CN1675667A - 用于发光面板中的微元件的设计、制造、测试和检验 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成微元件的方法。该方法包括预测试和检验该微元件。没有通过测试或检验的微元件被丢弃，其余微元件被组装至一面板中。

Description

用于发光面板中的微元件的设计、制造、测试和检验
相关申请的交叉引用
本发明是专利号为No.09/697,358的美国专利申请的后续申请，该申请的发明名称为“用于发光面板中的微元件”，于2000年10月27日递交，并对其母案的申请日要求了优先权。同样在此参考的有下列的申请，其全部被合并作为参考，并且其递交日被要求了优先权：美国专利申请No.09/697,344，发明名称“发光面板及其制造方法”，2000年10月27日递交；美国专利申请No.09/697,498，发明名称“测试发光面板和其中组件的方法”，2000年10月27日递交；美国专利申请No.09/697,345，发明名称“用于激励发光面板中的微元件的方法和系统”，2000年10月27日递交；美国专利申请No.09/697,346，发明名称“用于发光面板中的承窝”，2000年10月27日递交；美国专利申请(代理案号：No.SAIC0029-CIP2)，发明名称“用于微元件布置的印制和其它技术的应用(Use of Printing and OtherTechnology for Micro-Component Placement)”，与本案同日递交；美国专利申请(代理案号：No.SAIC0029-CIP1)，发明名称“用于面板层制造的液体制造工艺(Liquid Manufacturing Processes for Panel Layer Fabrication)”，与本案同日递交；美国专利申请(代理案号：No.SAIC0025-CIP)，发明名称“在线测试发光面板的方法(Method for On-line Testing of a Light-EmittingPanel)”，与本案同日递交；美国专利申请(代理案号：No.SAIC0026-CIP)，发明名称“用于等离子体显示面板中对微元件进行寻址的方法和装置(Method and Apparatus for Addressing Micro-Component in a Plasma DisplayPanel)”，与本案同日递交。
技术领域
本发明涉及一种发光面板及其制造方法。本发明还涉及一种该发光面板中使用的微元件。
背景技术
在典型的等离子体显示器中，气体或混合气体被封闭在正交交叉且分隔的导体之间。所述交叉导体限定了交叉点的矩阵，这些交叉点排列为发光的微小的图像元素(像素)的阵列。在任何一个既定像素处，正交交叉且分隔的导体作为电容器的相对极板，被封闭的气体用作电介质。当施加足够大的电压时，该像素处的气体电离产生要被引向正导体的自由电子和要被引向带负电的导体的带正电的气体离子。这些自由电子和带正电的气体离子与其它气体原子碰撞而产生雪崩效应，雪崩效应还产生更多的自由电子和带正电的离子，从而产生等离子体。发生这种等离子形成放电的电位被称为写电压(write voltage)。
在施加写电压时，像素处的气体电离并仅仅短暂地发光，因为电离形成的自由电荷向单元(cell)的绝缘电介质壁迁移，这些电荷在该绝缘电介质壁上产生与施加电压相反的电压(opposing voltage)从而最终抑制了放电。一旦一个像素已经被完成写操作，则利用交变保持电压(sustain voltage)产生连续序列的光发射。因为从先前的写操作或保持操作保留下来的壁电荷产生一个加至随后施加的极性相反的保持波形上的电压，以产生电离电压，所以保持波形(sustain waveform)的振幅小于写电压的振幅。按照数学方式表达，上述思想可以表示为Vs＝Vw-Vwall，其中Vs是保持电压、Vw是写电压、Vwall是壁电压。因此，保持波形不能单独地使先前未写的(或已擦除的)像素电离。擦除操作可以被认为是某种写操作，只是该写操作仅允许以前带电的单元壁放电；除了时序(timing)和振幅，擦除操作类似于写操作。
典型地，导体有两种不同的设置，用于进行写、擦除和保持操作。所有设置的一个公共要素是：保持电极(sustain electrode)和寻址电极(addresselectrode)彼此间隔，等离子形成气体位于其间。因此，寻址电极或保持电极中的至少一个电极部分地位于当等离子形成气体电离而离开等离子体显示器时，辐射行进的路径中。从而，必须使用透明或半透明的导电材料，例如氧化铟锡(ITO)，以便电极不会干扰等离子体显示器显示的图像。然而，使用ITO具有几个缺点，例如：ITO价格昂贵，会给制造工艺和最终的等离子体显示器增加成本。
第一种设置使用两种正交交叉的导体：一寻址导体(addressingconductor)和一保持导体(sustaining conductor)。在这种类型的气体面板中，保持波形施加于所有寻址导体和保持导体，以便气体面板维持发光像素的以前被写的图案(written pattern)。对于传统的写操作，适当的写电压脉冲被叠加于保持电压波形上，以便写脉冲和保持脉冲联合产生电离作用。为了独立地对各像素进行写操作，每个寻址导体和保持导体中都有单独的选择电路。因此，通过对所有的寻址导体和保持导体施加一个保持波形；但是，只对一个寻址导体和一个保持导体施加写脉冲，则只会对位于选定的寻址导体和保持导体的交点处的一个像素产生写操作。
第二种设置使用三个导体。在这种所谓共面保持面板(coplanar sustainingpanel)中，在三个导体的交点处形成每个像素，一个是寻址导体，另两个为平行的保持导体。在这个设置中，寻址导体与两个平行的保持导体正交。带有这种类型的面板，在两个平行的保持导体之间进行保持功能，通过在寻址导体和两个平行的保持导体中的其中一个之间产生放电，来实现寻址功能。
保持导体有两种类型，即寻址—保持导体和单纯的保持导体。寻址—保持导体具有双重的功能：与单纯的保持导体一起实现持续的放电；以及完成一个寻址功能。因此，寻址—保持导体是独立可选的，因而一个寻址波形可应用于任何一个或多个寻址—保持导体。另一方面，单纯的保持导体以这样一种典型的方式连接：即一个保持波形可以同时施加到所有的单纯保持导体，以使它们在同一瞬间具有相同的电位。
使用各种将等离子形成气体封装在电极组中的方法，已经构建了许多类型的等离子体平面显示装置。在一种等离子体显示面板中，各自表面上带有导线电极的平行玻璃板在空间上被均匀分开，并在外部的边缘处密封在一起，平行板之间形成的腔体内填充等离子形成气体。尽管这种开放式的显示器结构被广泛应用，但它具有很多缺点。平行板外部边缘的密封、抽真空、在真空下烘干及等离子形成气体的注入都是昂贵和耗时的工艺，结果导致了昂贵的终端产品。除此之外，在电极穿过平行板端部的位置很难获得好的密封，这会导致气体泄漏并缩短产品寿命。另一个缺点是各个像素在平行板中不是分离的。因此，在写操作过程中，选定像素处的电离行为会溢出到临近的像素，从而提高了可能激发临近的像素而没有施加写脉冲的这种不希望看到的现象。即使没有激发临近的像素，电离行为也能改变临近像素的开启和断开特性。
在另一种公知的等离子体显示器中，独立的像素通过在其中一个平行板上形成沟槽或在平行板之间夹持穿孔绝缘层来机械地隔离单个像素。然而，这些机械隔开的像素不是完全封闭的或彼此完全隔离的，因为在像素之间需要等离子形成气体的自由通道，以确保在整个面板中的压强均匀。尽管这种显示器结构减少了溢出，但因为像素彼此之间不是整体地电隔离，所以溢出仍旧可能产生。此外，在这种类型显示器中很难恰当地对准电极和气室，这可能会引起像素不发亮。由于是开放的显示结构，所以也很难在板边缘获得良好的密封。而且，抽真空、在真空下烘干、注入等离子形成气体及密封平行板外缘是昂贵和耗时的。
在另外一种公知的等离子体显示器中，平行板之间独立的像素被机械地隔开。在这种类型显示器中，等离子形成气体被装在一个透明的球体内，这种微元件由一个封闭的透明壳构成。已经有多种方法来将充有气体的球体容纳在平行板间。在一种方法中，不同尺寸的微元件被紧密地聚束在一起并随机分布在单个层上，并且夹在两个平行板之间。在第二种方法中，球体被嵌在一层透明的介电材料中，然后这层材料被夹在平行板之间。第三种方法中，穿孔的不导电材料层夹在平行板之间，充有气体的球体分布在孔中。
虽然以上讨论的各种类型的显示器基于不同的设计理念，但在制造过程中使用的生产方法大致是相同的。从传统的角度讲，采用批量的制造工艺来生产这些类型的等离子面板。如本领域众所公知的，在批量工艺中，各个零部件通常是在不同制造商采用不同的设备单独生产的，然后送到一起来进行最终组装，其中一次生产一个单独的等离子体面板。批量生产工艺有很多缺点，例如，完成最终产品所需的时间很长。较长的生产周期增加了生产成本，并由于本领域许多其它原因而不期望生产周期长。例如，在检测其中一个组件中的缺陷或故障、以及对缺陷或故障进行有效校正的过程中，可能生产出大量不符合标准的、有缺陷的、完全或部分无用的已经完成的等离子体面板。
这对于以上讨论的前两种显示器尤为正确，第一种显示器中在每个像素之间没有机械性隔离，第二种显示器通过在一个平行板上形成沟槽或在两个平行面板之间插入多孔的绝缘层而机械性地隔离每个像素。由于等离子形成气体不是在单个像素/子像素尺度上被隔离，因此制备工艺阻碍了对大部分零部件的检测，直到整个显示器组装完。结果，只有在两个平行板被密封在一起并且等离子形成气体被填充到两个板之间的腔体后才能检测显示器。如果后期的产品检测显示了任何可能发生的潜在的问题，(例如：在特定的像素/子像素处发光差或没有发光)，则整个显示器将被废弃。
发明内容
本发明的优选实施例提供了一种发光面板，其可以被用作大面积的辐射源，用于能量调制、粒子检测和作为平板显示器。由于其独特的特性，这些应用优选使用气体-等离子面板。
在一基本形式中，该发光面板被用作一种大面积的辐射源。通过配置该发光面板来发出紫外光，该面板可用于使油漆或其它涂层固化，还可用于消毒。通过加上一个或多个磷涂层来将该紫外光转换为可见的白光，该面板还可用作照明光源。
另外，通过在至少一个实施例中以微波传输模式构造面板，发光面板可以被用作等离子切换相阵列。该面板按下述方式构造：在电离过程中，等离子形成气体产生了针对微波的局部折射系数的改变(尽管其它波长的光会起作用)。通过在局部区域引入相位偏移和/或将微波导出面板的特定通孔，能按照期望的图案控制来自面板的微波束的方向。
另外，发光面板可以用于粒子/光子探测。在这种实施方式中，发光面板被施加一稍低于电离所需的写电压的电位。当在面板中的特定位置处该装置承受外界能量时，这些额外的能量将致使特定区域中的等离子形成气体电离，从而能提供探测外界能量的装置。
此外，发光面板还可以用于平板显示器。与同样尺寸的阴极射线管(CRTs)相比，这些显示器能被制造得非常薄和轻，从而使得这些显示器非常适用于家庭、办公室、剧院和广告牌。此外，这些显示器能被制造成大尺寸，并且具有足够的分辨率，以适应高清晰度电视机(HDTV)。气体等离子面板没有电磁失真，因此非常适用于特别受磁场强烈影响的应用，例如军事应用、雷达系统、火车站和其它地下系统。
根据本发明的一般实施例，发光面板由两块基板制成，其中一个基板包括多个承窝，并且设置有至少两个电极。微元件至少部分地设置在该承窝中，尽管也可以在其中设置多个微元件。每个微元件包括一个壳体，其至少部分地充有能够电离的气体或混合气体。当在该微元件上施加足够大的电压时，该气体或混合气体电离，形成等离子体并发出辐射。
在本发明的一个实施例中，该微元件被配置为发出紫外(UV)光，通过在每个微元件上至少部分地涂覆磷，该紫外光可被转换为可见光。为了改进放电特性，每个微元件至少部分地涂覆有二次发射增强材料。
在另一实施例中，每个微元件至少部分地涂覆有一反射材料。设置有一指数匹配材料(index matching material)，以使其与该反射材料的至少一部分接触。该指数匹配材料和该反射材料的组合使得预定波长的光线在该指数匹配材料和该反射材料之间的接触点处从每个微元件发出。
本发明的另一目的是提供一种用于发光面板的微元件。至少部分地充有至少一种等离子形成气体的壳体提供了基本的微元件的结构。该壳体可以掺杂有或离子注入有导电材料、提供二次发射增强的材料、和/或将紫外光转换为可见光的材料。该微元件可以制成球形、圆柱形或任何其它形状。该尺寸和形状根据要组装的显示器面板的分辨率确定。典型的尺寸是大约几百微米，与形状无关。
本发明的另一优选实施例提供了一种制造微元件方法。在一个实施例中，该方法是一个连续过程的一部分，其中在至少一种等离子形成气体存在的情况下形成一壳体，以便当形成该壳体时，该壳体充有该等离子形成气体或混合气体。
在另一实施例中，该微元件是通过在至少一种等离子形成气体存在的情况下，将一第一基板固定到第二基板上而制成的。在该方法中，该第一基板和/或第二基板包括多个腔体，从而当该第一基板固定到第二基板上时，该多个腔体充有该等离子形成气体或混合气体。在优选的实施方式中，第一基板通过一第一辊子组件前进，该第一辊子组件包括一具有多个凸结的辊子和一具有多个凹槽的辊子。所述多个凸结和所述多个凹槽彼此对准，使得当该第一基板通过该第一辊子组件时，在该第一基板上形成有多个腔体。第二基板通过一第二辊子组件前进，然后在至少一种气体存在的情况下，与该第一基板固定，使得当该两个基板固定时，该腔体充有该气体和混合气体。在一可替换的优选实施例中，该第二辊子组件包括一具有多个凸结的辊子和一具有多个凹槽的辊子，从而当该第二基板通过该第二辊子组件时，该第二基板中也会形成多个腔体。在这些实施例中的任一个中，在该第一和第二基板固定之前，在该第一和第二基板之间夹持有至少一个电极。
在另一个实施例中，在至少一种等离子形成气体存在的情况下热处理至少一个基板，以形成充有该等离子形成气体或混合气体的壳体。
在一特定的方面，该微元件无论是球形、毛细管形或其它形状，均涂覆有一频率转换涂层。磷是这种涂层的一个例子。更具体地说，该涂层将该等离子体产生的位于光谱中UV光区域的电磁辐射，转换到光谱中可见的红、蓝或绿的区域。
替代方式包括将一滴该频率转换材料置入该设置有该微元件的承窝中，或该微元件自身可掺杂有诸如稀土元素的材料，其作为变频器。该材料的例子包括：氟化钡之类的材料、钇铝石榴石、或钆镓石榴石。该微元件中的等离子气体可以包括氯化氙、氯化氩等等，即稀有气体卤化物。
在另一方面，在制造该微元件时对其进行测试。该微元件被光学式地扫描，以检测特定的物理特性或缺陷，例如，当它们从塔中滴落时，在光学场中检测诸如球度之类的形状和尺寸。使用微元件位移设备来除去坏的微元件。在后续的层中，随着它们滴落，微元件会受到电子束激励、微波或RF场的作用，以激励该气体。测试另一个物理特性或缺陷，例如是否达到了特定的光输出，如果达到了，其可被初步接受。例如，通过利用一第二微元件位移设备，丢弃那些没有达到期望光输出的微元件。
在另一方面，通过激励该微元件一预定时间，对该微元件进行预检验。例如包括取来通过初始测试的微元件，将其置入一容器中并激励它们，例如5到10小时。或者，可以将它们置于大的平行电极之间。在成批运行后，它们从塔中滴落的同时，它们被激励、检测输出并将那些没有被激励的清除出微元件流。
本发明的其它特征、优点和实施例一部分在随后的说明书中给出，其中一部分从说明书中可显而易见地得出，或可从本发明的实践中学习到。
附图说明
在参考附图阅读了的下面对本发明的详细描述之后，本发明的上述和其它的特征、优点会变得更清楚。
图1示出了其中设置有微元件的承窝；
图2示出了发光面板的一部分，显示设置在承窝中的多个微元件；
图3A示出了具有立方体形状的腔体的例子；
图3B示出了具有圆锥体形状的腔体的例子；
图3C示出了具有平截头圆锥体形状的腔体的例子；
图3D示出了具有抛物面形状的腔体的例子；
图3E示出了具有球体形状的腔体的例子；
图3F示出了具有半圆柱形状腔体的例子；
图3G示出了具有棱锥形状的腔体的例子；
图3H示出了具有平截头棱锥体形状的腔体的例子；
图3I示出了具有平行六面体形状的腔体的例子；
图3J示出了具有棱锥体形状的腔体的例子；
图4示出了用于本发明实施例中的装置，其作为形成微元件的连续过程的一部分；
图5示出了用于本发明实施例中的装置，其作为形成微元件的另一过程的一部分；
图6示出了图5中装置的变体，其作为形成微元件的另一过程的一部分；
图7示出了为不同尺寸的高清晰度电视显示器(HDTV)选择像素大小和微元件(微球体)大小的示例，其可根据该微元件的方法来制造。
图8是显示了各种标准显示器分辨率的像素数的表格。
图9显示了根据一个实施例的一种方式，其中电极可以设置在两个基板之间，该方式作为形成该微元件的过程的一部分。
图10描述了形成微元件的另一方法的步骤；
图11示出了用于本发明实施例中作为形成微元件连续过程的一部分的装置，其与图4中的装置相似，包括一个在安装到面板之前用于对微元件预测试或预筛选(pre-screening)的机构；
图12示出了用于成批检验微元件的装置；
图13示出了用于成批检验微元件的装置的可替换的实施例。
具体实施方式
正如在此实施的和广义描述的那样，本发明的优选实施例是关于一种新颖的发光面板。特别地，该优选实施例是关于一种微元件，其能够被用于发光面板中，并至少部分地设置在至少一个承窝中。
图1和图2示出了本发明的两个实施例，其中一发光面板包括一第一基板10和一第二基板20。该第一基板10可以由硅酸盐、聚丙烯、石英、玻璃、任何聚合基材料或熟悉本领域的人士公知的任何材料或材料的组合制成。类似地，该第二基板20可以由硅酸盐、聚丙烯、石英、玻璃、任何聚合基材料或熟悉本领域的人士公知的任何材料或材料的组合制成。第一基板10和第二基本20可以均由同样的材料制成，或由不同的材料制成。另外，第一和第二基板可以由使该发光面板散热的材料制成。在优选的实施例中，每个基板均是由机械柔性的材料制成。
第一基板10包括多个承窝30。形成在第一基板10内和/或形成于第一基板10上的腔体55提供了基本的承窝30的结构。该腔体55可以是任意形状和尺寸。如在图3A到图3J中描绘的那样，腔体55的形状包括：立方体100、圆锥体110、平截头圆锥体120、抛物面130、球体140、圆柱150、棱锥160、平截头棱锥170、平行六面体180或棱柱190，但是并不限于此。该承窝30的尺寸和形状影响该发光面板的性能和特性，并被选择来优化该面板的工作效率。另外，可以基于微元件的形状和尺寸来选择该承窝的几何形状，以优化该微元件和该承窝的表面接触和/或确保微元件与设置在该承窝中的电极的连接性。另外，还可以选择承窝30的尺寸和形状来优化光子的发生和增大发光度和辐射传输效率。
至少一个微元件40至少部分地设置在每个承窝30中。可以在一个承窝中设置多个微元件，以提供增强的发光度和增强的辐射传输效率。在根据本发明的一个实施例的彩色发光面板中，单独的一个承窝承载有分别配置为发出红、绿和蓝光的三个微元件。该微元件40可以是任意形状的，包括但并不限于球形、圆柱形和非球面形。另外，可以考虑：该微元件40包括设置或形成在另一结构内的微元件，诸如将球形的微元件设置在圆柱形的结构中。在根据本发明的实施例的彩色发光面板中，每个圆柱形结构支撑有多个微元件，其配置为发出单色的可见光或发出红、绿、蓝的多种颜色，或按其它适当的颜色排列。
在本发明的另一实施例中，在每个微元件上涂有粘结剂或结合剂，来辅助将微元件40或多个微元件设置/保持在承窝30中。在另一实施例中，每个微元件具有静电荷，并向每个微元件施加静电场，来辅助将微元件40或多个微元件放置在承窝30中。使微元件带有静电荷也有助于避免多个微元件聚积在一起。在本发明的一个实施例中，使用电子枪为每个微元件施加静电荷，并且向设置于每个承窝30附近的一个电极加电，以提供吸引带有静电的微元件所需的静电场。
在最基本的形式中，每个微元件40包括一个壳体50，其中充有等离子体形成气体或混合气体45。任何能够电离的适当气体或混合气体45均可用作等离子形成气体，包括但不限于氪、氙、氩、氖、氧、氦、汞及其混合物。事实上，任何惰性气体均能够用作等离子形成气体，包括但不限于，与铯或汞混合的惰性气体。另外，诸如氯化氙、氟化氙之类的稀有气体卤化物也可用于等离子形成气体。稀有气体卤化物是有效的辐射体，其具有大约300到350nm辐射波长，该辐射波长比纯氙的辐射波长(147到170nm)要长。这导致了由混合比例赋予的总体量子效率增益，即，一个或多个因子。另外，在本发明的另一个实施例中，稀有气体卤化物的混合物也可与其它上面列出的等离子形成气体混合。上面的描述并不是限定性的。本领域的普通技术人员应当可知道其它也可以使用的气体或混合气体。在彩色显示器中，根据另一实施例，等离子形成气体45可以这样选择：在电离过程中，该气体能够发出与期望颜色相应的特定波长的光。例如，氖—氩发红光，氙—氧发绿光，氪-氖发蓝光。尽管优选的实施例中使用了等离子形成气体或混合气体45，但可以考虑那些能发光的任何其它材料，诸如电致发光材料、有机发光二极管(OLEDs)、或电泳材料均可使用。
该壳体50可以由很多类材料制成，包括但并不限于，硅酸盐、聚丙烯、玻璃、任何聚合基材料、氧化镁和石英，并可为任意尺寸。该壳体50沿其短轴测量的直径范围可以是几微米到几厘米，当沿其长轴测量时，其尺寸实际上没有限制。例如，一圆柱形的微元件沿其短轴测量的直径可以仅仅100微米，但是其长轴却会可以有几百米长。在优选的实施例中，当沿其短轴测量时，壳体的外径从100微米到300微米。另外，壳体厚度可以是几微米到几毫米，优选厚度是从1微米到10微米。
当在微元件上施加足够大的电压时，该气体或混合气体电离形成等离子体，并发出辐射。在图2中，示出了两个电极的配置，包括第一保持电极520和一寻址电极530。在图1中，示出了三个电极的配置，其中第一保持电极520、一寻址电极530和一第二保持电极540设置在形成该第一基板10的多个材料层60中。壳体50中的气体或混合气体开始电离所需的电压由帕邢定律(Paschen’Law)确定，并与壳体内部气体的压力密切相关。在本发明中，壳体50中的气体的压力从几十托(torr)到几个大气压之间。在优选的实施例中，壳体50中的气体压力的范围从100托到700托或更高的适当的压力。该微元件40的尺寸和形状和包含在其中的等离子形成气体的类型和压力会影响发光面板的性能和特征，并可选择来优化该面板的工作效率。
加入到该微元件40中的多种涂层300和掺杂剂也会影响发光面板的性能和特征。涂层300可以涂覆在该壳体50的内部或外部，可以部分地或全部地涂覆该壳体50。外部涂层的类型包括，但并不限于：用于将UV光转换为可见光的涂层(例如，磷)，用作反射滤波器的涂层，和用作带通滤波器的涂层。内部涂层的类型包括，但并不限于：用于将UV光转换为可见光的涂层(例如，磷)，用于增强二次发射的涂层和用于防止腐蚀的涂层。本领域的普通技术人员可以得知，也可使用其它类型的涂层。该涂层300可以利用优先洗提(differential stripping)、光刻(lithographic process)、溅镀、激光沉积、化学沉积、气相沉积或使用喷墨技术的沉积而涂覆于壳体50。本领域的普通技术人员可以得知，其它用于涂覆该壳体50内部和/或外部的方法也可以使用。掺杂剂的类型包括，但并不限于：用于将UV光转换为可见光(例如，磷)的掺杂剂、用于增强二次发射的掺杂剂和用于提供穿过该壳体50导电路径的掺杂剂。该掺杂剂可使用本领域的普通技术人员公知的方法加入到该壳体50中，包括离子注入法。可以考虑，涂层和掺杂剂的任意组合也可施加到该微元件40上。
在本发明的一个实施例中，当微元件配置为发出UV光时，通过至少部分地用磷涂覆该壳体50的内部、至少部分地用磷涂覆该壳体50的外部、在壳体50中掺入磷和/或用磷涂覆该承窝30的内表面，来将该UV光转换为可见光。在根据本发明一个实施例的彩色面板中，选择使用着色的磷(coloredphosphor)，从而该交替的微元件发出的可见光被分别变成红、绿和蓝色。通过以不同的强度组合这些基色，可以形成所有颜色。可以理解的是，可使用其它颜色的组合和配置。
为了改进放电特性，在本发明的一个实施例中，每个微元件40的壳体50的内表面至少被部分地涂覆有二次发射增强材料。可以使用任何低亲和力的材料，其包括但并不限于：氧化镁和氧化铥。本领域的普通技术人员可以理解，可以使用其它可增强二次发射的材料。在本发明的另一实施例中，壳体50掺杂有二次发射增强材料。可以理解，对壳体50掺杂二次发射增强材料与使用二次发射增强材料涂覆壳体可以同时进行。在这种情况下，用于涂覆壳体50的二次发射增强材料与用于对壳体50进行掺杂的二次发射增强材料可以不同。
作为上面讨论的用于涂覆微元件的、或放入设置有微元件的显示面板的承窝中的磷的另一种选择，该微元件材料可以掺杂有作为变频器的稀土元素。这些掺杂剂包括氟化钡、或诸如钇铝石榴石或钆镓石榴石的类似材料。这些类型的频率转换材料用于将紫外波长的等离子光线转换为红、蓝或绿的可见光。在这种情况下，微元件中的气体可包括氯化氙、氟化氙之类的稀有气体卤化物的混合物。稀有气体卤化物是有效的辐射体，其辐射波长大致为300到350nm，其比纯氙的辐射波长(147到170nm)要长。这导致由混合比例赋予的总体量子效率增益，即，一个或多个因子。另外，在本发明的另一个实施例中，稀有气体卤化物的混合物也可与前面列出的等离子形成气体来混合。这些描述并不是限定性的。当使用这些频率转换材料来代替使用磷涂层时，它们可以作为掺杂剂整合在该微元件的壳体中。例如，掺杂有铈的钇铝石榴石可用于将来自稀有气体卤化物的紫外波长转换为绿光。
根据本发明的一个实施例，在该壳体50掺杂有二次发射增强材料之外，或作为替换，该壳体还可掺杂有导电材料。可能的导电材料包括但并不限于银、金、铂和铝。用导电性材料掺杂该壳体50，在两个或多个局部区域提供分离的电极状路径或在壳体中产生各向异性的导电性(高的垂直方向导电性，低的平面导电性)，为容纳在壳体中的气体或混合气体提供了一个直接的导电路径，并提供了一种实现直流发光面板的可能的方法。以该方式，避免了短路，并且保持有两个或多个分离的电极以允许气体的激发。
在本发明的另一种实施例中，微元件40的壳体50涂覆有一反射材料。与该反射材料折射指数匹配的指数匹配材料被设置成与该反射材料的至少一部分接触。该反射涂层和该指数匹配材料可以是与上一实施例中的磷涂层和二次发射增强涂层分离，或组合在一起。该反射涂层涂覆到该壳体50上以增强辐射传输。通过设置指数匹配材料使其与该反射涂层的至少一部分相接触，预定波长范围的辐射能够被允许从该反射涂层和该指数匹配材料的界面处逸出。通过迫使该辐射从该反射涂层和该指数匹配材料的界面处逸出到该微元件之外，可获得更高的微元件效率，同时增大发光度。在另一实施例中，该指数匹配材料设置在一材料层或类似物上，其与该微元件接触，使得该指数匹配材料与该反射涂层的至少一部分接触。在另一实施例中，该界面的尺寸选择为获得用于该发光面板的特定视野。
本发明在不同的实施例中提出了制造用于发光面板中的微元件的几种方法。可以理解，在此公开的可以加入到微元件40中的涂层和掺杂剂，也可以包括在这里讨论的形成微元件的步骤中。
在本发明的一个实施例中，描述了一个制造微元件的一个连续流水线工艺(inline process)，其中在存在至少一种等离子形成气体时至少部分地形成一壳体，以便当壳体成形时，该壳体中就充有了气体或混合气体。在优选的实施例中，该工艺是在滴注塔(drop tower)中进行的。根据图4，形成该微元件是该连续流水线工艺的一部分，作为形成该微元件的多个可能方法中的一个例子，液滴生成器600包括一压力传感器端口605、一液体入口610、一压电式传感器615、一传感器驱动信号电极620和一开口板625，该液滴生成器600能产生均匀的、预定尺寸的液滴。该液滴通过一封装区域630，其中每个液滴封装在凝胶外膜中，该凝胶外膜由玻璃形成氧化物的水溶液(或其它可以用于微元件外壳的适当材料)形成；然后液滴穿过一脱水区域640，只留下空的干凝胶外壳。该干的凝胶外壳通过一转换区650，在这里其被加热成玻璃外壳(或其它形式的外壳，随选定的水溶液而定)，然后最终穿过精炼区660。尽管可以在任何一个步骤中将等离子形成气体或混合气体导入到工艺步骤中，但在本发明的实施例中，优选在等离子形成气体或混合气体存在的情况下，执行所有的步骤。这样，当壳体离开精炼区660时，等离子形成气体或混合气体就被封装在该壳体的内部，由此形成了该微元件。
在本发明的实施例中，可以对上述过程进行修改，使得该壳体能够掺杂有二次发射增强材料和/或导电材料，虽然也可以是其它掺杂剂。尽管可以通过工艺后续阶段的离子注入法将掺杂剂加入该壳体中，但在一优选的实施例中，该掺杂剂可以直接加入该水溶液中，从而该壳体在形成该壳体的最初就已经具有了掺杂剂。
上述工艺步骤可以被修改，也可以在上述形成微元件的工艺步骤中增加另外的步骤，以提供一种在该微元件上增加至少一种涂层的方法。对于那些设置在该壳体内部的、包括但并不限于二次发射增强材料和导电材料的涂层，在本发明的一个实施例中，这些涂覆材料被加入到最初的液滴溶液中，使得当该最初的液滴的周围形成外膜，然后通过脱水区域640时，该涂覆材料留在了该空的干凝胶壳体的内部。对于那些设置在该壳体外部的、包括但并不限于用于将UV光转换为可见光的涂层、用作反射过滤器的涂层和用作带通滤波器的涂层，可以理解，在该微元件离开该精炼区660之后，该微元件将通过至少一个涂覆区。可以使用本领域的普通技术人员公知的任何在表面上施加涂层的方法来进行任何次数的涂覆。
图11示出了对图4中的滴注塔的改进，其具有一个连续的测试区801。该连续的测试区801包括一个第一光学检测器821，其在各个微元件形成时对其进行检测。该光学检测器不断地检测该微元件的球度和尺寸，典型地，以大约10kHz的采样速率工作。表示已被检测的微元件的信号通过线823传输到一控制模块825。如果该微元件不满足特定的最小标准，那么控制模块825就向机械致动器827发出一个信号；该信号激活了微元件位移器件或臂829，其将该具有缺陷的微元件从微元件流中移出。该连续检测装置801的第二区域可选择地包括：电极805，其由电源809通过导线(leads)807激励以产生一个磁场，该磁场激励位于该制造出的微元件中的等离子气体。当该微元件被激励时，产生光输出，同时第二光学检测器811用于检测该光输出，并将表示每个微元件的光输出的信号通过线813发送给第二控制单元815。
如果没有检测到光输出或检测到的光输出小于预定的门限值，则该控制单元815向该致动器817发出一个信号，然后该致动器驱动一第二微元件位移器件或臂819来将该具有缺陷的微元件从该微元件流中移出。
对于该光检测器，在传统上，它们典型地可以为例如检测UV光的类型。或者，如果微元件在制造工序的结束之前被涂覆，例如涂覆磷，则该检测器可以是对红光输出敏感类型的检测器。应当注意：尽管已经自然地描述了该微元件位移器件或臂819和829是机械式的，但它们也可以是非机械式的，例如间歇的液流，诸如气流或液流，或诸如高强度激光脉冲的光脉冲。
在本发明的另一实施例中，提供有两个基板，其中至少一个基板包括多个腔体。所述两个基板在存在至少一种等离子形成气体的情况下固定在一起，从而当固定所述两基板时该腔体被充以气体或混合气体。在本发明的一个实施例中，至少一个电极设置在该两个基板之间。在另一个实施例中，该腔体的内部、外部、或内部和外部涂以至少一种涂层。可以使用这里公开的可以涂覆在微元件上的涂层。如图5所示，根据本发明该实施例的制造微元件的方法是：取来一第一基板200和一第二基板210，然后使该第一基板200和第二基板210分别通过一第一辊子组件和一第二辊子组件。该第一辊子组件包括具有凸结(nodules)的第一辊子224、和具有凹槽的第一辊子228。该具有凸结的第一辊子224与具有凹槽的第一辊子228对准，从而当该第一基板200通过该具有凸结的第一辊子224与具有凹槽的第一辊子228时，在该第一基板200上形成有多个腔体240。可以了解的是，该腔体可以是要在其中制造的期望的微元件的形状，诸如半球形、毛细管形、圆柱形等等。根据优选的实施例，该第二辊子组件包括两个第二辊子232和234。形成有多个腔体240的该第一基板200在存在等离子形成气体或混合气体的情况下，与第二基板210合并在一起并被固定，由此形成多个微元件250，并一体地形成为一层微元件。尽管该第一基板200和第二基板210可以利用任何适当的方法固定，但根据优选实施例，该两个基板通过加热该具有凹槽的第一辊子228和该第二辊子234而热固在一起。
该具有凸结的第一辊子224上的凸结可以设置为任何图案，相邻的凸结之间可以有均匀的间隔，也可有不均匀的间隔。该图案式包括但不限于文字数字字符、符号、图标或图片。优选地，该相邻的凸结之间的距离大致相等。该凸结也可以设置为组，使得一组凸结与另一组凸结之间的距离大致相等。后一种方法可以与彩色发光面板尤其相关，其中，一组凸结中的各凸结可以分别用于形成一个配置为红、绿和蓝的微元件。
尽管优选该第二辊子组件仅仅包括两个第二辊子232和234，但在如图6所示的本发明的实施例中，该第二辊子组件可以还包括一具有凸结的第二辊子236和具有凹槽的第二辊子238，其彼此对准，从而当该第二基板210通过该具有凸结的第二辊子236和具有凹槽的第二辊子238时，还在第二基板210中形成有多个腔体260。然后在存在至少一种气体的情况下，该第一基板200和该第二基板210接触在一起，使得该第一基板200上的多个腔体240和第二基板210上的多个腔体260互相对准。然后该两个基板被固定，由此形成多个微元件270，其一体形成为了一层微元件。尽管该第一基板200和第二基板240可以采用任何适当的方法固定，但根据优选实施例，所述两个基板通过加热该具有凹槽的第一辊子228和该具有凹槽的第二辊子238而热固在一起。
在适用于上述讨论的两种方法的本发明的一个实施例中，如图9所示，至少一个电极280设置在该第一基板200、该第二基板240或第一和第二基板之上或之内。根据如何设置该电极，该电极将会为交流或直流(图7)发光面板提供合适的结构。也就是说，如果至少一个电极280至少部分地设置在腔体240或260中，那么在至少一个电极和该等离子形成气体或混合气体之间就会有一个直接的导电路径，且该面板就被配置为直流的。另一方面，如果至少一个电极设置为不与该等离子形成气体或混合气体直接接触，该面板就会被配置为交流的。
在本发明的另一个实施例中，在至少一种等离子形成气体存在的情况下对至少一个基板进行热处理，以形成多个充有等离子形成气体或混合气体的壳体50。在本发明的一个优选实施例中，如图10所示，制造微元件的过程需要以材料或混合材料700开始，然后向材料710中导入内容物，对该材料进行热处理使得该内容物开始在该材料720中形成气泡，这些气泡聚结730形成一多孔的壳体740，并冷却该壳体。该过程是在等离子形成气体存在的情况下进行的，以便当该壳体冷却时，该等离子形成气体45被密封在该壳体50内部。通过组合适当的掺杂剂和该初始材料或通过在该壳体还保持多孔时导入适当的掺杂剂，该过程也用于制造具有壳体的微元件，该壳体内掺杂有导电材料和/或二次发射增强材料。
在另一种制造方法中，可以使用上述的任一种方法制造微元件，但是不在该等离子气体存在的情况下进行，也不是在真空中、在空气中或在诸如惰性气体的其它的气氛中进行的。它们可以制出一个或两个开口，并且内部的初始气体可以被抽出，例如，通过一个开口注入等离子形成气体，强迫其中的气体从其它开口逸出。然后封住这些开口。
在另一个可替换的方法中，具有一个或多个微管(micro-pippettes)的设备可以采用类似传统的玻璃吹制的方式来制造该微元件。用于影响该玻璃吹制操作的气体可以是上述等离子形成气体中的一种。
在另一种可替换的方法中，可以使用光纤挤出设备来制造该微元件。就像固体的光纤一样，该设备可用于挤出中空的毛细管。然后切割该毛细管，向其中注入该等离子形成气体并将其密封。
关于材料和以上述方法制造出的微元件的尺寸的选取，它们被制造来满足各种标准显示器分辨率的需要。图7示出了在微元件是球体的情况下，计算42英寸和60英寸的、具有16∶9的纵横比的高清晰显示器的像素大小和微元件大小的例子。图8是示出了各种标准显示器分辨率的像素数的表格，使用根据本发明的制造工艺能很容易地满足这些标准。
在另一方面，一旦该微元件被制造完成，理想地是在将其安装到等离子体显示面板中之前对其进行检验。检验意味着以足够的激励对该微元件激励一段时间，使得那些有可能在装配到等离子体显示面板中后短时间内就会失效的微元件在装配之前就失效。以这种方式，显著地增加了最终安装到该等离子体显示面板中的非缺陷微元件的产量。图11和图12示出了用于实现所述检验的设备的例子。如图1 1所示的检验设备951，该制造出的经预测试的微元件959能被安装在该两个导电金属板957之间，所述两个导电金属板通过导线(leads)955由电压源953供电，该电压源可以是如图所示的各种形式。该微元件959受到足够大的场的作用，从而激发了容纳在其中的等离子气体，优选以比当被组装到等离子显示面板时的激励电平更高的电平进行激励。进行激励足够长的时间，典型地5到10小时，以便倾向于失效的微元件在检验阶段就失效。
可以理解，图13示出的替代的系统示出了一个检验装置901，其还包括一个容器909，用于限定和容纳微元件911。该容器909可以设置在平行板或电极903之间，其由电源907通过导线905供电，该电源907诸如可以是参考图11先前描述的那种类型的电压源。该系统的优点是通过增加该容器909，该微元件可以容易地被容置。在检验期间之后，该单个微元件可以滴落通过一系统，该系统例如是图11示出的、不具有该制造滴落塔600的预测试装置801，在安装微元件期间对其进行先前描述的测试。以这种方式，如上面描述的那样，这些没有通过检验的微元件被丢弃，只有功能齐全的微元件可以安装到等离子体显示面板中。
对于参考图5、图6和图9讨论的制造的微元件，一旦安装完成，它们必须被从它们形成的微元件层上切下来。可以利用诸如图11的下半部分以标号801和803示出的设备对它们进行预测试。然后可采用先前参考图12和图12描述的方法进行预检验，然后利用图11下半部分的标号801和803示出的设备进行再测试。
从这里公开的本申请的应用和实践的角度考虑，本发明的其他实施例和用途对本领域的普通技术人员而言是明显的。此处的描述和举例应当被仅仅认为是示例性的，本发明真正的范围和精神由下面的权利要求书限定。本领域的普通技术人员应当了解，可在下面权利要求定义的范围内，对已公开的每个实施例及其组合进行变型和改进。

Claims (24)

1、一种用于形成微元件的方法，包括：
形成预定形状的壳体，并在该壳体中封装一等离子形成气体，由此形成一微元件；
测试该形成的微元件的预定物理特性；
丢弃不满足该预定物理特性的各已形成的微元件。
2、如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：
在存在等离子形成气体的情况下，形成形状与要形成的该微元件相同的液滴；
用形成所述壳体的材料来封装所述液滴；和
使所述被封装的液滴脱水。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述预定形状是球形。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述预定形状是毛细管形。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述测试包括：检查该形成的微元件是否有物理缺陷，并随后激励该微元件中的该气体，检测每个形成的微元件的光输出，并丢弃具有物理缺陷、或没有达到预定光输出等级的各已形成的微元件。
6、如权利要求1所述的方法，其中该微元件是这样形成的：形成一壳体，并随后在该壳体中注入等离子形成气体，以及密封该壳体以将该等离子形成气体封装在该壳体中。
7、如权利要求1所述的方法，其中该微元件是这样形成的：在至少一种等离子形成气体存在的情况下，在两个基板的至少其中之一中形成多个腔体，并使该两个基板固定在一起。
8、如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括形成尺寸为至少约10微米到约几厘米的所述微元件。
9、如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括在该微元件上涂覆一频率转换涂层。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述频率转换涂层是磷。
11、如权利要求9所述的方法，其中所述频率转换涂层是稀土元素。
12、如权利要求1所述的方法，其中所述等离子形成气体是稀有气体卤化物。
13、如权利要求1所述的方法，其中所述等离子形成气体包括至少一种稀有气体卤化物。
14、如权利要求9所述的方法，其中所述涂层是至少下列物质其中之一：氟化钡、钇铝石榴石、掺杂有铈的钇铝石榴石和钆镓石榴石。
15、一种用于测试形成的微元件的方法，包括：
当微元件形成时，在一连续的过程中光学式地检查所述微元件是否有结构缺陷；
丢弃被检测出具有结构缺陷的微元件。
16、如权利要求15所述的方法，其中该方法还包括：向该形成的微元件施加一激励场，以致使所述微元件中的等离子形成气体被激励；
光学式地检查各微元件，以确定该微元件是否释放辐射；
丢弃那些不释放辐射的微元件。
17、如权利要求16所述的方法，其中所述微元件由一电子束激励。
18、如权利要求16所述的方法，其中所述微元件由一特斯拉线圈激励。
19、如权利要求16所述的方法，其中所述微元件由高频射频激励。
20、如权利要求1所述的方法，其中所述微元件是通过玻璃吹制的方法由一毛细管形成，并且通过该毛细管吹送等离子形成气体，以形成封装了该等离子形成气体的微元件。
21、一种检验用于等离子体显示器的微元件的方法，包括：
将要被组装的多个微元件成批地组装到一显示器中；
向已组装好的微元件施加一激励场，以激励所述微元件中的等离子形成气体持续一预定时间；
终止所述激励并连续地单独测试所述微元件，以确保各微元件均能工作。
22、如权利要求17所述的方法，其中所述单独测试包括丢弃没有通过所述单独测试的微元件。
23、如权利要求17所述的方法，其中以比该微元件组装于一等离子体显示器时要施加的激励更大的激励等级来激励所述微元件。
24、如权利要求17所述的方法，其中所述预定时间被选择为足以保证基本上所有要失效的微元件在所述预定时间内均失效。
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