JPH09311644A - 金属箔上の改善されたエミッタを用いた電界放射デバイス及びそのようなデバイスの作製方法 - Google Patents
金属箔上の改善されたエミッタを用いた電界放射デバイス及びそのようなデバイスの作製方法Info
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- JPH09311644A JPH09311644A JP29558596A JP29558596A JPH09311644A JP H09311644 A JPH09311644 A JP H09311644A JP 29558596 A JP29558596 A JP 29558596A JP 29558596 A JP29558596 A JP 29558596A JP H09311644 A JPH09311644 A JP H09311644A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、金属箔上の改善されたエミッタを
用いた電界放射デバイス及びそのようなデバイスの作製
方法を提供する。 【解決手段】 本発明により、電界放射デバイスを作製
する改善された方法が得られる。その方法によると、望
ましい高い温度（たとえば９００℃又はそれ以上）にお
いて柔軟性のある金属箔上に、ダイヤモンド粒子又はア
イランドをあらかじめ堆積させ、結合できる。次に、高
品質エミッタ被覆導電体箔をガラス基板上に、固着させ
る。電界放射特性を最大にするのに加え、これらの方法
により、高速、低価格製造が可能になる。電界エミッタ
はロールとして巻かれた長い連続したシートの形の金属
箔上に、あらかじめ堆積でき、陰極アセンブリはエミッ
タ被覆ガラス基板のそれぞれを、真空チャンバ中でプラ
ズマ処理することなく、高速の自動化された接合プロセ
スにより作製できる。
用いた電界放射デバイス及びそのようなデバイスの作製
方法を提供する。 【解決手段】 本発明により、電界放射デバイスを作製
する改善された方法が得られる。その方法によると、望
ましい高い温度（たとえば９００℃又はそれ以上）にお
いて柔軟性のある金属箔上に、ダイヤモンド粒子又はア
イランドをあらかじめ堆積させ、結合できる。次に、高
品質エミッタ被覆導電体箔をガラス基板上に、固着させ
る。電界放射特性を最大にするのに加え、これらの方法
により、高速、低価格製造が可能になる。電界エミッタ
はロールとして巻かれた長い連続したシートの形の金属
箔上に、あらかじめ堆積でき、陰極アセンブリはエミッ
タ被覆ガラス基板のそれぞれを、真空チャンバ中でプラ
ズマ処理することなく、高速の自動化された接合プロセ
スにより作製できる。
Description
【０００１】
【本発明の分野】本発明は電界放射デバイス、具体的に
は、改善された電子エミッタ粒子、又は金属箔上に先に
堆積させ、固着させたアイランドを用いた平坦パネル表
示及びそのようなデバイスの作製方法に係る。
は、改善された電子エミッタ粒子、又は金属箔上に先に
堆積させ、固着させたアイランドを用いた平坦パネル表
示及びそのようなデバイスの作製方法に係る。
【０００２】
【本発明の背景】適当な陰極材料から真空中への電子の
電界放射は、各種の真空デバイス用電子源として、現在
最も確実性が高い。これらのデバイスには、平坦パネル
表示、マイクロ波パワー増幅器に用いられているクライ
ストロン及び進行波管、イオン銃、電子ビームリソグラ
フィ、高エネルギー加速器、自由電子レーザ及び電子顕
微鏡及びマイクロプローブが含まれる。最も確実性の高
い用途は、薄いマトリクス・アドレス平坦パネル表示で
ある。たとえば、セミコンダクター・インターナショナ
ル（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ）、１９９１年１２月号、４６頁；シー・エイ
・スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）ら、アイ・イーイ
ーイー・トランスアクションズ・オン・エレクトロン・
デバインズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏ
ｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、３８巻、２
３５５頁（１９９１）；アイ・ブローディー（Ｉ．Ｂｒ
ｏｄｉｅ）及びシー・エイ・スピントＣＣ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ）、アドバンシズ・イン・エレクトロニクス・ア
ンド・エレクトロン・フィジックス（Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、ピー・ダヴリュ・ホークス
（Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ）、８３巻、７５−８７頁（１
９９２）及びジュイ・エイ・コステラノ（Ｊ．Ａ．Ｃｏ
ｓｔｅｌｌａｎｏ）、ハンドブック・オブ・ディスプレ
イ・テクノロジー（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｄｉｓｐ
ｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、アカデミック・プレ
ス，ニューヨーク，２５４頁（１９９２）を参照のこ
と。
電界放射は、各種の真空デバイス用電子源として、現在
最も確実性が高い。これらのデバイスには、平坦パネル
表示、マイクロ波パワー増幅器に用いられているクライ
ストロン及び進行波管、イオン銃、電子ビームリソグラ
フィ、高エネルギー加速器、自由電子レーザ及び電子顕
微鏡及びマイクロプローブが含まれる。最も確実性の高
い用途は、薄いマトリクス・アドレス平坦パネル表示で
ある。たとえば、セミコンダクター・インターナショナ
ル（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ）、１９９１年１２月号、４６頁；シー・エイ
・スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）ら、アイ・イーイ
ーイー・トランスアクションズ・オン・エレクトロン・
デバインズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏ
ｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、３８巻、２
３５５頁（１９９１）；アイ・ブローディー（Ｉ．Ｂｒ
ｏｄｉｅ）及びシー・エイ・スピントＣＣ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ）、アドバンシズ・イン・エレクトロニクス・ア
ンド・エレクトロン・フィジックス（Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、ピー・ダヴリュ・ホークス
（Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ）、８３巻、７５−８７頁（１
９９２）及びジュイ・エイ・コステラノ（Ｊ．Ａ．Ｃｏ
ｓｔｅｌｌａｎｏ）、ハンドブック・オブ・ディスプレ
イ・テクノロジー（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｄｉｓｐ
ｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、アカデミック・プレ
ス，ニューヨーク，２５４頁（１９９２）を参照のこ
と。
【０００３】典型的な電界放射デバイスは、複数の電界
放射チップを含む陰極及び陰極から空間的に離れた陽極
を含む。陽極と陰極間に印加された電圧は、陽極方向へ
の電子の放射を含む。
放射チップを含む陰極及び陰極から空間的に離れた陽極
を含む。陽極と陰極間に印加された電圧は、陽極方向へ
の電子の放射を含む。
【０００４】従来の平坦パネル電界放射表示（ＦＥＤ）
は、セル（裏面プレート）の陰極上に形成された微小電
界エミッタのマトリクスアレイ及び透明な前面プレート
上の蛍光体被覆陽極を含む平坦真空セルを含む。陰極と
陽極の間に、格子又はゲートと呼ばれる導電性要素があ
る。陰極及びゲートは典型的な場合、交差が表示の画素
を規定する曲ったストライプ（通常垂直）である。与え
られた画素は陰極導電体ストリップとゲート導電体間に
電圧を印加することにより、励起される。放出される電
子に相対的に高いエネルギー（４００−３，０００ｅ
Ｖ）を与えるため、陽極にはより正の電圧が印加され
る。たとえば、米国特許第４，９４０，９１６号；５，
１２９，８５０号５，１３８，２３７号及び５，２８
３，５００号を参照のこと。これらのそれぞれは、ここ
に参照文献として含まれている。
は、セル（裏面プレート）の陰極上に形成された微小電
界エミッタのマトリクスアレイ及び透明な前面プレート
上の蛍光体被覆陽極を含む平坦真空セルを含む。陰極と
陽極の間に、格子又はゲートと呼ばれる導電性要素があ
る。陰極及びゲートは典型的な場合、交差が表示の画素
を規定する曲ったストライプ（通常垂直）である。与え
られた画素は陰極導電体ストリップとゲート導電体間に
電圧を印加することにより、励起される。放出される電
子に相対的に高いエネルギー（４００−３，０００ｅ
Ｖ）を与えるため、陽極にはより正の電圧が印加され
る。たとえば、米国特許第４，９４０，９１６号；５，
１２９，８５０号５，１３８，２３７号及び５，２８
３，５００号を参照のこと。これらのそれぞれは、ここ
に参照文献として含まれている。
【０００５】理想的には、電界放射デバイスに有用な陰
極材料は、以下の特性をもつ必要がある。 （ｉ） 放射電流は、電圧で制御可能であると有利であ
る。好ましくは、入手が容易な集積回路から得られる範
囲内の駆動電圧で制御可能であると有利である。 （ii） 放射電流密度は、平坦パネル表示用には０．１
−１ｍＡ／ｍｍ2 の範囲が有利である。 （iii) 放射特性は源間で再現性があるのが有利であ
る。非常に長時間（数千時間）に渡り、それが安定であ
ると、有利である。 （iV） 放射のふらつき（雑音）は、デバイス特性を制
限しないよう小さいことが有利である。 （ｖ） 陰極はイオン照射、残留気体との化学反応、極
限温度及びアーク放電といった真空雰囲気中で生じる好
ましくない現象に対し、耐性があると有利である。 （vi） 陰極は非常に厳密さを必要とするプロセスを伴
わず、製造価格が低く、各種の用途に適用できると有利
である。
極材料は、以下の特性をもつ必要がある。 （ｉ） 放射電流は、電圧で制御可能であると有利であ
る。好ましくは、入手が容易な集積回路から得られる範
囲内の駆動電圧で制御可能であると有利である。 （ii） 放射電流密度は、平坦パネル表示用には０．１
−１ｍＡ／ｍｍ2 の範囲が有利である。 （iii) 放射特性は源間で再現性があるのが有利であ
る。非常に長時間（数千時間）に渡り、それが安定であ
ると、有利である。 （iV） 放射のふらつき（雑音）は、デバイス特性を制
限しないよう小さいことが有利である。 （ｖ） 陰極はイオン照射、残留気体との化学反応、極
限温度及びアーク放電といった真空雰囲気中で生じる好
ましくない現象に対し、耐性があると有利である。 （vi） 陰極は非常に厳密さを必要とするプロセスを伴
わず、製造価格が低く、各種の用途に適用できると有利
である。
【０００６】従来の電子エミッタは典型的な場合、ナノ
メータサイズの鋭い先端を有する（Ｍｏのような）金属
又は（Ｓｉのような）半導体で作られた。実際の用途に
必要な安定性及び再現性を有する適切な放射特性が、示
されてきた。しかし、これらの材料からの放射に必要な
制御電圧は、それらの仕事関数のため、比較的高い（約
１００Ｖ）。高い電圧動作により、イオン照射、エミッ
タチップ上の表面拡散及び外部源からの必要な高いパワ
ー密度のため、損傷不安定性が増す。均一な鋭いチップ
の作製は難しく、単調で、費用がかかる。特に大面積に
渡って均一にすることは、そうである。加えて、これら
の材料がイオン照射に対して傷つきやすいため、化学的
に活性な物質及び極端な温度は、重要な問題である。
メータサイズの鋭い先端を有する（Ｍｏのような）金属
又は（Ｓｉのような）半導体で作られた。実際の用途に
必要な安定性及び再現性を有する適切な放射特性が、示
されてきた。しかし、これらの材料からの放射に必要な
制御電圧は、それらの仕事関数のため、比較的高い（約
１００Ｖ）。高い電圧動作により、イオン照射、エミッ
タチップ上の表面拡散及び外部源からの必要な高いパワ
ー密度のため、損傷不安定性が増す。均一な鋭いチップ
の作製は難しく、単調で、費用がかかる。特に大面積に
渡って均一にすることは、そうである。加えて、これら
の材料がイオン照射に対して傷つきやすいため、化学的
に活性な物質及び極端な温度は、重要な問題である。
【０００７】ダイヤモンドはその負又は低い電子親和力
と堅固な物理的かつ化学的特性のため、電界エミッタ用
の望ましい材料である。ダイヤモンド電界エッミタを用
いた電界放射デバイスについては、たとえば米国特許第
５，１２９，８５０及び５，１３８，２３７号及びオカ
ノ（Ｏｋａｎｏ）ら、アプライド・フィジックス・レタ
ーズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、６４巻、２
７４２頁（１９９４）に述べられている。これらはすべ
て、ここに参照文献として、含まれている。ダイヤモン
ドエミッタを使用できる平坦パネル表示については、１
９９４年３月３０日、エオム（Ｅｏｍ）らにより出願さ
れた審査中の米国特許出願第０８／２２０，０７７号、
ともに１９９４年８月３１日に、ジン（Ｊｉｎ）らによ
り出願された米国特許出願第０８／２９９，６７４及び
第０８／２９９，４７０号、ともに１９９４年１０月３
１日にジン（Ｊｉｎ）らにより出願された米国特許出願
第０８／３１１，４５８及び第０８／３３２，１７９号
及び１９９４年１２月２２日に出願された出願第０８／
３６１６１６号及び１９９５年１月３１日に出願された
出願第０８／３８１３７５号に述べられている。
と堅固な物理的かつ化学的特性のため、電界エミッタ用
の望ましい材料である。ダイヤモンド電界エッミタを用
いた電界放射デバイスについては、たとえば米国特許第
５，１２９，８５０及び５，１３８，２３７号及びオカ
ノ（Ｏｋａｎｏ）ら、アプライド・フィジックス・レタ
ーズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、６４巻、２
７４２頁（１９９４）に述べられている。これらはすべ
て、ここに参照文献として、含まれている。ダイヤモン
ドエミッタを使用できる平坦パネル表示については、１
９９４年３月３０日、エオム（Ｅｏｍ）らにより出願さ
れた審査中の米国特許出願第０８／２２０，０７７号、
ともに１９９４年８月３１日に、ジン（Ｊｉｎ）らによ
り出願された米国特許出願第０８／２９９，６７４及び
第０８／２９９，４７０号、ともに１９９４年１０月３
１日にジン（Ｊｉｎ）らにより出願された米国特許出願
第０８／３１１，４５８及び第０８／３３２，１７９号
及び１９９４年１２月２２日に出願された出願第０８／
３６１６１６号及び１９９５年１月３１日に出願された
出願第０８／３８１３７５号に述べられている。
【０００８】ダイヤモンドは低電圧電界エミッタのよう
な本質的な利点をもたらし、特に超微小粒子又はアイラ
ンドの形のダイヤモンドは、そうである。これらの粒子
又はアイランドは、電界の集中に望ましい鋭い突き出し
た結晶端部及び角を示すように、作ることができる。低
電圧電界放射を確実にするための最も厳密さを必要とす
る工程の１つは、良好な電気的な接触のための陰極導電
体表面上へのダイヤモンド粒子又はアイランドの化学的
ボンディングである。実験結果は強いボンディング及び
付随した良好な電気的接触がなければ、ダイヤモンドか
らの低電圧放射は不可能であることを教えている。
な本質的な利点をもたらし、特に超微小粒子又はアイラ
ンドの形のダイヤモンドは、そうである。これらの粒子
又はアイランドは、電界の集中に望ましい鋭い突き出し
た結晶端部及び角を示すように、作ることができる。低
電圧電界放射を確実にするための最も厳密さを必要とす
る工程の１つは、良好な電気的な接触のための陰極導電
体表面上へのダイヤモンド粒子又はアイランドの化学的
ボンディングである。実験結果は強いボンディング及び
付随した良好な電気的接触がなければ、ダイヤモンドか
らの低電圧放射は不可能であることを教えている。
【０００９】出願第０８／３６１６１６号及び出願第０
８／３８１３７５号に述べられているような超微小又は
ナノメータ型ダイヤモンド粒子の使用において、導電性
基板への粒子の良好な固着（及び望ましいダイヤモンド
表面の水素終端）は、典型的な場合３００−１０００℃
における水素プラズマ中での基板上の粒子の高温熱処理
により、得られる。適切な放射特性は、約５００℃の低
温でのプラズマ熱処理でも得られるが、一般的により高
温の処理により、更に改善された特性が得られる。しか
し、電界放射表示中の他のデバイス要素は、より高温の
処理に露出させるべきではない。たとえば、ガラス基板
はＦＥＤアセンブリが完成する時、真空封入がしやすい
ように、約５５０℃又はそれ以下の低い融点をもつこと
が望ましい。これにより、プラズマ熱処理温度に望まし
くない上限ができ、そのためにダイヤモンド粒子から得
られる最善の電界放射特性を、十分利用することが、制
限される。
８／３８１３７５号に述べられているような超微小又は
ナノメータ型ダイヤモンド粒子の使用において、導電性
基板への粒子の良好な固着（及び望ましいダイヤモンド
表面の水素終端）は、典型的な場合３００−１０００℃
における水素プラズマ中での基板上の粒子の高温熱処理
により、得られる。適切な放射特性は、約５００℃の低
温でのプラズマ熱処理でも得られるが、一般的により高
温の処理により、更に改善された特性が得られる。しか
し、電界放射表示中の他のデバイス要素は、より高温の
処理に露出させるべきではない。たとえば、ガラス基板
はＦＥＤアセンブリが完成する時、真空封入がしやすい
ように、約５５０℃又はそれ以下の低い融点をもつこと
が望ましい。これにより、プラズマ熱処理温度に望まし
くない上限ができ、そのためにダイヤモンド粒子から得
られる最善の電界放射特性を、十分利用することが、制
限される。
【００１０】ＣＶＤ（化学気相堆積）プロセスにより堆
積させるようなダイヤモンドアイランドの使用におい
て、望ましい鋭い結晶ファセット及び角、良好な化学結
合及び導電体基板への良好な電気的接触といった良質の
ダイヤモンドアイランドは、一般に約７００℃より高い
温度でのＣＶＤプロセスにより得られることを、注意す
べきである。また、ガラス基板及び他の要素を露出でき
る最大温度が制約されているため、より高温のプロセス
により、ＣＶＤダイヤモンドアイランドの最善の電界放
射特性を得ることは、困難である。
積させるようなダイヤモンドアイランドの使用におい
て、望ましい鋭い結晶ファセット及び角、良好な化学結
合及び導電体基板への良好な電気的接触といった良質の
ダイヤモンドアイランドは、一般に約７００℃より高い
温度でのＣＶＤプロセスにより得られることを、注意す
べきである。また、ガラス基板及び他の要素を露出でき
る最大温度が制約されているため、より高温のプロセス
により、ＣＶＤダイヤモンドアイランドの最善の電界放
射特性を得ることは、困難である。
【００１１】本発明の要約 本発明により、電界放射デバイスの改善された作製方法
が得られる。その方法では、望ましい高温（たとえば約
９００℃又はそれ以上）で柔軟性のある金属箔上に、ダ
イヤモンド粒子又はアイランドをあらかじめ堆積し、結
合させ、その後高品質エミッタ被覆箔を、ガラス基板上
に固着させることができる。電界放射特性を最大にする
ことに加え、これらの方法により、高速、低製造価格が
得られる。電界エミッタはロールとして巻かれた長い連
続したシートの形の金属箔上に、あらかじめ堆積できる
から、エミッタ被覆ガラス基板のそれぞれを真空チャン
バ内で、プラズマ熱処理することなく、陰極アセンブリ
は高速、自動ボンディングプロセスにより、作製するこ
とができる。
が得られる。その方法では、望ましい高温（たとえば約
９００℃又はそれ以上）で柔軟性のある金属箔上に、ダ
イヤモンド粒子又はアイランドをあらかじめ堆積し、結
合させ、その後高品質エミッタ被覆箔を、ガラス基板上
に固着させることができる。電界放射特性を最大にする
ことに加え、これらの方法により、高速、低製造価格が
得られる。電界エミッタはロールとして巻かれた長い連
続したシートの形の金属箔上に、あらかじめ堆積できる
から、エミッタ被覆ガラス基板のそれぞれを真空チャン
バ内で、プラズマ熱処理することなく、陰極アセンブリ
は高速、自動ボンディングプロセスにより、作製するこ
とができる。
【００１２】詳細な記述 図面を参照すると、図１は増強された電界エミッタ構造
の好ましい作製プロセスの工程を示す。図１の枠Ａで示
される第１の工程は、上に電界放射材料を堆積させるべ
き柔軟性のある金属箔を準備することである。ダイヤモ
ンド粒子エミッタの場合、ダイヤモンドの金属箔上への
固着性を良くするため、箔の少くとも表面上で、カーバ
イドを形成するＭｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ又はＳ
ｉのような金属を用いることが望ましい。金属箔の望ま
しい厚さは、典型的な場合０．０１−０．５０ｍｍの範
囲、好ましくは０．０２−０．１０ｍｍである。従来の
薄膜被覆により作成したものに比べ、箔がより厚いこと
の利点は、箔が最小の加熱で、より高い電流を伝えるこ
とができるということである。
の好ましい作製プロセスの工程を示す。図１の枠Ａで示
される第１の工程は、上に電界放射材料を堆積させるべ
き柔軟性のある金属箔を準備することである。ダイヤモ
ンド粒子エミッタの場合、ダイヤモンドの金属箔上への
固着性を良くするため、箔の少くとも表面上で、カーバ
イドを形成するＭｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ又はＳ
ｉのような金属を用いることが望ましい。金属箔の望ま
しい厚さは、典型的な場合０．０１−０．５０ｍｍの範
囲、好ましくは０．０２−０．１０ｍｍである。従来の
薄膜被覆により作成したものに比べ、箔がより厚いこと
の利点は、箔が最小の加熱で、より高い電流を伝えるこ
とができるということである。
【００１３】シリコンはスプレー被覆ダイヤモンド粒子
のプラズマ熱処理の場合、ダイヤモンドの良好な固着性
のために、またＣＶＤ堆積ダイヤモンドアイランドの場
合には、ダイヤモンドの良好な核形成のため、特に望ま
しい。しかし、シリコンはもろく、柔軟性のあるシート
状のものは、容易に得られない。しかし、シリコンはＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｕ又はＭｏのような他の柔軟性のある金属
箔の表面上に、薄く堆積させた形で用いることはでき
る。スパッタリング、熱堆積、ｅビーム堆積、又は化学
気相堆積といった各種の薄膜堆積法を、シリコン薄膜を
堆積させるために、使用できる。シリコン被膜の好まし
い厚さは、０．１−２ミクロンの範囲である。あるい
は、ＳｉはＮｉ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｓｉ、Ｃｏ
−Ｓｉ、Ｍｏ−Ｓｉ、Ｔｉ−Ｓｉ又はＺｒ−Ｓｉのよう
な合金を形成するため、合金要素としてもう１つの柔軟
性のある金属中に、含めることができる。これらの合金
中のＳｉの量は、少くとも２、好ましくは少くとも５重
量パーセントにすべきである。
のプラズマ熱処理の場合、ダイヤモンドの良好な固着性
のために、またＣＶＤ堆積ダイヤモンドアイランドの場
合には、ダイヤモンドの良好な核形成のため、特に望ま
しい。しかし、シリコンはもろく、柔軟性のあるシート
状のものは、容易に得られない。しかし、シリコンはＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｕ又はＭｏのような他の柔軟性のある金属
箔の表面上に、薄く堆積させた形で用いることはでき
る。スパッタリング、熱堆積、ｅビーム堆積、又は化学
気相堆積といった各種の薄膜堆積法を、シリコン薄膜を
堆積させるために、使用できる。シリコン被膜の好まし
い厚さは、０．１−２ミクロンの範囲である。あるい
は、ＳｉはＮｉ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｓｉ、Ｃｏ
−Ｓｉ、Ｍｏ−Ｓｉ、Ｔｉ−Ｓｉ又はＺｒ−Ｓｉのよう
な合金を形成するため、合金要素としてもう１つの柔軟
性のある金属中に、含めることができる。これらの合金
中のＳｉの量は、少くとも２、好ましくは少くとも５重
量パーセントにすべきである。
【００１４】図１の枠Ｂで示される次の工程は、柔軟性
のある金属箔を、パターン形成することである。高速プ
ロセス用に、望ましくは心軸上に巻かれた又は巻かれて
いない箔は、各ストライプが各陰極導電体の幅を有する
平行ストライプの構成にパターン形成するのが有利であ
る。パターン形成は金属が除かれた後でも、シートとし
て扱えるように、シートの構造的堅固さを保つようにす
べきである。
のある金属箔を、パターン形成することである。高速プ
ロセス用に、望ましくは心軸上に巻かれた又は巻かれて
いない箔は、各ストライプが各陰極導電体の幅を有する
平行ストライプの構成にパターン形成するのが有利であ
る。パターン形成は金属が除かれた後でも、シートとし
て扱えるように、シートの構造的堅固さを保つようにす
べきである。
【００１５】複数の表示デバイスを作製するのに用いら
れる典型的なパターンが、図２に示されている。箔２０
は複数のエッチング除去される領域２１により、ストラ
イプ２２にパターン形成される。各パターン形成された
領域２１の全体の大きさは、（破線で示された）予想さ
れる表示基板領域２３より、わずかに大きくできる。ス
トライプの方向は、縦にも横にも出来るが、箔の平坦さ
を保つため、扱い又はプロセスの間、箔の長さに沿って
張力を印加できるよう、縦方向の配置が好ましい。
れる典型的なパターンが、図２に示されている。箔２０
は複数のエッチング除去される領域２１により、ストラ
イプ２２にパターン形成される。各パターン形成された
領域２１の全体の大きさは、（破線で示された）予想さ
れる表示基板領域２３より、わずかに大きくできる。ス
トライプの方向は、縦にも横にも出来るが、箔の平坦さ
を保つため、扱い又はプロセスの間、箔の長さに沿って
張力を印加できるよう、縦方向の配置が好ましい。
【００１６】そのようなストライプパターンは、フォト
リソグラフィエッチング、レーザ切断（又は局所的焼却
除去）又は荒いパターンの場合は機械的切断（たとえ
ば、粉砕による）といった多くの周知のパターン形成技
術により、得られる。典型的な平坦パネル表示は、約１
００μｍの導電体ストライプ幅をもつ。同じ幅の垂直に
置かれたゲートストライプとともに、たとえば１００×
１００μｍの電界放射表示用画素が、規定される。本発
明の場合、望ましいストライプ幅は、１０−５００μｍ
の範囲、好ましくは２０−１００μｍである。
リソグラフィエッチング、レーザ切断（又は局所的焼却
除去）又は荒いパターンの場合は機械的切断（たとえ
ば、粉砕による）といった多くの周知のパターン形成技
術により、得られる。典型的な平坦パネル表示は、約１
００μｍの導電体ストライプ幅をもつ。同じ幅の垂直に
置かれたゲートストライプとともに、たとえば１００×
１００μｍの電界放射表示用画素が、規定される。本発
明の場合、望ましいストライプ幅は、１０−５００μｍ
の範囲、好ましくは２０−１００μｍである。
【００１７】図１のプロセスの例における次の工程（工
程Ｃ）は、電界放射材料をパターン形成された箔に、固
着させることである。好ましい電界エミッタは、ダイヤ
モンドグリットとしてダブル−ディーハリスにより製造
販売されているものか、マイポレックスの製品名でイー
・アイ・デュポンにより販売されているような超微細又
はナノメータダイヤモンド粒である。ダイヤモンド粒子
の大きさは、主として０．００２−１μｍ、好ましくは
０．００５−０．５μｍの範囲である。そのような小さ
な寸法は、電子親和力を下げ、電子の低電圧電界放射を
可能にするために、重要である。ダイヤモンド粒子は、
粒子と（アセトン、アルコール、水といった）揮発性媒
体の混合物のスプレー被覆、電気泳動堆積又は微小ふる
いを通した制御された散布といった任意の周知の技術に
より、金属箔上に供給できる。被覆は典型的な場合、約
０．０１−１０μｍ厚の薄い層を形成する。層は典型的
な場合、平均して約０．３−５．０粒子の厚さで、好ま
しくは平均して０．５−３粒子の厚さである。
程Ｃ）は、電界放射材料をパターン形成された箔に、固
着させることである。好ましい電界エミッタは、ダイヤ
モンドグリットとしてダブル−ディーハリスにより製造
販売されているものか、マイポレックスの製品名でイー
・アイ・デュポンにより販売されているような超微細又
はナノメータダイヤモンド粒である。ダイヤモンド粒子
の大きさは、主として０．００２−１μｍ、好ましくは
０．００５−０．５μｍの範囲である。そのような小さ
な寸法は、電子親和力を下げ、電子の低電圧電界放射を
可能にするために、重要である。ダイヤモンド粒子は、
粒子と（アセトン、アルコール、水といった）揮発性媒
体の混合物のスプレー被覆、電気泳動堆積又は微小ふる
いを通した制御された散布といった任意の周知の技術に
より、金属箔上に供給できる。被覆は典型的な場合、約
０．０１−１０μｍ厚の薄い層を形成する。層は典型的
な場合、平均して約０．３−５．０粒子の厚さで、好ま
しくは平均して０．５−３粒子の厚さである。
【００１８】スプレー被覆の場合、付随した液体媒体の
より速い蒸発を通して、スプレー被覆した粉末の乾燥を
加速するため、５０−１００℃のおとなしい加熱を行っ
てもよい。典型的なセラミック粉末シンタプロセスで用
いられるような少量の有機結合剤を、粒子の固着性を改
善するため、液体媒体に加えてもよい。結合材料はその
後の高温プロセス中、分解又は蒸発する。
より速い蒸発を通して、スプレー被覆した粉末の乾燥を
加速するため、５０−１００℃のおとなしい加熱を行っ
てもよい。典型的なセラミック粉末シンタプロセスで用
いられるような少量の有機結合剤を、粒子の固着性を改
善するため、液体媒体に加えてもよい。結合材料はその
後の高温プロセス中、分解又は蒸発する。
【００１９】あるいは、非粒子ダイヤモンド電界エミッ
タも、使用できる。たとえば、電界エミッタは堆積室中
に連続的又は半連続的に供給される柔軟な金属箔上に、
（４００−１１００℃の温度における水素中の１−１０
体積パーセントメタンを用いて）ダイヤモンドアイラン
ドの化学気相堆積（ＣＶＤ）により、成長及び固着でき
る。アイランドの形態の例が、図３に示されている。そ
れらは水素中に２％のメタンを含む混合物を用い、〜９
００℃におけるマイクロ波ＣＶＤ堆積により、Ｓｉ表面
上に成長させた。ＤＣプラズマ、ＲＦプラズマ、ホット
フィラメント又は炭化水素ガストーチ法といった他の周
知の堆積技術も使用できる。ＣＶＤ堆積と同時に得られ
る平坦な底面のアイランド形状は、特に有利である。ア
イランドは電子放射を容易にするため、電界が集中する
よう、陽極に向って鋭い結晶ファセット及び角をもつ傾
向があり、連続したダイヤモンド薄膜とは異なり、下又
は近くの金属箔から電子放射チップへの短い電子輸送路
を、確保する。ＣＶＤ堆積アイランドの所望の大きさ
は、典型的な場合、０．０５−１０μｍの範囲、好まし
くは０．０５−２μｍの直径範囲である。ＣＶＤ堆積の
条件は、たとえば１９９５年９月２２日に出願された出
願番号第０８／３３１４５８号に述べられているよう
に、ダイヤモンドアイランド（又は少くともそれらの表
面上）中に、より多くの欠陥が導入されるよう、調整で
きる。
タも、使用できる。たとえば、電界エミッタは堆積室中
に連続的又は半連続的に供給される柔軟な金属箔上に、
（４００−１１００℃の温度における水素中の１−１０
体積パーセントメタンを用いて）ダイヤモンドアイラン
ドの化学気相堆積（ＣＶＤ）により、成長及び固着でき
る。アイランドの形態の例が、図３に示されている。そ
れらは水素中に２％のメタンを含む混合物を用い、〜９
００℃におけるマイクロ波ＣＶＤ堆積により、Ｓｉ表面
上に成長させた。ＤＣプラズマ、ＲＦプラズマ、ホット
フィラメント又は炭化水素ガストーチ法といった他の周
知の堆積技術も使用できる。ＣＶＤ堆積と同時に得られ
る平坦な底面のアイランド形状は、特に有利である。ア
イランドは電子放射を容易にするため、電界が集中する
よう、陽極に向って鋭い結晶ファセット及び角をもつ傾
向があり、連続したダイヤモンド薄膜とは異なり、下又
は近くの金属箔から電子放射チップへの短い電子輸送路
を、確保する。ＣＶＤ堆積アイランドの所望の大きさ
は、典型的な場合、０．０５−１０μｍの範囲、好まし
くは０．０５−２μｍの直径範囲である。ＣＶＤ堆積の
条件は、たとえば１９９５年９月２２日に出願された出
願番号第０８／３３１４５８号に述べられているよう
に、ダイヤモンドアイランド（又は少くともそれらの表
面上）中に、より多くの欠陥が導入されるよう、調整で
きる。
【００２０】ダイヤモンドの代りに、ＡｌＮ又はＡｌＧ
ａＮのような他の低電圧電子電界放射エミッタを、あら
かじめ作製した粒子又は同時堆積アイランドの形で、金
属箔上に堆積させることができる。これらの材料は、５
００−１１００℃において、アンモニアガス中にトリメ
チルアルミニウム又はトリメチルガリウムを用いたＣＶ
Ｄプロセスにより、堆積させることが好ましい。これら
のエミッタ材料の場合、金属箔はＭｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚ
ｒ、Ｔｉ、Ｖ及びＳｉといった窒化物形成元素から選択
するのが好ましい。あるいは、これらの窒化物形成金属
は、薄膜被覆として、別の柔軟性のある金属上に、堆積
できる。
ａＮのような他の低電圧電子電界放射エミッタを、あら
かじめ作製した粒子又は同時堆積アイランドの形で、金
属箔上に堆積させることができる。これらの材料は、５
００−１１００℃において、アンモニアガス中にトリメ
チルアルミニウム又はトリメチルガリウムを用いたＣＶ
Ｄプロセスにより、堆積させることが好ましい。これら
のエミッタ材料の場合、金属箔はＭｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚ
ｒ、Ｔｉ、Ｖ及びＳｉといった窒化物形成元素から選択
するのが好ましい。あるいは、これらの窒化物形成金属
は、薄膜被覆として、別の柔軟性のある金属上に、堆積
できる。
【００２１】ダイヤモンド電界エミッタを用いる場合、
次の工程（図１の工程Ｄ）は、形成された超微細ダイヤ
モンド粒子と金属箔基板間の拡散導入化学結合を確実に
し、ダイヤモンド表面の水素終端を導入するため、高温
水素プラズマ熱処理を行うことである。化学結合は、金
属箔からダイヤモンドエミッタのチップへの電子の輸送
を容易にするための良好な電気的接触だけでなく、その
後の各種プロセス中、結合されたダイヤモンド粒子の機
械的安定性を与えるためにも、重要である。それらのプ
ロセスには、ロールに巻くこと、高速表示アセンブリの
ために、連続供給するよう心軸から巻き戻すこと及び恐
らくガラス基板上に金属箔をボンディングする間の加圧
／摩擦操作が含まれる。
次の工程（図１の工程Ｄ）は、形成された超微細ダイヤ
モンド粒子と金属箔基板間の拡散導入化学結合を確実に
し、ダイヤモンド表面の水素終端を導入するため、高温
水素プラズマ熱処理を行うことである。化学結合は、金
属箔からダイヤモンドエミッタのチップへの電子の輸送
を容易にするための良好な電気的接触だけでなく、その
後の各種プロセス中、結合されたダイヤモンド粒子の機
械的安定性を与えるためにも、重要である。それらのプ
ロセスには、ロールに巻くこと、高速表示アセンブリの
ために、連続供給するよう心軸から巻き戻すこと及び恐
らくガラス基板上に金属箔をボンディングする間の加圧
／摩擦操作が含まれる。
【００２２】本発明に従う典型的な水素プラズマ熱処理
は、４００−１１００℃、好ましくは６００−１０００
℃、更に好ましくは８００−１０００℃で行われる。プ
ラズマ処理の最適継続時間は、実験により容易に決めら
れるが、典型的な場合１−１０００分、好ましくは１−
１００分の範囲である。水素プラズマ又は原子状水素
は、マイクロ波励起又はホットフィラメント励起といっ
た周知の方法により、生成される。プラズマは１００％
より少い水素を含んでよい。たとえば、それは水素とア
ルゴンの混合物でよい。
は、４００−１１００℃、好ましくは６００−１０００
℃、更に好ましくは８００−１０００℃で行われる。プ
ラズマ処理の最適継続時間は、実験により容易に決めら
れるが、典型的な場合１−１０００分、好ましくは１−
１００分の範囲である。水素プラズマ又は原子状水素
は、マイクロ波励起又はホットフィラメント励起といっ
た周知の方法により、生成される。プラズマは１００％
より少い水素を含んでよい。たとえば、それは水素とア
ルゴンの混合物でよい。
【００２３】図４はダイヤモンドエミッタを有する箔を
処理するのに有用な装置の概略断面図である。箔４０は
出力心軸４１からとり出し心軸４２を通り、被覆チャン
バ４３を通り、そこでダイヤモンド粒子のスプレー被覆
のため、１ないし複数のノズル４４に露出される。チャ
ンバ４３にはスプレー被覆された粒子の乾燥を容易にす
るため、ヒータ４５を設けると有利である。チャンバ分
割ドア４６を通って、チャンバ４３を貫いて移動した
後、被覆された箔はプラズマ処理チャンバ４７を通過
し、そこで被覆された表面は１ないし複数のプラズマ発
生器４８により生成された水素プラズマで処理される。
操作中、ナノダイヤモンド粒子のようなダイヤモンド粒
子４９は、柔軟な金属上にスプレー被覆され、スプレー
された層中の液体媒体は、次に乾燥除去し、堆積させた
ダイヤモンド粒子は次に、チャンバ４７内で、水素プラ
ズマ熱処理する。手順は半連続又は連続プロセスにでき
る。しかし、典型的な場合閉じたチャンバ内に保たれた
約０．１気圧の低ガス圧で行われる水素プラズマ処理を
容易にするため、図４に示された具体的な工程には、半
連続プラズマ処理がより適している。半連続又は連続プ
ロセスの代りに、槽型プロセスも除外されない。金属箔
が左から右へ動く時、チャンバ間ドアは開けることがで
きる。箔が静止している時は、ドアは閉じられ、プラズ
マ処理が行われる。同時に、入口付近では、ダイヤモン
ド粒子が新しく到着した箔表面上にスプレー被覆され、
乾燥直後に、真空ポンプが引かれ、チャンバ中に供給す
るよう準備できるように、水素分圧で再び満される。各
静止工程の操作周期は、典型的な場合約１−６０分、好
ましくは約２−１０分にできる。たとえば、チャンバ４
６中で周期１０分の場合、６分間はスプレー被覆及び乾
燥に使われ、残りの４分は真空ポンプで引き水素を再び
満すために、使われる。同じ１０分の周期中、プラズマ
熱処理がチャンバ４７内で続く。チャンバ４７は差動ポ
ンピングプラズマ処理システムで、プラズマ処理センタ
の各側で、２ないし１０段階のポンピング（図示されて
いない）が行われると、有利である。表面上に固着され
たダイヤモンドエミッタ粒子を有する完成した金属箔
は、その後表示デバイスに組立てるため、心軸上に巻か
れる。
処理するのに有用な装置の概略断面図である。箔４０は
出力心軸４１からとり出し心軸４２を通り、被覆チャン
バ４３を通り、そこでダイヤモンド粒子のスプレー被覆
のため、１ないし複数のノズル４４に露出される。チャ
ンバ４３にはスプレー被覆された粒子の乾燥を容易にす
るため、ヒータ４５を設けると有利である。チャンバ分
割ドア４６を通って、チャンバ４３を貫いて移動した
後、被覆された箔はプラズマ処理チャンバ４７を通過
し、そこで被覆された表面は１ないし複数のプラズマ発
生器４８により生成された水素プラズマで処理される。
操作中、ナノダイヤモンド粒子のようなダイヤモンド粒
子４９は、柔軟な金属上にスプレー被覆され、スプレー
された層中の液体媒体は、次に乾燥除去し、堆積させた
ダイヤモンド粒子は次に、チャンバ４７内で、水素プラ
ズマ熱処理する。手順は半連続又は連続プロセスにでき
る。しかし、典型的な場合閉じたチャンバ内に保たれた
約０．１気圧の低ガス圧で行われる水素プラズマ処理を
容易にするため、図４に示された具体的な工程には、半
連続プラズマ処理がより適している。半連続又は連続プ
ロセスの代りに、槽型プロセスも除外されない。金属箔
が左から右へ動く時、チャンバ間ドアは開けることがで
きる。箔が静止している時は、ドアは閉じられ、プラズ
マ処理が行われる。同時に、入口付近では、ダイヤモン
ド粒子が新しく到着した箔表面上にスプレー被覆され、
乾燥直後に、真空ポンプが引かれ、チャンバ中に供給す
るよう準備できるように、水素分圧で再び満される。各
静止工程の操作周期は、典型的な場合約１−６０分、好
ましくは約２−１０分にできる。たとえば、チャンバ４
６中で周期１０分の場合、６分間はスプレー被覆及び乾
燥に使われ、残りの４分は真空ポンプで引き水素を再び
満すために、使われる。同じ１０分の周期中、プラズマ
熱処理がチャンバ４７内で続く。チャンバ４７は差動ポ
ンピングプラズマ処理システムで、プラズマ処理センタ
の各側で、２ないし１０段階のポンピング（図示されて
いない）が行われると、有利である。表面上に固着され
たダイヤモンドエミッタ粒子を有する完成した金属箔
は、その後表示デバイスに組立てるため、心軸上に巻か
れる。
【００２４】図５は連続プロセスに適した別のプロセス
装置を示す。装置は図４と同様で、対応する要素には、
同じ参照番号がつけられている。金属箔４０が左のロー
ル４１から巻き戻されるにつれ、ダイヤモンド粒子は連
続的にスプレー被覆し、乾燥させる。金属箔は連続的に
右へ動き、プラズマ処理チャンバ５０に入る前に、２つ
の可動アコーデオン状シャッタ５１、５２により区切ら
れた仮チャンバ５０に入る。左のシャッタ５１は移動し
ている金属箔をつかみ、それとともに右へ移動する。十
分な距離移動した後、シャッタは箔を放し、左側の部分
に戻り、移動してくる金属箔の新しい位置をつかむ。右
側のシャッタ（図示されていない）は左側のシャッタが
放し、左へ戻って新しい位置をつかむ短い間に、箔に接
近する。同様の２つのシャッタシステムがプラズマチャ
ンバの出口側で働き、プラズマ熱処理された箔が、チャ
ンバ内の低圧水素雰囲気（約０．１気圧）を乱すことな
く出て、心軸上に巻かれるよにする。
装置を示す。装置は図４と同様で、対応する要素には、
同じ参照番号がつけられている。金属箔４０が左のロー
ル４１から巻き戻されるにつれ、ダイヤモンド粒子は連
続的にスプレー被覆し、乾燥させる。金属箔は連続的に
右へ動き、プラズマ処理チャンバ５０に入る前に、２つ
の可動アコーデオン状シャッタ５１、５２により区切ら
れた仮チャンバ５０に入る。左のシャッタ５１は移動し
ている金属箔をつかみ、それとともに右へ移動する。十
分な距離移動した後、シャッタは箔を放し、左側の部分
に戻り、移動してくる金属箔の新しい位置をつかむ。右
側のシャッタ（図示されていない）は左側のシャッタが
放し、左へ戻って新しい位置をつかむ短い間に、箔に接
近する。同様の２つのシャッタシステムがプラズマチャ
ンバの出口側で働き、プラズマ熱処理された箔が、チャ
ンバ内の低圧水素雰囲気（約０．１気圧）を乱すことな
く出て、心軸上に巻かれるよにする。
【００２５】典型的な場合、マイクロ波放射、ＲＦ（ラ
ジオ周波）放射又はＤＣ（直流）励起により発生させる
水素プラズマの代りに、別のプロセスでは、たとえばホ
ットフィラメント加熱により生じる高温において、原子
状水素を用いる。この処理ではダイヤモンド粒子表面
を、水素終端表面に活性化し、ダイヤモンド粒子と金属
箔基板間の化学結合を、誘起する。
ジオ周波）放射又はＤＣ（直流）励起により発生させる
水素プラズマの代りに、別のプロセスでは、たとえばホ
ットフィラメント加熱により生じる高温において、原子
状水素を用いる。この処理ではダイヤモンド粒子表面
を、水素終端表面に活性化し、ダイヤモンド粒子と金属
箔基板間の化学結合を、誘起する。
【００２６】図３に示されたようなダイヤモンド・アイ
ランドエミッタのＣＶＤ堆積は、大量処理又は好ましく
は半連続又は連続プロセスで行うことができる。
ランドエミッタのＣＶＤ堆積は、大量処理又は好ましく
は半連続又は連続プロセスで行うことができる。
【００２７】図６はダイヤモンド・アイランドエミッタ
を有する被覆金属箔４０用の装置の例を、概略的に示
す。本質的には、箔はＣＶＤチャンバ６０内に置かれ、
適当なガス混合物の存在下で１ないし複数のホットフィ
ラメント加熱要素６１の近くを、通過する。マイクロ波
プラズマ、ＲＦ又はＤＣプラズマ又はトーチのような各
種の他の要素が、ホットフィラメント６１の代りに使用
できる。ホットフィラメントＣＶＤ堆積は一般に主要価
格が安く、従って好ましい。金属箔基板はダイヤモンド
の核形成を促進するため、機械的に削摩することができ
る。金属箔はＣＶＤチャンバ６０内で、左から右へ連続
的に供給され、加熱要素６１を通過し、ここでアイラン
ド・ダイヤモンドエミッタを堆積し、金属箔表面上に結
合させる。典型的な堆積条件は、水素中０．５−６体積
％メタン（又は各種炭化水素ガス）、６００−１０００
℃、１−１００分間である。ダイヤモンド・アイランド
は典型的な場合、大きさは２μｍ以下である。
を有する被覆金属箔４０用の装置の例を、概略的に示
す。本質的には、箔はＣＶＤチャンバ６０内に置かれ、
適当なガス混合物の存在下で１ないし複数のホットフィ
ラメント加熱要素６１の近くを、通過する。マイクロ波
プラズマ、ＲＦ又はＤＣプラズマ又はトーチのような各
種の他の要素が、ホットフィラメント６１の代りに使用
できる。ホットフィラメントＣＶＤ堆積は一般に主要価
格が安く、従って好ましい。金属箔基板はダイヤモンド
の核形成を促進するため、機械的に削摩することができ
る。金属箔はＣＶＤチャンバ６０内で、左から右へ連続
的に供給され、加熱要素６１を通過し、ここでアイラン
ド・ダイヤモンドエミッタを堆積し、金属箔表面上に結
合させる。典型的な堆積条件は、水素中０．５−６体積
％メタン（又は各種炭化水素ガス）、６００−１０００
℃、１−１００分間である。ダイヤモンド・アイランド
は典型的な場合、大きさは２μｍ以下である。
【００２８】図１の全体的なプロセスに戻ると、次の工
程（工程Ｅ）は、陰極導電体線のアレイを形成するた
め、ガラス基板のような絶縁性基板上に、エミッタ被覆
金属箔を、固着させることである。この工程は図７に概
略的に示されており、この場合金属箔７０はガラス基板
７１に固着される。箔の固着プロセスを容易にするた
め、金属箔は加えて、金属箔をガラス板に接着させる固
着促進材料７２の薄い被膜を、その裏面に含んでよい。
固着促進材料はガラス層（たとえば、５００℃付近の融
点を有する低融点ガラス）、はんだ被膜（たとえばＩ
ｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ）、ガ
ラス封じ可能な合金被膜（たとえばよく知られた熱膨張
整合コバール合金、重量でＦｅ−２８％Ｎｉ−１８％Ｃ
ｏ）又はガス放出の問題が最小のポリイミドのような重
合体固着剤でよい。これらの固着促進材料ははんだ層、
（必要に応じて結合剤又は溶媒を混合した）粉末材料又
は液体材料でよい。あるいは、固着促進材料は、基板の
表面上に置くことができる。
程（工程Ｅ）は、陰極導電体線のアレイを形成するた
め、ガラス基板のような絶縁性基板上に、エミッタ被覆
金属箔を、固着させることである。この工程は図７に概
略的に示されており、この場合金属箔７０はガラス基板
７１に固着される。箔の固着プロセスを容易にするた
め、金属箔は加えて、金属箔をガラス板に接着させる固
着促進材料７２の薄い被膜を、その裏面に含んでよい。
固着促進材料はガラス層（たとえば、５００℃付近の融
点を有する低融点ガラス）、はんだ被膜（たとえばＩ
ｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ）、ガ
ラス封じ可能な合金被膜（たとえばよく知られた熱膨張
整合コバール合金、重量でＦｅ−２８％Ｎｉ−１８％Ｃ
ｏ）又はガス放出の問題が最小のポリイミドのような重
合体固着剤でよい。これらの固着促進材料ははんだ層、
（必要に応じて結合剤又は溶媒を混合した）粉末材料又
は液体材料でよい。あるいは、固着促進材料は、基板の
表面上に置くことができる。
【００２９】ダイヤモンドエミッタの場合、固着促進材
料はダイヤモンド粒子のプラズマ熱処理（又はダイヤモ
ンド・アイランドのＣＶＤプラズマ）前又は処理後、金
属箔の裏面に加えることができる。はんだ又はガラスの
ような低融点材料は、プラズマ処理後に供給するのが好
ましい。ローラ被覆、ブラシ被覆又は見通し内スプレー
被覆、又は蒸着を、これらの材料の供給に、使用でき
る。コバールのような高融点材料は、スパッタリング又
はｅ−ビーム蒸着を用いて、プラズマ処理前に堆積でき
る。あるいは、金属箔それ自身をコバールで作ることが
でき、ダイヤモンドエミッタ粒子の金属への結合を容易
にするため、最上部表面上にカーバイド形成元素（たと
えばＳｉ、Ｍｏ等）の適当な薄膜を有する。コバールを
用いる場合、低融点ガラスを（たとえば粉末の形で）金
属箔の底面又はガラス基板それ自身の最上部表面上に、
供給できる。
料はダイヤモンド粒子のプラズマ熱処理（又はダイヤモ
ンド・アイランドのＣＶＤプラズマ）前又は処理後、金
属箔の裏面に加えることができる。はんだ又はガラスの
ような低融点材料は、プラズマ処理後に供給するのが好
ましい。ローラ被覆、ブラシ被覆又は見通し内スプレー
被覆、又は蒸着を、これらの材料の供給に、使用でき
る。コバールのような高融点材料は、スパッタリング又
はｅ−ビーム蒸着を用いて、プラズマ処理前に堆積でき
る。あるいは、金属箔それ自身をコバールで作ることが
でき、ダイヤモンドエミッタ粒子の金属への結合を容易
にするため、最上部表面上にカーバイド形成元素（たと
えばＳｉ、Ｍｏ等）の適当な薄膜を有する。コバールを
用いる場合、低融点ガラスを（たとえば粉末の形で）金
属箔の底面又はガラス基板それ自身の最上部表面上に、
供給できる。
【００３０】次に、固着促進層を含む金属箔をガラス基
板上に置き、物理的な接触を良くするため、適当な重さ
（又は圧縮応力）を加え、金属又はガラス固着材料を溶
融し、凝固させる（又は重合体固着材料を焼きなます）
ため、アセンブリを加熱する。コバールそれ自身を金属
箔として用いることは、両立する熱膨張係数及び付随し
たガラス−金属結合の信頼性の点で、特に有利である。
板上に置き、物理的な接触を良くするため、適当な重さ
（又は圧縮応力）を加え、金属又はガラス固着材料を溶
融し、凝固させる（又は重合体固着材料を焼きなます）
ため、アセンブリを加熱する。コバールそれ自身を金属
箔として用いることは、両立する熱膨張係数及び付随し
たガラス−金属結合の信頼性の点で、特に有利である。
【００３１】図７に示されたあらかじめパターン形成さ
れた金属箔を用いる代りに、全体がパターン形成されて
いない金属箔を、ダイヤモンドエミッタ堆積及びその後
のガラス基板上への固着用に、用いることができる。所
望の平行導電体アレイへのパターン形成は、フォトリソ
グラフィ又はレーザ削摩技術を用いて、すでに固着され
た金属箔上に行うことができる。
れた金属箔を用いる代りに、全体がパターン形成されて
いない金属箔を、ダイヤモンドエミッタ堆積及びその後
のガラス基板上への固着用に、用いることができる。所
望の平行導電体アレイへのパターン形成は、フォトリソ
グラフィ又はレーザ削摩技術を用いて、すでに固着され
た金属箔上に行うことができる。
【００３２】図１中の次の工程（工程Ｆ）は、ゲート構
造、支柱、陽極、蛍光体等を加え、真空封入し、続いて
各種のエレクトロニクス及び周辺要素を加え、電界放射
表示に組立てることである。図８は導電体陰極アレイ
（垂直な帯９０）を概略的に示し、それは１９９４年１
２月２２日に出願された出願番号第０８／３６１６１６
号に述べられているような穴のあいたゲートホール４０
を有する交差ゲート構造９１を有する。交差点は電界放
射表示中の画素を規定する。
造、支柱、陽極、蛍光体等を加え、真空封入し、続いて
各種のエレクトロニクス及び周辺要素を加え、電界放射
表示に組立てることである。図８は導電体陰極アレイ
（垂直な帯９０）を概略的に示し、それは１９９４年１
２月２２日に出願された出願番号第０８／３６１６１６
号に述べられているような穴のあいたゲートホール４０
を有する交差ゲート構造９１を有する。交差点は電界放
射表示中の画素を規定する。
【００３３】図９はエミッタ被覆金属箔陰極を用いた好
ましい電界放射表示の概略断面図である。金属箔陰極は
図２に示されたようなストライプ構造を有するのが好ま
しい。表示は好ましくはガラスである絶縁性基板１４０
に固着されたカーバイド形成金属の金属箔陰極１４１を
含む。箔１４１は低電圧ダイヤモンドエミッタ１４７の
固着被膜及び真空シール内でエミッタから離れて配置さ
れた陽極１４５を含む。箔は少くとも０．０２ｍｍの厚
さを有するのが好ましい。透明な絶縁性基板１４６上に
形成された陽極導電体１４５に、蛍光体層１４４が形成
され、支柱（図示されていない）上にマウントされてい
る。陰極及び陽極間に、エミッタに近接して、穴のあい
た導電性ゲート層１４３がある。薄い絶縁層１４２によ
り、ゲート１４３は陰極１４１から分離されるのが好ま
しい。
ましい電界放射表示の概略断面図である。金属箔陰極は
図２に示されたようなストライプ構造を有するのが好ま
しい。表示は好ましくはガラスである絶縁性基板１４０
に固着されたカーバイド形成金属の金属箔陰極１４１を
含む。箔１４１は低電圧ダイヤモンドエミッタ１４７の
固着被膜及び真空シール内でエミッタから離れて配置さ
れた陽極１４５を含む。箔は少くとも０．０２ｍｍの厚
さを有するのが好ましい。透明な絶縁性基板１４６上に
形成された陽極導電体１４５に、蛍光体層１４４が形成
され、支柱（図示されていない）上にマウントされてい
る。陰極及び陽極間に、エミッタに近接して、穴のあい
た導電性ゲート層１４３がある。薄い絶縁層１４２によ
り、ゲート１４３は陰極１４１から分離されるのが好ま
しい。
【００３４】陽極とエミッタ間の空間は封じられ、排気
され、電力源１４８により、電圧が印加される。電子エ
ミッタ１４７からの電界放射電子は、各画素上の複数の
エミッタ１４７から、ゲート電極１４３により加速さ
れ、陽極基板１４６上に被覆された陽極導電層１４５
（典型的な場合、インジウム−スズ酸化物のような透明
導電体）に向って動く。蛍光層１４４は電子エミッタ及
び陽極間に配置される。加速された電子が蛍光体を打つ
時、表示画像が現われる。
され、電力源１４８により、電圧が印加される。電子エ
ミッタ１４７からの電界放射電子は、各画素上の複数の
エミッタ１４７から、ゲート電極１４３により加速さ
れ、陽極基板１４６上に被覆された陽極導電層１４５
（典型的な場合、インジウム−スズ酸化物のような透明
導電体）に向って動く。蛍光層１４４は電子エミッタ及
び陽極間に配置される。加速された電子が蛍光体を打つ
時、表示画像が現われる。
【００３５】あるいは、金属箔陰極１４１は窒化物形成
金属を含み、電子放射材料はＡｌＮ又はＡｌＧａＮでよ
い。
金属を含み、電子放射材料はＡｌＮ又はＡｌＧａＮでよ
い。
【００３６】本発明の具体的な実施例を示し、本明細書
について述べたが、本発明はこれらの具体的な形には、
制限されない。特徴箔型導電体陰極アレイは、電子ビー
ムリソグラフィ、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、フ
ォトコピー及びビデオカメラ用のｘ−ｙマトリクス・ア
ドレス可能電子源又は電子銃といった非表示用にも使用
できる。本発明はまた、本発明の精神及び視野から離れ
ない更に別の修正及び改善に、適用できる。
について述べたが、本発明はこれらの具体的な形には、
制限されない。特徴箔型導電体陰極アレイは、電子ビー
ムリソグラフィ、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、フ
ォトコピー及びビデオカメラ用のｘ−ｙマトリクス・ア
ドレス可能電子源又は電子銃といった非表示用にも使用
できる。本発明はまた、本発明の精神及び視野から離れ
ない更に別の修正及び改善に、適用できる。
【図１】本発明に従う電界放射デバイスの好ましい作製
プロセスの流れ図である。
プロセスの流れ図である。
【図２】あらかじめ堆積させた電子放射粒子を含むあら
かじめパターン形成した金属箔の陰極導電体としての使
用を示した概略図である。
かじめパターン形成した金属箔の陰極導電体としての使
用を示した概略図である。
【図３】化学気相堆積により作成したアイランド状ダイ
ヤモンド粒子を示す顕微鏡写真である。
ヤモンド粒子を示す顕微鏡写真である。
【図４】ナノダイヤモンド堆積、乾燥及び水素プラズマ
熱処理の一連の準連続プロセスを概略的に示す図であ
る。
熱処理の一連の準連続プロセスを概略的に示す図であ
る。
【図５】ダイヤモンドエミッタ堆積及び基板上への金属
箔のボンディングの連続したプロセスを示す例の概略断
面図である。
箔のボンディングの連続したプロセスを示す例の概略断
面図である。
【図６】ホットフィラメント又はマイクロ波プラズマ型
化学気相堆積によるダイヤモンドアイランド堆積の連続
したプロセスの例を示す図である。
化学気相堆積によるダイヤモンドアイランド堆積の連続
したプロセスの例を示す図である。
【図７】エミッタ堆積金属箔を、電界放射表示デバイス
のガラス基板上にボンディングするプロセスを示す概略
図である。
のガラス基板上にボンディングするプロセスを示す概略
図である。
【図８】ＦＥＤデバイス中のエミッタ堆積金属ストライ
プ及び穴をあけたゲート導電体アレイのｘ−ｙマトリク
ス装置を示す上面図である。
プ及び穴をあけたゲート導電体アレイのｘ−ｙマトリク
ス装置を示す上面図である。
【図９】陰極導電体ストライプとして、エミッタ堆積金
属箔を用いた電界放射表示の概略断面図である。
属箔を用いた電界放射表示の概略断面図である。
２０ 箔 ２１ 領域 ２２ ストライプ ２３ 表示基板領域 ４０ 箔、ゲートホール ４１ 出力心軸 ４２ とり出し心軸 ４３ 被覆チャンバ ４４ ノズル ４５ ヒータ ４６ チャンバ分割ドア、チャンバ ４７ プラズマ処理チャンバ、チャンバ ４８ プラズマ発生器 ４９ ダイヤモンド粒子 ５０ プラズマ処理チャンバ、仮チャンバ ５１、５２ シャッタ ６０ ＣＶＤチャンバ ６１ 加熱要素、ホットフィラメント ７０ 金属箔 ７１ ガラス基板 ７２ 固着促進材料 ９０ 陰極アレイ ９１ ゲート構造 １４０ 基板 １４１ 陰極、箔 １４２ 絶縁層 １４３ ゲート １４４ 蛍光体層 １４５ 陽極、導電体 １４６ 基板 １４７ エミッタ １４８ 電力源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー ピーター コチャンスキー アメリカ合衆国 08812 ニュージャーシ ィ，ダネレン，サード ストリート 324 (72)発明者 ウェイ ズー アメリカ合衆国 07060 ニュージャーシ ィ，ノース プレインフィールド，アパー トメント デー７，ノース ドライヴ 375
Claims (19)
- 【請求項１】 柔軟な金属箔シートを準備する工程；前
記シートの構造的堅固さを保ちながら、前記シートを複
数の陰極領域にパターン形成する工程；電界放射材料の
被膜を前記パターン形成されたシートに固着させる工
程；前記被覆されたシートを絶縁性基板に固着させる工
程；及び電界放射デバイスを完成させる工程を含む複数
の基板支持エミッタ陰極を含む電界放射デバイスの作製
方法。 - 【請求項２】 前記電界放射材料はダイヤモンド粒子を
含み、前記方法は更に、ダイヤモンド被覆シートを水素
を含むプラズマ中で、４００−１１００℃の範囲の温度
で処理する工程を含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記電界放射粒子は主に０．００２−１
μｍの範囲の粒子サイズをもつ超微細ダイヤモンド粒子
である請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記処理は水素を含むプラズマ中で、６
００−１０００℃の範囲内の温度で行われる請求項２記
載の方法。 - 【請求項５】 電界放射材料の固着は、前記箔の上にダ
イヤモンド材料を成長させることを含む請求項１記載の
方法。 - 【請求項６】 ダイヤモンド材料の前記成長は、主とし
て０．０５−１０μｍの範囲の直径のダイヤモンドアイ
ランドを成長させることを含む請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記電界放射材料はダイヤモンドを含
み、前記金属箔はＭｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ及び
Ｓｉから成る類から選択されたカーバイド形成材料の層
を含む請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記電界放射材料はＡｌＮ又はＡｌＧａ
Ｎを含み、前記金属箔は窒化物形成材料の層を含む請求
項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記被覆シートを絶縁性基板に固着させ
る前記工程は、前記被覆シートをガラス基板に固着させ
ることを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記シートをパターン形成する前記工
程は、前記シート内に複数の金属シートを形成するた
め、前記シートから材料を除去することを含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項１１】 箔上にダイヤモンド材料を被覆するた
めの被覆機を含む第１の加工部；被覆された表面をプラ
ズマを含む水素に露出させるための第２の加工部；及び
前記金属箔を入力心軸から前記第１及び第２の加工部を
通し、前記出力心軸まで移動させるための入力心軸及び
出力心軸を含むエミッタ被覆金属箔を含む電界放射デバ
イスを作製するための装置。 - 【請求項１２】 前記被覆機は前記箔を、ダイヤモンド
粒子を含む固着剤混合物で被覆するためのスプレー被覆
機で、前記固着剤混合物を乾燥させるためのヒータを更
に含む請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 ＣＶＤ堆積により、箔上にダイヤモン
ド材料を堆積させるための加工部；及び前記金属箔を前
記入力心軸から前記加工部を通し、前記出力心軸まで移
動させるための入力心軸及び出力心軸を含む電界放射デ
バイスを作製するための装置。 - 【請求項１４】 請求項１記載のプロセスにより作製さ
れた電界放射デバイス。 - 【請求項１５】 絶縁性基板、前記基板に固着させたパ
ターン形成された金属箔のシートを含む陰極、前記シー
トに固着させた電子放射材料の被膜及び陽極を含む電界
放射デバイス。 - 【請求項１６】 前記金属箔は少くとも０．０２ｍｍの
厚さを有する請求項１５記載のデバイス。 - 【請求項１７】 前記金属箔はカーバイド形成材料を含
み、前記電子放射材料はダイヤモンドを含む請求項１５
記載のデバイス。 - 【請求項１８】 前記金属箔は窒化物形成材料を含む請
求項１５記載のデバイス。 - 【請求項１９】 金属箔は平行導電性ストライプのパタ
ーン形成された領域を含む金属箔のシートを含む請求項
１５記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/555594 | 1995-11-09 | ||
| US08/555,594 US5648699A (en) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | Field emission devices employing improved emitters on metal foil and methods for making such devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09311644A true JPH09311644A (ja) | 1997-12-02 |
| JP3455380B2 JP3455380B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=24217871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29558596A Expired - Fee Related JP3455380B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-11-08 | 金属箔上の改善されたエミッタを用いた電界放射デバイス及びそのようなデバイスの作製方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5648699A (ja) |
| EP (1) | EP0773574B1 (ja) |
| JP (1) | JP3455380B2 (ja) |
| DE (1) | DE69618326T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004235150A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Samsung Sdi Co Ltd | 電界放出素子とそれを適用した表示素子およびそれらの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW289864B (ja) | 1994-09-16 | 1996-11-01 | Micron Display Tech Inc | |
| US6417605B1 (en) * | 1994-09-16 | 2002-07-09 | Micron Technology, Inc. | Method of preventing junction leakage in field emission devices |
| US5975975A (en) * | 1994-09-16 | 1999-11-02 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for stabilization of threshold voltage in field emission displays |
| US5637950A (en) * | 1994-10-31 | 1997-06-10 | Lucent Technologies Inc. | Field emission devices employing enhanced diamond field emitters |
| US5796211A (en) * | 1994-12-22 | 1998-08-18 | Lucent Technologies, Inc. | Microwave vacuum tube devices employing electron sources comprising activated ultrafine diamonds |
| AU4750297A (en) * | 1996-10-17 | 1998-05-11 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Connection method for fiber field emitters and field emitter cathodes made therefrom |
| GB9626221D0 (en) * | 1996-12-18 | 1997-02-05 | Smiths Industries Plc | Diamond surfaces |
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| US6387717B1 (en) * | 2000-04-26 | 2002-05-14 | Micron Technology, Inc. | Field emission tips and methods for fabricating the same |
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| US5214347A (en) * | 1990-06-08 | 1993-05-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Layered thin-edged field-emitter device |
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1996
- 1996-10-29 EP EP96307791A patent/EP0773574B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-29 DE DE69618326T patent/DE69618326T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-11-08 JP JP29558596A patent/JP3455380B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| JP3455380B2 (ja) | 2003-10-14 |
| US5648699A (en) | 1997-07-15 |
| EP0773574A1 (en) | 1997-05-14 |
| DE69618326D1 (de) | 2002-02-07 |
| DE69618326T2 (de) | 2002-08-08 |
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