すなわち、開口部２７０Ａよりも）幅広いものとなり、平面視では、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも大きな領域に静電レンズ２７４が形成されることになる。
【００６９】
このように単位領域よりも大きい静電レンズ２７４は、図５を用いて次に説明するタイミングで各集束電極２７０を駆動することによって実現される。
【００７０】
図５は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０における集束電極２７０の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００７１】
図５（Ａ）に示す電子放出源アレイ２５０は、図１及び図４に示す電子放出源アレイ２５０と同一であり、水平方向に５つのエレメント２５６、垂直方向に５つのエレメント２５６が配列された部分を示すが、図５では説明の便宜上、５本の陰極電極２５２にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５の符号を付し、同様に、５本のゲート電極２５５にＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５の符号を付す。
【００７２】
また、タイミングチャートの説明の便宜上、図５（Ａ）に示す２５個の集束電極２７０の各々を区別するために、集束電極２７０の各々の位置をＦ（行番号）−（列番号）と表記する。行番号は垂直走査方向に図中上側から下側にかけて１行目〜５行目とし、列番号は水平走査方向に図中左側から右側にかけて１列目〜５列目とする。図中には、表記の都合上、３行目にある５つの集束電極２７０の位置（Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５）のみを代表的に示す。
【００７３】
また、ここでは、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４の集束電極２７０を含む３つのエレメント２５６から異なるタイミングで順番に電子を放出させる場合に、電子放出を行うエレメント２５６の集束電極２７０と、その集束電極２７０を囲む８つの集束電極２７０との合計９つの集束電極２７０に集束電圧（Ｈレベルの集束電圧）を印加する形態について説明する。このため、行方向（垂直走査方向）において３行目に隣接しない１行目と５行目の集束電極２７０には集束電圧を印加しない（Ｌレベルの集束電圧を印加する）こととなる。
【００７４】
図５（Ｂ）に示すタイミングチャートは、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４の集束電極２７０を含む３つのエレメント２５６から異なるタイミングで順番に電子を放出させる場合に、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５に印加する電圧、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５に印加する電圧、及び２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加する集束電圧のレベルとタイミングを示す。
【００７５】
なお、上述のように、実施の形態１では、列方向（垂直走査方向）において３行目に隣接しない１行目と５行目の集束電極２７０には集束電圧を印加しないため（集束電圧はＬレベルであるため）、図５（Ｂ）では、Ｆ１−１〜Ｆ１−５、及びＦ５−１〜Ｆ５−５についての集束電圧を省く。
【００７６】
また、ここでは、エミッタ電極駆動部４１０（図２参照）に入力される電圧Ｖｈ２は、０（Ｖ）であるものとする。このため、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５には電圧Ｖｈ１（＞０）又は０（Ｖ）が印加される。また、ゲート電極駆動部４２０（図２参照）に入力される電圧Ｖｖ２は、０（Ｖ）であるものとする。このため、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５には電圧Ｖｖ１（＞０）又は０（Ｖ）が印加される。
【００７７】
また、各集束電極２７０に印加される集束電圧をＨレベル／Ｌレベルで示す。集束電圧は、垂直集束走査回路部２９０（図３参照）によって水平走査方向において選択されてゲート電圧が印加されるトランジスタ２７３（図３参照）のうち、水平集束走査回路部２８０によって垂直方向において選択されるトランジスタ２７３（図３参照）に印加されるドレイン電圧として集束電極２７０に印加される。
【００７８】
図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ＝０では、陰極電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５には電圧Ｖｈ１が印加されており、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５には０（Ｖ）の電圧が印加されている。また、２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加される集束電圧はＬレベルである。
【００７９】
時刻ｔ１になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加されるとともに、陰極電極Ｅ２に０（Ｖ）が印加されることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ２が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。
【００８０】
また、この時刻ｔ１では、Ｆ２−１、Ｆ２−２、Ｆ２−３、Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ４−１、Ｆ４−２、Ｆ４−３の集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加されるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ２が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−２の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加され、これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８１】
時刻ｔ２になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加された状態が保持されたまま、０（Ｖ）の電圧が印加される陰極電極がＥ２からＥ３にずれることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ３が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。すなわち、電子放出を行うエレメント２５６が水平走査方向に１つずれることになる。
【００８２】
また、この時刻ｔ２では、Ｈレベルの集束電圧が印加される集束電極２７０がＦ２−２、Ｆ２−３、Ｆ２−４、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ４−２、Ｆ４−３、Ｆ４−４にずれるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ３が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−３の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加される。これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８３】
時刻ｔ３になると、ゲート電極Ｇ３にＶｖ１が印加された状態が保持されたまま、０（Ｖ）の電圧が印加される陰極電極がＥ３からＥ４にずれることにより、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ４が交差する単位領域のエレメント２５６から電子が放出される。すなわち、電子放出を行うエレメント２５６が水平走査方向にさらに１つずれることになる。
【００８４】
また、この時刻ｔ３では、Ｈレベルの集束電圧が印加される集束電極２７０がＦ２−３、Ｆ２−４、Ｆ２−５、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５、Ｆ４−３、Ｆ４−４、Ｆ４−５にずれるため、ゲート電極Ｇ３と陰極電極Ｅ４が交差する単位領域のエレメント２５６に含まれるＦ３−４の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧が印加される。これにより、電子放出を行っているエレメント２５６Ａの単位領域よりも平面視で大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることになる。
【００８５】
時刻ｔ４になると、ゲート電極Ｇ３に印加されていた電圧Ｖｖ１が０（Ｖ）に戻され、いずれの陰極電極（Ｅ１〜Ｅ５）にも電圧Ｖｈ１が印加されなくなるため、すべてのエレメント２５６から電子が放出されない状態になる。
【００８６】
また、この時刻ｔ４では、２行目から４行目の（Ｆ２−１〜Ｆ２−５、Ｆ３−１〜Ｆ３−５、Ｆ４−１〜Ｆ４−５の）集束電極２７０に印加される集束電圧はＬレベルに戻る。
【００８７】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０では、水平走査及び垂直走査に伴い、上述のように電子放出を行っているエレメント２５６の真上の集束電極２７０を中心とした９つの集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することにより、エレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）を形成することができる。
【００８８】
ここで、図６を用いて比較用に従来の電子放出源アレイにおける静電レンズと電子の軌道について説明する。
【００８９】
図６（Ａ）は、従来の電子放出源アレイの構造を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【００９０】
比較用の従来の電子放出源アレイ１０００は、集束電極１００１がすべての単位領域について共通になっていて２５個の単位領域用に２５個の開口部１００１Ａを有する点が異なる。集束電極１００１は、全体として単一の電圧が印加されるため、各単位領域において同電位となる。その他の構成は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と同一である。
【００９１】
このような比較用の従来の電子放出源アレイ１０００において、集束電極１００１に所定の電圧（例えば、＋５０（Ｖ）、あるいは、−５０（Ｖ））を印加すると、集束電極１００１の全体が同電位であるため、図６（Ｂ）に示すように等電位線が分布し、単位領域毎に静電レンズ１００２が形成される。このような静電レンズ１００２は、直径が開口部１００１Ａよりも小さいため、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によって形成される静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）よりも直径が小さい静電レンズとなる。
【００９２】
従って、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００において、２５個あるうちの中央にあるエレメント２５６Ａから電子が放出されると、９つある陰極２５３のうちの中央に位置する陰極２５３から放出される電子は、静電レンズ１００２の中央部を通過するため真っ直ぐに放出されるが、中央部よりも凸面の湾曲率が大きい端部側に位置する８つの陰極２５３から放出される電子は、静電レンズ１００２の凸面の湾曲率の大きい部分を通過するため、軌道が大きく屈折されてしまい、電子放出源アレイ１０００に対向配置される光電変換膜や蛍光体等（図示せず）の本来放射されるべき画素領域から外れてしまう可能性がある。また、これにより、電子の焦点距離に大きなばらつきが生じる可能性がある。
【００９３】
このように、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００では、単位領域の端部側に陰極２５３を配置することが困難であるため、多くの陰極２５３を単位領域内に配置することができず、例えば、水平走査方向に２つ、垂直走査方向に２つの合計４つ程度のように個数を抑えていた。すなわち、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００のように、集束電極１００１がすべての単位領域について共通の場合は、陰極２５３の数をあまり増やすことができず、特に、単位領域の中央付近にしか配置することができず、陰極２５３の集積度が制限され、電子の放出量も制限されていた。
【００９４】
図７は、電子軌道解析により実施の形態１の電子放出源アレイ２５０及び比較用の従来の電子放出源アレイ１０００によって光電変換膜又は蛍光体面上に形成される電流密度分布を示す図である。図７（Ａ）、（Ｃ）はＨレベルの集束電圧を印加する集束電極を示しており、（Ｂ）、（Ｄ）はエレメントから放出される電子ビームが光電変換膜又は蛍光体に到達したときの電流密度分布を示している。
【００９５】
ここで、説明の便宜上、図７（Ａ）では符号を省くが、５行５列の２５個の枠は、水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個の集束電極２７０を示す。そのうち、中央寄りの３行３列の９つの枠を黒く塗り潰して示すのは、Ｈレベルの集束電圧を印加する集束電極を区別するためである。塗り潰さずに示す周囲の１６個の集束電極２７０は、Ｌレベルの集束電圧が印加される。なお、図７（Ｃ）に示す従来の集束電極は、全体として１つの電極であるため、すべて同電位に保持される。
【００９６】
なお、図７（Ｂ）、（Ｄ）の電流密度分布は、集束電極の一辺を約５０倍にした距離で計算したものである。図７（Ｂ）、（Ｄ）において、ドットの密度が濃い部分は電流密度が高い領域を示し、ドットの密度が低い部分は電流密度が低い領域を示す。
【００９７】
また、ここでは、符号を省いた状態で実施の形態１の電子放出源アレイ２５０の２５個の集束電極２７０を示すが、集束電極の下には、集束電極２７０に対応して配列された２５個のエレメント２５６が存在するものとして説明を行う。同様に、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００については、集束電極１００１の下に水平走査方向に５つ、垂直方向に５つの合計２５個のエレメント２５６が配列されており、その中央にエレメント２５６Ａが位置しているものとして説明を行う。
【００９８】
図７（Ａ）に示すように、２５個のエレメント２５６のうち、真ん中に位置するエレメント２５６Ａから電子を放出する際に、エレメント２５６Ａの集束電極２７０と、エレメント２５６Ａの周囲の８つのエレメント２５６Ｂの集束電極２７０とにＨレベルの集束電圧を印加すると、エレメント２５６Ａの陰極２５３から放出される電子ビームは、図７（Ｂ）に示すように、中央部分で一束に集束されている。電流密度が一番高い領域は、中央のエレメント２５６Ａの真上にあたる領域である。これにより、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０により、単位領域よりも大きな領域に静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）が形成されることを確認することができる。また、このように電子ビームが一束に集束されていることから、集束効率が向上していることを確認することができる。
【００９９】
一方、図７（Ｃ）に示すように、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００（図６（Ａ）参照）の集束電極１００１にＨレベルの集束電圧を印加した状態で、中央のエレメント２５６Ａから電子が放出されると、電子ビームは、図７（Ｄ）に示すように、９つの束となって集束電極１００１を通過していることが分かる。これは、集束電極１００１の各開口部１００１Ａと略同一あるいはそれ以下の大きさの静電レンズ１００２が形成されてしまうため、中央の開口部１００１Ａを通過する電子のうち、開口部１００１Ａの静電レンズの端部側を通過する電子が焦点を結ぶ位置と、開口部１００１Ａの静電レンズの中央部を通過する電子が焦点を結ぶ位置とが離れ、別の電子ビームになっていることを表している。これにより、従来の比較用の電子放出源アレイ１０００は、電子の集束効率が低く、本来放射されるべき画素領域以外の画素領域にも電子ビームが放射されてしまうことが確認できる。
【０１００】
このように、図７に示す解析結果より、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域毎に分割された集束電極２７０を用いて、電子放出を行うエレメント２５６の周囲のエレメント２５６の集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することにより、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも大きい静電レンズを形成でき、これによって電子の集束効率を向上させることができることが確認できた。
【０１０１】
以上、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）を形成することができる。このように電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４を用いれば、単位領域の中央部に位置する陰極２５３から放出される電子ビームだけでなく、単位領域の端部側に位置する陰極２５３から放出される電子ビームも静電レンズ２７４の中央部分を通過することになる。
【０１０２】
そして、このように電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４の中央部は凸面の湾曲率が比較的小さいので、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域の中央部に位置する陰極２５３から放出される電子だけでなく、単位領域の端部側に位置する陰極２５３から放出される電子も、静電レンズ２７４の中央部で緩やかに屈折されるため、従来よりも高い集束効果を得ることができる。
【０１０３】
また、電子放出を行うエレメント２５６の単位領域よりも平面視で大きな静電レンズ２７４により、電子放出源アレイ２５０に対向配置される光電変換膜や蛍光体等（図示せず）の本来放射されるべき画素領域に正確に電子（電子ビーム）を放射することができる。また、電子の焦点距離のばらつきを低減することができることによっても、集束効果を向上させることができる。
【０１０４】
また、比較用の従来の電子放出源アレイ１０００では、単位領域内の端部側に陰極２５３を配設できなかったため、陰極２５３の集積度が制限されていたが、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０によれば、単位領域の端部側に陰極２５３を配置しても、電子ビームが静電レンズ２７４の中央部を通過するため、単位領域内の端部側にも陰極２５３を配置でき、陰極２５３の集積度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、以上では、一例として、エレメント２５６が水平走査方向に５つ、垂直走査方向に５つ配列されている電子放出源アレイ２５０の一部分を用いて集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加する方法について説明したが、例えば、水平走査方向に６４０個で垂直走査方向に４８０個、あるいは、水平走査方向に１９２０個で垂直走査方向に１０２０個ほどエレメント２５６が配列される実際の電子放出源アレイ２５０においても、上述の場合と同様に集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加することができる。
【０１０６】
また、以上では、電子を放出するエレメント２５６の集束電極２７０の周囲の８つの集束電極２７０にもＨレベルの集束電圧を印加する形態について説明したが、平面視において、電子を放出するエレメント２５６に対して対称に配置される集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加するのであれば、Ｈレベルの集束電圧を印加する集束電極２７０のパターンは上述のパターンに限られるものではない。
【０１０７】
例えば、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ａ）に示すように、Ｆ１−３、Ｆ２−２、Ｆ２−３、Ｆ２−４、Ｆ３−１、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ３−５、Ｆ４−２、Ｆ４−３、Ｆ４−４、Ｆ５−３の１３個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１０８】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｂ）に示すように、Ｆ１−１、Ｆ１−２、Ｆ１−３、Ｆ１−４、Ｆ１−５、Ｆ２−１、Ｆ２−５、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ４−１、Ｆ４−５、Ｆ５−１、Ｆ５−２、Ｆ５−３、Ｆ５−４、Ｆ５−５、の１６個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１０９】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｃ）に示すように、Ｆ２−３、Ｆ３−２、Ｆ３−３、Ｆ３−４、Ｆ４−３の５個の集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１０】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｄ）に示すように、Ｆ２−３、Ｆ４−２、Ｆ４−４の３つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１１】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｅ）に示すように、Ｆ１−１、Ｆ１−３、Ｆ１−５、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ５−１、Ｆ５−３、Ｆ５−５の８つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１２】
また、Ｆ３−３の集束電極２７０を含むエレメント２５６から電子を放出させる場合に、図８（Ｆ）に示すように、Ｆ１−３、Ｆ２−２、Ｆ２−４、Ｆ３−１、Ｆ３−５、Ｆ４−２、Ｆ４−４、Ｆ５−３の８つの集束電極２７０だけにＨレベルの集束電圧を印加するようにしてもよい。
【０１１３】
また、以上で説明したパターンに限らず、電子放出を行う単位領域のエレメント２５６を中心として平面視で点対称なパターンであれば、どのようなパターンで集束電極２７０にＨレベルの集束電圧を印加してもよく、パターンと電圧値を調整することにより、静電レンズ２７４（図４（Ｂ）参照）の大きさ（平面視での大きさと焦点距離）を任意に設定することができる。
【０１１４】
次に、図９を用いて実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置について説明する。
【０１１５】
図９は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置の構成を示す断面図である。
【０１１６】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置２００は、透光性基板２１０、透光性導電膜２２０、光電変換膜２３０、メッシュ状電極２４０、及びＳｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０を具える。
【０１１７】
透光性導電膜２２０は、透光性基板２１０の上に形成され、光電変換膜２３０は、透光性導電膜２２０の上に形成される。また、Ｓｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０は、光電変換膜２３０と真空空間を隔てて対向するように保持されており、複数の開口を有するメッシュ状電極２４０は、光電変換膜２３０と電子放出源アレイ２５０との間に配設される。
【０１１８】
図９では簡略化のために省略するが、実際の撮像装置２００には、電子放出源アレイ２５０、光電変換膜２３０、及びメッシュ状電極２４０を所定間隔で対向保持する機構や、撮像装置２００の駆動に必要なパルス電圧やＤＣ電圧等を供給する電極や、電子放出源アレイ２５０と光電変換膜２３０との間を真空に保持するための真空容器等が含まれる。
【０１１９】
透光性基板２１０は、例えば、撮像装置２００が可視光を撮像する撮像素子である場合はガラスで構成すればよく、また、紫外光を撮像する撮像素子である場合はサファイア又は石英ガラスで構成すればよい。また、Ｘ線を撮像する撮像素子である場合は、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化ホウ素（ＢＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等で構成すればよく、撮像する光の波長に応じて材料を選択すればよい。
【０１２０】
透光性導電膜２２０は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）膜、ＩＴＯ膜、又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜材料で構成することができる。この透光性導電膜２２０には、信号増幅・処理回路３００及び電源６００が接続されている。
【０１２１】
光電変換膜２３０を作製するための材料としては、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）、等の半導体材料や、酸化鉛（ＰｂＯ）、三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等の化合物半導体材料を用いることができる。
【０１２２】
これらの材料のうち、セレン（Ｓｅ）やシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いて作製した非晶質半導体膜では、膜に高電界を印加することで、膜内で光生成電荷のアバランシェ倍増が生じて感度を飛躍的に向上させることができる。
【０１２３】
メッシュ状電極２４０は、複数の開口が設けられていればよく、公知の金属材料、合金材料、又は半導体材料等によって構成される。また、このメッシュ状電極２４０には、電源６１０が接続されており、後述する電子放出源アレイ２５０のゲート電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される。
【０１２４】
このような撮像装置２００内において、透光性基板２１０の上面側から入射する光は、透光性基板２１０及び透光性導電膜２２０を透過し、光電変換膜２３０に到達する。この透過光により、光電変換膜２３０内に電子・正孔対が生じる。
【０１２５】
電源６００によって、陰極２５３に印加される電圧より高い電圧が透光性導電膜２２０に印加されると、光電変換膜２３０内の正孔が、光電変換膜２３０の中を電子放出源アレイ２５０の側に向けて（光電変換膜２３０の厚さ方向を電子放出源アレイ２５０の側に向けて）移動し、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側に蓄積される。
【０１２６】
また、電子放出源アレイ２５０にはエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０（図１参照）からパルス電圧が印加されると、電子放出源アレイ２５０の各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に水平走査における映像信号出力期間に順次放出される電子は、ゲート電極２５５に印加される電圧よりも高い電圧が印加されるメッシュ状電極２４０によって光電変換膜２３０側に引き出される。
【０１２７】
そして、電子放出源アレイ２５０から放出される電子と光電変換膜２３０に蓄積される正孔とが再結合する際に、透光性導電膜２２０を介して得られる電流を出力信号として取り出し、この出力信号を信号増幅・処理回路３００で増幅、処理することで、信号増幅・処理回路３００に接続されたモニタ６２０で入射光像に対応した映像信号を得ることができる。
【０１２８】
このように実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた撮像装置２００は、電子放出源アレイ２５０の集束効果が高いため、高画質及び高精細な撮像信号を得ることができる。
【０１２９】
次に、図１０を用いて実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置について説明する。
【０１３０】
図１０は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置の構成を示す断面図である。
【０１３１】
表示装置５００は、ガラス基板５０１に透明電極５０２及び蛍光体等の発光層５０３を積層した表示部５１０と、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を対向配置した構造を有する。
【０１３２】
なお、ここでは、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０を用いた表示装置５００の概略を示すため、電子放出源アレイ２５０に対して表示部５１０を保持し、電子放出源アレイ２５０と表示部５１０との間を真空状態で密封する部材を省略するが、このような部材としては、例えば、フリットシールやスペーサを用いることができる。
【０１３３】
また、透明電極５０２としては、例えば、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）を用いることができ、発光層５０３としては、例えば、青色蛍光体粒子（ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ）、緑色蛍光体粒子（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ３＋、又はＺｎＯ：Ｚｎ）、及び赤色蛍光体粒子（Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋）を含む蛍光体を用いることができる。
【０１３４】
このような表示装置５００において、表示部５１０の透明電極５０２に電源５２０から正電圧を印加した状態で、電子放出源アレイ２５０のエミッタ電極駆動部４１０及びゲート電極駆動部４２０（図１参照）からパルス電圧が印加されると、電子放出源アレイ２５０の各陰極２５３から、各単位領域のエレメント２５６毎に電子が放出され、発光層５０３で発光が生じることにより、表示部５１０に画像等を表示することができる。
【０１３５】
実施の形態１の電子放出源アレイ２５０は、上述のように単位領域よりも大きな静電レンズ２７４を形成できるので、表示装置５００に用いた場合は、従来よりも高精細な表示が可能となる。
【０１３６】
以上、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０、及びこれを用いた撮像装置２００と表示装置５００の説明において、電子放出源アレイ２５０が高融点金属を陰極に用いたＳｐｉｎｄｔ型電子放出源である場合について説明したが、電子放出源アレイ２５０は、シリコン（Ｓｉ）を陰極に用いたシリコンコーン型電子放出源、又は、ポーラスシリコンや酸化シリコン等を電極で挟んだ平面型電子放出源等の公知の電子放出源からなるマトリクスアレイであってもよい。
【０１３７】
また、電子放出源アレイ２５０の駆動形式には様々な形式のものがあるが、電子放出源アレイ２５０としては、外部の駆動回路から供給されるパルス電圧によって駆動されるパッシブ電子放出源アレイ、駆動回路が内蔵された駆動回路内蔵パッシブ電子放出源アレイ、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵したアクティブ電子放出源アレイ、又は、駆動回路を内蔵し、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵した駆動回路内蔵アクティブ電子放出源アレイのいずれを用いることもできる。
【０１３８】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２の電子放出源アレイを示す図であり、（Ａ）は断面図を示し、（Ｂ）は平面図を示す。図１１（Ａ）に示す断面は、平面図のＡ−Ａ’矢視断面を示す。また、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示す電子放出源アレイの断面の一部を拡大して示す図であり、図１１（Ｄ）は図１１（Ｂ）に示す電子放出源アレイの一部を拡大して示す図である。
【０１３９】
実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０は、集束電極２２７０の形状が異なる点が実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と異なる。その他の構成は、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４０】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０の集束電極２２７０は、単位領域毎に設けられる点では実施の形態１の集束電極２７０と同一であるが、単位領域内にある９個の陰極２５３に対応した９個の開口部２２７０Ａを有する点が実施の形態１の集束電極２７０と異なる。
【０１４１】
ここで、図１１（Ｃ）に示す陰極２５３の頂点から、集束電極２２７０の開口部２２７０Ａのい開口端を結ぶ発散角について検討すると、集束電極２２７０が９つの開口部２２７０Ａを有することにより、各陰極２５３から放出される電子ビームの発散角は、単位領域毎に一つの大きな開口部２７０Ａを有する実施の形態１の集束電極２７０を用いる場合よりも小さくなる。
【０１４２】
このため、実施の形態２の電子放出源アレイ２２５０によれば、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０よりも、電子ビームの焦点距離の制御を行いやすくなり、高い集束効果を得やすくなる。
【０１４３】
以上より、実施の形態２によれば、実施の形態１の電子放出源アレイ２５０よりも集束効果を向上させやすい電子放出源アレイ２２５０を提供することができる。
【０１４４】
なお、実施の形態２では、集束電極２２７０が各陰極２５３に対応する開口部２２７０Ａを有する形態について説明したが、単位領域内にある陰極２５３を幾つかのグループに分け（例えば、３つずつのグループ、５つずつのグループ、又は１０個ずつのグループ等に分け）、各グループについて開口部２２７０Ａを形成するように構成してもよい。また、単位領域の中央側と端部側でグループに含まれる陰極２５３の数を変えてもよい。
【０１４５】
以上、本発明の例示的な実施の形態の電子放出源アレイ、撮像装置、及び表示装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
２００ 撮像装置
２１０ 透光性基板
２２０ 透光性導電膜
２３０ 光電変換膜
２４０ メッシュ状電極
２５０、２２５０ 電子放出源アレイ
２５１ 基板
２５２ 陰極電極
２５３ 陰極
２５４ 絶縁層
２５５ ゲート電極
２５６ エレメント
２５７ 水平走査ライン
２６０ 絶縁層
２７０、２２７０ 集束電極
２７０Ａ、２２７０Ａ 開口部
２７１ ビア
２７２ 集束電極駆動部
２７３ 選択用トランジスタ
２７４ 静電レンズ
２８０ 水平集束走査回路部
２８１ 水平アドレス回路
２８２ 水平バッファ回路
２８３ 水平電圧制御回路
２９０ 垂直集束走査回路部
２９１ 垂直アドレス回路
２９２ 垂直バッファ回路
２９３ 垂直電圧制御回路
３００ 信号増幅・処理回路
４１０ 水平駆動回路
４１１ 水平アドレス回路
４１２ 水平バッファ回路
４１３ 水平電圧制御回路
４１４ 陰極電圧制御回路
４２０ 垂直駆動回路
４２１ 垂直アドレス回路
４２２ 垂直バッファ回路
４２３ 垂直電圧制御回路
４２４ ゲート電圧制御回路
４３０ 垂直走査制御ライン
４４０ 水平走査制御ライン
５００ 表示装置
５０１ ガラス基板
５０２ 透明電極
５０３ 発光層
５１０ 表示部
５２０、６００、６１０ 電源
６２０ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置され、画素領域に対応した単位領域に区画される電子放出源と、
前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、
前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、
前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極と
を含み、
前記電子放出源が１又は複数の前記単位領域毎に電子を放出する際に、前記単位領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための電圧を前記集束電極に印加する、電子放出源アレイ。
【請求項２】
前記集束電極は、マトリクス状に区画されており、前記電子放出源が電子を放出する際に、電子を放出する前記電子放出源の単位領域を囲む領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加する、請求項１に記載の電子放出源アレイ。
【請求項３】
前記集束電極は、前記単位領域毎に区画されており、前記電子放出源の単位領域を囲む複数の単位領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加する、請求項２に記載の電子放出源アレイ。
【請求項４】
前記電子放出源は、前記単位領域毎に複数配設されており、前記集束電極は、前記複数の電子放出源に対応した開口部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子放出源アレイ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電子放出源アレイと、
前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、
前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び光電変換膜と
を含む、撮像装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電子放出源アレイと、
前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、
前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び蛍光体と
を含む、表示装置。
【請求項１】
マトリクス状に配置され、画素領域に対応した単位領域に区画される電子放出源と、
前記電子放出源に接続され、ライン状に配列される複数のエミッタ電極と、
前記電子放出源の上方に配設され、平面視で前記複数のエミッタ電極と交わる方向に配列されるゲート電極と、
前記ゲート電極の上方に配設され、前記電子放出源から放出される電子を集束させるための静電レンズを形成する集束電極と
を含み、
前記電子放出源が１又は複数の前記単位領域毎に電子を放出する際に、前記単位領域よりも大きな領域に前記静電レンズを形成するための電圧を前記集束電極に印加する、電子放出源アレイ。
【請求項２】
前記集束電極は、マトリクス状に区画されており、前記電子放出源が電子を放出する際に、電子を放出する前記電子放出源の単位領域を囲む領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加する、請求項１に記載の電子放出源アレイ。
【請求項３】
前記集束電極は、前記単位領域毎に区画されており、前記電子放出源の単位領域を囲む複数の単位領域内にある前記集束電極に前記電圧を印加する、請求項２に記載の電子放出源アレイ。
【請求項４】
前記電子放出源は、前記単位領域毎に複数配設されており、前記集束電極は、前記複数の電子放出源に対応した開口部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子放出源アレイ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電子放出源アレイと、
前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、
前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び光電変換膜と
を含む、撮像装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電子放出源アレイと、
前記電子放出源アレイに対向して配設される透光性基板と、
前記透光性基板の前記電子放出源に対向する面に順次形成される透明電極及び蛍光体と
を含む、表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１０６４１（Ｐ２０１１−２１０６４１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８７９９（Ｐ２０１０−７８７９９）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]