NL9100122A - Weergeefinrichting. - Google Patents

Description

Weergeef inrichting.

De uitvinding betreft een weergeefinrichting bevattende een eerste substraat, tenminste een elektronenbron, en een door tenminste een afstandhouder uit een organisch polymeer op afstand van het eerste gehouden tweede substraat.

Daarnaast betreft de uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke weergeefinrichting.

Dergelijke vlakke weergeefinrichtingen vinden toepassing als weergeefpaneel in bijvoorbeeld draagbare computers, maar ook op andere plaatsen, waar de toepassing van kathodestraalbuizen problemen kan geven. Daarnaast bestaat een toenemende belangstelling voor vlakke platte weergeefinrichtingen in videotoepassingen.

Een weergeefinrichting van de bovengenoemde soort is beschreven in PCT/WO-90/00808. In de daar beschreven inrichting worden afstandhouders (spacers) uit polyimide getoond. Deze afstandhouders worden vervaardigd door een substraat te bedekken met een laag, die een polyamide esther bevat, deze laag vervolgens te drogen en langs fotolithografische weg te patroneren. Na belichting met ultraviolette straling, ontwikkeling en verdere behandeling worden op deze wijze afstandhouders uit polyimide verkregen met een hoogte van 100 £ 150 μπι.

De getoonde weergeefinrichting vertoont echter een aantal bezwaren. Zo moet de voorzijde van een dergelijk paneel voorzien worden van fosforen, die voor het afvoeren van electronen op hun beurt weer worden bedekt door een geleidende laag uit bijvoorbeeld aluminium of aangebracht worden op een laag indium-tin-oxyde. Om met name in televisietoepassingen een goede weergave te verkrijgen is een versnelspanning tussen het eerste substraat (waar zich in de genoemde inrichting electronenbronnen in de vorm van veldemitters bevinden) en het tweede substraat in de orde van 2 a 5 kV nodig (afhankelijk van de gebruikte materialen, gasvulling etc.)· In de inrichting volgens PCT/WO-90/00808 bestaan de afstandhouders uit organisch chemisch materiaal (polyimide). Bij de genoemde hoge versnelspanningen kan dit via overslag leiden tot grafietvorming, waardoor zowel het vacüum als het elektrisch gedrag van de inrichting nadelig beïnvloed kan worden. Het is weliswaar mogelijk dit te voorkomen door de afstandhouders te bedekken met een daartoe geschikte bedekking (bijvoorbeeld chroomoxyde of siliciumoxyde), maar dit vergt extra processtappen zoals opdampen onder gelijktijdig roteren van het substraat of preferentieel neerslaan vanuit een vloeistof, waarbij bovendien het substraat doorgaans tegen deze behandeling beschermd moet worden.

Een ander bezwaar van de in PCT/WO-90/00808 getoonde inrichting bestaat hierin, dat ten gevolge van terugverstrooiing van electronen of secundaire emissie een naastgelegen beeldelement door deze terugverstrooide of secundaire electronen kan worden aangeslagen.

De onderhavige uitvinding stelt zich onder meer ten doel een weergeefinrichting van de hierboven genoemde soort te verschaffen, waarin hoge versnelspanningen gebruikt kunnen worden, zonder dat door te hoge veldsterkte de genoemde grafietvorming of andere problemen ten gevolge van een te hoge veldsterkte optreden. Daarnaast stelt zij zich ten doel een weergeefinrichting te verschaffen, waarin de genoemde problemen ten gevolge van terugverstrooiing of secundaire emissie niet optreden.

Verder stelt de uitvinding zich ten doel een werkwijze aan te geven voor het vervaardigen van een weergeefinrichting met twee praktisch evenwijdige substraten.

De uitvinding berust op het inzicht dat dit onder meer bereikt kan worden door een cumulatief effect van stappen zoals boven beschreven zonder elke stap elke keer volledig te herhalen. Daarnaast berust zij op het inzicht, dat door deze herhaling, in dwarsdoorsnede gezien, de afstandhouders op verschillende niveaus verschillende doorsneden kunnen bezitten.

Een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat de afstand tussen de beide substraten tenminste 200 μιη bedraagt.

Doordat op deze wijze de veldsterkte geringer kan zijn, bij eenzelfde versnelspanning, dan in de genoemde inrichtingen zijn de risico's van grafietvorming en beïnvloeding van het vacuüm aanzienlijk gereduceerd. Het blijkt, dat op deze wijze afstandhouders tot een hoogte van ca. 1 mm gerealiseerd kunnen worden met een oppervlakte van de doorsnede ter plaatse van het eerste substraat (waar deze oppervlakte ten gevolge van de gebruikte werkwijze doorgaans het kleinst is) tussen 100 en 10.000 μιη2, terwijl in dit soort weergeefinrichtingen de steek tussen de beeldelementen over het algemeen in de orde van 50 a 500 μια ligt.

Een eerste voorkeursuitvoering van een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat dwarsdoorsneden van de afstandhouder op verschillende hoogten van de afstandhouders gezien van elkaar verschillende patronen vertonen.

Hiermee kan bijvoorbeeld worden bereikt dat in doorsnede althans ter plaatse van het tweede substraat de afstandhouder (die bijvoorbeeld uit polyixnide bestaat) rondom een beeldpunt een gesloten structuur vormt. Deze structuur kan rechthoekig zijn, maar is bij voorkeur honingraatvormig. De gesloten structuur ter plaatse van de beeldelementen verhindert verstrooiing van electronen naar naastgelegen beeldpunten.

Indien het weergeefmechanisme gebaseerd is op het aanslaan van fosforen met behulp van electronen zoals in PCT/WO-90/00808 bevat het eeste substraat bijvoorbeeld een matrix van electronenbronnen zoals veldemitters; ook kan elke electronenbron uit meerdere veldemitters zijn opgebouwd, of, indien het eerste substraat een halfgeleider is, in dit halfgeleiderlichaam geïntegreerd zijn.

Een andere voorkeursuitvoering van een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat een afstandhouder wordt doorsneden door tenminste een laag van geleidend materiaal.

Op deze wijze kunnen, bijvoorbeeld door het aanbrengen van gestructureerde metaallagen versnellings-roosters als het ware meegeïntegreerd worden in de afstandhouders.

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat op een substraat een laag patroneerbaar organisch materiaal met een dikte van tenminste 200 /zm wordt aangebracht waarin langs fotolithografische weg tenminste een afstandhouder wordt gedefinieerd.

De laag wordt bij voorkeur middels deellagen aangebracht, waarbij zonodig tussen twee deellagen fotolithografische hulpmaskers worden aangebracht, waarbij in bovenaanzicht gezien de hulpmaskers en het masker op de laatste laag elkaar niet of slechts gedeeltelijk overlappen.

Ook kan na het aanbrengen van tenminste een deellaag een deel van de afstandhouder worden gedefinieerd in delen van het patroneerbaar materiaal, waarna dit materiaal voorzien wordt van een gepatroneerde laag geleidend materiaal, welke weer bedekt wordt met tenminste een deellaag voor het definiëren van verdere delen van de afstandhouder.

Op deze wijze kunnen de genoemde meegeïntegreerde versnellingsroosters worden verkregen.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen thans nader worden verklaard aan de hand van enige uitvoeringsvoorbeelden en de tekening.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een deel van een weergeefinrichting volgens de uitvinding.

De Figuren 2 t/m 7 tonen schematisch langs de lijn II-II in Figuur 1 de weergeefinrichting van Figuur 1 tijdens enkele stadia van zijn vervaardiging.

Figuur 8 en Figuur 9 tonen schematisch de vervaardiging van een andere wergeefinrichting volgens de uitvinding.

Figuur 10 en Figuur 11 tonen de vervaardiging van weer een andere inrichting.

Figuur 12 toont schematisch nog een andere weergeefinrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een deel van een weergeefinrichting volgens de uitvinding met een eerste substraat van bijvoorbeeld glas of silicium, dat in dit geval voorzien is van een matrix van electronenbronnen 2 (bijvoorbeeld veldemitters), die op op zichzelf bekende wijze zijn vervaardigd. Tegenover de electronenbronnen bevinden zich op een tweede substraat 3 van glas de beeldelementen 4, die in dit voorbeeld praktisch samenvallen met fosforen, die aan de tegenover de electronenbronnen 2 gelegen zijde van het substraat 3 zijn aangebracht. Hoewel hier slechts twee beeldelementen 4 zijn afgebeeld bevat de inrichting in werkelijkheid, afhankelijk van het soort inrichting (monochroom, kleur) tenminste 100.000 a 1.000.000 van zulke beeldelementen.

De substraten 1 en 2 worden op een onderlinge afstand gehouden van ca. 500 /m door middel van afstandhouders of spacers 5. In het onderhavige voorbeeld bestaan deze spacers uit twee delen, namelijk een eerste deel 5a ter plaatse van het eerste substraat 1 en een tweede deel 5b ter plaatse van de beeldelmenten 4 op het tweede substraat 3. De delen 5b kunnen zich hierbij geheel om een beeldelement 4 uitstrekken. De getoonde inrichting wordt bedreven door electronen uit de bronnen 2 de bij de beeldelementen 4 behorende fosforen te doen treffen. Terugverstrooide electronen treffen nu de delen 5b en kunnen zo de naburige beeldelementen niet beïnvloeden. Door de grote afstand tussen de beide substraten kan hiertussen nu een betrekkelijk hoog spanningsverschil worden aangelegd (5-10 kV) zonder gevaar voor doorslag. Met behulp van de openingen 7 in de spacers 5 kan de weergeefinrichting geëvacueerd worden.

De inrichting van Figuur 1 kan als volgt vervaardigd worden (zie de Figuren 2 t/m 7).

üitgegaan wordt van een eerste substraat 1, bijvoorbeeld een halfgeleidersubstraat (in dit voorbeeld silicium of glas), waarin of waarop (niet getekende) electronenbronnen zijn gerealiseerd, bijvoorbeeld veldemitters, maar ook halfgeleiderkathoden zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470 (PHN 9532) van Aanvraagster zijn mogelijk. Op het substraat 1 wordt een laag 8 van fotogevoelig polyamidezuur of polyamide esther aangebracht met een dikte van circa 300 μιη. Een geschikt polyamide esther is bijvoorbeeld Probimide 348 FC van de firma Ciba-Geigy. Bij dunne lagen (tot ca. 100 μιη) kan volstaan worden met het eenmalig opspinnen van het polyamide esther. Bij de hier gebruikte laagdikte wordt dit polyamide esther opgebracht volgens de methode beschreven aan de hand van de Figuren 8 en 9, of met een daartoe geschikt gereedschap zoals een "gespacerd mes". Ter bescherming van de elctronenbronnen kan zonodig tijdelijk een beschermende laag worden aangebracht.

De laag 8 wordt vervolgens bedekt met een dunne laag 9 (ca. 40 nm), in dit voorbeeld van goud, waarop een laag positieve fotoresist 10 wordt aangebracht. Na belichting door middel van ultraviolette straling (schematisch aangegeven door pijlen 11) door een masker 12, dat de openingen 7 definieert, en ontwikkelen worden de delen 10b verwijderd en blijft het deel 10a van de fotoresist over (Fig. 3). Met de resterende fotoresist als masker wordt vervolgens de goudlaag 9 natchemisch geëtst (Fig. 4) in een daartoe geschikt etsmiddel (bijvoorbeeld een waterige oplossing van 25% KI en 10% I2) . De aldus ontstane structuur wordt weer bedekt met een fotogevoelige laag 13 van polyamide esther met een dikte van ca. 100 μιη (Fig. 5) . Het geheel wordt vervolgens met ultraviolette en zichtbare straling belicht (schematisch aangegeven door middel van pijlen 14 in Figuur 6) via een masker 15, dat de delen 5b van de spacers definieert. De gebruikte golflengte en duur van de beliching hangen hierbij af van de lichtsterkte, het gebruikte materiaal en de dikte van de lagen 8, 13 (voor een laag Probimide 348, met een dikte van ca. 200 μπι en belichting met het gehele Hg-spectrum bedraagt de lichtsterkte bijvoorbeeld 15 mW/cm2 gedurende 200 sec.). Doordat tussen het hulpmasker, gevormd door de lagen 9, 10a en het masker 15 in bovenaanzicht gezien open ruimtes bestaan, wordt daar het polyamide esther over de gehele dikte van de lagen 8, 13 uitgehard en blijven deze delen 5 in een volgende ontwikkelingstap op het volgende substraat 1 staan. Na schoonmaken, verwijdering van de lagen 9, 10a, eventuele verdere reinigingsstappen en een thermische nabewerking is dan de inrichting volgens Figuur 7 verkregen.

Het zo verkregen substraat 1, voorzien van emitterende bronnen en spacers 5 wordt dan tegen een tweede substraat 3 van bijvoorbeeld glas en voorzien van fosforen gelegd. Na uitrichten van de fosforen ten opzichte van de electronenbronnen wordt het geheel langs de randen afgedicht en geëvacueerd. Hiermee is de inrichting volgens Figuur 1 verkregen.

De Figuren 8 en 9 tonen hoe spacers met een hoogte van 200 è 1.000 μια verkregen kunnen worden. De polyimidelaag 8 wordt hier verkregen door achtereenvolgens deellagen 8a, 8b, 8c aan te brengen. Elke volgende deellaag wordt pas aangebracht nadat de vorige deellaag een gedefinieerde laagdikte heeft gekregen (bijvoorbeeld door middel van spinnen). Daarna worden via een masker 15 de plaatsen van de te vormen spacers bepaald, waarna het geheel weer wordt belicht, ontwikkeld, uitgehard etc. De aldus gevormde spacers 5 houden de beide substraten 1, 3 in Figuur 9 op een afstand van bijvoorbeeld 450 ^m. In dit voorbeeld worden geen hulpmaskers gebruikt, zodat de spacers een uniforme doorsnede zouden moeten bezitten; in de praktijk is de doorsnede ter plaatse van het eerste substraat doorgaans iets kleiner, doordat met een negatief fotogevoelig systeem gewerkt wordt en in de laag lichtabsorptie optreedt.

Hoewel hier een inrichting is getoond met een electronenbron per beeldelement kunnen de spacers ook gebruikt worden in andere vlakke weergeefinrichtingen, zoals bijvoorbeeld beschreven in US-P-4 853 585 (PHN 12.047).

Figuur 10 toont gedeeltelijk in dwarsdoorsnede, gedeeltelijk in bovenaanzicht de vervaardiging van een andere weergeefinrichting. Uitgegaan wordt weer van een substraat 1, bijvoorbeeld een glasplaat waarop een matrix van veldemitters is aangebracht. Op het substraat 1 worden weer deellagen 8a, 8b van polyamide esther gedeponeerd, op dezelfde wijze als boven besproken. Door belichting met ultraviolette straling worden in de deellagen uitgeharde gebieden 22 gevormd ter plaatse van te vormen delen van de spacers. De zo gevormde laag wordt echter nog niet ontwikkeld maar eerst bedekt met een dunne metaallaag 16, voorzien van openingen 17 boven de emitters. De metaallaag 16 kan hierbij vooraf van de openingen 17 voorzien zijn, maar het patroon van openingen (of enig ander gewenst patroon) kan ook na neerslaan van de metaallaag door middel van etsen worden aangebracht. Daarna wordt opnieuw een laag 8c van polyamide esther opgebracht, die weer bedekt wordt met een goudlaagje 9, dat in patroon gebracht is door middel van etsen. Vervolgens wordt weer een laag 13 van polyamide esther aangebracht, waarna het geheel via een masker 15 weer met ultraviolette en/of zichtbare straling wordt belicht. Na ontwikkeling, spoelen en eventuele verdere behandeling is dan de inrichting van Figuur 11 verkregen. Deze bevat een substraat 1, waarop zich in dit voorbeeld vierkante kolomvormige delen 5a van de spacers bevinden. De overige delen van de spacers bestaan uit eveneens kolomvormige delen 5b en rondom gesloten delen 5c, die in de uiteindelijke weergeefinrichting weer beeldelementen (fosforen) omsluiten. Tussen de delen 5a en 5b van de spacers bevindt zich nu de metaallaag 16, die ter plaatse van veldemitters 21 op het substraat 1 voorzien is van openingen 17. De plaat 16 kan nu als een gemeenschappelijke versnellingselectrode fungeren. Om eventuele terugverstrooiing nog verder te onderdrukken kunnen de wanden van de gesloten delen 5c met een geleidende laag bekleed worden, die bijvoorbeeld elektrisch geleidend wordt doorverbonden met de voorplaat 3. Dit kan ook bereikt worden door een met de metaallaag 16 vergelijkbaar rooster aan te brengen en dit elektrisch kort te sluiten met de voorplaat 3.

In Figuur 11 zijn bovendien schematisch twee veldemitters 21 aangegeven. Deze maken in het onderhavige voorbeeld deel uit van een matrix van veldemitters die bestuurd worden door X-lijnen 18 en Y-lijnen 19, die ter plaatse van hun kruispunten, waar de X-lijnen van aansluitstroken 18a zijn voorzien, onderling geïsoleerd zijn door een isolatielaag 20. Zowel tussen de delen 5a als tussen de delen 5b bevinden zich weer openingen 7 die bij afdichting het vacuümzuigen mogelijk maken.

Figuur 12 tenslotte toont een variant, waarbij de gesloten delen 5b van de spacers een honingraatstructuur vormen. Voor het overige hebben de verwijzingscijfers hier weer dezelfde betekenis als in de vorige Figuren. De uittredende electronenstroom is hierbij schematisch aangegeven dor middel van pijlen 23.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk. Zo kan bijvoorbeeld de structuur, waarin de spacers worden gedefinieerd ook op de glasplaat met fosforen worden aangebracht in plaats van op het substraat 1. Ook kunnen tussen de deellagen meerdere metaalmaskers worden aangebracht, zodat als het ware een deel van de electronenoptiek in de spacer(s) wordt geïntegreerd.

Claims (10)

1. Weergeefinrichting bevattende een eerste substraat, tenminste een elektronenbron, en een door tenminste een afstandhouder uit een organisch polymeer op afstand van het eerste gehouden tweede substraat met het kenmerk dat de afstand tussen de beide substraten tenminste 200 μιη bedraagt.

2. Weergeefinrichting volgens Conclusie 1 met het kenmerk dat de afstandhouder ter plaatse van het eerste substraat de kleinste oppervlakte van de dwarsdoorsnede evenwijdig aan het eerste substraat bezit, welk oppervlak ten hoogste 10.000 μιη2 bedraagt.

3. Weergeefinrichting volgens Conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat dwarsdoorsneden evenwijdig aan het eerste substraat van de afstandhouder op verschillende hoogten van de afstandhouder gezien van elkaar verschillende patronen vertonen.

4. Weergeefinrichting volgens Conclusie 3 met het kenmerk dat de afstandhouder ter plaatse een substraat, gezien in dwarsdoorsnede evenwijdig aan het substraat een gesloten structuur vormt.

5. Weergeefinrichting volgens één der vorige Conclusies met het kenmerk dat een van de substraten voorzien is van een matrix van electronenbronnen en het andere substraat een glasplaat bevat, voorzien van een of meer soorten fosforen.

6. Weergeefinrichting volgens één der Conclusies 1 t/m 5 met het kenmerk dat een afstandhouder wordt doorsneden door tenminste een laag van geleidend materiaal.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een weergeefinrichting volgens één der Conclusies 1 t/m 6 met het kenmerk dat op een substraat een laag patroneerbaar organisch materiaal met een dikte van tenminste 200 μιη wordt aangebracht waarin langs fotolithografische weg tenminste een afstandhouder wordt gedefinieerd.

8. Werkwijze volgens Conclusie 7 met het kenmerk dat de laag wordt gevormd door het achtereenvolgens aanbrengen van meerderé deellagen waarbij tenminste op de laatst aangebrachte deellaag een fotolithografisch masker wordt aangebracht voor het definiëren van althans een deel van de afstandhouder.

9. Werkwijze volgens Conclusie 8 met het kenmerk dat tenminste een fotolithografisch hulpmasker tussen twee deellagen wordt aangebracht, waarbij in bovenaanzicht gezien de stralingdoorlatende delen van het hulpmasker en van het masker op de laatst aangebrachte deellaag elkaar niet of slechts gedeeltelijk overlappen.

10. Werkwijze volgens Conclusie 8 of 9 met het kenmerk dat na het aanbrengen van tenminste een deellaag een deel van de afstandhouder wordt gedefinieerd in delen van het patroneerbaar materiaal, waarna dit materiaal voorzien wordt van een gepatroneerde laag geleidend materiaal, welke weer bedekt wordt met tenminste een deellaag voor het definiëren van verdere delen van de afstandhouder.