JP3726117B2 - 平坦パネル・ディスプレイ・システムと構成部品とを製造する方法 - Google Patents
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Description
技術の分野
本発明は、一般に平坦にパネル・ディスプレイに関し、特に平坦パネル・ディスプレイ・システムと構成部品とを製造する方法に関する。
背景技術
後述する共にペンディング中で共に譲渡された米国特許出願は、関連する材料を含み、そして参照番号によって関係づけられている。
米国特許出願第07/851,701号、代理人ドケット・ナンバM0050-P01 US，名称「ダイヤモンド薄フィルム上に構成された平坦パネル・ディスプレイ」、１９９２年３月１６日出願。
米国特許出願第08/071,157号，代理人ドケット・ナンバM0050-P03 US，名称「アモルフィック・ダイヤモンド・フィルム・平坦フィールド・エミッション・カソード」、1993年６月２日出願。
フィールド、エミッタは、平坦パネル・ディスプレイや真空マイクロエレクトロニックスの如き種々の応用に有効である。フィールド・エミッション・ベースド・ディスプレイは、特に、低電力消費や高密度や一般に低コストなどの点から、他の利用可能な平坦パネル・ディスプレイに関して実質上の利点をもっている。しかしながら、現在利用できるフィールド・エミッション・ベースド・平坦パネル・ディスプレイは、製作困難なマイクロファブリケーテット金属チップに不利益な形で依存している。金属チップ製作過程の困難性とその結果の低歩留りとは、ディスプレイ・システムのコストの上に不利益な形でインパクトを与えるコスト増をまねいている。
フィールド・エミッションは、エミッション材料の表面に最も近い電界がエミッション材質の表面に存在するポテンシャル・バリヤの幅を狭める際に生じる現象である。このポテンシャル・バリヤを狭めることは、量子トンネル効果を生じることを許し、それによって、電子がポテンシャル・バリヤを横切って通り抜け、その材料から放射されることを許す。フィールド・エミッションのこの量子メカニカル現象は、エミッション材料内の熱エネルギがその材料から電子を放出するに十分な場合での熱的エミッションの古典的な現象とは区別される。
特定の材料の表面からの電子へのフィールド・エミッションを始動するに必要な電解の強さは、材料の有効“ワーク・ファンクション”に依存している。多くの材料は、正のワーク・ファンクションをもっており、フィールド・エミッションをもたらすために比較的強い電界を必要としている。セシュームやタンタリューム・ナイトライドやトリクロミューム・モノシリサイトの如き他の材料は、低いワーク・ファンクションをもち、放射を発生させるための強い電界を必要としない。この材料の極端なケースは、負の電子親和性をもち、それによって有効ワーク・ファンクションがきわめて零に近いもの（0.8Ｖ以下）である場合である。これは、電子放射を誘導するために、比較的低い閾値電圧をもってカソードを形成するように、導体上に薄膜を配置し得る第２のグループの材料である。
従来のデバイスにおいては、電子のフィールド・エミッションは、コーン（即ち、マンクロ・チップ・カソード）のチップにおける単一の比較的シャープな点において局所的に電界を増大するというカソード幾何学形状を与えることによって引き起された。例えば、1989年８月15日に発行されたスピンド等による米国特許第4,857,799号は、フィールド・エミッション・カソードを用いるマトリクスによってアドレスされる平坦パネル・ディスプレイを示している。このカソードは、ディスプレイの背面構造の内に組入れられており、反対面上の対応するカソード・ルミネッセンス領域を付勢する。スピンド等は、カソードの上方の電子引き出しグリッドにおける孔と配列されたカソード・チップの、マトリクス型に配列された複数のマイクロ・チップ・フィールド・エミッション・カソードを用いている。電子引き出しグリッドの上方にアノードを付加することによって、スピンド等に記述されたディスプレイは、トライオード（３端子の）ディスプレイとなっている。
マイクロチップ・カソードは、マイクロチップが微細な幾何学形状をもっていることから、製造がむずかしい。マイクロチップがディスプレイ全体を通して調和した幾何学形状をもっていないならば、チップからチップへの種々な放射が生じるだろうし、その結果でディスプレイがむらのある照明のあるものとなるであろう。更に、製造上の許容誤差が比較的きついことから、このようなマイクロチップ・ディスプレイは製作に当って高価である。このことから、この点で、調和した精密な許容誤差内で多量生産され得るカソードを設計する試みが実質的な努力によって得られている。
製造上の許容誤差に関連する問題を解決する努力に加えて、電子引き出しのための電界の強さを減少させるために、比較的低い実効ワーク・ファンクションをもつ材料を選択し使用する努力が行われている。このような努力の１つが、1976年３月30日にフレーザ・ジュニア等に発行され、その上に金属吸着剤が選択的に堆積されたフィールド・エミッション・チップに向けられた米国特許第3,947,716号に記述されている。更に、この被覆されたチップは、減少されたワーク・ファンクションをもつ放射プレーナ表面と増加されたワーク・ファンクションをもつ非放射プレーナ表面とで、選択的に小さな面をつくられている。この方法でつくられたマイクロチップは、改善された放射特性をもつが、微細な幾何学形状に起因して製造上高価である。この微細な幾何学形状を必要とすることはまた、マイクロチップ間で放射の調和性を維持する上で困難にする。このような不利益は、平坦ディスプレイ応用分野の如き大きい配列のマイクロチップが必要となる際に、許容し得ないものとなる。
カソード用コーティングとして負の電子親和性物質を用いたカソードのための、適正な幾何学形状を見出すことに、更に努力が向けられている。例えば、1976年７月20日にスミス等に発行された米国特許第3,970,887号は、マイクロミニチュア・フィールド・エミッション電子表面とそれを製造する方法とに向けられている。このケースにおいては、フィールド・エミッタ・チップ持ち上げられた複数の単結晶半導体が、所望されたフィールド・エミッション・カソード場所に形成され、単結晶半導体基板と集積されている。スミス等にしたがったこのフィールド・エミッション・ソースは、フレーザ・ジュニア等によって見出された鋭く先のとがったカソードを必要とし、そのことからまた上述した不利益にさらされている。
1981年12月29日グレイ等に発行された米国特許第4,307,507号やブスタ等への米国特許第4,685,996号は、フィールド・エミッタ構造をつくる方法を記述している。特にグレイ等は、単結晶材料の基板がその下の基板上に、マスクされない領域が島を形づくるように、選択的にマスクされている、フィールド・エミッタ・アレイ・カソード構造を製造する方法をめざしている。マスクされない領域の下の単結晶材料は、その側面が結晶幾何学的に鋭い点で横切る孔についての配列をつくるように、方向づけられてエッチングされている。ブスタ等はまた、基板上に少なくとも１つの漏斗形状隆起をつくるように単結晶シリコン基板を非等方的にエッチングすることを含む、フィールド・エミッタをつくる方法をめざしている。ブスタ等は更に、鋭く先のとがったカソードをつくる方法を提供している。
鋭く先のとがったカソードは更に、１９８９年８月８日にブスタ等に発行された米国特許第4,885,636号と、１９９０年１０月２３日にグレイ等に発行された米国特許第4,964,946号に記述されている。グレイ等は特に、ソフト・レベリング・プレーナ化技術（即ち、スピン・オン・プロセス）を用いて、ソフト配列されたフィールド・エミッタ配列をつくるためのプロセスを開示している。
低い実効ワーク・ファンクション材料を用いてことは、エミッションを改善するけれども、上述した鋭く先のとがったカソードは、なおも微細な幾何学形状をもつこと、即ち、鋭く先のとがったカソードが、製造上高価であり、調和のある放射がアレイを横切って達成されるようにつくることを困難にしている、そのような微細な幾何学形状をもつことに伴う不利益にさらされている。平坦なカソードはこれらの不利益を減少させることを助ける。平坦なカソードは、もっと高価でなくかつマイクロチップ幾何学形状がなくなることから大きい数のもの（アレイにおける如き）を生産する上でもっと困難ではない。
１９９２年３月１６日に出願されて“ダイヤモンド薄フィルムに構成された平坦パネル・ディスプレイ”とタイトルされた出願番号第07/851,701号において、１つの他のカソード構造が最初に開示された。出願番号第07/851,701号は、上述のマイクロチップ構造体とは逆に比較的平坦なエミッション表面をもつカソードを開示している。このカソードは、好ましい実施態様において、比較的低い実効ワーク・ファンクションをもつフィールド・エミッション材料を用いている。この材料は、導電層上に置かれ、複数のエミッション場所をつくる。そのエミッション場所の夫々は、比較的低い強さの電界の下で電子をフィールド放射することができる。
材料科学の分野での比較的最近の進展において、アモルフィック・ダイヤモンドの発見があった。アモルフィック・ダイヤモンドの構造と特性とは、テキサス科学ジャーナル１９８９年第４１巻第４号に発行された、コリンズ等による“薄いフィルム・ダイヤモンド”に十分に議論されている。コリンズ等は、レーザ・デポジション技術によってアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを生産する方法を記述している。それに記述されている如く、アモルフィック・ダイヤモンドは、複数の微結晶体からなり、各微結晶体はフィルムの製造準備の方法に依存した特定の構造をもっている。これら微結晶体が型づくられる方法とそれらの特定の性質については、完全に判ってはいない。
ダイヤモンドは負の電子親和性をもっている。即ち、ダイヤモンドの表面にあるポテンシャル・バリヤを狭めるのに比較的低い電界で足りる。このように、ダイヤモンドは、フィールド・エミッション・カソードに関係する使用に当って、きわめて好ましい材料である。例えば、１９８７年５月２９日受け付けられて、英国バーミンガムB4 7EFアストン・トライアングルのアストン大学、電気工学および応用物理学部からエス・ベージックとアール・ブイ・レーサムによって出版された“合成のレジン−カーボン被膜を用いた能力を高めたコールド−カソード・エミッション”において、新しいタイプの合成のレジン−カーボン・フィールド−エミッティング・カソードが、略1.5ＭＶｍ-1程度の低い印加電圧の下でスイッチ・オンすることが見出され、ついで８ＭＶｍ-1に等しいか大きい程度の適正な印加電界の下で１ｍＡ以上の安定したエミッション電流をもつ可逆Ｉ−Ｖ特性をもつことが記述されている。直接電子エミッション・イメージング技術は、外部的に記録された全電流が、カソード表面の上方にランダムに分布されている所の高密度個別エミッション場所から生じることを示した。この観察された特性は、金属−絶縁物−金属−絶縁物−真空（ＭＩＭＩＶ）エミッティング体制に関連する２段階スイッチ・オン・プロセスを含む新しいホット電子エミッション機構によって定性的に説明された。しかし、樹脂コンパウンド内にグラファイト粉を混合することでより大きい粒を生み、単位領域当りの粒子数が小さいことから、より少ないエミッション場所となる。低電圧源からより均等な輝きを生じるように大きい量の場所がつくられることは好ましいことである。
同様に、１９９１年６月１０日に、オハイオ・アモンのオハイオ大学、物理と天文学と濃縮体と表面科学プログラム学部から、シー・ワングとエイ・ガーシャとディ・ジー・イングラムと、エム・レイクとエム・イー・コーデッシュによって出版された“エミッション電子顕微鏡で観察された、ＣＶＤダイヤモンド・フィルムからのコールド・フィールド・エミッション”において、化学的蒸気でデポシットされた、厚い“ＣＶＤ”多結晶ダイヤモンド・フィルムが、外部からの励起なしのエミッション顕微鏡の加速フィールドにイメージをつくるのに十分な強さをもって電子を放射することが観察されたと記述されている。個々の結晶体は１ないし１０ミクロンのオーダである。このＣＶＤプロセスにおいては、ダイヤモンド・フィルムのデポシットのために８００℃を必要とする。このような温度は、平坦パネル・ディスプレイに用いられているガラス基板を溶かすかも知れない。
まとめると、従来技術は、（１）アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点をとること、（２）フィールド・エミッションが生じるもっと拡がった領域をもつ所のフィールド・エミッション・カソードを提供すること、（３）そして各カソード場所から均一な電子放射を発生するようにするために、更に、電子放射のために必要な電界をつくるための低電圧源でするようにするため、高くかつ十分な集中した場所（即ち、より小さい粒子から結晶体）を提供すること、に失敗している。
発明の開示
本発明の一実施態様にしたがって、基板の表面に接近した導電ラインをつくることと、当該導電ラインの選択された部分に接近したアモルフィック・ダイヤモンドの領域をつくることとのステップを含む所の、ディスプレイ・カソードをつくるための方法が提供される。
本発明の他の実施態様にしたがって、基板の表面に接近した第１の導電材料層をつくるステップを含む所の、ダイオード・ディスプレイに使用するためのカソード板をつくるための方法が提供される。この第１の導電材料層は、基板の領域によって隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するためにパターン化され、エッチングされる。第２の導電材料層が、カソード・ストリップと基板のスペース領域とに接近して形成され、次にマスクが第２の導電材料層に接近して形成され、そのマスクは複数のスペーサをつくるための位置を定義する複数の孔を含んでいる。このスペーサは、次いで、孔の中に選ばれた材料を導入することによってつくられる。第２の導電材料層の部分は、カソード・ストリップの表面の域を露光をするために選択的に移動される。最後に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域が、カソード・ストリップの表面の選ばれた部分に形成される。
本発明の付加的な実施態様にしたがって、基板の面に導電ストリップを形成するステップを含むトライオード・ディスプレイ・カソードのピクセルをつくるための方法が提供される。絶縁体層が導電ストリップに接近して形成される。導電ストリップは次いで絶縁体層に接近してつくられ、導電ストリップの部分を露光する複数の孔をつくるために導電体層に沿ってパターン化され、エッチングされる。１つのエッチは、夫々の孔の側壁の部分を形成する絶縁体層の部分をアンダカットするために、孔を通して行われる。最後に、アモルフィック・ダイヤモンドの領域が導電ストリップの露光された部分につくられる。
本発明の更なる実施態様にしたがって、基板の面に複数の隔てられた導電ストリップを形成するステップを含むトライオード・ディスプレイ・カソード・プレートをつくるための方法が提供される。絶縁体層が、絶縁体層に接近した導電体層の形成につづいて、導電ストリップの近くにつくられる。この絶縁体層と導電体層とは、導電ストリップの部分を露光する複数の孔をつくるように、パターン化され、エッチングされる。１つのエッチは、夫々の孔の側壁の部分を形成する絶縁体層の部分をアンダカットするために、孔を通して行われる。最後に、アモルフィック・ダイヤモンド領域が導電ストリップの露光された部分につくられる。
本発明の実施態様は、従来技術の平坦パネル・ディスプレイ構成部品を超えた実質的な利点をもっている。本発明の実施態様は、アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点をうまく取り込んでいる。更に、本発明の実施態様は、フィールド・エミッションが起こり得るもっと拡大された領域をもつ所の、フィールド・エミッション・カソードを提供する。付加的に、本発明の実施態様は、各カソード場所からもっと均一な電子放射をつくり、更に電子放射のために必要な電界をつくり出すために低電圧源で足りるような、エミッション場所の高くかつ十分な集中を提供する。
上述したものは、後にのべられる発明の詳細な記述がよりよく理解されるようにするために、本発明の構成と技術的な利点をむしろ広く概説している。本発明の付加される構成と利点とは、後述され、本発明のクレームの課題を形成する。開示された概念と特殊な実施態様とは、本発明の同じ目的を達成するために他の構造の変形または設計する基礎として容易に利用され得ることが、当業者によって認識されるべきである。また、このような等価な構造が、付記されたクレームにおいて明らかにされた本発明の精神と範囲から離れていないことが当業者によって了解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明と本発明の利点とのより完全な理解のために、参照番号が、添付される図面に関連して行われる以降の記述に対してつけられる。
第１図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（ダイオード）ディスプレイ・ユニットについての、拡大され分離されて示される横断面図である。
第１図（ｂ）は、支持構造体の上に載置された第１図（ａ）に示されたディスプレイ・ユニットの平面図である。
第１図（ｃ）は、第１図（ａ）に示されるカソード板の面の平面図である。
第１図（ｄ）は、第１図（ａ）に示されるアノード板の面の平面図である。
第２図（ａ）ないし第２図（ｌ）は、第１図（ａ）のカソード板の製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第３図（ａ）ないし第３図（ｋ）は、第１図（ａ）のアノード板の製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第４図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（トライオード）ディスプレイ・ユニットにおいて使用される、カソード／電子引き出しグリッドの拡大された平面図である。
第４図（ｂ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドにおける１つの選択されたピクセルの拡大横断面図である。
第４図（ｃ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドを装着したフィールド・エミッション（トライオード）ディスプレイ・ユニットについての拡大され分離されて示される横断面図である。
第５図（ａ）ないし第５図（ｋ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドの製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第６図は、マイクロ製作されたスペーサがガラス珠によって置き換えられた、第１図（ａ）図示のカソード板の他の実施態様を描写している。
第７図は、高抵抗材料層が金属カソード・ラインとアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムとの間に形成されている、第１図（ａ）図示のカソード板の更に他の実施態様を描写している。
第８図（ａ）と第８図（ｂ）とは、第７図に示される高抵抗材料とパターン化された金属カソード・ラインとの両方を用いる更に他の実施態様を描写している。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好ましい実施態様が、その中で同じ数字が同じ部品を表している所の第１図ないし第５図を参照することによって、もっともよく理解される。
第１図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（ダイオード）ディスプレイ・ユニット１０についての、拡大され分離されて示される横断面図である。支持構造体（プリント回路板）１１上に載置されたディスプレイ・ユニット１０の対応する平面図が第１図（ｂ）に用意されている。ディスプレイ・ユニット１０は、２つの１次部品、カソード板１２とアノード板１４とのサンドイッチを含んでいる。カソード板１２とアノード板１４との間がシール１６によって真空に保たれている。カソード板１２とアノード板１４との対向する面についての分割した平面図が第１図（ｃ）と第１図（ｄ）とに夫々用意されている（第１図（ａ）の図は、第１図（ｂ）、第１図（ｃ）、第１図（ｄ）の線１ａ−１ａに実質的に対応している）。
カソード板１２の製作については後述されるが、当該カソード板１２は、その上にスペースを隔てられている複数の導電ライン（ストリップ）２０を配置している所の、ガラス（又は他の光透過材料）基板または板１８を含んでいる。複数の導電ライン（ストリップ）２０の間の露出した基板１８の領域が、インターリーブされた領域である。各導電ライン２０は、１つの与えられたライン２０を外部信号源（図示せず）に接続するようにする拡大されたリードまたはパッド２２を含んでいる（第１図（ｂ）においては、ディスプレイ・ユニット・パッド２２が、より幅の広いプリント回路板リード２３に結合されて示されている）。各ライン２０に沿って、複数の低実効ワーク・ファンクション・エミッタ領域２４が、所定の距離を隔てて配置されている。図示された実施態様においては、低実効ワーク・ファンクション・エミッタ領域は、夫々アモルフィック・ダイヤモンド層によって形成されている。複数の所定間隔での柱２６がカソード板１２を横切ってもうけられており、その柱はディスプレイ１０の完全な構成の下でカソード板１２とアノード板１４との間での必要な分離を与える。
アノード板１４の製作については後述されるが、当該アノード板１４は、同様に、その上に、スペースを隔てられている複数の光透過導電ライン（ストリップ）３０、即ちＩＴＯ（すず酸化物をドープされたインジューム）を配置している所の、ガラス基体または板２８を含んでいる。各導電ライン３０は、外部信号源（図示せず）に接続するための拡大されたパッドまたはリード３２と関連づけられている（第１図（ｂ）においては、ディスプレイ・ユニット・パット３２がより幅の広いプリント回路板リード３３と結合されて示されている）。発光体または他の光放射材料の層３４が各導電ライン３０の実質的長さにそって形成されている。
ディスプレイ・ユニット１０において、カソード板１２とアノード板１４とが、ライン２０と３０とが実質的に互いに正対するように配置されている。各エミッタ領域２４は、カソード板１２上の対応するライン２０とアノード板１４上のライン３０との交差点に近接してもうけられる。１つの選択されたエミッタ領域２４からの放射は、対応するカソード・ライン２０とアノード・ライン３０との間の電圧ポテンシャルの創成によって誘起される。その選択されたエミッタ領域２４から放射された電子は、対応するアノード・ライン３０上の発光体層３４を打ち、これによって、アノード・ガラス層２８を透して見える光を発生する。ディスプレイ１０の動作のより完全な記述のために、共にペンディング中であり共に譲渡された米国特許出願第08/071,157号，アトーニ・ドケット・ナンバM005-P03 USが、参照される。
本発明の原理にしたがったダイオード・ディスプレイ・カソード板１２の製作が、第２図（ａ）ないし第２図（ｌ）の図示された実施態様への参照によって記述されている。第２図（ａ）において、導電材料の層２０がガラス板１８の選択された面を横切ってつくられる。図示された実施態様においては、ガラス板１８は、導電層２０の形成に先立って通常のプロセスによって化学的に清浄化された、1.1ｍｍ厚ソーダライム・ガラス板で構成される。
図示された実施態様における導電層２０は、１４００オームストロング厚のクロム層で構成される。導電層２０の形成のために、他の材料と他のプロセスとを用い得ることがノートされるべきである。例えば、導電層２０は、代って、銅、アルミニウム、モリブデン、タンタル、チタン、またはそれらの組み合わせの層であるかも知れない。スパッタリングに代えて、エバポレーションまたはレーザ削磨技術が導電層２０を形成するために使用され得る。
次に第２図（ｂ）を参照して、フォトレジスト３８の層が導電層２０の面を横切って引き延ばされる。このフォトレジストは、例えば、シプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの、1.5ｍｍ層であるだろう。次に、第２図（ｃ）に描写される如く、フォトレジスト３８は、カソード・ライン２０の境界と位置とを定義するマスクを形成するために、露光され現像される。そして、第２図（ｄ）において、デスカム・ステップ（それは例えばドライ・エッチ技術で達成されるだろう）に続いて、導電層２０がエッチされ、層２０の残余の部分が所望されるライン２０となる。好ましい実施態様においては、第２図（ｄ）に描かれたエッチ・ステップはウェット・エッチ３８である。第２図（ｅ）において、フォトレジストの残余の部分が例えば適当なウェット・エッチング技術を用いてはぎ取られる。
第２図（ｆ）において、導体の第２の層４０がワークピースの面を横切って形成される。図示された実施態様においては、導電層４０は、チタンの５００オングストローム層と銅の２５００オングストローム層とチタンの第２の５００オングストローム層との引き続くスパッタリングによって形成される。他の実施態様においては、クロム−銅−チタンの如き金属がエバポレーションの如き層形成技術として使用される。次に第２図（ｇ）に示される如く、フォトレジストの層４２が導電層４０の面に横切って引き延ばされ、柱（スペーサ）２６とパッド（リード）２２との境界と位置とを定義するマスクを形成するために露光され、現像される。フォトレジスト４２は、例えばＡＺＰ４６２０フォトレジストの１３μｍ厚の層であろう。
デスカム（再びドライ・エッチ技術を用いて行われるだろう）に続いて、第２図（ｈ）に示される如く、域４４がフォトレジスト４２の開口部に形成される。図示された実施態様においては、域４４は、開口部においてチタンをエッチング除去した後に銅またはニッケルの２５μｍの電解鍍金によって形成される。鍍金ステップに続いて、フォトレジスト４２が、第２図（ｉ）に示される如く、例えば８０℃でＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、はぎとられる。導電層４０は、ついで、第２図（ｊ）に示される如く、選択的にエッチされる。図示された実施態様においては、非ＨＦウェット・エッチが、柱２６とパッド２２とを残すようにして銅／チタン層４０を取り除くために用いられる。パッド２２は、チタン／銅／チタン層４０の上に銅層４４を積み重ねられて構成される。
第２図（ｋ）において、エミッタ領域２４の境界を定義するために、銅またはモリブデンまたはニッケルやコバール（Kovar）の如き好ましい磁性材料から形成された金属マスク４６が、カソード板の上に配置され、スペーサとラインとに適正に配列される。エミッタ領域２４は、ついで、全体でアモルフィック構造の複数のダイヤモンド微結晶からなるアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを形成することによって、そのマスクを通して露光された領域内につくられる。第２図（ｋ）に図示される実施態様においては、アモルフィック・ダイヤモンドは、レーザ削磨を用いて、金属マスク４６の開口部を通して形成される。本発明はしかしレーザ削磨の技術に限られるものではない。例えば、全体でアモルフィック構造にある微結晶をもつエミッタ領域２４は、レーザ・プラズマ・デポジション、スパッタリング、低温度デポジション（５００℃以下）、エバポレーション、カソード・アーク・エバポレーション、磁気的に分離されたカソード・アーク・エバポレーション、レーザ・アコースティック・ウェイブ（acoustic wave）デポジション、これらに同様な技術、またはそれらの組合わせを用いて形成され得る。このようなプロセスの１つは、コリンズ等による、１９８９年１月、アメリカ物理学会によって発行された“アモルフィック・ダイヤモンドのレーザ・プラズマ源”に記述されている。
一般に、微結晶体は、層形成の間の環境条件に依存し、またチャンスによる何らかに依存する、ある種の原子構造をもって形成している。与えられた環境圧力と温度との下で、結晶のあるパーセントのものが、ＳＰ２（２−ディメンション・ボンディング炭素原子）の中に現れ、一方、いくらか小さいパーセントのものがＳＰ３（３−ディメンション・ボンディング炭素原子）の中に現れる。このＳＰ３構成においてダイヤモンド微結晶体のための電子親和性は、そのＳＰ２構成における微結晶体のそれよりも小さい。このＳＰ３構成内のこれら微結晶体は、そこで、エミッション領域２４において“エミッション・サイト”となる。アモルフィック・ダイヤモンドについての利点を十分に評価するために、共にペンディングであり共に譲渡された米国特許出願第08/071,157号，アトーニ・ドケット・ナンバM005-P03 USが参照される。
最後に第２図（ｌ）において、イオン・ビーム・ミリングまたは同様の技術が、ライン２０間のパスの間のリーケージ・パスを取り除くために用いられる。それに加えて、他の通常のクリーニング方法（一般にマイクロ製作技術に用いられる）が、アモルフィック・ダイヤモンド・デポジションの間に生成された大きい炭素（又はグラファイト）を取り除くために用いられる。境界のまわりの過剰なガラス板１８についての通常のクリーン・アップや取り除きに続いて、カソード板１２はアノード板１４と組上げるための準備状態にある。
本発明の原理にしたがったアノード板１４の製作は、第３図（ａ）ないし第３図（ｋ）の図示された実施態様を用いて記述される。第３図（ａ）において、導電材料層３０がガラス板２８の選択された面を横切って形成される。図示された実施態様において、ガラス板１８は、通常のプロセスによって前もって清浄化された、1.1ｍｍ厚のソーダ・ライン・ガラス層で構成される。図示された実施態様の透明導電層３０は、スパッタリングによって形成された酸化錫をドープされた、２０００オングストローム厚のインジューム層で構成される。
次に第３図（ｂ）を参照して、フォトレジスト５０が導電層３０の面を横切って引き延べられる。このフォトレジストは例えばシプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの1.5μｍ層であろう。次に、第３図（ｃ）に描写されている如く、フォトレジスト５０が、アノード・ライン３０の境界と位置とを定義するマスクを形成するために、露光され、現像される。次いで、第３図（ｄ）において、通常のデスカム・ステップに続いて、導電層３０がエッチされ、層３０の残余の部分が所望のライン３０となる。第３図（ｅ）において、フォトレジスト５０の残余の部分が取り除かれる。
第３図（ｆ）において、導電体の第２の層５２がワークピースの面を横切って形成される。図示された実施態様においては、導電層５２は、５００オングストロームのチタン層と２５００オングストロームの銅層と第２の５００オングストロームのチタン層を次々とスパッタリングすることによって形成される。他の実施態様において、他の金属と他の製作プロセスとが、第２図（ｆ）に示される同様のステップに関して前に論じた如く、使用され得る。次に、第３図（ｇ）に描写される如く、フォトレジストの層５０が、導電層５２の面を横切って引き延ばされ、パッド（リード）３２の境界と位置とを定義するマスクをつくるために、露光され、現像される。
デスカムに続いて、パッド（リード）３２は、第３図（ｈ）に描かれている如くフォトレジスト５４における開口部に、導電材料５６のプラグを形成することによって完成される。図示された実施態様において、パッド３２は、１０μｍの銅の電解メッキによって形成される。メッキ・ステップに続いて、フォトレジスト５４が、第３図（ｉ）に示される如く、８０℃の温度で例えばＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、はぎ取られる。導電層５２のこの露光された部分に次いで第２図（ｊ）に示された如く、エッチされる。第３図（ｊ）においては、非ＨＦウェット・エッチが、パッド３２を残すように、チタン／銅／チタン層５２の露光部分を取り除くために用いられる。このパッド３２は、導電ストリップ３０の対応部分と、チタン／銅／チタン層５２の残りの部分と、導電プラグ５６との積み重ねからなる。非ＨＦエッチング材は、下方のガラス３８への可能性のあるダメージを生じさせない。
境界のまわりの過剰なガラス２８をクリーニングし取り除いた後に、発光体層３４が、第３図（ｋ）に示される如く、ラインの実質的な部分を横切って、アノード・ライン３０を選択的に形成される。発光体層は、図示の実施態様では粉末化されたジンク・オキサイド（ＺｎＯ）の層であるが、例えば、エレクトロフォレシス（electrophoresis）の如き通常の電気メッキを用いて形成される。
第１図（ａ）と第１図（ｄ）とに描かれているディスプレイ・ユニット１０は、ついで、上述の如く、カソード板１２とアノード板１４とから組上げられる。示される如く、夫々の板は、面と面とを配置され、ユニット１０の全周囲に沿って延ばされるシールを用いて１０-7トールの真空にシールされる。図示された実施態様においては、シール１６はガラス・フリット・シールで構成されるが、他の実施態様においては、シール１６は、レーザ・シールを用いあるいはトール・シール（ＴＯＲＲ−ＳＥＡＬ−商標）エポキシの如きエポキシによって、製作される。
トライオード・ディスプレイ・ユニット６２（第４図（ｃ））のカソード／グリッド組６０が描かれている第４図（ａ）を参照する。カソード／グリッド組６０は、複数の並行カソード・ライン（ストリップ）６４と重ねられた複数の電子引き出しグリッド・ライン即ちストリップ６６とを含んでいる。与えられたカソード・ストリップ６４と電子引き出しライン６６との各交差点において“ピクセル”６８が配置される。典型的な“ピクセル”６８の更に拡大された横断面図が、第４図（ａ）の線４ｂ−４ｂに実質的に沿ってとられた第４図（ｂ）に与えられている。第４図（ａ）の線４ｃ−４ｃに実質的に沿って、対応するアノード板７０と一緒に、トライオード・ディスプレイ・ユニット６２に関する選択されたピクセル６８についての更に拡大され分離されて示された横断面図が、第４図（ｃ）に与えられる。スペーサ６９はアノード板７０とカソード／グリッド組６０とを隔てている。
カソード／グリッド組６０は、ガラス層または基板７２の面を横切って形成される。与えられたピクセル６８においては、低ワーク・ファンクション領域６８が、対応する導電カソード・ライン６４に近接して配置されている。スペーサ７８は、交差する電子引き出しグリッド・ライン６６から、カソード・ライン６４を隔てる。各ピクセル６８において、複数の孔８０は、グリッド・ライン６６を通して配置され、対応するカソード・ライン６４上のエミッタ領域と整列される。
アノード板７０は、その上方に、並行な透明な複数のアノード・ストリップまたはライン８４を配置されているガラス基板８２を含んでいる。発光体層８６層は、少なくとも各ピクセル６８の領域において、各アノード・ラインの露光表面上に配置される。モノクロのディスプレイに対しては、ＺｎＯの如きパターン化されていない発光体が必要とされる。しかし、もしもカラー・ディスプレイが必要とされるならば、ピクセルに対応する各アノード板７０上の領域は、３つの異なったカラー発光体をもつだろう。アノード板７０の製作は、導電アノード・ライン８４がその組上げられたトライオード・ディスプレイ・ユニット６２におけるカソード・ライン６４に実質的に平行に配置されるようにパターン化されエッチされることを除いて、上述の場合と実質的に同じである。
本発明の原理にしたがったカソード／グリッド組６０の製作について、第５図（ａ）ないし第５図（ｋ）に図示された実施態様に関連して記述される。第５図（ａ）において、導電材料の層６４は、ガラス板７２の選択された面に横切って形成されている。図示された実施態様においては、ガラス板７２は、導電層６４の形成に先立って通常のプロセスによって化学的に清浄にされている、1.1ｍｍ厚ソーダ・ライン・ガラスからなる。導電層６４は図示された実施態様においては、１４００オングストローム厚のクロム層からなる。他の材料と他の製作とが、第２図（ａ）の導電層２０や第３図（ａ）の導電層３０に関連して論述された如く、導電層を形成するために用いられ得ることは、ノートされるべきである。
次に第５図（ｂ）を参照して、フォトレジスト９２の層が、導電層６４の面を横切って引き延べられる。このフォトレジストは例えばシプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの1.5μｍ層であるだろう。次に、第５図（ｃ）に描かれている如く、フォトレジスト９２は、カソード・ライン６４の境界と位置とを定義するマスクを形成すべく、露光され現像されている。次いで、第５図（ｄ）において、通常のデスカム（例えば、ドライ・エッチ・プロセスによって行われる）に続いて、導電層６４が所望されたライン６４を残すようにエッチされる。第５図（ｅ）において、フォトレジスト９２の残余の部分がはぎとられる。
次に第５図（ｆ）に示される如く、絶縁層９４がワークピースの面に横切って形成される。図示された実施態様においては、絶縁層９４は、ワークピースの面を横切ってスパッタされた、２μｍ厚のシリコン・オキサイド（ＳｉＯ2）層からなる。金属層６６はついで絶縁層９４を横切って形成される。図示された実施態様においては、金属層は、スパッタリングによって、ワークピースを横切って形成される。５０００オングストローム厚のチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）（９０％−１０％）層からなる。他の実施態様においては、他の金属と他の製作が行われ得る。
第５図（ｇ）は、単一のピクセル６８に焦点をあてて、第５図（ｆ）の部分の更に拡大された横断面図である。第５図（ｇ）において、例えばシプレイ（Shipley）１８１３レジストの1.5μｍ厚層であるだろうフォトレジスト層９８は、金属層９６上に引き延べられる。フォトレジスト９８はついで、電子引き出しグリッド・ライン６６とそれを貫通する孔８０との位置と境界とを定義するために、露光され現像される。デスカムに続いて、金属層６６（図示された実施態様におけるＴｉ−Ｗ）と絶縁層９４（図示された実施態様におけるＳｉＯ2）とが、スペーサ７８を残しつつ、第５図（ｈ）に示されるようにエッチされる。好ましくは、リアクティブ・イオン・エッチ・プロセスが、側壁１００が実質上垂直であることを保証するように、このエッチ・ステップのために用いられる。第５図（ｉ）において、フォトレジスト層９８の残余の部分が、例えば８０℃の温度の下でＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、取り除かれる。
フォトレジストの取り除きの後に、ウェット・エッチが、実行され、スペーサ７８を更に定義する第５図（ｊ）に示される如く、絶縁層７４をアンダカットする。言い換えれば、ウェット・エッチの側壁は、例えばバッファＨＦソルューションを用いて達成される。このカソード／グリット構造体６２は本質的にはエミッタ領域７６の形成を一緒に完成される。第５図（ｋ）において、金属マスク１０２が、エミッタ領域７６の境界と位置とを定義するよう形成される。エミッタ領域７６はついで全体的にアモルフィック構造の複数のダイヤモンド微結晶からなる、アモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを形成することによって製作される。第５図（ｊ）に図示された実施態様において、アモルフィック・ダイヤモンドは、レーザ削磨を用いて、金属マスク１０２における開口部を通して形成される。再び、本発明はしかしながらレーザ削磨技術に限定されない。例えば、全体的にアモルフィック構造にある微結晶をもつエミッタ領域は、レーザ・プラズマ・デポジション、化学的ベーパ・デポジション、イオン・ビーム・デポジション、スパッタリング、低温度デポジション（５００℃以下）、エバポレーション、カソード・アーク・エバポレーション、磁気的に分離されたカソード・アーク・エバポレーション、レーザ音波デポジション、それらと同様の技術、またはそれらの組合わせ、を用いて形成され得る。このようなアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域７６の利点は、ダイオード・ディスプレイ・ユニット１０の上述の論述の間に、そしてそこに取り入れられているクロス参照において、先に記述されている。
第６図は、カソード・プレート１２の他の実施態様を示す。このケースにおいては、第２図（ｆ）ないし第２図（ｊ）のステップに示されるスペーサ４４の製作を必要としない。その後で、２５ミクロン・ダイヤモンド・ガラス珠１０４の如き、小さいガラス・サファイヤ、ポリマ又は金属珠、あるいはファイバが、第６図にみられる如く、スペーサとして用いられる。ガラス珠１０４は、レーザ溶接、エバポレーテット・インジューム即ち接着剤によって、基板に取り付けられる。他に、ガラス珠１０４は、アノード板とカソード板との後に続く組上げによって、その位置に固定される。
第７図はカソード板１２の更なる実施態様を示している。このケースにおいては、非晶室シリコンの如き高抵抗材料の薄い層１０６が、金属ライン２０とアモルフィック・ダイヤモンド・フィルム領域２４との間に配置される。層１０６は、与えられたピクセルにおける個々のエミッション場所のセルフ電流を制限することに役立ち、ピクセルの均一性を高める。また第７図に示される如く、各ダイヤモンド層２４は、より小さい部分にくだかれる。第７図に示される如き実施態様は、例えば、レーザ削磨、ｅ−ビーム・デポジションまたはサーマル・エバポレーションを用いての第２図（ｋ）に示される製作ステップ（アモルフィック・ダイヤモンド領域２４の形成に先立つ）の間に金属マスク４６を通して高抵抗材料をデポジションすることによって製作され得る。このアモルフィック・ダイヤモンドはついで高抵抗層１０６の頂上に配置される。第７図に示される如くより小さい領域にくだかれている層２４を生成するために、金属マスク４６と層１０６の表面との間にはまったワイヤ・メッシュ（図示せず）を通して、アモルフィック・ダイヤモンドを向けることができる。好ましい実施態様においては、このワイヤ・メッシュは、より大きいまたはより小さい孔が所望されるピクセルの大きさに応じて用いられるけれども、２０−４０μｍのオーダの透孔をもっている。
第８図（ａ）および第８図（ｂ）において、パターンづけられた金属ライン２０をもつカソード板１２の付加的な実施態様が描かれている。このケースにおいて、孔１０８が金属ライン２０を通してあけられ、上述された如く、そこを通して高抵抗層１０６が形成された。アモルフィック・ダイヤモンド薄フィルム２４は、ついで、高抵抗材料１０６の近傍に配置される。第８図（ａ）と第８図（ｂ）とに示される実施態様においては、ダイヤモンド・アモルフィック・フィルム２４は上述の如くパターンづけられている。
ここに開示されたいずれもの実施態様においてアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムはランダム・モールファラジー（random morphology）を用いて製作され得るということが、ノートされるべきである。数多の製作方法は即ち、イオン・ビーム・エッチング、スパッタリング、アノーダイゼーション・スパッタ・デポジションやイオン・アシステット・インプランテーションの如き製作方法は、フォトリソグラフィを使用することなしに、サブ・ミクロンの大きさの極微ランダム構成をつくる。この１つの方法は、共にペンディング中で共に譲渡されている、名称“エッチ・マスクとして、ランダムに位置付けられた原子核群（randomly located nuclei）を用いた、フィールド・エミッタ・デバイスの製造方法“アトーニー・ドケット・ナンバ、DMS-43/Aの特許出願第08/052,958に記述されており、カソード上での局所的電界を高めるランダム構成と低い実効ワーク・ファンクションとの組み合わせが、低い電子引き出し電界をつくる。
カソード板１２のための第６図ないし第８図に示された実施態様の原理はまた、トライオード・ディスプレイ・ユニット６２［第４図（ｃ）］のカソード／グリッド組の製作に応用できることを知るべきである。
スペーサがカソード板上に配置されるように図示されたが、このスペーサはまた、アノード板上に配置され、または本発明にしたがってカソード板とアノード板との上に配列され得ることをノートされるべきである。
本発明とその利点が詳細に記述されたけれども、付加されたクレームによって定義された如き本発明の精神と範囲から離れることなしに、種々の変更と代替と変形とがなされ得る。
産業上の利用可能性
上記の如く、本発明によれば、アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点を利用した平坦パネル・ディスプレイを提供できる。
本発明は、一般に平坦にパネル・ディスプレイに関し、特に平坦パネル・ディスプレイ・システムと構成部品とを製造する方法に関する。
背景技術
後述する共にペンディング中で共に譲渡された米国特許出願は、関連する材料を含み、そして参照番号によって関係づけられている。
米国特許出願第07/851,701号、代理人ドケット・ナンバM0050-P01 US，名称「ダイヤモンド薄フィルム上に構成された平坦パネル・ディスプレイ」、１９９２年３月１６日出願。
米国特許出願第08/071,157号，代理人ドケット・ナンバM0050-P03 US，名称「アモルフィック・ダイヤモンド・フィルム・平坦フィールド・エミッション・カソード」、1993年６月２日出願。
フィールド、エミッタは、平坦パネル・ディスプレイや真空マイクロエレクトロニックスの如き種々の応用に有効である。フィールド・エミッション・ベースド・ディスプレイは、特に、低電力消費や高密度や一般に低コストなどの点から、他の利用可能な平坦パネル・ディスプレイに関して実質上の利点をもっている。しかしながら、現在利用できるフィールド・エミッション・ベースド・平坦パネル・ディスプレイは、製作困難なマイクロファブリケーテット金属チップに不利益な形で依存している。金属チップ製作過程の困難性とその結果の低歩留りとは、ディスプレイ・システムのコストの上に不利益な形でインパクトを与えるコスト増をまねいている。
フィールド・エミッションは、エミッション材料の表面に最も近い電界がエミッション材質の表面に存在するポテンシャル・バリヤの幅を狭める際に生じる現象である。このポテンシャル・バリヤを狭めることは、量子トンネル効果を生じることを許し、それによって、電子がポテンシャル・バリヤを横切って通り抜け、その材料から放射されることを許す。フィールド・エミッションのこの量子メカニカル現象は、エミッション材料内の熱エネルギがその材料から電子を放出するに十分な場合での熱的エミッションの古典的な現象とは区別される。
特定の材料の表面からの電子へのフィールド・エミッションを始動するに必要な電解の強さは、材料の有効“ワーク・ファンクション”に依存している。多くの材料は、正のワーク・ファンクションをもっており、フィールド・エミッションをもたらすために比較的強い電界を必要としている。セシュームやタンタリューム・ナイトライドやトリクロミューム・モノシリサイトの如き他の材料は、低いワーク・ファンクションをもち、放射を発生させるための強い電界を必要としない。この材料の極端なケースは、負の電子親和性をもち、それによって有効ワーク・ファンクションがきわめて零に近いもの（0.8Ｖ以下）である場合である。これは、電子放射を誘導するために、比較的低い閾値電圧をもってカソードを形成するように、導体上に薄膜を配置し得る第２のグループの材料である。
従来のデバイスにおいては、電子のフィールド・エミッションは、コーン（即ち、マンクロ・チップ・カソード）のチップにおける単一の比較的シャープな点において局所的に電界を増大するというカソード幾何学形状を与えることによって引き起された。例えば、1989年８月15日に発行されたスピンド等による米国特許第4,857,799号は、フィールド・エミッション・カソードを用いるマトリクスによってアドレスされる平坦パネル・ディスプレイを示している。このカソードは、ディスプレイの背面構造の内に組入れられており、反対面上の対応するカソード・ルミネッセンス領域を付勢する。スピンド等は、カソードの上方の電子引き出しグリッドにおける孔と配列されたカソード・チップの、マトリクス型に配列された複数のマイクロ・チップ・フィールド・エミッション・カソードを用いている。電子引き出しグリッドの上方にアノードを付加することによって、スピンド等に記述されたディスプレイは、トライオード（３端子の）ディスプレイとなっている。
マイクロチップ・カソードは、マイクロチップが微細な幾何学形状をもっていることから、製造がむずかしい。マイクロチップがディスプレイ全体を通して調和した幾何学形状をもっていないならば、チップからチップへの種々な放射が生じるだろうし、その結果でディスプレイがむらのある照明のあるものとなるであろう。更に、製造上の許容誤差が比較的きついことから、このようなマイクロチップ・ディスプレイは製作に当って高価である。このことから、この点で、調和した精密な許容誤差内で多量生産され得るカソードを設計する試みが実質的な努力によって得られている。
製造上の許容誤差に関連する問題を解決する努力に加えて、電子引き出しのための電界の強さを減少させるために、比較的低い実効ワーク・ファンクションをもつ材料を選択し使用する努力が行われている。このような努力の１つが、1976年３月30日にフレーザ・ジュニア等に発行され、その上に金属吸着剤が選択的に堆積されたフィールド・エミッション・チップに向けられた米国特許第3,947,716号に記述されている。更に、この被覆されたチップは、減少されたワーク・ファンクションをもつ放射プレーナ表面と増加されたワーク・ファンクションをもつ非放射プレーナ表面とで、選択的に小さな面をつくられている。この方法でつくられたマイクロチップは、改善された放射特性をもつが、微細な幾何学形状に起因して製造上高価である。この微細な幾何学形状を必要とすることはまた、マイクロチップ間で放射の調和性を維持する上で困難にする。このような不利益は、平坦ディスプレイ応用分野の如き大きい配列のマイクロチップが必要となる際に、許容し得ないものとなる。
カソード用コーティングとして負の電子親和性物質を用いたカソードのための、適正な幾何学形状を見出すことに、更に努力が向けられている。例えば、1976年７月20日にスミス等に発行された米国特許第3,970,887号は、マイクロミニチュア・フィールド・エミッション電子表面とそれを製造する方法とに向けられている。このケースにおいては、フィールド・エミッタ・チップ持ち上げられた複数の単結晶半導体が、所望されたフィールド・エミッション・カソード場所に形成され、単結晶半導体基板と集積されている。スミス等にしたがったこのフィールド・エミッション・ソースは、フレーザ・ジュニア等によって見出された鋭く先のとがったカソードを必要とし、そのことからまた上述した不利益にさらされている。
1981年12月29日グレイ等に発行された米国特許第4,307,507号やブスタ等への米国特許第4,685,996号は、フィールド・エミッタ構造をつくる方法を記述している。特にグレイ等は、単結晶材料の基板がその下の基板上に、マスクされない領域が島を形づくるように、選択的にマスクされている、フィールド・エミッタ・アレイ・カソード構造を製造する方法をめざしている。マスクされない領域の下の単結晶材料は、その側面が結晶幾何学的に鋭い点で横切る孔についての配列をつくるように、方向づけられてエッチングされている。ブスタ等はまた、基板上に少なくとも１つの漏斗形状隆起をつくるように単結晶シリコン基板を非等方的にエッチングすることを含む、フィールド・エミッタをつくる方法をめざしている。ブスタ等は更に、鋭く先のとがったカソードをつくる方法を提供している。
鋭く先のとがったカソードは更に、１９８９年８月８日にブスタ等に発行された米国特許第4,885,636号と、１９９０年１０月２３日にグレイ等に発行された米国特許第4,964,946号に記述されている。グレイ等は特に、ソフト・レベリング・プレーナ化技術（即ち、スピン・オン・プロセス）を用いて、ソフト配列されたフィールド・エミッタ配列をつくるためのプロセスを開示している。
低い実効ワーク・ファンクション材料を用いてことは、エミッションを改善するけれども、上述した鋭く先のとがったカソードは、なおも微細な幾何学形状をもつこと、即ち、鋭く先のとがったカソードが、製造上高価であり、調和のある放射がアレイを横切って達成されるようにつくることを困難にしている、そのような微細な幾何学形状をもつことに伴う不利益にさらされている。平坦なカソードはこれらの不利益を減少させることを助ける。平坦なカソードは、もっと高価でなくかつマイクロチップ幾何学形状がなくなることから大きい数のもの（アレイにおける如き）を生産する上でもっと困難ではない。
１９９２年３月１６日に出願されて“ダイヤモンド薄フィルムに構成された平坦パネル・ディスプレイ”とタイトルされた出願番号第07/851,701号において、１つの他のカソード構造が最初に開示された。出願番号第07/851,701号は、上述のマイクロチップ構造体とは逆に比較的平坦なエミッション表面をもつカソードを開示している。このカソードは、好ましい実施態様において、比較的低い実効ワーク・ファンクションをもつフィールド・エミッション材料を用いている。この材料は、導電層上に置かれ、複数のエミッション場所をつくる。そのエミッション場所の夫々は、比較的低い強さの電界の下で電子をフィールド放射することができる。
材料科学の分野での比較的最近の進展において、アモルフィック・ダイヤモンドの発見があった。アモルフィック・ダイヤモンドの構造と特性とは、テキサス科学ジャーナル１９８９年第４１巻第４号に発行された、コリンズ等による“薄いフィルム・ダイヤモンド”に十分に議論されている。コリンズ等は、レーザ・デポジション技術によってアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを生産する方法を記述している。それに記述されている如く、アモルフィック・ダイヤモンドは、複数の微結晶体からなり、各微結晶体はフィルムの製造準備の方法に依存した特定の構造をもっている。これら微結晶体が型づくられる方法とそれらの特定の性質については、完全に判ってはいない。
ダイヤモンドは負の電子親和性をもっている。即ち、ダイヤモンドの表面にあるポテンシャル・バリヤを狭めるのに比較的低い電界で足りる。このように、ダイヤモンドは、フィールド・エミッション・カソードに関係する使用に当って、きわめて好ましい材料である。例えば、１９８７年５月２９日受け付けられて、英国バーミンガムB4 7EFアストン・トライアングルのアストン大学、電気工学および応用物理学部からエス・ベージックとアール・ブイ・レーサムによって出版された“合成のレジン−カーボン被膜を用いた能力を高めたコールド−カソード・エミッション”において、新しいタイプの合成のレジン−カーボン・フィールド−エミッティング・カソードが、略1.5ＭＶｍ-1程度の低い印加電圧の下でスイッチ・オンすることが見出され、ついで８ＭＶｍ-1に等しいか大きい程度の適正な印加電界の下で１ｍＡ以上の安定したエミッション電流をもつ可逆Ｉ−Ｖ特性をもつことが記述されている。直接電子エミッション・イメージング技術は、外部的に記録された全電流が、カソード表面の上方にランダムに分布されている所の高密度個別エミッション場所から生じることを示した。この観察された特性は、金属−絶縁物−金属−絶縁物−真空（ＭＩＭＩＶ）エミッティング体制に関連する２段階スイッチ・オン・プロセスを含む新しいホット電子エミッション機構によって定性的に説明された。しかし、樹脂コンパウンド内にグラファイト粉を混合することでより大きい粒を生み、単位領域当りの粒子数が小さいことから、より少ないエミッション場所となる。低電圧源からより均等な輝きを生じるように大きい量の場所がつくられることは好ましいことである。
同様に、１９９１年６月１０日に、オハイオ・アモンのオハイオ大学、物理と天文学と濃縮体と表面科学プログラム学部から、シー・ワングとエイ・ガーシャとディ・ジー・イングラムと、エム・レイクとエム・イー・コーデッシュによって出版された“エミッション電子顕微鏡で観察された、ＣＶＤダイヤモンド・フィルムからのコールド・フィールド・エミッション”において、化学的蒸気でデポシットされた、厚い“ＣＶＤ”多結晶ダイヤモンド・フィルムが、外部からの励起なしのエミッション顕微鏡の加速フィールドにイメージをつくるのに十分な強さをもって電子を放射することが観察されたと記述されている。個々の結晶体は１ないし１０ミクロンのオーダである。このＣＶＤプロセスにおいては、ダイヤモンド・フィルムのデポシットのために８００℃を必要とする。このような温度は、平坦パネル・ディスプレイに用いられているガラス基板を溶かすかも知れない。
まとめると、従来技術は、（１）アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点をとること、（２）フィールド・エミッションが生じるもっと拡がった領域をもつ所のフィールド・エミッション・カソードを提供すること、（３）そして各カソード場所から均一な電子放射を発生するようにするために、更に、電子放射のために必要な電界をつくるための低電圧源でするようにするため、高くかつ十分な集中した場所（即ち、より小さい粒子から結晶体）を提供すること、に失敗している。
発明の開示
本発明の一実施態様にしたがって、基板の表面に接近した導電ラインをつくることと、当該導電ラインの選択された部分に接近したアモルフィック・ダイヤモンドの領域をつくることとのステップを含む所の、ディスプレイ・カソードをつくるための方法が提供される。
本発明の他の実施態様にしたがって、基板の表面に接近した第１の導電材料層をつくるステップを含む所の、ダイオード・ディスプレイに使用するためのカソード板をつくるための方法が提供される。この第１の導電材料層は、基板の領域によって隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するためにパターン化され、エッチングされる。第２の導電材料層が、カソード・ストリップと基板のスペース領域とに接近して形成され、次にマスクが第２の導電材料層に接近して形成され、そのマスクは複数のスペーサをつくるための位置を定義する複数の孔を含んでいる。このスペーサは、次いで、孔の中に選ばれた材料を導入することによってつくられる。第２の導電材料層の部分は、カソード・ストリップの表面の域を露光をするために選択的に移動される。最後に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域が、カソード・ストリップの表面の選ばれた部分に形成される。
本発明の付加的な実施態様にしたがって、基板の面に導電ストリップを形成するステップを含むトライオード・ディスプレイ・カソードのピクセルをつくるための方法が提供される。絶縁体層が導電ストリップに接近して形成される。導電ストリップは次いで絶縁体層に接近してつくられ、導電ストリップの部分を露光する複数の孔をつくるために導電体層に沿ってパターン化され、エッチングされる。１つのエッチは、夫々の孔の側壁の部分を形成する絶縁体層の部分をアンダカットするために、孔を通して行われる。最後に、アモルフィック・ダイヤモンドの領域が導電ストリップの露光された部分につくられる。
本発明の更なる実施態様にしたがって、基板の面に複数の隔てられた導電ストリップを形成するステップを含むトライオード・ディスプレイ・カソード・プレートをつくるための方法が提供される。絶縁体層が、絶縁体層に接近した導電体層の形成につづいて、導電ストリップの近くにつくられる。この絶縁体層と導電体層とは、導電ストリップの部分を露光する複数の孔をつくるように、パターン化され、エッチングされる。１つのエッチは、夫々の孔の側壁の部分を形成する絶縁体層の部分をアンダカットするために、孔を通して行われる。最後に、アモルフィック・ダイヤモンド領域が導電ストリップの露光された部分につくられる。
本発明の実施態様は、従来技術の平坦パネル・ディスプレイ構成部品を超えた実質的な利点をもっている。本発明の実施態様は、アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点をうまく取り込んでいる。更に、本発明の実施態様は、フィールド・エミッションが起こり得るもっと拡大された領域をもつ所の、フィールド・エミッション・カソードを提供する。付加的に、本発明の実施態様は、各カソード場所からもっと均一な電子放射をつくり、更に電子放射のために必要な電界をつくり出すために低電圧源で足りるような、エミッション場所の高くかつ十分な集中を提供する。
上述したものは、後にのべられる発明の詳細な記述がよりよく理解されるようにするために、本発明の構成と技術的な利点をむしろ広く概説している。本発明の付加される構成と利点とは、後述され、本発明のクレームの課題を形成する。開示された概念と特殊な実施態様とは、本発明の同じ目的を達成するために他の構造の変形または設計する基礎として容易に利用され得ることが、当業者によって認識されるべきである。また、このような等価な構造が、付記されたクレームにおいて明らかにされた本発明の精神と範囲から離れていないことが当業者によって了解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明と本発明の利点とのより完全な理解のために、参照番号が、添付される図面に関連して行われる以降の記述に対してつけられる。
第１図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（ダイオード）ディスプレイ・ユニットについての、拡大され分離されて示される横断面図である。
第１図（ｂ）は、支持構造体の上に載置された第１図（ａ）に示されたディスプレイ・ユニットの平面図である。
第１図（ｃ）は、第１図（ａ）に示されるカソード板の面の平面図である。
第１図（ｄ）は、第１図（ａ）に示されるアノード板の面の平面図である。
第２図（ａ）ないし第２図（ｌ）は、第１図（ａ）のカソード板の製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第３図（ａ）ないし第３図（ｋ）は、第１図（ａ）のアノード板の製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第４図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（トライオード）ディスプレイ・ユニットにおいて使用される、カソード／電子引き出しグリッドの拡大された平面図である。
第４図（ｂ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドにおける１つの選択されたピクセルの拡大横断面図である。
第４図（ｃ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドを装着したフィールド・エミッション（トライオード）ディスプレイ・ユニットについての拡大され分離されて示される横断面図である。
第５図（ａ）ないし第５図（ｋ）は、第４図（ａ）のカソード／電子引き出しグリッドの製作を順に描写する、ワーク・ピースの拡大された一連の横断面図である。
第６図は、マイクロ製作されたスペーサがガラス珠によって置き換えられた、第１図（ａ）図示のカソード板の他の実施態様を描写している。
第７図は、高抵抗材料層が金属カソード・ラインとアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムとの間に形成されている、第１図（ａ）図示のカソード板の更に他の実施態様を描写している。
第８図（ａ）と第８図（ｂ）とは、第７図に示される高抵抗材料とパターン化された金属カソード・ラインとの両方を用いる更に他の実施態様を描写している。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好ましい実施態様が、その中で同じ数字が同じ部品を表している所の第１図ないし第５図を参照することによって、もっともよく理解される。
第１図（ａ）は、本発明の原理にしたがって構成されたフィールド・エミッション（ダイオード）ディスプレイ・ユニット１０についての、拡大され分離されて示される横断面図である。支持構造体（プリント回路板）１１上に載置されたディスプレイ・ユニット１０の対応する平面図が第１図（ｂ）に用意されている。ディスプレイ・ユニット１０は、２つの１次部品、カソード板１２とアノード板１４とのサンドイッチを含んでいる。カソード板１２とアノード板１４との間がシール１６によって真空に保たれている。カソード板１２とアノード板１４との対向する面についての分割した平面図が第１図（ｃ）と第１図（ｄ）とに夫々用意されている（第１図（ａ）の図は、第１図（ｂ）、第１図（ｃ）、第１図（ｄ）の線１ａ−１ａに実質的に対応している）。
カソード板１２の製作については後述されるが、当該カソード板１２は、その上にスペースを隔てられている複数の導電ライン（ストリップ）２０を配置している所の、ガラス（又は他の光透過材料）基板または板１８を含んでいる。複数の導電ライン（ストリップ）２０の間の露出した基板１８の領域が、インターリーブされた領域である。各導電ライン２０は、１つの与えられたライン２０を外部信号源（図示せず）に接続するようにする拡大されたリードまたはパッド２２を含んでいる（第１図（ｂ）においては、ディスプレイ・ユニット・パッド２２が、より幅の広いプリント回路板リード２３に結合されて示されている）。各ライン２０に沿って、複数の低実効ワーク・ファンクション・エミッタ領域２４が、所定の距離を隔てて配置されている。図示された実施態様においては、低実効ワーク・ファンクション・エミッタ領域は、夫々アモルフィック・ダイヤモンド層によって形成されている。複数の所定間隔での柱２６がカソード板１２を横切ってもうけられており、その柱はディスプレイ１０の完全な構成の下でカソード板１２とアノード板１４との間での必要な分離を与える。
アノード板１４の製作については後述されるが、当該アノード板１４は、同様に、その上に、スペースを隔てられている複数の光透過導電ライン（ストリップ）３０、即ちＩＴＯ（すず酸化物をドープされたインジューム）を配置している所の、ガラス基体または板２８を含んでいる。各導電ライン３０は、外部信号源（図示せず）に接続するための拡大されたパッドまたはリード３２と関連づけられている（第１図（ｂ）においては、ディスプレイ・ユニット・パット３２がより幅の広いプリント回路板リード３３と結合されて示されている）。発光体または他の光放射材料の層３４が各導電ライン３０の実質的長さにそって形成されている。
ディスプレイ・ユニット１０において、カソード板１２とアノード板１４とが、ライン２０と３０とが実質的に互いに正対するように配置されている。各エミッタ領域２４は、カソード板１２上の対応するライン２０とアノード板１４上のライン３０との交差点に近接してもうけられる。１つの選択されたエミッタ領域２４からの放射は、対応するカソード・ライン２０とアノード・ライン３０との間の電圧ポテンシャルの創成によって誘起される。その選択されたエミッタ領域２４から放射された電子は、対応するアノード・ライン３０上の発光体層３４を打ち、これによって、アノード・ガラス層２８を透して見える光を発生する。ディスプレイ１０の動作のより完全な記述のために、共にペンディング中であり共に譲渡された米国特許出願第08/071,157号，アトーニ・ドケット・ナンバM005-P03 USが、参照される。
本発明の原理にしたがったダイオード・ディスプレイ・カソード板１２の製作が、第２図（ａ）ないし第２図（ｌ）の図示された実施態様への参照によって記述されている。第２図（ａ）において、導電材料の層２０がガラス板１８の選択された面を横切ってつくられる。図示された実施態様においては、ガラス板１８は、導電層２０の形成に先立って通常のプロセスによって化学的に清浄化された、1.1ｍｍ厚ソーダライム・ガラス板で構成される。
図示された実施態様における導電層２０は、１４００オームストロング厚のクロム層で構成される。導電層２０の形成のために、他の材料と他のプロセスとを用い得ることがノートされるべきである。例えば、導電層２０は、代って、銅、アルミニウム、モリブデン、タンタル、チタン、またはそれらの組み合わせの層であるかも知れない。スパッタリングに代えて、エバポレーションまたはレーザ削磨技術が導電層２０を形成するために使用され得る。
次に第２図（ｂ）を参照して、フォトレジスト３８の層が導電層２０の面を横切って引き延ばされる。このフォトレジストは、例えば、シプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの、1.5ｍｍ層であるだろう。次に、第２図（ｃ）に描写される如く、フォトレジスト３８は、カソード・ライン２０の境界と位置とを定義するマスクを形成するために、露光され現像される。そして、第２図（ｄ）において、デスカム・ステップ（それは例えばドライ・エッチ技術で達成されるだろう）に続いて、導電層２０がエッチされ、層２０の残余の部分が所望されるライン２０となる。好ましい実施態様においては、第２図（ｄ）に描かれたエッチ・ステップはウェット・エッチ３８である。第２図（ｅ）において、フォトレジストの残余の部分が例えば適当なウェット・エッチング技術を用いてはぎ取られる。
第２図（ｆ）において、導体の第２の層４０がワークピースの面を横切って形成される。図示された実施態様においては、導電層４０は、チタンの５００オングストローム層と銅の２５００オングストローム層とチタンの第２の５００オングストローム層との引き続くスパッタリングによって形成される。他の実施態様においては、クロム−銅−チタンの如き金属がエバポレーションの如き層形成技術として使用される。次に第２図（ｇ）に示される如く、フォトレジストの層４２が導電層４０の面に横切って引き延ばされ、柱（スペーサ）２６とパッド（リード）２２との境界と位置とを定義するマスクを形成するために露光され、現像される。フォトレジスト４２は、例えばＡＺＰ４６２０フォトレジストの１３μｍ厚の層であろう。
デスカム（再びドライ・エッチ技術を用いて行われるだろう）に続いて、第２図（ｈ）に示される如く、域４４がフォトレジスト４２の開口部に形成される。図示された実施態様においては、域４４は、開口部においてチタンをエッチング除去した後に銅またはニッケルの２５μｍの電解鍍金によって形成される。鍍金ステップに続いて、フォトレジスト４２が、第２図（ｉ）に示される如く、例えば８０℃でＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、はぎとられる。導電層４０は、ついで、第２図（ｊ）に示される如く、選択的にエッチされる。図示された実施態様においては、非ＨＦウェット・エッチが、柱２６とパッド２２とを残すようにして銅／チタン層４０を取り除くために用いられる。パッド２２は、チタン／銅／チタン層４０の上に銅層４４を積み重ねられて構成される。
第２図（ｋ）において、エミッタ領域２４の境界を定義するために、銅またはモリブデンまたはニッケルやコバール（Kovar）の如き好ましい磁性材料から形成された金属マスク４６が、カソード板の上に配置され、スペーサとラインとに適正に配列される。エミッタ領域２４は、ついで、全体でアモルフィック構造の複数のダイヤモンド微結晶からなるアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを形成することによって、そのマスクを通して露光された領域内につくられる。第２図（ｋ）に図示される実施態様においては、アモルフィック・ダイヤモンドは、レーザ削磨を用いて、金属マスク４６の開口部を通して形成される。本発明はしかしレーザ削磨の技術に限られるものではない。例えば、全体でアモルフィック構造にある微結晶をもつエミッタ領域２４は、レーザ・プラズマ・デポジション、スパッタリング、低温度デポジション（５００℃以下）、エバポレーション、カソード・アーク・エバポレーション、磁気的に分離されたカソード・アーク・エバポレーション、レーザ・アコースティック・ウェイブ（acoustic wave）デポジション、これらに同様な技術、またはそれらの組合わせを用いて形成され得る。このようなプロセスの１つは、コリンズ等による、１９８９年１月、アメリカ物理学会によって発行された“アモルフィック・ダイヤモンドのレーザ・プラズマ源”に記述されている。
一般に、微結晶体は、層形成の間の環境条件に依存し、またチャンスによる何らかに依存する、ある種の原子構造をもって形成している。与えられた環境圧力と温度との下で、結晶のあるパーセントのものが、ＳＰ２（２−ディメンション・ボンディング炭素原子）の中に現れ、一方、いくらか小さいパーセントのものがＳＰ３（３−ディメンション・ボンディング炭素原子）の中に現れる。このＳＰ３構成においてダイヤモンド微結晶体のための電子親和性は、そのＳＰ２構成における微結晶体のそれよりも小さい。このＳＰ３構成内のこれら微結晶体は、そこで、エミッション領域２４において“エミッション・サイト”となる。アモルフィック・ダイヤモンドについての利点を十分に評価するために、共にペンディングであり共に譲渡された米国特許出願第08/071,157号，アトーニ・ドケット・ナンバM005-P03 USが参照される。
最後に第２図（ｌ）において、イオン・ビーム・ミリングまたは同様の技術が、ライン２０間のパスの間のリーケージ・パスを取り除くために用いられる。それに加えて、他の通常のクリーニング方法（一般にマイクロ製作技術に用いられる）が、アモルフィック・ダイヤモンド・デポジションの間に生成された大きい炭素（又はグラファイト）を取り除くために用いられる。境界のまわりの過剰なガラス板１８についての通常のクリーン・アップや取り除きに続いて、カソード板１２はアノード板１４と組上げるための準備状態にある。
本発明の原理にしたがったアノード板１４の製作は、第３図（ａ）ないし第３図（ｋ）の図示された実施態様を用いて記述される。第３図（ａ）において、導電材料層３０がガラス板２８の選択された面を横切って形成される。図示された実施態様において、ガラス板１８は、通常のプロセスによって前もって清浄化された、1.1ｍｍ厚のソーダ・ライン・ガラス層で構成される。図示された実施態様の透明導電層３０は、スパッタリングによって形成された酸化錫をドープされた、２０００オングストローム厚のインジューム層で構成される。
次に第３図（ｂ）を参照して、フォトレジスト５０が導電層３０の面を横切って引き延べられる。このフォトレジストは例えばシプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの1.5μｍ層であろう。次に、第３図（ｃ）に描写されている如く、フォトレジスト５０が、アノード・ライン３０の境界と位置とを定義するマスクを形成するために、露光され、現像される。次いで、第３図（ｄ）において、通常のデスカム・ステップに続いて、導電層３０がエッチされ、層３０の残余の部分が所望のライン３０となる。第３図（ｅ）において、フォトレジスト５０の残余の部分が取り除かれる。
第３図（ｆ）において、導電体の第２の層５２がワークピースの面を横切って形成される。図示された実施態様においては、導電層５２は、５００オングストロームのチタン層と２５００オングストロームの銅層と第２の５００オングストロームのチタン層を次々とスパッタリングすることによって形成される。他の実施態様において、他の金属と他の製作プロセスとが、第２図（ｆ）に示される同様のステップに関して前に論じた如く、使用され得る。次に、第３図（ｇ）に描写される如く、フォトレジストの層５０が、導電層５２の面を横切って引き延ばされ、パッド（リード）３２の境界と位置とを定義するマスクをつくるために、露光され、現像される。
デスカムに続いて、パッド（リード）３２は、第３図（ｈ）に描かれている如くフォトレジスト５４における開口部に、導電材料５６のプラグを形成することによって完成される。図示された実施態様において、パッド３２は、１０μｍの銅の電解メッキによって形成される。メッキ・ステップに続いて、フォトレジスト５４が、第３図（ｉ）に示される如く、８０℃の温度で例えばＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、はぎ取られる。導電層５２のこの露光された部分に次いで第２図（ｊ）に示された如く、エッチされる。第３図（ｊ）においては、非ＨＦウェット・エッチが、パッド３２を残すように、チタン／銅／チタン層５２の露光部分を取り除くために用いられる。このパッド３２は、導電ストリップ３０の対応部分と、チタン／銅／チタン層５２の残りの部分と、導電プラグ５６との積み重ねからなる。非ＨＦエッチング材は、下方のガラス３８への可能性のあるダメージを生じさせない。
境界のまわりの過剰なガラス２８をクリーニングし取り除いた後に、発光体層３４が、第３図（ｋ）に示される如く、ラインの実質的な部分を横切って、アノード・ライン３０を選択的に形成される。発光体層は、図示の実施態様では粉末化されたジンク・オキサイド（ＺｎＯ）の層であるが、例えば、エレクトロフォレシス（electrophoresis）の如き通常の電気メッキを用いて形成される。
第１図（ａ）と第１図（ｄ）とに描かれているディスプレイ・ユニット１０は、ついで、上述の如く、カソード板１２とアノード板１４とから組上げられる。示される如く、夫々の板は、面と面とを配置され、ユニット１０の全周囲に沿って延ばされるシールを用いて１０-7トールの真空にシールされる。図示された実施態様においては、シール１６はガラス・フリット・シールで構成されるが、他の実施態様においては、シール１６は、レーザ・シールを用いあるいはトール・シール（ＴＯＲＲ−ＳＥＡＬ−商標）エポキシの如きエポキシによって、製作される。
トライオード・ディスプレイ・ユニット６２（第４図（ｃ））のカソード／グリッド組６０が描かれている第４図（ａ）を参照する。カソード／グリッド組６０は、複数の並行カソード・ライン（ストリップ）６４と重ねられた複数の電子引き出しグリッド・ライン即ちストリップ６６とを含んでいる。与えられたカソード・ストリップ６４と電子引き出しライン６６との各交差点において“ピクセル”６８が配置される。典型的な“ピクセル”６８の更に拡大された横断面図が、第４図（ａ）の線４ｂ−４ｂに実質的に沿ってとられた第４図（ｂ）に与えられている。第４図（ａ）の線４ｃ−４ｃに実質的に沿って、対応するアノード板７０と一緒に、トライオード・ディスプレイ・ユニット６２に関する選択されたピクセル６８についての更に拡大され分離されて示された横断面図が、第４図（ｃ）に与えられる。スペーサ６９はアノード板７０とカソード／グリッド組６０とを隔てている。
カソード／グリッド組６０は、ガラス層または基板７２の面を横切って形成される。与えられたピクセル６８においては、低ワーク・ファンクション領域６８が、対応する導電カソード・ライン６４に近接して配置されている。スペーサ７８は、交差する電子引き出しグリッド・ライン６６から、カソード・ライン６４を隔てる。各ピクセル６８において、複数の孔８０は、グリッド・ライン６６を通して配置され、対応するカソード・ライン６４上のエミッタ領域と整列される。
アノード板７０は、その上方に、並行な透明な複数のアノード・ストリップまたはライン８４を配置されているガラス基板８２を含んでいる。発光体層８６層は、少なくとも各ピクセル６８の領域において、各アノード・ラインの露光表面上に配置される。モノクロのディスプレイに対しては、ＺｎＯの如きパターン化されていない発光体が必要とされる。しかし、もしもカラー・ディスプレイが必要とされるならば、ピクセルに対応する各アノード板７０上の領域は、３つの異なったカラー発光体をもつだろう。アノード板７０の製作は、導電アノード・ライン８４がその組上げられたトライオード・ディスプレイ・ユニット６２におけるカソード・ライン６４に実質的に平行に配置されるようにパターン化されエッチされることを除いて、上述の場合と実質的に同じである。
本発明の原理にしたがったカソード／グリッド組６０の製作について、第５図（ａ）ないし第５図（ｋ）に図示された実施態様に関連して記述される。第５図（ａ）において、導電材料の層６４は、ガラス板７２の選択された面に横切って形成されている。図示された実施態様においては、ガラス板７２は、導電層６４の形成に先立って通常のプロセスによって化学的に清浄にされている、1.1ｍｍ厚ソーダ・ライン・ガラスからなる。導電層６４は図示された実施態様においては、１４００オングストローム厚のクロム層からなる。他の材料と他の製作とが、第２図（ａ）の導電層２０や第３図（ａ）の導電層３０に関連して論述された如く、導電層を形成するために用いられ得ることは、ノートされるべきである。
次に第５図（ｂ）を参照して、フォトレジスト９２の層が、導電層６４の面を横切って引き延べられる。このフォトレジストは例えばシプレイ（Shipley）１８１３フォトレジストの1.5μｍ層であるだろう。次に、第５図（ｃ）に描かれている如く、フォトレジスト９２は、カソード・ライン６４の境界と位置とを定義するマスクを形成すべく、露光され現像されている。次いで、第５図（ｄ）において、通常のデスカム（例えば、ドライ・エッチ・プロセスによって行われる）に続いて、導電層６４が所望されたライン６４を残すようにエッチされる。第５図（ｅ）において、フォトレジスト９２の残余の部分がはぎとられる。
次に第５図（ｆ）に示される如く、絶縁層９４がワークピースの面に横切って形成される。図示された実施態様においては、絶縁層９４は、ワークピースの面を横切ってスパッタされた、２μｍ厚のシリコン・オキサイド（ＳｉＯ2）層からなる。金属層６６はついで絶縁層９４を横切って形成される。図示された実施態様においては、金属層は、スパッタリングによって、ワークピースを横切って形成される。５０００オングストローム厚のチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）（９０％−１０％）層からなる。他の実施態様においては、他の金属と他の製作が行われ得る。
第５図（ｇ）は、単一のピクセル６８に焦点をあてて、第５図（ｆ）の部分の更に拡大された横断面図である。第５図（ｇ）において、例えばシプレイ（Shipley）１８１３レジストの1.5μｍ厚層であるだろうフォトレジスト層９８は、金属層９６上に引き延べられる。フォトレジスト９８はついで、電子引き出しグリッド・ライン６６とそれを貫通する孔８０との位置と境界とを定義するために、露光され現像される。デスカムに続いて、金属層６６（図示された実施態様におけるＴｉ−Ｗ）と絶縁層９４（図示された実施態様におけるＳｉＯ2）とが、スペーサ７８を残しつつ、第５図（ｈ）に示されるようにエッチされる。好ましくは、リアクティブ・イオン・エッチ・プロセスが、側壁１００が実質上垂直であることを保証するように、このエッチ・ステップのために用いられる。第５図（ｉ）において、フォトレジスト層９８の残余の部分が、例えば８０℃の温度の下でＷＡＹＣＯＡＴ２００１を用いて、取り除かれる。
フォトレジストの取り除きの後に、ウェット・エッチが、実行され、スペーサ７８を更に定義する第５図（ｊ）に示される如く、絶縁層７４をアンダカットする。言い換えれば、ウェット・エッチの側壁は、例えばバッファＨＦソルューションを用いて達成される。このカソード／グリット構造体６２は本質的にはエミッタ領域７６の形成を一緒に完成される。第５図（ｋ）において、金属マスク１０２が、エミッタ領域７６の境界と位置とを定義するよう形成される。エミッタ領域７６はついで全体的にアモルフィック構造の複数のダイヤモンド微結晶からなる、アモルフィック・ダイヤモンド・フィルムを形成することによって製作される。第５図（ｊ）に図示された実施態様において、アモルフィック・ダイヤモンドは、レーザ削磨を用いて、金属マスク１０２における開口部を通して形成される。再び、本発明はしかしながらレーザ削磨技術に限定されない。例えば、全体的にアモルフィック構造にある微結晶をもつエミッタ領域は、レーザ・プラズマ・デポジション、化学的ベーパ・デポジション、イオン・ビーム・デポジション、スパッタリング、低温度デポジション（５００℃以下）、エバポレーション、カソード・アーク・エバポレーション、磁気的に分離されたカソード・アーク・エバポレーション、レーザ音波デポジション、それらと同様の技術、またはそれらの組合わせ、を用いて形成され得る。このようなアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域７６の利点は、ダイオード・ディスプレイ・ユニット１０の上述の論述の間に、そしてそこに取り入れられているクロス参照において、先に記述されている。
第６図は、カソード・プレート１２の他の実施態様を示す。このケースにおいては、第２図（ｆ）ないし第２図（ｊ）のステップに示されるスペーサ４４の製作を必要としない。その後で、２５ミクロン・ダイヤモンド・ガラス珠１０４の如き、小さいガラス・サファイヤ、ポリマ又は金属珠、あるいはファイバが、第６図にみられる如く、スペーサとして用いられる。ガラス珠１０４は、レーザ溶接、エバポレーテット・インジューム即ち接着剤によって、基板に取り付けられる。他に、ガラス珠１０４は、アノード板とカソード板との後に続く組上げによって、その位置に固定される。
第７図はカソード板１２の更なる実施態様を示している。このケースにおいては、非晶室シリコンの如き高抵抗材料の薄い層１０６が、金属ライン２０とアモルフィック・ダイヤモンド・フィルム領域２４との間に配置される。層１０６は、与えられたピクセルにおける個々のエミッション場所のセルフ電流を制限することに役立ち、ピクセルの均一性を高める。また第７図に示される如く、各ダイヤモンド層２４は、より小さい部分にくだかれる。第７図に示される如き実施態様は、例えば、レーザ削磨、ｅ−ビーム・デポジションまたはサーマル・エバポレーションを用いての第２図（ｋ）に示される製作ステップ（アモルフィック・ダイヤモンド領域２４の形成に先立つ）の間に金属マスク４６を通して高抵抗材料をデポジションすることによって製作され得る。このアモルフィック・ダイヤモンドはついで高抵抗層１０６の頂上に配置される。第７図に示される如くより小さい領域にくだかれている層２４を生成するために、金属マスク４６と層１０６の表面との間にはまったワイヤ・メッシュ（図示せず）を通して、アモルフィック・ダイヤモンドを向けることができる。好ましい実施態様においては、このワイヤ・メッシュは、より大きいまたはより小さい孔が所望されるピクセルの大きさに応じて用いられるけれども、２０−４０μｍのオーダの透孔をもっている。
第８図（ａ）および第８図（ｂ）において、パターンづけられた金属ライン２０をもつカソード板１２の付加的な実施態様が描かれている。このケースにおいて、孔１０８が金属ライン２０を通してあけられ、上述された如く、そこを通して高抵抗層１０６が形成された。アモルフィック・ダイヤモンド薄フィルム２４は、ついで、高抵抗材料１０６の近傍に配置される。第８図（ａ）と第８図（ｂ）とに示される実施態様においては、ダイヤモンド・アモルフィック・フィルム２４は上述の如くパターンづけられている。
ここに開示されたいずれもの実施態様においてアモルフィック・ダイヤモンド・フィルムはランダム・モールファラジー（random morphology）を用いて製作され得るということが、ノートされるべきである。数多の製作方法は即ち、イオン・ビーム・エッチング、スパッタリング、アノーダイゼーション・スパッタ・デポジションやイオン・アシステット・インプランテーションの如き製作方法は、フォトリソグラフィを使用することなしに、サブ・ミクロンの大きさの極微ランダム構成をつくる。この１つの方法は、共にペンディング中で共に譲渡されている、名称“エッチ・マスクとして、ランダムに位置付けられた原子核群（randomly located nuclei）を用いた、フィールド・エミッタ・デバイスの製造方法“アトーニー・ドケット・ナンバ、DMS-43/Aの特許出願第08/052,958に記述されており、カソード上での局所的電界を高めるランダム構成と低い実効ワーク・ファンクションとの組み合わせが、低い電子引き出し電界をつくる。
カソード板１２のための第６図ないし第８図に示された実施態様の原理はまた、トライオード・ディスプレイ・ユニット６２［第４図（ｃ）］のカソード／グリッド組の製作に応用できることを知るべきである。
スペーサがカソード板上に配置されるように図示されたが、このスペーサはまた、アノード板上に配置され、または本発明にしたがってカソード板とアノード板との上に配列され得ることをノートされるべきである。
本発明とその利点が詳細に記述されたけれども、付加されたクレームによって定義された如き本発明の精神と範囲から離れることなしに、種々の変更と代替と変形とがなされ得る。
産業上の利用可能性
上記の如く、本発明によれば、アモルフィック・ダイヤモンドのユニークな性質の利点を利用した平坦パネル・ディスプレイを提供できる。
Claims (12)
- 基板の面に隣接して位置する導電ラインを形成するステップと、
当該導電ラインの選択された部分に隣接して位置するアモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップと、
からなるディスプレイ・カソードを製作する方法。 - 導電ラインを形成する上記ステップが、
上記面に隣接して位置する導電層を形成するサブステップと、
上記導電層に隣接して位置するフォトレジスト層を形成するサブステップと、
上記導電ラインの境界を定義するマスクを形成するために、上記フォトレジスト層を露光し現像するサブステップと、
上記導電ラインを形成するために上記マスクを通して上記導電層をエッチングするサブステップと、
からなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 基板の面に隣接して位置する導電材料の第１の層を形成するステップと、
上記基板の領域によって隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するために、上記導電材料の第１の層をパターンづけしてエッチングするステップと、
上記複数のカソード・ストリップと、これ等のカソード・ストリップの間の基板の領域とに隣接して位置する導電材料の第２の層を形成するステップと、
複数のスペーサを形成するための位置を定義する複数の孔をもつマスクを、導電材料の第２の層に隣接して形成するステップと、
上記孔の中に選択された材料を電解鍍金することによって、上記複数のスペーサを形成するステップと、
上記カソード・ストリップの領域の表面を露出するために、上記導電材料の第２の層の部分を選択的に取り除くステップと、
上記カソード・ストリップの領域の表面の選択された部分に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域を選択的に形成するステップと、
からなる、ダイオード・ディスプレイに用いるカソード板を製作する方法。 - 基板の面に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記基板のインタリーブされた領域によって隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するために、上記導電層をパターンづけしてエッチングするステップと、
上記カソード・ストリップの領域の選択された表面に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域を選択的に形成するステップと、
からなるカソード板を製作する方法。 - アモルフィック・ダイヤモンド領域を形成する上記ステップが、レーザ削磨によってアモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップからなる、特許請求の範囲第４項記載の方法。
- 基板の面に導電ストリップを形成するステップと、
その導電ストリップに隣接して位置する絶縁体層を形成するステップと、
上記絶縁体層に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記導電ストリップの部分を露出する複数の孔を形成するために、絶縁体層と導電層とにパターンづけしてエッチングするステップと、
その孔の夫々の側壁の部分を形成する絶縁体層の部分をアンダカットするために、孔を通してエッチングするステップと、
上記導電ストリップの露出した部分にアモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップと、
からなる、トライオード・ピクセル・ディスプレイ・カソードのピクセルを製作する方法。 - アモルフィック・ダイヤモンド領域を形成する上記ステップが、レーザ削磨によってアモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップからなる、特許請求の範囲第６項記載の方法。
- 基板の面で間隔をへだてられた複数の導電ストリップを形成するステップと、
上記導電ストリップに隣接して位置する絶縁体層を形成するステップと、
上記絶縁体層に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記導電ストリップの部分を露出する複数の孔を形成するために、上記絶縁体層と上記導電層とをパターンづけしてエッチングするステップと、
上記孔の夫々の側壁の部分をつくる絶縁体層の部分をアンダカットするために、上記孔を通してエッチングするステップと、
上記導電ストリップの露出された部分にアモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップと、
からなる、トライオード・ディスプレイ・カソード板を製作する方法。 - アモルフィック・ダイヤモンド領域を形成する上記ステップが、レーザ削磨によって、アモルフィック・ダイヤモンド領域を形成するステップからなる、特許請求の範囲第８項記載の方法。
- 基板の面に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記基板のインタリーブされた領域間で隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するために、上記導電層をパターンづけしてエッチングするステップと、
上記基板の上記インタリーブされた領域内に配置される複数のスペーサを形成するステップと、
上記カソード・ストリップの選択された領域に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域を選択的に形成するステップと、
からなる、カソード板を製作する方法。 - 基板の面に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記基板のインタリーブされた領域によって隔てられた複数のカソード・ストリップを定義するために、上記導電層をパターンづけしてエッチングするステップと、
上記カソード・ストリップの部分に隣接して位置する高抵抗材料の領域を選択的に形成するステップと、
上記高抵抗材料の領域の選択された領域に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド領域を選択的に形成するステップと、
からなる、カソード板を製作する方法。 - 基板の面に隣接して位置する導電層を形成するステップと、
上記基板のインタリーブされた領域によって隔てられ、それを通して下方に存在する上記基板の領域を露出する複数の孔を含む、複数のカソード・ストリップを定義するために、上記導電層をパターンづけしてエッチングするステップと、
上記カソード・ストリップを通して上記孔の中に高抵抗材料の領域を選択的に形成するステップと、
上記高抵抗材料の選択された領域に、複数のアモルフィック・ダイヤモンド・エミッタ領域を選択的に形成するステップと、
からなる、カソード板の製作方法。
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