Brevet FR2738392A1 — publié le 19970307

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un écran d'affichage à plasma du type comprenant : 1) un substrat généralement plan comportant un réseau de barrières rectilignes parallèles débordant du plan moyen du substrat et incorporant chacune une électrode d'un premier réseau d'électrodes de commande de l'écran, un agencement périodique de plages de produits luminophores étant formé entre chaque paire de barrières adjacentes, 2) une plaque frontale transparente disposée en face des barrières du substrat, 3) un deuxième réseau d'électrodes parallèles et coplanaires, orthogonal et adjacent aux électrodes du premier réseau dans un plan parallèle ausplan de ce premier réseau, et 4) un gaz ionisable introduit entre ce substrat et cette plaque. On connaît des écrans à plasma de ce type, notamment de US-A-4 853 590 cédé à Bell Communications Research Inc., et des demandes de brevet japonais n"J04255638 au nom de NEC et J04075232 au nom de Dai Nippon Printing. Les réseaux de barrières ou nervures parallèles évoqués ci-dessus délimitent entre elles des colonnes de pixels adressables indépendamment dans un mélange de gaz rares du type mélange de Penning enfermé entre ce substrat et la plaque frontale. Les deux réseaux orthogonaux d'électrodes permettent d'ioniser le gaz dans des pixels sélectionnés, le rayonnement ultraviolet émis par le gaz ionisé provoquant l'excitation de plages de produits luminophores associées auxdits pixels, suivant la configuration d'une image à afficher. Les écrans d'affichage à plasma font actuellement l'objet de nombreuses réalisations et études du fait qu'ils présentent des caractéristiques particulièrement intéressantes : large angle d'observation, grand format et formes plates possibles, haute définition d'image possible, affichage sans scintillation et longue durée de vie. Notamment, les écrans à électrodes portées ou noyées dans les barrières du substrat évoqué ci-dessus permettent d'obtenir une brillance élevée et un adressage particulièrement rapide. Suivant les techniques actuellement utilisées, la fabrication d'un tel écran implique de nombreuses étapes formation des réseaux d'électrodes par sérigraphie ou dépôt en phase vapeur de métal sur un substrat diélectrique tel que du verre, dépôt et cuisson de fritte diélectrique, dépôt d'oxyde protecteur tel que MgO par évaporation sous faisceau d'électrons, formation de barrières par impressions sérigraphiques multiples superposées (comme décrit par exemple dans J04075232 précitée), dépôt et cuisson des luminophores. Cette multiplicité d'étapes grève évidemment le coût de fabrication de l'écran. La fabrication des barrières par superposition de couches imprimées par sérigraphie, pour obtenir des barrières de hauteur suffisante, ne permet pas d'obtenir des barrières à flanc bien dressé du fait d'imprécisions dans la superposition des couches. En outre, les documents précités décrivent des écrans d'affichage à plasma dans lesquels lesdites barrières portent ou incorporent des électrodes. Un tel agencement permet d'améliorer la luminance et le rendement de l'écran mais sa fabrication pose un problème supplémentaire de mise en repérage desdites barrières et électrodes.Enfin, le substrat utilisé étant généralement un verre sodo-calcique, les multiples cuissons qu'impliquent le procédé de fabrication décrit ci-dessus provoquent un retrait du substrat qui affecte défavorablement la mise en repérage des diverses couches de l'écran. Il en résulte que ce procédé ne convient pas bien à la fabrication d'écrans de haute définition ou de grand format. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de fabrication d'un écran d'affichage à plasma qui ne présente aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permette, en particulier, une fabrication industrielle plus simple et donc moins coûteuse, permettant d'obtenir des barrières de bonne géométrie et correctement mises en repérage par rapport au réseau d'électrodes. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé permettant d'obtenir des écrans de poids et d'épaisseur réduits. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la description qui va suivre, avec un procédé du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce que, pour fabriquer le substrat formant partie de l'écran, a) on forme une plaque métallique généralement plane comportant des préformes assemblées des électrodes du premier réseau d'électrodes, b) on recouvre lesdites préformes avec une couche de matériau diélectrique qui se moule sur celles-ci et sur les espaces les séparant, et c) on enlève la matière de la plaque métallique qui assemble les préformes des électrodes, de manière à isoler électriquement ces dernières les unes des autres. En déposant le matériau diélectrique sur les électrodes, plutôt que les électrodes sur un tel matériau, pour constituer les barrières à électrodes du substrat, on supprime les problèmes de mise en repérage de la technique antérieure résultant de la formation d'un réseau d'électrodes sur des barrières préformées en matériau diélectrique. On simplifie et on rend ainsi moins coûteuse la fabrication industrielle d'un écran d'affichage à plasma, tout en améliorant la qualité de cette fabrication. Suivant un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on forme le deuxième réseau d'électrodes sur la plaque frontale transparente. Suivant un deuxième mode de mise en oeuvre de ce procédé, on dépose une couche d'un matériau diélectrique sur la face du substrat qui est opposée à celle dont débordent les barrières, on forme le deuxième réseau d'électrodes sur cette couche et on forme sur ce deuxième réseau une couche de protection. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - les figures 1A à 1F illustrent le procédé de fabrication d'un écran d'affichage à plasma, selon la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'une variante de l'écran obtenu par le procédé selon l'invention, et - la figure 3 est un chronogramme illustrant un procédé de commande d'adressage de l'écran obtenu par le procédé suivant l'invention. On se réfère aux figures 1A à 1F du dessin annexé pour décrire un premier mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Les figures 1A à 1F représentent schématiquement des coupes des divers éléments et couches de l'écran, prises transversalement aux barrières du substrat, chaque figure illustrant une étape du procédé de fabrication suivant l'invention. C'est ainsi que, selon celui-ci, on commence par former une plaque métallique généralement plane présentant des nervures parallèles 2l, 22, 23, etc... (voir figure 1A), débordant d'une face de la plaque 1. Ces nervures peuvent présenter, à titre d'exemple non limitatif, une hauteur de 180 pm, une épaisseur de 40 tm et un pas de 200 pm. Elles constituent des préformes d'un premier réseau d'électrodes formant partie de l'écran à plasma à réaliser. On peut obtenir une telle plaque par embossage d'une plaque métallique plane, entre deux rouleaux dont l'un est gravé suivant une géométrie complémentaire de celle à obtenir sur la plaque. Pour des raisons qui apparaîtront dans la suite, on utilise de préférence un matériau métallique ductile présentant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du verre (soit environ 80.l0-7.C-l), par exemple l'alliage DILVER P de la société IMPHY S.A., des alliages de fer, nickel cobalt, ou des alliages de fer et de nickel dont les proportions permettent d'ajuster le coefficient de dilatation thermique, par exemple l'alliage N48 ayant un coefficient de dilatation thermique de 80.10-'.C-l. Parmi les autres procédés possibles de fabrication de la plaque 1, on peut mentionner la gravure chimique de cette plaque à travers un ou plusieurs masques successifs, pour faire apparaître les préformes 2i. Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, une fois la plaque de la figure 1A obtenue, on recouvre les préformes 21 avec une couche d'un matériau diélectrique 3 qui se moule sur celles-ci et sur les espaces les séparant, comme illustré à la figure 1C. Après séparation des préformes, comme on le verra plus loin, on obtient ainsi immédiatement un substrat 4 comprenant des barrières 51 52, 53, etc... débordant du plan moyen du substrat et intégrant des électrodes 61, 62, 63, etc... (voir figure 1F).En déposant ainsi un matériau diélectrique sur du métal préformé plutôt que du métal en repérage sur un substrat diélectrique préformé, comme on le faisait dans la technique antérieure, l'invention permet de supprimer l'étape de mise en repérage, difficile et donc coûteuse à réaliser avec précision. Le dépôt d'une couche en un matériau diélectrique sur les préformes d'électrode 21 est nécessaire, car dans un écran d'affichage à plasma alternatif (dit AC-PDP suivant le sigle anglo-saxon) du type envisagé ici, le courant de décharge est limité par l'épaisseur de cette couche sur les électrodes elles-mêmes, couramment de 15 à 25 pm. Ce recouvrement de la plaque métallique 1 avec un matériau diélectrique peut être obtenu par diverses techniques telles que : le raclage, le couchage au rideau, la pulvérisation électrostatique du matériau, ou encore le dépôt, par sérigraphie ou par l'une des méthodes précitées, d'une fritte de verre, suivi de sa cuisson. A titre d'exemple non limitatif, on décrit ci-dessous un mode de mise en oeuvre de cette dernière technique. Cependant, on pourrait utiliser un matériau diélectrique autre que le verre pour autant qu'il présente des caractéristiques électriques et physico-chimiques adaptées. On constitue une fritte en mélangeant de la poudre de verre à bas point de fusion (4 50/500oC) avec un médium constitué d'un liant (de type nitrocellulose ou résine acrylique) et d'un solvant (de type alcool ou ester) de manière à constituer une pâte. Le pourcentage de la poudre de verre dans le mélange est de préférence compris entre 10 et 50 % en poids, selon le taux de remplissage que l'on recherche des espaces séparant les barrières. On dépose la pâte 6 (voir figure 1B) à la raclette sur la plaque 1 à travers un masque, comme on le pratique couramment en sérigraphie pour assurer l'uniformité de l'épaisseur de la couche de pâte déposée. On sèche et on cuit la pâte à 500/600'C pendant 30 minutes environ. L'évaporation du médium provoque une réduction de volume de la pâte.Après son retrait, le verre nappe de façon homogène les barrières 21 et les fonds séparant ces barrières. On obtient alors le substrat 4 de la figure 1C. En variante, le dépôt de la fritte sur la plaque 1 pourrait s'opérer par d'autres techniques telles que, par exemple, une pulvérisation mécanique ou électrostatique d'une suspension de la poudre de verre dans un liquide, un couchage au rideau, un trempage, une pulvérisation électrostatique de la poudre de verre sèche. Suivant l'invention (voir figure 1D), on dépose ensuite sur la surface de la couche de verre 3 du substrat 4, une couche 7 d'oxyde de magnésium MgO qui assure classiquement la protection de cette couche contre les dégradations qui pourraient autrement résulter des décharges dans le gaz qui est enfermé entre le substrat 4 et une plaque frontale, comme on le verra plus loin. La couche de MgO abaisse en outre la tension de décharge dans le gaz. Le dépôt de la couche 7 d'oxyde de magnésium peut s'opérer par pulvérisation sous faisceau d'électrons. L'étape suivante (figure 1E) consiste à déposer sur cette couche, entre les barrières 5i, des produits luminophores sur des plages sensiblement ponctuelles, groupées en motifs répétés tels que des triplets, assurant sous décharge des émissions de lumière rouge, verte et bleue par exemple, comme c'est le cas classiquement pour l'affichage d'images en couleurs. C'est ainsi qu'un tel motif peut comprendre, par exemple, trois plages adjacentes alignées Ri, Vi, Bi, situées chacune entre les barrières de trois paires de barrières adjacentes. Ces plages peuvent remonter sur les parois des barrières 5i, comme représenté, pour accroître leur surface et donc leur émission lumineuse. Les produits luminophores nécessaires peuvent être déposés par sérigraphie, suivie d'une cuisson, comme décrit dans EP-A-0 554 172 par exemple. A l'étape du procédé illustré à la figure 1F, on a représenté 1) le résultat d'une opération de séparation des préformes 2i, pour constituer les électrodes 61 adressables séparément et 2) l'assemblage du substrat résultant de cette opération avec une plaque frontale transparente 8 qui a) délimite avec le substrat 4 une enceinte et b) porte un deuxième réseau d'électrodes 10) orthogonales aux électrodes 6,. Pour séparer les préformes 2i, on peut procéder par abrasion et polissage mécanique, ou attaque et polissage chimique ou suivant une technique mixte proposée à titre d'exemple. Celle-ci consiste en une gravure et un polissage chimiques assistés mécaniquement. Pour ce faire, on utilise une polisseuse à disque rotatif, en feutre ou en textile, alimentée par une solution de gravure chargée d'un matériau abrasif. Une solution aqueuse de chlorure de fer chargée de particules de carbure de silicium de moins de 20 Mm convient. Une surveillance de la progression du polissage permet d'arrêter l'attaque du substrat 4 quand les électrodes 6 affleurent à sa surface, comme représenté à la figure 1F. La plaque frontale 8 comprend un support 9 en verre. On forme sur cette plaque le deuxième réseau d'électrodes 10j, par sérigraphie ou dépôt d'un métal en phase vapeur par exemple, et on protège ce réseau par une couche 9' d'un matériau diélectrique, par exemple une fritte de verre et une couche 11 d'oxyde de magnésium déposées comme indiqué précédemment. La plaque 8 ainsi constituée est superposée au substrat de la figure 1F, comme représenté à cette figure. Un joint annulaire (non représenté) assure l'étanchéité de l'espace compris entre les plaques. Un mélange de gaz rares du type mélange de Penning est alors injecté à une pression prédéterminée dans cette enceinte. Une matrice de cellules à décharge, correspondant à autant de pixels d'une image à afficher, se trouve ainsi constituée, chaque pixel étant délimité par une plage Ri, Vi, Bi de luminophores, encadrée par deux électrodes 61 adjacentes et centrées sur une électrode 10,. On décrira plus loin, en liaison avec la figure 3, un procédé de commande de l'allumage de chaque pixel de l'écran 3. En variante de l'écran représenté à la figure 1F, le procédé suivant l'invention permet aussi de réaliser celui représenté à la figure 2. L'écran représenté sur cette figure se distingue de celui de la figure 1F en ce que le deuxième réseau d'électrodes 10j, orthogonales aux électrodes 61, est formé sur le même substrat que ces dernières et non sur la plaque frontale 8', disposée par rapport au substrat comme la plaque 8 de l'écran de la figure 1F. Pour réaliser cette variante d'écran, on recouvre les électrodes dénudées 61 représentées à la figure 1F d'une couche de verre, pour les isoler. Pour ce faire, on peut opérer par dépôt d'une couche de fritte de verre puis cuisson de cette couche. On forme ensuite, par sérigraphie ou dépôt d'un métal en phase vapeur, un deuxième réseau d'électrodes 10'1, que l'on recouvre enfin d'une couche de protection 12 adéquate, comme représenté à la figure 2. L'assemblage du substrat ainsi constitué à la plaque frontale 8', et le remplissage de l'enceinte ainsi délimitée, s'opèrent ensuite comme décrit ci-dessus. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 1F comme de celui de la figure 2, les réseaux de plages de luminophores formées sur le substrat pourraient être constitués d'un même luminophore émettant une lumière blanche. Dans ce cas, la couleur de chaque pixel est apportée par un réseau trichrome de triplets de filtres colorés formés sur la plaque frontale 8, 8', du côté de laquelle l'image affichée est observée, ces filtres étant centrés en repérage sur les plages de luminophores formées sur le substrat, de manière que la lumière émise par ces plages passent à travers ces filtres. On se réfère maintenant à la figure 3 du dessin annexé pour décrire un processus d'adressage d'un pixel de l'écran, propre à commander l'allumage de celui-ci ou de tout autre pixel, en conformité avec une image à afficher sur cet écran. Comme on l'a vu plus haut, chaque pixel est défini par une électrode 10,, 10', du deuxième réseau, et deux électrodes adjacentes 61, 61+l du premier réseau. Le processus décrit ci-dessous s'applique au mode de réalisation de la figure 1F comme à celui de la figure 2. On part d'un état de charge du pixel considéré, résultant d'une précharge précédente. Les chronogrammes de la figure 3 représentent aux lignes 10,, l0', 61, 61+l, les commandes en tension des électrodes correspondantes et, à la ligne P, l'émission lumineuse du pixel considéré, qui n'est pas continue, comme cela apparaît à la figure. Chaque impulsion lumineuse résulte d'une décharge d'une durée typique de quelques centaines de ns, la fréquence de ces impulsions étant de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de kHz.Les trois électrodes peuvent être portées, pendant une période de cette fréquence, à une tension négative - V1 pour l'électrode 10"10'" - V2 pour les électrodes 6i, 61+l. A chaque instant, seule une des trois électrodes est négative, ce qui provoque une décharge dans le gaz, soit entre les électrodes 6i, 101, soit entre les électrodes 61+l, 10j, 10'. La fréquence de commande de l'électrode 10,, 10', est double de celle des électrodes 61, 6,+1. A chaque décharge, on observe une inversion de charge entre le fond d'une plage RI, Vi, Bi, et une des parties de cette plage qui remontent sur une des barrières, décharge qui provoque l'émission lumineuse du pixel à la fréquence indiquée ci-dessus, comme représenté à la ligne P. On peut provoquer l'allumage initial (la précharge précédente évoquée ci-dessus) en appliquant une impulsion de haute tension positive à l'électrode 10,, 10',, en même temps que l'impulsion de haute tension négative -V2 à l'électrode 6 par exemple, de la paire 6i, 61+1. Pour plus de détail concernant ce processus d'adressage, on pourra se référer à la demande de brevet japonais J04075232 précitée. Dans les modes de réalisation des figures 1F et 2, les plages de luminophores sont formées sur le substrat. En variante, ces plages pourraient être formées sur la plaque frontale 8, 8', en regard du substrat et entre les paires de barrières adjacentes. Elles pourraient encore être formées à la fois sur le substrat et sur la plaque frontale. Le procédé de fabrication suivant l'invention a permis de réaliser un substrat 4 d'une épaisseur n'excédant pas 300 pm. I1 permet donc en outre de réduire sensiblement l'épaisseur de l'écran (couramment de plusieurs mm dans la technique antérieure) et donc son poids. Ces avantages s'ajoutent à ceux mentionnés plus haut en matière de qualité et de coût de fabrication. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un écran d'affichage à plasma du type comprenant 1) un substrat (4) généralement plan comportant un réseau de barrières rectilignes parallèles (5î) débordant du plan moyen du substrat (4) et incorporant chacune une électrode (6î) d'un premier réseau d'électrodes de commande de l'écran, un agencement périodique de plages (Rs, Vi, B) de produits luminophores étant formé entre chaque paire de barrières adjacentes (5î), 2) une plaque frontale transparente (8 ; 8') disposée en face des barrières du substrat, 3) un deuxième réseau d'électrodes (10, ; 10',) parallèles et coplanaires, orthogonales et adjacentes aux électrodes (6i) du premier réseau dans un plan parallèle au plan de ce premier réseau, 4) un gaz ionisable introduit entre ce substrat et cette plaque, ce procédé étant caractérisé en ce que, pour fabriquer ledit substrat, a) on forme une plaque métallique (1) généralement plane comportant des préformes assemblées (2i) des électrodes du premier réseau d'électrodes, b) on recouvre lesdites préformes (2î) avec une couche d'un matériau diélectrique (3) qui se moule sur celle-ci et sur les espaces les séparant, et c) on enlève le matériau de la plaque métallique (1) qui assemble les préformes (2i) des électrodes de manière à isoler électriquement ces dernières les unes des autres. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau diélectrique utilisé à l'étape b) est du verre et en ce qu'on dépose sur la couche de verre une couche (7) d'oxyde de magnésium. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on dépose l'agencement de plages (Ri, Vi, B) de produits luminophores sur la couche (7) d'oxyde de magnésium. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on forme le deuxième réseau d'électrodes (10,) sur la plaque frontale (8) transparente. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dépose une couche d'un matériau diélectrique sur la face du substrat opposée à celle dont débordent les barrières, on forme le deuxième réseau d'électrodes (10',) sur cette couche et on forme sur ce deuxième réseau une couche de protection (12). 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, à l'étape a) les préformes (2î) d'électrodes sont formées par l'une quelconque des techniques du groupe constitué par l'embossage, la gravure chimique à travers un masque. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, à l'étape b), le recouvrement desdites préformes (2î) avec un matériau diélectrique est opéré par l'une quelconque des techniques du groupe constitué par : le dépôt sérigraphique d'une fritte de verre et la cuisson de la fritte, le dépôt par raclage du matériau, le couchage au rideau dudit matériau, la pulvérisation électrostatique dudit matériau. 8. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, à l'étape c), l'isolation des électrodes (6i) du premier réseau s'opère par l'une des techniques du groupe formé par : abrasion et polissage mécanique, attaque et polissage chimique, gravure et polissage chimique assistés mécaniquement. 9. Ecran d'affichage à plasma obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.