Brevet FR2698992A1 — publié le 19940610

ÉCRAN PLAT A MICROPOINTES PROTÉGÉES INDIVIDUELLEMENT PAR DIPOLE La présente invention a pour objet un écran plat à micropointes protégées individuellement par dipôle. I1 concerne d'une façon générale le domaine des écrans d'affichage ou de visualisation plats à adressage matriciel de toutes dimensions, et peut s'appliquer à tous les secteurs industriels utilisant des écrans de ce type: télévision, informatique, télécommunications, appareils de contrôle, installations de surveillance, etc. Les écrans à micropointes connus sont des tubes à vide constitués en général de deux plaques de verre mince scellées de façon étanche, la plaque arrière ou plaque cathode comportant un réseau matriciel d'émetteurs à effet de champ formé de micropointes, et la plaque avant ou plaque anode étant recouverte d'une couche conductrice transparente et de luminophores. A chaque point lumineux (pixel), est associé une surface émissive cathodique située vis à vis et constituée d'un grand nombre de micropointes (environ 10 000 par mm2). Cette surface émissive est définie par l'intersection d'une ligne (grille) et d'une colonne (conducteur cathodique) de la matrice. Grâce à la faible distance pointe-grille ( La structure classique de la cathode d'un écran à micropointes comprend en particulier, déposés successivement sur un substrat de verre ou de silicium: - Une couche d'isolation. - Une couche résistive de silicium ou autre matériau. - Les "conducteurs colonne" constitués d'une couche métallique qui peut être déposée soit dessous soit dessus la couche résistive. - Une couche isolante (Si ou SiO2) qui constitue l'isolant de grille. - Une couche métallique qui constitue la grille ou conducteurs de ligne. Après dépôt des susdites couches, il est pratiqué dans la grille isolante, par des techniques de gravure connues, des trous dans lesquels sont ensuite réalisées les micropointes. La couche résistive a pour but essentiel de limiter le courant dans chaque émetteur afin d'homogénéiser l'émission électronique, et de limiter le courant maximum qui passeraIt dans la pointe en cas de court-circuit pointe/grille. La caractéristique de charge qui résulte de la mise en série, avec la pointe, d'une résistance est une droite. La chute de tension dans cette résistance est proportionnelle au courant qui la traverse et peut s'avérer assez importante si le courant émis par la pointe est important. La tension qui doit être appliquée au système pointe-résistance de protection est augmentée d'autant, ce qui a des conséquences importantes sur la consommation de l'écran notamment. Le dispositif selon la présente invention se propose de résoudre ces problèmes. I1 permet en effet non seulement d'obtenir une limitation efficace du courant traversant chaque micropointe par autorégulation du courant d'émission au delà d'un seuil, même si la pointe est en contact direct avec la grille, mais également une meilleure homogénéité d'émission, ainsi qu'un contrôle efficace et simplifié de la luminance de l'écran. I1 est constitué d'une cathode émissive d'écran plat à émission de champ comportant des micropointes protégées chacune individuellement grâce à un couplage électrique en série avec un dipôle formé d'un transistor à effet de champ à déplétion. La caractéristique courant-tension d'un tel dipôle n'est pas linéaire. Ces dipôles pouvant être réalisés de telle façon que l'on puisse modifier de façon globale (sur toutes les pointes en même temps) le seuil de protection et le niveau du courant d'émission et donc la brillance de l'écran, en agissant uniquement sur la polarisation du substrat commun de ces dipôles, ou groupes de dipôles. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 est une coupe transversale illustrant le principe de fonctionnement d'un écran à micropointes connu, la figure 2 est un schéma symbolique élémentaire d'une micropointe de la figure 1, la figure 3 est un schéma symbolique élémentaire d'une micropointe protégée individuellement par un dipôle, la figure 4 représente la coupe transversale d'une cathode émissive à micropointes selon l'invention, et la figure 5 est une coupe partielle montrant en perspective le canal du transistor à effet de champ autour de la micropointe. Le principe de base d'un écran à micropointes est schématisé sur la figure 1, sur laquelle on voit successivement de bas en haut (en pratique d'arrière en avant): Une plaque 1 de verre ou de silicium, une sous-couche d'enrobage 2, les conducteurs cathodiques ou conducteurs colonnes 3, une couche résistive 4 une couche isolante 5, les conducteurs de ligne ou grille 6, un espace vide 7 et une couche de verre avant 8 recouverte sur sa face interne d'une couche conductrice transparente constituant l'anode 9, et de luminophores 10. Un faisceau d'électrons 11 émis sous vide par les micropointes 12 reliées électriquement aux conducteurs cathodiques et modulé par le potentiel de la grille 6 est accéléré en direction de l'anode 9 où il excite les luminophores 10 (fonctionnement type triode). Grâce à la faible distance pointe-anode, la focalisation est obtenue par effet de proximité sans aucune optique électronique. Dans ce type de cathode, chaque micropointe 12 est protégée contre un excès de courant par la mise en série d'une résistance de charge (fig 2). Cette résistance est constituée en général par une couche résistive 3 de silicium amorphe (ou autre matériau) résistant. Dans une cathode émissive selon l'invention, la protection de chaque micropointe 12 est réalisée, non plus par la mise en série d'une résistance de charge, mais par la mise en série d'un dipôle 13 dont la caractéristique tension-courant n'est pas linéaire. Ce dipôle est constitué d'un transistor à effet de champ (FET), de préférence du type à grille isolée à déplétion, dont le drain D est connecté à la micropointe 12 et la source S au conducteur colonne 3 correspondant, la porte ou "gate" G (ou encore électrode de pincement) de chaque transistor étant directement reliée soit à la source S soit au drain D. Cette disposition permet de réaliser une protection complète de la micropointe 12 contre les court-circuits francs entre pointe et grille 6 par blocage complet du courant dans la pointe. Les dipôles 13 seront avantageusement fabriqués en technologie intégrée, sur un substrat 14 unique de silicium (massif ou en couche mince), de manière à ce que l'on puisse, en polarisant ledit substrat, pouvant être commun à tous les dipôles 13, modifier de façon globale (sur toutes les pointes en même temps) le seuil de protection et le niveau du courant d'émission (modulation de la brillance de l'écran). A titre d'exemple, la figure 4 montre une coupe partielle d'une cathode émissive à micropointes protégées par dipôles 13, ceux-ci étant réalisés à partir d'un substrat 14 de type P dans lequel sont formées des zones surdopées 15 de type N obtenues par diffusion ou autre (implantation) et constituant les sources, le canal 20 (transistor à déplétion) formé par exemple par une implantaion ionique de type N, ainsi qu'une couche d'isolation de grille 16 en silice obtenue par oxydation de surface ou dépôt. L'électrode de pincement 17 est créée en même temps que le conducteur de colonne 3 par métallisation. La pointe est réalisée de façon habituelle, mais repose sur la grille de pincement du transistor. De préférence, les drains situés sous les micropointes ne sont pas surdopés, comme habituellement dans les structures MOS classiques. Le transistor à effet de champ constituant le dipôle 13 peut avantageusement présenter une géométrie circulaire, son canal de conduction étant situé tout autour de la micropointe 12 (figure 5). Le fonctionnement du dipôle 13 est alors le suivant: La tension d'extraction est appliquée sur l'électrode 6 (grille). Lorsque cette tension est faible (suffisamment faible pour que la tension pointe/source soit inférieure au seuil du transistor à déplétion), le dipôle en série avec la pointe 12 est, à peu près, équivalent à la résistance du canal 20 implanté, sa valeur est assez faible. Lorsque la tension d'extraction augmente de telle sorte que la tension pointe/source soit de l'ordre, ou supérieure, au seuil dudit transistor à déplétion, la grille de pincement 17 fait son office et "pince" le canal 20 limitant le courant dans le dipôle à une valeur (courant de saturation du transistor à déplétion) qui n'est, au premier ordre, plus fonction que des dimensions géométriques de l'ensemble et de la tension du substrat 14 par rapport à la source 15.La perte de tension dans le dipôle n'étant plus elle-même fonction du courant dans la pointe, mais uniquement de la tension de seuil dudit transistor à déplétion. En fait chaque pointe se verra traversée par le courant de saturation du transistor à déplétion qui la protège. Les géométries desdits transistors étant identiques, les courants dans les pointes (quelles que soient les caractéristiques propres d'émission des pointes) seront identiques. La cathode émissive peut être elle-même réalisée sur silicium en technologie intégrée. Dans ce cas, les conducteurs de colonnes 3, et éventuellement les conducteurs de lignes (ou grille 6) pourront être constitués de couches diffusées, enterrées ou non, avec comme alternative de doubler, par endroit, la couche diffusée par une métallisation (positionnée dans un secteur non encombré par exemple ou de telle sorte à minimiser les capacités de couplage) 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 des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Écran plat à micropointes protégées individuellement par dipôle, appliquable à tous les secteurs industriels utilisant des écrans d'affichage ou de visualisation plats, caractérisé par la combinaison d'un écran plat à adressage matriciel avec cathode à émission de champ comportant des micropointes (12) protégées chacune individuellement grâce à un couplage électrique en série avec un dipôle (13) dont la caractéristique courant-tension n'est pas linéaire, formé d'un transistor à effet de champ dont le drain (D) est connecté à la micropointe (12) et la source (S) au conducteur colonne (3) correspondant, la porte ou "gate" G (ou encore électrode de pincement) de chaque transistor étant directement reliée soit à la source (S) soit au drain (D). 20. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que les dipôles (13) sont réalisés de telle façon que l'on puisse modifier de façon globale (sur toutes les pointes en même temps) le seuil de protection et le niveau du courant d'émission et donc la brillance de l'écran, en agissant uniquement sur la polarisation du substrat (14) de ces dipôles ou groupes de dipôles. 3 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les dipôles (13) sont constitués de transistors à effet de champ (FET) à déplétion du type à grille isolée. 40. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les dipôles (13) sont fabriqués en technologie intégrée. 50. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les dipôles (13) sont réalisés sur un substrat (14) unique de silicium. 60. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le transistor à effet de champ constituant le dipôle (13) a une géométrie circulaire, son canal de conduction étant situé tout autour de la micropointe (12). 70. Procédé de fabrication d'une cathode émissive à micropointes protégées par dipôles selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les dipôles (13) sont réalisés à partir d'un substrat (14) de type P dans lequel sont formées d'une part des zones surdopées (15) de type N constituant les sources et obtenues par diffusion, implantation ou autre, d'autre part le canal (20) du transistor à déplétion formé par exemple par une implantaion ionique de type N, et enfin une couche d'isolation de grille (16) en silice obtenue par oxydation de surface ou dépôt, l'électrode de pincement (17) étant créée en même temps que le conducteur de colonne (3) par métallisation, la micropointe (12), réalisée de façon habituelle, reposant sur ladite grille de pincement. 80. Procédé selon la revendication 7, se caractérisant par le fait que, contrairement aux structures MOS classiques, le drain (D) situé sous la micropointes (12) n'est pas surdopé. 90. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, se caractérisant par le fait que la cathode à émis son de champ est réalisée sur silicium en technologie intégrée, les conducteurs de colonnes (3), et éventuellement les conducteurs de lignes ou grille (6) étant constitués de couches diffusées, enterrées ou non. 100. Procédé selon la revendication 9, se caractérisant par le fait que les couches diffusées sont doublées localement par une métallisation, positionnée par exemple dans un secteur non encombré, ou de manière à minimiser les capacités de couplage.