NO890495L

NO890495L - PROCEDURE FOR MANUFACTURING AN ELECTRICAL DESIGN ON A SUBSTRATE.

Info

Publication number: NO890495L
Application number: NO89890495A
Authority: NO
Inventors: Jan Eugen Marthinsen
Original assignee: Autodisplay As
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1990-08-08
Also published as: NO890495D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å fremstille et elektrodemønster på et substrat av isolerende materiale med pålagt skikt av elektrisk ledende materiale. Nærmere bestemt egner oppfinnelsen seg til frembringelse av et elektrodemønster for flatpanels billedskjermer for dermed å forbedre både ytelse og produksjonsutbytte. The present invention relates to a method for producing an electrode pattern on a substrate of insulating material with an applied layer of electrically conductive material. More specifically, the invention lends itself to the production of an electrode pattern for flat-panel video screens in order to thereby improve both performance and production yield.

Flere typer av flatpanel billedskjermer, f.eks. flytende krystall (LCD), elektroluminecent (EL og TFEL) ■ eller elektrokromisk (EC), er basert på at det dannes et elektrisk felt, eventuelt med tilhørende elektrisk strøm, mellom to substrater hvorpå det befinner seg et elektrodemønster av elektrisk ledende materiale. Det elektrisk ledende materialet består oftest av et svært tynt skikt av metall eller en metallforbindelse, f.eks. indium-tinn-oksyd (ITO) eller gull. Several types of flat panel video screens, e.g. liquid crystal (LCD), electroluminescent (EL and TFEL) ■ or electrochromic (EC), is based on the formation of an electric field, possibly with associated electric current, between two substrates on which there is an electrode pattern of electrically conductive material. The electrically conductive material usually consists of a very thin layer of metal or a metal compound, e.g. indium tin oxide (ITO) or gold.

Resten av produksjonsprosessen før og etter fremstilling av elektrodemønsteret kan være en av mange kjente metoder for produksjon av flate billedskjermer. The rest of the manufacturing process before and after manufacturing the electrode pattern can be one of many known methods for manufacturing flat screen displays.

Spesielt når billedskjermen utgjør en punktmatrise for å fremstille bilder av tilnærmet vilkårlig geometri med høy oppløsning (mange billedpunkter pr. flateenhet), er det av vesentlig betydning at forholdet mellom aktivt areal (selve billedpunktet) og passivt areal ( mellomrom mellom billedpunktene) er størst mulig. Dette både for å unngå et inntrykk av rasterbilde, og for å oppnå en størst mulig flatekontrast. Kontrasten mellom av- og påtilstanden for en flate som omfatter mange billedpunkter vil, dersom kontrasten mellom av- og påtilstanden for et enkelt billedpunkt er stor, være begrenset av dette forhold. Especially when the screen forms a dot matrix to produce images of almost arbitrary geometry with high resolution (many image points per unit area), it is of significant importance that the ratio between active area (the image point itself) and passive area (space between the image points) is as large as possible . This is both to avoid an impression of a raster image, and to achieve the greatest possible surface contrast. The contrast between the off and on state for a surface that includes many image points will, if the contrast between the off and on state for a single image point is large, be limited by this ratio.

Eksempel på dette er at senteravstanden mellom billedpunktene kan være mindre enn 200 mikrometer, og at man for en flatekontrast på mer enn 10:1 derfor krever mindre enn 20 mikrometer passivt mellomrom mellom punktene. For at slike skjermer skal tilfredsstille moderne krav, kan det kreves mer enn 1000 punkter 1 hver punktrekke. Hvilket tilsvarer sidekanter på mer enn 20 cm. An example of this is that the center distance between the image points can be less than 200 micrometres, and that for a surface contrast of more than 10:1 you therefore require less than 20 micrometres of passive space between the points. In order for such displays to satisfy modern requirements, more than 1000 dots 1 each row of dots may be required. Which corresponds to side edges of more than 20 cm.

Den hittil vanligste metoden for å fremstille slike elek-trodemønstre, er fotolitografi, selvom andre metoder også er beskrevet (bl.a. i europeisk patentsøknad nr. 82304204.9, der Crossland et.al. beskriver en rissemetode, eventuelt kombinert med elektro-erosjon ). The most common method to date for producing such electrode patterns is photolithography, although other methods have also been described (e.g. in European patent application no. 82304204.9, where Crossland et.al. describes a scratching method, possibly combined with electro-erosion) .

Fotolitografi er en mangetrinns prosess som vanligvis består i pålegging av fotoresist, herding av fotoresisten, ekspo-nering, fremkalling, etsning og fjerning av rester av fotoresisten. Photolithography is a multi-step process that usually consists of applying photoresist, curing the photoresist, exposure, development, etching and removal of remnants of the photoresist.

Hvert av disse prosesstrinn medfører en viss risiko for feil, hvilket Igjen fører til nedsatt produksjonsutbytte. Utstyr for noen av trinnene må være av særdeles høy kvalitet, og er følsomme for mekaniske og kjemiske påvirkninger, samtidig som etseprosessen medfører bruk av aggressive, miljøfientlige kjemikalier. Utstyret er også svært plasskrevende, og opptar kostbart areal i ultrarene rom. Each of these process steps entails a certain risk of error, which again leads to reduced production yield. Equipment for some of the steps must be of particularly high quality, and are sensitive to mechanical and chemical influences, while the etching process involves the use of aggressive, environmentally unfriendly chemicals. The equipment is also very space-consuming, and takes up valuable space in ultra-clean rooms.

Ettersom etseprosessen er en våtprosess, og fordi hele prosessen krever gjentatte vasketrinn, vil en eventuell anvendelse av plastmaterialer i substratene kunne føre til uheldig absorpsjon av vann og andre stoffer, med svelling og nedsatt levetid som resultat. As the etching process is a wet process, and because the whole process requires repeated washing steps, the possible use of plastic materials in the substrates could lead to an unfavorable absorption of water and other substances, with swelling and reduced service life as a result.

Den følgende oppfinnelse tilsikter derfor å avhjelpe disse kjente ulemper, og ifølge oppfinnelsen foreslås det at man fordamper, omdanner til isolerende materiale eller brenner bort deler av det elektrisk ledende skiktet ved at det benyttes en eller flere fokuserte laserstråler som omdannes til termisk energi ved absorpsjon. The following invention therefore aims to remedy these known disadvantages, and according to the invention, it is proposed to evaporate, convert into insulating material or burn away parts of the electrically conductive layer by using one or more focused laser beams which are converted into thermal energy by absorption.

Når det I det etterfølgende er brukt betegnelsen "fjerning" When the term "removal" is used in the following

eller "fjerne", skal det med dette forstås å fordampe, å omdanne til isolerende materiale eller å brenne bort. Ytterligere kjennetegnende trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av de etterfølgende patentkrav, samt av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte tegninger. or "remove", this shall mean to evaporate, to convert into insulating material or to burn away. Further characteristic features of the present invention will be apparent from the subsequent patent claims, as well as from the subsequent description with reference to the attached drawings.

Figur 1 illustrerer en første utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 2a illustrerer en andre utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 2b illustrerer en modifikasjon av utførelsesformen i figur 2a. Figurene 3-7 illustrerer forskjellige varianter for utførelse av fremgangsmåten som skissert i figur 2b. Figure 1 illustrates a first embodiment of the method according to the invention. Figure 2a illustrates a second embodiment of the method according to the invention. Figure 2b illustrates a modification of the embodiment in Figure 2a. Figures 3-7 illustrate different variants for carrying out the method as outlined in figure 2b.

Koherent lys, slik som f.eks. laserlys, lar seg fokusere til punkter med diameter lik noen få bølgelengder, hvilket f.eks. for lys med bølgelengde omtrent 700 nanometer gir en minimum punktstørrelse på mindre enn 2 mikrometer. Tilsvarende miondre punktstørrelse vil kunne oppnås for mer kortbølget lys. Samtidig som punktstørrelsen blir liten, blir lys-effekten pr. flateenhet tilsvarende stor. Det er således mulig å danne lyspunkter med diameter ca. 10 mikrometer og effekt på ca. 10 megawatt pr. kvadratmeter ved hjelp av en laser med effekt på 1 milliwatt. Coherent light, such as e.g. laser light, can be focused to points with a diameter equal to a few wavelengths, which e.g. for light with a wavelength of about 700 nanometers gives a minimum spot size of less than 2 micrometers. Corresponding millionth point size can be achieved for more short-wavelength light. At the same time as the spot size becomes small, the light effect per area unit correspondingly large. It is thus possible to form light points with a diameter of approx. 10 micrometers and effect of approx. 10 megawatts per square meters using a laser with an output of 1 milliwatt.

Et elektrisk ledende materiale 1 som danner et ledende skikt er anbragt på et isolerende substrat 2. Skiktet 1 som skal fjernes på ønskede steder, er vanligvis meget tynt for å være gjennomsiktig for lys. Eksempelvis vil et ITO-skikt kunne være I størrelsesorden 100 nanometer tykt. Følgelig vil den nødvendige energi pr. flateenhet for å fordampe, omdanne eller brenne bort dette skiktet 1 være liten. An electrically conductive material 1 which forms a conductive layer is placed on an insulating substrate 2. The layer 1, which is to be removed at desired locations, is usually very thin in order to be transparent to light. For example, an ITO layer could be in the order of 100 nanometers thick. Consequently, the required energy per surface unit to evaporate, transform or burn away this layer 1 be small.

Fordi skiktet 1 er svært tynt og vanligvis gjennomsiktig for lys, vil det være nødvendig å sikre tilstrekkelig absorpsjon av lyset 3. I det valgte eksempel er lyset 3 en koherent lysstråle, fortrinnsvis en laserstråle. Tilstrekkelig absorpsjon av lyset kan sikres ved å velge en bølgelengde for lyset som faller sammen med et absorps j onsbånd for det materialet som er benyttet i elektrodeskiktet 1, eller å belegge elektrodematerialskiktet 1 med et tynt lag av farvestoff som absorberer lyset og dermed omsetter dette til en lokal oppvarmning. Dette er i og for seg en vanlig brukt metode ved bearbeidelse av metall med laserlys. Because the layer 1 is very thin and usually transparent to light, it will be necessary to ensure sufficient absorption of the light 3. In the chosen example, the light 3 is a coherent light beam, preferably a laser beam. Adequate absorption of the light can be ensured by choosing a wavelength for the light that coincides with an absorption band for the material used in the electrode layer 1, or by coating the electrode material layer 1 with a thin layer of dye that absorbs the light and thus converts this to a local heating. This is in itself a commonly used method when processing metal with laser light.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter i hovedsak to løsninger for å frembringe det ønskede elektrodemønsteret. The present invention essentially comprises two solutions for producing the desired electrode pattern.

Den første løsningen består i å benytte en teknikk tilsvarende den som benyttes i laserskrivere. The first solution consists in using a technique similar to that used in laser printers.

Ved den løsning som er skissert i fig. 1 avsøker en eller flere laserstråler 3 objektet på tvers (A), mens objektet beveger seg (B) lineært normalt på avsøkningsretningen (A). Laserlyset fra laseren 4 passerer gjennom en modulator 5 eller en styrbar lysventil som slipper lys gjennom når posisjonen tilsvarer et punkt der elektrodematerialet 1 skal fjernes, og sperrer for laserlyset der man ønsker å beholde elektrodematerialet. Som et alternativ til modulatoren eller lysventilen 5 ansees teknisk ekvivalent å pulsmodulere laseren 4. With the solution outlined in fig. 1, one or more laser beams 3 scan the object across (A), while the object moves (B) linearly normal to the scanning direction (A). The laser light from the laser 4 passes through a modulator 5 or a controllable light valve which lets light through when the position corresponds to a point where the electrode material 1 is to be removed, and blocks the laser light where you want to keep the electrode material. As an alternative to the modulator or light valve 5, it is considered technically equivalent to pulse modulate the laser 4.

Etter modulatoren/lysventilen 5 vil det foretrekkes å tilveiebringe en fokuseringsoptikk 6. Selve avsøkningen foretas av en avsøker 7, f.eks. i form av roterende eller vibrerende speil, prismer eller tilsvarende innretninger som gir samme tekniske virkning. After the modulator/light valve 5, it would be preferable to provide a focusing optic 6. The scanning itself is carried out by a scanner 7, e.g. in the form of rotating or vibrating mirrors, prisms or similar devices that produce the same technical effect.

Fordelene med denne løsning er at det kan dannes vilkårlige elektrodemønstre 8 som lett kan overføres fra et tegneprogram på en datamaskin eller lignende (ikke vist). Ulempen ved fremgangsmåten er at den krever en hurtig arbeidende mekanisk innretning. Fremgangsmåten er således best egnet for mindre produksjonsvolumer og til fremstilling av prototyper. The advantages of this solution are that arbitrary electrode patterns 8 can be formed which can be easily transferred from a drawing program on a computer or the like (not shown). The disadvantage of the method is that it requires a fast working mechanical device. The method is thus best suited for smaller production volumes and for the production of prototypes.

Den andre løsningen er basert på at substratet 2 med det elektrisk ledende skiktet 1 passerer forbi en enkelt laserstråle 3', slik som vist i figur 2a, eller et knippe av laserstråler 3", se figur 2b, i en hovedsakelig lineær bevegelse i transportretningen B. Mellom hver passasje forskyves substratet sideveis C og substratet og laserstrålen 3' eller laserstrålene 3" blir dermed innbyrdes forskjøvet. The second solution is based on the substrate 2 with the electrically conductive layer 1 passing by a single laser beam 3', as shown in figure 2a, or a bundle of laser beams 3", see figure 2b, in an essentially linear movement in the transport direction B Between each passage, the substrate is displaced laterally C and the substrate and the laser beam 3' or the laser beams 3" are thus mutually displaced.

Antallet passasjer for substratet forbi laserstrålen eller stråleknippet vil selvsagt bestemme antallet av opptegnede spor 9 og dermed det ønskede antall av isolerende områder. The number of passages for the substrate past the laser beam or beam beam will of course determine the number of recorded tracks 9 and thus the desired number of insulating areas.

Ettersom det ved denne metode dannes parallelle mellomrom mellom elektrisk ledende områder, vil fremgangsmåten best være egnet for billedskjermer av punktmatrisetypen. Fremgangsmåten egner seg spesielt godt for høyvolums-produksjon, men er også egnet for mindre volumer. As this method creates parallel spaces between electrically conductive areas, the method will be best suited for image screens of the dot matrix type. The method is particularly suitable for high-volume production, but is also suitable for smaller volumes.

Et viktig poeng ved begge de nevnte løsninger er at det settes svært moderate krav til den nøyaktighet hvormed relativbevegelsen mellom substratet og laserstrålen eller laserstrålene foregår, såfremt fokuseringen av laserlyset til enhver tid er god nok til å sikre tilstrekkelig lokal oppvarmning for en fullstendig fjærning av elektrodematerialet. I figur 2b er fokuseringsoptikken betegnet med henvisningstallet 6' og tilsvarende med henvisnigtallet 6" i figur 2b. An important point with both of the aforementioned solutions is that very moderate requirements are placed on the accuracy with which the relative movement between the substrate and the laser beam or laser beams takes place, provided that the focusing of the laser light at all times is good enough to ensure sufficient local heating for a complete springing of the electrode material . In Figure 2b, the focusing optics are denoted by the reference number 6' and correspondingly by the reference number 6" in Figure 2b.

Som nevnt tidligere vedrører figurene 3-7 alternative løsninger for frembringelse av et stråleknippe 3", dvs. mer enn én laserstråle. I figur 3 anvendes minst to parallelle lasere med en fokuseringsoptikk 6". En alternativ løsning er å anvende en eller flere parallelle lasere som får sine stråler splittet i flere stråler. I figur 1 er vist, som eksempel, hvorledes en laser 4 får sin laserstråle 3 ved hjelp av et optisk gitter 10 splittet opp i en flerhet av laserstråler 3". I figur 5 er vist hvorledes laseren 4 utsender en laserstråle 3 som passerer via en kollimator 11 som er å anse som teknisk ekvivalent med forkuseringsoptikken som er nevnt i forbindelse med de tidligere figurer, og laserstrålen 3 går så videre til en fiberbunt 12 og spres til enkeltfibre 13 for derved å danne et knippe av laserstråler 3". Laserstrålene 3" passerer gjennom en fokuseringsoptik 6", slik som i de foregående figurer, og laserstrålene 3" som kommer fra fokuseringsoptikken føres mot det elektrisk ledende materialet, slik som illustrert i figur 2b. As mentioned earlier, Figures 3-7 relate to alternative solutions for producing a 3" beam beam, i.e. more than one laser beam. In Figure 3, at least two parallel lasers with a 6" focusing optic are used. An alternative solution is to use one or more parallel lasers that have their beams split into several beams. Figure 1 shows, as an example, how a laser 4 gets its laser beam 3 by means of an optical grating 10 split into a plurality of laser beams 3". Figure 5 shows how the laser 4 emits a laser beam 3 that passes via a collimator 11, which is to be considered technically equivalent to the focusing optics mentioned in connection with the previous figures, and the laser beam 3 then goes on to a fiber bundle 12 and is spread to individual fibers 13 to thereby form a bundle of laser beams 3". The laser beams 3" pass through a focusing optic 6", as in the preceding figures, and the laser beams 3" coming from the focusing optic are guided towards the electrically conductive material, as illustrated in figure 2b.

I figur 6 er vist en ytterligere løsning der en laserstråle 3 fra en laser 4 avbøyes i en holografisk lysstråle-avbøyer til å danne strålebuntknippet 3". Figure 6 shows a further solution where a laser beam 3 from a laser 4 is deflected in a holographic light beam deflector to form the beam bundle 3".

Som en variant av løsningen i figur 6 foreslås det ifølge løsningen i figur 7, å la laserstrålen 3 bli avbøyet av en dertil egnet inteferensoptikk 16 til dannelse av nevnte laserstråleknippe 3". As a variant of the solution in Figure 6, it is proposed, according to the solution in Figure 7, to allow the laser beam 3 to be deflected by a suitable interference optic 16 to form said laser beam beam 3".

Claims

1. Method for producing an electrode pattern (8; 9; 9') on a substrate (2) of insulating material with an applied layer (1) of electrically conductive material, characterized by evaporating, converting into insulating material or burning away parts of the electrical the conductive layer by using one or more focused laser beams (3'; 3") which are converted into thermal energy by absorption.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the laser beam (3') scans the substrate (2) across (A) the substrate's direction of movement (B), and that the laser beam is modulated (5) or interrupted to selectively remove or transform parts of it electrically conductive layer (1).

3. Method as stated in claim 1, characterized in that the laser beam (3') or laser beams (3") are kept essentially stationary during a passage of the substrate (2) (Fig. 2-7).

4. Method as stated in one or more of the preceding claims, characterized in that the laser beam or laser beams (3'; 3") are given a wavelength that coincides with an absorption band for the electrically conductive layer (1).

5 . Method as stated in one or more of claims 1-3, characterized in that the laser beam or laser beams are absorbed by a pigment layer applied to the electrically conductive layer (1).

6. Method as stated in one or more of claims 1, 3-5, characterized in that the laser beam or laser beams are split into several beams before focusing as the substrate.

7. Method as stated in claim 6, characterized in that the splitting takes place by means of an optical grating (10).

8. Method as stated in claim 6, characterized in that the splitting takes place using fiber optics (12, 13).

9. Method as stated in claim 6, characterized in that the splitting takes place by means of a holographic deflection device (15).

10. Method as stated in claim 6, characterized in that the splitting takes place using interference optics (16).