JP3684331B2 - コーティングを互いに離隔したセグメントに形成するためのアンダーカット形成技術 - Google Patents

Description

【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、Knallによる、同時係属中の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／２２７６２に関連する。Knallの国際特許出願の内容は、引用により本発明の一部とし、重複して説明しない。
【０００２】
（使用分野）
本発明は、多数のセグメントを有するコーティング（または層）を生成のための技術に関するものである。特に本発明は、電子放出素子、特に電界放出型のフラットパネルＣＲＴディスプレイで使用される電子エミッタの製造においてセグメント型コーティングを生成する方法に関するものである。
【０００３】
（背景技術）
電界放出カソード（即ち電界エミッタ）は、十分な電界強度の電界を加えたときに電子を放出する電子放出素子の群を有する。この電子放出素子は、通常、パターン形成されたエミッタ電極層の上に配設される。ゲート制御式電界エミッタでは、通常、電子放出素子の位置においてパターン形成されたゲート層がパターン形成されたエミッタ層の上層をなす。各電子放出素子はゲート層の開口を通して露出されている。ゲート層の選択された部分と、エミッタ層の選択された部分との間に適切な電圧を印加すると、ゲート層が、２つの選択された部分の交差する点にある電子放出素子から電子を引き出す。
【０００４】
電界エミッタの形成においては、コーティングの或るセグメントがコーティングの他のセグメントから離隔されている形態の例が多数ある。所望のコーティングセグメント間の間隔を達成するために、様々な従来通りの技術を使用できる。
【０００５】
例えば、コーティングをブランケット層として堆積させ、次にフォトリソグラフィーを利用してブランケット層の一部を除去するようにパターン形成し、分離をなさしめることができる。しかし、電界エミッタは時折汚染されたり、そうでなくてもフォトリソグラフィー用のパターニング材料によって損なわれることがある。このパターニング用材料としては、（ａ）パターン形成処理の後に構造体に残すコーティングセグメントをカバーするために用いられるフォトレジスト、（ｂ）ブランケット層の残された一部分の上のフォトレジストを除去するために用いられるフォトレジスト現像液、及び（ｃ）そのブランケット層の部分を除去するために用いられるエッチング剤等がある。また、粗い表面形状を有する面では、フォトリソグラフィーマスキング技術をうまく用いることができないことが多い。
【０００６】
別の従来型の技術は、コーティング材料が不要な領域にコーティングが堆積しないようにするために電界エミッタの上に配置されるマスク（通常シャドウマスクと称する）を用いて、コーティング材料を選択的に堆積させる技術である。このシャドウマスク技術を用いることによって、通常は、電界エミッタが汚されたり、そうでなくても損なわれる可能性を低いレベルに抑えられる。残念ながら、このシャドウマスキング技術は、精細な（即ち小さい）形状の特徴、特に電界エミッタのアクティブ領域において通常必要となる精細な形状の特徴を精密に確定するために用いることが、通常はできない。電界エミッタの比較的粗い表面上に複数のセグメントを精密に確定するためにコーティングを施す技術の必要性が存在する。
【０００７】
（発明の概要の開示）
本発明は、精密にコーティングを形成するための技術であって、コーティングが形成される下地面の部分におけるギャップに概ね沿った形で離隔された複数のセグメントとなるようにコーティング（即ち層）を精密に形成する技術を提供する。コーティングセグメント間の分離は、コーティング材料を下地の上に着ける（例えば被着する）ときに作られる。
【０００８】
従来型のフォトリソグラフィーを用いるパターン形成技術とは異なり、本発明におけるセグメントの分離は、コーティング材料の一部を除去することによって形成されるものではない。本発明によってセグメントの分離を作る際には、フォトレジストのようなフォトリソグラフィーのパターンを確定する材料は不要である。この結果、本発明によるコーティング技術では、フォトリソグラフィーによるパターン形成の際に通常生ずるような他の構成要素の汚染や損傷の問題が回避される。また、下地面の粗さのために精密にパターン形成することが困難になるフォトリソグラフィー技術とは対照的に、本発明のコーティング技術は表面粗さによって利用が困難になることはない。
【０００９】
本発明によって形成されたコーティングのセグメントは、通常、細密に確定された形状を有する。従って本発明は、細密な形状を正確に生成することができないというシャドウマスキング技術の問題点を克服している。
【００１０】
詳述すると、本発明の方法では、まず、第１の要素の上に第１領域を形成する。次に第１領域の一部の上に第２領域を形成する。次に第２領域にアンダーカットを形成し、第２領域の一部の下にギャップが形成されるように、第１領域をエッチングする。このエッチングは、通常は液体のエッチング剤を用いて少なくとも部分的に等方性エッチングの方式で行う。
【００１１】
第２領域にそのようなアンダーカットを形成し、コーティング材料を第１の要素と第２領域の上に設ける。ギャップが存在するため、コーティング材料は、第１の要素と第２領域の上に、ギャップに沿って離隔された一対のセグメントの形で堆積する。コーティングセグメントの一方は、第１の要素の上に位置する。もう一方のセグメントは第２領域の上に位置する。第２コーティングセグメントは、第１の要素から横方向に離隔された第２の要素の上に延在する。
【００１２】
下地面の上にコーティング材料を被着するために、好ましくは物理的被着方法を用いる。詳述すると、第１の要素の下の下部構造体の上側表面に対して２０−９０゜の主入射角で、コーティング材料を被着する。被着材料源と下部構造体の相対的位置関係を、平行移動または／及び下部構造体の上側表面に概ね垂直な軸の周りに回転させながら被着材料源からコーティング材料を被着することによって、被着の一様性を高めることができる。
【００１３】
本発明のコーティング技術を電子放出デバイスの製造に適用する場合、まず制御電極、誘電体層、他の層、及び複数の電子放出素子を有する初めの構造を準備する。他の層は、誘電体層の上の制御電極の上にある層である。電子放出素子は、制御電極及び誘電体層を貫通する複合開口部に配置されている。
【００１４】
他の層及び制御電極の上に第１領域を形成する。第１領域の一部の上に第２領域を形成し、その後、上述のようにアンダーカットを形成するように第１領域をエッチングして、第２領域の一部の下にギャップを形成する。制御電極、他の層、及び第２領域の上にコーティング材料を設けて、ギャップに層って離隔された第１及び第２コーティングセグメントを形成する。第１コーティングセグメントは、他の層及び制御電極の上にある。第２コーティングセグメントは、第２領域の上にある。
【００１５】
他の層は、通常、電子放出素子の上にあり、各電子放出素子の少なくとも一部を形成する際に用いられるエミッタ材料から形成される。このような場合には、通常、コーティングセグメントを形成した後に他の層を除去する。そして第１コーティングセグメントの上層をなす材料を同様に除去する。こうして、第２コーティングセグメントが、通常、電子放出素子によって放出された電子を集束させるシステムの一部を構成することになる。
【００１６】
要するに、本発明のコーティング技術によって、汚染や他の劣化の問題をあまり生じさせることなく、粗い下地面の上に、複数の精密なパターンのコーティングセグメントを容易に形成することができるようになる。
【００１７】
（好ましい実施形態の説明）
本発明では、製造物が、離隔されたセグメントを有するコーティングを備えている。この製造物がゲート制御式電界放出カソードである場合、通常コーティングの一部が、電界放出カソードの電子放出素子により放出される電子を集束させるシステムの構成要素を形成する。電界エミッタは、例えばパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、または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や、フラットパネル型テレビのようなフラットパネルＣＲＴディスプレイの発光デバイスの発光燐光体領域を励起させるのに適している。
【００１８】
以下の説明では、用語「電気的に絶縁性（の）」または「誘電体（の）」は抵抗率が１０¹⁰Ω−ｃｍ以上の材料について用いる。従って用語「電気的に非絶縁性（の）」は、抵抗率が１０¹⁰Ω−ｃｍ未満の材料を表す。電気的に非絶縁性の材料は、（ａ）抵抗率が１Ω−ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１Ω−ｃｍ以上、１０¹⁰Ω−ｃｍ未満の範囲の電気的に抵抗性の材料とに分けられる。同様に、用語「非導電性（の）」は、抵抗率が１Ω−ｃｍ以上の材料を表し、電気的に抵抗性の材料と、電気的に絶縁性の材料とを含む。これらのカテゴリの決定は、１Ｖ／μｍ以下の電界強度において行う。
【００１９】
図１Ａ−図１Ｅ（集合的に「図１」）は、本発明によりコーティングが複数の離隔されたセグメントにどのように形成されるかを大まかに示す。図１のプロセスシーケンスの開始点は、比較的平坦な上側面を有する下部構造体２０である。図１Ａを参照されたい。
【００２０】
下部構造体２０は様々な形態に形成することができ、電気的に絶縁性の、電気的に抵抗性の、及び導電性の材料の様々な組み合わせよりなり得る。通常、下部構造体２０の材料はその上側面に沿って電気的に絶縁性である。図１のプロセスシーケンスを、図２Ａ−図２Ｉまたは図７Ａ−図７Ｇのプロセスに従って形成されたもの、或いは図５Ａ−図５Ｄまたは図６Ａ及び図６Ｂの改変プロセスに従って形成されたもののようなゲート制御式電界エミッタの形成において用いる場合、下部構造体２０は、通常、電気的に絶縁性のベースプレート（４０）、上層をなす電気的に非絶縁性の領域（４２）、及び前記非絶縁性の領域の上に配置された誘電体層（４４）からなる。
【００２１】
第１の要素２２及び第２の要素２４は、下部構造体２０の上に横方向に離隔した位置に配置される。要素２２及び２４のそれぞれは、通常、好ましくは導電性材料である電気的に非絶縁性の材料よりなる。典型的な構成では、要素２２及び２４が、アルミニウム、クロム、または／及びニッケルのような金属で形成される。それにも関わらず、要素２２及び２４を、電気的に絶縁性の材料を含む非導電性材料で形成することができる。
【００２２】
通常の場合、要素２２及び２４は同時に形成し、従って概ね同じお罪を有する。例えば、要素２２及び２４を、下部構造体２０の上に適切な要素の材料のブランケット層を堆積し、次に要素２０及び２４にしようとする位置の間にある材料を除去することによって形成することができる。この除去ステップは、例えばフォトレジストマスクのような適切なマスクを用いて、エッチング剤により行うことができる。或いは、要素２２及び２４を、要素の材料を選択的に堆積させることによって形成することができる。各要素２２または２４を形成するために別々の処理においてブランケット堆積／選択的除去技術または選択的堆積技術を用いて、要素２２及び２４を形成することもできる。
【００２３】
図１Ｂに示すように、第１領域２６を第１の要素２２の少なくとも一部分の上に形成し、この第１領域は下部構造体２０上の要素２２と２４の間の空間に延在する。第１領域２６は、通常、第１の要素２２の全体を覆い、第２の要素２４の上を覆っていない。要素２２及び２４が導電性材料からなるとき、領域２６は、通常電気的に非導電性材料からなる。典型的な実施形態では、領域２６がシリコン酸化物または窒化シリコン等の電気的に絶縁性の材料からなる。しかし、特に第１の要素２２が非導電性の材料からなるとき、領域２６を導電性材料で形成することができる。通常の場合、第１の要素２２の上に位置する領域２６の部分の厚みは、後の複数の離隔されたセグメントに形成されるコーティングの厚みより厚くなるように選択される。
【００２４】
第１領域２６を形成するために様々な技術を用いることができる。例えば、構造体の上に適切な材料の層を堆積し、次に領域２６にしない位置の材料を除去することによって領域２６を形成することができる。要素２２及び２４を形成するのに用いられるブランケット堆積／選択的除去技術と同様に、この場合も除去ステップは、適切なマスクを用いて層をエッチングすることにより行うことができる。選択的堆積技術によって、領域２６を形成することもできる。詳述すると、領域２６の材料が、構造体上の領域２６にしない位置に堆積するのを防止するために、シャドウマスク２６を用いることができる。
【００２５】
第２領域２８を、第１領域２６の一部の上に形成する。図１Ｃを参照されたい。第１領域２６が、第２領域２８を第１の要素２２から分離している。第２領域２８は、第１の要素２２の上に延在していてもよい。図１Ｃの例では、領域２８が第１の要素２２の部分２２Ａの上に延在している。図１Ｃにおいて、第１の要素２２の残りの部分は要素２２Ｂとして示されている。領域２８が、第１の要素の一部分の上に延在していない場合には、領域２８と要素２２との横方向の分離の間隔は、通常は小さいものであるが、間隔を大きくすることもできる。
【００２６】
第２領域２８は、第２の要素２４の一部分の上に形成することができる。図１Ｃの例では、第２の要素２４の一部分２４Ａの上に領域２８が載っている。要素２４の残りの部分は、要素２４Ｂとして示されている。領域２８と要素２４との横方向の分離の間隔は、通常は小さいものであるが、間隔を大きくすることもできる。
【００２７】
第２領域２８は、電気的に絶縁性の材料、電気的に抵抗性の材料、または導電性の材料で形成することができ、或いはこれらの３種類のタイプの材料の２以上を組み合わせて形成することができる。このことは、要素２２及び２４が導電性材料よりなるものか、非導電性材料よりなるものかということとは無関係に適用される。典型的な実施形態では、領域２８が電気的に絶縁性の材料、特にポリイミドのような電気的に絶縁性の材料よりなる。
【００２８】
第２領域２８を形成するために、様々な技術を用いることができる。要素２２及び２４及び第１領域２６の場合と同様に、第２領域２８は、ブランケット堆積／選択的除去技術或いは選択的堆積技術によって形成することができる。領域２８がポリイミドよりなる場合には、光でパターン形成可能な（photopatternable）、適切なポリイミドのブランケット層を構造体の上に形成する。この場合通常は、ポリイミドの堆積、スピニング、及び適切なベーキングが行われる。領域２８を形成するための、光重合可能なブランケット層の一部は、適切な化学線、通常は紫外線（ＵＶ）光にフォトマスクを通して露光される。この化学線により、露光されたポリイミドが重合し、化学的構造が変化する。露光されなかったポリイミドは、適切な現像液で除去する。通常の場合、次に残った（即ち露光された）ポリイミドを硬化させて、領域２８の形成が完了する。
【００２９】
第２領域２８をエッチシールド（即ちマスク）として用いて、第１領域２６のシールドされていない部分を適切なエッチング剤で除去する。このエッチングは、図１Ｄに示すように、第２領域２８の下層をなす第１領域２６の材料に対して、領域２８に僅かにアンダーカットが形成された状態となるまで行われる。従って、領域２８の下にギャップ３０が形成される。図１Ｄの例では、第１の要素２２の部分２２Ａの一部の上にギャップ３０が形成されている。ギャップ３０の高さは、第１領域２６の厚みと概ね等しい。通常の場合、エッチング剤は概ね等方性の成分を有する。領域２６をエッチングし、ギャップ３０を形成するためには、通常液体の化学エッチング剤が用いられる。
【００３０】
コーティング材料を、構造体の上に堆積させる。図１Ｅを参照されたい。コーティング材料は、（ａ）第１の要素２２の上に堆積して第１コーティングセグメント３２Ａを形成し、（ｂ）第２領域２８及び第２の要素２４の上に堆積して第２コーティングセグメント３２Ｂを形成している。
【００３１】
コーティング材の堆積は、コーティングセグメント３２Ａと３２Ｂとがギャップ３０に沿って互いに離隔されるように行われる。この分離を達成するために、通常の場合、セグメント３２Ａ及び３２Ｂの平均厚さを第１領域２６の元の厚みより薄くする。詳述すると、ギャップ３０の部位、即ち図１Ｅにおける第２領域２８の左側縁部の真下のコーティングセグメント３２Ａの厚みは、領域２８の左側縁部の真下の第１領域２６の元の厚みより薄い。それにも関わらず、コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂを形成するために使用できる或る種の堆積技術のシャドウイング特性のために、コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂの平均厚さが、領域２６の元の厚さを超えることがある。
【００３２】
コーティング材の堆積は、通常の場合、蒸着またはスパッタリングのような、低圧で行われる、見通し線の範囲での（line-of-sight）物理的蒸着技術を用いて行う。コーティング材は、下部構造体２０の上側面に対して２０−９０゜の主入射角で被着する。コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂの厚みをより一様にするために、下部構造体２０（上層をなす要素及び領域を含む）及びコーティング材料源を、被着処理中に相対的に平行移動させたり、または／及び被着処理中に下部構造体２０の上側面に対して垂直な軸の周りに相対的に回転させることができる。堆積の一様性を向上させるために平行移動と回転の何れを利用するかは、コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂの被着のために用いられる特定の技術、下部構造体２０の横方向の面積に対するコーティング材料源の物理的サイズ、及びコーティング材料源の幾何学的形状等の因子によって決まる。
【００３３】
コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂをスパッタリングによって形成する場合には、スパッタコーティング材料源のサイズは、通常の場合、下部構造体２０の横方向の面積に対して十分な大きさである。この結果、通常の場合には比較的一様な堆積をなすために、スパッタ被着材料源と下部構造体２０とを互いに平行移動させることで十分である。スパッタリングの場合、被着材の主入射角は通常９０゜である。
【００３４】
コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂを蒸着によって形成する場合には、蒸着コーティング材料源は、通常の場合、下部構造体２０の横方向の面積と比較して小さい。蒸着の場合には、通常は平行移動と回転を組み合わせる。蒸着のための、被着材の主入射角は通常６０゜である。蒸着処理に特に適した蒸着機構の幾何学的形態の例については、図４Ａ及び図４Ｂを参照して後述する。
【００３５】
要素２２及び２４が導電性材料からなる場合、コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂは、通常の場合、電気的に非絶縁性の材料、好ましくは導電性材料よりなる。典型的な実施態様では、コーティング材料が、例えばアルミニウム等の金属である。次にコーティングセグメント３２Ａが、第１の要素２２とオーミック接触をなす。第１コーティングセグメント３２Ａから離隔した第２コーティングセグメントは、同様に第１の要素２２から離隔した第２の要素２４とオーミック接触をなす。或いは、コーティング材料が電気的に絶縁性でもよい。
【００３６】
コーティングセグメント３２Ａ及び３２Ｂの堆積によって、図１のプロセスシーケンスが完了する。場合によっては、第１コーティングセグメント３２Ａを除去する、追加のプロセスを実行してもよい。或いは、第２の要素２４が存在しない形態も可能である。
【００３７】
図２Ａ−図２Ｉ（集合的に図２）は、本発明によるフラットパネル型ＣＲＴディスプレイのゲート制御式電界エミッタの製造プロセスを示す。図１のプロセスシーケンスで用いたコーティングのセグメント化を、電界エミッタから放出される電子を集束させるシステムの電子集束コーティングを形成するために、図２のプロセスにおいても用いる。この電子は、電界エミッタの反対側に配設された発光デバイスの発光素子を励起する。図３Ａ及び図３Ｂは、図２Ｂ及び図２Ｉの各製造段階での電界エミッタのレイアウト図である。
【００３８】
図２のプロセスの開始点は、平坦な電気的に絶縁性のベースプレート（即ち基板）４０である。図２Ａを参照されたい。電界エミッタを支持するベースプレート４０は、通常例えばSchooo D263ガラスのようなガラスからなり、厚みが概ね１ｍｍである。
【００３９】
下側の電気的に非絶縁性のエミッタ領域４２が、ベースプレート４０の上層をなす。下側非絶縁性領域４２は、横方向に離隔されたエミッタ電極の群にパターン形成された導電性層（図２Ａには区別して示されていない）を有する。フラットパネル型ＣＲＴディスプレイの画素（ピクセル）の行の方向を行方向を称するものとすると、領域４２のエミッタ電極は、行方向電極を構成するように、互いに平行に行方向に延びている。図２Ａでは、行方向電極は、水平、即ち図面の平面と平行に延びている。
【００４０】
単純化のため、非絶縁性領域４２のエミッタ行方向電極は、図２Ａにおいて構造体を完全に横断して延在する形態に示されている。実際には、エミッタ電極は、通常、図２Ａの右側から概ね３分の１の位置に末端を有する。エミッタ電極は、通常の場合、アルミニウムまたはニッケルのような金属、またはこれらの金属何れかの合金である。エミッタ電極の厚みは０．１−０．５μｍであり、典型的には０．２μｍである。
【００４１】
下側非絶縁領域４２におけるエミッタ電極の上には、通常電気的に抵抗性の層（図２Ａには区別して示されていない）が設けられる。この抵抗性層の候補の材料としては、サーメット（埋没金属粒子を有するセラミック）及び炭化シリコン等のシリコン−炭素−窒素化合物等が挙げられる。この抵抗性層により各電子放出素子と下層をなすエミッタ電極との間の抵抗値が１０⁶−１０¹¹Ω、典型的には１０⁹Ωとなる。
【００４２】
電極間誘電体としての役目を果たす電気的に絶縁性の層４４が、非絶縁性領域４２の上に設けられる。誘電体層４４の厚みは、０．０５−３μｍ、典型的には０．１５μｍである。誘電体層４４は、通常シリコン酸化物または窒化シリコンよりなる。図２Ａには示されていないが、非絶縁性領域４２の形状によっては、誘電体層４４においてベースプレート４０に接触する部分が存在し得る。
【００４３】
横方向に離隔された主制御電極４６Ａの群は、アクティブ領域、即ち電子放出素子から放出された電子が発光デバイスの視聴面に像を生じさせている領域において、誘電体層４４の上に配設されている。１個の主制御電極４６Ａが図２Ａに示されている。制御電極４６Ａは、下側非絶縁性領域４２のエミッタ電極に対して概ね垂直な方向に延在している。即ち、制御電極４６Ａは、主列方向電極を構成するべく、画素の列の方向に延在している。図２Ａでは、列方向電極は、図面の平面に対して垂直な方向に延びている。
【００４４】
横方向に離隔された制御アパーチャ４８の群は、各種制御電極４６Ａを貫通し、誘電体層４４に達している。そのような制御アパーチャ４８の１つが図２Ａに示されている。各電極４６Ａの制御アパーチャ４８は、非絶縁性領域４２のエミッタ電極の上にある。従って、制御アパーチャ４８は、行方向及び列方向の制御アパーチャからなるアパーチャの二次元配列を形成する。
【００４５】
一対のダミー主制御電極４６Ｂを、アクティブ領域の列方向の両方の縁の位置において誘電体層の上に配設する。即ち、一方のダミー電極４６Ｂは第１の主制御電極４６Ａの前に配置し、他方のダミー電極４６Ｂは、最後の主制御電極４６Ａの後の位置に配置する。従って、図２Ａにその一方が図示されている電極４６Ｂは、ダミー列方向電極を構成するべく列方向に延在している。ダミー電極４６Ｂに達している（制御アパーチャ４８のような）制御アパーチャは存在しない。図２Ａにおいて、図示されているダミー電極４６Ｂの幅（行方向）は、図示されている主制御電極４６Ａの幅より狭いが、これは、図面のスペースの関係上そのように示しているに過ぎない。通常の場合、ダミー電極４６Ｂは、主制御電極４６Ａと同じ幅を有する。
【００４６】
制御電極４６Ａ及び４６Ｂの外側の周辺デバイス領域において、誘電体層４４の上に追加の導電体４６Ｃが設けられており、列方向に延在している。以下に説明するように、追加の導電体４６Ｃは、後に形成する電子集束コーティングに対して電子集束制御電圧を印加するために用いられる。非絶縁性領域４２のエミッタ電極が図２Ａの構造体を途中までしか横断していない形で延在している場合には、エミッタ電極群の末端は、通常、ダミー制御電極４６Ｂの群と追加の導電体４６Ｃの群との間の各空間の下の位置にあり、これによってエミッタ電極が導電体４６Ｃに短絡する可能性を事実上回避している。
【００４７】
導電体４６Ａ−４６Ｃは、通常、導電性制御材料のブランケット層を堆積し、次にこのブランケット層をパターン形成することによって同時に形成する。導電体４６Ａ−４６Ｃは、通常、典型的にはクロムである金属からなり、０．１−０．５μｍ、典型的には０．２μｍの厚みを有する。或いは、導電体４６Ａ−４６Ｃ用の金属として、アルミニウム、ニッケル、タンタル、及びタングステンが挙げられる。
【００４８】
主制御電極４６Ａのそれぞれは、図１のプロセスシーケンスにおける第１の要素２２に対応する。或いは、図示されているダミー電極４６Ｂが、第１の要素２２に対応し得る。追加の導電体４６Ｃは、第２の要素２４に対応する。
【００４９】
電気的に非絶縁性のブランケットゲート層５０は、図２Ａの構造体の上に設けられる。詳述すると、ゲート層５０は、導電対４６Ａ−４６Ｃの上層をなすとともに、導電体４６Ａ−４６Ｃの間の空間においては誘電体層４４の上に延在している。ゲート層５０は、制御アパーチャ４８の内部にも延びて、誘電体層４４に達している。ゲート層５０は通常の場合、金属、典型的にはクロムからなり、０．０２−０．１μｍの厚み、典型的には０．０４μｍの厚みを有する。層５０に用いる他の金属としては、タンタル、金、及びタングステンが挙げられる。
【００５０】
ゲート開口部５２は、図２Ｂに示すように、ゲート層５０を貫通して制御アパーチャ内部の誘電体層４４に達する形態で形成される。図２Ｂの要素５０Ａは、ゲート層５０の残りの部分である。ゲート開口部５２は、通常は、米国特許第5,559,389号または第5,564,959号に記載のタイプの荷電粒子トラッキング方法によって形成する。また、開口部５２を、１９９７年６月５日出願のLudwig他による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／０９１９８に記載のタイプの小球を用いる技術によって形成することもできる。
【００５１】
各制御アパーチャ４８の底部にあるゲート層の残りの部分５０Ａは、複数のゲート開口部５２を有する。制御アパーチャ４８と、そのアパーチャ４８の範囲にあるゲート層の部分５０Ａを貫通している特定のゲート開口部５２とが組み合わせられて、複合制御アパーチャ４８／５２が形成されている。制御アパーチャ４８が、二次元行／列配列をなすように配置されていることから、ゲート開口部５２は、複数のゲート開口部からなる組の行と列の二次元配列に配置される。図３Ａでは、ゲート開口部５２の組の１つが示されている。図３Ａの要素４２Ａは、非絶縁性領域４２のエミッタ列方向電極の一つを表す。図３Ａに示すように、各制御電極４６Ａまたは４６Ｂは、エミッタ電極４２Ａの上では、電極４２Ａの間の空間の部分より幅が広くなっている。
【００５２】
エッチマスクとしてゲート層５０Ａを用いて、誘電体層４４を、ゲート開口部５２を通してエッチングし、非絶縁性領域４２に達する誘電体開口部５４を形成する。図２Ｂの要素４４Ａは、誘電体層４４の残りの部分である。誘電体開口部５４を形成するためのエッチング処理は、通常、開口部５４がゲート層５０Ａに或る程度アンダーカットを形成するように行う。各誘電体開口部５４とその上のゲート開口部５２とによって、複合開口部５２／５４が形成される。
【００５３】
図２Ｃを参照されたい。電気的に非絶縁性のエミッタコーン材料を、ベースプレート４０の上側（または下側）表面に対して概ね垂直な方向に構造体の上に蒸着する。エミッタコーン材料は、ゲート層５０Ａの露出部分に堆積し、ゲート開口部５２を通過して、誘電体開口部５４の下側非絶縁性領域４２に堆積する。ゲート層５０Ａ上にエミッタ材料が堆積するため、エミッタ材料が開口部５４に入るときに通過する開口部は徐々に閉じてゆく。この結果、エミッタ材料が誘電体開口部５４に堆積して、対応する円錐形の電子放出素子５６Ａが形成される。連続的な（ブランケット）過剰なエミッタ材料の層５６Ｂも、ゲート層５０Ａ上に堆積する
エミッタコーン材料は通常は金属で、ゲート層５０がクロムからなるときにはモリブデンであるのが好ましい。エミッタ材料の他の候補としては、後に過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの１または複数の部分を電気化学技術を用いて除去するとき、ゲート材料とは異なるエミッタ材料となる、ニッケル、クロム、白金、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、チタン−タングステン、及び炭化チタン等が挙げられる。
【００５４】
フォトレジストマスク（図示せず）を、過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの上に形成する。このフォトレジストマスクは、制御アパーチャ４８の上全体を覆っており、かつ主制御電極４６Ａの隣接する部分の一部の上に延在している固形のマスク部分である。好ましくは、各固形マスク部分は矩形の形状を有し、制御アパーチャ４８の対応する１つの上にあり、同じ制御電極４６Ｂの他の制御アパーチャ４８の上にあるマスク部分からは横方向に離隔されている。
【００５５】
フォトレジストマスクを通して露出されている過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの材料は、適切なエッチング剤で除去する。図２Ｄを参照されたい。要素５６Ｃは過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの残りの部分を表している。過剰なエミッタ材料の残りの部分５６Ｃは、矩形の島状部の行と列からなる二次元配列からなり、各島状部は、制御アパーチャ４８全体にわたって延在、即ち全体を占めている。エッチング剤は、一般的には化学的エッチング剤であり、従って等方性成分を含んでいる。この結果、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃは、フォトレジストに僅かにアンダーカットを形成した状態となる。このとき、ゲート層５０Ａは部分的に露出される。
【００５６】
フォトレジストマスクが依然として所定の場所にある状態で、ブランケットゲート層５０Ａを選択的にエッチングして、パターン形成されたゲート層５０Ｂを形成する。このゲート層のエッチングは、通常、概ね非等方性のエッチング剤、典型的には塩素プラズマを用いて、ベースプレート４０の上側表面に対して概ね垂直な方向に施し、これによってゲート層５０Ｂはフォトレジストマスクに著しくアンダーカットを形成しないことになる。過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの選択的エッチングにおいては等方性成分を含むエッチング剤を使用し、同じフォトレジストマスクを通してのブランケットゲート層５０Ａの選択的エッチングに際しては完全に非等方性のエッチング剤を使用したため、形成されたゲート層５０Ｂの部分は、それぞれ過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを横向き外方向に僅かに越えた形で延在することになる。
【００５７】
或いは、等方性成分を有するエッチング剤を用いてブランケットゲート層５０Ａにパターン形成し、ゲート部分５０Ｂの過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを越えて横方向に延在する部分を小さくしたり、或いは実質的になくすことができる。概ね非等方性のエッチング剤により過剰なエミッタ材料の層５６Ｂをパターン形成することによっても、ゲート部分５０Ｂが過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを越えて横方向に延在する程度を少なくしたり、或いは実質的に無くすことができる。何れの場合も、各主制御電極４６Ａと隣接するゲート部分５６Ｂが列方向に延びる複合制御電極４６Ａ／５０Ｂを形成する。図１のプロセスシーケンスにおける第１の要素２２に対応するのは各主制御電極４６Ａのみではなく、各主制御電極４６Ａと隣接するゲート部分５６Ｂの組合せ、即ち各複合制御電極４６Ａ／５６Ｂが第１の要素２２に対応し得る。
【００５８】
図２Ｅに示すように、構造体の上部にパターン形成された多機能層７０を形成する。多機能層７０は過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上部及び側部の上にあり、ゲート部分５０Ｂ及び主制御電極４６Ａのカバーされていない材料の上に延在し、ダミー電極４６Ｂをカバーし、電極４６Ａと４６Ｂとの間において露出されている誘電体層４４Ａの部分をカバーし、ダミー電極４６Ｂを越えて誘電体層４４Ａの上に延在しているが、追加の導電体４６Ｃはカバーしていない。この実施態様では、層７０は図１のプロセスシーケンスの第１領域２６に相当し、その機能を果たしている。
【００５９】
後に説明するように、電子放出コーン５６Ａから放出された電子を集束させるシステムを、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃがコーン５６Ａの上に乗っている間に構造体の上部に形成する。コーン５６Ａの形成のために用いるのに好ましく、従って過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを形成するために好ましい材料であるモリブデンは、優れた電子放出特性を示すが、ここで行われるように蒸着により堆積される場合、電子集束システムの形成に用いられる一定の材料に対して透過性である。これらの材料に対して概ね不透過性となるように、パターン形成された層７０の型及び厚みを選択する。構造体をこれらの材料に曝す際に、層７０の適切な部分を過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上に位置させておくことによって、この材料が過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを通過してコーン５６Ａを汚染したり、或いは損なうことが層７０により防止される。つまり、層７０は電子集束システムの形成に際してコーン５６Ａを保護する。
【００６０】
保護層７０の部分は、通常の場合、最終的に形成される電界エミッタに残る。従って、保護層７０の材料及び厚みは、隣接する電界エミッタの構成要素の機能に適合するように選択する。層７０は、通常非導電性材料、通常は電気的に絶縁性の材料からなる。層７０の部分が電子集束システムのベース電子集束構造の下にくる場合、層７０は、厚みが０．０５−１．０μｍ、典型的には０．５μｍのシリコン酸化物からなる。層７０の別の材料として、窒化シリコン及びスピンオンガラス（ＳＯＧ）が挙げられる。
【００６１】
保護層７０は、通常構造体の上部に所望の保護材料のブランケット層を被着するスパッタリングによって形成する。このブランケット保護層は、化学蒸着によって形成することもできる。適切なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、ブランケット保護層の所望の部分を適切なエッチング剤で除去し、層７０を生成する。或いは、層７０を、シャドウマスクを用いる被着技術によって形成することができる。
【００６２】
図２Ｆに示すように、電子集束システムのための非導電性のベース電子集束構造７２を部分的に完成した電界エミッタの上に形成する。ベース電子集束構造７２は、図１のプロセスシーケンスの第２領域２８に相当する。図２Ｆに示す電子集束構造７２の幾つかの部分は、図面の外側において互いに結合している。
【００６３】
概ね矩形の電子集束開口部７４Ａの行及び列からなる配列は、デバイスのアクティブ領域においてベース電子集束構造７２を貫通している。ベースプレート４０の上側表面に対して垂直な向きに見た時、各制御アパーチャ４８は、対応する１つの電子集束開口部７４Ａ内で横向きに配置されている。従って、電子集束構造７２は、アクティブ領域においてワッフル形状のパターンに構成されている。行方向には、構造７２のアクティブ領域の部分が、（ａ）主制御電極４６Ａの間の空間及び（ｂ）ダミー電極４６Ｂと第１の及び最後の主制御電極４６Ａの間の空間を占める保護層７０の部分の上にある。列方向には、電子集束構造７２は、通常、制御アパーチャ４８の外側の主制御電極４６Ａの上を通っている。各エミッタ行方向電極４２Ａに対して１つある概ね矩形のダミー電子集束開口部７４Ｂの列は、アクティブ領域の列方向の各縁部において構造７２を貫通しダミー電極４６Ｂに達している。
【００６４】
デバイスの周辺領域では、ベース電子集束構造７２が、図面に示すダミー電極４６Ｂと追加の導電体４６Ｃとの間の空間に延びている保護層７２の部分の上にある。図面に示すダミー電極４６Ｂの右側縁部は、電子集束構造７２の周辺領域の部分の側壁と概ね垂直方向に位置が合っている形態で図２Ｆに示されている。或いは、構造７２は、図面に示すダミー電極４６Ｂの右側縁部の上に部分的に被さっていたり、図面に示すダミー電極４６Ｂの右側縁部から横方向に離れた位置にあっても良い。
【００６５】
１個又は複数の追加の概ね矩形の開口部７４Ｃがベース電子集束構造７２を貫通して追加の導電体４６Ｃに達している。このような追加の開口部７４Ｃがただ１つしか存在しない時、この開口部が通常は全てのエミッタ行方向電極４２Ａを横断して延在するか、或いは、エミッタ電極４２Ａが導電体４６Ｂと４６Ｃとの間の空間の下に端部を有する場合には、この開口部が全ての電極４２Ａの末端を越えて延在する。複数の追加の開口部７４Ｃがある時は、各開口部７４Ｃは、通常、（全てではなく）少なくとも２つのエミッタ電極４２Ａを横断して延在するか、電極４２Ａの端部が導電体４６Ｂと４６Ｃの間の空間の下にある時は、（全てではなく）２以上の電極４２Ａの端部を越えて延在する。
【００６６】
ベース電子集束構造７２Ａの一部が保護層７０と追加の導電体４６Ｃの間の空間において誘電体層４４Ａに達するまで延在している。電子集束構造７２は、図２Ｇの例では、追加の導電体４６Ｃの上にその左側の縁部に沿って部分的に被さっている。或いは、構造７２の外周部の側壁が、追加の導電体４６Ｃの左側縁部と概ね垂直方向に位置の合った形態や、構造７２が導電体４６Ｃから離隔した位置にある形態も可能である。
【００６７】
ベース電子集束構造７２は、通常電気的に絶縁性の材料からなる。通常の場合、電子集束構造７２は化学線材料からなり、この材料を適切な化学線に選択的に露光し、現像して露光された或いは露光されていない化学線材料を除去することによって形成される。化学線に露光することにより、露光した化学線材料はその化学的構造が変化する。この化学線材料は、通常例えばOlin OCG7020ポリイミドのようなポジ型の光重合可能なポリイミドである。電子集束構造７２は、通常絶縁性層４４Ａより４５−５０μｍ高い位置まで延びている。
【００６８】
様々な技術を用いて、ベース電子集束構造７２を形成することができる。電子集束構造７２を形成するための典型的なプロセスシーケンスでは、ポジ型の光重合可能なポリイミドのブランケット層を部分的に完成した電界エミッタの上に被着する。ポリイミドをスピニングして、比較的平坦な上側ポリイミド表面を作り出す。次に平坦化したポリイミドをベーキングする。電界エミッタの上に配置され、放射線の当たる領域が構造７２の所望の位置となるようにする適切なフォトマスクを用いて、ポリイミドを前方からの化学線、一般的にはＵＶ光に露光する。この前方化学線は構造体の上に当たり、露光されたポリイミドを重合（橋かけ結合）させる。露光されていないポリイミドは適切な現像液で除去する。残った（即ち露光された）ポリイミドを、非反応性の雰囲気において高温で硬化させ、構造７２を形成する。
【００６９】
このポリイミドが、Olin OCG7020ポリイミドである場合は、通常、現像前ベーキング処理（pre-development baking step）を約９５℃で２０分間行う。現像液はOlin QZ3501現像液である。現像後硬化処理（post-development cure）は、通常、窒素中で３５０℃で２時間かけて行い、次に１０^-5トル（torr）以下の真空状態で４２５℃で１時間かけて行う。
【００７０】
或いは、ベース電子集束構造７２を、米国特許第５，６４９，８４７号又は第５，６５０，６９０号に記載の後方／前方化学線露光法によって形成することもできる。或いは、構造７２を、１９９８年５月２７日出願のSpindt他による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／０９９０７に記載の後方／前方化学線照射法によって形成することができる。後者の場合には、非絶縁性領域４２のエミッタ電極４２Ａが、通常、ベースプレート４０の上側表面に対して垂直な向きから見た時に梯子状の形態になる。構造７２の形成方法とは無関係に、保護層７０は、構造７２を形成する際に用いられる材料が過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃに入り込んで電子放出素子５６Ａを汚染したり、破損させることを防止する。
【００７１】
ベース電子集束構造７２をエッチング用のシールドとして用いて、保護層７０の遮蔽されていない部分を、概ね等方性の成分を有するエッチング剤で除去する。図２Ｇを参照されたい。エッチング剤は、電子集束構造７２にアンダーカットを形成して、（ａ）ギャップ７６Ａの行及び列からなる二次元配列、及び（ｂ）アクティブ領域の各列方向の縁部に位置するダミーギャップ７６Ｂの列が形成される。各ギャップ７６Ａは、電子集束開口部７４Ａの異なる１個の底部の周りに環状に延在する。同様に、各ダミーギャップ７６Ｂは、ダミー電子集束開口部７４Ｂの異なる１つの底部の周りに環状に延在する。各ギャップ７６Ａは、図１のプロセスシーケンスにおけるギャップ３０に相当する。或いは、図示されているダミー電極４６Ｂに沿った各ダミーギャップ７６Ｂ（例えば図示されている１つのダミーギャップ）はギャップ３０に対応し得る。
【００７２】
ギャップ７４Ａ及び７４Ｂを形成するために用いられるエッチング剤は、通常液体の化学エッチング剤である。保護層７０がシリコン酸化物からなる時、エッチング剤は、通常、５０重量％の酢酸、３０重量％の水、及び２０重量％のフッ化アンモニウムからなる。エッチングは、通常、２０℃で３分間かけて行われる。或いは、概ね等方性の成分を有するプラズマエッチング剤を用いることもできる。
【００７３】
保護層７０の残りの部分は、図２Ｇにおいて要素７０Ａとして示されている。図２Ｇに示す保護層７０Ａの残りの部分は、図面の外側の部分で互いに連結している。残りの保護層７０Ａは、ベース電子集束構造７２の下に位置し、有効な電子集束システムの一部を形成している。
【００７４】
電気的に非絶縁性の電子集束コーティング材料を構造体の上に物理的に蒸着し、（ａ）連続的な電子集束コーティングセグメント７８Ａ、（ｂ）追加的コーティングセグメント７８Ａの行及び列からなる二次元配列、及び（ｃ）アクティブ領域の列方向の各縁部に位置する追加的ダミーコーティングセグメント７８Ｃの列を形成する。図２Ｈを参照されたい。図１のプロセスシーケンスにおける第２のコーティングセグメント３２Ｂに相当する電子集束コーティングセグメント７８Ａは、ベース電子集束構造７２の上にあり、その側壁が下方向に開口部７４Ａ−７４Ｃの中に延びている。電子集束コーティング７８Ａは、各追加の開口部７４Ｃの底部において追加の導電体４６Ｃの概ね全体に接触している。図２Ｈに示す電子集束コーティング７８Ａの部分は、図面の外側で互いに連結している。
【００７５】
追加的コーティングセグメント７８Ｂのそれぞれは、対応する電子集束開口部７４Ａにおける過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの１つの上に乗っており、その電子集束開口部７４Ａにおけるゲート部分５０Ｂのカバーされていない部分、及び主制御電極４６Ａの上に延在している。各電子集束開口部７４Ａにおけるギャップ７６Ａの部分は、その開口部７４Ａにおいてコーティングセグメント７８Ａと７８Ｂを分離している。追加的ダミーコーティングセグメント７８Ｃのそれぞれは、ダミー電子集束開口部７４Ｂの１つにおいてダミー電極４６Ｂの上に位置している。各ダミー開口部７４Ｂにおけるギャップ７６Ｂの部分は、その開口部７４Ｂにおいてコーティングセグメント７８Ａと７８Ｃとを分離している。各コーティングセグメント７８Ｂは、図１のプロセスシーケンスにおける第１コーティングセグメント３２Ａに相当する。或いは、各ダミーコーティングセグメント７８Ｃが、第１コーティングセグメント３２Ａに対応し得る。
【００７６】
電気的に非絶縁性のコーティングセグメント７８Ａ−７８Ｃは、通常、導電性材料、典型的にはニッケルのような金属からなる。応用例によっては、コーティングセグメント７８Ａ−７８Ｃを、電気的に抵抗性の材料で形成することができる。何れの場合でも、電子集束コーティングセグメント７８Ａの抵抗率は、通常ベース電子集束構造７２の抵抗率より非常に小さいものである。また、コーティングセグメント７８Ａ−７８Ｃの厚みは、通常は、残りの保護層７０Ａの厚みより薄い。保護層７０Ａの厚みが０．５μｍである時、コーティングセグメント７８Ａ−７８Ｃの厚みは典型的には０．１μｍである。
【００７７】
図４Ａ及び図４Ｂは、コーティングセグメント７８Ａ−７８Ｃの被着がどのように行われるかの一例を定性的に示した図である。図４Ａは、被着の開始に近い時点での状態を示す。図４Ａの要素７８Ｐは、処理開始時の電子集束コーティング材料の部分を示す。図４Ｂは、被着の終了時に近い時点での状態を示す。
【００７８】
図４Ａ及び図４Ｂ（集合的に「図４」と称する）に示す被着技術は、部分的に完成した電界エミッタに衝当する材料の粒子の分散角度の範囲を制限した蒸着法の概要を表しているが、同じように粒子の分散範囲を制限したスパッタリングもこの図は表し得る。図４の要素８０は、コーティング材料源を模式的に表している。要素８２は、コーティング材料が部分的に完成した電界エミッタに衝当する際に通過するアパーチャを有する、所望に応じて設けられるプレートを表している。
【００７９】
被着処理中に、通常、複合被着材料源８０／８２と部分的に完成した電界エミッタの相対的位置を、ベースプレート４０の上側表面に平行な平面において平行移動させる。蒸着の際によく行われるように、被着処理を被着材料の分散角度を制限する形で行う場合、通常、被着材料源８０／８２と電界エミッタの相対的位置を、ベースプレート４０の上側表面に概ね垂直な軸の周りに互いに回転運動させる。通常は、電界エミッタを回転させ、被着材料源８０／８２は静止させておく。しかし、被着材料源８０／８２を回転させて、電界エミッタを固定しておくこともできる。また、被着材料源８０／８２と電界エミッタの両方を回転させることもできる。
【００８０】
コーティング材料は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、主入射角θで見通し線の範囲に分散する形で電界エミッタに衝当する。衝当するコーティング材料は、主被着軸線を形成する中心軸８４を有する。ベースプレート４０の上側表面に平行な平面に対する主被着軸線８４から測定すると、主入射角θは２０−９０°であり、典型的にはスパッタリングの場合は９０°、蒸着の場合は６０°である。衝当するコーティング材料の分散角度の範囲を制限するように被着を調節すると、コーティング材料の粒子は主被着軸線８４から測定した半角αで特性化される概ね円錐形の形で電界エミッタに衝当する。この半角αは５−４５°で、典型的には２０°である。
【００８１】
前述のように電子集束コーティング材料を被着することにより、ギャップ７６Ａ及び７６Ｂの位置にある電界エミッタの上側表面の部分は、コーティング材料の衝当から遮蔽される。コーティング材料は、通常の場合、電界エミッタの上側表面に被着した後僅かに移動する。しかしギャップ７６Ａ及び７６Ｂが存在することにより、電子集束コーティングセグメント７８Ａがコーティングセグメント７８Ｂ及び７８Ｃにつながることが防止される。従って、電子集束コーティング７８Ａは、コーティングセグメント７８Ｂ及び７８Ｃの全てから離隔されることになる。
【００８２】
過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃ及びコーティングセグメント７８Ｂの少なくとも上にある部分を除去する。各コーティングセグメント７８Ｂは完全に除去し得る。その場合、通常は各コーティングセグメント７８Ｃもその全体が除去される。図２Ｉ及び図３Ｂは、コーティングセグメント７８Ｂ及び７８Ｃが完全に除去された場合の構造を示している。
【００８３】
過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃ及びコーティングセグメント７８Ｂの少なくとも上にある部分の除去は、様々な方法で行うことができる。コーティングセグメント７８Ｂは、通常の場合、適切な電解漕に部分的に完成した電界エミッタを浸漬させることによって電気化学的に除去する。この電気化学的除去処理は、コーティングセグメント７８Ｂを、電子集束コーティングセグメント７８Ａ及び電子放出コーン５６Ａに対して正の電位となるように配置する方式で行う。この結果、電子集束コーティング７８Ａが溶解せず、またコーン５６Ａが溶解したり、或いは損傷を受けることなく、コーティングセグメント７８は電解漕に溶解することになる。コーティングセグメント７８Ｃは、セグメント７８Ｂに印加したのと同じ電位をセグメント７８Ｃに印加することにより同時に除去する。その後、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを、通常、１９９８年６月２９日出願のKnall他による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２８０１に記載の技術によって電気化学的に除去する。
【００８４】
コーティングセグメント７８Ｂに電解液が浸透可能である場合は、セグメント７８Ｂの上にある部分を除去するための別の操作を行う必要なく、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを電気化学的に除去することができる。詳述すると、電解液がコーティングセグメント７８Ｂを通して侵入するときは、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃは、通常の場合、同様に上に引用したKnall他による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２８０１に記載のような技術によって電気化学的に除去する。過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの除去の際、上にあるセグメント７８Ｂの部分が剥がされ、電解漕に流れ出る。セグメント７８Ｂの剥がれた部分を電界エミッタの近傍から除去するのを助けるために電解漕をかき混ぜる、即ち攪拌することができる。この除去技術では、除去処理の終了時にコーティングセグメント７８Ｃ及び主制御電極４６Ａの上にあるコーティングセグメント７８の部分が残り、通常の場合は完成した電界エミッタにも残る。
【００８５】
別の形態として、リフトオフエッチング剤がセグメント７８Ｂに浸透可能な場合、リフトオフ技術によって、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃ及びコーティングセグメント７８Ｂの少なくとも上にある部分を除去することができる。この場合、リフトオフ層は、図２Ｂに示す段階でゲート層５０Ａの上に設けられる。リフトオフ層は、通常、ベースプレート４０の上側表面に対して比較的小さい角度、典型的には３０°程度の角度で適切なリフトオフ材料を蒸着することにより形成する。次にこのリフトオフ材料を、過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの場合と概ね同じ方法でパターン形成する。
【００８６】
図２Ｈに示す段階では、各過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃとその下のゲート部分５６Ｂの間にリフトオフ材料の島状部が存在する。このリフトオフ状の島状部を取り除くために適切なエッチング剤を使用する。これによって過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃがリフトオフ、即ち除去され、エッチング剤に流れ出る。この島状部５６Ｃに、そのリフトオフに使用されるエッチング剤が浸透可能である場合、この浸透性を利用して、リフトオフエッチング剤を島状部５６Ｃに垂直方向に侵入させ、速やかに下にあるリフトオフ島状部の上側表面全体に作用させることができる。これにより、比較的短時間でリフトオフ処理が行われることになる。同様に、コーティングセグメント７８及び主制御電極４６Ａの上に位置するセグメント７８Ｂの部分は除去処理後も残る。
【００８７】
電子集束コーティング７８Ａ、ベース電子集束構造７２、及び保護層７０Ａ（全て構造７２の下に位置する）は、電子集束システムを形成する。外部の電子集束制御のための電位を、追加の導電体４６Ｃに直接印可するか、或いは導電体４６Ｃに接続された中間導電体（図示せず）を介して印可する。導電体４６Ｃと電子集束コーティング７８Ａとの間のオーミック接続のため、デバイスの作動時に電子放出コーン５６Ａから放出される電子の集束を制御するための電子集束制御電位がコーティング７８Ａに印可される。
【００８８】
フラットパネル型ＣＲＴディスプレイは、通常、カラーディスプレイであり、各画素が、１つは赤、１つは緑、１つは青の三種の小画素からなる。一般に、各画素はベースプレート４０の上側表面に垂直な方向から見たとき正方形の形状であり、三種の小画素は、行方向に隣合わせに長方形の形に並べられており、この長方形の長軸は列方向を向いている。この小画素のレイアウトでは、電子の集束制御は、通常列方向よりも行方向についてより重要性が増す。
【００８９】
各制御アパーチャ４８の電子放出素子５６Ａの組は、一個の小画素に電子を供給する。各複合制御電極４６Ａ／５０Ｂの制御アパーチャ４８は、その電極４６Ａ／５０Ｂ上の行方向の中央に配置されている。電子集束システム７０Ａ／７２／７８Ａの縁部を、図２Ｉ及び図３Ｂに示すように、複合制御電極４６Ａ／５０Ｂの長手方向の縁部と垂直方向に概ね位置を合わせる形で配置することにより、優れた行方向の電子集束制御が達成される。
【００９０】
図５Ａ−図５Ｄ（集合的に「図５」）は、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイのゲート制御式電界エミッタを形成するための、図２のプロセスを改変したプロセスを示す。図５の改変プロセスでは、本発明に基づき、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上にある他の領域の上に電子集束コーティング材料が堆積するように電子集束コーティングセグメントを配置することにより、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上側表面上に電子集束コーティング材料を直接被着することを避けている。図５のプロセスは、図２のプロセスと図２Ｅの段階までは同様である。
【００９１】
図５のプロセスにおけるベース電子集束構造７２は、図２のプロセスに関連して前に説明した前方露光技術を一点だけ変更してポジ型の光パターン形成可能なポリイミドから形成する。電子集束構造７２の所望の位置に放射線透過領域を設けることに加えて、部分的に完成した電界エミッタの上にあるフォトマスクは、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上にある保護層７０の部分の概ね上に位置する追加の放射線透過領域の二次元配列を有する。これらの追加の放射線透過領域の下にあるポリイミドの部分７２Ａは、前方化学線照射を受けて重合する。
【００９２】
図５Ａは、ブランケットポリイミド層を現像して露光されていないポリイミドを除去し、残った（露光された）ポリイミドに対して現像後硬化処理を施した後の構造を示す。各ポリイミド部分７２Ａは、対応する過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上の保護層７０の上に位置する電気的に絶縁性の島状部である。絶縁性の島状部７２Ａは、下にある過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの垂直方向にみて概ね中央にある。各絶縁性島状部７２Ａは、行方向及び列方向の両方について下にある過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃより小さいか、僅かに大きい寸法であり得る。図５Ａは、各絶縁性島状部７２Ａの行方向の寸法が、下にある過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃより僅かに大きい寸法である形態を示している。
【００９３】
絶縁性島状部７２Ａは、ベース電子集束構造７２よりかなり高い位置まで延びている。詳述すると、電子集束構造７２及び絶縁性島状部７２Ａは、ポリイミドの現像後硬化処理の際に収縮する。構造７２及び島状部７２Ａの容積の収縮度のパーセンテージは概ね同程度である。しかし、電子集束構造７２は、横方向には各絶縁性島状部７２Ａよりかなり大きい収縮度で収縮する。構造７２の横方向の収縮度が高いことは、各島状部７２Ａの横方向の収縮に対する、その横方向の収縮を制限するように作用する。構造７２及び複数の島状部７２Ａが、同程度のパーセンテージの容積収縮度に達しようとするため、構造７２は、各島状部７２Ａより垂直方向により大きく収縮することになる。
【００９４】
より具体的に言えば、図５Ａに示すベース電子集束構造７２の部分は、絶縁性島状部７２Ａより列方向の寸法が非常に大きい列方向の帯状体である。このため、図面に示す電子集束構造７２の部分の列方向の収縮が、島状部７２Ａの列方向の収縮に対して大きく押さえられることになる。この結果、図面に示す構造７２の部分は、島状部７２Ａと比較して行方向及び垂直方向により大きいパーセンテージで収縮することになる。同様に、行方向に延びる構造７２の帯状体は、島状部７２Ａより非常に大きい行方向の寸法を有する。従って、この構造７２の行方向に延びる帯状体は、行方向の収縮についてはかなり押さえられ、島状部７２Ａと比較して列方向及び垂直方向により大きいパーセンテージで収縮することになる。この収縮の差の正味の結果として、絶縁性島状部７２Ａが、電子集束構造７２よりかなり高い位置まで延びた形となる。これは、図５Ａに定性的に示されている。
【００９５】
ベース電子集束構造７２と絶縁性島状部７２Ａの組合せをエッチング用のシールドとして用いて、概ね等方性の成分を有するエッチング剤で保護層７０のシールドされていない部分を除去する。図５Ｂに示すように、ギャップ７６Ａ及び７６Ｂにより電子集束構造７２に同様にアンダーカットを形成する。加えて、このエッチング剤は、絶縁性島状部７２Ａにもアンダーカットを形成し、各絶縁性島状部７２Ａの下の別のギャップ７６Ｃの行及び列からなる二次元配列が形成される。各絶縁性島状部７２Ａが下にある過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃより行方向又は列方向の寸法が大きい場合は、各ギャップ７６Ｃが、それによって対応する絶縁性島状部７２Ａが対応する過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの上に重なる空間を有する。
【００９６】
絶縁性島状部７２Ａの下の保護層７０の残りの部分は、保護層の島状部７２Ｂの行及び列の二次元配列からなる。各保護層島状部７２Ｂは、垂直方向にみて、上にある絶縁性島状部７２Ａと下にある過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃに概ねその中心を置いている。
【００９７】
過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃが上にある保護層島状部７０Ｂより行方向又は列方向の寸法が大きい場合には、通常、保護層島状部７０Ｂを越えて横方向に延在する過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの材料を除去するために更にエッチングを行う。これによってギャップ７６Ｃは、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの材料が除去された部分の空間を有する形で拡大されることになる。図５Ｂの要素５６Ｄは、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの残りの部分を表す。この更なるエッチング処理は、残った過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄが保護層島状部７２Ｂに僅かにアンダーカットするように十分に長い時間をかけて行うのが普通である。この更なるエッチングの際に保護層島状部７０Ｂと絶縁性島状部７２Ａの組合せがエッチング用のシールドとしての役目を果たす。またエッチング剤は概ね等方性の成分を有する。
【００９８】
電気的に非絶縁性の電子集束コーティング材料を、上述したように見通し線の範囲で構造体の上部に堆積させる。図５Ｃを参照されたい。電子集束コーティングセグメント７８Ａが、前述のものと同様にベース電子集束構造７２の上側及び側部表面上に堆積し、各追加の開口部７４Ｃにおける追加の導電体４６Ｃに達するまで延在している。追加的コーティングセグメント７８Ｃも同様にダミー電子集束開口部７４Ｂにおけるダミー電極４６Ｂの上に堆積している。
【００９９】
加えて、追加的コーティングセグメント７８Ｄは絶縁性島状部７２Ａの上側及び側部表面上に堆積する。対応する追加的コーティングセグメント７８Ｅは、隣接するゲート部分５０Ｂのカバーされていない部分及び主制御電極４６Ａの上に堆積する。各ギャップ７６Ｃの一部は、上にあるコーティングセグメント７８Ｄを下にあるコーティングセグメント７８Ｅから分離している。コーティングセグメント７８Ａ及び７８Ｃ−７８Ｅは全て、互いに離隔されている。
【０１００】
ここで、コーティングセグメント７８Ｄ、絶縁性島状部７２Ａ、保護層島状部７０Ｂ、及び過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを除去する。図５Ｄは、除去後の構造を示す図である。コーティングセグメント７８Ｃは、通常この除去工程の後も残る。保護層７０Ａは、ベース電子集束構造７２の下にあり、構造７２及び電子集束コーティング７８Ａと共に電子集束システムの有効な一部分を形成する。
【０１０１】
領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄの除去は、様々な方式で行うことができる。各絶縁性島状部７２Ａ及び隣接するコーティングセグメント７８Ｄによって形成された島状部の上部は、電子集束システム７０Ａ／７０／７８Ａの上に延在していることから、機械的な力を島状部上部７２Ａ及び７８Ｄに加えることによって、島状部を部分的に完成した電界エミッタから分離することができる。例えば、気体又は液体のジェットを島状部の上部７２Ａ／７８Ｄに当てて、島状部を電界エミッタから分離することができる。この場合には、電界放出構造の特性を、電子集束システム７０Ａ／７２／７８が島状部の上部７２Ａ／７８Ｄより非常に大きい横方向の剪断応力に耐え得るように選択する。流体のジェットにより加えられる力を適切に調節することにより、電子集束システム７０Ａ／７２／７８Ａはその場所に残り、島状部上部７２Ａ／７８Ｄが除去される時に損傷を受けずに済む。或いは、適切な接着特性を有するテープを構造体の上部に置いて、島状部上部７２Ａ／７８Ｄに接着させることができる。次にこの接着性テープを電界エミッタから剥がして、島状部上部７２Ａ／７８Ｄを取り除く。
【０１０２】
島状部上部７２Ａ／７８Ｄとその下の材料との分離は、島状部上部７２Ａ／７８Ｄの下の様々な位置で起こり得る。島状部上部７２Ａ／７８Ｄが機械的に加えられる力によって除去される場合、領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄで形成された複合体の島状部の構造内の最も弱い領域が、島状部５６Ｄとその下のゲート部分５０Ｂの間の境界に沿った位置となるように電界エミッタの特性を選択することができる。次に島状部上部７２Ａ／７８Ｄに機械的な力を加えることにより、コーティングセグメント７８Ｄ、絶縁性島状部７２Ａ、保護層島状部７０Ｂ、及び過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄの組合せのそれぞれを、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄとその下のゲート部分５６Ｂの間の境界面に沿って分離し、部分的に完成した構造体から除去する。
【０１０３】
或いは、領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄで形成された島状部を、ゲート部分５６Ｂの上であるが、絶縁性島状部７２Ａの下の位置において電界エミッタから分離することができる。この場合には、保護層島状部７０Ｂの残った部分を適切なエッチング剤で除去することができる。過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄの残った部分は、全て、前に引用したKnall他の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２８０１に開示されたもののような技術によって電気化学的に除去する。
【０１０４】
更に別の方法では、領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄの除去を、適切な液体化学エッチング剤で保護層島状部７０Ｂを除去することから始める。これによって、島状部上部７２Ａ／７８Ｄが剥がされて、エッチング剤に流れ出る。過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄは、前段落に記載したように電気化学的に除去する。
【０１０５】
更に別の方法として、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを、その上にある何れの過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄの材料を先に除去することがないようにその側部からエッチングすることによって、電気化学的に除去することができる。領域７８Ｄ、７２Ａ、及び７０Ｂは、島状部５６Ｄがエッチングで除去された時に取り除かれる。
【０１０６】
図６Ａ及び図６Ｂ（集合的に「図６」）は、領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄの除去を容易にするためにゲート層５０Ｂの上に分離層を設けることを特徴とする図５のプロセスの改変プロセスを示す。図６のプロセスは、図２及び図５のプロセスと図２Ｂの段階までは同様である。次の段階で、図６Ａに示すように、ゲート層５０Ａの上に分離層９０を形成する。前述のリフトオフ層と同様に、分離層９０は、構造体の上部に典型的にはベースプレート４０の上側表面に対して３０°程度の比較的小さい角度で適切な分離層材料を蒸着することによって形成する。分離層開口部９２は、それぞれゲート開口部５２の上の位置において分離層９０を貫通している。
【０１０７】
その後のプロセシング処理は、図５Ｃに示す段階まで上述の図２及び図５のプロセスと同様に行うが、分離層９０のパターン形成は、過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの場合と概ね同様に行う。図６Ｂは、この段階での構造体を示す。図６Ｂの要素９０Ａは、各電子集束開口部７４Ａにおける分離層９０のパターン形成された部分を指す。
【０１０８】
次に図６Ｂの構造から、コーティングセグメント７８Ｄ、絶縁性島状部７２Ａ、保護層島状部７０Ｂ、及び過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを除去する。この除去は様々な方法で行うことができ、図５Ｄの構造が形成される。
【０１０９】
分離層部分９０Ａは、その上にある領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄの相互の接着状態と比較して弱くゲート部分５０Ｄに接着するように選択することができる。前述の場合と同様に島状部上部７２Ａ／７８Ｄに機械的な力を加えると、領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄが分離層部分９０Ａに沿って電界エミッタから分離する。必要ならば、分離層部分９０Ａの残った材料は適切なエッチング剤で除去することができる。
【０１１０】
或いは、分離層部分９０Ａを適切なエッチング剤で除去することができる。分離層部分９０Ａの除去は、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを、エッチング剤が過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄに侵入して下にある部分９０Ａの材料に作用するような形に配置することによって早めることができる。領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄは、分離層部分９０Ａを除去する時に取り除かれる。
【０１１１】
領域７８Ｄ、７２Ａ、７０Ｂ、及び５６Ｄの除去は、適切な液体の化学エッチング剤で保護層島状部７０Ｂを除去することから始めることもできる。これによって島状部上部７２Ａ／７８Ｄが除去されて、エッチング剤中に流れ出る。次に分離層部分９０Ａを除去して過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを取り除く。
【０１１２】
図２のプロセスと図１のプロセスシーケンスの間の類似性は、図１のプロセスシーケンスと図５及び図６の改変プロセスの関係にも引き継がれている。即ち、図５のプロセスにおける各主制御電極４６Ａ（又は各複合制御電極４６Ａ／５０Ｂ）、追加の導電体４６Ｃ、保護層７０、ベース電子集束構造７２、各ギャップ７６Ａ、各コーティングセグメント７８Ｂ、及び電子集束コーティング７８Ａは、それぞれ図１のプロセスシーケンスの第１の要素２２、第２の要素２４、第１領域２６、第２領域２８、ギャップ３０、第１コーティングセグメント３２Ａ、及び第２コーティングセグメント３２Ｂに相当する。同じことが図１のプロセスシーケンスと図６のプロセスとの関係についても当てはまる。
【０１１３】
図５及び図６の改変プロセスにおいて追加のアンダーカットが形成されるため、図５又は図６の改変プロセスと図１のプロセスシーケンスとの間に別の類似性が存在する。例えば、図５の改変プロセスにおける各主制御電極４６Ａ（又は各複合制御電極４６Ａ／５０Ｂ）、保護層７０、各絶縁性島状部７２Ａ、各ギャップ７６Ｃ、各コーティングセグメント７８Ｅ、及び各コーティングセグメント７８Ｄは、それぞれ図１のプロセスシーケンスの第１の要素２２、第１領域２６、第２領域２８、ギャップ３０、第１コーティングセグメント３２Ａ、及び第２コーティングセグメント３２Ｂに相当する。同じ事が、図１のプロセスシーケンスと図６の改変プロセスとの関係についても当てはまる。各過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃは、保護層７０と結合して、第１領域２６の一部分に相当するものと見なすことができる。或いは、各過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを隣接する主制御電極４６Ａ（又は隣接する複合制御電極４６Ａ／５０Ｂ）と結合して、第１の要素２２の一部分に対応するものとすることができる。
【０１１４】
図７Ａ−図７Ｇ（集合的に「図７」）は、本発明によるフラットパネル型ＣＲＴディスプレイのゲート制御式電界エミッタの別の製造プロセスを示す。図１のプロセスシーケンスにおいて用いたコーティング層のセグメント化の原理は、図７のプロセスにおいて、電子集束システムの電子集束コーティングの形成に適用されている。上述のように、図１のプロセスシーケンスの第１領域２６は、（図２、図５、及び図６のプロセスにおける場合のように）電気的に非絶縁性の材料を用いるのではなく、導電性材料で実現することができる。この改変は、図７のプロセスにおいて第１領域２６に相当する領域についてなされる。
【０１１５】
図７のプロセスは、図２のプロセスと図２Ａに示す段階まで同様である。ゲート開口部５２はゲート層５０を貫通する形で形成される。図７Ａを参照されたい。適切なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、ゲート層５０の残った部分をパターン形成して、ゲート部分５０Ｃを形成する。１又は複数のゲート部分５０Ｃは、各主制御電極４６Ａの上にあり、その電極４６Ａの位置の制御アパーチャ４８の中に延在している。ゲート部分５０Ｃを形成した後、構造体の上部に誘電体層１００を堆積させる。
【０１１６】
別のフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、誘電体層１００を貫通する、制御アパーチャ４８と同心であるが僅かに大きい概ね矩形の開口部１０２をエッチングにより形成する。図７Ｂを参照されたい。追加の導電体４６Ｃの上にある誘電体層１００の部分もエッチングの際に除去される。図７Ｂの要素１００Ａは、誘電体層１００のパターン形成された残った部分を表す。パターン形成された誘電体層１００Ａ又は／及び下にある主制御電極４６Ａは、図１のプロセスにおける第１の要素２２に対応する。次に誘電体層４４を貫通する誘電体開口部５４をエッチングにより形成する。要素４４Ａは、誘電体層４４の残りの部分を表す。
【０１１７】
分離層１０４を構造体の上部に堆積させる。分離層１０４は、図６のプロセスの分離層９０について説明したのと同様に形成する。分離層開口部１０６は、ゲート開口部５２の上の位置において分離層１０４を貫通している。
【０１１８】
円錐形の電子放出素子１０８Ａを、図２のプロセスで説明したのと同様に電気的に非絶縁性のエミッタコーン材料を蒸着することにより、複合開口部５２／５４に形成する。図７Ｃを参照されたい。エミッタコーン材料のブランケット過剰層が構造体の上部に同時に堆積する。
【０１１９】
フォトレジストマスク（図示せず）を用いて、過剰なエミッタ材料の層をパターン形成し、各誘電体開口部１０２の上にある概ね矩形の過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｂの行及び列からなる二次元配列を形成する。各過剰なエミッタ材料の島状部１０８は、図１のプロセスにおける第１領域２６に相当するが、通常、誘電体層１００Ａより僅かに高い位置まで延びている。また、ダミー過剰エミッタ材料島状部１０８Ｃの列を、アクティブ領域の各列方向の縁部にあるダミー電極４６Ｂの上に形成することができる。分離層１０４を過剰なエミッタ材料の層と概ね同じようにパターン形成する。図７Ｃの要素１０４Ａ及び１０４Ｂは、分離層１０４の残った部分を表す。
【０１２０】
電子集束システムの非導電性ベース電子集束構造１１２Ａを、図７Ｂに示すように部分的に完成した電界エミッタの上に形成する。ベースプレート４０の上側表面に対して垂直な向きから見ると、ベース電子集束構造１１２Ａは通常の場合ベース電子集束構造７２と同じ形状を有しており、アクティブ領域において概ねワッフル形状のパターンを形成している。電子集束開口部１１４Ａ、ダミー電子集束開口部１１４Ｂ、及び１又は２以上の追加の開口部１１４Ｃはそれぞれ、電子集束開口部７４Ａ、ダミー電子集束開口部７４Ｂ、及び１又は複数の追加の開口部７４Ｃに対応し、ベース電子集束構造１１２Ａを貫通している。開口部１１４Ａ−１１４Ｃは概ね矩形の形状を有している。
【０１２１】
ベース電子集束構造１１２Ａの形成プロセスでは、概ね矩形の非導電性島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃのそれぞれを、過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｂ及び１０８Ｃの上に形成する。各非導電性島状部１１２Ｂ又は１１２Ｃは、ベースプレートの上側表面に対して垂直な向きから見た時、下にある過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｂ又は１０８Ｃと概ね同心であるが僅かに小さい大きさである。各非導電性島状部１１２Ｂは、図１のプロセスの第２領域２８に相当する。
【０１２２】
ベース電子集束構造１１２Ａ及び非導電性島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃは、通常、図５又は図６の改変プロセスにおいてベース電子集束構造７２及び絶縁性島状部７２Ａを形成した場合と同様に、ポジ型の光パターン形成可能なポリイミドから形成した電気的に絶縁性の材料からなる。パターン形成していないポリイミド層の上側表面は比較的平坦であるが、島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃに対するベース電子集束構造１１２Ａの現像後の収縮度の差のために、島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃは、電子集束構造１１２Ａよりかなり高い位置まで延びる。
【０１２３】
絶縁性島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃをエッチング用のシールドとして用いて、概ね等方性の成分を有するエッチング剤で過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｂ及び１０８Ｃのシールドされていない部分を除去する。図７Ｅを参照されたい。このエッチング剤により絶縁性島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃにアンダーカットが形成され、ギャップ１１６Ａ及び１１６Ｂが形成される。各ギャップ１１６Ａは図１のプロセスのギャップ３０に相当し、各電子集束開口部１１４の底部の周りに環状に延在している。各ギャップ１１６Ｂは、各ダミー電子集束開口部１１４Ｂの底部の周りに環状に延在している。過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｂ及び１０８Ｃの残った部分は、図７Ｅにおいてそれぞれ要素１０８Ｄ及び１０８Ｅとして示されている。
【０１２４】
電気的に非絶縁性の電子集束コーティングを構造体の上部に物理的に被着して、（ａ）連続的な電子集束コーティングセグメント１１８Ａ、（ｂ）追加的コーティングセグメント１１８Ｂの行及び列の二次元配列、及び（ｃ）アクティブ領域の各列方向の縁部の近傍にある追加的コーティングセグメント１１８Ｃの列を形成する。図７Ｆを参照されたい。電子集束コーティングセグメント１１８Ａは図１のプロセスシーケンスの第１コーティングセグメント３２Ａに相当し、ベース電子集束構造１１２Ａの上部及び側部の上にあり、追加の導電体４６Ｃに接触している。電子集束コーティング１１８Ａは、誘電体層１００Ａの露出された部分の上にも延在している。
【０１２５】
各追加的コーティングセグメント１１８Ｂは、図１のプロセスシーケンスの第２コーティングセグメント３２Ｂに相当し、各絶縁性島状部１１２Ｂの上部及び側部表面上にある。各電子集束開口部１１４Ａにおけるギャップ１１６Ａの一部が、その開口部１１４Ａにおいてコーティングセグメント１１８Ａ及び１１８Ｂを分離している。各追加的コーティングセグメント１１８Ｃは、各絶縁性島状部１１２Ｃの上部及び側部表面の上にある。各ダミー電子集束開口部１１４Ｂにおけるギャップ１１６Ｂの一部は、その開口部１１４Ｂにおいてコーティングセグメント１１８Ａ及び１１８Ｃを分離している。従って、コーティングセグメント１１８Ａ−１１８Ｃは、その全てが互いに離隔されている。
【０１２６】
コーティングセグメント１１８Ｂ及び１１８Ｃ、絶縁性島状部１１２Ｂ及び１１２Ｃ、過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｄ及び１０８Ｅ、及び分離層部分１０４Ａ及び１０４Ｂを除去して、図７Ｇに示す構造を形成する。領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０４Ａ、及び１０４Ｂの除去は様々な方法で行うことができる。対をなす領域１０８Ｂ及び１１２Ｂ、及び対をなす領域１１８Ｃ及び１１２Ｃによって形成される島状部の上部が、電子集束システムの対をなす領域１１８Ａ及び１１２Ａの上に延在していることから、対をなす領域１１８Ｂ及び１１２Ｂ、及び対をなす領域１１８Ｃ及び１１２Ｃに機械的力を加えることによって、分離層部分１０４Ａ及び１０４Ｂに沿って領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１０８Ｄ、及び１０８Ｅを切り離すことができる。図２のプロセスと同様に、機械的な力は、流体のジェット又は接着性テープを用いることによって加えることができる。分離層部分１０４Ａ及び１０４Ｂの残った部分は、適切なエッチング剤で除去することができる。
【０１２７】
或いは、領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０４Ａ、及び１０４Ｂの除去を、適切なエッチング剤で分離層部分１０４Ａ及び１０４Ｂを除去することによって開始することができる。次に領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１０８Ｄ、及び１０８Ｅを取り除き、それらはエッチング剤中に流れ出る。領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０４Ａ、及び１０４Ｂを除去するのに用いられる技術が何れであっても、部分１０４Ａ及び１０４Ｂの除去の際に、通常は、分離層部分１０４Ａ及び１０４Ｂの上にある電子集束コーティング１１８Ａの何れかの部分が切り離される。図７Ｇの要素１１８Ｄは、電子集束コーティング１１８Ａの残りの部分を表す。
【０１２８】
分離層１０４の形成を省くことができる。この場合は、過剰なエミッタ材料の島状部１０８Ｄ及び１０８Ｅを電気化学的に除去する。島状部１０８Ｄ及び１０８Ｅの除去の際に、領域１１８Ｂ、１１８Ｃ、１１２Ｂ、及び１１２Ｃが切り離され、電解槽中に流れ出る。最終的な構造は、図７Ｇに示すものと概ね同一の構造となるが、改変された電子集束コーティング１１８Ｄではなく元のままの電子集束コーティング１１８Ａが存在する点が異なっている。
【０１２９】
図７のプロセスによって形成された電界エミッタでは、電子集束システムが、ベース電子集束構造１１２Ａ及び電子集束コーティング１１８Ｄ（又は１１８Ａ）からなるものとなる。電子集束構造１１２Ａの下にある誘電体層１００Ａは、電子集束システムの一部と見なすことができる。電子集束制御電圧を、導電体４６Ｃを介して電子集束コーティング１１８Ｄ（又は１１８Ａ）に印可し、電子放出コーン１０８Ａから放出された電子の集束を制御する。
【０１３０】
図８は、本発明により形成された、例えば図２Ｉに示すもののような面積方向電界エミッタを有するフラットパネル型ＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域の典型的な例を示す。１つの追加的コーティングセグメント７８Ｅを有するように図８の構成を改変すると、図８が、図５Ｄの電界エミッタを有するフラットパネル型ＣＲＴディスプレイのコア部分をも表し得ることになる。ここで、下側非絶縁性領域４２は、エミッタ電極４２Ａとその上の電気的に抵抗性の層４２Ｂからなる。図８には、１個の主制御電極４６Ａが示されている。
【０１３１】
典型的にはガラス製の透明で概ね平坦なフェースプレート１２０がベースプレート４０に対向して配置されている。発光燐光体領域１２２はその１つが図８に示されており、対応する制御アパーチャ４８の丁度反対側のフェースプレート１２０の内側表面上に配設されている。薄い導電性の光反射層１２４は通常アルミニウム製で、フェースプレート１２０の内部表面に沿って燐光体領域１２２の上に設けられている。電子放出素子５６Ａから放出された電子は光反射層１２４を通過して、燐光体領域１２２を発光させ、これによりフェースプレート１２０の外側表面上に目に見える像を生成する。
【０１３２】
フラットパネル型ＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域は、通常は、図８に示されていない他の構成要素も備えている。例えば、フェースプレート１２０の内側表面上に設けられるブラックマトリクスは、各燐光体領域１２２を取り囲み、その燐光体領域を他の燐光体領域から横方向に分離している。またプレート４０と１２０との間の間隔を概ね一定に維持するためにスペーサ壁が用いられる。
【０１３３】
本発明により形成された電界エミッタは、図８に示すタイプのフラットパネル型ＣＲＴディスプレイに組み込まれた場合、以下のように動作する。光反射層１２４は、電界放出カソードに対するアノードとしての役目を果たす。このアノードは複合制御電極４６Ａ／５０Ｂ及びエミッタ電極４２Ａに対して高い正の電位に維持される。
【０１３４】
（ａ）エミッタ電極４２Ａの選択された１つと、（ｂ）制御電極４６Ａ／５０Ｂの選択された１つとの間に適切な電圧を印可すると、そのように選択されたゲート部分５０Ｂが、２つの選択された電極の交差する点にある電子放出素子から電子を引き出すと共に、これによって生ずる電流の大きさを調節する。燐光体１２２は、取り出された電子が衝当すると発光する。
【０１３５】
「上」及び「上側」のような方向を表す用語は、本発明の様々な構成要素がどのように組み合せられているかを読者が容易に理解できるようにするための基準となる枠組みを設定するために、本発明の説明において使用されている。実際には、電子放出デバイスの構成要素は、ここで用いられる用語の表す方向とは異なる向きに配置されていることもある。同じ事が本発明によって行われる製造工程についても当てはまる。方向を表す用語は説明を容易にするための便宜上用いられているが、本発明は、ここで用いられた方向を示す用語によって厳密にカバーされているものとは異なる方向を有する実施形態も包含している。
【０１３６】
本発明について特定の実施例を引用して説明してきたが、この説明は、単に本発明の実施形態を例示する目的でなされたものであり、特許請求の範囲に記載の本発明の真の範囲を限定するものと解釈してはならない。例えば、本発明のアンダーカット形成技術を用いて、電子集束システム以外の機構のためのセグメント化されたコーティングを形成することもできる。過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃ、５６Ｄ、１０８Ｄ、及び１０８Ｅを除去するためにリフトオフ及び電気化学的除去以外の技術を用いることができる。
【０１３７】
電子集束コーティング材料を被着する際に、部分的に完成した電界エミッタに対して複合被着システム８０／８２を回転させる代わりに、被着システム８０／８２を２つの反対側の位置の間で切りかえることができる。この場合、被着システムの位置は、列方向に延びる垂直な平面上に主被着軸線８４がくるような位置である。コーティング材料の被着の際に相対的位置の回転を行わない場合、図４が、上記の反対側の２つの位置の一例を定性的に示していることになる。このコーティング材料の被着は、一方の被着位置から選択された時間だけ行う。その被着が（概ね）終了した後、被着システム８０／８２と電界エミッタの相対的位置を１８０°回転して、もう一方の被着位置にする。次に第２の位置から第１の位置のときとは異なる選択された時間だけ被着を行う。
【０１３８】
或いは、コーティング材料の被着を、２以上の対をなす反対側の位置から行うことができる。被着位置の対のなかの１つは前の段落で説明したものと同一のものであり得る。別の被着位置の対では、主被着軸線８４が列方向に延びる垂直平面上にあり得る。従って、被着の際に被着システム８０／８２と電界エミッタとの相対的位置を９０°回転させることにより、４つの位置が作られる。
【０１３９】
各複合制御電極４６Ａ／５０Ｂの一部ではなく概ね全てが過剰なエミッタ材料でカバーされ、制御電極４６Ａ／５０Ｂの間の領域から全ての過剰なエミッタ材料が除去されるように、ブランケット過剰エミッタ材料層５６Ｂに対してマスクを用いたエッチングを行うことができる。本発明の電気化学的除去方法を実施する時間は、電子放出コーン５６Ａを露出するための、パターン形成された過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃを貫通する開口部が形成されるが、島状部５６Ｃの全てが除去されない程度の長さの時間にすることができる。これらの２つの変更を組み合わせることによって、複合制御電極４６Ａ／５０Ｂの上に位置する残った過剰なエミッタ材料が電極４６Ａ／５０Ｂの一部としての役目を果たすようにし、その導電能力を向上させることができる。
【０１４０】
図２、図５、又は図６のプロセスにおいて島状部５６Ｃを形成するべく過剰なエミッタ材料の層５６Ｂをパターン形成する際に、マスクを用いるエッチング以外の技術を用いることができる。例えば、エミッタ材料を被着してコーン５６Ａ及び過剰なエミッタ材料の層５６Ｂを形成する前に、フォトレジストのような容易に除去できる材料の部分を、過剰なエミッタ材料の層５６Ｂの一部が島状部５６Ｃを形成する際に除去される部分の電界エミッタの領域の上に設けることができる。エミッタ材料の被着の後、この容易に除去できる材料を取り除いて、その上の層５６Ｂの部分を取り除き、島状部５６Ｃが残るようにする。図７のプロセスにおける島状部１０８Ｂ及び１０８Ｃも同様に形成することができる。
【０１４１】
エミッタコーン材料を被着して電子放出素子５６Ａ及び過剰なエミッタ材料の層５６Ｂを形成する前で、且つ典型的には誘電体開口部５４の形成の前に、ゲート層５０Ａをパターン形成してゲート部分５０Ｂを形成することができる。これによりエミッタ材料を被着する前に、各主制御電極４６Ａと隣接するゲート部分５０Ｂとの組合せが、複合制御電極４６Ａ／５０Ｂを形成することになる。
【０１４２】
ゲート層５０を被着する前に、主制御電極４６Ａを形成することができる。この場合、主制御電極４６Ａは、ゲート部分５０Ｂの下ではなく上にくることになる。また、各主制御電極４６Ａ及び隣接するゲート部分５０Ｂを、ゲート開口部はあるが制御アパーチャ４８に相当する開口部はない一層のゲート電極に置き換えることができる。
【０１４３】
図５又は図６の改変プロセスにおいて、過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｄを形成するために過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃをエッチングする工程を省くことができる。このようにエッチング工程を省くことは、各過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃが、その上の保護層島状部７０Ｂより行方向又は列方向に大きい寸法を有する場合でも可能である。このエッチング工程を実施しない場合には、電子集束コーティング材料の被着の際にこの電子集束コーティング材料の一部が、通常過剰なエミッタ材料の島状部５６Ｃの側壁の上に堆積し、コーティングセグメント７８Ｅのサイズが大きくなる。コーティングセグメント７８Ｅのこれらの部分は、島状部上部７２Ａ／７８Ｄの除去の際に破壊されるか除去される。
【０１４４】
図７のプロセスでは、誘電体層１００をパターン形成して層１００Ａを形成し開口部１０２を形成する前にゲート開口部５２を形成することができる。次に誘電体層４４を貫通する誘電体開口部５４をエッチングし、次いで分離層１０４を形成する。
【０１４５】
図２及び図５−図７のプロセスを、電子放出素子が円錐形以外の形状となるように改変することができる。一例を挙げると、エミッタ材料の被着を、エミッタ材料が誘電体開口部５４に入り込む際に通過する開口部が完全に閉じられる前に終了させることができる。この場合、電子放出素子５６Ａ又は１０８Ａは概ね円錐台形の形状となる。
【０１４６】
本発明により形成された電界エミッタは、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイ以外のフラットパネル型装置で用いることができる。このように、当業者が、特許請求の範囲に記載に本発明の範囲を逸脱することなく様々な実施形態の改変や応用対象を変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明による、互いに離隔されたセグメントを有するコーティングを形成するための一般的な技術における一工程を示す構造の断面図である。
【図１Ｂ】 本発明による、互いに離隔されたセグメントを有するコーティングを形成するための一般的な技術における一工程を示す構造の断面図である。
【図１Ｃ】 本発明による、互いに離隔されたセグメントを有するコーティングを形成するための一般的な技術における一工程を示す構造の断面図である。
【図１Ｄ】 本発明による、互いに離隔されたセグメントを有するコーティングを形成するための一般的な技術における一工程を示す構造の断面図である。
【図１Ｅ】 本発明による、互いに離隔されたセグメントを有するコーティングを形成するための一般的な技術における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ａ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｂ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図であり、図３Ａの面２ｂ−２ｂで切った断面を示す。
【図２Ｃ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｄ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｅ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｆ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｇ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｈ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図である。
【図２Ｉ】 本発明によるゲート制御式電界エミッタの製造における一工程を示す構造の断面図であり、図３Ｂの面２ｉ−２ｉで切った断面を示す。
【図３Ａ】 図２Ｂの構造の配置図である。
【図３Ｂ】 図２Ｉの構造の配置図である。
【図４Ａ】 図２Ｇの部分的に完成した電界エミッタに、電子集束コーティング材料を回転させながら一定の角度で被着する処理を示す、模式的な断面図である。
【図４Ｂ】 図２Ｇの部分的に完成した電界エミッタに、電子集束コーティング材料を回転させながら一定の角度で被着する処理を示す、模式的な断面図である。
【図５Ａ】 本発明により別の電界エミッタを形成する際に、図２Ｆの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図５Ｂ】 本発明により別の電界エミッタを形成する際に、図２Ｇの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図５Ｃ】 本発明により別の電界エミッタを形成する際に、図２Ｈの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図５Ｄ】 本発明により別の電界エミッタを形成する際に、図２Ｉの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図６Ａ】 本発明により更に別の電界エミッタを形成する際に、図２Ｂの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図６Ｂ】 本発明により更に別の電界エミッタを形成する際に、図５Ｃの工程の代わりに実施される工程を示す構造の断面図である。
【図７Ａ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｂ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｃ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｄ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｅ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｆ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図７Ｇ】 本発明により更に別のゲート制御式電界エミッタを形成する際に実施される工程の一段階を示す構造の断面図である。
【図８】 本発明により形成されたゲート制御式電界エミッタを備えたフラットパネル型ＣＲＴディスプレイの構造の断面図である。

Claims (11)

1. 制御電極が誘電体層の上にあり、複数の電子放出素子が前記制御電極及び前記誘電体層を貫通する少なくとも１個の開口部に配置され、追加の層が前記制御電極の上にある初期構造体を準備する過程と、
   前記追加の層及び前記制御電極の上に第１領域を形成する過程と、
   前記第１領域の一部分の上に第２領域を形成する過程と、
   前記第２領域の一部分の下にギャップが形成されるように前記第１領域をエッチングする過程と、
   前記ギャップに沿って離隔された、（ａ）前記追加の層及び前記制御電極の上にある第１コーティングセグメントと、（ｂ）前記第２領域の上にある第２コーティングセグメントとを有するコーティングを形成するべく、前記制御電極、前記追加の層、及び前記第２領域の上にコーティング材料を被着する過程とを含むことを特徴とする方法。
2. 前記コーティングが、電気的に非絶縁性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも何れか一方が、非導電性であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２の何れかに記載の方法。
4. 前記第２コーティングセグメントが、電子放出素子によって放出された電子を集束させるためのシステムの少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の方法。
5. 前記コーティング材料を被着する過程が、前記第２コーティングセグメントが前記制御電極から横方向に離隔された追加の導電体の上に延在するように前記第２コーティングセグメントを形成する過程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の方法。
6. 前記第２コーティングセグメントが前記電子放出素子によって放出された電子を集束させるためのシステムの少なくとも一部分を構成することを特徴とし、
   前記追加の導電体に電子集束制御電位を印加できることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記制御電極が制御アパーチャが貫通する主制御電極を有し、
   電気的に非絶縁性のゲート部分が前記制御部分内に延在しており、
   前記制御アパーチャの範囲内においてゲート部分を貫通しているゲート開口部を通して前記電子放出素子が露出されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の方法。
8. 前記コーティング材料を被着する過程が、前記コーティング材料を物理的に被着する過程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の方法。
9. 前記コーティング材料を被着する過程が、前記誘電体層の下にある下部構造体の上側表面に対して２０−９０°の主入射角でコーティング材料を被着する過程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記コーティング材料を被着する過程が、前記下部構造体及び被着材料源の相対的位置を平行移動させながら、前記被着材料源からコーティング材料を被着する過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記コーティング材料を被着する過程が、前記下部構造体と被着材料源との相対的位置を前記下部構造体の上側表面に概ね垂直な軸の周りに回転させながら、前記被着材料源からコーティング材料を被着する過程を含むことを特徴とする請求項９若しくは請求項１０の何れかに記載の方法。

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