DE10026976C2 - Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme, welche eine Vielzahl von parallel verlaufenden, durch Stege getrennte Kanäle aufweist, die auf einem flachen Glassubstrat mit einem Stegabstand X = 50-1000 µm, einer Steghöhe Y = 50-300 µm und einer Stegbreite Z = 20-100 µm mikrostrukturiert ausgeformt sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kanalplatte.

Displayscheiben von Flachbildschirmen, wie sie typischerweise bei modernen Plasma-Fernsehbildschirmen benötigt werden, den sogenannten Plasma Display Panel = PDP bzw. Plasma Addressed Liquid Crystal = PALC, benötigen für ihre Funktion sogenannte Kanalplatten, die Mikrostrukturen hoher Präzision in Form von mehreren, parallel verlaufenden Mikrokanälen aufweisen, die durch Stege getrennt sind, und Leiterbahnen als Elektroden aufweisen (DE 198 41 900 A1).

Eine derartige Kanalplatte ist ausschnittsweise in Fig. 2 im stark vergrößerten Maßstab prinzipiell dargestellt. Die aus dieser Figur ersichtliche kanalförmige Mikrostrukturierung muß kostengünstig und in großen Stückzahlen für verschiedene Displaygrößen (Bildschirmdiagonalen bis 60" und größer) erfolgen. In Abhängigkeit vom Bildschirmformat liegen die Strukturabmessungen in folgenden Bereichen: Stegabstand X = 50-1000 µm, Steghöhe Y = 50-300 µm und Stegbreite Z = 20-100 µm. Für ein 42"-HiVision PDP-Display sind beispielsweise ca. 5760 Kanäle mit einem Teilungsabstand der Stege "X", dem sog. Pitch, von ca. 161 µm bei einer Steghöhe "Y" von 150 µm und einer Stegbreite "Z" von 30 µm mit Toleranzen von wenigen µm über ca. 520 mm Länge zu fertigen.

In den Kanälen zwischen den rippenförmigen Stegen sind, je nach Display-Typ, jeweils zwischen null und drei Leiterbahnen als Elektroden aufgebracht.

Der Aufbau dieser modernen Flachbildschirme, insbesondere der Kanalplatte, wird am Beispiel eines PDP in dem Aufsatz: I. H. Doyeux, J. Deschamps, "Plasma Display Panel Technologies and Applications", SID 97 DIGEST, pp 213-217, beschrieben.

Es sind verschiedene Methoden zum Ausbilden der Kanalstruktur bekannt geworden. Bei einer Methode werden die Stege unter Bildung von Kanälen im Siebdruckverfahren in mehreren Schichtungen nacheinander auf ein flaches Glassubstrat aufgetragen. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und teuer.

Bei einer anderen Methode werden die Kanalstrukturen in dem flachen Glassubstrat ausgeformt.

Dieses Ausformen kann auf verschiedene Weise erfolgen.

Es ist bekannt (WO 00/21894 A1; DE 197 13 311 C2), die Kanal-Mikrostrukturen im Wege der Heißformgebung durch Prägen zu erzeugen. Gemäß der in der DE 199 55 267 C1 nachveröffentlichten älteren Patentanmeldung gehört es auch zum Stand der Technik, die Mikrostrukturierung durch eine ur-formende Heißformgebungstechnik zu erzeugen, bei der geschmolzenes Glas aus der Schmelze direkt in Kontakt mit gekühlten Formgebungswerkzeugen mit mikrostrukturierter Präge-Oberfläche gebracht wird.

Es ist ebenfalls bekannt, durch Sandstrahlen über eine mikrostrukturierte Maske die Kanal-Mikrostrukturen zu erzeugen.

Durch die DE 198 33 367 A1 ist es auch bekannt, die Kanal-Mikrostrukturierung in der Glasplatte mittels eines aufgrund thermomechanischer Spannungen spanablösenden Abtragens der Kanäle durchzuführen.

Es ist auch schon versucht worden, die Kanäle durch einen Schleifvorgang zu strukturieren. Beim Schleifen wird dabei vorzugsweise ein hochpräzises Mehrscheiben-Schleifwerkzeug verwendet, das mehrere auf einer gemeinsamen Spindel, hochpräzise durch Distanzringe axial beabstandet zueinander angeordnete Präzisionsschleifscheiben aufweist. Da die Kanäle sehr fein strukturiert sind und sehr geringe Abstände zueinander haben, bereitet die Herstellung der Kanalplatten durch Schleifen mittels des Mehrscheiben-Schleifwerkzeuges dahingehend Schwierigkeiten, daß die einzelnen Schleifscheiben des Mehrscheiben- Schleifwerkzeuges nicht in entsprechend geringen axialen Abständen zueinander angeordnet werden können. Aus diesem Grund beträgt der Abstand der einzelnen Schleifscheiben ein ganzzahliges Vielfaches des Teilungsabstandes "X" der Stege. Da die Länge des Mehrscheiben-Schleifwerkzeuges durch das Schwingungsverhalten der Bearbeitungsspindel und durch die Drehzahl begrenzt ist, erfolgt die Herstellung der Kanalplatten dann durch sogenanntes versetztes Schleifen, bei dem durch mehrfachen Überlauf des Mehrscheiben- Schleifwerkzeuges die Kanalplatte strukturiert wird. Zwischen den einzelnen Überläufen wird das Mehrscheiben-Schleifwerkzeug rechtwinklig zu den Kanallängsachsen versetzt und zwar genau um den zu fertigenden Pitch.

Ein derartiges Verfahren des versetzten Schleifens wird in der japanischen Offenlegungsschrift JP 083 18 524 A beschrieben.

Es hat sich gezeigt, daß bei Kanalplatten mit Kanalstrukturen, die aus einem flachen Glassubstrat ausgeformt sind, insbesondere wenn sie durch Schleifen herausgearbeitet worden sind, Streustrahlen bzw. Nebenlichteffekte entstehen, insbesondere dann, wenn sie in einem PALC-Display verwendet werden, bei dem die Kanalplatte rückseitig beleuchtet wird.

Durch die DE 695 11 846 T2 ist es bei Kanalplatten bekannt, in den Kanälen eine Schwarzmaskierung durchzuführen, die Licht abschirmt, das auf die Seitenwände von Kanälen trifft und zu Kontrastverlusten führen könnte. Diese Schwarzmaskierung kann jedoch nicht Licht abschirmen, das aus den Stegen zwischen den Kanälen austritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme so auszubilden, daß die von den Stegen bewirkten Streustrahlen bzw. die Nebenlichteffekte reduziert werden und dadurch der Bild- und Farbkontrast des auf dem Bildschirm erzeugten Fernsehbildes gesteigert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von einer Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme, welche eine Vielzahl von parallel verlaufenden, durch Stege getrennte Kanäle aufweist, die auf einem flachen Glassubstrat mit einem Stegabstand X = 50-1000 µm, einer Steghöhe Y = 50-300 µm und einer Stegbreite Z = 20-100 µm mikrostrukturiert ausgeformt sind, daß

• - zumindest die Oberkante der Stege durch eine nichttransparente Schicht aus Glaslot oder Siebdruckfarbe oder Kunststoff oder Metall abgedeckt ist, wobei
• - die nichttransparente Schicht eine Dicke hat, die deutlich kleiner als die Tiefe der Kanäle ist, und die Kanalstrukturen in dem Glassubstrat ausgeformt sind, oder
• - die Dicke der nichttransparenten Schicht zumindest gleich der Soll-Tiefe der Kanäle ist, und die Kanalstrukturen in der nichttransparenten Schicht ausgeformt sind.

Die Abdeckung der Stegoberkante verhindert mit Vorteil das Austreten von Streu- und anderer Nebenstrahlung, das durch Lichtleitung innerhalb der Stegwand entsteht, und erhöht damit den Bild- und Farbkontrast.

Gemäß der DE 694 02 553 T2 ist es bekannt, zur Herstellung von Leiterbahnen elektrischer Schaltungen einen Träger aus isolierendem Material, z. B. ein Glassubstrat, zunächst mit einer Schicht vorgegebener Dicke zu versehen und danach das Glassubstrat mit Kanälen durch die Schicht hindurch zu strukturieren, z. B. durch Schleifen. Danach werden die Kanäle mit einem leitfähigen Material unter Bildung von Leiterbahnen verfüllt. Im bekannten Fall geht es allein darum, die Leiterbahnen besser gegen mechanische Angriffe zu schützen, weswegen sie nicht direkt auf die Oberfläche des Trägers sondern in die vorher ausgeformten Rinnen im Träger abgeschieden werden.

Ein Verhindern des Austretens von Streustrahlung, wie im Falle der Erfindung ist im bekannten Fall nicht gegeben, weil nicht einschlägig.

Gemäß der ersten Alternative der Erfindung ist die Kanalplatte so ausgebildet, daß die nichttransparente Schicht eine Dicke hat, die deutlich kleiner als die Tiefe der Kanäle ist, und die Kanalstrukturen in dem Glassubstrat ausgeformt sind.

Dabei sind gemäß einer Ausgestaltung vorzugsweise die Kanalstrukturen durch die nichttransparente Schicht hindurch eingeschliffen.

Gemäß der zweiten Alternativform der Erfindung ist die Dicke der nichttransparenten Schicht zumindest gleich der Soll-Tiefe der Kanäle bzw. sind die Kanalstrukturen in der nichttransparenten Schicht ausgeformt. Auch hierbei sind gemäß einer Ausgestaltung die Kanalstrukturen vorzugsweise in der nichttransparenten Schicht eingeschliffen. Diese zweite Alternative der Erfindung wirkt sich vorteilhaft auf den Werkzeugverschleiß und die Vorschubgeschwindigkeit beim Ausformen der Kanalstrukturen aus.

Durch die DE 37 19 200 A1 ist es bekannt, in optischen Speicherplatten Rillen oder Reliefs in einer Kunstoffschicht zu erzeugen. Dazu wird auf ein Glassubstrat eine Kunststoffschicht aufgebracht und die Führungsrillen werden in dieser Schicht ausgeformt. Alternativ kann zunächst das Glassubstrat mikrostrukturiert und danach mit einer Kunststoffschicht überzogen werden. Ein Unterdrücken von Streustrahlung, die aus den Stegoberkanten von Kanalplatten austritt, ist diesem Stand der Technik fremd.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen der Kanalplatte gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß mit den Schritten:
Verfahren zur Herstellung einer Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer flachen Rechteck-Glasplatte mit vorgegebenen Abmessungen,
• - Aufbringen einer nichttransparenten Schicht aus Glaslot, Siebdruckfarbe, Kunststoff oder Metall mit einer Dicke von 10 µm bis 1 mm auf einer Seite der Glasplatte und
• - Mikrostrukturieren der Kanäle durch die nichttransparente Schicht hindurch in dem Glassubstrat oder ausschließlich in der nichttransparenten Schicht bei zumindest der Soll-Tiefe der Kanäle entsprechender Schichtdicke.

Dabei erfolgt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das Strukturieren der Kanäle durch Einschleifen der Kanäle mittels eines hochpräzisen Mehrscheiben- Schleifwerkzeuges durch versetztes Schleifen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus der Figurenbeschreibung.

Anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer zweischrittigen querschnittlichen Prinzip-Darstellung eine Kanalstruktur mit Stegoberkanten, die durch eine nichttransparente Schicht abgedeckt sind,

Fig. 2 die bekannte Kanalstruktur einer Kanalplatte in einer prinzipiellen, idealisierten perspektivischen Darstellung.

Die Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten, stark idealisierten Darstellung die bekannte Struktur einer Kanalplatte für moderne Flachbildschirme. Diese Kanalplatte weist eine Vielzahl von parallel verlaufenden, durch Stege 1 getrennte Kanäle 2 auf. Auf dem Boden 3 der Kanäle sind, je nach Displaytyp und Ausführung, 0-3 Elektroden aufgebracht.

Die Herstellung einer derartigen, mit erfindungsgemäßen Merkmalen versehenen Glasplatte geschieht in folgenden Schritten:
Zunächst wird eine flache Rechteck-Glasplatte 4, das Glassubstrat, mit vorgegebenen Abmessungen entsprechend dem geforderten Bildschirmmaß, bereitgestellt. Diese Glasplatte wird vorzugsweise durch Floaten oder Ziehen hergestellt und besteht vorzugsweise aus Borosilikatglas.

So hergestellte Glasplatten weisen typischerweise an ihrer Oberfläche wellenförmige Unebenheiten mit großer Wellenlänge, dem sogenannten "Warp" und eine Welligkeit mit demgegenüber sehr kleiner Wellenlänge auf. Durch ein Planschleifen einer oder beider Seiten der Glasoberfläche im nächsten optionalen Schritt erreicht man eine Minimierung des Warps und der Welligkeit und damit eine Verringerung des Toleranzfeldes der strukturierten Kanalplatte. Bei der Verwendung einer geeigneten Schleifscheibe werden durch die plangeschliffene Glasoberfläche bei Verwendung der Kanalplatte in einem PALC-Display störende Streustrahlungen minimiert, und damit der Kontrast gesteigert.

Danach wird die Glasplatte 4 mit einer nichttransparenten Deckschicht 5 versehen, beispielsweise durch Siebdruck (Schritt 1 in Fig. 1). Das Material für die Abdeckung kann dabei ein Glaslot, eine Siebdruckfarbe, ein Kunststoff oder ein Metall sein.

Anschließend werden im Schritt 2 der Fig. 1 die Kanäle 2 ausgeformt.

Das Strukturieren der Kanäle 2 in der plangeschliffenen, durch die Schicht 5 abgedeckten Glasplatte 4 erfolgt nach einem der eingangs beschriebenen Verfahren, vorzugsweise durch ein Einschleifen der Kanäle mittels eines hochpräzisen Mehrscheiben-Schleifwerkzeuges, wie es beispielsweise in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 100 01 480 C1 beschrieben wird, deren Offenbarung durch Bezugnahme mit zu dem Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung genommen wird.

Derartige hochpräzise Mehrscheiben-Schleifmodule besitzen typischerweise mehrere, auf einer gemeinsamen Spindel, hochpräzise durch Distanzringe axial beabstandet zueinander, montierte Präzisions-Schleifscheiben zum gleichzeitigen Ausschleifen von parallel zueinander verlaufenden Mikrostrukturen in einem Werkstück. Die Schleifscheiben müssen dabei einen hochpräzisen gegenseitigen Abstand mit sehr kleinen Toleranzen aufweisen.

Aus den eingangs genannten Gründen erfolgt dabei das Einschleifen der Kanalstruktur durch das dort beschriebene sogenannte versetzte Schleifen.

Die Abdeckung der Stegoberseite durch die Schicht 5 verhindert, daß Streu- bzw. Nebenstrahlung durch die Stegoberseite austreten kann und trägt somit zur Bild- und Kontrasterhöhung des Fernsehbildes bei.

Für die Auftragung und die Dicke dieser Abdeckung 5 bestehen mehrere Möglichkeiten.

So liegt im Fall der Fig. 1 die Dicke der Schicht 5 beispielsweise im Bereich von 10 µm bis 1 mm.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Abdeckung so dick zu gestalten, daß die Strukturierung der Kanäle nur in der Deckschicht erfolgt (z. B. Strukturierung in Glaslot), die deutlich einfacher bearbeitet werden kann. Dadurch ergeben sich beim Schleifen insbesondere bzgl. des Werkzeugverschleißes und der möglichen Vorschubgeschwindigkeit deutliche Vorteile.

Zur Optimierung der Topographie der geschliffenen Glasoberfläche können die Kanäle 2 nach der Strukturierung (Schritt 2) veredelt werden. Diese Veredelung kann z. B. durch Ätzen realisiert werden und dient vorrangig zur Kontrasterhöhung und dem Abbau von Spannungen im Glas, d. h. einer besseren mechanischen Stabilität der Stege 1. Die Oberflächenqualität am Kanalboden und die Polariationseigenschaften der geschliffenen Oberflächen können gesteigert werden, so daß die Eigenschaften der Kanalplatte der späteren Anwendung angepaßt werden können.

Eine weitere Möglichkeit der Kontrasterhöhung kann mit der Einbringung der Elektroden 6 in die strukturierten Kanäle 2 erreicht werden. Die eingebrachten Elektroden 6 werden dabei nicht nur für die Ansteuerung der Plasmazellen eingesetzt, sondern bieten durch ihre Nichttransparenz den Vorteil, störende Streustrahlung zu minimieren und somit wesentlich zur Kontrasterhöhung beizutragen. Insbesondere eine beispielhafte Anordnung der Elektroden 6 in den Ecken der Kanäle (Fig. 1) kann unerwünschte Streustrahlung verhindern, die sich durch die unvermeidlichen Radien am Kanalboden einstellt.

Claims (10)

1. Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme, welche eine Vielzahl von parallel verlaufenden, durch Stege getrennte Kanäle aufweist, die auf einem flachen Glassubstrat mit einem Stegabstand X = 50-1000 µm, einer Steghöhe Y = 50-300 µm und einer Stegbreite Z = 20-100 µm mikrostrukturiert ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die Oberkante der Stege durch eine nichttransparente Schicht aus Glaslot oder Siebdruckfarbe oder Kunststoff oder Metall abgedeckt ist, wobei
die nichttransparente Schicht eine Dicke hat, die deutlich kleiner als die Tiefe der Kanäle ist, und die Kanalstrukturen in dem Glassubstrat ausgeformt sind, oder
die Dicke der nichttransparenten Schicht zumindest gleich der Soll- Tiefe der Kanäle ist, und die Kanalstrukturen in der nichttransparenten Schicht ausgeformt sind.

2. Kanalplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der nichttransparente Schicht im Bereich von 10 µm bis 1 mm liegt.

3. Kanalplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalstrukturen durch die nichttransparente Schicht (5) hindurch in das Glassubstrat (4) eingeschliffen sind.

4. Kanalplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalstrukturen in der nichttransparenten Schicht (5) eingeschliffen sind.

5. Kanalplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (6) winklig in den Kanälen (2) mit einem Schenkel am Kanalboden und dem anderen Schenkel an der benachbarten Stegwand abgeschieden sind.

6. Kanalplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrasterhöhung und Spannungsverminderung im Glas die Kanäle chemisch veredelt sind.

7. Verfahren zur Herstellung einer Kanalplatte aus Glas für Flachbildschirme nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer flachen Rechteck-Glasplatte mit vorgegebenen Abmessungen,
• - Aufbringen einer nichttransparenten Schicht aus Glaslot, Siebdruckfarbe, Kunststoff oder Metall mit einer Dicke von 10 µm bis 1 mm auf einer Seite der Glasplatte und
• - Mikrostrukturieren der Kanäle durch die nichttransparente Schicht hindurch in dem Glassubstrat oder ausschließlich in der nichttransparenten Schicht bei zumindest der Soll-Tiefe der Kanäle entsprechender Schichtdicke.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Strukturieren der Kanäle mittels eines hochpräzisen Mehrscheiben-Schleifwerkzeuges durch versetztes Schleifen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Kanäle nach ihrer Strukturierung durch Ätzen chemisch veredelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem in den Kanälen Elektroden winklig in den Kanalecken mit einem Schenkel am Kanalboden und mit dem anderen Schenkel an der jeweils benachbarten Stegwand abgeschieden werden.