DE60220539T2

DE60220539T2 - Verfahren zur formung von mikrostrukturen auf einem substrat unter verwendung einer form

Info

Publication number: DE60220539T2
Application number: DE60220539T
Authority: DE
Inventors: Raymond C. Saint Paul CHIU; Kenneth R. Saint Paul DILLON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: US20030098528A1; KR20040064265A; WO2003032353A2; JP2005505900A; WO2003032353A3; CA2462088A1; EP1449228B1; ATE364235T1; CN1565040A; TWI272631B; US20060066007A1; EP1449228A2; AU2002327444A1; DE60220539D1; US7033534B2

Description

Die Weiterentwicklungen in der Bildschirmtechnologie, einschließlich der Entwicklung von Plasmabildschirmen (Plasma Display Panels, PDPs) und plasmaangesteuerten Flüssigkristallanzeigen (Plasma Addressed Liquid Crystal, PALC), haben zu einem Interesse an der Bildung von elektrisch isolierenden Keramikbarriererippen auf Glassubstraten geführt. Die Keramikbarriererippen trennen Zellen, in denen ein Inertgas durch ein elektrisches Feld, das zwischen zwei gegensätzlichen Elektroden angelegt wird, angeregt werden kann. Die Gasentladung sendet ultraviolette (UV) Strahlung in der Zelle aus. Im Fall von PDPs ist das Innere der Zelle mit einem Phosphor beschichtet, der sichtbares rotes, grünes oder blaues Licht abgibt, wenn er durch UV-Strahlung angeregt wird. Die Größe der Zellen bestimmt die Größe der Bildelemente (Pixel) im Bildschirm. PDP- und PALC-Bildschirme können zum Beispiel als Bildschirme für hochauflösende Fernsehgeräte (High Definition Television, HDTV) oder andere digitale elektronische Bildschirmgeräte verwendet werden.
Eine Möglichkeit, mit der Keramikbarriererippen auf einem Glassubstrat geformt werden können, ist das direkte Formen. Dies umfasst bisher das Aufbringen einer ebenen starren Form auf ein Substrat, wobei dazwischen eine Glas oder Keramik bildende Zusammensetzung angeordnet ist. Die Glas oder Keramik bildende Zusammensetzung wird dann verfestigt und die Form wird entfernt. Abschließend werden die Barriererippen durch Brennen bei einer Temperatur von etwa 550°C bis etwa 1600°C geschmolzen oder gesintert. Die Glas oder Keramik bildende Zusammensetzung weist mikrometergroße Partikel aus Glasfritte auf, die in einem organischen Bindemittel dispergiert sind. Die Verwendung eines organischen Bindemittels ermöglicht das Verfestigen der Barriererippen in einem Grünzustand, so dass das Brennen die Glaspartikel in der richtigen Position auf dem Substrat schmilzt. Bei Anwendungen wie etwa als PDP-Substrate sind jedoch sehr genaue und gleichmäßige Barriererippen erwünscht.
WO 00/39829 A betrifft ein Verfahren zum genauen Formen und Ausrichten von Strukturen auf einem Substrat mit Hilfe einer dehnbaren Form. Eine Aufschlämmung, die eine Mischung aus Keramikpulver und einem härtbaren flüchtigen Bindemittel enthält, wird zwischen der Mikrostruktur einer dehnbaren Form und einem strukturierten Substrat angeordnet. Die Form kann gedehnt werden, um die Mikrostruktur der Form an einem festgelegten Abschnitt des strukturierten Substrats auszurichten. Die Aufschlämmung wird zwischen der Form und dem Substrat gehärtet. Die Form wird dann entfernt und hinterlässt Mikrostrukturen, die auf dem Substrat haften und an der Struktur des Substrats ausgerichtet sind. Die Mikrostrukturen können thermisch erhitzt werden, um das Bindemittel zu entfernen, und optimal gebrannt werden, um das Keramikpulver zu sintern.
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mit Mikrostrukturen, die auf einem Substrat angeordnet sind. PDPs und andere Bildschirmgeräte sind Beispiele für solche Gegenstände. Eine Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Anordnung gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung kann umfassender anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, die in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen zu betrachten ist. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale schematische Darstellung einer Plasmabildschirmanordnung,
2 eine schematische Darstellung der Bearbeitungsstationen in einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Mikrostrukturen auf einem Substrat,
3 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform einer Beschichtung auf einem Substrat an einer der Bearbeitungsstationen der 2,
4 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform einer Form und Beschichtung auf einem Substrat an einer der Bearbeitungsstationen der 2,
5 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer Beschichtung auf einem Substrat gemäß der Erfindung,
6 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Beschichtung auf einem Substrat gemäß der Erfindung und
7 eine schematische Draufsicht von noch einer weiteren Ausführungsform einer Beschichtung auf einem Substrat gemäß der Erfindung.
Es wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Anordnung unter Verwendung einer Form anwendbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung keramischer Mikrostrukturen auf einem Substrat unter Verwendung eine Form. Plasmabildschirme (PDPs) können mit den Verfahren hergestellt werden und bieten eine nützliche Darstellung des Verfahrens. Man wird erkennen, dass auch andere Geräte und Gegenstände mit diesen Verfahren hergestellt werden können, einschließlich zum Beispiel Elektrophoreseplatten mit Kapillarkanälen und Beleuchtungsanwendungen. Insbesondere können Geräte und Gegenstände, die geformte keramische Mikrostrukturen verwenden, mit den hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Plasmabildschirme
Plasmabildschirme (PDPs) weisen verschiedene Substratelemente auf, wie in 1 dargestellt. Das hintere Substratelement, das vom Betrachter abgewandt liegt, umfasst ein hinteres Substrat 21 mit unabhängig adressierbaren Elektroden 23. Das hintere Substrat 21 kann aus verschiedenen Zusammensetzungen bestehen, zum Beispiel aus Glas. Auf dem Substrat 21 sind keramische Mikrostrukturen 25 gebildet und umfassen Barriererippenabschnitte 32, die zwischen den Elektroden 23 und einzelnen Bereichen angeordnet sind, in denen roter (R), grüner (G) und blauer (B) Phosphor abgeschieden ist. Das vordere Substratelement umfasst ein Glassubstrat 51 und eine Gruppe von unabhängig adressierbaren parallelen Elektroden 53. Diese vorderen Elektroden 53, auch Sustain-Elektroden genannt, sind rechtwinklig zu den hinteren Elektroden 23, auch Adress-Elektroden genannt, ausgerichtet. In einem fertigen Bildschirm ist der Bereich zwischen den vorderen und hinteren Substratelementen mit einem Inertgas gefüllt. Um ein Pixel aufleuchten zu lassen, wird zwischen den gekreuzten Sustain- 53 und Adress-Elektroden 23 ein elektrisches Feld mit einer Feldstärke erzeugt, die ausreicht, um die dazwischen befindlichen Inertgasatome anzuregen. Die angeregten Inertgasatome emittieren UV-Strahlung (ultraviolette Strahlung), was bewirkt, dass der Phosphor rotes, grünes oder blaues sichtbares Licht abstrahlt.
Das hintere Substrat 21 ist bevorzugt ein transparentes Glassubstrat. Typisch besteht bei PDP-Anwendungen das hintere Substrat 21 aus Natriumkalkglas hergestellt, das optional im Wesentlichen frei von Alkalimetallen ist. Die während der Verarbeitung erreichten Temperaturen können in Gegenwart von Alkalimetall einen Übergang des Elektrodenmaterials in das Substrat verursachen. Dieser Übergang kann zu leitfähigen Bahnen zwischen den Elektroden führen, wodurch benachbarte Elektroden kurzgeschlossen werden oder unerwünschte elektrische Interferenzen zwischen den Elektroden verursacht werden, die als „Nebensignaleffekte" bekannt sind. Das vordere Substrat 51 ist typisch ein transparentes Glassubstrat, das bevorzugt den gleichen oder etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das hintere Substrat 21.
Die Elektroden 23, 53 sind Streifen aus leitendem Material. Die Elektroden 23 werden aus einem leitenden Material wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder einer Silber enthaltenden leitenden Fritte gebildet. Die Elektroden können auch aus einem transparenten leitenden Material wie Indium-Zinn-Oxid bestehen, besonders in solchen Fällen, in denen es wünschenswert ist, über einen transparenten Bildschirm zu verfügen. Die Elektroden sind in einer Struktur auf dem hinteren Substrat 21 und dem vorderen Substrat 51 angeordnet. Zum Beispiel können die Elektroden als parallele Streifen gebildet sein, die mit etwa 120 μm bis 360 μm beabstandet sind, eine Breite von etwa 50 μm bis 75 μm, eine Stärke von etwa 2 μm bis 15 μm und eine Länge aufweisen, die den gesamten aktiven Bildschirmbereich umfasst, der in einem Bereich zwischen einigen wenigen Zentimetern bis zu mehreren Dezimetern liegen kann. In einigen Fällen kann die Breite der Elektroden 23, 53 schmaler als 50 μm und breiter als 75 μm sein, je nach der Gestaltung der Mikrostrukturen 25.
Die Barriererippenabschnitte 32 in den PDPs haben typisch eine Höhe von etwa 120 μm bis 140 μm und eine Breite von etwa 20 μm bis 75 μm. Die Schrittweite (Anzahl pro Längeneinheit) der Barriererippen entspricht bevorzugt der Schrittweite der Elektroden. In anderen Ausführungsformen kann die Schrittweite der Barriererippen in der Form größer oder kleiner als die Schrittweite der Elektroden sein, und die Form kann wie unten beschrieben solcherart gedehnt werden, dass ihre Schrittweite der der Elektroden entspricht.
Wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Mikrostrukturen auf einem Substrat (wie etwa Barriererippen für eine PDP) angewandt, ist das Beschichtungsmaterial, aus dem die Mikrostrukturen gebildet werden, bevorzugt eine Aufschlämmung oder Paste, die eine Mischung aus mindestens drei Komponenten enthält. Die erste Komponente ist ein keramisches Material (typisch ein Keramikpulver). Allgemein wird das keramische Material der Aufschlämmung oder Paste letztlich durch Brennen geschmolzen oder gesintert, um Mikrostrukturen zu bilden, die die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweisen und an dem strukturierten Substrat haften. Die zweite Komponente ist ein Bindemittel (z. B. ein flüchtiges Bindemittel), das geformt und anschließend durch Härtung oder Kühlung gehärtet werden kann. Das Bindemittel ermöglicht es, die Aufschlämmung oder Paste zu halbstarren Mikrostrukturen im Grundzustand zu formen, die an das Substrat gebunden werden. Die dritte Komponente ist ein Verdünnungsmittel, das die Trennung aus der Form nach dem Ausrichten und Härten des Bindemittelmaterials fördern kann und schnelles und vollständiges Ausbrennen des Bindemittels während des Entbinderns vor dem Brennen des keramischen Materials der Mikrostrukturen erleichtern kann. Das Verdünnungsmittel bleibt bevorzugt flüssig, nachdem das Bindemittel gehärtet wurde, so dass das Verdünnungsmittel während des Aushärtens des Bindemittels von dem Bindemittel phasengetrennt wird.
Das keramische Material wird auf der Grundlage des vorgesehenen Einsatzgebietes der Mikrostrukturen und der Eigenschaften des Substrats, an das die Mikrostrukturen gebunden werden, ausgewählt. Ein Gesichtspunkt ist der Wärmeausdehnungskoeffizient (Coefficient of thermal expansion, CTE) des Substratmaterials. Bevorzugt unterscheidet sich der CTE des keramischen Materials der Aufschlämmung nach dem Brennen vom CTE des Substratmaterials um nicht mehr als etwa 10%. Weist das Substratmaterial einen CTE auf, der viel geringer oder viel größer als der CTE des keramischen Materials der Mikrostrukturen ist, können sich die Mikrostrukturen während der Verarbeitung oder des Gebrauchs verziehen, reißen, brechen, die Position verändern oder sich völlig vom Substrat ablösen. Außerdem kann sich das Substrat durch einen großen Unterschied im CTE zwischen dem Substrat und den keramischen Mikrostrukturen verziehen.
Das Substrat sollte den Temperaturen, die zum Verarbeiten des keramischen Materials der Aufschlämmung oder Paste nötig sind, standhalten können. Glas oder keramische Materialien, die zur Verwendung in der Aufschlämmung oder Paste geeignet sind, weisen bevorzugt eine Erweichungstemperatur von etwa 600°C oder weniger und üblicherweise im Bereich von etwa 400°C bis 600°C auf. Somit ist die bevorzugte Wahl für das Substrat ein Glas-, Keramik-, Metall- oder anderes starres Material mit einer Erweichungstemperatur, die höher als die des keramischen Materials der Aufschlämmung ist. Bevorzugt weist das Substrat eine Erweichungstemperatur auf, die höher ist als die Temperatur, bei der die Mikrostrukturen gebrannt werden sollen. Wird das Material nicht gebrannt, kann das Substrat auch aus Materialien wie Kunststoff bestehen. Keramische Materialien, die für die Verwendung in der Aufschlämmung oder Paste geeignet sind, weisen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 5 × 10^-6/°C bis 13 × 10^-6/°C auf. Somit weist auch das Substrat bevorzugt einen CTE in diesem Bereich auf.
Die Wahl eines keramischen Materials mit einer niedrigen Erweichungstemperatur gestattet die Verwendung eines Substrats mit ebenfalls relativ niedriger Erweichungstemperatur. In Fall von Glassubstraten ist Natronkalk-Floatglas mit niedriger Erweichungstemperatur typisch weniger teuer als Glas mit höherer Erweichungstemperatur. Somit kann die Verwendung eines keramischen Materials mit niedriger Erweichungstemperatur die Verwendung eines weniger teuren Glassubstrats ermöglichen. Außerdem können keramische Materialien mit niedriger Erweichungstemperatur in der Aufschlämmung oder Paste das Erzielen hochpräziser Mikrostrukturen erleichtern. Zum Beispiel sollte während der Herstellung von Barriererippen auf einem Glassubstrat die Präzision und Akkuratesse in der Ausrichtung und Anordnung der Barriererippen in Bezug auf die Elektroden auf dem Substrat während des gesamten Verarbeitungsprozesses beibehalten werden. Die Möglichkeit, Barriererippen im Grünzustand mit niedrigeren Temperaturen zu brennen, kann die Wärmeausdehnung und den Umfang der Spannungsentlastung, die während des Erhitzens erforderlich ist, reduzieren, wodurch unzulässige Substratverwerfungen, das Verziehen der Barriererippen und das Ablösen der Barriererippen vermieden werden.
Keramische Materialien mit niedrigeren Erweichungstemperaturen können durch das Einbinden bestimmter Mengen von Alkalimetallen, Blei oder Wismut in das Material erzielt werden. Bei PDP-Barriererippen kann das Vorhandensein von Alkalimetallen in den mikrostrukturierten Barrieren jedoch während der Verarbeitung bei erhöhter Temperatur einen Übergang von Material aus den Elektroden in das Substrat verursachen. Die Diffusion von Elektrodenmaterial kann zu Störungen, oder „Nebensignaleffekten", sowie zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Elektroden führen, was die Leistung des Geräts herabsetzt. Deshalb ist das Keramikpulver der Aufschlämmung für PDP-Anwendungen bevorzugt im Wesentlichen frei von Alkalimetall. Außerdem kann das Einbinden von Blei oder Wismut in das keramische Material der Aufschlämmung die umweltfreundliche Entsorgung des Materials problematisch machen. Ist das Einbinden von Blei oder Wismut nicht erwünscht, kann keramisches Material mit niedrigerer Erweichungstemperatur auch durch die Verwendung von Phosphat- oder B₂O₃-haltigen Zusammensetzungen erzielt werden. Eine solche Zusammensetzung enthält ZnO und B₂O₃. Eine weitere solche Zusammensetzung enthält BaO und B₂O₃. Eine weitere solche Zusammensetzung enthält ZnO, BaO und B₂O₃. Eine weitere solche Zusammensetzung enthält La₂O₃ und B₂O₃. Eine weitere solche Zusammensetzung enthält Al₂O₃, ZnO und P₂O₅.
Andere vollständig lösliche, unlösliche oder teilweise lösliche Komponenten können in das keramische Material der Aufschlämmung eingebunden werden, um verschiedene Eigenschaften zu erreichen oder zu verändern. Zum Beispiel kann Al₂O₃ oder La₂O₃ zugesetzt werden, um die chemische Beständigkeit der Zusammensetzung zu erhöhen und die Korrosion zu vermindern. MgO kann zugesetzt werden, um die Glasübergangstemperatur zu erhöhen oder den CTE der Zusammensetzung zu erhöhen. TiO₂ kann zugesetzt werden, um dem Material einen höheren Grad an Lichtundurchlässigkeit, Weiße und Reflexionsvermögen zu verleihen. Andere Komponenten oder Metalloxide können zugesetzt werden, um andere Eigenschaften des keramischen Materials wie etwa den CTE, die Erweichungstemperatur, die optischen Eigenschaften, die physikalischen Eigenschaften wie die Sprödigkeit und so weiter zu verändern und bedarfsgerecht zu beeinflussen.
Andere Mittel der Herstellung einer Zusammensetzung, die bei relativ niedrigen Temperaturen gebrannt werden kann, umfassen das Beschichten von Kernpartikel in der Zusammensetzung mit einer Schicht aus niedrigschmelzendem Material. Beispiele geeigneter Kernpartikel umfassen ZrO₂, Al₂O₃, ZrO₂-SiO₂ und TiO₂. Beispiele geeigneter niedrigschmelzender Beschichtungsmaterialien umfassen B₂O₃, P₂O₅ und Glasarten auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe: B₂O₃, P₂O₅ und SiO₂. Diese Beschichtungen können mit verschiedenen Verfahren aufgebracht werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist ein Sol-Gel-Verfahren, bei dem die Kernpartikel in einer nasschemischen Vorstufe des Beschichtungsmaterials dispergiert werden. Danach wird die Mischung getrocknet und (wenn nötig) verrieben, um die beschichteten Partikel zu trennen. Diese Partikel können in dem Glas- oder Keramikpulver der Aufschlämmung oder Paste dispergiert werden oder an sich als Glaspulver der Aufschlämmung oder Paste verwendet werden.
Das keramische Material in der Aufschlämmung oder Paste wird bevorzugt in Form von Partikeln bereitgestellt, die in der gesamten Aufschlämmung oder Paste dispergiert sind. Die bevorzugte Größe der Partikel hängt von der Größe der Mikrostrukturen ab, die auf dem strukturierten Substrat gebildet und ausgerichtet werden sollen. Bevorzugt beträgt die durchschnittliche Größe oder der durchschnittliche Durchmesser der Partikel im keramischen Material der Aufschlämmung oder Paste nicht mehr als etwa 10% bis 15% der Größe des kleinsten charakteristischen Bezugsmaßes der zu bildenden und auszurichtenden Mikrostrukturen. Beispielsweise können PDP-Barriererippen Breiten von etwa 20 μm aufweisen, und ihre Breiten sind das kleinste Merkmalsbezugsmaß. Für PDP-Barriererippen dieser Größe ist die durchschnittliche Partikelgröße im keramischen Material bevorzugt nicht größer als 2 oder 3 μm. Durch die Verwendung von Partikeln dieser oder kleinerer Größe ist es wahrscheinlicher, dass die Mikrostrukturen mit der gewünschten Genauigkeit nachgebildet werden und die Oberflächen der keramischen Mikrostrukturen relativ glatt sind. Mit der Annäherung der durchschnittlichen Partikelgröße an die Größe der Mikrostrukturen passt sich die Aufschlämmung oder Paste, die die Partikel enthält, möglicherweise nicht mehr dem mikrostrukturierten Profil an. Außerdem kann die maximale Oberflächenrauheit teilweise aufgrund der Keramikpartikelgröße variieren. Es ist daher leichter, mit kleineren Partikeln glättere Strukturen zu bilden.
Das Bindemittel der Aufschlämmung oder Paste ist ein organisches Bindemittel, das auf der Grundlage von Faktoren ausgewählt wird wie etwa der Bindungsfähigkeit an das keramische Material der Aufschlämmung oder Paste, der Aushärtungs- oder anderweitigen Härtungsfähigkeit zum Beibehalten einer geformten Mikrostruktur, der Haftfähigkeit am strukturierten Substrat und der Fähigkeit sich bei Temperaturen zu verflüchtigen (oder auszubrennen), die mindestens etwas niedriger als die zum Brennen der Mikrostrukturen im Grünzustand sind. Das Bindemittel hilft, die Partikel des keramischen Materials aneinander zu binden, wenn das Bindemittel ausgehärtet oder gehärtet ist, so dass die Form entfernt werden kann und starre Mikrostrukturen im Grünzustand hinterlässt, die am strukturierten Substrat haften und ausgerichtet sind. Das Bindemittel kann als „flüchtiges Bindemittel" bezeichnet werden, das, wenn gewünscht, das Bindemittelmaterial bei erhöhter Temperatur aus den Mikrostrukturen ausgebrannt werden kann, bevor das keramische Material in den Mikrostrukturen verschmolzen oder gesintert wird. Bevorzugt brennt das Brennen das flüchtige Bindemittel im Wesentlichen vollständig aus, so dass die Mikrostrukturen, die auf der strukturierten Oberfläche des Substrats zurückbleiben, verschmolzene Glas- oder Keramikmikrostrukturen sind, die im Wesentlichen frei von Carbonresten sind. In Anwendungen, in denen die verwendeten Mikrostrukturen dielektrische Barrieren sind, wie etwa in PDPs, ist das Bindemittel bevorzugt ein Material, das bei einer Temperatur entbindert werden kann, die mindestens etwas unter der zum Brennen erwünschten Temperatur liegt, ohne eine bedeutende Menge Karbon zurückzulassen, das die dielektrischen Eigenschaften der mikrostrukturierten Barrieren vermindern kann.
Beispielsweise können Bindemittelmaterialien, die einen erheblichen Anteil an Kohlenwasserstoffen enthalten, wie etwa Phenolharzmaterialien, während des Entbinderns Grafitkarbonpartikel zurücklassen, deren vollständige Entfernung bedeutend höhere Temperaturen erfordern kann.
Das Bindemittel ist bevorzugt ein organisches Material, das mit Strahlung oder Wärme aushärtbar ist. Bevorzugte Materialklassen umfassen Acrylate und Epoxide. Alternativ kann das Bindemittel ein Thermoplastmaterial sein, das bis zu einem flüssigen Zustand erhitzt wird, um sich der Form anzupassen, und dann zu einem gehärteten Zustand abgekühlt wird, um am Substrat haftende Mikrostrukturen zu bilden. Ist eine genaue Anordnung und Ausrichtung der Mikrostrukturen auf dem Substrat gewünscht, so ist es vorzuziehen, dass das Bindemittel mit Strahlung aushärtbar ist, so dass das Bindemittel unter isothermischen Bedingungen gehärtet werden kann. Unter isothermischen Bedingungen (keine Änderung der Temperatur) kann die Form und damit die Aufschlämmung oder Paste in der Form während des Härtens des Bindemittelmaterials in einer festen Position gegenüber der Struktur des Substrats gehalten werden. Dies vermindert das Risiko eines Verschiebens oder einer Ausdehnung der Form oder des Substrats, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungseigenschaften der Form und des Substrats, so dass eine genaue Anordnung und Ausrichtung der Form beibehalten werden kann, während die Aufschlämmung oder Paste gehärtet wird.
Bei der Verwendung eines Bindemittels, das mit Strahlung härtbar ist, ist es vorzuziehen, einen Härtungsinitiator zu nutzen, der durch eine Strahlung aktiviert wird, für die das Substrat im Wesentlichen durchlässig ist, so dass die Aufschlämmung oder Paste durch Bestrahlung durch das Substrat hindurch gehärtet werden kann. Wenn beispielsweise das Substrat aus Glas besteht, so ist das Bindemittel bevorzugt durch sichtbares Licht aushärtbar. Durch das Aushärten des Bindemittels durch das Substrat hindurch haftet die Aufschlämmung oder Paste zuerst am Substrat, und ein Schwund des Bindemittelmaterials während des Aushärtens tritt tendenziell weg von der Form und hin zur Oberfläche des Substrats auf. Dies unterstützt die Lösung der Mikrostrukturen von der Form und die Beibehaltung der Position und Genauigkeit der Mikrostrukturanordnung auf der Struktur des Substrats.
Außerdem kann die Auswahl eines Härtungsinitiators davon abhängen, welche Materialien als das keramische Material der Aufschlämmung oder Paste verwendet werden. Beispielsweise kann es in Anwendungen, in denen die Bildung von keramischen Mikrostrukturen wünschenswert ist, die lichtundurchlässig und diffus reflektierend sind, vorteilhaft sein, eine gewisse Menge an Titanoxid (TiO₂) in das keramische Material der Aufschlämmung oder Paste einzubinden. Obwohl Titanoxid zur Steigerung der Reflexionsfähigkeit der Mikrostrukturen nützlich sein kann, kann es doch auch das Härten mit sichtbarem Licht schwierig machen, weil die Reflexion des sichtbaren Lichts durch Titanoxid in der Aufschlämmung oder Paste die ausreichende Absorption des Lichts durch den Härtungsinitiator zum effizienten Aushärten des Bindemittels verhindern kann. Durch Auswahl eines Härtungsinitiators, der durch Strahlung aktiviert wird, die sich gleichzeitig durch das Substrat und die Titanoxidpartikel ausbreiten kann, kann jedoch ein effektives Aushärten des Bindemittels erfolgen. Ein Beispiel solch eines Härtungsinitiators ist Bis(2,4,6-Trimethylbenzoyl)-Phenylphosphinoxid, ein Photoinitiator, der handelsüblich von Ciba Speciality Chemicals, Hawthrone, NY unter dem Handelsnamen Irgacure^TM 819 beziehbar ist. Ein weiteres Beispiel ist ein ternäres Photoinitiatorsystem wie in der US-Patentschrift 5,545,670 beschrieben enthält beispielsweise eine Mischung aus Ethyl-Dimethylaminobenzoat, Camphorquinon und Diphenyl-Iodonium-Hexafluorphosphat. Diese beiden Beispiele sind im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums nahe der Grenze des ultravioletten Lichts in einem relativ begrenzten Bereich aktiv, in dem die Strahlung sowohl ein Glassubstrat als auch einen Titanoxidpartikel in der Aufschlämmung oder Paste durchdringen kann. Weitere Härtungssysteme zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung können beispielsweise auf der Grundlage des Bindemittels, der Komponenten des keramischen Materials in der Aufschlämmung oder Paste und des Materials der Form oder des Substrats, durch das hindurch die Härtung stattfinden soll, ausgewählt werden.
Das Verdünnungsmittel der Aufschlämmung oder Paste ist im Allgemeinen ein Material, das auf der Grundlage von Faktoren wie zum Beispiel der Fähigkeit zur Verbesserung der Formtrenneigenschaften der Aufschlämmung nach dem Härten des flüchtigen Bindemittels und der Fähigkeit zur Verbesserung der Entbinderungseigenschaften von Strukturen im Grünzustand, die aus der Aufschlämmung oder Paste hergestellt werden, ausgewählt wird. Das Verdünnungsmittel ist bevorzugt ein Material, das vor dem Härten im Bindemittel löslich ist und nach dem Härten des Bindemittels flüssig bleibt. Dies bietet zwei Vorteile. Erstens reduziert das Verdünnungsmittel dadurch, dass es flüssig bleibt, wenn das Bindemittel gehärtet ist, das Risiko des Anhaftens des gehärteten Bindemittelmaterials an der Form. Zweitens wird das Verdünnungsmittel dadurch, dass es flüssig bleibt, wenn das Bindemittel gehärtet ist, vom Bindemittelmaterial phasengetrennt, wodurch ein sich durchdringendes Netzwerk aus kleinen Taschen oder Tröpfchen des Verdünnungsmittels, das in der gesamten gehärteten Bindemittelmatrix dispergiert ist, gebildet wird. Der Vorteil der Phasentrennung des Verdünnungsmittels wird aus der folgenden Erläuterung deutlich.
Für viele Anwendungen, wie etwa als PDP-Barriererippen ist es wünschenswert, dass das Entbindern der Mikrostrukturen im Grünzustand vor dem Brennen im Wesentlichen abgeschlossen ist. Außerdem ist das Entbindern oft der längste Schritt mit der höchsten Temperatur bei der thermischen Bearbeitung. Deshalb ist es wünschenswert, dass die Aufschlämmung oder Paste relativ schnell und vollständig und bei einer relativ niedrigen Temperatur entbindert werden kann.
Ohne sich an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, kann man sich das Entbindern als kinetisch und thermodynamisch durch zwei temperaturabhängige Prozesse begrenzt vorstellen, nämlich durch Diffusion und Verdampfung. Verdampfung ist der Prozess, durch den zersetzte Bindemittelmoleküle von einer Oberfläche der Strukturen im Grünzustand verdunsten und dadurch ein poröses Netzwerk hinterlassen, damit das Austreten in weniger blockierten Weise fortdauern kann. In einem einphasigen Harzbindemittel können intern eingeschlossene gasförmige Zersetzungsprodukte Blasen bilden und/oder die Strukturen aufbrechen. Dies ist in Bindemittelsystemen verbreiteter, die ein hohes Maß an kohlenstoffhaltigen Zersetzungsprodukten auf der Oberfläche zurücklassen, die eine undurchlässige Oberflächenschicht bilden können, um den Austritt der Bindemittelzersetzungsgase zu stoppen. In einigen Fällen, in denen einphasige Bindemittel erfolgreich sind, ist die Querschnittsfläche relativ klein und die Erhitzungsphase zur Zersetzung des Bindemittels ist an sich lang, um die Bildung einer Oberflächenschicht zu verhindern.
Die Geschwindigkeit, mit der Verdampfung auftritt, hängt von der Temperatur, einer Aktivierungsenergie für das Verdampfen und einer Frequenz oder Abtastrate ab. Da Verdampfung hauptsächlich auf oder nahe der Oberfläche auftritt, verhält sich die Abtastrate typisch proportional zur gesamten Oberfläche der Strukturen. Diffusion ist der Prozess, durch den Bindemittelmoleküle von der Hauptmasse der Strukturen an die Oberflächen abwandern. Aufgrund der Verdampfung des Bindemittelmaterials aus der Oberfläche besteht ein Konzentrationsgradient, der dazu neigt, Bindemittelmaterial zu den Oberflächen zu drängen, an denen eine geringere Konzentration vorliegt. Die Geschwindigkeit der Diffusion hängt zum Beispiel von der Temperatur, einer Aktivierungsenergie für die Diffusion und einer Konzentration ab.
Da die Verdampfung durch den Oberflächeninhalt begrenzt ist, kann zu schnelles Erhitzen zum Einschluss flüchtiger Spezies führen, wenn der Oberflächeninhalt im Verhältnis zur Hauptmasse der Mikrostrukturen klein ist. Wenn der innere Druck groß genug wird, können die Strukturen aufblähen, reißen oder brechen. Um diese Wirkung einzuschränken, kann das Entbindern durch relativ allmähliche Steigerung der Temperatur erfolgen, bis das Entbindern abgeschlossen ist. Das Fehlen von offenen Kanälen zum Entbindern oder zu schnelles Entbindern kann auch zu einer höheren Neigung zur Bildung von Karbonrückständen führen. Dies wiederum kann höhere Entbinderungstemperaturen erforderlich machen, um eine im Wesentlichen vollständige Entbinderung zu erreichen. Wenn das Entbindern abgeschlossen ist, kann die Temperatur schneller auf die Brenntemperatur hochgefahren und auf dieser Temperatur gehalten werden, bis das Brennen beendet ist. An diesem Punkt können die Artikel dann abgekühlt werden.
Das Verdünnungsmittel fördert das Entbindern durch Bereitstellung kürzerer Wege für die Diffusion und eines größeren Oberflächeninhalts. Das Verdünnungsmittel bleibt bevorzugt flüssig und wird vom Bindemittel phasengetrennt, wenn das Bindemittel gehärtet oder anderweitig ausgehärtet wird. Dies erzeugt ein sich durchdringendes Netzwerk aus Taschen von Verdünnungsmittel, das in einer Matrix aus gehärtetem Bindemittelmaterial dispergiert ist. Je schneller das Härten oder Aushärten des Bindemittelmaterials geschieht, desto kleiner sind die Taschen des Verdünnungsmittels. Bevorzugt ist nach dem Aushärten des Bindemittels eine relativ große Menge relativ kleiner Taschen in einem Netzwerk verteilt, das sich durch die gesamten Strukturen im Grünzustand zieht. Während des Entbinderns kann das Verdünnungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht bei relativ niedrigen Temperaturen vor der Zersetzung der anderen organischen Komponenten mit hohem Molekulargewicht schnell verdampfen. Das Verdampfen des Verdünnungsmittels hinterlässt eine etwas poröse Struktur, wodurch die Oberfläche vergrößert wird, von der verbleibendes Bindemittelmaterial verdampfen kann, und die mittlere Weglänge verkürzt wird, über die das Bindemittelmaterial diffundieren muss, um diese Oberflächen zu erreichen. Somit wird durch das Einbeziehen des Verdünnungsmittels die Geschwindigkeit der Verdampfung während der Bindemittelzersetzung erhöht, indem die verfügbare Oberfläche vergrößert wird, wodurch die Geschwindigkeit der Verdampfung bei den gleichen Temperaturen erhöht wird. Dies macht das Auftreten von Druckaufbau aufgrund begrenzter Diffusionsgeschwindigkeiten weniger wahrscheinlich. Weiterhin gestattet es die relativ poröse Struktur, dass aufgebauter Druck leichter und bei niedrigeren Grenzwerten entweicht. Dies führt dazu, dass das Entbindern typisch mit einer höheren Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung ausgeführt werden kann, während das Risiko des Mikrostrukturbruchs verringert wird. Außerdem wird wegen der vergrößerten Oberfläche und der verkürzten Diffusionslänge das Entbindern bei einer niedrigeren Temperatur abgeschlossen.
Das Verdünnungsmittel ist nicht einfach eine Lösemittelverbindung für das Bindemittel. Das Verdünnungsmittel ist bevorzugt löslich genug, um in das Bindemittel im ungehärteten Zustand eingearbeitet zu werden. Nach dem Härten des Bindemittels der Aufschlämmung oder Paste sollte das Verdünnungsmittel von den Monomeren und/oder Oligomeren phasengetrennt werden, die am Vernetzungsprozess beteiligt sind. Bevorzugt wird das Verdünnungsmittel zu einzelnen Taschen aus flüssigem Material in einer gleichmäßigen Matrix aus gehärtetem Bindemittel phasengetrennt, wobei das gehärtete Bindemittel die Partikel der Glasfritte oder des keramischen Materials der Aufschlämmung oder Paste bindet. Auf diese Weise wird die physikalische Integrität der gehärteten Mikrostrukturen im Grünzustand nicht sehr gefährdet, selbst wenn nennenswert hohe Mengen Verdünnungsmittel verwendet werden (z.B. größer als ein Verhältnis von Verdünnungsmittel zu Harz von 1:3).
Bevorzugt weist das Verdünnungsmittel eine niedrigere Neigung zum Binden an das keramische Material der Aufschlämmung oder Paste auf als die Neigung des Bindemittels zum Binden an das keramische Material auf. Im gehärteten Zustand sollte das Bindemittel an die Partikel des keramischen Materials gebunden sein. Dies erhöht die strukturelle Integrität der Strukturen im Grünzustand, insbesondere nach dem Verdampfen des Verdünnungsmittels. Andere gewünschte Eigenschaften des Verdünnungsmittels hängen von der Wahl des keramischen Materials, der Wahl des Bindemittelmaterials, der Wahl des Härtungsinitiators (falls vorhanden), der Wahl des Substrats und anderer Zusatzstoffe (falls vorhanden) ab. Bevorzugte Klassen von Verdünnungsmitteln umfassen Glykole und Polyhydroxyle, zu denen beispielsweise Butandiole, Ethylenglykole und andere Polyole gehören.
Zusätzlich zum Keramikpulver, Bindemittel und Verdünnungsmittel kann die Aufschlämmung oder Paste optional auch andere Materialien enthalten. Zum Beispiel kann die Aufschlämmung oder Paste einen Haftvermittler zur Förderung der Haftung am Substrat enthalten. Für Glassubstrate oder andere Substrate mit Siliziumoxid- oder Metalloxidoberflächen ist ein Silankopplungsmittel als Haftvermittler eine bevorzugte Wahl. Ein bevorzugtes Silankopplungsmittel ist ein Silankopplungsmittel mit drei Alkoxygruppen. Solch ein Silan kann optional vorhydrolysiert sein, um eine bessere Haftung am Glassubstrat zu fördern. Ein besonders bevorzugtes Silankopplungsmittel ist ein Silan-Primer, wie er von der Manufacturing Co. (3M), St. Paul, MN, unter dem Handelsnamen Scotchbond^TM Ceramic Primer vertrieben wird. Weitere optionale Zusatzstoffe können Materialien wie etwa Dispergiermittel umfassen, die das Mischen des keramischen Materials mit den anderen Komponenten der Aufschlämmung oder Paste unterstützen. Weitere optionale Zusatzstoffe können auch Tenside, Katalysatoren, Anti-Aging-Mittel, Formtrennmittel und so weiter umfassen.
Im Allgemeinen verwenden die Verfahren der vorliegenden Erfindung typisch eine Form, um die Mikrostrukturen zu bilden. Die Verfahren verwenden bevorzugt eine Form, die in mindestens einer Richtung gedehnt werden kann, um die Strukturen der Form an einem bestimmten Abschnitt des strukturierten Substrats auszurichten. Die Form ist bevorzugt eine flexible Polymerfolie mit einer glatten Oberfläche und einer gegenüberliegenden mikrostrukturierten Oberfläche. Die Form kann hergestellt werden, indem ein Thermoplastmaterial mit Hilfe eines Vorlagewerkzeugs mit einer Mikrostruktur formgepresst wird. Die Form kann auch aus einem härtbaren Material hergestellt werden, das auf eine dünne flexible Polymerfolie gegossen und gehärtet wird. Eine Erläuterung bezüglich der Verwendung gekrümmter Oberflächen, die die Barrierebereiche und die Grundbereiche verbinden, und anderer Form-/Mikrostrukturanordnungen wird in der Schrift US-A-2003/0100192 mit dem Titel „Method for Forming Ceramic Microstructures an a Substrate Using a Mold and Articled Formed by the Method" bereitgestellt.
Die mikrostrukturierte Form kann beispielsweise gemäß einem Verfahren hergestellt werden wie die Verfahren, die in der US-Patentschrift 5,175,030 (Lu u. a.) und der US-Patentschrift 5,183,597 (Lu) offenbart sind. Der Formungsprozess umfasst folgende Schritte: (a) Herstellen einer Oligomerharzmischung, (b) Abscheiden der Oligomerharzmischung auf eine negativ mikrostrukturierte Vorlagewerkzeugoberfläche in gerade ausreichender Menge, um die Hohlräume der Vorlage zu füllen, (c) Füllen der Hohlräume durch Bewegen einer Wulst der Mischung zwischen einem vorgeformten Substrat und der Vorlage, wobei mindestens eines davon flexibel ist, und (d) Härten der Oligomermischung.
Die Oligomerharzmischung des Schritts (a) ist bevorzugt eine einteilige, lösemittelfreie, durch Strahlung polymerisierbare, vernetzbare, organische Oligomerzusammensetzung, obschon auch andere geeignete Materialien verwendet werden können. Die Oligomerzusammensetzung ist bevorzugt zu einem flexiblen und dimensionsstabilen, gehärteten Polymer härtbar. Das Härten des Oligomerharzes geschieht bevorzugt mit niedrigem Schwund. Ein Beispiel einer geeigneten Oligomerzusammensetzung ist ein aliphatisches Urethanacrylat wie etwa das, das von der Henkel Corporation, Ambler, PA, unter dem Handelsnamen Photomer^TM 6010 vertrieben wird. Ähnliche Verbindungen sind von anderen Anbietern beziehbar.
Monomere und Oligomere mit Acrylat- und Methacrylatfunktion werden bevorzugt, weil sie unter normalen Härtungsbedingungen schneller polymerisieren. Des Weiteren ist eine große Vielfalt von Acrylatestern handelsüblich beziehbar. Es können jedoch ohne Einschränkung auch Inhaltsstoffe mit Methacrylat-, Acrylamid- und Methacrylamidfunktion verwendet werden. Im Vorliegenden, wo Acrylat verwendet wird, ist Methacrylat als akzeptabel anzusehen.
Die Polymerisation kann mit den üblichen Mitteln erreicht werden, wie etwa durch Erhitzen in Gegenwart von Initiatoren in Form von freien Radikalen, durch Bestrahlen mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht in Gegenwart eines geeigneten Fotoinitiators und durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl. Ein Verfahren der Polymerisation erfolgt durch die Bestrahlung mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht in Gegenwart eines Fotoinitiators mit einer Konzentration von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis 1 Gewichtsprozent der Oligomerzusammensetzung. Höhere Konzentrationen können verwendet werden, sind aber normalerweise nicht erforderlich, um die gewünschten Eigenschaften des gehärteten Harzes zu erzielen.
Die Viskosität der in Schritt (b) abgeschiedenen Oligomerzusammensetzung kann zum Beispiel zwischen 500 und 5000 Centipoise (500 und 5000 × 10^-3 Pascalsekunden) liegen. Weist die Oligomerzusammensetzung eine Viskosität oberhalb dieses Bereichs auf, können Luftblasen in der Zusammensetzung eingeschlossen werden. Außerdem füllt die Zusammensetzung möglicherweise die Hohlräume im Vorlagenwerkzeug nicht vollständig aus. Aus diesem Grund kann das Harz erhitzt werden, um die Viskosität auf den gewünschten Bereich abzusenken. Wird eine Oligomerzusammensetzung mit einer Viskosität unterhalb dieses Bereichs verwendet, so kann die Oligomerzusammensetzung bei dem Härten einen Schwund erfahren, der verhindert, dass die Oligomerzusammensetzung die Vorlage genau nachbildet.
Fast jedes Material kann als Grundlage (Substrat) der strukturierten Form verwendet werden, so lange dieses Material in Wesentlichen optisch klar für die Härtungsstrahlung ist und genügend Festigkeit für die Handhabung während des Abformens der Mikrostrukturen aufweist. Des Weiteren kann das Material, das als die Grundlage verwendet wird, solcherart gewählt werden, dass es während der Verarbeitung und des Gebrauchs der Form genügend thermische Stabilität aufweist. Polyethylenterephthalat- oder Polycarbonatfolien werden für die Verwendung als ein Substrat in Schritt (c) bevorzugt, da die Materialien wirtschaftlich, optisch durchlässig für Hartungsstrahlung sind und eine gute Dehnbarkeit aufweisen. Substratstärken von 0,025 Millimetern bis 0,5 Millimetern sind bevorzugt und Stärken von 0,075 Millimetern bis 0,175 Millimetern sind besonders bevorzugt. Weitere nutzbare Substrate für die mikrostrukturierte Form umfassen Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetatpropionat, Polyethersulfon, Polymethylmethacrylat, Polyurethan, Polyester und Polyvinylchlorid. Die Oberfläche des Substrats kann auch behandelt werden, um die Haftung an der Oligomerzusammensetzung zu fördern.
Beispiele für geeignete Materialien auf Polyethylenterephthalat-Basis umfassen: Photograde-Polyethylenterephthalat und Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Oberfläche, die gemäß dem in US-Patentschrift 4,340,276 beschriebenen Verfahren geformt wurde.
Eine bevorzugte Vorlage zur Verwendung im oben beschriebenen Verfahren ist ein Metallwerkzeug. Ist die Temperatur des Härtens und des optional gleichzeitigen Wärmebehandlungsschritts nicht zu groß, so kann die Vorlage auch aus einem Thermoplastmaterial, wie etwa aus einem Laminat aus Polyethylen und Polypropylen, hergestellt werden.
Nachdem das Oligomerharz die Hohlräume zwischen dem Substrat und der Vorlage ausgefüllt hat, wird das Oligomerharz gehärtet, von der Vorlage entfernt und kann wärmebehandelt werden oder auch nicht, um etwaige Restspannungen abzubauen. Führt das Härten des Formharzmaterials zu einem Schwund von mehr als 5% (z.B. wenn ein Harz mit einem beträchtlichen Anteil eines Monomers oder eines niedrigmolekularen Oligomers verwendet wird), so wurde beobachtet, dass die resultierenden Mikrostrukturen verzogen sein können. Die auftretende Verformung zeigte sich üblicherweise in konkaven Seitenwandungen der Mikrostruktur oder in abgeschrägten Oberseiten an Merkmalen der Mikrostrukturen. Obwohl diese Harze mit geringer Viskosität bei der Nachbildung von kleinen Mikrostrukturen mit geringem Seitenverhältnis gute Leistungen zeigen, werden sie nicht für Mikrostrukturen mit verhältnismäßig großem Seitenverhältnis bevorzugt, bei denen die Winkel der Seitenwandungen und die Oberseitenplanheit erhalten bleiben sollten. Zur Bildung von Keramikbarriererippen für PDP-Anwendungen sind Rippen mit verhältnismäßig hohem Seitenverhältnis erwünscht und die Erhaltung von relativ geraden Seitenwandungen und Oberseiten an den Barriererippen kann bedeutsam sein.
Wie oben angegeben, kann die Form alternativ durch Formpressen eines geeigneten Thermoplasts gegen das Vorlagenmetallwerkzeug nachgebildet werden.
Verfahren zur Bereitstellung keramischer Mikrostrukturen
Verfahren, die das Formen und Bilden keramischer Mikrostrukturen auf einem strukturierten Substrat ermöglichen, wurden bereits beschrieben. Zum Beispiel beschreiben die PCT-Patentveröffentlichung Nr. WO/0038829 und die US-Patentschrift 6,247,986 das Formen und Ausrichten keramischer Barriererippenmikrostrukturen auf einem durch Elektroden strukturierten Substrat. Die PCT-Patentveröffentlichung Nr. WO/0038829 und die US-Patentschrift 6,247,986 beschreiben Verfahren zur Bildung keramischer Barriererippenmikrostrukturen, die insbesondere in elektronischen Bildschirmen nutzbar sind, wie etwa in PDPs und PALC-Bildschirmen, in denen Pixel durch Plasmaerzeugung zwischen gegenüberliegenden Substraten adressiert oder beleuchtet werden.
Es wurden neue Verfahren entwickelt, die einige der in diesen Verweisen beschriebenen Merkmale nutzen und genaue und gleichmäßige Mikrostrukturparameter bereitstellen können. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bildung von Mikrostrukturen auf einem Substrat. Ein oder mehrere Substrate 102 werden von einer Vorrichtung 104 durch eine Anzahl von Bearbeitungsstationen befördert. Diese Bearbeitungsstationen können als Einzelvorrichtung oder als mehrere Vorrichtungen gestaltet sein.
An einer Beschichtungsstation 106 wird eine Beschichtung aus härtbarer Aufschlämmung oder Paste, die keramisches Material enthält, auf das Substrat 102 aufgebracht. Typisch wird die Beschichtung 108 auf das Substrat mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht, das im Wesentlichen gleichmäßige Beschichtungen erzeugen kann. Beispiele solcher Verfahren umfassen das Rakelbeschichten, den Siebdruck, das Extrusionsbeschichten und das Gegenlaufgravurstreichen.
Die Beschichtung 108 kann auf einen oder mehrere Bereiche des Substrats 102 aufgetragen werden. 5 zeigt ein Beispiel, in dem die Beschichtung 108 im Wesentlichen auf das gesamte Substrat 102 aufgetragen ist, wobei der Pfeil 175 die Richtung des Transports in dem in 2 dargestellten Bearbeitungsprozess angibt. Die Ränder sind in diesem Beispiel frei von keramischem Material belassen, um Bereiche zur Handhabung des Substrats bereitzustellen oder, insbesondere im Fall von PDPs oder anderen Bildschirmtechnologien, um Bereiche frei von keramischem Material bereitzustellen, in denen die Abdichtung der vorderen Tafel erfolgt und elektrische Verbindungen mit den Elektroden hergestellt werden können, die in einer Struktur auf dem Substrat angeordnet sind. 6 und 7 zeigen Beispiele eines Substrats 102, bei dem die Beschichtung 108 auf verschiede Bereiche des Substrats 102 aufgebracht ist. Das kann nützlich sein, wenn Mikrostrukturen nur auf einem Abschnitt des Substrats benötigt werden oder wenn mehrere Elemente aus einem einzigen Substrat gebildet werden können. Zum Beispiel können die in 6 und 7 dargestellten Substrate nach Bildung der Mikrostrukturen in drei Bildschirmtafeln aufgetrennt werden.
Allgemein variiert die Stärke der Beschichtung um nicht mehr als 5%, bevorzugt 2% oder weniger. In einer Ausführungsform weist die Beschichtung eine Stärke von etwa 50 bis 75 μm auf. Andere Ausführungsformen können dickere oder dünnere Beschichtungen verwenden. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung erleichtert die Bildung gleichmäßiger Mikrostrukturen und reduziert die für weitere Bearbeitungsschritte benötigte Genauigkeit. Insbesondere müssen bei fehlender Gleichmäßigkeit der Beschichtung die unten beschriebenen nachfolgenden Formungsarbeitsschritte möglicherweise mit viel genauerem Berührungsdruck und viel genauerer Berührungsgeschwindigkeitskontrolle erfolgen. Diese Genauigkeit kann erheblich schwieriger für diese Parameter beizubehalten sein als die Genauigkeit in der Beschichtungsstärke.
In einer Ausführungsform entspricht die Beschichtungsfläche im Wesentlichen der Fläche, die von den Mikrostrukturen (z.B. Barriererippen) bedeckt sein wird. Mit anderen Worten erstreckt sich die Beschichtung (wie sie während des Prozesses verändert wurde) während der in 2 gezeigten Bearbeitung im Wesentlichen nicht über den Bereich der ersten Beschichtung hinaus. In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, überschüssige Beschichtung, die aus der ersten Beschichtungsfläche herausgedrückt wurde, zu entfernen. Die Beschichtung aus den Flachbereichen wird in die Barrierebereiche gedrückt. Die Beschichtungsstation bestimmt den Rahmen für die Mikrostrukturen des fertigen Gegenstandes oder Elements.
3 zeigt einen Querschnitt eines Substrats 102 mit der Beschichtung 108 aus einer Aufschlämmung oder Paste, die ein keramisches Material enthält, nachdem das Substrat die Beschichtungsstation passiert hat. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 102 als mit Elektrodenstrukturen 103 strukturiert dargestellt, um einen Plasmabildschirm zu bilden. Es können aber auch andere Strukturen als Elektroden verwendet werden, um andere Produkte herzustellen.
Wiederum in 2 werden die beschichteten Substrate zu einer Formauftragungsstation 110 transportiert, an der eine Form 112 auf die Beschichtung 108 aufgebracht wird, womit allgemein an einem vorderen Rand der Beschichtung begonnen wird. Die Form 112 weist typisch eine Gestalt auf, die die gewünschten Mikrostrukturen erzeugt. 4 zeigt einen Querschnitt des Substrats 102 nach dem Aufbringen der Form 112. Die Form 112 ist dieser Ausführungsform solcherart gestaltet und angeordnet, dass Barrierebereiche 114 (z.B. Barriererippen) zwischen den Elektrodenstrukturen 103 gebildet werden. Die dazwischen liegenden Flachbereiche 116 werden zwischen den Barrierebereichen 114 geschaffen. Die Flachbereiche 116 sind typisch im Wesentlichen dünner als die Barrierebereiche 114 und weisen bevorzugt a) eine gleichmäßige Stärke über die gesamten Elektrodenstrukturen 103 hinweg oder b) eine beliebige Schwankung in der Stärke über die gesamten Elektrodenstrukturen auf, die sich im Wesentlichen an jeder der Elektrodenstrukturen wiederholt. Dies kann eine reproduzierbare dielektrische Schicht über jeder der Elektroden bereitstellen, was wünschenswert sein kann, um eine gleichmäßige Pixelbetätigung in einem Bildschirm bereitzustellen. Ist die dielektrische Schicht ungleichmäßig, so funktionieren Pixel möglicherweise nicht richtig oder es kann ein Überstrom erforderlich sein (z.B. ein Strom, der größer ist als es zur Betätigung der Pixel erforderlich ist), um zu gewährleisten, dass alle Pixel aufleuchten.
In einer Ausführungsform besteht die Form 112 aus einem Material wie etwa einem Polymermaterial, das zu einer Rolle 120 geformt werden kann. Die Form 112 kann abgerollt und auf die Beschichtung 108 aufgebracht werden, während das Substrat 102 die Formauftragungsstation 110 passiert. Im Allgemeinen ist eine Andrückwalze 122 oder ein anderes Gerät zum Ausüben von Druck bereitgestellt, um Druck auf die Form 112 und die Beschichtung 108 auszuüben, um einen Abschnitt der Beschichtung in die Barrierebereiche innerhalb der Form zu drücken. Beispiele für einen Druck, der für eine Ausführungsform geeignet ist, liegen im Bereich von 1 bis 5 lb/in (etwa 0,2 bis 1 kg/cm). Reicht der Druck aus, damit das Beschichtungsmaterial die Barrierebereiche in der Form füllt und ist die Beschichtung im Wesentlichen gleichmäßig, so müssen die Geschwindigkeit, mit der das Substrat 102 läuft, und der von der Andrückwalze 122 ausgeübte Druck nicht genau gesteuert werden, um zu gewährleisten, dass die Flachbereiche die gewünschte reproduzierbare Stärke aufweisen. Ist andererseits die Beschichtung nicht im Wesentlichen gleichmäßig, so werden der Druck und die Geschwindigkeit typisch genauer gesteuert, um die gewünschte reproduzierbare Stärke der Flachbereiche zu erzielen.
Die Form 112 kann optional gedehnt werden, um mindestens einen Abschnitt der strukturierten Oberfläche der Form 112 an einem entsprechenden Abschnitt des strukturierten Substrats 102 auszurichten, wie es durch den Abstand der Elektroden 103 vorgegeben ist. Im Idealfall würden die Strukturen der Form, wie sie erzeugt sind, und die Strukturen des Substrats, wie sie erzeugt sind, perfekt zusammenpassen. Allerdings ist das in der Praxis oft nicht der Fall. Bearbeitungsschritte können zur Änderung der Abmessungen des Substrats und der Form führen. Obschon diese Abmessungsänderungen gering ausfallen können, können diese die genaue Anordnung der Mikrostrukturen, die mit Hilfe einer Form an der Substratstruktur ausgerichtet werden, nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel sind bei einem PDP-Substrat mit einer Breite von 100 cm und einer Elektrodenschrittweite von 200 μm jede der 5000 Barriererippen genau zwischen benachbarten Elektroden angeordnet. Ein Unterschied zwischen der Schrittweite der Elektroden und der Schrittweite der Form von nur 0,1 μm (oder 0,05%) bedeutet, dass die Strukturen der Barriererippen und die Elektrodenstruktur auf dem Substrat gegeneinander verschoben sind und in mindestens zwei Bereichen auf dem gesamten Substrat um 180° phasenverschoben sind. Dies kann der Funktionalität des Bildschirmgeräts sehr abträglich sein. Für solch ein PDP-Substrat weisen die Schrittweite der Form und die Schrittweite der Elektroden bevorzugt eine Abweichung von 0,01% oder weniger auf.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Form verwenden, die gedehnt werden kann, um die genaue Ausrichtung der Struktur der Form an der Struktur des Substrats zu ermöglichen. Zuerst wird die Form grob ausgerichtet, indem die Struktur der Form in der gleichen Richtung wie die Struktur des Substrats angeordnet wird. Die Form und das Substrat werden auf die Übereinstimmung ihrer jeweiligen Strukturen geprüft. Die Form wird in eine oder mehrere Richtungen parallel zu Ebene des Substrats gedehnt, bis die gewünschte Übereinstimmung erreicht ist. Im Falle von Substraten mit einer Struktur aus parallelen Linien, wie etwa Elektroden auf einem PDP-Substrat, wird die Form bevorzugt in eine Richtung gedehnt, entweder parallel zur Substratstruktur oder quer zur Substratstruktur, je nachdem, ob die Schrittweite der Form größer oder kleiner als die Schrittweite der Substratstruktur ist. Wird die Form 112 parallel zur parallelen Linienstruktur des Substrats 102 gedehnt, so wird die Schrittweite der Struktur der Form während des Dehnens solcherart reduziert, dass sie mit der Schrittweite der Struktur des Substrats übereinstimmt. Um die Schrittweite der Form zu vergrößern, wird die Form in Querrichtung gedehnt.
Das Dehnen kann mit Hilfe verschiedener bekannter Technologien erfolgen. Zum Beispiel können die Ränder der Form an justierbaren Walzen befestigt werden, die die Spannung an der Form vermindern oder erhöhen können bis die Ausrichtung erreicht ist. In Fällen, in denen es erwünscht ist, die Form in mehr als eine Richtung gleichzeitig zu dehnen, kann die Form erwärmt werden, so dass sie sich durch die Wärme ausdehnt, bis die Ausrichtung erreicht ist. In einigen Fällen können Kameras, Mikroskope oder andere Visualisierungsgeräte genutzt werden, um die Ausrichtung visuell zu überwachen. In anderen Ausführungsformen kann die Visualisierung durch einen Computer erfolgen, der beispielsweise ein CCD-Feld verwendet. Typisch wird mehr als ein Visualisierungsgerät verwendet, um die Ausrichtung an verschieden Punkten zu überwachen.
Nach dem Ausrichten der Struktur der Form an der Struktur des Substrats wird das Material zwischen der Form 112 und dem Substrat 102 an einer Härtungsstation 124 gehärtet, um an der Oberfläche des Substrats 102 haftende Mikrostrukturen zu bilden. Das Härten des Materials kann je nach dem verwendeten Bindemittel auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Material mit Hilfe eines oder mehrerer Härtungsgeräte 126 gehärtet werden, die sichtbares Licht, ultraviolettes Licht, Elektronenstrahlung oder andere Arten von Strahlung bereitstellen, oder durch Wärmehärtung oder durch Abkühlung vom geschmolzenen Zustand bis zur Verfestigung. Bei der Härtung durch Strahlung kann sich die Strahlung durch das Substrat 102, durch die Form 112 oder durch das Substrat 102 und die Form 112 ausbreiten. Bevorzugt fördert das gewählte Härtungssystem die Haftung des gehärteten Materials an dem Substrat 102. Daher wird das Material in Fällen, in denen es dazu neigt, während des Härtungs- und Bestrahlungsprozesses zu schrumpfen, bevorzugt durch Bestrahlung durch das Substrat 102 hindurch gehärtet. Wird das Material nur durch die Form 112 hindurch gehärtet, so kann sich das Material durch Schwund während des Härtens vom Substrat 102 abziehen, wodurch das Anhaften am Substrat 102 nachteilig beeinflusst wird. In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich „härtbar" auf ein Material, das wie oben beschrieben gehärtet werden kann.
Nach dem Härten des Materials zu Mikrostrukturen 25, die an der Oberfläche des Substrats 102 anhaften und an der Struktur des Substrats 102 ausgerichtet sind, kann die Form 112 an einer Formentfernungsstation 128 entfernt werden (z.B. durch Aufwickeln auf eine Rolle 130). Das Bereitstellen einer dehnbaren und flexiblen Form 112 kann das Entfernen der Form 112 erleichtern, da die Form 112 abgezogen werden kann, so dass die Entformungskraft auf einen kleineren Oberflächenbereich konzentriert werden kann. Werden Mikrostrukturen mit Barrierebereichen 114 gebildet, wird die Form 112 bevorzugt durch Abziehen in eine Richtung entfernt, die parallel zu den Barrierebereichen 114 und der Struktur der Form 112 verläuft. Dies minimiert den Druck, der während des Entfernens der Form quer auf die Barrierebereiche 114 ausgeübt wird, wodurch die Möglichkeit der Beschädigung der Barrierebereiche vermindert wird. Bevorzugt ist das Formtrennmittel entweder als Beschichtung auf die strukturierte Oberfläche 102 der Form 112 enthalten oder im Material, das gehärtet wird, um die Mikrostruktur selbst zu bilden. Ein Formtrennmittelmaterial wird umso bedeutsamer, je höher das Seitenverhältnis der gebildeten Strukturen ist. Strukturen mit höherem Seitenverhältnis machen das Entformen schwieriger und können zur Beschädigung der Mikrostrukturen führen. Wie oben erläutert unterstützt das Härten des Materials von der Substratseite 102 aus nicht nur die Verbesserung Adhäsion der gehärteten Mikrostrukturen am Substrat 102, sondern kann es auch ermöglichen, dass die Mikrostrukturen während des Härtens zum Substrat 102 hin zu schrumpfen, wodurch sie sich von der Form 112 abziehen, um ein leichteres Entformen zu gestatten.
Was nach dem Entfernen der Form 112 verbleibt, ist das strukturierte Substrat 102 mit mehreren gehärteten Mikrostrukturen, die daran haften und an der Struktur des Substrats 102 ausgerichtet sind. Je nach der Anwendung kann dies das fertige Produkt sein. In anderen Anwendungen, wie etwa als Substrate 102, die mehrere keramische Mikrostrukturen aufweisen, enthält das gehärtete Material ein Bindemittel, das bevorzugt durch Entbindern bei erhöhten Temperaturen an einer Entbinderungs-/Brennstation 132 entfernt wird. Nach dem Entbindern oder Ausbrennen des Bindemittels erfolgt das Brennen der keramischen Mikrostrukturen im Grünzustand, um die Glaspartikel im Material der Mikrostrukturen zu verschmelzen oder zu sintern. Dies erhöht die Festigkeit und Steifigkeit der Mikrostrukturen. Während des Brennens kann auch Schwund auftreten, während sich die Mikrostrukturen verdichten. Gebrannte Mikrostrukturen behalten ihre Position und ihre Schrittweite entsprechend der Struktur des Substrats 102 bei.
Für PDP-Bildschirmanwendugen wird ein Phosphormaterial zwischen den Barrierebereichen der Mikrostrukturen aufgetragen. Das Substrat 102 kann dann in eine Bildschirmanordnung eingebaut werden. Dies umfasst das Ausrichten eines vorderen Substrats 51 mit Sustain-Elektroden 53 am hinteren Substrat 21 mit Adress-Elektroden 23, Mikrostrukturen und Phosphor solcherart, dass die Sustain-Elektroden 53 senkrecht zu den Adress-Elektroden 23 verlaufen, wie in 1 dargestellt. Die Bereiche, in denen sich die entgegengesetzten Elektroden kreuzen, bilden die Pixel der Anzeigetafel. Der Raum zwischen den Substraten wird dann zu einem Vakuum geleert und mit einem Inertgas gefüllt, während die Substrate miteinander verbunden und an ihren Rändern versiegelt werden.
Die Unversehrtheit der Flachbereiche 116 der Mikrostrukturen und eine gleich bleibende dielektrische Stärke sind wichtige Aspekte eines Plasmabildschirms. Die Stärke der Flachbereiche 116 ist für die elektrische Leistung des Plasmabildschirms von Bedeutung. Wesentliche Änderungen im Dielektrikum aufgrund von ungleichmäßiger Stärke der Flachbereiche 116 können zu unerwünschten Lichtemissionsmustern (z.B. ungleichmäßige Emission der Phosphorarten) führen, was zum Beispiel durch wesentliche Unterschiede in der Schaltspannung während des Betriebs des Plasmabildschirms verursacht wird. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen das Bilden von im Wesentlichen gleichmäßigen Flachbereichen.
Man wird erkennen, dass auch andere Gegenstände mit Hilfe eines Substrats mit den geformten Mikrostrukturen hergestellt werden können. Beispielsweise können die geformten Mikrostrukturen zum Bilden von Kapillarkanälen für Anwendungen wie Elektrophoreseplatten verwendet werden. Des Weiteren können die geformten Mikrostrukturen für Plasma- oder andere Anwendungen verwendet werden, die Licht erzeugen.
BEISPIELE
Beispiele 1-10
Unter Verwendung einer Form und einer mit Licht härtbaren Glasfrittenaufschlämmung wurden Barriererippen auf einem Substrat gebildet. Es wurde eine Glasfrittenaufschlämmung hergestellt. Die in diesen Beispielen verwendete Formulierung der Glasfrittenaufschlämmung umfasste 80 Gewichtsanteile RFW030 Glaspulver (Asahi Glass Co., Tokio, Japan), das Bleiborsilikat-Glasfritten mit hochschmelzenden Füllstoffen wie TiO₂ und Al₂O₃ enthält. Dem Glaspulver wurden 8,034 Gewichtanteile BisGMA (Bisphenol-A-Diglycidylether-Dimethacrylat), beziehbar von Sartomer Company, Inc., Exton, PA, und 4,326 Gewichtsanteile TEGDMA (Triethylenglycol-Dimethacrylat), beziehbar von Kyoeisha Chemical Co., Ltd., Japan, zugesetzt, um das härtbare flüchtige Bindemittel herzustellen. Als Verdünnungsmittel wurden 7 Gewichtsanteile 1,3-Butandiol (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) verwendet. Außerdem wurden 0,12 Gewichtsanteile POCAII (Phosphat-Polyoxyalkyl-Polyol), beziehbar von 3M Company, St. Paul, MN (andere Phosphat-Polyoxyalkyl-Polyole können verwendet werden und sind von anderen Herstellern beziehbar), als Dispergiermittel zugesetzt, 0,16 Gewichtsanteile A174 Silan (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) wurden als Silan-Kopplungsmittel hinzugegeben, und 0,16 Gewichtsanteile Irgacure^TM 819 (Ciba Specialty Chemicals, Basel, Schweiz) wurden als der Härtungsinitiator zugesetzt. Außerdem wurden 0,20 Anteile BYK A555 von BYK Chemie USA, Wallingford, CT, als Entlüftungsmittel zugesetzt.
Alle flüssigen Inhaltsstoffe und der Fotoinitiator wurden in einem Mischbehälter aus Edelstahl vereint. Die Inhaltsstoffe wurden mit Hilfe eines Schermischers (Cowles blade) (VWR Scientific Products, West Chester, PA), der von einem Druckluftmotor angetrieben wurde, vermischt. Bei laufender Mischerschaufel wurden die festen Inhaltsstoffe langsam hinzugegeben. Nachdem alle Inhaltsstoffe eingearbeitet waren, wurde die Mischung weitere 5 Minuten lang gemischt. Die Aufschlämmung wurde in einen Behälter aus hochdichtem Polyethylen überführt, der mit zylindrischen 0,5-Inch-Mahlmedien aus hochdichtem Aluminiumoxid gefüllt war. Das Mahlen erfolgte 30 Minuten lang mit einem Farbmischer (Red Devil Modell 5100, Union, NJ). Die Aufschlämmung wurde dann aus der Kugelmühle abgeleitet. Schließlich wurde die Aufschlämmung mit einer 3-Walzen-Mühle (Modell 2.5 × 5 TRM, Charles Ross & Son Company, Haupauge, NY) bei 60°C gemahlen.
Mit einer Messerstreichmaschine wurde die Aufschlämmung auf 2,3 mm dicke Natronkalk-Glassubstrate (Libbey Owen Ford Glass Co., Charleston, WV) aufgebracht. Der Messerspalt wurde für alle Proben auf 75 Mikrometer eingestellt.
Nach der Beschichtung wurde eine Form mit Barriererippenmerkmalen auf das beschichtete Substrat laminiert. Der Laminierdruck betrug nominal 0,68 kg/cm und die Laminiergeschwindigkeit betrug nominal 3 cm/sec. Die verwendeten Formen bestanden aus Polycarbonat- oder mit Licht härtbarem Acrylatmaterial, das auf ein Trägermaterial mit hoher Steifigkeit, wie etwa 125 μm dickes PET (E.I. DuPont De Nemours and Company, Wilmington, DE) gegossen und dort gehärtet wurde. Die Form wurde durch Gießen und Aushärten eines Acrylatharzes an einem Metallwerkzeug hergestellt. Es wurden Formen mit unterschiedlichen Arten von Barriererippen-Mikrostrukturen bewertet.
Nach dem Formen wurde das beschichtete Substrat mit einer Blaulichtquelle bestrahlt, um die Glasfrittenaufschlämmung zu härten. Das Härten erfolgte mit einer Blaulichtquelle an einer Probenfläche von 1,5 Inch (3,8 cm). Die Lichtquelle besteht aus 10 superaktinischen Fluoreszenzlampen (Modell TLDK 30W/03, Philips Electronics N.V., Einhoven, Niederlande), die mit 2 Inch (etwa 5,1 cm) Abstand angeordnet sind. Diese superaktinischen Lampen stellen Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 400 bis 500 nm bereit. Die Härtungszeit betrug typisch 30 Sekunden.
Die Form wurde entfernt und die Proben wurden nach folgendem Wärmehaushalt an der Luft gesintert: 3°C/min auf 300°C, 5°C/min auf 560°C, 20 Minuten lang halten, und mit 2-3°C/min auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

Die folgende Tabelle stellt Angaben zu den Produkten bereit, die in jedem Beispiel hergestellt wurden. Alle Abmessungen gelten für den Grünzustand vor dem Sintern. Die Entformungsschräge ist der Winkel der Seiten der Barriererippen gegenüber der Senkrechten. Der Krümmungsradius der Rippenbasis bezeichnet den Krümmungsradius, mit dem die Barriererippe auf den Grundbereich trifft.

Probe	Rippenschrittweite (μm)	höhe Rippen (μm)	Oberseitenbreite (μm)	Entform.-schräge	Krümm.-radius der Rippenbasis	Übergangsqualität
1	360	202	68	8°	<0,1 μm	n/a
2	220	185	75	8°	Fase	n/a
3	360	213	37	8°	50	schlecht
4	360	213	37	8°	50	gut
5	286	202	37	8°	25	gut
6	286	202	37	8°	50	gut
7	360	202	37	8°	63	gut
8	360	202	37	8°	75	gut
9	277	177	42	8°	50	schlecht
10	277	177	37	8°	25	gut

Beispiele 11-14

Beispiele 11-14 wurden in gleicher Weise hergestellt wie Beispiele 1-10, nur dass der Beschichtungsspalt mit Metallspaltlehren eingestellt wurde. Die Barriererippenabmessungen für diese Formen betrugen 360 μm Schrittweite, 213 μm Höhe, 37 μm Breite der Rippenoberseite, 8° Entformungsschräge und glatter Übergang mit 50 μm Radius.

Probe	Beschichtungsstärke (μm)	Laminiergeschwindigkeit (cm/sec)	Laminierdruck (kg/cm)	Stärke d. gebrannten Grundbereichs (μm)
11	64	2	0,68	8
12	76	2	0,68	16
13	89	2	0,68	19
14	102	2	0,68	28

Dies zeigt an, dass die Stärke des Grundbereichs durch die Auswahl der Beschichtungsstärke gesteuert werden kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer mikrostrukturierten Anordnung, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtung (108) aus einem härtbaren Material, das ein keramisches Material aufweist, auf einem Substrat (102), wobei die Beschichtung einen Führungsrand bildet, wobei das Bilden der im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtung (108) das Bilden der Beschichtung auf dem Substrat (102) mit einer Dicke aufweist, die um nicht mehr als 5% variiert; In-Kontakt-Bringen der Beschichtung mit einer im Wesentlichen optisch klaren Form (112), beginnend am Führungsrand, wobei die Form in dem härtbaren Material mehrere Barrierebereiche (114) bildet, die durch dazwischen liegende Grundbereiche (116) derart verbunden sind, dass sich zwischen der Form und dem Substrat härtbares Material befindet; Härten des härtbaren Materials durch die Form hindurch; und Entfernen der Form.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das härtbare Material ferner ein Bindemittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Entbindern des härtbaren Materials nach dem Härten des härtbaren Materials aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Brennen des härtbaren Materials nach dem Entfernen der Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das In-Kontakt-Bringen der Beschichtung das Entrollen der Form während des In-Kontakt-Bringens der Beschichtung aufweist, beginnend am Führungsrand der Beschichtung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Entfernen der Form das Aufrollen der Form auf ein aufnehmendes Element aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Form eine Polymerfolie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das In-Kontakt-Bringen der Beschichtung mit einer Form das In-Kontakt-Bringen der Beschichtung mit einer Form und das Bilden mehrerer Barrierebereiche aufweist, die durch dazwischen liegende Grundbereiche verbunden sind, wobei die dazwischen liegenden Grundbereiche eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke der Mitte aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner mehrere Elektroden (103) aufweist, die auf dem Substrat angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Ausrichten der Grundbereiche mit den mehreren Elektroden aufweist, die auf dem Substrat angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ausrichten der Grundbereiche das Strecken der Form derart aufweist, dass die Grundbereiche mit den mehreren Elektroden ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsfläche definiert, die kleiner als die Fläche der Oberfläche des Substrats ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung mindestens zwei einzelne Beschichtungsflächen definiert.