-
Gebiet der
Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Flachbildschirm und ein Verfahren zum Bereitstellen von Abstandshaltern
in einem Flachbildschirm und insbesondere ein Verfahren zum Verwenden
des Metall-Metall-Bondens, um Abstandshalter an einer Anzeigeplatte
eines Flachbildschirms zu befestigen.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Abstandshalter für Flachbildschirme wie zum Beispiel
Feldemissionsdisplays sind in der Technik bekannt. Ein Feldemissionsdisplay
umfasst eine Ummantelung mit einem luftleeren Zwischenraumbereich
zwischen zwei Anzeigeplatten. Elektronen wandern über den
Zwischenraumbereich von einer Katodenplatte (auch bekannt als Katode
oder Rückplatte), auf
der Elektronenemitterstrukturen, wie zum Beispiel Spindt-Spitzen,
gefertigt sind, zu einer Anodenplatte (auch bekannt als Anode oder
Frontplatte), auf der lichtemittierende Materialien oder "Leuchtstoffe" abgeschieden sind.
Normalerweise liegt der Druck in dem luftleeren Zwischenraumbereich
zwischen der Katoden- und der Anodenplatte in der Größenordnung
von 1,33 × 10–4 Pa
(10–6 Torr).
-
Die Katodenplatte und die Anodenplatte
sind dünn,
um ein geringes Gewicht des Displays bereitzustellen. Wenn die Anzeigefläche klein
ist, wie zum Beispiel bei einem Display mit einer Diagonale von 2,54
cm (1 Inch), und eine normale Glasschicht mit einer Dicke von etwa
0,10 cm (0,04 Inch) für
die Platten verwendet wird, wird das Display nicht zusammenfallen
oder sich signifikant durchbiegen. Wenn die Anzeigefläche jedoch
größer wird,
reichen die dünnen
Platten nicht aus, um dem Druckunterschied standzuhalten, damit
das Zusammenfallen oder Durchbiegen beim Evakuieren des Zwischenraumbereichs
verhindert wird. Auf einen Bildschirm mit einer Diagonale von 76,2
cm (30 Inch) wird zum Beispiel eine Atmosphärenkraft von mehreren Tonnen
ausgeübt.
Aufgrund dieses gewaltigen Druckes spielen Abstandshalter bei großflächigen,
leichten Displays eine wesentliche Rolle. Abstandshalter sind Strukturen,
die zwischen der Anoden- und
der Katodenplatte eingebaut sind. In Verbindung mit den dünnen, leichten
Platten tragen die Abstandshalter den Atmosphärendruck, so dass die Anzeigefläche vergrößert werden
kann, wobei die Plattenstärke
wenig oder gar nicht zunimmt.
-
Für
die Bereitstellung von Abstandshaltern wurden mehrere Verfahren
vorgeschlagen. Bei einigen dieser Verfahren werden Bauteile an der
Innenfläche
einer der Anzeigeplatten befestigt. Bei einem solchen Verfahren
nach dem Stand der Technik werden Glasstäbe oder -stifte an einer der
Anzeige platten befestigt, indem an einem Ende des Stabes oder Stiftes
eine Glasfritte aus Entglasungslötmetall
aufgebracht wird und die Fritte auf die Innenfläche einer der Anzeigeplatten
gebondet wird. Bei diesem Verfahren gibt es Probleme wie zum Beispiel
Brüchigkeit der
Bondverbindung, Verunreinigung mit Partikeln, Verschmierung auf
Pixels, uneinheitliche Höhe
des mit der Fritte versehenen Abstandshalters wegen anfänglicher
Höhenunterschiede
bei den Stäben
oder Stiften, und die Abstandslalter sind nicht senkrecht aufgrund
von Verschiebungen beim Abkühlen
der Fritte. Weitere vorgeschlagene Verfahren zum Bonden von Abstandshaltern
auf eine Anzeigeplatte umfassen die Verwendung von organischen Klebern. Organische
Kleber werden jedoch weggebrannt, bevor das Gehäuse versiegelt und ein Druckunterschied
aufgebracht wurde, wodurch die Abstandshalter dazu prädisponiert
sind, sich in der Ummantelung des Displays zu lockern oder zu verschieben.
-
Abstandshalter für Feldemissionsdisplays müssen die
Last des Druckunterschieds einigermaßen gleichmäßig über die Vielzahl von Abstandshaltern
verteilen. Andernfalls kann eine ungleichmäßige Lastverteilung zum Bruch
von Abstandshaltern oder zum Bruch der Anzeigeplatten führen. Damit
gelangen Verunreinigungen in das Display, oder das Display wird
vollständig
zerstört.
Eines der mit der Fertigung von Abstandshaltern verbundenen Probleme
ist die Veränderung
in der Höhe
des Bauteils wegen Fehlern in den Verfahren zur Herstellung der
Bauteile. Es ist jedoch eine gleichmäßige Höhe der lasttragenden Abstandshalter
erforderlich. Eine enge Toleranz in der Höhe der Abstandshalter ist erforderlich, um
eine gleichmäßige Lastverteilung
unter der Vielzahl von Abstandshaltern sicherzustellen.
-
Ein weiteres Problem bei bekannten
Verfahren zur Bereitstellung von Abstandshaltern ist die potentiell
schädliche
Auswirkung einer Verunreinigung mit Partikeln. Wenn der Rand eines
Abstandshalters ein verunreinigendes Partikel in dem Display berührt, konzentriert
sich die Belastung an der Stelle des Kontakts mit dem Partikel.
Dies führt
zu einem Spannungsanstieg in dem Abstandshalter und zu einem möglichen
Bruch.
-
Die EP-A2-0 616 354 offenbart einen
Flachbildschirm und ein Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl
von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm mit einer ersten und
einer zweiten Anzeigeplatte.
-
Es besteht also ein Bedarf an einem
Verfahren zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm,
das eine im Wesentlichen gleichmäßige Lastverteilung
unter den Abstandshaltern bereitstellen kann, mit den Temperaturen
anschließender Verarbeitungsschritte
kompatibel ist und mit der sauberen Hochvakuumumgebung in einem
Feldemissionsdisplay kompatibel ist.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
In einer ersten Ausgestaltung stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl
von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm gemäß Anspruch 1 bereit.
-
In einer weiteren Ausgestaltung stellt
die vorliegende Erfindung einen Flachbildschirm gemäß Anspruch
7 bereit.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 und 2 isometrische Ansichten
von Strukturen, die realisiert werden durch die Durchführung verschiedener
Schritte einer Ausführungsform eines
Verfahrens zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
3 und 4 eine isometrische Ansicht
bzw. eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Anode;
-
5 eine
isometrische Ansicht einer Anode, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens
zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
6 eine 4 ähnliche Querschnittsansicht
einer Anode, die realisiert wird durch die Durchführung verschiedener
Schritte einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
7 eine
isometrische Ansicht einer Struktur, die realisiert wird durch Befestigen
der Struktur von 2 an
der Struktur von 5,
indem verschiedene Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt werden;
-
8 eine
Querschnittsansicht einer Struktur, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens
auf der Struktur von 7 gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
9 eine 8 ähnliche Querschnittsansicht
einer Struktur, die realisiert wird durch die Durchführung ver schiedener
Schritte einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
10 eine 8 ähnliche Querschnittsansicht
einer Struktur, die realisiert wird durch die Durchführung verschiedener
Schritte einer Ausführungsform
eines Verfahrens auf der Struktur von 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
11 eine
isometrische Ansicht einer Struktur, die realisiert wird durch die
Durchführung verschiedener
Schritte einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
12 eine
isometrische Ansicht einer Struktur, die realisiert wird durch die
Durchführung verschiedener
Schritte einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm;
-
13 und 14 isometrische Ansichten
von Strukturen, die realisiert werden durch die Durchführung verschiedener
Schritte einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm;
-
15 eine
Querschnittsansicht der in 14 dargestellten
Struktur;
-
16 eine
Querschnittsansicht einer Struktur, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte auf der in 15 dargestellten Struktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
17 eine
Querschnittsansicht einer Struktur, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zum
Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
-
Anhand von 1 ist nun eine isometrische Ansicht einer
Struktur 100 dargestellt, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens
zum Befestigen von Abstandshaltern 102 in einem Flachbildschirm
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Struktur 100 wird hergestellt, indem zunächst eine
Vielzahl von Elementen 104 bereitgestellt wird. Die Elemente 104 haben
eine im Wesentlichen einheitliche Höhe und eine Länge im Bereich von
etwa 1–100
mm. Die einheitliche Höhe
liegt im Bereich von 0,1–3
mm und richtet sich nach der vorbestimmten Höhe zwischen den Anzeigeplatten
des Flachbildschirms. Die Vielzahl von Elementen 104 sollten
eine recht einheitliche Höhe
haben, damit eine gleichmäßige Belastung
der Abstandshalter 102 in dem Flachbildschirm erreicht
werden kann, aber normalerweise gibt es eine Schwankung in der Höhe der Elemente 104 im
Bereich von etwa 1–5 μm. Bekannte Verfahren
zum Befestigen der Elemente 104 bieten jedoch nicht genügend Nachgiebigkeit,
um die Höhenschwankung
zwischen den einzelnen Elementen 104 zu kompensieren; zum
Beispiel bieten mit einer Fritte befestigte Abstandshalter aus Glas
unter den herkömmlichen
Belastungsbedingungen eines Abstandshalters in einem Feldemissionsdisplay
nur eine Nachgiebigkeit von etwa 0,1 μm. Ausführungsformen eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung stellen eine ausreichende Nachgiebigkeit bereit, so dass
die Einheitlichkeit der Abstandshalter bei einer Hö hentoleranz
von bis zu 35 μm
bei den Elementen 104 erreicht wird. Die Elemente 104 haben eine
Breite im Bereich von 25-250 μm. Die Breite hängt ab von
den Abmessungen des zum Anbringen der Abstandshalter 102 zur
Verfügung
stehenden Raumes, zum Beispiel zwischen Pixels. Die Elemente 104 bestehen
aus einem dielektrischen Material, das bei der bevorzugten Ausführungsform
eine Keramik umfasst. Es können
auch noch andere geeignete dielektrische Materialien verwendet werden,
wie zum Beispiel Glaskeramik, Glas oder Quarz. Bei dieser speziellen
Ausführungsform
wird eine Keramikplatte in Stücke
geschnitten, zum Beispiel in Rippen, wodurch die Elemente 104 gebildet
werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die Abstandshalter 102 flache Strukturen; bei anderen
Ausführungsformen
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung haben die Abstandshalter 102 jedoch noch andere
Formen. Das Schneiden kann mit einer von mehreren zur Verfügung stehenden
Präzisionssägen wie
zum Beispiel einer Diamantsäge
durchgeführt werden,
die von Firmen wie Norton and Manufacturing Technology, Inc. geliefert
werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens haben die Elemente 104 eine Höhe von 1
Millimeter, eine Breite von 0,1 Millimeter und eine Länge von
5 Millimeter. Diese Abmessungen richten sich nach dem vorbestimmten
Abstand zwischen den Anzeigeplatten, den Abmessungen des zum Anbringen
der Abstandshalter auf den Innenflächen der Anzeigeplatten zur
Verfügung
stehenden Raumes und der erforderlichen Tragfähigkeit jedes Abstandshalters 102.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Elemente 104 aus einem Borsilicat-Aluminiumoxid-Material
in Form eines Bandes mit einer Dicke von 0,1 Millimetern, wobei
das Band gebrannt und in einer zweiseitigen Läppmaschine geläppt wur de.
Ein solches Band wird von DuPont geliefert. Nachdem die Elemente 104 bereitgestellt
wurden, werden sie aufeinandergestapelt, so dass ihre Seitenflächen 105 aneinander
anliegen und ihre Ränder 106 freiliegen.
Die Ränder 106 der
Elemente 104 werden dann mit einem geeigneten Metall beschichtet,
um eine Verbindungsschicht 108 bereitzustellen. Der Beschichtungsschritt
kann durchgeführt
werden, indem die Elemente 104 in eine unter Federspannung
stehende Maskenhalterung eingesetzt werden, die die Elemente 104 festhält und verhindert,
dass andere Abschnitte der Elemente 104 als die Ränder 106 beschichtet werden.
Die Ränder 106 werden
nach einem beliebigen Verfahren aus einer Anzahl von Standardabscheideverfahren
einschließlich
dem Vakuumaufdampfen beschichtet. Bei dieser speziellen Ausführungsform
besteht die Verbindungsschicht 108 aus Gold und hat eine
Dicke von 0,3–2 μm. Bei anderen Ausführungsformen
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung werden andere Metalle wie zum Beispiel Aluminium auf den
Rändern 106 abgeschieden;
die Dicke der Verbindungsschicht 108 richtet sich nach
der Art des verwendeten Metalls und der Art des Metalls, auf das
sie anschließend
gebondet wird. Die aus Metall bestehende Verbindungsschicht 108 muss
sich zur Herstellung einer Metall-Metall-Bondverbindung nach einem
aus einer Anzahl von Standardverfahren wie zum Beispiel dem Thermokompressionsbonden,
dem Ultraschallbonden und dem kombinierten Thermokompressions- und
Ultraschallbonden eignen. Die Struktur 100 wird dann in
einzelne, beschichtete Abstandshalter 102 zerteilt, indem
man die Verbindungsschicht 108 an den Stellen bricht, die
sich mit den Seitenflächen 105 decken.
Bei einer anderen Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens werden gegenüberliegende Ränder 109 der Elemente 104 vor
dem Schritt des Zerteilens der Struktur 100 in Abstandshalter 102 auf ähnliche
Weise metallisiert, so dass eine Metall-Metall-Bondverbindung auch
an den Rändern 109 hergestellt
werden kann.
-
Anhand von 2 wird nun eine isometrische Ansicht
einer Struktur 110 dargestellt, die realisiert wird durch
die Durchführung
verschiedener Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zum
Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Struktur 110 umfasst einen Abstandshalter 102 und zwei
metallische nachgiebige Elemente 112, die an der Verbindungsschicht 108 des
Abstandshalters 102 über
Metall-Metall-Bondverbindungen
befestigt sind. Bei anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
nur ein metallisches nachgiebiges Element oder mehr als zwei metallische
nachgiebige Elemente verwendet werden. Die metallischen nachgiebigen
Elemente 112 umfassen ein Metall mit einer niedrigen Streckfestigkeit,
wodurch ein Material mit einer geeigneten Nachgiebigkeit bereitgestellt
wird, um einen einheitlichen Abstand zwischen den Anzeigeplatten
des Flachbildschirms bereitzustellen, wie nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird. Die metallischen nachgiebigen Elemente 112 haben
außerdem
eine Geometrie, die eine Metall-Metall-Bondverbindung
erleichtert. Die Geometrie der metallischen nachgiebigen Elemente 112 beeinflusst
die Höhe
der Kraft, die erforderlich ist, um mit ihnen hergestellte Metallbindungen
zu schaffen; sie beeinflusst auch die Streckrate der metallischen nachgiebigen
Elemente 112, ein günstiger
Wert, der die gewünschte
Nachgiebigkeit der metallischen nachgiebigen Elemente 112 bereitstellen
wird. Bei dieser speziellen Ausführungsform
umfassen die metallischen nachgiebigen Elemente 112 im
Wesentlichen runde Kugeln. Die Verwendung von im wesentlichen rundem
Draht oder runden Kugeln ist vorteilhaft, da diese Formen zu einer
Bondkraft führen,
die niedrig ist und den Bruch der Abstandshalter 102 während des
Bondens verhindern kann, und die Streckkraft bzw. die Kraft, die
ausreicht, um eine plastische Verformung herbeizuführen, ist
niedrig genug, um eine ausreichende Verformung der metallischen
nachgiebigen Elemente 112 bereitzustellen, um die bei den
Elementen 104 normalerweise auftretenden Höhentoleranzen
auszugleichen. Bei dieser speziellen Ausführungsform bestehen die metallischen
nachgiebigen Elemente 112 aus einer Goldlegierung, die
1–2 Palladium
enthält.
Bei anderen Ausführungsformen
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung bestehen die metallischen nachgiebigen Elemente 112 im
Wesentlichen aus reinem Gold. Wenn sich beim Kugelbonden eine Kugel
von dem Draht löst,
entsteht ein Abbrechschwanz. Die Gold-Palladium-Legierung hat den Vorteil
eines Abbrechschwanzes, der gleichmäßiger ist und gleich über der
Kugel bricht. Bei dieser speziellen Ausführungsform werden die metallischen
nachgiebigen Elemente 112 unter Verwendung einer aus einer
Anzahl von herkömmlichen
Goldkugelbondmaschinen, wie sie von Hybond, K&S und Hughes hergestellt werden,
auf der Verbindungsschicht 108 ausgebildet und auf diese
gebondet. Das Gold erhält
man über
einen 0,018 mm (0,7 mil) starken Golddraht wie er von Hydrostatics
oder American Fine Wire geliefert wird. Mit Hilfe des herkömmlichen
Golddraht-Bondgeräts werden
Goldkugeln auf die Verbindungsschicht 108 gelegt und nach
einem von verschiedenen Metallkompressions-Bondverfahren befestigt. Gold hat eine
einigermaßen
niedrige Streckfestigkeit, so dass Nachgiebigkeit erzielt wird, ohne
dass die Abstandshalter 102 brechen. Die metallischen nachgiebigen Elemente 112 umfassen
Goldkugeln mit einem Durchmesser von etwa 75 μm, so dass sie in ihrer nach
dem Bonden vorliegenden Geometrie in dem zur Verfügung stehenden
Raum zwischen Pixelreihen einer Anzeigeplatte eines Feldemissionsdisplays untergebracht
sein werden. Bei anderen Ausführungsformen
des vorliegenden Verfahrens werden Bondkugeln unterschiedlicher
Größen verwendet,
je nach den Abmessungen des zum Bonden zur Verfügung stehenden Raumes. Die
Größe der Kugel
kann verändert
werden durch Verändern
des Durchmessers des Drahtes, aus dem die Kugeln hergestellt werden.
-
Bei anderen Ausführungsformen eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen die metallischen nachgiebigen Elemente 112 auf den
Elementen 104 ausgebildete Metallabscheidungen. Die Abscheidungen
können
halbkugelförmig sein
oder die Form eines ansonsten ähnlich
geformten Sockels haben. Die Sockel können durch wahlweise galvanische
Abscheidung von Gold auf eine Verbindungsschicht aufgebracht werden.
Die Verbindungsschicht umfasst eine Haftschicht, die auf dem Rand
des Elements 104 ausgebildet ist, und eine Keimschicht,
die auf der Haftschicht ausgebildet ist. Die Haftschicht umfasst
ein geeignetes Metall wie zum Beispiel Titan, und die Keimschicht
besteht aus einem geeigneten Keimungsmaterial wie zum Beispiel Gold.
Die metallischen nachgiebigen Elemente 112 können außerdem Metallstrukturen
umfassen, die auf die Ränder 106 aufgewachsen
wurden, indem wahlweise ein Metall über chemische Galvanisierlösungen abgeschieden
wurde. Die metallischen nachgiebigen Elemente 112 können auch
durch Schattenmaskenabschei dung oder durch ein strukturerzeugendes Ätzverfahren
bereitgestellt werden.
-
Anhand von 3 und 4 sind nun eine isometrische
Ansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Standardanode 120 für ein Feldemissionsdisplay
dargestellt. Die Anode 120 umfasst eine transparente Platte 122,
die normalerweise aus Glas besteht. Die Anode 120 umfasst
ferner eine Vielzahl von Pixels 124, die Abscheidungen
eines lichtemittierenden Materials wie zum Beispiel eines katodolumineszierenden
Materials oder eines Leuchtstoffs umfassen. Die Pixels 124 sind
in einer Anordnung aus Reihen und Spalten angeordnet. Zwischen den
Reihen und Spalten von Pixels 124 gibt es eine Vielzahl
von Bereichen 126. Die Bereiche 126 dienen zur
Herstellung eines physischen Kontakts mit Abstandshaltern, so dass
ein vorbestimmter Abstand zwischen der Anode 120 und der
Katodenanzeigeplatte beibehalten werden kann, ohne die lichtemittierende
Funktion des Displays zu beeinträchtigen. 4 zeigt eine Querschnittsansicht
einer Anode 120, wobei der Schnitt durch eines der Pixels 124 gelegt
ist. Normalerweise umfasst die Anode 120 auf ihrer Innenfläche ausgebildete
Schichten 127, 128, 129. Die Schicht 127 umfasst
Chromoxid; die Schicht 128 umfasst Chrom; und die Schicht 129 umfasst eine
dünne Schicht
aus Aluminium, die eine Dicke von etwa 70 nm (700 Angström) hat und
als optischer Reflektor dient. Ein metallisches nachgiebiges Element,
das einen Draht aus Aluminium umfasst, kann mittels Ultraschall
auf die Schichten 128 und 129 gebondet werden.
Die metallischen nachgiebigen Elemente 112, einschließlich der
Goldkugeln, verbinden sich jedoch über Thermokompressionsverfahren nicht
ausreichend mit der Schicht 129; die Schicht 129 ist
nicht dick genug, um mit den metallischen nachgiebigen Elementen 112 eine
metallische Thermokompressionsbindung zu bilden. Wenn die metallischen
nachgiebigen Elemente jedoch Aluminiumdraht umfassen, können sie
mittels Ultraschall auf die Schicht 129 gebondet werden.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass Drahtenden in
der Ummantelung des Displays stehenbleiben können. Außerdem ist die Schicht 129 nicht
in allen Feldemissionsdisplays enthalten; sie ist nur in Hochspannungs-Feldemissionsdisplays
enthalten, die dem Verlust an elektrischem Potential standhalten
können,
der auftritt, wenn emittierte Elektronen durch die Schicht 129 wandern,
bevor sie an den abgeschiedenen Leuchtstoffen ankommen. Um die Struktur 110 von 2 an der Anode eines Feldemissionsdisplays
zu befestigen, erfordert eine herkömmliche Anode 120 Modifikationen,
die nachfolgend anhand von 5 und 6 ausführlicher beschrieben werden.
-
Anhand von 5 ist nun eine isometrische Ansicht einer
modifizierten Anode 130 dargestellt, die realisiert wird
durch die Durchführung
verschiedener Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zum
Befestigen von Abstandshaltern 102 in einem Flachbildschirm
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die modifizierte Anode 130 umfasst eine Vielzahl
von metallischen Anschlussflächen 132,
die zwischen den Pixels 124 an den Stellen angeordnet sind,
wo die Abstandshalter 102 zu befestigen sind. Ein entsprechendes
Layout von Abstandshaltern 102 in dem Feldemissionsdisplay
ist vorgegeben, um eine ausreichende konstruktionsmäßige Abstützung zwischen
der modifizierten Anode 130 und der Katodenplatte bereitzustellen.
Bei dieser speziellen Ausführungsform
umfassen die metallischen Anschlussflächen 132 Streifen
aus Aluminium, die zwischen den Reihen von Pixel
124 abgeschieden
sind. Außerdem umfasst
die modifizierte Anode 130 eine transparente Platte 122,
die aus einer Glasplatte mit einer Dicke von 1,1 Millimeter besteht,
so dass der Abstand der metallischen Anschlussflächen etwa 15 Millimeter beträgt. Es können auch
transparente Platten mit anderen Abmessungen verwendet werden, wodurch andere
Layouts für
die Abstandshalter erforderlich sind. Die metallischen Anschlussflächen 132 werden nach
einem aus einer Anzahl von geeigneten Abscheideverfahren wie zum
Beispiel durch Aufstäuben unter
Verwendung einer geeigneten Maske aufgebracht. Die metallischen
Anschlussflächen 132 haben
eine Dicke von etwa 2 μm
und eine Breite von etwa 100 μm.
-
Anhand von 6 ist nun eine 4 ähnliche
Querschnittsansicht einer Anode 140 dargestellt, die realisiert
wird durch die Durchführung
verschiedener Schritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist eine metallische
Anschlussfläche 142 in
allen Bereichen 126 angeordnet, so dass die metallischen
nachgiebigen Elemente 112 irgendwo innerhalb der Bereiche 126 zwischen
den Pixels 124 gebondet werden können. Die Anode 140 wird
hergestellt, indem zuerst auf der transparenten Platte 122 eine
Schicht Chromoxid, eine Schicht Chrom und dann eine Schicht Aluminium
mit einer Dicke von etwa 1.000 nm (10.000 Angström) abgeschieden wird. Dann
werden mit Hilfe von Ätzverfahren
Löcher
in der Chromoxid-, Chrom- und Aluminiumschicht an den gewünschten
Stellen für die
Leuchtstoffabscheidungen der Pixel 124 ausgebildet, wodurch
die Schichten 127, 128 und die metallische Anschlussfläche 142 bereitgestellt
werden. Bei Hochspannungs-Feldemissionsdisplays wird dann die Schicht 129,
die eine dünne
Schicht Aluminium mit einer Di cke von etwa 70 nm (700 Angström) umfasst,
auf der gesamten Innenfläche
abgeschieden. Die metallische Anschlussfläche 142 muss so dick
sein, dass die metallischen nachgiebigen Elemente 112 der
Struktur 110 (2)
eine geeignete Metallbindung mit der metallischen Anschlussfläche 142 bilden
können.
Bei einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine metallische Anschlussfläche unter Verwendung der selektiven
Abscheidemaske aufgebracht werden, die zum Abscheiden des Chroms
der Schicht 128 verwendet wird.
-
Anhand von 7 ist nun eine isometrische Ansicht einer
Struktur 150 dargestellt, die realisiert wird durch Befestigen
mehrerer Strukturen 110 (2)
an einem Abschnitt der modifizierten Anode 130 (5), indem verschiedene Schritte
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zum Befestigen von Abstandshaltern in einem Flachbildschirm
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurden. In der Struktur 150 werden die metallischen nachgiebigen
Elemente 112 an Abschnitten der metallischen Anschlussflächen 132 befestigt,
wodurch die Abstandshalter 102 an der modifizierten Anode 130 befestigt
werden, so dass die Abstandshalter 102 während der
anschließenden
Einbauschritte bei der Fertigung des Flachbildschirms in einer senkrechten Ausrichtung
zu der Innenfläche
der modifizierten Anode 130 bleiben. Die Metallbindung
zwischen den metallischen nachgiebigen Elementen 112 und
den metallischen Anschlussflächen 132 kann
nach einem aus einer Anzahl von herkömmlichen Metall-Metall-Bondverfahren
hergestellt werden, zum Beispiel durch Thermokompressionsbonden,
kombiniertes Thermokompressions- und Ultraschallbonden, Ultraschallbonden,
und dergleichen. Bei dieser speziellen Ausführungsform wird ei ne Maschine
zum Thermokompressionsbonden verwendet. Die Strukturen 110 werden
in eine beheizte Vorrichtung gelegt, bei der ein Vakuum verwendet
wird, um die Strukturen 110 in einer senkrechten Ausrichtung
zu der modifizierten Anode 130 zu halten und die metallischen
nachgiebigen Elemente 112 in physischen Kontakt mit den
metallischen Anschlussflächen 132 zu
bringen, wodurch ein nachgiebiger Bereich 152 bereitgestellt
wird, der das metallische nachgiebige Element 112, die
metallische Anschlussfläche 132 und
die Verbindungsschicht 108 an einer gegebenen Kontaktierungsstelle zwischen
den metallischen nachgiebigen Elementen 112 und den metallischen
Anschlussflächen 132 umfasst.
Das Metall-Metall-Bonden zwischen den metallischen nachgiebigen
Elementen 112 und den metallischen Anschlussflächen 132 wird
bei erhöhten
Temperaturen durchgeführt.
Der Maximalwert der erhöhten
Temperatur liegt im Bereich von 20–500°C. Bei dieser speziellen Ausführungsform
beträgt
die Höchsttemperatur
etwa 350°C.
Eine Bondkraft wird zwischen den metallischen nachgiebigen Elementen 112 und
den metallischen Anschlussflächen 132 aufgebracht.
Dazu wird eine Last auf den gegenüberliegenden Rand 109 der
Struktur 110 aufgebracht, wie durch die nach unten zeigenden
Pfeile in 7 angedeutet.
Eine geeignete Last umfasst eine Masse, die etwa 80–350 Gramm
pro Bondkugel bereitstellt; bei dieser speziellen Ausführungsform
ergibt dies eine Last von etwa 160-700 Gramm pro Struktur 110.
Bei dieser speziellen Ausführungsform
werden die Strukturen 110 einzeln befestigt. Den oben genannten Temperatur-
und Kraftverhältnissen
kann das Element 104 leicht standhalten. Der Wert der Bondkraft hängt von
der Bondfläche
ab und lässt
sich durch einen Fachmann ohne weiteres ermitteln. Die Berechnung
basiert auf der speziellen Geometrie der metallischen nachgiebigen
Elemente und der Bondfläche. Gleichzeitig
mit dem Aufbringen der Bondkraft werden die nachgiebigen Bereiche 152 erwärmt, wodurch
die nachgiebigen Bereiche 152 verformt und Metall-Metall-Bondverbindungen
hergestellt werden. Die Verformung an den Punkten eines physischen Kontakts
zwischen den metallischen nachgiebigen Elementen 112 und
den metallischen Anschlussflächen 132 führt dazu,
dass Oberflächenoxide
auf dem Aluminium aufgespalten werden, so dass eine Bindung zwischen
den Metallen Gold und Aluminium möglich wird. Bei anderen Ausführungsformen
des vorliegenden Verfahrens zeigen die verwendeten Metalle keine
Oberflächenoxidation,
so dass das Erfordernis der Verformung nicht so wichtig ist wie
bei dieser speziellen Ausführungsform.
Bei noch anderen Ausführungsformen
des vorliegenden Verfahrens kann mit Ultraschallbonden oder einem
kombinierten Thermokompressions- und Ultraschallbonden gearbeitet
werden, wobei entweder die Struktur 110 oder die modifizierte
Anode 130 in einen Ultraschalltrichter eingespannt wird,
der während
des Kontaktierungsschrittes mit etwa 60 kHz vibriert. Bei den obigen Werten
für Temperatur
und Bondkraft beträgt
die Bondzeit nach dem Aufbringen der vollen Bondkraft etwa 5–10 Sekunden.
Nach Ablauf dieser Bondzeit wird die Saugwirkung des Vakuums aufgehoben
und die Bondkraft bzw. -last wird zurückgenommen. Jeder folgende
Abstandshalter 102 wird in ähnlicher Weise befestigt. Eine
einheitliche Höhe
der Abstandshalter 102 zwischen dem gegenüberliegenden Rand 109 und
der Innenfläche
der modifizierten Anode 130 kann während des Verfahrens zum Bonden der
Struktur 110 an die modifizierte Anode 130 erreicht
werden. Dazu wird der Abstand zwischen dem gegenüberliegenden Rand 109 und
der Innenflä che der
modifizierten Anode 130 während des Bondens gemessen
und die aufgebrachte Last wird zurückgenommen, wenn ein vorbestimmter
Wert des Abstands realisiert ist. Den nachgiebigen Bereich 152 lässt man
auf Umgebungstemperatur abkühlen,
wodurch der nachgiebige Bereich 152 gehärtet wird, so dass er seine
plastisch verformte Gestalt während der
anschließenden
Schritte zur Fertigung des Displays beibehält. Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird die Einheitlichkeit dieses Abstands während der anschließenden Einbauschritte
bei der Montage des Displays erreicht, wie nachfolgend anhand von 8 ausführlicher beschrieben wird.
Die Nachgiebigkeit der nachgiebigen Bereiche 152 erlaubt
die Berücksichtigung
von Toleranzen in den Höhen
der Elemente 104 und die Berücksichtigung feiner Teilchen,
die zwischen den Rändern
der Elemente 104 und den Anzeigeplatten festsitzen, während gleichzeitig
ein einheitlicher Abstand zwischen den Anzeigeplatten bereitgestellt
wird.
-
Anhand von 8 wird nun eine Querschnittsansicht eines
Abschnitts eines Feldemissionsdisplays 160 dargestellt,
das realisiert wird durch die Durchführung verschiedener Schritte
einer Ausführungsform
eines Verfahrens auf der Struktur 150 von 7 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser speziellen Ausführungsform werden die Strukturen 110 an
der modifizierten Anode 130 befestigt, ohne gezielt während des
Bondens die erforderliche Einheitlichkeit im Abstand zwischen den
gegenüberliegenden
Rändern 109 und
der Innenfläche
der modifizierten Anode 130 bereitzustellen. Diese Einheitlichkeit
wird während
der Einbauschritte im Anschluss an die Schritte zur Befestigung
der Abstandshalter erreicht. Das Feldemissionsdisplay 160 wird hergestellt,
indem zuerst die Struktur 150 ausgebildet wird, bei der
die nachgiebigen Bereiche 152 verformt, aber nicht vollständig zusammengedrückt wurden, und
die Elemente 104 bleiben auf der modifizierten Anode 130 aufrecht
stehen. Dann wird eine Katode 164 der modifizierten Anode 130 gegenüberliegend angeordnet,
und eine Vielzahl von Seitenwänden 162 wird
zwischen der modifizierten Anode 130 und der Katode 164 an
deren Umfang bereitgestellt, so dass eine Ummantelung 165 gebildet
wird. Die Abstandshalter 102 sind in der Ummantelung 165 enthalten. Die
Katode 164 umfasst eine Vielzahl von Feldemittern 166,
die in 8 schematisch
dargestellt sind. Die Feldemitter 166 decken sich mit den
Pixels 124 der modifizierten Anode 130, so dass
die von den Feldemittern 166 emittierten Elektronen während des Betriebs
des Feldemissionsdisplays 160 von den Pixels 124 empfangen
werden. Zum leichteren Verständnis
sind in 8 nur zwei Abstandshalter 102 dargestellt,
und die Abstände
h1 und h2 zwischen
jedem ihrer gegenüberliegenden
Ränder 109 und
der Innenfläche
der modifizierten Anode 130 sind verschieden, wodurch die
Schwankung dargestellt wird, die es bei diesem Abstand gibt, wenn
eine vorbestimmte Anzahl von Abstandshaltern 102 in der
anhand von 7 beschriebenen
Weise an der modifizierten Anode 130 befestigt sind. Bei
dieser Konfiguration liegt die Kathode 164 nur an einem
Abschnitt der Abstandshalter 102 an. Das Gewicht der Katode 164 ist
daher nicht gleichmäßig über die
Abstandshalter 102 verteilt, und wenn die Ummantelung 165 luftleer
gemacht werden soll, würde
der dadurch erzeugte Druckunterschied nicht gleichmäßig über die Abstandshalter 102 verteilt
werden. Dies würde
zu einem Spannungsanstieg in der modifizierten Anode 130 und/oder
Katode 164 sowie in den Abstandshaltern 102 führen. Durch
den Spannungsanstieg kann das Feldemissionsdisplay 160 leicht
brechen. Um eine gleichmäßige Belastung
auf den Abstandshaltern 102 zu erreichen, wird das Feldemissionsdisplay 160 auf
eine Temperatur zwischen 250 und 500°C erwärmt, indem man das Feldemissionsdisplay 160 zum
Beispiel auf eine erwärmte
Aufspannvorrichtung oder in einen Ofen legt. Dann wird eine geeignete Verformungslast
durch das Gewicht der Katode 164, durch den beim Evakuieren
der Ummantelung 165 erzeugten Druckunterschied und/oder
durch eine auf die Katode 164 aufgebrachte zusätzliche
Masse bereitgestellt. Die Verformungslast wird in 8 durch Pfeile angedeutet. Durch die
Verformungslast werden Abstandshalter 102, die zuerst die
Katode 164 berühren,
in ihre entsprechenden nachgiebigen Bereiche 152 gedrückt, die
durch die erhöhten
Temperaturen weich gemacht wurden. Diese nachgiebigen Bereiche 152 werden
dadurch plastisch verformt, bis Abstandshalter 102, die
zunächst
keinen physischen Kontakt mit der Katode 164 hatten, an
ihren Rändern 109 an
der Katode 164 anliegen. Außerdem werden einige Abstandshalter 102 wegen
der Ablenkung der modifizierten Anode 130 und/oder Katode 164 zunächst eine
größere Last
tragen als andere. Diese Abstandshalter 102, die zunächst eine
größere Last tragen,
werden in stärkerem
Maße gedrückt, was
zu einer weniger ausgeprägten
Ablenkung der Anzeigeplatten führt.
Es sei angemerkt, dass die Anzahl und das Layout der Abstandshalter 102 vorbestimmt
ist, so dass dann, wenn es bei allen Abstandshaltern 102 einen
einheitlichen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Rändern 109 und
der Innenfläche
der modifizierten Anode 103 gibt, die Abstandshalter 102 den
Druckunterschied auf dem Feldemissionsdisplay 160 ausreichend
tragen und die Abstandshalter 102 eine schädliche, übermäßige Ablenkung der
modifizierten Anode 130 und der Katode 164 verhindern. Bei
Anzeigeplatten aus Glas mit einer Dicke von 1,1 mm wird ein Abstandshalterabstand
von etwa 15 mm für
ein geeignetes Layout gehalten. Bei einem Display mit einer Diagonale
von 25,4 cm (10 Inch) liegt eine geeignete Anzahl von Abstandshaltern
102 im Bereich von etwa 100 bis 200. Die Geometrie sowie die Materialeigenschaften
der nachgiebigen Bereiche 152 erlauben eine plastische
Verformung in einem geeigneten Maß, um einen physischen Kontakt zwischen
der Innenfläche
der Katode 164 und den Rändern 109 aller Elemente 104 bereitzustellen, während die
Ausbreitung von Material über
die Pixels 124 verhindert wird. Bei dieser speziellen Ausführungsform
nimmt der zum Erzielen eines gegebenen Betrages an Kompression erforderliche
Kraftaufwand zu, wenn die metallischen nachgiebigen Elemente 112 von
einer quasisphärischen
Form in eine abgeflachte Kugel übergehen.
Das Verhalten der nachgiebigen Bereiche 152 ist dergestalt,
dass die Kompression bzw. plastische Verformung aufhört, wenn
alle Ränder 109 an
der Innenfläche
der Katode 164 anliegen und wenn die modifizierte Anode 103 und
die Katode 164 keine schädliche, übermäßige Ablenkung mehr zeigen,
um diesen Kontakt mit den Abstandshaltern 102 herzustellen.
Die niedrige Streckspannung von Gold und die leichte Verformbarkeit
infolge der kugeligen Form des metallischen nachgiebigen Elements 112 ergeben
eine niedrige Streckkraft bei einer gegebenen Temperatur. Die Temperatur
wird dann so geregelt, dass die oben beschriebene endgültige Konfiguration
erreicht wird. Dieses Verhalten steht im Gegensatz zu dem von Glasfritte
oder von Glas oder keramischen Abstandshaltern selbst, die nicht
ausreichend nachgeben, um die Höhentoleranzen
bei den Abstandshaltern zu berücksichtigen.
-
Die gleichmäßige Belastung der Abstandshalter 102 kann
vor dem Evakuieren der Ummantelung 165 oder während des
Evakuierens der Ummantelung 165 erreicht werden.
-
Anhand von 9 wird nun eine 8 ähnliche
Querschnittsansicht eines Feldemissionsdisplays 167 dargestellt,
das alle Elemente des Feldemissionsdisplays 160 von 8 enthält. Das Feldemissionsdisplay 167 umfasst
ferner eine Vielzahl von metallischen Anschlussflächen 168,
die auf der Katode 164 ausgebildet sind, und eine Vielzahl
von metallischen nachgiebigen Elementen 169, die an den
metallischen Anschlussflächen 168 in ähnlicher
Weise befestigt sind wie beim Bonden zwischen den metallischen nachgiebigen
Elementen 112 und den metallischen Anschlussflächen 132.
Die metallischen nachgiebigen Elemente 169 werden in physischen Kontakt
mit den Rändern 109 der
Elemente 104 gebracht; auf dem Rand 109 ist keine
Verbindungsschicht erforderlich, und es ist keine Verbindung erforderlich
zwischen dem Rand 109 und dem metallischen nachgiebigen
Element 169. Das metallische nachgiebige Element 169 sorgt
für Nachgiebigkeit zwischen
dem Element 104 und der Katode 164 und verhindert
den Bruch und das Absplittern des Elements 104 und/oder
der Anzeigeplatten. Bei einer weiteren Ausführungsform eines Flachbildschirms gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein metallisches nachgiebiges Element eine Metallschicht, die
auf die Bereiche der Innenfläche
einer der Anzeigeplatten aufgebracht ist, die der unbeschichtete Rand
des Elements 104 berührt.
Die Metallschicht umfasst ein nachgiebiges Metall, wie zum Beispiel Aluminium
oder Gold, und hat eine Dicke von mindestens 1 μm, um eine ausreichende Nachgiebigkeit bereitzustellen.
Das Element 104 wird durch andere Mittel an dem dem unbeschichteten
Rand entgegengesetzten Rand aufrecht gehalten, und die nachgiebige
Metallschicht wird an den unbeschichteten Rand angelegt, wodurch
ein Spannungsanstieg vermindert wird, zu dem es andernfalls wegen
des Kontakts zwischen dem harten, unbeschichteten Rand des Elements 104 und
der harten Oberfläche
der daran anstoßenden
Anzeigeplatte kommen kann. Ein Spannungsanstieg ist üblich, weil
diese Oberflächen/Ränder normalerweise
nicht ganz flach oder glatt sind.
-
Anhand von 10 wird nun eine Querschnittsansicht
des Feldemissionsdisplays 160 von 8 nach dem Schritt des Ausgleichens der
Abstände
h1 und h2 dargestellt.
Wenn die Katode 164 an allen gegenüberliegenden Rändern 109 der
Abstandshalter 102 anliegt, wird der Druckunterschied auf
dem Feldemissionsdisplay 160, der in 10 durch Pfeile dargestellt wird, gleichmäßig über die Abstandshalter 102 verteilt.
Nachdem die nachgiebigen Bereiche 152 abgekühlt und
gehärtet
wurden, um die Konfigurationen zu erhalten, die die gleichmäßige Belastung
ergeben, wird eine Vielzahl von Lastübertragungsbereichen 168 an
den Stellen der nachgiebigen Bereiche 152 bereitgestellt.
Weil die Metalle der Lastübertragungsbereiche 168 nicht
spröde
sind, tragen sie nicht zur Bildung von Teilchen in dem Feldemissionsdisplay 160 bei.
-
Bei anderen Ausführungsformen eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Abstandshalter 102 an der Katode 164 befestigt.
Die Schritte dieser Ausführungsformen
sind ähnlich
wie die oben im Zusammenhang mit der Befestigung von Abstandshaltern 102 an
der modifizierten Anode 130 beschriebenen Schritte. Das
Bonden bei höherer Temperatur,
wie zum Beispiel das Thermokompressionsbonden oder das kombinierte
Thermokompressions- und Ultraschallbonden, muss jedoch in einem Vakuum
durchgeführt
werden, um die Oxidation des Gate-/Extraktionsmetalls und die Oxidation
der normalerweise aus Molybdän
bestehenden Feldemitter 166 zu verhindern. Weitere Metall-Metall-Bondverfahren,
wie zum Beispiel das Ultraschallbonden, können verwendet werden, um die
Oxidation der Feldemitter 166 während der Befestigung der Abstandshalter 102 an
der Katode 164 zu verhindern.
-
Anhand von 11 wird nun eine 2 ähnliche
isometrische Ansicht einer Struktur 170 dargestellt, die
realisiert wird durch die Durchführung
verschiedener Schritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Struktur 170 umfasst das Element 104,
die Verbindungsschicht 108 und ein metallisches nachgiebiges
Element 172, das ein Stück
Metalldraht aus einem nachgiebigen Metall wie zum Beispiel Gold
oder Aluminium umfasst. Das Drahtstück hat einen Durchmesser im
Bereich von 10–100 μm. Das metallische nachgiebige
Element 172 wird an der Verbindungsschicht 108 unter
Verwendung herkömmlicher
Drahtbondverfahren befestigt. Um dann ein Feldemissionsdisplay herzustellen,
wird die Struktur 170 in ähnlicher Weise wie anhand von 7-9 beschrieben an der modifizierten Anode 130 befestigt.
-
Bei anderen Ausführungsformen eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das metallische nachgiebige Element zunächst auf
die Innenfläche
einer der Anzeigeplatten gebondet, und dann wird der Abstandshalter
mit der darauf ausgebildeten Verbindungsschicht auf das metallische nachgiebige
Element gebondet. In 12 ist
eine isometrische Ansicht eines Abschnitts einer Struktur 180 dargestellt,
die realisiert wird durch die Durchführung verschiedener Schritte
einer solchen Ausführungsform.
Die Struktur 180 umfasst eine modifizierte Anode 182 mit
einer Vielzahl von metallischen Anschlussflächen 184, die in ähnlicher
Weise wie anhand von 5 und 6 beschrieben bereitgestellt
werden. Wenn sie in Form einzelner Streifen vorliegen, liegen benachbarte
metallische Anschlussflächen 184 etwa
3–4 mm
auseinander, um Abstandshalter 102 aufzunehmen, die etwa
5 mm lang sind und senkrecht zu den metallischen Anschlussflächen 184 angeordnet
sind. Nachdem die metallischen Anschlussflächen 184 auf der modifizierten
Anode 182 ausgebildet wurden, wird eine Vielzahl von metallischen
nachgiebigen Elementen 186, einschließlich Stücke aus Gold- oder Aluminiumdraht,
nach einem Metallbondverfahren, wie zum Beispiel Thermokompression,
auf die metallischen Anschlussflächen 184 gebondet.
Dabei wird eine Vielzahl von komprimierten Bereichen 188 in
den metallischen nachgiebigen Elementen 186 ausgebildet.
Dann wird die Verbindungsschicht 108 des Abstandshalters 102 an
Stellen 189, die nicht zusammengedrückt sind, an die metallischen
nachgiebigen Elemente 186 angelegt. Die Stellen 189 sind
wegen des höheren
Krümmungsgrades
günstiger
zum Bonden. Der Abstandshalter 102 wird dann in ähnlicher
Weise wie anhand von 7 beschrieben
auf die metallischen nachgiebigen Elemente 186 gebondet.
-
Anhand von 12-15 sind
nun isometrische und Querschnittsansichten von Strukturen dargestellt,
die realisiert werden durch die Durchführung verschiedener Schritte
einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern 202 in
einem Feldemissionsdisplay 260, das nicht Bestandteil der
vorliegenden Erfindung ist. Anhand von 13 ist nun ein Abschnitt einer modifizierten
Anode 230 dargestellt, auf der zwischen einer Vielzahl
von Pixels 124 eine Vielzahl von metallischen Anschlussflächen 232 ausgebildet ist.
Die metallischen Anschlussflächen 232 bestehen aus
Aluminium. Eine Vielzahl von metallischen nachgiebigen Elementen 212,
einschließlich
Goldkugeln, werden unter Verwendung herkömmlicher Goldkugel-Bondgeräte an den
metallischen Anschlussflächen 232 befestigt.
Anhand von 14 wird nun
die Befestigung von Abstandshaltern 202 an der modifizierten
Anode 230 an den metallischen nachgiebigen Elementen 212 dargestellt.
Das Feldemissionsdisplay 260, von dem ein Abschnitt in 14 dargestellt ist, umfasst
eine Katode 264, auf der zuvor Abstandshalter 202 ausgebildet
wurden. Es gibt mehrere Verfahren zum Ausbilden von Abstandshaltern 202 auf der
Katode 264. Ein solches Verfahren ist offenbart in dem
US-Patent Nr. 5,232,549, erteilt am 3. August 1993. Bei dem darin
beschriebenen Verfahren wird eine strukturierte Schicht aus Aluminium
auf einer Isolierschicht ausgebildet, die auf der Innenfläche der Kathode 264 abgeschieden
wurde. Das Aluminium bestimmt die Konfiguration der Abstandshalter 202. Nachdem
die Abstandshalter 202, die Stifte umfassen können, durch
Laser-Ablation der Isolierschicht ausgebildet wurden, bleibt das
Aluminium auf der Oberseite der Abstandshalter 202 zurück. Bei
dieser speziellen Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst diese restliche Aluminiumschicht eine Verbindungsschicht 208,
auf die die metallischen nachgiebigen Elemente 212 zum Beispiel
durch Thermokompression in einem Vakuum gebondet werden. Bei dieser
speziellen Ausführungsform
wird durch das vorliegende Verfahren hauptsächlich Nachgiebigkeit erreicht,
um ähnlich wie
anhand von 8 und 9 beschrieben eine gleichmäßige Belastung
zu erreichen; bei dieser speziellen Ausführungsform gibt es keine senkrechte
Anordnung der Abstandshalter 202 in bezug auf die modifizierte
Anode 230 und die Katode 264. Überlegungen bezüglich der
Materialien sowie der Geometrie und/oder Ausrichtung der Abstandshalter
können eine
solche Ausführungsform
wünschenswert
machen. Anhand von 14 und 15 sind nun den Ansichten
von 8 und 9 ähnliche Querschnittsansichten
des Feldemissionsdisplays 260 während der Schritte der Bereitstellung
einer gleichmäßigen Belastung
der Abstandshalter 202 dargestellt, die den anhand von 8 und 9 beschriebenen Schritten ähnlich sind
und zu einem Lastübertragungsbereich 268 bei
jedem der Abstandshalter 202 führen. Bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf den Abstandshaltern 202 keine
Verbindungsschicht 208 ausgebildet, und die metallischen nachgiebigen
Elemente 212 werden an die oberen Ränder der Abstandshalter 202 angelegt,
um für Nachgiebigkeit
zwischen den Abstandshaltern 202 und der modifizierten
Anode 230 zu sorgen, analog zu der anhand von 9 beschriebenen Nachgiebigkeit
zwischen den metallischen nachgiebigen Elementen 169 und
den Elementen 104.
-
Anhand von 17 ist eine Querschnittsansicht einer
Struktur 350 dargestellt, die realisiert wird durch die
Durchführung
verschiedener Schritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern 302 in
einem Flachbildschirm. Die Struktur 350 umfasst eine modifizierte
Anode 330, auf die eine Vielzahl von metallischen Anschlussflächen 332 abgeschieden
wurden, die aus einem geeigneten Metall wie zum Beispiel Aluminium
bestehen und eine Dicke von etwa 1 μm haben. Die Abstandshalter 302 umfassen
ein Element 304, das aus einem geeigneten dielektrischen Material
wie zum Beispiel Keramik besteht. Jeder Abstandshalter 302 hat
eine auf einem Rand abgeschiedene Verbindungsschicht 308,
die aus einem geeigneten Verbindungsmetall wie zum Beispiel Gold
besteht und eine Dicke von etwa 1 μm hat. Die Verbindungsschicht 308 wird
durch ein geeignetes Metallbondverfahren wie zum Beispiel Thermokompression
auf die metallische Anschlussfläche 332 gebondet,
wobei eine Bondkraft aufgebracht wird, wie durch einen Pfeil in 17 dargestellt, und gleichzeitig
auf eine Temperatur im Bereich von 20–500°C erwärmt wird. Bei dieser speziellen
Ausführungsform des
vorliegenden Verfahrens haben die Abstandshalter 302 eine
sehr einheitliche Höhe.
Die Einheitlichkeit ist so gut, dass nur sehr wenig Nachgiebigkeit
erforderlich ist, und durch das Metall-Metall-Bonden werden die
Abstandshalter 302 so an der modifizierten Anode 330 befestigt,
dass die Abstandshalter 302 während der anschließenden Einbauschritte
des Displays ihre senkrechte Anordnung in Bezug auf die modifizierte
Anode 330 behalten.