CN1319245A - 在大面积平面显示器的通道板上敷设作为电极的金属导电条的方法 - Google Patents

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T·凯贝尔
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Abstract

现代的大面积平面显示器,即所谓等离子体显示板(PDPs)和等离子体寻址式液晶显示器(PALCs)具有微通道结构的通道板和处在每个通道中的地址电极。迄今为止,所述地址电极只能采用印刷法或溅射法直接或间接淀积出来,直接法是根据通道的结构进行选择性淀积,间接法是对通过无外部电流法和/或电镀法淀积出的大面积金属层进行选择性腐蚀,但都会影响到导电条结构。为避免已有技术的缺点,本发明提供的方案是,所述地址电极的金属导电条仅在电极区内以选择方式通过无外部电流淀积法和/或电镀淀积法敷设。

Description

在大面积平面显示器的通道板上 敷设作为电极的金属导电条的方法
本发明涉及一种在大面积平面显示器的通道板上敷设作为电极的金属导电条的方法，使用无外部电流法和电镀法进行金属淀积。
现代的大面积平面显示器，即所谓的等离子体显示板(PDPs)和等离子体寻址式液晶显示器(PALCs)为实现其功能使用一种玻璃制的所谓通道板，在该板上通过筋条，也称为挡条或隔离条构成通道，并且在通道内设置特定数量的垂直(在PDP中)或者水平(在PALC中)布置的导电条作为地址电极。该电极设置在肋形筋条之间，该筋条是在电极成形之后才制出的，或者事先在玻璃衬底上制出。图1表示这样一种通道板的典型结构。
现代的大面积平面显示器，特别是通道板在相关文献中有广泛的介绍。
以上所述地址电极的敷设并不是没有问题的，由于通道板的细微结构，其肋形筋条之间的间距，即通道宽带，也称为点距，位于100至600微米之间。
日本专利文献JP 95-077892中描述了一种方法，其中采用丝网印刷或其他印刷方法对金属化膏剂进行结构化敷设，从而在通道板上形成金属电极。这种公知方法的原理性缺点是，所采用印刷方法的分辨率不够，而且其含金属印刷膏剂的价格很高，进而妨碍了大面积平面显示器制造的经济性。此外，这种方法仅适于在平面玻璃衬底上敷设电极，其上面不得有筋条。
美国专利文献US-A-4,359,663中描述了一种方法，通过将所要求的电极材料溅射到通道中敷设金属电极。这种溅射法的主要缺点是，由于很高的设备投资造成生产成本高，而且物质渗透率相对较小。
日本专利公开说明书JP-A-H8-222128中描述了一种方法，用于在显示器用途的通道板上敷设电极，采用无外部电流法和电镀法，其中的金属化是没有选择地淀积在显示器的整个平面上的。电极占显示面积的典型面积份额为5-20％时，在采用全面积淀积的情况下，显示面积的整个95-80％的剩余面积必须被腐蚀除掉，从而构造出电极。所以这种方法并没有充分利用所采用的电镀溶液中的金属份额。该方法会产生含有金属或重金属的废料，这必须采用很高的费用开销处理。此外在该文献中仅具体地提到了唯一一种透明导电层(ITO)作为基底。但是该导电层只能通过真空法(溅射或蒸发法)敷设，所以，已经部分地失去了其中所述以液相进行金属化处理的优点。
从以上已有技术出发，本发明的任务是提供一种方法，其实施工艺的成本低。能减少淀积金属的消耗，取消额外的腐蚀工艺步骤，从而不产生特种废料，而且无需使用高成本的真空法。
根据本发明，以上任务的解决方案是，所述金属导电条仅在电极区内以选择方式通过无外部电流淀积法和/或电镀淀积法敷设。
在本发明所述方法中，进行选择性的无外部电流金属淀积和电镀(带电流的)金属淀积，也就是说，从液相中进行选择性淀积。该方法和真空工艺(例如溅射法或蒸发法)相比，在成本上非常有利，因为仅需要很低的投资费用，并且可实现很高的物质渗透率。另外，洁净室等级条件也明显比高真空技术要宽松。为达到以上优点，本发明所述方法的特征特别在于，不象上述日本公开说明书那样进行整个面积的金属化处理，而是选择性地在玻璃衬底上制出淀积条。所以金属的消耗至少下降十倍。此外，不再象上述日本公开说明书的方法那样必须采用后续腐蚀步骤。除了取消了该工艺步骤之外，本发明所述方法也不会产生含金属或含重金属的废料，也节省了处理这些废料的高昂费用。
在其他技术领域中，例如在平面电子器件接触条的制造中，如LCD单元或者微结构电路导电条等，公知的技术是采用激光射束在衬底上敷设结构化金属层。
其中，进行大面积金属化处理的典型方式是，选择性地通过掩模进行去除。但是该方法不适于敷设PDPs或PALCs的电极，因为对该用途而言必须是对角线为42英寸的大面积，而且必须进行更多的金属化处理。此外用激光进行结构化处理对大面积衬底是不经济的。而且筋条边缘也无法用激光彻底曝光，所以无法实现保护层的必要的选择性去除。对于制造PDP或PALC通道板而言，将筋条边缘的所有金属彻底除掉是必须的。
在欧洲专利文献EP 0534576 B1中还描述了一种方法，用于在电子线路的玻璃衬底上选择性敷设导电条，其中激发物激光器的射束在待敷设的导电条结构上产生负掩模。从掩模出来的激光射束照射到一块平板石英玻璃上，玻璃的背面与还原铜溶液接触，所以激光选择性地按照所要求的结构淀积出薄薄的铜条。因为在这种方法中必须使用专门的激光器，所以它不适用于大面积玻璃衬底，如通道板，此外它还必须使用昂贵的石英玻璃，因为只有这种玻璃才允许必要的激发物激光器的光线穿过，并且实现在背面选择性地淀积出铜。
和这些方法相比，本发明所述方法的优点是，无需使用真空技术即可实现适用于大面积的工艺，选择性地构造出地址电极。此外无需采用透明的导电层作为底层，也不需要在该方法中使用石英玻璃，同样也不需要激光器。此外本发明所述方法可以顺利地用于那些已经具有筋条或凸条的通道板。
本发明所述方法恰好可对PDP/PALC显示屏的沟道结构产生有利的作用，因为沟道壁也要进行均匀的金属化处理。
在衬底上进行粗糙化处理同样是非常有利的，因为这可改善附着性。
此外在本发明中，所有无外部电流或带电流淀积的技术和金属合金或者可作为单纯的材料使用，或者以多层结构的形式实现。
在制造电子线路玻璃衬底电极的导电条的方法中，虽然公知了(DE4438799 A1和EP 0083458 B1)以下方式，即为上下连接元件，选择性地采用无电流方式淀积出金属导电条，但是这种约十年来已经公开的方法由于其他原因和其他边缘条件不能适用于在通道板上选择性敷设通道层。所以该制造方法对于在大面积平面显示器的通道板上敷设金属导电条作为电极的工艺没有影响，迄今为止适用于平面显示器的原理是进行大面积金属化处理，并且随后通过掩模技术选择性制造出导电条。
就通道板的结构而言，可通过一系列途径实现。根据本发明的一个改进方案，一种特别有利的实现方式是，首先在无外部电流的情况下，敷设一薄导电条，然后通过电镀或化学淀积将该导电条加厚。其中被证明较合适的方案是，首先淀积一薄的、面积完整的导电层作为初始层，然后对该层进行选择性覆盖，再选择性地在规定的电极表面上通过电镀法和/或无电流法对该层进行加厚，并且随后重新除掉位于电极区以外的所述薄的、面积完整的初始层。优选通过一个自调整掩模进行电极区的选择性加厚。
所述方法可选择采用以下实现方式，即首先淀积一薄的、面积完整的导电层作为初始层，然后对该层进行光刻结构化，再通过电镀和/或无电流法对该层进行加厚。
作为导电初始层，或者可敷设一层金属，或者一层导电氧化物，其最大厚度为500nm，优选最大层厚为200nm。
所述敷设金属化导电条作为地址电极的方法的另一种有利的实施方式是，为准备选择性构造所述导电条，首先采用光刻法将所述通道板用一种覆盖整个通道板的光刻胶和正掩模相应构造出导电条的结构，然后将通过光刻法制出的开放条带用钯胚层覆盖，随后脱除位于其他区域内的光刻胶，最后在设有胚层的条带上从液相淀积出金属导电条，并且至少敷设一层保护层。该方法可保证使用相对少量的金属实现导电条的牢固附着。
所述方法的另一种有利的选择方案是，为准备选择性构造所述导电条，根据导电条的结构选择性构造出钯胚层，最后在设有胚层的条带上从液相淀积出金属导电条，并且至少敷设一层保护层。
所述钯胚层的选择性敷设可设想若干种可能。例如根据一种方案，可采用喷墨工艺对所述钯胚层进行选择性敷设。根据本发明的另一种选择方案，选择性敷设所述钯胚层的方式是，通过一个机械或者光刻构造的、具有对应于所述导电条结构的掩模对通道板腐蚀或喷砂，将未被覆盖的条带区粗糙化，以从钯溶液中产生选择性胚层。
实施所述的方法的另一种方案是，为准备选择性构造所述导电条，首先用钯胚层覆盖整个通道板，然后用一种覆盖整个通道板的光刻胶和一个掩模，在条带上选择性淀积出金属，制出电极结构的条带，随后脱除位于其他区域内的光刻胶以及其下面的钯胚层，最后在淀积出的导电条上至少敷设一层保护层。大面积钯胚层并不是导电的金属层，而仅是有利于各个胚层的敷设。这同样可使用一层非常薄的大面积初始层，然后如上所述对其进行选择性加厚。
对于“光刻结构”的概念应当理解成以下步骤：涂敷光刻胶，曝光，显影，在暴露的位置上进行基底腐蚀以及随后除掉光刻胶(或者采用类似的方法如悬空法(lift-off))。
为避免与玻璃发生反应，最好在面积完整的钯胚层下面敷设一层面积完整的SiO2扩散阻挡层。
所述方法的一种特别经济的实施方式是，为进行无外部电流和/或电镀法淀积，所采用的金属或者金属合金不仅具备电流传输功能而且具备防腐蚀和防溅射功能。为此，根据本发明的第一种合适的方案，电极材料由镍和/或铜结合一种金属防腐蚀材料组成，其中的防腐蚀金属由一种无外部电流淀积的防腐蚀金属组成，优选采用镍、钯或金。根据另一种合适的选择方案，电极材料由镍和/或贵金属结合一种金属防腐蚀材料组成，其中的贵金属由一种无外部电流或电镀淀积的金属组成，例如钯、银、金，所述防腐蚀金属由一种无外部电流淀积的防腐蚀金属组成，优选采用镍、钯、铬或金。在无外部电流淀积中，金属处于还原溶液中；对于所要求的铜的淀积，例如规定了一种还原铜溶液，它也被称为“化学铜”，它可实现金属的自生催化淀积。
以下所述实例说明了本发明所述方法的过程，并且清楚具体地显示出其优点。
实例1(结合图2)
在一块AF45平板玻璃衬底(100×100×3mm3)的一个面上，用正性光刻胶(Photolack)，例如(Shipley 1818)，制出2微米厚的涂层，并且通过一个掩模按照所要求的电极结构进行选择性曝光(步骤1)。显影之后将所述衬底在含水氟化氢铵溶液中浸泡3分钟，使得玻璃表面宜于进行化学粗糙化处理，从而改善玻璃和金属之间的附着性。所述玻璃衬底位于一个固定框内，使其只有一个玻璃表面暴露在液体中。然后将玻璃衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，随后用蒸馏水冲洗30秒，再浸于0.05％的盐酸氯化钯(Ⅱ)溶液中，持续1分钟，从而形成钯胚层(步骤2)。然后将所述玻璃衬底用流动蒸馏水冲洗1分钟。再浸到丙酮中脱除光刻胶，使得玻璃上仅剩下钯胚层，该层用于下面生成电极(步骤3)。
将经过上述处理的玻璃在化学镍溶液(Ni含量4.5g/l，次磷酸盐含量22g/l,pH值4.5)中浸泡1分钟，温度为70℃，淀积出厚度为150nm的选择性镍条，并且具有预定的光刻宽度(步骤4)。将该导电条在200℃下干燥，从而实现改善的附着性。将这种选择性镀镍的玻璃在40℃下浸在化学铜溶液(Cu含量2.5g/l，浓度37％的甲醛8ml/l,pH值8.2)中45分钟，在镍上面淀积出2.5微米厚的铜(步骤5)。铜条通过镀镍受到防腐蚀保护，将衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，随后用蒸馏水冲洗15秒，再浸于一种活化剂(Pd含量50mg/l,pH值2)中，持续30秒钟。用蒸馏水冲洗后再将所述玻璃衬底在65℃下浸到上述化学镍溶液中，持续5分钟，从而形成1微米厚的磷酸镍层，它作为防腐蚀层(步骤6)。
实例2(结合图2)
将玻璃衬底如实例1一样选择性制出钯胚层，但不同的是，所述钯胚层直接采用喷墨工艺构成。将经过这种处理的玻璃浸在以上所述化学镍溶液中，持续1分钟，温度为70℃，淀积出的选择性镍条的厚度为150nm，并具有印刷技术给定的宽带(步骤4)。在印刷工艺完成后将得到的镍层在200℃下进行热固化。将这种选择镀镍的玻璃浸在上述铜溶液中，持续45分钟，温度40℃，从而在镍上面淀积出2.5微米的铜(步骤5)。然后为进行防腐蚀，将铜条镀镍，为此将玻璃衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，持续30秒，随后用蒸馏水冲洗15秒，再浸于实例1所述的活化剂中，持续30秒钟。用蒸馏水冲洗后再将所述玻璃衬底在65℃下浸到上述化学镍溶液中，持续5分钟，从而形成1微米厚的磷酸镍层，它作为防腐蚀层(步骤6)。
实例3(结合图3)
将一块D263平板玻璃衬底(100×100×3mm3)在含水氟化氢铵溶液中浸泡5分钟，使得玻璃表面宜于进行化学粗糙化处理，从而改善玻璃和金属之间的附着性。所述玻璃衬底位于一个固定框内，使其只有一个玻璃表面暴露在液体中。然后将玻璃衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，随后用蒸馏水冲洗30秒，再浸于0.05％的盐酸氯化钯(Ⅱ)溶液中，持续1分钟，从而形成钯胚层(步骤1)。然后将所述玻璃衬底用流动蒸馏水冲洗1分钟。接着在经过化学处理的玻璃表面上涂负性光刻胶(3微米)，并且通过一个相应的掩模进行结构处理(步骤2)。将经过上述处理的玻璃在上述镍溶液中浸泡1分钟，温度为60℃，淀积出厚度为100nm的选择性镍条，并且具有预定的光刻宽度(步骤3)。将这种选择性镀镍的玻璃在40℃下同样浸在所述化学铜溶液中45分钟，在镍上面淀积出2.5微米厚的铜(步骤4)。光刻胶及其下面的钯胚层可通过浸在碱性水溶液(10％的苛性钠溶液)除掉，该溶液中含有浓度为100g/l的络合乙二胺四醋酸(EDTA)(步骤5)。随后将铜条镀镍进行防腐蚀保护，将衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，持续30秒，随后用蒸馏水冲洗15秒，再浸于上述活化剂中，持续30秒钟。用蒸馏水冲洗后再将所述玻璃衬底在65℃下浸到上述化学镍溶液中，持续5分钟，从而形成1微米厚的磷酸镍层，它作为防腐蚀层(步骤6)。
实例4(结合图4)
将一块AF45平板玻璃衬底(200×150×3mm3)通过丝网印刷涂上一层有机械强度的胶(步骤1)。将该经结构化处理的玻璃衬底置于氧化铝颗粒中进行喷砂工艺处理(步骤2)。完成喷砂后，除掉所涂的胶，使得玻璃衬底上仅剩下喷砂所产生的粗糙面结构(步骤3)。通过这种方式得到深度约为5微米的沟道。在该沟道底部是0.5微米深的粗糙面。然后将这种经过粗糙化处理的玻璃衬底浸在5％的盐酸氯化锡(Ⅱ)溶液中，随后用蒸馏水冲洗30秒，再浸于0.05％的盐酸氯化钯(Ⅱ)溶液中，持续1分钟，从而形成钯胚层(步骤4)。然后将所述玻璃衬底用喷射的蒸馏水冲洗5分钟。以这种方式从玻璃的未经粗糙化处理的部分上除掉胚层，而在经粗糙化处理的沟道区中仍然附着有足够的胚层(步骤5)。接着将经过上述处理的玻璃在上述镍溶液中浸泡1分钟，温度为60℃，淀积出厚度为100nm的选择性镍条，并且具有预定的宽度(步骤6)。将这种选择性镀镍的玻璃在40℃下浸在所述化学铜溶液中45分钟，在镍上面淀积出2.5微米厚的铜(步骤7)。随后将铜条镀金进行防腐蚀保护，为此要将衬底浸在温度为85℃的金溶液(金含量3g/l,pH值4.6)中，持续15分钟，从而选择性淀积出一层100nm厚的金层(步骤8)。
以上实例证明，通过本发明可以实现以有利的成本在平面显示器的通道板上敷设地址电极，从而具有经济性，这种优点不仅是通过方法本身得到的，而且是通过选择性敷设金属导电条而大大减少金属消耗实现的。

Claims (21)

1．在大面积平面显示器的通道板上敷设作为电极的金属导电条的方法，使用无外部电流法和电镀法进行金属淀积，其特征在于，所述金属导电条仅在电极区内以选择方式通过无外部电流淀积法和/或电镀淀积法敷设。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，首先在无外部电流的情况下，敷设一薄导电条，然后通过电镀或化学淀积将该导电条加厚。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，首先淀积一薄的、面积完整的导电层作为初始层，然后对该层进行选择性覆盖，再选择性地在规定的电极表面上通过电镀法和/或无电流法对该层进行加厚，并且随后重新除掉位于电极区以外的所述薄的、面积完整的初始层。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过一个自调整掩模进行电极区的选择性加厚。
5．如权利要求2所述的方法，其特征在于，首先淀积一薄的、面积完整的导电层作为初始层，然后对该层进行光刻结构化，再通过电镀和/或无电流法对该层进行加厚。
6．如权利要求2所述的方法，其特征在于，首先选择性构造出一薄的导电层作为初始层，优选按照喷墨工艺，并且优选采用喷射含有金属的溶液、悬浮液或者膏剂，再通过电镀法和/或无电流法对该层进行加厚。
7．如权利要求3至6中任何一项所述的方法，其特征在于，敷设一层最大厚度为550nm的金属作为导电初始层。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最大层厚为200nm。
9．如权利要求3或4或5所述的方法，其特征在于，敷设一层最大厚度为500nm的导电氧化物作为导电初始层。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述最大层厚为200nm。
11．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为准备选择性构造所述导电条，首先采用光刻法将所述通道板用一种覆盖整个通道板的光刻胶和正掩模相应构造出导电条的结构，然后将通过光刻法制出的开放条带用钯胚层覆盖，随后脱除位于其他区域内的光刻胶，最后在设有胚层的条带上从液相淀积出金属导电条，并且至少敷设一层保护层。
12．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为准备选择性构造所述导电条，根据导电条的结构选择性构造出钯胚层，最后在设有胚层的条带上从液相淀积出金属导电条，并且至少敷设一层保护层。
13．如权利要求12所述的方法，其特征在于，采用喷墨工艺对所述钯胚层进行选择性敷设。
14．如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择性敷设所述钯胚层的方式是，通过一个机械或者光刻构造的、具有对应于所述导电条结构的掩模对通道板腐蚀或喷砂，将未被覆盖的条带区粗糙化，以从钯溶液中产生选择性胚层。
15．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为准备选择性构造所述导电条，首先用钯胚层覆盖整个通道板，然后用一种覆盖整个通道板的光刻胶和一个掩模，在条带上选择性淀积出金属，制出电极结构的条带，随后脱除位于其他区域内的光刻胶以及其下面的钯胚层，最后在淀积出的导电条上至少敷设一层保护层。
16．如权利要求1至15任何一项所述的方法，其特征在于，在所述通道板上优选敷设面积完整的钯胚层，优选采用面积完整的SiO2扩散阻挡层。
17．如权利要求1至16中任何一项所述的方法，其特征在于，为进行无外部电流和/或电镀法淀积，所采用的金属或者金属合金不仅具备电流传输功能而且具备防腐蚀和防溅射功能。
18．如权利要求17所述的方法，其特征在于，电极材料由镍和/或铜结合一种金属防腐蚀材料组成，其中的防腐蚀金属由一种无外部电流淀积的防腐蚀金属组成，优选采用镍、钯或金。
19．如权利要求17所述的方法，其特征在于，电极材料由镍和/或贵金属结合一种金属防腐蚀材料组成，其中的贵金属由一种无外部电流或电镀淀积的金属组成，例如钯、银、金，所述防腐蚀金属由一种无外部电流淀积的防腐蚀金属组成，优选采用镍、钯、铬或金。
20．如权利要求1至19中任何一项所述的方法，其特征在于，构成所述电极的层采用多层方式制成。
21．如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述多层分别由附着连接层、导电层和至少一层保护层组成。
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