JP2001527690A - 炭素などの原料で被覆された電子エミッタの構造と製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フラットパネルディスプレイに適したカソード構造（２００，２０３，２０４）は、被覆エミッタ（２２９，２３９，２３０）を有する。エミッタは高いアスペクト比に高めることができる材質、通常はニッケルで製造し、次いで炭素を含んだ材質（２４０，２４１）で被覆する。これは化学的耐性を高め、仕事関数（work function）を低下させる為である。ひとつの被覆工程は、カソード構造に被着させるためのDCプラズマを発生するためにアセチレンをDCプラズマ反応器（３０１，３０５，３１３，３１５）にポンプで送りDCプラズマ被着する工程である。別の被覆工程は、エミッタの表面に炭素をベースにした原料を電着し、次いで炭素をベースにした原料を炭素を含んだ原料に変える。被覆されたエミッタの仕事関数は通常約0.8―1.0eV減少する。

Description

【発明の詳細な説明】 炭素などの原料で被覆された電子エミッタの構造と製造発明の背景 発明の分野 本発明は電子放出装置に関連し、詳細にはフラットディスプレイパネルに使用 される電子放出素子の構造と製造に関連する。背景技術 フラットパネルの内部で、電子エミッタのマトリクスは電子を放出し、その電 子は燐などの光を発する物質で被覆された透明なディスプレイパネルに衝当する 。フラットパネルディスプレイの原理は、フラットパネルディスプレイの構造が 示された第１Ａ図―第１Ｃ図（総称して第１図とする）によって詳細に説明され ている。 第１Ａ図に示されるように、電気伝導エミッタ層１１３を取り付ける支えとし てバックプレート１２０がある。概ね円錐状の電子エミッタはエミッタ層１１３ 上に形成される。第１Ｂ図は、電子エミッタがゲートホール内部に形成されゲー ト層１１５Ａの下部にあることを示している。ゲート層１１５Ａは誘電体層１１ ７によってエミッタ層１１３から離れている。発光層１１０とアノード層１１１ を含むディスプレイパネル１１８は、垂直方向に間隔を置いてゲート層１１５Ａ の上部に位置する。 層１１５Ａが電子エミッタ１１６から電子を引き出すために、ゲート層１１５ Ａのある部分はエミッタ層１１３及び電子エミッタ１１６より十分に高い電圧が 供給される。アノード層１１１は、エミッタ層１１３またはゲート層１１５Ａよ り相当に高い電圧である。結果として、電子エミッタ１１６から放出された電子 のかなりの部分はアノード層１１１により透明なパネル１１８に向かって引き出 される。アノード層１１１は極めて薄いため、電子がアノード層１１１を透過し てパネル１１８の 上の燐被覆１１０に衝当し、発光層１１０を発光させる。 第１Ｃ図は、フラットパネル用のカソード構造１００を示す。エミッタ層１１ ３は、相互に絶縁された行１１４に分割され、ゲート層１１５Ａは相互に絶縁さ れた列１８４に分割される。白黒画面では、行１１４の一行と列１８４の一列の 交差する部分が画像の最小要素である一画素１３０を示す。カラー画面では、い くつか（通常は３）の行と列の交差する部分が画素となる。選択されたエミッタ １１６のグループが電子を放出し画素にエネルギーを与えるためには、電子エミ ッタ１１６とゲート層１１５Ａとの間に適当な電界を発生させなければならない 。特に、行１１４と列１８４から選択されたひとつの行と列との間に印加しなけ ればならない。これは、行と列の交差するエミッタ１１６から電子放出を引き起 こすために行１１４に列１８４より適度に高い電位を与えるためである。選択さ れた行１１４と選択された列１８４との間の電圧が非ゼロ閾値より低いとき、行 と列の交差するエミッタ１１６は電子を放出しないしこれに対応する画素も発光 しない。 第１Ｃ図に示されるように、完全な画像にはすべての行と列の走査が要求され る。人の目に連続した画像と見せるためには、走査は高速でなければならない。 このため特定の行と列の電圧の変更は瞬時に行われなければならい。 行１１４と列１８４の幾何学的配置および厚さＨと誘電層１１７の誘電率によ り行１１４と列１８４の間の交差静電容量が決まる。厚さＨが小さいとき交差静 電容量は大きくなる。この静電容量が電子エミッタ１１６の活性を実質的に低め 不鮮明な画像を引き起こす。従って、誘電層１１７の厚さは厚いほうが望ましい 。誘電層１１７の厚さが増すと、層１１５Ａが電子エミッタの先端部から電子を 引き出すために電子エミッタの先端部を層１１５に十分に近づけなければならな い。このため電子 エミッタ１１６の高さも通常は高くしなければならない。 厚い誘電層は短絡しにくくなる。映像中にエミッタ層１１３とゲート層１１５ Ａとを短絡させる好ましくない導電経路が誘電層１１７を通して形成され得る。 誘電層１１７の厚さＨ（第１Ｃ図）が増せば、導電経路の発生により起こるゲー ト層１１５からエミッタ層への短絡の可能性は減少する。さらに、第１Ａ図に示 されるように中空スペース１１９がゲート層１１５を電子エミッタ１１６から離 れるための空間を作っている。ゲートホール１１５Ｂは通常直径８０ｎｍと極端 に小さいために、金属小片の開口部への落下はゲート層１１５と電子エミッタ層 １１９に短絡を引き起こし得る。厚い誘電層１１７は中空のスペース１１９が細 長くなるという特徴を有する。従って、中空スペース１１９に落下する金属小片 がゲートホール１１５から離れ中空スペースに留まりやすくなり、短絡の可能性 が減少する。 与えられたアスペクト比（高さ対ベース直径）の円錐状電子エミッタの場合に は、高い円錐状電子エミッタ１１６を保つために大きなゲートホール１１５Ｂが 必要となる。しかしながら鮮明で高品質の画像には単位面積当たりより多くの電 子エミッタを有することが望ましい。従って、小さなゲートホールが望ましい。 小さなゲートホールはまたエミッタに非常に高い電界強度を与え、行と列の間の 低い電圧の印加でも与えられた放出電流に達成する。高いアスペクト比の円錐形 は厚い誘電層の使用ができ、交差静電容量の減少と短絡の発生を著しく抑える利 点を有する。従って、高いアスペクト比はより良いカソード構造の製造に好まし い。 ニッケルなどのある種の原料は高いアスペクト比の電子エミッタの製造に使用 できる。しかしながらニッケルは電子エミッタに求められるその他の特性を有し ていない。例としてニッケルは化学物質に対しての耐性が弱く、容易に酸化する 。酸化したニッケルエミッタは電子放出のた めに高い電圧が必要であり、また電子放出安定性も低下する。 ニッケルの仕事関数は比較的高い。仕事関数は、電子が物質から放出されるレ ベルに電子を活性化させるのに必要なエネルギーのレベルと定義される。高い仕 事関数とは、電子を活性化させるために電子エミッタ１１６とこれに対応するゲ ート層１１５Ａの列１８４との間に強い電界が要求されるということである。こ の強い電界は、より強い行と列の抽出電圧に変わる。高い行と列の引き出し電圧 は、高い電力消費と高価な回路となり好ましくない。 したがって、高いアスペクト比と高い化学的耐性と低い仕事関数を有する電子 エミッタが理想的である。発明の全般的な開示 本発明に従った電子エミッタは、高いアスペクト比と化学物質に対する高い耐 性と低い仕事関数を有する。電子エミッタは、低い温度による高いアスペクト比 の被着が可能な非絶縁物質で形成される。電子エミッタ材の一つの候補はニッケ ルである。上記のとおり形成された電子エミッタは、高い化学的耐性と低い仕事 関数を持つ物質で被覆する。表面材質の一つの候補は炭素である。エミッタとそ の表面材質は、好適な電気的または化学的性質を持つ別の物質から選択され得る 。エミッタの被覆の仕事関数は通常約０．８〜１．０ｅＶ減少する。図面の簡単な説明 第１Ｂ図は、従来のフラットディスプレイパネルの斜視図である。第１Ａ図は 、第１Ｂ図に示す従来のフラットディスプレイパネルの一部の断面図である。 第１Ｃ図は、第１Ｂ図に示す従来のフラットディスプレイパネルのカ ソード構造の斜視図である。 第２Ａ図−第２Ｆ図は、電子エミッタを持つカソード構造の本発明にしたがっ た二次加工の段階を示す。 第３図は、本発明に従ってカソード構造を被覆するのに使用するＤＣプラズマ の模式図である。 第４図は、本発明に従ってカソード構造のために使用されるプロセスダイヤグ ラムである。 第５図は、第２Ｅ図に示される電子エミッタを使用する本発明に基づき、フラ ットパネルディスプレイの横断立面図である。 第６Ａ図は、電気化学被着に使用するカソード構造の被覆装置の模式図である 。 第６Ｂ図−第６Ｆ図は、電子エミッタが電気化学被着により炭素を含む物質で 被覆するカソード構造の横断立面図である。好適な実施例の説明 用語「電気絶縁体」（または「誘電体」）は、抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍより大き い物質に適用される。従って、用語「電気非絶縁体（electrically non-insulat ing）」は、抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の物質に適用される。電気非絶縁体は（ ａ）抵抗が１Ω・ｃｍ未満の伝導物質と（ｂ）抵抗が１Ω・ｃｍから１０¹⁰Ω・ ｃｍまでの範囲の電気抵抗物質に分類される。これらのカテゴリーは、１ｖｏｌ ｔ／μｍ以下の電界で決定される。 伝導物質（または電気導体）の例は、金属、金属半導体化合物（ケイ化物など ）、金属半導体共晶体である。電気抵抗物質は、真性半導体と薄くドーピングさ れた半導体（ＮタイプまたはＰタイプ）である。電気抵抗物質の別の例は、金属 絶縁体複合材、黒鉛、非晶質炭素、改質（例：薄くドーピングされた、またはレ ーザーによって改質された）ダイヤモ ンドである。 第２Ａ図−第２Ｅ図（総称して第２図とする）は、本発明に基づくフラットデ ィスプレイパネルの製造プロセスを示す。電気絶縁体のバックプレート２２０は 、エミッタ行にパターン形成された電気非絶縁体エミッタ層２１３を有する。エ ミッタ（またはカソード）層２１３は、通常は薄くドーピングされた多結晶型シ リコン、シリコン−炭素―窒素化合物（a silicon carbon nitrogen compound） ，サーメット（金属片を埋め込んだセラミック）などの電気抵抗物質で被覆され たアルミニウム、ニッケルなどの金属で形成される。第２Ａ図に示されるように 、通常は二酸化ケイ素の誘電体層２１７にエミッタ層２１３を被着する。誘電体 層２17の上にゲート層２１５Ａを形成するために通常は金属の電気非絶縁体のゲ ート材を被着し、下部構造２０１を形成する。 ゲート層２１５Ａをエッチングにより選択的にゲートホール２１５Ｂを貫く。 １９９７年６月５日に出願した国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／０９１９７は、 電気泳動的または誘電泳動的に粒子を被着することによるゲートホールのエッチ ング方法を開示している。米国特許第５，４６２，４６７号と第５，５６４，９ ５９号は、荷電粒子トラックを使用するゲートホール形成の方法を開示。これら 特許出願及び特許の内容は参照として本明細書の一部としている。 ゲートホール２１５Ｂが形成された後、構造２０１を洗浄する。構造２０１は 、誘電材２１７の露出部分を取り除くため別のエッチング剤に晒し中空スペース ２１９を形成する。 第２Ｂ図に示されるように、リフトオフ層２４２をゲート層２１５Ａの上に被 着する。リフトオフ層２４２の材質は、ゲート層２１５Ａと誘電体層２１７と電 気非絶縁エミッタ部２１３の下側部分は剥離しないでリフトオフ層２４２が選択 的に剥離するものを選択する。リフトオフ層 ２４２をゲート層２１５Ａの表面上部に対する角度αでゲート層２１５Ａの上部 に被着する。角度αは前記のとおり決めたので中空スペース２１９内のエミッタ 層２１３の露出した部分にはリフトオフ剤が被着されない。角度αは、中空スペ ース２１９の形態によって決まる。厚い誘電体層２１７には角度αが大きい方が よく、逆もまた同様である。角度αはまたゲートホール２１５Ｂの形状による。 ゲートホール２１５Ｂが大きいと角度αは小さくなり、逆もまた同様である。 第２Ｃ図に示されるように、通常は物理蒸着方法によりゲート層２１５Ａの表 面上部に概ね垂直方向から構造の上部に電気非絶縁エミッタ材を被着する。この エミッタ材をリフトオフ層２４２及びゲートホール２１５Ｂを通過させて電気絶 縁エミッタ層２１３の下部に堆積させる。エミッタ材が中空スペース２１９に入 るときに通過する開口２４６は、エミッタ材が電気非絶縁エミッタ層２１３に堆 積するにつれて徐々に閉じていく。開口２４６が完全に閉じるまで堆積は続く。 結果として、中空スペース２１９にエミッタ材が堆積し、概ね円錐状の電子エミ ッタ２２９を形成する。エミッタ材の連続層２４４が同時にリフトオフ層２４２ に形成される。 続いてリフトオフ層２４２が適当なエッチング材で除去される。リフトオフ層 ２４２を除去する際、過剰なエミッタ材の層２４４を取り除く。第２Ｄ図は、そ の結果生じた電子エミッタ２２９を伴うカソード構造２００を示す。各電子エミ ッタ２２９は対応するゲートホール２１５Ｂと同軸を成す。 別の実施例では、リフトオフ層２４２の被着の過程が用いられていない。電子 エミッタを形成するために電気非絶縁エミッタ材を、直接構造２０１の上部に被 着する。１９９７年３月５日に出願した国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／０２９ ７３はこの技術を開示しておりこれを参照す ることをもって本明細書の一部としている。 エミッタ材は通常ニッケルなどの金属である。開口２４６は使用するエミッタ 材の化学組成により異なった速度で閉じる。開口２４６が早く閉じるとき、電子 エミッタ２２９のアスペクト比は低い。ここで用いる「アスペクト比」とは、エ ミッタの高さをその最大直径で除したものである。円錐状エミッタの最大直径は その底面に位置する。従ってどの円錐状エミッタのアスペクト比もその高さを底 面の直径で除して得られる。一定の底面直径のエミッタ２２９の場合は、低いア スペクト比はエミッタの高さが低いことを意味し、高いアスペクト比はエミッタ の高さが高いことを意味する。 開口２４６の閉じる速度がエミッタ２２９のアスペクト比を決定する。開口２ ４６が早く閉じるときエミッタ２２９は低いアスペクト比を持ち、逆もまた同様 である。 エミッタ２２９を被着するために物理蒸着法を使用する実施例は、被着温度を あげると開口２４６がゆっくり閉じ、結果としてエミッタ２２９のアスペクト比 が高くなる。しかしながら、高い温度では物理蒸着法は一層複雑になる。従って 、電子エミッタの製造には、通常低い温度での物理蒸着法を採用する。 ニッケルなどのある種の金属は、低い温度で適切な被着開口を通して高いアス ペクト比の被着ができる独特の性質を有する。２５℃（概ね室温）では、ニッケ ルエミッタのアスペクト比は１．５から２．０の間である。別の種の金属では、 スペクト比はかなり低い。例として、モリブデンエミッタは２５℃でアスペクト 比０．９から１．０で被着できる。ニッケルまたはモリブデン以外の金属でアス ペクト比を約１．０にするには４００℃から６００℃の温度が必要になる。通常 、室温（２５℃）で物理蒸着法によって少なくともアスペクト比１．２で被着で きる金属 が非常に望ましい。 米国特許第５，４６２，４６７号及び第５，５６４，９５９号に記載の電気メ ッキによる別の技術は、特にフィラメント型のエミッタを製造する場合に用いら れる。例として、ゲート層２１５Ａにゲート開口２１５Ｂがある場合、誘電体層 ２１７から下のエミッタ層２１３までの概ね真直な開口を形成するためゲート開 口２１５Ｂを通して誘電体層２１７を異方性エッチングする。金属フィラメント をゲート開口２１５Ｂ近くまで形成するために、エミッタ金属を誘電体開口部の 中に電気メッキ(電気化学的に被着)する。所望に応じて、誘電体開口部を等方性 のエッチング材で広げ、フィラメント型の電子エミッタを形成するためにフィラ メントを鋭角にすることもできる。 表面被覆の利点は、例として仕事関数の低下及び化学的耐性の向上及びエミッ タ製造方法に依存しない点が挙げられる。従って、本発明に基づく仕事関数の低 い材質で被覆されたエミッタ２２９である限り、エミッタ２２９を形成する多種 の方法は本発明の範囲である。 第２Ｄ図は、結果として高いアスペクト比のニッケル電子エミッタ２２９を有 するカソード構造２００を示す。ニッケル以外のパラジウム、白金などの電気非 絶縁物質はエミッタ２２９の製造に使用し得る。ニッケル、パラジウム、白金は 、電子エミッタに必要な好適な仕事関数及び化学的耐性に欠ける可能性もある。 例として、パラジウムの仕事関数は５．１２ｅＶ、一方ニッケルの仕事関数は５ ．１５ｅＶである。白金の仕事関数は５．６７ｅＶである。従って、ニッケル、 パラジウム、白金はすべて仕事関数が５．００ｅＶより大きいが、モリブデンは これとは対照的に仕事関数は約４．６０ｅＶである。パラジウム、白金、ニッケ ルなどの仕事関数が５．００ｅＶより大きい物質で製造した被覆のないエミッタ を電子放出させるのには、高い動作電圧が必要となる場合が多 い。動作電圧とは、エミッタ２３９（第２Ｅ図）あたり０．２ｎＡの電子放出を 引き起こさせるために必要なゲート層２１５Ａとエミッタ層２１３との間の電圧 と定義する。 エミッタ材の別の問題は化学的耐性の弱さである。化学的耐性の弱い材質はエミ ッタが接触するようになる成分、すなわち酸素や水などと化学反応を起こす。そ のような材質がエミッタの製造に使用されると、フラットパネル内の高い真空性 を保たなければならない。それには高いコストが掛かる。 本発明に基づきエミッタ２９９を炭素を含む材質で被覆することにより高いエ ミッタ性能を達成できる。被覆材の炭素含有量は、原子百分率で普通少なくとも ３３ 1/3、典型的には少なくとも５０、望ましいのは少なくとも８０である。第 ２Ｅ図に示すように、カソード構造２０３は炭素を含む材質２４０の層のある電 子エミッタ２３９及びゲート層２１５Ａを有する。第２Ｆ図は、炭素を含む材質 ２４１で被覆されたフィラメント型の電子エミッタを有するカソード構造２０４ を示す。 タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジウムなどの金属のエミッタ材は 、炭素を含む材質で被覆することにより同じような効果を得る。 ニッケルエミッタの被覆の厚さは、５―１００オングスロームである。炭素を 含む材質の厚さは、被覆過程の状態により変わる。本発明のひとつの実施例は、 被覆の厚さが５―１００オングストロームの範囲であれば満足のいくものである が、被覆の厚さが２０―７０オングストロームはよい結果に導く。 被覆したニッケルと被覆のないニッケルの電子放出の特性の比較を行った。最 初の比較はエミッタの動作電圧を含む。被覆のないニッケルエミッタの動作電圧 は、約３０―３５Ｖである。被覆したニッケルの動作電圧は、約２０Ｖである。 従って、炭素を含む層を採用した場合、動作 電圧が１０―１５Ｖ減少した。 被覆したニッケルと被覆のないニッケルの仕事関数は、接触電位差法によって 測定する。炭素を含む層の被覆のないニッケルの仕事関数は、５．１５ｅＶであ る。被覆したニッケルエミッタの仕事関数は、４．１５―４．３５ｅＶの間であ る。従って、炭素を含む層の被覆をした結果によるニッケルエミッタの仕事関数 の減少は、０．８―１．０ｅＶとなる。 被覆したエミッタ２３９の電子エミッタの一様性の測定を行った。被覆のない ニッケルエミッタ２２９との比較では、被覆したエミッタ２３９は電子放出のよ り良い一様性を与える。 金属の上に炭素を被着する時、被覆過程の状態により炭素は結晶構造または非 結晶構造を形成する。結晶の形の炭素は、ダイヤモンドまたは黒鉛のどちらかで ある、一方非結晶炭素は非晶質炭素である。非晶質炭素は、相当の量の水素を含 み得る。相当の量の水素と高いｓｐ³／ｓｐ³比を持つ非晶質炭素はダイヤモンド のような炭素と呼ばれる。非晶質炭素の特性は、ｓｐ³／ｓｐ³結合比によって決 まることが多い。高いｓｐ³／ｓｐ³比と少量の水素を持つ炭素は、四面体非晶質 炭素と呼ばれる。黒鉛と非晶質炭素の被覆は、ダイヤモンドのような炭素の被覆 より良い電子放出の一様性が見られ、ダイヤモンドの被覆より良い一様性を持つ 。 本発明に基づき、エミッタ２２９を被覆する炭素を含む材質には、通常いくら かの水素を含む。炭素を含む被覆材の水素の最小原子百分率は、通常は１パーセ ントである。詳細には、炭素を含む材質の水素含有量は、標準的には５―５０原 子百分率、普通は１０―４０原子百分率、望ましいのは１５―３０原子百分率で ある。 第３図は、本発明に基づきニッケルエミッタを炭素を含む材質で被覆するのに 使用するＤＣプラズマ反応器の模式図である。炭素を含む材質 は主として炭素及び水素の混合物を含む。 ＤＣプラズマ反応器の反応チャンバ３０１は、１５ｃｍのチャンバ内径を持つ ２０ｃｍのコンフラットフランジ（conflat flange）である。チャンバ３０１は クールウォール（cool-wall）真空チャンバであり、ターボポンプ３１３によっ て１秒あたり６０リットル吸入される。ターボポンプ３１３は、機械式ポンプ３ １５によってバックアップされる。プラズマガスは、ガス注入口３０９を通って 反応チャンバ３０１に供給される。アノード３０５は、モリブデン箔の一片であ る。構造２００を電気的に絶縁されているＭＡＣＯＲ部片３２１の上部に配置す る。電気的に絶縁されているＭＡＣＯＲ部をモリブデンプレート３２９の上部に 配置し、モリブデンプレートは誘導黒鉛ヒータ３３３の上部に配置する。モリブ デンプレート３２９及び黒鉛ヒータ３３３は共にＤＣプラズマのカソードの役目 を果たす。 第４図は、第３図に示されるＤＣプラズマを使用し、本発明に基づきエミッタ ２２９を炭素を含む材質で被覆するするためのプロセスダイヤグラムである。４ ０５の段階では、反応チャンバ３０１とアノード３０５とカソード３２９を水素 プラズマで洗浄する。洗浄中は、カソード構造２００を反応チャンバ３０１に配 置しない。反応チャンバ３０１を銅のガスケットでシールし、ターボポンプ３１ ３を使用して１×１０^-3トル（torr）まで真空にする。機械式ポンプ３１５を使 用して純粋水素（９９．９％）をチャンバ３０１に注入する。洗浄のためのＤＣ 水素プラズマを発生させるためにアノード３０５と黒鉛ヒータ３３３をＤＣ５０ ０ボルトで印加する。プラズマを１５―３０分間晒す。前の炭素被覆工程でアノ ード３０５とカソード３２９に被着した炭素を水素プラズマによって除去する。 チャンバ３０１を０．３から１．０トルの真空にする。次いで、水素をチャンバ ３０１から排気する。 ４０７の段階では、チャンバ３０１を開放し構造２０１を速やかにチャンバ３ ０１にロードする。構造２００に堆積した異物の粒子を除去するために乾燥した 窒素を速やかに注入する。次いで、チャンバ３０１を密閉しターボポンプ３１３ を用いて５×１０^-4トル以下の真空にする。 ４０９の段階では、構造２００がチャンバ３０１内にあるうちに水素プラズマ で洗浄する。水素をチャンバ３０１に注入し、誘導ヒータ３３３のスイッチを入 れ理想的な炭素被着温度である２００―２５０℃にセットする。次いで、カソー ド構造２００を洗浄するために水素を注入する。プラズマのための設定は、１０ ０ＳＣＣＭ（standard(20℃,１気圧)cubic-meter per minute(cc/min)）、３０ ０ミリトル（mtorr）、ＤＣ５００ボルト。構造２００を被着温度である２５０ ℃に加熱している３０分間、水素プラズマを発生させる。別の実施例として、被 着温度を１００―５００℃とする。 ４１１の段階では、ＤＣボルトのスイッチを切り、ガス交換と温度の安定のた めチャンバ３０１に９９．６％の純粋アセチレンを１５ＳＣＣＭで１０―３０分 間注入する。 ４１３の段階では、ＤＣプラズマを発生させるためにアノード３０５と黒鉛ヒ ータ３３３をＤＣ５００ボルトで印加する。ここではＤＣ５００ボルトを使用す るが、別の実施例ではＤＣ３００ボルトと５００ボルトの間で使用する。プラズ マの流れを監視し、構造２００を２０―３０分間被覆する。炭素を含む材質をエ ミッタ層２１３の露出部分とエミッタ２２９の表面と誘電体層２１７とゲート層 ２１５を含む構造２００の露出した表面に被着させる。チャンバ３０１を０．１ トルの真空に保つ。機械式ポンプ３１５のみ使用する。 次いで、プラズマガスをチャンバ３０１から除去する。４１５の段階では、構 造２００をチャンバ３０１の真空内で２時間の間室温まで冷却 する。別の実施例では、構造２００を１時間の間チャンバ３０１内で冷却する。 結晶体構造及び炭素の被覆の厚さは、電圧、圧力、プラズマの含有量、被覆す る時間によって決まる。例として、ＤＣアセチレンプラズマの出現時間及び４１ ３の段階でのアセチレンガスのチャンバ３０１に流れる時間が長ければ長いほど 、結果として炭素を含む層の厚みが増す。 上記の工程では、結果として炭素を含む層は主として非晶質炭素及びいくらか の水素の混合物である。ｓｐ³／ｓｐ³結合比は１以上と考える。炭素を含む物質 の炭素含有量は３３ 1/3以上の原子百分率である。炭素の被着状態により炭素含 有量は変わる。通常の炭素含有量は５０原子百分率以上であり、被着状態を厳密 に監視した状態では炭素含有量は８０原子百分率以上となる。水素含有量は通常 、１―２０原子百分率である。 上記説明の通り、電気非絶縁の炭素を含む物質をゲート層２１５の表面とエミ ッタ層２１３の露出部を含む構造２００の露出した表面に被着する。本発明の一 つの実施例は、画素をアドレッシングするためにゲート層を相互に絶縁した列に 分割する。ここで使用する「相互に絶縁した」とは、真空または空気または電気 的に絶縁された物質によって空間的に隔てる、または別な方法で互いに直接接触 しないようにする。あるいは、別の電気非絶縁のアドレッシングする層をアドレ ッシングする方法として使用する。アドレッシングする層を、ゲート層の上部か ゲート層と誘電体層２１７との間のどちらかに形成できる。別のアドレッシング 層を使用したとき、画素のアドレッシングを完成させるためにゲート層と共に相 互に絶縁された列に分割する。 炭素を含む物質の層がゲート層２１５の表面全体をカバーするが、近隣の列と 電気的に短絡する可能性が多少ある。しかし炭素を含む層の伝導性は低く炭素層 の厚みは薄いので結果として生じる列から列の炭素を 含む層の伝導性は無視できる。 第５図は、被覆したニッケル電子エミッタ２３９を使用する本発明に基づくフ ラットパネルディスプレイ５００を示す。発光層２１０及びアノード層２１１を 有するディスプレイパネル２１８は垂直方向に間隔を置いてゲート層２１５Ａ上 部に位置している。発光層２１０は通常は燐の層であり、ディスプレイパネル２ １８の下部に位置している。炭素を含む層をエミッタ層２３９、ゲート層２１５ Ａ、誘電体層２１７の上部に被着したことに注意。アドレッシングの目的のため にゲート層２１５Ａを列に分割し、エミッタ層２１３を行に分割した。あるいは 、ゲート層２１５Ａを行に分割し、エミッタ層２１３を列に分割することもでき る。ゲート層の絶縁した列または行はゲートラインと呼び、一方エミッタ層の絶 縁した行または列はエミッタラインと呼ぶ。 フラットパネルディスプレイ５００は、従来のフラットディスプレイパネルと 比べ低い動作電圧でしかも改善した電子エミッタの一様性を有する。 第６Ａ図は、炭素を含む材質で電子エミッタ２２９を電気化学的に被覆する別 の方法を図解している。カソード構造をポリマーまたはモノマーの形である炭素 系の原料を含む適当な電解液に浸漬する。炭素系のモノマー及び直鎖状ポリマー の原料の炭素含有率は、標準的に５０原子百分率より少ない、普通３３ 1/3原子 百分率より少ない。続いて、炭素系の原料を炭素を含む材料にするために炭素含 有量を増加するように処理する。 電解液には電界が形成される。ポリマー材またはモノマー材は、電着により第 ６Ａ図に示されるようにエミッタ２２９の上部に被着する。通常、ポリマーまた はモノマーはエミッタ２２９の下部表面よりむしろエミッタ先端部に容易に達し 被着する。結果として、エミッタ先端部の厚 さは他の部分特にエミッタ２２９のベース部分より厚くなる。 しかしながら、ポリマーまたはモノマーはエミッタベースの周囲の材質を含む エミッタ２２９の下部およびエミッタ層２１３の露出部分にも被着する。エミッ タ２２９の下部の材質およびエミッタ層２１３の露出部分にポリマーまたはモノ マーが被着するかどうかはいろいろな要因で決まる。それらの要因は、中空スペ ース３１９の大きさ、被着温度、エミッタ２２９及びエミッタ層２１３に対する 電解液の表面張力、界面活性剤を使用するのならその量と表面張力によって決ま る。第６Ｂ図は、エミッタ層２１３の露出部はもちろんすべてのエミッタ２２９ の露出している表面全体にポリマーまたはモノマーで被覆するカソード構造を示 す。第６Ｃ図は、各エミッタ２２９の露出する表面全体がポリマーまたはモノマ ーで被覆される一方、エミッタ層２１３の露出部分をポリマーまたはモノマーで 被覆されていないことを示す。 続いて、ポリマーまたはモノマー層を好適な炭素を含む被覆材となるよう適当 に処理する。処理工程の一つに熱分解がある。別の処理工程には、ポリマーまた はモノマー層を炭素を含む好適な材質に改質する化学処理工程がある。適当な化 学処理工程は米国特許第５，４６３，２７１によって開示され、その内容はこれ を参照することをもって本明細書の一部としている。最終被覆の炭素含有量は、 通常は３３ 1/3原子百分率より大きくしばしば５０原子百分率より大きいが、い かなる場合もカーボン系原料の中の炭素含有量よりも大きい。 第６Ｄ図及び第６Ｅ図は、前記の電気化学被着工程を用いて、炭素を含む材質 で被覆されたフィラメント型エミッタを示す。第６Ｄ図は、炭素を含む材質でエ ミッタ層３２９の先端部のみの被覆を示す一方、第６Ｅ図は、炭素を含む材質が 各エミッタ層３２９の露出した部分全体に被覆されたことを示す。 上記の被覆工程は、簡潔に説明するための例である。同じような被覆の結果に は、上記の工程に変動があり得る。例として、プラズマ被着処理では前記と異な る電圧または時間を用いることも可能である。プラズマを発生させるのにマイク ロ波または高周波などの別の形のエネルギーを用いることも可能である。これら の変更は、本発明の一般的原理から逸脱するものではなく本発明の範囲とする。 本発明はいくつかの実施例と例に基づいて説明したが、本発明は開示した実施 例に限定されるものではなく、さまざまな改良が可能である。本発明は、以下の 請求の範囲の記載によってのみ限定される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１０月１９日（１９９８．１０．１９） 【補正内容】 明細書 炭素などの原料で被覆された電子エミッタの構造と製造発明の背景 発明の分野 本発明は電子放出装置に関連し、詳細にはフラットディスプレイパネルに使用 される電子放出素子の構造と製造に関連する。背景技術 フラットパネルの内部で、電子エミッタのマトリクスは電子を放出し、その電 子は燐などの光を発する物質で被覆された透明なディスプレイパネルに衝当する 。フラットパネルディスプレイの原理は、フラットパネルディスプレイの構造が 示された第１Ａ図―第１Ｃ図（総称して第１図とする）によって詳細に説明され ている。 第１Ａ図に示されるように、電気伝導エミッタ層１１３を取り付ける支えとし てバックプレート１２０がある。概ね円錐状の電子エミッタはエミッタ層１１３ 上に形成される。第１Ｂ図は、電子エミッタがゲートホール内部に形成されゲー ト層１１５Ａの下部にあることを示している。ゲート層１１５Ａは誘電体層１１ ７によってエミッタ層１１３から離れている。発光層１１０とアノード層１１１ を含むディスプレイパネル１１８は、垂直方向に間隔を置いてゲート層１１５Ａ の上部に位置する。 層１１５Ａが電子エミッタ１１６から電子を引き出すために、ゲート層１１５ Ａのある部分はエミッタ層１１３及び電子エミッタ１１６より十分に高い電圧が 供給される。アノード層１１１は、エミッタ層１１３またはゲート層１１５Ａよ り相当に高い電圧である。結果として、電子エミッタ１１６から放出された電子 のかなりの部分はアノード層１１１により透明なパネル１１８に向かって引き寄 せられる。アノード層１１１は極めて薄いため、電子がアノード層１１１を透過 してパネル１１８ の上の燐被覆１１０に衝当し、発光層１１０を発光させる。 第１Ｃ図は、フラットパネル用のカソード構造１００を示す。エミッタ層１１ ３は、相互に絶縁された行１１４に分割され、ゲート層１１５Ａは相互に絶縁さ れた列１８４に分割される。白黒画面では、行１１４の一行と列１８４（第１Ｄ 図参照）の一列の交差する部分が画像の最小要素である一画素１３０を示す。カ ラー画面では、いくつか（通常は３）の行と列の交差する部分が画素となる。選 択されたエミッタ１１６のグループが電子を放出し画素にエネルギーを与えるた めには、電子エミッタ１１６とゲート層１１５Ａとの間に適当な電界を発生させ なければならない。特に、行１１４と列１８４から選択されたひとつの行と列と の間に印加しなければならない。これは、行と列の交差するエミッタ１１６から 電子放出を引き起こすために行１１４に列１８４より適度に高い電位を与えるた めである。選択された行１１４と選択された列１８４との間の電圧が非ゼロ閾値 より低いとき、行と列の交差するエミッタ１１６は電子を放出しないしこれに対 応する画素も発光しない。 第１Ｃ図に示されるように、完全な画像にはすべての行と列の走査が要求され る。人の目に連続した画像と見せるためには、走査は高速でなければならない。 このため特定の行と列の電圧の変更は瞬時に行われなければならい。 行１１４と列１８４の幾何学的配置および厚さＨと誘電層１１７の誘電率によ り行１１４と列１８４の間の交差静電容量が決まる。厚さＨが小さいとき交差静 電容量は大きくなる。この静電容量が電子エミッタ１１６の活性を実質的に低め 不鮮明な画像を引き起こす。従って、誘電層１１７の厚さは厚いほうが望ましい 。誘電層１１７の厚さが増すと、層１１５Ａが電子エミッタの先端部から電子を 引き出すために電子エミッタの先端部を層１１５に十分に近づけなければならな い。このため電子 エミッタ１１６の高さも通常は高くしなければならない。 厚い誘電層は短絡しにくくなる。映像中にエミッタ層１１３とゲート層１１５ Ａとを短絡させる好ましくない導電経路が誘電層１１７を通して形成され得る。 誘電層１１７の厚さＨ（第１Ｄ図）が増せば、導電経路の発生により起こるゲー ト層１１５からエミッタ層への短絡の可能性は減少する。さらに、第１Ａ図に示 されるように中空スペース１１９がゲート層１１５を電子エミッタ１１６から離 れるための空間を作っている。ゲートホール１１５Ｂは通常直径８０ｎｍと極端 に小さいために、金属小片の開口部への落下はゲート層１１５と電子エミッタ層 １１９に短絡を引き起こし得る。厚い誘電層１１７は中空のスペース１１９が細 長くなるという特徴を有する。従って、中空スペース１１９に落下する金属小片 がゲートホール１１５から離れ中空スペースに留まりやすくなり、短絡の可能性 が減少する。 与えられたアスペクト比（高さ対ベース直径）の円錐状電子エミッタの場合に は、高い円錐状電子エミッタ１１６を保つために大きなゲートホール１１５Ｂが 必要となる。しかしながら鮮明で高品質の画像には単位面積当たりより多くの電 子エミッタを有することが望ましい。従って、小さなゲートホールが望ましい。 小さなゲートホールはまたエミッタに非常に高い電界強度を与え、行と列の間の 低い電圧の印加でも与えられた放出電流に達成する。高いアスペクト比の円錐形 は厚い誘電層の使用ができ、交差静電容量の減少と短絡の発生を著しく抑える利 点を有する。従って、高いアスペクト比はより良いカソード構造の製造に好まし い。 ニッケルなどのある種の原料は高いアスペクト比の電子エミッタの製造に使用 できる。しかしながらニッケルは電子エミッタに求められるその他の特性を有し ていない。例としてニッケルは化学物質に対しての耐性が弱く、容易に酸化する 。酸化したニッケルエミッタは電子放出のた ソード構造の斜視図である。 第１Ｄ図は、第１Ｃ図に示すカソード構造の一部の拡大図である。 第２Ａ図−第２Ｆ図は、電子エミッタを持つカソード構造の本発明にしたがっ た二次加工の段階を示す。 第３図は、本発明に従ってカソード構造を被覆するのに使用するＤＣプラズマ の模式図である。 第４図は、本発明に従ってカソード構造のために使用されるプロセスダイヤグ ラムである。 第５図は、第２Ｅ図に示される電子エミッタを使用する本発明に基づき、フラ ットパネルディスプレイの横断立面図である。 第６Ａ図は、電気化学被着に使用するカソード構造の被覆装置の模式図である 。 第６Ｂ図−第６Ｅ図は、電子エミッタが電気化学被着により炭素を含む物質で 被覆するカソード構造の横断立面図である。好適な実施例の説明 用語「電気絶縁体」（または「誘電体」）は、抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍより大き い物質に適用される。従って、用語「電気非絶縁体（electrically non-insulat ing）」は、抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の物質に適用される。電気非絶縁体は（ ａ）抵抗が１Ω・ｃｍ未満の伝導物質と（ｂ）抵抗が１Ω・ｃｍから１０¹⁰Ω・ ｃｍまでの範囲の電気抵抗物質に分類される。これらのカテゴリーは、１ｖｏｌ ｔ／μｍ以下の電界で決定される。 伝導物質（または電気導体）の例は、金属、金属半導体化合物（ケイ化物など ）、金属半導体共晶体である。電気抵抗物質は、真性半導体と薄くドーピングさ れた半導体（ＮタイプまたはＰタイプ）である。電気抵抗物質の別の例は、金属 絶縁体複合材、黒鉛、非晶質炭素、改質（例： で物理蒸着法によって少なくともアスペクト比１．２で被着できる金属が非常に 望ましい。 米国特許第５，４６２，４６７号及び第５，５６４，９５９号に記載の電気メ ッキによる別の技術は、特にフィラメント型のエミッタを製造する場合に用いら れる。例として、ゲート層２１５Ａにゲート開口２１５Ｂがある場合、誘電体層 ２１７から下のエミッタ層２１３までの概ね真直な開口を形成するためゲート開 口２１５Ｂを通して誘電体層２１７を異方性エッチングする。金属フィラメント をゲート開口２１５Ｂ近くまで形成するために、エミッタ金属を誘電体開口部の 中に電気メッキ（電気化学的に被着）する。所望に応じて、誘電体開口部を等方 性のエッチング材で広げ、フィラメント型の電子エミッタを形成するためにフィ ラメントを鋭角にすることもできる。 表面被覆の利点は、例として仕事関数の低下及び化学的耐性の向上及びエミッ タ製造方法に依存しない点が挙げられる。従って、本発明に基づく仕事関数の低 い材質で被覆されたエミッタ２２９である限り、エミッタ２２９を形成する多種 の方法は本発明の範囲である。 第２Ｄ図は、結果、として高いアスペクト比のニッケル電子エミッタ２２９を 有するカソード構造２００を示す。ニッケル以外のパラジウム、白金などの電気 非絶縁物質はエミッタ２２９の製造に使用し得る。ニッケル、パラジウム、白金 は、電子エミッタに必要な好適な仕事関数及び化学的耐性に欠ける可能性もある 。例として、パラジウムの仕事関数は５．１２ｅＶ、一方ニッケルの仕事関数は ５．１５ｅＶである。白金の仕事関数は５．６７ｅＶである。従って、ニッケル 、パラジウム、白金はすべて仕事関数が５．００ｅＶより大きい。モリブデンは これとは対照的に仕事関数は約４．６０ｅＶである。パラジウム、白金、ニッケ ルなどの仕事関数が５．００ｅＶより大きい物質で製造した被覆のないエ請求の範囲 １．構造であって、 下部構造と、 各エミッタがニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、ク ロム、バナジウムの内の少なくとも一つから成る電気的に非絶縁の材料を含む前 記下部構造の上に配置された複数の電子エミッタと、 ５０より大きい炭素原子百分率から成り、前記各電子エミッタの上に被覆され た炭素を含む層とを有することを特徴とする構造。 ２．構造であって、 相互に絶縁されたエミッタラインに分割された電気的に非絶縁のエミッタ層を 含む下部構造と、 前記エミッタライン上に配置され、それぞれが電気的に非絶縁の材料を含む複 数の電子エミッタと、 それぞれの電子エミッタに対応する複数のゲートホールを有し、相互に絶縁さ れたゲートラインに分割され、かつ前記電子エミッタの上方に間隔を置いて配置 された上部表面を有する電気的に非絶縁の材料を含むゲート層と、 各前記電子エミッタ及び前記ゲート層上に被覆された炭素を含む層とを有する ことを特徴とする構造。 ３．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料がニッケル、パラジウウム、白金、タ ンタル、チタン、ロジウム、バナジウムのうちの少なくとも一４．構造であって 、 下部構造と、 ２５℃における物理蒸着法により高さ対最大直径のアスペクト比が少なくとも １．２で被着できる電気的に非絶縁の材料から成り、前記下部構造の上に配置さ れた複数の電子エミッタと、 各前記電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層を有することを特徴とする 構造。 ５．前記エミッタがニッケルを含むことを特徴とする請求項４に記載の構造。 ６．フラットパネルディスプレイ構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 バックプレートの上に位置する電気的に非絶縁のエミッタ層と、 エミッタ層の上に位置し、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、 ロジウム、クロム、バナジウムの内少なくとも一つから成る電気的に非絶縁の材 料を含む複数の電子エミッタと、 ５０より大きい炭素原子百分率から成り、各前記電子エミッタの上に被覆され た炭素を含む層とを有することを特徴とするディスプレイパネル構造。 ７．フラットパネルディスプレイ構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 前記バックプレートの上に間隔を置いてエミッタラインに分割された電気的に 非絶縁のエミッタ層と、 前記エミッタラインの上に配置され、それぞれ電気的に非絶縁の材質を含む複 数の電子エミッタと、 前記電子エミッタの上に間隔を置いて配置された上部表面を有する電気的に非 絶縁で、該電子エミッタに対応する複数のゲートホールを有し、かつゲートライ ンが相互に絶縁されたゲートラインに分割されているゲ ート層と 前記ゲート層及び各前記電子エミッタの前記上部表面の上に被覆された炭素を 含む層とを有することを特徴とするフラットディスプレイパネル構造。 ８．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料がニッケル、パラジウム、白金、タン タル、チタン、ロジウム、クロム、バナジウムの内少なくとも一つを含むことを 特徴とする請求項７に記載の構造。 ９．フラットディスプレイパネル構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 前記バックプレートの上に配置された電気的に非絶縁のエミッタ層と、 前記エミッタ層の上に配置された複数の電子エミッタであって、それぞれの電 子エミッタが被着用の開口部を通して物理蒸着法により２５℃で高さ対最大直径 のアスペクト比が少なくとも１．２で被着できる電気的に非絶縁の材料を含む、 該電子エミッタと、 各前記電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層とを有することを特徴とす る構造。 １０．前記エミッタがニッケルを含むことを特徴とする請求項９に記載の構造。 １１．複数の誘電体開口部を有し前記エミッタ層の上層を成す誘電体層と、 前記誘電体開口部と同数の複数のゲート開口部を有し、前記誘電体層の上層を 成すゲート層とをさらに有し、 それぞれの前記エミッタが、対応する誘電体開口部に概ね配置され、前記ゲー ト開口部を通して露出していることを特徴とする請求項９に記 載の構造。 １２．前記エミッタの形が概ね円錐状であることを特徴とする請求項１乃至１１ の何れかに記載の構造。 １３．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも３３ 1/3であることを 特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １４．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも５０であることを特徴 とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １５．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも８０であることを特徴 とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １６．前記炭素を含む層の水素の原子百分率が５―５０であることを特徴とする 請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １７．前記炭素を含む層が黒鉛を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れ かに記載の構造。 １８．前記炭素を含む層が四面体非晶質炭素を含むことを特徴とする請求項１乃 至１１の何れかに記載の構造。 １９．前記炭素を含む層がダイヤモンドのような炭素を含むことを特徴とする請 求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 ２０．前記炭素を含む層の厚さが５―１０オングストロームの厚さであることを 特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 ２１．前記エミッタが概ねフィラメント型であることを特徴とする請求項１乃至 ３の何れかまたは請求項６乃至８の何れかに記載の構造。 ２２．方法であって、 ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジ ウムの内の少なくとも一つから成る電気的に非絶縁の材質を含む電子エミッタ及 びゲートラインに分割されたゲート層を有するカソード構造を形成する過程と、 前記エミッタを５０より大きい炭素の原子百分率から成る炭素を含む材質で被 覆する過程とを特徴とする方法。 ２３．下部構造を設ける過程と 電気メッキにより前記下部構造の上にエミッタを設ける過程とを特徴とする請 求項２２に記載の方法。 ２４．方法であって、 バックプレート層上にエミッタ層を形成する過程と、 前記エミッタ層上に誘電体層を形成する過程と、 前記誘電体層上に上側表面を有するゲート層を形成する過程と、 エッチングにより、前記エミッタ層の領域までを露出させるために選択的に前 記ゲート層及び前記誘電体層を貫く孔を形成することと、 前記エミッタ層の露出した領域の上の前記ホール内部に電気的に非絶縁の材料 を含む電子エミッタを形成する過程と、 前記ゲート層を相互に絶縁されたゲートラインに分割する過程と、 前記電子エミッタ及び前記ゲート層の上側表面を炭素を含む材質で被覆する過 程とを特徴とする方法。 ２５．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料が、少なくともニッケル、パラジウ ム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジウムの内の一つを含む ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。 ２６．方法であって、 被着のための開口部を通して物理蒸着法により２５℃で少なくとも高さ対最大 直径のアスペクト比が１．２で被着できる電気的に非絶縁の材料を含む電子エミ ッタを有するカソード構造を形成する過程と、 前記エミッタを炭素を含む材質で被覆する過程とを特徴とする方法。 ２７．前記電気的に非絶縁の材質がニッケルを含むことを特徴とする請求項２６ に記載の方法。 ２８．前記エミッタが概ね円錐状であることを特徴とする請求項の２２および請 求項２４乃至２７の何れかに記載の方法。 ２９．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率３３ 1/3の炭素を含むことを 特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３０．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率５０の炭素を含むことを特徴 とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３１．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率８０の炭素を含むことを特徴 とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３２．前記構造を炭素を含むＤＣアセチレンプラズマにあてることを含む被覆の 過程を特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３３．ＤＣプラズマの炭素が前記アセチレンプラズマの少なくとも一部から生じ ることを特徴とする請求項３２に記載の方法。 ３４．炭素系の原料を電気化学的に被着する過程と、 前記炭素を含む材質を形成するために前記炭素系の原料を減少させる過程とを 含む被覆の過程とを特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３５．前記炭素系の原料がポリマーを含むことを特徴とする請求項３４に記載の 方法。 ３６．前記炭素系の原料がモノマーを含むことを特徴とする請求項３４に記載の 方法。 ３７．前記炭素を含む材質を生成するために前記炭素系の原料の炭素の含有量を 増加させる変化の過程（reducing step）を特徴とする請求項３４に記載の方法 。 ３８．高温分解によって前記炭素系の原料を前記炭素を含む材質に変化するため の前記炭素系の材質の加熱を含む変化の過程を特徴とする請求項３４に記載の方 法。 求項３４に記載の方法。 ４０．方法であって、 ＤＣプラズマの反応チャンバの洗浄過程と、 前記チャンバ内に前記カソード構造をロードする過程と、 炭素を含む材質で前記エミッタを被覆するためにＤＣプラズマガスを前記チャ ンバ内に注入する過程とを特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法 。 ４１．注入過程の後、前記反応チャンバ内で前記カソード構造を冷却する過程を 特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ４２．構造であって、 下部構造と、 前記下部構造の上に配置され、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、ロジ ウム、バナジウムの内少なくとも一つの材質を含む電気的に非絶縁の材料を含む 複数の電子エミッタと、 前記各電子エミッタの上に被覆した炭素を含む層とを有することを特徴とした 構造。 ４３．フラットパネルディスプレイ構造であって、 アノード層と発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 前記バックプレートの上に配置された電気的に非絶縁のエミッタ層と、 電子エミッタの上に配置され、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、ロジ ウム、バナジウムの内少なくとも一つの材質から成る電気的に非絶縁の材料を含 む複数の電子エミッタと、 前記電子エミッタの上に被覆した炭素を含む層とを有することを特徴 前記電子エミッタの上に被覆した炭素を含む層とを有することを特徴とする構 造。 ４４．前記電子エミッタの上層を成す複数の誘電体開口部を有する誘電体層と、 前記誘電体開口部の数と同数の複数のゲート開口部を有し、前記誘電体層の上 層を成すゲート層とをさらに有し、 各前記エミッタが、対応する誘電体開口部に概ね配置され、対応する前記ゲー ト開口部を通して露出していることを特徴とする請求項４３に記載のフラットパ ネルディスプレイ。 ４５．前記エミッタが概ね円錐状またはフィラメント型であることを特徴とする 請求項４２乃至４４の何れかに記載の構造。 ４６．少なくとも炭素の原子百分率３３ 1/3から成る前記炭素を含む層を特徴と する請求項４２乃至４４の何れかに記載の構造。 ４７．少なくとも炭素の原子百分率５０から成る前記炭素を含む層を特徴とする 請求項４２乃至４４の何れかに記載の構造。 ４８．少なくとも炭素の原子百分率８０から成る前記炭素を含む層を特徴とする 請求項４２乃至４４の何れかに記載の構造。 ４９．炭素の原子百分率５−５０から成る前記炭素を含む層を特徴とする請求項 ４２乃至４４の何れかに記載の構造。 ５０．黒鉛、四面体非晶質炭素、ダイヤモンドのような炭素の内少なくとも一つ を含む前記炭素を含む層を特徴とする請求項４２乃至４４の何れかに記載の構造 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブランデス、ジョージ・アール アメリカ合衆国コネチカット州06488・サ ウスバリー・シェーンドライブ 77 (72)発明者 スピント、クリストファー・ジェイ アメリカ合衆国カリフォルニア州94025・ メンロパーク・ヒルサイドアベニュー 115 (72)発明者 スタナーズ、コリン・ディー アメリカ合衆国カリフォルニア州95148・ サンノゼ・アダムスウッドドライブ 3265 (72)発明者 マコーレー、ジョン・エム アメリカ合衆国カリフォルニア州94306・ マウンテンビュー・アンナアベニュー 369

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．構造であって、 下部構造と、 ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジ ウムから選択された電気的に非絶縁の材料を含む、前記下部構造の上に配置され た複数の電子エミッタと、 前記各電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層とを有することを特徴とす る構造。 ２．構造であって、 相互に絶縁されたエミッタラインに分割された電気的に非絶縁のエミッタ層を 含む下部構造と、 前記エミッタライン上に配置され、それぞれが電気的に非絶縁の材料を含む複 数の電子エミッタと、 それぞれの電子エミッタに対応する複数のゲートホールを有し、相互に絶縁さ れたゲートラインに分割され、かつ前記電子エミッタの上方に間隔を置いて配置 された上部表面を有する電気的に非絶縁の材料を含むゲート層と、 各前記電子エミッタ及び前記ゲート層上に被覆された炭素を含む層とを有する ことを特徴とする構造。 ３．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料がニッケル、パラジウウム、白金、タ ンタル、チタン、ロジウム、バナジウムのうちの少なくとも一つを含むことを特 徴とする請求項２に記載の構造。 ４．構造であって、 下部構造と、 ２５℃における物理蒸着法により高さ対最大直径のアスペクト比が少なくとも １．２で被着し得る電気的に非絶縁の材料から成り、前記下部 構造の上に配置された複数の電子エミッタと、 各前記電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層を有することを特徴とする 構造。 ５．前記エミッタがニッケルを含むことを特徴とする請求項４に記載の構造。 ６．フラットパネルディスプレイ構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 バックプレートの上に位置する電気的に非絶縁のエミッタ層と、 エミッタ層の上に位置し、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、 ロジウム、クロム、バナジウムから選択された電気的に非絶縁の材料を含む複数 の電子エミッタと、 各前記電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層とを有することを特徴とす るディスプレイパネル構造。 ７．フラットパネルディスプレイ構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 前記バックプレートの上に間隔を置いてエミッタラインに分割された電気的に 非絶縁のエミッタ層と、 前記エミッタラインの上に配置され、それぞれ電気的に非絶縁の材質を含む複 数の電子エミッタと、 前記電子エミッタの上に間隔を置いて配置された上部表面を有する電気的に非 絶縁で、該電子エミッタに対応する複数のゲートホールを有し、かつゲートライ ンが相互に絶縁されたゲートラインに分割されているゲ ート層と 前記ゲート層及び各前記電子エミッタの前記上部表面の上に被覆された炭素を 含む層とを有することを特徴とするフラットディスプレイパネル構造。 ８．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料がニッケル、パラジウム、白金、タン タル、チタン、ロジウム、クロム、バナジウムの内少なくとも一つを含むことを 特徴とする請求項７に記載の構造。 ９．フラットディスプレイパネル構造であって、 アノード層及び発光層を有するディスプレイパネルと、 前記ディスプレイパネルから間隔を置いて互いに整合するように配置されたバ ックプレートと、 前記バックプレートの上に配置された電気的に非絶縁のエミッタ層と、 前記エミッタ層の上に配置された複数の電子エミッタであって、それぞれの電 子エミッタが被着用の開口部を通して物理蒸着法により２５℃で高さ対最大直径 のアスペクト比が少なくとも１．２で被着し得る電気的に非絶縁の材料を含む、 該電子エミッタと、 各前記電子エミッタの上に被覆された炭素を含む層とを有することを特徴とす る構造。 １０．前記エミッタがニッケルを含むことを特徴とする請求項９に記載の構造。 １１．前記エミッタ層の上に配置され、それぞれが前記エミッタの一つに対応す る複数の誘電体開口部を有する誘電体層を有することを特徴とする請求項９に記 載の構造。 １２．前記エミッタの形が概ね円錐状であることを特徴とする請求項１乃至１１ の何れかに記載の構造。 １３．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも３３ 1/3であ ることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １４．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも５０であることを特徴 とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １５．前記炭素を含む層の炭素の原子百分率が少なくとも８０であることを特徴 とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １６．前記炭素を含む層の水素の原子百分率が５―５０であることを特徴とする 請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 １７．前記炭素を含む層が黒鉛を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れ かに記載の構造。 １８．前記炭素を含む層が四面体非晶質炭素を含むことを特徴とする請求項１乃 至１１の何れかに記載の構造。 １９．前記炭素を含む層がダイヤモンドのような炭素を含むことを特徴とする請 求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 ２０．前記炭素を含む層の厚さが５―１０オングストロームの厚さであることを 特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の構造。 ２１．前記エミッタが概ねフィラメント型であることを特徴とする請求項１乃至 ３の何れかまたは請求項６乃至８の何れかに記載の構造。 ２２．方法であって、 ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジ ウムの中から選択された電気的に非絶縁の材質を含む電子エミッタ及びゲートラ インに分割されたゲート層を有するカソード構造を形成する過程と、 前記エミッタを炭素を含む材質で被覆する過程とを特徴とする方法。 ２３．下部構造を設ける過程と 電気メッキにより前記下部構造の上にエミッタを設ける過程とを特徴とする請 求項２２に記載の方法。 ２４．方法であって、 バックプレート層上にエミッタ層を形成する過程と、 前記エミッタ層上に誘電体層を形成する過程と、 前記誘電体層上に上側表面を有するゲート層を形成する過程と、 エッチングにより、前記エミッタ層の領域までを露出させるために選択的に前 記ゲート層及び前記誘電体層を貫く孔を形成することと、 前記エミッタ層の露出した領域の上の前記ホール内部に電気的に非絶縁の材料 を含む電子エミッタを形成する過程と、 前記ゲート層を相互に絶縁されたゲートラインに分割する過程と、 前記電子エミッタ及び前記ゲート層の上側表面を炭素を含む材質で被覆する過 程とを特徴とする方法。 ２５．前記エミッタの電気的に非絶縁の材料が、少なくともニッケル、パラジウ ム、白金、タンタル、チタン、ロジウム、クロム、バナジウムの内の一つを含む ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。 ２６．方法であって、 被着のための開口部を通して物理蒸着法により２５℃で少なくとも高さ対最大 直径のアスペクト比が１．２で被着し得る電気的に非絶縁の材料を含む電子エミ ッタを有するカソード構造を形成する過程と、 前記エミッタを炭素を含む材質で被覆する過程とを特徴とする方法。 ２７．前記電気的に非絶縁の材質がニッケルを含むことを特徴とする請求項２６ に記載の方法。 ２８．前記エミッタが概ね円錐状であることを特徴とする請求項の２２および請 求項２４乃至２７の何れかに記載の方法。 ２９．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率３３ 1/3の炭素を含むことを 特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３０．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率５０の炭素を含むこ とを特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３１．前記炭素を含む材質が少なくとも原子百分率８０の炭素を含むことを特徴 とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３２．前記構造を炭素を含むＤＣアセチレンプラズマにあてることを含む被覆の 過程を特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３３．ＤＣプラズマの炭素が前記アセチレンプラズマの少なくとも一部から生じ ることを特徴とする請求項３２に記載の方法。 ３４．炭素系の原料を電気化学的に被着する過程と、 前記炭素を含む材質を形成するために前記炭素系の原料を減少させる過程とを 含む被覆の過程とを特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。 ３５．前記炭素系の原料がポリマーを含むことを特徴とする請求項３４に記載の 方法。 ３６．前記炭素系の原料がモノマーを含むことを特徴とする請求項３４に記載の 方法。 ３７．前記炭素を含む材質を生成するために前記炭素系の原料の炭素の含有量を 増加させる変化の過程（reducing step）を特徴とする請求項３４に記載の方法 。 ３８．高温分解によって前記炭素系の原料を前記炭素を含む材質に変化するため の前記炭素系の材質の加熱を含む変化の過程を特徴とする請求項３４に記載の方 法。 ３９．前記炭素系の原料の化学的処理を含む変化の過程を特徴とする請求項３４ に記載の方法。 ４０．方法であって、 ＤＣプラズマの反応チャンバの洗浄過程と、 前記チャンバ内に前記カソード構造をロードする過程と、 前記チャンバ内に注入する過程とを特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記 載の方法。 ４１．注入過程の後、前記反応チャンバ内で前記カソード構造を冷却する過程を 特徴とする請求項２２乃至２７の何れかに記載の方法。