Brevet FR2727241A1 — publié le 19960524

L'invention concerne des dispositifs de visuali- sation à panneau plat, et plus particulièrement des procédés pour créer les structures d'entretoisement qui peuvent procurer un support s'opposant à la pression atmosphérique5 sur le visuel à panneau plat sans affecter la définition de 1 'image. Il est important, dans des visuels à panneau plat du type à cathode à émission de champ, qu'une cavité vidée d'air soit maintenue entre une surface de cathode émettant10 des électrons et sa face d'anode de visualisation correspon- dante (également appelée anode, écran cathodoluminescent, écran de visualisation, dalle ou électrode de visualisation). Il existe une différence de tension relativement élevée (par exemple généralement supérieure à 300 volts) entre la surface d'émission de cathode (également appelée électrode de base, plaque de base, surface émettrice, surface de cathode) et l'écran de visualisation. Il est important d'éviter un claquage électrique catastrophique entre la surface d'émission d'électrons et la face d'anode de visuali- sation. En même temps, un écartement réduit est nécessaire entre les plaques pour maintenir la minceur souhaitée de la structure et obtenir une haute définition de l'image. L'écartement doit également être uniforme pour l'obtention d'une définition et d'une luminosité constantes de l'image, ainsi que pour éviter une déformation du visuel, etc. Un écartement inégal risque beaucoup plus de se produire dans un visuel du type plat, à vide, à adressage par matrice et à cathode à émission de champ, que dans certains autres types de visuel en raison de la différence importante de pression qui existe entre la pression atmosphérique exté- rieure et la pression régnant dans la chambre vidée d'air entre la plaque de base et la dalle. La pression dans la chambre vidée d'air est habituellement inférieure à 133,32.10-6 Pa. Des visuels à petite surface (par exemple ceux ayant une diagonale d'environ 2,54 cm) ne nécessitent pas d'entretoises, car du verre ayant une épaisseur d'environ 1 mmn peut supporter la charge de la pression atmosphérique sans bombement important, mais, lorsque la surface de visualisation augmente, des supports d'entretoisement deviennent plus importants. Par exemple, un écran dont la diagonale mesure 76,2 cm est soumis à une force due à la pression atmosphérique correspondant à plusieurs tonnes. Du fait de cette énorme pression, les entretoises jouent un rôle essentiel dans la structure de visuels légers, à grande surface. Les entretoises sont incorporées entre la dalle du visuel et la plaque de base sur laquelle des pointes d'émission sont fabriquées. Les entretoises supportent la pression atmosphérique, conjointement avec des substrats minces et légers, ce qui permet d'augmenter la surface de visualisation en n'augmentant que peu ou pas l'épaisseur du substrat. Des structures d'entretoisement doivent être conformes à certains paramètres. Les supports doivent 1) être suffisamment non conducteurs pour empêcher un claquage électrique catastrophique entre le réseau de cathodes et l'anode, malgré un intervalle relativement faible entre les électrodes (qui peut être de l'ordre de 200 gm) et une différence de tension relativement élevée entre les électro- des (qui peut être de l'ordre de 300 volts ou plus); 2) présenter une solidité mécanique telle qu'ils empêchent le visuel à panneau plat de s'effondrer sous l'effet de la pression atmosphérique; 3) présenter une stabilité sous l'effet d'un bombardement d'électrons, car des électrons sont générés à chacun des pixels; 4) être capables de supporter des températures d'"étuvage" d'environ 400 C qui sont demandées pour engendrer le vide poussé entre la dalle et la plaque arrière du visuel; et 5) être d'une largeur suffisam- ment petite pour ne pas affecter de façon visible l'opération de visualisation. Les entretoises et procédés actuels présentent plusieurs inconvénients. Des procédés utilisant la séri- graphie, l'impression par stencil ou des billes de verre sont affectés d'une inaptitude à produire une entretoise ayant un facteur de forme suffisamment élevé. Les entretoises formées par ces procédés sont soit trop courtes pour supporter les tensions élevées, soit trop larges pour ne pas interférer10 avec l'image affichée. L'attaque chimique par ions réactifs (R.I.E.) et l'attaque chimique au plasma de matières déposées sont affectées d'une production lente (c'està-dire d'un long temps de fabrication), de vitesse d'attaque faibles et d'une dégradation des masques d'attaque. Des composés organiques photoactifs définis par lithographie aboutissent à la formation d'entretoises qui ne sont pas compatibles avec les conditions de vide poussé ou de températures élevées caracté- ristiques de la fabrication de visuels à panneau plat à émission de champ. Un aspect de l'invention concerne un procédé pour former des entretoises utiles dans des visuels à grande surface. Le procédé comprend les étapes qui consistent à former des faisceaux comprenant des brins de fibres maintenus assemblés par un liant, à couper les faisceaux en tranches, à coller les tranches sur une plaque à électrode du visuel, et à éliminer le liant. Un autre aspect de l'invention consiste en un procédé de fabrication de microcolonnettes comprenant les étapes qui consistent à former un faisceau de fibres de verre maintenues assemblées par un liant et à couper les faisceaux de fibres de verre. Les extrémités des fibres de verre sont polies, après quoi le liant proche des extrémités des fibres de verre est éliminé par attaque chimique. On dispose les tranches sur une plaque qui résiste à la pression atmosphéri- que dans un visuel à panneau plat. Le liant est ensuite éliminé, formant ainsi des microcolonnettes. Un autre aspect de la présente invention consiste en un procédé de fabrication de structures de support à facteur de forme élevé, consistant à imprimer un adhésif sur une plaque d'électrode d'un visuel à vide, à disposer des tranches sur l'adhésif, les tranches comprenant des fibres, et à utiliser ensuite certaines des fibres en tant que support physique dans une cavité du visuel vidée d'air. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un pixel représentatif d'un visuel à émission de champ comportant une dalle à écran à luminophores, scellée sous vide sur une plaque de base qui est supportée par une entretoise formée selon le procédé de l'invention; la figure 2A est une vue en perspective schémati- que avec coupe transversale d'un faisceau de fibres fabriqué conformément au procédé de l'invention; la figure 2B est une vue schématique en perspec- tive avec coupe suivant la ligne 2-2, montrant une tranche du faisceau de fibres de la figure 2, fabriquée conformément au procédé de l'invention; la figure 3 est une coupe transversale schémati- que à échelle agrandie de la tranche du faisceau de fibres de la figure 2A, fabriquée sur le procédé de l'invention; la figure 4 est une vue en perspective schémati- que avec coupe de la plaque d'électrodes d'un visuel à panneau plat, sur lequel les tranches de la figure 3 ne sont pas disposées; la figure 5 est une vue en perspective schémati- que avec coupe partielle d'une plaque d'électrodes d'un visuel à panneau plat sur lequel les tranches de la figure 3 sont disposées; et la figure 6 est une vue schématique en perspec- tive avec coupe partielle d'une structure de supports d'entretoisement fabriquée selon le procédé de l'invention. En référence à la figure 1, celle-ci montre un visuel représentatif à émission de champ utilisant un segment 22 de visualisation. Chaque segment 22 de visualisation est capable de présenter un pixel d'information, ou une partie de pixel, par exemple un point vert d'un pixel formé d'un triplet de luminophores rouge/vert/bleu pour la reproduction de couleurs intégrales. Une couche de silicium sert avantageusement de site d'émission sur un substrat 11 de verre. En variante, une autre matière capable de conduire un courant électrique est présente sur la surface d'un substrat afin de pouvoir être utilisée pour former le site 13 d'émission. Le site 13 d'émission de champ a été formé sur le dessus du substrat 11. Le site 13 d'émission est une protubé- rance qui peut avoir diverses formes, telles qu'une forme pyramidale, conique ou autre forme géométrique ayant une micropointe fine pour l'émission d'électrons. Une structure de grille entoure la microcathode 13. Lorsqu'une diffé- rence de tension est appliquée par une source 20 entre la cathode 13 et la grille 15, un flux d'électrons 17 est émis vers un écran 16 revêtu de luminophores. L'écran 16 est une anode. Le site 13 d'émission d'électrons est intégré au substrat 11 et sert de cathode. Une électrode de commande 15 sert de structure de grille pour appliquer un potentiel de champ électrique à sa cathode respective 13. Une couche isolante 14 en diélectrique est déposée sur la cathode conductrice 13, laquelle cathode 13 peut être formée à partir du substrat ou à partir d'un ou plusieurs films conducteurs déposés, tels qu'une couche double de chrome et de silicium amorphe. L'isolateur 14 présente également une ouverture à l'emplacement du site d'émission de champ. Des structures 18 de support d'entretoisement localisées sont disposées entre la dalle 16 et la plaque de base 21 et fonctionnent de façon à supporter la pression5 atmosphérique qui est présente sur la dalle 16 à électrode et la plaque de base 21, par suite du vide qui est établi entre la plaque de base 21 et la dalle 16 pour le fonctionnement approprié des sites émetteurs 13. La plaque de base 21 de l'invention comporte un réseau, à adressage matriciel, de sites d'émission 13 à cathodes froides, le substrat 11 sur lequel les sites d'émission 13 sont formés, les couches isolantes 14 et la grille 15 d'anode. Le processus de l'invention procure un procédé pour la fabrication de structures de support à facteur de forme élevé afin qu'elles fonctionnent en tant qu'entretoises 18. En bref, le processus de l'invention est une approche utilisant des fibres. On passe de l'état de fibres brutes à l'état d'entretoise assemblée 18 par un certain nombre d'étapes de traitement. Dans une forme de réalisation, des fibres de verre de 25 gm de diamètre sont mélangées avec des fibres organiques 27 telles que des fibres de Nylon ou de poly- méthacrylate de méthyle (PMMA) et un faisceau 28 est formé, comme montré sur les figures 2A, 2B et 3. Les fibres 27 de PMMA aident à maintenir une distance sensiblement uniforme entre les fibres de verre 18. Dans une autre forme de réalisation, un liant entre fibres (non représenté), pouvant être éliminé, tel qu'une cire soluble dans l'acétone, est ajouté pour maintenir assemblées les fibres 18. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le faisceau 28 de fibres est formé à l'aide d'une matrice pouvant être dissoute. Certains exemples de matrices dissolubles comprennent, à titre non limitatif: a. une résine plastique acrylique-acryloide dans un solvant formé d'acétone et de toluène; b. la protéine de mais "ZeinTM" dans un solvant à base d'IPA/eau qui est un enrobage pour aliments et produits pharmaceutiques; c. acryloide/ZeinTM, qui est un système à deux couches; d. réserve d'alcool polyvinylique (PVA) dans de l'eau; e. alcool polyvinylique (PVA) avec du dichromate d'ammonium (ADC) dans de l'eau; et f. une cire, telle que celle produite par la firme Kindt- Collins, Corp. Un point important concernant les entretoises 18 dans des visuels à émetteurs de champ est le risque d'accumu- lation d'électrons parasites sur la surface d'une entretoise 18, purement isolante, avec le temps, finissant par aboutir à une décharge disruptive violente provoquant une destruction du panneau. Etant donné que le procédé de l'invention est basé sur des fibres 18, il se prête donc de lui-même à la possibilité avantageuse d'utiliser des fibres revêtues (non représentées) ou des fibres ayant une surface traitée avant la formation de faisceaux. Un revêtement provisoire est utilisé afin que le revêtement, pouvant être enlevé, qui assure l'espacement des fibres 18, puisse être appliqué à des fibres individuelles avant qu'elles soient formées en un faisceau, ou à plusieurs fibres 18 à la fois dans un faisceau 28, ou à proximité étroite les unes des autres. Par consé- quent, l'espacement des fibres 18 constituant le faisceau 28 est réalisé par l'utilisation d'un revêtement amovible. Les fibres 18 peuvent également utiliser un revêtement permanent afin de présenter une résistivité très élevée, sur la surface, mais sans être purement isolant, afin que les fibres revêtues 18 permettent une très légère fuite avec le temps, empêchant ainsi l'amorçage d'un arc destruc- teur. Du silicium hautement résistif constitue un exemple de revêtement mince pouvant être utilisé sur les fibres 18. Dans une autre variante de réalisation, les fibres de verre 18 et les fibres 27 de PMMA solubles dans l'acétone sont utilisées ensemble dans un faisceau 28 de fibres mélangées. Les fibres 27 de PMMA établissent une séparation physique entre les fibres de verre 18, et elles peuvent être dissoutes après la disposition des tranches 29 de faisceau de fibres sur les plaques 16, 21 du visuel. Un visuel à émission de champ, de format de 15,24 x 20,32 cm, avec un grand encadrement extérieur de 1,25 cm de la zone active d'observation et le premier bord, doit supporter une pression atmosphérique de compression, qui lui15 est appliquée, correspondant à une charge d'environ 400 daN. Il est intéressant de noter que pour une colonne unique de quartz de 25 pm de diamètre et de 200,m de hauteur, la charge de flambage est de 0, 0267 N. En excluant la résistance à la flexion de la dalle de verre 16, le visuel devrait avoir 151 900 colonnes 18 de 25,m x 200 Mm pour éviter que le point de flambage ne soit atteint. Avec approximativement 1 million d'inter- sections de voies d'une matrice noire 25 sur un visuel VGA en couleur, la possibilité statistique de faire adhérer ce nombre de fibres 18 est utile pour obtenir une fenêtre de traitement permettant une fabrication. Le faisceau 28 de fibres mélangées de la figure 2A est ensuite tranché en disques minces 29, comme montré sur les figures 2B et 3. Les fibres liées 28 sont tranchées sensiblement à l'épaisseur souhaitée, qui est approximative- ment de 0,20 à 0,33 mm. Dans le procédé de l'invention, on utilise une scie pour trancher le faisceau 28 de fibres en disques ou tranches 29. Des points d'adhésif 26 sont placés aux sites o doivent être disposées les entretoises 18. Les zones préfé- rées dans lesquelles on applique les points d'adhésif 26 se trouvent dans les régions 25 de matrice noire. Un système de sérigraphie est utilisé pour générer les sites prédéterminés 26 d'adhérence en plusieurs milliers d'emplacements sur la plaque 16, 21 du visuel. En variante, les sites 26 d'adhérence sont définis par lithogra- phie, ou formés par un système de distribution à deux directions perpendiculaires. La figure 4 montre une plaque 16, 21 de visualisation sur laquelle sont disposés des sites 26 d'adhérence placés dans les régions 25 de matrice noire. Les régions 25 de matrice noire sont les régions ne compor- tant pas d'émetteur 13 ou de points à luminophore. Dans ces sites 25, les colonnettes 18 de support ne déforment pas l'image présentée. Le film du type "Dupont Vacrel" est un exemple de film sec pouvant être adapté à un substrat de verre, exposé à un motif à des longueurs d'ondes d'environ 400 nm, et développé dans une solution à 1 % de K2CO3. Ce procédé donne un stencil qui peut être utilisé pour définir les points de colle 26. Après que l'adhésif excédentaire a été éliminé, le film est détaché. Ce procédé a pour avantage de pouvoir bénéficier de la précision d'un appareil de projection/ali- gnement. Deux matières qui peuvent être utilisées pour former des sites d'adhérence sont: 1) des époxydes en deux parties qui sont durcis en étant chauffés de la température ambiante jusqu'à environ 200 C. Les époxydes sont stables à court terme entre 300 C et 400 C, et plusieurs ont un bon comportement dans la plage de 500 C à 540 C; et 2) un ciment composé de silice, d'alumine et d'un liant au phosphate. Cette matière adhère très bien au verre et durcit à la température ambiante. Les tranches 29 sont disposées partout sur la plaque de visualisation 16, 21, mais les microcolonnettes 18 sont formées uniquement aux sites des points d'adhérence 26. Les fibres 18 qui entrent en contact avec les points d'adhé- rence 26 restent sur la plaque 16, 21, et les autres fibres 18 sont éliminées par un traitement suivant. Le nombre de points d'adhérence 26 est très supérieur au nombre final de microcolonnettes 18 demandées pour le visuel. Par conséquent, la mise en place des tranches 29 sur la plaque 16, 21 ne nécessite pas un degré élevé de précision de positionnement. Le nombre et l'aire des points 26 et la densité des fibres 18 dans les tranches sont choisis de façon à procurer une production raisonnable de micro- colonnettes collées 18. Une fibre 18 se lie à la plaque de visualisation 16, 21 uniquement lorsque cette fibre 18 recouvre un point d'adhérence 26, comme illustré sur la figure 6. La figure 5 montre la façon dont les disques 29 sont placés en contact avec les sites prédéterminés 26 d'adhérence sur la région 25 de matrice noire sur la dalle 16 ou dans un emplacement correspondant à la matrice noire le long de la plaque de base 21. Un traitement pour obtenir la planéité peut être effectué en ce point. Cependant, suivant la précision avec laquelle les étapes précédentes ont été effectuées, les fibres 18 peuvent soit être toutes à la hauteur correcte, soit être légèrement inégales. La plupart sont à des niveaux inégaux. Un léger polissage avec du papier abrasif ayant un numéro de grain de 500-600 assure habituellement la planéité des mats liés 29 sans provoquer de rupture ni de perte d'adhérence. La plaque de visualisation 16, 21 sur laquelle sont disposées les tranches 29 (figure 4) peut être serrée ou forcée contre une surface pour améliorer l'adhérence et la perpendicularité des fibres 18 par rapport à la plaque 16, 21. Lorsque les fibres de verre 18 sont provisoirement collées, les fibres organiques 27 et le liant entre fibres sont éliminés chimiquement. Les disques 29 illustrés sur les figures 2B et 3 et disposés sur une plaque 16, 21 de visualisation, comme montré sur la figure 5, sont ensuite brièvement exposés à un solvant organique ou à une autre substance chimique d'attaque 5 qui est sélective pour les fibres de verre 18. Une cire de montage de type K de la firme Kindt- Collins est utile en tant que liant dans un faisceau 28 de fibres pour maintenir les fibres 18 dans leurs positions relatives pendant le tranchage et ensuite pendant leur10 disposition sur une plaque de visualisation 16, 21. De l'hexane est utilisé pour dissoudre la cire de montage de type K après que les tranches 29 ont été disposées sur la plaque de visualisation 16, 21. De l'hexane peut également être utilisé pour creuser la cire jusqu'à un niveau au-dessous de celui des15 extrémités des fibres de verre 18 dans la tranche 29, avant que la tranche 29 soit disposée sur la plaque 16, 21 de visualisation, pour favoriser une adhérence sans résidu et plus sûre des fibres 18 à la plaque 16, 21 de visualisation. Les fibres de verre 18 qui ne sont pas en contact avec un site d'adhérence 26 sont ensuite délogées physique- ment, aussi, lorsque le liant entre les fibres de verre 18 est dissous afin de laisser une distribution de microcolonnettes 18 ayant un facteur de forme élevé. Ceci donne des fibres de verre 18 placées dans des positions prédéterminées, qui font saillie vers l'extérieur de la plaque de visualisation 16, 21 comme montré sur la figure 6. Les entretoises 18 sont avantageusement disposées de façon à être sensiblement perpendiculaires à la surface de la plaque 16, 21 de visualisation.30 L'utilisation selon l'invention des tranches 29 de faisceau aide notablement à obtenir une mise en place sensiblement perpendiculaire des entretoises 28. Par ailleurs, dans le cadre du procédé pour former des entretoises selon l'invention, on met de préférence en oeuvre des faisceaux comprenant des brins de fibres, dont chaque faisceau présente une section transversale ayant une longueur sensiblement comprise entre 6,35 et 50,8 mm. De préférence également, chaque brin de fibre a une longueur qui est égale à au moins cinq fois la largeur. A cet égard, la largeur préférée de chacun des brins de fibres est une largeur inférieure à 50 Mm et la longueur préférée de chacun des brins de fibres est une longueur supérieure à 0,127 mm. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention, et que le procédé, bien qu'étant décrit à titre d'exemple illustratif dans une application à un visuel d'émission de champ, peut également être appliqué à d'autres visuels à vide (tels que des visuels à panneau plat) et à d'autres dispositifs ayant besoin de supports physiques dans une cavité vidée d'air. RE'VEDICATIONS 1. Procédé pour former des entretoises pouvant être utilisées dans des visuels à grande surface, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles on forme des faisceaux (28) comprenant des brins de fibres (18) maintenus assemblés au moyen d'un liant, on coupe les faisceaux en tranches (29), on place les tranches sur une plaque (16, 21) du visuel, et on élimine le liant. 2. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant comprend au moins l'une des matières constituées par une résine plastique acrylique-acryloide dans un solvant à acétone/toluène, une protéine de mais du type "ZeinTM" dans un solvant à base d'IPA/eau, un mélange acryloide/"ZeinTM", une réserve à15 l'alcool polyvinylique (PVA) dans de l'eau, de l'alcool polyvinylique avec du dichromate d'ammonium (ADC) dans de l'eau; et une cire. 3. Procédé de fabrication de structures de support à facteur de forme élevé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles on applique un adhésif (26) sur une plaque d'électrodes (16, 21) d'un visuel à vide, on dispose des disques (29) sur l'adhésif, les disques comprenant des fibres (18) et un liant, et on élimine le liant afin de mettre les fibres à découvert. 4. Procédé pour former des entretoises pouvant être utilisées dans des visuels à vide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à former des faisceaux (28) comprenant des brins (18) de fibres, à couper les faisceaux en tranches (29), et à disposer les tranches sur une plaque (16, 21) du visuel, les fibres provenant des tranches fonctionnant en tant qu'entretoises (18). 5. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque brin de fibre a une longueur qui est égale à au moins cinq fois la largeur. 6. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 5, caractérisé en ce que la largeur de chacun des brins de fibres est inférieure à 50 gm. 7. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 5, caractérisé en ce que la longueur de chacun des brins de fibres est supérieure à 0,127 mm. 8. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 4, caractérisé en ce que les brins de fibres comprennent au moins l'une des matières constituées de verre et de polyméthacrylate de méthyle (PMMA). 9. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 4, caractérisé en ce que les brins de fibres ont un revêtement qui peut être utilisé pour maintenir une distance sensiblement uniforme entre les brins de fibres et pour assurer une fuite électrique. 10. Procédé pour former des entretoises selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau présente une section transversale ayant une longueur sensiblement comprise entre 6,35 et 50,8 mm.