(57)【要約】フィールドエミッションデバイス（100）には、カソード電極（120）およびゲート電極（140）が設けられる。これらの電極間には、パターン化された誘電体層（130）が設置される。本発明では、この誘電体層（130）は、液体前駆体（131）から製作され、この前駆体は、液体エンボス化処理によって、すなわち、液体材料（131）にパターン化スタンプ（150）を密着させることによって、パターン処理される。スタンプ（150）を除去してから、液体材料を硬化させて、パターン化された誘電体層（130）を形成する。次の製作ステップにおいて、カソード電極（120）またはゲート電極（140）をパターン化された誘電体層（130）の上に自己整合的に形成することが好ましい。
2006510179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールドエミッションデバイスを製作する方法であって、
基板に液体材料の層を提供するステップ、
前記液体材料の層をエンボス化処理するため、前記液体材料の層にパターン化スタンプを密着させるステップ、
前記液体材料の層を硬化させて、固体状のパターン化された誘電体層を形成するステップ、および
前記パターン化された誘電体層上に電極を形成するステップ、
を有する方法。
【請求項２】
前記液体材料の層に、実質的に円筒状の前記スタンプの凸部を密着させるステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記密着させるステップにおいて、前記スタンプに補助的な押圧を加えるステップを有し、前記押圧は、所定の値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記液体材料は、有機シラン化合物と無機フィラー材料の加水分解混合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記液体材料は、ポリアミドを含有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記電極を形成するステップは、さらに、
第2のスタンプに金属粒子を含有するサスペンションを提供するステップ、
前記パターン化された誘電体層の凸部に前記サスペンションの一部を転写するステップ、および
前記転写されたサスペンションを熱処理するステップ、
を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項７】
電子を放出するフィールドエミッタ材料、
前記フィールドエミッタ材料の上部に電場を印加する第1の電極と第2の電極、および
実質的に前記第1および第2の電極の間にある誘電体層であって、液体エンボス化処理によってパターン化される誘電体層、
を有するフィールドエミッションデバイス。
【請求項８】
前記誘電体層は、放出された電子が通るゲートホールのパターンを有することを特徴とする請求項7に記載のフィールドエミッションデバイス。
【請求項９】
前記ゲートホールは、前記第2の電極と隣接するテーパー部を有し、前記第2の電極の少なくとも一部は、前記ゲートホールの前記テーパー部にまで延びていることを特徴とする請求項8に記載のフィールドエミッションデバイス。
【請求項１０】
前記フィールドエミッタ材料は、カーボンナノチューブを有することを特徴とする請求項7に記載のフィールドエミッションデバイス。
【請求項１１】
前記フィールドエミッタ材料は、グラファイトの特殊なエミッタを有することを特徴とする請求項7に記載のフィールドエミッションデバイス。
【請求項１２】
請求項7乃至11のいずれか一つに記載のフィールドエミッションデバイスを有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドエミッションデバイスを製作する方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、フィールドエミッションデバイスおよびそのようなフィールドエミッションデバイスを有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
フィールドエミッションデバイスは、フラットパネル型ディスプレイ、いわゆるフィールドエミッションディスプレイ（FED）の電子源として使用される。FEDは、真空電子装置であり、従来のブラウン管（CRT）と多くの共通の特徴を有する。例えば低製作コスト、良好なコントラストと視角、およびバックライトが不要であること等である。
【０００４】
電界放出は量子力学現象であり、電場の印加によって、適当なエミッタ材料の外表面で電子が電位障壁をトンネルする現象である。電場の存在によって、前記外表面での電位障壁の幅が有限となり、電子がこの電位障壁を透過することが可能となる。その結果、フィールドエミッタ材料から電子が放出される。
【０００５】
一般にフィールドエミッションデバイスには、ゲート構造が採用されている（トライオード構造とも呼ばれる）。ゲート構造はフィールドエミッタ材料および2の電極を有し、これらの電極はカソード電極とゲート電極である。作動時には、これらの電極間には電場が形成され、この電場によってフィールドエミッタ材料から電子が放出される。このフィールドエミッタ材料は、通常カソード電極に隣接する位置に設置される。
【０００６】
フィールドエミッションディスプレイにおいては、フィールドエミッションデバイスに2組の電極が用いられ、これらは具体的にはカソード電極の組およびゲート電極の組である。通常電極組は、行列構造のパッシブマトリクス構造を形成する。これにより、電場さらには電子放出の電流が、フィールドエミッションディスプレイの表示スクリーンの各画素に対して独立に調整される。
【０００７】
フィールドエミッタ材料の周囲に十分に高強度の電場を提供するには、通常カソードおよびゲート電極は、相互に閉じた状態にする必要がある。このため、電極組の間には誘電体層が提供される。さらに、通常そのような誘電体層はパターン化される。
【０００８】
例えばゲート構造の一般的な配置においては、基板にはカソード電極が設置され、誘電体層およびゲート電極は、カソード電極の上部に配置される。ゲートホールは、誘電体層およびゲート電極を貫通するように設置される。フィールドエミッタ材料は、ゲートホールの底部にカソード電極に隣接するように設置される。従って誘電体層（およびゲート電極）には、これらのゲートホールが設けられ、放出電子はそのホールを通る。フィールドエミッタから良好な電子放出を得るためには、ゲートホールは比較的小さいことが好ましく、例えば1または2μmの寸法とされる。
【０００９】
従来方式の場合、誘電体層の成膜は、化学蒸着（CVD）法によって実施される。成膜された層には、写真パターン転写技術によって所望のパターン、例えばゲートホールのパターンが形成される。この転写技術には、フォト層を設置して照射するステップと、エッチングステップとが含まれる。ゲート構造の一般的配置を例にすると、十分に急勾配のゲートホールを得るには、エッチングステップに反応性イオンエッチング（RIE）処理が含まれることが好ましい。
【００１０】
これらの手順のため、フィールドエミッションデバイスを製作する従来の方法は、多大な時間を要する。必要な装置は高額で、例えばCVD機器の維持および使用コストは比較的高コストである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上の問題に鑑み、本発明は、従来の方法よりも迅速で低コストな、フィールドエミッションデバイスの製作方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題は、独立請求項1に記載の、本発明によるフィールドエミッションデバイスを製作する方法により達成される。
【００１３】
ゲート構造の誘電体層は、液体材料の層で構成され、この層は、例えばスピンコート法または浸漬法によって、基板に容易に提供することができる。
【００１４】
液体層は、液体材料の層にスタンプを密着させることによりエンボス化処理される。通常スタンプの表面は、凸状および／または凹状パターンを有し、このパターンは、誘電体層の所望のパターンと適合する。本方法の利用に適したスタンプは、例えば国際公開第WO97/06012号パンフレットに示されている。スタンプは、エラストマー材料で構成されることが好ましく、例えばシリコンゴム等である。エラストマースタンプを用いた場合、基板の損傷リスクを生じさせずに、スタンプとパターン化される液体層の間で良好な密着を行うことが可能である。
【００１５】
密着処理ステップでは、スタンプは液体層と接触する。従って液体層は、スタンプのパターンに従ってエンボス化処理される。スタンプの除去後には、硬化処理ステップが実施され、液体材料のパターン化層が、固体状のパターン化された誘電体層に転化する。
【００１６】
本発明による方法は、従来の方法に比べて有意に簡略化できる。真空状態にする必要はない。誘電体の層は、CVD法で層成長させる方法ではなく、例えばスピンコートにより液状で付与される。写真パターン転写技術やエッチング技術は不要であり、誘電体層は、簡単で迅速なエンボス化処理によってパターン化される。その結果、従来技術では数時間を要したフィールドエミッションデバイスの製作が、数分で完了する。本方法を実施する際に必要となる装置は、比較的簡易的なものであり、CVD機器やエッチング機器等のような従来のものに比べて低コストである。誘電体層のパターン化のためのエッチングステップが不要となるため、フィールドエミッションデバイスには、エッチング停止層を設ける必要はない。
【００１７】
本発明の方法では、比較的簡単にミクロンまたはサブミクロンのオーダーのパターンが形成される。誘電体の層構造部の寸法は、200ナノメートルあるいはそれ以下である。このオーダーのパターンは、従来の写真パターン転写技術で形成することは難しい。従来の方法では、約200ナノメートルの波長の紫外線照射が必要となるためである。そのような照射はパターンを設置する材料に損傷を生じさせ易い。
【００１８】
一般に本発明の方法では、所望のパターンと適合したスタンプを用いることによって、いかなる所望の誘電体層パターンでも設置することができる。
【００１９】
本製作方法の別の実施例は、従属項2乃至6に示されている。
【００２０】
スタンプの表面は、凹状および／または凸状パターンを有する。
【００２１】
一般にゲート構造の通常配置では、エミッタ材料は、誘電体層のゲートホール内に設置される。
【００２２】
そのようなゲートホールは、適当な形の凸部を有するスタンプを液体層に密着させて形成することが好ましい。前記凸部は円筒状であることがより好ましい。カソード電極は、基板およびフィールドエミッタ材料に隣接するように設置され、ゲート電極には放出電子が通る開口が設けられ、この開口は、ゲートホールと実質的に位置が揃えられ、ゲート電極は、基板から見てフィールドエミッションデバイスの他の側に設置される。
【００２３】
密着処理ステップで用いられる別の適当な形の凸部は、円筒形状ではあるが、基板から遠ざかる方向に広がるテーパー部を有する。すなわちゲートホールの一部は、基板からの距離とともに増大する径を有する。
【００２４】
あるいはフィールドエミッションデバイスのゲート構造は、アンダーゲート配置構造であっても良い。この場合、基板にはゲート電極が設置され、誘電体材料のパッチパターンがゲート電極の上部に配置される。誘電体材料のパターンは、先と同様の適当な形の凹状パターンを有するスタンプによってエンボス化処理される。スタンプの凹部は、円筒状、環状または長方形状であることが好ましく、これによりアンダーゲートトライオード構造が構成される。
【００２５】
スタンプには、密着処理ステップ時に補助的な押圧を加えても良く、前記押圧は所定の値に設定される。補助的な押圧を加えることにより、スタンプと液体層は、より強く密着する。
【００２６】
極めて小さな押圧を用いてまたは押圧を加えず、キャピラリの力によって、スタンプを液体層に密着させても良い。例えば通常のゲート配置の場合、これにより、誘電体の薄膜層をスタンプの凸部に残留させることができ、ゲートホール内のそのような層の厚さは、例えば50または100ナノメートルとなる。これは、グラファイト粒子のような金属−絶縁体−真空構造のエミッタ粒子を用いる場合、有意である。そのような粒子が、エンボス化処理の前に設置される場合、粒子を被覆する絶縁体の薄膜層は、液体層のパターン化ステップ後も残留する。これにより、これらの粒子の放射特性が高められるからである。
【００２７】
補助的な押圧が加えられると、スタンプと液体層は、より強く密着されるため、上述の例では、液体材料はゲートホールにはほとんど残留しない。必要であれば、液体材料が実質的に残有しないようなゲートホールを形成しても良い。この場合、フィールドエミッションデバイスのカソード電極は、ゲートホールの底部で露出される。
【００２８】
本方法の使用に適した液体材料は、例えば有機シラン化合物の加水分解混合物であって、例えばメチルトリメトキシシラン（MTMS）およびコロイダルシリカ（ジュポン社製ルドックスTM50）である（係属中の欧州特許出願PHNL021231参照）。この液体層は、いわゆるゾルゲル前駆体システムであって、シロキサンマトリクスと二酸化ケイ素をベースとする誘電体層を形成する。この誘電体層は、良好な絶縁特性を有し、十分に低い誘電率を有する。
【００２９】
あるいは、ポリアミドを液体材料として使用することもできる。ポリアミドを使用するこの方法は、特に有意である。反応性イオンエッチング（RIE）のような従来のエッチングステップが不要となるからである。このような従来のエッチング処理の場合、ある条件では、形成されるグラファイトによって導電経路が構成されてポリアミドの黒鉛化が生じ、形成される誘電体層の特性を劣化させる可能性がある。
【００３０】
従来技術では、誘電体層および該層の上部の電極は、同時にパターン化される。本発明の方法を用いると、電極は、後続のステップにおいて、パターン化された誘電体層上に設置される。なお電極は、自己整合的に設置されることが好ましい。
【００３１】
第2の電極を形成するステップは、さらに、
第2のスタンプに金属粒子を含有するサスペンションを提供するステップ、
前記パターン化された誘電体層の凸部に前記サスペンションの一部を転写するステップ、および
前記転写されたサスペンションを熱処理するステップ、
を有することが好ましい。
【００３２】
以降、この技術を「グラビアオフセット印刷処理」と呼ぶ。
【００３３】
サスペンションは金属粒子を含有し、この金属は、例えば銀またはアルミニウムであり、サスペンションは、第2のスタンプによって誘電体層上に転写される。通常この第2のスタンプは、パターン化されていない。
【００３４】
このスタンプは、サスペンションが付与された別の基板と接触され、サスペンションの一部は、第2のスタンプに吸着する。次に第2のスタンプがパターン化された誘電体層に密着され、誘電体層の凸部にサスペンションの一部が付与される。この際、誘電体層の凸部のみが、第2のスタンプに接触される。
【００３５】
最後に熱処理ステップが実施され、転写されたサスペンションから第2の電極を構成する導電性金属層が得られる。熱処理は、高温、例えば350℃で行われる。第2の電極は、誘電体層の凸部にのみ設置され、従って凸部に設置されたパターンと自己整合される。
【００３６】
グラビアオフセット印刷処理では、予めパターン化されたいかなる誘電体層上にも自己整合電極を形成させることができる。上述のような液体エンボス化処理技術によって誘電体層をパターン化する必要はない。
【００３７】
代わりに、自己整合的に電極を提供するステップは、パターン化された誘電体層上に金属粒子を接触転写することにより実施しても良い。次に例えば無電解めっき法によって、転写金属粒子を用いて連続金属薄膜を成長させ、第2の電極を構成する。この処理では、転写ステップ時に適切なパターンのマスクを用いる必要がある。
【００３８】
本発明の別の課題は、比較的低製作コストで比較的製作時間の短いフィールドエミッションデバイスを提供することである。この別の課題は、請求項7に記載の本発明のフィールドエミッションデバイスによって達成される。別の好適実施例は、従属請求項8乃至11に示されている。
【００３９】
フィールドエミッションデバイスは、ゲート電極とカソード電極を有するトライオード構造を有する。フィールドエミッタ材料は、カソード電極に隣接して配置される。ゲート電極とカソード電極の間には、パターン処理された誘電体層が設置される。本発明では、前記層のパターン処理は、液体エンボス化処理技術によって行われ、パターン化スタンプが、液体層と密着される。好適実施例では、トライオード構造は通常の配置構造を有し、すなわち、放出電子の通るゲートホールのパターンを備える誘電体層を有する。ゲートホールは、第2の電極に隣接するテーパー部を有することがより好ましく、第2の電極の少なくとも一部は、開口のテーパー部にまで延びる。
【００４０】
後者の利点は、ゲート構造の大部分において、第1の電極と第2の電極間の距離が比較的長く、ゲート構造の静電容量を比較的小さくできるという特徴である。さらに第2の電極がゲートホールにまで伸長しているため、作動中のエミッタ材料近傍の電場は、十分に高い状態となる。
【００４１】
本発明のこれらのおよび他の態様は、添付図面を参照することでより明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
フィールドエミッションデバイスのゲート構造（トライオード構造）は、本発明の方法の実施例によって製作される。図1には、いわゆる通常ゲート配置内にトライオード構造を有するフィールドエミッションデバイス100の製作ステップを示す。
【００４３】
基板110は、例えばガラス板であって、基板には最初にカソード電極120が設置される。液体材料の層131は、基板110およびカソード電極120の上部に設置される。層131は、厚さが1から10μmであることが好ましく、例えばスピンコート処理法、スクリーン印刷法または浸漬塗布処理法によって、基板110に成膜される。液体材料は、コロイダルシリカおよびメチルトリメトキシシラン（MTMS）からなるゾルゲル系サスペンションであることが好ましい。あるいは液体材料はポリアミドを含有する。
【００４４】
次の密着処理ステップでは（図1B）、エラストマー系スタンプ150が動かされ、液体材料の層131と接触する。スタンプ150は、例えばPDMS製であり、シリコンゴムである。密着ステップ処理中、液体材料と接触するように動かされるスタンプは、表面155に凹部152および凸部154のパターンを有する。
【００４５】
スタンプが層131と接触するように動かされると（図1C）、液体材料は、凸部154によって押し出されるが、凹部152には液体材料が残る。従って液体材料の層131にエンボス化パターンが形成される。このパターンはスタンプ150の凹部152および凸部154のパターンと整合する。この処理を「ソフト転写処理」または「液体エンボス化処理」と呼ぶ。スタンプ150は、円筒状凸部154を有することが好ましく、この場合層131には円筒状のホールが形成される。
【００４６】
第1の硬化処理ステップは、層131を70℃で2乃至3分加熱して実施される。これにより、次のステップでスタンプ150が層131から除去されるまで、層131のパターンが維持される。
【００４７】
スタンプ150が除去された後、第2の硬化処理ステップが実施される。この場合、層131は、約400℃で加熱されることが好ましい。第2の硬化処理ステップ中に、層131の液体材料は、固体の誘電体層130に転化する。液体材料が、上記のゾルゲル系のサスペンションを含有する場合、固体の誘電体層は、二酸化珪素を有し、固体化層の誘電率は約4である。パターン化誘電体層130は、図1Dに示されている。
【００４８】
液体のエンボス化処理による誘電体層130のパターン処理は、金属−絶縁体−真空（MIV）構造のエミッタ粒子を用いるときに有意である。そのような粒子による放射特性は、（導電性）粒子の外表面に設けられた絶縁材料の薄膜層に依存する。
【００４９】
この場合、エミッタ粒子（図1Fに参照符号170で示されている）は、スピンコート法または浸漬塗布法のような適当な方法で、基板110とカソード電極120の上部に直接設置されることが好ましい。すなわちエミッタ粒子は、液体材料の層131を設置する前に付与される。エミッタ粒子は、例えばグラファイト粒子であって、平均径は4ミクロンである。
【００５０】
エンボス化処理ステップ中に補助的な押圧をスタンプ150に加えない場合、スタンプ150は、キャピラリ力のみで液体層131に密着し、基板110とカソード電極120の上部には、例えば70ナノメートルの比較的薄い液体材料層が残る。エラトマー系のスタンプ150がエミッタ粒子の周囲を固定するため、エミッタ粒子170上には、同様の液体材料の薄膜層が残される。このようにして、スタンプの除去および液体材料の固体化ステップ後には、必要な厚さの誘電体層が粒子上に設置される。
【００５１】
本方法を利用して得られる誘電体層130のゲートホール135の寸法は、例えば1から10μmである。
【００５２】
ゲートホール135の寸法は、誘電体層130自体の厚さと実質的に等しく、ゲートホール135は、1：1のアスペクト比を有する。そのようなゲートホールは、上記のMIV構造のエミッタ粒子が用いられる場合、あるいは紡錘型のエミッタチップが用いられる場合に適している。
【００５３】
ゲートホールは、例えば200または500ナノメートル程度のサブミクロンの寸法とすることができる。そのような寸法は、例えばカーボンナノチューブ（CNT）のようないくつかの種類のエミッタ材料が用いられるときに有意である。カーボンナノチューブを用いる場合、ゲートホールはできる限り小さくすることが好ましく、これにより、より効率的に電子を放出させることができる。この要求は、ゲートホールの縁部と隣接するカーボンナノチューブのみが、電子放出に寄与するということに起因するものである。従ってゲートホールの寸法が小さくなると、放射粒子の数は増加する。
【００５４】
最終処理ステップの間、構造部のパターン化された誘電体層130の上部にはゲート電極140が設置される。このゲート電極140は、電子が通る開口145のパターンを有し、この開口145は、ゲートホール135と位置が揃えられる。通常の場合、開口145およびゲートホール135は、単一のエッチングステップによって構成されるが、本発明の方法では、ゲート電極140は、誘電体層130のパターン化後に設置される。
【００５５】
ゲート電極140は、電子の通る開口145が誘電体層130のゲートホール135と揃うように、自己整合的に形成される。
【００５６】
自己整合的にゲート電極140を構成するための好ましい方法は、図1Eに示すグラビアオフセット印刷処理である。実質的にパターン化されていない別のスタンプ160には、例えば銀（Ag）またはアルミニウム（Al）のような金属粒子のサスペンションが付与される。このサスペンションは、例えばサスペンションの付与された基板（図示されていない）からスタンプ160に、好ましくは印刷法によって転写される。サスペンションが付与された第2のスタンプ160の表面162は、構成されたゲート構造に押し合わされ、より具体的には、誘電体層130の凸部132に接触するように動かされる。従ってサスペンションの一部は、誘電体層130上に設置される。次に第2のスタンプ160が除去され、熱処理ステップによって、設置されたサスペンションから第2の電極140が構成される。サスペンションは、誘電体層の凸部132にのみ設置され、ゲートホール135の内部には設置されないため、形成された第2の電極140は、パターン化された誘電体層130に対して自己整合的に形成される。
【００５７】
上述の処理プロセスによって最終的に得られるデバイスは、図1Fに示されている。この図にはエミッタ粒子170が示されている。ここに示す製造方法の実施例では、液体材料の層131が設置される前に、粒子170がカソード電極120の上部に設けられることに留意する必要がある。ただし明確化のため、エミッタ粒子170は、図1Fにのみ示されている。
【００５８】
カーボンナノチューブ（CNT）のようなエミッタ粒子は、例えばマスクを用いたパターン印刷技術により、本方法の最終ステップにおいて提供されても良い。CNTは、感光性ペーストを用いて大きなゲートホール（10μm以上）内に印刷される。あるいは、ゲートホールが小さい場合（10μm以下）は、CNTを直接成長させることもできる。
【００５９】
誘電体層の厚さは、十分に高い電子放出と放射構造の比較的低く抑えられた容量の間で均衡が取れるように選定される。絶縁体が薄くなると、エミッタ材料近傍に高電場が生じるため、電子放出は比較的多くなる。しかしながら構造の容量は、絶縁体の厚さに逆比例するため、誘電体層が薄くなると容量は大きくなる。
【００６０】
フィールドエミッションディスプレイでは、容量の増大が、画素の駆動に際してのいくつかの問題を生じさせる。例えば、画素の駆動時に消失するエネルギー量は比較的多く、RC時間の増大によって、画素のアドレス処理が比較的遅くなり、画素がアドレス処理されるときに容量性の電流の損失が生じる。これらの理由により、誘電体層の厚さは、1から10μmの範囲にあることが好ましい。さらにフィールドエミッションデバイスの好適実施例では、誘電体層は、図2Aに示すようにパターン化される。誘電体層230のゲートホール235は、フィールドエミッタ材料（図示されていない）を有する基板210と隣接する円筒部235Aを有し、さらにゲート電極240と隣接するテーパー部235Bを有する。ゲート電極240は、テーパー部235Bの内壁を覆い、カソード電極220からの距離がD1となるまで、ゲートホール235の内部に延びる。
【００６１】
カソード電極220近傍のゲートホールの寸法は、例えば10μmであり、ゲート電極のテーパー部235Bの端部では、例えば12μmまで増大する。誘電体層230の厚さD2は、例えば6ミクロンである。ゲートホールの円筒部235Aおよびテーパー部235Bは、いずれも誘電体層230のほぼ半分の深さであり、基板210と垂直な方向におけるそれらの長さは、約3ミクロンである。従ってD1も約3ミクロンである。
【００６２】
誘電体層230の厚さD2は比較的厚く、画素容量の増大という問題を回避することができる。一方、ゲート電極240がゲートホールにまで伸長しているため、フィールドエミッタ材料の位置での電場は、比較的小さな距離D1で定められる。上述の例の場合の計算では、画素容量は45％低下するが、フィールドエミッタ材料位置での電場は2％しか低下しないことが示されている。従ってこの配置では、比較的小容量で高電界放出の電場が提供される。
【００６３】
誘電体層230は、図2Bに示すようなテーパー部を備える凸部254を有するスタンプ250でエンボス化処理される。従ってテーパー部235Bを備えるゲートホール235が得られる。ゲート電極240は、前述のグラビアオフセット印刷処理によって、ゲートホール235内に伸長するように形成される。そのため第2のスタンプに付与されるサスペンションの厚さによって、ゲート電極240がゲートホール235内に伸長する量が定められる。
【００６４】
同様のゲートホールを定形する方法自体は、従来技術として、例えば国際公開第WO92/01305号に示されている。しかしながら本実施例では、ゲートホールの異なる部分が、分離された誘電体層内に別々に形成される。本発明による製作方法の場合、ゲートホールは、一部にテーパー形状を有するが、この形状は、単一のエンボス化ステップにより比較的簡単に製作することができる。ゲートホールは、単一の誘電体層内に延びる。
【００６５】
ゲートホールの構造を最適化することは、比較的容易であり、更なる容量の低下が可能となる。この場合、製作上の観点からは、スタンプパターンの変更しか必要ではない。
【００６６】
フィールドエミッションデバイスにおいて、カソード電極およびゲート電極の位置は、相互に置換しても良く、その場合ゲート電極が基板に隣接する。これをアンダーゲート構造と呼ぶ。アンダーゲート構造のフィールドエミッションデバイスの実施例は、図3に示されている。
【００６７】
アンダーゲート構造の製作方法は、通常のゲート構造の場合とほぼ同様である。最初にゲート電極340が基板310に設置され、次にゲート電極が液体材料で被覆され、この材料から液体エンボス化処理によってパターン化された誘電体層330が形成される。カソード電極320は、グラビアオフセット印刷処理によって、パターン化誘電体層330の上部に形成されることが好ましい。
【００６８】
アンダーゲート構造の製作ステップでは、エミッタ粒子370は、カソード電極320を形成してから設置する必要がある。図にはエミッタ粒子370として、カーボンナノチューブが示されているが、他のいかなる適当なフィールドエミッタ材料を設置しても良い。エミッタ粒子370は、例えば第2のグラビアオフセット印刷処理ステップによって設置しても良く、その場合、サスペンションは、エミッタ粒子を含有し、実質的にパターン化されていないスタンプに転写され、次にカソード電極320と接触するように動かされる。カソード電極320上へのサスペンションの設置後に、サスペンションは熱処理され、エミッタ粒子370が残留する。
【００６９】
アンダーゲート構造では、電子放出は、カソード電極320の周囲325に隣接するエミッタで優先的に起こる。従って、図3に示すような比較的多数の小構造部が構成される場合には有意である。誘電体層330は、比較的多くの絶縁体パッチ332を有し、パッチの各々は、カソード電極320およびエミッタ材料370で被覆される。
【００７０】
本発明による製作方法は、そのような構造を形成することに特に適している。本方法では、サブミクロン領域の寸法を有するパターンを形成することができるからである。
【００７１】
図4に示すフィールドエミッションディスプレイでは、真空外囲器は、本発明のフィールドエミッションデバイス400を有する。フィールドエミッションデバイスは、表示スクリーン480と対向し、表示スクリーンには蛍光体トラック485が設けられる。表示スクリーン480は、画像素子482を有する。フィールドエミッションデバイス400は、電子を発生する電子源として用いられ、電子が蛍光体トラック485に衝突することにより、画像素子482が照射される。
【００７２】
表示スクリーン480の各画像素子（画素）482は、個々にアドレス処理することができ、カソード電極およびゲート電極は、パッシブマトリクス構造を形成する。画素482の各行484に対して、行カソード電極420a、b、cが提供され、画素482の各列486に対して列ゲート電極440a、b、cが提供される。
【００７３】
カソード電極420a、b、cは、パターン化された誘電体層430によって列ゲート電極440a、b、cから分離される。この層は、液体材料を転化させて構成され、例えば、有機シラン化合物およびコロイダルシリカのような無機フィラー材料を含有するゾルゲル系の材料である。あるいは液体材料はポリアミドを含有しても良い。
【００７４】
誘電体層430のパターンは、ゲートホール435のパターンである。各ゲートホール435の底部には、エミッタ粒子（図示されていない）が設置され、適当な電場が印加された際には、この粒子から電子が放出される。ゲートホール435は、誘電体層430およびゲート電極440a、b、cを通って延びる。
【００７５】
フィールドエミッションディスプレイの電力消費を可能な限り抑制するため、カソード電極とゲート電極間の電位差は、低いことが好ましい。また誘電体層の誘電率を低下させるため、フィールドエミッションデバイスの容量は、比較的小さくする。誘電体層の厚さについては、一方では前記低電位差で比較的高い電場が得られ、他方では比較的低い容量となるように均衡が図られる。
【００７６】
好適実施例では、誘電体層130の誘電率は、3、5または4である。誘電体層130の厚さは、約20μmである。この場合、カソード電極とゲート電極の間の電位差は、約20Vであって、ゲートホール435の底部にあるエミッタ粒子の上部には、十分に強い電場が生じ、これらの粒子によって電子が放出される。
【００７７】
画素482は、画素に対応する行カソード電極420a、b、cの行電圧Vrow1、2、3をオンにすると同時に、画素に対応する列ゲート電極440a、b、cの列電圧Vcol1、2、3をオンにすることでアドレス処理される。次に選択されたカソード電極とゲート電極の交点領域にあるエミッタ粒子のみが、電子を放出し、生じた電子は、前記領域のゲートホールを通り、表示スクリーン480に向かって加速する。このため、表示スクリーン480には、作動中、例えば10kVのアノード電圧が印加される。加速電子は、表示スクリーン480の画素482に到達し、前記画素482内の蛍光体トラック485の一部が、励起されて照射が生じる。
【００７８】
例えば、行電圧Vrow1および列電圧Vcol3がオンにされた場合、参照符号436で示された開口のパターンから電子が放出され、この電子は、参照符号488で示された表示スクリーン480上の選択画素に至る。これにより、選択画素488内の蛍光体トラック485が照射し、選択された画像素子488が観者に視覚されるようになる。
【００７９】
図は概略的なものであって、スケールは示されていない。本発明を好適実施例に関連付けて説明したが、本発明は、好適実施例に限定されるものではないことを理解する必要がある。本発明は、当業者によってなされ得る特許請求の範囲内にある全ての変更を含む。
【００８０】
要約すると、フィールドエミッションデバイス（100）には、カソード電極（120）およびゲート電極（140）が設けられる。これらの電極間には、パターン化された誘電体層（130）が設置される。本発明では、この誘電体層（130）は、液体前駆体（131）から製作され、この前駆体は、液体エンボス化処理によって、すなわち、液体材料（131）にパターン化スタンプ（150）を密着させることによって、パターン処理される。スタンプ（150）を除去してから、液体材料を硬化させて、パターン化された誘電体層（130）を形成する。次の製作ステップにおいて、カソード電極（120）またはゲート電極（140）をパターン化された誘電体層（130）の上に自己整合的に形成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の実施例である、通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスを製作する方法を示す図である。
【図２Ａ】通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスの別の実施例を示す図である。
【図２Ｂ】通常のゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスの別の実施例を示す図である。
【図３】本発明のアンダーゲート構造を有するフィールドエミッションデバイスの実施例を示す図である。
【図４】フィールドエミッションディスプレイ（FED）の実施例を示す図である。
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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