Brevet FR2756969A1 — publié le 19980612

ECRAN D'AFFICHAGE COMPRENANT UNE SOURCE D'ELECTRONS A MICROPOINTES, OBSERVABLE A TRAVERS LE SUPPORT DES MICROPOINTES, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CETTE SOURCE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de visualisation par cathodoluminescence excitée par émission de champ, ou émission froide, et plus précisément un écran d'affichage comprenant une source d'électrons à micropointes ( microtips ) et observable à travers le support des micropointes ainsi qu'un procédé de fabrication de cette source. L'invention s' applique notamment à la réalisation d'afficheurs matriciels permettant la visualisation d'images fixes ou animées. Un écran conforme à l'invention comprend une structure cathodique partiellement transparente. Rappelons que l'intérêt d'une telle structure cathodique partiellement transparente est qu'elle permet d'observer les luminophores ( phosphors ) de l'écran du côté de leur excitation par les électrons, de récupérer ainsi davantage de lumière et donc d'améliorer le rendement lumineux de l'écran. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le principe d'observation des luminophores du côté de leur excitation est connu. Il est utilisé en particulier dans les dispositifs appelés VFDs (pour Vacuum Fluorescent Displays). Ces dispositifs ne diffèrent des écrans à micropointes que par le mode d'émission des électrons. La figure 1 des dessins annexés représente de façon schématique la structure d'un VFD. Dans ce VFD, un substrat électriquement isolant P1 et une plaque de verre P2 délimitent une zone Z dans laquelle on a fait le vide et qui est fermée sur son pourtour par un matériau étanche M. La zone Z contient des filaments chauffants F aptes à émettre des électrons par effet thermoionique. En regard de ces filaments chauffants F, des conducteurs cathodiques C en aluminium sont formés sur le substrat P1 et recouverts de luminophores P. La lumière L émise par ces derniers est observée en O à travers la plaque de verre P2. De plus, une grille G, placée entre les filaments chauffants F et les conducteurs cathodiques C, permet de moduler le courant électronique. Le principe mentionné ci-dessus est également utilisé depuis peu dans les écrans d'affichage en couleur à plasma. Le document suivant (1) demande de brevet français déposée le 27 juillet 1984 sous le n" 8411986 décrit également une structure d'écran à micropointes dans laquelle les luminophores sont observés du côté de leur excitation. Le document suivant (2) demande internationale PCT/US91/04491 de COLORAY DISPLAY CORPORATION, dont le numéro de publication internationale est W092/00600, divulgue l'observation de luminophores du côté de leur excitation et à travers une cathode transparente dans un écran à micropointes. La structure décrite dans ce document (2) est constituée de lignes et de colonnes métalliques qui sont suffisamment espacées pour que la cathode transmette 80% de la lumière. Dans ces conditions, la surface couverte par les micropointes ne représente que 1% de la surface de la cathode, ce qui réduit considérablement l'effet de moyenne et nécessite des tensions d'adressage plus élevées pour obtenir le courant électronique nécessaire. De plus, cette cathode n'a ni structure maillée ni couche résistive. Un écran d'affichage à cathode partiellement transparente munie d'une structure résistive et maillée est connue par le document suivant (3) Demande de brevet français ne9202220 du 26 février 1992 (FR-A-2687839) correspondant à EP-A0558393 et à la demande de brevet américain du 26 février 1993, numéro de série 08/022,935 (Leroux et al.) Ce document (3) est intégré à la présente description par référence. La cathode partiellement transparente décrite dans ce document (3) est fondée sur une structure de grille ajourée associée à une couche résistive transparente. Ceci est illustré par les figures 5 et 6 du document (3). Une telle structure nécessite la mise au point d'un matériau résistif qui doit à la fois avoir une résistivité convenable (de l'ordre de 103 à 104 Q.cm) et une transmission élevée dans le domaine visible (supérieure à 802). Ce matériau est difficile à réaliser et surtout à reproduire de façon contrôlée et uniforme sur de grandes surfaces. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents en proposant un écran d'affichage à micropointes qui est observable à travers le support des micropointes, cet écran ayant des conducteurs cathodiques et des grilles à structure maillée ainsi qu'une couche résistive qui est maillée selon le motif des grilles. La présente invention permet ainsi d'utiliser une couche résistive qui n' est pas nécessairement transparente. De façon précise, la présente invention a pour objet un écran d'affichage caractérisé en ce qu'il comprend une anode cathodoluminescente comprenant - un premier support, - au moins un conducteur anodique formé sur ce premier support, - au moins un matériau cathodoluminescent formé sur ce conducteur anodique, et une source d'électrons à micropointes comprenant - un deuxième support dont une face est placée en regard du matériau cathodoluminescent et qui est transparent à la lumière susceptible d'être émise par ce matériau cathodoluminescent, - des conducteurs cathodiques formés sur ladite face de ce deuxième support et maillés selon un premier motif comprenant des ouvertures, - une couche résistive formée sur ladite face de ce deuxième support, maillée selon un deuxième motif et comprenant des zones pleines disposées dans des ouvertures du premier motif, - des micropointes formées sur ces zones pleines, - des grilles électriquement conductrices qui sont maillées selon le deuxième motif, et - une couche électriquement isolante intercalée au moins entre la couche résistive et les grilles. Dans la présente invention, la couche résistive peut être transparente à ladite lumière ou peut, au contraire, être opaque à celle-ci. Cette couche résistive est par exemple en silicium amorphe, en Cr203 ou en carbure de silicium SiC. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'écran d'affichage objet de l'invention, la couche électriquement isolante est transparente à ladite lumière et s'étend au dessus des conducteurs cathodiques et de la couche résistive. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante est maillée selon le deuxième motif et peut être ou non transparente. Selon un mode de réalisation préféré de l'écran d'affichage objet de l'invention, une couche apte à empêcher la réflexion de la lumière arrivant de l'extérieur de l'écran sur ladite couche, est intercalée entre le deuxième support et les conducteurs cathodiques et entre ce deuxième support et la couche résistive. Cette couche apte à empêcher la réflexion peut être disposée entièrement sous la couche résistive ou uniquement sous les zones pleines de celle-ci, ce qui permet dans ce dernier cas d'utiliser un matériau conducteur électrique sinon il faut qu'il soit plus résistif que celui de la couche résistive. De préférence, le conducteur anodique comprend des pistes électriquement conductrices qui sont parallèles aux conducteurs cathodiques. Le conducteur anodique peut comporter un matériau réfléchissant la lumière, par exemple l'aluminium. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de la source d'électrons à micropointes faisant partie de l'écran d'affichage objet de l'invention, caractérisé en ce qu'on forme les conducteurs cathodiques maillés selon le premier motif et l'on forme la couche résistive, les micropointes, les grilles et la couche isolante de telle manière qu'au moins la couche résistive et les grilles soient maillées selon le deuxième motif. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, on forme la couche résistive maillée selon le deuxième motif, on forme la couche isolante, on forme une couche de grille sur cette couche isolante, on forme les trous destinés à contenir les micropointes dans cette couche de grille et la couche isolante, on forme ces micropointes et l'on forme les grilles maillées selon le deuxième motif à partir de la couche de grille. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de l'invention, on forme la couche résîstive, la couche isolante et une couche de grille sur cette dernière, on forme les trous destinés à contenir les micropointes dans cette couche de grille et cette couche isolante, on forme ces micropointes et l'on grave la couche de grille, la couche isolante et la couche résistive selon le deuxième motif. BRAVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique d'un VFD, la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un écran d'affichage conforme à l'invention, la figure 3A est une vue de dessus schématique de la source d'électrons à micropointes faisant partie de l'écran de la figure 2, la figure 3B est une vue en coupe schématique selon DD de la figure 3A, les figures 4 et 5 illustrent schématiquement deux procédés de fabrication d'une source d'électrons à micropointes conformément à l'invention, et la figure 6 est une vue en coupe schématique d'un autre écran d'affichage conforme à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un écran d'affichage conforme à l'invention comprend une anode cathodoluminescente et, en regard de celle-ci, une source d'électrons à micropointes qui est partiellement transparente à la lumière susceptible d'être émise par l'anode cathodoluminescente. Cette source d'électrons à micropointes comprend une structure résistive maillée du genre de celle qui est décrite dans le document (3) mais utilisant, en tant que matériau résistif, un matériau qui n'a pas besoin d'être transparent et qui peut donc être opaque, comme par exemple le silicium amorphe. Une différence essentielle de cette source avec la source d'électrons à micropointes qui est décrite dans le document (3) est que, dans le cas de la source d'un écran conforme à la présente invention, la couche résistive est maillée selon le motif des grilles ajourées faisant partie de cette source. C'est pour cette raison que le matériau résistif n'a pas besoin d'être transparent à la lumière susceptible d'être émise par la source d'électrons à micropointes, ce qui rend plus facile la fabrication de l'écran d'affichage conforme à l'invention. Le principe de la gravure d'une couche résistive apparaît dans le document suivant que l'on consultera (4) demande de brevet français n"87 15432 du 6 novembre 1987 correspondant à US-A-4,940,916. Dans la description de la figure 5 de ce document (4), une couche résistive en oxyde de fer est gravée entre les conducteurs cathodiques d'un écran d'affichage de façon à mieux isoler ces conducteurs cathodiques les uns des autres. Dans un procédé de fabrication d'un écran d'affichage conforme à l'invention, on grave une couche de matériau résistif, comme par exemple une couche de silicium amorphe, à l'intérieur des mailles que forment les conducteurs cathodiques et selon le motif des grilles de l'écran d'affichage. Cette gravure n'a aucun rôle électrique. On cherche simplement, grâce à cette gravure, à donner une certaine transmission à la source d'électrons à micropointes de l'écran d'affichage. On va décrire en faisant référence aux figures 2, 3A et 3B un exemple d'écran d'affichage conforme à la présente invention. On expliquera ensuite, en faisant référence à la figure 4, un exemple de procédé conforme à 1 invention permettant la fabrication de cet écran d'affichage. Pour faciliter la compréhension de ces figures, on a gardé sur celles-ci les mêmes références que celles qui ont été utilisées sur les figures 2a, 2b et 5 du document (3) qui est intégré à la présente description par référence, étant entendu que les figures 2, 3A et 3B des dessins annexés sont à mettre respectivement en correspondance avec les figures 5, 2a et 2b de ce document (3). La figure 3B des dessins annexés est la coupe D-D de la figure 3A des dessins annexés. L'écran d'affichage conforme à l'invention représenté schématiquement sur cès figures 2, 3A et 3B des dessins annexés comprend une source d'électrons à micropointes S et une anode cathodoluminescente A en regard de cette source S. Cette source d'électrons à micropointes S comprend un support 2 qui est transparent à la lumière susceptible d'être émise par le matériau cathodoluminescent dont est muni l'anode A. Ce support 2 est par exemple un substrat en verre et celui-ci comprend éventuellement, sur sa face destinée à se trouver en regard de l'anode cathodoluminescente, une mince couche de silice 4. Sur cette couche de silice 4 sont formés des conducteurs cathodiques 5. Ces conducteurs cathodiques 5 sont maillés selon un premier motif comprenant des ouvertures. Dans l'exemple représenté, chaque conducteur cathodique a une structure en treillis et comporte ainsi des pistes conductrices 5a qui se croisent. Ainsi chaque conducteur cathodique comporte des ouvertures 6 qui sont délimitées par ces pistes 5a. Une couche résistive 7 est formée sur la couche de silice 4 et sur les conducteurs cathodiques. Cette couche résistive est maillée selon un deuxième motif et comprend des zones pleines disposées dans des ouvertures du premier motif correspondant aux conducteurs cathodiques 5. Dans cet exemple, une couche électriquement isolante 8, qui est transparente à la lumière susceptible d'être émise par l'anode A et qui est pour ce faire par exemple en silice, recouvre les conducteurs cathodiques et la couche résistive. Dans l'exemple représenté la couche isolante se trouve ainsi intercalée entre ces conducteurs cathodiques ou la couche résistive et les grilles électriquement conductrices 10g que comprend aussi la source d'électrons à micropointes S. Ces grilles 10g sont également maillées selon le deuxième motif. Chacune des grilles 10g a sensiblement la structure d'un treillis. Le treillis de chaque grille est décalé, par rapport au treillis du conducteur cathodique, d'un demi-pas parallèlement aux lignes et d'un demi-pas parallèlement aux colonnes de la source et, au-dessus d'une zone où sont rassemblées des micropointes, cette grille a, en vue de dessus (figure 3A des dessins annexés), une surface carrée 10a qui est percée par des trous 14a et à laquelle aboutissent quatre pistes 10b faisant partie du treillis de cette grille. Sur la figure 3A des dessins annexés, la référence 11 correspond à des ouvertures qui rendent les grilles ajourées. Les micropointes référencées 12 sur les figures 2, 3A et 3B des dessins annexés sont formées sur les zones pleines de la couche résistive (maillée selon le même motif que les grilles) L'anode cathodoluminescente A comprend un support 44, un ou une pluralité de conducteurs anodiques 46 formés sur ce support 44 en regard de la source d'électrons à micropointe de l'écran d'affichage et un ou plusieurs matériaux cathodoluminescents 48 formés sur ce ou ces conducteurs anodiques 46 en regard de cette source (selon que l'on souhaite un affichage en noir et blanc ou un affichage en couleur). Les conducteurs anodiques sont préférentiellement faits d'un matériau qui réfléchit la lumière (par exemple l'aluminium) de façon à ce que toute la lumière émise aille dans la direction de l'observateur. Un espace 30 dans lequel on a fait le vide sépare la source à micropointes S de l'anode cathodoluminescente A. Un utilisateur 40 de l'écran observe, à travers le substrat transparent 2, la lumière 50 émise par le ou les matériaux cathodoluminescents de l'anode A lorsque ce ou ces matériaux sont frappés par les électrons émis par les micropointes 12 de la source S. En faisant référence à la figure 4 des dessins annexés, on explique maintenant comment fabriquer la source d'électrons à micropointes de l'écran d'affichage que l'on vient de décrire en faisant référence aux figures 2, 3A et 3B des dessins annexés. On commence par déposer sur le substrat 2 une couche en niobium, en molybdène, en tungstène, en aluminium ou en cuivre par exemple puis on grave les conducteurs cathodiques 5 à partir de cette couche. Ensuite, on dépose une couche résistive 7 par exemple en silicium amorphe, en SiC ou en Cr203 sur le substrat 2 par pulvérisation cathodique par exemple. On grave ensuite cette couche résistive 7 selon le motif choisi pour celle-ci (qui est identique à celui des grilles ajourées). Dans le cas du silicium amorphe, la couche résistive a par exemple 1 um d'épaisseur et elle est par exemple gravée par gravure ionique réactive. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on utilise pour ce faire l'équipement commercialisé par la Société NEXTRAL sous la référence NE550 et les conditions de gravure sont les suivantes - gaz de gravure : 2 et SF6, - débits : 50 cm3/s pour 02 et 50 cm3/s pour SF6, - pression : 5 millitorrs (environ 0,5 Pa), - puissance : 200 watts, - durée : 350 secondes. On dépose ensuite une couche électriquement isolante par exemple en silice 8 au-dessus des conducteurs cathodiques 5 et de la couche résistive. On dépose ensuite sur cette couche isolante 8 une couche de grille 10 par exemple en niobium, destinée à la formation ultérieure des grilles ajourées 10g. On grave ensuite des trous 15 (figure 3B) dans cette couche de grille et dans cette couche isolante 8, ces trous étant destinés à recevoir les micropointes 12. On forme alors ces micropointes. On grave ensuite la couche de grille 10 selon le motif souhaité pour obtenir les grilles ajourées 10g qui sont maillées selon le même motif que la couche résistive 7. On procède ensuite au dégagement des prises de contact sur les conducteurs cathodiques 5. Un deuxième exemple de procédé conforme à 1 invention va être maintenant décrit en faisant référence à la figure 5 des dessins annexés. Comme précédemment on commence par déposer sur le substrat 2 une couche destinée à la formation des conducteurs cathodiques maillés puis on grave ces conducteurs cathodiques maillés 5 à partir de cette couche. On dépose ensuite successivement sur le substrat 2 une couche résistive 7 puis une couche électriquement isolante 8 par exemple en silice puis une couche 10 destinée à la formation ultérieure des grilles 10g. On grave ensuite les trous 15 (figure 3B) dans la couche de grille 10 et la couche isolante 8, ces trous étant destinés à recevoir les micropointes 12. On forme ensuite ces micropointes 12 dans ces trous. On grave ensuite la couche de grille 10, la couche isolante 8 et la couche résistive 7 selon le motif choisi pour les grilles ajourées 10g. Le dégagement des prises de contact sur les conducteurs cathodiques se fait également dans cette dernière étape. Ce deuxième exemple du procédé objet de 1 invention est particulièrement intéressant car il ne comporte que trois niveaux de photolithographie au lieu des cinq niveaux qui sont nécessaires pour le procédé schématiquement illustré par la figure 4. En outre, la couche isolante 8 peut ne pas être transparente. Selon un mode de réalisation préféré schématiquement illustré par la figure 6 des dessins annexés, une couche 52, apte à empêcher la réflexion de la lumière 54 susceptible de provenir de l'extérieur de l'écran sur ladite couche, est intercalée entre le substrat 2 en verre et les conducteur cathodiques 5 et également entre ce substrat en verre 2 et la couche résistive 7 de manière à réduire les réflexions spéculaires. Cette couche 52 est par exemple en Cr203 ou en CrSiO ou en molybdène oxydé. Une telle couche 52 est déposée sur la couche 4 en silice puis est gravée par exemple de façon à ce qu'elle ne subsiste que sous les conducteurs cathodiques et sous la couche résistive. REVENDICATIONS 1. Ecran d'affichage caractérisé en ce qu'il comprend une anode cathodoluminescente (A) comprenant - un premier support (44), - au moins un conducteur anodique (46) formé sur ce premier support, - au moins un matériau cathodoluminescent (48) formé sur ce conducteur anodique, et une source d'électrons à micropointes (S) comprenant - un deuxième support (2) dont une face est placée en regard du matériau cathodoluminescent et qui est transparent à la lumière susceptible d'être émise par ce matériau cathodoluminescent, - des conducteurs cathodiques (5) formés sur ladite face de ce deuxième support et maillés selon un premier motif comprenant des ouvertures, - une couche résistive (7) formée sur ladite face de ce deuxième support, maillée selon un deuxième motif et comprenant des zones pleines disposées dans des ouvertures du premier motif, - des micropointes (12) formées sur ces zones pleines, - des grilles (10g) électriquement conductrices qui sont maillées selon le deuxième motif, et - une couche électriquement isolante (8) intercalée au moins entre la couche résistive et les grilles. 2. Ecran d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche résistive (7) est transparente à ladite lumière ou est opaque à celle-ci. 3. Ecran d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche résistive (7) est en silicium amorphe ou en Cr203 ou en SiC. 4. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante (8) est transparente à ladite lumière et s'étend au dessus des conducteurs cathodiques et de la couche résistive. 5. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante (8) est maillée selon le deuxième motif. 6. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une couche (52) apte à empêcher la réflexion de la lumière arrivant de l'extérieur de l'écran sur ladite couche est intercalée entre le deuxième support (2) et les conducteurs cathodiques (5) et entre ce ' deuxième support et la couche résistive (7). 7. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conducteur anodique (46) comprend des pistes électriquement conductrices qui sont parallèles aux conducteurs cathodiques (5) 8. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conducteur anodique comporte un matériau réfléchissant la lumière, par exemple l'aluminium. 9. Procédé de fabrication de la source d'électrons à micropointes de l'écran d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme les conducteurs cathodiques (5) maillés selon le premier motif et l'on forme la couche résistive (7), les micropointes (12), les grilles (l0g) et la couche isolante (8) de telle manière qu'au moins la couche résistive et les grilles soient maillées selon le deuxième motif. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on forme la couche résistive (7) maillée selon le deuxième motif, on forme la couche isolante (8), on forme une couche de grille (10) sur cette couche isolante, on forme les trous (15) destinés à contenir les micropointes (12) dans cette couche de grille et la couche isolante, on forme ces micropointes et l'on forme les grilles maillées (10g) selon le deuxième motif à partir de la couche de grille. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on forme la couche résistive (7), la couche isolante (8) et une couche de grille (10) sur cette dernière, on forme les trous (15) destinés à contenir les micropointes (12) dans cette couche de grille et cette couche isolante, on forme ces micropointes et l'on grave la couche de grille, la couche isolante et la couche résistive selon le deuxième motif.