CN1255842C - 在基片上形成阻挡结构的方法及其形成的物体 - Google Patents

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Abstract

一种化学蚀刻泡沫玻璃层的方法，可在泡沫玻璃层上形成至少一个空腔图案。该方法利用带有至少一个适合接受玻璃层的主表面的基片。至少一层玻璃糊状组分施加到基片的主表面。然后加热基片和玻璃糊状组分，温度高到足以得到粘接到基片主表面上的泡沫玻璃层。对至少一部分泡沫玻璃层进行化学蚀刻，得到泡沫玻璃层的至少一个空腔图案。化学蚀刻泡沫玻璃层可具有各向异性的蚀刻速率。

Description

在基片上形成阻挡结构的方法及其形成的物体
发明领域
本发明涉及一种在玻璃层形成空腔图案(一系列空间)的方法。具体地讲，本发明涉及一种对施加到基片的泡沫玻璃层进行化学蚀刻以便在泡沫玻璃层形成空腔图案的方法。更具体地讲，本发明涉及一种方法，可在泡沫玻璃层各向异性地进行蚀刻以形成空腔图案。本发明还涉及具有通过化学蚀刻工艺在泡沫玻璃层形成的空腔图案的物体。
背景技术
玻璃层经常被用于覆盖各种基片，然后使用各种技术在泡沫玻璃层形成图案，以便玻璃层具有功能性或观赏性的图案。带有图案的玻璃层的示例是等离子显示屏上用作阻挡条的带槽玻璃材料。
等离子显示屏经常用作许多装置的视频显示屏，比如电视和显示器。等离子显示屏的结构包括一般是片状的前和后玻璃基片，这些基片具有互相相对的内表面并在密封的屏面之间含有化学稳定的气体。密封位于基片之间和屏面周边上。绝缘层覆盖的细长电极设置在两个基片上，前玻璃基片上的电极横向延伸到位于后玻璃基片上的电极。电极形成了气体放电单元或像素，这些单元或像素可通过等离子显示屏的电驱动装置有选择地带电。
显示屏一般设置荧光粉来增强发光性能，并因此增强显示屏的激发效率。荧光粉还可以设置为像素，各像素具有至少三个次级像素或气体放电单元，可分别发射红、黄、蓝三原色以提供彩色等离子显示器。
等离子显示屏后玻璃基片的传统结构具有细长的气体放电空腔或槽，相应的阻挡条将这些槽互相分开。这些间隔开的槽形成独立的像素列。
各像素列因此独立于槽另一边的像素列。各像素列的互相独立提供了很好的色分离和像素合成。使用了比槽更复杂的空腔图案的其他结构几何形状已经得到应用，比如华夫饼干图案、金刚石图案、装蛋箱或蜂巢图案等。所有这些不同的图案在下面将称作空腔图案。所有通常沿着空腔的侧面或周边的某种类型带壁结构将称作阻挡条。
可以使用许多方法在玻璃层形成气体放电空腔图案和阻挡条结构。阻挡条一般可通过某种类型的直接印刷或加工工艺，或者通过浇注或转移形成整个层，接下来通过去除一部分层体以形成阻挡条结构。在后者中，去除一部分层体以形成空腔图案将通过多种实施技术中的一种来实现，这些实施技术包括去除不需要的材料，如果整个层包含光敏元件的话。
在通过丝网印刷术直接印刷的情况下，绝缘糊印刷到电极之间形成阻挡条结构。利用丝网图案绝缘糊印刷到电极之间。使用一个或多个玻璃组分经过一个或多个焙烧循环来使阻挡条达到所需的高度，从而形成了具有所需深度的空腔图案。这种方法由于存在多次印刷时图案难对准的问题将导致质量问题。这种印刷技术还难以应用于大面积，带来分辨率限制的问题。
形成气体放电阻挡条的另外方法是用照相平版印刷法在预先焙烧过的玻璃表面形成抗蚀层，其中被除去的面积是暴露的。暴露的面积其后将进行喷砂，用摩擦方式去除玻璃料并形成阻挡结构。一般地，在施加玻璃阻挡材料之前，可将原始绝缘层施加到电极图案的上面。原始绝缘层在比阻挡条焙烧(或烧结)温度更高的温度下进行固化，可用来在喷砂时保护电极。玻璃阻挡层通过适当的工艺进行施加，比如丝网印刷术，并通过部分焙烧来形成后面工艺操作中要求的强度。然后抗蚀掩模形成，以保护并同时部分暴露进行焙烧的阻挡材料的不同区域。然后对玻璃层进行喷砂形成阻挡结构。通过喷砂形成的阻挡条然后在高温下进行焙烧，对包括阻挡条的玻璃颗粒进行烧结。喷砂工艺很脏并且成本很高。
阻挡条结构还可以通过化学蚀刻在玻璃层上形成，可使用传统的照相平版印刷技术对透明的玻璃进行化学蚀刻以形成类似与用喷砂方法形成的光致抗蚀掩模。然后对暴露的面积进行蚀刻，形成空腔图案和阻挡条。该传统的蚀刻工艺受到的限制之一是蚀刻具有显著的各向同性性质，即，侧向的蚀刻速率等于垂直向的蚀刻速率。这限制了在较高分辨率的条件下形成较深空腔图案的能力。
若能提供一种利用有效的各向异性玻璃阻挡层蚀刻技术在玻璃阻挡层上形成较深空腔图案的方法将是非常有利的。提供一种形成不会负面影响基片的阻挡条或不要求设置独立的绝缘层来保护电极的方法也是有利的。
发明内容
本发明的方法涉及到化学蚀刻泡沫玻璃层在泡沫玻璃层上形成至少一个空腔图案。蚀刻泡沫玻璃层可具有各向异性的蚀刻速率。各向异性的蚀刻速率表示垂直方向的蚀刻速率大于水平或侧向方向的蚀刻速率。
在泡沫玻璃层形成空腔图案的方法包括提供带有至少一个适合接受玻璃层的主表面的基片。施加至少一层玻璃糊状组分到所述基片的主表面。然后通过至少一个焙烧循环，加热所述基片和玻璃糊状组分到足够高的温度，以得到粘接到所述基片主表面的泡沫玻璃层。化学蚀刻至少一部分泡沫玻璃层，得到泡沫玻璃层的至少一个阻挡条图案。
在优选实施例中，基片是玻璃基片，对泡沫玻璃层进行蚀刻得到阻挡条，阻挡条在等离子显示屏上形成了气体放电槽。蚀刻的空腔图案可以是简单的直槽或是更复杂的几何图案，比如华夫饼干图案、金刚石图案、装蛋箱或蜂巢图案等。空腔图案是由阻挡条结构形成和被阻挡条结构分开，阻挡条结构具有各种可能的截面轮廓或形状，比如改进的I形或梯形。电极首先设置到玻璃基片，其后是施加均匀的玻璃绝缘层，在施加泡沫玻璃糊状组分之前，对玻璃绝缘层进行焙烧。在形成泡沫玻璃层之后，在泡沫玻璃层蚀刻出具有光致抗蚀剂所限定图案的槽。在泡沫玻璃层上蚀刻出的槽位于与电极位置对应的地方。
优选实施例所产生的物体适合用作等离子显示屏的后基片，也可以用作某些等离子显示设计的前基片。然后将荧光粉设置在槽中，当电极被激发时可增强气体放电的发光度。如果希望单色显示，可以不设置荧光粉。
提出一种场致发射显示器(FED)，包括玻璃基片和施加到所述基片的主表面的泡沫玻璃层，所述泡沫玻璃层具有至少一个空腔图案，所述空腔图案包含一种或多种荧光粉。
附图说明
通过下面的详细说明并结合附图，所述领域的技术人员将对本发明的上述和其他优点有清楚的了解。其中，
图1是根据本发明的方法所形成物体的局部正视图；
图2是显示本发明的方法的步骤的工艺流程图；
图3是根据现有技术的精炼玻璃层的局部透视图；
图4是根据本发明的泡沫玻璃层的局部透视图；
图5A-5C是在图2所示方法不同步骤所形成结构的局部剖视图；
图5D是对图5C所显示结构的改进的视图；
图6是说明各向异性蚀刻的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种化学蚀刻泡沫玻璃层的方法，以及通过这种方法形成的物体。已经发现蚀刻泡沫玻璃层是各向异性的。对于本发明，各向异性蚀刻表示蚀刻速率在垂直方向上大于水平方向。在垂直方向上的蚀刻速率最好是水平方向的蚀刻速率的2倍或更多。蚀刻速率在垂直方向和水平方向之间的差别导致了泡沫玻璃层形成的空腔图案比一般预计的透明的或精炼的玻璃层所形成的更深。
等离子显示屏以及其他平面显示屏，比如场致发射显示屏(FEDs)，用玻璃基片表面上的条状图案作为次像素元结构的一部分。图案结构的侧壁用作阻挡条的功能。多个对应的空腔图案形成次像素或像素元的独立列和/或行，这些次像素或像素元通过阻挡条互相分开。本发明提出了在等离子显示屏上形成阻挡条的改进的工艺。
根据本发明，任何能够与泡沫玻璃粘结的基片都适合用于本发明的方法。基片应当能够耐受形成泡沫玻璃层的玻璃糊组分的焙烧温度。适合的基片包括，如从玻璃、金属、聚合物和陶瓷中选出的材料。本发明的方法的一个重要用途是将玻璃基片用于形成等离子显示屏。传统的浮法玻璃生产工艺生产的玻璃基片是符合本发明目的的适当玻璃基片的示例。
基片必须与泡沫玻璃层的组分互相兼容。基片的热膨胀系数应当与泡沫玻璃层的热膨胀系数适当配合，以便防止焙烧后的泡沫玻璃层冷却时出现不应有的应力增加。应力增加可导致泡沫玻璃和基片之间和材料中间在随后的时间里出现开裂或破碎。另外，基片的软化点应当高于泡沫玻璃材料的软化点。泡沫玻璃层的形成发生在较高温度。因此，基片应当能够耐受这些温度，不发生变形。
将本发明的用于等离子显示屏的方法包括使用粘结到基片表面的电极。等离子显示屏的技术人员使用的传统电极适合用于本发明的方法。电极由单层导电物质组成，如银、金、铜、铝、或其他导电金属或合金。
或者，导电材料可以多层或叠层的形式施加，如铬、铜和铬的组合。电极通常使用传统的实施技术施加到基片上。例如，电极可以通过丝网印刷术、真空溅射法、物理或化学气相沉积和相关的图案加工工艺来施加。电极通常以可延伸到基片一边或两边的直线图案或区域涂层的形式施加。各电极位于带有图案的泡沫玻璃层上要求的空腔位置。电极最好置于紧靠阻挡条图案的空腔或槽区域的中心。应当知道，取决于应用场合，全部或部分电极可以或不可以位于空腔或槽的中心，全部或部分电极可延伸到完成的空腔或槽的一侧或两侧。
除了泡沫玻璃层，绝缘层可随意地施加到基片和任何粘结到基片的电极之上。绝缘层通常用作电极的保护阻挡层，防止在通过喷砂形成空腔图案的过程中电极质量下降。本发明的空腔图案形成方法不应当对电极有负面的影响。然而，选择的绝缘层可能只从对器件操作有利来考虑。传统的绝缘材料可以用于这个目的。但是，选择的绝缘材料应当是不受化学蚀刻溶液影响。绝缘层可通过传统的实施技术来施加，所属领域的技术人员通常都了解这些技术。任何满足膨胀系数要求的玻璃组分，其软化点在基片和泡沫玻璃的软化点之间并对泡沫玻璃蚀刻剂是惰性的，都可以使用。
本发明的泡沫玻璃是设置成基片上的层。泡沫玻璃层首先以糊状组分施加，然后加热到高温，等离子显示屏一般在500到560℃之间，形成泡沫玻璃层。该温度范围低于现有技术焙烧精制玻璃层所用的580到600℃的温度范围。
在本发明目的中，泡沫玻璃是一种其一部分体积由封闭气泡组成的玻璃。在泡沫玻璃中的气泡的数量或水平应足以提供各向异性的蚀刻速率。
糊状材料一般包括玻璃颗粒(玻璃料)和粘结系统。玻璃料和粘结系统置于载体中形成糊状。任何适合于制造透明玻璃的玻璃组分都适合用于本发明的方法。通常用于在等离子显示屏上形成透明玻璃层的玻璃组分包括大约74％重量的PbO，大约13％重量的SiO2，大约13％重量的B2O3。与此相同的组分可以用于形成本发明的泡沫玻璃层。
另一种已经证明满足要求的玻璃料包括的玻璃组分为大约80.5％重量的PbO，6％重量的SiO2，12％重量的B2O3，0.9％重量的Na2O和0.6％重量的Al2O3。第三种使用的玻璃料组分包括大约73.4％重量的PbO，15.5％重量的SiO2，9.6％重量的B2O3，0.9％重量的Na2O和0.6％重量的Al2O3。
与玻璃料和其他下面将加以讨论的成分混合的介质，其组分包括大约10.0％重量乙基纤维素N-22(特拉华州，Wilmington市，Hercules公司制造)和大约90.0％重量的松油醇(混合异构体)，或8.0％重量的乙基纤维素N-22和92.0％重量的2，2，4三甲基-1，3-戍二醇单异丁酸酯。制备介质通过加热溶剂到大约100℃，添加乙基纤维素，搅拌直至聚合物完全溶解，将介质冷却到室温，并将其储存到封闭的容器中。
可以看到，取决于用途，可以使用另外的玻璃料和介质。例如。包含15％重量的丙烯酸酯树脂(B67)(由Rohm and Haas公司制造)和85％重量的名为Texanol的得到专利的载体(由Eastman Chemical公司制造)的介质可以满足要求。另一种可以使用的介质包括两份的含有75％重量松油、10％重量乙二醇醚、14％重量的丙烯酸树脂粘结剂、少于1％重量的表面活化剂。
粘结剂通常用于在加热玻璃之前将玻璃颗粒和基片粘结起来。粘结剂的重要部分在加热玻璃颗粒的过程中被蒸馏出。
本发明要求玻璃糊在足以软化玻璃料的温度进行加热。在传统的玻璃层形成工艺中，工艺步骤的顺序首先是要求玻璃颗粒软化。软化的玻璃然后进行精炼除去所有封闭在内的空气和高温分解产物造成的气泡。精炼工艺直接受到时间和温度条件的影响，并涉及到玻璃的黏度。一旦精炼步骤完成，熔融的玻璃形成基本平的表面，然后进行冷却和退火形成最后的玻璃层。
本发明的方法不完全精炼熔融的玻璃，在玻璃层中留下相当多的封闭的单元气泡，以便对蚀刻工艺带来正面作用。泡沫玻璃层具有足够多的气泡可提供各向异性的蚀刻速率。泡沫玻璃层应含有大约10％到60％体积的气泡。泡沫玻璃层最好含有大约20％到50％体积的气泡。封闭的单元气泡的体积百分比可以由厚度差别来决定，即由一定重量的预定玻璃糊状组分施加到基片一定面积上并进行煅烧直到形成完全精制玻璃的厚度和相同重量的相同组分施加到相同类型的基片上相同面积进行部分煅烧达到所要求的泡沫水平的玻璃厚度的差别来决定。例如，如果完全精制玻璃层是100微米厚，部分煅烧玻璃层的厚度是120微米厚，厚度的变化将为20微米，或20/100＝20％。由于厚度的变化主要是由部分煅烧的泡沫玻璃层中形成的气泡造成，厚度的20％的变化导致17％(20/120)的气泡体积的变化。
已经发现玻璃糊中的颗粒尺寸分布和颗粒尺寸对泡沫形成是很重要的。进行了实验以研究IX2435玻璃的两种不同磨粒的泡沫形成特征，该玻璃可从俄亥俄州的Cleveland市的Ferroy有限公司获得。应当注意到，D10，D50，D90意味着测量样品体积的10、50或90％具有等于或小于所述值的颗粒尺寸，即，在下面的第一种情况，标准磨粒样品的10％具有小于或等于3.4微米的颗粒尺寸，而样品的90％具有35.3微米或更小的颗粒尺寸。
Std标准磨粒颗粒尺寸(批号2371)  D10-3.4微米
                               D50-14.8微米
                               D90-35.3微米
SRRG磨粒颗粒尺寸(批号3179)     D10-0.5微米
                               D50-2.3微米
                               D90-5.2微米
两种磨粒的颗粒尺寸分布是从Ferro有限公司得到。
这两种玻璃粉末磨粒通过Ferro C-218载体/粘结剂系统得到玻璃糊。这种材料具有大约20％n-甲基丙烯酸丁酯，少于大约1％的润湿剂和平衡余量的松油。印刷了这些玻璃糊的部件在21zone BTU退火炉的-系列从500℃到560℃高台温度(zones 10-12)下进行煅烧整个循环周期时间的3小时(装载到卸载)。下面的表显示了从这个实验中得到的数据和结果。
表一.两种Tx 2435玻璃料颗粒尺寸的作为温度函数的泡沫特征
 磨粒(制造号) 件号   焙烧重量(克)   焙烧温度℃   泡沫厚度微米   全焙烧厚度微米(计算)   泡沫百分比
  SRRG   2104   14.4   500   121.0   107.0   13.1
  2314   14.3   510   141.0   106.6   32.4
  2110   14.5   520   158.0   107.5   47.0
  2106   14.4   530   197.0   107.0   84.1
  2310   14.3   540   219.0   106.5   105.6
  2278   14.2   550   177.0   106.0   67.0
  2276   14.2   560   158.0   106.0   49.1
  Std   2280   14.4   500   114.0   111.0   2.7
  2308   14.4   510   117.0   111.0   5.4
  2284   14.5   520   124.0   112.0   10.7
  2288   14.5   530   119.0   112.0   6.3
  2294   14.8   540   124.0   114.0   8.8
  2286   14.1   550   124.0   109.0   13.8
  2302   15.1   560   141.0   116.0   21.6
所显示的泡沫百分比是作为高台温度函数的两种颗粒尺寸磨粒经过相同的三小时的加载到卸载BTU循环时间而得到。很清楚，在这个实验的温度范围内较小颗粒尺寸的SRRG具有最好和一致的泡沫效果。
用于玻璃糊的玻璃料的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布可影响所产生的泡沫玻璃层中泡沫的尺寸和数量。设置玻璃阻挡层的技术人员能够确定所选择的玻璃组分的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布以得到具有所要求泡沫水平的泡沫玻璃阻挡层。一般地，较小的颗粒尺寸要比较大的颗粒尺寸能提供更好的泡沫效果。优选含有较小泡沫的泡沫玻璃层。通过在空腔图案的暴露侧壁上的形成大的空隙，较小尺寸泡沫不会对阻挡条的特征产生负面影响。
本发明的方法涉及对泡沫玻璃层进行化学蚀刻在泡沫玻璃层上形成至少一个阻挡条图案。在喷射的蚀刻剂的直接作用力下，泡沫玻璃层进行各向异性蚀刻，这表示在垂直方向要比水平方向有更大的蚀刻速率。泡沫玻璃层中存在的泡沫与主要喷射到泡沫玻璃层表面的蚀刻剂溶液相接触造成了在垂直蚀刻速率和水平蚀刻速率之间的差别。对于本发明，空腔图案定义为槽、沟、或其他的图案，比如华夫饼干图案、金刚石图案、装蛋箱或蜂巢图案等，这些结构图案在蚀刻时从泡沫玻璃层的外表面或侧壁延长到泡沫玻璃中，形成空腔或孔道。取决于顶层的保护性光致抗蚀剂图案、蚀刻溶液、泡沫玻璃层成分和施加这些溶液所采用的技术，所形成的空腔图案可以具有各种截面形状和尺寸。
在优选实施例中，在泡沫玻璃层形成空腔图案的方法包括提供具有至少一个适合接受泡沫玻璃层的主表面的基片。施加至少一层玻璃糊状组分到所述基片的所述主表面。加热所述基片和干燥玻璃糊状组分到足够高的温度，得到粘接到所述基片的泡沫玻璃层。图1显示了具有基片12和通过加热玻璃糊状组分得到的泡沫玻璃层14的物体10。泡沫玻璃层14然后进行化学蚀刻形成至少一个空腔图案或槽(未显示)。
在最优选的实施例中，本发明的方法的实施涉及到在等离子显示屏的玻璃基片上形成空腔图案或槽。图2显示了在等离子显示屏上形成阻挡条的工艺。在第一步20，提供了带有粘接到基片表面的电极的玻璃基片。基片和电极非强制地涂复绝缘层(步骤21)并在步骤22进行固化。
在步骤23，玻璃糊阻挡层然后施加到电极和基片上，并覆盖如果存在的绝缘层。玻璃糊然后进行加热，或固化，到较高的温度形成泡沫玻璃层(步骤24)。
然后施加光致抗蚀剂(步骤25)，其后使其曝光和显影(步骤26)为所要的气体放电空腔形成相应的图案和阻挡条。然后在泡沫玻璃上施加蚀刻溶液(步骤27)，形成所要求的空腔图案。接下来清除光致抗蚀剂(步骤28)。最后在空腔图案的表面上、阻挡条之间、电极之上涂复荧光粉。
本发明的方法要求施加玻璃糊到基片表面上和位于基片上的电极之上。玻璃糊组分可以通过传统的实施技术来施加。例如，可以通过印刷、转移、或将玻璃糊组分涂布到基片上。印刷工艺类似于目前施加玻璃糊层到基片上的技术人员所使用的工艺过程。本发明的方法不要求很多层要严格对准以形成空腔图案和阻挡条。因此，本发明的玻璃糊组分的印刷比较容易。能够印刷玻璃糊的商业印刷机可以用于本发明的方法。德国Teningen的American Thieme有限公司生产的Thieme Model 1025印刷机是可以用于印刷玻璃糊组分的印刷机的示例。
另外一种施加玻璃糊组分的方式可包括标准的转移技术。例如，玻璃糊可以施加到带状层压介质上，接下来再转移到基片上。或者，玻璃糊通过滚筒涂复或类似方法转移或涂布到基片上。所应用的技术可以根据特定的用途和玻璃糊的组分来变化。所属领域的技术人员能够确定施加玻璃糊组分所应用的技术。
要对施加到基片的玻璃糊的数量和厚度选择以满足工艺条件和所要的最终产品性能。印刷的厚度和厚度的均匀性对于形成最终泡沫玻璃阻挡层高度和阻挡层均匀性是重要的参数。玻璃糊通常以大约120微米到180微米的干燥厚度施加到VGA分辨对角线长42英寸等离子显示屏。取决于玻璃内的泡沫水平，在这个厚度范围内的玻璃糊将产生大约100微米到大约160微米厚度范围的泡沫玻璃层。
玻璃糊组分在施加到基片上之后要进行干燥以蒸发大部分的载体。剩余的粘结剂组分将玻璃颗粒粘到一起并粘结到基片上。粘结强度应当足够高，以允许进行其后的玻璃糊层的印刷和允许在煅烧玻璃颗粒之前处理有涂层的基片。所属领域的技术人员能够确定干燥的参数和温度以有效地清除玻璃糊组分中的载体。在优选实施例中，一种传送带干燥机在大约90℃的温度条件下使用。
泡沫玻璃层在具有较高温度的煅烧周期期间形成。工艺步骤通常在退火炉中进行。退火炉定义为通道型炉，进行加热的部件可置于其中的传送带、链、滚轮或步进式炉底上，可通过炉子的可控加热区和冷却区进行传送。
形成泡沫玻璃层的温度取决于与具体物体有关的多个因素。例如，退火炉的温度可以取决于玻璃糊组分、基片的尺寸、玻璃糊中粘结剂组分、或玻璃糊组分的厚度。所属领域的技术人员能够确定适当的温度以得到泡沫玻璃层。
物体在退火炉中的条件下保持一定的时间以便在玻璃组分中形成气泡并不会完全地精炼玻璃。泡沫作用可以进行控制以得到希望厚度的泡沫玻璃层。在优选的实施例中，泡沫玻璃层含有10％到60％体积的气泡。目标层高度可以通过控制施加的玻璃糊的厚度和在玻璃层中形成的泡沫水平来得到。泡沫的水平可以通过调节退火峰值温度来控制。对于部分煅烧的部件，低峰值温度通常可减少气泡的尺寸和发生在玻璃层的精炼水平，因此可导致玻璃层中有所要数量的气泡。
对于大部分用途，希望泡沫玻璃层具有特定的空腔阵列。传统的照相平版印刷技术适合用于泡沫玻璃层来形成特定的图案和阵列，防止泡沫玻璃层的某些区域进行化学蚀刻。为此目的，液体的或薄膜的光致抗蚀剂适合施加到泡沫玻璃层的暴露表面。然后通过传统的应用条件和设备使光致抗蚀剂曝光和显影。很重要的是抗蚀剂能形成可承受蚀刻剂的边缘明显的图案。
空腔和对应的阻挡条通过用简单的蚀刻剂材料蚀刻带图案的泡沫玻璃层来形成。一般地，蚀刻剂是稀酸如硝酸。然而，任何能够蚀刻泡沫玻璃层的蚀刻液都适合于本发明的方法。蚀刻条件通常受到控制但并不限于通过调节蚀刻剂的浓度、蚀刻剂的温度、和物体通过蚀刻剂喷射区的速度、喷射压力和蚀刻表面与喷射的蚀刻剂的方位。优选的操作参数包括硝酸在水中的浓度范围在0.4％到2.0％之间的稀硝酸蚀刻液，蚀刻剂的温度可达到50℃。
泡沫玻璃层的化学蚀刻可具有各向异性的蚀刻速度。泡沫玻璃层中的气泡与喷射的蚀刻剂接触，使得蚀刻速率在垂直方向上要快过水平方向。垂直蚀刻速率和水平蚀刻速率的差别产生了阻挡条改进的的高度和宽度形状比。这个作用是设置荧光粉在空腔以增强等离子放电亮度的等离子显示屏特别希望的。另外，泡沫玻璃层原本由于玻璃中的气泡而形成表面粗糙。表面粗糙增强了荧光粉粘接到阻挡条结构侧壁的能力。
图3和4显示了使用现有技术熟悉的精炼玻璃层和根据本发明的泡沫玻璃层而得到的不同槽腔。在图3中，精炼玻璃产生的传统玻璃层30具有槽32和阻挡条34。槽32是各向同性蚀刻精炼玻璃层30的结果，其形状基本是半圆柱形，截面是半圆形。
图4显示了本发明的方法制造的泡沫玻璃层40。泡沫玻璃层40包括槽42和阻挡条44。通过化学蚀刻泡沫玻璃层形成的槽42更具矩形形状并在保持这个形状的同时比通过现有蚀刻方法所形成的槽更加深。
本发明的方法适合于任何希望泡沫玻璃层具有阻挡条图案或空腔图案的应用场合。本发明的方法最好用于为等离子显示屏提供带有空腔图案和对应的阻挡条结构的基片。
图5A到5C显示了本发明的方法用于制造等离子显示屏的物体50。图5A包括玻璃基片52，基片并带有沉积到玻璃基片52表面上的电极54。泡沫玻璃层56沉积到玻璃基片52和电极54上。图5B显示了具有施加到泡沫玻璃层56上的光致抗蚀剂58的物体50。图5C显示了进行化学蚀刻泡沫玻璃层56后的物体50。蚀刻导致了电极54暴露在槽62中。阻挡条60通过应用光致抗蚀剂58而形成。阻挡条60将槽62分开。图5D显示了施加到玻璃基片上的电极54之上的非必须使用的绝缘层。
图6显示了根据本发明的进行各向异性蚀刻的泡沫玻璃层。蚀刻剂喷射的方向基本上垂直于抗蚀剂层和下面的泡沫玻璃层。显示出蚀刻因子为2.2。尽管实际上各向异性可以大很多，但在正交于泡沫玻璃层的方向上的蚀刻距离要受到泡沫玻璃层厚度的限制。因此，如果泡沫玻璃层的厚度较大，在这个方向上的蚀刻距离将大于130微米，而横向蚀刻距离将仍保持在59微米。因此，实际的各向异性程度将会大于2.2的有效各向异性程度。
下面的非限制性示例进一步说明了本发明。在这些示例中引用的特定材料和数量以及其他条件和细节等不能被扩展认为属于现有技术，不应当认为可对本发明进行任何方式的限制。
示例
示例1
下面是本发明用于形成彩色交流气体放电显示屏的后基片的阻挡条结构的示例。阻挡条结构可以具有可在相邻条之间形成直槽的直线形状，直槽是供放置荧光粉的；或可以具有更复杂的结构，仍然是用于分开不同颜色的荧光粉。
厚度为3mm的商业上可得到的碳酸钠-氧化钙-硅酸盐浮法玻璃用作基片，该玻璃可从American Float Glass有限公司获得。
具有均匀厚度的玻璃糊施加到浮法玻璃基片的表面，其中玻璃糊的干重为0.054克/cm2。玻璃糊包括玻璃料，其表面积在2.8-3.8m2/gm的量级，成分为74％的PbO，13％的SiO2和13％的B2O3以及载体/粘结剂系统，栽体/粘结剂系统包含一份乙基纤维素，是位于特拉华州，Wilmington的Hercules有限公司的产品；9份的松油醇(混合的同分异构体)和大豆磷脂表面活性剂。在玻璃糊中的玻璃料为75％重量，介质为23.5％重量和大豆磷脂为1.5％重量。玻璃糊的粘度是在145帕斯卡·秒的量级。
玻璃糊使用Theime丝网印刷机和105目的丝网通过丝网印刷施加到基片上。要求进行多次印刷和干燥循环来达到所要求的厚度。带有干玻璃糊层的基片然后在退火炉中520℃的最高温度下焙烧整个周期3小时，形成泡沫玻璃层。产生的泡沫玻璃层厚度将是最终的阻挡条的高度。
在基片玻璃上形成的泡沫玻璃层然后使用照相平版印刷工艺形成图案，照相平版印刷工艺使用的干膜抗蚀材料是由位于北卡罗来纳州Research Triangle Park的光敏聚合物和电子材料(Photopolymer& Electronic Meterials公司，E.I.DuPont de Nemours公司生产的RistonCM106。这种材料层叠在泡沫玻璃层表面，然后使用照相器材曝光，在泡沫玻璃层表面产生所要图案的负像。然后抗蚀剂与1％重量K2CO3溶液一起喷射，使图案显影并暴露出要进行蚀刻区域的泡沫玻璃，然后使用Atotech有限公司生产的喷射蚀刻器向泡沫玻璃喷含有5％硝酸溶液的液体进行蚀刻。其后，使用含3％重量硝酸溶液的液体将抗蚀剂从表面清除。得到的泡沫玻璃层厚度在130微米的量级。阻挡条的宽度，在本示例中是直线基座，大约在75微米，阻挡条的中心距为360微米。观察到2.2蚀刻因子的有效各向异性蚀刻。
示例2
此示例类似于示例1，除了玻璃糊由含有68.5％重量的玻璃料(与示例1所使用的相同)构成，而不是75％重量。载体/粘结剂系统与示例1中的相同。除了添加了额外的6.5％重量的松油醇，使玻璃糊的粘度达到55帕斯卡·秒的量级。
使用这种玻璃糊要求更多的印刷和干燥次数以实现基片上的玻璃糊具有相同的干燥重量。这种玻璃糊产生的泡沫玻璃类似与示例1中得到的结果。
示例3
类似于示例1的泡沫玻璃层，除了玻璃糊用十三烷基磷酸盐来代替大豆磷脂作为表面活性剂之外。用这种玻璃糊形成的泡沫玻璃显示出泡沫性能或蚀刻性能没有明显的改变。
示例4
类似于示例1的泡沫玻璃层，除了玻璃料的成分为80.5％的PbO，6％的SiO和12％的B2O3以及1.5％的ZnO之外。玻璃料的表面积与示例1中的玻璃料的表面积的量级相同。用这种玻璃料糊形成的泡沫玻璃显示出产生更多的泡沫，但具有近似的厚度。
示例5
类似于示例1的泡沫玻璃层，除了玻璃料的成分为73.4％的PbO，15.5％的SiO2，9.6％的B2O3，0.9％的Na2O以及0.6％的Al2O3之外。玻璃料的表面积与示例1中的玻璃料的表面积的量级相同。用这种玻璃料糊形成的泡沫玻璃显示出产生更多的泡沫，但具有近似的厚度。
示例6
类似于示例1的泡沫玻璃层，除了组成玻璃糊的15.7％重量的第二介质成分代替了一部分的原来介质成分之外。第二成分包括8份乙基纤维素和92份的2，2，4三甲基-1，3-戍二醇单异丁酸酯。用这种玻璃料糊形成的泡沫玻璃显示出产生较小的泡沫，蚀刻特性有很小的变化。

Claims (34)

1.一种可在基片的泡沫玻璃层上形成空腔图案的方法，所述方法包括对至少一部分泡沫玻璃层进行化学蚀刻，得到所述泡沫玻璃层的至少一个空腔图案。
2.一种可在基片的泡沫玻璃层上形成空腔图案的方法，所述方法包括化学蚀刻至少一部分泡沫玻璃层，可得到由阻挡条分开的多种空腔。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分开多种空腔的所述阻挡条的截面形状是I形。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻挡条的截面形状是梯形。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蚀刻所述泡沫玻璃层各向异性地进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫玻璃层粘接到所述基片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基片是从玻璃、金属、聚合物或陶瓷中选出的一种材料制成。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基片和所述泡沫玻璃层的热膨胀系数可防止所述泡沫玻璃层冷却期间所述基片和所述泡沫玻璃层之间出现不应有的应力增加。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫玻璃层包括一定的数量的10％到60％体积范围内的泡沫。
10.一种可在基片的泡沫玻璃层形成空腔图案的方法，包括：
提供具有至少一个适合接受泡沫玻璃层的主表面的基片；
施加至少一层玻璃糊状组分到所述基片的所述主表面；
加热所述基片和所述玻璃糊状组分到足够高的温度，使所述玻璃糊状层转变为粘接到所述基片的泡沫玻璃层，和
各向异性地化学蚀刻至少一部分所述泡沫玻璃层，得到所述泡沫玻璃层的至少一个空腔图案。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述糊状组分包含玻璃颗粒、粘结剂、载体、和表面活性剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃颗粒的软化点低于所述基片的软化点。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基片是从玻璃、金属、聚合物或陶瓷中选出的一种材料制成。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述玻璃糊状层通过印刷、转移或涂布所述糊状组分施加到所述基片。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行化学蚀刻所述泡沫玻璃层之前用光致抗蚀剂在所述泡沫玻璃层上形成图案。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在施加所述至少一层所述玻璃糊状组分之前，所述基片包括至少一个施加到基片上的电极。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在施加至少一层所述玻璃糊状组分之前，将绝缘层粘接到所述基片上。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在施加所述至少一层所述玻璃糊状组分之前，所述基片包括至少一个施加到基片上的电极，和粘接到所述基片的所述电极之上的绝缘层。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基片和所述泡沫玻璃层的热膨胀系数在所述泡沫玻璃层冷却期间可防止所述基片和所述泡沫玻璃层之间出现应力增加。
20.一种物体，包括：
基片；和
粘接到所述基片的泡沫玻璃层，所述泡沫玻璃层具有至少一个空腔图案。
21.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述物体具有由在泡沫玻璃层上形成的阻挡条分开的阵列。
22.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述物体具有由在泡沫玻璃层上形成的阻挡条分开的多种空腔图案。
23.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述基片是从玻璃、金属、聚合物或陶瓷中选出的一种材料制成。
24.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述基片和所述泡沫玻璃层的热膨胀系数在所述泡沫玻璃层冷却期间可防止所述基片和所述泡沫玻璃层之间出现应力增加。
25.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述基片包括至少一个施加到所述基片上的电极，所述电极位于所述泡沫玻璃层和所述基片之间。
26.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，绝缘层粘接到所述基片上，所述绝缘层位于所述基片和所述泡沫玻璃层之间。
27.根据权利要求20所述的物体，其特征在于，所述基片包括至少一个施加到所述基片上的电极，和粘接到所述基片和所述泡沫玻璃层之间的绝缘层。
28.一种等离子显示屏，其包括玻璃基片和施加到所述基片的主表面的泡沫玻璃层，所述泡沫玻璃层具有至少一个空腔图案，所述空腔图案包含一种或多种荧光粉。
29.根据权利要求28所述的等离子显示屏，其特征在于，具有泡沫玻璃层的所述基片是所述显示屏的后基片，所述泡沫玻璃层具有一种或多种空腔图案。
30.根据权利要求28所述的等离子显示屏，其特征在于，具有泡沫玻璃层的所述基片是所述显示屏的前基片，所述泡沫玻璃层具有一种或多种空腔图案。
31.根据权利要求28所述的等离子显示屏，其特征在于，所述玻璃基片包括至少一个粘接到所述基片的电极，所述电极位于所述基片和所述泡沫玻璃层之间。
32.根据权利要求31所述的等离子显示屏，其特征在于，绝缘层粘接到所述玻璃基片和所述泡沫玻璃层之间，所述绝缘层定位在所述玻璃基片上的所述至少一个电极之上。
33.根据权利要求28所述的等离子显示屏，其特征在于，所述泡沫玻璃层具有由阻挡条分开的阵列或多种空腔图案。
34.一种场致发射显示器，包括玻璃基片和施加到所述基片的主表面的泡沫玻璃层，所述泡沫玻璃层具有至少一个空腔图案，所述空腔图案包含一种或多种荧光粉。
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