JP2008262789A - Field emission type electron source imaging device - Google Patents

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Junichi Kimiya
淳一 木宮
Keisuke Koga
啓介 古賀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an electric field emission type electron source imaging device equipped with a field emission type electron source array part have high definition. <P>SOLUTION: Against the field emission type electron source array part 15 in which a plurality of electron source cells are arranged, a target part 14 including a photoelectric conversion membrane 3 to convert incident light into an electric signal is arranged. The electric signal corresponding to an electric charge accumulated in the target part since an electron beam emitted from the electron cells is made incident on the target part is taken out as an image signal. So that a substantial image frequency of the image signal to be taken out from the target part is enhanced, an incident position of the electron beam on the target part is changed with the elapse of time. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は電界放出型電子源を用いた電界放出型電子源撮像装置に関する。   The present invention relates to a field emission electron source imaging apparatus using a field emission electron source.

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。   In recent years, with the progress of semiconductor microfabrication technology, vacuum microelectronic technology that integrates a large number of micron-order cold cathode structures on a substrate such as a semiconductor attracts attention. The field emission electron source with a micro cold cathode structure obtained by these technologies is expected to have a flat electron emission characteristic and high current density, and does not require a heat source such as a heater unlike a hot cathode. As a low power consumption electron source for next-generation flat display, sensor, and electron source for flat-type imaging device, expectations are high.

このような電界放出型電子源が多数配置された電界放出型電子源アレイ部を用いた電界放出型電子源撮像装置の一例を図１５を用いて説明する（特許文献１参照）。この電界放出型電子源撮像装置は、前面パネル１１５と、背面パネル１１７と、側面外周器１１６とがフリットガラス又はインジウム等の封着材料１１９，１３３により固着固定され、その内部が真空に保持された真空容器１１８を備える。   An example of a field emission type electron source imaging apparatus using a field emission type electron source array unit in which a large number of such field emission type electron sources are arranged will be described with reference to FIG. 15 (see Patent Document 1). In this field emission type electron source imaging device, a front panel 115, a back panel 117, and a side peripheral device 116 are fixedly fixed by sealing materials 119 and 133 such as frit glass or indium, and the inside is kept in a vacuum. A vacuum vessel 118 is provided.

前面パネル１１５の内面には、例えば外部からの入射光１１１を透過する透光性導電膜１１３と、透光性導電膜１１３の表面に形成された、外部からの入射光１１１に応じて電荷を生成する例えばアモルファスセレンを主体とする光電変換膜１１２とからなるターゲット部１１４が形成されている。   On the inner surface of the front panel 115, for example, a translucent conductive film 113 that transmits incident light 111 from the outside, and a charge that is formed on the surface of the translucent conductive film 113 according to the incident light 111 from the outside. For example, a target portion 114 made of a photoelectric conversion film 112 mainly composed of amorphous selenium is formed.

背面パネル１１７の内面には、エミッタ電極１２５と、エミッタ電極１２５上に形成された複数の冷陰極素子（エミッタ）１２４と、各冷陰極素子１２４の周辺に形成された絶縁層１２６と、冷陰極素子１２４から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極１２８とが集積一体化された電界放出型電子源アレイ部１２９が形成されている。冷陰極素子１２４から放出された電子ビームをメッシュ電極１２０の貫通孔を通過させてターゲット部１１４にランディング（入射）させることにより、ターゲット部１１４の光電変換膜１１２上に結像した入射光１１１による画像を読み取ることが可能となる。   On the inner surface of the rear panel 117, an emitter electrode 125, a plurality of cold cathode elements (emitters) 124 formed on the emitter electrode 125, an insulating layer 126 formed around each cold cathode element 124, and a cold cathode A field emission type electron source array portion 129 is formed in which a gate electrode 128 for applying a voltage for extracting electrons from the element 124 is integrated and integrated. The electron beam emitted from the cold cathode element 124 passes through the through-hole of the mesh electrode 120 and is landed (incident) on the target portion 114, whereby the incident light 111 imaged on the photoelectric conversion film 112 of the target portion 114 is used. An image can be read.

電界放出型電子源としては、一般的に、半導体基板やガラスの表面上に、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。   As a field emission electron source, generally, a cold cathode element having a sharp tip is formed on the surface of a semiconductor substrate or glass, and an insulating layer and a gate electrode are formed on the insulating layer around it. A representative example is a Spindt type in which a voltage is applied between the cold cathode device and the gate electrode to emit electrons from the tip of the cold cathode device. In addition, an MIM (Metal Insulator Metal) type in which an insulating layer is formed between the cathode electrode and the gate electrode, and voltage is applied to the insulating layer to emit electrons by the tunnel effect, between the cathode electrode and the emitter electrode. SCE (Surface Conduction Electron Source) type that emits electrons from the minute gap by applying a voltage between these electrodes, or carbon such as DLC (Diamond Like Carbon) or CNT (Carbon Nanotube) as the electron source A field emission electron source using a system material can be given as an example.

このような電界放出型電子源を含む電界放出型電子源アレイ部では、個々の電子源からの電子放出量が微量であることから、撮像装置として使用する場合には、複数の電子源を一単位とする電子源セル（以下、単に「セル」という）を形成し、各セルに含まれる複数の電子源から電子ビームを放出させることにより、所定の動作を行うのに必要な電流量を確保している。   In a field emission electron source array unit including such a field emission electron source, the amount of electron emission from each electron source is very small. A unit electron source cell (hereinafter simply referred to as a “cell”) is formed, and an electron beam is emitted from a plurality of electron sources included in each cell, thereby securing an amount of current necessary for performing a predetermined operation. is doing.

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、縦方向に延びたストライプ状の複数のエミッタ電極が横方向に等ピッチで配置され、横方向に延びたストライプ状の複数のゲート電極が縦方向に等ピッチで配置され、これら複数のエミッタ電極と複数のゲート電極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、エミッタ電極及びゲート電極を順次選択して所定の電圧を印加することにより、選択されたエミッタ電極とゲート電極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。各セルから放出された電子ビームがターゲット部を走査することで、入射光による画像を電気的に読み出すことができる。
特開２０００−４８７４３号公報 The cells are arranged on a plane, for example, in a matrix. Specifically, a plurality of stripe-shaped emitter electrodes extending in the vertical direction are arranged at equal pitches in the horizontal direction, and a plurality of stripe-shaped gate electrodes extending in the horizontal direction are arranged at equal pitches in the vertical direction. A cell is arranged at each position where the emitter electrode and the plurality of gate electrodes intersect. When the field emission electron source device is driven, the emitter electrode and the gate electrode are sequentially selected and a predetermined voltage is applied, whereby the electron beam is sequentially emitted from the cell at the position where the selected emitter electrode and the gate electrode intersect. Is done. An electron beam emitted from each cell scans the target portion, whereby an image by incident light can be electrically read out.
JP 2000-48743 A

しかしながら、このような電界放出型電子源撮像装置では、読み出される画像の解像度は、電界放出型電子源アレイ部に含まれるセルの数で決定されてしまう。例えば、横方向に６４０セル、縦方向に４８０セルが配置されたＶＧＡ画素を有する電界放出型電子源アレイ部を用いた電界放出型電子源撮像装置であれば、６４０×４８０のＶＧＡ相当の解像度の映像信号しか得ることができない。   However, in such a field emission type electron source imaging device, the resolution of the read image is determined by the number of cells included in the field emission type electron source array unit. For example, a field emission electron source imaging device using a field emission electron source array unit having a VGA pixel in which 640 cells in the horizontal direction and 480 cells in the vertical direction are arranged is a resolution equivalent to 640 × 480 VGA. Only video signals can be obtained.

更に解像度を上げてより良好な画像を読み出す場合には、各画素のサイズを小さくして画素数を増やす必要がある。画素サイズを小さくするためには、画素に一対一に対応するセルのサイズを小さくする必要がある。この結果、例えばスピント型の電界放出型電子源であれば、セルに含まれる冷陰極素子の数が減少する。また、ＭＩＭやＣＮＴのような電子放出が面で行われる電界放出型電子源であれば、セルの面積が小さくなり、その電子放出能力が低下する。   In order to read a better image with higher resolution, it is necessary to reduce the size of each pixel and increase the number of pixels. In order to reduce the pixel size, it is necessary to reduce the size of the cell corresponding to the pixel on a one-to-one basis. As a result, for example, in the case of a Spindt-type field emission electron source, the number of cold cathode elements included in the cell is reduced. Further, in the case of a field emission type electron source such as MIM or CNT where electron emission is performed on the surface, the cell area is reduced, and the electron emission capability is reduced.

しかも、電界放出型電子源アレイ部は、セルだけでは無く、セルを駆動する為の電圧供給用の配線パターンや、場合によっては駆動の為の回路等を含んでいる。従って、これらが必要とする面積も、画素数を増加させるに従い増加する。   In addition, the field emission electron source array section includes not only cells but also wiring patterns for voltage supply for driving the cells, and a circuit for driving in some cases. Accordingly, the area required by these increases as the number of pixels increases.

その為、画素数を増やすに従いセルの大きさは加速度的に小さくなり、その結果、１つのセルから放出される電子ビームの電流量も加速度的に減少していく。   For this reason, as the number of pixels increases, the size of the cell decreases at an accelerated rate, and as a result, the amount of electron beam current emitted from one cell also decreases at an accelerated rate.

従って、ある値以上の画素数を有する電界放出型電子源撮像装置では、入射光に応じてターゲット部に発生し蓄積された電荷を読み出すのに必要な電子ビーム電流量を確保することが不可能になり、撮像装置として機能しなくなってしまう。   Therefore, in a field emission electron source imaging device having a number of pixels equal to or greater than a certain value, it is impossible to ensure the amount of electron beam current necessary for reading out the electric charge generated and accumulated in the target portion in response to incident light. Therefore, it will not function as an imaging device.

本発明は、上記の問題を解決し、電界放出型電子源アレイ部を備えた電界放出型電子源撮像装置を高精細化することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to increase the definition of a field emission type electron source imaging device including a field emission type electron source array.

本発明の電界放出型電子源撮像装置は、複数の電子源セルが配置された電界放出型電子源アレイ部と、前記電界放出型電子源アレイ部に対向して配置され、入射光を電気信号に変換する光電変換膜を含むターゲット部とを備え、前記電子源セルから放出された電子ビームが前記ターゲット部に入射して前記ターゲット部に蓄積された電荷に応じた電気信号が映像信号として取り出される電界放出型電子源撮像装置であって、前記ターゲット部から取り出される前記映像信号の実質的な映像周波数が高められるように、前記電子ビームの前記ターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに変化させることを特徴とする。   A field emission type electron source imaging device of the present invention is a field emission type electron source array unit in which a plurality of electron source cells are arranged, and is arranged to face the field emission type electron source array unit, and transmits incident light as an electric signal. A target portion including a photoelectric conversion film for conversion into an electron beam, an electron beam emitted from the electron source cell is incident on the target portion, and an electric signal corresponding to the electric charge accumulated in the target portion is extracted as a video signal. A field emission type electron source imaging device, wherein an incident position of the electron beam with respect to the target unit is changed over time so that a substantial video frequency of the video signal taken out from the target unit is increased. It is characterized by that.

本発明によれば、電界放出型電子源アレイ部が有するセルの数以上に実質的な画素数が増加された高精細な画像を撮影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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the field emission type electron source imaging device which can image | photograph the high-definition image by which the substantial pixel number was increased more than the number of the cells which a field emission type electron source array part has can be provided.

従来は、１つのセルから放出された電子ビームのターゲット部に対する入射位置は不変であり、この入射位置に蓄積された電荷を画素情報として読み出していた。従って、１つのセルに対して１つの画素が対応し、１つの画素情報を得ていた。   Conventionally, the incident position of the electron beam emitted from one cell with respect to the target portion is unchanged, and charges accumulated at the incident position are read out as pixel information. Therefore, one pixel corresponds to one cell, and one pixel information is obtained.

これに対して、本発明では、１つのセルから放出された電子ビームのターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに変化させる。従って、入射位置が変化する過程で、各入射位置に蓄積された電荷を順次読み出せば、１つのセルに対して複数の画素が対応することになり、複数の画素情報を得ることができる。電子ビームを放出するセルを順に切り替えて、各セルごとに同様に電子ビームのターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに変化させる。この結果、実在するセルの数以上に実質的な画素数が飛躍的に増大し、ターゲット部から取り出される映像信号の実質的な映像周波数が高まる。かくして、撮影画像の解像度が向上する。   On the other hand, in the present invention, the incident position of the electron beam emitted from one cell with respect to the target portion is changed with time. Therefore, if the charges accumulated at each incident position are sequentially read out in the process of changing the incident position, a plurality of pixels correspond to one cell, and a plurality of pieces of pixel information can be obtained. The cells that emit the electron beam are sequentially switched, and the incident position of the electron beam with respect to the target portion is similarly changed over time for each cell. As a result, the number of pixels substantially increases beyond the number of existing cells, and the substantial video frequency of the video signal extracted from the target unit increases. Thus, the resolution of the captured image is improved.

上記の本発明の電界放出型電子源撮像装置が、更に、前記電界放出型電子源アレイ部と前記ターゲット部との間に、前記電子源セルから放出された前記電子ビームを偏向させ且つ加速する機能を有する偏向加速電極を備えることが好ましい。   The field emission electron source imaging device according to the present invention further deflects and accelerates the electron beam emitted from the electron source cell between the field emission electron source array portion and the target portion. It is preferable to provide a deflection acceleration electrode having a function.

これにより、電子ビームのターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに容易に変化させることができる。   Thereby, the incident position of the electron beam with respect to the target portion can be easily changed with time.

１つのセルから放出された電子ビームのターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに変化させるためには、電子ビームを偏向させる必要があり、これは電界又は磁界を用いることで実現できる。   In order to change the incident position of the electron beam emitted from one cell with respect to the target portion with time, it is necessary to deflect the electron beam, which can be realized by using an electric field or a magnetic field.

磁界により電子ビームを偏向させる場合、電界放出型電子源撮像装置の外に磁界を発生する大きな偏向ユニットを設置しなければならなくなり、撮像装置が大型化し、且つその重量が増大する。また偏向ユニットから磁界が外界に洩れるのを防止するための磁気シールドが必要となるので、撮像装置は更に大型化し、且つその重量は増大する。   When an electron beam is deflected by a magnetic field, it is necessary to install a large deflection unit that generates a magnetic field outside the field emission type electron source imaging device, which increases the size and weight of the imaging device. Further, since a magnetic shield is required to prevent the magnetic field from leaking from the deflection unit to the outside, the image pickup apparatus is further increased in size and weight.

これに対して、電界放出型電子源アレイ部とターゲット部との間に、電子ビームを偏向させる電界を発生する偏向加速電極を設置する場合、撮像装置の外に更なる部材の取り付けが不要である。従って、撮像装置が大型化するのを防止できる。また、電極は、磁界を発生する偏向ユニットに比べて小型軽量である。   On the other hand, when a deflection accelerating electrode for generating an electric field for deflecting an electron beam is installed between the field emission electron source array unit and the target unit, no additional member is required outside the imaging device. is there. Therefore, it is possible to prevent the imaging apparatus from becoming large. Further, the electrode is smaller and lighter than a deflection unit that generates a magnetic field.

従って、電子ビームの偏向を偏向加速電極を用いて行うことにより、磁界を発生する偏向ユニットを用いて行う場合に比べて、小型且つ軽量の撮像装置を実現することができる。   Therefore, by performing the deflection of the electron beam using the deflection acceleration electrode, it is possible to realize a small and lightweight imaging apparatus as compared with the case where the deflection unit that generates a magnetic field is used.

上記の本発明の電界放出型電子源撮像装置において、前記電界放出型電子源アレイ部が、同一平面上に並べて配置された複数の電界放出型電子源アレイ基板からなることが好ましい。   In the field emission electron source imaging apparatus according to the present invention, it is preferable that the field emission electron source array section includes a plurality of field emission electron source array substrates arranged side by side on the same plane.

これによりＸ線撮影などに必要な大画面化に対応した大型の電界放出型電子源撮像装置を低コストで提供することができる。   This makes it possible to provide a large-sized field emission electron source imaging device corresponding to the large screen required for X-ray imaging at a low cost.

即ち、大画面化のために大型の電界放出型電子源アレイ基板を用いる場合、このような大型の電界放出型電子源アレイ基板は製造設備が高価であり且つ歩留まりが悪いので、撮像装置が高コストになってしまう。   That is, when a large field emission electron source array substrate is used to increase the screen size, such a large field emission electron source array substrate is expensive in manufacturing equipment and has a low yield. It becomes cost.

これに対して、個別に作成された比較的小型の複数の電界放出型電子源アレイ基板を同一平面上に並べて配置する場合、小型の電界放出型電子源アレイ基板は歩留まり良く低コストで製造できるので、撮像装置のコスト上昇を抑えることができる。   On the other hand, when a plurality of relatively small field emission electron source array substrates prepared individually are arranged side by side on the same plane, the small field emission electron source array substrate can be manufactured with high yield and low cost. Therefore, an increase in the cost of the imaging device can be suppressed.

なお、複数の電界放出型電子源アレイ基板を並べて配置した場合、隣り合う電界放出型電子源アレイ基板間の境界に対応する位置の画素が欠落し、画像に切れ目が入ってしまう問題がある。ところが、境界付近のセルから放出された電子ビームを境界側に偏向させることにより、画素の欠落（画像の切れ目）が実質的に目立たない画像を撮影することが可能になる。   When a plurality of field emission electron source array substrates are arranged side by side, there is a problem in that pixels at positions corresponding to the boundaries between adjacent field emission electron source array substrates are lost and the image is cut. However, by deflecting the electron beam emitted from the cell in the vicinity of the boundary toward the boundary, it is possible to capture an image in which the missing pixels (image breaks) are substantially inconspicuous.

以下、本発明を具体的な実施の形態を示しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view of a field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.

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撮像装置は、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軸とする。Ｚ軸と垂直な平面に含まれる、互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とする。   As shown in FIG. 1, the field emission electron source imaging device according to the first embodiment is a vacuum formed by a front panel 1 made of light transmissive glass, a back panel 5, and a side peripheral device 4. Provide a container. The front panel 1 and the side surface peripheral device 4 and the back panel 5 and the side surface peripheral device 4 are fixed and sealed by a vacuum sealing material 7 such as frit glass for high temperature firing or indium for low temperature sealing, The inside of the vacuum vessel is kept in a vacuum. For convenience of the following description, an axis parallel to the normal direction of the front panel 1 and the back panel 5 is taken as a Z axis. Two axes perpendicular to each other included in a plane perpendicular to the Z axis are defined as an X axis and a Y axis.

背面パネル５の内面上には、電界放出型電子源アレイ９が形成された半導体基板（電界放出型電子源アレイ基板）６からなる電界放出型電子源アレイ部１５が設置されている。半導体基板６上には、スペーサー部８ｂを一体に備える偏向加速電極８が設置固定されている。前面パネル１の偏向加速電極８と対向する内面上には、前面パネル１側から、透光性の陽極電極２と光電変換膜３とがこの順に積層されてなるターゲット部１４が設けられている。電極４３が前面パネル１を貫通し、その一端が陽極電極２に接続されている。光電変換膜３は、真空容器外から前面パネル１及び陽極電極２を通過した入射光に応じて電荷を発生し蓄積する。ターゲット部１４は、電界放出型電子源アレイ部１５から放出された電子ビームにより走査されることにより、蓄積された電荷に応じた電気信号を時系列映像信号として陽極電極２及び電極４３を通じて真空容器外に出力する。   On the inner surface of the back panel 5, a field emission electron source array unit 15 made of a semiconductor substrate (field emission electron source array substrate) 6 on which the field emission electron source array 9 is formed is installed. On the semiconductor substrate 6, a deflection accelerating electrode 8 integrally provided with a spacer portion 8b is installed and fixed. On the inner surface of the front panel 1 facing the deflection accelerating electrode 8, a target portion 14 in which a translucent anode electrode 2 and a photoelectric conversion film 3 are laminated in this order is provided from the front panel 1 side. . An electrode 43 passes through the front panel 1 and one end thereof is connected to the anode electrode 2. The photoelectric conversion film 3 generates and accumulates charges according to incident light that has passed through the front panel 1 and the anode electrode 2 from outside the vacuum container. The target unit 14 is scanned by the electron beam emitted from the field emission electron source array unit 15, and thereby the electric signal corresponding to the accumulated charge is converted into a vacuum container through the anode electrode 2 and the electrode 43 as a time-series video signal. Output outside.

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。   A getter pump (not shown) is installed in the vacuum vessel composed of the front panel 1, the back panel 5, and the side peripheral device 4 to keep the inside at a high vacuum by adsorbing and removing excess gas. Yes.

図２は、本実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置の分解斜視図である。図２を用いて、電界放出型電子源撮像装置の組み立て方法の一例を簡単に説明する。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the field emission type electron source imaging device according to the first embodiment. An example of a method for assembling the field emission type electron source imaging device will be briefly described with reference to FIG.

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。   A frit glass 7a is provided on the back panel 5, and an annular side surface outer peripheral device 4 is placed thereon and baked at a high temperature of about 400 ° C. so that the back panel 5 and the side surface outer peripheral device 4 are frit glass. It joins via 7a.

偏向加速電極８のスペーサー部８ｂ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、偏向加速電極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。   The spacer portion 8b of the deflection acceleration electrode 8 and the semiconductor substrate 6 are bonded by a bonding method such as anodic bonding or eutectic bonding. The semiconductor substrate 6 on which the deflection accelerating electrode 8 is mounted is placed on and fixed to the portion surrounded by the side peripheral device 4 on the back panel 5 by die bonding.

偏向加速電極８への給電は、半導体基板６から、偏向加速電極８のスペーサー部８ｂと半導体基板６との接合部及びスペーサー部８ｂを介して行われる。偏向加速電極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、偏向加速電極８への給電は、真空容器の外側より行なうことができる。   Power supply to the deflection acceleration electrode 8 is performed from the semiconductor substrate 6 through a joint portion between the spacer portion 8b of the deflection acceleration electrode 8 and the semiconductor substrate 6 and the spacer portion 8b. A wiring pattern on the semiconductor substrate 6 for supplying power to the deflection acceleration electrode 8 is connected to a wiring pattern formed on the back panel 5 by wire bonding (not shown). Thereby, the power supply to the deflection acceleration electrode 8 can be performed from the outside of the vacuum vessel.

半導体基板６上には、複数のセル（電子源セル）をマトリクス状に並べた電界放出型電子源アレイ９が形成されている。各セルは、複数（一実施例では１００個）の冷陰極素子（エミッタ）を含む。   A field emission electron source array 9 in which a plurality of cells (electron source cells) are arranged in a matrix is formed on the semiconductor substrate 6. Each cell includes a plurality (100 in one embodiment) of cold cathode elements (emitters).

半導体基板６上の電界放出型電子源アレイ９の複数のセルと、偏向加速電極８に設けられた複数の電子ビーム通過孔（貫通孔）８０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偏向加速電極８の電子ビーム通過孔８０のほぼ中心を通るように（一実施例では、セルの中心を通るＺ軸と平行な軸に対する電子ビーム通過孔８０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と偏向加速電極８とは高精度に位置合わせされる。   The plurality of cells of the field emission electron source array 9 on the semiconductor substrate 6 and the plurality of electron beam passage holes (through holes) 80 provided in the deflection acceleration electrode 8 have a one-to-one correspondence. An axis parallel to the Z-axis passing through the center of each cell passes through substantially the center of the electron beam passage hole 80 of the deflection acceleration electrode 8 corresponding to this cell (in one embodiment, the Z-axis passing through the center of the cell) The semiconductor substrate 6 and the deflection accelerating electrode 8 are aligned with high accuracy so that the amount of displacement of the center of the electron beam passage hole 80 with respect to the parallel axis is about 3 μm or less.

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、偏向加速電極８、及び半導体基板６からなる背面パネル構造体は、真空装置内で例えば約１２０℃〜３５０℃程度の温度でガス出しの為の空焼きされる。   The rear panel structure comprising the rear panel 5, the side peripheral device 4, the deflection accelerating electrode 8 and the semiconductor substrate 6 assembled in this way is out of gas at a temperature of about 120 ° C. to 350 ° C. in a vacuum apparatus. It is baked for the sake of.

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。   The back-panel structure that has been baked is joined and integrated in a vacuum by the front panel 1 and a metal ring 7b to which indium is adhered, thereby forming a vacuum container whose inside is sealed in a vacuum.

半導体基板６上に形成される電界放出型電子源アレイ９は、図３に示される様に、エミッタ電極１８と、エミッタ電極１８上に形成され、先端が先鋭化された冷陰極素子（エミッタ）１９と、冷陰極素子１９の周辺に形成された絶縁層１７と、絶縁層１７上に設けられ、冷陰極素子１９を取り囲む開口が形成されたゲート電極１６等からなる多数の電界放出型電子源が集積されてなる。   As shown in FIG. 3, a field emission electron source array 9 formed on a semiconductor substrate 6 is formed on an emitter electrode 18 and an emitter electrode 18, and a cold cathode element (emitter) having a sharpened tip. 19, a plurality of field emission electron sources including an insulating layer 17 formed around the cold cathode device 19, a gate electrode 16 provided on the insulating layer 17 and having an opening surrounding the cold cathode device 19. Is accumulated.

エミッタ電極１８は、Ｙ軸と平行なストライプ状に、Ｘ軸方向に等ピッチで複数本配置されている。ゲート電極１６は、Ｘ軸と平行なストライプ状に、Ｙ軸方向に等ピッチで複数本配置されている。Ｚ軸と平行な方向から見て、複数のエミッタ電極１８と複数のゲート電極１６とが交差する複数の交点位置に複数のセルがマトリクス状に配置される。一実施例では、セルがＸ軸方向に６４０セル、Ｙ軸方向に４８０セル、即ちＶＧＡ画素相当で配置されている。各セルは一辺が２０μｍ程度の正方形であり、この中の一辺が１０μｍ程度の正方形の領域内に複数の冷陰極素子１９が均一に配置されている。   A plurality of emitter electrodes 18 are arranged in a stripe shape parallel to the Y axis at an equal pitch in the X axis direction. A plurality of gate electrodes 16 are arranged in a stripe shape parallel to the X axis at an equal pitch in the Y axis direction. A plurality of cells are arranged in a matrix at a plurality of intersection positions where the plurality of emitter electrodes 18 and the plurality of gate electrodes 16 intersect when viewed from a direction parallel to the Z axis. In one embodiment, 640 cells are arranged in the X-axis direction and 480 cells in the Y-axis direction, that is, they are arranged corresponding to VGA pixels. Each cell is a square having a side of about 20 μm, and a plurality of cold cathode elements 19 are uniformly arranged in a square region having a side of about 10 μm.

一実施例では、同一セル内の複数の冷陰極素子１９にはエミッタ電極１８を介して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１９を取り囲む絶縁層１７上に形成されたゲート電極１６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１９とゲート電極１６との間に形成される電位差により、冷陰極素子１９の先端から電子１０が放出される。   In one embodiment, a plurality of cold cathode elements 19 in the same cell are applied with a pulsed emitter potential that drops from a reference potential of 30 V to 0 V via the emitter electrode 18, and the insulating layer 17 surrounding the cold cathode elements 19. For example, a pulsed gate potential that rises from a reference potential of 30 V to an intermediate 60 V is applied to the gate electrode 16 formed above. Due to the potential difference formed between the cold cathode device 19 and the gate electrode 16, electrons 10 are emitted from the tip of the cold cathode device 19.

エミッタ電極１８及びゲート電極１６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１９に与えられるエミッタ電位及びゲート電極１６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。   The emitter electrode 18 and the gate electrode 16 are connected to the wiring pattern formed on the back panel 5 so as to connect the inside and outside of the vacuum vessel. The emitter potential applied to the cold cathode element 19 and the gate potential applied to the gate electrode 16 are supplied from the outside of the vacuum vessel via this wiring pattern.

図４は偏向加速電極８の電界放出型電子源アレイ部１５に対向する側から見た斜視図である。偏向加速電極８は、複数の電子ビーム通過孔８０（図４では図示を省略）がマトリクス状に配置された電極部８ａと、電極部８ａを取り囲むようにその周囲に配置された枠状のスペーサー部８ｂとを備える。   FIG. 4 is a perspective view of the deflection accelerating electrode 8 as viewed from the side facing the field emission electron source array section 15. The deflection accelerating electrode 8 includes an electrode part 8a in which a plurality of electron beam passage holes 80 (not shown in FIG. 4) are arranged in a matrix, and a frame-like spacer arranged around the electrode part 8a. Part 8b.

電極部８ａは、ゲート電極１６に比べて相対的に高電位が印加されることにより電界放出型電子源アレイ部１５のセルから放出された電子ビームを加速する機能と、時間の経過とともに変化する電位が印加されることにより電子ビームをＸ軸方向及びＹ軸方向に偏向させてターゲット部１４に対する入射位置を変化させる機能とを有している。   The electrode portion 8a changes with the elapse of time and the function of accelerating the electron beam emitted from the cell of the field emission electron source array portion 15 by applying a relatively high potential compared to the gate electrode 16. It has a function of deflecting an electron beam in the X-axis direction and the Y-axis direction by applying a potential to change the incident position with respect to the target unit 14.

スペーサー部８ｂは、電極部８ａよりもＺ軸方向寸法（厚さ）が大きく、偏向加速電極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９と電極部８ａとを離間させ（一実施例ではその距離は１００μｍ程度である）、且つ両者間の距離を高精度に維持する機能とを有している。   The spacer portion 8b is larger in dimension (thickness) in the Z-axis direction than the electrode portion 8a, and has a function of improving the mechanical strength of the deflection accelerating electrode 8 alone, the field emission electron source array 9, the electrode portion 8a, (In one embodiment, the distance is about 100 μm) and has a function of maintaining the distance between the two with high accuracy.

図５は、電極部８ａの一例の分解斜視図である。図示したように、第１電極板８ａ1及び第２電極板８ａ2には複数の電子ビーム通過孔８０がマトリクス状に配置されている。第１電極板８ａ1の一方の面には、絶縁層上に、櫛状の第１水平偏向加速電極１１ａと櫛状の第２水平偏向加速電極１１ｂとが、個々の電子ビーム通過孔８０をＸ軸方向に挟むように配置されている。第２電極板８ａ2の一方の面には、絶縁層上に、櫛状の第１垂直偏向加速電極１２ａと櫛状の第２垂直偏向加速電極１２ｂとが、個々の電子ビーム通過孔８０をＹ軸方向に挟むように配置されている。このような第１電極板８ａ1と第２電極板８ａ2とがＺ軸方向に積層されて電極部８ａが構成される。 FIG. 5 is an exploded perspective view of an example of the electrode portion 8a. As illustrated, a plurality of electron beam passage holes 80 are arranged in a matrix in the first electrode plate 8a 1 and the second electrode plate 8a 2 . On one surface of the first electrode plate 8a 1 , the comb-shaped first horizontal deflection acceleration electrode 11a and the comb-shaped second horizontal deflection acceleration electrode 11b are provided on the insulating layer with the respective electron beam passage holes 80. They are arranged so as to be sandwiched in the X-axis direction. On one surface of the second electrode plate 8a 2 , the comb-shaped first vertical deflection acceleration electrode 12a and the comb-shaped second vertical deflection acceleration electrode 12b are provided on the insulating layer with the respective electron beam passage holes 80. They are arranged so as to be sandwiched in the Y-axis direction. The first electrode plate 8a 1 and the second electrode plate 8a 2 are stacked in the Z-axis direction to constitute the electrode portion 8a.

図６Ａ及び図６Ｂは、電極部８ａの別の例を示しており、図６Ａは電極部８ａの第１面（例えばターゲット部１４に対向する面）の斜視図であり、図６Ｂは電極部８ａの第２面（例えば電界放出型電子源アレイ部１５に対向する面）の斜視図である。図６Ａに示すように、電極部８ａの第１面には、絶縁層上に、櫛状の第１水平偏向加速電極１１ａと櫛状の第２水平偏向加速電極１１ｂとが、個々の電子ビーム通過孔８０をＸ軸方向に挟むように配置されている。図６Ｂに示すように、電極部８ａの第２面には、絶縁層上に、櫛状の第１垂直偏向加速電極１２ａと櫛状の第２垂直偏向加速電極１２ｂとが、個々の電子ビーム通過孔８０をＹ軸方向に挟むように配置されている。   6A and 6B show another example of the electrode portion 8a. FIG. 6A is a perspective view of a first surface (for example, a surface facing the target portion 14) of the electrode portion 8a, and FIG. 6B is an electrode portion. It is a perspective view of the 2nd surface (for example, surface facing the field emission type electron source array part 15) of 8a. As shown in FIG. 6A, on the first surface of the electrode portion 8a, a comb-shaped first horizontal deflection acceleration electrode 11a and a comb-shaped second horizontal deflection acceleration electrode 11b are provided on the insulating layer, and each electron beam. It arrange | positions so that the passage hole 80 may be pinched | interposed in an X-axis direction. As shown in FIG. 6B, on the second surface of the electrode portion 8a, the comb-shaped first vertical deflection acceleration electrode 12a and the comb-shaped second vertical deflection acceleration electrode 12b are arranged on the insulating layer, and each electron beam It arrange | positions so that the passage hole 80 may be pinched | interposed in the Y-axis direction.

第１水平偏向加速電極１１ａ及び第２水平偏向加速電極１１ｂ、第１垂直偏向加速電極１２ａ及び第２垂直偏向加速電極１２ｂに印加する電圧を、電界放出型電子源アレイ９のエミッタ電極１８及びゲート電極１６に印加する電圧に同期して変化させることにより、同一のセルから放出された電子ビームのターゲット部１４に対する入射位置を時間的に変化させることができる。以下にこれを説明する。   The voltage applied to the first horizontal deflection acceleration electrode 11a, the second horizontal deflection acceleration electrode 11b, the first vertical deflection acceleration electrode 12a, and the second vertical deflection acceleration electrode 12b is applied to the emitter electrode 18 and the gate of the field emission electron source array 9. By changing in synchronization with the voltage applied to the electrode 16, the incident position of the electron beam emitted from the same cell with respect to the target unit 14 can be temporally changed. This will be described below.

図７は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置において偏向加速電極８の作用を説明する図であり、（Ａ）はターゲット部１４に対する電子ビーム１０の衝突位置と偏向加速電極８とを示した平面図、（Ｂ）は電子ビーム１０の軌道をＹ軸と平行な方向に沿って見た側面図、（Ｃ）は電子ビーム１０の軌道をＸ軸と平行な方向に沿って見た側面図である。ここでは、偏向加速電極８として、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、電極部８ａのターゲット部１４に対向する面に第１水平偏向加速電極１１ａ及び第２水平偏向加速電極１１ｂが配置され、電界放出型電子源アレイ部１５に対向する面に第１垂直偏向加速電極１２ａ及び第２垂直偏向加速電極１２ｂが配置された偏向加速電極を用いる場合を説明する。図７（Ｂ）では、第１水平偏向加速電極１１ａを「Ｘ１」、第２水平偏向加速電極１１ｂを「Ｘ２」と表示し、図７（Ｃ）では、第１垂直偏向加速電極１２ａを「Ｙ１」、第２垂直偏向加速電極１２ｂを「Ｙ２」と表示している。図７（Ｂ）において、「Ｅ１」、「Ｅ２」は、Ｙ軸と平行なストライプ状の複数のエミッタ電極１８のうちの互いに隣り合う２つのエミッタ電極を示す。図７（Ｃ）において、「Ｇ１」、「Ｇ２」は、Ｘ軸と平行なストライプ状の複数のゲート電極１６のうちの互いに隣り合う２つのゲート電極を示す。   FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the deflection acceleration electrode 8 in the field emission electron source imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 7A shows the collision position and deflection of the electron beam 10 with respect to the target unit 14. A plan view showing the acceleration electrode 8, (B) is a side view of the trajectory of the electron beam 10 along a direction parallel to the Y axis, and (C) is a direction parallel to the X axis of the electron beam 10. It is the side view seen along. Here, as shown in FIGS. 6A and 6B, the first horizontal deflection acceleration electrode 11a and the second horizontal deflection acceleration electrode 11b are arranged on the surface of the electrode portion 8a facing the target portion 14 as the deflection acceleration electrode 8. A case will be described in which a deflection accelerating electrode in which the first vertical deflection accelerating electrode 12a and the second vertical deflection accelerating electrode 12b are arranged on the surface facing the field emission electron source array unit 15 is used. In FIG. 7B, the first horizontal deflection acceleration electrode 11a is indicated as “X1”, the second horizontal deflection acceleration electrode 11b is indicated as “X2”, and in FIG. 7C, the first vertical deflection acceleration electrode 12a is indicated as “X2.” Y1 ”and the second vertical deflection acceleration electrode 12b are indicated as“ Y2 ”. In FIG. 7B, “E1” and “E2” indicate two emitter electrodes adjacent to each other among the plurality of stripe-shaped emitter electrodes 18 parallel to the Y axis. In FIG. 7C, “G1” and “G2” indicate two adjacent gate electrodes among the plurality of stripe-shaped gate electrodes 16 parallel to the X axis.

図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、ある期間において各電極へ印加される電位波形を示したタイミングチャートである。図８Ａ〜図８Ｃにおいて、Ｇ１，Ｅ１，Ｅ２，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は、それぞれ同じ符号が付された図７に示した電極への電位波形を示している。ここでは、複数のゲート電極１６のうちゲート電極Ｇ１が選択されて、このゲート電極Ｇ１の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）よりも高い中位（例えば６０Ｖ）に維持される場合を説明する。横軸は時間軸であり、時間が経過するにしたがって各電極に印加される電位波形は図示したように変化する。   8A, 8B, and 8C are timing charts showing potential waveforms applied to the respective electrodes in a certain period. 8A to 8C, G1, E1, E2, X1, X2, Y1, and Y2 indicate potential waveforms to the electrodes shown in FIG. Here, a case will be described in which the gate electrode G1 is selected from the plurality of gate electrodes 16 and the potential of the gate electrode G1 is maintained at a middle level (for example, 60 V) higher than the reference potential (for example, 30 V). The horizontal axis is a time axis, and the potential waveform applied to each electrode changes as shown in the figure as time passes.

図８Ａでは、ゲート電極Ｇ１に中位の電位が印加され、且つ、第１垂直偏向加速電極Ｙ１に第２垂直偏向加速電極Ｙ２よりも相対的に高電位が印加されている。この状態において、時刻ＴA1にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）すると、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ１との交点に位置するセルから電子ビーム１０が放出される。第１垂直偏向加速電極Ｙ１には第２垂直偏向加速電極Ｙ２よりも相対的に高電位が印加されているので、図７（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＹ軸の正の方向に偏向されて、軌道ＬAに沿って進む。この状態において、時刻ＴA1，ＴA2，ＴA3へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道は軌道Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3へと変化する。 In FIG. 8A, a middle potential is applied to the gate electrode G1, and a relatively higher potential is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 than to the second vertical deflection acceleration electrode Y2. In this state, when the potential of the emitter electrode E1 decreases (eg, 0 V) from the reference potential (eg, 30 V) at time T A1, the electron beam 10 is emitted from the cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E1. The Since a higher potential is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 than to the second vertical deflection acceleration electrode Y2, as shown in FIG. It is deflected in the positive direction of the Y axis in the vicinity of the deflecting accelerating electrode 8, the process proceeds along a trajectory L a. In this state, the potential applied to the first horizontal deflection accelerating electrode X1 gradually rises as time passes to the times T A1 , T A2 , T A3 and is applied to the second horizontal deflection accelerating electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. Is gradually deflected as time elapses, and its trajectory changes to trajectories L 1 , L 2 , and L 3 .

次に、ゲート電極Ｇ１、第１垂直偏向加速電極Ｙ１、第２垂直偏向加速電極Ｙ２の電位が上記のままで、時刻ＴA4にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位へ戻り、エミッタ電極Ｅ２の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）する。この結果、電子ビーム１０が放出されるセルは、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ２との交点に位置するセルへ変化する。この状態において、時刻ＴA4，ＴA5，ＴA6へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道はＬ4，Ｌ5，Ｌ6へと変化する。 Next, while the potentials of the gate electrode G1, the first vertical deflection acceleration electrode Y1, and the second vertical deflection acceleration electrode Y2 remain the same as described above, the potential of the emitter electrode E1 returns to the reference potential at the time T A4 , and the emitter electrode E2 The potential drops (for example, 0 V) from the reference potential (for example, 30 V). As a result, the cell from which the electron beam 10 is emitted changes to a cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E2. In this state, as time elapses at time T A4 , T A5 , T A6 , the potential applied to the first horizontal deflection acceleration electrode X1 gradually rises and is applied to the second horizontal deflection acceleration electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. As the time elapses, it is gradually deflected and its trajectory changes to L 4 , L 5 and L 6 .

以上の結果、図８Ａの時刻ＴA1からＴA6へと時間が経過するにしたがって、電子ビーム１０がターゲット部１４上に形成するスポットの位置は、Ｘ軸方向に図７（Ａ）に示すＰA1からＰA6へと移動する。このようにして、相対的に低電位を印加するエミッタ電極を順に切り替えて同様の動作を行うことで、ターゲット部１４上で電子ビーム１０のスポットを、Ｙ軸方向位置を一定にしたまま、Ｘ軸方向にターゲット部１４の一端から他端まで移動させることができる。かくして、Ｘ軸方向に沿った１ラインの走査が完了する。 As a result, as the time elapses from time T A1 to T A6 in FIG. 8A, the position of the spot formed on the target portion 14 by the electron beam 10 is P in the X-axis direction as shown in FIG. Move from A1 to P A6 . In this way, the emitter electrode to which a relatively low potential is applied is sequentially switched and the same operation is performed, so that the spot of the electron beam 10 on the target unit 14 is kept in the Y-axis direction position constant. The target portion 14 can be moved from one end to the other end in the axial direction. Thus, the scanning of one line along the X-axis direction is completed.

次いで、図８Ｂに示すように、ゲート電極Ｇ１の電位を上記のままで、第１垂直偏向加速電極Ｙ１及び第２垂直偏向加速電極Ｙ２に同電位が印加される。   Next, as shown in FIG. 8B, the same potential is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 and the second vertical deflection acceleration electrode Y2 while keeping the potential of the gate electrode G1 as described above.

この状態において、時刻ＴB1にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）すると、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ１との交点に位置するセルから電子ビーム１０が放出される。第１垂直偏向加速電極Ｙ１及び第２垂直偏向加速電極Ｙ２には同電位が印加されているので、図７（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍において偏向されることなく、軌道ＬBに沿って進む。この状態において、時刻ＴB1，ＴB2，ＴB3へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道は軌道Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3へと変化する。 In this state, when the potential of the emitter electrode E1 decreases (for example, 0 V) from the reference potential (for example, 30 V) at time T B1, the electron beam 10 is emitted from the cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E1. The Since the same potential is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 and the second vertical deflection acceleration electrode Y2, as shown in FIG. 7C, in the Y-axis direction, the electron beam 10 is deflected by the deflection acceleration electrode. The vehicle travels along the trajectory L B without being deflected in the vicinity of 8. In this state, the potential applied to the first horizontal deflection accelerating electrode X1 gradually rises as time passes to the times T B1 , T B2 , and T B3 , and is applied to the second horizontal deflection accelerating electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. As the time elapses, it is gradually deflected and its trajectory changes to trajectories L 1 , L 2 and L 3 .

次に、ゲート電極Ｇ１、第１垂直偏向加速電極Ｙ１、第２垂直偏向加速電極Ｙ２の電位が上記のままで、時刻ＴB4にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位へ戻り、エミッタ電極Ｅ２の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）する。この結果、電子ビーム１０が放出されるセルは、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ２との交点に位置するセルへ変化する。この状態において、時刻ＴB4，ＴB5，ＴB6へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道はＬ4，Ｌ5，Ｌ6へと変化する。 Next, with the potentials of the gate electrode G1, the first vertical deflection acceleration electrode Y1, and the second vertical deflection acceleration electrode Y2 remaining as described above, the potential of the emitter electrode E1 returns to the reference potential at time T B4 , and the emitter electrode E2 The potential drops (for example, 0 V) from the reference potential (for example, 30 V). As a result, the cell from which the electron beam 10 is emitted changes to a cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E2. In this state, as time passes to times T B4 , T B5 , and T B6 , the potential applied to the first horizontal deflection acceleration electrode X1 gradually rises and is applied to the second horizontal deflection acceleration electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. As the time elapses, it is gradually deflected and its trajectory changes to L 4 , L 5 and L 6 .

以上の結果、図８Ｂの時刻ＴB1からＴB6へと時間が経過するにしたがって、電子ビーム１０がターゲット部１４上に形成するスポットの位置は、Ｘ軸方向に移動する。このようにして、相対的に低電位を印加するエミッタ電極を順に切り替えて同様の動作を行うことで、ターゲット部１４上で電子ビーム１０のスポットを、Ｙ軸方向位置を一定にしたまま、Ｘ軸方向にターゲット部１４の一端から他端まで移動させることができる。かくして、Ｘ軸方向に沿った１ラインの走査が完了する。 As a result, the position of the spot formed on the target portion 14 by the electron beam 10 moves in the X-axis direction as time elapses from time T B1 to T B6 in FIG. 8B. In this way, the emitter electrode to which a relatively low potential is applied is sequentially switched and the same operation is performed, so that the spot of the electron beam 10 on the target unit 14 is kept in the Y-axis direction position constant. The target portion 14 can be moved from one end to the other end in the axial direction. Thus, the scanning of one line along the X-axis direction is completed.

次いで、図８Ｃに示すように、ゲート電極Ｇ１の電位を上記のままで、第１垂直偏向加速電極Ｙ１に第２垂直偏向加速電極Ｙ２よりも相対的に低電位が印加される。   Next, as shown in FIG. 8C, a potential lower than that of the second vertical deflection acceleration electrode Y2 is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 while keeping the potential of the gate electrode G1 as described above.

この状態において、時刻ＴC1にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）すると、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ１との交点に位置するセルから電子ビーム１０が放出される。第１垂直偏向加速電極Ｙ１には第２垂直偏向加速電極Ｙ２よりも相対的に低電位が印加されているので、図７（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＹ軸の負の方向に偏向されて、軌道ＬCに沿って進む。この状態において、時刻ＴC1，ＴC2，ＴC3へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道は軌道Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3へと変化する。 In this state, when the potential of the emitter electrode E1 drops (eg, 0 V) from the reference potential (eg, 30 V) at time T C1, the electron beam 10 is emitted from the cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E1. The Since a relatively lower potential is applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 than to the second vertical deflection acceleration electrode Y2, as shown in FIG. Then, it is deflected in the negative direction of the Y axis in the vicinity of the deflection accelerating electrode 8 and proceeds along the trajectory L C. In this state, the potential applied to the first horizontal deflection acceleration electrode X1 gradually rises as time elapses at times T C1 , T C2 , and T C3 , and is applied to the second horizontal deflection acceleration electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. Is gradually deflected as time elapses, and its trajectory changes to trajectories L 1 , L 2 , and L 3 .

次に、ゲート電極Ｇ１、第１垂直偏向加速電極Ｙ１、第２垂直偏向加速電極Ｙ２の電位が上記のままで、時刻ＴC4にてエミッタ電極Ｅ１の電位が基準電位へ戻り、エミッタ電極Ｅ２の電位が基準電位（例えば３０Ｖ）から低下（例えば０Ｖ）する。この結果、電子ビーム１０が放出されるセルは、ゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ２との交点に位置するセルへ変化する。この状態において、時刻ＴC4，ＴC5，ＴC6へと時間が経過するにしたがって、第１水平偏向加速電極Ｘ１に印加される電位は徐々に上昇し、第２水平偏向加速電極Ｘ２に印加される電位は徐々に減少するので、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向には、電子ビーム１０は、偏向加速電極８の近傍においてＸ軸の負の側から正の側へと時間が経過するにしたがって徐々に偏向されて、その軌道はＬ4，Ｌ5，Ｌ6へと変化する。 Next, the potential of the emitter electrode E1 returns to the reference potential at the time T C4 while the potentials of the gate electrode G1, the first vertical deflection acceleration electrode Y1, and the second vertical deflection acceleration electrode Y2 remain as described above, and the emitter electrode E2 The potential drops (for example, 0 V) from the reference potential (for example, 30 V). As a result, the cell from which the electron beam 10 is emitted changes to a cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E2. In this state, as time passes to times T C4 , T C5 , T C6 , the potential applied to the first horizontal deflection acceleration electrode X1 gradually rises and is applied to the second horizontal deflection acceleration electrode X2. As shown in FIG. 7B, in the X-axis direction, the electron beam 10 takes time from the negative side of the X-axis to the positive side in the vicinity of the deflection acceleration electrode 8 as shown in FIG. As the time elapses, it is gradually deflected and its trajectory changes to L 4 , L 5 and L 6 .

以上の結果、図８Ｃの時刻ＴC1からＴC6へと時間が経過するにしたがって、電子ビーム１０がターゲット部１４上に形成するスポットの位置は、Ｘ軸方向に移動する。このようにして、相対的に低電位を印加するエミッタ電極を順に切り替えて同様の動作を行うことで、ターゲット部１４上で電子ビーム１０のスポットを、Ｙ軸方向位置を一定にしたまま、Ｘ軸方向にターゲット部１４の一端から他端まで移動させることができる。かくして、Ｘ軸方向に沿った１ラインの走査が完了する。 As a result, as the time elapses from time T C1 to T C6 in FIG. 8C, the position of the spot formed by the electron beam 10 on the target portion 14 moves in the X-axis direction. In this way, the emitter electrode to which a relatively low potential is applied is sequentially switched and the same operation is performed, so that the spot of the electron beam 10 on the target unit 14 is kept in the Y-axis direction position constant. The target portion 14 can be moved from one end to the other end in the axial direction. Thus, the scanning of one line along the X-axis direction is completed.

以上のようにしてゲート電極Ｇ１を選択した場合の走査が終了する。その後、ゲート電極Ｇ１とＹ軸方向に隣り合うゲート電極Ｇ２を選択して、上記と同様の走査を行う。これを、全てのゲート電極１８についてＹ軸方向に順に行うことで１フィールドの走査が完了する。   The scanning when the gate electrode G1 is selected as described above is completed. Thereafter, the gate electrode G2 and the gate electrode G2 adjacent in the Y-axis direction are selected, and scanning similar to the above is performed. This is sequentially performed for all the gate electrodes 18 in the Y-axis direction, thereby completing one field scan.

このように、本実施の形態では、１つのセルから放出された電子ビーム１０を偏向加速電極８を用いてＸ軸方向及びＹ軸方向に偏向することにより、電界放出型電子源アレイ部１５の実際のセルの配置よりも高密度にターゲット部１４を電子ビーム１０で走査することができる。   As described above, in the present embodiment, the electron beam 10 emitted from one cell is deflected in the X-axis direction and the Y-axis direction using the deflection acceleration electrode 8, so that the field emission type electron source array unit 15 The target unit 14 can be scanned with the electron beam 10 at a higher density than the actual cell arrangement.

例えば、図８Ａにおいてゲート電極Ｇ１とエミッタ電極Ｅ１との交点に位置するセルから電子ビームが放出されている場合において、時刻ＴA1，ＴA2，ＴA3において陽極電極２から出力される電気信号をサンプリングする。即ち、時間が経過するにしたがって電子ビーム１０のターゲット部１４に対する入射位置をＸ軸方向に移動させながら、１つのセルに対してＸ軸方向に異なる３地点で蓄積電荷を検出する。したがって、１つのセルに対してＸ軸方向に１地点で蓄積電荷を検出していた従来の撮像装置に比べて、本実施の形態によればＸ軸方向の解像度を３倍に向上させることができる。なお、１つのセルに対してサンプリングを行う回数は３回に限定されない。サンプリングのタイミングを変えることにより、２回にしても良いし、４回以上にしても良い。 For example, when an electron beam is emitted from a cell located at the intersection of the gate electrode G1 and the emitter electrode E1 in FIG. 8A, an electrical signal output from the anode electrode 2 at times T A1 , T A2 , T A3 is shown. Sampling. That is, the accumulated charge is detected at three different points in the X-axis direction for one cell while moving the incident position of the electron beam 10 with respect to the target unit 14 in the X-axis direction as time elapses. Therefore, according to the present embodiment, the resolution in the X-axis direction can be improved three times as compared with a conventional imaging device that detects accumulated charges at one point in the X-axis direction for one cell. it can. Note that the number of times of sampling for one cell is not limited to three. By changing the sampling timing, it may be twice or more than four times.

また、例えば、ゲート電極Ｇ１上に位置するセルから電子ビームが放出されている場合において、第１垂直偏向加速電極Ｙ１及び第２垂直偏向加速電極Ｙ２に印加する電位を図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃのように３通りに変化させる。即ち、電子ビーム１０のターゲット部１４に対する入射位置をＹ軸方向に移動させて、１つのゲート電極１６に対してＹ軸方向位置が異なる３ラインでターゲット部１４を走査する。したがって、１つのゲート電極１６に対して１ラインの走査を行っていた従来の撮像装置に比べて、本実施の形態によればＹ軸方向の解像度を３倍に向上させることができる。なお、１つのゲート電極１６に対して走査を行うライン数は３に限定されない。第１垂直偏向加速電極Ｙ１及び第２垂直偏向加速電極Ｙ２に印加する電位の組み合わせを変えることにより、２にしても良いし、４以上にしても良い。   Further, for example, when an electron beam is emitted from a cell located on the gate electrode G1, the potentials applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 and the second vertical deflection acceleration electrode Y2 are shown in FIGS. Change in 3 ways like 8C. That is, the incident position of the electron beam 10 with respect to the target unit 14 is moved in the Y-axis direction, and the target unit 14 is scanned with three lines having different Y-axis direction positions with respect to one gate electrode 16. Therefore, the resolution in the Y-axis direction can be improved by a factor of three according to the present embodiment, as compared with the conventional imaging device in which one gate scan is performed for one gate electrode 16. Note that the number of lines for scanning one gate electrode 16 is not limited to three. By changing the combination of potentials applied to the first vertical deflection acceleration electrode Y1 and the second vertical deflection acceleration electrode Y2, it may be 2 or 4 or more.

以上の結果、本実施の形態によれば、電界放出型電子源アレイ部１５の実際のセルの数以上に実質的な画素数を増加させることができる。従って、ターゲット部１４から取り出される映像信号の実質的な映像周波数が高められるので、高解像度の画像を撮影することができる。また、同じ電界放出型電子源アレイ部１５を用いながら、サンプリング周波数や偏向加速電極８に印加する電圧を変えることで、得られる画像の解像度を自由に設定することが可能である。   As a result, according to the present embodiment, the number of pixels can be increased substantially more than the actual number of cells in the field emission electron source array unit 15. Accordingly, since the substantial video frequency of the video signal taken out from the target unit 14 is increased, a high-resolution image can be taken. Further, the resolution of the obtained image can be freely set by changing the sampling frequency and the voltage applied to the deflection accelerating electrode 8 while using the same field emission electron source array unit 15.

更に、高解像度画像を得るために個々のセルを小さくする必要がないので、高解像度化してもターゲット部１４に蓄積された電荷を読み出すのに必要な電子ビーム電流量を確保することができる。   Furthermore, since it is not necessary to reduce the size of each cell in order to obtain a high-resolution image, it is possible to ensure the amount of electron beam current necessary for reading out the charges accumulated in the target unit 14 even when the resolution is increased.

上記の説明では、電子ビーム１０を偏向させるために真空容器内の電界放出型電子源アレイ部１５とターゲット部１４との間に偏向加速電極８を配置したが、電子ビーム１０を偏向させるための手段はこれに限定されない。例えば、図９に示すように真空容器外に配置した偏向磁界を発生させる偏向装置２３を用いることができる。図９において、２４は、ゲート電極１６に比べて相対的に高電位が印加されることにより電界放出型電子源アレイ部１５のセルから放出された電子ビームを加速する機能を有する加速電極である。加速電極２４には、偏向加速電極８と同様に電子ビームが通過する複数の電子ビーム通過孔がマトリクス状に配置されている。   In the above description, the deflection accelerating electrode 8 is arranged between the field emission electron source array unit 15 and the target unit 14 in the vacuum vessel in order to deflect the electron beam 10, but for deflecting the electron beam 10. The means is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a deflection device 23 that generates a deflection magnetic field arranged outside the vacuum vessel can be used. In FIG. 9, reference numeral 24 denotes an accelerating electrode having a function of accelerating an electron beam emitted from a cell of the field emission electron source array unit 15 by applying a relatively higher potential than the gate electrode 16. . In the acceleration electrode 24, a plurality of electron beam passage holes through which an electron beam passes are arranged in a matrix like the deflection acceleration electrode 8.

（実施の形態２）
本実施の形態２では、大画面化への適用例を説明する。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, an application example to increase the screen size will be described.

電界放出型電子源撮像装置の大画面化は、例えば入射光としてＸ線を用いる場合に必要となる。Ｘ線は光学レンズを用いて集束して光電変換膜上に結像させることができない。従って、例えばレントゲンに代表される医療用のＸ線による画像を電界放出型電子源撮像装置を用いて撮影する場合には、被写体（例えば人体）と同等の大きさの光電変換膜が必要である。その結果、光電変換膜に入射する電子ビームを放出する電界放出型電子源アレイもこれと同等の大きさが必要となる。   A large screen of the field emission type electron source imaging device is necessary, for example, when X-rays are used as incident light. X-rays cannot be focused using an optical lens and imaged on the photoelectric conversion film. Therefore, for example, when a medical X-ray image typified by X-rays is taken using a field emission electron source imaging device, a photoelectric conversion film having a size equivalent to that of a subject (for example, a human body) is required. . As a result, a field emission electron source array that emits an electron beam incident on the photoelectric conversion film is also required to have the same size.

しかしながら、殆どの電界放出型電子源アレイは半導体製造工程を用いて半導体基板（またはガラス基板）上に作られることが多い。従って、単一の半導体基板上に大面積の電界放出型電子源アレイを形成することは、設備の大型化と、これに伴う設備償却費の増大とを招き、コスト面において不利である。   However, most field emission electron source arrays are often made on a semiconductor substrate (or glass substrate) using a semiconductor manufacturing process. Therefore, forming a field emission electron source array having a large area on a single semiconductor substrate leads to an increase in equipment size and an increase in equipment depreciation costs, which is disadvantageous in terms of cost.

また、半導体基板上での単位面積あたりの欠陥発生率が一定であると仮定すれば、電界放出型電子源アレイを大画面化するために半導体基板を大きくすればするほど、１枚の半導体基板に発生する欠陥数は増大するので、電界放出型電子源アレイの良品率は加速度的に減少する。そのため、不良品の破棄による生産歩留まりの低下を招き、良品のコストが増大する。   Assuming that the defect occurrence rate per unit area on the semiconductor substrate is constant, the larger the semiconductor substrate is, the larger the field emission electron source array is. As the number of defects generated in the field increases, the yield rate of field emission electron source arrays decreases at an accelerated rate. Therefore, the production yield is reduced due to the discard of defective products, and the cost of non-defective products increases.

本実施の形態２はこのような問題を解決する。   The second embodiment solves such a problem.

図１０は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。図１１は本実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置の分解斜視図である。これらの図において、実施の形態１と同じ構成及び作用を有する部材には同一の符号を付してそれらについて説明を省略する。   FIG. 10 is a side sectional view of the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 11 is an exploded perspective view of the field emission type electron source imaging device according to the second embodiment. In these drawings, members having the same configuration and function as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施の形態２では、背面パネル５の内面上に、電界放出型電子源アレイ（図示を省略）がそれぞれ形成された４枚の半導体基板６ｓ，６ｔ，６ｕ，６ｖが並んで設置されており、４枚の半導体基板６ｓ，６ｔ，６ｕ，６ｖ上に、スペーサー部を一体に備える４つの偏向加速電極８ｓ，８ｔ，８ｕ，８ｖがそれぞれ設置固定されている。即ち、本実施の形態２では、電界放出型電子源アレイがそれぞれ個別に作成された４枚の半導体基板６ｓ，６ｔ，６ｕ，６ｖを繋ぎ合わせて大面積の電界放出型電子源アレイ部１５を構成している。図１１では、４つの偏向加速電極８ｓ，８ｔ，８ｕ，８ｖ、背面パネル５と側面外周器４とを接合するフリットガラス７ａ、側面外周器４と前面パネル１とを接合するインジウム等からなる金属リング７ｂの図示を省略している。また、図１０では半導体基板６ｕ，６ｖ及び偏向加速電極８ｕ，８ｖの図示を省略している。   In the second embodiment, four semiconductor substrates 6s, 6t, 6u, and 6v each having a field emission electron source array (not shown) formed on the inner surface of the back panel 5 are arranged side by side. On the four semiconductor substrates 6s, 6t, 6u, 6v, four deflection accelerating electrodes 8s, 8t, 8u, 8v, which are integrally provided with a spacer portion, are respectively installed and fixed. That is, in the second embodiment, the field emission electron source array unit 15 having a large area is formed by connecting the four semiconductor substrates 6s, 6t, 6u, and 6v on which the field emission electron source arrays are individually formed. It is composed. In FIG. 11, four deflection acceleration electrodes 8 s, 8 t, 8 u, 8 v, frit glass 7 a that joins the back panel 5 and the side peripheral device 4, metal made of indium or the like that joins the side peripheral device 4 and the front panel 1. Illustration of the ring 7b is omitted. In FIG. 10, the semiconductor substrates 6u and 6v and the deflection acceleration electrodes 8u and 8v are not shown.

一般に、電界放出型電子源アレイが形成された半導体基板を隣り合わせて配置すると、その境界においてセルが欠落してしまう。従って、該境界に対応する位置の画素が欠落した画像が撮影されてしまう。   Generally, when semiconductor substrates on which field emission electron source arrays are formed are arranged adjacent to each other, cells are lost at the boundaries. Therefore, an image in which the pixel at the position corresponding to the boundary is missing is captured.

図１２は、本実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置において、Ｘ軸方向に隣り合う半導体基板６ｓ，６ｔ間の境界近傍での電子ビーム１０の軌道を示した部分拡大側面断面図である。本実施の形態２では、ターゲット部１４を電子ビーム１０でＸ軸方向に走査する場合、隣り合う半導体基板６ｓ，６ｔの境界近傍において、偏向加速電極８ｓは軌道１０ｓで示すように電子ビームをＸ軸方向に境界の側（Ｘ軸の正の側）に偏向させ、偏向加速電極８ｔは軌道１０ｔで示すように電子ビームをＸ軸方向に境界の側（Ｘ軸の負の側）に偏向させる。これと同様に、Ｙ軸方向に隣り合う半導体基板の境界近傍でも、それぞれに対応する偏向加速電極は電子ビームをＹ軸方向に境界の側に偏向させる。   FIG. 12 is a partially enlarged side cross-sectional view showing the trajectory of the electron beam 10 in the vicinity of the boundary between the semiconductor substrates 6s and 6t adjacent in the X-axis direction in the field emission electron source imaging apparatus according to the second embodiment. It is. In the second embodiment, when the target portion 14 is scanned with the electron beam 10 in the X-axis direction, the deflection accelerating electrode 8s moves the electron beam X as indicated by the trajectory 10s in the vicinity of the boundary between the adjacent semiconductor substrates 6s and 6t. The deflection acceleration electrode 8t deflects the electron beam in the X-axis direction toward the boundary side (X-axis negative side) as indicated by the trajectory 10t. . Similarly, even in the vicinity of the boundary between adjacent semiconductor substrates in the Y-axis direction, the corresponding deflection acceleration electrode deflects the electron beam toward the boundary in the Y-axis direction.

この結果、電界放出型電子源アレイがそれぞれ形成された複数の半導体基板を同一平面上に並べて配置することにより、隣り合う半導体基板間の境界にセルが存在しない領域が発生しても、電子ビームをこの境界側に偏向させることで、画素の欠落（画像の切れ目）が実質的に目立たない画像を撮影することが可能になる。   As a result, by arranging a plurality of semiconductor substrates each having a field emission electron source array arranged side by side on the same plane, even if a region where no cell exists at the boundary between adjacent semiconductor substrates is generated, the electron beam By deviating to the boundary side, it becomes possible to capture an image in which missing pixels (cuts in the image) are substantially inconspicuous.

また、大画面化する場合には、背面パネル５上に搭載する半導体基板の数を増やせば足り、個々の半導体基板を大型化する必要はない。従って、歩留まりの良い低コストの半導体基板を用いることができる。よって、Ｘ線撮影などを行う場合に必要な大画面化と低コスト化とを実現できる。   Further, when the screen is enlarged, it is sufficient to increase the number of semiconductor substrates mounted on the back panel 5, and it is not necessary to increase the size of each semiconductor substrate. Therefore, a low-cost semiconductor substrate with a high yield can be used. Therefore, it is possible to realize a large screen and cost reduction necessary for X-ray imaging and the like.

以上のように、本実施の形態２によれば、撮影画像の劣化を招くことなく、大画面化と低コスト化とを両立させることができる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to achieve both the enlargement of the screen and the reduction in cost without causing deterioration of the captured image.

図１０及び図１１では、４枚の半導体基板６ｓ，６ｔ，６ｕ，６ｖを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、使用する半導体基板の数は必要なターゲット部１４の大きさ等を考慮して適宜変更することができる。   10 and 11 show an example in which four semiconductor substrates 6s, 6t, 6u, and 6v are used. However, the present invention is not limited to this, and the number of semiconductor substrates to be used depends on the size of the required target portion 14. It can be appropriately changed in consideration of the above.

上記のように電界放出型電子源アレイがそれぞれ形成された複数の半導体基板を用いて電界放出型電子源撮像装置を大画面化する場合、出力される映像信号の雑音特性を良好にする等の目的で、ターゲット部も複数に分割することが好ましい場合がある。   When the field emission electron source imaging device is enlarged using a plurality of semiconductor substrates each having a field emission electron source array as described above, the noise characteristics of the output video signal are improved. For the purpose, it may be preferable to divide the target portion into a plurality.

この場合、複数の半導体基板の配置及び分割された複数のターゲット領域の配置によってはアセンブリー誤差などの問題が生じる可能性がある。   In this case, a problem such as an assembly error may occur depending on the arrangement of the plurality of semiconductor substrates and the arrangement of the plurality of divided target regions.

この問題を解消するためには、映像信号の読み出しを以下のように行うことが好ましい。   In order to solve this problem, it is preferable to read the video signal as follows.

例えば、図１３に示すように、２枚の半導体基板６ａ，６ｂをＹ軸方向に並べ、ターゲット部１４としてＹ軸方向に３分割された３つのターゲット領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成する。   For example, as shown in FIG. 13, two semiconductor substrates 6a and 6b are arranged in the Y-axis direction, and three target regions 14a, 14b, and 14c that are divided into three in the Y-axis direction are formed as target portions 14.

そして、半導体基板６ａ，６ｂ上のセルから放出された電子ビームでターゲット領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを図１３の紙面の上から下に、Ｘ軸に平行なラインＬa1，Ｌa2，Ｌa3，Ｌa4，Ｌb1，Ｌb2，Ｌb3，Ｌb4に沿って順次走査する。ここで、ラインＬa1，Ｌa2，Ｌa3，Ｌa4を走査する電子ビームは半導体基板６ａ上のセルから放出され、ラインＬb1，Ｌb2，Ｌb3，Ｌb4を走査する電子ビームは半導体基板６ｂ上のセルから放出される。この走査では、電子ビームを上述した手法により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に偏向させる。 Then, the target regions 14a, 14b, 14c are moved from the top to the bottom of the paper surface of FIG. 13 by the electron beams emitted from the cells on the semiconductor substrates 6a, 6b, and the lines La1 , La2 , La3 , Scan sequentially along L a4 , L b1 , L b2 , L b3 , and L b4 . Here, the electron beams that scan the lines L a1 , L a2 , L a3 , and L a4 are emitted from the cells on the semiconductor substrate 6a, and the electron beams that scan the lines L b1 , L b2 , L b3 , and L b4 are semiconductors. Released from the cell on the substrate 6b. In this scanning, the electron beam is deflected in the X-axis direction and the Y-axis direction by the method described above.

ターゲット領域１４ａの上端近傍をラインＬa1に沿って走査する場合、及び、ターゲット領域１４ａのＹ軸方向の中央近傍をラインＬa2に沿って走査する場合には、ターゲット領域１４ａから映像信号を得る。 When the vicinity of the upper end of the target area 14a is scanned along the line La1 , and when the vicinity of the center of the target area 14a in the Y-axis direction is scanned along the line La2 , a video signal is obtained from the target area 14a. .

ターゲット領域１４ａとターゲット領域１４ｂとの境界近傍をラインＬa3に沿って走査する場合には、ターゲット領域１４ａ及びターゲット領域１４ｂから映像信号を得る。 When the vicinity of the boundary between the target area 14a and the target area 14b is scanned along the line La3 , a video signal is obtained from the target area 14a and the target area 14b.

ターゲット領域１４ｂのＹ軸方向の中央近傍をラインＬa4，Ｌb1に沿って走査する場合には、ターゲット領域１４ｂから映像信号を得る。 When the vicinity of the center of the target area 14b in the Y-axis direction is scanned along the lines L a4 and L b1 , a video signal is obtained from the target area 14b.

ターゲット領域１４ｂとターゲット領域１４ｃとの境界近傍をラインＬb2に沿って走査する場合には、ターゲット領域１４ｂ及びターゲット領域１４ｃから映像信号を得る。 When the vicinity of the boundary between the target area 14b and the target area 14c is scanned along the line Lb2 , video signals are obtained from the target area 14b and the target area 14c.

ターゲット領域１４ｃのＹ軸方向の中央近傍をラインＬb3に沿って走査する場合、及び、ターゲット領域１４ｃの下端近傍をラインＬb4に沿って走査する場合には、ターゲット領域１４ｃから映像信号を得る。 When the vicinity of the center of the target area 14c in the Y-axis direction is scanned along the line Lb3 , and when the vicinity of the lower end of the target area 14c is scanned along the line Lb4 , a video signal is obtained from the target area 14c. .

このように、走査するラインの位置に応じて映像信号の読み出しを行うターゲット領域を変え、隣り合うターゲット領域間の境界近傍に沿って走査する場合には、この隣り合うターゲット領域の両方から映像信号を得ることにより、複数の半導体基板と複数のターゲット領域とのＸＹ面内でのアセンブリー誤差（特にＺ軸回りの回転誤差）がたとえ生じても、映像信号の読み出しを何らの問題なく行うことが出来る。   As described above, when the target area from which the video signal is read is changed in accordance with the position of the scanning line and scanning is performed along the vicinity of the boundary between the adjacent target areas, the video signal is received from both of the adjacent target areas. Thus, even if an assembly error (especially a rotation error around the Z axis) occurs in the XY plane between the plurality of semiconductor substrates and the plurality of target regions, the video signal can be read without any problem. I can do it.

上述した実施の形態１，２では、先端が先鋭な冷陰極素子が形成され、その周りに絶縁層及びこの絶縁層上にゲート電極が形成され、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）型の電界放出型電子源を備えた電界放出型電子源撮像装置を説明したが、本発明の電界放出型電子源撮像装置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備えた電界放出型電子源撮像装置であっても良い。   In the first and second embodiments described above, a cold cathode element having a sharp tip is formed, an insulating layer and a gate electrode are formed around the cold cathode element, and a voltage is applied between the cold cathode element and the gate electrode. The field emission type electron source imaging device provided with the Spindt type field emission electron source that emits electrons from the tip of the cold cathode device by applying is described, but the field emission type electron source imaging device of the present invention is It is not limited to this. For example, an MIM (Metal Insulator Metal) type in which an insulating layer is formed between a cathode electrode and a gate electrode and a voltage is applied to the insulating layer to emit electrons by a tunnel effect, and a minute amount is formed between the cathode electrode and the emitter electrode. An SCE (Surface Conduction Electron Source) type that emits electrons from a minute gap by applying a voltage between these electrodes, or a carbon-based material such as DLC (Diamond Like Carbon) or CNT (Carbon Nanotube) as an electron source A field emission type electron source imaging device provided with a field emission type electron source using the above may be used.

ＣＮＴ等の炭素系材料を用いた電界放出型電子源の一例を図１４に示す。   An example of a field emission electron source using a carbon-based material such as CNT is shown in FIG.

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Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリックス状に配置されている。Ｙ軸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、Ｘ軸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１０が放出される。   A CNT layer 59 made of an infinite number of carbon nanotubes (CNT) is formed on the substrate. A focusing electrode 60 is formed so as to surround the CNT layer 59. A gate electrode 61 for extracting electrons from the CNT layer 59 is formed above the CNT layer 59. An infinite number of electron beam passage holes are formed in the gate electrode 61. The planar view shape of the cell made of carbon nanotubes is a quadrangle. A plurality of cells are arranged in a matrix in the X-axis direction and the Y-axis direction. A plurality of cells arranged in the Y-axis direction are electrically connected to each other to form an emitter line. The gate electrode 61 is disposed on a plurality of cells arranged in the X-axis direction to form a gate line. By selecting one of the plurality of emitter lines and one of the plurality of gate lines, the electron beam 10 is emitted from the cell located at the intersection of the selected emitter line and gate line.

本発明によれば、電界放出型電子源を用いた電界放出型電子源撮像装置の高精細化及び大面積化を達成することができるので、その工業的意味は大きく、広範囲に利用することができる。   According to the present invention, it is possible to achieve high definition and large area of a field emission electron source imaging device using a field emission electron source, so that its industrial significance is great and can be used widely. it can.

図１は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置に搭載される電界放出型電子源アレイの側面断面図である。FIG. 3 is a side sectional view of a field emission electron source array mounted on the field emission electron source imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置に搭載される偏向加速電極の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a deflection acceleration electrode mounted on the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 図５は、本発明の実施の形態１に係る偏向加速電極の電極部の一例の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of an example of the electrode portion of the deflection acceleration electrode according to Embodiment 1 of the present invention. 図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る偏向加速電極の電極部の別の例の第１面の斜視図である。FIG. 6A is a perspective view of the first surface of another example of the electrode portion of the deflection acceleration electrode according to Embodiment 1 of the present invention. 図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る偏向加速電極の電極部の別の例の第２面の斜視図である。FIG. 6B is a perspective view of the second surface of another example of the electrode portion of the deflection acceleration electrode according to Embodiment 1 of the present invention. 図７は、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置において偏向加速電極の作用を説明する図であり、（Ａ）はターゲット部に対する電子ビームの衝突位置と偏向加速電極とを示した平面図、（Ｂ）は電子ビーム軌道をＹ軸と平行な方向に沿って見た側面図、（Ｃ）は電子ビーム軌道をＸ軸と平行な方向に沿って見た側面図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the action of the deflection acceleration electrode in the field emission electron source imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 7A shows the collision position of the electron beam with respect to the target portion, the deflection acceleration electrode, (B) is a side view of the electron beam trajectory viewed along the direction parallel to the Y axis, and (C) is a side view of the electron beam trajectory viewed along the direction parallel to the X axis. is there. 図８Ａは、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置において、偏向加速電極によって電子ビームをＹ軸の正の方向に偏向させる場合の各電極へ印加される電位波形を示したタイミングチャートである。FIG. 8A shows a potential waveform applied to each electrode when the electron beam is deflected in the positive direction of the Y axis by the deflection acceleration electrode in the field emission type electron source imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is a timing chart. 図８Ｂは、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置において、偏向加速電極によって電子ビームをＹ軸方向に偏向させない場合の各電極へ印加される電位波形を示したタイミングチャートである。FIG. 8B is a timing chart showing a potential waveform applied to each electrode when the electron beam is not deflected in the Y-axis direction by the deflection acceleration electrode in the field emission electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. It is. 図８Ｃは、本発明の実施の形態１に係る電界放出型電子源撮像装置において、偏向加速電極によって電子ビームをＹ軸の負の方向に偏向させる場合の各電極へ印加される電位波形を示したタイミングチャートである。FIG. 8C shows a potential waveform applied to each electrode when the electron beam is deflected in the negative direction of the Y axis by the deflection acceleration electrode in the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a timing chart. 図９は、本発明の実施の形態１に係る別の電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。FIG. 9 is a side sectional view of another field emission type electron source imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 図１０は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。FIG. 10 is a side sectional view of the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. 図１１は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置の分解斜視図である。FIG. 11 is an exploded perspective view of a field emission type electron source imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 図１２は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置において、隣り合う半導体基板間の境界近傍での電子ビーム軌道を示した部分拡大側面断面図である。FIG. 12 is a partially enlarged side cross-sectional view showing an electron beam trajectory in the vicinity of the boundary between adjacent semiconductor substrates in the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. 図１３は、本発明の実施の形態２に係る電界放出型電子源撮像装置において、複数の半導体基板及び複数のターゲット領域の配置の一例を示した平面図である。FIG. 13 is a plan view showing an example of the arrangement of a plurality of semiconductor substrates and a plurality of target regions in the field emission type electron source imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. 図１４は、本発明に係る電界放出型電子源撮像装置に搭載される別の電界放出型電子源アレイの側面断面図である。FIG. 14 is a side sectional view of another field emission type electron source array mounted on the field emission type electron source imaging device according to the present invention. 図１５は、従来の電界放出型電子源撮像装置の側面断面図である。FIG. 15 is a side sectional view of a conventional field emission type electron source imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

１ 前面パネル
２ 陽極電極
３ 光電変換膜
４ 側面外周器
５ 背面パネル
６，６ａ，６ｂ，６ｓ，６ｔ，６ｕ，６ｖ 半導体基板（電界放出型電子源アレイ基板）
７ 真空封着材
７ａ フリットガラス
７ｂ 金属リング
８，８ｓ，８ｔ，８ｕ，８ｖ 偏向加速電極
８ａ 電極部
８ａ1 第１電極板
８ａ2 第２電極板
８ｂ スペーサ部
９ 電界放出型電子源アレイ
１０ 電子ビーム
１１ａ 第１水平偏向加速電極
１１ｂ 第２水平偏向加速電極
１２ａ 第１垂直偏向加速電極
１２ｂ 第２垂直偏向加速電極
１４ ターゲット部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ターゲット領域
１５ 電界放出型電子源アレイ部
１６ ゲート電極
１７ 絶縁層
１８ エミッタ電極
１９ 冷陰極素子
２３ 偏向装置
２４ 加速電極
４３ 電極
５９ ＣＮＴ層
６０ 集束電極
６１ ゲート電極
８０ 電子ビーム通過孔
１１１ 入射光
１１２ 光電変換膜
１１３ 透光性導電膜
１１４ ターゲット部
１１５ 前面パネル
１１６ 側面外周器
１１７ 背面パネル
１１８ 真空容器
１１９，１３３ 封着材料
１２０ メッシュ電極
１２４ 冷陰極素子
１２５ エミッタ電極
１２６ 絶縁層
１２８ ゲート電極
１２９ 電界放出型電子源アレイ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Front panel 2 Anode electrode 3 Photoelectric conversion film 4 Side surface outer peripheral device 5 Back panel 6, 6a, 6b, 6s, 6t, 6u, 6v Semiconductor substrate (field emission type electron source array substrate)
7 vacuum sealing material 7a frit glass 7b metal ring 8, 8s, 8t, 8u, 8v deflection acceleration electrode 8a electrode part 8a 1 first electrode plate 8a 2 second electrode plate 8b spacer part 9 field emission electron source array 10 electron Beam 11a First horizontal deflection acceleration electrode 11b Second horizontal deflection acceleration electrode 12a First vertical deflection acceleration electrode 12b Second vertical deflection acceleration electrode 14 Target portions 14a, 14b, 14c Target region 15 Field emission electron source array portion 16 Gate electrode 17 Insulating layer 18 Emitter electrode 19 Cold cathode element 23 Deflector 24 Accelerating electrode 43 Electrode 59 CNT layer 60 Focusing electrode 61 Gate electrode 80 Electron beam passage hole 111 Incident light 112 Photoelectric conversion film 113 Translucent conductive film 114 Target part 115 Front surface Panel 116 Side surface peripheral device 117 Rear panel 118 Vacuum vessel 119, 133 Chakuzairyo 120 mesh electrode 124 cold cathode elements 125 emitter electrode 126 insulating layer 128 gate electrode 129 field emission array portion

Claims (3)

複数の電子源セルが配置された電界放出型電子源アレイ部と、前記電界放出型電子源アレイ部に対向して配置され、入射光を電気信号に変換する光電変換膜を含むターゲット部とを備え、前記電子源セルから放出された電子ビームが前記ターゲット部に入射して前記ターゲット部に蓄積された電荷に応じた電気信号が映像信号として取り出される電界放出型電子源撮像装置であって、
前記ターゲット部から取り出される前記映像信号の実質的な映像周波数が高められるように、前記電子ビームの前記ターゲット部に対する入射位置を時間の経過とともに変化させることを特徴とする電界放出型電子源撮像装置。 A field emission electron source array section in which a plurality of electron source cells are disposed; and a target section including a photoelectric conversion film that is disposed opposite to the field emission electron source array section and converts incident light into an electrical signal. A field emission type electron source imaging device in which an electron beam emitted from the electron source cell is incident on the target unit and an electric signal corresponding to the charge accumulated in the target unit is extracted as a video signal;
A field emission electron source imaging apparatus, wherein an incident position of the electron beam with respect to the target unit is changed with time so that a substantial video frequency of the video signal extracted from the target unit is increased. . 更に、前記電界放出型電子源アレイ部と前記ターゲット部との間に、前記電子源セルから放出された前記電子ビームを偏向させ且つ加速する機能を有する偏向加速電極を備える請求項１に記載の電界放出型電子源撮像装置。   2. The deflecting acceleration electrode according to claim 1, further comprising a deflection accelerating electrode having a function of deflecting and accelerating the electron beam emitted from the electron source cell between the field emission electron source array unit and the target unit. Field emission electron source imaging device. 前記電界放出型電子源アレイ部が、同一平面上に並べて配置された複数の電界放出型電子源アレイ基板からなる請求項１に記載の電界放出型電子源撮像装置。   The field emission electron source imaging device according to claim 1, wherein the field emission electron source array section includes a plurality of field emission electron source array substrates arranged side by side on the same plane.
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