【手続補正書】
【提出日】平成17年10月20日(2005.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】電界放出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  第１及び第２導電層の間にある電界放出層からなるカソード電極と、そして、前記カソード電極に横たわり、絶縁層および第３導電層からなる、少なくとも１つのゲート電極と、を有する電界電子放出カソードを製造する方法であって、前記の方法が、
ａ．低解像度手段によって形成するために、絶縁基板３００上に、第１導電層３０１、電界放出層３０２、第２導電層３０３を順に配列して付着させて、少なくとも１つのカソード電極を形成する工程と、
ｂ．低解像度手段によって形成するために、前記カソード電極上に、前記絶縁層３０４および第３導電層３０５を順に配列して付着させて、少なくとも１つのゲート電極を形成する段階と、
ｃ．このように形成した構造をフォトレジスト層３０６でコーティングする工程と、
ｄ．高解像度手段によって前記フォトレジスト層３０６を露光して少なくとも１つのグループの放出セルを形成し、各グループを１つの前記カソード電極と１つの前記ゲート電極との間のオーバーラップ領域に設置する工程と、
ｅ．続いて、前記第３導電層と、前記絶縁層３０４と、前記第２導電層３０３とをエッチングして、前記セルにおける前記電界放出層３０２を露光させる工程と、
ｆ．前記フォトレジスト層３０６の残りの領域を除去する工程と、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】  請求項１による方法において、前記カソードがカソード・アレイであり、前記カソード電極および前記ゲート電極が、それぞれ、カソード・アドレス指定トラックとゲート・アドレス指定トラックを包含し、これらのトラックをアドレス指定可能な行および列で配置し、工程ｄが前記グループの放出セルのパターンを形成する工程を包含することを特徴とする方法。
【請求項３】  請求項２による方法において、前記カソード・アドレス指定トラックの少なくとも１つまたはすべてが、複数の行または列のセルをアドレス指定することを特徴とする方法。
【請求項４】  請求項２または３による方法において、前記露光工程及びエッチングエ程が、カソード・アレイ上に基準マーク４３２を形成する工程を包含し、アレイの製造後に、アレイを引き続きアノードや他の構成要素と整合させ易くすることを特徴とする方法。
【請求項５】  請求項１〜４のうちいずれか１つによる方法において、液状光沢金属を塗布することによってかあるいは無電界めっきによって前記導電層３０１，３０３，３０５のうち少なくとも１つを形成する工程を包含することを特徴とする方法。
【請求項６】  請求項１〜５のうちいずれか１つによる方法において、真空蒸発またはスパッタリング以外の手段によって前記導電層３０１，３０３，３０５のうち少なくとも１つを形成する工程を包含することを特徴とする方法。
【請求項７】  請求項１〜６のうちいずれか１つによる方法において、前記電界放出層３０２が、広面積電界エミッタ材料の層からなることを特徴とする方法。
【請求項８】  請求項１〜７のうちいずれか１つによる方法において、工程ａ〜ｆの完了後に、カソード上へ順次に第２絶縁層６０６および第４導電層６０７を付着させて焦点グリッドを形成する更なる工程を包含することを特徴とする方法。
【請求項９】  請求項１〜８のうちいずれか１つによる方法によって製造した電界電子放出カソード。
【請求項１０】  電界ルミネセンス蛍光体６１３を有するアノードと、請求項９によるカソードと、からなる電界放出装置において、該カソードは、請求項２によるカソード・アレイであり、前記蛍光体６１３をボンバード（bombard）するように配置してあることを特徴とする電界放出装置。
【請求項１１】  請求項１０による電界放出装置において、蛍光体８１２が、赤、緑および青のグループで配置してあってカラーディスプレイを形成していることを特徴とする電界放出装置。
【請求項１２】  請求項１１による電界放出装置において、前記赤、緑、青のグループを順次に付勢するためのアノード駆動手段８０４，８０５，８０６を包含することを特徴とする電界放出装置。
【請求項１３】  請求項１０、１１、または１２による電界放出装置において、さらに、インターディジテート形（interdigitate form）あるいはメッシュ形（mesh form）の電極８１３を包含し、この電極が、前記蛍光体８１２間に挿設してあり、前記蛍光体８１２が駆動されるときの電位（potential）よりも低い電位で駆動されるように配置してあり、それによって、前記蛍光体の周囲にポテンシャル井戸（potential wells）を形成して前記蛍光体８１２に向かって電子を引きつけさせると共に、カソードおよびアノード間のミスアラインメント（misalighnemnt）を補整することを特徴とする電界放出装置。
【請求項１４】  請求項９〜１３のうちいずれか１つによる電界放出装置において、前記カソードには、前記ゲート電極上にわたり更に別の制御グリッドと、前記カソードによって放出される電子に制動をかけるように前記制御グリッドを駆動するための駆動手段と、が備えられていることを特徴とする電界放出装置。
【請求項１５】  請求項１４による電界放出装置において、さらに、エミッタ表面に対して直角に磁界を与える手段を包含することを特徴とする電界放出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出装置に関するものであり、特にアドレス指定可能な電界電子放出カソード・アレイを製造する方法に関する。本発明の好ましい実施例は、多電極制御及び合焦構造を製作するための低コスト製造方法を提供することを目的としている。
【０００２】
【従来の技術】
当業者には明らかなように、実用的な電界放出装置（特にディスプレイ）にとってキーとなるものは、低電圧で放出電流の制御を可能にする配置である。この分野の技術の大半は、チップ・ベースのエミッタ、すなわち、電界放出源として原子的に敏感なマイクロ・チップを利用する構造に関係する。
【０００３】
チップ・ベースのエミッタに関しては注目すべき従来技術がある。この技術分野における作業者の主たる目的は、各単一の放出チップから離して、１μm未満の開口（ゲート）を有する電極を配置することで、１００Ｖ以下の電位を印加して必要な高電界を得ることができるようにすることにあった。これらのエミッタはゲート付きアレイと呼ばれる。これを実用的に第１に実現したものが、カリフォルニア州のスタンフォード・リサーチ・インスティチュート（Stanford Research Institute in California）に勤務しているC. A. Spindtによって報告されている（(J, Appl. Phys. 39.7, pp 3504-3505, (1968))。Spindtのアレイは、Si基板上にあるSiO２層の円筒形のくぼみ内に金属を付着させることによって、自己マスキング技術を用いて製造したモリブデン放出チップを使用している。この基本的なSpindt技術についての多くの変形例および改良例が、科学文献、特許文献に記載されている。
【０００４】
別の重要なアプローチとしては、シリコン・マイクロエンジニアリングを使用してゲート付きアレイを製造することである。この技術を利用している電界電子放出ディスプレイは、世界中の多くの組織団体の関心を引きながら、現在も製造されている。ここでも、多くの変形例が報告されている。
【０００５】
すべてのチップ・ベースの放出システムに伴う主要な問題は、高い電流でのイオン・ボンバードメント(ion bombardment)やオーム加熱（ohmic heating）による損傷や、装置における電気的な破壊によって生じる破局的な損傷を受けやすいということである。大きい面積の装置を作ることは難しくもあり、コストもかかる。さらに、低制御電圧を得るには、チップおよびその関連したゲート開口からなる基本的な放出要素が、直径ほぼ１μm（１ミクロン）以下でなければならない。このような構造の製造には、コストの高い構造を伴う半導体式製作技術を必要とする。さらに、大きい面積が要求される場合には、高価で速度の遅い工程や反復設備を使用しなければならない。
【０００６】
１９８５年頃、ダイヤモンドの薄膜を水素・メタン雰囲気において加熱基板上で成長させて、広面積電界エミッタを提供することができるのが発見された。
１９８８年には、S. BajicおよびR. V. Latham（Journal of Physics D Applied Physics, vol.21 200-104 (1988)）が、高密度の金属−絶縁体−金属−絶縁体−真空（MIMIV）放出サイトを創り出した低コスト複合体を報告している。この複合体は、エポキシ樹脂内に分散させた導電性粒子を有する。標準の回転コーティング技術によって、表面にコーティングが施されている。
その後かなり経って(１９９５年)、Tuck、Taylor、およびLatham（ＧＢ  ２３０４９８９)が、エポキシ樹脂に代えて無機絶縁体を使用することによって、上述したＭＩＭＩＶエミッタを改良し、これにより、安定性が向上すると共に、封じ込み真空装置の中でそれを作動させることができるようになった。
【０００７】
このような広面積エミッタの最良の例は、１０Ｖμm-1未満の電界で有用な電流を発生することができる。この明細書の中で言う広面積電界エミッタとは、その組成や、マイクロ構造、作業機能、あるいはその他の性質によって、平坦なあるいは平坦に近い表面に合理的に発生され得る可能性のある巨視的電界に有用な電子流を放出する、すなわち、原子的に敏感なマイクロ・チップを放出サイトとして使用しない、といういかなる材料を指すものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電子光学分析では、広面積エミッタを制御するのに必要な特徴サイズは、チップ・ベース・システムに対するものよりも大きい大きさのオーダーにほとんど近いことを示している。Zhu外（米国特許第５,２８３,５０１号）が、ダイヤモンド・べ一スのエミッタを有するこのような構造を記載している。Moyer（米国特許第５,４７３,２１８号）では、ゲート絶縁体への放出を防ぐと共に、ゲート開口を通して電子を合焦させるために、導電層が広面積エミッタ上に着座している、という電子光学的な改良をクレームしている。このような構造の概念は、新規ではなく、数十年にわたって熱イオン装置で使用されてきた装置に電子光学的と同等のものである。たとえば、Winsor（米国特許第３,５００,１１０号）は、カソードに対して正電位にセットしたグリッドを妨害する不要な電子を阻止するために、カソード電位にあるシャドウ・グリッドを記載している。そのいくぶん後に、Miram（米国特許第４,０９６,４０６号）がこれを改良して、シャドウ・グリッドおよび制御グリッドが固体絶縁体によって隔離され、カソードと接触して配置されている、結合グリッド構造を製造している。Moyerの装置は、単にMirqm構造における熱イオン・カソードを均等な広面積電界エミッタと交換したに過ぎない。しかしながら、このような構造は有用であり、低コストで、大きい面積にわたって構造を構築するという点で大いにチャレンジすべき方法である。本発明の好ましい実施例が技術に貢献をするのはこの領域にある。
【０００９】
Hoole A. C. F. 外「”Directly patterned low voltage planar tungsten lateral field emission structures” Journal of Vaccuum Science and Technology: Part B. Vol 11, No. 6, 1993年11月, p. 2574-2578, XP000423379」においては、低解像度露光工程および高解像度露光工程を組合せることが開示されている。これは、高解像度装置が充分な狭角度視野を持たないという問題を解消するためのものであり、ゲート電極がカソード電極上に形成された電界放出カソードを低コストで製作することについては、全く触れていない。
【０００９】
ＥＰ  ０  ６９５  ６２２  Ａ１は、電界放出装置を形成する方法を開示しているが、これは真空蒸着を伴い、異なる特性から成る層を形成するために多相材料からなる前駆体の制御されたイオン衝撃（controlled ion bombardment）に関するものであり、低コストで電界放出装置を形成することに向けられたものではなく、特に、所望される正確な整列がいかにして低コストで達成され得るか、ということについての教示をまったく提供していない。が、他に沢山あるものの中では、これは、確かに典型的な電界放出配列を提示しており、絶縁層及び導電層からなる、ゲート電極とみなされ得る構造が、２つの導電層の間に挟まれた電界放出層からなる、カソード電極とみなされ得る構造の上に配置されている。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明の好ましい実施例は、広面積エミッタを利用するコスト効率の良い電界放出構造及び装置を提供することを目的としている。このエミッタ構造は、電界電子放出ディスプレイ・パネル、電子MASERSやジャイロトロンのようなハイパワー・パルス装置、ＣＦＡのような交差電磁界マイクロ波電子管、クライストロンのような直線ビーム電子管、フラッシュＸ線電子管、トリガ式スパーク・ギャップおよびその関連装置、滅菌用広面積X線源、真空計、宇宙船用イオン・スラスタ、粒子加速器、ランプ、オゾナイザおよびプラズマ・リアクタ等の装置で使用することができる。
【００１０】
本発明の一つの態様では、第１導電層及び第２導電層の間にある電界放出層からなるカソード電極と、そして、前記カソード電極に横たわり、絶縁層および第３導電層からなるゲート電極を少なくとも１つ有する、電界電子放出カソードを製造する方法を提供するもので、この方法は、
ａ．低解像度手段によって形成するために、絶縁基板上に、第１導電層、電界放出層、第２導電層を順に配列して付着させて、少なくとも１つのカソード電極を形成する工程と、
ｂ．低解像度手段によって形成するために、前記カソード電極上に、絶縁層および第３導電層を順に配列して付着させて、少なくとも１つのゲート電極を形成する段階と、
ｃ．このように形成した構造をフォトレジスト層でコーティングする工程と、
ｄ．高解像度手段によって前記フォトレジスト層を露光して少なくとも１つのグループの放出セルを形成し、各グループを１つの前記カソード電極と１つの前記ゲート電極との間のオーバーラップ領域に設置する工程と、
ｅ．続いて、前記第３導電層と、前記絶縁層と、前記第２導電層とをエッチングして、前記セルにおける前記電界放出層を露光させる工程と、
ｆ．前記フォトレジスト層の残りの領域を除去する工程と、
から成る。
【００１１】
好ましくは、前記カソードはカソード・アレイであり、前記カソード電極および前記ゲート電極は、それぞれ、カソード・アドレス指定トラックとゲート・アドレス指定トラックを包含し、これらのトラックはアドレス指定可能な行及び列で配置し、工程ｄは、前記グループの放出セルのパターンを形成する工程を包み得る。
好ましくは、前記カソード・アドレス指定トラックの少なくとも１つか或いはすべてが、複数の行又は列のセルをアドレス指定する。
各列及び/又は行は、薄いかあるいは幅広くてもよく、カソードの用途に依り、所望に応じて、２，３個のセルを、あるいはたくさんのセルを取り入れることができる。
好ましくは、前記露光及びエッチングの工程は、カソード・アレイ上に基準マークを形成して、アレイの製造後に、引き続きアレイをアノードまたは他の構成要素と整合させ易くにする工程を包み得る。
【００１２】
上記の方法は、前記導電層のうちの少なくとも１つの層を、液状光沢金属を塗布するか無電界メッキをすることによって形成する工程を包み得る。
上記方法は、前記導電層のうちの少なくとも１つの層を、真空蒸着またはスパッタリング以外の手段によって形成する工程をも包み得る。
【００１３】
好ましくは、前記電界放出層は、広面積電界エミッタ材料で作られた層からなる。
上記の方法は、工程ａ〜ｆの完了後に、カソード上へ順次に第２絶縁層および第４導電層を付着させて焦点グリッドを形成する、という更に別の工程も包み得る。
本発明は、先に述べた方法のうちいずれか１つの方法によって製造した電界電子放出カソードにも敷衍する。
【００１３】
本発明の別の態様では、本発明は、電界ルミネセンス蛍光体を有するアノードと上記したカソードとから成る電界放出装置を提供するものであり、この電解放出装置においては、カソードは上述したようなカソード・アレイであって、前記蛍光体をボンバード（bombard）するように配置されている。
好ましくは、前記蛍光体は、赤、緑および青のグループで配置してあって、カラーディスプレイを形成する。
上記電界放出装置は、前記赤、緑、青のグループを順次に付勢する駆動手段も包み得る。
【００１４】
上記の電界放出装置は、さらに、前記蛍光体間に挿設されているインターディジテート形あるいはメッシュ形の電極を包み、前記蛍光体が駆動されるときの電位よりも低い電位で駆動されるように配置してあるので、それによって、前記蛍光体の周囲にポテンシャル井戸（potential wells）を形成して前記蛍光体に向かって電子を引きつけさせると共に、カソード、アノード間のいかなる不整合をも補整するようになる。
カソードには、前記ゲート電極上に更に別の制御グリッドが備えられ、また前記カソードの放出する電子に制動をかけるように前記制御グリッドを駆動するための駆動手段も備えられている。
このような電界放出装置は、さらに、エミッタ表面に対して直角に磁界を与える手段を包む。
【００１５】
第１導電層、電界放出層、第２導電層は、全体として或いは層毎に、低解像度手段を使用してパターン化され得る。同じことが、絶縁層および第３導電層にも当てはまる。この高解像度露光工程は、好ましくは、製造方法全体で要求される唯一の高解像度工程であって、カソード電極及びゲート電極の交差に関して、グループの位置における公差が、はるかに小さいエミッタ・セル寸法に比較して、かなり大きいカソード電極及びゲート電極寸法（たとえば、行とか列になるトラックのような）で決められる、というようなものである。導電層に対する第１のエッチングは、好ましくは、それが絶縁層あるいは電界放出層を侵さないように選ばれる。絶縁層に対する第２のエッチングは、それが導電層を侵さないように選ばれる。したがって、エッチングは、第１、第２のエッチングを交互に使用して逐次的に実施され得るもので、エッチング後のこのような各層は、次のエッチングすべき層のためのマスクを形成して、それによって、層における開口の自動整合を行えるようにする。
【００１６】
本明細書中に述べる「低解像度手段」および「高解像度手段」の意味は次の通りである。高解像度手段とは、選択されたエミッタ・セルのサイズになる、明確に限定された構造を形成することのできる手段である。低解像度手段とは、選択されたサイズのカソード電極及びゲート電極で、明確に限定された構造を形成することのできる手段であって、選択されたエミッタ・セルのサイズで形成するものではない。
例えば、高解像度手段は、最小サイズの、明確に限定された構造を形成することのできる手段であって、そのサイズは、低解像度手段によって形成され得る明確に限定された構造の最小サイズの５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、又は５％に等しいかまたはそれ以下である。低解像度手段は、１００μm，７０μm，５０μm，４０μm，３０μmなどの最小寸法まで落として明確に限定された構造を形成すできるリトグラフ手段であってもよい。高解像度手段は、２０μmあるいは１０μmの最小寸法までの、更に好ましくは、２，３μm以下までに落として明確に限定された構造を形成することのできるフォトエッチング手段であってもよい。１つの例としては、直径１００μmのカソードやゲート・トラックはリトグラフ手段によって形成され、直径８μmのエミッタ・セルはフォトエッチング手段によって形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明をより良く理解して貰い、かつ、本発明の実施例をどのように実際に実施し得るかを示すために、以下、添付図面に言及する。
本発明の実施例は、多くの用途を有し得るので、以下にはいくつかの例によって説明する。ここで、以下の説明が本発明の或る種の実施例を例示しているに過ぎないことは了解されたい。種々の変更、修正を当業者が案出することができる。
【００１８】
大型電界放出ディスプレイにおいて、ピクセル寸法は、スクリーン印刷またはフォトエッチングのような多数の低コストパターン化技術の能力内で充分にある。たとえば、プリント配線回路は、現在、明確に限定された７５μmトラックを備えて作ることができる。
【００１９】
図１ａは、１メートルの対角線寸法を持つ仮定的１６:９ＨＤＴＶディスプレイ（簡略化のためにモノクロのものである）における４つのピクセルを示している。寸法１３１は０.７５mmであり、寸法１３０は０.５０mmである。図２は、寸法２３４，２３５が図１ａにおける寸法１３１，１３０と一致するようになる、類似したカラーディスプレイの２つのピクセルを示している。列２３１，２３２，２３３は、３原色の蛍光体に流れる電流を制御する。
【００２０】
図１ａについて再度言及すると、カソード・アドレス行１１２およびゲート・アドレス列１２２はミリメートル幅の数十分の１であり、印刷、リトグラフ技術範囲で形成することができる。しかしながら、エミッタ・セル寸法１２０は、所望の制御電圧を達成するのに必要な相互コンダクタンスによって要求される。多数のチャネルがあるため、駆動電子機器は、任意のマトリックス・アドレス指定されたディスプレイにおける主要コスト要素となり、それに比例してより高い電圧の装置にコストがかかることになる。全体のコストを許容できるようにするためには、駆動電圧が数十分の１ボルトであると好ましい。
【００２１】
図１ａを参照して、エミッタ・セルは、たとえば、スロット状形態１２０または円形形態１２１のアレイであってもよい。図１ｂは、２つのこのようなエミッタ・セルの狭い寸法の方の部分の断面を示している。この構造は、絶縁基板１１１上に形成されている。層としては、次に挙げるように；  カソード・アドレス行１１２;  電界エミッタ材料１１３;  シャドウ・グリッド層１１４;  ゲート（グリッド）絶縁体層１１５;  グリッド・アドレス列１１６である。
【００２２】
電子光学的な理由で、寸法１１８，１１９は、互いに両立できるものでなければならない。このような配置もまたエッチングをし易くする。静電的モデリングは、４０Ｖ制御電圧の振れ（行については負への移行、列については正への移行）寸法１１８がほぼ８μmであることを示している。１５Ｖ振れの場合には、ほぼ４μmに縮小する。
【００２３】
これらの寸法は小さいけれども、レジスト・パターンを発生させるために、適切な自動整合プロセスをもってしてレジスト・パターンを一回露光すれば、コリメートされた平行照明による１対１の接触露光、あるいは、１対１の近接露光、という状況の範囲内におさまる、いうことが我々にはわかった。コリメートしてもしなくても、適切な大面積高強度露光システムは、プリント回路基板製作のために製造されている。多数回の露光が必要な場合にのみ、半導体製造を特徴づける非常に高価で速度の遅いステップ整合機器が必要とされる。さらに、ピクセル領域内での各エミッタ・グループの場所は、エミッタ・セルを形成するのに多数回のマスク工程が必要とされるとした場合に要求されるよりもずっと許容度が大きい（位置１４１から１４０へ)。
【００２４】
ディスプレイ・パネルを組み立てる間に上記エミッタ・パッチをアノード上の蛍光体パターンと整合させることができるようにするために、エミッタ・セルのパターンに関して既知の位置にある基準マークは、単一の高解像度マスク・ステージ中にフォトエッチングされるようになる。
【００２５】
もし行および列の構造がスクリーン印刷され得るサイズであるとした場合、標準の電子厚膜回路ペーストを使用して構造を形成したいと思う人があるかも知れない。図１ｃは、目標が、図１ｂに示すような、寸法１１８が約８μm、及び寸法１１９が約５μmをした構造である場合に、このようなアプローチをしたときに伴う問題を示している。導電性厚膜ペーストは、適切なビークル内において金属粒子とガラス・フリットで作られる。最小層厚は、±１〜２μmの誤差をもって、約５μmである。専売特許の絶縁ペーストも同様の誤差を有する。
【００２６】
たとえエッチング中に生じる可能性のあるアンダーカットがないとしても、標準的な厚膜技術によって形成された構造では、図１ｂの理想的な構造を、まずく表現することしかできない、ということが理解されよう。標準的な厚膜技術の場合、セル毎にばらつきが過剰であるばかりでなく、直径１４５と比較して割増の深さになる深さ１４６が電子光学的に容認できないのである。
【００２７】
図１ｃを点検すると、層における過剰な厚さおよびかなりの不規則性が導電性ペースト１４２から生じることがわかる。この理由のために、大部分の電界放出装置製作プロセスでは、基板のプロファイルに精密に一致する真空蒸着やプラスマ蒸着フィルムを使用している。本発明の実施例においてこれらを使用することは排除されるものではないが、このようなフィルムの蒸着は、特に、基板のサイズが大きくて、高いスループットの、高価な装置を必要とする。その結果、製造コストを最大限減らすには、真空システムを必要としない蒸着技術を使用するしかない。
【００２８】
本発明とは無関係の数多くの産業において、鏡のように反射する膜が化学的技術によって製造されており、良い例が、鏡の銀メッキである。建築用ガラス産業においては、現在、建築現場において、(スパッタ・コーティングによって製造された)赤外線反射コーティングが、熱いフロートガラス上へ直接スズ酸化膜をスプレイ熱分解させることによって、かなり低コストで作られるようになっている。
【００２９】
長年にわたって、陶器・ガラス産業では、製造した陶器などの製品を、有機金属化合物（いわゆる樹脂酸塩または光沢ゴールド、パラジウムおよびプラチナである）を含むペンキを使用して、光沢金属層で装飾してきた。金属層は、ペンキを塗布してから、４８０℃〜９２０℃の温度で空気中において該物品を焼成することによって形成される。この温度において有機金属化合物が分解し、０.１〜０.２μm厚の純粋な金属フィルムを生成する。ロジウム、クロムのような金属をわずかに添加して形態学を制御し、接着性を助ける。現在、製品および開発活動の大部分は、薄膜フィルムの装飾的な特性に集中している。しかしながら、この技術は充分に確立されている。今日の技術分野では、あまり（あるいはまったくといっていいほど）使用されていないし、知られたりしていないけれども、過去においては、この技術は使用されていた。たとえば、１９６４年に最初に刊行された「Fred Rosebury's classic text" Handbook of Electron Tube and vacuum Techniques" (Reprinted by American Institute of Physics-ISBN 1-56396-121-0)」では、液状光沢プラチナの製法を記載している。もっと最近では、Koroda（米国特許第４,０９８,９３９号）が真空蛍光ディスプレイにおける電極に対してこれらを使用することを記載している。
【００３０】
液状光沢ゴールドの重要な電子用途においては、薄膜フィルムの表面に生じているナトリウム硫酸塩のブルーム（白い粉状のかぶり）を避けることに注意しなけれならない。このブルームは、硫黄ベースのゴールド有機金属化合物の分解から生じる硫酸化合物（二酸化硫黄または三酸化物あるいはこれら両方）とナトリウム化合物が反応することによって形成されると考えられる。このようなブルームは、低ナトリウム・ガラス（たとえば、ホウケイ酸塩）を使用するか、あるいはソーダ石灰ガラスに施したコーティングを使用するによって、最小限に抑えたり、排除したりすることができる。１つの適切なコーティングとしては、熱いフロートガラス上へ蒸気相先駆体からシリカ蒸着させたものである。このような方法で処理したガラスは、Ｐｅｒｍａｂｌｏｃという商品名の下に、ピルキントン（Pilkington）により製造されている。
【００３１】
したがって、厚膜導電性ペーストを液状光沢金属（好ましくはゴールド）に交換することによって、低コスト低電圧電界放出ディスプレイに対する障害の１つを克服することができる。コーティング配合物は、スプレイ、スピニング、ローラー・コーティング、スクリーン印刷、ワイヤ・ロール・コーティングその他の適当な技術を施した後、単に空気中で焼成させることによって付着させることができる。これらの技術のうちいくつかにおいては、たとえば、スクリーン印刷においては、配合物は、導電性トラック・パターンに直接塗布してもよく、この場合、フォトリトグラフエ程を除くことができる。
【００３２】
金属膜を製造するには、明らかに他の非真空技術もある。しかしながら、我々は、電界放出装置の技術分野においては、そのような他の技術を使用したという事は知らない。そのような技術を使用するということは、ある部分、半導体製造技術分野から移ってきた作業者が、すでに確立されている半導体製作プロセスを使用するせいに違いない。確立された技術からの移行が起こったところで、それらはわずかである。たとえば、DeMercurio外（米国特許第５,４５８,５２０号）では、ゲート・マイクロチップ構造内で電気メッキを使用するが、そのすぐ後には、層の厚さを増大させ、孔を閉鎖し、初期金属層は真空手段によって蒸着される。
【００３３】
導電性要素を形成する別の方法としては、光活性化された触媒で非電気メッキを行う方法である。他にも非真空方法はある。
伝統的な厚膜技術で使用される絶縁ペーストは、ガラス配合物と交換することができる。このガラス配合物は、その融点を過ぎても充分に、低粘度を有する領域に取り入れることができ、なめらかな膜（グレーズにおけると同様）に流すことができ、均一な（あるいはほぼ均一な)厚さのゲート・カソード絶縁層を形成することができる。
【００３４】
絶縁層を形成する別の方法としては、液体化学先駆体（たとえば、ゾル・ゲル、エーロゲル、あるいはポリシーロキサン）を使用する方法がある。ひとたび層が形成されたならば、それを加熱して先駆体を分解させ、無機化合物、たとえば、酸化物（たとえば、シリカ）、セラミックまたはガラスを形成する。
【００３５】
図１ｄは、液状光沢金属に由来する滑らかな金属層１５０を形成する低コスト方法、非電気メッキ、その他の適当なプロセスおよび相補的な低コスト・プロセスから形成した絶縁層１５１を一緒に使用することによって、図１ｂに示す理想に近い構造を実現することができることを示している。
必要に応じて、(図１ｅ参照)この配置は、半導体産業において広く使用されているスピンオン・ガラス配合物の１つであるような平面化層１５２を使用することによって、さらに改良され得る。
【００３６】
（実施例１）
次に、図３を参照して実施例を説明する。この図３において、エミッタ・セルは、ウエット式エッチング・プロセスを使用してガラス基板上にゴールド／低融点ガラス積層構造に形成してもよい。当然、ドライ式エッチング・プロセスを使用することもできるが、これらは製造コストを増大させる。
この材料による組み合わせが持つ利点の１つは、低融点ガラスおよびゴールドが、ソーダ石灰ガラスに近い熱膨張係数を持っているので、かなりひずみのない構造を製造できるということにある。
【００３７】
ステージ１の前に、第１導電層３０１、電界エミッタ層３０２、第２導電層３０３、絶縁体３０４、第３のゲート導電層３０５を、基板３００上に形成した。したがって、ステージ１は、トラック・パターンのすべてを低解像度パターン化技術によって形成し、適当なフォトレジスト層３０６を高解像度手段によって露光させ、グリッド・セル開口のパターンを現像し、この積層体のこれらの領域３０７を種々のエッチング・ステージに露光させる時点でプロセスを結合する。レジストまたはラッカーも塗布してガラス基板の裏側および縁を保護することになる。
【００３８】
エッチング溶液は２つ必要である。一方の溶液は、ゴールドを除去するが、ガラスを侵さないものでなければならず、他方の溶液は、ガラスを除去するが、ゴールドを侵さないものでなければならない。このようにして、以下の説明から明らかになるように、セル構造の自動整合性を得ることができる。
【００３９】
ゴールドを侵さないガラスのための適切なエッチングはフッ化水素酸である。ゴールドのためのエッチング液の場合、もっと多くのオプションがある。（古典的なゴールド・エッチング液である）王水は好ましくない材料であり、強く酸化作用があるので、フォトレジストを侵す可能性がある。２つの実際的な配合物は、沃化カリウム内のヨウ素溶液または臭化カリウム内の臭素溶液である(Bahlの米国特許第４,１９０,４８９号)。
【００４０】
さて、図３に戻ると、ステージ２において、ステージ１からの構造がゴールド・エッチング溶液にさらされる。当業者にとって公知のように、参照符号３０９，３１０に示すように、ゴールドは、レジストの下にエッチング・バックされる傾向がある。トップ・ゴールド層３０５のエッチング中に、アンダーサイズの開口を使用してこの影響を補整することができるが、この方法は層３０３については使用できない。この技術分野では、このアンダーカッティングが電気化学効果によって生じ、バイアス電圧３１１を、エッチング溶液に浸漬したプラチナ電極３１２に相対的にゴールド層に印加することによって抑制できることが報告されている（米国特許第４,１３１,５２５号）。ひとたび上方ゴールド層が除去されてガラス面３０８を露光させたならば、この組立体をリンスして、活性のあるゴールド・エッチング液を除去する。リンス・ステージは各工程間にあるが、簡略化のために、残りは説明しない。
【００４１】
ステージ３において、フッ化水素酸を使用してガラス・ゲート・カソード絶縁層３０４を除去する。絶縁体を放射している電子ビームから離れるように傾斜させることによって、そして、このようにして、荷電効果を減らすことによって、生じるアンダーカット３１５は、放出セルの電子性能に対して有益な影響を及ぼすが、ステージ４で、いくつかの新たな問題を発生する。しかしながら、構造の電圧電流特性は、開口３１４のサイズによって支配されることは知られている。さらに、電極の配置は電子を合焦させ、それらがカソードを残すので、これが、わずかなオーバーエッチング３１７によって生じてしまった可能性のある公称値以上のエミッタ・サイズの直径の増大を容認させるのである。あらゆる場合において、ゴールド膜３０３は、エミッタをフッ化水素酸による攻撃から保護し、エッチング停止手段として作用する。これは、特に、Tuck等（英国特許第２３０４９８９号）に記載されているように、ガラス・ベース・エミッタでは重要である。
【００４２】
ステージ４において、ゴールド・エッチング液を使用し、層３０３を除去し、ガラス層３０４およびレジスト層３０６が上方ゴールド・トラック３０５を保護する。セル３１９をオーバーハングしている場合の上方ゴールド層の腐食は、レジストにおける開口の初期サイズで補償され得る。ここで再び、ゴールド層の片寄せを使用してアンダーカッティングを防いてもよい。
ステージ５において、レジストを除去して完成構造を残す。
【００４３】
(実施例II)
以下、図４の種々の部分（左側の図は破断平面図であり、右側の図は断面図である）を参照して、ここには、上記自動整合技術を低解像度光リトグラフとどのように組み合わせてマトリックス・アドレス指定可能電界放出ディスプレイのカソード面を製造するかが示してある。すべての図面は簡略化してあり、単一のピクセルとその関連した接続トラックのみを示している。
【００４４】
図４ａは、基板４００に付着させた金属／ガラス・ベースの電界エミッタ／金属サンドイッチ４０３／４０２／４０１を示しており、露光、現像したレジスト・パターンがカソード・アドレス指定行４０４を構成する。図示の目的で、金属膜は、液体光沢ゴールド・プロセスおよび溶融ガラス・べ一ス層（ＧＢ２３０４９８９）からのエミッタ膜によって形成される。先駆体層は、スプレイ、スピニング、シルク・スクリーニング、ワイヤ・ロール・コーティングその他のコーティング技術によって付着させておくことができる。配合物でコーティングした後、３枚の層の各々を空気中で焼成して最終組成物を形成する。製造において、これはトンネル炉内で行えると便利である。
先に述べたエッチングを使用して、ゴールド、ガラス・ベースのエミッタ層を、順次、選択的に除去する。最後に、レジスト層を除去して図４ｂの構造４１１を形成する。
【００４５】
図４ｃは、同じ技術を使用して、溶融可能なガラス絶縁層４２１およびゴールド・ゲート層４２２で被覆した構造を示している。ここで再び、空気中で焼成を行う。レジスト・パターンを形成してゲート・アドレス列４２３を構成する。ゴールド・エッチング液を使用して不必要な材料を除去する。最後に、レジストを剥がして図４ｄの構造４３１を形成する。除去するのに用いる化学物質がガラス基板を侵さないので、絶縁層４２１はそのまま残る。
先に述べたような高解像度露光システムを使用して別のレジスト層を塗布し、パターン化し、現像して、エミッタ・セル・パターンおよび図４ｅに示される基準マーク４３２を形成する。
先に実施例１として説明した図３のエミッタ・セル・エッチング・シーケンスを用いて図４ｆに示すエミッタ・セル４４１を有する完成構造を形成する。
【００４６】
（実施例III）
図５の種々の部分を参照すれば、上記の自動整合技術を低解像度直接印刷技術とどのようにして組み合わせて、マトリックス・アドレス指定可能電界放出ディスプレイのカソード面を製造するかがわかる。すべての図面は簡略化してあり、単一のピクセルおよびその関連する接続トラックのみが示してある。実施例IIとの比較を容易にするために、液状光沢ゴールド/低融点ガラスを使用する。しかしながら、光活性化された非電気ニッケルメッキを使用して、ゴールドを、硝酸または塩酸/塩化第二鉄エッチング液と交換することができる。いくつかの場合において、焼成作業中に還元雰囲気を用いてニッケルの酸化を抑えてもよい。
【００４７】
次に図５を参照して、液状光沢ゴールドおよび低融点ガラスに基づく実施例の説明を続ける。図５ａは、実施例IIと同じ方法で形成した基板５１１、ゴールド５０３、ガラス・ベース・エミッタ５０２、ゴールド５０１構造を示している。しかしながら、この場合、先駆体配合物は、たとえば、スクリーン印刷によって選択的に塗布して所望のトラック・パターンを形成する。
【００４８】
図５ｂは、ここでも実施例IIと同様に所望のトラック・パターンに形成した溶融可能ガラス絶縁体５１２およびゴールド・トラック５１３を示している。所望に応じて、絶縁層が全表面５１４を覆ってもよい。
ここで、前述したような単一の高解像度露光システムを使用してレジスト層を塗布し、パターン化し、現像して、図５cに示すエミッタ・セル・パターン５２２および基準マーク５２３を形成する。
実施例Iとして先に述べた、図３に示すエミッタ・セル・エッチング・シーケンスを使用して図５ｄに示すエミッタ・セル５３０を備える完成構造を形成する。
【００４９】
上記の教示から当業者であれば理解できるように、半導体製造技術ではなくて、一連の空気中プロセスおよび低コスト・リトグラフを利用して完全な電界放出ディスプレイ・カソード面を形成する方法によって、製造コストをかなり節減することができる。
【００５０】
電子ビームを合焦させるのにゲート式エミッタ上に焦点グリッドを使用することは、Tuck（米国特許第４,１４５,６３５号）によって初めて報告された。その後、本質的に同じ配置が、Palevsky外（米国特許第５,５４３,６９１号）によって電界放出ディスプレイで利用された。このような構造は、図４ｄ、図５ｂの構造上へ別の絶縁層および別の金属層をかぶせることによって、本発明の実施例において製作され得る。前記諸層は、連続していても、パターン化していてもよく、これにより、インター・トラック静電容量を減らしたり、或る種の他の機能を果たすことができる。次に、実施例Iにおいて先に説明した技術を使用して、あるいは、異なった材料システムを使用した場合には、適切なエッチング・システムを使用して、放出セルおよびそれに関連した合焦電極をエッチングする。
【００５０】
図６ａは、基板６００上にカソード・アドレス層６０１、広面積放出層６０２、シャドウ・グリッド層６０３、ゲート（グリッド）絶縁層６０４、制御ゲート（グリッド）層６０５、焦点グリッド絶縁層６０６および焦点グリッド６０７を設けた完成構造を示している。アノード・プレート６１０上には、透明な導電層６１１（たとえば、インジウム・スズ酸化物）および導電ブラック・マトリックス６１２を設け、カソード・ルミネセンス蛍光体パッチ６１３間のスペースをマスクする。アースに関して正である直流電位６２４を導電層６１１に印加して、カソード面からの電子を加速し、蛍光体６１３からカソード・ルミネセンスを生じさせるに充分に付勢する。
【００５１】
カソード面で、アースに関する負電圧６２０はカソード行を選択し、アースに関する正電圧６２１，６２２はカソードからの電流を調整する。アナログ電圧制御から一定の電圧パルス幅変調までに及ぶ種々の手段を使用することができる。
可変電圧６２３（制御ゲートに関してほぼ負）は、電子レンズを形成し、ビームレットを合焦させる。
【００５２】
あるいは、Palevsky（米国特許第５,５４３,６９１号）に類似するかなり目の粗い焦点メッシュ・システムを、完全なゲート式アレイ上に絶縁、導電層を直接印刷することによって製作してもよい。このような配置が図６ｂに示してあり、ここでは、絶縁層および焦点グリッド層が、先に説明し、図１ａに示した構造と同じゲート式構造６００上にかぶせてある。ここで再び、電極６０１上の可変電位６０４を使用してアノード面６０３に衝突するように電子ビームを合焦させる。
【００５３】
次に、図７について説明すると、ここに記載した方法および構造を利用する完全な電界放出ディスプレイをどのようにして実現するかがわかる。
完全な焦点に集まっているグリッドの有無にかかわらず、先に延べたように形成したカソード面７０１は、一体の合焦グリッドの有無に係わらず、気密シール７０６によってアノード面７０２に結合される。前記アノード面７０２上には、スペーサ、導電層、ブラック・マトリックスや、先に説明したようなピクセル・パターン７０３における蛍光体パッチが設けてある。抽気に続く雰囲気の圧力に抵抗するために、スペーサ７０４がピクセル化された構造間に配置してある。
スペーサは、ガラスでも、セラミックでも、その他適当な材料でもよい。気密シール７０６は、予め形成されたフレームを包含していてもよいし、ガラス・フリットでカソードおよびアノードのプレートに接合してもよい。シーリング・プロセス中、基準マーク７０７（前述したように形成された)は、カソードおよびアノードの面のピクセル化構造を整列配置するのに用いられる。残留ガスをポンピングするためにゲタリング手段を組立体に組み込んでもよい。このようなゲッターのいくつかの理想的な位置は、Tuck外（英国特許第２,３０６,２４６号）に記載されている。完成構造の排出およびベークアウトは、ポンピング・チューブおよびオーブン（図示せず）を通して行ってもよいし、または、適切な作業で真空炉におけるシーリング・プロセスを完了することによって行ってもよい。
【００５４】
完成ディスプレイは、カソード・アドレス指定用モジュール７１０、列アドレス・モジュール７１１、およびアノード電圧電源７１２によって電気的に駆動される。焦点グリッドが使用される場合、付加的な焦点グリッド電源（図示せず）を設ける。後に説明するような付加的なアノード切換・合焦電源（図示せず）を設けてもよい。
【００５５】
カソード、アノード面上でピクセル化構造のアラインメントを行う助けとして基準マークを形成する方法を、先に説明し、図４，図５の種々の部分に示した。
しかしながら、いくつかの別のミスアラインメントもなお生じる可能性がある。これは、特に、カソード・アドレス・ライン８１０と平行な方向におけるミスアラインメントが電子を間違った蛍光体パッチに衝突させ、それに伴い、カラー純度を失わせるカラーディスプレイにおいて、問題となる。
【００５６】
図８ａは、ミスアラインメントについてディスプレイをより寛容にする１つの方法を示している。この配置において、アノード面上の導電層は、３つのインターディジテイテッド式のセグメント（interdigitated segments）８０１，８０２，８０３に分けてある。各セグメントは、１つの原色の蛍光体を有する。前記セグメントは、独立した電源８０４，８０５，８０６によって駆動される。各電源はフレームの１／３に対してスイッチオンされる。カソード面８００からの電子は、順次に各カラー蛍光体に引きつけられ、飛翔軌跡８０７，８０８，８０９をたどる。他の２つのカラー蛍光体が付勢されないので、発光することができず、ミスアラインメントの影響が避けられる。しかしながら、セグメント間の電気的なブレークダウンのために、このアプローチは低アノード電圧システムでしか使うことができない。このようなアプローチは、Clero（米国特許第５,２２５,８２０号）において、チップ・ベース・ディスプレイについて説明されている。
【００５７】
図８ｂは、主アノード電源８１４よりも低い正電位でインターディジテートあるいはメッシュ形態の電極によって各蛍光体パッチ８１２に対して合焦電子を形成することによって、ディスプレイがミスアラインメント８１１の寛容さを与える、別の配置を示している。各蛍光体パッチは今やポテンシャル井戸内に着座しており、このポテンシャル井戸は、電子を充分に引きつけてカソードおよびアノード上のピクセル化構造の適度なミスアラインメントを補償する。このような方法は、Tsai外（米国特許第５,５０８,５８４号）において・チツプ・ベースのデイスプレイについて説明されている。
【００５８】
本発明のいくつかの実施例をマトリックス・アドレス指定されたフラット・パネル・ディスプレイに関連して説明してきたが、ここに開示した方法および構造は、種々の装置を通じて利用することができる。特に、非アドレス指定あるいは部分的にアドレス指定された電子源を構築し、他の電子装置またはディスプレイに組み込んでもよい。たとえば、先に述べた焦点グリッド構造を焦点あるいは制動放出電子のいずれかに使用してもよい。制動モードで使用する場合、配置は、特にエミッタ表面に対して垂直方向の磁場と組み合わせるとき、いくつかの装置における熱イオン・カソードに代えて低エネルギ電子源を備えていてもよい。
【００５９】
図９は、多種多様な用途において電子源として使用し得る平らな非アドレス指定式エミッタ構造の１例を示している。
電気絶縁基板９０１上には、導電層９０２および広面積電界放出層９０３が設けてある。多孔性焦点グリッド層９０４がエミッタ・セル９０７を通して電子を案内するようになっており、これらのエミッタ・セルは、絶縁層９０５およびゲート・プレート９０６にある開口によって形成されている。このような構造は、この明細書に記載されている適切な方法のいずれによっても製作することができる。
【００６０】
この非アドレス指定用途においては、電気絶縁基板の代わりに、導電性基板（たとえば、金属製）を用いてもよく、基板９０１と導電層９０２の機能を組み合わせることができる。金属基板にすれば、溶接など多くの他の標準的な工学結合技術を使用することができる。
【００６１】
このような構造からの電流は、次のように制御される。図示のエミッタ構造を組み込んでいる装置を電子加速用アノード（図９には図示せず）と組み合わせて使用し、放出された電流を集める。ポイント９１０，９１１に接続した直流電源またはパルス化電源９０９を調整して、「オン」状態において、適当な正の抽出電界（典型的には、１０ＭＶm-１  (１０Ｖ/μm)）を、エミッタ・セル９０７の基部で露光される広面積電界エミッタの領域に印加し、一方、「オフ」状態においては、印加される電界が電界放出用の閾値より小さいようにする。当然、印加電位は、パルス化された、すなわち、交流放出電流を生成するように変えてもよい。
【００６２】
本発明を利用できる装置としては、電界電子放出式その他のディスプレイ・パネル、ハイパワー・パルス装置（たとえば、電子メーザーおよびジャイロトロン）、ＣＰＡのような交差電磁界マイクロ波電子管、クライストロンのような直線ビーム電子管、フラッシュＸ線電子管、トリガ式火花ギャップおよび関連した装置、滅菌用広面積X線源、真空計、宇宙船用イオン・スラスタ、ランプ、粒子加速器、オゾナイザ、プラズマ・リアクタがある。
【００６３】
この明細書で使用する動詞の「包含する」という言葉は、通常の辞書通りの意味であり、通常のものを包括的に含むことを意味する。すなわち、１つ或いはそれ以上の特徴を含めるように「包含する」（あるいは、その派生語）という用語を使用した場合、さらに別の特徴をも含む可能性を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  図１ａは、大面積モノクローム電界放出ディスプレイにおいて使用されるようなアドレス指定可能なアレイの４つのピクセルを示している。
【図１ｂ】  図１ｂは、理想化したエミッタ・セル構造を示している。
【図１ｃ】  図１ｃは、厚膜製作技術を使用して上記のような構造を実現化しようとすることについての問題を例示している。
【図１ｄ】  図１ｄは、液状光沢ゴールドおよびグレーズを使用して理想に近いエミッタ・セル構造をどのように製作するかを例示している。
【図１ｅ】  図１ｅは、絶縁体と最終導電層との間に平面化層を使用することによって図１dの構造をどのように改善し得るかを例示している。
【図２】  図２は、カラーディスプレイのピクセル配置を示している。
【図３】  図３は、放出セルを形成する際のエッチングエ程を示している。
【図４(ａ)〜(ｆ)】  図４(ａ)〜(ｆ)は、フォトリトグラフを使用してアドレス指定可能なアレイを形成する際の諸工程を示している。
【図５(ａ)〜(ｄ)】  図５(ａ)〜(ｄ)は、印刷とフォトリトグラフの混ぜて使用してアドレス指定可能なアレイを形成する際の諸工程を示している。
【図６(ａ)，(ｂ)】  図６(ａ)，(ｂ)は、合焦用電極をどのように装置に組み込み得るかを示している。
【図７】  図７は、本願明細書に記載した方法および構造を使用する完全なディスプレイを示している。
【図８(ａ)，(ｂ)】  図８(ａ)，(ｂ)は、エミッタ・セル・グループとアノード上の蛍光体パッチとのミスアラインメントを特別なアノード構造によってどのように対処し得るかを示している。