DE69725653T2

DE69725653T2 - Flache Anzeigetafel und Verfahren zum Befestigen von Abstandshaltern in einer flachen Anzeigetafel

Info

Publication number: DE69725653T2
Application number: DE69725653T
Authority: DE
Inventors: Clifford L. Tempe Anderson; Curtis D. Phoenix Moyer
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: EP0814491B1; KR980005167A; JP3699565B2; DE69725653D1; US5811927A; EP0814491A2; TW335499B; JPH1083778A; EP0814491A3; KR100440364B1

Description

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.

Claims

Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102, 202) in einem Flachbildschirm (160, 167, 260) mit einer ersten und einer zweiten Anzeigeplatte (130, 164), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Abstandselementen (104), wobei die Vielzahl von Abstandselementen (104) eine einheitliche Höhe im Bereich von 0,1–3 mm haben, eine Breite im Bereich von 25-250 μm haben, aus einem dielektrischen Material bestehen und einen ersten und einen zweiten Rand haben; Beschichten des ersten Randes eines jeden aus der Vielzahl von Abstandselementen (104) mit einem Metall, um eine erste Verbindungsschicht (108, 208) bereitzustellen; Ausbilden einer metallischen Anschlussfläche (132, 142, 184, 232) auf einem Abschnitt einer Innenfläche der ersten Anzeigeplatte (130); Bereitstellen eines metallischen nachgiebigen Elements (112, 172, 186, 212); Ausbilden einer ersten Metallbindung zwischen dem metallischen nachgiebigen Element (112, 172, 186, 212) und der ersten Verbindungsschicht (108, 208); und Ausbilden einer zweiten Metallbindung zwischen dem metallischen nachgiebigen Element (112, 172, 186, 212) und der metallischen Anschlussfläche (132, 142, 184, 232), wodurch ein nachgiebiger Bereich (152) zwischen dem ersten Rand und der Innenfläche der ersten Anzeigeplatte (130) bereitgestellt wird.
Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102, 202) nach Anspruch 1, bei dem die erste Verbindungsschicht (108, 208) aus einem Metall besteht, das aus einer aus Gold und Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102, 202) nach Anspruch 1, bei dem die metallische Anschlussfläche (132, 142, 184, 232) aus einem Metall besteht, das aus einer aus Gold und Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102, 202) nach Anspruch 1, bei dem das metallische nachgiebige Element (112, 172, 186, 212) aus einem Metall besteht, das aus einer aus Gold und Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102, 202) nach Anspruch 1, bei dem das dielektrische Material der Vielzahl von Abstandselementen (104) aus einer aus Keramik, Glaskeramik, Glas und Quarz bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zum Befestigen einer Vielzahl von Abstandshaltern (102) nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines zweiten metallischen nachgiebigen Elements (169); Ausbilden einer zweiten metallischen Anschlussfläche (68) auf einer Innenfläche der zweiten Anzeigeplatte (164); Ausbilden einer Metallbindung zwischen dem zweiten metallischen nachgiebigen Element (169) und der zweiten metallischen Anschlussfläche (168); und Anordnen des zweiten metallischen nachgiebigen Elements (169) anliegend an dem zweiten Rand (109) von einem aus der Vielzahl von Abstandselementen (104), wodurch ein nachgiebiger Bereich zwischen dem zweiten Rand (109) und der Innenfläche der zweiten Anzeigeplatte (164) bereitgestellt wird.
Flachbildschirm (160, 167) mit einer ersten Anzeigeplatte (130) mit einer Innenfläche, einer zweiten Anzeigeplatte (164) mit einer Innenfläche, die der Innenfläche der ersten Anzeigeplatte (130) gegenüberliegt und von dieser beabstandet ist, wobei der Flachbildschirm ferner gekennzeichnet ist durch: einen Abstandshalter (102), der ein Abstandselement (104) mit einem ersten und einem zweiten Rand umfasst, wobei der zweite Rand die Innenfläche der zweiten Anzeigeplatte (164) physisch berührt, so dass der Abstandshalter (102) senkrecht zu der zweiten Anzeigeplatte (164) angeordnet ist, wobei das Abstandselement (104) eine Höhe im Bereich von 0,1–3 mm und eine Breite im Bereich von 25-250 μm hat; und ein metallisches nachgiebiges Element (112), das zwischen der ersten Anzeigeplatte (130) und dem ersten Rand des Abstandselements (104) angeordnet ist, wobei das metallische nachgiebige Element (112) nur einen Abschnitt des ersten Randes des Abstandselements (104) und die Innenfläche der ersten Anzeigeplatte (130) physisch berührt, wobei die Innenfläche der ersten Anzeigeplatte (130) von dem ersten Rand des Abstandselements (104) beabstandet ist, um einen Abstand von mindestens 1 μm bereitzustellen, wodurch das metallische nachgiebige Element (112) für Nachgiebigkeit zwischen der ersten Anzeigeplatte (130) und einem Abschnitt des ersten Randes des Abstandselements (104) und der ersten und zweiten Anzeigeplatte (130, 164) sorgt.
Flachbildschirm (160, 167) nach Anspruch 7, bei dem das metallische nachgiebige Element (112) aus einem Metall besteht, das aus einer aus Gold und Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.