DE2931077A1

DE2931077A1 - Steuerplatte fuer eine gasentladungsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2931077A1
Application number: DE19792931077
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Kobale; Burkhard Littwin; Rolf Dr Wengert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-31
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1981-02-05
Also published as: ATE6712T1; EP0023357B1; JPS5624744A; EP0023357A1; US4340838A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und Minchen VPA yg ρ 1 } 2 8 BRD

Die Erfindung betrifft eine Steuerplatte für eine Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einer Trägerplatte aus elektrisch isolierendem Material, die auf ihrer einen Seite als Zeilenleiter und auf ihrer anderen Seite als Spaltenleiter eine Matrix bildende und jeweils getrennt ansteuerbare metallische Leiterbahnen trägt und zusammen mit diesen Bahnen in den Kreuzungspunkten der Matrix durchgehende Steuerlöcher hat.

Eine derartige Steuerplatte dient bei einer Gasentladungsanzeigevorrichtung zur Matrixansteuerung der einzelnen Bildpunkte. Durch Ansteuern einer Zeilenleiterbahn und einer Spaltenleiterbahn wird das Steuerloch an dem jeweiligen Kreuzungspunkt von Zeilenleiter und Spaltenleiter freigegeben. Dadurch werden Elektronen aus dem Plasma des hinter der Steuerplatte liegenden Gasentladungsraumes in den vor der Steuerplatte liegenden

Rb 1 P j
30.07;1979

030066/0479

-/- VPA 79P 1.128 BRD Ψ

Beschleunigungsraum gezogen und in diesem Raum auf die Anode hin beschleunigt. Am Aufschlagsort entsteht dann auf einer der Anode vorgelagerten Leuchtstoffschicht ein Lichtpunkt als Abbild des angesteuerten Kreuzungspunktes der Matrix. Mit entsprechender Matrixansteuerung nach zeitlichem Ablauf und Stärke lassen sich auf dem Leuchtschirm Zeichen und Bilder darstellen. Eine solche Anzeigevorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der räumlichen Trennung von Elektronenerzeugung und Elektroneribeschleunigung (Zweikammerprinzip) und ist beispielsweise aus der DE-OS 24 12 869 und aus der DE-OS 26 15 721 bekannt.

In diesen Offenlegungsschriften ist auch der Aufbau einer Steuerplatte beschrieben. Sie besteht aus einer Trägerplatte aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus Glas, mit den Leiterbahnen (Steuerelektrodenbahnen) auf beiden Plattenseiten.

Die Matrix-Steuerplatten werden derzeit so hergestellt, daß erst nach dem Aufbringen der Leiterstrukturen (auf der Vorder- und Rückseite der Platte senkrecht zueinander) die für den Elektronendurchlaß notwendigen Lochstrukturen in das Glas geätzt werden. Aus ätztechnischen Gründen muß bei sehr feinen Rasterstrukturen von sehr dünnen Glasplatten ausgegangen werden.

Das nachträgliche Einbringen von Steueröffnungen in fertig metallisierte dicke Trägerplatten aus elektrisch isolierendem Material, z.B. durch Elektronenstrahl- oder Laserbohren hat den Nachteil, daß in den Löchern keine Metallisierung ist und Aufladungseffekte in den Steuerlöchern eine ausreichende Steuerwirkung verhindern bzw. ein Durchtritt von Ladungsträgern infolge Aufladung der Lochwände sehr eingeschränkt wird.

030066/0479

-/- VPA 79 P 1 1 2 8 BRD

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Steuerplatte mit guter mechanischer Stabilität sowie elektrisch voneinander getrennten Zeilen- und Spaltenleitern hoher geometrischer Auflösung zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Steuerplatte der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die metallischen Leiterbahnen in die Steuerlöcher der Trägerplatte definiert hineinreichen, daß die jeweiligen Lochreihen miteinander elektrisch verbunden sind und daß die Spaltenleiter und die Zeilenleiter voneinander sehr hochohmig (R ^- 100 MSL ) oder völlig voneinander getrennt sind.
Die Trägerplatte besteht dabei vorzugsweise aus Glas oder Keramik und weist Dicken zwischen 0,3 und 2 mm auf.

Eine weitere Verbesserung der Steuereigenschaften wird dadurch erreicht, daß die metallischen Leiterbahnen der Spaltenleiter fast den ganzen Lochbereich der zugeordneten Steuerlöcher ausfüllen und daß die metallischen Leiterbahnen der Zeilenleiter nur geringfügig in die diesen zugeordneten Steuerlöcher reichen.

Eine erfindungsgemäße Steuerplatte wird vorzugsweise nach folgendem Verfahren hergestellt: Als Lochplatten dienen glasige oder keramische Platten oder Platten eines anderen isolierenden Materials,zweckmäßig mit Dicken zwischen 0,3 und 2 mm. Die Platten sind entweder plan oder in einer Richtung gekrümmt und Tragen das für die Durchsteuerung elektrischer Ladungsträger nötige Lochraster hoher Auflösung (Lochzahl/cm > 100)

030066/0479

VPA 79 P 1128 BRD

mit beliebiger Form und Größe von Raster und Löchern. Die stabile Lochplatte (Trägerplatte) wird beidseitig ganzflächig metallisiert, und zwar so, daß die beiden Metallisierungen zumindest teilweise in die Löcher hineinreichen, ein Kontakt der beiden Seiten über die Löcher aber vermieden wird oder der Kontakt, über sehr dünne Schichten, sehr hochohmig ist (R > 100 Mä ). Die Metallisierung erfolgt z.B. durch Bedampfung mit Kupfer (ca. 300 nm), wobei als Haftschicht z.B. Aluminiumoxid oder Titan (ca. 20 nm) dient und zur Erzielung hoher Haftfestigkeiten eine Substratheizung über 130 ⁰C und/oder ein Beglimmen erfolgt. Beide Seiten werden unter einem schrägen Winkel und gleichzeitiger Substratdrehung um eine Achse senkrecht zur Substratoberfläche bedampft, so daß in den Löchern der Trägerplatte die"geforderten elektrischen Trenneigenschaften erreicht werden. Die Metallisierung kann auch so erfolgen, daß beide Seiten zusammenhängen. Die Trennung in den Steuerlöchern erfolgt dann nachträglich. Nach dem beidseitigen Metallisieren der Trägerplatte werden beide Metalloberflächen mit Fotolack beschichtet. Es spielt keine Rolle, ob Fotolack in die Löcher gelangt oder nicht ' (Sprühen, Rollercoating, Folientechnik). In den meisten Fällen wird positiv arbeitender (bei Belichtung löslieher) Fotolack aufgesprühtj aber auch die Verwendung von Negativ-Lack ist möglich.

Zur Erzeugung der Leiterbahn-Struktur wird jeweils auf beiden Seiten der Platte, zueinander senkrecht stehend, ein Linien-Raster über Masken aufbelichtet. Die Linien-Struktur wird entweder im Rasterschritt genau passend zum vorhandenen Lochraster gewählt und so aufbelichtet, daß bei der Entwicklung jeweils über eine Lochreihe ver-

030068/0479

-/■ VPA 79 P 1 1 2 8 BRD

laufende, durchgehend von Fotolack befreite Bahnen entstehen, oder es wird ein Strichmuster verwendet, das erheblich feiner ist als das Zeilen- bzw. Spalten-Raster der gelochten Fläche. Damit gelangt in die Löcher beim Belichten immer diffuses Licht und eventuell dort befindlicher positiv arbeitender Fotolack wird anschließend mit abgelöst. Diese Methode bleibt jedoch - wenn sich in den Löchern Lack befindet - auf die Verwendung positiv arbeitenden Fotolackes beschränkt* Bei Verwendung von Fotoresist-Folien ist diese Beschränkung auf "positiv" nicht nötig. Die Verwendung des feinen Strichmusters vermindert den nötigen Justieraufwand zwischen Lochraster und Leitungsbahnmuster erheblich. In jedem Fall wird durch die Bemessung des Leitungsbahnrasters sichergestellt, daß weder zwei Lochreihen zusammenhängen noch eine Lochreihe ohne durchgehenden Kontakt bleibt. Das gilt gleichermaßen für Vorder- und Rückseite der Trägerplatte. Die durch die Entwicklung von Fotolack befreiten metallischen Oberflächen beider Seiten werden, z.B. galvanisch mit Cu und/oder Nickel, bis zu einer Dicke von einigen /um verstärkt. Die Verstärkung reicht auch - in abgeschwächter Dicke - in die Löcher hinein. Es entstehen Leiterbahnen, die noch durch die Fotolack-bedeckte dünne Metallschicht miteinander verbunden sind. Nach Entfernung des Fotolackes und Abätzung der dünnen Metallschicht bleiben auf beiden Seiten Leiterbahnen stehen, die voneinander elektrisch getrennt sind und jeweils über die Steuerlöcher durchkontaktiert sind. Die über die Lochfläche der Trägerplatte hinausreichenden Leiterbahnen können - Vorder- und Rückseite der Platte getrennt - elektrisch kontaktiert und gesteuert werden.

030066/0479

-$- VPA 79 P 1 128 BRD

Die erfindungsgemäße Steuerplatte hat den wesentlichen Vorteil, daß das nachträgliche Einbringen von Steueröffnungen in fertig metallisierte dicke Platten aus elektrisch isolierendem Material, z.B. durch Elektronenstrahl- oder Laser-Bohren vermieden wird. Durch die Metallisierung in den Löchern werden Aufladungseffekte in den Löchern vermieden und damit eine ausreichende Steuerwirkung erzielt. Darüberhinaus ist der Durchtritt von Ladungsträgern durch die Steuerlöcher aufgrund der Beseitigung der Aufladung der Lochwände nicht mehr "beschränkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei sind lediglich Schnitte durch eine Steuerplatte dargestellt. Zum Verständnis ihrer Funktion für die Gasentladungsanzeigevorrichtung sei auf die eingangs genannten deutschen Offenlegungsschriften verwiesen.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Schnitt durch eine Steuerlochreihe einer schematisch dargestellten Steuerplatte gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Bedampfung der Steuerplatte,

Fig. 4 die Fotolackfüllung bei einem Herstellungsverfahren der Steuerplatte und

Fig. 5 schematisch im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerplatte beim Herstellungsprozeß.

030086/0479

VPA 79 P 112 8 BRD

Die in Fig. 1 dargestellte Steuerplatte besteht aus einer Trägerplatte 4 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Fotoformglas. Auf einer Seite der Trägerplatte 4 sind als Zeilenleiter 2 und auf der anderen Seite als Spaltenleiter 1 eine Matrix bildende und jeweils getrennt aussteuerbare Leiterbahnen aufgebracht, die in den Kreuzungspunkten der Matrix durchgehende Steuerlöcher 3 haben. Die metallischen Leiterbahnen 1, 2 reichen in die Steuerlöcher 3 der Trägerplatte 4 definiert so weit hinein, daß die jeweiligen Lochreihen miteinander elektrisch verbunden sind und die Spaltenleiter 1 und die Zeilenleiter 2 voneinander sehr hochohmig (R ^ 100 M &- ) oder völlig voneinander getrennt sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel füllen die metallischen Leiterbahnen 1, 2 der Spaltenleiter 1 fast den ganzen Lochbereich der zugeordneten Steuerlöcher 3 aus, während die Zeilenleiter 2 nur ge» ringfügig in die diesen zugeordneten Steuerlöcher 3 in der Trägerplatte 4 hineinreichen. Mit dieser Ausführungsform werden noch bessere Steuereigenschaften erzielt.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung für die beidseitige Bedampfung einer 1 mm dicken Trägerplatte 4 (80 mm χ 80 mm) mit je einer Haftschicht (20 mn AIpO,) und einer Metallschicht (300 nm Cu) bei 170 ⁰C Substrattemperatur. Der maximale Winkel«: des auf das Substrat einfallenden BedampfungsStrahles 6 ist so gewählt, daß der Abstand 5 der in die Löcher 3 von beiden Seiten - nacheinander oder mit zwei Quellen - gedampften Cu-Schichten minimal (Stelle der größten Annäherung) 0,1 mm beträgt. Der

030066/0479

-/- VPA 79 P 1 128 BRD

Durchmesser der kreisrund ausgebildeten Löcher 3 beträgt 0,4 mm. Die mit dem Bezugszeichen 7 versehene Substrat-Drehachse steht senkrecht zur bedampften Oberfläche der Trägerplatte 4. Der Abstand der Verdampferquelle vom Substrat beträgt mehr als das fünffache des Substratdurchmessers; damit liegt die Abweichung von ec über die Substratfläche unter 9%,

Nach der Bedampfung wird beidseitig positiv arbeitender Fotolack in einer Dicke von ca. 5/um auf die Oberfläche aufgesprüht; die Löcher 3 werden mitbesprüht, sind aber dünner mit Fotolack belegt.

Eine Maske mit Linienmuster im 50/um-Abstand dient für beide Seiten - 90° versetzt - als Belichtungsmaske. Die beidseitige Justierung des Linienrasters erfolgt optisch über die Löcher 3 oder die Kanten des Fotoformglases. Die belichteten Bahnen und der Lack in den diffus belichteten Löchern 3 werden im Entwicklerbad abgelöst. Die blanken Kupferstellen werden galvanisch mit 3/um Kupfer und 1/um Nickel als Korrosionsschutz für das Kupfer verstärkt. Der Positivlack wird anschließend durch nochmaliges ganzflächiges beidseitiges Belichten und Entwicklerbad entfernt. Die Leiterbahntrennung erfolgt durch Abätzen der freigelegten Kupferflächen z.B.

mit FeCl,-Lösung.

Eine Abschlußreinigung wird mit Ultraschall in Aceton und/oder in wässrigen sauren und basischen Lösungen sowie Wasser-Bädern durchgeführt.
Außer mit kreisrund ausgebildeten Löchern 3 ist die Durchführung mit elliptischen, quadratischen und rechteckigen Löchern 3 ebenso möglich. Zur Berechnung des maximalen Bedampfungswinkels aC wird dann die Lochdiagonale herangezogen.

030066/0479

-/- VPA 79 P 1 1 2 8 BRD

An Stelle von gesprühten Fotolackschichten kann auch mit negativ oder positiv arbeitenden Resist-Folien gearbeitet werden.

Fig. 4 zeigt eine nach einem abgewandelten Verfahren hergestellte Steuerplatte. Auf die aus Keramik bestehende Trägerplatte 4 wird eine Kupfer-Metallisierung aufgebracht, die auf der Oberfläche beider Seiten und durchgehend in den Löchern 3 sitzt. Als Verfahren eignen sich z.B. Bedampfungen unter großen Winkeln oL (she. Fig* 3) und stromlose Abscheidsprozesse. Die Schichtdicke auf den Oberflächen beider Seiten beträgt etwa 300 nm.

Es wird von einer Seite sehr naß Positiv-Fotolack aufgesprüht, der sich aufgrund der Kapillarkräfte zum großen Teil in die Löcher 3 bewegt und an der Oberfläche - in noch flüssigem Zustand - entfernt wird (z.B. Gummikante). Die Sprührichtung ist durch Pfeile 9 angedeutet. Nach waagrechter Trocknung der Trägerplatte 4 bildet sich in den Löchern 3 eine Pfropfenstruktur 8. Die Dicke der Pfropfen 8 beträgt in der Mitte minimal ca. 100/um, maximal ca. 300 /um. Anschließend wird beidseitig 5 /um dick Positiv-Fotolack aufgesprüht.

Die Strukturerzeugung erfolgt in der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Weise mit einer Linien-Maske. Die Belichtungszeiten werden so kurz gewählt, daß die Pfropfen 8 nicht durchbelichtet werden und nach beidseitiger Belichtung und Entwicklung der Trägerplatte 4 die von den Pfropfenrändern belegte Wandhöhe mindestens noch 100/um beträgt, während die Lochwände von beiden Seiten her bis zu den Pfropfen von Fotolack befreit sind.

030066/0479

VPA 79P 1-128 BRD

Durch galvanische Verstärkung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden die Leiterbahnen aufgebaut. AnschlieSend wird beidseitig sehr intensiv belichtet und der restliche Fotolack von den Leiterbahnen und die Pfropfen 8 aus den Löchern 3 abentwickelt.

Durch die darauffolgende Kupferätzung mit FeCl,-Lösung werden sowohl die Leiterbahnen voneinander getrennt als auch die von den Pfropfen 8 befreiten, nicht verstärkten Metallringe in den Löchern 3 abgeätzt, wodurch die

O Metallisierungen der beiden Seiten voneinander getrennt werden. Die Abschlußreinigung erfolgt wie in dem in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine durch die Löcher 3 durchgehend beidseitig mit einer Metallisierung 11 versehene Trägerplatte 4 von einer Seite (Spaltenseite) mit positiv arbeitendem Fotolack 10 besprüht und anschließend auf der anderen Seite mit Negativ-Fotolack 12 besprüht. Die Schichtdicken betragen jeweils 5/um. Raster und Abmessungen der Trägerplatte 4 entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. Es werden zwei Belichtungsmasken verwendet. In der ersten Belichtung wird die Spaltenseite belichtet, so daß die einzelnen Lochreihen - und die sie verbindenden

'5 Leiterbahnen - belichtet werden und gleichzeitig der von der Zeilenseite her in die Löcher 3 gesprühte Negativ-Lack am gegenüberliegenden Ende der Löcher 3 vernetzt wird. Anschließend wird mit der Maske die Zeilenseite belichtet, so daß die jeweils Über die Lochreihen

Ό und um die Löcher 3 herumlaufenden Leiterbahnen nicht belichtet werden.
Nach Entwicklung beider Fotolack-Systeme steht Fotolack

030066/0479

2331077

Ί3- ^VPA 79 P 112 8 BRD

nur noch als Abstandslinien der Leiterbahnen und in den Löchern 3 bleiben nur noch Negativ-Lack-Ringe am "Zeilenende" der Löcher 3 stehen. Die freigelegten Kupferbahnen über die Löcher 3 und die mit den Spaltenleitungen zusammenhängenden Metallisierungen der Löcher 3 werden galvanisch verstärkt.

Nach Entfernung aller Fotolackreste und der dadurch freigelegten Cu-Reste auf Bahnen und in Löchern ist die Trennung der Leiterbahnen voneinander sowie die Trennung der Metallisierungen von Spaltenseite und Zeilenseite sichergestellt.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Insbesondere bei dem Herstel- !längsverfahren der Steuerplatte kann es vorteilhaft sein, fotosensitive Metallpasten zu verwenden, die z.B. durch Siebdruck ganssflächig aufgebracht werden können. Je nach angewandtem Unterdruck ist es dabei möglich, die Schicht mehr oder weniger tief in die Löcher hin- .

einragen zu lassen. Die BeIichtungs-Ablöse- und Temperprozesse können dann in der üblichen Weise vorgenommen werden.

4 Ansprüche,

5 Figuren.

030066/0479

Claims

-/- VPA 79 P 1 1 2 8 BRD

Steuerplatte für eine Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einer Trägerplatte aus elektrisch isolierendem Material, die auf ihrer einen Seite als Zeilenleiter und auf ihrer anderen Seite als Spaltenleiter eine Matrix bildende und jeweils getrennt ansteuerbare Metallische Leiterbahnen trägt und zusammen mit diesen Bahnen in den Kreuzungspunkten der Matrix durchgehende Steuerlöcher hat, dadurch gekennzeichnet , daß die metallischen Leiterbahnen (1, 2) in die Steuerlöcher (3) der Trägerplatte (4) definiert hineinreichen, daß die jeweiligen Lochreihen miteinander elektrisch' verbunden sind und daß die Spaltenleiter (1j und die Zeilenleiter (2) voneinander sehr hochohmig (R ^ 100 M SL ) oder völlig voneinander getrennt sind.
2. Steuerplatte nach Anspruch 1, dadurch g e k en nzeichnet , daß die metallischen Leiterbahnen (1, 2) der Spaltenleiter (1) fast den ganzen Lochbereich der zugeordneten Steuerlöcher (3) ausfüllen und daß die metallischen Leiterbahnen (1, 2) der Zeilen leiter (2) nur geringfügig in die diesen zugeordneten Steuerlöcher (3) reichen.
3. Steuerplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerplatte (4) aus Glas oder Keramik besteht und Dicken zwischen 0,3 und 2 mm aufweist.
4. Verfahren zum Herstellen einer Steuerplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

30 0 8ß/0
ORIGINAL INSP

-2- VPA 79 P t 128 BRD

gekennzeichnet , daß die mit Steuerlöchern (3) versehene Trägerplatte (4) beidseitig ganzflächig metallisiert wird, daß die Metalloberflächen mit Fotolack beschichtet werden, daß zur Erzeugung der Struktur der Leiterbahnen (1, 2) jeweils auf beiden Seiten der Trägerplatte (4), zueinander senkrecht stehend, ein Linien-Raster über Masken aufbelichtet wird, daß die bei der Entwicklung vom Fotolack befreiten metallischen Oberflächen beider Seiten der Trägerplatte (4) galvanisch mit Kupfer und/oder Nickel bis zu einer Stärke von einigen /um verstärkt werden und daß anschließend der restliche Fotolack entfernt und die restliche dünne Metallschicht abgeätzt werden, so daß auf beiden Seiten der Trägerplatte (4) die Leiterbahnen (4) stehen, die voneinander elektrisch getrennt sind und zumindest teilweise in die Steuerlöcher (3) hineinreichen.

030068/0479