Brevet FR2623329A1 — publié le 19890519

ECRAN DE COULEUR A HAUTE LUMINANCE POUR TUBE A RAYONS CATHODIOUES ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL ECRAN L'invention concerne un écran pour tube à rayons cathodiques à traces de haute luminance et de couleur réglable par la tension d'accélération du faisceau, elle concerne particulièrement la struc- ture de cet écran. Elle concerne aussi son procédé de fabrication. On connaît de Pl'art antérieur des écrans luminescents de tubes cathodiques, dits à pénétration, dont la couleur de la trace varie avec la tension d'accélération du faisceau d'électrons. Ces écrans cathodoluminescents comprennent deux lumino- phores de fluorescences différentes, vert et rouge dans la suite. On les représente schématiquement sous forme de deux couches homo- gènes, constituées chacune de Pl'un des luminophores, séparées ou non par une couche d'un matériau inerte ou non luminescent, n'émettant aucune lumière sous l'effet d'un bombardement d'électrons. Suivant la valeur de la tension d'accélération V du faisceau, c'est-àdire suivant l'énergie des électrons du faisceau, seule la première de ces couches, que l'on supposera être la couche à fluorescence rouge dans ce qui suit, subit l'excitation du faisceau, ou bien, si cette tension est suffisante, cette couche et tout ou partie de la seconde, faite d'un luminophore à fluorescence verte subissent l'excitation du faisceau. La fluorescence verte ne commence à être excitée qu'à partir d'une certaine valeur de cette tension, celle suffisante pour que rénergie des électrons leur permette de pénétrer dans l'écran - d'o l'expression cd'écrans à pénétration précédente - jusqu'à la couche du luminophore vert, après traversée de la couche de luminophore rouge et, éventuellement, de la couche inerte; cette valeur de la tension sera désignée dans la suite par Vo, la fluores- cence verte prédomine et la trace prend la couleur verte. Entre les deux valeurs Vo et V1 on obtient, suivant la valeur de V, des couleurs intermédiaires entre le vert et le rouge suivant les propor tions dans la trace des deux fluorescences excitées. On connaît diverses structures d'écran à pénétration de l'art antérieur. L'une d'elle comporte des couches de luminophores rouge et verte séparées par une couche d'un matériau inerte, obtenues toutes par évaporation sous vide sous forme de films minces. (Voir le brevet au nom de Feldman délivré aux Etats-Unis d'Amérique sous le N 3 225 238). Ce genre d'écran a l'inconvénient de présenter une luminance extrêmement faible sous le bombardement d'électrons à cause de l'impossibilité pour les rayonnements émis au sein de ces films d'émerger de ceux-ci par suite des réflexions multiples qu'ils y subissent. Une autre de ces structures comporte un mélange de cristaux des deux luminophores rouge et vert, les cristaux de ce dernier ayant été enrobés préalablement à l'opération de mélange d'une pellicule de matériau inerte. On obtient généralement avec de tels mélanges une luminance sensiblement supérieure à celle de la structure précédente. Dans une troisième structure de l'art antérieur (voir le brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique sous le N 3 7 11t;) le lumino- phore rouge est intégré à la structure sous forme de grains de petite taille entourant la couche inerte recouvrant des grains plus gros du luminophore vert. On améliore ainsi sensiblement la luminance du luminophore rouge, mais le problème à résoudre est en réalité celui de l'augmentation de la luminance globale de l'écran, c'est-à-dire celle de toutes les traces et pas seulement celle donnée par le luminophore rouge. En mnême temps que fon augmente cette dernière, on doit augmenter, dans les mêmes proportions, celle du luminophore vert, car c'est cette proportion qui fixe l'étendue de la gamme des teintes obtenues entre le rouge et le vert à partir du moment o la tension d'accélération de la fluorescence verte, c'est- à-dire la valeur Vo précédente. On désire généralement disposer de toute cette gamme pour la visualisation de rensemble des infor- mations. Cette gamme se trouve rétrécie si l'augmentation de luminance du luminophore rouge n'est pas accompagn.e de celle du luminophore vert. Dans une quatrième structure de l'art antérieur telle que représentée sur la figure 1, récran est constitué de couches super- posées et comme cela est détaillé ci-après, il comporte les éléments suivants: - un support I transparent, en verre, constituant l'écran proprement dit; - une couche 2 d'un luminophore vert constituée de cristaux 20, cette couche étant déposée suivant une technique bien connue de sédimentation; - une couche barrière 3 comprenant un matériau inerte transparent. Cette couche est constituée classiquement soit par du sulfure de zinc (ZnS), soit par de l'oxyde de silicium (SiO2). - une couche 4 d'un luminophore rouge constituée de cristaux 40, cette couche étant déposée soit par centrifugation, le support 1 tournant autour d'un axe parallèle à son plan, ou en fixant l'écran sur une tournette dont raxe est confondu avec celui de l'écran. L'épais- seur déposée dépend des tensions de fonctionnement du tube. Les cristaux sont soit du vanadate d'yttrium, soit un oxysulfure d'yttrium ou un oxyde de gadolinium, dopés à l'europium; - et enfin une couche conductrice mince généralement en alumi- nium. Cette couche est portée à la haute tension du tube et permet d'éliminer les charges électrostatiques. Elle sert également de réflecteur afin d'obtenir un rayonnement unidirectionnel. La couche barrière 3 est déposée après le dépôt du premier luminophore 2 de la manière suivante: - on réalise par des moyens connus un film organique, sur la couche de luminophore vert, ce film servant de support provisoire au matériau inerte constituant la couche barrière 3. On utilise généra- lement un polymère, le métacrylate de butyle, et sa formation se fait par un dépôt humide sur récran d'une solution contenant ce produit. Après évaporation de l'eau, le film est collé sur la couche de lur--inophore vert. Une autre solution consiste à utiliser un film de nitrocellulose réalisé d'une façon classique suivant l'art connu; - on procède ensuite au dépôt du matériau inerte par évaporation sous vide soit par effet 3oule, soit au canon à électrons. La mesure et le réglage de l'épaisseur déposée est faite par des moyens connus afin d'atteindre l'épaisseur voulue qui permet d'obtenir la tension de seuil désirée constituant une barrière pour les électrons qui ont une énergie trop faible. Le film organique provisoire est éliminé au cours des trai- tements thermiques ultérieurs appliqués au tube cathodique. Le dépôt de ce film support provisoire est indispensable pour que la couche inerte présente une surface plane et une épaisseur aussi constante que possible dans toute son étendue afin d'obtenir un bon fonctionnement des écrans. Or, à la suite de fabrications crd'écrans ayant cette dernière structure, on a constaté que les caractéristiques de ces écrans ne sont pas aussi bonnes que prévues. En effet, après observation de la structure, on s'est aperçu en fait que la couche barrière subissait des détériorations lors de sa fabrication, ces détériorations se traduisant par des fissures dans le matériau inerte. En effet, lors de l'évaporation sous vide, le matériau inerte lorsqu'il s'agit d'oxyde de silicium subit des contraintes en extension qui provoquent des fissures et qui provoquent également un arra- chement du film organique. Lorsqu'il s'agit de sulfure de zinc, les contraintes subies par cette couche sont en compression, et la couche ne présente pas de fissures. Ce matériau, sensible à l'eau, ne présente plus une bonne transmission optique après avoir subi l'ensemble des opérations de finition de l'écran. De plus, rl'indice élevé de sulfure de zinc n = 2,3, limite la transmission optique en particulier du rayonnement rouge en prove- nance du luminophore rouge. La présente invention permet de remédier à tous ces inconvé- nients. Elle a pour objet un écran de couleur à haute luminance pour tube à rayons cathodiques, dans lequel la couche barrière présente l'ensemble des caractéristiques suivantes: une bonne transparence optique, une épaisseur uniforme adaptée à l'arrêt des électrons, une bonne solidité mécanique, une stabilité chimique sous vide, sous bombardement électronique et en présence de produits divers tels que l'eau ou des solvants organiques. L'invention concerne donc un écran de couleur à haute lumi- nance pour tube cathodique comprenant deux luminophores de fluorescence de couleurs différentes, dont la trace visible sous l'effet du bombardement d'électrons a une couleur réglable par la tension d'accélération du faisceau desdits électrons, variable, en fonctionnement, entre deux valeurs extrêmes V0 et VI, dans lequel les deux luminophores sont disposés sur le support transparent dudit écran en couches superposées faites de poudres de cristaux de chacun desdits luminophores, séparées entre-elles par une barrière à faces planes, caractérisé en ce que la barrière à faces planes comprend une première couche de dioxyde de silicium, une couche de sulfure de zinc et une deuxième couche de dioxyde de silicium, la couche de sulfure de zinc étant comprise entre les deux couches de dioxyde de silicium. Un autre objet de l'invention consiste à réaliser une barrière dans laquelle les couches de dioxyde de silicium ont une épaisseur sensiblement égale à 0,1 pm afin de minimiser l'indice de réfraction global de la barrière, d'augmenter la transmission optique, d'assurer une protection du sulfure de zinc et de maintenir les contraintes internes de cette barrière en compression. Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un écran dans lequel la poudre constitutive de la couche de luminophore la plus profonde de récran, dite première couche, c'est-à-dire celle en contact avec le support, est faite du phospore P1 de la spécification J.E.D.E.C. et présente une granulométrie de 6 micromètres ou moins, et en ce que la poudre constitutive de l'autre couche de luminophore, dite deuxième couche, est faite de vanadate d'yttrium dopé à l'europium et présente une granulométrie de 0,6 micromètre, et en ce que ces couches ont des épaisseurs correspondant sensi- blement à des poids respectifs de I à 3mg et 0,15 milligrammes par centimètre carre. L'invention a également pour objet un écran dans lequel la tension minimale de fonctionnement est de 7 à 10 kV et la tension maximale de 12 à 17 kV. L'invention a aussi pour objet un écran dans lequel les traces présentent la couleur verte (550 nm) à la tension maximale et la couleur rouge (610 nm) à la tension minimale. L'invention consiste en outre en un procédé de réalisation d'un écran de couleur à haute luminance pour tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser successivement les étapes suivantes: - dépôt de la première couche de luminophore sur l'écran trans- parent; - dépôt d'un film organique sur cette première couche de lumino- phore; - dépôt de la première couche d'oxyde de silicium; - dépôt de la couche de sulfure de zinc sur la couche d'oxyde de silicium; -dépôt de la deuxième couche d'oxyde de silicium sur la couche de sulfure de zinc, ces trois dernières couches formant un matériau inerte constituant une barrière aux électrons qui ont une tension d'accélération inférieure au seuil de tension que constitue cette barrière; - dépôt de la deuxième couche de luminophore sur la deuxième couche de dioxyde de silicium; dépôt d'une couche conductrice électriquement; - suppression de la couche organique par traitement thermique de la structure. D'autres particularités et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: - la figure I représente le schéma d'une structure d'écran selon l'art antérieur, déjà décrite; - la figure 2 représente le schéma d'une structure d'écran selon l'invention. Sur les figures 1 et 2, les mêmes références désignent les mêmes éléments. Ces figures montrent un fragment d'écran à pénétration et plus particulièrement la structure constitutive de ces écrans. On retrouve sur la figure 2, un support en verre épais 1, une couche constituée d'une poudre de luminophore vert, une barrière 3 en matérieu inerte 3, une couche constituée d'une poudre de luminophore rouge 4, et une couche mince conductrice 5. La réalisation de l'écran représenté sur cette figure 2 a lieu, comme il va être exposé ci-dessous: sur le support de verre épais 1, on dépose la couche 2, de poudre de luminophore vert de type PI de la spécification 3.E.D.E.C., publi- cation de "Electronic Industrie Association", Engineering Depart- ment, suivant l'une des techniques connues, la sédimentation par exemple. La poudre en question présente une granulométrie de 6 micromètres environ; la quantité déposée est de 3 milligrammes par centimètres carré. On procède ensuite au dépôt des différentes couches consti- tuant la barrière 3. Tout d'abord on procède au dépôt d'un support provisoire constitué d'un film organique 35. Ce support 35 permet d'obtenir une surface plane pour la barrière, sans ce support provisoire, il y aurait lors de la constitution de la barrière, des infiltrations à travers les cristaux 20 du luminophore vert. Pour constituer le film organique 35, on utilise un polymère, le métacrylate de butyle en solution qui se colle sur la couche de luminophore 2 après évaporation de l'eau. Ce film organique provisoire 35 est éliminé au cours des traitements thermiques ultérieurs appliqués au tube cathodique. On dépose donc sur ce film 35 une première couche 31 constituée cd'un matériau inerte, ce matériau étant du dioxyde de silicium (SiO2). Le dépôt est réalisé par une technique classique d'évaporation sous vide du dioxyde de silicium à l'aide d'un canon à électrons. Cette technique permet en outre de contrôler Pl'uniformité du dépôt et d'obtenir l'épaisseur désirée. On dépose ensuite une couche 32 constituée d'un matériau inerte de nature différente, ce matériau étant du sulfure de zinc. Le dépôt est également réalisé par évaporation sous vide du sulfure de zinc par effet Joule au moyen d'un creuset en molybdène contenant le sulfure de zinc. L'épaisseur est également contrôlée de façon automatique par des moyens classiques. C'est cette épaisseur qui fixe le seuil de barrage pour les électrons. En contrôlant cette épaisseur on obtient le seuil V0 désiré. Les électrons qui ont une tension d'accélération inférieure à la tension VO sont arrêtés et les électrons qui ont une tension supérieure à V0 traversent la barrière. On dépose ensuite sur cette couche de sulfure de zinc 32 une deuxième couche de dioxyde de silicium 33. Ce dépôt est effectué de la même façon que la première couche 31, c'est-à-dire par évaporation sous vide du dioxyde de silicium à l'aide d'un canon à électrons. Au dessus de cette deuxième-couche de dioxyde de silicium 33, on procède au dépôt de la couche du deuxième luminophore. Il s'agit d'une poudre de luminophore rouge ayant une granulométrie sensi- blement plus fine que celle de la couche 2, soit 0,6 ym environ. Cette poudre est constituée soit par du vanadate d'yttrium, ou un oxysulfure d'yttrium, ou un oxyde de gadolinium, dopés à l'europium. Le dépôt a lieu par centrifugation, le support 1 tournant autour d'un axe parallèle à. son plan, ou en fixant Pécran support sur une tournette dont l'axe: est confondu avec celui de l'écran. L'épais- seur déposée dépend des tensions de fonctionnement du tube. Pour une tension V0 de 10 kV et une barrière de matériau inerte 3 de 1,2 m d'épaisseur, la 'couche de luminophore rouge 4 est de 0,15 mg/cm2 On dépose ensuite la couche conductrice formant un film d'aluminium que l'on porte en fonctionnement à la haute tension du tube. L'écran ainsi constitué fonctionne avec une haute tension VI de 17 kV. A ces tensions de 10 kV et 17 kV correspondent des couleurs des traces rouge et verte de 610 nanomètres et 550 nanomètres respectivement. Lorsque le tube est achevé, la structure de l'écran à péné- tration selon l'invention se présente donc sous forme de couches polycristallines superposées entre lesquelles est placée une barrière. Cette barrière est constituée de matériau inerte sous forme de trois couches, une couche de sulfure de zinc et deux couches de dioxyde de silicium, la couche de sulfure de zinc étant prise entre les couches de dioxyde de silicium. Les épaisseurs des couches de dioxyde de silicium sont pratiquement indépendantes des tensions de fonctionnement V0 et V1, et sont choisies afin d'améliorer la transmission optique de la couche de sulfure de zinc qui présente un indice de réfraction élevé. En choisissant une épaisseur - de 0+ 1000 A + 50 on réduit l'indice global de réfraction de la barrière et on améliore par conséquent la transmission optique. REVENDICATIONS 1. Ecran de couleur à haute luminance pour tube cathodique comprenant deux luminophores de fluorescence de couleurs diffé- rentes, dont la trace visible sous l'effet du bombardement d'élec- trons a une couleur réglable par la tension d'accélération du faisceau desdits électrons, variable, en fonctionnement, entre deux valeurs extrêmes V0 et V1, dans lequel les deux lumi:,,hores (2, 4) sont disposés sur le support transparent (1) dudit écran en couches superposées faites de poudres de cristaux de chacun desdits lumino- phores séparées entre-elles par une barrière à faces planes (3), caractérisé en ce que la barrière à faces planes (3) comprend une première couche de dioxyde de silicium (31), une couche de sulfure de zinc (32) et une deuxième couche de dioxyde de silicium (33), la couche de sulfure de zinc étant comprise entre les deux couches de dioxyde de silicium. 2. Ecran de couleur à haute luminance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre constitutive de la couche de luminophore (2) la plus profonde de l'écran, dite première couche, c'est-à-dire celle en contact avec le support (1), est faite du phospore P1 de la spécification 3.E.D.E.C. et présente une granulo- métrie de 6 micromètres ou moins, et en ce que celle constitutive de l'autre couche de luminophore (4), dite deuxième couche, est faite de vanadate d'yttrium dopé à l'europium et présente une granulométrie de 0,6 micromètre et en ce que ces couches ont des épaisseurs correspondant sensiblement à des poids respectifs de 1 à 3 mg et 0,15 milligrammes par centimètre carré. 3. Ecran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche de dioxyde de silicium (31, 33) de la barrière (3), a une épaisseur sensiblement égale à 0,1 micromètre, tendant à améliorer l'indice de réfraction de cette barrière 4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension minimale de fonctionnement est comprise entre 7 et 10 kV et la tension maximale est comprise entre 12 et 17 kV. - la 5. Procédé de réalisation de l'écran de tube cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - dépôt de la première couche de luminophore sur l'écran trans- parent; - dépôt d'un film organique sur cette première couche de lumi- nophore; - dépôt de la première couche d'oxyde de silicium; - dépôt de la couche de sulfure de zinc sur la couche d'oxyde de silicium; - dépôt de la deuxième couche d'oxyde de silicium sur la couche de sulfure de zinc, ces trois dernières couches formant un matériau inerte constituant une barrière; - dépôt de la deuxième couche de luminophore sur la deuxième couche de dioxyde de silicium; - dépôt d'une couche conductrice électriquement; - suppression de la couche organique par traitement thermique de la structure.