(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出デバイスであって、
行方向に延在するエミッタ電極であって、前記行方向に一列に並んだ複数の開口部を備える、該エミッタ電極と、
前記行方向に並んだ複数の電子放出素子群であって、前記電子放出素子群の各々が、前記エミッタ電極に電気的に接続された複数の電子放出素子から構成される、該電子放出素子群と、
前記複数の電子放出素子群の各々を構成する複数の電子放出素子の各々が内部に配置された複数の開口部を備える誘電性層と、
前記誘電性層の前記複数の開口部に連通する開口部を備え、列方向に延在し、前記誘電性層上に位置する、制御電極とを有し、
前記エミッタ電極は、前記エミッタ電極の前記複数の開口部のうちの隣合う２つの開口部の間に位置する領域を、複数備えており、
前記電子放出素子群の各々は、複数の前記領域のうちの互いに異なる領域の上に位置していることを特徴とする電子放出デバイス。
【請求項２】
前記エミッタ電極が梯子形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出デバイス。
【請求項３】
前記エミッタ電極と前記複数の電子放出素子群との間に、抵抗性層が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出デバイス。
【請求項４】
前記制御電極が、（ａ）前記エミッタ電極上を横切る主要部と、（ｂ）ゲート部であって、該ゲート部が前記主要部に接触し、前記主要部よりも小さな厚みを有し、前記制御電極の前記開口部を構成する、該ゲート部と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出デバイス。
【請求項５】
電子放出素子を備える電子放出デバイスと、該電子放出素子から放出された電子の衝突によって発光する発光デバイスとを備えるディスプレイであって、前記電子放出デバイスが請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出デバイスであることを特徴とするディスプレイ。
【請求項６】
電子放出デバイスの製造方法であって、
（ａ）電子放出デバイス構造を準備する過程であって、
前記電子放出デバイス構造が、
行方向に延在するエミッタ電極であって、前記行方向に一列に並んだ複数の開口部を備える、該エミッタ電極と、
前記行方向に並んだ複数の電子放出素子群であって、前記電子放出素子群の各々が、前記エミッタ電極に電気的に接続された複数の電子放出素子から構成される、該電子放出素子群と、
前記複数の電子放出素子群の各々を構成する複数の電子放出素子の各々が内部に配置された複数の開口部を備える誘電性層と、
前記誘電性層の前記複数の開口部に連通する開口部を備え、列方向に延在し、前記誘電性層上に位置する、制御電極とを有し、
前記エミッタ電極は、前記エミッタ電極の前記複数の開口部のうちの隣合う２つの開口部の間に位置する領域を、複数備えており、
前記電子放出素子群の各々は、複数の前記領域のうちの互いに異なる領域の上に位置しており、
前記エミッタ電極が、列方向に離隔された概ね平行な一対のレール及び前記レールの間に位置する行方向に離隔された、それぞれが前記電子放出素子群の１つに対応する前記電子放出素子群と同じ数の横材からなり、前記横材の各々がレールに併合された一対の端部を有し、前記制御電極が互いに概ね平行に延在し、かつ前記レール上を横切り、各制御電極が対応する前記横材と少なくとも部分的に重なる、該電子放出デバイス構造を準備する過程と、
（ｂ）前記エミッタ電極及び前記全ての制御電極の間に短絡欠陥があるかどうかを決定するために、前記電子放出デバイス構造を検査する過程と、
（ｃ）もし短絡欠陥が存在する場合は、前記横材の少なくとも１つを選択的に横切り切断し、必要な場合は、前記短絡欠陥を除去するために前記レールの１つを横切り切断する過程とを含むことを特徴とする電子放出デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
利用分野
本発明は電子放出デバイスに関する。詳述すると、本発明は陰極線管（“ＣＲＴ”）タイプのフラットパネル型ディスプレイの使用に好適な、検査を含めた電子放出デバイスの構造および製造方法に係る。
背景
基本的にフラットパネル型ＣＲＴディスプレイは、低い内部圧力で動作する電子放出デバイス及び発光デバイスからなる。一般的に電子放出デバイスはカソードと称され、広い領域上に電子を放出する電子放出素子を含む。放出された電子は、発光デバイスにおいて対応する領域上に分布する発光素子に向かう。電子の衝突によって、発光素子はディスプレイのビューイングスクリーン上に画像を生じさせる光を放出する。
特に、従来より電子放出素子は概ね平行なエミッタ電極上に配置され、エミッタ電極は不透明（即ち、可視光線だけでなく一般的な紫外線（“ＵＶ”）及び赤外線（“ＩＲ”）のような光に対し不透過性）である。電界放出原理に従い動作する電子放出デバイスにおいて、一般的に制御電極はエミッタ電極上方を横切り、また電気的に絶縁されている。電子放出素子の集合は、ひとつの制御電極が横切る各々のエミッタ電極に対して電気的に結合される。電子放出素子は制御電極の中の開口部を通して露光される。制御電極とエミッタ電極間に適切な電圧が供給された場合、制御電極は対応する電子放出素子から電子を引き出す。発光デバイスの中のアノードは、発光素子に電子を引き付ける。
通常、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイの電子放出デバイスは集束用構造体（focusing structure）を含み、それは概ね目的の発光素子にのみ電子を衝当させるための電子の軌道の制御に役立つ。通常、集束用構造体は制御電極の上方に延在する。電子放出素子の集合に対する集束用構造体の横方向の関係は、高い表示性能を達成するために重要である。電子放出デバイスの製造において、エミッタ電極の不透明な性質は、集束用構造体及び電子放出素子の集合の間の必要な横方向の間隔を達成するための障害となる。従って、電子放出デバイスにおいて、集束用構造体のような素子の横方向の位置調整を容易にするような方法においてエミッタ電極を形成することが好ましい。
制御電極の間において、また一方でエミッタ電極の間において、しばしば短絡が発生する。短絡の存在は、表示性能に非常に有害な影響を及ぼす可能性がある。例えば、特定の制御電極及び特定のエミッタ電極が交差する短絡は、これら２つの電極に関わる電子放出素子の集合の一部或いは全ての適切な動作を妨げる。また、短絡欠陥を容易に除去するためのエミッタ電極の形成方法を有することが好ましい。
発明の要約
本発明において、電子放出デバイスのためのエミッタ電極は概ね梯子形状に形成される。それは１列のエミッタ開口部がエミッタ電極を貫通して延在するということである。電子放出デバイスの製造において、エミッタ開口部は、デバイスの中に所望の横方向の間隔を置くように、制御電極のような他の構造に対しセルフアライメントする集束用システムのような構造を可能にする方法において利用され得る。
例えば、集束用システムの少なくとも一部が化学線作用を有する化学線材料により形成される場合、一般に制御電極の一部は梯子型エミッタ電極の中のエミッタ開口部に重なる。化学線材料は、エミッタ開口部を通過する後方からの化学線に対し選択的に暴露される。後方露光において、エミッタ開口部に重なる制御電極の一部は、制御電極のエッジ部の一部に対しセルフアライメントする集束用システムのエッジ部を生じさせる放射遮断マスクの一部として役立つ。同様のセルフアライメントが、エミッタ開口部を通過する後方化学線を遮断するためのマスクの一部のような制御電極またはエミッタ開口部上を延在する他の構造体を使用し、化学線材料から他の構造体を形成するにあたり達成される。
このエミッタ電極の梯子形状によりデバイス性能を大きく損なうことなしに、短絡のような欠陥を電子放出デバイスから除去することが可能になる。特に、通常このエミッタ電極はクロスピース（crosspiece）によって接続された一対のレールを含む。クロスピースの１つにおいてエミッタ電極とそこに重なっている制御電極の間に短絡が発生した場合、クロスピースをエミッタ電極から切断除去可能である。同様に制御電極の下の位置において２つレールの１つに短絡が発生した場合、レールの一部をエミッタ電極から切断除去可能である。どちらの場合においても、エミッタ電極の指示部分の除去は、エミッタ電極の残余部分の印加電圧の能力を大きく損なうことはない。
短絡の除去は、レーザビームのような好適な集束エネルギービームを利用して電子放出デバイスの後方（底部側）から行うことができる。電界エミッタの前方（頂部側）を通し全ての短絡除去の実施を可能にするために、制御電極に開口部が備えられる。梯子型エミッタ電極のクロスピースは特に短絡除去が容易となるように形成される。例えば各クロスピースの端部は幅の縮小（neck down）が可能であり、従って必要に応じてクロスピースの切断が容易となる。
要するに本発明は、エミッタ電極材料が一般に不透明で、化学線を概ね透過しないことによる製造上の難点を克服する。このエミッタ電極の中の開口部は、電子放出デバイスの中の幾つかのエッジ部が他のエッジ部に対しセルフアライメントすることを可能にし、それ故デバイスにおける幾つかの重要な間隔を十分制御することが可能になる。デバイス性能は改善される。短絡欠陥の除去を容易にすることで、このエミッタ電極の梯子形状により生産性が向上する。この様に本発明は大きな進歩性を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は一般的な梯子型のエミッタ電極を有するように本発明に従い形成された電子放出デバイスの一部の断面図である。
第２図は第１図における電子放出デバイスの一部の平面図である。
第３図は第１図における電子放出デバイスの一部におけるエミッタ電極の平面図である。
第４図は第１図の電子放出デバイスにおけるベース部集束用構造体、列方向の電極、及び２つのエミッタ電極の平面図である。
第５ａ図乃至第５ｄ図は、第１図、第２図、及び第４図における電子放出デバイスのベース部集束用構造体の製造において、本発明に教示される工程を示す側方断面図である。
第６図は第１図における電子放出デバイスの一部の短絡されたセグメントの簡易断面図である。
第７図は第６図における電子放出デバイスの一部の短絡されたセグメントの平面図である。
第８図は本発明による梯子型エミッタ電極の別の一般的な構造の短絡されたセグメントの平面図である。
第１図は、第２図乃至第４図の１−１面の断面である。第６図は、第７図の６−６面の断面である。
図中及び好適実施例の記載において、同一要素或いは概ね同一な要素には同じ符号を使用する。
好適実施例の説明
本発明は、平面図において一般的な梯子のような形状をなすエミッタ電極の層を有し、マトリクス上にアドレス指定されたゲート電子放出デバイスを備える。エミッタ電極に関し、“平面図”はエミッタ電極の層に対し概ね垂直な方向の視界を意味する。概して本発明の電子エミッタは、電子の発生に関して電界放出原理に従い動作し、その電子は可視光線を発光デバイスの対応する発光燐光体素子から放出させる。電子放出及び発光デバイスの組み合わせにより、フラットパネル型テレビ、或いはパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、及びワークステーション用のフラットパネル型ビデオモニタのような、フラットパネル型ディスプレイのＣＲＴを形成する。
この電子エミッタの製造において、一般的に化学線作用を有する化学線材料は、梯子型エミッタ電極のクロスピース間の開口部を通る後方化学線（backside actinic radiation）に対して材料の一部を露光することを含む方法により、要求された形状に製造される。層を放射線に露光することにより層がパターン形成される時、材料の層は“化学線作用を有する（actinic）”であり、化学線は露光した材料の化学的構造を変化させ、そこで露光した材料或いは露光していない材料のどちらかを除去するために層を現像する。通常、本発明は現像過程の後に露光された材料が残るネガ型の化学線材料を使用し、概して露光された材料の化学的構造は重合作用を受けることによって変化する。一般的な紫外線放射は、放射が露光された材料の化学的構造を変化させることを示すために“化学作用を有する”と称される。
以下の記載において、用語“電気的に絶縁性の”（または“誘電性の”）は１０10Ω−ｃｍより大きな抵抗率を有する材料に対し適用される。従って、用語“電気的に非絶縁性の”は、１０10Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する材料を指す。電気的に非絶縁性の材料は（ａ）抵抗率が１Ω−ｃｍ未満の導電性材料及び（ｂ）抵抗率が１Ω−ｃｍから１０10Ω−ｃｍの範囲内にある電気的抵抗を有する材料に区別される。これらの分類区分は１Ｖ／μｍを越えない電界に限定される。同様に、用語“非導電性の”は少なくとも１Ω−ｃｍの抵抗率を有する材料を指し、電気抵抗材料及び電気的に絶縁性の材料を含む。
導電性材料（または導体）の例としては、金属、金属−半導体化合物（金属ケイ化物等）、及び金属−半導体共融物がある。また導電性材料は、中位から高位の濃度までドープされた（doped）半導体（ｎ型或いはｐ型）を含む。電気抵抗材料は真性半導体及び軽微にドープされた（ｎ型或いはｐ型）半導体を含む。更に、電気抵抗材料の例としては、（ａ）サーメット（埋没金属粒子を含むセラミック）のような金属−絶縁体合成材料、（ｂ）グラファイト、非晶質炭素、及び改質された（例えば、ドープされたまたはレーザーにより改質された）ダイアモンド、（ｃ）及びシリコン−炭素−窒素（silicon-carbon nitrogen）のような所定のシリコン−炭素化合物がある。
第１図は本発明によるマトリクス上のアドレス指定されたゲート電子放出デバイスの一部の側方断面図を示す。第１図のデバイスは電界放出モードで動作し、ここでは多くの場合、電界エミッタと称す。第２図は第１図における電界エミッタの一部の平面図である。図の簡略化のために、第２図の縦方向の寸法は横方向の寸法に対し縮小されて示されている。
第１図及び第２図の電界エミッタは、カラー画素（“ピクセル”）の行及び列に分割されたカラーフラットパネル型ＣＲＴディスプレイにおいて使用される。行方向（即ち、ピクセルの行に沿った方向）は第１図及び第２図において水平方向である。行方向と直角をなし画素の列に沿って延在する列方向は、第１図の面に垂直をなして延在する。第２図においては、列方向は縦方向に延在する。各カラーピクセルは、赤、緑、及び青の３つのサブピクセルを含む。
第１図及び第２図の電界エミッタは薄く透明で平坦なベースプレート１０で形成される。一般的に、ベースプレート１０は約１ｍｍの厚みを有するＳｃｈｏｔｔ  Ｄ２６３のようなガラスで形成される。
平行で横方向に離隔された不透明な梯子型エミッタ電極１２の一群がベースプレート１０上に配置される。エミッタ電極１２は行電極を構成するように行方向に延在する。各エミッタ電極１２は、一対の平行で一定幅の直線的なレール１４、及び平行で一定幅の直線的なクロスピース１６の一群からなる。第１図の断面にはクロスピース１６のみが表示されている。第２図において、１つのエミッタ電極１２のレール１４及びクロスピース１６は点線で示されている。
第３図は第２図と同じ方向であり、１つのエミッタ電極１２の形状の平面図をより詳細に示している。第３図に示すように、クロスピース１６はレール１４に対し概ね垂直に延在している。各レール１４は、外側長手方向のエッジ部１４Ａ及び内側長手方向のエッジ部１４Ｂを有する。各クロスピース１６は、内側エッジ部１４Ｂに沿ってレール１４と継ぎ目なく併合する端部を有する。第３図における点線１６Ｅは１つのクロスピースの端部の位置を示している。エミッタ開口部１８はクロスピース１６の間に位置する。第３図に示すように、エミッタ開口部１８は概ね方形で、直線的に延在する。
エミッタ電極１２の縦方向の中心線（図中非表示）の間の中心線から中心線の間隔は一般的に２７０から３００μｍである。各エミッタ電極１２の全幅（即ち、外側レールエッジ部１４Ａの間の距離）は、一般的に２１０から２３０μｍである。一般的に各レール１４の幅は３０μｍである。従って、各エミッタ開口部１８の列方向の寸法は一般に１５０から１７０μｍである。各クロスピース１６の幅は、一般的に２５から３０μｍである。各エミッタ開口部１８の行方向の寸法は一般的に６５から７０μｍである。
一般的にエミッタ電極１２のレール１４及びクロスピース１６は概ね同一の厚みである。一般的に電極１２はニッケルまたはアルミ合金のような金属で形成される。この場合、電極１２の厚みは一般的に２００ｎｍである。或いは、電極１２はクロム、金、銀、モリブデン、または他の高い導電率を有する耐食性の金属によって形成され得る。
ブランケット状の電気抵抗層２０がエミッタ電極１２上に配置される。抵抗層２０は、エミッタ開口部１８及びエミッタ電極１２の間の間隙において、下方のベースプレート１０に向かい延在する。ブランケット層２０の構造は、異なるエミッタ電極１２を電気的に内部接続させるようではあるが、その電気的な内部接続の抵抗率が高いので、実際は電極１２は互いに電気的に絶縁された状態である。層２０は、各エミッタ電極１２と後述するその上重なる各電子放出素子との間において、少なくとも１０6Ω、一般的には１０10Ωの抵抗を与える。
第１図及び第２図の電子放出デバイスの製造において、抵抗層２０は入射する後方化学線の相当な割合を透過する。後方照射が紫外線の場合、層２０を直接透過する（即ち、有効な散乱なしに）紫外線の割合は一般に約４０から８０％である。そのため一般的に層２０は、酸化ケイ素（シリカ）のような透過性のセラミックの中にクロムのような金属の粒子が埋入されたサーメットからなる。一般に層２０の厚みは０．３から０．４μｍである。
透過性の誘電性の層２２が抵抗層２０の上に重なっている。一般に誘電性の層２２は０．１から０．２μｍの厚みを有する酸化ケイ素からなる。
横方向に離隔された電子放出素子２４の集合の群は、誘電性の層２２を貫通して延在する開口部２６の中に配置される。電子放出素子２４の各集合は放出領域を占有し、放出領域は、各エミッタ電極１２の中の対応する一つのクロスピース１６の指定領域１６Ｄ上方に完全に重なる。各指定領域１６Ｄは概ね行方向の中央に置かれ、行方向の寸法はクロスピース１６よりも小さい。従って電子放出素子２４の各集合の放出領域に対しても同様である。クロスピース１６はエミッタ開口部１８によって離隔されている故に、各指定領域１６Ｄは連続的な開口部１８の対の間に配置されている。
各エミッタ電極１２上に載置された特定の電子放出素子２４は、抵抗層２０を貫通して電極１２に電気的に接続されている。電子放出素子２４は種々の形状をとり得る。第１図の例において、素子２４は概ね円錐形状である。素子２４が円錐形状で形成される場合、一般に素子２４はモリブデンからなる。
横方向に離隔された不透明な制御電極２８の複合材の一群が誘電性の層２２上に配置される。制御電極２８は概ね列方向に延在し、列電極を構成する。各制御電極２８は１列のサブピクセルを制御する。従って連続した３つの制御電極２８は１列のピクセルを制御する。
制御電極２８はエミッタ電極１２上を概ね垂直な方向に横切る。各制御電極２８は、各エミッタ電極１２の中の対応する１つのクロスピース１６上に重なる。電極２８は、キャパシタンスを減らすように、クロスピース１６上に概ね重なる領域に、レール１４の一部に重なる領域よりも広く対称的な領域を有する。電極２８の縦方向の中心線（図中非表示）の間の中心線から中心線の間隔は、比較的一定の長さである。総括すると、電極２８は概ね互いに平行に延在する。
各制御電極２８は、主制御部３０及びエミッタ電極１２と数が等しい隣接するゲート部３２の一群からなる。主制御部３０は、列方向において電界エミッタを完全に横切り延在する。ゲート部３２は、クロスピース１６の指定領域１６Ｄ上方の主制御部３０を通り延在する大型の制御開口部３４の中に部分的に配置される。電子放出素子２４は、大型の制御開口部３４の中に配置されたゲート部３２のセグメントのゲート開口部３６を通して露光される。
制御開口部３４は、横方向に離隔された電子放出素子２４の集合のための放出領域を制限する（故に、画定する）。従って、各制御開口部３４は、多くの場合“スイートスポット”と称される。また指定領域１６Ｄは大型の制御開口部３４によって画定される。連続した３つの制御電極２８は、１つのピクセル列を制御する故に、一行の開口部３４において、連続した３つの大型の制御開口部３４の中の３つの集合の電子放出素子２４は、電界エミッタ中にピクセルを形成する。
第１図の例において、ゲート部３２は部分的に主制御部３０上に重なる。或いは、主制御部３０が、ゲート部３２上に部分的に重なっても良い。どちらの場合においても、ゲート部３２は主制御部３０よりもかなり薄い。
縦方向の中心線（再び、図中非表示）の間の制御電極２８の中心線から中心線の間隔は、一般的に９０から１００μｍである。概して各制御電極２８の幅は、指定領域１６Ｄ上における最大値７０−８０μｍから他の領域における最小値４０−５０μｍまで変化する。一般的に主制御部３０は厚さ０．２μｍのクロムからなり、ゲート部３２は厚さ０．０４μｍのクロムからなる。
表面板１０の上側表面に対して垂直方向から見ると、概ね蜂の巣に似たパターンに整列された集束用システム３７が、主制御部３０の一部及び制御電極２８によって覆われていない誘電性の層２２の上に位置する。第１図より、集束用システム３７は、非導電性のベース部集束用構造体３８、及びベース部集束用構造体３８の一部に載置された薄く電気的に非絶縁性の集束用コーティング３９によって形成される。集束用コーティング３９は薄く、概してベース部集束用構造体３８の外側の輪郭に従うので、第２図には集束用システム３７のベース部構造体３８の平面図のみ示す。
通常、非導電性のベース部集束用構造体は電気的絶縁材料によって形成されるが、制御電極２８を互いに電気的に接続させないために、抵抗率の十分高い電気的抵抗材料によって形成され得る。通常、集束用コーティング３９は導電性材料によって形成され、一般的に１００ｎｍの厚みを有するアルミニウムのような材料である。一般的に集束用コーティング３９のシート抵抗は１から１０Ω／□である。幾つかの用途においては、集束用コーティング３９は電気的抵抗材料によって形成され得る。何れにしても、集束用コーティング３９の抵抗率は通常ベース部集束用構造体３８に比べ非常に小さい。
ベース部集束用構造体３８は、各々異なる電子放出素子２４の集合のための開口部４０の一群を有する。特に、集束用開口部４０はゲート部３２を露光する。集束用開口部４０は、大型の制御開口部（スイートスポット）３４に対し同じ中心点を有し、より大型である。
第２図において、行（横）方向の寸法に対し列（縦）方向の寸法の縮尺が大きいことにより、集束用開口部４０は列方向に比べ行方向において長くなっている。実際は、逆の場合が多い。行方向において開口部４０の横方向の寸法は通常５０〜１５０μｍ、典型的には８０〜９０μｍである。列方向において開口部４０の寸法は、通常７５〜３００μｍ、典型的には１２０〜１４０μｍであり、従って通常は開口部４０の行方向の寸法よりも十分に大きい。
集束用コーティング３９は、ベース部集束用構造体３８の上側表面上に載置され、集束用開口部４０の中に途中まで延在し、典型的には約５０から７５％まで延在する。非導電性のベース部集束用構造体は制御電極２８に接触するが、非絶縁性の集束用コーティング３９は、至る所において制御電極２８に対し離隔されている。ベースプレート１０の上側表面に対し垂直に見た場合、各異なる電子放出素子２４の集合は、集束用構造体３８に側方を外囲され、それ故集束用コーティング３９によっても側方を外囲されている。
集束用システム３７、主として非絶縁性集束用コーティング３９は、電子放出素子２４の各異なる集合から放出された電子を集束させ、それ故、放出された電子は、電子放出デバイスに対向して配置された発光デバイスの対応する発光素子の中の燐光体材料に衝当する。言い換えれば、同じサブピクセルの中の燐光体材料に衝当するように、各サブピクセルの中の電子放出素子２４から放出された電子を集束用システム３７は集束させる。電子集束機能の性能を高めるためには、コーティング３９が素子２４のかなり上に延在すること、及びそれぞれの素子２４の集合とシステム３７の一定部分との横方向の距離、特にコーティング３９の一定部分との距離が十分に制御されることが必要である。
より詳細には、一般にピクセルは概ね正方形であり、直線的に配置された３つのサブピクセルが行方向にに延在する。一般にピクセルの行の間のアクティブピクセル領域（active pixel area）の部分は、スペーサ用壁（spacer wall）の受取り側エッジ部のために割り付けられる。最終的な結果として、大型の制御開口部３４は、一般に列方向に比べ行方向において互いに非常に近接する。従って、列方向に比べ行方向においてはより良い集束用制御が必要となる。従って、良好な電子集束を達成するために制御することが必要である重要な距離は、集束用システム３７の横方向のエッジ部から大型の制御開口部３４の最も近接するエッジ部３４Ｃまでの行方向の距離である。エッジ部３４は列方向に延在するゆえに、ここでは列方向エッジ部と称される。
第１図及び第２図の電界エミッタを含む最終的なフラットパネル型ディスプレイの内部圧力は非常に低く、一般的に約１．３３×１０-5〜１．３３×１０-4Ｐａ（１０-7〜１０-6ｔｏｒｒ）である。ベースプレート１０は薄く、また集束用システム３７はスペーサ、典型的にはスペーサ用壁、と接触する表面として機能し、スペーサはディスプレイの電子放出及び発光部分の間の所望の間隔を維持する一方、大気圧力のような外力にディスプレイが耐えることを可能にする。
前述の距離及びスペーサとの接触の検討は、高位のメインベース部３８Ｍ及び厳密に整列した後続のベース部３８Ｌの対向する対をなす一群としてベース部集束用構造体３８を形成することによって取り組まれる。対向して対をなす後続のベース部３８Ｌの各々における２つのベース集束部３８Ｌは、対応する１つの大型の制御開口部３４の反対側に、従って対応する電子放出素子２４の１つの集合の反対側に配置される。第１図に示すように、後続のベース集束部３８Ｌは、主要ベース集束部３８Ｍより僅かに短い。集束用コーティング３９の一部は、短尺の集束部３８Ｌの側面壁を途中まで下がって集束用開口４０の中に延在する。
集束用コーティング３９の一部は、集束用開口部４０において各々対をなし対向する短尺のベース集束部３８Ｌの上に重なり、行方向において対応する電子放出素子２４の集合からの距離が十分に制御された状況下において配置される。特に、各々対をなし対向する短尺の集束部３８Ｌは、対応する電子放出素子２４の集合を制御する特定の制御電極２８の外側で側方の縦方向のエッジ部３０の一部２８Ｃに対して垂直に整列した側方エッジ部３８Ｃを有する。大型の制御開口部３４の列方向エッジ部３４Ｃと同様に、集束用構造体エッジ部３８Ｃは列方向に延在し、ここでは列方向エッジ部と称される。
制御電極の縦のエッジ部２８Ｃの各対から、即ち対応する集束用構造体の列方向エッジ部３８Ｃの対から、対応する電子放出素子２４の集合のための大型の制御開口部３４の列方向エッジ部３４Ｃまでの行方向の距離は、後述するように、固定されたフォトマスクの寸法によって決定され、それ故十分に制御される。集束用コーティング３９は短尺の集束部３８Ｌの側面壁を途中まで下がって集束用開口４０の中に延在する故に、対向する集束部３８Ｌの各対の上に重なる集束用コーティング３９の一部は、十分に制御された行方向の距離で電子放出素子２４の対応する集合に対して離隔される。これらの十分制御された行方向の離隔を達成するために重要なことは、制御電極エッジ部２８Ｃが、従って集束用構造体列方向エッジ部３８Ｃがエミッタ開口部１８上に重なっていることである。
電極２８及び１２に関するベース部集束用構造体３８の構造の完全な平面図が第２図と同じ方向で第４図に示される。第４図は２つのエミッタ電極１２を示している。第４図の符号４２は、連続した電極１２の各対の間の領域を示している。ディスプレイの組立において、スペーサ用壁は、領域４２の一部或いは全域に概ね沿った主集束部３８Ｍの上に重なる集束用コーティング３９の一部と接触するようにもたらされる。スペーサ用壁の受取り側エッジ部のためにベース集束部３８にグルーブを与え集束用コーティング３９で覆うように、所望に応じてスペーサ−接触領域４２上の主集束部３８Ｍのストリップ（strips）は、短尺の集束部３８Ｌと概ね同じ高さまで延在する集束用材料と代替し得る。
通常ベース部集束用構造体３８は、ネガ型の電気的に絶縁された化学線材料からなり、化学線材料は選択的に化学線に暴露され現像される。化学線材料は好ましくは光重合性ポリイミド樹脂、一般にＯｌｉｎ  ＯＣＧ７０２０ポリイミド樹脂である。一般的に主集束部３８Ｍは誘電性の層２２上に４５〜５０μｍで延在する。後続の集束部３８Ｌは主集束部３８Ｍに対し通常１０％から２０％短い。
ディスプレイ動作中に電子集束を制御するために、集束用システム３７、特に集束用コーティング３９に対し適切な電位が印加される。電子放出素子２４の各集合から放出された電子が発光デバイスの対応する（直接対向する）燐光領域上に集束するように、集束用制御電位はグラウンドに対し概ね２５〜５０Ｖの値となる。
第１図から第４図の電界エミッタは次の方法で製造される。エミッタ電極材料のブランケット状の層がベースプレート１０の上に被着され、梯子型のエミッタ電極１２を製作するために、適切なフォトレジストマスクを使用してパターン形成される。抵抗層２０が構造体の頂部に被着される。誘電性の層２２が抵抗層２０の頂部に被着される。
主制御部３０のための導電性材料のブランケット状の層が、層２２の上に被着され、大型の制御開口部３４を含む主制御部３０を形成するために適切なフォトレジストマスクを使用してパターン形成される。フォトレジストマスクはポジ型フォトレジストのブランケット層を紫外線に対し暴露することによって形成され、紫外線は、主制御部３０の所望のパターンに相当する光遮断パターンを有するフォトマスク（レチクル）を選択的に透過する。制御電極の縦方向のエッジ部２８Ｃの各対から電子放出素子２４の対応する集合のための大型の制御開口部３４の列方向エッジ部３４Ｃまでの行方向の距離は、このフォトマスクにおいて固定された行方向の寸法によって画定される。全ての制御開口部３４のフォトマスクの寸法は概ね同一である。結果として、形成された制御電極エッジ部２８Ｃの各対から対応する制御開口部３４の列方向エッジ部３４Ｃまでの距離は十分に制御される。
また、対をなす各制御電極エッジ部２８Ｃのから対応する対をなす各制御開口部列方向エッジ部３４Ｃの対までの距離によって画定されるフォトマスクの寸法は、各制御開口部３４の両側において概ね同一である。従って、各制御開口部スイートスポット３４は、制御電極２８の中で行方向の中央に位置する。
制御開口部３４の行方向の寸法は、電子放出素子２４の集合によって放出された電子が横切る行方向の距離の大きさによって決定され、電子は発光デバイスの中の目的とする発光素子に衝当するために集束用システム３７によって集束され得る。例えば、行方向の中央の集束用開口部４０の電化放出素子２４から放出された電子は、目的とする発光素子を衝当するために容易に集束させられる。一方では、集束用開口部４０の中の集束用構造体の列方向エッジ部３８Ｃのどちらかに沿って配置された電子放出素子から放出された電子は、通常目的とされた発光素子を衝当するための適切な集束ができない。各制御開口部３４が制御電極２８の中の行方向の中心に位置すると仮定して、制御開口部３４の行方向の寸法は集束用開口部４０の行方向の寸法の概ね５〜５０％の範囲内にある。より詳細には、制御開口部の行方向寸法は、集束用開口部の行方向寸法の１５から２５％、一般的には２０％である。
ゲート材料のブランケット層が構造体の頂部に被着され、別のフォトレジストマスクを使用してゲート部３２を形成するためにパターン形成される。ゲート部３２が主制御部３０のセグメントの上側ではなく下側に重なった場合、最終的な２つの被着／パターン形成操作は逆になる。
この点において、誘電性開口部２６、電子放出素子２４、及び集束用システム３７を形成するために種々の製造技術及びシーケンスが利用できる。これらの全ての技術及びシーケンスの間の共通のスレッドは、通常ベース部集束用構造体３８が（ａ）放射遮断マスクとしてエミッタ電極１２及び制御電極２８を使用した化学線材料の化学線に対する後方露光、（ｂ）適切なフォトマスクを透過する、化学線材料の前面露光、及び（ｃ）現像操作における露光していない化学線材料の除去、を必要とするプロセスによって形成されていることである
一例において、米国特許５，５５９，３８９または５，５６４，９５９に記載の荷電粒子トラッキング法（charged-particle tracking procedure）に従い、ゲート開口部３６及び誘電性開口部２６がゲート部３２及び誘電性の層２２の中に各々形成される。これらの２つの特許の内容は、ここで言及することをもって本発明の一部とする。電子放出素子２４は、これらの特許のどちらにおいても記載された被着技術に従い、ゲート開口部３６を通り、誘電性開口部２６の中において導電性材料を被着することによって円錐形に形成される。
ベース部集束用構造体３８は第５図ａから第５図ｄに示したように形成される。電気的絶縁性のネガ型の化学線材料の主要ブランケット層３８Ｐが、主ベース集束部３８Ｍを形成するために十分な厚みで、構造体の頂部に準備される。電子放出構造体は、第５ｂ図に示す表面板１０の下側（外部）表面上に垂直に衝当する後方化学線４６に暴露される。ベースプレート１０は後方照射４６を概ね透過する。従って、放射は下側表面から上側（内部）表面まで走行し、ベースプレートを透過する。
電極１２及び２８は後方照射４６に対し概ね非透過性である。抵抗層２０は放射４６の相当の割合を直接透過し、一般には前述のように放射４６の４０から８０％を透過する。誘電性の層２２は放射４６を概ね透過する。従って電極１２及び２８を含み形成された放射遮断マスクによって覆われていない主要化学作用層３８Ｐの一部３８Ｑは、放射線４６に暴露され、化学的構造が変化する。
重要なことには、後方照射４６はエミッタ電極１２の中の開口部１８を通過する。制御電極２８のセグメント、特に主制御部３０のセグメントは、エミッタ開口部１８の上に重なる電極２８の縦方向のエッジ部の一部２８Ｃまで延在する。結果として、側方の制御電極エッジ部２８Ｃに対し垂直に整列した主要層３８Ｐの区画は、ベース部集束用構造体３８の列方向の側方エッジ部３８Ｃを画定するために放射４６に対して暴露される。
部分的に完成した電子放出構造体は、ここでフォトマスク４７を通って電子放出構造体の頂部に垂直に衝当する前方（frontside）化学線４８に対し暴露される。第５ｃ図に示すように、フォトマスク４７は集束用開口部４０の上方の領域に放射遮断領域４７Ｂを有する。放射遮断領域４７Ｂは、行方向において開口部４０よりも僅かに大きい。各遮断領域４７Ｂは第２図または第４図における横方向の矢印４４及び縦方向の矢印４０によって示される領域に相当する。遮断領域４７Ｂによって覆われていない主要層４６の材料は、前方照射４８に暴露され、化学的性質が変化する。
前方及び後方露光が実施される順序は一般的に重要でない。従って後方露光は、前方露光の後に実施され得る。化学線材料がＯｌｉｎ  ＯＣＧ７０２０ポリイミド樹脂のような光重合性ポリイミド樹脂の場合、一般に後方及び前方露光における化学線は紫外線である。紫外線に対する暴露により、ポリイミド樹脂は重合して化学構造が変化する。
主要層３８Ｐの暴露されていない部分を除去するために現像操作が実施され、それにより第５図ｄに示すようにベース部集束用構造体３８が形成される。ベースプレート１０の存在により、通常、後方照射４６は、後方露光領域において主要層３８Ｐを完全には通過しない。後続のベース集束部３８Ｌは後方照射４６にのみ暴露されるので、通常集束部３８Ｌは主集束部３８Ｍより短い。後方照射４６が主要化学作用層４６Ｐを完全に貫通する場合、集束部３８Ｍ及び３８Ｌの間の高さの差は小さくなり、あるいは十分な後方露光により差はなくなる。
集束用コーティング３９は、一般に集束用コーティング材料の適切なアングルド蒸着（angled evaporation）を実施することによりベース部集束用構造体３８上に形成される。アングルド蒸着はＨａｖｅｎ等による共同国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／０９９０６、代理人整理番号ＣＴ−Ｃ０６１  ＰＣＴに記載される方法によって実施され、その出願の内容は本文で言及することをもって本出願の一部とする。
第１図及び第２図の電界エミッタの製造において、集束用システム３７は、集束用コーティング３９と接触する１またはそれ以上の電気導体（図中非表示）を与えられ、システム３７はそれを通して、集束用コーティング３９に対し集束用制御電位を与えるために、外部からアクセスされる。一般にアクセス導体または導体は、前述において引用されたＨａｖｅｎ等の記載のように構成及び製作される。これにより集束用システム３７、従って第１図及び第２図の電界エミッタの製造が完了する。
その後の操作において、電界エミッタは発光デバイスに対し外壁によってシールされる。一般的にシール操作は発光デバイス上に外壁及びスペーサ用壁の取付けを必要とする。そこで、この複合アセンブリは電界エミッタと接触させられ、一般的に約１．３３×１０-5〜１．３３×１０-4Ｐａ（１０-7〜１０-6ｔｏｒｒ）である内部ディスプレイ圧力のように気密封止される。スペーサ用壁は第４図の領域４２の一部または全域に沿って集束用システム３７に接触する。
ベース部構造体３８と同様なベース部集束用構造体を形成するためのネガ型の主要化学作用層３８Ｐの別の処理方法は、フォトマスクを通して前方化学線４８に対し最初に露光される主要層３８Ｐを含み、フォトマスクは目的とするディスプレイのアクティブ領域を完全に横切り行方向に延在する放射遮断ストライプ（stripes）を有する。行方向の各放射遮断ストライプは、（ａ）集束用開口部４０の行、及び（ｂ）行において、集束用開口部４０のための目的位置の間に位置する概ね方形な介在主要化学線ストリップ、のための目的位置の上に重なる。これらの方形の主要化学線ストリップは、列方向において縦に延在する。前方照射４８は暴露された領域において層３８Ｐを完全に貫通し、行方向の放射遮断ストライプの下の暴露された化学線材料に対し化学的構造の変化をもたらす。
ここで、後方照射４６に対する露光は、露光された領域において放射４６が主要層３８Ｐを部分的に貫通するように実施される。放射４６に対し暴露されていない主要化学線材料のみは（従って電極１２及び２８を含み形成されるマスクによって覆われていない）、方形の列方向の主要化学線ストリップによって構成され、ストリップは各集束用開口部行における集束用開口部４０のための指定領域の間に配置される。従って、暴露された主要層３８Ｐの材料は、第１図及び第２図の列方向集束用エッジ部３８Ｃの位置における制御電極の列方向エッジ部２８Ｃの一部に対し垂直に整列した列方向エッジ部を有する。
ここで主要層３８Ｐは、暴露されていない化学線材料を除去するために現像される。層３８Ｐの暴露された残余は、ベース部集束用構造体を形成する。後方照射４６は、後方の露光された領域において主要層３８Ｐを部分的にのみ透過するので、集束用開口部４０の間の列方向の方形の集束用ストリップの全幅の高さは、概ね一定でベース部集束用構造体の残余の高さに比べ小さい。この事実、及びここでの集束用開口部４０が平面図において第２図の集束用開口部４０に比べより方形であるという事実を除いて、ベース部集束用構造体の形状は、第１図及び第２図におけるベース部構造体３８と概ね同様である。
第５ａ図から５ｄ図のプロセスにおける後方露光のように、別のプロセスにおける後方露光は、露光された領域における後方露光４６が主要層３８Ｐを十分に透過する状況下で実施され得る。そこで、（ａ）各集束用開口部行において集束用開口部４０の間に配置された列方向の方形の集束用ストリップ、及び（ｂ）ベース部集束用構造体の残余の間の高さの差は減少、或いは差はなくなる。
ベース部集束用構造体は、集束用システム３７と同様な複合の集束用構造体を形成するために、集束用コーティング３９に類似の電気的非絶縁性集束用コーティングが備えられる。一般的に集束用コーティングは、前述した集束用コーティング３９の蒸着方法で導電性材料によって形成される。前述の集束用構造体の差異を条件として、一般に第１図及び第２図に示すような合成電界エミッタが出現する。
ネガ型化学線材料からベース部集束用構造体を形成する代わりに、ベース部構造体３８と同様のベース部集束用構造体は、ポジ型化学線材料を使用して化学作用のない非導電性材料（通常、フォトレジスト）から形成され、その材料は制御電極エッジ部２８Ｃに対するセルフアライメントを達成するためのはく離（lift-off）工程を併用している。特に、ベース部構造体３８のための前述のプロセスは、ベース部構造体３８のための所望の位置においてエミッタ円錐形材料のブランケット層の一部を除去した後に、部分的に完成した電界エミッタの頂部にポジ型フォトレジストの主要ブランケット層を与えることによって変更される。
そこで、後方化学線４６及び前方化学線４８による照射が実施される。エミッタ電極１２及び制御電極２８は、直接重なっているブランケットフォトレジスト層の一部が後方照射４６に暴露されることを妨げるマスクを形成する。主要フォトレジスト層の暴露された部分は、化学的構造が変化する。通常、化学線４６及び化学線４８は共に紫外線であり、一方の放射線照射が最初に実施され得る。
現像操作が主要フォトレジスト層上で実施される。フォトレジストはポジ型化学線材料であるが故に、フォトレジスト層の暴露された材料は現像操作において除去される。平面図において、残余フォトレジストは、第１図及び第２図におけるベース部集束用構造体３８の概ね逆の形状を有する部分からなる。後方露光によって、残余フォトレジストの区画は、制御電極エッジ部２８Ｃに対し垂直に整列した側方のエッジ部を有する。
化学線作用を有さない非導電性材料のブランケット層、典型的にはスピンオンガラス（spin-on glass）のような電気的絶縁体が、構造体の頂部に形成される。主要フォトレジスト層の残余部分は、化学線作用を有さない非導電性ブランケット層の重なっている部分をはく離するように除去される。化学線作用を有さない非導電性層の残余部分はベース部集束用構造体を形成し、その構造は、主部３８Ｍ及び短尺部３８Ｌの間に高さの差異が存在しないことを除いて、ベース部集束用構造体３８と概ね同様に形成されている。特に、化学線作用を有さない非導電性材料から形成されるベース部集束用構造体は、制御電極エッジ部２８Ｃに対し垂直に整列した側方に対向する対をなす列方向エッジ部を有する。従って、集束用構造体の列方向エッジ部の各対から対応する制御開口部のスイートスポット３４の列方向エッジ部３４Ｃまでの行方向の間隔は十分に制御される。
電気的非絶縁性集束用コーティング、典型的には集束用コーティング３９と類似の電気導体が、集束用システム３７と類似の複合集束用構造体を形成するために、ベース部集束用構造体上に形成される。非導電性ベース部集束用構造は非絶縁性集束用コーティングに比べ抵抗率が著しく高い。結果的に電界エミッタは、複合集束用構造体が概ね一定の高さであることを除いて、第１図及び第２図に示すように出現する。
前述のプロセスの変更例は、主として集束用システムの全体が制御電極２８から離隔された電気的非絶縁性材料、典型的には導電性材料、によって形成されることを除いて集束用システム３７と同様である別の集束用システムの形成においてポジ型化学線材料を使用する。一般的に集束用システムは導電性であるが故に、集束用コーティング３９に相当する離隔された電気的非絶縁性集束用コーティングを備える必要がない。制御電極２８の一部が覆われないように、この変更例は、エミッタ導電性材料のブランケット層の一部がベース部集束用構造体３８のための所望の位置において除去された後に、構造体の存在から始まる。
非導電性材料の層、典型的には電気的絶縁体の後方照射４６の透過性が、制御電極２８の側方のエッジ部の少なくとも覆われていない区画上に備えられる。非導電性層は通常ブランケット層であり、それは電極２８の間において、電極２８の一部及び誘電性の層２２の一部の予め覆われていない部分を完全に覆う。ポジ型フォトレジストの主要ブランケット層が非導電性層の頂部に与えられる。ブランケットフォトレジスト層は、非導電性層によって覆われていない電極２８及び／または非導電性層２２の全ての材料上に配置される。
ここで放射４６及び４８の照射が実施される。電極１２及び２８は、重なっているポジ型フォトレジストの一部を後方照射４６から遮断するマスクを再び形成する。非導電性の層は放射４６に透過性である故に、化学的構造が変化した露光されたフォトレジストは、この時点においてポジ型レジストを使用する前述のプロセスと概ね同様のパターン形成がなされる。主要フォトレジスト層は、露光されたフォトレジスト材料を除去するために現像される。従って残余フォトレジストの区画は、制御電極２８の側方のエッジ部の区画を覆っている非導電性材料の表面の外側の区画に対し垂直に整列した側方のエッジ部を有する。
電気的非絶縁性材料のブランケット層、典型的には電気導体は構造体の頂部に形成される。ブランケット非絶縁性層の重なっている部分をはく離するように、主要フォトレジスト層の残余部分は除去される。ブランケット非絶縁性層の残余部分は、電気的非絶縁性集束用構造体を形成し、その構造体は３８Ｍ及び３８Ｌ間の高さの差異が再びなくなることを除き、ベース部集束用構造体３８と概ね同一の形状である。非絶縁性集束用構造体は、制御電極２８の側方のエッジ部の区画を覆う非導電性材料の外側表面の区画に対し垂直に整列した側方に対をなし対向する列方向エッジ部を有する。従って、集束用構造体の側方に対をなし対向する列方向エッジ部は、制御電極エッジ部２８Ｃに対しセルフアライメントする。集束用構造体のこれら各対をなす列方向エッジ部から対応するスイートスポット３４の列方向エッジ部３４Ｃまでの行方向の距離は再び十分に制御される。
幾つかの残余非導電性材料が制御電極２８の上側表面の区画を覆う場合、非導電性材料のこの部分を除去するためにエッチングが実施される。結果として生じた電界エミッタにおいて、非絶縁性集束用構造体は、非導電性材料の区画及び／またはオープンスペースによって制御電極２８から離隔された電子集束用システムを形成する。幾つかの非導電性材料が電極２８から集束用システムを離隔する限りにおいて、非導電性材料の抵抗率は十分に高ので、集束用システムは事実上、電極２８に対し電気的に絶縁される。
非導電性層が少なくとも制御電極２８の側方エッジ部上に与えられた後、概ね電気的に非絶縁性の材料からなる集束用システムの形成おいて、ポジ型アクティブ化学線材料を使用する前述のプロセスの変更例は、構造体の存在から始まる。薄いブランケットシードメタル層（blanket seed metal layer）が構造体の頂部に配置される。幾つかのシードメタル層が制御電極２８に接触する場合、通常シードメタルは制御電極材料に関して選択的にエッチング可能である。シード層は、概ね後方化学線４６を透過する形質である。
ポジ型フォトレジストの主要ブランケット層がシードメタル層の頂部に与えられる。放射４６及び４８への照射が実施される。電極１２及び２８は、直接重なるフォトレジストが後方照射４６に暴露されることを妨げるマスクを形成する。シード層は放射４６を透過する故に、化学的構造が変化した露光されたフォトレジストは、前述の２つのプロセスの変更例と概ね同一のパターン形成がなされる。
露光されたフォトレジスト部分は現像過程で除去される。従って残余フォトレジストの区画は、制御電極２８の側方エッジ部を覆う非導電性材料の外側表面の区画に対して垂直に整列した側方エッジ部を再び有する。また、シードメタル層のパターンは、除去されたフォトレジストの位置において暴露される。
集束用構造体金属は、電気化学的被着を開始するための露光されたシードメタルを使用し、残余フォトレジストのパターン形成された開口部の中に電気化学的に被着する（電気めっきされる）。被着は、集束用構造体金属がフォトレジストの頂部に到達する前に停止される。残余フォトレジストが除去された後、露光したシードメタルが除去される。集束用構造体金属の残余は、電気的非絶縁性集束用構造、特に前述のプロセスの変更例と概ね同様に形成された導電性集束用構造体を形成する。金属性集束用構造体の対をなし側方に対向する列方向エッジ部は、従って制御電極エッジ部２８Ｃに対しセルフアライメントする。
この変更例における電界エミッタの処理は、前述したプロセスの変更例と同様な方法で継続される。電界エミッタの仕上げにおいて、金属性集束用構造体によって形成された電子集束用システムは、オープンスペース及び／または非導電性材料の区画によって制御電極２８と離隔される。電極２８を集束用システムから離隔している全ての非導電性材料の抵抗率は十分に高く、事実上集束用システムは電極２８に対し電気的に絶縁される。
本電子放出デバイスの製造において、制御電極２８、及びエミッタ電極１２の間で短絡欠陥が発生し得る。第６図は、第１図に示した電界エミッタの部分における１つの制御電極２８及び１つのエミッタ電極１２の間の短絡の例を定性的に示すものである。第６図は１つのクロスピース１６を通る列方向の断面図である。図中の短絡は、導電性材料５０により直接的に形成され、導電性材料５０は制御電極２８とエミッタ電極１２の中のクロスピース１６を接続するために誘電性の層２２及び抵抗層２０を貫通し延在する。導電性材料５０は列電極２８と別々に示されているが、導電性材料５０は電極２８を形成するために使用される導電性材料の一部により形成され得る。
場合によっては、素子２４の１つの集合における１つの電子放出素子２４は、対応するゲート部３２に電気的に接続される。抵抗層２０がない場合、そのような電気的接続は短絡として分類されるかもしれない。しかしながら、層２０がクロスピース１６及びそれに重なる電子放出素子２４の間に与える高い抵抗により、１つの電子放出素子２４がゲート部３２に接続されているために列電極２８を通り流れ得る電流の量は、導電性材料５０によって示されるような直接の短絡を通り流れる電流に比べ極めて小さい。従って、ゲート部３２と電子放出素子２４の１つの電気的接続は、ここでは短絡としては分類されない。
エミッタ電極１２の１つに対する１つの制御電極２８の短絡は、エミッタ電極１２上の以下に示す基本的な３つの場所において発生し得る。（ａ）列電極２８の下に重なるクロスピース１６において、（ｂ）電極２８の下に重なるレール１４の１つの一部において、及び（ｃ）電極２８の下に重なる別のレール１４の一部において。これは第７図において定性的に示され、第６図に示される電界エミッタの一部のセグメントの部分的な平面図を示している。短絡のケース（ａ）は第６図の導電性材料５０に相当し、第７図では丸で囲んだ”Ｘ“５２で示されている。短絡のケース（ｂ）及び（ｃ）はレール１４上に位置し、丸で囲んだ”Ｘ“５４及び５６で示されている。
一般的に短絡は、フラットパネルディスプレイを形成するために製造後のデバイスが発光デバイスに対し封止（外壁を通って）される前に、電子放出デバイスの検査において発見される。多くの場合この段階で短絡欠陥は電子放出デバイスから除去し得る。これはしばしば短絡修理と称される。短絡の除去及び修復は、良好なフラットパネル型ディスプレイの生産性を向上させ、従ってデバイスの製造及び検査には重要である。
理想的には、短絡欠陥は性能低下が生じない方法において除去される。多少のピクセルまたはサブピクセルが部分的に或いは全体的に動作不能の場合、それでも尚、フラットパネル型ディスプレイの残りの部分が目的とした動作を行えば、ディスプレイ動作はしばしば良好である。従って、ディスプレイの残りの部分の動作が概ね影響を受けず、除去される短絡欠陥の数がそれ程多くない条件下では、ピクセルまたはサブピクセルを動作不能にする原因となる短絡欠陥除去は許容される。
各エミッタ電極１２の梯子形状は、短絡欠陥の或る部位におけるサブピクセルがしばしば動作不能となることを除いて、その性能を低下させることなしに電界エミッタから短絡欠陥を除去することを容易にする。第７図は、本発明の電界エミッタから如何にして短絡欠陥が除去されるかを理解するのに役立つ。
丸で囲まれた“Ｘ”５２で示される部位における短絡欠陥が検出されたと仮定する。第７図に示すように、短絡欠陥はクロスピース１６上で発生する。欠陥５２は、クロスピース１６の幅を完全に通り対向する一対の切れ目５８及び６０を形成することにより除去される。従って、切れ目５８及び６０の間のクロスピース１６のセグメントはエミッタ電極１２の残余から切断される。
通常クロスピース１６の切断されたセグメントに重なっている全ての電子放出素子２４は使用不能となる。結果として、そのクロスピース１６を含む一部または全てのサブピクセルは動作不能となる。しかしながら、エミッタ電極１２の残余の動作は大きな影響を受けない。レール１４は完全に無傷で、電極１２に重なる電子放出素子２４の全ての集合を制御するための電圧は、電極１２の全ての部分において伝達させ得る。
切れ目５８及び６０は、一般的にクロスピース１６の端部１６Ｅ近傍の予め決定された位置において形成される。この場合、クロスピース１６はエミッタ電極１２の残余から完全に切断されている。そこで、短絡欠陥の除去は切断されたクロスピース１６を含む全てのサブピクセルの損失となる。再び、レール１４は完全に無傷のままである。従って、エミッタ電極１２の残余の通常の動作は、短絡欠陥５２の除去によって大きな影響を受けない。
簡略上、第７図のエミッタ電極の２つのレールをそれぞれ高部及び低部のレールと称す、ここで部レールは第７図の１つの頂部のレール１４であり、低部レールは１つの底部のレール１４である。これらの定義を考慮に入れて、短絡欠陥が丸で囲まれた”Ｘ“で示される部位において発見されたと仮定する。短絡欠陥５４は列電極２８の下に重なる高部レール１４の一部において発生する。欠陥５４はそれを外囲する、エミッタ電極１２の一部を通る３つの切れ目５８、６２、及び６４の形成により除去される。切れ目５８は、高部の１つの端部１６Ｅの近傍におけるクロスピースを通って形成される。切れ目６２及び６４は、列電極２８が重なる高部レール１４の領域を越えて欠陥５４の両側の高部レール１４を通り形成される。丸で囲まれた”Ｘ“５４で示される部位にいて短絡欠陥が発見されれば、切れ目６２及び６４は予め決定された位置に形成され得る。
切れ目５８、６２、及び６４が切断されるため、列電極２８の下に重なる高部レール１４の区画はエミッタ電極１２の残余から切断される。しかし、電子放出素子２４はレール１４の切断された区画の下に重ならない。低部レール１４のセグメントが、エミッタ電極１２上の互いに隣接したサブピクセルにおいて同様には除去されないという条件で、高部レール１４の除去されたセグメントを含むサブピクセルのための電圧は、列電極２８の下に重なる低部レール１４のセグメントを通って供給され得る。従ってサブピクセルは依然として動作状態である。また、エミッタ電極１２の残余の通常動作は、この方法における短絡欠陥５４の除去により大きな影響を受けない。
短絡欠陥が丸で囲まれた”Ｘ“５６に示される部位において発見された場合、前述の短絡欠陥５４と対称的な除去手順が実施される。特に、短絡欠陥５６を外囲する３つの切れ目６０、６６、及び６８が、エミッタ電極１２の一部を通り形成される。低部の１つの端部１６Ｅ近傍の切れ目６０がクロスピース１６を通り形成される。切れ目６６及び６８は、列電極２８が重なる低部レール１４の領域を越えて欠陥５６の両側の低部レール１４を通り形成される。切れ目６２及び６４の位置のように、切れ目６６及び６８の位置も予め決定され得る。
短絡欠陥５４に関する上記の補足的な理由として、高部レール１４のセグメントが、エミッタ電極１２上の互いに隣接したサブピクセルから同様に除去されないことを条件として、下部レール１４の切断された区画を含むサブピクセルは、欠陥５６の除去にも関わらず動作状態のままである。また、この方法による短絡欠陥５６の除去は、エミッタ電極１２の残余の動作に大きな影響を及ぼさない。
前述の方法における短絡欠陥５２から５６の全ての除去は、列電極２８の動作に大きな影響を及ぼさない。サブピクセルの一部または全ての偶発的な損失を条件として、ディスプレイの性能は大きく劣化しない。レール１４は短絡欠陥を克服するために過剰な電流／電圧経路を与える。
切れ目５８から６８は、集束エネルギのビーム、典型的にはレーザによって与えられる光学的エネルギによって形成される。切れ目６２から６８は、電子放出デバイスの頂部または底部を通り形成され得る。列電極２８が切れ目５８及び６０のための位置に重なるので、集束エネルギービームによって切断される時、切れ目５８及び６０はデバイスの底部を通り形成される。
第８図の平面図は、この梯子型エミッタ電極が、本発明に従い形成された電界放出電子放出デバイスにおける短絡の簡潔な除去のためにどのように変化し得るか示すものである。第８図の平面図は、（ａ）エミッタ電極１２を第８図の電界エミッタにおけるエミッタ電極７０に置き換え、及び（ｂ）列電極２８が第８図の電界エミッタに変更されたことを除いて、第７図と同様である。各エミッタ電極７０は、一対のレール１４、及びレール１４の間に配置され概ね垂直に延在する概ね平行なクロスピース７２の一群により形成される。第８図のエミッタ電極におけるレール１４は前述の方法により形成される。各クロスピース７２は、レール１４中に切れ目なく併合された一対の端部７２Ｅを有する。
クロスピース７２及びクロスピース１６の間の差異は、クロスピース７２が端部７２Ｅ近傍を縮小されていることである。第８図に示すようにクロスピース７２は、主部７２Ｍ及び一対のより狭い部分７２Ｎからなり、そこを通り主部７２Ｍはレール１４と接続される。第７図の電界エミッタにおけるエミッタ開口部１８は、第８図の電界エミッタにおけるエミッタ開口部７４に置き換えられる。クロスピース７２の幅の縮小のために、各エミッタ開口部７４は、四隅の突起の形状が概ね方形である。エミッタ開口部７４はエミッタ電極７０において縦に配置されている。
第８図の電子放出デバイスからの短絡欠陥５２〜５６の種々の除去において、切れ目７６及び７８の各々はクロスピース７２の端部７２Ｅの近傍の幅の縮小部７２Ｎを通り形成される。切れ目７６及び７８は、第７図のエミッタ電極における切れ目５８及び６０よりも短い。この差は別として、第８図の電界エミッタにおける多数の短絡欠陥５２から５６の除去のための切れ目６２〜６８、７４、及び７６の選択的な形成は、第７図の電界エミッタにおける欠陥５２〜５６を除去するために選択的に形成された切れ目５２〜６８と同様の方法で行われる。
第８図の電界エミッタにおいて、一対の開口部８０及び８２は、切れ目７６及び７８のために予め決定された位置上の各列電極２８を通りそれぞれ延在することが好ましい。開口部８０及び８２は、第８図の例においてクロスピース７２の全ての縮小部７２Ｎに概ね重なる。集束エネルギービームを使用して、切れ目７６及び７８は電子放出デバイスの頂部または底部を通り形成され得る。これは付加的なフレキシビリティを与える。また、切れ目７６及び７８が電界エミッタの底部を通り形成される際に、開口部約８０及び８２の存在は、クロスピース７２を通り電極２８に入射する集束エネルギービームの通過のために、列電極２８に別の方法で生じ得る損傷を回避するのに役立つ。
電子放出デバイスを含むフラットパネル型ＣＲＴディスプレイが後述する本発明の操作に従い製造される。発光デバイスのアノードは、制御電極２８及びエミッタ電極１２または７０に対し高い正の電位に保たれる。適切な電位が（ａ）制御電極２８の選択された１つ及び（ｂ）エミッタ電極１２または７０の選択された１つ、の間に印加された場合、選択されたゲート部３２は選択された電子放出素子２４の集合から電子を引き出し、発生する電子電流の大きさを制御する。一般的に要求されレベルの電子放出が発生するのは、高電位の燐光体である発光素子において測定された０．１ｍＡ／ｃｍ2の電流密度において、与えられたゲート−カソード平行平面電界が２０Ｖ／μｍ到達するか或いはそれ未満の時である。抜き出された電子はアノード層を通過し、燐光体領域に選択的に衝当し、発光デバイスの外側表面上に可視光線を放出させる。
“頂部”、“底部”、“上側”、及び“下側”のような方向性の用語は、本発明の記載において基準系を確立するために使用され、それにより読者は本発明の各部分がどのように適合しているかを容易に理解することができるであろう。実際はこの電子放出デバイスの構成部品は、ここで使用される方向性の用語によって示されたものと異なる方向に配置されていても良い。発明における製造工程の実施方法に対しても同様の適用がなされる。方向性の用語は表現を容易にするために便宜上使用されるので、発明はここで使用される方向性の用語によって示されるものと厳密には異なる方向性の実施を含む。
発明が特定の実施例に関し記載される一方で、この記載は単に例証を目的とするものであり、後述する発明の請求項の範囲を解釈するものではない。例えば、本発明のエミッタ電極１２の梯子形状は、エミッタ電極７０の従来型梯子形状とより異なるものになり得る。一般に、各エミッタ電極は１列のエミッタ開口部に沿ったバーのような形状をなし、エミッタ開口部はバーに対し縦に配置されている。エミッタ開口部は、開口部１８のような方形と異なる平面形状、または開口部７４のような方形に近い形状をとり得る。１列のエミッタ開口部が湾曲するように、バーも同様に湾曲した中心線を有し得る。
特に、ベース部集束用構造体３８が導電性集束用コーティング３９を通してスペーサ用壁のようなスペーサに接触するのに利用されない場合、前方露光は本発明の電子放出デバイスの製造において削除できる。一方で、多様な前方露光がベース部構造体３８を形成するために利用される化学線材料において実施されてもよく、各前方露光は通常異なったフォトマスクを通して実施される。同様に、多様な後方露光が構造体３８を形成するために使用される化学線材料に実施され得る。この場合、各々の付加的な後方露光がフォトマスクを通し実施され、２またはそれ以上の付加的な後方露光がある場合には通常異なったフォトマスクが使用される。
付加的な放射遮断構造が、ベース部集束用構造体３８の形成においてエミッタ開口部１８または７４を通過する後方化学線の遮断部分における制御電極２８と組み合わされ、或いはその代用として使用するため、誘電性の層２０上に与えられる。多数の化学線材料がベース部構造体３８の形成に利用できる。
制御電極２８及びエミッタ電極１２または７０によって覆われていない領域を通過する後方照射は、集束用構造とは別のセルフアライメント構造体の形成において使用され得る。多様な前方露光及び／または多様な後方露光を使用し、化学線材料の多重の層を利用する、前方露光の削除を含む前述の変更例は、特に別の構造体を形成するためにも適用できる。同様に、付加的な構造が、エミッタ開口部１８または７４を通過する後方化学線の遮断部分における制御電極２８と組み合わせて使用する、またはその代替として使用するために、エミッタ電極１２または７０上に与えられ得る。
不透明な各エミッタ電極１２または７０は、電極１２または７０の上方または下方に配置された１またはそれ以上の透明な導電性部位を含む複合エミッタ電極の一部となり得る。透明なエミッタ電極材料は、少なくとも一部、典型的には全てのエミッタ開口部１８または７４を、少なくとも部分的、典型的には完全に横切り延在する。透明なエミッタ電極材料は、後方化学線４６に対し概ね透過性を有する。インジウム−スズ酸化物は、そのような複合エミッタ電極における透明な導電性材料として好適な電気導体の一例である。
クロスピース１６が少なくとも２つのレール１４間において存在する条件で、各エミッタ電極１２または７０は、３またはそれ以上のレール１４を有し得る。クロスピース１６が３またはそれ以上のレール１４の全ての各連続した対の間に配置される時、エミッタ電極１２または７０は概ねグリッドをなす。そこで後方照射４６は、電極１２または７０のための前述の梯子形状におけるエミッタ開口部１８によって例示されるグリッド開口部を通過する。
不透明エミッタ電極１２または７０のグリッド形状の変更例は、複合的なエミッタ電極を形成するために、インジウム錫酸化物のような導電性の透明な材料と組み合わせることができる。これによって、複合的な電極は、インジウム錫酸化物によって一般的に与えられる導電率よりも大きい値を有することを許容される。
レール１４の１つは、各エミッタ電極１２または７０から消去し得る。レールの冗長を排除することで短絡欠陥の修復は容易になるが、そのように変更されたエミッタ電極は、ベース部集束用構造体３８のようなセルフアライメント構造体を形成するための前述のような方法において依然として使用され得る。
化学線は紫外線とは別の光からなるか、或いはその光を含んでもよい。一例として赤外線がある。同様に、化学線は光とは別の放射からなるか、或いはその放射を含んでもよい。異なる放射露光工程においては、異なるタイプの化学線が使用され得る。前方露光過程において、主要化学線層３８Ｐの露光された部分の化学構造は、層３８Ｐがフォトマスク４７を通し暴露されるよりむしろレーザのような有向エネルギービーム（directed energy beam）に対し選択的に暴露されることにより変化し得る。
化学線に暴露された化学線材料は、重合とは別の現象によって化学構造が変化し得る。これは特に化学線材料がポジ型の時、露光された化学線材料が現像工程において除去される時に発生する。ポジ型化学線材料に関し、露光された材料は一般的に酸性物質に変えられ、それは水性塩基現像液によって除去され得る。ポジ型化学線材料に関し、現像過程の後に残る露光されていない化学線材料の幾つかの側方のエッジ部は、前述を補足した方法において制御電極２８の縦のエッジ部の一部または全てに対し垂直に整列している。
化学線のタイプ及び化学構造を変化させる方法の変更例のように、主要化学線層３８Ｐは熱硬化性高分子、典型的には熱硬化性プラスチックであり、一方、後方照射４６は赤外線からなる。赤外線に暴露することにより、主要層３８Ｐの露光された部分は硬化する。前方照射が電界エミッタ頂部の上方に狭い間隔で配置されたフォトマスクを通し実施された場合、赤外線の波長が長いため要求されない光散乱が生じるので、レーザは前方露光を行うために層４６Ｐ上で選択的に走査され得る。
電子放出素子２４の集合の各々は、多数の素子２４よりむしろ１つの素子２４だけで形成し得る。多数の電子放出素子は、誘電性の層２２を通り１つの開口部の中に配置され得る。電子放出素子２４は、円錐とは別の形状をとり得る。一例としてはフィラメントであり、また別にダイアモンドグリットのようなランダムな形状の粒子もある。
本発明の原理は、別のタイプのマトリクス上のアドレス指定されたフラットパネル型ディスプレイに適用可能である。この目的のためのフラットパネル型ディスプレイの候補は、マトリクス状にアドレス指定されたプラズマディスプレイ及びアクティブマトリクス液晶ディスプレイを含む。本発明の思想及び請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって種々の変更及び適用が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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