Brevet FR2697660A1 — publié le 19940506

ÉCRAN A ADRESSAGE MATRICIEL A PRISE DE CONTACTS LIGNES ET COLONNES AU TRAVERS DU SUPPORT La présente invention a pour objet un écran à adressage matriciel à prise de contacts lignes et colonnes au travers du support. I1 concerne d'une façon générale le domaine des écrans d'affichage plats à adressage matriciel lignes-colonnes, et plus particulièrement les écrans de visualisation utilisant la technologie des micropointes, c'est-à-dire constitués d'un tube à vide formé de deux plaques de verre mince, la plaque arrière ou plaque cathode comportant un réseau matriciel d'émetteurs à effet de champ déposés par les techniques de couches minces, et la plaque avant ou plaque anode étant recouverte d'une couche conductrice transparente et de luminophores. Dans ce type d'écrans, à chaque point lumineux (pixel), est associé une surface émissive située vis à vis et constituée d'un grand nombre de micropointes. Cette surface émissive est définie par l'intersection d'une ligne (grille) et d'une colonne (conducteur cathodique) de la matrice. Les écrans à micropointes sont caractérisés par une émission électronique par effet de champ à partir d'une cathode plane étendue à micropointes, une cathode froide à faible consommation, un temps de réponse rapide (1 rus), un adressage matriciel à partir de la structure intégrée pointe-grille et une émission lumineuse par cathodoluminescence basse à moyenne tension. La cathode d'un écran à micropointes est constituée pour l'essentiel de trois couches déposées successivement sur un substrat de verre ou de silicium, à savoir: une couche métallique (Niobium ou Aluminium) jouant le rôle de "conducteur colonne", une couche isolante (SiO2) et une seconde couche métallique constituant la grille. Certaines réalisations comportent une quatrième couche résistive en silicium déposée au-dessus ou au-dessous de la couche "conducteur colonne". Après dépôt des susdites couches, il est pratiqué dans la grille et la couche isolante des trous dans lesquels sont ensuite déposées les micropointes. A ce jour les prises de contact lignes et colonnes des écrans plats à adressage matriciel de tous types sont sorties sur le bord de l'écran, ce qui nécessite un connecteur latéral augmentant l'encombrement des écrans et ne permettant pas leur juxtaposition. Le dispositif selon la présente invention supprime ces inconvenients. En effet, il permet une prise aléatoire des contacts lignes et colonnes sur la face arrière de la cathode, la suppression des connecteurs en bordure d'écran et donc une diminution de l'encombrement latéral ainsi que la possibilité de juxtaposer plusieurs cathodes les unes à côté des autres sans discontinuités. I1 est constitué d'un écran plat à adressage matriciel dans lequel des zones conductrices ont été réalisées par des moyens connus au travers du substrat arrière de façon à pouvoir reporter directement les prises de contact lignes et colonnes sur la face arrière dudit écran. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 est une coupe transversale schématique d'un écran plat à micropointes dans le substrat arrière duquel des zones conductrices ont été formées par modification locale de la structure du matériau constitutif, et les figures 2 et 3 montrent dans les mêmes conditions la cathode de l'écran dans laquelle des zones conductrices ont été formées par divers procédés décrits ci-après. Un écran à micropointes comporte successivement d'arrière en avant: une couche arrière ou substrat de cathode 1, les conducteurs cathodiques ou conducteurs colonnes 2 portant les micropointes, une couche isolante 3, les conducteurs de lignes ou grille 4, un espace vide 5 et une couche de verre avant 6, recouverte sur sa face interne d'une couche conductrice transparente constituant l'anode 7, ainsi que de luminophores en contact avec ladite anode. Un faisceau d'électrons est émis sous vide par les micropointes et modulé par le potentiel de la grille 4 est accéléré en direction de l'anode 7 où il excite les luminophores (fonctionnement type triode). Grâce à la faible distance pointe-anode, la focalisation est obtenue par effet de proximité sans aucune optique électronique. La structure classique de la cathode 8 d'un écran à micropointes comprend, déposées successivement sur le substrat arrière 1 de verre ou de silicium: - Une sous-couche d'enrobage (non représentée). - Le "conducteur colonne" 2 constitué d'une couche métallique de Niobium, d'Aluminium ou autre conducteur. - Une couche isolante 3 (SiO2 par exemple) qui constitue l'isolant de la grille. - Une couche métallique en Niobium par exemple qui constitue la grille 4. Selon les réalisations, d'autres couches destinées à améliorer le fonctionnement du système peuvent compléter cet ensemble. Par exemple une "couche résistive" de silicium qui peut être déposée soit audessous soit au-dessus la couche métallique constituant les "conducteurs colonnes" 2. Le principe inovateur de l'invention consiste à utiliser l'une des techniques connues pour réaliser des zones conductrices au travers du substrat arrière 1 de façon à ne pas devoir sortir les prises de contact lignes et colonnes sur le bord de l'écran comme cela se fait aujourd'hui, mais à pouvoir directement reporter le contact sur la face arrière de la cathode. Ceci a pour avantage de permettre de prendre le contact à n'importe quel niveau de la colonne ou de la ligne (moyennant certaines précautions non décrites ici) et non plus systèmatiquement en bout de ligne ou de colonne. Ainsi on réalise un gain de place par suppression du connecteur latéral et le gain d'une opération de connection, ce qui permet une prise de contact sur les petits écrans et offre la possibilité de juxtaposition de plusieurs cathodes les unes à côté des autres sans discontinuités dues aux prises de contact lignes et colonnes (réalisation de grands écrans par la juxtaposition de plusieurs cathodes : écrans mosaïque). Dans le cas du substrat arrière 1 en verre, deux techniques existent. La première qui consiste à utiliser un verre spécialement chargé et à l'insoler localement à l'aide d'un laser ou autre faisceau d'énergie. L'insolation laser favorise la migration des sels inclus préalablement dans le verre, ceux-ci précipitent et il se crée un passage conducteur 9 ("via") au travers de l'épaisseur. Cette méthode est connue de certains fabricants de verre. Elle nécessite l'utilisation d'un verre spécialement préparé. La deuxième technique n'est pas spécifique du verre. Elle est utilisée dans la réalisation de circuits imprimés. C'est ce qu'on appelle la métallisation des trous. Dans un circuit imprimé multicouche pour relier les différentes couches les unes aux autres, on réalise des trous fins (100 microns environ) que l'on métallise par la suite. Cette phase de métallisation est telle que le trou et bouché après l'opération. L'idée développée ici consiste à s'inspirer de cette technique et de la transposer aux écrans plats. I1 s'agit donc de faire des trous 10 dans le verre à des emplacements précis pour permettre la prise de contact sur les lignes ou les colonnes puis de les remplir de métal 11 comme on le fait dans la technique des circuits imprimés. Pour faire les trous dans le verre, on peut utiliser n'importe laquelle des méthodes connues par les spécialistes du verre (utilisation d'un foret, utilisation d'un faisceau d'énergie, utilisation d'une gravure chimique, plasma ou autre). D'autres techniques sont également envisageables. Par exemple, des pieux métalliques 12 sont insérés dans un trou 10 préalablement pratiqué dans le verre, puis fixés par scellement verre-métal ou utilisation d'une colle chargée, etc. Le trou 10 peut encore être rempli d'une pâte 13 de résine type époxy ou similaire chargée de particules métalliques la rendant conductrice. Dans le cas du substrat de silicium, soit on utilise la technique dérivée de la métallisation des trous dans les circuits imprimés dont nous venons de parler, les trous 10 étant réalisés par gravure chimique dans un plasma (Réactive Ion(s) Etching) ou tout autre moyen approprié, soit on réalise des passages conducteurs ("vias") par des diffusion d'impuretés au travers du substrat 1, diffusion d'aluminium, par exemple. Les liaisons électriques entre grille 4 (conducteurs lignes) et passages conducteurs 9, 12, 13 ou trous métallisés 10 du substrat de cathode 1 sont réalisées par des diffusions d'impuretés 14 à travers les couches isolante 3, résistive ou autres, ou par réalisation d'un puits 15 dans lesdites couches permettant à la couche métallique formant la grille 4 d'être en contact avec l'élément conducteur, ou toute autre technique permettant d'obtenir le même résultat. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par les procédés connus. REVENDICATIONS 10. Écran à adressage matriciel à prise de contacts lignes et colonnes au travers du support, s'appliquant tout particulièrement aux dispositifs de visualisation utilisant la technologie des micropointes, et d'une façon générale aux systèmes d'affichage plats à adressage matriciel comportant notamment une couche arrière ou substrat (1), des conducteurs colonnes (2), une couche isolante (3) et des conducteurs de lignes (4), caractérisé par la combinaison d'un écran plat dans lequel des zones conductrices (9, 11, 12, 13) ont été réalisées par des moyens connus au travers du substrat arrière (1) à des emplacements précis de façon à pouvoir reporter directement les prises de contact lignes et colonnes sur la face arrière dudit écran. 20. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que des liaisons électriques sont établies entre grille conducteurs de lignes (4) et les zones conductrices (9, 11, 12, 13) du substrat arrière (1), ces liaisons étant obtenues par des diffusions d'impuretés (14), par réalisation d'un puits (15) dans les couches isolantes permettant à la couche métallique formant les conducteurs de lignes (4) d'être en contact avec une zone conductrice, ou par une technique équivalente. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est en verre et que, pour la création des zones conductrices, des trous (10) sont pratiqués par n'importe quel moyen connu dans ce verre, ces trous étant remplis de métal (11) grâce à la technique des trous métallisés utilisée pour les circuits imprimés. 40. Dispositif selon les revendications 1 et 2, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est en verre et que, pour la création des zones conductrices, des trous (10) sont pratiqués par n'importe quelle moyen connu dans ce verre, des pieux métalliques (12) étant insérés dans lesdits trous, et fixés par scellement verre-métal, utilisation d'une colle chargée, ou technique équivalente. 50. Dispositif selon les revendications 1 et 2, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est en verre et que, pour la création des zones conductrices, des trous (10) sont pratiqués par n'importe quelle moyen connu dans ce verre, lesdits trous étant remplis d'une pâte (13) de type résine époxy ou autre chargée de particules métalliques la rendant conductrice. 60. Dispositif selon les revendications 1 et 2, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est réalisé dans un verre spécialement chargé et que, pour la création des zones conductrices, ce verre est insolé localement à l'aide d'un laser ou autre faisceau d'énergie de manière à favoriser la migration de sels inclus préalablement dans ledit verre pour les faire précipiter et créer ainsi des passages conducteurs (9) au travers de l'épaisseur dudit substrat arrière. 70. Dispositif selon les revendications 1 et 2, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est réalisé en silicium et que, pour la création des zones conductrices, des trous (10) sont pratiqués dans ce substrat par n'importe quel moyen connu, et métallisés selon la technique utilisée pour les circuits imprimés. 80. Dispositif selon les revendications 1 et 2, se caractérisant par le fait que le substrat arrière (1) est réalisé en silicium et que, pour la création des zones conductrices, des passages conducteurs sont réalisés par diffusion au travers du substrat, d'impuretés telle que particules d'aluminium.