フラットパネルディスプレイ用の微少な電界放出装置
電子エミッタを備える装置を形成する装置及び方法。本方法は、束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップを含む。コーティング物質は、前記物質が除去された前記第１の面上に堆積される。本方法はまた、束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１月８日に出願された出願番号第１０／７５４，３６５番の一部継続出願、及び２００４年２月９日に出願された出願番号第１０／７７５，７９３番の一部継続出願であり、これらすべては共有され、すべての目的のために参照によって本明細書に組込まれる。
【０００２】
本発明は、概電界放出装置に関し、より詳細には、電子エミッタアレイを備える電界放出装置の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電界放出装置は、一般に、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、イオン銃、電子線リソグラフィ、高エネルギー加速器、自由電子レーザー、電子顕微鏡、及びその他同種のもの等の様々な適用例で見出される。典型的な電界放出装置は、カソードと、複数の電界エミッタ先端と、エミッタ先端に近接した間隔で配置されたグリッドと、カソードからいっそう離れて配置されたアノードとを備える。電圧は、グリッドを通じて、先端からアノードへ向かっての電子の放出を引き起こす。
【０００４】
図１は、電子を放出するためのエミッタ１０２、エミッタ１０２から生成された電子の量をコントロールするためのゲート電極１０４、及びゲート電極１０４上に位置したアノード１０６を備える従来の三極管型電界放出装置１００の概略図である。トランジスタのゲート電極１１０に印加された電圧に依存する電流が、ソース電極１０８からエミッタ１０２に選択的に印加される。エミッタ１０２から電子を放出するための高電圧が、ゲート電極１０４に印加される。
【０００５】
カソードの材料特性は性能を予測する際に重要である。カソード材料は、典型的に、Ｍｏ等の金属、又はＳｉ等の半導体である。金属及び半導体材料については、放出に必要な制御電圧は比較的高い。高い制御電圧は、カソード先端でのイオン衝撃及び表面拡散によるダメージを増大させ、要求される放出電流密度を生成するための高い出力密度を必要とする。均一な鋭い先端の製作、特に広い領域にわたっての製作は、これまで、困難で、退屈で、そして高価であった。
【０００６】
ナノスケール導体として知られている別のタイプのエミッタが、近年、将来的に有用な電子電界エミッタとして出現してきた。ナノスケール導体は、極めて小さな伝導性のナノチューブ（中空）又はナノワイヤー（中実）である。典型的に、ナノスケール導体は、電界放出装置に容易に又は都合良く組み入れられない、ランダムな方向を向いた針状又はスパゲッティ状のパウダーの形態で成長する。このランダムな構成により、電子の放出特性が完全には利用又は最適化されない。多くのナノスケール導体先端は塊の中に埋められているであろう。
【０００７】
従って、電界放出装置で使用されるエミッタを形成する改善された方法が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電界放出装置のための電子エミッタを製造する方法、及び該方法によって製造された、フラットパネルディスプレイ等で使用される電界放出装置を提供する。
【０００９】
本発明の一実施の態様では、電子エミッタを備える装置の形成方法が提供される。この方法は、束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップを含む。コーティング物質は、前記物質が除去された前記第１の面上に堆積される。この方法はまた、束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップを含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、電界放出装置が提供される。この電界放出装置は、束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップとによって形成されるカソード板を備える。この電界放出装置はまた、堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を提供するステップと、前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、前記誘電体スペーサの選択的な領域をエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップとによって形成されるアノード板を備える。この電界放出装置はまた、前記カソード板の前記第２の面上、又は前記アノード板の前記スペーサ層の先端上の何れかに製作された、パターニングされたゲート電極層を備えることができる。前記アノード板及び前記カソード板は、エッチングされた前記選択的な領域に前記露出されたコーティング物質を整列させて一体に形成される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、エミッタを備える装置の形成方法が提供される。この方法は、各々が第１の端部及び第２の端部を有するファイバーセグメントのシートを準備するステップと、前記ファイバーセグメントの前記第１の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第１の端部と反応させて、前記第１の端部から物質を除去するステップと、前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、コーティングされた前記第１の端部上に誘電体層を堆積させ、該誘電体層上に基板を取り付けるステップと、前記ファイバーセグメントの前記第２の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第２の端部と反応させて、前記第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと、有色の蛍光体を包含するチャンバを備えるアノード板を準備するステップと、前記カソード板の前記第２の面上、又は前記アノード板の前記スペーサ層の先端上の何れかに、ゲート電極層を製作するステップと、前記チャンバを前記露出されたコーティング物質と整列させて電界放出装置を形成するステップとを含む。
【００１２】
工程が単純で複雑ではないため、本発明に係る電界エミッタの製造工程は、従来技術に係るエミッタ製造工程よりも容易である。本発明に係る工程は、エミッタ形成用の如何なる構造の個別のパターニングをも必要としない。
【００１３】
クリーンルーム又は他の特別な装置は製造工程において必要ではない。さらに、本発明に係る工程は、特に、７０インチ×７０インチ級又はより大きな電界エミッタアレイ等の大きな一片の電界エミッタアレイの製造に適している。
【００１４】
発明の範囲は請求項によって定められ、それは参照によってこのセクションに組み入れられる。本発明の実施の形態のより完全な理解は、その更なる利点の理解に加えて、複数の実施の形態の以下の詳細な説明の考察によって、当業者に与えられるであろう。最初に簡潔に記述される添付の図面に参照がなされるであろう。
【００１５】
本発明の実施の形態及びそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解される。複数の図面中で示された類似の構成要素を識別するために、類似の参照番号が用いられていることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係る電子エミッタアレイの形成工程２００を説明するフローチャートである。工程２００は、ガラス（ＳｉＯ２）又はプラスチック等により製造された円筒状の棒又はファイバーなどの、円筒状部材の束の形成又は提供を含む（ｓ２０２）。円筒状部材の束は、円筒状部材セグメントの一枚又は複数枚のシートに切断又はスライスされる（ｓ２０４）、シートはそれぞれ第１の面及び第２の面を有する。
【００１７】
各シート中の各々の円筒状部材セグメントの端部は、滑らかな端部を形成するために研磨されることができる（ｓ２０６）。一実施の形態では、シートの面を、平らな表面から、より丸い又はカーブした表面に変化する表面に形成するために、シートの片側又は両側の面の研磨を、工程２００はさらに含んでいてもよい。
【００１８】
シートの第１の面内の各部材セグメントの端部はエッチングされて、エッチングされた又はモディファイされた端部を形成する（ｓ２０８）。一実施の形態では、円筒状部材セグメントの各シートの第１の面は、液体バス（ｌｉｑｕｉｄ ｂａｔｈ）又は液体スプレーの形態で反応性溶液にさらされる。一実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第１の面は、少なくとも部分的に、エッチング液を含む液体バスへ浸漬される。別の実施の形態では、円筒状部材セグメントのシート上に適切なエッチング液がスプレーされる。以下により詳細に記述されているように、エッチング液は、一般に、最初に各部材セグメントの周縁部から物質を除去することにより、各部材セグメントをエッチング又はモディファイする。束ねられた部材セグメント各々からの物質の除去は、隣接する部材セグメント間に空間即ち「セル」を作成する。セルは、広い上端部と、より狭い端部を画定する下端部とを有するトラフに例えられることができる。
【００１９】
モディファイされた端部部材セグメントの新しく形成されたアレイは、電子を供給するために、低い電子親和力又は低エネルギー電子放出性の導電性物質を用いてコーティングされることができる（ｓ２１０）。放出性の導電性物質はモディファイされた端部に堆積され、これによってセルを満たす。
【００２０】
以下により詳細に記述されているように、モディファイされた端部部材セグメントのアレイが一旦コーティングされると、それらは、誘電体又は高分子材料の保護層で覆われることができる（ｓ２１２）。誘電体層は研摩によって平坦化され、例えば、ガラス基板又は同様の支持基板などの基板に取り付けられることができる（ｓ２１４）。
【００２１】
一実施の形態では、円筒状部材セグメントの各シートの第２の面は、液体バス又は液体スプレーの形態で反応性溶液にさらされる。一実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第２の面は、少なくとも部分的に、エッチング液を含む液体バスへ浸漬される。代替の実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第２の面上に適切なエッチング液がスプレーされる。エッチングの前に追加で、金属の導電性のゲート電極層が、円筒状部材セグメントのシートの第２の面上に堆積及びパターニングされてもよい（ｓ２１６）。この実施の形態では、ゲート電極はエッチングマスクの役割をすることができる。代わりに、以下により詳細に記述されているように、ゲート電極はアノード板上に形成されることができる。
【００２２】
以下にもより詳細に記述されているように、エッチング液は各部材セグメントをエッチング又はモディファイする。束ねられた部材セグメント各々からの物質の除去は、隣接する部材セグメント間の第１の面上に形成されたセルに直列なセルを作り出す。第２の面上のセル形成の深さは、エッチモディファイされた部材セグメントのシートの第１の面上のセルの狭い端部を満たす低エネルギー電子放出性の導電性物質が、第２の面へ露出するような深さに達する（ｓ２１８）。露出された低エネルギー電子放出性の導電性物質は、一般に狭いエッジの形状で、第２の面から見ることのできる電子エミッタを形成する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る複数の円筒状部材セグメント３０２の束３００の概略図である。一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２はそれぞれ、棒、円筒、ファイバー又は他の同様の形状の部材であることができる。代わりに、円筒状部材セグメントは、非円形の断面、例えば正方形又は他の多角形の断面を有することができる。
【００２４】
複数の円筒状部材セグメント３０２は、各部材の縦軸に沿って束ねられる。一実施の形態では、円筒状部材３０２の束の断面は、ハニカム状の形態を有することができる。他の実施の形態では、部材セグメント３０２の束の断面は、正方形、長方形、又は他の適切な断面の形態を有していてもよい。
【００２５】
一実施の形態では、紫外線硬化接着剤等の任意の適切な接着剤を使用して、円筒状部材セグメント３０２は一体に束ねられ、束３００を形成する。有益なことに、紫外線硬化接着剤を使用して円筒状部材セグメント３０２の束３００を形成する際に、部材間に存在し得る任意のギャップが、接着剤が硬化する前に接着剤で満たされるであろう。
【００２６】
束３００を構成する各々の円筒状部材セグメント３０２の直径及び長さは、一般に、適用例によって決定される。
【００２７】
図３に示されるように、適切な厚さを保証するために、束３００は単一の層又はシート３００ａに切り分けられ、厚さｔを有する円筒状部材セグメント３０２のアレイを形成する。一実施の形態では、発明を制限するものではないが、円筒状部材セグメント３０２の各シート３００ａの厚さは、約１００μｍと数ミリメートルとの間であることができる。束３００は、ダイシングソー又はカッティングホイールなどの通常の切断技術を用いて、シート３００ａに切り分けられることができる。
【００２８】
一実施の形態では、シート３００ａ中の各々の円筒状部材セグメント３０２の直径ｄは、約９μｍのコアサイズ及び約１２５μｍの全径を有する標準のシングルモードファイバであることができる。一般に、各々の円筒状部材３０２の直径は、適用例に依存して、約１ｍｍ未満から数ミリメートルの間の範囲に及ぶことができる。別の実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２は、マルチモードファイバーであることができる。
【００２９】
一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２のシート３００ａの第１の面４１２の端部３０４は、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされるであろう。
【００３０】
図４を参照すると、一実施の形態では、端部３０４のモディファイは、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００の中にシート３００ａの第１の面４１２の端部３０４を置くことにより達成されることができる。
【００３１】
液体バス４０６は、ファイバーのエッチングに適した化学薬品の任意の望ましい配合を含むことができる。一実施の形態では、液体バス４０６はフッ酸４０８を含む。フッ酸４０８の表面上で油膜４１０を形成する油の薄い層は、液体バス４０６に加えられることができる。フッ酸４０８の表面上の油膜４１０の追加は、酸の表面上にバリアを作成し、エッチング工程の深さをコントロールする。一般に、エッチングの深さは端部３０４の浸漬の深さによってコントロールされるが、フッ酸は、いくつかの実例において、フッ酸中に浸漬された部分を通じて部材セグメントを「上昇する」ことができ、浸漬されていない部分の望まないエッチングを引き起こす。油膜４１０はエッチストップとして作用し、油膜４１０を越えてフッ酸が上昇するのを防止する。
【００３２】
シート３００ａの第１の面４１２の端部３０４は、希望の量のエッチングを行なうのに十分に長い所定の期間の間、液体バス４０６に置かれる。エッチングに要する時間は、シート３００ａの各部材セグメント３０２の材質と、浴コンテナ４００中の液体の組成及び濃度との関数である。
【００３３】
一実施の形態では、図５に示されるシート３００ａの部材セグメント３０２（明確になるように、単一の部材セグメント３０２が示されている）の各々は、コア領域Ａ１、及びコア領域Ａ１を囲む周縁領域Ａ２を含む。工程中では、周縁領域Ａ１が直接に接する状態にあり、フッ酸４０８に対してより露出された表面を有するため、液体バス４０６は、コア領域Ａ１に作用する前に周縁領域Ａ２に作用する。角部の上面及び側面が同時に露出されるため、このことはコーナーエリア５０６で特に正しい。部材セグメントを形成するために使用されているファイバーのタイプもまた、エッチング領域の形成方法に影響することができる。いくつかのファイバーのコア領域Ａ１は、周縁領域Ａ２よりもいっそう純粋に製作される――純粋な領域が少ないほど、エッチング液に対してより敏感となる。
【００３４】
モディファイされた端部５０２の長さは、例えば、油膜４１０より下のフッ酸４０８への部材セグメント３０２の浸積の深さによってコントロールされる。しかしながら、モディファイされた端５０２の端部５０４の鋭さ（即ち傾斜）Ｓは、部材セグメント３０２が液体バス４０６中に保持される時間の長さ及びフッ酸４０８の濃度によりコントロールされる。
【００３５】
有益なことに、本発明のエッチング工程は、製造者が、エッチング工程の進行を絶えずチェックすることができ、端部５０４の望ましいサイズに到達すればいつでも液体バスからシート３００ａを取り出すことができるほど十分に遅い工程である。
【００３６】
エッチング工程によって得られる構造は、図６に示されるモディファイされた部材セグメント３０２端部のアレイ６００である。エッチング工程の間に、物質が各部材セグメント３０２から除去され、このことが、隣接するエッチングされた部材セグメント３０２間に空間即ちセル６０２を作る。セル６０２は、各セル６０２の底部又はトラフに狭いエッジ６０４を形成する。アレイ６００のサイズは、最初に提供されるファイバーの束のサイズにのみ制限され、従って、アレイ６００は、実質的に任意のアレイサイズに設計されることができる。
【００３７】
図７Ａに示されるように、結果として生じるアレイ６００は、低い電子親和力又は低エネルギー電子放出性の導電性物質７０２をその上に堆積させるために、蒸着又はスパッタリング等の公知の堆積技術を適用されることができる。低エネルギー電子放出性物質７０２は端部５０４上で堆積し、実質的にセル６０２を満たす。部材セグメント３０２の端部５０４は、必ずしも「鋭い」先端を有する必要はない。むしろ、端部５０４は実質的に鈍く作成され、低エネルギー電子放出性のコーティングが任意の希望する高さｈ１まで堆積することを可能とする。アレイ６００上の隣接するモディファイされた部材セグメント３０２端部間に形成されたセル６０２は、低エネルギー電子放出性物質７０２で実質的に満たされる。一般に、コーティング７０２は、モディファイされた部材セグメント端部の輪郭に沿う。
【００３８】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２は、外部（ゲート）バイアス電圧の下で自由電子を供給するために提供される。以下に詳細に記述されているように、電子は加速され、アノード板上の有色の蛍光体を備えるチャンバに到達することができる。
【００３９】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２は、特定用途に必要な機能を提供する任意の適切なコーティングであることができる。一実施の形態では、部材セグメントのモディファイされた端５０２はそれぞれ、ＰｄＯｘ、α−Ｃ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、ダイヤモンド等の低エネルギー電子放出性導電性物質でコーティングされる。
【００４０】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２の厚さは、形成されるエミッタが特定用途において機能すると期待される寿命の関数である。一実施の形態では、低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２の厚さは、約１００ｎｍから、用途に応じて約数ミクロン以上であることができる。
【００４１】
図７Ｂに示されるように、アレイ６００をコーティングした後、モディファイされた各端部５０２及びコーティング７０２を覆い、コーティング７０２の堆積されたカラム７１０間に形成されたスペース７０８を満たす誘電体層７０４が、アレイ６００上に形成される。誘電体層７０４は、公知の堆積、スピン・オン又はスプレー技術を用いて適用される、ポリマー、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ）、ＳｉＯ２、及びＳｉ３Ｎ４等の任意の適切な誘電材料であることができる。
【００４２】
誘電体層７０４は、低エネルギー電子放出性コーティング７０２の端面の輪郭又は形状に沿っていてもよい。誘電体層７０４は、例えば、当技術分野の熟練者に知られている標準的な研摩技術によって平坦化されることができる。基板材料７０６が、平坦化された誘電体層７０４上に配置及び結合即ち接着されて、結果として生じる構造７１６を形成する。基板７０６は、例えば、ガラス基板又は他の同様な支持基板材料であることができる。
【００４３】
図７Ｂを再び参照すると、結果として生じる構造７１６は、そこから外部に延伸するオリジナルのシート３００ａ（図３）の第２の面４１４を有する。第２の面４１４は、基板７０６と反対側に配置される、結果として生じる構造７１６の面である。
【００４４】
一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２のシート３００ａの第２の面４１４の端部３０４もまた、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされてもよい。
【００４５】
図４を再び参照すると、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００に第２の面４１４の端部３０４を置くことにより、又は代わりに、適切なエッチング液を端部３０４にスプレーすることにより、モディファイは達成されることができる。
【００４６】
図７Ｃは、本発明の実施の形態に係る第２の面４１４のエッチングの結果を示す。エッチング工程は、図５を参照して上記したように、第２の面４１４から物質を除去する。一実施の形態では、第２の面４１４の、従って各部材セグメント３０２のエッチングは、セル７２０を形成する。セル７２０は、実質的にコーティング物質７０２で満たされたセル６０２に整列される。要素７２２に示されるように、セル７２０の深さが、エッジ６０４等のコーティング物質７０２の少なくとも一部を露出するまで、第２の面４１４のエッチングは継続する。エッジ６０４（図６）はセル７２０へはみ出し、エミッタ７２４を形成する。結果生じる構造がカソード板７００である。
【００４７】
図８Ａは、本発明の実施の形態に係るアノード板の形成を示す。アノード板８００の形成は、ガラス又は同様のタイプの基板などの透明基板８０２の提供を含む。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明な導電性物質８０４は、ガラス基板８０２上に堆積され、アノード電極を形成する。一実施の形態では、導電性物質８０４は、任意の希望するデザイン又はパターンにパターニング又はエッチングされることができる。
【００４８】
次に、ＳｉＯ２、ＳＯＧ、ポリマー等の適切な誘電性スペーサ８０６が、透明な導電性物質８０４上に堆積される。誘電性スペーサ８０６は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、及びスピン・オン・コート等の様々な堆積技術を用いて堆積されることができる。
【００４９】
金属又は導電層８０８がスペーサ８０６上に堆積される。結果として生じる構造８１０は、例えば光リソグラフィ技術又は他の同様のパターニング技術を使用して、ゲート電極８１６にパターニングされることができる。
【００５０】
代替の実施の形態では、ゲート電極層８０８はカソード板７００ａ上に形成されることができる。
【００５１】
代替の実施の形態では、図７Ｂに示される構造７１６に到達した後に、金属又は導電層７５０（図７Ｄ）が、蒸着又はスパッタリング等の公知の技術を用いて、第２の面４１４上に堆積されることができる。金属導電層７５０は、光リソグラフィ等を通じてゲート電極７５２にパターニングされることができるゲート電極層を形成する。ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及びポリマー等の追加の誘電体層が、必要又は希望する場合に、ゲート電極層７５０及び第２の面４１４の間に挿入されることができる。その後、シート３００ａの第２の面４１４の円筒状の部材セグメント３０２の端部３０４は、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされるであろう。図４を再び参照すると、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００に第２の面４１４の端部３０４を置くことにより、モディファイは達成されることができる。
【００５２】
ゲート金属は（自己整合の）マスクとして用いられることができ、図５を参照して上記したように、エッチング工程が第２の面４１４からの物質の除去を可能にする。この代替の実施の形態では、第２の面４１４の、従って各部材セグメント３０２のエッチングは、セル７２０を形成する。セル７２０は、コーティング物質７０２で満たされた第１の面４１２上のセル６０２に整列される。要素７２２に示されるように、セル７２０の深さがエッジ６０４等のコーティング物質７０２の少なくとも一部を露出するまで、第２の面４１４のエッチングは継続する。端部６０４はセル７２０へはみ出し、エミッタ７２４を形成する。結果生じる構造が、ゲート電極７５２を備えるカソード板７００ａである。
【００５３】
さて、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、誘電性スペーサ８０６の選択的な領域が、ゲート電極８１６をエッチングマスクとして用いて（図８Ａ中の８００）、又は、ゲート電極８１６を有さない実施の形態において、当技術分野の熟練者に知られているセパレートパターニング技術を用いて（図８Ｂ中の８００ａ）、エッチバックされ、チャンバ８１２を形成する。カソード板７００及びアノード板８００への以下の参照は、カソード板７００ａ及びアノード板８００ａへもまた必要に応じて適用されるとみなされるべきである。
【００５４】
何れの実施の形態でも、各々のチャンバ８１２は、有色の蛍光体８１４で満たされることができる。蛍光体８１４は、赤、緑、及び青（ＲＧＢ）色の蛍光体を含む。結果生じるアノード板８００は、その後、以下に記述されるようにカソード板と結合されることができる。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態に係る電界放出装置（ＦＥＤ）９００の実施の形態を示す。カソード板７００及びアノード板８００を一度形成すると、２つの板は整列され連結されることができる。残留する、ゲート電極８０８を有する誘電性スペーサ８０６のエッチングされていない部分は、アノード板８００上のチャンバ８１２を含む蛍光体の各々がカソード板７００上の１又は複数のエミッタ７２４に対応するように整列される。
【００５６】
封止材又はガスケットがアノード板８００及びカソード板７００（又は７００ａ）の間に配置されることができ、結合された板が真空にポンピングされ封止されることが可能になる。
【００５７】
この構成によると、露出するエミッタ７２４から放出された電子は、加速されてチャンバ８１２内のＲＧＢ蛍光体に衝突し、着色光の放出を提供することができる。
【００５８】
上記された実施の形態は例示のためであり発明を限定するものではない。本発明の原理に従って多数の修正及び変形が可能であることもまた理解されるであろう。従って発明の範囲は上記請求項によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術に係る電界放出装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る１枚のシートの円筒状部材の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るエッチング槽の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るエッチング工程が施される前後の各々の部材セグメントの概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るエッチングされたファイバーアレイの概略図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｃ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｄ】本発明の代替の実施の形態に係るカソード板の概略図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態に係るＲＧＢ色の蛍光体を含んで形成されたチャンバを有するリソグラフィパターニングにより形成されたアノード構造の概略図である。
【図８Ｂ】本発明の代替の実施の形態に係るＲＧＢ色の蛍光体を含んで形成されたチャンバを有するリソグラフィパターニングにより形成されたアノード構造の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る電界放出装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１月８日に出願された出願番号第１０／７５４，３６５番の一部継続出願、及び２００４年２月９日に出願された出願番号第１０／７７５，７９３番の一部継続出願であり、これらすべては共有され、すべての目的のために参照によって本明細書に組込まれる。
【０００２】
本発明は、概電界放出装置に関し、より詳細には、電子エミッタアレイを備える電界放出装置の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電界放出装置は、一般に、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、イオン銃、電子線リソグラフィ、高エネルギー加速器、自由電子レーザー、電子顕微鏡、及びその他同種のもの等の様々な適用例で見出される。典型的な電界放出装置は、カソードと、複数の電界エミッタ先端と、エミッタ先端に近接した間隔で配置されたグリッドと、カソードからいっそう離れて配置されたアノードとを備える。電圧は、グリッドを通じて、先端からアノードへ向かっての電子の放出を引き起こす。
【０００４】
図１は、電子を放出するためのエミッタ１０２、エミッタ１０２から生成された電子の量をコントロールするためのゲート電極１０４、及びゲート電極１０４上に位置したアノード１０６を備える従来の三極管型電界放出装置１００の概略図である。トランジスタのゲート電極１１０に印加された電圧に依存する電流が、ソース電極１０８からエミッタ１０２に選択的に印加される。エミッタ１０２から電子を放出するための高電圧が、ゲート電極１０４に印加される。
【０００５】
カソードの材料特性は性能を予測する際に重要である。カソード材料は、典型的に、Ｍｏ等の金属、又はＳｉ等の半導体である。金属及び半導体材料については、放出に必要な制御電圧は比較的高い。高い制御電圧は、カソード先端でのイオン衝撃及び表面拡散によるダメージを増大させ、要求される放出電流密度を生成するための高い出力密度を必要とする。均一な鋭い先端の製作、特に広い領域にわたっての製作は、これまで、困難で、退屈で、そして高価であった。
【０００６】
ナノスケール導体として知られている別のタイプのエミッタが、近年、将来的に有用な電子電界エミッタとして出現してきた。ナノスケール導体は、極めて小さな伝導性のナノチューブ（中空）又はナノワイヤー（中実）である。典型的に、ナノスケール導体は、電界放出装置に容易に又は都合良く組み入れられない、ランダムな方向を向いた針状又はスパゲッティ状のパウダーの形態で成長する。このランダムな構成により、電子の放出特性が完全には利用又は最適化されない。多くのナノスケール導体先端は塊の中に埋められているであろう。
【０００７】
従って、電界放出装置で使用されるエミッタを形成する改善された方法が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電界放出装置のための電子エミッタを製造する方法、及び該方法によって製造された、フラットパネルディスプレイ等で使用される電界放出装置を提供する。
【０００９】
本発明の一実施の態様では、電子エミッタを備える装置の形成方法が提供される。この方法は、束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップを含む。コーティング物質は、前記物質が除去された前記第１の面上に堆積される。この方法はまた、束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップを含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、電界放出装置が提供される。この電界放出装置は、束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップとによって形成されるカソード板を備える。この電界放出装置はまた、堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を提供するステップと、前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、前記誘電体スペーサの選択的な領域をエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップとによって形成されるアノード板を備える。この電界放出装置はまた、前記カソード板の前記第２の面上、又は前記アノード板の前記スペーサ層の先端上の何れかに製作された、パターニングされたゲート電極層を備えることができる。前記アノード板及び前記カソード板は、エッチングされた前記選択的な領域に前記露出されたコーティング物質を整列させて一体に形成される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、エミッタを備える装置の形成方法が提供される。この方法は、各々が第１の端部及び第２の端部を有するファイバーセグメントのシートを準備するステップと、前記ファイバーセグメントの前記第１の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第１の端部と反応させて、前記第１の端部から物質を除去するステップと、前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、コーティングされた前記第１の端部上に誘電体層を堆積させ、該誘電体層上に基板を取り付けるステップと、前記ファイバーセグメントの前記第２の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第２の端部と反応させて、前記第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと、有色の蛍光体を包含するチャンバを備えるアノード板を準備するステップと、前記カソード板の前記第２の面上、又は前記アノード板の前記スペーサ層の先端上の何れかに、ゲート電極層を製作するステップと、前記チャンバを前記露出されたコーティング物質と整列させて電界放出装置を形成するステップとを含む。
【００１２】
工程が単純で複雑ではないため、本発明に係る電界エミッタの製造工程は、従来技術に係るエミッタ製造工程よりも容易である。本発明に係る工程は、エミッタ形成用の如何なる構造の個別のパターニングをも必要としない。
【００１３】
クリーンルーム又は他の特別な装置は製造工程において必要ではない。さらに、本発明に係る工程は、特に、７０インチ×７０インチ級又はより大きな電界エミッタアレイ等の大きな一片の電界エミッタアレイの製造に適している。
【００１４】
発明の範囲は請求項によって定められ、それは参照によってこのセクションに組み入れられる。本発明の実施の形態のより完全な理解は、その更なる利点の理解に加えて、複数の実施の形態の以下の詳細な説明の考察によって、当業者に与えられるであろう。最初に簡潔に記述される添付の図面に参照がなされるであろう。
【００１５】
本発明の実施の形態及びそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解される。複数の図面中で示された類似の構成要素を識別するために、類似の参照番号が用いられていることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係る電子エミッタアレイの形成工程２００を説明するフローチャートである。工程２００は、ガラス（ＳｉＯ２）又はプラスチック等により製造された円筒状の棒又はファイバーなどの、円筒状部材の束の形成又は提供を含む（ｓ２０２）。円筒状部材の束は、円筒状部材セグメントの一枚又は複数枚のシートに切断又はスライスされる（ｓ２０４）、シートはそれぞれ第１の面及び第２の面を有する。
【００１７】
各シート中の各々の円筒状部材セグメントの端部は、滑らかな端部を形成するために研磨されることができる（ｓ２０６）。一実施の形態では、シートの面を、平らな表面から、より丸い又はカーブした表面に変化する表面に形成するために、シートの片側又は両側の面の研磨を、工程２００はさらに含んでいてもよい。
【００１８】
シートの第１の面内の各部材セグメントの端部はエッチングされて、エッチングされた又はモディファイされた端部を形成する（ｓ２０８）。一実施の形態では、円筒状部材セグメントの各シートの第１の面は、液体バス（ｌｉｑｕｉｄ ｂａｔｈ）又は液体スプレーの形態で反応性溶液にさらされる。一実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第１の面は、少なくとも部分的に、エッチング液を含む液体バスへ浸漬される。別の実施の形態では、円筒状部材セグメントのシート上に適切なエッチング液がスプレーされる。以下により詳細に記述されているように、エッチング液は、一般に、最初に各部材セグメントの周縁部から物質を除去することにより、各部材セグメントをエッチング又はモディファイする。束ねられた部材セグメント各々からの物質の除去は、隣接する部材セグメント間に空間即ち「セル」を作成する。セルは、広い上端部と、より狭い端部を画定する下端部とを有するトラフに例えられることができる。
【００１９】
モディファイされた端部部材セグメントの新しく形成されたアレイは、電子を供給するために、低い電子親和力又は低エネルギー電子放出性の導電性物質を用いてコーティングされることができる（ｓ２１０）。放出性の導電性物質はモディファイされた端部に堆積され、これによってセルを満たす。
【００２０】
以下により詳細に記述されているように、モディファイされた端部部材セグメントのアレイが一旦コーティングされると、それらは、誘電体又は高分子材料の保護層で覆われることができる（ｓ２１２）。誘電体層は研摩によって平坦化され、例えば、ガラス基板又は同様の支持基板などの基板に取り付けられることができる（ｓ２１４）。
【００２１】
一実施の形態では、円筒状部材セグメントの各シートの第２の面は、液体バス又は液体スプレーの形態で反応性溶液にさらされる。一実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第２の面は、少なくとも部分的に、エッチング液を含む液体バスへ浸漬される。代替の実施の形態では、円筒状部材セグメントのシートの第２の面上に適切なエッチング液がスプレーされる。エッチングの前に追加で、金属の導電性のゲート電極層が、円筒状部材セグメントのシートの第２の面上に堆積及びパターニングされてもよい（ｓ２１６）。この実施の形態では、ゲート電極はエッチングマスクの役割をすることができる。代わりに、以下により詳細に記述されているように、ゲート電極はアノード板上に形成されることができる。
【００２２】
以下にもより詳細に記述されているように、エッチング液は各部材セグメントをエッチング又はモディファイする。束ねられた部材セグメント各々からの物質の除去は、隣接する部材セグメント間の第１の面上に形成されたセルに直列なセルを作り出す。第２の面上のセル形成の深さは、エッチモディファイされた部材セグメントのシートの第１の面上のセルの狭い端部を満たす低エネルギー電子放出性の導電性物質が、第２の面へ露出するような深さに達する（ｓ２１８）。露出された低エネルギー電子放出性の導電性物質は、一般に狭いエッジの形状で、第２の面から見ることのできる電子エミッタを形成する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る複数の円筒状部材セグメント３０２の束３００の概略図である。一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２はそれぞれ、棒、円筒、ファイバー又は他の同様の形状の部材であることができる。代わりに、円筒状部材セグメントは、非円形の断面、例えば正方形又は他の多角形の断面を有することができる。
【００２４】
複数の円筒状部材セグメント３０２は、各部材の縦軸に沿って束ねられる。一実施の形態では、円筒状部材３０２の束の断面は、ハニカム状の形態を有することができる。他の実施の形態では、部材セグメント３０２の束の断面は、正方形、長方形、又は他の適切な断面の形態を有していてもよい。
【００２５】
一実施の形態では、紫外線硬化接着剤等の任意の適切な接着剤を使用して、円筒状部材セグメント３０２は一体に束ねられ、束３００を形成する。有益なことに、紫外線硬化接着剤を使用して円筒状部材セグメント３０２の束３００を形成する際に、部材間に存在し得る任意のギャップが、接着剤が硬化する前に接着剤で満たされるであろう。
【００２６】
束３００を構成する各々の円筒状部材セグメント３０２の直径及び長さは、一般に、適用例によって決定される。
【００２７】
図３に示されるように、適切な厚さを保証するために、束３００は単一の層又はシート３００ａに切り分けられ、厚さｔを有する円筒状部材セグメント３０２のアレイを形成する。一実施の形態では、発明を制限するものではないが、円筒状部材セグメント３０２の各シート３００ａの厚さは、約１００μｍと数ミリメートルとの間であることができる。束３００は、ダイシングソー又はカッティングホイールなどの通常の切断技術を用いて、シート３００ａに切り分けられることができる。
【００２８】
一実施の形態では、シート３００ａ中の各々の円筒状部材セグメント３０２の直径ｄは、約９μｍのコアサイズ及び約１２５μｍの全径を有する標準のシングルモードファイバであることができる。一般に、各々の円筒状部材３０２の直径は、適用例に依存して、約１ｍｍ未満から数ミリメートルの間の範囲に及ぶことができる。別の実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２は、マルチモードファイバーであることができる。
【００２９】
一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２のシート３００ａの第１の面４１２の端部３０４は、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされるであろう。
【００３０】
図４を参照すると、一実施の形態では、端部３０４のモディファイは、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００の中にシート３００ａの第１の面４１２の端部３０４を置くことにより達成されることができる。
【００３１】
液体バス４０６は、ファイバーのエッチングに適した化学薬品の任意の望ましい配合を含むことができる。一実施の形態では、液体バス４０６はフッ酸４０８を含む。フッ酸４０８の表面上で油膜４１０を形成する油の薄い層は、液体バス４０６に加えられることができる。フッ酸４０８の表面上の油膜４１０の追加は、酸の表面上にバリアを作成し、エッチング工程の深さをコントロールする。一般に、エッチングの深さは端部３０４の浸漬の深さによってコントロールされるが、フッ酸は、いくつかの実例において、フッ酸中に浸漬された部分を通じて部材セグメントを「上昇する」ことができ、浸漬されていない部分の望まないエッチングを引き起こす。油膜４１０はエッチストップとして作用し、油膜４１０を越えてフッ酸が上昇するのを防止する。
【００３２】
シート３００ａの第１の面４１２の端部３０４は、希望の量のエッチングを行なうのに十分に長い所定の期間の間、液体バス４０６に置かれる。エッチングに要する時間は、シート３００ａの各部材セグメント３０２の材質と、浴コンテナ４００中の液体の組成及び濃度との関数である。
【００３３】
一実施の形態では、図５に示されるシート３００ａの部材セグメント３０２（明確になるように、単一の部材セグメント３０２が示されている）の各々は、コア領域Ａ１、及びコア領域Ａ１を囲む周縁領域Ａ２を含む。工程中では、周縁領域Ａ１が直接に接する状態にあり、フッ酸４０８に対してより露出された表面を有するため、液体バス４０６は、コア領域Ａ１に作用する前に周縁領域Ａ２に作用する。角部の上面及び側面が同時に露出されるため、このことはコーナーエリア５０６で特に正しい。部材セグメントを形成するために使用されているファイバーのタイプもまた、エッチング領域の形成方法に影響することができる。いくつかのファイバーのコア領域Ａ１は、周縁領域Ａ２よりもいっそう純粋に製作される――純粋な領域が少ないほど、エッチング液に対してより敏感となる。
【００３４】
モディファイされた端部５０２の長さは、例えば、油膜４１０より下のフッ酸４０８への部材セグメント３０２の浸積の深さによってコントロールされる。しかしながら、モディファイされた端５０２の端部５０４の鋭さ（即ち傾斜）Ｓは、部材セグメント３０２が液体バス４０６中に保持される時間の長さ及びフッ酸４０８の濃度によりコントロールされる。
【００３５】
有益なことに、本発明のエッチング工程は、製造者が、エッチング工程の進行を絶えずチェックすることができ、端部５０４の望ましいサイズに到達すればいつでも液体バスからシート３００ａを取り出すことができるほど十分に遅い工程である。
【００３６】
エッチング工程によって得られる構造は、図６に示されるモディファイされた部材セグメント３０２端部のアレイ６００である。エッチング工程の間に、物質が各部材セグメント３０２から除去され、このことが、隣接するエッチングされた部材セグメント３０２間に空間即ちセル６０２を作る。セル６０２は、各セル６０２の底部又はトラフに狭いエッジ６０４を形成する。アレイ６００のサイズは、最初に提供されるファイバーの束のサイズにのみ制限され、従って、アレイ６００は、実質的に任意のアレイサイズに設計されることができる。
【００３７】
図７Ａに示されるように、結果として生じるアレイ６００は、低い電子親和力又は低エネルギー電子放出性の導電性物質７０２をその上に堆積させるために、蒸着又はスパッタリング等の公知の堆積技術を適用されることができる。低エネルギー電子放出性物質７０２は端部５０４上で堆積し、実質的にセル６０２を満たす。部材セグメント３０２の端部５０４は、必ずしも「鋭い」先端を有する必要はない。むしろ、端部５０４は実質的に鈍く作成され、低エネルギー電子放出性のコーティングが任意の希望する高さｈ１まで堆積することを可能とする。アレイ６００上の隣接するモディファイされた部材セグメント３０２端部間に形成されたセル６０２は、低エネルギー電子放出性物質７０２で実質的に満たされる。一般に、コーティング７０２は、モディファイされた部材セグメント端部の輪郭に沿う。
【００３８】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２は、外部（ゲート）バイアス電圧の下で自由電子を供給するために提供される。以下に詳細に記述されているように、電子は加速され、アノード板上の有色の蛍光体を備えるチャンバに到達することができる。
【００３９】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２は、特定用途に必要な機能を提供する任意の適切なコーティングであることができる。一実施の形態では、部材セグメントのモディファイされた端５０２はそれぞれ、ＰｄＯｘ、α−Ｃ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、ダイヤモンド等の低エネルギー電子放出性導電性物質でコーティングされる。
【００４０】
低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２の厚さは、形成されるエミッタが特定用途において機能すると期待される寿命の関数である。一実施の形態では、低エネルギー電子放出性導電性コーティング７０２の厚さは、約１００ｎｍから、用途に応じて約数ミクロン以上であることができる。
【００４１】
図７Ｂに示されるように、アレイ６００をコーティングした後、モディファイされた各端部５０２及びコーティング７０２を覆い、コーティング７０２の堆積されたカラム７１０間に形成されたスペース７０８を満たす誘電体層７０４が、アレイ６００上に形成される。誘電体層７０４は、公知の堆積、スピン・オン又はスプレー技術を用いて適用される、ポリマー、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ）、ＳｉＯ２、及びＳｉ３Ｎ４等の任意の適切な誘電材料であることができる。
【００４２】
誘電体層７０４は、低エネルギー電子放出性コーティング７０２の端面の輪郭又は形状に沿っていてもよい。誘電体層７０４は、例えば、当技術分野の熟練者に知られている標準的な研摩技術によって平坦化されることができる。基板材料７０６が、平坦化された誘電体層７０４上に配置及び結合即ち接着されて、結果として生じる構造７１６を形成する。基板７０６は、例えば、ガラス基板又は他の同様な支持基板材料であることができる。
【００４３】
図７Ｂを再び参照すると、結果として生じる構造７１６は、そこから外部に延伸するオリジナルのシート３００ａ（図３）の第２の面４１４を有する。第２の面４１４は、基板７０６と反対側に配置される、結果として生じる構造７１６の面である。
【００４４】
一実施の形態では、円筒状部材セグメント３０２のシート３００ａの第２の面４１４の端部３０４もまた、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされてもよい。
【００４５】
図４を再び参照すると、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００に第２の面４１４の端部３０４を置くことにより、又は代わりに、適切なエッチング液を端部３０４にスプレーすることにより、モディファイは達成されることができる。
【００４６】
図７Ｃは、本発明の実施の形態に係る第２の面４１４のエッチングの結果を示す。エッチング工程は、図５を参照して上記したように、第２の面４１４から物質を除去する。一実施の形態では、第２の面４１４の、従って各部材セグメント３０２のエッチングは、セル７２０を形成する。セル７２０は、実質的にコーティング物質７０２で満たされたセル６０２に整列される。要素７２２に示されるように、セル７２０の深さが、エッジ６０４等のコーティング物質７０２の少なくとも一部を露出するまで、第２の面４１４のエッチングは継続する。エッジ６０４（図６）はセル７２０へはみ出し、エミッタ７２４を形成する。結果生じる構造がカソード板７００である。
【００４７】
図８Ａは、本発明の実施の形態に係るアノード板の形成を示す。アノード板８００の形成は、ガラス又は同様のタイプの基板などの透明基板８０２の提供を含む。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明な導電性物質８０４は、ガラス基板８０２上に堆積され、アノード電極を形成する。一実施の形態では、導電性物質８０４は、任意の希望するデザイン又はパターンにパターニング又はエッチングされることができる。
【００４８】
次に、ＳｉＯ２、ＳＯＧ、ポリマー等の適切な誘電性スペーサ８０６が、透明な導電性物質８０４上に堆積される。誘電性スペーサ８０６は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、及びスピン・オン・コート等の様々な堆積技術を用いて堆積されることができる。
【００４９】
金属又は導電層８０８がスペーサ８０６上に堆積される。結果として生じる構造８１０は、例えば光リソグラフィ技術又は他の同様のパターニング技術を使用して、ゲート電極８１６にパターニングされることができる。
【００５０】
代替の実施の形態では、ゲート電極層８０８はカソード板７００ａ上に形成されることができる。
【００５１】
代替の実施の形態では、図７Ｂに示される構造７１６に到達した後に、金属又は導電層７５０（図７Ｄ）が、蒸着又はスパッタリング等の公知の技術を用いて、第２の面４１４上に堆積されることができる。金属導電層７５０は、光リソグラフィ等を通じてゲート電極７５２にパターニングされることができるゲート電極層を形成する。ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及びポリマー等の追加の誘電体層が、必要又は希望する場合に、ゲート電極層７５０及び第２の面４１４の間に挿入されることができる。その後、シート３００ａの第２の面４１４の円筒状の部材セグメント３０２の端部３０４は、本発明の実施の形態に係るエッチング工程を用いてモディファイされるであろう。図４を再び参照すると、液体バス４０６を含む液体バスコンテナ４００に第２の面４１４の端部３０４を置くことにより、モディファイは達成されることができる。
【００５２】
ゲート金属は（自己整合の）マスクとして用いられることができ、図５を参照して上記したように、エッチング工程が第２の面４１４からの物質の除去を可能にする。この代替の実施の形態では、第２の面４１４の、従って各部材セグメント３０２のエッチングは、セル７２０を形成する。セル７２０は、コーティング物質７０２で満たされた第１の面４１２上のセル６０２に整列される。要素７２２に示されるように、セル７２０の深さがエッジ６０４等のコーティング物質７０２の少なくとも一部を露出するまで、第２の面４１４のエッチングは継続する。端部６０４はセル７２０へはみ出し、エミッタ７２４を形成する。結果生じる構造が、ゲート電極７５２を備えるカソード板７００ａである。
【００５３】
さて、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、誘電性スペーサ８０６の選択的な領域が、ゲート電極８１６をエッチングマスクとして用いて（図８Ａ中の８００）、又は、ゲート電極８１６を有さない実施の形態において、当技術分野の熟練者に知られているセパレートパターニング技術を用いて（図８Ｂ中の８００ａ）、エッチバックされ、チャンバ８１２を形成する。カソード板７００及びアノード板８００への以下の参照は、カソード板７００ａ及びアノード板８００ａへもまた必要に応じて適用されるとみなされるべきである。
【００５４】
何れの実施の形態でも、各々のチャンバ８１２は、有色の蛍光体８１４で満たされることができる。蛍光体８１４は、赤、緑、及び青（ＲＧＢ）色の蛍光体を含む。結果生じるアノード板８００は、その後、以下に記述されるようにカソード板と結合されることができる。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態に係る電界放出装置（ＦＥＤ）９００の実施の形態を示す。カソード板７００及びアノード板８００を一度形成すると、２つの板は整列され連結されることができる。残留する、ゲート電極８０８を有する誘電性スペーサ８０６のエッチングされていない部分は、アノード板８００上のチャンバ８１２を含む蛍光体の各々がカソード板７００上の１又は複数のエミッタ７２４に対応するように整列される。
【００５６】
封止材又はガスケットがアノード板８００及びカソード板７００（又は７００ａ）の間に配置されることができ、結合された板が真空にポンピングされ封止されることが可能になる。
【００５７】
この構成によると、露出するエミッタ７２４から放出された電子は、加速されてチャンバ８１２内のＲＧＢ蛍光体に衝突し、着色光の放出を提供することができる。
【００５８】
上記された実施の形態は例示のためであり発明を限定するものではない。本発明の原理に従って多数の修正及び変形が可能であることもまた理解されるであろう。従って発明の範囲は上記請求項によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術に係る電界放出装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る１枚のシートの円筒状部材の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るエッチング槽の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るエッチング工程が施される前後の各々の部材セグメントの概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るエッチングされたファイバーアレイの概略図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｃ】本発明の実施の形態に係るカソード板の形成工程の概略図である。
【図７Ｄ】本発明の代替の実施の形態に係るカソード板の概略図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態に係るＲＧＢ色の蛍光体を含んで形成されたチャンバを有するリソグラフィパターニングにより形成されたアノード構造の概略図である。
【図８Ｂ】本発明の代替の実施の形態に係るＲＧＢ色の蛍光体を含んで形成されたチャンバを有するリソグラフィパターニングにより形成されたアノード構造の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る電界放出装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタを備える装置の形成方法であって、
束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、
前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項１の方法。
【請求項４】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項１の方法。
【請求項５】
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの前記第１の面を反応液にさらす前記ステップが、前記第１の端部から物質を除去してモディファイされた端部及びセルを形成するステップを含み、前記物質が除去された前記第１の面上に前記コーティング物質を堆積させる前記ステップが、前記コーティング物質をモディファイされた前記端部及び前記セル内に堆積させるステップを含む請求項１の方法。
【請求項６】
前記コーティング物質上に誘電体層を形成するステップを更に含む請求項１の方法
【請求項７】
前記誘電体層上に基板を取り付けるステップを更に含む請求項６の方法
【請求項８】
露出した前記コーティング物質が電子エミッタを形成する請求項１の方法。
【請求項９】
堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を準備するステップと、
前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、
前記誘電体スペーサの選択的な領域をパターニング及びエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップと、
露出された前記コーティング物質をエッチングされた前記選択的な領域に整列させて電界放出装置を形成するステップとを更に含む請求項１の方法。
【請求項１０】
ゲート電極が前記誘電体スペーサ上に形成される請求項９の方法。
【請求項１１】
前記透明基板上に透明な導電性物質を堆積させるステップと、前記透明な導電性物質をパターニングするステップとを更に含む請求項９の方法。
【請求項１２】
前記電界放出装置をポンピングして真空にした後に前記電界放出装置を封止するステップを更に含む請求項９の方法。
【請求項１３】
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの前記第２の面上にゲート電極層が堆積及びパターニングされる請求項１の方法。
【請求項１４】
束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、
前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと
によって形成されるカソード板、
及び、
堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を提供するステップと、
前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、
前記誘電体スペーサの選択的な領域をエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップと
によって形成されるアノード板、
を備え、
露出された前記コーティング物質をエッチングされた前記選択的な領域に整列させるように、前記アノード板及び前記カソード板が一体に形成される電界放出装置。
【請求項１５】
前記透明基板上に堆積された前記透明な導電性物質が、パターニングされてアノード電極を形成する請求項１４の電界放出装置。
【請求項１６】
一体に形成された前記アノード板及びカソード板が、一体に形成された前記アノード板及びカソード板がポンピングされて真空になることを可能にする封止材を備える請求項１４の電界放出装置。
【請求項１７】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項１８】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項１９】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項２０】
エミッタを備える装置の形成方法であって、
各々が第１の端部及び第２の端部を有するファイバーセグメントのシートを準備するステップと、
前記ファイバーセグメントの前記第１の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第１の端部と反応させて、前記第１の端部から物質を除去するステップと、
前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
コーティングされた前記第１の端部上に誘電体層を堆積させ、該誘電体層上に基板を取り付けるステップと、
前記ファイバーセグメントの前記第２の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第２の端部と反応させて、前記第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと、
有色の蛍光体を包含するチャンバを備えるアノード板を準備するステップと、
前記チャンバを前記露出されたコーティング物質と整列させて電界放出装置を形成するステップとを含む方法。
【請求項２１】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記電界放出装置をポンピングして真空にし、かつ封止するステップを更に含む請求項２０の方法。
【請求項１】
エミッタを備える装置の形成方法であって、
束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、
前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項１の方法。
【請求項４】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項１の方法。
【請求項５】
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの前記第１の面を反応液にさらす前記ステップが、前記第１の端部から物質を除去してモディファイされた端部及びセルを形成するステップを含み、前記物質が除去された前記第１の面上に前記コーティング物質を堆積させる前記ステップが、前記コーティング物質をモディファイされた前記端部及び前記セル内に堆積させるステップを含む請求項１の方法。
【請求項６】
前記コーティング物質上に誘電体層を形成するステップを更に含む請求項１の方法
【請求項７】
前記誘電体層上に基板を取り付けるステップを更に含む請求項６の方法
【請求項８】
露出した前記コーティング物質が電子エミッタを形成する請求項１の方法。
【請求項９】
堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を準備するステップと、
前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、
前記誘電体スペーサの選択的な領域をパターニング及びエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップと、
露出された前記コーティング物質をエッチングされた前記選択的な領域に整列させて電界放出装置を形成するステップとを更に含む請求項１の方法。
【請求項１０】
ゲート電極が前記誘電体スペーサ上に形成される請求項９の方法。
【請求項１１】
前記透明基板上に透明な導電性物質を堆積させるステップと、前記透明な導電性物質をパターニングするステップとを更に含む請求項９の方法。
【請求項１２】
前記電界放出装置をポンピングして真空にした後に前記電界放出装置を封止するステップを更に含む請求項９の方法。
【請求項１３】
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの前記第２の面上にゲート電極層が堆積及びパターニングされる請求項１の方法。
【請求項１４】
束ねられたファイバーセグメントのシートの第１の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第１の端部を前記反応液と反応させて、該第１の端部から物質を除去するステップと、
前記物質が除去された前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
束ねられたファイバーセグメントの前記シートの第２の面を反応液にさらし、前記ファイバーセグメントの第２の端部を前記反応液と反応させて、該第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと
によって形成されるカソード板、
及び、
堆積された透明な導電性物質を表面上に有する透明基板を提供するステップと、
前記透明基板上に誘電体スペーサを形成するステップと、
前記誘電体スペーサの選択的な領域をエッチングし、有色の蛍光体を包含するチャンバを形成するステップと
によって形成されるアノード板、
を備え、
露出された前記コーティング物質をエッチングされた前記選択的な領域に整列させるように、前記アノード板及び前記カソード板が一体に形成される電界放出装置。
【請求項１５】
前記透明基板上に堆積された前記透明な導電性物質が、パターニングされてアノード電極を形成する請求項１４の電界放出装置。
【請求項１６】
一体に形成された前記アノード板及びカソード板が、一体に形成された前記アノード板及びカソード板がポンピングされて真空になることを可能にする封止材を備える請求項１４の電界放出装置。
【請求項１７】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項１８】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項１９】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項１４の電界放出装置。
【請求項２０】
エミッタを備える装置の形成方法であって、
各々が第１の端部及び第２の端部を有するファイバーセグメントのシートを準備するステップと、
前記ファイバーセグメントの前記第１の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第１の端部と反応させて、前記第１の端部から物質を除去するステップと、
前記第１の面上にコーティング物質を堆積させるステップと、
コーティングされた前記第１の端部上に誘電体層を堆積させ、該誘電体層上に基板を取り付けるステップと、
前記ファイバーセグメントの前記第２の端部を反応液にさらし、前記反応液を前記第２の端部と反応させて、前記第２の端部から物質を除去して前記コーティング物質を露出させるステップと、
有色の蛍光体を包含するチャンバを備えるアノード板を準備するステップと、
前記チャンバを前記露出されたコーティング物質と整列させて電界放出装置を形成するステップとを含む方法。
【請求項２１】
前記反応液がフッ酸の溶液を含む請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記反応液がフッ酸のスプレーを含む請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記コーティング物質が、α−Ｃ、ＰｄＯｘ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、及びダイヤモンド等からなる群より選択される一の電子親和力の低い物質を含む請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記電界放出装置をポンピングして真空にし、かつ封止するステップを更に含む請求項２０の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５１８２４０（Ｐ２００７−５１８２４０Ａ）
【公表日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４９２７８（Ｐ２００６−５４９２７８）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１５０５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９７８０
【国際公開日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（５０６２０７４６２）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１５０５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９７８０
【国際公開日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（５０６２０７４６２）
【Ｆターム（参考）】
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