Brevet FR2714764A1 — publié le 19950707

PROCÉDÉ DE POSITIONNEMENT ET POSE DE BILLES ENTRETOISES POUR ÉCRANS PLATS TELS QUE ÉCRANS FLUORESCENTS A MICROPOINTES, ET ÉQUIPEMENT ASSOCIÉ A CE PROCÉDÉ La présente invention a pour objet un procédé de positionnement et pose de billes entretoises pour écrans plats tels que écrans fluorescents à micropointes, ainsi qu'un équipement associé a ce procédé. L'invention concerne d'une manière générale le secteur industriels de la fabrication des écrans plats de visualisation formés de deux plaques rapprochées en verre, quartz ou silicium constituant une enceinte étanche plate soumise à un vide plus ou moins poussé, et plus particulièrement la fabrication des écrans fluorescents à micropointes (EFM). Les écrans de visualisation plats nécessitant l'utilisation d'espaceurs pour maintenir la distance entre les deux plaques support portant les électrodes constitutives du dispositif. Ces espaceurs posent des problèmes d'encombrement, ils ne doivent pas être visibles, et de mise en oeuvre. Les écrans fluorescents à micropointes (EFM) sont des écrans matriciels composés de deux dalles de verre scellées enfermant un espace vide d'épaisseur contrôlée par des entretoises. Celles-ci doivent assurer la résistance à la pression extérieure conséquente au vide intérieur ainsi que la constance de l'épaisseur de l'espace entre les deux dalles. Une technologie universellement utilisée dans les écrans plats (à cristaux liquides ou panneaux à plasma) consiste à déposer un ensemble de billes réparties sur toute la surface de l'écran, d'un diamètre moyen égal à l'espace entre les deux dalles. Dans le cas des écrans à cristaux liquides, les billes, étant donné leur très faible diamètre (quelques pm), sont disposées aléatoirement sur cette surface. Dans le cas des EFM (à l'instar des panneaux à plasma), le diamètre des billes étant du même ordre de grandeur que le pas inter-pixel, celles-ci doivent être positionnées précisément à un endroit o elles influent le moins possible le fonctionnement de l'écran, par exemple l'intersection inter ligne inter colonne. De plus, leur nombre doit être suffisant pour leur assurer une bonne résistance individuelle à la pression extérieure. Dans les procédés connus à ce jour, l'écartement entre les deux plaques est généralement obtenu au moyen de billes répandues sur l'une d'elles et collées avant mise en place de la seconde plaque. La répartition des billes est contrôlée à l'aide d'une grille ou d'un dispositif analogue. Cette technique présente un certain nombre d'inconvénients. En particulier, le positionnement des billes est peu précis et peut entraîner un écrasement de certaines parties actives des électrodes recouvrant les plaques. D'un point de vue industriel, il est nécessaire de disposer d'un procédé et d'un système de positionnement et dépose de billes, capable de suivre le rythme de fabrication imposé. La présente invention a pour objectif de palier aux inconvénients cités en garantissant un positionnement et un collage précis des billes en permettant l'utilisation d'une quantité minimum de colle de manière à limiter les risques de pollution et d'altération de la plaque et du milieu entre les deux dalles, et ceci en assurant une productivité satisfaisante à un coût raisonnable, grâce à un process simple en une seule phase et un seul équipement pour déposer la colle et la bille. Le procédé consiste à déposer sur une des faces internes de l'écran un réseau de billes entretoises, registré avec précision par rapport aux éléments déjà déposés, au moyen d'une aiguille creuse montée sur une tête mobile reliée à un système de dépression-surpression permettant à ladite aiguille d'aspirer dans un réservoir une bille qui sera appliquée sur une plaque recouverte de colle avant d'être déposée sur la plaque de l'écran grâce à une surpression envoyée dans l'aiguille. 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 partielle d'un écran plat dont les deux plaques sont séparées par des billes la figure 2 montre, vue de dessus, une portion de l'une des plaques constitutives d'un écran plat, avec des billes entretoises disposées aux intersections des bandes séparant les pixels. la figure 3 représente le système selon l'invention en perspective cavalière, et les figures 4 à 6 montrent respectivement, à une échelle différente, les trois phases principales successives conformes au procédé, à savoir prise d'une bille, encollage et dépose de cette bille sur la plaque de l'écran. Le procédé illustré sur les figures 1 à 6, est destiné à réaliser un écran de visualisation plat, tel que écran à micropointes, à plasma ou autre écran sous vide, formé de deux plaques 1, 2 de verre, de quartz ou de silicium portant les éléments actifs formants les pixels 15 et maintenues écartées par des espaceurs constitués de billes 3. Le système permettant la réalisation du procédé proposé comporte, disposés sur châssis anti- vibrations en marbre: - Un porte substrat 4 à aspiration monté sur une table x-y micrométrique programmable. - Une tête 5 montée sur mouvement x-y-z et reliée à un dispositif commutable et programmable de dépression et surpression. Cette tête porte une aiguille 6 rigide et creuse de section intérieure inférieure au diamètre moyen des billes à déposer (rapport typique: 3/4). Ladite aiguille est reliée à un transducteur piezzoélectrique 7 ultra-sonique, activé juste après l'aspiration de la bille 3, qui permet d'expulser les billes agglutinées par attirance électrostatique à la bille sélectionnée. - Un réservoir à billes 8 antistatique, qui peut être relié à la tête. - Un support de plaque 9 à dépression portant une plaque encollée 10. - Un système optique 11 d'alignement de la première bille, le positionnement des autres billes étant programmé par rapport à cette origine. - Un système de reconnaissance d'image 12 élémentaire, associé à la tête 5, et permettant de rejeter les billes 3 non satisfaisantes dans un réservoir poubelle prévu à cet effet (non représenté). Un système d'encollage de plaques de verre ("doctor blade coater", petite machine de sérigraphie, petite tournette) doit être associé au système. Le procédé consiste à déposer sur une des faces internes de l'écran, généralement la plaque arrière 1 portant la cathode, un réseau de billes 3 d'un diamètre typique de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de gm, registré avec précision aux éléments déjà déposés sur cette plaque (figure 2) grâce à l'aiguille 6 montée sur la tête 5 mobile et reliée au système de dépression- surpression par une tubulure 13. La tête est tout d'abord amenée à l'aplomb du réservoir 8 contenant les billes (figure 4), dans lequel l'aiguille s'enfonce et aspire une bille, puis est ensuite placée au dessus de la plaque encollée 10 enduite uniformément (épaisseur typique: un dizième du diamètre de la bille) d'un adhésif visqueux (viscosité typique: 000 cps) et abaisse l'aiguille de manière à humecter la bille dans la couche d'adhésif. Finalement, la tête est placée à l'aplomb de la position x-y qu'elle doit avoir sur la plaque 1 et descend la bille jusqu'au contact. L'aspiration est coupée et une légère surpression est exercée. La bille reste sur sa position grâce à la viscosité de l'adhésif. Les billes seront de préférence positionnées aux intersections des bandes perpendiculaires séparant les pixels 15. Les phases précédentes sont répétées pour l'ensemble des billes 3 à déposer. L'adhésif peut avantageusement être une colle réticulable aux rayons ultra violets (U-V), mais d'autre produits peuvent être envisagés, tels que verre fusible à basse température, éventuellement chargé de particules métalliques, polymère résistant aux températures élevées, etc. Un traitement adéquat est ensuite appliqué pour assurer une bonne tenue des billes lors des déplacements de la plaque sur le reste de la ligne de fabrication. Il s'agira, par exemple, d'une exposition aux U-V dans le cas de la colle réticulable, d'un séchage ou encore d'un chauffage aux rayons infra-rouges. Avant scellement des deux dalles 1, 2 de l'écran, l'adhésif est évaporé à haute température sous vide ou atmosphère inerte pour exclure toute trace organique dans le milieu électrooptique. Pour assurer une grande rapidité de déplacement au système, c'est la combinaison programmée entre les mouvements x-y de la tête 5 et du porte substrat 4 qui permet le positionnement de la bille 3. Eventuellement, pour améliorer le flux, la tête pourra être composée de trois têtes élémentaires défilant simultanément devant l'un des trois postes (réservoir de billes 8, plaque encollée 10, dépose de la bille sur la plaque 1). 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 équipements similaires. REVENDICATIONS 1 . Procédé de positionnement et pose de billes entretoises pour écrans plats tels que écrans fluorescents à micropointes, formés de deux plaques (1, 2) rapprochées en verre, quartz ou silicium constituant une enceinte étanche plate soumise à un vide plus ou moins poussé, caractérisé en ce qu'un réseau de billes (3) entretoises, registré avec précision par rapport aux éléments déjà en place, est déposé sur une des faces internes de l'écran au moyen d'une aiguille (6) creuse montée sur une tête (5) mobile reliée à un système de dépression- surpression permettant à ladite aiguille d'aspirer dans un réservoir (8) une bille, puis de l'appliquer sur une plaque encollée (10) de façon à l'enduire d'un adhésif visqueux, avant de la déposer sur la plaque (1) de l'écran o elle sera maintenue grâce à une surpression envoyée dans l'aiguille, ces opérations successives étant répétées pour l'ensemble des billes (3) à déposer. 2 . Procédé selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que l'adhésif est évaporé à haute température sous vide ou atmosphère inerte avant scellement des deux plaques (1, 2) constitutives de l'écran, de façon à exclure toute trace organique dans le milieu électro-optique. 3 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la fixation des billes (3) est assurée par une colle visqueuse réticulable aux rayons ultra violets, de viscosité voisine de 100 000 cps, la plaque (1) étant soumise à une exposition aux ultra violets après mise en place des billes (3) de manière à garantir la bonne tenue de ces dernières lors des phases de fabrication ultérieures. 4 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les billes (3) sont disposées aux intersections des bandes séparant les pixels (15). . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le positionnement de la bille (3) est obtenu par combinaison programmée entre les mouvements x-y de la tête (5) et du porte substrat (4). 6 . Dispositif de positionnement et pose de billes entretoises pour écrans plats tels que écrans fluorescents à micropointes, destiné à l'application du procédé décrit dans les revendications précédentes, caractérisé par la combinaison, d'une part, d'un réservoir (8) à billes antistatique, d'un support à dépression (9) portant une plaque encollée (10) et d'un porte-substrat (4), également à dépression, monté sur une table x-y micrométrique programmable et, d'autre part, d'une tête (5) à mouvement x-y-z, reliée à un dispositif commutable et programmable de dépression et surpression, et portant une aiguille (6) rigide et creuse de section intérieure inférieure au diamètre moyen des billes (3) à déposer, ladite tête étant apte à aspirer une bille dans le réservoir (8), à l'appliquer ensuite sur la plaque encollée (10), et enfin à la déposer sur la plaque (1) de l'écran disposée sur le porte-substrat (4). 7 . Dispositif selon la revendication 6, se caractérisant par le fait que l'aiguille (6) est reliée à un transducteur piezzoélectrique (7) ultra-sonique apte à détacher les billes agglutinées par attirance électrostatique lors de l'aspiration d'une bille (3) dans le réservoir (8). 8 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, se caractérisant par le fait qu'il est équipé d'un système de reconnaissance d'image (12) élémentaire, associé à la tête (5), et permettant de rejeter les billes (3) non satisfaisantes. 9 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, se caractérisant par le fait qu'il comporte un système optique (11) d'alignement de la première bille (3) permettant le positionnement des autres billes par rapport à cette origine. . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, se caractérisant par le fait que la tête (5) est composée de trois têtes élémentaires aptes à défiler simultanément devant l'un des trois postes à savoir réservoir (8) de billes, plaque encollée (10), dépose de la bille sur la plaque (1) de l'écran.