DE2206394A1

DE2206394A1 - Verfahren zum Herstellen von Glühdrähten Kr Anzeigezellen

Info

Publication number: DE2206394A1
Application number: DE19722206394
Authority: DE
Inventors: Alan V.; Hochberg Frederick; Yorktown Heights N.Y. Brown (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1972-02-11
Publication date: 1972-11-09
Also published as: GB1367836A; FR2134361B1; US3715785A; FR2134361A1

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 970 097

Verfahren zum Herstellen von Glühdrähten für Anzeigezellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Glühdrähten für Anzeigezellen.

Leuchtende Anzeigezellen mit selektiv ansteuerbaren Glühdrähten werden gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß jeder Glühdraht einzeln zwischen zwei zugehörigen Stützstiften befestigt wird. Bei einer bekannten Ausführung sind z. B. die Glühdrähte spiralförmig gewickelt. Diese Glühdrähte verlaufen geradlinig zwischen den Stützstiften.

Wärmeverluste an den Drahtenden bewirken, daß das alphanumerische Zeichen, das angezeigt werden soll, nicht gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Man kann dies einigermaßen dadurch ausgleichen, daß die Glühdrähte in verschiedenen Ebenen angeordnet werden. Eine solche Ausführung ist aber unhandlich, stoßempfindlich und störanfällig. Der ganze Herstellungsprozeß ist notwendigerweise teuer, zeitraubend und kompliziert, relativ große Abmessungen können nicht unterschritten werden, und zwischen den Stützstiften ist praktisch nur ein geradliniger Verlauf der Glühdrähte möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Glühdrähte in einfachen Pro-

209846/0652

zeßschritten herzustellen, die Glühdrähte dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend zu formen, alle Glühdrähte in derselben Ebene anzuordnen und die Wärmeverluste an den Enden mög-^! liehst klein zu halten. Das in der Erfindung beschriebene Verfahren soll eine Massenproduktion ermöglichen und ein Produkt erzeugen, daß sich durch mechanische Stabilität auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 1. auf einer isolierenden Unterlage zunächst eine Stützschicht aufgebracht wird, sodann an den für die Stützpunkte der Glühdrähte vorgesehenen Stellen Öffnungen durch die Stützschicht und die isolierende Unterlage erzeugt und mit Stützstifte bildendem, leitendem Material ausgefüllt werden, daß danach eine mit den Enden der Stützstifte verbundene Schicht aus Glühdrahtmaterial auf der Stützschicht aufgebracht und entsprechend der zwischen jeweils zwei Stützstiften ausgebildeten Form der Glühdrähte selektiv weggeätzt wird, und daß schließlich die Stützschicht durch Ätzen entfernt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß auf einer Unterlage aus keramischem Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, eine Stützschicht aus Glas aufgebracht wird, und daß zur Bildung der Glühdrähte Wolfram verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die vorzugsweise in einem photolithographischen Verfahren erzeugten Glühdrähte in einer schlangenform!gen Gestalt hergestellt werden. Die schlangenform!ge Gestalt des Glühdrahts ist eine von vielen möglichen. Jedoch stellt diese Gestalt einen Kompromiß dar zwischen der notwendigen Stabilität, um den Abstand zwischen den Stützstiften zu überbrücken, und der elektrischen Impedanzcharakteristik, die zu der des logischen Schaltkreises im Steuergerät passen muß. Zusätzlich ergibt diese Anordnung eine wirkungsvolle und ansprechende Lichtquelle.

,o 970 O₉₇ 209846/0652

— *3 —,

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, daß auf der Stützschicht zunächst eine Schicht von gut haftendem Material, vorzugsweise Rupfer, aufgebracht wird, auf welcher sodann das Glühdrahtmaterial vorzugsweise durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung niedergeschlagen wird, und daß das den Glühdrähten zugrundeliegende Muster und die Stützschicht gleichzeitig weggeätzt werden.

Line weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß vor dem Aufbringen der Stützschicht eine reflektierende Schicht auf die keramische Unterlage aufgebracht wird.

Vorteilhaft ist es auch, daß für die Stützschicht ein Material mit einem gegenüber der Unterlage kleineren Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich beim Abkühlen nach dem Aufbringen der Stützschicht die Unterlage und die Stützschicht gemeinsam in der Mitte nach oben biegen. Der Glühdraht erhält dadurch eine nach oben gerichtete Biegung, durch die er beim Erhitzen von der Unterlage wegbewegt wird.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden kanalartige Vertiefungen der Unterlage unter vorübergehender Ausfüllung mit dem Material der Stützschicht mit den Glühdrähten überspannt.

Zur Vermeidung von die Helligkeit beeinträchtigender Wärmeableitung ist es vorteilhaft, daß der Querschnitt der Glühdrähte an ihren mit den Stützstiften verbundenen Enden verjüngt wird.

Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in Querschnittsdarstellungen die wesentlichen

Verfahrensschritte zur Herstellung eines Glühdrahtes für eine leuchtende Anzeigezelle,

Fig. 2 den entsprechend der in Fig. 1 dargestellten

Verfahrensschritte hergestellten Glühdraht, in

209846/0652

Docket YO 9 70 097

- 4 schaubildlicher Ansicht,

tig. 3 in Querschnittsdarstellungen die wesentlichen

Verfahrensschritte., zur Herstellung eines Glühdrahtes in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung zur

Herstellung einer weiteren Ausführungsform des Glühdrahtes,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer leuchtenden An

zeigezelle mit Glühdrähten in Draufsicht und

Fig. 6 ein Tableau mit rasterförmig angeordneten, leuch

tenden Zellen in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Schritte, bezeichnet A bis J, zur Herstellung des Glühdrahtes entsprechend der perspektivischen Darstellung in Fig. 2.

In Schritt A (Fig. 1) wird eine Unterlage aus Keramikmaterial 2 mit einer Schicht 3 eines reflektierenden Materials beschichtet. Die Unterlage kann aus jedem Material bestehen, auf der sich eine reflektierende Schicht, z. B. ein Metall, aufbringen läßt. Die Schicht 3 dient als reflektierende Fläche für den fertigen Glühdraht. Die Schicht 3 kann mit allen konventionellen Techniken, wie Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung, aufgebracht werden. Anschließend wird die Schicht 3, die z. B. aus Chrom oder V7olfram besteht, zu der gewünschten Form geätzt, z. B. durch konventionelle Photolack technik. Wie Schritt B zeigt, kann die Ätzfigur so geformt sein wie der Glühdraht.

Nach dem Ätzen aer Schicht 3 wird im Schritt C eine Stützschicht b aufgebracht. Die Stützschicht 5 unterstützt die anschließend aufgebrachte Schicht des iiaterials, aus dem dann der Güühdraht herge-

209846/0652

Docket YO 9 70 09 7

-■5 -

stellt wird. Die Stützschicht 5 kann z. B. aus 7070 Glas der Firma Corning bestehen.

In Schritt ü werden an den Punkten 7 und 9 Löcher durch die Stützschicht 5 und die Unterlage 1 gebohrt. Dies kann auf bekannte Weise z. B. mit dem Elektronenstrahl oder durch mechanisches Bohren erfolgen. Anschließend werden die Löcher im Schritt E mit einem leitenden Material,, ζ. B. Kupfer, gefüllt, so daß sich die Stützstifte 11 und 13 bilden. Die Stützstifte können galvanisch erzeugt werden. Sie müssen leitend sein und genügend stabil, um den Glühdraht zu tragen.

Im Schritt F wird eine Schicht 15 aus einem Material, daß sich für Glühdrähte eignet., z. B. Wolfram, auf die Stützschicht 5 mit leitendem Kontakt zu den Stützstiften 11 und 13 aufgebracht. Die Schicht 15 kann z. B. durch Elektronenstrahlverdampfung, Kathodens trahlzers täubung oder chemisches Niederschlagen aus dem Dampf aufgebracht werden.

Die Schicht 15 wird im Schritt G geätzt, um die gewünschte, z. B. in Fig. 2 dargestellte, Drahtform zu erhalten. Geätzt werden kann z. B. mit der bekannten Photolackmethode und nachfolgendem chemischen Ätzen. Photolithographische Methoden erlauben die Herstellung von winzigen und komplizierten Drahtformen, die mit. den bekannten mechanischen Methoden nicht hergestellt werden können.

Nun wird im Schritt H eine leitende Schicht 19 aus leitendem Material, z. B. Kupfer, auf die Rückseite 19 der Unterlage 1 aufgebracht. Mit leitendem Kontakt zu den Stützstiften 11 und 13. Im Schritt I wird Schicht 19 geätzt, so daß nur die elektrischen Kontakte 21 und 23 für die Stifte 11 bzw. 13 übrigbleiben. Diese Kontakte können als eine Verbreiterung der Stiftenden oder als Drähte ausgebildet sein.

Die Unterlage 1 kann eine Vielzahl von Glühdrähten tragen, deren

20984 6/0652

Docket YO 9 70 097

Herstellung nach der gleichen Methode wie oben für einen Glühdraht beschrieben erfolgt.

Die Schritte A bis F in Fig. 3 zeigen Alternativen zu einigen Schritten in Fig. 1. Typische Abmessungen des Glühdrahts in Fig. 2 sind 12 u breit und 1 u dick. Es können auch kleinere Abmessungen hergestellt werden. In der Praxis ist die Festigkeit des Drahtes ein wichtiger Faktor. Fig. 3 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Glühdraht mit dem Querschnitt einers längsgeteilten Rohres entsteht. Diese Form erhöht die Festigkeit des Drahtes.

Bei dem in Fig. 3 beschriebenen Verfahren entsprechen aie Schritte A und B in Fig. 3 den Schritten C und D in Fig. 1. Anschließend wird jedoch im Schritt C eine Schient 25 aufgebracht aus einem Material, das speziell das chemische iiiederschlagen cas Glühdrahtmaterials aus dem Dair.pf anregt. Ist Wolfram das Glühärantmaterial und besteht die Stützschient aus 7070 Glas aer Firma Corning, aann besteht die Schicht 25 vorzugsweise aus Kupfer, weil Kupfer aas Kondensieren des Wolfran.dampfes anregt, während das 7070 Glas den Wolframdampf abweist.

Nachdem die Schicht 25, in diesem Beispiel eine Kupferschicht, auf die Stützschicht 5, in diesem Beispiel 7070 Glas der Firma Corning, aufgebracht worden ist, wird die Kupferschicht, die die Funktion einer Form 2 7 hat, im Schritt D geätzt, so daß die Gestalt des schließlich gewünschten Drahtes übrigbleibt. Diese Form aus Kupferdraht hat einen etwas kleineren Querschnitt als der andgültige Glühdraht, der auf der Kupferform aufgebracht werden soll.

Nun wird im Schritt E der Wolframdraht kondensiert. Der Dampf schlägt sich auf dem Kupfer nieder, während die Stützschicht 5 aus Glas den Dampf abweist und dadurch eine nennenswerte Ablagerung des Wolframs verhindert. Hat die Wolframschicht die gewünschte Dicke und damit der Glühdraht die gewünschte äußere Form erreicht, wird der Prozeß unterbrochen und im Schritt F die Stützschicht 5

209846/0652

Docket YO 970 09 7

und das Kupfer weggeätzt. Übrig bleibt der Glühdraht 29, der zwischen den Stützstiften 11 und 13 aufgehängt ist.

Fig. 5 zeigt die Schritte A bis D einer weiteren Alternative des Verfahrens. In die keramische Unterlage 31 werden zunächst im Schritt A flache, rinnenförmige Vertiefungen 33 eingebracht. Die Löcher 7 und 9 für die Stützstifte befinden sich außerhalb der Vertiefungen 33. Isiun werden die Löcher 7 und 9 mit leitendem Material gefüllt. Dabei entstehen die Stützstifte 35 und 37. Die Vertiefungen 33 werden mit einem Material gefüllt, das z. B. Glas, ein Metall oder ein Keramikmaterial sein kann. Ein geeignetes Füllmaterial ist Kupfer. Das Füllmaterial 39, das sich selektiv wieder entfernen lassen muß - hat dieselbe Funktion wie die Stützschicht 5. Nun wird der Glühdraht 41 hergestellt, wie in der Fig. 1 in den Schritten F, G und J beschrieben, und die Stützschicht 39 in den Vertiefungen 33 weggeätzt. Der fertiggestellte Glühdraht überbrückt die Vertiefung 33, liegt auf beiden Seiten der Vertiefung auf der Unterlage 1 auf und hat leitenden Kontakt mit den Stützstiften 35 und 37. Die Stützschicht 5 bzw. das Füllmaterial 39 müssen, sofern sie aus einem isolierenden Material bestehen, nicht notwendigerweise entfernt werden. In diesem Fall muß jedoch der Glühdraht unter Umständen mit unnötig hoher Leistung betrieben werden. Deshalb ist es besser, einen wesentlichen Teil des Glühdrahts im freien Raum hängenzulassen, wobei die Wärmeabstrahlung vermindert wird.

In Fig. 5 ist eine entsprechend dem Verfahren der Fig. 1 hergestellte Anzeigezelle dargestellt. Jeder Glühdraht hat eine schlangenform! ge Gestalt. Die Abmessungen der Anzeigezelle in Fig. 5 sind etwa 3,8 χ 2,5 mm. Um die Anzeigezelle der Fig. 5 herzustellen, wird eine Unterlage mit etwas größeren Abmessungen gewählt. Dann wird die Stützschicht aufgebracht und durch die Stützschicht und die Unterlage Löcher an den den Stützpunkten entsprechenden Stellen gebohrt. In den Löchern werden die Stützstifte 45 bis 83 erzeugt. Dann werden die Glühdrähte, z. B. aus VJoIf ram, hergestellt. Aus

209846/0652

Docket YO 9 7ü Oi 7

22063Ö4

Gründen der klareren Darstellung haben die Stifte in Fig. 5 einen wesentlich größeren Querschnitt als die Glühdrähte.

Eine 16-zeilige alphanumerische Zelle, wie in Fig. 5 dargestellt, die einen Glühdraht aus Wolfram mit den Abmessungen 12 u breit und 1 u hoch hat, der 0,12 mm über der Unterlage hängt, wobei die unterstützenden Stifte etwa 2,5 mm auseinanderstehen, arbeitet typischerweise bei einer Temperatur von 1200 ⁰C. Solche Arbeitstempera türen garantieren eine lange Lebensdauer.

Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel einer Anzeigezelle mit einer Anordnung von einzelnen Glühdrahteinheiten 85. Die einzelnen Glühdrahteinheiten, die jede beliebige planare Gestalt haben können, sind selektiv adressierbar, wobei ausgewählte alphanumerische Zeichen entstehen. Die Zelle in Fig. 6 ist üblicherweise eine 5x7 Matrix mit den Abmessungen 3,8 χ 2,5 mm.

Zur Verminderung von Wärmeverlusten an den Enden der Glühdrähte ist zu beachten, daß die Stützstifte einen relativ kleinen Durchmesser haben. Dieser Effekt läßt sich noch verstärken, wenn die Glühdrähte in der Nähe der Stützstifte verjüngt werden.

Es hat sich gezeigt, daß Wolframglühdrähte, die entsprechend Fig. 1 hergestellt worden sind, leicht nach oben, d. h. weg von der Unterlage, gebogen sind. Der nach oben gerichtete Bogen des Glühdrahts stellt sicher, daß sich der Glühdraht beim Erwärmen von der Unterlage wegbewegt und auf, alle Fälle ein Kontakt mit der Unterlage vermieden wird. Diese leicht nach oben gerichtete Biegung kann gezielt in den Prozeß eingeführt werden, indem für die Stützschicht ein Material gewählt wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient deutlich kleiner als der der Unterlage ist, derart, daß beim Abkühlen nach dem Aufbringen der Stützschicht sich Unterlage und Stützschicht gemeinsam in der Mitte nach oben verbiegen.

209846/0652
Docket YO 9 70 09 7

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Herstellen von Glühdrähten für Anzeigezellen, dadurch gekennzeichent, daß auf einer isolierenden unterlage (1 bzw. 31) zunächst eine Stützschicht (5 bzw. 39) aufgebracht wird, daß sodann an den für die Stützpunkte der Glühdrähte vorgesehenen Stellen Öffnungen durch die Stützschicht und die isolierende Unterlage erzeugt und mit Stützstifte bildendem, leitendem Material ausgefüllt werden, daß danach eine mit den Enden der Stützstifte (11 und 13 bzw. 35 und 37) verbundene Schicht (15) aus Glühdrahtmaterial auf der Stützschicht aufgebracht und entsprechend der zwischen jeweils zwei Stützstiften ausgebildeten Form der Glühdrähte selektiv weggeätzt wird, und daß schließlich die Stützschicht durch Ätzen entfernt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterlage (1) aus keramischem Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid _t eine Stützschicht (5 bzw. 39) aus Glas aufgebracht wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Glühdrähte Wolfram verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise in einem photolithographischen Verfahren erzeugten Glühdrähte in einer schlangenförmigen Gestalt hergestellt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stützschicht zunächst eine Schicht (25) von gut haftendem Material, vorzugsweise Kupfer, aufgebracht wird, auf welcher sodann das Glühdrahtmaterial (29) vorzugsweise durch Aufdampfen

209846/0652

Docket YO 97Ο Ο97

oder Kathodenzerstäubung niedergeschlagen wird, und daß das den Glühdrähten zugrundeliegende Muster und die Stützschicht gleichzeitig weggeätzt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Stützschicht eine reflektierende Schicht (3) auf die keramische Unterlage aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stützschicht ein Material mit einem gegenüber der unterlage kleineren Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß kanalartige Vertiefungen (33) der Unterlage unter vorübergehender Ausfüllung mit dem Material der Stützschicht (39) mit den Glühdrähten überspannt werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Glühdrähte an ihren mit den Stützstiften verbundenen Enden verjüngt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Anzeigezelle eine Reihe von jeweils zwischen zwei Stützstiften verlaufenden, in einer bestimmten Konfiguration angeordneten Glühdrähten gleichzeitig hergestellt wird.

209846/0652