(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のフィールド・エミッション・ファイバを電気的かつ機械的に基板の導電区域に接続する方法であって、
a）前記フィールド・エミッション・ファイバを前記基板の表面を横断して配置し、前記基板の前記接続すべき区域に前記フィールド・エミッション・ファイバの中心を合わせること、
b）金属リボンを前記フィールド・エミッション・ファイバの上に、前記金属リボンの長さに沿った寸法が前記フィールド・エミッション・ファイバの軸にほぼ直交するように配置し、前記金属リボンが、前記金属リボンの各端部が前記基板の前記区域と直接接触するように延ばすこと、かつ
c）前記金属リボンを超音波接着、熱圧着または圧着により前記基板と前記フィールド・エミッション・ファイバとに接着することを含む方法。
【請求項２】
前記金属リボンが超音波接着により前記基板と前記フィールド・エミッション・ファイバとに接着されている請求項1の方法。
【請求項３】
前記金属リボンが金、アルミまたはアルミ合金製である請求項1の方法。
【請求項４】
少なくとも1本のフィールド・エミッション・ファイバと基板より成る、改良されたファイバー製陰極において、導電性のフィールド・エミッション・ファイバが電気的かつ機械的に基板の導電区域に、
a）前記フィールド・エミッション・ファイバを前記基板の表面を横断して配置し、前記基板の前記接続すべき区域に前記フィールド・エミッション・ファイバの中心を合わせること、
b）金属リボンを前記フィールド・エミッション・ファイバの上に、前記金属リボンの長さに沿った寸法が前記フィールド・エミッション・ファイバの軸にほぼ直交するように配置し、前記金属リボンが、前記金属リボンの各端部が前記基板の前記区域と直接接触するように延ばすこと、かつ
c）前記金属リボンを超音波接着、熱圧着または圧着により前記基板と前記フィールド・エミッション・ファイバとに接着することを含む
方法により接続されることを特徴とするファイバー製陰極。
【請求項５】
前記フィールド・エミッション・ファイバが前記基板の導電区域に、前記フィールド・エミッション・ファイバの長さに沿った複数の個所にて接続されている請求項4の改良ファイバ性陰極。
【請求項６】
請求項4の改良されたファイバー製陰極を含む、改良されたフラット・パネル・ディスプレイ。
【請求項７】
請求項5の改良されたファイバー製陰極を含む、改良されたフラット・パネル・ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、フィールド・エミッション・ファイバを電気的かつ機械的に基板に接続する方法に関し、特にディスプレイ・パネルに使用されるフィールド・エミッタ陰極におけるかかる接続の採用に関する。
発明の背景
ディスプレイ・パネルは家庭用や業務用のテレビ、ノート型や卓上型のコンピュータ、屋内外の広告、情報のプレゼンテーションなど、多様な用途に利用されている。フラット・パネル・ディスプレイは、大抵のテレビや卓上型コンピュータに使用されている奥行きの深い陰極管モニタとは対照的に、厚みがわずか数インチしかない。フラット・パネル・ディスプレイはノート型コンピュータの必需品である他に、その他の多数の用途においても重量と寸法の点で有利となる。現在、ノート型コンピュータ用フラット・パネル・ディスプレイは、小さな電気信号を印加すれば、透明な状態から不透明な状態に転換できる液晶を使用している。この種のディスプレイを、ノート型パソコンに適当な寸法より大きい寸法で、信頼性高く製造することは困難である。液晶ディスプレイに代わるものとして、プラズマ・ディスプレイが提案されている。プラズマ・ディスプレイは帯電した気体の微細な画素セルを用いて映像を生成するもので、その作動には比較的高い電圧と電力を必要とする。
フィールド・エミッション電子源、すなわちフィールド・エミッション材またはフィールド・エミッタを使用する陰極と、電子衝撃により発光可能な蛍光体とを有するフラット・パネル・ディスプレイが提案されている。このようなディスプレイは、従来の陰極管の映像ディスプレイとしての利点と、他のフラット・パネル・ディスプレイの奥行き、重量、消費電力面での利点とを提供する可能性がある。米国特許第4,857,799号および第5,015,912号では、タングステン、モリブデン、またはシリコン製のマイクロチップ陰極を使用した、マトリックス・アドレス形フラット・パネル・ディスプレイが開示されている。WO94/15352、WO94/15350およびWO94/28571では、陰極が比較的平坦な発光面を有するフラット・パネル・ディスプレイが開示されている。
例えばWO95/22169が参照されるように、ファイバ製の電子フィールド・エミッタより成る陰極であって、ファイバがほぼ陰極の平面内に配置され、射出がファイバの長さに沿った任意の区域において行われるものは、従来開示された陰極に比べ利点があることが発見された。該ファイバー製陰極は基板に支えられ、ファイバー製陰極の、電子エミッションが生じる特定の部分が懸架され、基板と直接の物理的接触がない状態において、さらに改良された性能が発揮される。
本発明は、フィールド・エミッション・ファイバを電気的かつ機械的に基板に接続する方法に関する。本発明の他の目的や利点は、以下の詳細な説明と図面を参照すれば、当業者に明らかとなる。
発明の要旨
本発明は、フィールド・エミッション・ファイバを電気的かつ機械的に基板に接続する方法に関する。該方法は
a）フィールド・エミッション・ファイバを基板を横断して配置し、接続を行うべき区域に該フィールド・エミッション・ファイバの中心を合わせること、
b）金属リボンをファイバの上に、該金属リボンの長さに沿った寸法がフィールド・エミッション・ファイバの軸にほぼ直交し、該金属リボンの各端部が基板と直接接触するように配置すること、
c）金属リボンを超音波接着、熱圧着または圧着（ultrasonic, thermocompression or compression bonding）により基板とフィールド・エミッション・ファイバとに接着することより成る。
該金属リボンは金、アルミ、またはアルミ合金製であることが好ましい。金属リボンの長さは重要ではない。ただし、フィールド・エミッション・ファイバ輪郭を包むのに十分な長さを有し、基板への接続が可能なようにフィールド・エミッション・ファイバの両側に適切な部分がなければならない。典型的には、金属リボンの幅は約2ミル（0.05mm）から約40ミル（1mm）、厚みは約0.25ミル（0.006mm）から約2ミル（0.05mm）である。
本発明はまた、改良されたファイバー製陰極と、ファイバー製陰極を含む改良されたフィールド・エミッション・ファイバを提供するもので、いずれの場合も、改良は陰極基板に接着された金属リボンにより前記基板と前記フィールド・エミッション・ファイバとに接続されたフィールド・エミッション・ファイバより成る。
本発明はまた、改良されたファイバー製陰極と、ファイバー製陰極を含む改良されたフィールド・エミッション・ファイバを提供するもので、いずれの場合も、改良は陰極基板に機械的かつ電気的に接続されたフィールド・エミッション・ファイバより成る。
本発明の好ましい実施例においては、フィールド・エミッション・ファイバは、該フィールド・エミッション・ファイバの長さに沿った複数の個所において陰極基板に接続される。
フィールド・エミッション・ファイバを基板に接続するこの方法の重要な利点は、多数のかかる接続が容易になされる自動工程に該方法を利用し得ることにある。
【図面の簡単な説明】
図1（a）、1（b）および1（c）は、懸架されたファイバー製陰極と、フィールド・エミッション・ファイバの長さに沿った様々な個所において接点を提供する本発明の方法の利用を示す。
図2は、フィールド・エミッション・ファイバを基板に接続する金属リボンの使用を示す。
図3（a）および3（b）は、ソーダ石灰ガラス上に金の薄膜を形成して成る基板にフィールド・エミッション・ファイバを接続する金属リボンの走査型電子顕微鏡写真2点を示す。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明は、基板にフィールド・エミッション・ファイバを接続する方法を提供し、それにより改良されたファイバ製陰極を提供する。本文中では「ファイバ製陰極」という用語は少なくとも1本のフィールド・エミッション・ファイバにより形成された陰極を包含する。
かかるファイバ製陰極を含むフラット・パネル・ディスプレイもまた改良される。フラット・パネル・ディスプレイは、（a）少なくとも1本のフィールド・エミッション・ファイバにより形成され、基板上に支えられたファイバ製陰極と、（b）陽極の働きをなし該ファイバ製陰極より間隔を置いた光学的に透明な導電性フィルムと、（c）該陽極に隣接し、ファイバより射出される電子の衝撃により光を発することが可能な蛍光層を備える。該改良は、フィールド・エミッション・ファイバが本発明の方法により基盤に接続される点にある。陽極と蛍光層の配置は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更し得るものであることは理解されよう。換言すれば、蛍光層は陽極と陰極の間に置くか、または代案として陽極を蛍光層と陰極の間に置くことができる。フラット・パネル・ディスプレイはまた、陽極と陰極との間に1個以上のゲート電極を含んでもよい。
フラット・パネル・ディスプレイは、厚みが数インチに過ぎないためにその名がある。それらは一般に平坦であるが、湾曲していても、あるいは特定の用途の要件に応じて他の構成を有してもよい。すなわち本文中において、「パネル・ディスプレイ」または「フラット・パネル・ディスプレイ」という語は、平坦または湾曲した表面と共に、その他の可能な形状をも含むものである。
本発明のファイバ製陰極に使用されるフィールド・エミッタまたはフィールド・エミッション材料は、フィールド・エミッション電子の発生源である。少なくとも1本のかかるファイバから成るファイバ製陰極の形成においては、各種のファイバ形状が可能である。「ファイバ」とは1寸法が他の2寸法より相当に大であることを意味する。該ファイバは、スピナレットの設計に制約される以外には、その繊維横断面はいかなる形状であってもよい。ファイバは多重フィラメントのように束ねてもよい。
これらのファイバはフィールド・エミッタのみより成るものであっても（例えばグラファイト・ファイバ）、または非フィールド・エミッタの心をフィールド・エミッタの薄い層で巻いた複合ファイバであってもよい。心材は導体または半導体であることが好ましい。他の実施例においては、ファイバは複合心構造、例えば非導体の心を導体または半導体物質でコーティングし、コーティングの外側をフィールド・エミッション材で巻く構造を有するものであってもよい。
本発明の接続方法はいかなるフィールド・エミッション材を使用してもよい。ダイアモンド、ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素をフィールド・エミッションとして使用してもよい。その場合には、ファイバ製陰極が、概ねダイアモンド、ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素より成るダイアモンド、ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素の複合ファイバより構成されることになる。心材としては、例えばグラファイトなどの導体炭素か、またはタングステン、銅、チタン、またはモリブデンなどの金属を使用し得る。他の実施例においては、心材に、非導体ポリエステル、ナイロンまたはケヴラ▲Ｒ▼（ケヴラ▲Ｒ▼はデラウェア州ウィルミントン所在のE.I.デュポン・ド・ヌムール社の登録商標）製ファイバにタングステンをコーティングしたものなど、金属被覆絶縁体を使用し得る。さらに他の実施例においては、非ダイアモンドの心にダイアモンド、ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素の前駆物質によりコーティングを施し、次いで該前駆物質を適切に処理してダイアモンド、ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素を形成することができる。
本発明の諸実施例においては、ファイバ製陰極を構成する各ファイバの軸線が、該陰極の平面内にあることを指摘しなければならない。すなわち、これらのファイバからの電子射出は、使用されるファイバの長さ沿いに生じるのであって、ファイバの先端または末端から生じるのではない。
ダイアモンド・ファイバおよび、ダイアモンド被覆グラファイトまたはダイアモンド被覆炭素などのファイバ状ダイアモンド複合体は、ダイアモンドのサブミクロン規模の結晶構造、すなわち少なくとも1結晶寸法において概して約1ミクロンの結晶サイズを有するダイアモンドを含むことが好ましい。サブミクロン・サイズのダイアモンド結晶の中では、かかるダイアモンド結晶は少なくとも若干の露出した方位111の結晶面か、もしくは若干の露出した方位100の結晶面か、または両者を若干ずつ含む。適切なサブミクロン寸法を有するダイアモンドの別の形態は、一般にカリフラワ・ダイアモンドと呼ばれ、ピラミッド型構造ではなく微細径の球状粒を有する。
適切な近距離秩序を有するダイアモンド状炭素を含むファイバ、すなわちsp2・sp3の適切な組み合わせもまた、高電流密度のフィールド・エミッション材料を規定する。「近距離秩序」とは一般に、いずれかの寸法において約10ナノメートル（nm）未満の原子の秩序ある配列を意味している。J. Mater. Res., Vol. 5, No. 11, Nov. 1990においてダヴァンルーらが記述しているように、レーザ融除により非晶質ダイアモンドをコーティングしたファイバ、例えば炭素ファイバを使用することも可能である。
ガラス状炭素を含むファイバ、1380cm-1および1598cm-1の辺りにおいてラマン・ピーク値を示す非晶質の物質も、フィールド・エミッション材料として有用である。ここで「ダイアモンド状炭素」とは、文献において言及されている物質の他に、ガラス状炭素およびガラス状炭素の微視的包有物を含有する炭素を示すのに用いられた用語で、これらすべてが、ファイバ状フィールド・エミッション材料として、その特性においてダイアモンドに類似している。
一般に、複合ファイバは全体の直径が約1ミクロンないし約200ミクロンである。このような複合ファイバにおけるダイアモンドの層またはコーティングは一般に約50オングストローム（5nm）から50,000オングストローム（5μm）でよいが、約1000オングストローム（0.1μm）から20,000オングストローム（2μm）の範囲が好ましく、約1000オングストローム（0.1μm）から5,000オングストローム（0.5μm）であればさらに好ましい。
ダイアモンドには特色として、電子親和力が低いか、またはマイナスである低屈折面が数面あり、例えば100面のダイアモンドの親和力は低く、一方111面のダイアモンドの電子親和力はマイナスである。ダイアモンド状炭素またはガラス状炭素には、例えば窒素またはリンでｎ型ドーピングを施して、電子数を増やし、材料の仕事関数を低下させることが好ましい。
このようなダイアモンドまたはダイアモンド状炭素の層は、該ダイアモンドまたはダイアモンド状炭素の層に一連の凹凸が生じるように、粗いジグザク状の端部を有することが好ましい。ダイアモンド・コーティングにおいては、この表面形態はダイアモンド材の微結晶構造から生じるものである。最良の結果を得るためには、前記ダイアモンド・コーティング中の前記ダイアモンド結晶間の少なくとも1部分の間に少量のグラファイトが存在することが好ましい。また、CVDにより成長するダイアモンドが、成長する結晶間のわずかな不整合により円柱状に発達することも好ましい。この不整合はまた、ダイアモンド形態において粗いジグザグ状の端部の発達を促進することにもなる。
フィールド・エミッション・ファイバは基板に支えられてファイバ製陰極を形成する。該基板は平坦であっても、規則的な間隔を有する平行な山谷の1列以上から成る波状を呈していてもよい。（その図示と、さらに詳細な説明については、例えばWO95/22169参照。）基板が波状を呈している場合には、フィールド・エミッション・ファイバは波状面の各谷の長さに沿って配列すればよく、その結果、各フィールド・エミッション・ファイバの全長が基板と接触することになる。フィールド・エミッション・ファイバの基板との接触領域に導電フィルムを積層すると有利な場合がある。平坦な基板を使用する場合には、ファイバの列に対応する帯状の導電フィルムを積層すればよい。波状の基板の場合には、複合ファイバを谷に配置する前に、波状面の各谷の長さ沿いに導電フィルムを積層すればよい。銅、金、クローム、モリブデンおよびタングステンのような金属を使用することができる。かかるフィルムは電子射出複合ファイバのために電子蓄積槽をなし、また、それが望ましい場合には、各谷の射出複合ファイバを個別に指定する（address）ことを可能にする。
ファイバ製陰極とファイバ製陰極から成るフラット・パネル・ディスプレイの性能は、指定されたファイバ製陰極の電子射出部分を懸架し、基板と直接、物理的に接触しないようにすれば、改良されることが発見された。フィールド・エミッション・ファイバを懸架するにはいくつかの方法があり得る。基板が平坦な場合には、フィールド・エミッション・ファイバを、隔離絶縁器または受台上の基板表面の上に懸架することができる。
波状基板は、フィールド・エミッション・ファイバの若干の部分を懸架するのに特に有効である。かかる実施例の一においては、波状部分は、谷とほぼ平坦な山との平行な列から成る、基板の規則的に波状をなす表面から成る。この実施例において、ファイバ製陰極は主として、規則的な間隔を置いた平行なファイバのアレイから成り、ここでは該ファイバ基板のほぼ平坦な山に支えられ、基板の谷の上に懸架されている。例えば、波状面は滑らかな基板にエッチングを施し、ほぼ平坦な山が基板のエッチングが浅い部分に、谷が基板のエッチングがより深い部分に対応するようにして形成し得る。ファイバ製陰極のファイバは、谷とほぼ平坦な山の平行な列とほぼ直交することが好ましい。また、谷の中、および谷とほぼ平坦な山の平行な列の組み合わせの谷の両側面上において、ただしほぼ平坦な山に沿わずに、導電材の連続した帯により基板を覆うことも好ましい。これにより、基板は導電材の連続した帯に平行なアレイによりコーティングされ、谷の各列に沿ってかかる帯1条が設けられることになる。この平行なアレイはゲート電極の働きをなす。
電子射出が一層制御しやすい、この実施例の変形では、谷とほぼ平坦な山は列をなしてはいるが、これらの列は非連続である。すなわち基板のある領域に沿っては表面が谷とほぼ平坦な山が連続した波状をなし、この領域の両側にはほぼ平坦な表面の領域があり、これら両平坦領域の他の側には、別の領域があって、それに沿って表面は、谷とほぼ平坦な山が連続した波状をなしている。すなわち、やはり谷とほぼ平坦な山の平行な列があるが、それらは連続した列ではなく、谷の列があって、各列に沿って規則的な間隔で谷が配置され、またほぼ平坦な山の列があって、各列に沿って規則的な間隔でほぼ平坦な山が配置されているというものである。エッチングにより波状面が形成されたこのような実施例が図1（a）、1（b）および1（c）に示されている。図1（a）は基板面のエッチング・パターンを示す。このパターンは谷とほぼ平坦な山を形成するのに利用することができる。図1（b）は基板のエッチングされる領域を示し、図1（c）は図1（b）の線21-22に沿った深さの側面を示す。ファイバ製陰極のファイバは図1（b）の線21-22のような線に沿って整列される。基板のフィールド・エミッション・ファイバとの接触領域、すなわち図1（c）の線C沿いの位置に導電フィルムを積層すると有利な場合がある。前述のように、銅、金、クローム、モリブデンおよびタングステンのような金属を使用することが可能で、かかるフィルムは電子射出複合ファイバのために電子蓄積槽をなし、また、ファイバ沿いの複数の個所において電気的接触を可能にする。
フィールド・エミッション・ファイバを懸架するために波状基板を用いた他の実施例においては、山と谷の平行な列を有する基板が含まれる。平行な山谷の第1組は、整列された少なくとも1本のファイバより主として成るファイバ製陰極に沿って谷が配置される。平行な山谷の第2列は、第1列と直交することが好ましい。山と谷の間の壁は垂直であってよい。傾斜または湾曲した部分を用いてもよい。平行な山谷の列は規則的な間隔を置いた、すなわち、隣接する二つの山の中心間、または隣接する二つの谷の中心間の距離が各組において同一である状態が図示されている。あるいは、数層の蛍光層が使用されている場合には（例えば3蛍光層を用いてカラー・ディスプレイを提供することができる）、第1組のこれらの寸法は、各蛍光層の強度の差を補正するために変化させることができる。その場合には、各3組、すなわち3対の山谷から成る各組は、規則的な間隔を置いて配置される。
第2組の谷は、典型的には第1組の谷よりも狭く浅い。典型的には、第1組の谷は深さ約25μmないし250μm、幅約10μmないし350μmであり、第1組の山は幅約25μmないし250μmである。典型的には、第2組の谷は深さ約10μmないし150μm、幅約50μmないし125μmであり、第2組の山は幅約600μmないし700μmである。これらの基板材料上にかかる山谷の平行な列をこのように2組形成する典型的な方法として、GREEN TAPETM（デラウェア州ウィルミントン所在のE.I.デュポン・ド・ヌムール社より市販されている）によるエッチング、サンドブラスト、フィルムの順次積層および鍛造が挙げられる。
第2組の谷はファイバ製陰極を懸架する手段を提供する。ファイバ製陰極を第1組の各谷の長さに沿って配置し、第2組の谷が第1組のそれよりも浅い場合には、それらの谷の表面によって懸架することができる。ファイバ製陰極を支えるために第2組の各谷の長さに沿って懸架具を配置することが好ましい。該懸架具は連続構造、例えば各谷の長さに沿って非射出ファイバを整列し、その上に射出ファイバ製陰極が載置される構造でもよい。各谷の長さに沿って延長されたフィルムを使用してもよい。ファイバ製陰極を基板上に設置する前に、該ファイバに電圧を印可し、射出のために必要な電界を創出するための手段を設けるために、基板に導電材のコーティングを施すことが好ましい。導電材のコーティングは第2組の谷底と谷の両側を除いて施され、それにより、導電材の連続的帯の平行なアレイによりコーティングされた基板が提供される。この平行なアレイはゲート電極の働きをする。前記ファイバ製陰極の上面に、第2組の各谷の長さ沿いに整列され、それにより前記ファイバ製陰極を固定する非射出ファイバは、非射出ファイバにより、または非射出ファイバ以外の手段により懸架がなされる場合に使用することができる。
または、懸架具を、第1組の谷との各交点において、第2組の各谷に設定された一連の受台またはフィルムより成る非連続的構造としてもよい。第2組の谷が第1組の谷と同程度、またはそれ以上に深い場合には、懸架具の使用が必要とされる。
基板はソーダ石灰ガラス、パイレックス、およびガラス・セラミックなどの絶縁材で形成することができる。基板上の金属フィルムは、接続用の基板接触区域として機能することができる。本文中の用法では、金属リボンを基板に接着することは、金属リボンを基板に接着することと共に、基板上に積層、または基板に付着されたフィルム、層またはその他の構造材に金属リボンを接着することをも包含するものである。
平坦基板、波状基板ともに、フィールド・エミッション・ファイバを基板に機械的に付着し、かつフィールド・エミッション・ファイバに電気的に接触させる方途を講じなければならない。典型的には、かかる接続はフィールド・エミッション・ファイバの各端において達成される。本発明は、フィールド・エミッション・ファイバを金属リボンにより基板に接続する方法を提供するものである。本文中の用法では、「金属リボン」とは金やアルミのような金属と同様の電気的、機械的、熱的性質を有する物質のリボンをいう。フィールド・エミッション・ファイバは基板上に配置され、接続がなされる区域に中心が合わせられる。金属リボンは、フィールド・エミッション・ファイバの上に、直接接触して配置される。金属リボンの長さ沿いの寸法は、フィールド・エミッション・ファイバの軸線とほぼ直交し、金属リボンはフィールド・エミッション・ファイバの上に伸び、金属リボンの各端部は基板と直接接触する。その結果、フィールド・エミッション・ファイバは基板に対して固持される。典型的には、金属リボンの幅は約2ミル（0.05mm）から約40ミル（1mm）、厚みは約0.25ミル（0.006mm）から約2ミル（0.05mm）である。金属リボンの長さは重要ではない。ただし、フィールド・エミッション・ファイバを囲み、これを覆い、またはその輪郭を含むのに十分な長さを有し、基板への接続が可能なようにフィールド・エミッション・ファイバの両側に適切な部分を設けなければならない。超音波接着、熱圧着または圧着により、金属リボンの各端部を基板に、該リボンの、フィールド・エミッション・ファイバの輪郭を直接包む部分をフィールド・エミッション・ファイバに接着する。
フィールド・エミッション・ファイバの各端を基板に接続する手段を設けることに加えて、本発明の方法は、フィールド・エミッション・ファイバの両端間の中間位置においてフィールド・エミッション・ファイバを基板に付着させるのにも利用し得る。かかる接続は、機械的にも電気的にも利点をもたらす。フィールド・エミッション・ファイバ、特に電子射出が生じるフィールド・エミッション・ファイバの指定部分は、指定された時に移動することがあることが観察されている。かかる移動は、ファイバ製陰極の性能に悪影響を及ぼす。中間接続はこのような移動を制限する。中間接続はまた、ファイバ製陰極アセンブリとフラット・パネル・ディスプレイの製作中にフィールド・エミッション・ファイバを固定する。さらに、ファイバ沿いの様々な点において、例えば、より均一かつ一貫した性能を発揮させるように、指定されたフィールド・エミッション・ファイバの部分により近接した点において、フィールド・エミッション・ファイバに電圧を印可することは有利になり得る。以上の理由から、本発明の方法は、フィールド・エミッション・ファイバの長さ沿いに中間接続を設けるのに役立つものである。接続をなす個所において基板に平坦化した領域を設けることは、接続を改善する上で有利になり得る。
フィールド・エミッション・ファイバの全長にわたって基板と接触している場合には、フィールド・エミッション・ファイバの指定領域に対して中間位置にあり、電子射出が生じる個所に、フィールド・エミッション・ファイバに沿って接続が可能である。
フィールド・エミッション・ファイバが基板上に懸架されている場合には、基板上の各所、またはフィールド・エミッション・ファイバが懸架されている基板上の懸架具において接続が可能である。図1（ａ）、1（b）および1（c）に示されたファイバの懸架配置の場合には、図1（c）の線C沿いの、フィールド・エミッション・ファイバが線Cと交差する各位置およびフィールド・エミッション・ファイバ沿いの他の対応位置において接続が可能である。
図2は基板32上のフィールド・エミッション・ファイバ31を示す。金属リボン33がフィールド・エミッション・ファイバの上に直接接触して配置された状態が図示されている。金属リボンはフィールド・エミッション・ファイバの形状の輪郭を包んで、その基板への付着を強化している。超音波接着、熱圧着または圧着により、フィールド・エミッション・ファイバの両側の金属リボンの端部は基板に接着され、フィールド・エミッション・ファイバの輪郭を直接包んでいる金属リボンの部分はフィールド・エミッション・ファイバに接着されている。
これらの接着技術はすべて、接着すべき両要素を密に接着させ、両者が相互拡散するのに十分なエネルギーを供給することにより実行される。
超音波接着は、接着器具と、接着の対象である基板またはフィールド・エミッション・ファイバとの間で金属リボンを強固に圧迫し、超音波エネルギーを通常約60kHzの周波数にて爆発的に加えることにより実行される。圧力と超音波エネルギーとの結合により、金属リボンと基板またはフィールド・エミッション・ファイバとの間に金属溶接（metallurgical weld）が生じる。相互拡散を促進するために、基板の温度を高めてもよい。この圧力と熱・超音波エネルギーとの併用は、熱音波接着（thermosonic bonding）と呼ばれることもある。本文中の用法では、「超音波接着」には、金属リボンと基板またはフィールド・エミッション・ファイバの温度が周囲温度であるか、加熱されているかを問わず、接着器具と、接着の対象である基板またはフィールド・エミッション・ファイバとの間で金属リボンを強固に圧迫し、超音波エネルギーを爆発的に加えることが包含される。
熱圧着は、金属リボンの基板と接触している、またはフィールド・エミッション・ファイバと接触している領域に圧力を加えて必要な密着を達成し、同時に同じそれらの領域の温度を高めることにより達成される。温度は370ないし380℃程度の温度まで高めなければならない。
圧着は金属リボンの基板と接触している、またはフィールド・エミッション・ファイバと接触している領域に圧力を加えることにより達成される。必要な圧力は他の接着法の場合よりも高い。フィールド・エミッション・ファイバへの接着は慎重を要する。
超音波接着または熱圧着の方が好ましい。
発明の実施例
以下に非限定的実施例を示して、本発明をさらに説明し、手段を提供する。
上にフィールド・エミッション・ファイバを配置すべき、ソーダ石灰ガラス、クロームの層および金の層から成る基板を下記のようにして作成した。ソーダ石灰ガラス基板を洗剤（フィッシャー・サイエンティフィックより市販されているスパークリーン▲Ｒ▼）で洗浄し、消イオン水でよくすすいだ。この水をイソプロピル・アルコール蒸気乾燥機で除去した。グラスの一方の側をそれぞれ直径約1mmの一連の円の形で50nmのクローム層でコーティングした。クロームの上に200nmの金層を積層した。金層が基板の接触区域をなすことになる。
直径7μmのグラファイト・ファイバを基板の金製接触区域の一に配置し、接触区域と中心が合うように位置決めした。長さ約10ミル（250μm）、幅約5ミル（125μm）、厚み0.5ミル（13μm）の金製リボン片を接触区域にてグラファイト・ファイバの上に配置した。このリボンはグラファイト・ファイバに中心を合わせた。その結果、グラファイト・ファイバは基板の接触区域と金属リボンとの間に挟まれることになった。基板は85℃の温度に加熱された。次いで金属リボンは、クリッケ・アンド・ソッファ・モデル#422という超音波ワイヤ・ボンダを用いて基板とグラファイト・ファイバとに接着された。毎回、該ボンダにより約10gの力を加え、超音波エネルギーを1/4秒間加えた。その結果、グラファイト・ファイバは機械的にも電気的にも基板に接続された。
電気的導通が検証され、抵抗は、グラファイト・ファイバの抵抗の予測限界内にあることが認められた。
基板に付着されたグラファイト・ファイバは走査型電子顕微鏡検査（SEM）により分析された。図3（a）および3（b）は、グラファイト・ファイバが金属リボンにより基板に付着された状態を、倍率の異なる走査型電子顕微鏡写真を示す。超音波ボンダを使用した個所が容易に見て取れる。営業生産では、一連の個別走査ではなく、連続的に接着を実施することができる。
以上の説明において本発明の特定の実施例を説明したが、本発明の趣旨または本質的属性から逸脱することなく、多数の修正、代替およびは位置変更が可能であることは、当業者に理解されよう。発明の範囲を示すものとしては、以上の明細書よりも、添付の請求項を参照されたい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
0003794711.tif 000003
【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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