(57)【要約】      （修正有）【課題】電子エミッタ構造製造方法、上記製造方法により製造される電子エミッタ構造、上記電子エミッタ構造を内蔵する電界電子放出表示装置および電界電子放出バックライト電界電子放出表示装置において、またはＬＣＤ表意装置用の電界電子放出バックライトにおいて用いられる電子エミッタ構造を形成する手順を提供する。【解決手段】マスク素子２０を薄いＡｌ基板１０上に堆積し、マスク素子２０間のギャップを通してＡｌ基板を化学的にエッチングし、したがってスパイク１３を基板上に形成することにより、電子エミッタ構造は形成される。次にこのスパイク１３は電子エミッタ材料２１で覆われる。スパイク１３は所望のピッチ／高さ比を有するように形成可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子エミッタ構造を形成する方法であって、
（ａ）基板の表面上に、空間的に隔てられた開口部を有するマスクを形成することと、
（ｂ）前記基板の表面が、空間的に隔てられた複数のスパイクを有する構造を発達させるまで、前記マスクの前記開口部を通して前記基板の前記表面を化学的にエッチングすることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記基板の前記表面上に電子エミッタ層を堆積させるステップ（ｃ）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スパイクは、およそ２のピッチ／高さ比を有して形成される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板はアルミニウムである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）は、
（ｉ）第１の層が、前記基板上に形成され、次に開口部を形成するようにエッチングされ、
（ｉｉ）マスク材料が前記開口部の中に堆積され、
（ｉｉｉ）前記第１の層は除去される
ところの処理により行われる、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第１の層は、前記Ａｌ基板を電気化学反応においてアノードとして使用することにより形成され、それにより前記第１の層は、細孔を有するＡＡＯ層として形成され、次に前記細孔は、前記基板が暴露される開口部へと拡大されるようにエッチングされる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
一表面に複数のスパイクを有して形成される基板と、
前記基板の前記表面上に堆積される電子エミッタ材料と、
を有する電子エミッタ構造。
【請求項８】
前記スパイクはおよそ２のピッチ／高さ比を有する、請求項７に記載の電子エミッタ構造。
【請求項９】
前記電子エミッタ材料はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）である、請求項７または請求項８に記載の電子エミッタ構造。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかの電子エミッタ構造を備える電界電子放出表示装置。
【請求項１１】
請求項７〜９のいずれかの電子エミッタ構造を備えるＬＣＤ表示装置用の電界電子放出バックライト。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電界電子放出バックライトを備えるＬＣＤ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界電子放出表示装置（ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）のための、または液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）用の電界電子放出バックライト（ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）のための電子エミッタ構造の製造方法に関し、また上記製造方法により製造される電子エミッタ構造、ＦＥＤ、および電界電子放出バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界電子放出表示装置（ＦＥＤ）は、最も有望な次世代表示装置の候補である。また液晶表示装置（ＬＣＤ）用の電界電子放出バックライトにも、今日多くの研究者の関心が集まっている。
【０００３】
ＦＥＤの電子エミッタ構造のよく知られる種類の１つであるスピント型エミッタを、概略的に図１に示す。エミッタの下部は、ガラス基板１を備えており、下部電極２で覆われている。多くの絶縁体素子３がゲート電極素子４を支えている。この型のエミッタは、カソードとして、下部電極２と電気接触する微小Ｍｏコーン５を有する。コーン５へ（下部電極２を介して）十分大きな負電圧が印加されると、Ｍｏコーン５の頂点における電界集中は電子を放出するほど十分に高まる。電子は、ギャップを越えてＦＥＤの上部へ引き寄せられる。ＦＥＤの上部は、上部電極（アノード）７から構成され、上部電極７は蛍光体層６と第２のガラス基板８とに挟まれている。蛍光体層６による発光は、ゲート電極素子４に印加される電圧を制御することにより、具体的にはある領域が他の領域よりも明るくなるように、制御することができる。ゲート素子４がない場合は、この構造は均一に発光し、例えばＬＣＤの均一電界電子バックライトとして機能することも可能である。
【０００４】
このエミッタアレイは、多くのマスクを要するフォトリソグラフィ処理における真空処理手順を踏んで製作される。Ｍｏコーン５は、基板を傾けて堆積させ、それから基板を回転させながら堆積させる。この一連の処理ステップは、非常に複雑であり、多額の費用もかかる。また、アレイにおける多くのエミッタの各々を全く同じコーン形状にすることは困難であり、これにより電子放出性が不規則なものとなる。
【０００５】
別の種類のエミッタであるカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）にも、大きな関心が集まっている。図２はＣＮＴ型ＦＥＤの概略図を示している。図１中の構成要素と同様の意味をもつ構成要素は、同様の参照番号で示してある。唯一の違いは、各カソードとして複数のＣＮＴ９を使用していることである。
【０００６】
ＣＮＴは基板１の表面に垂直に成長させられており、電界集中はＣＮＴの頂上において高い。炭素はその高い電子放出性がよく知られており、そのためＣＮＴは電子エミッタに適した材料である。しかしながら、通常ＣＮＴは真空において成長させるものであり、良質のＣＮＴをつくるには普通は高温が必要となり、そのためこの処理は多額の費用がかかる。また基板も、処理の間の高温に耐えられるものでなければならないため、高額である。
【０００７】
上述のＣＮＴ関連の問題を解決すために、ある研究者たちは、ペーストの粘度を有し、独立のＣＮＴを含むバインダを提案している。このようなバインダが図２のＣＮＴの代わりに基板上にペーストされ、ペースト中のＣＮＴのいくつかがバインダの表面上に偶然に突き出て、カソードとして機能する。あいにくこの方法では、アレイにおいて規則的な電子放出を得ることが困難となり、またＣＮＴペースト下の電極２と各ＣＮＴとの間の接触抵抗も高い。加えて、独立のＣＮＴ自体が高額な材料である。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、新規かつ有用な電子エミッタ構造を提供し、かかる構造を使用してＦＥＤと電界電子放出バックライトとを提供することを目的とする。
【０００９】
一般的に言えば、本発明が提示するのは、空間的に隔てられた複数の開口部を有するマスクが基板表面上に形成され、次に基板は開口部を通して化学的にエッチングされ、そこで開口部の各々に直近の基板の部分は除去され、複数のスパイクを有する表面が残ることである。スパイクの各々は電子エミッタとして機能可能である。基板自体が、適当な電子放出性を有する電子放出基板から構成されていない場合、そのような材料の層がこの構造上に堆積される。適当な電子放出基板の１つはＤＬＣである。
【００１０】
マスクの性質とエッチング条件とを選択することにより、スパイクの形状性質を選択可能である。このように、本発明のある実施形態により、最適ピッチ／高さ比を有するスパイク構造を形成することが可能となる。等方的化学エッチングは、別文書において理想的とされたおよそ２のピッチ／高さ比を有する構造を、自然に形成する傾向がある。
【００１１】
さらにこの電子エミッタ構造は、上述の従来技術に提案される方法よりも安価な方法で、ＣＮＴを必要とせずに、得られる。
【００１２】
基板は、導電性材料から構成されることが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）から構成されることが最も好ましい。
【００１３】
マスクを形成する好適な手順は、第１の層が基板上に形成され、次に開口部を形成するようにエッチングされるところの処理による。次にマスク材料が開口部内へ堆積され、第１の層は除去される。
【００１４】
第１の層を形成するのに使用される処理は、酸化アルミニウムの陽極酸化処理（ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｉｄｅ：ＡＡＯ）であってもよく、その場合Ａｌ基板が電気化学反応においてアノードとして使用される。かかる処理は、細孔を有する酸化アルミニウムの層を形成し、次にこの細孔は、基板が暴露される開口部へと拡大するようにエッチングされる。言い換えると、開口部は「自動組立て（ｓｅｌｆ‐ａｓｓｅｍｂｌｙ）」の処理により形成されるということである。
【００１５】
このように、基板から電子エミッタ構造を形成する全作業工程は、フォトリソグラフィのような高額な処理を用いることなく行われることが好ましい。
【００１６】
本発明は、電子エミッタ構造製造方法に顕れる場合、または上記製造方法により製造された構造として顕れる場合、または上記構造を内蔵する装置として顕れる場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を、例示のみを目的として、ここで添付図面を参照しながら説明することとする。
【００１８】
まずは図３（ａ）を参照すると、本発明の一実施形態である方法の出発点は、Ａｌから構成される薄い基板１０である。Ａｌ基板の厚さは０．４ｍｍであり（ゆえにこの基板はアルミ箔である）、Ａｌの純度は９９．９９９％である。図３（ｂ）に示すように、陽極酸化アルミニウム（ａｎｏｄｉｚｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｉｄｅ：ＡＡＯ）の層１１が、陽極酸化処理ステップにより、Ａｌ基板１１の主要な表面上に形成されと、細孔拡大処理がそれに続く。ＡＡＯ層の厚さは１μｍより薄いことが好ましい。ＡＡＯ層１１は、基板１０の表面に垂直な多くのスルーホール１２とともに形成される。
【００１９】
図４は、陽極酸化処理を行うのに使用するセットアップを概略的に示している。Ａｌ箔１０は、支持構造１９で支えられ、その２面のうち片面を槽１４内の酸性溶液１５に暴露する。酸性溶液１５として、０．４ＭのＨ３ＰＯ４が使用される。槽はまたＰｔワイヤ１６を含み、Ａｌ箔１０がアノードとして機能し、Ｐｔワイヤ１６がカソードとして機能して、電気処理が実行される。マグネティックスターラ１７がマグネティックドライバ１８により駆動される。ＤＣ電圧が、例えば１００Ｖ、Ｐｔワイヤ１６とＡｌ箔１０との間に印加され、ＡＡＯの層が基板１０上に形成される。ＡＡＯの厚さは陽極酸化処理の時間で制御され、その時間は２分であってよい。
【００２０】
陽極酸化処理の後、細孔拡大処理が行われる。この処理においては、ＡＡＯ層を有するＡｌ基板１０の表面を、１０ｗｔ％のＨ３ＰＯ４溶液に７０分間浸しておく。この処理により、細孔はスルーホール１２になるまで拡大される。その結果、ＡＡＯ要素１１の厚さ（図３（ｂ）の垂直方向）は約１μｍとなり、細孔の直径は約２００ｎｍであり、細孔のピッチ（すなわち細孔の周期性）は約２５０ｎｍであり、したがって要素１１の幅は約５０ｎｍである。
【００２１】
図３（ｃ）に示すように、次にＴｉ層２０が、それぞれの細孔の中にスパッタリングにより堆積される。Ｔｉ層２０の厚さは３００ｎｍである。
【００２２】
図３（ｄ）に示すように、次に１０ｗｔ％のＨ３ＰＯ４溶液を使用し、ＡＡＯ１１が完全に除去される。
【００２３】
図３（ｅ）に示すように、Ａｌ基板１０は、１０ｗｔ％Ｈ３ＰＯ４溶液を使用してエッチングされる。この処理において、Ｔｉ層２０がマスクとして機能し、エッチングはこの図に示すように等方的に進行する。
【００２４】
図３（ｆ）に示すように、Ｔｉマスク２０下のＡｌ基板１０の部分は、エッチングによりさらに薄くされる。結果的に、図３（ｇ）に示すように、Ｔｉマスク２０下のＡｌ基板１０はＴｉマスク２０を支えられないほど薄くなり、最終的にＴｉマスク２０は分離される。スパイクのピッチとスパイクの高さとの比（ピッチ／高さ）は、等方エッチングのため、およそ２になる。これは重要なことであり、というのも、キム（Ｋｉｍ）らによる論文Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ８３号の１１１〜１１４頁（２００６年）、題名「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｔｕｄｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏ  ｔｕｂｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｈｙｂｒｉｄ  ｆｉｅｌｄ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｓｃｈｅｍｅ（混成電界拡張スキームを使用する、一列に並ぶカーボンナノチューブの電界電子放出性に関する数的研究）」の中で、ＣＮＴのピッチ／高さ比がおよそ２である場合、スパイクの先端が非常に尖鋭ならば最大電流密度が得られる、ということが報告されているからである。
【００２５】
図３（ｈ）に示されるように、ＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ‐ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ：ダイヤモンドライクカーボン）の層２１が、フィルタ処理陰極の真空アーク（ｆｉｌｔｅｒｅｄ‐ｃａｔｈｏｄｉｃ‐ｖａｃｕｕｍ‐ａｒｃ：ＦＣＶＡ）法により、Ａｌ基板１０上に堆積される。ＦＣＶＡにより形成されるＤＬＣは、その高い電子放出性で知られる。他の実施形態において、ＤＬＣの代わりに、他の低仕事関数材料または低電子親和性材料が堆積されてもよい。
【００２６】
ＦＣＶＡ堆積システムを図５に示しており、ここでは炭素プラズマ２２が、高真空条件でグラファイトカソード２３の高電流アーク２４を通して生成されている。電磁石２５により生じた磁界は、基板１０の表面へ向かう曲経路内へ炭素プラズマを導くように生成されており、より純度および密度が高い膜構造を作成するため、望ましくないマクロパーティクルを排除している。さらなる電磁石２６はフォーカスの機能を行う。イオンエネルギーはバイアス電圧により制御され、このバイアス電圧は、基板１０を固定する金属基板固定部（図示せず）に接触される電圧生成部２７により印加される。（米国特許第６０３１２３９号に開示されるように）堆積処理中に電圧バイアスを最適化することにより、膜の硬度、膜の応力および付着力を制御できる。また炭素イオンの結合構造も制御できる。
【００２７】
図３（ｈ）において製造された構造は、ここで、図１に示す構造に、コーン５および下部電極２を置換して使用可能である。ゲート４がない場合、この構造は、ＬＣＤ用の均一電界電子放出バックライトなどの光生成部として動作する。
【００２８】
しかしながら、近頃多くの研究者が、表示画像のコントラストを増大させて電力消費を低減させるために、バックライトを多くの領域に分割し、表示画像に応じて各領域の輝度を制御しようと試みていることに留意されたい。ゆえに、本実施形態がバックライトとして使用されるシステムにおいても、そのバックライトは領域ごとに制御が必要となる場合もある。
【００２９】
本発明の実施形態は１つしか説明しなかったが、多くの変形が可能であることは、当業者である読者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】周知のスピント型ＦＥＤの概略図である。
【図２】周知のＣＮＴ型ＦＥＤの概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｈ）から構成される。本発明の一実施形態である、ＡＡＯを使用してＡｌ基板上にスパイク構造を形成する処理のステップを、断面図を用いて示す。
【図４】図３の実施形態で使用する陽極酸化処理のセットアップを概略的に示す。
【図５】図３の実施形態で使用するフィルタ処理陰極の真空アーク（ＦＣＶＡ）の堆積システムを概略的に示す。
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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