Brevet FR2647259A1 — publié le 19901123

TUBE ELECTRONIQUE DE VISUALISATION AVEC RESEAU NOIR ENTRE LUMINOPHORES L'invention concerne les tubes électronlques de visualisation, et notamment les tubes de visualisation dits à indexation de faisceau électronique. Un tube électronique de visualisation comprend un écran de visualisation sur lequel sont déposés des luminophores (en anglais nphosphors") qui ont la propriété d'émettre de la lumière lorsqu'ils sont frappés par un faisceau d'électrons, et d'autant plus que l'intensité du faisceau est - importante. Un canon à électrons émet un faisceau d'électrons qui balaye la surface de écran et qui est modulé en intensité par un signal vidéo de manière que chaque point de ltécran stillumine avec une intensité désirée. L'écran est subdivisé en points d'image qui sont définis par des zones de luminophores placées à ces points. Ces zones. de luminophores de formation d'image peuvent être réparties de plusieurs manières. Dans les tubes à indexation de faisceau les zones élémentaires sont normalement des bandes parallèles de luminophores s'étendant chacune sur toute la hauteur de l'écran perpendiculairement aux lignes de balayage du faisceau électronique. Dans tous les cas, les zones de luminophores sont séparées les unes des autres par des zones opaques. C'est ce qui permet en particulier de bien différencier les couleurs lorsque des luminophores émettant dans des couleurs différentes sont Juxtaposés sur l'écran. La figure 1 représente la coupe d'un écran en cours de réaiisation, avec un substrat de verre 10, des bandes opaques 12 déposées sur la face avant de ce substrat, des bandes 14 de luminophores rouges (R), verts (V), bleus (B), déposés sur le substrat après la formation des bandes opaques et donc recouvrant partiellement celles-ci. Les bandes opaques 12 servent notamment à éviter que la lumière émise par la partie . de luminophore qui les recouvre ne soit transmise vers la face arrière de l'écran. La résolution d'image en serait diminuée, notamment pour les tubes à indexation de faisceau électronique dont a résolution repose essentiellement sur la finesse et la séparation mutuelle des bandes de couleur.Les bandes opaques ont d'ailleurs aussi pour rôle, dans le cas des tubes à indexation de faisceau, le masquage des luminophores d'indexation, afin que ceux-ci n'émettent pas vers la face arrière de l'écran donc vers l'observateur. Dans la technique antérieure utilisée en télévision couleurs (téléviseurs grand public), les zones opaques 12 sont en graphite. Le graphite a l'avantage d'être très noir, c'est-à-dire qu'il absorbe bien la lumière même en couche très mince. Il permet donc d'éliminer relativement bien le rayonnement émis vers l'arrière. Mais le graphite est un produit très polluant (poudre noire) que l'on en souhaite pas introduire dans des salles à atmosphère contrôlée. Par ailleurs, le graphite nécessite des méthodes de dépôt particulières telles que le coulage (en anglais "slurry process") d'une suspension de graphite et la gravure par lift off avec des résines qui ne sont pas des résines classiques de microllthographie électronique et qui ne permettent pas une grande résolution.La résolution n'est en particulier pas comparable à celle qu'on peut obtenir pour la gravure de couches minces deposées par évaporation. Enfin, cette technique n'est pas du tout utilisable avec des écrans plats sans jupe périphérique, tels qu'on en utilise pour les tubes à indexation de faisceau. Il est en effet très difficile de bien mouiller la surface de l'écran avec une suspension de graphite si l'écran n'a pas de rebord périphérique. Pour mémoire, on rappelle que les tubes à indexation de faisceau sont des tubes dans lesquels le faisceau passe au cours de son balayage sur des bandes d'indexation qui sont des luminophores ne participant pas à la formation de l'image; ces luminophores émettent seulement de la lumière (en général en ultraviolet) vers un détecteur qui repère ainsi le passage du faisceau à des points bien déterminés de sorte qu'on peut savoir à tout moment où est le faisceau et définir en fonction de cela le signal vidéo à appliquer. Les tubes à indexation de faisceau servent notamment à la réallsation d'un affichage ën couleurs avec un seul canon à électrons. Pour ces tubes, une technique qu'on peut utiliser consiste à former les bandes opaques par dépôt de chrome, ce qui a plusieurs avantages. D'abord, le chrome est fortement opaque à la lumière grâce à son fort pouvoir réfléchissant. Ensuite il peut être déposé en couche mince par évaporation sous vide et gravé avec une très bonne résolution (sur écran plat). Mais le contraste d'image vu du côté de l'utilisateur n'est pas optimal. Il est en particulier moins bon que celui qu'on obtient dans les écrsns bombés de télévision du type "shadow mask" utilisant du graphite. On s'est aperçu selon l'invention qu on pouvait, sans modifier fondamentalement la technologie utilisée, améllorer considérablement le contraste des tubes à indexation de faisceau, et plus généralement des tubes dont l'écran est plat et qui peuvent être réalisés par des technologies de dépôt et gravures de couches minces. On propose selon l'invention de réallser les zones opaques de séparation des luminophores en utilisant des matériaux noirs (absorbant fortement la lumière), déposables par les techniques usuelles de dépôt sous vide, ces matériaux noirs pouvant par exemple être des oxydes métalliques noirs, ou même des oxydes chargés de particules métalliques qui les rendent fortement absorbants aux longueurs d'onde visibles.Selon un autre sspect de l'invention, on propose d'utiliser en combinaison une couche réfléchissante (telle que du chrome) et une sous-couche absorbante, cette dernière couche pouvant être absorbante soit parce qu'elle est constituée d'un matériau à fort pouvoir d'absorption de la lumière (telle que des oxydes métalliques noirs), soit parce qu'elle est constituée de manière à réallser un effet anti-reflets vu du côté arrière de l'écran. Les oxydes métalliques noirs que l'on préfère utiliser selon l'invention sont choisis de préférence parmi les suivants oxyde de manganèse, oxyde de chrome, oxyde de fer, ces oxydes ayant entre autres l'avantage d'être peu coûteux (ils sont utilisés habituellement pour faire des résistances). On peut utiliser avantageusement aussi de l'oxyde de silicium chargé de particules métalliques, notamment -du chrome (phase dispersée de particules métalliques noyées dans l'oxyde). L'oxyde de silicium est transparent mais la charge métallique de chrome le rend non seulement opaque mais également absorbant (ctest-à-dire non réfléchissant bien que le chrome qui sert de charge soit réfléchissant). Ces matériaux ont l'avantage important d'être déposables sous vide et gravables par des procédés de photolithographie fine. Ils sont donc particulièrement adaptés à la réallsation d'écrans plats de haute résolution, et notamment de tubes de visualisation à indexation de faisceau électronique. De plus, ces matériaux ont été choisis parce qu'ils restent stables et noirs à des températures allant jusqu'à 4500C au moins, ce qui est nécessaire dans les procédés de fabrication où les luminophores sont recouverts d'une couche d'aluminium et où un recuit à 4500C est effectué après dépôt de cette couche. Dans le cas où on utilise en combinaison une couche metallique et une couche antireflets en matériau intrinsèquement peu absorbant, l'épaisseur de la couche antireflets est de quelques centaines d'angströms, pour permettre un effet anti-reflets dans les longueurs d'onde visibles. Dans le cas où on utilise une couche absorbante noire, l'épaisseur de cette couche est de l'ordre d'au moins plusieurs milliers d'angströms pour permettre une absorption suffisante de la lumière. Enfin, on peut combiner une couche de chrome avec une sous couche anti reflets constituée d'un matériau ayant un assez fort pouvoir absorbant intrinsèque mais ayant aussi un indice de réfraction élevé. On le dépose alors en couche mince (de l'ordre du dixième de la longueur d'onde de la lumière, c 'est-à-dire 'de 400 à 800 angströms), et on profite à la fois de son pouvoir absorbant (limite puisque l'épaisseur est très faible) et de l'effet antireflets. Dans ce cas, on calcule l'épaisseur de la couche antireflets pour pièger surtout dans cette couche les grandes longueurs dinde (couleur rouge) étant donné que le pouvoir absorbant intrinsèque de la sous couche agit plutôt sur les courtes longueurs d'onde.On peut ainsi utiliser une couche d'oxyde de manganèse ou d'oxyde de chrome d'épaisseur très faible comme sous couche au dessous d'une couche de chrome réfléchissante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1, déjà décrite, représente une coupe d'un écran de visualisation en cours de fabrication, selon la technique antérieure; - la figure 2 représente un écran de visualisation selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 représente un écran de visualisation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. L'invention sera décrite plus précisément à propos d'un tube à indexation de faisceau. Selon un premier mode de réalisation (figure 1), on réalise l'écran à partir d'un substrat plat de verre 20 et on dépose sur une face de ce substrat (face avant) une couche de plusieurs milliers d'angströms d'un matériau simple ou composé ayant la propriété d'être déposable par les procédés classiques de dépôt en couche mince sous vide, notamment par évaporation (par opposition aux procédés de êpôt par sérigraphie ("soreen processes" en anglais). Ce matériau est fortement absorbant pour la lumière et il est souhaitable que l'épaisseur de la couche soit choisie pour que la transmission des longueurs d'onde visibles soit inférieure à quelques pour cent (transmission depuis la face avant de l'écran vers la face arrière). L'épaisseur est par exemple de 0,7 à I micromètre environ. Le matériau choisi selon l'invention est un oxyde métallique noir, de préférence de l'oxyde de manganèse, ou éventuellement de oxyde de chrome, ou de l'oxyde de fer. Ce peut être aussi un matériau transparent tel que de l'oxyde de silicium chargé de particules qui le rendent noir. C'est le cas en particulier des particules de chrome en phase dispersée dans l'oxyde de silicium. Dans ce dernier cas, on dépose la couche absorbante par évaporation simultanée de chrome et d'oxyde de silicium. L'oxyde de manganèse est le matériau préféré. On grave ensuite la couche absorbante de manière à définir des bandes étroites 22 qui sépareront les bandes de luminophores qui vont maintenant etre déposées. La gravure sur écran plat de cette couche absorbante peut permettre d'obtenir des bandes de 20 micromètres de large à plus ou moins 2 micromètres de tolérance sur cette largeur. Cette finesse résulte en particulier du mode de dépôt par évaporation sur une épaisseur très petite mais suffisante pour obtenir l'opacité désirée. Il est à noter que l'on peut preférer effectuer la gravure de la couche opaque plutôt par une méthode de llft-off. Dans ce cas, on dépose et on grave une couche de résine photosensible avant de deposer la couche absorbante; puis, on dissous la résine, enlevant ainsi la couche opaque là où elle reposait sur la résine et laissant subsister la couche opaque là où elle reposait directement sur l'écran. Les résines photosensibles utilisées sont alors des résines classiques de microlithographie électronique. On depose ensuite par sérigraphie une couche d'un luminophore d'une première couleur. Le dépôt est fait uniformément sur toute la surface de l'écran. On grave cette couche par un procédé de photogravure. Il en résulte des bandes verticales 24 de luminophores de cette couleur. On dépose et on grave de la même manière successivement les luminophores des autres couleurs.Il en résulte un réseau de bandes 24, 25, 26.de luminophores de couleurs alternées, chaque bande étant séparée des bandes voisines par des bandes opaques 22; Le reste du procédé de fabrication de l'écran à indexation de faisceau comprend le dépôt d'une substance de planarisation puis le dépôt d'une couche d'aluminium, le dépôt et la photogravure de bandes de luminophores d'indexation sur l'aluminium, et le recuit de l'écran à environ 4500C pour faire disparaître les solvants et liants organiques encore présents dans les différentes couches (notamment dans la substance de planarisation). Un autre mode de réalisation est représenté à la figure 3. Dans cette réalisation, on forme la couche opaque en deux parties. On dépose d'abord une sous couche absorbante qui a les mêmes propriétés et qui est déposée de la même manière que ce qui a été décrit en référence à la figure 2. Elle peut cependant être déposée sur une épaisseur moins - importante puisque l'effet principal recherché pour cette couche est l'absorption de la lumière ambiante vue de l'arrière de l'écran plus que l'absorption de la lumière émise par les luminophores. L'épaisseur de la sous-couche absorbante reste toutefois de l'ordre de quelques milliers d'angströms. Là encore, le matériau préféré reste l'oxyde de manganèse. Les autres matériaux mentionnés en référence à la figure 2 sont également utilisables. Sur la figure 3, la sous-couche absorbante porte la référence 32. On dépose ensuite une cpuche 34 de matériau réfléchissant pour supprimer l'émission vers l'utilisateur de lumière en provenance des luminophores en dehors des zones de luminophores délimitées par les bandes opaques. Ce matériau est de préférence du chrome. L'épaisseur du dépôt peut être d'environ 1000 angströms. De préférence, le dépôt est effectué dans le même bâti d'évaporation que celui qui a servi au dépôt de la sous couche absorbante. Dans le cas où la sous-couche absorbante est un oxyde de silicium chargé de particules de chrome, on termine Itévaporation simultanée d'oxyde de silicium et de chrome par une évaporation de chrome seulement. On grave ensuite successivement, ou simultanément si cela est possible, la couche réfléchissante 34 et la sous couche absorbante 32. La gravure peut se faire aussi par lift off à condition d'avoir déposé - et gravé une résine avant le dépôt de la sous couche absorbante et de la couche réfléchissante. Dans cette réalisation avec un matériau réfléchissant tel que du chrome, on notera que les bandes de ce matériau sont relativement de bons conducteurs de l'électricité, de sorte qu'ils participent à l'élimination des charges électriques engendrées dans les luminophores lors du balayage de l'écran par le faisceau électronique. Dans une autre réalisation encore, de structure générale semblable à celle de la figure 3, la sous-couche absorbante 32 est constituée de manière à tirer son pouvoir d'absorption de la lumière (venant de l'arrière de l'écran) non pas du pouvoir absorbant intrinsèque du matériau qui la constitue, mais des effets interférentiels antireflets qui se produisent dans cette couche si elle est déposée en couche mince (quelques centaines d'angströms, c 'est-à-dire de tordre du dixième des longueurs d'onde de la lumière visible) et si elle possède un pouvoir de réfraction optique supérieur à celui du substrat 20. Le matériau de la sous couche 32 peut encore être un des oxydes mentionnés plus haut, notamment de l'oxyde de manganèse ou de l'oxyde de chrome, mais déposé sur une épaisseur suffisamment faible pour que l'absorption intrinsèque soit faible devant lteffet anti reflet. Mais le matériau de la sous couche 32 peut être un autre diélectrique à fort indice de réfraction, même transparent. Ce peut être de l'oxyde d'indium. On peut aussi améliorer Effet antireflet en superposant plusieurs couches antireflets ayant chacune des gammes de longueurs d'onde absorbées spécifiques. REVENDICATIONS 1. Tube électronique de visualisation comportant un écran portant sur une face avant des zones (24, 25, 26) de luminophores de formation d'image séparées par des zones opaques à la lumière émise vers la face arrière par les luminophores, caractérisé en ce que ces zones comprennent une sous-couche absorbante (32) pour la lumière reçue par la face arrière de l'écran, surmontée d'une couche opaque réfléchissante (34). 2. Tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche réfléchissante (34) est en chrome. 3. Tube électronique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est une mince couche diélectrique réalisée en un matériau transparent ou peu absorbant mais dont l'épaisseur est choisie pour permettre l'obtention d'un effet anti-reflet pour les longueurs d'onde visibles. 4. Tube électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écran comporte un substrat de verre (20) sur lequel sont déposés les zones opaques puis les luminophores, caractérisé en ce que la sous-couche est une couche diélectrique d'indice optique supérieur à celui du verre, d'une épaisseur de quelques centaines d'angströms 5. Tube électronique selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est réalisée par empilement de plusieurs couches d'épaisseur choisies de manière a améliorer l'effet anti-reflet dans toute la gamme de longueurs d'onde visible. 6. Tube électronique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est réalisée en un matériau noir ayant un coefficient d'absorption important: 7. Tube électronique selon la revendication - G, caractérisé en ce que la sous couche absorbante a une épaisseur de quelques milliers d'angströms. 8. Tube électronique selon l'une des - revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est réalisée dans un matériau déposable sous vide, notamment un oxyde métallique. 9. Tube électronique selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est un oxyde métallique stable et restant noir à une température allant jusqu'à environ 4500C. 10. Tube électronique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la sous-couche absorbante est choisie parmi les matériaux suivants - oxyde de manganèse - oxyde de chrome - oxyde de fer - oxyde de silicium chargé d'un métal, de préférence du chrome, formant une phase dispersée de métal dans l'oxyde. 11. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones opaques comprennent une couche d'oxyde de manganèse recouverte de chrome. 12. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran est plat, et en ce que le tube est un tube à indexation de faisceau électronique. 13. Tube électronique de visualisation comportant un écran portant sur une face avant des zones de luminophores de formation d'image séparées par des zones opaques à la lumière émise vers la face arrière par les luminophores, caractérisée en ce que ces zones comportent une couche (22) comprenant au moins un oxyde métallique absorbant fortement la lumière visible reçue aussi bien de la face arrière que de la face avant de l'écran.