Brevet FR2732160A1 — publié le 19960927

ANODE D'ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION À BANDES RÉSISTIVES La présente invention concerne une anode d'écran plat de visualisation. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation de connexions d'éléments luminescents d'une anode d'un écran couleur, tel qu'un écran couleur à micropointes. La figure 1 représente la structure d'un écran plat à micropointes du type auquel se rapporte l'invention. Un tel écran à micropointes est essentiellement cons- titué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pour- vue de trous 4 correspondant aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodo- luminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran. Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un exemple d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain numéro 4 940 916 du Commissa- riat à l'Energie Atomique. La cathode 1 est organisée en colonnes et est consti- tuée, sur un substrat de verre 10, de conducteurs de cathode organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 dépo- sée sur les conducteurs de cathode et sont disposées à l'inté- rieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représentant partiellement l'intérieur d'une maille, les conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 qui est elle organisée en lignes. L'intersection, d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1, définit un pixel. Ce dispositif utilise le champ électrique créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2 vers des éléments luminophores 7 de l'anode 5. Dans le cas d'un écran couleur, l'anode 5 est pour- vue de bandes alternées d'éléments luminophores 7r, 7b, 7g cor- respondant chacune à une couleur (Rouge, Bleu, Vert). Les ban- des sont séparées les unes des autres par un isolant 8. Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9, constituées de bandes correspondantes d'une cou- che conductrice transparente telle que de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes bleues, rouges, vertes sont alternativement polarisés positivement par rapport à la cathode 1, pour que les électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis à vis de chacune des couleurs. La commande de sélection du luminophore 7 (le lumino- phore 7g en figure 1) qui doit être bombardé par les électrons issus des micropointes 2 de la cathode 1 impose de commander, sélectivement, la polarisation des éléments luminophores 7 de l'anode 5, couleur par couleur. La figure 2 illustre schématiquement une structure d'anode d'écran couleur classique. Cette figure représente par- tiellement, en élévation côté luminophores, une anode 5 réali- sée selon des techniques connues. Les bandes 9 d'électrodes d'anode, déposées sur le substrat 6, sont interconnectées hors de la surface utile de l'écran, par couleur d'éléments lumino- phores, pour être connectées à un système de commande (non représenté). Deux pistes d'interconnexion 12 et 13, respectivement des électrodes d'anode 9g et 9b, sont réalisées pour deux des trois couleurs d'éléments luminophores. Une cou- che d'isolement 14 (représentée en traits mixtes à la figure 2) est déposée sur la piste d'interconnexion 13. Une troisième piste d'interconnexion 15 est reliée, par l'intermédiaire de conducteurs 16 déposés sur la couche d'isolement 14, aux bandes d'électrodes d'anode 9r destinées aux éléments luminophores de la troisième couleur. Généralement, les rangées de la grille 3 sont séquen- tiellement polarisées à un potentiel de l'ordre de 80 volts tandis que les bandes d'éléments luminophores (par exemple 7g en figure 1) devant être excitées sont polarisées sous une ten- sion de l'ordre de 400 volts, les autres bandes (par exemple 7r et 7b en figure 1) étant à un potentiel nul. Les colonnes de la cathode 1, dont le potentiel représente pour chaque rangée de la grille 3 la brillance du pixel défini par l'intersection de la colonne de la cathode et de la rangée de la grille dans la couleur considérée, sont portées à des potentiels respectifs compris entre un potentiel d'émission maximale et un potentiel d'absence d'émission (par exemple, respectivement 0 et 30 volts). Le choix des valeurs des potentiels de polarisation est lié aux caractéristiques des éléments luminophores 7 et des micropointes 2. Classiquement, en dessous d'une différence de poten- tiel de 50 volts entre la cathode et la grille, il n'y a pas d'émission électronique et, l'émission maximale utilisée cor- respond à une différence de potentiel de 80 volts. La différence de potentiel entre l'anode et la cathode est elle liée à la distance inter-électrodes. On recherche une différence de potentiel maximale pour des raisons de brillance de l'écran, ce qui induit que l'on recherche une distance inter-électrodes qui soit la plus grande possible. Mais la structure de l'espace inter-électrodes, qui comporte des espaceurs (non représentés) susceptibles de créer des zones d'ombre dans l'écran s'ils présentent une taille trop impor- tante, empêche d'augmenter cette distance inter-électrodes. L'espace inter-électrodes d'un écran classique est donc de l'ordre de 0, 2 mm. Ceci conduit à choisir une valeur de tension anode-cathode qui est critique du point de vue de la formation d'arcs électriques. Des arcs électriques destructeurs peuvent alors se produire à la moindre irrégularité dimensionnelle de la distance qui sépare une micropointe, ou la couche de grille, des éléments luminophores de l'anode. De telles irrégularités sont, de surcroit, inévitables compte tenu des faibles dimen- sions et des techniques employées pour la réalisation de l'anode et de la cathode-grille. Côté cathode, la couche résistive 11 permet de limi- ter la formation de courts-circuits destructeurs entre les micropointes et la grille. Par contre, côté anode, des arcs peuvent se produire entre la grille 3 et ceux des éléments luminophores 7 de l'anode qui sont polarisés pour attirer les électrons émis par les micropointes 2 (par exemple les luminophores 7g en figure 1). Des arcs peuvent également se produire entre deux bandes voisines d'éléments luminophores (par exemple 7g et 7r en figure 1) en raison de la différence de potentiel entre ces deux bandes. L'invention vise à pallier ces inconvénients en pro- posant une anode d'écran plat de visualisation qui supprime le risque d'apparition d'arcs électriques entre l'anode et la grille ou entre deux bandes voisines d'éléments luminophores de l'anode, sans nuire à la brillance de l'écran. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit une anode d'écran plat de visualisation du type comportant au moins un ensemble de bandes d'éléments luminophores déposées sur des bandes d'électrodes correspondantes séparées les unes des autres par un isolant ouvert au droit des bandes d'éléments luminophores, et au moins un conducteur d'interconnexion des bandes d'électrodes dudit ensemble, chaque bande d'électrode étant constituée d'une bande résistive destinée à recevoir une bande d'éléments luminophores et d'au moins une première bande de polarisation qui lui est parallèle et qui rejoint ledit con- ducteur d'interconnexion, ladite bande de polarisation présen- tant une faible résistivité devant celle de ladite bande résis- tive à laquelle elle est associée. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, chaque bande résistive est associée à deux bandes de polarisation parallèles qui l'encadrent, chaque bande de pola- risation rejoignant ledit conducteur d'interconnexion. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, lesdites bandes résistives sont en oxyde non stoechio- métrique transparent et électriquement conducteur, leur résis- tivité étant fixée par le taux d'oxygène que contient l'oxyde. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, lesdites bandes résistives et lesdites bandes de polari- sation sont en un même matériau dont la résistivité est plus importante dans une zone centrale destinée à recevoir les ban- des éléments luminophores que dans des zones latérales rejoi- gnant ledit conducteur d'interconnexion. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, ledit isolant sert de masque pour une augmentation de la résistivité desdites bandes résistive par recuit sous atmo- sphère d'oxygène. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, la résistivité desdites bandes résistives est fixée par l'épaisseur de ces bandes. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, ledit isolant sert de masque de gravure à un processus de réduction d'épaisseur desdites bandes résistives. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, l'anode comporte trois ensembles de bandes résistives alternées portant des éléments luminophores correspondant cha- cun à une couleur et au moins trois conducteurs d'inter- connexion des bandes de polarisation associées aux bandes résistives d'une même couleur. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, toutes les bandes résistives associées à une même piste d'interconnexion présentent une même résistivité. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, lesdites bandes résistives sont en oxyde d'indium ou d'étain. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures join- tes parmi lesquelles: les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé; la figure 3 représente, partiellement et en coupe transversale, un premier mode de réalisation d'une anode d'écran plat selon l'invention; la figure 4 représente, partiellement et en coupe transversale, un deuxième mode de réalisation d'une anode d'écran plat selon l'invention; la figure 5 représente, partiellement et en coupe transversale, un troisième mode de réalisation d'une anode d'écran plat selon l'invention; la figure 6 représente, partiellement et en coupe transversale, un quatrième mode de réalisation d'une anode d'écran plat selon l'invention; la figure 7 représente, partiellement et en coupe transversale, un cinquième mode de réalisation d'une anode d'écran plat selon l'invention; et la figure 8 représente le schéma électrique équiva- lent d'un écran à micropointes pourvu d'une anode selon l'invention. Pour des raisons de clarté, les représentations des figures ne sont pas à l'échelle et les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. La figure 3 est une vue en coupe transversale de quelques bandes d'éléments luminophores constitutives d'une anode d'écran plat selon un premier mode de réalisation de l'invention. Une caractéristique de la présente invention est que les bandes 17 d'électrodes d'anode sont chacune constituées d'une bande résistive 18 supportant des éléments luminophores 7 et d'au moins une bande de polarisation 19, parallèle. De pré- férence, et comme cela est représenté aux figures, chaque bande résistive 18 est encadrée longitudinalement par deux bandes de polarisation 19. Ainsi, une anode selon l'invention est constituée, à partir d'un substrat transparent 6, par exemple en verre, de bandes parallèles 18 en un matériau électriquement conducteur et transparent, tel que de l'oxyde d'indium ou d'étain. Chaque bande 18 supporte une bande correspondante d'éléments lumino- phores 7. Chaque bande 18 est encadrée par deux bandes de pola- risation 19 fortement conductrices, par exemple en aluminium, en cuivre ou en or. Pour un écran couleur, ces bandes 19 sont reliées par une de leurs extrémités à une piste d'inter- connexion (non représentée) des bandes d'éléments luminophores 7 d'une même couleur. Une caractéristique de la présente invention est que les bandes de polarisation 19 sont réalisées de telle sorte qu'elles présentent une résistivité faible devant la résisti- vité du matériau constitutif des bandes 18. Ainsi, les bandes résistives 18 créent une résistance d'accès latérale vers cha- que pixel de l'écran. Pour ce faire, on utilise, selon ce premier mode de réalisation, les propriétés intrinsèques d'une couche d'oxyde transparente. Il pourra s'agir, par exemple, d'oxyde d'indium (In2Ox), d'oxyde d'étain (SnOx) ou d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). La couche d'oxyde est optimisée en épaisseur et en taux d'oxygène pour conférer, à chaque bande 18, la résistance et la transparence souhaitée. L'oxyde utilisé est, de préférence, un oxyde d'indium ou d'étain. Un avantage de l'emploi d'un tel oxyde est qu'il est aisé de contrôler sa résistivité pour conférer à la bande la résistance souhaitée. En effet, la résistivité d'une telle bande croit avec le taux d'oxygène. Pour augmenter la résisti- vité d'un oxyde d'indium ou d'étain, on effectue un recuit sous atmosphère d'oxygène à une température de l'ordre de 300 à 4000C. Un autre avantage d'un oxyde d'indium ou d'étain est qu'il présente une meilleure transparence que l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). On pourra aussi, et de préférence cumulativement, utiliser comme le représente la figure 4 une couche d'oxyde, transparent et électriquement conducteur, d'épaisseur réduite pour former des bandes résistives 18'. Les figures 5 et 6 illustrent deux autres modes de réalisation d'une anode selon l'invention. Selon ces modes de réalisation, les bandes résistives et de polarisation sont tou- tes en oxyde transparent et électriquement conducteur. La figure 5 est une vue en coupe transversale de quelques bandes d'éléments luminophores constitutives d'une anode d'écran plat selon un troisième mode de réalisation de l'invention. L'anode est constituée de bandes d'électrodes 17' en oxyde transparent et électriquement conducteur dont une zone centrale 18, présentant une résistivité importante, joue le rôle de bande résistive et qui est encadrée par deux zones latérales 19' présentant une résistivité minimale et jouant le rôle de bandes de polarisation. La différence de résistivité est obtenue par un taux d'oxygène différent des zones latérales 19' et de la zone centrale 18. Pour ce faire, on forme les ban- des 17' à partir d'une couche d'oxyde, par exemple d'indium ou d'étain, de résistivité minimale. Puis, on dépose la couche d'isolement 8, par exemple en oxyde de silicium, que l'on ouvre à l'aplomb des zones centrales 18 destinées à recevoir les ban- des d'éléments luminophores 7. La couche 8 sert alors de masque pour augmenter la résistivité des zones centrales 18 en augmen- tant leur taux d'oxygène, par recuit dans un four sous atmo- sphère d'oxygène à une température de l'ordre de 400 C. La figure 6 est une vue en coupe transversale de quelques bandes d'éléments luminophores constitutives d'une anode d'écran plat selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. L'anode est, ici encore, constituée de bandes d'élec- trodes 17' en oxyde transparent et électriquement conducteur dont une zone centrale 18', présentant une résistivité impor- tante, joue le rôle de bande résistive et qui est encadrée par deux zones latérales 19' présentant une résistivité minimale et jouant le rôle de bandes de polarisation. Mais ici, la résisti- vité est identique pour les zones centrales 18' et latérales 19' et correspond, de préférence, à une résistivité minimale. La résistance importante des zones centrales 18' est obtenue en conférant à ces zones une faible épaisseur. La couche d'isole- ment 8 sert de masque de gravure des zones centrales 18'. Pour améliorer la protection des éléments luminopho- res les plus proches des bandes de polarisation, on peut, selon un cinquième mode de réalisation représenté à la figure 7, pré- voir un débordement de la couche d'isolement 8 sur les bandes résistives. On crée ainsi, entre les bandes de polarisation et les zones centrales 18', une zone résistive intermédiaire 18" dépourvue d'éléments luminophores et protégée par la couche 8. Un tel débordement est, par exemple, réalisé au moyen d'un positionnement relatif du masque de définition des bandes résistives et du masque de gravure de la couche 8. A la figure 7, les bandes de polarisation ont été représentées sous la forme de bandes métalliques, par exemple en aluminium. On pourra également utiliser en guise de bandes de polarisation, des zones latérales 19' de bandes d'oxyde comme dans les modes de réalisation représentés aux figures 5 et 6. Bien entendu, tous les modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés au sein d'une même bande d'électrode. Ainsi, on peut par exemple prévoir des bandes en oxyde transparent et électriquement conducteur qui présentent une forte résistivité dans une zone centrale encadrée par des bandes de polarisation, par exemple en aluminium. Ces bandes de polarisation sont déposées sur des zones latérales d'oxyde. On utilise toujours la couche d'isolement, qui recouvre les bandes de polarisation et ainsi les zones latérales en oxyde conduc- teur et transparent, comme masque de gravure et/ou pour augmen- ter le taux d'oxygène. L'interconnexion électrique des bandes d'électrodes 17, ou 17', est illustrée par la figure 8 qui représente le schéma électrique équivalent d'un écran couleur à micropointes pourvu d'une anode selon l'invention. Cette interconnexion électrique est similaire à celle exposée en relation avec la figure 2, à la distinction près que les pistes d'interconnexion 21 relient les bandes de polarisation 19, ou 19', et non plus directement les bandes 18, ou 18', recevant les éléments lumi- nophores 7. Ainsi, l'adressage d'une anode selon l'invention peut être effectué de manière classique. Lors de la polarisation d'une ligne de grille donnée, chaque bande d'éléments luminophores 7r, 7g ou 7b est indivi- duellement protégée contre les arcs électriques par une résis- tance série Ra entre cette bande et la piste d'interconnexion 21 à laquelle elle est associée. La résistance Ra apportée par la bande résistive 18, ou 18', est d'une valeur telle qu'elle limite le courant dans la bande d'électrode 17, ou 17', à une valeur donnée choisie pour éviter l'apparition d'arcs électri- ques destructeurs, sans pour autant entraîner une chute impor- tante de la tension d'anode. La résistance Ra correspond en fait aux résistances latérales apportées, par la bande résis- tive 18, ou 18', entre les éléments luminophores 7 et les ban- des de polarisation 19, ou 19'. Sur la figure 8, on a représenté les micropointes de la cathode 1 sous la forme d'une micropointe 2 par pixel alors qu'elles sont en réalité au nombre de plusieurs milliers par pixels d'écran. Il apparaît ainsi une résistance Rk qui corres- pond à la couche résistive 11 entre les conducteurs de cathode et les micropointes. Cette résistance Rk permet d'homogénéiser l'émission électronique des micropointes 2 et d'éviter l'appa- rition de courts-circuits entre la grille 3 et les micropointes 2. La résistance Ra apportée par chaque bande résistive 18, ou 18', se trouve électriquement en série avec cette résistance Rk globalisée au niveau d'un pixel. On notera que la valeur de la résistance Ra peut être choisie nettement plus élevée que la valeur de la résistance Rk globalisée au niveau d'un pixel sans entraîner de chute de ten- sion trop importante dans les bandes résistives. En effet, la tension (de l'ordre de 400 volts) de polarisation des bandes d'anode est généralement supérieure à la différence de poten- tiel grille-cathode sur laquelle intervient la résistance Rk. La valeur de la résistance Rk est généralement de l'ordre de 500 kQ pour une tension de polarisation des lignes de grille de l'ordre de 80 volts et un potentiel Vk de polarisation des colonnes de cathode entre 0 et 30 volts. A titre d'exemple particulier, pour un besoin en cou- rant de 10 microampères par pixel qui constitue une valeur typique et pour un potentiel Va de polarisation des bandes 19, ou 19', de 400 volts, on peut utiliser des bandes 18, ou 18', présentant une résistivité de l'ordre de 200 Q.cm. De telles bandes réalisées avec une épaisseur de l'ordre de 50 nm condui- sent à une résistivité de couche de l'ordre de 40 mégohms par carré. Pour un pixel de 300 micromètres de côté, cela donne approximativement une résistance Ra globalisée d'environ 2 még- ohms. Ceci permet de limiter la chute de tension dans la bande résistive à environ 20 volts. Une telle valeur de résistivité permet d'empêcher la formation d'arcs électriques destructeurs en limitant le courant dans chaque bande 19, ou 19', à environ microampères, tout en rendant la diminution de brillance de l'écran imperceptible. On pourra en outre constater que l'adjonction de ces résistances Ra ne nuit pas à la vitesse de commutation des lignes d'anode puisque la résistance des bandes de polarisation reste faible (quelques kQ au maximum), le produit de leur résistance par la capacité des lignes d'anode (quelques nano- farad) correspond à une constante de temps très inférieure au temps de commutation de l'anode (quelques millisecondes). La limitation du courant, individuellement pour cha- que bande d'électrode d'anode, permet également d'empêcher la formation d'arcs électriques destructeurs entre deux bandes voisines qui se trouvent à des potentiels différents. Un autre avantage de la présente invention est que la résistance Ra est la même pour tous les pixels de l'écran. En effet, pour un pixel donné, cette résistance est indépendante de la distance qui sépare ce pixel de la piste d'interconnexion 21, pourvu que la résistivité des bandes de polarisation 19, ou 19', soit faible. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des constituants décrits pour les couches constitutives de l'anode pourra être remplacé par un ou plusieurs constituants remplissant la même fonction. De plus, bien que l'on ait fait référence dans la description qui précède à un écran couleur, l'invention s'ap- plique également à un écran monochrome si celui-ci comporte une anode pourvue de bandes parallèles d'éléments luminophores. L'invention s'applique également à un écran multicouleurs dans lequel des plages, ou segments, recouvrant plusieurs pixels sont dédiés à une couleur. L'invention s'applique en outre à un écran couleur dans lequel les bandes d'anode ne sont pas commu- tées mais polarisées en continu. Dans ce cas, une seule piste d'interconnexion est nécessaire mais, côté anode, les pixels sont divisés en sous-pixels, chaque sous-pixel étant dédié à une des couleurs et étant placé en regard de la bande d'anode correspondante. REVENDICATIONS 1. Anode (5) d'écran plat de visualisation, du type comportant au moins un ensemble de bandes d'éléments luminopho- res (7) déposées sur des bandes d'électrodes correspondantes séparées les unes des autres par un isolant (8) ouvert au droit des bandes d'éléments luminophores (7), et au moins un conduc- teur (21) d'interconnexion des bandes d'électrodes dudit ensem- ble, caractérisé en ce que chaque bande d'électrode (17, 17') est constituée d'une bande résistive (18, 18') destinée à rece- voir une bande d'éléments luminophores (7) et d'au moins une première bande de polarisation (19, 19') qui lui est parallèle et qui rejoint ledit conducteur d'interconnexion (21), ladite bande de polarisation (19, 19') présentant une faible résisti- vité devant celle de ladite bande résistive (18, 18') à laquelle elle est associée. 2. Anode d'écran plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bande résistive (18, 18') est associée à deux bandes de polarisation parallèles (19, 19') qui l'encadrent, chaque bande de polarisation (19, 19') rejoignant ledit conducteur d'interconnexion (21). 3. Anode d'écran plat selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites bandes résistives (18, 18') sont en oxyde non stoechiométrique transparent et électrique- ment conducteur, leur résistivité étant fixée par le taux d'oxygène que contient l'oxyde. 4. Anode d'écran plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites bandes résistives (18, 18') et lesdites bandes de polarisation (19') sont en un même matériau dont la résistivité est plus impor- tante dans une zone centrale (18, 18') destinée à recevoir les bandes éléments luminophores (7) que dans des zones latérales (19') rejoignant ledit conducteur d'interconnexion (21). 5. Anode d'écran plat selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit isolant (8) sert de masque pour une augmentation de la résistivité desdites bandes résistives (18) par recuit sous atmosphère d'oxygène. 6. Anode d'écran plat selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résistivité desdites bandes résistives (18') est fixée par l'épaisseur de ces bandes. 7. Anode d'écran plat selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit isolant (8) sert de masque de gra- vure à un processus de réduction d'épaisseur desdites bandes résistives (18'). 8. Anode d'écran plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte trois ensembles (r, g, b) de bandes résistives alternées (18, 18') portant des éléments luminophores (7) correspondant chacun à une couleur et au moins trois conducteurs d'interconnexion (21) des bandes de polarisation (19, 19') associées aux bandes résistives (18, 18') d'une même couleur. 9. Anode d'écran plat selon la revendication 8, caractérisée en ce que toutes les bandes résistives (18, 18') associées à une même piste d'interconnexion (21) présentent une même résistivité. 10. Anode d'écran plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites bandes résistives (18, 18') sont en oxyde d'indium ou d'étain.