JP4323092B2

JP4323092B2 - 電子放出素子のクリーニング

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Publication number: JP4323092B2
Application number: JP2000514296A
Authority: JP
Inventors: クナル、エヌ・ジョアン; ポーター、ジョン・ディー; スタナーズ、コリン・ディー; スピント、クリストファー・ジェイ; バスコム、ビクトリア・エイ
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: EP1021818B1; DE69832633D1; KR100387053B1; EP1021818A2; DE69832633T2; EP1021818A4; KR20010030782A; JP2001518682A; WO1999017323A3; WO1999017323A2; HK1031154A1; US6004180A

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、陰極線管（「ＣＲＴ」）タイプのフラットパネル型ディスプレイでの使用に適した電子放出デバイスの製造に係るものである。
【０００２】
発明の背景
基本的にフラットパネル型ＣＲＴディスプレイは、低い内部圧力において動作する電子放出デバイス及び発光デバイスからなる。一般的に電子放出デバイスはカソードと称され、広い領域に電子を放出する電子放出素子を含む。放出された電子は、対応する発光デバイスの領域上に分布する発光素子に向けられる。発光素子は電子の衝当によって光を放出し、ディスプレイのスクリーン上に画像を生じさせる。
【０００３】
一般にディスプレイ動作において、電子放出素子は清浄であることが望ましい。特にディスプレイ製造の際に電子放出素子の表面上に積み重なった異物により、電子トンネルバリア(electron tunneling barriers)の高さ及び／又は幅が大きくなる。これにより、ディスプレイの動作電圧がより高くなる。また電子放出表面の異物によって、不均一な放出が生じ、放出が不安定となる。結果として、通常はディスプレイ性能が劣化し、ディスプレイ故障さえも生じる。
【０００４】
Liuらの文献（「Modification of Si field emitter surfaces by chemical conversion to SiC」 J. Vac. Sci. Tech. B, March/April 1994, pages 717-721）には、シリコン電子放出素子に用いる種々のクリーニング（清浄化）方法が記載されている。Liuらが指摘するように、純シリコンで作られた電子放出素子は特に化学的反応性を有する。Liuらは酸化物でシャープにしたシリコンホイスカー(oxide-sharpened silicon whiskers)で始めた。シリコンホイスカーの幾つかを950℃でのドライ酸化により更にシャープにした後、フッ化水素酸エッチングで酸化物コーティングを除去する場合もある。
【０００５】
Liuらはシリコンホイスカーで一定の製造工程を実施する前に、950℃の減圧下でホイスカーを清浄化して酸化物や他の異物を除去している。また、Liuらは電界蒸発(field evaporation)または不活性ガススパッタリングを用いてシリコンホイスカーを清浄化できることにも言及している。Myersらの文献（「Characterization of amorphous carbon coated silicon field emitters」 J. Vac. Sci. Tech. B, May/June 1996, pages 2024-2029）には、王水中でシリコンホイスカーを清浄化することが記載されている。
【０００６】
電子放出素子にとってはシリコン以外の他の材料も魅力がある。一例としてモリブデンがある。Mousaらの文献（「The effect of hydrogen and acetylene processing on microfabricated field emitter arrays」 Appl. Surf. Sci., 1993, pages 218-221）には、円錐形のモリブデン電子放出素子を水素プラズマに曝露することが記載されている。Mousaらは、水素プラズマに曝露したモリブデンエミッタチップに対しては仕事関数が低下することを報告している。非シリコンの電子放出素子、特にモリブデンのような金属からなる電子放出素子の放出能力を改善するためのクリーニング（またはコンディショニング）技術が必要とされている。
【０００７】
発明の開示
本発明は以下のような技術を提供する。詳述すると、本発明は、主としてフラットパネル型ディスプレイのような製品での使用に適する電子放出デバイスの電子放出素子の、特に主として金属製のエミッタの、クリーニング技術を提供する。
【０００８】
本発明の一局面においては、電子放出デバイスの電子放出素子に積重なっている汚染物質をガス状の産物に転化して(convert)電子放出素子から離隔する。これは、電子放出デバイスを含む部分的に製作されたフラットパネル型ディスプレイのような製造物のチャンバー内に、選択された気相の物質を導入する方法によって実施する。この気体の導入過程は、その選択された気相の物質が汚染物質と実質的に接触するようにして行なわれる。通常、その選択された気相の物質が汚染物質と相互作用してガス状の産物を形成する。詳述すると、通常は電子放出素子を動作させることによって汚染物質をガス状の産物に転化する。その後、チャンバーからそのガス状の産物を除去する。
【０００９】
本発明の別の局面においては、再び電子放出デバイスの電子放出素子に積重なっている汚染物質を、同様に電子放出素子に積重なっている更なる物質に転化する。次に、元の汚染物質に比べ容易に除去可能なその更なる物質を、電子放出素子から除去する。液中に溶解させることによって、或いはプラズマに曝露することによって、その更なる物質を除去することができる。中間体の更なる物質への転化を行なう代わりに、元の汚染物質の一部をガス状の産物に直接転化して電子放出素子から離隔することもできる。
【００１０】
本発明の更なる局面においては、電子放出デバイスの電子放出素子に沿って形成された表面コーティングを用いて、電子放出素子から汚染物質を除去する。通常は前記電子放出素子の材料の一部と付加した材料とを反応させてその表面コーティングを形成する。例えば、電子放出素子の材料の酸化物としてその表面コーティングを形成することができる。酸化物の形成は、酸素プラズマや、電子放出素子の材料と容易に反応する単原子酸素及び／又はオゾンを二原子酸素から生じさせる化学線と二原子酸素との組合せによって実施される。
【００１１】
表面コーティングが電子放出素子に沿って準備された場合、前記汚染物質の除去は様々な方法により取扱うことができる。或る方法においては、電子放出素子上に予め存在する汚染物質を、表面コーティングを形成する間に除去する。これは、表面コーティングを形成する際に、汚染物質をガス状の産物に転化して電子放出素子から離隔することにより行なわれる。
【００１２】
別の方法においては、電子放出素子に積重なっている汚染物質の下に表面コーティングを形成する。その後、その汚染物質を除去する。その除去は、例えば、各表面コーティングの少なくとも一部を取除くことにより行なわれる。そこで、積重なっている汚染物質が除去される。
【００１３】
更なる方法においては、表面コーティングを形成する際に、電子放出素子を概ね清浄化可能である。後に電子放出素子上に積重なる汚染物質は、その後除去される。この方法では、汚染される前に電子放出素子を保護する。前述の１以上の汚染物質除去技術の何れについても、この方法において汚染物質を除去するために用いることができる。
【００１４】
要するに、本発明は電子放出素子から汚染物質を除去するための複数の技術を提供するものである。特定の電子放出デバイスの製造に適するこれらの何れの技術も、そのデバイスの製造において選択して用いることができる。従って、本発明は重分な進歩性を有する。
【００１５】
好適実施例の説明
デバイス性能を向上させるために、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子のクリーニング（またはコンディショニング）技術を提供する。電子放出デバイスは、典型的には電界放出カソード、即ち電界エミッタであり、電界エミッタに対向して配置された発光デバイスの発光素子の励起(exciting)に適切なものである。電子放出デバイスと発光デバイスの組み合わせにより、フラットパネル型テレビや、或いは、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、及び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のような、フラットパネル型ディスプレイのＣＲＴを形成する。
【００１６】
以下の記載において、用語“電気的に絶縁性の”（または“誘電性の”）は１０¹⁰Ω−ｃｍより大きな抵抗率を有する材料に対して適用する。従って、用語“電気的に非絶縁性の”は、１０¹⁰Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する材料を指す。電気的に非絶縁性の材料は（ａ）抵抗率が１Ω−ｃｍ未満の導電性材料及び（ｂ）抵抗率が１Ω−ｃｍから１０¹⁰Ω−ｃｍの範囲内にある電気的抵抗を有する材料に区別される。これらのカテゴリーは１Ｖ／μｍを越えない電界に限定される。
【００１７】
導電性材料（即ち、導体）の例としては、金属、金属−半導体化合物（金属ケイ化物等）、及び金属−半導体共融混合物がある。また導電性材料には、中位或いは高位までドーピングされた半導体（ｎ型またはｐ型）が含まれる。電気的抵抗材料には、真性半導体及び軽微にドーピングされた（ｎ型またはｐ型）半導体が含まれる。さらに、電気的抵抗材料の例としては、（ａ）サーメットのような金属−絶縁体複合材料（金属粒子を埋入したセラミック）、（ｂ）グラファイト、非晶質炭素、及び改質された（例えば、ドーピングされた、またはレーザーにより改質された）ダイアモンドのような炭素の形態、（ｃ）シリコン−炭素−窒素(silicon-carbon-nitrogen)のような所定のシリコン−炭素化合物がある。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｃ）（まとめて「図１」と称する）に本発明が教示する電界エミッタの円錐形の電子放出素子１０のクリーニング技術を示す。図１には１つの電子放出素子１０を示す。電界エミッタの他の構成部品及び発光デバイスの構成部品は、後述するように図１２に示す。
【００１９】
図１（ａ）において、円錐形の電子放出素子１０のベース部は電気的非絶縁性の領域に接触する（ここでは示さないが、図１２に示す）。ディスプレイ動作においては、電子は主に電子放出コーン（円錐体）１０の先端から放出される。通常、コーン１０は主として金属（標準的にはモリブデン）からなる。コーン１０を形成するために用いることのできる他の材料としては、（ａ）ニッケル、パラジウム、及び白金のような金属、（ｂ）ルテニウム酸化物のような導電性の金属酸化物、（ｃ）金属カーバイド、及び（ｄ）金属ケイ化物がある。コーン１０は概ね金属からなるが、同時に電子放出特性を高める薄いコーティングを有し得る。例えば、コーン１０を炭素又は炭素を含有する材料によってコーティングすることにより、仕事関数を低下させ、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイの必要な動作電圧を低下させることができる。
【００２０】
汚染物質(contaminant material)１２は、電子放出素子１０の円錐形の外側表面上の様々な場所に位置する。汚染物１２はコーン１０を形成した後に、様々な状況でコーン１０上に蓄積する。汚染物１２の一部は、通常コーン１０を形成した後のフラットパネル型ディスプレイの製造工程においてコーン１０上に堆積する。異物１２は、高分子材料、とりわけ高分子の残留物のような有機材料及び／又は無機材料で、それらはフォトリソグラフィ処理工程に由来し得るものであり、また金属硝酸塩、酸化物、及び炭酸塩を含むプラズマ（ドライ）又は化学（ウエット）エッチング工程の固体の反応副生物もあり得る。
【００２１】
図１のプロセスにおいては、汚染物１２をガス状の産物(gaseous products)１４に変えて電子放出コーン１０から除去する（図１（ｂ）参照）。この異物からガスへの転化(conversion)は、製造過程において、電界エミッタ及び発光デバイスが共に接続され（通常は外壁を介する）、完全にシーリングされていないときに実施される。
【００２２】
メインチャンバー(main chamber)は、電界エミッタ、発光デバイス、および外壁によって形成され、チャンバー内には汚染物１２で被われた電子放出素子１０がチャンバーの内側に沿って配置されている。後述するが、図１２にフラットパネル型ＣＲＴディスプレイのメインチャンバー（３６）を示す。チャンバーは吸気口／排気口（４２）を有し、それを通して気体をチャンバー内に流入させ、またチャンバー外に流出させ得る。
【００２３】
汚染物１２からガス状産物１４への転化は、吸気口／排気口を通しメインチャンバーを排気する（即ち、通常約１３３×１０^-1Ｐａ(10^-1torr)より低い圧力、標準的には約１３３×１０^-7Ｐａ(10^-7torr)以下の圧力までチャンバーを排気する）ことによって起こる。例えば、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、酸素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン（クロロホルム）、四塩化炭素、四フッ化炭素、フルオロメタン、ジフルオロメタン、メタンからオクタンまで変化するアルカン、エテン（エチレン）からオクテンまで変化するアルケン、エチン（アセチレン）からオクチンまで変化するアルキン、メタノールからヘキサノールまで変化するアルカノール、アセトンからヘキサノンまで変化するケトン、メタナールからヘキサナールまで変化するアルデヒド、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、水、過酸化水素、ヒドラジン、亜酸化窒素、酸化窒素、二酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、ホスフィン、アルシン、スチビン、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、フッ化ホウ素、ジボラン、三フッ化窒素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、又は二酸化硫黄、又はこれらの２つ以上のガスの組合せのような選択されたガスが、チャンバーの穴部(port)を通して導入される。
【００２４】
次にフラットパネル型ディスプレイを操作し、電界エミッタの電子放出コーン１０から発光デバイスに向かって電子を放出させる。ディスプレイの動作において、選択されたガスの一部は、異物１２と十分に接触する。各コーン１０を動作させる作用によって、ガス状の産物１４が異物１２を覆うようにして、通常は選択されたガスの一部と異物１２が相互作用する。相互作用には化学反応が含まれ得る。
【００２５】
また、図１の電子放出コーン１０を加熱することもできる。メインチャンバー内に導入した選択されたガスによって、異物１２の一部又はその全てが燃焼し、それにより汚染物１２がガス状の産物１４に変えられる。この場合、残留物（図示せず）がコーン１０上に若干残ることがある。異物１２のある一定の種類の物質、特にある一定の酸化物は、加熱することにより揮発し得る。
【００２６】
そこでメインチャンバー１２を吸気口／排気口を通して再び排気して、ガス状の産物１４をチャンバーから除去する。詳細には、チャンバーは、通常約１３３×１０^-7Ｐａ(10^-7torr)以下の圧力まで排気される。図１（ｃ）は、ガス状の産物１４がコーン１０の周辺から取り除かれ、電子放出コーン１０がクリーニングされた結果を示す。再度の排気が完了した後に、穴部が完全に閉じられてチャンバーはシールされ、空気が通らないようにされる。ここで図１のプロセスが完了する。
【００２７】
所定の用途における図１で示された別の技術では、図１（ａ）の構造物を酸素プラズマに曝露し、汚染物１２をガス状の産物１４に変える。酸素プラズマ工程において電子放出コーン１０の材料が実質的に酸化されない場合には、図１（ｂ）に示す構造体がプラズマ工程の完了時のものである。例えばプラズマ工程においてコーン１０の材料の一部が酸化された場合、通常この別法の技術は、後述するように図３（ａ）〜（ｄ）又は図６（ａ）〜（ｄ）で示される。その場合、後述するように酸化膜エッチング(oxide etch)が実施され、コーン１０の円錐形表面から酸化物が除去される。
【００２８】
本発明による電界エミッタの金属製の電子放出素子１０の別のクリーニング技術を図２（ａ）〜（ｃ）（まとめて「図２」と称する）に示す。図２（ａ）のプロセスの出発点は、汚染物１２が電子放出素子１０の円錐形の外側表面上に積重なっている図１（ａ）の構造体であり、ここでは再び図２（ａ）として示す。図２のプロセスでは、コーン１０にダメージを与えるか、またはコーン１０を極端に除去することなしに、少なくとも異物１２の一部を迅速な方法又は／及び効率的な方法で異物を直接除去することが困難であることが明らかであるか、又は予想される。
【００２９】
図２のプロセスの第１ステップでは、コーン１０にダメージを与えることなしに、迅速に、効果的に、そして選択的に電子放出コーン１０から除去可能な更なる汚染物(further contaminant)１６に汚染物１２を変える（図２（ｂ）参照）。この転化過程は、選択された付加材料を元の異物１２に反応させて更なる異物１６を形成することによって実施できる。付加する材料は、気相及び／又は液相状態であり得る。
【００３０】
別法では、異物１２の化学的性質を変化させる適切な化学線に曝露することにより、元の異物１２から更なる異物１６への転化を行なうことが可能である。所定のタイプの異物１２に対しては、紫外線（「ＵＶ」）が化学線として適切である。また、付加した材料に化学線を当て、異物１２と付加した材料とを反応させることによって、元の異物１２から更なる異物１６を生じさせることができる。その２つの化学線工程は、同時に又は順次に実施可能である。
【００３１】
そこで更なる汚染物質１６は、電子放出コーン１０から除去される。図２（ｃ）は図１（ｃ）と同様に、清浄化されたコーン１０を示す。
【００３２】
更なる異物１６は、様々な方法で除去可能である。例えば、異物１６を電子放出コーン１０に著しくは作用しないのエッチング液中で溶解可能である。異物１６の一部は、エッチング液中に浮遊する粒子に転化できる。同様に、コーン１０に著しくは作用しないプラズマを用いて異物１６を除去可能である。異物１６の成分によっては、適切な化学線を用いて異物１６をガス状の産物に変え、コーン１０から遠ざける。これら２つ以上の技術を用いて異物１６をコーン１０から除去することができる。
【００３３】
図３（ａ）〜（ｄ）（まとめて「図３」と称す）に本発明の電界エミッタの金属製電子放出素子１０の第３のクリーニング技術を示す。図３のプロセスも同様に図１（ａ）の構造体から始まり、ここで再び図３（ａ）として示す。電子放出素子１０の円錐形の表面に沿って表面コーティング１８を形成し、積重なっている汚染物１２をガス状の産物１４に変えてコーン１０から除去する。図３（ｂ）はその時点の構造体である。
【００３４】
図３（ｂ）の電子放出コーン１０の表面コーティング１８は、様々な方法で形成できる。通常はコーン１０の円錐形の表面に沿った材料の一部に追加の材料を反応させてコーティング１８を形成する。同時にコーン１０を化学線（通常は紫外線）に曝露することによって、反応性を高めることができる。同様に、コーン１０を加熱するか、或いは赤外線に曝露することにより反応性を高めることもできる。
【００３５】
一般に表面コーティング１８は、コーン１０の円錐形の表面に沿ってエミッタ材料の薄い層を酸化することにより形成する。例えば、コーン１０及び汚染物１２を酸素プラズマに曝露することによりコーティング１８を形成し、また同時に異物１２の少なくとも一部をガス状の産物１４に転化することができる。酸素プラズマを用いる代わりに、コーン１０及び異物１２を、二原子（気相）酸素、及びその二原子酸素の一部から単原子酸素やオゾンを形成する化学線（通常は紫外線）に同時に曝すことができる。低温では二原子の酸素の反応性は高くないが、単原子酸素及びオゾンは両方とも低温で高い反応性を有し、コーン１０の円錐形表面に沿ったエミッタ材料と反応しコーティング１８を形成する。ＵＶ／酸素処理は、通常５０℃未満の温度で実施され、異物１２の少なくとも一部をガス状の産物１４に変える。
【００３６】
種々の現象によって、表面コーティング１８を形成する際にガス状の産物１４を生じさせて電子放出コーン１０から除去することができる。例えば、コーティング１０をエミッタ材料の酸化物として形成する前述の各方法において、コーティング１８の形成過程に含まれる反応の付帯効果によってガス状の産物１４を形成できる。反応を助長するための紫外線のような化学線を用いない場合でも、化学線を個別に用いて異物１２の一部又はその全てを気相に転化することができる。異物１２が比較的高温で揮発する場合には、急速加熱（即ち、急速熱処理）を用いて気化させることができる。
【００３７】
表面コーティング１８は、電界放出コーン１０の放出性能を低下させる場合も低下させない場合もあり得る。放出性能を阻害する場合には、コーティング１８の少なくとも一部が除去される。図３（ｃ）はコーティング１８の一部を除去した状態を示している。コーティング１８の残存部分を符号１８Ａで示す。図３（ｄ）に示すように、図１（ｃ）と同様にコーティング１８を完全に除去することができる。
【００３８】
種々の方法によって表面コーティング１８を部分的或いは完全に除去することができる。コーティング１８をエミッタ材料の酸化物として形成した場合には、適切なプラズマ（通常は水素プラズマ）を用いてコーティングの一部又はその全てを除去することができる。別法として、化学的エッチング液中でコーティング１８を部分的に、或いは完全に溶解することができる。通常、この方法ではコーン１０をエッチング液中に浸漬する必要がある。コーン１０及び表面コーティングの各々が、モリブデン及び酸化モリブデンからなる場合、コーティング１８を部分的又は完全に除去するための標準的なエッチング液は、約６０℃のトリス−（ハイドロメチル）アミノメタンの水溶液である。
【００３９】
別法として、コーン１０及びコーティング１８に対し、コーティング１８を形成するために用いた付加的材料（例えば酸素のようなもの）をコーティング１８から除去するような作用を受けさせ、それによりコーティング１８をコーン１０のエミッタ材料に転化して戻すことができる。この転化は、コーティング１８がエミッタ材料の酸化物である場合には単純な還元である。図３（ｄ）はこの別法のコーン１０の最終的な構造体を示す。
【００４０】
本発明の電界エミッタの金属製電子放出素子１０の第４のクリーニング技術を図４（ａ）〜（ｄ）（まとめて「図４」と称する）に示す。図１（ａ）の構造体が図４のプロセスの出発点であり、ここでは再び図４（ａ）として示す。図３のプロセスと同様に、電子放出素子１０の円錐形表面に沿って表面コーティング１８を形成する。前述の図３のプロセスと同様に、コーティング１８は種々の方法で形成可能である。
【００４１】
図３と図４の技術は生じる汚染物質１２が異なる。異物１２の下に表面コーティング１８が形成される際には、図４の異物１２はガスに転化される代わりに、コーン１０に積重なったままである（図４（ｂ）参照）。図４（ｂ）には図示しないが、異物の一部或いはその全ては、コーティング１８の形成の際に図２のプロセスにおける更なる異物１６と同様に異なる化学的形態(chemical form)に転化され得る。
【００４２】
その後、汚染物質１２（化学的形態が変化した全ての部分を含む）は除去される。通常、異物の除去は、表面コーティング１８の少なくとも一部を取り除くことによって実施する。そこで異物１２が取り除かれる。
【００４３】
前述した図３のプロセスのような種々の方法によって、表面コーティング１８の一部又はその全てを除去することができる。例えば、水素プラズマのようなプラズマを用いてコーティング１８の一部或いはその全てを除去する場合、汚染物質１２をコーン１０付近から離隔するために種々のメカニズムが機能し得る。例えば、プラズマチャンバーの中のプラズマ構成物やガス流れにおいて異物１２を一掃することができる。別法あるいは付帯的方法として、静電荷の蓄積によって異物１２をプラズマ中に浮遊させることができる。
【００４４】
コーティング１８を化学的エッチング液によって部分的又は完全に除去する場合、汚染物質１２は通常エッチング液中に溶解及び／又は浮遊する。エッチング剤を撹拌することによって、コーン１０から異物１２の粒子を離隔し、また再びコーン１０に付着することを防止し得る。これは、例えばエッチング剤の超音波撹拌によって行なうことができる。またコーン１０上に異物１２が再付着することを防止するために濾過を用いることもできる。
【００４５】
図４（ｃ）は表面コーティング１８の一部を取り除くことによって、汚染物質１２の除去を行なう状態を示すものである。符号１８Ａは表面コーティング１８の残りである。通常この例において、厚みが減った表面コーティング１８Ａの存在によって、コーン１０の放出性能が大きく低下することはなく、また実際には放出性能が向上することもある。図４（ｄ）は、コーティング１８が完全に取除かれるまで除去し続けた場合を示している。
【００４６】
図１から図４の技術は、種々の方法において組み合わせることができる。図５（ａ）〜（ｃ）（まとめて「図５」と称する）及び図６（ａ）〜（ｄ）（まとめて「図６」と称する）は２つのそれらの組合せの例を表す。
【００４７】
図５は、本発明の電界エミッタの金属製の電子放出コーン１０のクリーニングのために図１及び図２の技術をどのように組み合わせて用いるかを示すものである。図５のプロセスは再び図１（ａ）の構造体を出発点とし、ここで再び図５（ａ）として示す。図５（ｂ）に示すように汚染物１２の一部を、ガス状の産物１４に変えてコーン１０から離隔する。異物１２の残りはコーン１０上に積み重なる更なる汚染物質１６に転化されるが、それらは元の異物１２に比べてコーン１０から容易に除去することができる。異物１２からガス状の産物１４及び更なる異物１６への転化は、一度の操作又は別々の操作において実施することができる。
【００４８】
続いて更なる異物１６を除去して、図５（ｃ）の清浄化した構造体を生じさせる。前述の図１及び図２の技術の何れの方法も、図５の技術における種々の転化過程及び除去過程において用いることができる。
【００４９】
図６は、本発明の電界エミッタの金属製電子放出コーン１０のクリーニングのために、図３及び図４の技術をどのように組み合わせるかを示すものである。図６のプロセスは図１（ａ）の構造体で始まり、ここで再び図６（ａ）として示す。図６（ｂ）に示すように、汚染物１２の各部分の下のコーン１０の円錐形表面に沿って表面コーティング１８を形成する。図４のプロセスと同様に、これらの異物１２の各部分の一部又はその全ては、コーティング１８の形成の際に異なる化学形態に転化され得る。残りの異物１２は、ガス状の産物１４に転化されてコーン１０から離れる。コーティング１８の形成および異物１２の一部のガス状の産物１４への部分的な転化は、一度の操作又は別々の操作において実施することができる。
【００５０】
続いて表面コーティング１８上に積重なっている汚染物１２の各部分が取り除かれる。前述の図３及び図４の技術のいかなる方法も、図６の技術の種々の形成過程、転化過程、及び除去過程において用いることができる。図６（ｃ）はコーティング１８の一部を取り除いた際の残りの構造体を示すものであり、符号１８Ａはコーティング１８の残存部分を示す。図６（ｄ）はコーティング１８が完全に除去された場合の構造体を示す。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ）及び（ｂ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）（まとめて「図７〜図１１」と称する）は概括的な技術を示すものであり、電子放出素子１０を清浄に保つように本発明の電界エミッタの金属製電子放出素子１０を取り扱うための幾つかの処理の分枝を含む。図７〜図１１のプロセスは概ね清浄な状態における素子１０から始まる（図７（ａ）参照）。このため図７（ａ）の構造体は、例えば図１から図６の何れかの技術によって電子放出コーン１０がクリーニングされた直後の状態であるか、又はコーン１０の製造が完了した直後の状態であり、且つコーン１０が減圧下にあり、吸気口／排気口を通して出入可能である状態を表す。
【００５２】
図７（ｂ）に示すように、表面コーティング２０を電子放出素子１０の外側の円錐形表面に沿って形成する。表面コーティング２０は、図３のプロセスにおいて表面コーティング１８を形成するために用いた任意の方法に従い形成することができる。例えば、コーン１０の材料の薄い層を追加した物質（通常は酸素のようなガス）と反応させることによって、コーティング２０を形成することができる。
【００５３】
続いて図７（ｃ）に示すように、汚染物質１２が表面コーティング２０上に積重なる。異物１２は種々の方法を用いて除去することができる。それらの４つの方法が、図８（ａ）及び（ｂ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）である。
【００５４】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面コーティング２０の一部又は全てを除去して汚染物１２を取り除くことができる。図８（ａ）はコーティング２０の一部を除去した状態を示す。符号２０Ａはコーティング２０の残存部分である。図８（ｂ）は、コーティング２０を全て除去した状態を示す。
【００５５】
図９（ａ）〜（ｄ）において、異物１２はガス状の産物１４に転化されコーン１０から離れる（図９（ａ）参照）。コーティング２０によってコーン１０の放出性能は改善され、また最悪でも放出性能を大きく低下させることはない。そのような場合、図９（ｂ）に示すようにコーティング２０を適切に残すことができる。別法として図９（ｃ）に示すようにコーティング２０の一部を除去することが可能で、ここで符号２０Ａはコーティング２０の残存部分を示す。最後に、図９（ｄ）はコーティング２０が完全に除去された場合を示す。
【００５６】
図１０（ａ）〜（ｃ）において、汚染物質１２は図１０（ａ）のように更なる汚染物質１６に転化される。更なる汚染物質１６は、元の異物１２に比べてより容易にコーティング２０から除去可能である。そのような場合、更なる異物１６はコーティング２０に大きな影響を及ぼすことなしに個別に除去可能である。或いは、コーティング２０の一部又はその全てを除去することによって異物１６を取り除くこともできる。図１０（ｂ）及び（ｃ）は、コーティング２０を部分的に又は完全に除去した場合をそれぞれ表す。
【００５７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、図１０（ａ）〜（ｃ）の方法を図９（ａ）〜（ｄ）の方法とどのように組み合わせるかを示す。異物１２の一部を更なる異物１６に転化する一方、元の異物１２の残りはガス状の産物１４に転化されコーン１０から離れる（図１１（ａ）参照）。更なる異物１６は、元の異物１２に比べ表面コーティング２０から容易に除去し得るものであり、その後それらは除去される。図１１（ｂ）は、コーティング２０の少なくとも一部を除去して更なる異物１６を取り除いた状態を示す。コーティング２０を全て取り除いたものを図１１（ｃ）の構造体として示す。
【００５８】
図１２は、本発明に従いクリーニングされる電子放出コーン１０を用いる電界エミッタ３０を有するフラットパネル型ＣＲＴディスプレイの一例を示す。フラットパネル型ディスプレイの構成部品には、電界エミッタ３０に加えて発光デバイス３２及び環状の外壁３４が含まれる。電界エミッタ３０及び発光デバイス３２の各々は、外壁３４（通常はガラス）を介して組み合わされ、チャンバー３６を形成する。同様に符号４０はシール材料（通常はガラスフリット）を示し、それにより壁３４は発光デバイス３２と接続される。
【００５９】
フラットパネル型ディスプレイは流入口／流出口４２を有し、それを通してチャンバー３６に気体を導入し、或いはチャンバー３６から気体を排出することができる。流入口／流出口４２は、図１２の電界エミッタ３０の周辺部から延在するように示されている。図１２はポート部４２の開放した状態を示す。フラットパネル型ディスプレイの最終的な封止において、チャンバー３６内の圧力を約１３３×１０^-7Ｐａ(10^-7torr)以下まで減圧し、穴部４２を完全に封止してチャンバー３６を空気が通らないようにする。
【００６０】
電界エミッタ３０は、通常はガラスからなる薄く平坦な電気的に絶縁性のベースプレート５０から形成される。下側の電気的に非絶縁性のエミッタ領域がベースプレート５０の頂部に位置する。通常そのエミッタ領域は、（ａ）ベースプレート５０上に位置する側方に離隔された概ね平行なエミッタ電極５２のグループ及び（ｂ）電気的抵抗層５４からなる。図１２に示すエミッタ電極５２は、一般にアルミニウム又はニッケルのような金属からなる。抵抗層５４は、一般にサーメット及び／又はシリコン−炭素−窒素化合物からなる。
【００６１】
標準的にはシリコン酸化物又は窒化ケイ素からなる誘電性の層５６は、抵抗層５４上に位置し、また層５４の形状に応じてベースプレート５０と接触することもある。側方に離隔された概ね平行な制御電極５８のグループが、エミッタ電極５０に対し概ね垂直に誘電性の層５６を横切り延在する。図１２には２つの制御電極５８を示している。各制御電極５８は、（ａ）制御電極５８の長さを伸長するメイン制御部６０及び（ｂ）隣接する１以上のより薄いゲート部６２からなる。通常、メイン制御部６０及びゲート部６２は、両方ともクロムからなる。
【００６２】
多数の複合的な開口部が、ゲート部６２及び誘電性の層５６を通り下側の非絶縁性領域の抵抗層５４に向かって下方に延在する。複合的な開口部の各々は、（ａ）ゲート部６２の１つを通り延在するゲート開口部６４及び（ｂ）誘電性の層５６を通り延在する誘電性開口部６６からなる。各複合的な開口部６４／６６は、１つの電子放出コーン１０を含む。従ってコーン１０はチャンバー３６の内側に沿って配置される。コーン１０は、複数のコーン１０の側方に離隔されたセットの二次元アレイ中に配置される。
【００６３】
また電界エミッタ３０には、概して蜂の巣様のパターンに配置された電子集束システム６８が含まれる。集束システム６８は、ベース集束構造体７０及び隣接する集束コーティング７２からなる。通常、ベース集束構造体７０は、電気抵抗材料又は電気的に絶縁性の材料で形成される。集束コーティング７２は、電気的非絶縁性材料（一般に金属）で形成される。集束システム６８は電子放出コーン１０によって放出された電子の軌道を制御し、それらを発光デバイス３２の目的部位に衝当させる。本発明のクリーニング技術は、集束システム６８の形成の際に生じるコーン１０の汚染物質を克服するものである。
【００６４】
発光デバイス３２は薄く平坦な透過性の電気的絶縁性の表面板８０（通常はガラス）で形成し、ベースプレート５０に対向して配置する。電子放出発光体領域(phosphor regions)８２は、対応する電子放出素子１０のセットに直接対向させて表面板８０の内側表面上に配置する。薄い光反射層(light-reflective layer)８４（一般にアルミニウム）が、フェースプレート８０の内側表面に沿って発光体領域８２の上層をなす。電子放出素子１０によって放出された電子は、光反射層８４を通過し、発光体領域８２から光を放出させ、フェースプレート８０の外側表面上に認識できる画像を生じさせる。
【００６５】
一般にフラットパネル型ＣＲＴディスプレイには、図１２に示していない他の構成部品も含まれる。例えば、最終的なディスプレイのシールの後にディスプレイの操作又はシールの貫通等によってチャンバー内に侵入した汚染ガスを除去するために、ゲッタが準備される。通常、フェースプレート８０の内側表面に沿って配置されたブラックマトリクス(black matrix)が、各発光体領域８２を取り囲んで別の発光体領域８２からそれらを側方に離隔する。スペーサ壁を用いて、ベースプレート５０とフェースプレート８０の間の間隔を比較的一定に保持する。
【００６６】
図１２に示した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る場合、本発明により製造された電界エミッタは次に述べる方法で動作する。光反射層８４は、電子放出カソードに対するアノードとして役立つ。アノードは、電極５２、５８に対して高い正の電位に保持される。
【００６７】
適切な電位が（ａ）選択された１つのエミッタ電極５２と（ｂ）選択された１つの制御電極５８との間に印加された場合、選択されたゲート部６２は、２つの選択された電極の交差部分(intersection)において電子放出素子１０から電子を引き出し、発生する電子流の大きさを制御する。通常、要求されたレベルの電子放出が発生するのは、発光体領域８２が高電位の発光体である場合に、発光体で被われたフェースプレート８０で計測された電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ²であり、印加されたゲート−カソード平行平面の電界が２０〜１００Ｖ／ｍｍ或いはそれ未満に到達する時である。引き出された電子が衝当することによって、発光体領域８２は光を放出する。
【００６８】
本発明を特定の実施例に関して説明してきたが、それは単に例証を目的としたものであり、本発明の請求の範囲が限定されるものではない。例えば、電子放出素子１０は、円錐形はなく別の形状も可能である。一例としてフィラメントがある。別の例としてはペデスタル上の円錐体がある。
【００６９】
電子放出素子１０は、熱電子放出及び光電子放出のようなメカニズムに従い動作する電子放出デバイスにおいて用いることができる。本発明によってクリーニングされた電子放出素子１０を含む電子放出デバイスは、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイとは別のフラットパネル製品に用いることができる。用いられる製品の例としては、電子分光法、電子ビームからのＸ線又はマイクロ波の発生、及び電子ビーム加熱による材料の蒸発（蒸着）において用いることができる。本発明の思想及び請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって種々の変更及び応用が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の一つのクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の別のクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の更に別のクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子のまた更に別のクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の図１（ａ）乃至（ｃ）および図２（ａ）乃至（ｃ）を組合せたクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の図３（ａ）乃至（ｄ）および図４（ａ）乃至（ｄ）を組合せたクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図７】（ａ）乃至（ｄ）よりなり、本発明による電子放出デバイスの電子放出素子の部分的なクリーニング技術の過程を示す断面構造の図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）よりなり、図７（ａ）乃至（ｃ）のクリーニングのための技術を完成するための一組の過程を示す断面構造の図である。
【図９】（ａ）乃至（ｄ）よりなり、図７（ａ）乃至（ｃ）のクリーニングのための技術を完成するための別の組の過程を示す断面構造の図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）よりなり、図７（ａ）乃至（ｃ）のクリーニングのための技術を完成するための更に別の組の過程を示す断面構造の図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）よりなり、図７（ａ）乃至（ｃ）のクリーニングのための技術を完成するためのまた更に別の組の過程を示す断面構造の図である。
【図１２】本発明によりクリーニング可能な電子放出素子を有するゲート電界エミッタを含むフラットパネル型ＣＲＴディスプレイの断面構造の図である。
図中および好適実施例の説明においては、同一もしくは概ね同様の部品や構造体を同様の参照符号を用いて表す。

Claims

電子放出素子の製造方法であって、
電子放出素子に積重なっている汚染物質をガス状の産物に転化せしめるための気相の物質を、該汚染物質と接触するように、該電子放出素子を含むチャンバー内に導入した状態で前記電子放出素子から電子を放出させることによって、前記汚染物質をガス状の産物に転化する第１工程と、
前記チャンバーから前記ガス状の産物を除去する第２工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
前記第１工程の前に、前記チャンバーを十分に排気する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
前記気相の物質が、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、酸素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、四フッ化炭素、フルオロメタン、ジフルオロメタン、炭素数が１乃至８個のアルカン、炭素数が２乃至８個のアルケン、炭素数が２乃至８個のアルキン、炭素数が１乃至６個のアルカノール、炭素数が３乃至６個のケトン、炭素数が１乃至６個のアルデヒド、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、水、過酸化水素、ヒドラジン、亜酸化窒素、酸化窒素、二酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、ホスフィン、アルシン、スチビン、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、フッ化ホウ素、ジボラン、三フッ化窒素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、二酸化硫黄のうちの少なくと１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
前記電子放出素子が、主としてモリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、導電性金属酸化物、金属カーバイド、及び金属ケイ化物の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
電子放出素子を備えるフラットパネル型ディスプレイの製造方法であって、前記電子放出素子が請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法によって製造されることを特徴とするフラットパネル型ディスプレイの製造方法。