JP3595336B2 - スペーサを有するフラットパネル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の背景）
1.発明の属する技術分野
本発明はフラットCRTディスプレイのようなフラットパネル装置に関する。本発明はフラットパネル装置の製造に使用される技術にも関する。
【０００２】
2.関連技術
近年、旧来の偏向ビームCRTディスプレイにとって代わる、より軽くかさばらないディスプレイを提供すべく、フラットCRTディスプレイ（フラットパネルディスプレイとしても知られている）を構築する数々の試みがなされてきた。フラットCRTディスプレイに加えて、他のフラットパネルディスプレイ、例えばプラズマディスプレイも開発されてきた。
【０００３】
フラットパネルディスプレイに於いては、フェースプレート（faceplate）、バックプレート（backplate）、及びフェースプレートとバックプレートの外周部分を囲むように設けられた接続壁が１つの封入ケースを形成している。フラットパネルディスプレイの中には、ケースの中が真空に近い状態に保たれているものもあり、例えばフラットCRTディスプレイでは、ほぼ１×10-7torrに保たれている。フェースプレートの内部表面には、ディスプレイ上のアクティブ領域を画定する蛍光体パターン若しくは蛍光体のような発光素子の被覆が設けられている。発光素子は光を発するのであるが、これは、バックプレートに隣接して設けられたカソード素子が励起状態にされて電子を放出し、これがフェースプレート上の蛍光体に向かって加速され、蛍光体が発光することにより、その光がフェースプレートの外側の面（画面（viewing surface））に於いて視聴者に見られることになるのである。
【０００４】
ディスプレイ中に於いては、電子放出素子は選択的に励起状態にされて電子を放出しその電子がフェースプレート上の蛍光体に向かう。これらの蛍光体は電子が衝突したとき、フェースプレートの外部の面で見ることができる光を発するのである。
【０００５】
各電子放出素子から放出された電子は、それぞれ決まった目標の蛍光体のみに衝突するようにされている。しかしながら、放出された電子の中には一定数、フェースプレート上の目標とされた蛍光体以外の部分に衝突するものもある。フェースプレートに於けるコントラストを改善するために、電子放出素子からの電子が衝突しても実質的に発光しない非反射領域のマトリクスが、適当に蛍光領域の中に分散した形で設けられる。カラーディスプレイに於いては、このブラックマトリクスは色純度も改善する。蛍光領域はブラックマトリクスよりもフェースプレートから更に盛り上がった形で設けられる。
【０００６】
内部が真空に近い状態であることにより、フラットパネルディスプレイの壁に圧力が掛かるが、これは内部の真空に近い状態と外部の大気圧との圧力差が、支持が無ければフラットパネルディスプレイを崩壊させうるほど大きいからである。ほぼ１インチより大きい対角線の長さ（対角線はアクティブ領域の互いにはす向かいの角と角との間の距離）を有する長方形のディスプレイに於いては、縦横比が大きいために、フェースプレートはこのタイプの機械的な損傷の影響を特に受けやすい。ここで、縦横比とは、横幅、例えば互いに向かい合った接続壁の内部表面間の距離、若しくは高さ、例えばバックプレートの内部表面とフェースプレートの内部表面との距離を厚みで除すことによって定義されるものである。フラットパネルディスプレイのフェースプレートまたはバックプレートは、フラットパネルディスプレイが外部から受ける力の衝撃によっても故障することがある。
【０００７】
フェースプレート及び／若しくはバックプレートを内部から支持するために、スペーサが使用されてきた。従来のスペーサは、壁状若しくは柱状のもので、ディスプレイのアクティブ領域に於ける画素（ディスプレイ上の画像を構成する最小単位をなす蛍光体の領域）間に設けられている。
【０００８】
スペーサはポリイミドのフォトパターニング（photopatterning）によって形成されてきた。しかしながらポリイミドスペーサでは不適当なことがわかっており、その理由としては、（１）長さが不十分であること、（２）フェースプレートに使用される典型的な材料（ガラス）と、バックプレートに使用される典型的な材料（例えばガラス、セラミック、ガラス−セラミック若しくは金属）と、アドレシンググリッド（addressing grid）に使用される典型的な材料（例えばガラス−セラミック若しくはセラミック）との熱膨張係数を整合させることができないため、レジスターに関する問題を引き起こすこと、（３）ボリイミドを真空に近い状態の中で使用するとガス放出が起こりうること、があげられる。
【０００９】
スペーサにもガラス製のものが使用されてきたが、ガラスが十分な強度を有していない場合がある。更に、ガラス固有の微小割れがあり、それが容易にガラス全体に広がる傾向をもつために、ガラス製のスペーサは、（理想的な）ガラスより更に弱いものとなってしまう。
【００１０】
それに加えて、どんな材料をスペーサに用いたとしても、スペーサの近傍に於いては、スペーサの存在がフェースプレートに向かう電子の流れに悪影響を及ぼすことがある。例えば、浮遊電子がスペーサの表面に静電気を発生させ、所望の電圧分布とは異なる電圧分布をスペーサの近傍に形成させることによって、電子の流れに歪みが生じ、ディスプレイに表示される画像に歪みが生じることになるのである。
【００１１】
（発明の要約）
本発明によると、フラットパネル装置が、内部からの支持を与えるスペーサを有する。特に内部を低圧状態にして作動する装置に対して、このスペーサは、内部の低圧状態（例えば大気圧より低い圧力）と外部の大気圧との間の圧力差によって生じる応力によって装置が破壊されるのを防ぐ。このスペーサは外部からの衝撃によって生ずる応力に対しても、装置に内部からの支持を与える。これに加えて、ケース内部のスペーサの表面は、スペーサ表面に静電気が生ずるのを防止若しくは最小化するように処理されている。この結果、スペーサがスペーサの近傍の電子の流れに与える悪影響をなくし、装置の画像の歪みをなくすことになる。
【００１２】
本発明の実施態様の１つに於いては、スペーサの表面に被覆が設けられるが、この被覆は二次電子放出比δが４より小さく、面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとる物質からなるものである。この被覆をなす物質は、酸化クロム、酸化銅、酸化チタン及び酸化バナジウムから選択される。
【００１３】
本発明の他の実施態様に於いては、スペーサ表面に第１の被覆がなされる。第２の被覆は第１の被覆の上になされる。第１の被覆は面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとる物質によってなされる。第２の被覆は二次電子放出比δが４より小さい物質によってなされる。
【００１４】
本発明の別の実施態様に於いては、スペーサ表面に第１のドーピングが施されて、その表面の面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとるようにされ、次にドーピングされたスペーサ表面上に、二次電子放出比δが４より小さい物質によって被覆がなされる。被覆をなす物質は酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン及び酸化バナジウムから選択される。
【００１５】
また別の実施態様に於いては、スペーサ表面の面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとるようにするべく、スペーサ表面にドーピングを施す。
【００１６】
スペーサは例えばセラミックから作られ、スペーサ壁或いはスペーサ構造体の形で設けられるが、スペーサ壁とスペーサ構造体とを組み合わせた形で設けることもできる。フラットパネル装置は発光手段も有する。また、フラットパネル装置は、電界エミッタカソード若しくは熱電子カソードを含む形にすることもできる。
【００１７】
本発明の更に別の実施態様に於いては、１つかそれ以上の電極が、前記処理済みのスペーサ表面上に設けられる。例えば、電極はスペーサ及びバックプレートの境界部分の近くに設けることができ、電極の電圧は境界部分の近傍に於いて所望の電圧分布を得るべく制御され、それによって表面の処理の不完全さ、或いはスペーサの不整合によって生ずる歪みを正すべく、電子の流れを所望の形に偏向する。また別の実施態様に於いては、境界部分の近傍に於いて所望の電圧分布を得るべく、この電極を曲がりくねった形状に設けることもできる。
【００１８】
分圧手段を形成することによって各電極の電圧が設定される。実施例の１つに於いては、分圧手段はスペーサの表面上に形成された抵抗性被覆（resisitive coating）からなる。各電極に於いて正確な電圧を得るべく、被覆の面抵抗は調整されなければならない。
【００１９】
本発明の更にまた別の実施態様に於いては、電気伝導物質のストリップ（金属被覆エッジ（edge metallization））がスペーサ表面の端面とバックプレートとの間に形成され、スペーサ全体に亘って、それらが密接に接触するようになっている。スペーサの表面上に抵抗性被覆が設けられている場合は、金属被覆エッジは抵抗性被覆と電気的に接続される。この場合、金属被覆エッジ及び抵抗性被覆は、それらの間の境界面がバックプレートの内部表面から一定の距離となるように設けられる。同様に、金属被覆エッジは、フェースプレートとスペーサの間の良好な電気的接続をなすように、フェースプレートとスペーサの端面との間に形成される。
【００２０】
本発明に従ったフラットパネル装置の組立方法に於いては、フラットパネル装置のバックプレートとフェースプレートとの間にスペーサを設けて、スペーサの表面が電荷を帯びるのを防止若しくは最小化するべくスペーサ表面に処理を施し、スペーサとバックプレートとの電気的接続をなす金属被覆エッジとなる被覆をスペーサの端面に設け、スペーサを内部に封入するようにバックプレートとフェースプレートとを封着することによって装置が組立られる。スペーサ表面の処理をなすには、抵抗性被覆または被覆を形成するか、表面へのドーピングによるか、表面へのドーピングと抵抗性被覆または被覆の形成との両者によるか、または焼成して表面を還元することによる。
【００２１】
更に、本発明はフラットパネルCRTディスプレイのような光学装置に使用されるのに適した発光構造体を備えている。本発明の発光構造体は、本体部分（main section）と、それに沿って設けられた***した形状の部分と、本体部分に沿って***した部分の間の部分に設けられた複数の発光領域を含む。発光領域は電子が衝突すると光を発する。これに対して、***部分は電子が衝突しても実質的に光を発しない。また、***部分は発光領域よりも本体部分から更に盛り上がった形となっている。
【００２２】
各***部分は、***部分の横幅全体に亘って、またその高さの少なくとも一部分についてそれを実質的に取り囲んでいる暗領域を含む。***部分のパターンによって、***したブラックマトリクスが形成され、それは発光構造体のコントラストを改善する。発光領域に於いて２つ若しくはそれ以上の色の光を選択的に発する場合、***したブラックマトリクスは色の純度を高める効果もある。
【００２３】
本発明の発光構造体は様々な技術に従って製作することが出来る。本発明の技術群の１つは、与えられた***部分の材料の層の一部を、発光構造体の本体部分に沿って選択的に除去する過程を含んだ処理によって、***部分のパターンを発光構造体の本体部分に沿って形成するものである。本発明に従った別の技術によれば、本体（body）の一部分を選択的に特定の深さに除去して、本体の除去されない残りの部分が発光構造体の本体部分及び***部分を含むように形成することも出来る。
【００２４】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の実施例を、フラットCRTディスプレイについて説明する。尚、参照する図面に於いては、対応する部分には同様の符号を付してある。本発明が他のフラットパネルディスプレイ、例えばプラズマディスプレイ若しくは真空蛍光ディスプレイについても適用可能であることも理解されよう。更に、本発明は、ディスプレイでの使用に限られるものでなく、例えば、光学的信号処理や、フェイズドアレイレーダー装置（phased array rader devices）のような他の装置の制御するのに用いられる光学的アドレシングや、映像を他の媒体に再現するコピー機やプリンタにおける映像スキャニング等の他の目的で用いられるフラットパネル装置にも適用することができる。更に加えると、本発明は長方形でないスクリーンの形状を持つフラットパネル装置、例えば円形若しくは車のダッシュボードや航空機のコントロールパネルに使用されるような特殊な形状を持つスクリーンにも適用可能である。
【００２５】
ここで、フラットパネルディスプレイとは、フェースプレートとバックプレートとが実質的に平行なディスプレイであって、ディスプレイの厚み、即ちフェースプレート及びバックプレートに実質的に垂直な向きで測定された厚みが、従来の偏向ビームCRTディスプレイの厚みと比較して小さいものを指す。一般に、フラットパネルディスプレイの厚みは5.08cm（２インチ）より小さいが、必ずしもこれに限定されない。多くの場合、フラットパネルディスプレイの厚みは実質的に5.08cm以下であって、例えば0.64cm〜2.54cm（0.25〜1.0インチ）程度である。
【００２６】
本明細書に於いて、「スペーサ」とは、フラットパネルディスプレイの内部に於いて内部からの支持体として用いられているものの総称である。この明細書に於いて、本発明の特定の実施例のスペーサは「スペーサ壁」若しくは「スペーサ構造体」と記述されている。つまり「スペーサ」は「スペーサ壁」、及び「スペーサ構造体」と共に他の上記のスペーサの機能を有する構造をすべて包含するのである。
【００２７】
一般に、本発明のスペーサ壁及びスペーサ構造体は、薄い材料から作られたものであり、この材料は、未処理の状態ではそのまま加工可能で、一定の処理を施すことで硬く剛性の高いものとなるものである。この材料は、真空の環境下に於いても適用可能なものでなければならない。更に、スペーサ壁及びスペーサ構造体は、フェースプレート及びバックプレートの熱膨張係数とよく適合する熱膨張係数を有する材料から作られる。熱膨張係数が適合しているとは、スペーサ壁、フェースプレート及びバックプレートが、フラットパネルディスプレイが組み立てられて動作しているときに生ずる加熱や冷却に対して、ほぼ同程度膨張若しくは収縮するということを意味する。この結果、スペーサ壁、フェースプレート及びバックプレートの間で適切な位置関係の整合性が維持されることになる。熱膨張係数が適合していない場合起こり得ることとして、アノードのスペーサ壁若しくはスペーサ構造体がフェースプレートに対して動いてしまうことによって蛍光体が損傷を受けたり、フラットパネルディスプレイ内に応力が発生してディスプレイ内の部品を損なってしまうこと（ディスプレイ内の真空状態が損なわれてしまうことも含む）、若しくはスペーサ壁そのものが壊れてしまうことなどが考えられる。
【００２８】
実施例の１つに於いて、スペーサ壁はセラミック若しくはガラスセラミック材料によって作られる。別の実施例に於いては、スペーサ壁はセラミックテープから作られる。以下、本発明の実施例の記述に於いては、スペーサ壁若しくはスペーサ構造体の材料としてセラミック、またはセラミックテープ、及びスラリーが使用されるものとする。
【００２９】
他の材料としては、セラミック強化ガラス、不透明ガラス、柔軟性のあるマトリクス構造のアモルファスガラス（amorphous glass）、電気的絶縁性の被覆をなされた金属、若しくは高温真空状態に適合性を有するポリイミドなどが使用可能である。概略、本発明によるスペーサの材料に要求されるのは、（ａ）薄い層にすることが可能なこと、（ｂ）その層が焼成処理された状態で柔軟になること、（ｃ）焼成されていない状態で１つの層若しくはいくつかの層をまとめて孔を開けることができること、（ｄ）開けられた孔の必要な部分に導体を設けることができること、（ｅ）焼成処理されていない層の表面に正確に電気伝導トレースを設けることができること、（ｆ）何枚かの層を積層状態にすることができ、少なくとも最終的な加熱時に互いに接合させることができること、（ｇ）焼成処理された構造が、例えばフロートガラスのような材料から作られたフェースプレート及びバックプレートの熱膨張係数と実質的に適合するような熱膨張係数を有すること、（ｈ）焼成処理された積層構造体が剛性が高く強靱なものであること、（ｉ）焼成処理された構造が真空状態に適合すること、（ｊ）焼成処理された構造体はCRTのカソードを損なうような物質を含んでいないこと、（ｋ）すべての材料及び製造にかかるコストが実際的なものであり得ることなどである。
【００３０】
この記述及び以下の請求項に於いて、「セラミック」という言葉が頻繁に使用されるが、これは文脈上セラミックテープ若しくはセラミック層若しくはセラミックシートを意味している。つまり、この言葉はよく知られたガラスセラミックテープ、失透ガラステープ、セラミックガラステープ、セラミックテープ若しくはその他のテープを意味しており、また、その他のテープとは、プラスチックの結合剤、及びセラミック若しくはガラスの粒子を有し、焼成処理されていない状態に於いて柔軟性を有し加工可能であって、焼成によって硬く剛性の高いものに硬化することができるようなものであるが、始めから柔軟性を有し最終的に硬く剛性の高い状態に処理することができる等価な材料であればそれも使用できる。
【００３１】
セラミックテープはセラミックの粒子、アモルファスガラス粒子、結合剤及び可塑剤の混合物から作られる。初めは、この混合物はスラリーとなっており、セラミックテープに形成されるのではなく型に入れて成型することができる。セラミックテープは焼成していない状態でスラリーから作ることができるが、これは容易に所望の形に成型したり切ったりすることができる変形可能な材料である。セラミックテープは薄いシート状に作られるが、その厚みは、例えば0.3milから10mil程度である。本発明の実施に於いて使用可能なセラミックテープで入手可能なものの例としては、米国テネシー州チャタヌーガのCoors Electronic Package社の、カタログ番号CC−92771/777及びCC−LT20、若しくはこのセラミックテープと実質的に等価なテープなどがある。
【００３２】
本発明の目的のために使用可能な低温ガラスセラミック材料の他の例としては、デュポン社のグリーンテープ（Green Tape）がある。グリーンテープは非常に薄いシート（例えば約3milから10mil）形状のものが入手可能であり、比較的低い温度、約900℃から1000℃で焼成処理可能であり、焼成処理をしていない状態で優れた加工性を与える可塑剤を含んでいる。グリーンテープはセラミック粒子及び、やはり粒子状のアモルファスガラスの混合物であって更に結合剤及び可塑剤を含む製品である。米国特許第4,820,661号、第4,867,935号及び第4,948,759号を参照されたい。
【００３３】
焼成処理前のセラミックテープは以下に述べるような方法で形成し、本発明に基づきスペーサ壁及びスペーサ構造体を製造することができる。セラミックテープは成型後、焼成処理される。焼成処理は２つの段階からなる。第１の段階では、テープが約350℃の温度まで加熱され結合材及び可塑剤をテープから燃焼させてなくしてしまう。第２の段階では、テープが一定の温度（セラミックの組成によって決まる温度で800℃から2000℃の間）まで加熱され、セラミックの粒子が焼結して強靱で密度の高い構造を形成する。
【００３４】
スペーサ壁は以下のようなフラットパネルディスプレイに組み立てられる。ストリップは、フラットパネルディスプレイにおいて必要な長さ及び幅を有し、焼成されていないセラミックテープのシートから切り取られて作られる。焼成処理されていないセラミック若しくはガラスセラミックを用いることの利点は、ストリップがスリッティング（slitting）若しくは打ち抜きによって容易に作ることができる点である。このストリップは焼成処理される。焼成処理されたストリップ（スペーサ壁）は、フェースプレート及びバックプレートの予め定められた適当な位置に配置される。スペーサ壁は、組立の間同じ位置に保持されてフェースプレート及びバックプレートに対して適切に整合する。
【００３５】
スペーサ壁のストリップは、焼成処理済みのセラミック若しくはガラスセラミックのシートから作ることもできる。焼成処理されたシートは被覆（詳細については以下に述べる）をなされて、スペーサ壁を形成するストリップに加工される。もう１つの方法として、焼成処理されたシートをストリップに加工した後に、被覆をなすようにすることもできる。
【００３６】
図１は本発明の１つの実施態様であるフラットパネルディスプレイ300の透視図であって、表層部の一部を切り取って内部を示しているものである。フラットパネルディスプレイ300は、フェースプレート302、バックプレート303及び側壁304を有し、これらによって密封されたケース内部301が形成され、そこは真空状態、例えばほぼ１×10-7torr以下に保たれている。スペーサ壁308はバックプレート303に対してフェースプレート302を支持する。
【００３７】
電界放出カソード305はケース内部301のバックプレート303の表面上に形成される。以下に更に詳しく述べるように、横行及び縦列の電極（図示せず）はカソードの放出素子（図示せず）からの電子の放出を制御する。同様に以下に更に詳しく述べるように、電子は加速されて、蛍光体で被覆をなされたフェースプレート302の内部表面（例えばアノード）に向かう。ICチップ310は横行及び縦列の電極の電圧を制御してフェースプレート302への電子の流れを調節する駆動回路を含む。電気伝導トレース（図示せず）はチップ310上の回路と横行及び縦列電極との電気的接続をなすのに使用される。
【００３８】
図2AはフラットパネルカラーCRTディスプレイの一部を図解したもので、それは***した形で設けられたブラックマトリクスと共に電界放出カソードの領域を備えている。図2AのCRTディスプレイは透明で電気的に絶縁性の平らなフェースプレート302及び電気的に絶縁性の平らなバックプレート303を有する。プレート302及び303の内部表面は互いに向かい合っており、典型的には0.01mm〜2.5mm隔てられている。フェースプレート302は典型的には1mmの厚みを持つガラスからできている。バックプレート303は典型的には1mmの厚みを持つガラスセラミック若しくはシリコンからできている。
【００３９】
横向きに隔てられて設けられた絶縁体のスペーサ壁308のグループはプレート302及び303の間に配置されている。スペーサ壁308は互いに平行に一定の間隔で延在しており、プレート302及び303に対して垂直な向きに設けられている。各壁308は典型的には80μｍ〜90μｍの厚みを有するセラミックからできている。また、壁308の中心線と中心線との距離は、典型的には8mm〜25mmである。以下で更に論ずるように、壁308は内部支持体を構成し、プレート302と303との間隔を、ディスプレイのアクティブ領域全体に亘って実質的に均一に保っている。
【００４０】
パターンの設けられた領域の電界放出カソード構造体305は、バックプレート303とスペーサ壁308との間に配置されている。図2Bは、図2Aの矢印Ｃで表される方向から見た電界放出カソード構造体305のレイアウトを描いたものである。カソード構造体305は、電子放出素子309の大きなグループと、パターンをなす形で設けられた金属エミッタ電極（ベース電極と呼ばれることもある）を実質的に同じ形状の曲線的なライン310に分割したものと、金属ゲート電極を実質的に同じ形状の直線的なライン310に分割したものと、電気的絶縁層312からなる。
【００４１】
エミッタ電極のライン310は、バックプレート303の内部表面に配置され、互いに平行に均一の間隔で延在している。各エミッタライン310の中心線の間隔は、典型的には315μｍ〜320μｍである。ライン310は典型的には0.5μｍの厚みを有するモリブデン若しくはクロムから形成されている。各ライン310は典型的には100μｍの幅を有する。絶縁層312はライン310の上、及びラインと横向きに隣接するバックプレート303の一部分の上に設けられている。絶縁層312は、典型的には１μｍの厚みを有する二酸化シリコンから成る。
【００４２】
ゲート電極ライン311は絶縁層312上に配置され、互いに平行に均一の間隔で延在している。ゲートライン311の中心線の間隔は、典型的には105−110μｍである。ゲートライン311はエミッタライン310に直交する向きに延在している。ゲートライン311は典型的には0.02μｍ〜0.5μｍの厚みを有するチタン−モリブデン複合材料から形成される。各ライン311は典型的には30μｍの幅を有する。
【００４３】
電子放出素子309は、バックプレート303の内部表面上に横向きに隔てられて配置された複合素子の組（multi−element sets）のアレイの形で配置されている。詳述すると、電子放出素子309の各組は、ゲートライン311の１つがエミッタライン310の１つと交わる突出領域の一部若しくは全部に於いて、バックプレート303の内部表面上に配置されている。スペーサ壁308は、電子放出素子309の組の間の領域に設けられ、エミッタライン310の間の領域に拡がる向きに延在している。
【００４４】
各電子放出素子309は、絶縁層310の開口部（図示せず）を通して延在する電界エミッタであって、下層をなすエミッタライン310の１つと接続している。各電界エミッタ309の頂部（若しくは上端部）は、上層をなすゲートライン311の１つの対応する開口部（図示せず）を通して露出されている。
【００４５】
電界エミッタ309は釘状のフィラメント若しくは円錐形のようなさまざまな形状で設けることができる。電界エミッタ309の形状は、その材料が良好な電子放出特性を有する限り、材料によって特定されるものではない。エミッタ309はさまざまな工程によって製造されうるものであるが、これらの工程は1993年９月８日にMacaulay他によって出願された「Structure and Fabrication of filamentary Field−Emission Device,Including Self−Aligned Gate」という名称の米国特許出願第08/118,490号、及び1993年11月24日にSpindt他によって出願された「Field−Emitter Fabrication Using Charged−Particle Tracks,and Associated Field−Emission Devices」という名称の米国特許出願第08/158,102号に於いて開示されている。本発明に関して、出願番号第08/118,490号及び第08/158,102号の特許出願の内容を参照されたい。
【００４６】
ブラックマトリクスを含む発光構造体306はフェースプレート302とスペーサ壁308との間に設けられている。発光構造体306は、発光領域313、及び実質的に光を反射せず同じ形状を有する暗***部分（dark ridges）314からなる。図2Cは、図2Aの矢印Ｄによって表される方向から見た発光構造体306のレイアウトを描いたものである。
【００４７】
発光領域313及び暗***部分314は、両者ともフェースプレート302の内部表面上に配置されている。発光領域313は、各暗***部分314の間に配置されている（逆の言い方もできる）。領域313及び***部分314に電子放出素子309から放出された電子が衝突したとき、発光領域313はさまざまな色を発する。暗***部分314は、発光領域313と比較すると実質的に発光をせず、領域313に対するブラックマトリクスを形成している。
【００４８】
更に詳述すると、発光領域313は、互いに平行に等間隔でゲートライン311と同じ方向に延在しており、同じ幅の直線的なストライプ状に設けられた蛍光体からなる。各蛍光体のストライプ313は典型的には80μｍの幅を有する。蛍光体ストライプ313の厚み（若しくは高さ）は１μｍ〜30μｍで、典型的には25μｍである。
【００４９】
蛍光体ストライプ313は赤い（Ｒ）光を発する複数の実質的に同じ形のストライプ313rと、緑の（Ｇ）光を発する同様に複数の実質的に同じ形のストライプ313gと、青（Ｂ）の光を発する同様に複数の実質的に同じ形のストライプ313bに分割されている。蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bは、図２に示されるように３種のストライプ313が繰り返される形で設けられる。各蛍光体ストライプ313はゲートライン311の対応する１本から全体に横切る形で配置されている。この結果、ストライプ313の中心線の間隔はゲートライン311のそれと等しくなる。
【００５０】
暗***部分314は、同様に互いに平行に等間隔でゲートライン311と同じ方向に延在している。***部分314の中心線の間隔は、やはり同様にライン311のそれと等しい。各暗***部分の平均的な高さと平均的な幅の比は0.5〜３の範囲であって、典型的には２である。***部分314の平均的な横幅は10μｍ〜50μｍ、典型的には25μｍである。***部分314の高さは20μｍ〜60μｍであって、典型的には50μｍである。
【００５１】
暗***部分314の平均的高さは、蛍光体ストライプ311の厚み（若しくは高さ）よりも少なくとも２μｍ大きいものとなっている。上記した典型的なケースでは、***部分314はストライプ313より25μｍ高く***している。従って、***部分314はストライプ313と比べてフェースプレート302から更に盛り上がった形となっている。
【００５２】
各***部分314は、その横幅全体及び高さの少なくとも一部分を占める暗い（事実上黒色の）非反射領域を含んでいる。図2Aは、これらの暗非反射領域が***部分314の高さ全体を占めている例を示している。この後の図に於いては、暗非反射領域が***部分の高さ方向の一部分のみを占めている例を図解している。
【００５３】
暗***部分314の材料の選択肢は広い。***部分314は、ニッケル、クロム、リオブ、金、及びニッケル−鉄合金のような金属から形成することができる。***部分314は、ガラス、ソーダガラス（若しくはフリット）、セラミック、及びガラスセラミックのような電気的絶縁物や、シリコンのような半導体や炭化シリコンのような材料によっても形成される。これらの材料の混合物も、***部分314の材料として使用可能である。
【００５４】
***部分314が金属でできている場合、それは300℃〜600℃の範囲の温度で十分に軟化し、スペーサ壁308のような物体をわずかに押し込むことができる。***部分314がソーダガラスでできている場合、同様に300℃〜500℃の範囲の温度で軟化する。***部分の材料がガラスの場合、***部分314は500℃〜700℃の範囲の温度で軟化する。
【００５５】
光反射層315は図2Bに示されるように蛍光体ストライプ313及び暗***部分314の上に配置されている。層315の厚みは十分に小さいもので、典型的には50nm〜100nmであり、電子放出素子309から発せられる電子のほぼ全てが、殆どエネルギーを失うことなく層315を通過してその下の層に衝当するようになっている。
【００５６】
蛍光体ストライプ313に隣接した光反射層315の表面部分は非常に滑らかなものとなっている。層315は金属、好ましくはアルミニウムからできている。これによって、ストライプ313から発せられた光の一部は層315で反射されてフェーズプレート302を通過してゆく。即ち、層315は基本的に反射鏡である。層315はディスプレイの最終的なアノードとしての機能も果たしている。ストライプ313は層315に接しているので、アノード電圧はストライプ313に加えられている。
【００５７】
スペーサ壁308はディスプレイのアノード側の光反射層315に接している。暗***部分314は蛍光体ストライプ313よりもバックプレート303に向かって更に***しているので、壁308は、層315に於ける、***部分314の頂部（若しくは図2Aに示されている方向では底部）に沿った部分に接触している。***部分314が余計に***していることによって、壁308が、光反射層315の蛍光体ストライプ313に沿った部分には接触しないようにされている。
【００５８】
ディスプレイのカソード側に於いて、スペーサ壁308は図2Aに占すようにゲートライン311に接触している。これとは別の形式で、壁308がライン311の上に伸びる収束***部分（focusing ridges）に接触してもよく、これは、1994年１月31日にSpindt等によって出願された「Field Emitter with Focusing Ridges Situated to Sides of Gate」という名称の米国特許出願第08/188,855号に記載されており、ここではその内容を参照されたい。壁308は従来の方法、若しくは本明細書に記載した方法で製造することができる。
【００５９】
ディスプレイにかかる外部からの空気圧は普通大気圧、即ち760torr付近である。ディスプレイの内部の圧力は普通10-7torrより小さい数値に設定されている。これは普通の外気圧より大変に小さなものなので、大きな圧力差による力がプレート302及び303には常にかかることになる。スペーサ壁308はこの圧力に対する抵抗力を与える。
【００６０】
蛍光体ストライプ313は機械的な接触によって容易に損なわれうるものである。暗***部分314が余計に***しているために、光反射層315のストライプ313に沿った部分と壁308とは隔たっているので、壁308が、ストライプ313に直接その抵抗力を及ぼさない形となっている。ストライプ313がこの抵抗力のために損傷を被る危険は、このような形となっていない場合と比べて大いに低減される。
【００６１】
ディスプレイは画素の横行及び縦列のアレイに更に分けられる。典型的な画素316の領域の境界は、図2Aでは矢印で示され、図2B及び図2Cでは点線で示されている。各エミッタライン310は画素の横行の１つに対する横行の電極となる。図示を容易にするため、図2A、図2B、及び図2Cに於いては画素の横行が１本だけ、隣接する一対のスペーサ壁308（画素の横行の側面に沿って一部オーバーラップしている）の間に設けられた形で示されている。しかし一般的には、２本以上の画素の横行、典型的には24−100の画素の横行が、各隣接する対になった壁308の間に設けられている。
【００６２】
各画素の縦列は３本のゲートライン311を有し、その３本とは（ａ）１本が赤、（ｂ）第２番目が緑、そして（ｃ）第３番目が青である。同様に、各画素の縦列は、蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bを各１つずつ含むことになる。各画素の縦列は４つの暗***部分314を使用している。***部分314の２本は画素の縦列の内側にあり、残りの２つは隣接する画素の縦列と共有している。
【００６３】
結果的に、光反射層315及び蛍光体ストライプ313はエミッタ電極の電位に対して1,500V〜10,000Vの正の電位差を維持されている。電子放出素子309の組の１つが、エミッタライン310及びゲートライン311の適当に調整された電位によって適切に励起状態とされた場合、その組となった素子309は電子を放出し、それは、対応するストライプ313の蛍光体の、目標とする部分に向かって加速される。図2Aには、このような電子群の１つが移動する軌道317が図解されている。対応するストライプ313の、目標とする蛍光体に衝突したとき、その放出された電子によって、これらの蛍光体が図2Aの318によって表されるように光を発する。
【００６４】
電子の中には、目標とする蛍光体でなく、発光構造体の他の部分に衝突するものが一定量存在する。目標点以外への電子の衝突に対する許容度は、縦列方向（即ち縦列に沿った方向）より横行方向（即ち横行に沿った方向）のほうが小さいが、これは各画素が３本の異なるストライプ313の蛍光体を含んでいるからである。暗***部分314によって形成されるブラックマトリクスは、横行方向の目標点を外れた電子の衝突を補償して、高い色純度と共にシャープなコントラストを提供する。
【００６５】
図2Dは、図2AのCRTの全体の断面図を示している。電気的に絶縁性の外壁304はプレート302及び303のアクティブ領域の外側の部分に設けられており、密閉されたケース301を形成している。外壁304は正方形若しくは長方形に配置された４つの各壁からなり、典型的には2mm〜3mmの厚みを有するガラス若くはセラミックからなる。図 2Dに示したように、スペーサ壁308が外壁304の近くの領域まで設けられているのが一般的である。しかし、スペーサ壁308を外壁304に接触した形で設けることもできる。
【００６６】
バックプレート303はフェースプレート302の向かい側に横向きに拡がる形で延在している。エミッタライン310及びゲートライン311に接続しているリードのような電子回路系（図示せず）は、バックプレート303のフェースプレート側の表面上で、外壁304の外側部分に取り付けられている。光反射層315は周囲の密閉部分を通して延在し、アノード／蛍光体電圧がかけられている接続パッド319に接続されている。
【００６７】
図2Eは、図2AのCRTディスプレイに於ける、発光ブラックマトリクス構造の一部の拡大図である。例示のために、図2Eに於ける暗***部分314は、主たる暗部分314a及び発光部分314bからなる形に図解されている。暗部分314aはフェースプレート302と発光部分314bとの間にあり、図2Eの***部分314の全体に亘って延在している。発光部分314bは、透明な材料で作ることができる。図2Eでは、蛍光体313とアルミニウムの光反射層315の間の境界部分に沿った蛍光体の表面の部分が粗くなっていても、アルミニウムの光反射層315の表面の、蛍光体313と層315の間の境界部分に沿った部分が滑らかであることも示している。
【００６８】
図３は、本発明の１つの実施例に基づくフラットパネルディスプレイ700の一部の単純化した断面図であって、電界エミッタカソード（FEC）構造体を有するフラットパネルディスプレイ700に於いて、アノードスペーサ壁708が使用されているのを図解したものである。
【００６９】
FEC構造体は、電気的に絶縁性のバックプレート703上に形成された横行電極710を含む。絶縁体712（電気的に絶縁性の物質によって作られたもの）はバックプレート703上に形成されて、横行電極710を覆う。絶縁体712には、横行電極710に通ずる孔712aが設けられている。エミッタ709は、孔712a内の横行電極710上に形成される。エミッタ709は円錐形で、エミッタ709の頂端部709aは、絶縁体712の上面と丁度同じレベルまで延びている。他のタイプのエミッタも使用可能であることは理解されよう。縦列電極711は絶縁体712の孔712aの周囲に設けられ、孔712aの上を部分的に覆うように延在し、エミッタ上端部709aと縦列電極との距離が予め定められた大きさとなっている。
【００７０】
縦列電極711及びエミッタ上端部709aは、フェースプレート702から空間によって隔てられている。FEC構造体とフェースプレート702との間の空間は密閉されており、真空状態、即ちほぼ10-7torr以下に保たれている。蛍光体713は、FEC構造体に面しているフェースプレート702の表面上に設けられる。エミッタ709は励起状態にされて電子714を放出し、その電子は空間に於いて加速されてフェースプレート702上の蛍光体713に衝突する。蛍光体713に電子714が衝突したとき蛍光体713は発光し、その光はフェースプレート702を通して見ることが出来る。
【００７１】
アノードスペーサ壁708は、縦列電極711から延びてフェースプレート702に至り、フラットパネルディスプレイ700内部の真空状態とその外部の大気圧との圧力差によって生ずる力に対抗すべくフェースプレート702を支持する。
【００７２】
上記の実施例に於いては、スペーサは、カソードとフェースプレート上の蛍光体の被覆との間の電子の軌道に干渉してはならない。従って、スペーサ自身が電荷を帯びて電子を引きつけ、或いは反発して、許容範囲を越える程電子の軌道を歪めることがないように、スペーサ壁は十分な電気伝導性を有するものでなければならない。これ加えて、高電圧の蛍光体から大きな電流が流れて大きなパワーのロスを生ずることのないように、スペーサは十分に電気的絶縁性を有するものでなければならない。スペーサは電気的に絶縁性の物質で、その上に電気伝導性の物質の薄い被覆をなしたものから作られるのが望ましい。
【００７３】
図4Aは、本発明の実施例に基づくスペーサ壁908上に形成された被覆904を含むフラットパネルディスプレイ900の一部を示す、図4Bの9b−9bで切った単純化された断面図である。図4Bはフラットパネルディスプレイ900の一部を示す、図4Aの9a−9aで切った単純化された断面図である。フラットパネルディスプレイ7900はフェースプレート902、バックプレート903及び側壁（図示せず）を有し、それらは内部が真空状態、即ちほぼ１×10-7torr以下に保たれた密閉されたケース901を形成している。
【００７４】
収束リブ（focusing ribs）（または収束***部分）902がバックプレート903の内部表面上に設けられ、それは図4Aの面に対して垂直となっている。フラットパネルディスプレイに於ける収束リブの使用及び構造についての詳細は、先に引用したSpindt他による米国特許出願第08/188,855号に記載されている。各対になった収束リブ912の間に形成される凹状部分に於いて、電界エミッタ909がバックプレート903の内部表面上に形成される。電界エミッタ909は、ほぼ1,000のグループに形成されている。図4A及び図4Bには示されていないが、図2Aの実施例のエミッタライン310と相似形のエミッタ電極ラインのパターンは、電界エミッタ909とバックプレート903の間に設けられている。同様に図には示されていない、図2Aの実施例のゲートライン311と相似形のゲート電極ラインのパターンも、電界エミッタの上に設けられている。
【００７５】
暗***部分911のマトリクスは、ケース内部901のフェースプレート902上に設けられ、詳細については図2A〜図2Eに関して前に記述したとおりである。蛍光体913は、***部分911の間の各凹状部分を部分的に埋めるように形成されている。アノード914は薄いアルミニウムのような電気伝導物質であって、蛍光体913上に形成される。
【００７６】
スペーサ壁908は、バックプレート903に対してフェースプレート902を支持している。各スペーサ壁908の両端の間の表面には抵抗性の被覆904がなされるか、若しくはドーピングが施されているが、このことは以下に更に詳細に述べられている。抵抗性被覆904によって、スペーサ壁908上に電荷が帯びるのを最小化若しくは防止して、電子の流れ915を歪めることのないようにしているのである。
【００７７】
各スペーサ壁908の一端は複数の***部分911に接触し、金属被覆エッジ905が設けられている。スペーサ壁908の反対側の一端は、複数の収束リブ912に接触し金属被覆エッジ906が設けられている。金属被覆エッジ905及び906は、例えばアルミニウム若しくはニッケルでできている。金属被覆エッジ905及び906によって、被覆904とフェースプレート902との間の、若しくは被覆904と収束リブ912との間の良好な電気的接続がなされ、それによってスペーサ壁904の両端の電圧が好ましく画定され、抵抗値の均一な接続がなされる。スペーサ壁908、被覆904及び金属被覆エッジ905の間の境界部分の形態は、様々なものが採用可能であるが、このことは以下に詳しく述べる。電極917は各スペーサ壁908の被覆をなされた（またはドーピングされた）表面上に形成され、エミッタ909からアノード914へと上昇する電位を「細分化」するのに用いられる。
【００７８】
本発明の別の実施例に於いては、スペーサ壁908は電極917の無い形で形成される。
【００７９】
各電界エミッタのグループ909は電子915をフェースプレート902の内部表面に向かって放出する。フラットパネルディスプレイ900の一部として回路系（図示せず）が形成されるが、それは例えばICチップ上に接続可能な形でバックプレート903の外面に設けられ、電極917の電位を制御するのに用いられる。各電極917の電位は電界エミッタ909からアノード914の高電圧まで直線的に電位が上昇するように設定されるのが一般的である。従って、電子915はフェースプレート902に向かって加速され、蛍光体913に衝突してフラットパネルディスプレイ900から放射される光を発生する。
【００８０】
最適な収束のために、図4Aの面に於ける必要な等電位線は収束リブ912の近傍に於いて曲がった線を描き、収束リブ912から出てエミッタ909のある空間に入る形となっている。しかし、スペーサ壁909の存在がその位置、即ちスペーサ壁909の直線的な形をした底部に於ける等電位線に影響を与える。本発明によれば、スペーサ壁909の底部の近傍に電極917を曲がりくねった形状に形成することによって、所望の曲がった形状の等電位線を有する電界を形成することができる。
【００８１】
図５は、電圧を縦軸に、電界エミッタ909からの距離907（図4B）を横軸にとったグラフである。アノード914は電界エミッタ909から距離916だけ隔てられて設けられ、電界エミッタ909より高い電位（図５に於いてHVで表されている）を維持されている。スペーサ壁908から離れた所にある電界エミッタ909のグループ、例えば電界エミッタ909bに対しては、スペーサ壁908は電界エミッタ909からの電子の流れ915に干渉することはなく、電界エミッタ909からアノード914への電位の変化は、図５に示すようにほぼ直線的である。
【００８２】
電界エミッタ909とアノード914との間の電位の変化は各スペーサ壁908の近傍に於いても直線的であることが必要で、それによって電子の流れが歪められることがなくなる（即ち画像の質の低下を防げる）。しかし、電界エミッタ909aのようにスペーサ壁908の１つの近くに設けられた電界エミッタ901のグループに於いては、隣接したスペーサ壁908によって電界エミッタ909からの電子の流れ915が干渉されることがあり得る。電界エミッタ909aから発せられた浮遊電子915はスペーサ壁908に衝突して、一般的にはスペーサ壁908に電荷を蓄積することになる。スペーサ壁908に衝突する電子密度を（電流密度ｊ）所与のものとすると、スペーサ壁908の表面に蓄積する電荷の量はｊ・（１−δ）に等しくなる。δ≠１のとき、電荷の蓄積によってスペーサ壁908表面の電位が望ましい電位からずれることになり、スペーサ壁908からの電子の流れがゼロでなくなる。スペーサ壁908の電気伝導性が低い場合は、電位のずれはスペーサ壁908の近傍の電子の流れを歪めて、ディスプレイの画像の質を低下させることになる。
【００８３】
一般的に言ってスペーサ壁908の近傍に於ける望ましい電位（電界エミッタ909からアノード914への直線的な電位の上昇に基づいて求められる）からの電位の偏差は以下の方程式で与えられる。
【００８４】
ΔＶ＝ρｓ・｛ｘ・（ｘ−ｄ）/2｝・ｊ・（１−δ）（１）
ここで、
ΔＶ＝電圧の変化（Ｖ）
ρｓ＝スペーサ壁の面抵抗（Ω／□）
ｘ＝最も近い電極との距離、０＜ｘ＜ｄ（cm）
ｄ＝電極間の距離（cm）
ｊ＝スペーサ壁の表面に流れる電流密度（Ａ）
δ＝二次電子放出比（無次元）
である。
【００８５】
上記の方程式に於いては、電流密度ｊがスペーサ壁908に均一に衝突し、スペーサ壁908の面抵抗ρｓが均一であることが仮定されている。更に正確に言えば、方程式（１）は電流密度ｊに於ける電流の大きさがスペーサ壁908上の位置に依存していること、二次電子放出比δがスペーサ壁908上のその位置における正確な電位に依存していることを説明しているのである。
【００８６】
方程式（１）に見られるように、電位の偏差ΔＶは２つの電極917の中間点で最大となり、（即ち｛ｘ・（ｘ−ｄ）/2｝という最大値をとる）ΔＶは電極からの距離の二乗に比例する。このため、更に電極を加えることによってスペーサ壁908近傍の電位のずれを最小化し、それによってフェースプレート902へ向かう電子915の流れの歪みを最小にすることができるのである。幅ｗの電極をｎ個、高さｈのスペーサ壁908に追加すると、フラットパネルディスプレイ900の電力消費は減少するが、電力比は、
PNEW/POLD＝（ｄ−nw）／｛ｄ・（ｎ＋１）２｝ （２）
なる式で与えられる。
【００８７】
例えば、4milの幅を有する４つの電極を高さｈが100milのスペーサ壁908に追加すると、所与のΔVmaxに対する電力I2Rのロスはほぼ30分の１程度となる。
【００８８】
この更に効率的な電荷放出によって面抵抗ρｓの値が高まり、電力消費を著しく節約することができるのである。他の利点としては、電極917が僅かに露出した形で設けられている場合、電極917によって電荷が大部分さえぎられ、電気を帯びないようにされている高抵抗の部分に電荷が衝突するのを防いでいることである。しかし、各追加された電極917によってディスプレイ900の製造コストが上昇する。フラットパネルディスプレイ900に含まれる電極917の数は、以下述べる要素の間のトレードオフの関数を考慮して選択される。
【００８９】
方程式（１）から更に読みとれることは、電極917の数が所与の場合、面抵抗ρｓが低下するにつれ電位の偏差ΔＶも低下し、二次電子放出比δは１に近づくということである。従って、スペーサ壁908の表面が、低い面抵抗ρｓと１に近い二次電子放出δを有することは望ましいことである。二次電子放出比δは下限が０で、上昇した場合は非常に高い数値を取りうるので、一般的には、二次電子放出比に関しては、低い値の二次電子放出比δを有する材料を選択するのが望ましいということが言える。
【００９０】
図６は二次電子放出比を縦軸に、電圧を横軸に取ったグラフであって、２つの物質、即ち物質1101及び1102の特性を示したものである。物質1101のような高抵抗率の物質に対してはほとんどの場合、エネルギーが100Vから10,000Vの範囲で二次電子放出比は１より大きい値（しばしば１よりずっと大きな値）となり、表面は正の電荷を帯びることになる。アノード914はエミッタ909に対して1,500V〜10,000Vの正の電位差を維持しているのが一般的であるが、これは図2Aに示すアノード315及びエミッタ309について上記したのと同様である。更に、上記のように、スペーサ壁908は、好ましくは電気的に絶縁性（即ち高い抵抗率を有する）の物質から作られている。従って、スペーサ壁908は正の電荷を帯びる（そしてしばしば大きな電荷である）のが一般的であり、エミッタ909からの電子917の流れを弱めることになる。
【００９１】
しかし、物質1102は、フラットパネルディスプレイ900の電位の範囲に於いては二次電子放出比δが１程度に保たれている。電位の偏差ΔＶが１−δに比例して変化するので、スペーサ壁908の表面が物質1102でできている場合、スペーサ壁908の表面には電荷（正負を問わず）がほとんど蓄積されない。この結果、スペーサ壁908の存在が、電界エミッタ909とアノード914との間の電位差に影響を与えることがほとんどなく、従って、スペーサ壁908のために電子915の流れが歪められることが最小化される。
【００９２】
本発明によれば、ケース内部901に向くように設けられているスペーサ壁908の表面は図６の材料1102によく似た二次電子放出比δの特性を有する材料で処理される。更に、この表面はスペーサ壁908の大きな抵抗と比較して低い抵抗値を持つ表面となるように処理され、電荷がスペーサ壁908から若しくはフェースプレート902からバックプレート903へ容易に流れるようにされ、かつその抵抗値はフェースプレート902上の高電圧蛍光体からの電流の流れが大きくなって大きな電力ロスとなるほど低いものではないものとされる。
【００９３】
本発明の実施例の１つに於いて、スペーサ壁908はセラミック製であり、被覆904は二次電子放出比δが４より小さく面抵抗ρｓが109と1014Ω／□の間であるような材料によってなされる。更に別の実施例に於いては、被覆904に用いられる材料は、面抵抗ρｓは前記の通りで、二次電子放出比δが２より小さいものである。この実施例に於ける被覆904は、例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、酸化バナジウム若しくはこれらの混合したものを材料として形成される。更に別の実施例に於いては、被覆904は酸化クロムによってなされる。被覆904の厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９４】
本発明の別の実施例に於いて、被覆904は、二次電子放出比δの大きさについては特に決まっていないが面抵抗ρｓが109から1014Ω／□である材料によって形成されたスペーサ壁908上の第１被覆を含んでいる。そして第１被覆の上には、二次電子放出比δが１つの実施例に於いては４より小さく、別の実施例に於いては２より小さいような第２被覆が形成される。第１被覆の材料としては、例えば、酸化チタンクロム、酸化シリコン若しくは窒化シリコンなどがある。第２被覆の材料としては、例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、酸化バナジウム若しくはこれらの材料の混合物などがある。被覆904の全体の厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９５】
本発明の更に別の実施例に於いて、スペーサ壁908はその表面にドーピングを施されて面抵抗ρｓが109から1014Ω／□の間となり、次に、二次電子放出比δが１つの実施例に於いては４より小さく、また別の実施例に於いては２より小さいような被覆904をなされる。ドーパントとしては、例えば、チタン、鉄、マンガン若しくはクロムなどが使用できる。被覆904は例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、若しくは酸化バナジウム、これらの材料の混合物などがある。１つの実施例に於いて被覆904は酸化クロムであり、その厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９６】
また別の実施例に於いては、スペーサ壁908はその表面に、面抵抗が109と1014Ω／□の間となるべく、濃縮ドーピングを施される。ドーパントとしては、例えば、チタン、鉄、マンガン若しくはクロムが使用できる。
【００９７】
本発明の別の実施例に於いて、スペーサ壁908は部分的に電気伝導性セラミック若しくはガラスセラミック材料から作られる。
【００９８】
上記の被覆904はスペーサ壁908上に何らかの適切な方法によって形成される。例えば被覆904は、よく知られた技術、例えば、熱若しくはプラズマ強化化学蒸着、スパッタリング、蒸着、スクリーンプリンティング、回転塗布機による塗布、噴霧若しくはディッピング（dipping）によって形成できる。どんな方法が使用されたとしても、面抵抗の均一性が±２％以内に収まるように被覆904を形成するのが望ましい。このために、被覆904を形成するにあたって、厚みを特定の誤差の範囲内に制御して行うのが一般的である。
【００９９】
スペーサ表面の被覆を形成するための別の方法としては、第１のセラミック層に含まれる材料を利用することが上げられるが、このセラミック層はその後の焼成処理に於いて多少電気伝導性をもつようにすることができる。
【０１００】
上記の実施例に於いて、スペーサ壁の表面に電荷が帯びるのを最小化若しくは防止するために行われるスペーサ壁の処理について述べた。スペーサ構造体を有する本発明の実施例に於いて、スペーサ構造体の電子が流れる開口部の表面は上記のように処理され、その表面が電荷を帯びるのを最小化若しくは防止している。
【０１０１】
図7Aから図7Dはスペーサ壁の間の境界部分を図解した断面図であって、本発明のさまざまな実施例による抵抗性被覆、金属被覆エッジ、収束リブが示されている。各実施例の被覆は、図4A及び図4Bに関して前に記述した被覆の１つである。各実施例に於いて、金属被覆エッジと抵抗性被覆の境界部分が正確に形状を定めて設けられるが、それは直線的な形状でカソードからの一定の高さを有しているので、バックプレートに平行な、スペーサ壁の長手方向に沿った基部に於いて、直線的な等電位線が画定される。以下に述べる本発明の実施例に基づく金属被覆エッジは、上記の抵抗性被覆904の形成に於いて使用した技術によって、スペーサ壁の表面のエッジ部分に形成される。
【０１０２】
図7Aに於いて抵抗性被覆1204は、スペーサ壁1208の側面1208a上に形成される。被覆1204は側面1208上に形成されるので、被覆1204は側面1208aの末端部からはみ出して延在していない。金属被覆エッジ1206はスペーサ壁1208の末端面1208b上に形成され、従って金属被覆エッジ1206は被覆1204からはみ出して延在していない。
【０１０３】
図7Bに於いて、抵抗性被覆1214はスペーサ壁1218の側面1218a及び末端面1218上に形成されて、スペーサ壁1218全体を覆う。金属被覆エッジ1206はスペーサ壁1218の末端面1218b上に形成された被覆1214の一部に接触するように形成され、金属被覆エッジ1206は被覆1204の端面からはみ出して延在しない。
【０１０４】
図7Cに於いて、抵抗性被覆1214は、スペーサ壁1218の側面1218a及び末端1218bに形成されて、スペーサ壁1218全体を覆う。金属被覆エッジ1216は、スペーサ壁1218の末端面1218b上に形成された被覆1214の一部に接触する形で形成され、このとき金属被覆1216は被覆1214と重なり合い、被覆1214の角の部分に於いて正しく定められた高さまで延在する形で設けられる。
【０１０５】
図7Dに於いて抵抗性被覆1204は、図7Aと同様にスペーサ壁1208の側面1208a上に形成され、このとき被覆1204は側面1208への末端部からはみ出して延在していない。金属被覆エッジ1216は、スペーサ壁1208の末端面1208上に形成された被覆1204の一部に接触する形で形成され、このとき金属被覆1216は被覆1204と重なり合い、被覆1204の角の部分に於いて正しく定められた高さまで延在する形で設けられる。
【０１０６】
上記のように、ケースの内部901に露出されているスペーサ壁908の表面上に電極917は間隔を置いて設けられている。これらの電極917に於ける電位は分圧手段によって設定される。分圧手段は被覆904若しくは抵抗性のストリップのどちらかであって、ディスプレイ900のアクティブ領域の外側にあり、各電極917から伸びる電気伝導トレースと接続されている。各電極917に於いて望ましい電圧を得るために、その位置に於ける抵抗値を必要なだけ上昇させるべく、分圧手段の選択された位置に於ける材料の除去、即ち分圧手段の「トリミング（trim）」を行うことができる。トリミングは例えば分圧手段の材料をレーザーを用いて除去することによって実施される。別の方法として、選択された電気伝導トレースの１つからの材料の除去によっても実施することができるが、それは例えばケース901の外側の、ケース内部の電極917に伸びているトレースを、１つ若しくはそれ以上長さを短くすることによって、同様の効果を得ることができるのである。
【０１０７】
図8A〜図8H（集合的に図８）、図9A〜図9J（集合的に図９）、及び図10A〜図10J（集合的に図10）は、図2AのCRTディスプレイの発光構造体を製造するための４つの基本的な加工処理シーケンスを図解している。この加工処理を記述するのを容易にするために、図８、図９、及 び図10に於ける向きは、図2Aに於ける向きと逆になっている。以下の加工処理に関する記述に於いて、方向に関する言葉、例えば上側及び下側などは図８〜図10に於ける図の向きに当てはまるものである。
【０１０８】
図８に示される加工処理シーケンスから始めると、スタート点はフェースプレート302である。フェースプレート302の内部表面は（即ちここでは上側のフェースプレート表面）、図8Aに示されるように粗くされ、ブラックマトリックスを形成する材料の反射性を低減する。この表面を粗くする工程は、フッ化水素酸溶液のような化学的エッチング剤若しくはハロゲンベースのプラズマエッチング剤を用いて実施されるのが一般的である。
【０１０９】
暗非反射フリットを形成することができるソーダガラスのスラリー321は、図8Bに示されるように、フェースプレート302の上側表面上にスクリーンとして析出させられる。スラリー321は、１分間〜120分間の400℃〜450℃での焼成（即ち加熱）によって硬化ソーダガラス層322に変換される。図8Cを参照してもらいたい。ソーダガラス層322の、暗***部分314になることが予定されている部分の間に位置する部分は、適切なフォトレジストマスク（図示せず）を用いた化学的エッチングまたはプラズマエッチングによって、あるいは適当にプログラムされたレーザーを用いた溶除によって除去される。図8Dは、ここまでの加工処理によって、ソーダガラス層322の残った部分が***部分314となっていることを示している。
【０１１０】
図8Eに描かれているように、蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bは、フェースプレート302の上側表面上の暗***部分314の間の形成される。詳述すると、赤、緑、及び青の３つの色の内の１つの光を発する、ポリマー、光合成剤、及び蛍光体粒子のスラリーは、フェースプレート302の上側表面上に配置される。このような色のうちの１つの色の蛍光体の粒子が配置されることが予定されている部位にあるスラリーの一部分は、適当なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、光化学線放射にさらされることによって硬化される。スラリーの残りの部分を流し去り、構造体はすすぎ洗いされる。この工程は残りの２つの色の光を発する蛍光体の粒子に対してそれぞれ繰り返して実施される。構造体は乾燥させられて、蛍光体ストライプ313の形成が完了する。
【０１１１】
ラッカーの層323が、蛍光体313及び***部分314上に噴霧によって形成される。ラッカー層323の上側表面は、図8Fに示すように滑らかなものである。アルミニウムがラッカー層323上に蒸着されて、光反射層315が形成される。図8Gを見てもらいたい。次に、構造体は約450℃で60分間に亘って一部に酸素を含む大気の中で加熱され、ラッカー323が燃焼することにより除去される。図8 Hは完成した構造体を示している。ラッカー層323は滑らかな上側表面を有していたので、結果的に光反射アルミニウム層315も滑らかな下側表面を有することになる。
【０１１２】
図９に移ると、ここでのスタート点はやはりフェースプレート302であって、その表面は粗くなっている。図9 Aを見てもらいたい。暗非反射金属の層325は図9Bに示すようにフェースプレート302の上側表面上に配置されている。金属層325は、厚みが50nm〜200nmのブラッククロム若しくはニオブからなるのが一般的である。
【０１１３】
厚いフォトレジスト層326が、図9Cに示すように金属層325の上に形成される。フォトレジスト層326は例えばMorton社のEL2026のようなポジのフォトレジストからなる。フォトレジスト層の厚みは25μｍ〜75μｍであって、典型的には50μｍである。フォトレジスト326は選択的に光化学線放射にさらされて、***部分314に対するほぼ望ましい幅の溝327を形成するべく加工される。溝の幅は10μｍ〜50μｍであって、典型的には25μｍである。図9Dを参照すると、そこでは326aがフォトレジスト326の残りの部分として示されている。
【０１１４】
溝327には選択的に金属が完全に若しくは殆ど充填された状態にされ、図9Eに示すような金属の***部分314dが形成される。選択的充填は電気化学的析出処理（電気メッキ）によってなされる。金属***部分314dは黒若しくは光沢のない金属からなるものでも良い。***部分の金属としてはクロム若しくはニッケル−鉄合金などが一般的である。フォトレジストマスク326aはその後除去されて、図9Fに示すような構造体が形成される。
【０１１５】
金属***部分314dをマスクとして使用して、暗金属層324の露出部分は除去される。図9Gに示されているのは、ここまでの加工処理でできあがった構造体において、暗***部分314eが金属層325の残りの部分であることである。各暗***部分314e及び上層をなす***部分314dは、暗***部分314の１つを構成する。
【０１１６】
蛍光体ストライプ313及び光反射層315は、図８の加工処理と共に上で述べてきた方法によって、ここで形成された。図9Hはストライプ313の形成を示したものである。ラッカー層323上に配置された層315は図9Iに図示されている。図9Jは、ラッカー層323が燃焼させられて除去された後の完成した発光構造体を示したものである。
【０１１７】
図10の加工処理シーケンスのスタート点は、透明な電気絶縁性の平らな本体（若しくはプレート）329であって、これは典型的には、概ね均一な組成を有するガラスでできている。図10Aをみてもらいたい。サンドブラストマスクのような効果を有する材料でできたパターンをなす層330は、図10Bに示すように透明な本体329の上側表面上に形成される。マスク層330はサンドブラストマスク材料の被覆層（blanket）を本体329上に設けることによって形成され、その後本体329の表面の露出した部分にマスクエッチングを施すことによって被覆層の一部を選択的に除去する。
【０１１８】
透明な本体329のマスク330を通して露出した部分を特定の深さまで除去するべく、選択的な除去が実施される。図10Cは、本体329の残りの部分がフェースプレート302及び上層をなすパターンをなす***部分324fからなる、ここまでの加工処理の結果出来上がった構造体を図解したものである。除去処理はサンドブラストによってなされる。サンドブラストを実施している間、マスク330は腐食させられて取り除かれる。サンドブラストが終了したときにマスク330が残っている場合は、その残りのマスク330は図10Dに示すように除去される。
【０１１９】
暗色の材料でできた層331は、この構造体の上側の表面上に配置されたスクリーンである。図10Eを見てもらいたい。暗色の材料は暗色のガラス若しくは暗色の金属からなる。フォトレジストマスク332は、図10Fに示すように***部分314fの真上にある暗色の層331上に形成されるのが一般的である。マスクの不整合を回避するため、フォトレジストマスク332はフォトマスクレチクルを使用して作られるのが一般的であり、このレチクルはネガフォトレジストのためのサンドブラストマスク330若しくはポジフォトレジストのためのネガのマスクを作るときに使用されるものである。
【０１２０】
暗***部分314gは、暗色の層331の露出部分を取り除くことによって***部分314fの上にそれぞれ形成される。図10Gは、フォトレジスト332を除去した後の構造体を図解したものである。各***部分314g及び下層をなす***部分314fは暗***部分314の１つを構成する。
【０１２１】
発光構造体は、図９の加工処理によって上記のような方法で完成する。特に、蛍光体はストライプ313は、図1 0Hに示すように***部分314の間に形成される。図10Iは、光反射層315がラッカー323の上に形成されることを示している。ラッカー323を燃焼させて除去させた後の完成した構造体は、図10Jに於いて示されている。
【０１２２】
図８から図10に示される既に述べた加工処理の１つによって、図2AのCRTカソード構造体を製造した後、スペーサ壁308及び外壁304は、カソード構造体と発光ブラックマトリックス構造体との間に適切に配置され、一方でディスプレイの部品はポンプで気圧を10-7torr以下に下げられた小室に入れられる。その後、ディスプレイは300℃〜600℃、典型的には450℃の下で密閉状態にされる。
【０１２３】
暗***部分314は、上記のように300℃〜700℃の範囲の温度（この温度は***部分の材料が金属、ソーダガラス、若しくはガラスのどれかによって決まる。）に於いて軟化する。***部分が軟化する温度は、ディスプレイを密閉する温度とほぼ同じかそれよりやや低い温度に選択されるのが一般的である。この結果、スペーサ壁308は密閉処理の間に***部分314に僅かに食い込むことになる。これによって、壁308の間の高さの違いを補償する。
【０１２４】
***部分を軟化させる温度がディスプレイを密閉させる温度よりも高い場合は、暗***部分314をCRTディスプレイを密閉する直前に予め軟化させておくことが出来る。この場合、スペーサ壁308は密閉処理の間に再び***部分314に僅かに食い込み、スペーサ壁の高さの違いを補償することになるのである。
【０１２５】
本発明の特定の実施例について述べてきたが、この記述は単にここで図解したものに基づいたものであり、請求項に述べる本発明の範囲はこれに限られるものではない。例えば、図10の加工処理シーケンスに於ける暗***部分314は、加工処理シーケンスの初めに透明な本体の頂部に暗色材料の層を設け、その後、***部分の上側部分314gを形成する過程を省略することによって、暗色部分を***部分の頂部から底部へ移動させることが出来る。追加的に平行に設けられた暗非反射***部分は、フェースプレート302上に形成されて、***部分314に対して垂直に延在する形となる。
【０１２６】
蛍光体ストライプ313は、蛍光体粒子の代わりに薄い蛍光体の薄膜からも製造することができる。また発光領域313は、蛍光体（この場合は粒子でも薄膜形状でもかまわない。）以外の素子によって形成することも出来る。
【０１２７】
フェースプレート302のすぐ近くに配置された透明なアノードは、光反射層315の代用として、若しくはそれと共に使用することができる。このようなアノードは、酸化インジュウム−錫のような透明な電気伝導物質の層からなるのが一般的である。フェースプレート302と、存在する場合には隣接して設けられる透明なアノードとは、発光ブラックマトリックス構造体の本体部分を構成する。このように、請求項に記載の本発明の範囲及び精神を逸脱することなく当業者は様々な改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施態様に従った、電界放出カソードを含むフラットパネルディスプレイの透視図であって、表層部の一部を切り取って内部を見せているものである。
【図２Ａ】図１のフラットパネルディスプレイの一部の詳細な透視断面図である。
【図２Ｂ】図2Aのディスプレイの内部の部品の平面図であって、 矢印ｃの方向から見た図である。
【図２Ｃ】図2Aのディスプレイの内部の部品の平面図であって、 図2Aの矢印ｄの方向から見た図である。
【図２Ｄ】図2AのフラットパネルCRTディスプレイ全体の横断面図である。
【図２Ｅ】図2AのCRTディスプレイのブラックマトリクスを中心に置いた一部の拡大断面構造図である。
【図３】本発明の１つの実施態様に従った、電界放出カソード及びスペーサ壁を含むフラットパネルディスプレイの一部の単純化した断面図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施態様に従ったフラットパネルディスプレイの単純化した断面図であって、スペーサ壁の表面に形成された被覆を図解したものである。図4Bの9b−9bに沿って切った断面図である。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施態様に従ったフラットパネルディスプレイの単純化した断面図であって、スペーサ壁の表面に形成された被覆を図解したものである。図4Aの9a−9aに沿って切った断面図である。
【図５】電圧を縦軸に、電界放出装置の設けられたベースプレートに対して垂直方向の電界放出装置とベースプレートとの距離を横軸にとったグラフである。
【図６】二次電子放出比を縦軸に電圧を横軸にとったグラフであって、２つの物質の特性を示したものである。
【図７Ａ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｂ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｃ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｄ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図８Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図９Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｉ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｊ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更 に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｉ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｊ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
（発明の背景）
1.発明の属する技術分野
本発明はフラットCRTディスプレイのようなフラットパネル装置に関する。本発明はフラットパネル装置の製造に使用される技術にも関する。
【０００２】
2.関連技術
近年、旧来の偏向ビームCRTディスプレイにとって代わる、より軽くかさばらないディスプレイを提供すべく、フラットCRTディスプレイ（フラットパネルディスプレイとしても知られている）を構築する数々の試みがなされてきた。フラットCRTディスプレイに加えて、他のフラットパネルディスプレイ、例えばプラズマディスプレイも開発されてきた。
【０００３】
フラットパネルディスプレイに於いては、フェースプレート（faceplate）、バックプレート（backplate）、及びフェースプレートとバックプレートの外周部分を囲むように設けられた接続壁が１つの封入ケースを形成している。フラットパネルディスプレイの中には、ケースの中が真空に近い状態に保たれているものもあり、例えばフラットCRTディスプレイでは、ほぼ１×10-7torrに保たれている。フェースプレートの内部表面には、ディスプレイ上のアクティブ領域を画定する蛍光体パターン若しくは蛍光体のような発光素子の被覆が設けられている。発光素子は光を発するのであるが、これは、バックプレートに隣接して設けられたカソード素子が励起状態にされて電子を放出し、これがフェースプレート上の蛍光体に向かって加速され、蛍光体が発光することにより、その光がフェースプレートの外側の面（画面（viewing surface））に於いて視聴者に見られることになるのである。
【０００４】
ディスプレイ中に於いては、電子放出素子は選択的に励起状態にされて電子を放出しその電子がフェースプレート上の蛍光体に向かう。これらの蛍光体は電子が衝突したとき、フェースプレートの外部の面で見ることができる光を発するのである。
【０００５】
各電子放出素子から放出された電子は、それぞれ決まった目標の蛍光体のみに衝突するようにされている。しかしながら、放出された電子の中には一定数、フェースプレート上の目標とされた蛍光体以外の部分に衝突するものもある。フェースプレートに於けるコントラストを改善するために、電子放出素子からの電子が衝突しても実質的に発光しない非反射領域のマトリクスが、適当に蛍光領域の中に分散した形で設けられる。カラーディスプレイに於いては、このブラックマトリクスは色純度も改善する。蛍光領域はブラックマトリクスよりもフェースプレートから更に盛り上がった形で設けられる。
【０００６】
内部が真空に近い状態であることにより、フラットパネルディスプレイの壁に圧力が掛かるが、これは内部の真空に近い状態と外部の大気圧との圧力差が、支持が無ければフラットパネルディスプレイを崩壊させうるほど大きいからである。ほぼ１インチより大きい対角線の長さ（対角線はアクティブ領域の互いにはす向かいの角と角との間の距離）を有する長方形のディスプレイに於いては、縦横比が大きいために、フェースプレートはこのタイプの機械的な損傷の影響を特に受けやすい。ここで、縦横比とは、横幅、例えば互いに向かい合った接続壁の内部表面間の距離、若しくは高さ、例えばバックプレートの内部表面とフェースプレートの内部表面との距離を厚みで除すことによって定義されるものである。フラットパネルディスプレイのフェースプレートまたはバックプレートは、フラットパネルディスプレイが外部から受ける力の衝撃によっても故障することがある。
【０００７】
フェースプレート及び／若しくはバックプレートを内部から支持するために、スペーサが使用されてきた。従来のスペーサは、壁状若しくは柱状のもので、ディスプレイのアクティブ領域に於ける画素（ディスプレイ上の画像を構成する最小単位をなす蛍光体の領域）間に設けられている。
【０００８】
スペーサはポリイミドのフォトパターニング（photopatterning）によって形成されてきた。しかしながらポリイミドスペーサでは不適当なことがわかっており、その理由としては、（１）長さが不十分であること、（２）フェースプレートに使用される典型的な材料（ガラス）と、バックプレートに使用される典型的な材料（例えばガラス、セラミック、ガラス−セラミック若しくは金属）と、アドレシンググリッド（addressing grid）に使用される典型的な材料（例えばガラス−セラミック若しくはセラミック）との熱膨張係数を整合させることができないため、レジスターに関する問題を引き起こすこと、（３）ボリイミドを真空に近い状態の中で使用するとガス放出が起こりうること、があげられる。
【０００９】
スペーサにもガラス製のものが使用されてきたが、ガラスが十分な強度を有していない場合がある。更に、ガラス固有の微小割れがあり、それが容易にガラス全体に広がる傾向をもつために、ガラス製のスペーサは、（理想的な）ガラスより更に弱いものとなってしまう。
【００１０】
それに加えて、どんな材料をスペーサに用いたとしても、スペーサの近傍に於いては、スペーサの存在がフェースプレートに向かう電子の流れに悪影響を及ぼすことがある。例えば、浮遊電子がスペーサの表面に静電気を発生させ、所望の電圧分布とは異なる電圧分布をスペーサの近傍に形成させることによって、電子の流れに歪みが生じ、ディスプレイに表示される画像に歪みが生じることになるのである。
【００１１】
（発明の要約）
本発明によると、フラットパネル装置が、内部からの支持を与えるスペーサを有する。特に内部を低圧状態にして作動する装置に対して、このスペーサは、内部の低圧状態（例えば大気圧より低い圧力）と外部の大気圧との間の圧力差によって生じる応力によって装置が破壊されるのを防ぐ。このスペーサは外部からの衝撃によって生ずる応力に対しても、装置に内部からの支持を与える。これに加えて、ケース内部のスペーサの表面は、スペーサ表面に静電気が生ずるのを防止若しくは最小化するように処理されている。この結果、スペーサがスペーサの近傍の電子の流れに与える悪影響をなくし、装置の画像の歪みをなくすことになる。
【００１２】
本発明の実施態様の１つに於いては、スペーサの表面に被覆が設けられるが、この被覆は二次電子放出比δが４より小さく、面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとる物質からなるものである。この被覆をなす物質は、酸化クロム、酸化銅、酸化チタン及び酸化バナジウムから選択される。
【００１３】
本発明の他の実施態様に於いては、スペーサ表面に第１の被覆がなされる。第２の被覆は第１の被覆の上になされる。第１の被覆は面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとる物質によってなされる。第２の被覆は二次電子放出比δが４より小さい物質によってなされる。
【００１４】
本発明の別の実施態様に於いては、スペーサ表面に第１のドーピングが施されて、その表面の面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとるようにされ、次にドーピングされたスペーサ表面上に、二次電子放出比δが４より小さい物質によって被覆がなされる。被覆をなす物質は酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン及び酸化バナジウムから選択される。
【００１５】
また別の実施態様に於いては、スペーサ表面の面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間の値をとるようにするべく、スペーサ表面にドーピングを施す。
【００１６】
スペーサは例えばセラミックから作られ、スペーサ壁或いはスペーサ構造体の形で設けられるが、スペーサ壁とスペーサ構造体とを組み合わせた形で設けることもできる。フラットパネル装置は発光手段も有する。また、フラットパネル装置は、電界エミッタカソード若しくは熱電子カソードを含む形にすることもできる。
【００１７】
本発明の更に別の実施態様に於いては、１つかそれ以上の電極が、前記処理済みのスペーサ表面上に設けられる。例えば、電極はスペーサ及びバックプレートの境界部分の近くに設けることができ、電極の電圧は境界部分の近傍に於いて所望の電圧分布を得るべく制御され、それによって表面の処理の不完全さ、或いはスペーサの不整合によって生ずる歪みを正すべく、電子の流れを所望の形に偏向する。また別の実施態様に於いては、境界部分の近傍に於いて所望の電圧分布を得るべく、この電極を曲がりくねった形状に設けることもできる。
【００１８】
分圧手段を形成することによって各電極の電圧が設定される。実施例の１つに於いては、分圧手段はスペーサの表面上に形成された抵抗性被覆（resisitive coating）からなる。各電極に於いて正確な電圧を得るべく、被覆の面抵抗は調整されなければならない。
【００１９】
本発明の更にまた別の実施態様に於いては、電気伝導物質のストリップ（金属被覆エッジ（edge metallization））がスペーサ表面の端面とバックプレートとの間に形成され、スペーサ全体に亘って、それらが密接に接触するようになっている。スペーサの表面上に抵抗性被覆が設けられている場合は、金属被覆エッジは抵抗性被覆と電気的に接続される。この場合、金属被覆エッジ及び抵抗性被覆は、それらの間の境界面がバックプレートの内部表面から一定の距離となるように設けられる。同様に、金属被覆エッジは、フェースプレートとスペーサの間の良好な電気的接続をなすように、フェースプレートとスペーサの端面との間に形成される。
【００２０】
本発明に従ったフラットパネル装置の組立方法に於いては、フラットパネル装置のバックプレートとフェースプレートとの間にスペーサを設けて、スペーサの表面が電荷を帯びるのを防止若しくは最小化するべくスペーサ表面に処理を施し、スペーサとバックプレートとの電気的接続をなす金属被覆エッジとなる被覆をスペーサの端面に設け、スペーサを内部に封入するようにバックプレートとフェースプレートとを封着することによって装置が組立られる。スペーサ表面の処理をなすには、抵抗性被覆または被覆を形成するか、表面へのドーピングによるか、表面へのドーピングと抵抗性被覆または被覆の形成との両者によるか、または焼成して表面を還元することによる。
【００２１】
更に、本発明はフラットパネルCRTディスプレイのような光学装置に使用されるのに適した発光構造体を備えている。本発明の発光構造体は、本体部分（main section）と、それに沿って設けられた***した形状の部分と、本体部分に沿って***した部分の間の部分に設けられた複数の発光領域を含む。発光領域は電子が衝突すると光を発する。これに対して、***部分は電子が衝突しても実質的に光を発しない。また、***部分は発光領域よりも本体部分から更に盛り上がった形となっている。
【００２２】
各***部分は、***部分の横幅全体に亘って、またその高さの少なくとも一部分についてそれを実質的に取り囲んでいる暗領域を含む。***部分のパターンによって、***したブラックマトリクスが形成され、それは発光構造体のコントラストを改善する。発光領域に於いて２つ若しくはそれ以上の色の光を選択的に発する場合、***したブラックマトリクスは色の純度を高める効果もある。
【００２３】
本発明の発光構造体は様々な技術に従って製作することが出来る。本発明の技術群の１つは、与えられた***部分の材料の層の一部を、発光構造体の本体部分に沿って選択的に除去する過程を含んだ処理によって、***部分のパターンを発光構造体の本体部分に沿って形成するものである。本発明に従った別の技術によれば、本体（body）の一部分を選択的に特定の深さに除去して、本体の除去されない残りの部分が発光構造体の本体部分及び***部分を含むように形成することも出来る。
【００２４】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の実施例を、フラットCRTディスプレイについて説明する。尚、参照する図面に於いては、対応する部分には同様の符号を付してある。本発明が他のフラットパネルディスプレイ、例えばプラズマディスプレイ若しくは真空蛍光ディスプレイについても適用可能であることも理解されよう。更に、本発明は、ディスプレイでの使用に限られるものでなく、例えば、光学的信号処理や、フェイズドアレイレーダー装置（phased array rader devices）のような他の装置の制御するのに用いられる光学的アドレシングや、映像を他の媒体に再現するコピー機やプリンタにおける映像スキャニング等の他の目的で用いられるフラットパネル装置にも適用することができる。更に加えると、本発明は長方形でないスクリーンの形状を持つフラットパネル装置、例えば円形若しくは車のダッシュボードや航空機のコントロールパネルに使用されるような特殊な形状を持つスクリーンにも適用可能である。
【００２５】
ここで、フラットパネルディスプレイとは、フェースプレートとバックプレートとが実質的に平行なディスプレイであって、ディスプレイの厚み、即ちフェースプレート及びバックプレートに実質的に垂直な向きで測定された厚みが、従来の偏向ビームCRTディスプレイの厚みと比較して小さいものを指す。一般に、フラットパネルディスプレイの厚みは5.08cm（２インチ）より小さいが、必ずしもこれに限定されない。多くの場合、フラットパネルディスプレイの厚みは実質的に5.08cm以下であって、例えば0.64cm〜2.54cm（0.25〜1.0インチ）程度である。
【００２６】
本明細書に於いて、「スペーサ」とは、フラットパネルディスプレイの内部に於いて内部からの支持体として用いられているものの総称である。この明細書に於いて、本発明の特定の実施例のスペーサは「スペーサ壁」若しくは「スペーサ構造体」と記述されている。つまり「スペーサ」は「スペーサ壁」、及び「スペーサ構造体」と共に他の上記のスペーサの機能を有する構造をすべて包含するのである。
【００２７】
一般に、本発明のスペーサ壁及びスペーサ構造体は、薄い材料から作られたものであり、この材料は、未処理の状態ではそのまま加工可能で、一定の処理を施すことで硬く剛性の高いものとなるものである。この材料は、真空の環境下に於いても適用可能なものでなければならない。更に、スペーサ壁及びスペーサ構造体は、フェースプレート及びバックプレートの熱膨張係数とよく適合する熱膨張係数を有する材料から作られる。熱膨張係数が適合しているとは、スペーサ壁、フェースプレート及びバックプレートが、フラットパネルディスプレイが組み立てられて動作しているときに生ずる加熱や冷却に対して、ほぼ同程度膨張若しくは収縮するということを意味する。この結果、スペーサ壁、フェースプレート及びバックプレートの間で適切な位置関係の整合性が維持されることになる。熱膨張係数が適合していない場合起こり得ることとして、アノードのスペーサ壁若しくはスペーサ構造体がフェースプレートに対して動いてしまうことによって蛍光体が損傷を受けたり、フラットパネルディスプレイ内に応力が発生してディスプレイ内の部品を損なってしまうこと（ディスプレイ内の真空状態が損なわれてしまうことも含む）、若しくはスペーサ壁そのものが壊れてしまうことなどが考えられる。
【００２８】
実施例の１つに於いて、スペーサ壁はセラミック若しくはガラスセラミック材料によって作られる。別の実施例に於いては、スペーサ壁はセラミックテープから作られる。以下、本発明の実施例の記述に於いては、スペーサ壁若しくはスペーサ構造体の材料としてセラミック、またはセラミックテープ、及びスラリーが使用されるものとする。
【００２９】
他の材料としては、セラミック強化ガラス、不透明ガラス、柔軟性のあるマトリクス構造のアモルファスガラス（amorphous glass）、電気的絶縁性の被覆をなされた金属、若しくは高温真空状態に適合性を有するポリイミドなどが使用可能である。概略、本発明によるスペーサの材料に要求されるのは、（ａ）薄い層にすることが可能なこと、（ｂ）その層が焼成処理された状態で柔軟になること、（ｃ）焼成されていない状態で１つの層若しくはいくつかの層をまとめて孔を開けることができること、（ｄ）開けられた孔の必要な部分に導体を設けることができること、（ｅ）焼成処理されていない層の表面に正確に電気伝導トレースを設けることができること、（ｆ）何枚かの層を積層状態にすることができ、少なくとも最終的な加熱時に互いに接合させることができること、（ｇ）焼成処理された構造が、例えばフロートガラスのような材料から作られたフェースプレート及びバックプレートの熱膨張係数と実質的に適合するような熱膨張係数を有すること、（ｈ）焼成処理された積層構造体が剛性が高く強靱なものであること、（ｉ）焼成処理された構造が真空状態に適合すること、（ｊ）焼成処理された構造体はCRTのカソードを損なうような物質を含んでいないこと、（ｋ）すべての材料及び製造にかかるコストが実際的なものであり得ることなどである。
【００３０】
この記述及び以下の請求項に於いて、「セラミック」という言葉が頻繁に使用されるが、これは文脈上セラミックテープ若しくはセラミック層若しくはセラミックシートを意味している。つまり、この言葉はよく知られたガラスセラミックテープ、失透ガラステープ、セラミックガラステープ、セラミックテープ若しくはその他のテープを意味しており、また、その他のテープとは、プラスチックの結合剤、及びセラミック若しくはガラスの粒子を有し、焼成処理されていない状態に於いて柔軟性を有し加工可能であって、焼成によって硬く剛性の高いものに硬化することができるようなものであるが、始めから柔軟性を有し最終的に硬く剛性の高い状態に処理することができる等価な材料であればそれも使用できる。
【００３１】
セラミックテープはセラミックの粒子、アモルファスガラス粒子、結合剤及び可塑剤の混合物から作られる。初めは、この混合物はスラリーとなっており、セラミックテープに形成されるのではなく型に入れて成型することができる。セラミックテープは焼成していない状態でスラリーから作ることができるが、これは容易に所望の形に成型したり切ったりすることができる変形可能な材料である。セラミックテープは薄いシート状に作られるが、その厚みは、例えば0.3milから10mil程度である。本発明の実施に於いて使用可能なセラミックテープで入手可能なものの例としては、米国テネシー州チャタヌーガのCoors Electronic Package社の、カタログ番号CC−92771/777及びCC−LT20、若しくはこのセラミックテープと実質的に等価なテープなどがある。
【００３２】
本発明の目的のために使用可能な低温ガラスセラミック材料の他の例としては、デュポン社のグリーンテープ（Green Tape）がある。グリーンテープは非常に薄いシート（例えば約3milから10mil）形状のものが入手可能であり、比較的低い温度、約900℃から1000℃で焼成処理可能であり、焼成処理をしていない状態で優れた加工性を与える可塑剤を含んでいる。グリーンテープはセラミック粒子及び、やはり粒子状のアモルファスガラスの混合物であって更に結合剤及び可塑剤を含む製品である。米国特許第4,820,661号、第4,867,935号及び第4,948,759号を参照されたい。
【００３３】
焼成処理前のセラミックテープは以下に述べるような方法で形成し、本発明に基づきスペーサ壁及びスペーサ構造体を製造することができる。セラミックテープは成型後、焼成処理される。焼成処理は２つの段階からなる。第１の段階では、テープが約350℃の温度まで加熱され結合材及び可塑剤をテープから燃焼させてなくしてしまう。第２の段階では、テープが一定の温度（セラミックの組成によって決まる温度で800℃から2000℃の間）まで加熱され、セラミックの粒子が焼結して強靱で密度の高い構造を形成する。
【００３４】
スペーサ壁は以下のようなフラットパネルディスプレイに組み立てられる。ストリップは、フラットパネルディスプレイにおいて必要な長さ及び幅を有し、焼成されていないセラミックテープのシートから切り取られて作られる。焼成処理されていないセラミック若しくはガラスセラミックを用いることの利点は、ストリップがスリッティング（slitting）若しくは打ち抜きによって容易に作ることができる点である。このストリップは焼成処理される。焼成処理されたストリップ（スペーサ壁）は、フェースプレート及びバックプレートの予め定められた適当な位置に配置される。スペーサ壁は、組立の間同じ位置に保持されてフェースプレート及びバックプレートに対して適切に整合する。
【００３５】
スペーサ壁のストリップは、焼成処理済みのセラミック若しくはガラスセラミックのシートから作ることもできる。焼成処理されたシートは被覆（詳細については以下に述べる）をなされて、スペーサ壁を形成するストリップに加工される。もう１つの方法として、焼成処理されたシートをストリップに加工した後に、被覆をなすようにすることもできる。
【００３６】
図１は本発明の１つの実施態様であるフラットパネルディスプレイ300の透視図であって、表層部の一部を切り取って内部を示しているものである。フラットパネルディスプレイ300は、フェースプレート302、バックプレート303及び側壁304を有し、これらによって密封されたケース内部301が形成され、そこは真空状態、例えばほぼ１×10-7torr以下に保たれている。スペーサ壁308はバックプレート303に対してフェースプレート302を支持する。
【００３７】
電界放出カソード305はケース内部301のバックプレート303の表面上に形成される。以下に更に詳しく述べるように、横行及び縦列の電極（図示せず）はカソードの放出素子（図示せず）からの電子の放出を制御する。同様に以下に更に詳しく述べるように、電子は加速されて、蛍光体で被覆をなされたフェースプレート302の内部表面（例えばアノード）に向かう。ICチップ310は横行及び縦列の電極の電圧を制御してフェースプレート302への電子の流れを調節する駆動回路を含む。電気伝導トレース（図示せず）はチップ310上の回路と横行及び縦列電極との電気的接続をなすのに使用される。
【００３８】
図2AはフラットパネルカラーCRTディスプレイの一部を図解したもので、それは***した形で設けられたブラックマトリクスと共に電界放出カソードの領域を備えている。図2AのCRTディスプレイは透明で電気的に絶縁性の平らなフェースプレート302及び電気的に絶縁性の平らなバックプレート303を有する。プレート302及び303の内部表面は互いに向かい合っており、典型的には0.01mm〜2.5mm隔てられている。フェースプレート302は典型的には1mmの厚みを持つガラスからできている。バックプレート303は典型的には1mmの厚みを持つガラスセラミック若しくはシリコンからできている。
【００３９】
横向きに隔てられて設けられた絶縁体のスペーサ壁308のグループはプレート302及び303の間に配置されている。スペーサ壁308は互いに平行に一定の間隔で延在しており、プレート302及び303に対して垂直な向きに設けられている。各壁308は典型的には80μｍ〜90μｍの厚みを有するセラミックからできている。また、壁308の中心線と中心線との距離は、典型的には8mm〜25mmである。以下で更に論ずるように、壁308は内部支持体を構成し、プレート302と303との間隔を、ディスプレイのアクティブ領域全体に亘って実質的に均一に保っている。
【００４０】
パターンの設けられた領域の電界放出カソード構造体305は、バックプレート303とスペーサ壁308との間に配置されている。図2Bは、図2Aの矢印Ｃで表される方向から見た電界放出カソード構造体305のレイアウトを描いたものである。カソード構造体305は、電子放出素子309の大きなグループと、パターンをなす形で設けられた金属エミッタ電極（ベース電極と呼ばれることもある）を実質的に同じ形状の曲線的なライン310に分割したものと、金属ゲート電極を実質的に同じ形状の直線的なライン310に分割したものと、電気的絶縁層312からなる。
【００４１】
エミッタ電極のライン310は、バックプレート303の内部表面に配置され、互いに平行に均一の間隔で延在している。各エミッタライン310の中心線の間隔は、典型的には315μｍ〜320μｍである。ライン310は典型的には0.5μｍの厚みを有するモリブデン若しくはクロムから形成されている。各ライン310は典型的には100μｍの幅を有する。絶縁層312はライン310の上、及びラインと横向きに隣接するバックプレート303の一部分の上に設けられている。絶縁層312は、典型的には１μｍの厚みを有する二酸化シリコンから成る。
【００４２】
ゲート電極ライン311は絶縁層312上に配置され、互いに平行に均一の間隔で延在している。ゲートライン311の中心線の間隔は、典型的には105−110μｍである。ゲートライン311はエミッタライン310に直交する向きに延在している。ゲートライン311は典型的には0.02μｍ〜0.5μｍの厚みを有するチタン−モリブデン複合材料から形成される。各ライン311は典型的には30μｍの幅を有する。
【００４３】
電子放出素子309は、バックプレート303の内部表面上に横向きに隔てられて配置された複合素子の組（multi−element sets）のアレイの形で配置されている。詳述すると、電子放出素子309の各組は、ゲートライン311の１つがエミッタライン310の１つと交わる突出領域の一部若しくは全部に於いて、バックプレート303の内部表面上に配置されている。スペーサ壁308は、電子放出素子309の組の間の領域に設けられ、エミッタライン310の間の領域に拡がる向きに延在している。
【００４４】
各電子放出素子309は、絶縁層310の開口部（図示せず）を通して延在する電界エミッタであって、下層をなすエミッタライン310の１つと接続している。各電界エミッタ309の頂部（若しくは上端部）は、上層をなすゲートライン311の１つの対応する開口部（図示せず）を通して露出されている。
【００４５】
電界エミッタ309は釘状のフィラメント若しくは円錐形のようなさまざまな形状で設けることができる。電界エミッタ309の形状は、その材料が良好な電子放出特性を有する限り、材料によって特定されるものではない。エミッタ309はさまざまな工程によって製造されうるものであるが、これらの工程は1993年９月８日にMacaulay他によって出願された「Structure and Fabrication of filamentary Field−Emission Device,Including Self−Aligned Gate」という名称の米国特許出願第08/118,490号、及び1993年11月24日にSpindt他によって出願された「Field−Emitter Fabrication Using Charged−Particle Tracks,and Associated Field−Emission Devices」という名称の米国特許出願第08/158,102号に於いて開示されている。本発明に関して、出願番号第08/118,490号及び第08/158,102号の特許出願の内容を参照されたい。
【００４６】
ブラックマトリクスを含む発光構造体306はフェースプレート302とスペーサ壁308との間に設けられている。発光構造体306は、発光領域313、及び実質的に光を反射せず同じ形状を有する暗***部分（dark ridges）314からなる。図2Cは、図2Aの矢印Ｄによって表される方向から見た発光構造体306のレイアウトを描いたものである。
【００４７】
発光領域313及び暗***部分314は、両者ともフェースプレート302の内部表面上に配置されている。発光領域313は、各暗***部分314の間に配置されている（逆の言い方もできる）。領域313及び***部分314に電子放出素子309から放出された電子が衝突したとき、発光領域313はさまざまな色を発する。暗***部分314は、発光領域313と比較すると実質的に発光をせず、領域313に対するブラックマトリクスを形成している。
【００４８】
更に詳述すると、発光領域313は、互いに平行に等間隔でゲートライン311と同じ方向に延在しており、同じ幅の直線的なストライプ状に設けられた蛍光体からなる。各蛍光体のストライプ313は典型的には80μｍの幅を有する。蛍光体ストライプ313の厚み（若しくは高さ）は１μｍ〜30μｍで、典型的には25μｍである。
【００４９】
蛍光体ストライプ313は赤い（Ｒ）光を発する複数の実質的に同じ形のストライプ313rと、緑の（Ｇ）光を発する同様に複数の実質的に同じ形のストライプ313gと、青（Ｂ）の光を発する同様に複数の実質的に同じ形のストライプ313bに分割されている。蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bは、図２に示されるように３種のストライプ313が繰り返される形で設けられる。各蛍光体ストライプ313はゲートライン311の対応する１本から全体に横切る形で配置されている。この結果、ストライプ313の中心線の間隔はゲートライン311のそれと等しくなる。
【００５０】
暗***部分314は、同様に互いに平行に等間隔でゲートライン311と同じ方向に延在している。***部分314の中心線の間隔は、やはり同様にライン311のそれと等しい。各暗***部分の平均的な高さと平均的な幅の比は0.5〜３の範囲であって、典型的には２である。***部分314の平均的な横幅は10μｍ〜50μｍ、典型的には25μｍである。***部分314の高さは20μｍ〜60μｍであって、典型的には50μｍである。
【００５１】
暗***部分314の平均的高さは、蛍光体ストライプ311の厚み（若しくは高さ）よりも少なくとも２μｍ大きいものとなっている。上記した典型的なケースでは、***部分314はストライプ313より25μｍ高く***している。従って、***部分314はストライプ313と比べてフェースプレート302から更に盛り上がった形となっている。
【００５２】
各***部分314は、その横幅全体及び高さの少なくとも一部分を占める暗い（事実上黒色の）非反射領域を含んでいる。図2Aは、これらの暗非反射領域が***部分314の高さ全体を占めている例を示している。この後の図に於いては、暗非反射領域が***部分の高さ方向の一部分のみを占めている例を図解している。
【００５３】
暗***部分314の材料の選択肢は広い。***部分314は、ニッケル、クロム、リオブ、金、及びニッケル−鉄合金のような金属から形成することができる。***部分314は、ガラス、ソーダガラス（若しくはフリット）、セラミック、及びガラスセラミックのような電気的絶縁物や、シリコンのような半導体や炭化シリコンのような材料によっても形成される。これらの材料の混合物も、***部分314の材料として使用可能である。
【００５４】
***部分314が金属でできている場合、それは300℃〜600℃の範囲の温度で十分に軟化し、スペーサ壁308のような物体をわずかに押し込むことができる。***部分314がソーダガラスでできている場合、同様に300℃〜500℃の範囲の温度で軟化する。***部分の材料がガラスの場合、***部分314は500℃〜700℃の範囲の温度で軟化する。
【００５５】
光反射層315は図2Bに示されるように蛍光体ストライプ313及び暗***部分314の上に配置されている。層315の厚みは十分に小さいもので、典型的には50nm〜100nmであり、電子放出素子309から発せられる電子のほぼ全てが、殆どエネルギーを失うことなく層315を通過してその下の層に衝当するようになっている。
【００５６】
蛍光体ストライプ313に隣接した光反射層315の表面部分は非常に滑らかなものとなっている。層315は金属、好ましくはアルミニウムからできている。これによって、ストライプ313から発せられた光の一部は層315で反射されてフェーズプレート302を通過してゆく。即ち、層315は基本的に反射鏡である。層315はディスプレイの最終的なアノードとしての機能も果たしている。ストライプ313は層315に接しているので、アノード電圧はストライプ313に加えられている。
【００５７】
スペーサ壁308はディスプレイのアノード側の光反射層315に接している。暗***部分314は蛍光体ストライプ313よりもバックプレート303に向かって更に***しているので、壁308は、層315に於ける、***部分314の頂部（若しくは図2Aに示されている方向では底部）に沿った部分に接触している。***部分314が余計に***していることによって、壁308が、光反射層315の蛍光体ストライプ313に沿った部分には接触しないようにされている。
【００５８】
ディスプレイのカソード側に於いて、スペーサ壁308は図2Aに占すようにゲートライン311に接触している。これとは別の形式で、壁308がライン311の上に伸びる収束***部分（focusing ridges）に接触してもよく、これは、1994年１月31日にSpindt等によって出願された「Field Emitter with Focusing Ridges Situated to Sides of Gate」という名称の米国特許出願第08/188,855号に記載されており、ここではその内容を参照されたい。壁308は従来の方法、若しくは本明細書に記載した方法で製造することができる。
【００５９】
ディスプレイにかかる外部からの空気圧は普通大気圧、即ち760torr付近である。ディスプレイの内部の圧力は普通10-7torrより小さい数値に設定されている。これは普通の外気圧より大変に小さなものなので、大きな圧力差による力がプレート302及び303には常にかかることになる。スペーサ壁308はこの圧力に対する抵抗力を与える。
【００６０】
蛍光体ストライプ313は機械的な接触によって容易に損なわれうるものである。暗***部分314が余計に***しているために、光反射層315のストライプ313に沿った部分と壁308とは隔たっているので、壁308が、ストライプ313に直接その抵抗力を及ぼさない形となっている。ストライプ313がこの抵抗力のために損傷を被る危険は、このような形となっていない場合と比べて大いに低減される。
【００６１】
ディスプレイは画素の横行及び縦列のアレイに更に分けられる。典型的な画素316の領域の境界は、図2Aでは矢印で示され、図2B及び図2Cでは点線で示されている。各エミッタライン310は画素の横行の１つに対する横行の電極となる。図示を容易にするため、図2A、図2B、及び図2Cに於いては画素の横行が１本だけ、隣接する一対のスペーサ壁308（画素の横行の側面に沿って一部オーバーラップしている）の間に設けられた形で示されている。しかし一般的には、２本以上の画素の横行、典型的には24−100の画素の横行が、各隣接する対になった壁308の間に設けられている。
【００６２】
各画素の縦列は３本のゲートライン311を有し、その３本とは（ａ）１本が赤、（ｂ）第２番目が緑、そして（ｃ）第３番目が青である。同様に、各画素の縦列は、蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bを各１つずつ含むことになる。各画素の縦列は４つの暗***部分314を使用している。***部分314の２本は画素の縦列の内側にあり、残りの２つは隣接する画素の縦列と共有している。
【００６３】
結果的に、光反射層315及び蛍光体ストライプ313はエミッタ電極の電位に対して1,500V〜10,000Vの正の電位差を維持されている。電子放出素子309の組の１つが、エミッタライン310及びゲートライン311の適当に調整された電位によって適切に励起状態とされた場合、その組となった素子309は電子を放出し、それは、対応するストライプ313の蛍光体の、目標とする部分に向かって加速される。図2Aには、このような電子群の１つが移動する軌道317が図解されている。対応するストライプ313の、目標とする蛍光体に衝突したとき、その放出された電子によって、これらの蛍光体が図2Aの318によって表されるように光を発する。
【００６４】
電子の中には、目標とする蛍光体でなく、発光構造体の他の部分に衝突するものが一定量存在する。目標点以外への電子の衝突に対する許容度は、縦列方向（即ち縦列に沿った方向）より横行方向（即ち横行に沿った方向）のほうが小さいが、これは各画素が３本の異なるストライプ313の蛍光体を含んでいるからである。暗***部分314によって形成されるブラックマトリクスは、横行方向の目標点を外れた電子の衝突を補償して、高い色純度と共にシャープなコントラストを提供する。
【００６５】
図2Dは、図2AのCRTの全体の断面図を示している。電気的に絶縁性の外壁304はプレート302及び303のアクティブ領域の外側の部分に設けられており、密閉されたケース301を形成している。外壁304は正方形若しくは長方形に配置された４つの各壁からなり、典型的には2mm〜3mmの厚みを有するガラス若くはセラミックからなる。図 2Dに示したように、スペーサ壁308が外壁304の近くの領域まで設けられているのが一般的である。しかし、スペーサ壁308を外壁304に接触した形で設けることもできる。
【００６６】
バックプレート303はフェースプレート302の向かい側に横向きに拡がる形で延在している。エミッタライン310及びゲートライン311に接続しているリードのような電子回路系（図示せず）は、バックプレート303のフェースプレート側の表面上で、外壁304の外側部分に取り付けられている。光反射層315は周囲の密閉部分を通して延在し、アノード／蛍光体電圧がかけられている接続パッド319に接続されている。
【００６７】
図2Eは、図2AのCRTディスプレイに於ける、発光ブラックマトリクス構造の一部の拡大図である。例示のために、図2Eに於ける暗***部分314は、主たる暗部分314a及び発光部分314bからなる形に図解されている。暗部分314aはフェースプレート302と発光部分314bとの間にあり、図2Eの***部分314の全体に亘って延在している。発光部分314bは、透明な材料で作ることができる。図2Eでは、蛍光体313とアルミニウムの光反射層315の間の境界部分に沿った蛍光体の表面の部分が粗くなっていても、アルミニウムの光反射層315の表面の、蛍光体313と層315の間の境界部分に沿った部分が滑らかであることも示している。
【００６８】
図３は、本発明の１つの実施例に基づくフラットパネルディスプレイ700の一部の単純化した断面図であって、電界エミッタカソード（FEC）構造体を有するフラットパネルディスプレイ700に於いて、アノードスペーサ壁708が使用されているのを図解したものである。
【００６９】
FEC構造体は、電気的に絶縁性のバックプレート703上に形成された横行電極710を含む。絶縁体712（電気的に絶縁性の物質によって作られたもの）はバックプレート703上に形成されて、横行電極710を覆う。絶縁体712には、横行電極710に通ずる孔712aが設けられている。エミッタ709は、孔712a内の横行電極710上に形成される。エミッタ709は円錐形で、エミッタ709の頂端部709aは、絶縁体712の上面と丁度同じレベルまで延びている。他のタイプのエミッタも使用可能であることは理解されよう。縦列電極711は絶縁体712の孔712aの周囲に設けられ、孔712aの上を部分的に覆うように延在し、エミッタ上端部709aと縦列電極との距離が予め定められた大きさとなっている。
【００７０】
縦列電極711及びエミッタ上端部709aは、フェースプレート702から空間によって隔てられている。FEC構造体とフェースプレート702との間の空間は密閉されており、真空状態、即ちほぼ10-7torr以下に保たれている。蛍光体713は、FEC構造体に面しているフェースプレート702の表面上に設けられる。エミッタ709は励起状態にされて電子714を放出し、その電子は空間に於いて加速されてフェースプレート702上の蛍光体713に衝突する。蛍光体713に電子714が衝突したとき蛍光体713は発光し、その光はフェースプレート702を通して見ることが出来る。
【００７１】
アノードスペーサ壁708は、縦列電極711から延びてフェースプレート702に至り、フラットパネルディスプレイ700内部の真空状態とその外部の大気圧との圧力差によって生ずる力に対抗すべくフェースプレート702を支持する。
【００７２】
上記の実施例に於いては、スペーサは、カソードとフェースプレート上の蛍光体の被覆との間の電子の軌道に干渉してはならない。従って、スペーサ自身が電荷を帯びて電子を引きつけ、或いは反発して、許容範囲を越える程電子の軌道を歪めることがないように、スペーサ壁は十分な電気伝導性を有するものでなければならない。これ加えて、高電圧の蛍光体から大きな電流が流れて大きなパワーのロスを生ずることのないように、スペーサは十分に電気的絶縁性を有するものでなければならない。スペーサは電気的に絶縁性の物質で、その上に電気伝導性の物質の薄い被覆をなしたものから作られるのが望ましい。
【００７３】
図4Aは、本発明の実施例に基づくスペーサ壁908上に形成された被覆904を含むフラットパネルディスプレイ900の一部を示す、図4Bの9b−9bで切った単純化された断面図である。図4Bはフラットパネルディスプレイ900の一部を示す、図4Aの9a−9aで切った単純化された断面図である。フラットパネルディスプレイ7900はフェースプレート902、バックプレート903及び側壁（図示せず）を有し、それらは内部が真空状態、即ちほぼ１×10-7torr以下に保たれた密閉されたケース901を形成している。
【００７４】
収束リブ（focusing ribs）（または収束***部分）902がバックプレート903の内部表面上に設けられ、それは図4Aの面に対して垂直となっている。フラットパネルディスプレイに於ける収束リブの使用及び構造についての詳細は、先に引用したSpindt他による米国特許出願第08/188,855号に記載されている。各対になった収束リブ912の間に形成される凹状部分に於いて、電界エミッタ909がバックプレート903の内部表面上に形成される。電界エミッタ909は、ほぼ1,000のグループに形成されている。図4A及び図4Bには示されていないが、図2Aの実施例のエミッタライン310と相似形のエミッタ電極ラインのパターンは、電界エミッタ909とバックプレート903の間に設けられている。同様に図には示されていない、図2Aの実施例のゲートライン311と相似形のゲート電極ラインのパターンも、電界エミッタの上に設けられている。
【００７５】
暗***部分911のマトリクスは、ケース内部901のフェースプレート902上に設けられ、詳細については図2A〜図2Eに関して前に記述したとおりである。蛍光体913は、***部分911の間の各凹状部分を部分的に埋めるように形成されている。アノード914は薄いアルミニウムのような電気伝導物質であって、蛍光体913上に形成される。
【００７６】
スペーサ壁908は、バックプレート903に対してフェースプレート902を支持している。各スペーサ壁908の両端の間の表面には抵抗性の被覆904がなされるか、若しくはドーピングが施されているが、このことは以下に更に詳細に述べられている。抵抗性被覆904によって、スペーサ壁908上に電荷が帯びるのを最小化若しくは防止して、電子の流れ915を歪めることのないようにしているのである。
【００７７】
各スペーサ壁908の一端は複数の***部分911に接触し、金属被覆エッジ905が設けられている。スペーサ壁908の反対側の一端は、複数の収束リブ912に接触し金属被覆エッジ906が設けられている。金属被覆エッジ905及び906は、例えばアルミニウム若しくはニッケルでできている。金属被覆エッジ905及び906によって、被覆904とフェースプレート902との間の、若しくは被覆904と収束リブ912との間の良好な電気的接続がなされ、それによってスペーサ壁904の両端の電圧が好ましく画定され、抵抗値の均一な接続がなされる。スペーサ壁908、被覆904及び金属被覆エッジ905の間の境界部分の形態は、様々なものが採用可能であるが、このことは以下に詳しく述べる。電極917は各スペーサ壁908の被覆をなされた（またはドーピングされた）表面上に形成され、エミッタ909からアノード914へと上昇する電位を「細分化」するのに用いられる。
【００７８】
本発明の別の実施例に於いては、スペーサ壁908は電極917の無い形で形成される。
【００７９】
各電界エミッタのグループ909は電子915をフェースプレート902の内部表面に向かって放出する。フラットパネルディスプレイ900の一部として回路系（図示せず）が形成されるが、それは例えばICチップ上に接続可能な形でバックプレート903の外面に設けられ、電極917の電位を制御するのに用いられる。各電極917の電位は電界エミッタ909からアノード914の高電圧まで直線的に電位が上昇するように設定されるのが一般的である。従って、電子915はフェースプレート902に向かって加速され、蛍光体913に衝突してフラットパネルディスプレイ900から放射される光を発生する。
【００８０】
最適な収束のために、図4Aの面に於ける必要な等電位線は収束リブ912の近傍に於いて曲がった線を描き、収束リブ912から出てエミッタ909のある空間に入る形となっている。しかし、スペーサ壁909の存在がその位置、即ちスペーサ壁909の直線的な形をした底部に於ける等電位線に影響を与える。本発明によれば、スペーサ壁909の底部の近傍に電極917を曲がりくねった形状に形成することによって、所望の曲がった形状の等電位線を有する電界を形成することができる。
【００８１】
図５は、電圧を縦軸に、電界エミッタ909からの距離907（図4B）を横軸にとったグラフである。アノード914は電界エミッタ909から距離916だけ隔てられて設けられ、電界エミッタ909より高い電位（図５に於いてHVで表されている）を維持されている。スペーサ壁908から離れた所にある電界エミッタ909のグループ、例えば電界エミッタ909bに対しては、スペーサ壁908は電界エミッタ909からの電子の流れ915に干渉することはなく、電界エミッタ909からアノード914への電位の変化は、図５に示すようにほぼ直線的である。
【００８２】
電界エミッタ909とアノード914との間の電位の変化は各スペーサ壁908の近傍に於いても直線的であることが必要で、それによって電子の流れが歪められることがなくなる（即ち画像の質の低下を防げる）。しかし、電界エミッタ909aのようにスペーサ壁908の１つの近くに設けられた電界エミッタ901のグループに於いては、隣接したスペーサ壁908によって電界エミッタ909からの電子の流れ915が干渉されることがあり得る。電界エミッタ909aから発せられた浮遊電子915はスペーサ壁908に衝突して、一般的にはスペーサ壁908に電荷を蓄積することになる。スペーサ壁908に衝突する電子密度を（電流密度ｊ）所与のものとすると、スペーサ壁908の表面に蓄積する電荷の量はｊ・（１−δ）に等しくなる。δ≠１のとき、電荷の蓄積によってスペーサ壁908表面の電位が望ましい電位からずれることになり、スペーサ壁908からの電子の流れがゼロでなくなる。スペーサ壁908の電気伝導性が低い場合は、電位のずれはスペーサ壁908の近傍の電子の流れを歪めて、ディスプレイの画像の質を低下させることになる。
【００８３】
一般的に言ってスペーサ壁908の近傍に於ける望ましい電位（電界エミッタ909からアノード914への直線的な電位の上昇に基づいて求められる）からの電位の偏差は以下の方程式で与えられる。
【００８４】
ΔＶ＝ρｓ・｛ｘ・（ｘ−ｄ）/2｝・ｊ・（１−δ）（１）
ここで、
ΔＶ＝電圧の変化（Ｖ）
ρｓ＝スペーサ壁の面抵抗（Ω／□）
ｘ＝最も近い電極との距離、０＜ｘ＜ｄ（cm）
ｄ＝電極間の距離（cm）
ｊ＝スペーサ壁の表面に流れる電流密度（Ａ）
δ＝二次電子放出比（無次元）
である。
【００８５】
上記の方程式に於いては、電流密度ｊがスペーサ壁908に均一に衝突し、スペーサ壁908の面抵抗ρｓが均一であることが仮定されている。更に正確に言えば、方程式（１）は電流密度ｊに於ける電流の大きさがスペーサ壁908上の位置に依存していること、二次電子放出比δがスペーサ壁908上のその位置における正確な電位に依存していることを説明しているのである。
【００８６】
方程式（１）に見られるように、電位の偏差ΔＶは２つの電極917の中間点で最大となり、（即ち｛ｘ・（ｘ−ｄ）/2｝という最大値をとる）ΔＶは電極からの距離の二乗に比例する。このため、更に電極を加えることによってスペーサ壁908近傍の電位のずれを最小化し、それによってフェースプレート902へ向かう電子915の流れの歪みを最小にすることができるのである。幅ｗの電極をｎ個、高さｈのスペーサ壁908に追加すると、フラットパネルディスプレイ900の電力消費は減少するが、電力比は、
PNEW/POLD＝（ｄ−nw）／｛ｄ・（ｎ＋１）２｝ （２）
なる式で与えられる。
【００８７】
例えば、4milの幅を有する４つの電極を高さｈが100milのスペーサ壁908に追加すると、所与のΔVmaxに対する電力I2Rのロスはほぼ30分の１程度となる。
【００８８】
この更に効率的な電荷放出によって面抵抗ρｓの値が高まり、電力消費を著しく節約することができるのである。他の利点としては、電極917が僅かに露出した形で設けられている場合、電極917によって電荷が大部分さえぎられ、電気を帯びないようにされている高抵抗の部分に電荷が衝突するのを防いでいることである。しかし、各追加された電極917によってディスプレイ900の製造コストが上昇する。フラットパネルディスプレイ900に含まれる電極917の数は、以下述べる要素の間のトレードオフの関数を考慮して選択される。
【００８９】
方程式（１）から更に読みとれることは、電極917の数が所与の場合、面抵抗ρｓが低下するにつれ電位の偏差ΔＶも低下し、二次電子放出比δは１に近づくということである。従って、スペーサ壁908の表面が、低い面抵抗ρｓと１に近い二次電子放出δを有することは望ましいことである。二次電子放出比δは下限が０で、上昇した場合は非常に高い数値を取りうるので、一般的には、二次電子放出比に関しては、低い値の二次電子放出比δを有する材料を選択するのが望ましいということが言える。
【００９０】
図６は二次電子放出比を縦軸に、電圧を横軸に取ったグラフであって、２つの物質、即ち物質1101及び1102の特性を示したものである。物質1101のような高抵抗率の物質に対してはほとんどの場合、エネルギーが100Vから10,000Vの範囲で二次電子放出比は１より大きい値（しばしば１よりずっと大きな値）となり、表面は正の電荷を帯びることになる。アノード914はエミッタ909に対して1,500V〜10,000Vの正の電位差を維持しているのが一般的であるが、これは図2Aに示すアノード315及びエミッタ309について上記したのと同様である。更に、上記のように、スペーサ壁908は、好ましくは電気的に絶縁性（即ち高い抵抗率を有する）の物質から作られている。従って、スペーサ壁908は正の電荷を帯びる（そしてしばしば大きな電荷である）のが一般的であり、エミッタ909からの電子917の流れを弱めることになる。
【００９１】
しかし、物質1102は、フラットパネルディスプレイ900の電位の範囲に於いては二次電子放出比δが１程度に保たれている。電位の偏差ΔＶが１−δに比例して変化するので、スペーサ壁908の表面が物質1102でできている場合、スペーサ壁908の表面には電荷（正負を問わず）がほとんど蓄積されない。この結果、スペーサ壁908の存在が、電界エミッタ909とアノード914との間の電位差に影響を与えることがほとんどなく、従って、スペーサ壁908のために電子915の流れが歪められることが最小化される。
【００９２】
本発明によれば、ケース内部901に向くように設けられているスペーサ壁908の表面は図６の材料1102によく似た二次電子放出比δの特性を有する材料で処理される。更に、この表面はスペーサ壁908の大きな抵抗と比較して低い抵抗値を持つ表面となるように処理され、電荷がスペーサ壁908から若しくはフェースプレート902からバックプレート903へ容易に流れるようにされ、かつその抵抗値はフェースプレート902上の高電圧蛍光体からの電流の流れが大きくなって大きな電力ロスとなるほど低いものではないものとされる。
【００９３】
本発明の実施例の１つに於いて、スペーサ壁908はセラミック製であり、被覆904は二次電子放出比δが４より小さく面抵抗ρｓが109と1014Ω／□の間であるような材料によってなされる。更に別の実施例に於いては、被覆904に用いられる材料は、面抵抗ρｓは前記の通りで、二次電子放出比δが２より小さいものである。この実施例に於ける被覆904は、例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、酸化バナジウム若しくはこれらの混合したものを材料として形成される。更に別の実施例に於いては、被覆904は酸化クロムによってなされる。被覆904の厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９４】
本発明の別の実施例に於いて、被覆904は、二次電子放出比δの大きさについては特に決まっていないが面抵抗ρｓが109から1014Ω／□である材料によって形成されたスペーサ壁908上の第１被覆を含んでいる。そして第１被覆の上には、二次電子放出比δが１つの実施例に於いては４より小さく、別の実施例に於いては２より小さいような第２被覆が形成される。第１被覆の材料としては、例えば、酸化チタンクロム、酸化シリコン若しくは窒化シリコンなどがある。第２被覆の材料としては、例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、酸化バナジウム若しくはこれらの材料の混合物などがある。被覆904の全体の厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９５】
本発明の更に別の実施例に於いて、スペーサ壁908はその表面にドーピングを施されて面抵抗ρｓが109から1014Ω／□の間となり、次に、二次電子放出比δが１つの実施例に於いては４より小さく、また別の実施例に於いては２より小さいような被覆904をなされる。ドーパントとしては、例えば、チタン、鉄、マンガン若しくはクロムなどが使用できる。被覆904は例えば、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン、若しくは酸化バナジウム、これらの材料の混合物などがある。１つの実施例に於いて被覆904は酸化クロムであり、その厚みは0.05μｍと20μｍとの間である。
【００９６】
また別の実施例に於いては、スペーサ壁908はその表面に、面抵抗が109と1014Ω／□の間となるべく、濃縮ドーピングを施される。ドーパントとしては、例えば、チタン、鉄、マンガン若しくはクロムが使用できる。
【００９７】
本発明の別の実施例に於いて、スペーサ壁908は部分的に電気伝導性セラミック若しくはガラスセラミック材料から作られる。
【００９８】
上記の被覆904はスペーサ壁908上に何らかの適切な方法によって形成される。例えば被覆904は、よく知られた技術、例えば、熱若しくはプラズマ強化化学蒸着、スパッタリング、蒸着、スクリーンプリンティング、回転塗布機による塗布、噴霧若しくはディッピング（dipping）によって形成できる。どんな方法が使用されたとしても、面抵抗の均一性が±２％以内に収まるように被覆904を形成するのが望ましい。このために、被覆904を形成するにあたって、厚みを特定の誤差の範囲内に制御して行うのが一般的である。
【００９９】
スペーサ表面の被覆を形成するための別の方法としては、第１のセラミック層に含まれる材料を利用することが上げられるが、このセラミック層はその後の焼成処理に於いて多少電気伝導性をもつようにすることができる。
【０１００】
上記の実施例に於いて、スペーサ壁の表面に電荷が帯びるのを最小化若しくは防止するために行われるスペーサ壁の処理について述べた。スペーサ構造体を有する本発明の実施例に於いて、スペーサ構造体の電子が流れる開口部の表面は上記のように処理され、その表面が電荷を帯びるのを最小化若しくは防止している。
【０１０１】
図7Aから図7Dはスペーサ壁の間の境界部分を図解した断面図であって、本発明のさまざまな実施例による抵抗性被覆、金属被覆エッジ、収束リブが示されている。各実施例の被覆は、図4A及び図4Bに関して前に記述した被覆の１つである。各実施例に於いて、金属被覆エッジと抵抗性被覆の境界部分が正確に形状を定めて設けられるが、それは直線的な形状でカソードからの一定の高さを有しているので、バックプレートに平行な、スペーサ壁の長手方向に沿った基部に於いて、直線的な等電位線が画定される。以下に述べる本発明の実施例に基づく金属被覆エッジは、上記の抵抗性被覆904の形成に於いて使用した技術によって、スペーサ壁の表面のエッジ部分に形成される。
【０１０２】
図7Aに於いて抵抗性被覆1204は、スペーサ壁1208の側面1208a上に形成される。被覆1204は側面1208上に形成されるので、被覆1204は側面1208aの末端部からはみ出して延在していない。金属被覆エッジ1206はスペーサ壁1208の末端面1208b上に形成され、従って金属被覆エッジ1206は被覆1204からはみ出して延在していない。
【０１０３】
図7Bに於いて、抵抗性被覆1214はスペーサ壁1218の側面1218a及び末端面1218上に形成されて、スペーサ壁1218全体を覆う。金属被覆エッジ1206はスペーサ壁1218の末端面1218b上に形成された被覆1214の一部に接触するように形成され、金属被覆エッジ1206は被覆1204の端面からはみ出して延在しない。
【０１０４】
図7Cに於いて、抵抗性被覆1214は、スペーサ壁1218の側面1218a及び末端1218bに形成されて、スペーサ壁1218全体を覆う。金属被覆エッジ1216は、スペーサ壁1218の末端面1218b上に形成された被覆1214の一部に接触する形で形成され、このとき金属被覆1216は被覆1214と重なり合い、被覆1214の角の部分に於いて正しく定められた高さまで延在する形で設けられる。
【０１０５】
図7Dに於いて抵抗性被覆1204は、図7Aと同様にスペーサ壁1208の側面1208a上に形成され、このとき被覆1204は側面1208への末端部からはみ出して延在していない。金属被覆エッジ1216は、スペーサ壁1208の末端面1208上に形成された被覆1204の一部に接触する形で形成され、このとき金属被覆1216は被覆1204と重なり合い、被覆1204の角の部分に於いて正しく定められた高さまで延在する形で設けられる。
【０１０６】
上記のように、ケースの内部901に露出されているスペーサ壁908の表面上に電極917は間隔を置いて設けられている。これらの電極917に於ける電位は分圧手段によって設定される。分圧手段は被覆904若しくは抵抗性のストリップのどちらかであって、ディスプレイ900のアクティブ領域の外側にあり、各電極917から伸びる電気伝導トレースと接続されている。各電極917に於いて望ましい電圧を得るために、その位置に於ける抵抗値を必要なだけ上昇させるべく、分圧手段の選択された位置に於ける材料の除去、即ち分圧手段の「トリミング（trim）」を行うことができる。トリミングは例えば分圧手段の材料をレーザーを用いて除去することによって実施される。別の方法として、選択された電気伝導トレースの１つからの材料の除去によっても実施することができるが、それは例えばケース901の外側の、ケース内部の電極917に伸びているトレースを、１つ若しくはそれ以上長さを短くすることによって、同様の効果を得ることができるのである。
【０１０７】
図8A〜図8H（集合的に図８）、図9A〜図9J（集合的に図９）、及び図10A〜図10J（集合的に図10）は、図2AのCRTディスプレイの発光構造体を製造するための４つの基本的な加工処理シーケンスを図解している。この加工処理を記述するのを容易にするために、図８、図９、及 び図10に於ける向きは、図2Aに於ける向きと逆になっている。以下の加工処理に関する記述に於いて、方向に関する言葉、例えば上側及び下側などは図８〜図10に於ける図の向きに当てはまるものである。
【０１０８】
図８に示される加工処理シーケンスから始めると、スタート点はフェースプレート302である。フェースプレート302の内部表面は（即ちここでは上側のフェースプレート表面）、図8Aに示されるように粗くされ、ブラックマトリックスを形成する材料の反射性を低減する。この表面を粗くする工程は、フッ化水素酸溶液のような化学的エッチング剤若しくはハロゲンベースのプラズマエッチング剤を用いて実施されるのが一般的である。
【０１０９】
暗非反射フリットを形成することができるソーダガラスのスラリー321は、図8Bに示されるように、フェースプレート302の上側表面上にスクリーンとして析出させられる。スラリー321は、１分間〜120分間の400℃〜450℃での焼成（即ち加熱）によって硬化ソーダガラス層322に変換される。図8Cを参照してもらいたい。ソーダガラス層322の、暗***部分314になることが予定されている部分の間に位置する部分は、適切なフォトレジストマスク（図示せず）を用いた化学的エッチングまたはプラズマエッチングによって、あるいは適当にプログラムされたレーザーを用いた溶除によって除去される。図8Dは、ここまでの加工処理によって、ソーダガラス層322の残った部分が***部分314となっていることを示している。
【０１１０】
図8Eに描かれているように、蛍光体ストライプ313r、313g、及び313bは、フェースプレート302の上側表面上の暗***部分314の間の形成される。詳述すると、赤、緑、及び青の３つの色の内の１つの光を発する、ポリマー、光合成剤、及び蛍光体粒子のスラリーは、フェースプレート302の上側表面上に配置される。このような色のうちの１つの色の蛍光体の粒子が配置されることが予定されている部位にあるスラリーの一部分は、適当なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、光化学線放射にさらされることによって硬化される。スラリーの残りの部分を流し去り、構造体はすすぎ洗いされる。この工程は残りの２つの色の光を発する蛍光体の粒子に対してそれぞれ繰り返して実施される。構造体は乾燥させられて、蛍光体ストライプ313の形成が完了する。
【０１１１】
ラッカーの層323が、蛍光体313及び***部分314上に噴霧によって形成される。ラッカー層323の上側表面は、図8Fに示すように滑らかなものである。アルミニウムがラッカー層323上に蒸着されて、光反射層315が形成される。図8Gを見てもらいたい。次に、構造体は約450℃で60分間に亘って一部に酸素を含む大気の中で加熱され、ラッカー323が燃焼することにより除去される。図8 Hは完成した構造体を示している。ラッカー層323は滑らかな上側表面を有していたので、結果的に光反射アルミニウム層315も滑らかな下側表面を有することになる。
【０１１２】
図９に移ると、ここでのスタート点はやはりフェースプレート302であって、その表面は粗くなっている。図9 Aを見てもらいたい。暗非反射金属の層325は図9Bに示すようにフェースプレート302の上側表面上に配置されている。金属層325は、厚みが50nm〜200nmのブラッククロム若しくはニオブからなるのが一般的である。
【０１１３】
厚いフォトレジスト層326が、図9Cに示すように金属層325の上に形成される。フォトレジスト層326は例えばMorton社のEL2026のようなポジのフォトレジストからなる。フォトレジスト層の厚みは25μｍ〜75μｍであって、典型的には50μｍである。フォトレジスト326は選択的に光化学線放射にさらされて、***部分314に対するほぼ望ましい幅の溝327を形成するべく加工される。溝の幅は10μｍ〜50μｍであって、典型的には25μｍである。図9Dを参照すると、そこでは326aがフォトレジスト326の残りの部分として示されている。
【０１１４】
溝327には選択的に金属が完全に若しくは殆ど充填された状態にされ、図9Eに示すような金属の***部分314dが形成される。選択的充填は電気化学的析出処理（電気メッキ）によってなされる。金属***部分314dは黒若しくは光沢のない金属からなるものでも良い。***部分の金属としてはクロム若しくはニッケル−鉄合金などが一般的である。フォトレジストマスク326aはその後除去されて、図9Fに示すような構造体が形成される。
【０１１５】
金属***部分314dをマスクとして使用して、暗金属層324の露出部分は除去される。図9Gに示されているのは、ここまでの加工処理でできあがった構造体において、暗***部分314eが金属層325の残りの部分であることである。各暗***部分314e及び上層をなす***部分314dは、暗***部分314の１つを構成する。
【０１１６】
蛍光体ストライプ313及び光反射層315は、図８の加工処理と共に上で述べてきた方法によって、ここで形成された。図9Hはストライプ313の形成を示したものである。ラッカー層323上に配置された層315は図9Iに図示されている。図9Jは、ラッカー層323が燃焼させられて除去された後の完成した発光構造体を示したものである。
【０１１７】
図10の加工処理シーケンスのスタート点は、透明な電気絶縁性の平らな本体（若しくはプレート）329であって、これは典型的には、概ね均一な組成を有するガラスでできている。図10Aをみてもらいたい。サンドブラストマスクのような効果を有する材料でできたパターンをなす層330は、図10Bに示すように透明な本体329の上側表面上に形成される。マスク層330はサンドブラストマスク材料の被覆層（blanket）を本体329上に設けることによって形成され、その後本体329の表面の露出した部分にマスクエッチングを施すことによって被覆層の一部を選択的に除去する。
【０１１８】
透明な本体329のマスク330を通して露出した部分を特定の深さまで除去するべく、選択的な除去が実施される。図10Cは、本体329の残りの部分がフェースプレート302及び上層をなすパターンをなす***部分324fからなる、ここまでの加工処理の結果出来上がった構造体を図解したものである。除去処理はサンドブラストによってなされる。サンドブラストを実施している間、マスク330は腐食させられて取り除かれる。サンドブラストが終了したときにマスク330が残っている場合は、その残りのマスク330は図10Dに示すように除去される。
【０１１９】
暗色の材料でできた層331は、この構造体の上側の表面上に配置されたスクリーンである。図10Eを見てもらいたい。暗色の材料は暗色のガラス若しくは暗色の金属からなる。フォトレジストマスク332は、図10Fに示すように***部分314fの真上にある暗色の層331上に形成されるのが一般的である。マスクの不整合を回避するため、フォトレジストマスク332はフォトマスクレチクルを使用して作られるのが一般的であり、このレチクルはネガフォトレジストのためのサンドブラストマスク330若しくはポジフォトレジストのためのネガのマスクを作るときに使用されるものである。
【０１２０】
暗***部分314gは、暗色の層331の露出部分を取り除くことによって***部分314fの上にそれぞれ形成される。図10Gは、フォトレジスト332を除去した後の構造体を図解したものである。各***部分314g及び下層をなす***部分314fは暗***部分314の１つを構成する。
【０１２１】
発光構造体は、図９の加工処理によって上記のような方法で完成する。特に、蛍光体はストライプ313は、図1 0Hに示すように***部分314の間に形成される。図10Iは、光反射層315がラッカー323の上に形成されることを示している。ラッカー323を燃焼させて除去させた後の完成した構造体は、図10Jに於いて示されている。
【０１２２】
図８から図10に示される既に述べた加工処理の１つによって、図2AのCRTカソード構造体を製造した後、スペーサ壁308及び外壁304は、カソード構造体と発光ブラックマトリックス構造体との間に適切に配置され、一方でディスプレイの部品はポンプで気圧を10-7torr以下に下げられた小室に入れられる。その後、ディスプレイは300℃〜600℃、典型的には450℃の下で密閉状態にされる。
【０１２３】
暗***部分314は、上記のように300℃〜700℃の範囲の温度（この温度は***部分の材料が金属、ソーダガラス、若しくはガラスのどれかによって決まる。）に於いて軟化する。***部分が軟化する温度は、ディスプレイを密閉する温度とほぼ同じかそれよりやや低い温度に選択されるのが一般的である。この結果、スペーサ壁308は密閉処理の間に***部分314に僅かに食い込むことになる。これによって、壁308の間の高さの違いを補償する。
【０１２４】
***部分を軟化させる温度がディスプレイを密閉させる温度よりも高い場合は、暗***部分314をCRTディスプレイを密閉する直前に予め軟化させておくことが出来る。この場合、スペーサ壁308は密閉処理の間に再び***部分314に僅かに食い込み、スペーサ壁の高さの違いを補償することになるのである。
【０１２５】
本発明の特定の実施例について述べてきたが、この記述は単にここで図解したものに基づいたものであり、請求項に述べる本発明の範囲はこれに限られるものではない。例えば、図10の加工処理シーケンスに於ける暗***部分314は、加工処理シーケンスの初めに透明な本体の頂部に暗色材料の層を設け、その後、***部分の上側部分314gを形成する過程を省略することによって、暗色部分を***部分の頂部から底部へ移動させることが出来る。追加的に平行に設けられた暗非反射***部分は、フェースプレート302上に形成されて、***部分314に対して垂直に延在する形となる。
【０１２６】
蛍光体ストライプ313は、蛍光体粒子の代わりに薄い蛍光体の薄膜からも製造することができる。また発光領域313は、蛍光体（この場合は粒子でも薄膜形状でもかまわない。）以外の素子によって形成することも出来る。
【０１２７】
フェースプレート302のすぐ近くに配置された透明なアノードは、光反射層315の代用として、若しくはそれと共に使用することができる。このようなアノードは、酸化インジュウム−錫のような透明な電気伝導物質の層からなるのが一般的である。フェースプレート302と、存在する場合には隣接して設けられる透明なアノードとは、発光ブラックマトリックス構造体の本体部分を構成する。このように、請求項に記載の本発明の範囲及び精神を逸脱することなく当業者は様々な改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施態様に従った、電界放出カソードを含むフラットパネルディスプレイの透視図であって、表層部の一部を切り取って内部を見せているものである。
【図２Ａ】図１のフラットパネルディスプレイの一部の詳細な透視断面図である。
【図２Ｂ】図2Aのディスプレイの内部の部品の平面図であって、 矢印ｃの方向から見た図である。
【図２Ｃ】図2Aのディスプレイの内部の部品の平面図であって、 図2Aの矢印ｄの方向から見た図である。
【図２Ｄ】図2AのフラットパネルCRTディスプレイ全体の横断面図である。
【図２Ｅ】図2AのCRTディスプレイのブラックマトリクスを中心に置いた一部の拡大断面構造図である。
【図３】本発明の１つの実施態様に従った、電界放出カソード及びスペーサ壁を含むフラットパネルディスプレイの一部の単純化した断面図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施態様に従ったフラットパネルディスプレイの単純化した断面図であって、スペーサ壁の表面に形成された被覆を図解したものである。図4Bの9b−9bに沿って切った断面図である。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施態様に従ったフラットパネルディスプレイの単純化した断面図であって、スペーサ壁の表面に形成された被覆を図解したものである。図4Aの9a−9aに沿って切った断面図である。
【図５】電圧を縦軸に、電界放出装置の設けられたベースプレートに対して垂直方向の電界放出装置とベースプレートとの距離を横軸にとったグラフである。
【図６】二次電子放出比を縦軸に電圧を横軸にとったグラフであって、２つの物質の特性を示したものである。
【図７Ａ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｂ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｃ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図７Ｄ】スペーサ壁の間の境界部分を図解し、本発明の様々な実施態様に従った金属被覆及びバックプレートの***部分に焦点を合わせた断面図である。
【図８Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図８Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の製造工程を示した断面図である。
【図９Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｉ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図９Ｊ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ａ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｂ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｃ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更 に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｄ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｅ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｆ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｇ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｈ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｉ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
【図１０Ｊ】図2Aのディスプレイの発光ブラックマトリクス構造の更に別の製造工程を示した断面図である。
Claims (9)
- 電荷の蓄積を防止するように形成されたスペーサを備えたフラットパネル装置であって、
フェースプレートと、
前記フェースプレートに結合して、密閉されたケースを形成するバックプレートと、
前記フラットパネル装置からの発光手段と、
表面が電荷を帯びるのを最小化若しくは防ぐべく処理された、前記バックプレート及び前記フェースプレートに、前記ケース内部に向かう方向に作用する力に対する支持を与える前記ケース内部に設置されたスペーサと、
前記バックプレートと前記スペーサの端面との間に設けられた、前記スペーサとバックプレート上の電気伝導体との電気的接続をなす金属被覆エッジとを有し、前記スペーサ表面に於いて、面抵抗が109Ω／□と1014Ω／□との間になるようにドーピングを施されていることを特徴とするフラットパネル装置。 - 前記ドーピングのドーパントがチタンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ドーピングを施されたスペーサ表面上に、二次電子放出比が４より小さい材料による被覆をなされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記被覆が、酸化クロム、酸化銅、炭素、酸化チタン及び酸化バナジウムから選択された材料によってなされることを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 前記被覆が酸化クロムによってなされることを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 電荷の蓄積を防止するように形成されたスペーサを備えたフラットパネル装置であって、
フェースプレートと、
前記フェースプレートに結合して、密閉されたケースを形成するバックプレートと、
前記フラットパネル装置からの発光手段と、
表面が電荷を帯びるのを最小化若しくは防ぐべく処理された、前記バックプレート及び前記フェースプレートに、前記ケース内部に向かう方向に作用する力に対する支持を与える前記ケース内部に設置されたスペーサと、
前記バックプレートと前記スペーサの端面との間に設けられた、前記スペーサとバックプレート上の電気伝導体との電気的接続をなす金属被覆エッジとを有し、前記スペーサの表面上に間隔を開けて設けられた複数の電極であって、各電極の電圧が前記バックプレート上の電気伝導体及びフェースプレート上の電気伝導体の間の望ましい電圧分布を達成するように制御されている、該複数の電極と、
前記各電極の電圧を設定する分圧手段とを更に有し、
前記分圧手段が前記スペーサ表面上に形成された抵抗性 の被覆を有することを特徴とするフラットパネル装置。 - 前記電極に於ける前記望ましい電圧を設定するべく、前記分圧手段から選択的に材料が除去されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 電荷の蓄積を防止するように形成されたスペーサを備えたフラットパネル装置の組立方法であって、
バックプレート及びフェースプレートの間にスペーサを取り付ける過程と、
前記スペーサ表面上に電荷が帯びるのを最小化若しくは防ぐべく前記スペーサの表面を処理する過程と、
前記スペーサと前記バックプレート上の電気伝導体との間の電気的接続をなすように前記スペーサの端面に金属被覆エッジを形成する過程と、
前記スペーサをケース内部に封入すべく、前記バックプレートと前記フェースプレートとを封着する過程とを有し、
前記スペーサ表面の処理過程が、予め定められたドーパント濃度のドーピングを施す過程を有することを特徴とするフラットパネル装置の組立方法。 - 電荷の蓄積を防止するように形成されたスペーサを備えたフラットパネル装置であって、
フェースプレート及び発光構造体からなるフェースプレート構造体と、
バックプレート及び電子放出構造体からなるバックプレート構造体と、
前記フェースプレート及びバックプレート構造体を結合して、密閉されたケースを形成する側壁と、
表面が電荷を帯びるのを最小化もしくは防ぐべく処理された、前記バックプレート及び前記フェースプレートに前記ケース内部に向かって作用する力に対して支持を与える前記ケース内部に設置されたスペーサと、
前記スペーサの第１端面と前記バックプレート構造体との間に設けられ、前記スペーサと前記電子放出構造体との間の電気的接続をなす第１金属被覆エッジとを有し、
前記スペーサの表面上に間隔を開けて設けられた複数の電極であって、各電極の電圧が、前記電子放出構造体と発光構造体との間に望ましい電圧分布を達成するように制御されている、該複数の電極と、
前記各電極の電圧を設定する分圧手段とを更に有し、
前記分圧手段が前記スペーサ表面上に形成された抵抗性 の被覆を有することを特徴とするフラットパネル装置。
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