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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zum Bilden von
Strukturen auf mit einem Muster versehenen Substraten. Noch spezifischer
betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Verfahren zum Formen
von Keramikstrukturen, die nach dem thermischen Verarbeiten eine
erwünschte
Gestalt beibehalten. Die vorliegende Erfindung betrifft auch das
Formen keramischer Strukturen auf mit einem Muster versehenen Substraten
für Anzeigeanwendungen
und Anzeigeeinheiten, die geformte Sperrrippen aufweisen.
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HINTERGRUND
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Fortschritte
in der Anzeigetechnologie, einschließlich der Entwicklung von Plasmaanzeigetafeln
(PAT) und plasmaadressierten Flüssigkristall-
(PAFK-) Anzeigen haben zu einem Interesse am Bilden elektrisch isolierter
Keramiksperrrippen auf Glassubstraten geführt. Die Keramiksperrrippen
trennen Zellen voneinander, in denen ein inertes Gas durch ein elektrisches
Feld angeregt werden kann, das zwischen sich gegenüberliegenden
Elektroden aufgebracht wird. Die Gasentladung sendet ultraviolette
(UV-) Strahlung innerhalb der Zelle aus. Im Fall einer PAT wird
das Zellinnere mit einem Phosphor beschichtet, der rotes, grünes oder
blaues sichtbares Licht abgibt, wenn er durch UV-Strahlung angeregt
wird. Die Größe der Zellen
bestimmt die Größe der Bildelemente
(Pixel) in der Anzeige. PAT- und PAFK-Anzeigen können beispielsweise als Anzeigen
für Hochdefinitionsfernseher
(HDF) oder andere elektronische Digitalanzeigegeräte verwendet
werden.
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Eine
Art und Weise, auf die Keramiksperrrippen auf Glassubstraten gebildet
werden können,
involviert das Laminieren einer planaren steifen Form auf ein Substrat mit
einer glas- oder keramikbildenden Zusammensetzung, die in der Form
angeordnet wird. Die glas- oder keramikbildende Zusammensetzung
wird dann verfestigt und die Form entfernt. Schließlich werden
die Sperrrippen durch Brennen bei einer Temperatur von etwa 550°C bis etwa
1600°C geschmolzen
oder gesintert. Die glas- oder keramikbildende Zusammensetzung weist Teilchen
von Mikrometergröße von Glasfritte
auf, die in einem organischen Bindemittel dispergiert sind. Die Verwendung
eines organischen Bindemittels erlaubt es den Sperrrippen, in einem
grünen
Zustand verfestigt zu werden, so dass durch Brennen die Glasteilchen
an Ort und Stelle auf dem Substrat geschmolzen werden. Jedoch sind
bei Anwendungen wie PAT-Substraten äußerst präzise und gleichförmige Sperrrippen
mit nur wenigen oder keinen Defekten oder Rissen wünschenswert.
Dies kann Herausforderungen, besonders während der Entfernung der Form
von den Sperren im grünen
Zustand und während
des Brennens der Sperrrippen im grünen Zustand darstellen.
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Beim
Entfernen der Form können
Sperren aufgrund der Schwierigkeit des Lösens der Form beschädigt werden.
Weil Sperrrippen dazu neigen, während
des Brennens zu schrumpfen, sind die Sperrrippen im grünen Zustand
im Allgemeinen höher
als die Größe, die
für die
geschmolzenen Sperren erwünscht
ist. Größere Strukturen
können
das Entformen noch schwieriger machen. Das Entformen kann auch die
Form beschädigen.
Wenn Material nicht vollständig
aus der Form entfernt werden kann, so wird die Form typischerweise weggeworfen.
Außerdem
können
bei Temperaturen, die für
das Brennen erforderlich sind, die Sperrrippen Risse bilden, sich
vom Substrat delaminieren oder verzerrt werden. Das Substrat macht
auch während
des Brennens aufgrund der Wärmeausdehnung
und des Freisetzens innerer Spannungen Dimensionsänderungen durch.
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Mikrostrukturen
wie die Sperrrippen können
auch bei anderen Anwendungen verwendet werden.
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Die
US-A-2001/007682 beschreibt
ein Verfahren zum Formen und Ausrichten von Mikrostrukturen auf ein
mit einem Muster versehenen Substrat unter Anwendung von einer mikrostrukturierten
Form. Eine Aufschlämmung,
die eine Mischung eines Keramikpulvers und eines aushärtbaren
flüchtigen
Bindemittels enthält, wird
zwischen die Mikrostruktur einer streckbaren Form und eines mit
einem Muster versehenen Substrats positioniert. Die Form kann zum
Ausrichten der Mikrostruktur der Form auf einen vorbestimmten Teil
des mit einem Muster versehenen Substrats gestreckt werden. Die
Aufschlämmung
wird zwischen der Form und dem Substrat erhärtet. Die Form wird dann entfernt,
um Mikrostrukturen zurückzulassen,
die an dem Substrat anhaften und auf das Muster des Substrats ausgerichtet
sind. Die Mikrostrukturen können
zum Entfernen des Bindemittels thermisch erhitzt und zum Sintern
des Keramikpulvers gebrannt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist eine mikrostrukturierte Anordnung Anspruch 1 gemäß.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
aufgeführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung lässt
sich unter Berücksichtigung
folgender genauer Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstehen,
wobei:
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1 eine
dreidimensionale schematische Darstellung einer Plasmaanzeigetafelanordnung
ist;
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2 eine
horizontale schematische Darstellung des Querschnitts von Mikrostrukturen
ist, die auf einem mit einem Muster versehenen Substrat geformt
und ausgerichtet sind;
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3 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Entfernen einer Form
von Mikrostrukturen im grünen
Zustand ist;
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4 eine
horizontale schematische Querschnittsdarstellung von Mikrostrukturen
auf einem mit einem Muster versehenen Substrat ist, das ein Schrumpfmuster
aus dem grünen
Zustand zeigt;
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5 eine
seitliche schematische Querschnittsdarstellung eines Endes eines
Sperrschichtabschnitts der Keramikmikrostruktur ist, die ein Schrumpfmuster
aus dem grünen
Zustand zeigt;
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6 eine
horizontale schematische Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform
von Mikrostrukturen mit einer Krümmung
auf einem Substrat ist;
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7 eine
horizontale schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform
von Mikrostrukturen mit einer Krümmung
auf einem Substrat ist;
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8 eine
horizontale schematische Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform
von Mikrostrukturen mit einer Krümmung
auf einem Substrat ist;
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9 eine
horizontale schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
von Mikrostrukturen einer reduzierten Breite des Sperrschichtabschnitts
ist;
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10 eine
seitliche schematische Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform
des Mikrostruktur-Sperrschichtabschnitts mit einem abgestuften Ende
ist;
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11 eine
seitliche schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform
des Mikrostruktur-Sperrschichtabschnitts mit einem abgestuften Ende
ist;
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12 eine
seitliche schematische Querschnittsdarstellung eines Mikrostruktur-Sperrschichtabschnitts
mit einem sich verjüngenden
Ende ist;
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13 eine
seitliche schematische Querschnittsdarstellung eines Mikrostruktur-Sperrschichtabschnitts
mit einem Gewicht ist; und
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14 eine
Querschnittsansicht einer schematischen Darstellung eines Teils
einer Oberfläche
einer Mikrostruktur ist.
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Während die
Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist,
sind spezifische Beispiele derselben beispielhaft in den Zeichnungen
gezeigt worden und werden im Einzelnen beschrieben. Man sollte sich
jedoch im Klaren darüber
sein, dass beabsichtigt ist, die Erfindung nicht auf die spezifischen
beschriebenen Ausführungsformen
zu beschränken.
Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Modifikationen und Alternativen,
die unter den Umfang der Erfindung fallen, einzuschließen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Es
sind bisher schon Verfahren beschrieben worden, die das genaue Formen
und Bilden von Mikrostrukturen auf einem mit einem Muster versehenen
Substrat ermöglichen.
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Beispielsweise
beschreiben die PCT-Patentveröffentlichung
Nr.
WO/0038829 und die
Anmeldung der Vereinigten Staaten Nr.
09/219,803 das Formen und Ausrichten
von Keramiksperrmikrostrukturen auf einem elektrodenbemusterten
Substrat. Die PCT-Patentveröffentlichung
Nr.
WO/0038829 und die
Anmeldung der Vereinigten Staaten Nr.
09/219,803 beschreiben Verfahren
zum Bilden von Keramiksperrmikrostrukturen, die in Elektronikanzeigen,
wie beispielsweise PAT- und PAFK-Anzeigen, besonders nützlich sind,
in denen Pixel durch Plasmaerzeugung zwischen sich gegenüberliegenden
Substraten angesprochen oder beleuchtet werden. Die Anmeldung der
Vereinigten Staaten mit dem Titel "METHOD FOR FORMING MICROSTRUCTURES ON
A SUBSTRATE USING A MOLD" („VERFAHREN
ZUM BILDEN VON MIKROSTRUKTUREN AUF EINEM SUBSTRAT UNTER ANWENDUNG
EINER FORM"), Registernummer
56390US002, am gleichen Datum mit diesem hier eingereicht, beschreibt
Verfahren zum Herstellen von Keramikmikrostrukturen auf einem Substrat unter
Anwendung einer Form.
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Derartige
Plasmaanzeigen weisen verschiedene Substratelemente auf, wie in 1 veranschaulicht. Das
hintere Substratelement, das vom Beschauer hinweg orientiert ist,
weist ein hinteres Substrat 21 mit unabhängig adressierbaren
parallelen Elektroden 23 auf. Das hintere Substrat 21 kann
aus einer Reihe verschiedener Zusammensetzungen, beispielsweise
Glas, Keramik, Metall oder Kunststoff gebildet sein. Keramikmikrostrukturen 25 umfassen
Sperrschichtabschnitte 32, die zwischen hinteren Elektroden 23 und
getrennten Bereichen positioniert sind, in denen rote (R), grüne (G) und
blaue (B) Phosphore abgesetzt sind. Das vordere Substratelement
weist ein Glassubstrat 51 und einen Satz von unabhängig adressierbaren
parallelen Elektroden 53 auf. Die vorderen Elektroden 53,
die auch Sustain-Elektroden genannt werden, sind senkrecht zu den hinteren
Elektroden 23, die auch als Adresselektroden bezeichnet werden,
orientiert. In einer fertiggestellten Anzeige ist der Bereich zwischen
den vorderen und hinteren Substratelementen mit einem inerten Gas
gefüllt. Um
ein Pixel aufleuchten zu lassen, wird ein elektrisches Feld zwischen
die gekreuzten Sustain- 53 und Adresselektroden 23 stark
genug aufgebracht, um die Atome des inerten Gases dazwischen anzuregen.
Die angeregten Atome des inerten Gases geben UV(Ultraviolett-) Strahlung
ab, die den Phosphor dazu bringt, rotes, grünes oder blaues sichtbares
Licht abzugeben.
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Das
hintere Substrat 21 ist bevorzugt ein transparentes Glassubstrat.
Typischerweise besteht das hintere Substrat 21 aus Kalknatronglas,
das wahlweise im Wesentlichen von Alkalimetallen frei sein kann.
Die Temperaturen, die während
der Verarbeitung erreicht werden, können die Migration des Elektrodenmaterials in
Gegenwart von Alkalimetall im Substrat verursachen. Diese Migration
kann zu leitfähigen
Wegen zwischen Elektroden führen,
wodurch ein Kurzschluss zwischen benachbarten Elektroden stattfindet
oder eine unerwünschte
elektrische Störung
zwischen Elektroden hervorgerufen wird, die als „Übersprechen" bezeichnet wird. Das hintere Substrat 21 sollte
in der Lage sein, den Temperaturen zu widerstehen, die für das Sintern oder
Brennen des Keramiksperrschichtmaterials erforderlich sind. Die
Brenntemperaturen können
stark zwischen etwa 400°C
und 1600°C
variieren, typische Brenntemperaturen für PAT, die auf Kalknatronglassubstraten
hergestellt werden, liegen jedoch im Bereich von etwa 400°C bis etwa
600°C, je
nach der Erweichungstemperatur des Keramikpulvers in der Aufschlämmung. Das
vordere Substrat 51 ist ein transparentes Glassubstrat,
das bevorzugt den gleichen oder etwa den gleichen Wärmedehnungskoeffizienten
aufweist wie dasjenige auf dem hinteren Substrat 21.
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Elektroden
sind Streifen von leitfähigem
Material.
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Typischerweise
bestehen Elektroden aus einer kupfer-, aluminium- oder einer silberhaltigen
leitfähigen Fritte.
Die Elektroden können
auch aus einem transparenten leitfähigen Oxidmaterial wie beispielsweise
Indiumzinnoxid, besonders in den Fällen hergestellt sein, wo es
wünschenswert
ist, eine transparente Anzeigetafel zur Hand zu haben. Die Elektroden
sind auf dem oder im hinteren Substrat 21 musterförmig aufgebracht.
Beispielsweise können
die Elektroden als parallele Streifen gebildet sein, die etwa 120 μm bis 360 μm voneinander
im Abstand gehalten werden und Breiten von etwa 50 μm bis 75 μm, Dicken
von etwa 2 μm
bis 15 μm
und Längen
aufweisen, die den gesamten aktiven Anzeigebereich überspannen,
der von ein paar Zentimetern bis zu mehreren Dutzend Zentimetern
reichen kann. In einigen Fällen
können
die Breiten der hinteren Elektroden 23 beispielsweise schmaler
als 50 μm
oder breiter als 75 μm
sein, je nach der Architektur der Mikrostrukturen 25. Beispielsweise
wird es bei Plasmaanzeigetafeln hoher Definition bevorzugt, dass
die Elektroden eine Breite von weniger als 50 μm aufweisen.
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Das
Material zum Bilden von Mikrostrukturen 25 schließt typischerweise
Keramikteilchen ein, die durch Brennen unter Bildung steifer, im
Wesentlichen dichter, dielektrischer Strukturen geschmolzen oder
gesintert werden können.
Das Keramikmaterial der Mikrostrukturen 25 ist bevorzugt
von Alkalimetall frei und kann Glas und andere nichtkristalline
Oxide enthalten. Das Vorliegen von Alkalimetallen in der Glasfritte
oder dem Keramikpulver kann zur unerwünschten Migration von leitfähigem Material
aus den Elektroden auf dem Substrat führen. Das Keramikmaterial,
das die Sperrschichten bildet, weist eine Erweichungstemperatur
auf, die geringer ist als die Erweichungstemperatur des Substrats.
Die Erweichungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der
ein Glas- oder Keramikmaterial zu einer relativ dichten Struktur
geschmolzen werden kann, die kaum eine oder keine mit der Oberfläche verbundene
Porosität
aufweist. Bevorzugt beträgt
die Erweichungstemperatur des Keramikmaterials der Aufschlämmung nicht
mehr als etwa 600°C,
noch bevorzugter nicht mehr als etwa 560°C und am bevorzugtesten nicht
mehr als etwa 500°C.
Bevorzugt weist das Material der Mikrostrukturen 25 einen
Wärmedehnungskoeffizienten
auf, der innerhalb von 10% des Dehnungskoeffizienten der Glassubstrate
liegt. Das genaue Abstimmen der Dehnungskoeffizienten der Mikrostrukturen 25 und
des hinteren Substrats 21 reduziert die Möglichkeiten
des Beschädigens
der Mikrostrukturen 25 während der Verarbeitung. Auch
können
Unterschiede in den Wärmedehnungskoeffizienten
ein signifikantes Verzerren oder Brechen des Substrats hervorrufen.
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Die
Sperrschichtabschnitte 32 in den PAT weisen beispielsweise
Höhen von
etwa 100 μm
bis etwa 170 μm
und Breiten von etwa 20 μm
bis etwa 80 μm
auf. Die Teilung (Anzahl von Sperrschichten pro horizontale Querschnittseinheitslänge) der
Sperrschichten entspricht bevorzugt der Teilung der Elektroden.
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Die
PCT-Patentveröffentlichung
Nr.
WO/0038829 , die
Anmeldung der Vereinigten Staaten Nr.
09/219,803 und die Anmeldung der
Vereinigten Staaten mit dem Titel „METHOD FOR FORMING MICROSTRUCTURES
ON A SUBSTRATE USING A MOLD (Methode zum Bilden von Mikrostrukturen
auf einem Substrat unter Anwendung einer Form)", Register Nr. 56390US002, am gleichen
Datum wie dieses Dokument hier eingereicht, beschreibt Verfahren
zum Bilden und Ausrichten von Mikrostrukturen auf ein mit einem
Muster versehenes Substrat. Ein Verfahren wird ausgeführt, indem
eine Mischung umfassend ein aushärtbares
Material zwischen ein mit einem Muster versehenes Substrat und eine
mit einem Muster versehene Oberfläche einer Form eingebracht
wird.
2 veranschaulicht einen waagerechten Querschnitt
durch die Form
30, aushärtbares
Material, das die Mikrostrukturen
25 bildet und ein hinteres
Substrat
21 mit hinteren Elektroden
23. Die mit einem
Muster versehene Oberfläche
der Form
30 ist in der Lage, mehrere Mikrostrukturen
25 aus
dem aushärtbaren
Material zu bilden, das sich zwischen der Form
30 und dem
hinteren Substrat
21 befindet. Die Form
30 kann
wahlweise gestreckt werden, um einen vorbestimmten Abschnitt der
mit einem Muster versehenen Oberfläche der Form
30 auf
einen entsprechenden vorbestimmten Teil des mit einem Muster versehenen
hinteren Substrats
21, wie durch das im Abstandhalten der
hinteren Elektroden
23 definiert, auszurichten.
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Das
Material zum Bilden der Mikrostrukturen 25 auf dem mit
einem Muster versehenen hinteren Substrat 21 kann auf eine
Reihe verschiedener Arten und Weisen zwischen die Form 30 und
das hintere Substrat 21 eingebracht werden. Das Material
kann direkt in das Muster der Form 30 eingegeben werden,
gefolgt vom Aufgeben der Form 30 und des Materials auf
das hintere Substrat 21; das Material kann auf das hintere
Substrat 21 aufgebracht werden, gefolgt vom Drücken der
Form 30 gegen das Material auf der Rückseite des Substrats 21;
das Material kann auf das hintere Substrat 21 aufgebracht
und dann mit der Form 30 in Kontakt gebracht werden; oder
das Material kann in einen Spalt zwischen der Form 30 und
dem hinteren Substrat 21 eingeführt werden, während die
Form 30 und das hintere Substrat 21 durch mechanische
oder andere Möglichkeiten
zusammengebracht werden. Das zum Einbringen des Materials zwischen
die Form 30 und das hintere Substrat 21 verwendete
Verfahren hängt
unter anderem vom Aspektverhältnis
der Mikrostrukturen 25, die auf dem hinteren Substrat 21 gebildet
werden sollen, der Viskosität
des die Mikrostruktur bildenden Materials und der Steifheit der
Form 30 ab. Im Allgemeinen werden bei Mikrostrukturen 25,
die Höhen
aufweisen, die im Vergleich mit ihren Breiten groß sind (Strukturen
von hohem Aspektverhältnis)
Formen 30 verwendet, die relativ tiefe Vertiefungen aufweisen.
In diesen Fällen
kann es je nach der Viskosität
des Materials schwierig sein, die Vertiefungen der Form 30 vollständig zu
füllen,
es sei denn, das Material wird in die Vertiefungen der Form 30 mit
einer gewissen Kraft injiziert. Bevorzugt werden die Vertiefungen
der Form 30 vollständig
gefüllt,
während das
Einführen
von Blasen oder Lufttaschen in das Material minimiert wird.
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Während das
aushärtbare
Material zwischen die Form 30 und das hintere Substrat 21 eingebracht wird,
kann Druck zwischen das hintere Substrat 21 und die Form 30 zum
Einstellen einer Dicke des Stegabschnitts 34, wie in 2,
aufgebracht werden. Der Stegabschnitt 34 ist im Allgemeinen
der Teil der Mikrostruktur 25 zwischen den Sperrschichtabschnitten 32,
der die hintere Elektrode 23 teilweise umgibt oder darüber positioniert
ist. Im Falle von PAT ist das Material, das die Mikrostrukturen 25 bildet,
im Allgemeinen ein Dielektrikum und die Dicke der Stegabschnitte 34 bestimmt
die Dicke von dielektrischem Material, das auf den hinteren Elektroden 23 positioniert
ist. So kann bei PAT die Dicke des Stegabschnitts 34 für das Bestimmen
wichtig sein, welche Spannung zwischen die hinteren Elektroden 23 und
die Sustain-Elektroden 53 aufgebracht wird, um ein Plasma
zu erzeugen und ein Bildelement zu aktivieren.
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Nach
dem Ausrichten des Musters der Form 30 auf das Muster des
Substrats wird das Material zwischen der Form 30 und dem
hinteren Substrat 21 unter Bildung von Mikrostrukturen
im grünen
Zustand 45 ausgehärtet,
die auf der Rückseite
des hinteren Substrats 21 anhaften. Vor dem Bindemittelentfernen
können
Mikrostrukturen als Mikrostrukturen im grünen Zustand bezeichnet werden.
Das Aushärten
des Materials kann auf eine Reihe verschiedener Arten und Weisen,
je nach dem verwendeten Bindemittelharz erfolgen. Beispielsweise
kann das Material unter Anwendung von sichtbarem Licht, Ultraviolettlicht,
E-Strahlstrahlung, anderen Formen von Strahlung, Hitzeaushärtung oder
Kühlen
zum Verfestigen aus einem geschmolzenen Zustand ausgehärtet werden.
Beim Aushärten
durch Strahlung kann die Strahlung durch das hintere Substrat 21, durch
die Form 30 oder durch das hintere Substrat 21 und
die Form 30 hindurch verbreitet werden. Bevorzugt erleichtert
das ausgewählte
Aushärtungssystem
die Haftung des ausgehärteten
Materials am hinteren Substrat 21. Als solches wird das
Material, wenn Material verwendet wird, das während des Härtens und der Strahlungsaushärtung schrumpft,
bevorzugt durch Bestrahlen durch das hintere Substrat 21 ausgehärtet. Wenn
das Material nur durch die Form 30 ausgehärtet wird,
so kann sich das Material eventuell vom hinteren Substrat 21 durch
Schrumpfen während
des Aushärtens
zurückziehen,
wodurch die Haftung am hinteren Substrat 21 negativ beeinflusst
wird. Bei der vorliegenden Anmeldung bezieht sich aushärtbar auf
ein Material, das wie oben beschrieben ausgehärtet werden kann.
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Nach
dem Aushärten
des Materials unter Bildung der Mikrostrukturen im grünen Zustand 45,
die an der Oberfläche
des hinteren Substrats 21 anhaften und auf das Muster des
hinteren Substrats 21 ausgerichtet sind, kann die Form 30 entfernt
werden. Das Bereitstellen einer streckbaren und flexiblen Form 30 kann
das Entfernen der Form erleichtern, weil die Form 30 zurückgeschält werden
kann, so dass die Entformungskraft auf einen kleineren Oberflächenbereich
konzentriert werden kann. Wie in 3 gezeigt,
wird, wenn Strukturen im grünen
Zustand 45, die Sperrschichtabschnitte 32 aufweisen,
geformt werden, die Form 30 bevorzugt durch Zurückschälen einer
Richtung entlang entfernt, die zu Sperrschichtabschnitten 32 und
dem Muster der Form 30 parallel läuft. Dadurch wird der Druck,
der senkrecht auf die Sperrschichtabschnitte 32 während der Formentfernung
aufgebracht wird, reduziert, wodurch die Möglichkeit des Beschädigens der
Sperrschichtabschnitte 32 reduziert wird. Bevorzugt wird
eine Formtrennschicht entweder als Beschichtung auf der mit dem Muster
versehenen Oberfläche
der Form 30 oder im Material, das zum Bilden der Mikrostruktur 25 selbst
verwendet wird, eingearbeitet. Ein Formtrennmaterial kann beim Bilden
von Strukturen von höherem
Aspektverhältnis
wichtiger werden. Strukturen von höherem Aspektverhältnis erschweren
das Entformen und können
zur Beschädigung
der Mikrostrukturen 25 führen. Wie oben besprochen,
trägt das
Aushärten
des Materials von der Seite des hinteren Substrats 21 aus
nicht nur dazu bei, die Haftung der gehärteten Mikrostrukturen im grünen Zustand 45 auf
dem hinteren Substrat 21 zu verbessern, sondern erlaubt
es auch den Mikrostrukturen im grünen Zustand 45 während des
Aushärtens
auf das hintere Substrat 21 hin zu schrumpfen, wodurch
es sich von der Form 30 zurückzieht, um ein leichteres
Entformen zu erlauben.
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Nachdem
die Form 30 entfernt worden ist, ist das, was verbleibt,
das mit einem Muster versehene hintere Substrat 21, das
mehrere gehärtete
Mikrostrukturen im grünen
Zustand 45 aufweist, die darauf anhaften und auf das Muster
des hinteren Substrats 21 ausgerichtet sind. Je nach der
Anwendung kann es sich um das fertige Produkt handeln. Bei anderen
Anwendungen enthält
das gehärtete
Material ein Bindemittel, das bevorzugt durch Bindemittelentfernen
bei erhöhter
Temperatur entfernt wird. Nach dem Bindemittelentfernen oder Herausbrennen
des Bindemittels wird das Brennen der Mikrostrukturen im grünen Zustand
durchgeführt,
um die Glasteilchen in dem Mikrostrukturmaterial zu schmelzen oder
die Keramikteilchen darin zu sintern. Dadurch wird die Festigkeit
und Steifheit der Mikrostrukturen 25 erhöht. Schrumpfen
kann während
des Brennens ebenfalls stattfinden, während die Mikrostrukturen 25 sich
verdichten. 4 veranschaulicht Keramikmikrostrukturen 25 nach
dem Brennen auf einem hinteren Substrat 21, das eine mit
einem Muster versehene hintere Elektrode 23 aufweist. Das
Brennen verdichtet die Mikrostrukturen 25, so dass ihr
Profil im Vergleich mit dem Profil der Mikrostruktur im grünen Zustand 45 etwas
schrumpft, wie angegeben. Wie gezeigt, behalten gebrannte Mikrostrukturen 25 ihre
Positionen und Neigung dem Muster des hinteren Substrats 21 gemäß bei.
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Bei
PAT-Anzeigeanwendungen wird Phosphormaterial auf die Kanäle 16 der
Mikrostrukturen 25 aufgebracht. Das hintere Substrat 21 mit
gebrannten Mikrostrukturen 25 kann dann in eine Anzeigeanordnung eingebaut
werden. Dies kann das Ausrichten eines vorderen Substrats 51,
das eine Sustain-Elektrode 53 aufweist, auf das hintere
Substrat 21, das hintere Elektroden 23, Mikrostrukturen 25 und
Phosphor aufweist, involvieren, derart, dass die Sustain-Elektroden 53 senkrecht
zu den hinteren Elektroden 23, wie in 1 gezeigt,
liegen. Die Bereiche, die die entgegengesetzten Elektroden durchqueren,
definieren die Pixel der Anzeige. Der Raum zwischen den Substraten
wird dann evakuiert und mit einem inerten Gas gefüllt, während die Substrate
an ihren Kanten miteinander verbunden und versiegelt werden.
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Das
Dickenprofil des Stegabschnitts 34 der Mikrostruktur 25,
einschließlich
der Dielektrikumdicke, kann ein wichtiger Aspekt einer Plasmaanzeigetafel
sein. Die Dicke des Stegabschnitts 34 kann die elektrische Leistung
der Plasmaanzeigetafel beeinflussen. Die Mikrostrukturen 25 können in
einer Form oder auf andere Weise geformt werden, um ein Dickenprofil
des Stegabschnitts 34 zu bilden. Das Dickenprofil kann
so konzipiert sein, dass es eine Dicke bietet, die über die
gesamte Breite des Stegabschnitts 34 hinweg konstant bleibt. In
anderen Fällen
kann das Dickenprofil des Stegabschnitts 34 so konzipiert
sein, dass es eine Dicke bietet, die über die Breite des Stegabschnitts 34 variabel
ist. Ein variables Dickenprofil kann mit anderen Aspekten der PAT,
beispielsweise dem Positionieren und den Dimensionen der hinteren
Elektroden 23 oder der Architektur der Sperrschichtabschnitte 32 verträglich sein.
Während
des Verarbeitens können
jedoch Änderungen im
Material der Mikrostruktur 25 auftreten, die eine unerwünschte Wirkung
auf die elektrische Leistung der PAT ausüben.
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Wesentliche
Unterschiede zwischen einzelnen Stegabschnitten 31, beispielsweise
verschiedene Dicken oder verschiedene Dickenprofile der Stegabschnitte 34 können zu
unerwünschten
Lichtausstrahlungsmustern (z.B. ungleichen Ausstrahlungen der Phosphore)
führen.
Dies kann beispielsweise zu wesentlichen Unterschieden in der Schaltspannung
für einzelne
Pixel während
des Betätigens
der Plasmaanzeigetafel aufgrund von wesentlichen Unterschieden zwischen
einzelnen Stegabschnitten führen.
Diese unerwünschten Lichtausstrahlungsmuster
können
sich durch Variationen in der Pixel-zu-Pixel-Helligkeit oder einer
Schwierigkeit des Aufleuchtenlassens einiger Pixel manifestieren.
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Die
elektrische Leistung kann auch durch Defekte kompromittiert werden,
die auf Herstellungsschritte (wie Aushärtungs- oder Wärmeverarbeitungsschritte)
hin in die Mikrostruktur 25 eingetragen werden. Mikrostrukturen 25 können an
Defekten wie beispielsweise Rissbildung, Zersplittern, Zerbrechen,
ungleichem Schrumpfen, Zerspalten und Ausbeulen leiden. Brüche 33 oder
anderen Defekte in der Mikrostruktur 25, wie in 4 veranschaulicht,
können
Abschnitte der hinteren Elektrode 23, des hinteren Substrats 21 oder
beider bloßlegen.
Diese Defekte können
auch eine unerwünschte
elektrische Leistung der Plasmaanzeige durch Bilden wesentlicher
Unterschiede in der Schaltspannung während des Betreibens der Plasmaanzeigetafel
verursachen. Außerdem
können
Brüche
Gasspezies festhalten, die im Laufe der Zeit sich während des
Betriebs in benachbarte Zellen diffundieren. Dadurch wird die Leistung
der Plasmaanzeigetafel während
der Verwendung verschlechtert und schließlich ihre Nutzungsdauer verkürzt.
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Zusätzlich zu
der Tatsache, dass weniger Schritte zur Bildung erforderlich sind,
können
Mikrostrukturen, die mit gleichförmigen
Stegabschnitten 34 und Sperrschichtabschnitten 32 geformt
werden, wünschenswerte
physikalische Eigenschaften aufweisen. Das Vorliegen eines Stegabschnitts 34 kann
den geformten Mikrostrukturen 25 strukturelle Stabilität insgesamt
verleihen. Jedoch können
Risse, die während
des Bindemittelentfernens und Sinterns in oder in die Nähe des Stegabschnitts 34 eingeführt werden,
das Anhaften des Sperrschichtabschnitts 32 am hinteren
Substrat 21 potentiell kompromittieren.
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Das
Schrumpfen erfolgt während
des Brennens, während
die Mikrostruktur 25 sich verdichtet. 4 veranschaulicht
eine horizontale Querschnittsansicht von Mikrostrukturen 25 auf
einem hinteren Substrat 21 nach dem Brennen und 5 veranschaulicht
eine seitliche Querschnittsansicht eines Endes einer Mikrostruktur 25 auf
einem hinteren Substrat 21 nach dem Brennen. Das Brennen
verdichtet Mikrostrukturen 25 derart, dass ihr Profil im
Vergleich mit ihrem Profil im grünen
Zustand 45, wie angezeigt, schrumpft. Wie gezeigt, behalten
die meisten Abschnitte der gebrannten Mikrostrukturen 25 im
Allgemeinen ihre relative Gestalt der Gestalt der Mikrostruktur 45 im
grünen
Zustand entsprechend bei. 4 veranschaulicht
auch, dass die gebrannten Mikrostrukturen 25 im Allgemeinen
ihre Position und Neigung mit Bezug auf das hintere Substrat 21 und
die hintere Elektrode 23, die auf dem hinteren Substrat 21 als
Muster aufgebracht ist, beibehält.
Jedoch kann das Schrumpfen der Mikrostruktur 25 während des
Brennens eine erhöhte
Spannung im gebrannten Material hervorrufen. Diese Spannung wird
während
des Brenn- oder Kühlvorgangs
freigesetzt und kann zu Rissen oder Brüchen in der Mikrostruktur 25 führen.
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Brüche 33 können zumindest
teilweise der Gestalt der Mikrostrukturen im grünen Zustand 45 vor
der Wärmeverarbeitung
zugeschrieben werden. Mikrostrukturen im grünen Zustand 45, die
unter Bildung einer Gestalt geformt werden, die der in 4 veranschaulichten ähnlich sind,
leiden mit besonderer Wahrscheinlichkeit an der Bruchbildung 33 nach
dem Brennen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das horizontale Querschnittsprofil
der Mikrostrukturen im grünen
Zustand 45 eine Oberflächendiskontinuität 43 in
der Nähe des
Stegabschnitts 34 enthält.
Wie in 4 veranschaulicht, enthält die Mikrostruktur 25 einen
Kanal 16, der eine Oberfläche 61 aufweist, wobei
die Oberfläche 61 eine
Sperrschichtfläche 52 und
eine Stegfläche 54 aufweist.
Die Flächendiskontinuität 43 ist
ein Punkt, wo zwei Teile der Fläche 61 aufeinander
auftreffen (wie in 4 veranschaulicht, ist es der
Punkt, wo die Sperrschichtfläche 52 auf
die Stegfläche 54 auftrifft)
und es besteht eine wesentliche Diskontinuität der Neigung, beispielsweise
eine wesentliche Diskontinuität
der Neigung der Sperrschichtfläche 52 im
Vergleich mit der Neigung der Stegfläche 54.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist in 6 gezeigt, die Mikrostrukturen 25 veranschaulicht,
die einen gekrümmten
Teil 36 aufweisen. In diesem Beispiel kann eine Oberflächendiskontinuität bei Punkt 43 auf einer
Fläche 61 zwischen
einer gekrümmten
Fläche 56 und
einer Stegfläche 54 vorhanden
sein, wenn die Neigung der Stegfläche 54 nicht im Wesentlichen
die gleiche ist wie die Neigung der gekrümmten Fläche 56 an diesem Punkt 43.
Eine Oberflächendiskontinuität lässt sich
als Bruch in der Glätte
der Fläche 61 vorstellen. Oberflächendiskontinuitäten können auch
an Punkten bestehen, beispielsweise dort, wo eine gekrümmte Fläche 56 auf
eine Sperrschichtfläche 52 auftrifft,
jedoch erfolgen Brüche
typischerweise bei oder in der Nähe
einer Flächendiskontinuität, die zum
Stegabschnitt 34 proximal ist.
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Eine
Oberfläche 61 wird
als an einem Punkt 43 diskontinuierlich betrachtet, wenn
ein wesentlicher Unterschied besteht zwischen der Neigung 102 an
diesem Punkt 43, wenn man sich diesem Punkt aus einer Richtung
nähert,
und der Neigung 104 an diesem Punkt 43, wenn man
sich ihm aus der entgegengesetzten Richtung nähert, wie in 14 veranschaulicht.
Anders ausgedrückt,
ist, wie hier verwendet, eine Fläche 61 an einem
Punkt 100 kontinuierlich, wenn die momentanen linearen
Neigungen 102, 104, die durch sich Nähern an
den Punkt aus zwei Richtungen der Fläche 61 entlang deriviert
werden, sich bezüglich
des Winkels 106 um nicht mehr als etwa 5 Grad und bevorzugt
nicht mehr als etwa 3 Grad unterscheiden, wenn sie linear, wie in 14 veranschaulicht,
verlängert
werden.
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Als
eine andere Quelle von Mikrostrukturproblemen kann das Schrumpfen,
das während
des Brennens der Mikrostrukturen erfolgt, die Enden der Sperrschichtabschnitte
beeinflussen. Wie in 5 veranschaulicht, zeigt ein
seitlicher Querschnitt Verformungen (beispielsweise die Verformung 37),
die am Sperrschichtabschnittende 29 der Mikrostruktur 25 nach
dem Wärmeverarbeiten
auftreten. Brennen verdichtet Mikrostrukturen 25 so, dass
ihr Profil vom Profil im grünen
Zustand 45, wie angezeigt, schrumpft. In mindestens zwei
Fällen
liegt diese Schrumpfung zwischen 30% und 40% nach dem Brennen.
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Wie
gezeigt, behält
der obere Teil 48 des Sperrschichtabschnitts über den
Hauptteil der Länge
des Sperrschichtabschnitts 32 eine relativ flache Oberfläche bei.
Jedoch schrumpfen die Sperrschichtabschnittenden 29 im
Allgemeinen nicht gleichförmig
mit dem Rest des Sperrschichtabschnitts 32 und es erfolgt
typischerweise ein leichtes Kräuseln
der Sperrschichtabschnittenden 29, was zu einer Verformung 37 führt. Diese
Verformung 37 kann zu mehrfachen Problemen in der Anordnung
und beim Funktionieren der Plasmaanzeigetafel oder anderer Geräte führen. Zuerst
können
während
des Versiegelns und Handhabens einer Anzeige mechanische Kräfte Verformungen 37 dazu
bringen, dass sie abbrechen. Die Endstücke, die abgebrochen sind,
können
für das
Funktionieren der PAT und ihre Nutzungsdauer abträglich sein.
Zweitens bieten Verformungen 37, wenn die Verformungen 37 in
einer Anzeige intakt bleiben, einen Bereich des Hochhebens des vorderen
Substrats 51. Das vordere Substrat 51 wird nicht
mit dem oberen Teil 48 der Sperrschichtabschnitte der Länge der Sperrschichtabschnitte 32 entlang
bündig
sein, und es wird ein Spalt gebildet zwischen den oberen Teilen 48 der
Sperrschichtabschnitte und der Oberfläche des vorderen Substrats 51.
Dies kann zu Übersprechen
zwischen angeregten Gasspezies in benachbarten Zellen sowie zu starken
Unterschieden in der Schaltspannung während des Betriebs führen.
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Es
sind Mikrostrukturen, die neuartige Gestalten aufweisen, entwickelt
worden. Die hier vorliegende Erfindung kann, falls erwünscht, verwendet
werden, um eines oder mehrere der Probleme zu überwinden, die mit dem Wärmeverarbeiten
von Materialien verbunden sind, beispielsweise das Brechen oder
Verformen dieses Materials. Dies kann zum Herstellen von Mikrostrukturen
besonders nützlich
sein, die einen Stegabschnitt und einen Sperrschichtabschnitt aufweisen.
Bei einer Ausführungsform
werden Mikrostrukturen bereitgestellt, die eine gekrümmte Oberfläche aus
einem gekrümmten
Teil aufweisen, der mit einer Stegfläche eines Stegabschnitts kontinuierlich
ist. In diesen Ausführungsformen
bieten die Gestalt oder Dimensionen der Mikrostrukturen typischerweise
einen erhöhten
Bruchwiderstand. In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Mikrostrukturen
Sperrschichtabschnitte mit geformten Enden, insbesondere abgestuften
Enden.
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Die
Gestalt der Mikrostrukturen 25 wird durch eine mit einem
Muster versehene Form 30 gebildet, die im Allgemeinen so
hergestellt wird, dass sie das umgekehrte Bild der Mikrostrukturen
im grünen
Zustand, die auf dem hinteren Substrat 21 gebildet werden,
ist. Die Mikrostrukturen 25 werden im Allgemeinen durch
Eingeben des Materials zwischen das hintere Substrat 21 und
die mit einem Muster versehene Oberfläche der Form 30 gebildet.
In einer Ausführungsform
formt, wie in 6 veranschaulicht, die mit einem
Muster versehene Form 30 das Material zu mehreren sich
wiederholenden Mikrostruktureinheiten 15, wobei jede sich
wiederholende Mikrostruktureinheit 15 drei primäre Abschnitte
aufweist: einen Sperrschichtabschnitt 32, einen Stegabschnitt 34 und
einen gekrümmten
Abschnitt 36. Die sich wiederholenden Mikrostruktureinheiten 15 bilden
mehrere Kanäle 16 in
dem Material, wobei die Kanäle 16 eine
Fläche 61,
bei der ein Abschnitt gekrümmt und
durch die Gestalt des Sperrschichtabschnitts 32 definiert
ist, einen Stegabschnitt 24 und gekrümmte Abschnitte 36 aufweisen.
Die Fläche 61 des
Kanals 16 kann eine Sperrschichtfläche 52, eine Stegfläche 54,
eine gekrümmte
Fläche 56,
die der Fläche
der jeweiligen Abschnitte entspricht, aufweisen.
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Die
Mikrostrukturen 25 können,
falls erwünscht,
so gestaltet sein, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Brüche 33 sich
in der Nähe
der Region der Mikrostruktur 25 bilden, wo der Sperrschichtabschnitt 32 auf
den Stegabschnitt 34, wie in 4 veranschaulicht, auftrifft,
reduziert wird. Bei einer Ausführungsform,
von der ein Beispiel in 6 veranschaulicht ist, ist eine
im Wesentlichen kontinuierliche Fläche 61 vom gekrümmten Abschnitt 36 zum
Stegabschnitt 24 bereitgestellt. Wie hier besprochen, beschreibt
die hier vorliegende Erfindung Mikrostrukturen 25 und Techniken
für das
Herstellen von Mikrostrukturen 25, die einen gekrümmten Abschnitt 36 einschließen, der
eine gekrümmte
Fläche 56 aufweist,
die mit der Stegfläche 54 kontinuierlich
ist. Beispiele von Parametern, die die Gestalt der Mikrostrukturen 25 insgesamt,
einschließlich
der Fläche 61,
beschreiben, sind unten beschrieben.
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Für eine typische
Plasmaanzeigetafel (1) kann die mit einem Muster
versehene Form 30 1000 bis 5000 oder mehr sich wiederholende
Mikrostruktureinheiten 15 auf der Oberfläche des
hinteren Substrats 21 bilden. Die Oberfläche des
hinteren Substrats 21 ist typischerweise mit einem Muster
von parallelen Adresselektroden 23 versehen und, wenn die
Mikrostrukturen 25 gebildet werden, so werden die Mikrostrukturen 25 auf
die hinteren Elektroden 23 ausgerichtet. Typischerweise
sind die Stegabschnitte 34 auf die hinteren Elektroden 23 ausgerichtet.
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Der
Sperrschichtabschnitt 32 bildet eine Sperrschichtstruktur,
die die inerten Gase der Plasmaanzeigetafel physikalisch enthält. Obwohl
das Material des Sperrschichtabschnitts 32 physikalisch
mit dem Material der Stegabschnitte 34 und gekrümmten Abschnitte 36 kontinuierlich
ist, ist es bequem, Einzelheiten der vorliegenden Erfindung durch
Definieren künstlicher
Grenzen des Sperrschichtabschnitts 32 zu beschreiben. Jede
Seite des Sperrschichtabschnitts 32 ist durch eine Sperrschichtlinie 42 begrenzt.
Die Sperrschichtlinie 42 läuft vom oberen Teil des Sperrschichtabschnitts 48 bis
zu einem Punkt an der Grenzfläche
zwischen Mikrostruktur/Substrat 41. Die Sperrschichtlinie 42 folgt
der Neigung der vertikalen Fläche
des Sperrschichtabschnitts 32 in der Nähe des oberen Teils des Sperrschichtabschnitts 48.
Ein Sperrschichtlinienwinkel 49 wird durch die Sperrschichtlinie 42 und
die Grenzfläche
zwischen Mikrostruktur/Substrat 41 gebildet. Der Sperrschichtlinienwinkel 49 liegt
im Allgemeinen im Bereich von 130° bis
90°, typischerweise
im Bereich von 115° bis
90° und
kann im Bereich von 95° bis
90° liegen.
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Ein
Beispiel einer Plasmaanzeigetafel umfasst Sperrschichtabschnitte 32,
die Höhen
(HSA) im Bereich von 80 bis 200 μm
oder im Bereich von 100 bis 170 μm,
wie von der Grenzfläche
zwischen Mikrostruktur/Substrat 41 bis zum oberen Teil
des Sperrschichtabschnitts 48 gemessen, aufweisen. Am oberen
Teil des Sperrschichtabschnitts 48 liegt die Breite des
Sperrschichtabschnitts 32 typischerweise beispielsweise
im Bereich von 20 bis 80 μm.
An der Grenzfläche
zwischen Mikrostruktur/Substrat 41 liegt die Breite des
Sperrschichtabschnitts 32 typischerweise beispielsweise
im Bereich von 20 bis 120 μm.
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In
einigen Fällen
können
die Stegabschnitte 34 eine dielektrische Schicht bilden,
die die oberen Teile und die Seiten der hinteren Elektrode 23 auf
der Oberfläche
des hinteren Substrats 21 umfasst. Beispielsweise steht,
wenn die hintere Elektrode 23 auf der Oberfläche des
hinteren Substrats 21 (z.B. über der Grenzfläche zwischen
Mikrostruktur/Substrat 41) gebildet ist, das Material der
Mikrostrukturen 25 im Kontakt mit dem oberen Teil und den
Seiten der hinteren Elektroden 23. In anderen Fällen kann
die hintere Elektrode 23 in dem hinteren Substrat 21 so
gebildet werden, dass das Material der Mikrostruktur 25 sich
nur in Kontakt mit dem oberen Teil der hinteren Elektrode 23 oder überhaupt
nicht in Kontakt mit der hinteren Elektrode 23 befindet.
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Das
Material des Stegabschnitts 34 grenzt an das Material des
Sperrschichtabschnitts 32 und der gekrümmten Abschnitte 36 an.
Jede Seite des Stegabschnitts 34 ist von den Sperrschichtlinien 42 der
benachbarten Sperrschichtabschnitte 32 begrenzt; die Sperrschichtlinien 42 können daher
die Breite des Stegabschnitts 34 definieren. Der untere
Teil des Stegabschnitts 34 ist von der Grenzfläche zwischen
Mikrostruktur/Substrat 41 begrenzt und der obere Teil des
Stegabschnitts 34 ist von der Steglinie 44 begrenzt,
bei der es sich um eine horizontale Linie handelt, die der Stegfläche 54 entlang
läuft.
Die Steglinie 44 weicht von der Stegfläche 54 ab, wenn die
Fläche 61 sich
von dem Stegabschnitt 34 hinweg krümmt.
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In
einem Beispiel einer Plasmaanzeigetafel weisen die Stegabschnitte
eine Dicke im Bereich von 8 bis 25 μm, wie von der Grenzfläche zwischen
Mikrostruktur/Substrat 41 bis zur Stegfläche 54 hin
gemessen, auf. Die Breite des Stegabschnitts liegt beispielsweise
im Bereich von 100 bis 400 μm,
als Entfernung zwischen den Sperrschichten 42 der benachbarten
Sperrschichtabschnitte 32 gemessen. Da ein Teil des Materials
des Stegabschnitts 34 eine dielektrische Schicht über der
hinteren Elektrode 23 bildet, so ist es in manchen Fällen wünschenswert,
die Dicke dieser Schicht über
mindestens einem Abschnitt der Breite der hinteren Elektrode 23 konstant
zu halten. Beispielsweise ist die Dicke über mindestens 75%, 85%, 95%
oder bevorzugt über 100%
der Elektrode konstant.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, wie in 6 veranschaulicht, ist die Fläche 61 im
Wesentlichen von der gekrümmten
Fläche 56 bis
zur Stegfläche 54 kontinuierlich.
Die Fläche 61 kann
wahlweise eine Flächendiskontinuität zwischen
der gekrümmten
Fläche 56 und
der Sperrschichtfläche 52 aufweisen.
Aus diesem Grund kann die gekrümmte
Fläche 56 eventuell
nicht mit der Sperrschichtfläche 52 kontinuierlich
sein. Geeigneterweise lassen sich Einzelheiten dieser Ausführungsform
durch Definieren der gekrümmten
Fläche 56 beschreiben,
wie sie von der Sperrschichtfläche 52 ausgeht
und auf der Stegfläche 54 endet.
In einer Ausführungsform
geht die gekrümmte
Fläche 56 bevorzugt
von der Sperrschichtlinie 42 aus, die der Grenzfläche zwischen
Mikrostruktur/Substrat 41 näher liegt als der obere Teil
des Sperrschichtabschnitts 48. Die gekrümmte Fläche 56 endet bevorzugt
auf der Steglinie 44, die der Sperrschichtlinie 42 näher liegt
als der hinteren Elektrode 23.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
kann wie in 7 gezeigt die Fläche 61 zwischen
der Sperrschichtfläche 52 und
der Stegfläche 54 im
Wesentlichen kontinuierlich sein. Die Kontinuität der Fläche 61 entlang bietet
keine Flächendiskontinuität innerhalb
des Kanals 16. In einer beispielhaften Ausführungsform
geht die gekrümmte
Fläche 56 bevorzugt
von der Sperrschichtlinie 42 aus, die der Grenzfläche zwischen
Mikrostruktur/Substrat 41 näher liegt als der obere Teil
des Sperrschichtabschnitts 48. In einer Ausführungsform
endet die gekrümmte
Fläche 56 bevorzugt
an einem Punkt auf der Steglinie 44, die der Sperrschichtlinie 42 näher liegt
als der hinteren Elektrode 23.
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In
einer anderen beispielhaften Ausführungsform geht, wie in 8 veranschaulicht,
die gekrümmte Fläche 56 von
der oberen Ecke der Sperrschicht 63 aus und endet horizontal
auf der Stegfläche 54.
Da die gekrümmte
Fläche 56 von
der oberen Ecke der Sperrschicht 63 ausgeht, weist die
Seite des Sperrschichtabschnitts 32 im Allgemeinen eine
Krümmung
auf. Bei einer Ausführungsform
endet die gekrümmte
Fläche 56 bevorzugt
an einem Punkt auf der Steglinie 44, der der Seite der
Sperrschichtlinie 42 näher
liegt als der hinteren Elektrode 23.
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In
einigen Fällen
ist es nützlich,
die Fläche 61 oder
die gekrümmte
Fläche 56 durch
einen Krümmungsradius
R zu definieren. Der Krümmungsradius
R und die Krümmung
k sind einander umgekehrt proportional und können durch die Gleichung: R = 1/kdargestellt werden.
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Mit
steigendem Krümmungsradius
R nimmt die Krümmung
k ab. Der Krümmungsradius
R für eine
gekrümmte
Fläche
kann mit Bezug auf andere Dimensionen der Mikrostruktur 25,
beispielsweise der Höhe
des Sperrschichtabschnitts HSA, der Breite des Sperrschichtabschnitts
BSA oder der Dicke des Stegabschnitts DSA beschrieben werden.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
weist die gekrümmte
Fläche 56 der
Mikrostruktur 25 einen einzigen Krümmungsradius auf. Dies zeigt
an, dass die Krümmung
k sich an keinem Punkt der gekrümmten Oberfläche 56 entlang ändert. Die
Gestalt der gekrümmten
Fläche 56 kann
der Gestalt irgendeines Kreisbogens identisch sein, bei dem der
Radius des Kreises dem Krümmungsradius
R der gekrümmten
Fläche 56 gleich
ist. Der Krümmungsradius
R kann auf der Basis anderer Dimensionen der Mikrostruktur 25 ausgewählt werden.
Beispielsweise kann der Krümmungsradius
R ein Bruchteil der Höhe
des Sperrschichtabschnitts HSA sein. In einer beispielhaften Ausführungsform,
bei der die Mikrostruktur 25 eine gekrümmte Fläche 56 aufweist und
die gekrümmte
Fläche 56 durch
einen einzigen Krümmungsradius
R definiert wird, liegt der Krümmungsradius
R im Bereich von 5% bis 80% der Höhe des Sperrschichtabschnitts
HSA, im Bereich von 10% bis 50% der Höhe des Sperrschichtabschnitts
HSA oder im Bereich von 12% bis 25% der Höhe des Sperrschichtabschnitts
HSA.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die gekrümmte
Fläche 56 durch
mehr als einen Krümmungsradius
definiert. In einem Beispiel dieser Ausführungsform definieren, wie
in 6 dargestellt, zwei Krümmungsradien R1 und R2 die
gekrümmte
Fläche 56,
wo die Stegfläche 54 auf
die gekrümmte Fläche 56 auftrifft
und die gekrümmte
Fläche 56 auf
die Sperrschichtfläche 52 auftrifft.
Es können
mehr als zwei Krümmungsradien
verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist eine gekrümmte Fläche 56,
die mehr als einen Krümmungsradius
aufweist, im Wesentlichen kontinuierlich (d.h. sie enthält keine
Flächendiskontinuitäten). Beispielsweise
weist die gekrümmte
Fläche
Krümmungsradien
auf, die zwischen den Werten von R1 und R2 für einzelne Punkte auf der gekrümmten Fläche 56 liegen.
Die Änderung
der Krümmungsradien
für Punkte
der gekrümmten
Fläche
entlang folgt der Funktion der gekrümmten Fläche 56. Man sollte
sich im Klaren darüber
sein, dass Variationen im Krümmungsradius
in Kombination mit irgendeiner der Gestalten der gekrümmten Flächen 56 der
Mikrostrukturen 25, wie für irgendeine der in den 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen
beschrieben, verwendet werden können.
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Im
Allgemeinen können
die hier beschriebenen Verfahren und Strukturen zur Bildung von
Gegenständen
und Geräten
verwendet werden, die Mikrostrukturen mit reduzierter Bruchbildung
aufweisen. Beispielsweise können
Gegenstände
und Geräte
mit Mikrostrukturen auf einem Substrat gebildet werden, wo mindestens 99%
der Mikrostrukturen und bevorzugt 100% der Mikrostrukturen keine
Risse von einer Tiefe aufweisen, die 25% oder mehr der Stegdicke
entspricht, wie zwischen der Grenzfläche zwischen Mikrostruktur/Substrat 41 und
der Steglinie 44 gemessen.
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Auf
das Bindemittelentfernen und Sintern hin ist es typischerweise wünschenswert,
dass die oberen Teile 48 der Sperrschichtabschnitte flach
und im Wesentlichen von physikalischen Unregelmäßigkeiten frei sind. Diese
Flachheit unterstützt
den Kontakt des gegenüberliegenden
Glassubstrats 51 mit den oberen Teilen 48 der
Sperrschichtabschnitte ihrer gesamten Länge entlang. Dieser vollständige Kontakt „versiegelt" auch die Kanäle 15,
die durch die Sperrschichtabschnitte 32 gebildet werden
und verhindert oder verhindert im Wesentlichen, dass Gasspezies
in den benachbarten Kanälen 15 durch
Spalten zwischen den oberen Teilen der Sperrschichtabschnitte und
des gegenüberliegenden
Glassubstrats 51 entweichen.
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Während des
Bindemittelentfernens und Sinterns machen die Enden der Sperrschichtabschnitte 32 der
Mikrostrukturen 25 ein Schrumpfen durch und leiden an ungleichmäßiger Spannungsfreisetzung.
Wie in 5 veranschaulicht, zeigt ein seitlicher Querschnitt
Verformungen in dem Ende des Sperrschichtabschnitts 32 der
Mikrostruktur 25 nach dem Bindemittelentfernen und Sintern.
Das Brennen verdichtet Mikrostrukturen 25, so dass ihr
Profil vom Profil im grünen
Zustand 45, wie angegeben, schrumpft. Wie gezeigt, behalten
die oberen Teile 48 der Sperrschichtabschnitte zwischen
den Enden der Sperrschichtabschnitte 29 und über den Hauptteil
der Länge
der Sperrschichtabschnitte 32 eine flache Fläche der
Gestalt der Mikrostruktur im grünen Zustand 5 entsprechend
bei. Jedoch schrumpfen die Enden der Sperrschichtabschnitte 29 nicht
gleichförmig mit
dem Rest des Sperrschichtabschnitts 32 und es erfolgt ein
leichtes Kräuseln
des Endes des Sperrschichtabschnitts 29, was zu einer Verformung 37 führt. Das
Vorliegen der Verformung 37 kann auf den oberen Teilen 48 der
Sperrschichtabschnitte in der Nähe
der Enden der Sperrschichtabschnitte 29 einen Erhöhungsbereich bilden.
Eine Verformung 37 kann eine Vielzahl von Problemen in
der Anordnung und beim Funktionieren der Plasmaanzeigetafel hervorrufen.
Erstens können
während
des Versiegelns und Handhabens einer Anzeige mechanische Kräfte die
Verformungen 37 dazu bringen, abzubrechen. Sperrschichtendstücke, die
abgerissen sind, können
für das
Funktionieren und die Nutzungsdauer der PAT abträglich sein. Zweitens können, wie
oben schon angegeben, Verformungen 37 den vollständigen Kontakt
des gegenüberliegenden
Glassubstrats 51 mit den oberen Teilen 48 der
Sperrschichtabschnitte verhindern. In Abwesenheit eines vollständigen Kontakts
können
Lücken
zwischen den oberen Teilen 48 der Sperrschichtabschnitte
und der Oberfläche
des vorderen Substrats 51 vorliegen. Dies kann zu Übersprechen
zwischen angeregten Gasspezies in benachbarten Zellen sowie Unterschieden
in der Schaltspannung während
des Betriebs führen.
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Aus
diesem Grund ist es wünschenswert,
die Sperrschichtenden der Mikrostrukturen im grünen Zustand 45 so
zu gestalten, dass Verformungen daran gehindert werden, die richtige
Anordnung oder das richtige Funktionieren der PAT zu stören. Wie
in 10 veranschaulicht, bietet eine beispielhafte
Ausführungsform
Mikrostrukturen im grünen
Zustand 45, die so geformt sind, dass sie abgestufte Enden 47 aufweisen,
die insbesondere die Probleme überwinden,
die mit Verformungen 37 verbunden sind, die auf das Bindemittelentfernen und
Sintern der Mikrostrukturen hin auftreten.
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Wie
in 10 veranschaulicht, weisen die abgestuften Enden 47 des
Sperrschichtabschnitts eine erste Stufe 58, eine zweite
Stufe 68 und eine dritte Stufe 78 auf. Bevorzugt
weisen die abgestuften Enden 47 mindestens zwei Stufen
auf. Jede Stufe des abgestuften Endes 47 weist eine Stufenhöhe SH, eine
Stufenbreite SB und einen Stufenwinkel 67 auf. Jede Stufe
der abgestuften Enden 47 kann jeweils eine andere Stufenhöhe SH, eine
andere Stufenbreite SB und einen anderen Stufenwinkel 67 aufweisen.
Bevorzugt beträgt
die Stufenhöhe
SH jeder Stufe mindestens 20 μm
und bevorzugt ist die Stufenbreite SB gleich wie oder größer als
die Stufenhöhe
SH. Der Stufenwinkel liegt im Allgemeinen im Bereich von 90 bis
175°, typischerweise
im Bereich von 90 bis 145° und
kann im Bereich von 90 bis 125° oder
90 bis 110° liegen.
Die Gestalt der Mikrostruktur 25 nach dem Brennen kann
die Gestalt der Mikrostruktur im grünen Zustand 45 über das
gesamte seitliche Querschnittsprofil des Sperrschichtabschnitts 32 einschließlich des
stufenförmigen
Endes 47, nachahmen. An einer Stelle des stufenförmigen Endes 47,
gewöhnlich
an einer Stufe, die dem hinteren Substrat 21 benachbart
ist, beispielsweise an der dritten Stufe 78, kann das abgestufte
Ende 47 eine Verformung 37 aufweisen, die nach dem
Bindemittelentfernen und Sintern auftritt. Jedoch ist es nicht wahrscheinlich,
dass diese Verformung 37 bei einem stufenförmigen Ende 47 in
der Anordnung oder beim Funktionieren der PAT abträglich ist.
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In
einer anderen Variation dieser beispielhaften Ausführungsform
ist, wie in 11 veranschaulicht, die Stufe,
die dem hinteren Substrat 21 benachbart ist, beispielsweise
die dritte Stufe 78, längsgezogen.
Bevorzugt liegt das Verhältnis
der Stufenhöhe
SH zur Stufenbreite SB (SH:SB) für
die Stufe, die dem hinteren Substrat 21, beispielsweise
der dritten Stufe 78, benachbart ist, im Bereich von 1:1
bis 1:10, noch bevorzugter im Bereich von 1:1,5 bis 1:8 und am bevorzugtesten
im Bereich von 1:2 bis 1:6.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
verjüngen
sich, wie in 12 veranschaulicht, die Enden 47 der
Sperrschichtabschnitte 32 von dem oberen Teil des Sperrschichtabschnitts 48 zur
Fläche
des hinteren Substrats 21. Die sich verjüngenden
Enden 47 der Sperrschichtabschnitte 32 können verschiedene
Gestalten oder Geometrien aufweisen und die Gestalt einer grünen Struktur 47 bereitstellen,
die beim thermischen Verarbeiten strukturell unversehrt sind und
im Wesentlichen keine Verformungen bilden, die über den oberen Teil des Sperrschichtabschnitts 48 herausragen.
Bevorzugt beträgt
der Winkel des sich verjüngenden
Endes 57 des sich verjüngenden
Endes im grünen
Zustand 47 nicht mehr als 60° und nicht weniger als 15°.
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Wie
in 12 veranschaulicht, weist eine geeignete Gestalt
eines sich verjüngenden
Endes 47 eines Sperrschichtabschnitts 32 in den
Zuständen
der grünen
Struktur eine gerade Linie auf, die vom oberen Teil der Mikrostruktur
im grünen
Zustand 45 bis zur Fläche
des hinteren Substrats 21 läuft. Auf das thermische Verarbeiten
hin schrumpft die Mikrostruktur von ihrer Gestalt im grünen Zustand 45 auf
den verarbeiteten Zustand 25. Jedoch beeinflusst aufgrund
des sich verjüngenden
Endes 47 irgendeine Änderung
der Gestalt am Ende des Sperrschichtabschnitts 32, die
während
des thermischen Verarbeitens erfolgt, die Flachheit des oberen Teils
des Sperrschichtabschnitts 48 oder die Integrität des Endes
des Sperrschichtabschnitts nicht wesentlich.
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Ein
Verfahren zum Verhindern oder Reduzieren der Wahrscheinlichkeit
oder der Menge des Kräuselns der
Enden der Sperrschichtabschnitte 32 während des Bindemittelentfernens
und Sinterns der Mikrostrukturen 25 wird offenbart. Wie
in 13 gezeigt, wird ein Gewicht 19 in Kontakt
mit der oberen Ecke 77 des Sperrschichtabschnitts aufgebracht.
Typischerweise wird ein Gewicht mindestens eine obere Ecke 77 des
Sperrschichtabschnitts kontaktieren. Mehrere Gewichte können jeder
Kante der Anordnung entlang, die die Sperrschichtabschnittenden
aufweist, vorliegen. In einer beispielhaften Ausführungsform
wird ein Gewicht jeder Anordnungskante entlang positioniert, die
Sperrschichtenden aufweist, und die Gewichte kontaktieren den größten Teil
der oder die gesamten oberen Ecken der Sperrschichtabschnitte.
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Bevorzugt
reicht der Druck, der durch das Gewicht auf die obere Ecke 77 des
Sperrschichtabschnitts ausgeübt
wird, aus, um das Auftreten einer Verformung 37 (beispielsweise
wie in 5 zu sehen ist) während des Bindemittelentfernens
und Sinterns zu verhindern. Der durch das Gewicht während des
Bindemittelentfernens und Sinterns ausgeübte Druck kann eine winklige
Sperrschichtendecke 87 bilden. Der Druck sollte nicht zu
stark sein, um das Ende des Sperrschichtabschnitts 32 auf
die Oberfläche
des hinteren Substrats 21 abzuflachen. Typischerweise liegt
ein ausreichender Druck bevorzugt im Bereich von 0,0001 bis 0,002
N (Newton) pro Sperrschichtende, noch bevorzugter im Bereich von
0,0001 bis 0,001 N pro Sperrschichtende und am bevorzugtesten im
Bereich von 0,0002 bis 0,0005 N pro Sperrschichtende. Das Gewicht 19 kann
verschiedene Gestalten, beispielsweise eine rechteckige Gestalt,
eine dreieckige Gestalt, eine trapezförmige Gestalt oder eine Rhombusgestalt
aufweisen. Bevorzugt ist der untere Teil 75 des Gewichts 19 flach,
jedoch kann ein unterer Teil 75 der etwas gekrümmt oder
winklig ist, ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, dass das
Gewichtsunterteil 75 des Gewichts 19 die obere
Ecke 77 des Sperrschichtabschnitts deutlich kontaktiert.
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In
einem Beispiel wird, wie in 13 veranschaulicht,
ein Kontakt hergestellt zwischen der oberen Ecke 77 des
Sperrschichtabschnitts und einem Punkt an dem Gewichtsunterteil 75 und
es wird auch ein Kontakt hergestellt zwischen der äußeren Unterteilecke 71 und
dem hinteren Substrat 21 an einem Punkt auf der Oberfläche des
hinteren Substrats 21. Jedoch kann die äußere untere Ecke 71 alternativ
in Kontakt mit einer anderen Fläche,
beispielsweise einer Fläche
auf einem Gegenstand stehen, der nicht mit der Anordnung assoziiert
ist. Der Kontakt der äußeren unteren
Ecke 71 und des hinteren Substrats 21 an einem
Punkt auf der Fläche
des hinteren Substrats 21 kann einen Winkel zwischen Gewicht/Substrat 85 bilden.
Der Winkel zwischen Gewicht/Substrat 85 liegt im Allgemeinen
zwischen 0,5 und 2,5°,
typischerweise zwischen 0,5 und 1° und
kann zwischen 0,5 und 0,8° liegen.
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Typischerweise
besteht das Gewicht 19 aus Materialien, die Temperaturen
widerstehen können,
die während
des Bindemittelentfernens und Sinterns des Keramikmaterials, beispielsweise
Glas oder Metall, erreicht werden. Bevorzugt verbinden sich diese
Materialien nicht mit dem Keramikmaterial während des Bindemittelentfernens
und Sinterns oder reagieren chemisch nicht damit. Beispiele geeigneter
Materialien schließen Aluminiumoxid,
Kalknatronglas und Zirconiumdioxid ein. Ein bevorzugtes Material
ist Zirconiumdioxid. Nichtgrundiertes Kalknatronglas hängt während des
Sinterns etwas an Rippenformulierungen an. Aluminiumoxid und Zirconiumdioxid
tun das nicht. Zirconium ist am wenigsten reaktiv.
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Man
wird sich im Klaren darüber
sein, dass andere Gegenstände
unter Anwendung eines Substrats mit den geformten Mikrostrukturen
ebenfalls gebildet werden können.
Beispielsweise können
die geformten Mikrostrukturen zum Bilden von Kapillarkanälen für Anwendungen
wie Elektrophoreseplatten verwendet werden. Außerdem könnten die geformten Mikrostrukturen
für Plasma-
und andere Anwendungen verwendet werden, die Licht erzeugen.
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BEISPIELE
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Beispiele 1–10
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Sperrschichtrippen
wurden auf einem Substrat unter Anwendung einer Form und einer fotoaushärtbaren
Glasfrittenaufschlämmung
gebildet. Es wurde eine Glasfrittenaufschlämmung hergestellt. Die Rezeptur
der Glasfrittenaufschlämmung,
die bei diesen Beispielen verwendet wurde, schloss 80 Gewichtsteile RFW030-Glaspulver (Asahi
Glass Co., Tokio, Japan) ein, das Bleiborsilicatglasfritte mit feuerfesten
Füllstoffen wie
TiO2 und Al2O3 enthält.
Dem Glaspulver wurden 8,034 Gewichtsteile BisGMA (Bisphenol-A-diglycidyletherdimethacrylat),
von Sartomer, Company, Inc., Exton, PA, erhältlich, und 4,326 Gewichtsteile
TEGDMA (Triethylenglykoldimethacrylat), von Kyoeisha Chemical Co.,
Ltd., Japan, erhältlich,
zum Bilden des aushärtbaren flüchtigen
Bindemittels zugegeben. Als Verdünnungsmittel
wurden 7 Gewichtsteile 1,3-Butandiol (Aldrich Chemical Co., Milwaukee,
WI) verwendet. Außerdem
wurden 0,12 Gewichtsteile POCAII (Phosphatpolyoxyalkylpolyol), von
3M Company, St. Paul, MN, erhältlich
(andere Phosphatpolyoxyalkylpolyole können verwendet werden und sind
von anderen Herstellern erhältlich)
als Dispergiermittel zugegeben, 0,16 Gewichtsteile A174 Silan (Aldrich
Chemical Co., Milwaukee, WI) wurde als Silankopplungsmittel zugegeben
und 0,16 Gewichtsteile IrgacurWZ 819 (Ciba
Specialty Chemicals, Basel, Schweiz) wurden als Aushärtungsinitiator
zugegeben. Außerdem
wurden 0,20 Gewichtsteile BYK A555 von BYK Chemie USA, Wallingford,
CT, als Entlüftungsmittel zugegeben.
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Alle
flüssigen
Bestandteile und der Fotoinitiator wurden in einem Edelstahlmischbehälter kombiniert. Die
Bestandteile wurden unter Anwendung eines Cowles-Rührflügels (VWR
Scientific Products, West Chester, PA), der durch einen pneumatischen
Motor angetrieben wurde, gemischt. Bei laufender Mischflügelvorrichtung wurden
die festen Bestandteile langsam zugegeben. Nachdem alle Bestandteile
eingearbeitet worden waren, wurde die Mischung weitere 5 Minuten
lang gemischt. Die Aufschlämmung
wurde in einen Behälter
aus Polyethylen hoher Dichte übertragen,
der mit einem zylindrischen Aluminiumoxidmahlmedium hoher Dichte
von 12,7 mm (1/2 Zoll) beaufschlagt worden war. Das Mahlen wurde
unter Anwendung eines Anstrichmittelkonditionierers (Red Devil,
Modell 5100, Union, NJ) 30 Minuten lang durchgeführt. Die Aufschlämmung wurde
dann aus der Kugelmühle
abgelassen. Schließlich
wurde die Aufschlämmung
unter Anwendung einer 3-Walzenmühle
(Modell 2,5 × 5
TRM, Charles Ross & Son
Company, Haupauge, NY) bei 60°C
gemahlen.
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Eine
Rakel wurde zum schichtförmigen
Aufbringen der Aufschlämmung
auf Kalknatronglassubstrate einer Dicke von 2,3 mm (Libbey Owen
Ford Glass Co., Charleston, WV) verwendet. Der Rakelspalt wurde
für alle
Proben auf 75 Mikrometer eingestellt.
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Nach
dem Beschichten wurde die Form, die Sperrschichtrippenmerkmale aufwies,
auf das beschichtete Substrat auflaminiert. Der Laminierdruck betrug
nominell 0,68 kg/cm und die Laminationsgeschwindigkeit betrug nominell
3 cm/sec. Die verwendeten Formen bestanden aus Polycarbonat oder
fotoaushärtbarem Acrylatmaterial,
das auf ein Trägermaterial
hoher Steifigkeit wie PET einer Dicke von 125 μm (E.I. Du Pont De Nemours and
Company, Wilmington, DE) aufgegossen und ausgehärtet wurde. Die Form wurde
durch Gießen und
Aushärten
eines Acrylatharzes gegen ein Metallwerkzeug hergestellt. Formen
mit verschiedenen Typen von Sperrschichtrippenmikrostrukturen wurden
beurteilt.
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Nach
dem Formen wurde das beschichtete Substrat einer Quelle von blauem
Licht zum Erhärten
der Glasfrittenaufschlämmung
ausgesetzt. Das Aushärten
wurde unter Anwendung einer Quelle von Blaulicht auf einer Probenoberfläche von
1,5 Zoll (etwa 3,8 cm) durchgeführt.
Die Lichtquelle besteht aus superaktinischen Leuchtstofflampen (Modell
TLDK 30W/03, Philips Electronics N.V., Einhoven, Niederlande), die
im Abstand von etwa 5,1 cm (2 Zoll) voneinander gehalten wurden.
Diese superaktinischen Lampen bieten Licht in einem Wellenlängenbereich
von etwa 400 bis 500 nm. Die Aushärtungszeit betrug typischerweise
30 Sekunden.
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Die
Form wurde entfernt und die Proben wurden an der Luft dem folgenden
Wärmezyklus
entsprechend gesintert: 3°C/min
auf 300°C,
5°C/min
auf 560°C,
20 Minuten langes Einweichen und Kühlen mit 2–3°C/min auf Raumtemperatur.
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Während des
Sinterns wurden die Sperrschichtrippen auf das steife Glassubstrat
gezwungen. Aufgrund dieses Zwangs entwickelten sich Spannungen in
der Ebene während
des Verdichtens und Schrumpfens der Sperrschichtrippen während des
Sinterns. Des Weiteren konnte sich wegen des großen Unterschieds zwischen der
Featuredicke zwischen einer Sperrschichtrippe und benachbarten kontinuierlichen
Stegregionen eine starke Differentialspannung während des Sinterns entwickeln.
Dadurch wies eine scharfe Ecke unten an den Sperrschichtrippen eine
starke Neigung zur Rissbildung während
des Sinterns auf. Das Ergebnis änderte sich
nicht durch Einführen
einer Schrägkante
in diesen Bereich. Um diese Rissbildung zu mildern, wurde ein Übergang
von der Sperrschichtrippe zum Steg auf relativ glatte Weise gebildet.
Wollte man den Übergang
von der Sperrschichtrippenseitenwand zum Steg mathematisch als kontinuierliche
Linie darstellen, so wäre
der Differentialquotient dieser Funktion bevorzugt kontinuierlich,
um die Entwicklung starker Beanspruchungskonzentrationen zu vermeiden.
In den Beispielen 4–8
und 10 wurden Sperrschichtrippen mit verschiedenen Rippengrundkrümmungsradien
geprüft.
Sie bildeten alle rissfreie Teile. Im Falle der Beispiele 3 und
9 waren die Radiusmischungen zur Stegschicht nicht vollständig tangential
und es wurden Risse beobachtet.
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Die
Rippenrisse wurden unter Anwendung von Lichtmikroskopie (durch transmittiertes
Licht) (Leitz DMRBE, Leica Mikroskopie & System GmbH, Wetzlar, Deutschland)
und Rasterelektronenmikroskopie (AMPAX-Modell 1920, Redford, MA) beurteilt.
Alle Risse wurden unten an der Rippe beobachtet. Die folgende Tabelle
bietet Informationen über
die in jedem Beispiel 5 hergestellten Produkte. Alle Größenwerte
beziehen sich auf den grünen
Zustand vor dem Sintern. Der Ziehwinkel bezieht sich auf den Winkel
der Sperrschichtlinie mit Bezug auf die Senkrechte.
| Beispiel | Rippenneigung (μm) | Rippenhöhe (μm) | Obere Breite (μm) | Zieh-Winkel | Unterer Rippenkrümmungsradius | Mischungsqualität | Risse? |
| 1 | 360 | 202 | 68 | 8° | < 0,1 μm | N/z | Ja |
| 2 | 220 | 185 | 75 | 8° | Neigung | N/z | Ja |
| 3 | 360 | 213 | 37 | 8° | 50 | Schlecht | Ja |
| 4 | 360 | 213 | 37 | 8° | 50 | Gut | Nein |
| 5 | 286 | 202 | 37 | 8° | 25 | Gut | Nein |
| 6 | 286 | 202 | 37 | 8° | 50 | Gut | Nein |
| 7 | 360 | 202 | 37 | 8° | 63 | Gut | Nein |
| 8 | 360 | 202 | 37 | 8° | 75 | Gut | Nein |
| 9 | 277 | 177 | 42 | 8° | 50 | Schlecht | Ja |
| 10 | 277 | 177 | 37 | 8° | 25 | Gut | Nein |
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Beispiele 11–14
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Die
Beispiele 11–14
wurden auf die gleiche Weise wie die Beispiele 1–10 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass 15 der Rakelspalt unter Anwendung von Metalltastermessvorrichtungen
eingestellt wurde. Die Sperrschichtrippendimensionen für diese
Formen waren: Neigung 360 μm,
Höhe 213 μm, obere
Rippenbreite 37 μm,
Ziehwinkel 8° und
glatte Radiusmischung 50 μm.
| Beispiel | Beschichtungsdicke
(μm) | Laminiergeschwindigkeit
(cm/sec) | Laminierdruck (kg/cm) | Dicke
des gebrannten Stegs (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 |
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Dies
zeigt, dass die Stegdicke durch Auswählen der Beschichtungsdicke
reguliert werden kann.
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Beispiel 15
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Auf
einem Substrat wurden wie für
die Beispiele 1 bis 10 beschrieben mikrostrukturierte Sperrschichtrippen
gebildet. Während
des Bindemittelentfernens und Sinterverfahrens, wurden die Sperrschichtrippenenden
zum Verhindern von Verformungen mit einem Gewicht versehen. Drei
verschiedene Streifen von Material wurden als Gewichte verwendet:
1) 98% Aluminium, 2) mit Yttrium stabilisiertes Zirconiumdioxid
und 3) Kalknatronglas. Die Aluminiumoxidstücke waren 102 cm × 25,4 cm × 0,060
cm groß,
wogen 6,0 Gramm und bedeckten etwa 282 Rippen bei einer Neigung
von 360 μm.
Die Glasstücke
waren 14,2 × 2 × 0,28 cm
groß,
wobei 19,8 g etwa 394 Rippen bei einer Neigung von 360 μm bedeckten.
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Die
Zirconiumdioxidstücke
waren 5,8 × 2 × 0,5 cm
groß,
wobei 34,8 g etwa 161 Rippen bedeckten. Verschiedene Belastungen
wurden auf die Rippenkanten, wie in der folgenden Tabelle aufgeführt, aufgebracht. Die
Rippenhöhen
betrugen 202 μm
und die Neigung 360 μm
bei allen Proben. Rippenanzahl = Lange/Neigung. Auf der Basis des
Winkels, des Gewichts und der Breite der Gewichte kann die Rippenbelastung
in Newton/Rippe berechnet werden.
| | Dimensionen
des Gewichts in cm | Gewicht, g | Winkel, Grad | Rippenbelastung N/Rippe |
| Material | Länge | Breite | Dicke |
| Aluminiumoxid | 102 | 25,4 | 0,06 | 6 | 0,6 | 0,0001 |
| KN-Glas | 14,2 | 2,0 | 0,28 | 19,8 | 0,7 | 0,00025 |
| Zirconiumdioxid | 5,8 | 2,0 | 0,5 | 34,8 | 0,7 | 0,0011 |
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In
allen Fällen
erhöhten
sich die Rippen auf das Bindemittelentfernen und Sintern nicht wesentlich während des
Sinterns. Bei Verwendung von Zirconiumdioxidgewichten während des
Vorgangs waren die Rippenenden 10–20 Mikrometer kürzer. Nach
dem Bindemittelentfernen und Sintern wies das Zirconiumdioxidgewicht
die geringste Menge an Haftung an der Glasfritte auf und das Kalknatronglas
wies die größte Menge
an Haftung auf. Es wurde kein Glasfrittenrückstand an den Zirconiumdioxidgewichten
nach dem Sintern beobachtet. Kleine Fragmente von Glasfritte klebten
nach dem Sintern an den Kalknatronglasstreifen.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die oben beschriebenen
spezifischen Beispiele beschränkt
betrachtet werden, sondern sollte stattdessen so verstanden werden,
dass sie alle Aspekte der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen aufgeführt, einschließt. Verschiedene
Modifikationen, äquivalente Verfahren
sowie zahlreiche Strukturen, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar
sein kann, werden mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten
ohne weiteres offensichtlich sein.