Brevet FR2758000A1 — publié le 19980703

PANNEAU A PLASMA A PROTECTION RENFORCEE La présente invention concerne les panneaux à plasma, et plus particulièrement des moyens de protection permettant de mieux protéger certains éléments utilisés dans ces panneaux, contre des effets engendrés par des décharges électriques dans les gaz. L'invention concerne également un procédé pour réaliser lesdits moyens de protection. Les panneaux à plasma ou écran à plasma (appelés en abrégé PAP" dans la suite de la description) sont des écrans plats permettant de visualiser des images. Ils fonctionnent suivant le principe des décharges dans les gaz. Dans un PAP, chaque point élémentaire d'image correspond à une cellule élémentaire (ou éventuellement à plusieurs dans le cas des images couleurs). Chaque cellule comporte un espace rempli de gaz et au moins deux électrodes. L'application à ces électrodes d'une différence de potentiel appropriée, provoque une décharge électrique dans le gaz accompagnée d'une émission de lumière. Mais cette décharge électrique constitue également une source importante de particules ionisées, et le bombardement par les ions du gaz de certains éléments servant à constituer la cellule, exerce un effet néfaste sur ces éléments pouvant conduire à dégrader certaines de leurs caractéristiques et nuire au bon fonctionnement du PAP. II existe deux familles principales de PAP, les PAP dits "continu et les PAP dits " alternatif " En prenant pour exemple les PAP dits u alternatif ", il en existe de plusieurs types notamment : ceux du type à deux électrodes croisées pour définir une cellule, dont la structure et le fonctionnement sont connus par exemple par le brevet français FR 2.417.848 ; et ceux du type appelé u à structure coplanaire ", dont la structure et le fonctionnement sont décrits par exemple dans le document de brevet européen EP-A- 0.135.382. Les problèmes posés par la tenue des matériaux exposés au bombardement par les ions du gaz, sont sensiblement les mêmes dans ces différents types de PAP alternatif, et se rapportent généralement à la protection de couches diélectriques. La figure représente de manière schématique et réduite une vue en coupe d'une structure de PAP alternatif. Pour simplifier la description, le PAP représenté est du type à deux électrodes croisées pour définir une cellule. Le PAP comporte une première et une seconde dalles de verre 1,2 faisant fonction de supports. Au moins la première dalle 1 située du côté d'un observateur, doit être transparente à la lumière. Les dalles 1, 2 sont tenues écartées l'une de l'autre à l'aide de cales ou espaceurs 3, qui en outre délimitent des cellules cl, c2, c3. L'enceinte formée par les dalles 1, 2 est fermée à une extrémité par un joint de scellement j. Chaque cellule cl, c2, c3 comporte deux électrodes respectivement 5, 6 et 5,7 et 5,8, s'étendant dans des directions orthogonales : ces électrodes sont formées d'une part, par des électrodes disposées sur une face interne de la première dalle 1 et s'étendant parallèlement au plan de la figure (et dont une unique électrode 5 apparaît sur la figure) , et d'autre part, par des électrodes 6, 7, 8 disposées sur une face interne de la seconde dalle 2, et qui s'étendent perpendiculairement au plan de la figure. Pour simplifier la figure, on n'a pas représenté des éléments luminophores qui, dans les PAP trichromes, sont disposés sur la seconde dalle 2. L'espace intérieur ou espace gazeux 4 des cellules cl, c2, c3, délimité par les différents éléments cités ci-dessus, est rempli par un mélange gazeux. Dans un PAP alternatif, les électrodes ne sont pas en contact avec le gaz, elles en sont isolées par au moins une couche dite diélectrique de matériau diélectrique. Dans l'exemple représenté, une première couche diélectrique 10 recouvre l'électrode 5 disposée sur la première dalle 1, et une seconde couche diélectrique 11 recouvre les électrodes 6, 7, 8 disposées sur la seconde dalle 2. Ces couches diélectriques 10, 11 sont elles-mêmes isolées du gaz, chacune par une couche dite de protection 12, 13. Dans ces conditions, en appliquant une tension de commande d'amplitude suffisante entre les deux électrodes d'une cellule cl à c3, on provoque dans cette cellule une décharge électrique dans le gaz et une émission de lumière. L'ionisation du gaz engendrée par la décharge crée des charges, qui sont stockées par les couches diélectriques 10, il, ce qui confère au PAP un effet appelé " effet mémoire " Les ions ou charges électriques créées durant la décharge dans le gaz, sont stockées sur les couches de protection 12, 13 en regard de celle des deux électrodes qui possède le signe opposé au leur. Les charges sont séparées des électrodes par l'épaisseur d'une couche diélectrique 10,11 et par l'épaisseur d'une couche de protection 12, 13. Ces charges s'accumulent ainsi durant toute la décharge, à laquelle elles s'opposent et qu'elles finissent par interrompre. Mais ces charges subsistent après la disparition de la tension de comande, et en conséquence une décharge suivante est obtenue, en appliquant aux deux électrodes une tension de commande ayant des polarités inversées par rapport à celle de la décharge précédente, et dont l'amplitude est inférieure à celle qui serait nécessaire en l'absence de ces charges. Ceci constitue l'effet mémoire, qui est la caractéristique principale des PAP du type alternatif, caractéristique qui est obtenue par la présence des couches diélectriques sur les électrodes. Cependant, I'attraction opérée par les électrodes sur les ions du mélange gazeux des cellules, a aussi pour effet de conduire à un bombardement par ces ions des éléments et matériaux interposés sur leur trajet. Ce bombardement pourrait provoquer notamment la destruction des couches diélectriques 10, 11, si ces dernières n'étaient pas protégées par les couches de protection 12, 13. Les couches de protections 12, 13 ont pour fonction de protéger certains éléments contenus dans les cellules, du bombardement par les ions issus du gaz. A cet effet, les couches de protection 12, 13 sont interposées entre les éléments à protéger et l'espace gazeux, afin de limiter la trajectoire des ions et éviter leur impact sur les éléments à protéger, éléments qui dans le cas présent sont les couches diélectriques 10,11. Les couches de protection 12, 13 dans les PAP, sont généralement de l'oxyde de magnésium (MgO). Ces couches 12,13 doivent assurer la protection des couches diélectriques 10, 11 tout en favorisant un fonctionnement avec des tensions faibles , elles sont déposée en couche mince avec une épaisseur de l'ordre de quelques centaines de nanomètres (une épaisseur le plus souvent comprise entre 300 et 500 nanomètres), pratiquement toujours par des techniques de dépôt sous vide. Elles doivent en outre avoir un coefficient d'émission secondaire élevé. Les couches de protection 12, 13 doivent présenter une stabilité chimique suffisante pour leur éviter d'être elles-memes dissociées sous l'action du bombardement par les ions du gaz. Enfin ces couches 12, 13 doivent avoir une faible vitesse d'érosion, malgré le bombardement auquel elles sont soumises. Actuellement les couches de protection 12, 13 en oxyde de magnésium (MgO) sont considérées comme étant parmi les plus stables. Elles sont cependant sensibles au bombardement par les ions du gaz, plus ou moins bien entendu selon la nature des mélanges de gaz utilisés : par exemple les ions du Xénon (utilisé couramment dans les mélanges de gaz pour les PAP trichromes) ont une action particulièrement néfaste, et augmentent encore la vitesse d'érosion de ces couches. En fait, d'une manière générale, la durée de fonctionnement des PAP (de l'ordre à ce jour de 10.000 heures) est très fortement dépendante de la vitesse d'érosion des couches de protection 12,13. La présente invention propose une nouvelle composition des couches de protection dans les PAP, composition qui permet d'augmenter de manière importante la résistance au bombardement ionique auquel ces couches sont soumises, et donc d'augmenter dans le temps leur stabilité et la protection qu'elles assurent. Dans cette nouvelle composition, on retrouve l'oxyde de magnésium et donc une grande partie des qualités qui sont attachées à ce composé, avec en plus des qualités de résistances qui sont conférées par un autre corps. Suivant l'invention, un panneau à plasma comportant un réseau de cellules, chaque cellule comportant un espace gazeux, au moins deux électrodes, I'application aux deux électrodes d'une différence de potentiel provoquant une décharge électrique dans le gaz de la cellule correspondante, ladite décharge électrique donnant naissance à des ions issus du gaz, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une couche dite de protection constituée par un mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). L'invention concerne également un procédé permettant de réaliser une couche de protection dans un panneau à plasma comportant un réseau de cellules, chaque cellule comportant un espace gazeux et au moins deux électrodes, I'application aux deux électrodes d'une différence de potentiel provoquant une décharge électrique dans le gaz de la cellule correspondante, ladite décharge électrique donnant naissance à des ions issus du gaz, le procédé étant caractérisé en ce que pour déposer dans chaque cellule une couche de protection destinée à résister à l'impact des ions, il consiste à évaporer simultanément de l'oxyde de magnésium (MgO) et de l'oxyde de calcium (CaO) de manière à constituer une solution solide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence à la figure unique annexée, déjà décrite, qui représente un panneau à plasma auquel peut s'appliquer l'invention Conformément à l'invention, les couches de protections 12, 13 montrées dans la figure sont constituées par un mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). Dans un tel mélange, la concentration en oxyde de calcium (CaO) peut être comprise entre 1% et 40% en fraction molaire. Des résultats particulièrement intéressants ont été obtenus avec une concentration de 30% en fraction molaire. Des essais ont montré que par rapport à une couche de protection constituée suivant l'art antérieur, et pour sensiblement des mêmes épaisseurs de couche, la vitesse d'érosion d'une couche de protection conforme à l'invention, quand elle est exposée au bombardement par les ions du gaz d'une cellule, est beaucoup plus faible et confère au PAP une durée de vie plusieurs fois plus longue. Cela peut s'expliquer par le fait que les atomes de calcium sont plus lourds que les atomes de magnésium : la masse molaire du calcium est égale à 40, et la masse molaire du magnésium est égale à 24. Par suite, L'oxyde de calcium est moins sensible à l'action des ions créés par la décharge dans le gaz, que l'oxyde de magnésium. La réalisation d'une telle couche de protection par un mélange hétérogène d'oxyde de magnésium et d'oxyde de calcium peut cependant ne pas avoir suffisamment de stabilité à l'air. L'oxyde de calcium est hygroscopique et la couche peut se dégrader en présence d'eau ou de vapeur d'eau. Pour tourner ces difficultés, I'invention propose de former une phase qui soit un mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO), c'est à dire de constituer une solution solide d'oxyde de magnésium et d'oxyde de calcium. Dans le réseau cristallin de l'oxyde de magnésium, une part des atomes de magnésium est alors remplacée par des atomes de calcium. On conserve la structure cristalline de l'oxyde de magnésium, avec un paramètre de maille modifié par l'échange magnésiumcalcium. On peut réaliser des couches de protection constituées par une telle solution solide, en évaporant simultanément de l'oxyde de magnésium et de l'oxyde de calcium, par exemple par une méthode d'évaporation sous vide. Ceci peut être obtenu par exemple: - soit en évaporant un mélange hétérogène des deux composés oxyde de magnésium et oxyde de calcium - soit en évaporant une solution solide d'oxyde de magnésium et d'oxyde de calcium - soit par co-évaporation (c'est à dire par évaporation simultanée) d'oxyde de magnésium d'une part et d'oxyde de calcium d'autre part. On peut ainsi déposer une couche du mélange d'oxyde de magnésium et d'oxyde de calcium, dans laquelle la concentration en oxyde de calcium peut atteindre environ 40%, comme il a déjà été indiqué plus haut. La description de l'invention a été faite en référence à la figure jointe, dans laquelle est représenté un panneau à plasma du type alternatif. Ce panneau à plasma comporte des couches de protection 12, 13 pour lesquelles l'invention propose d'une part, une nouvelle composition, plus efficace pour la protection vis à vis des ions issus du gaz de la cellule, et propose d'autre part un procédé permettant de réaliser ces couches de protection avec la composition conforme à l'invention. II est à remarquer cependant, que les décharges dans le gaz des cellules des panneaux à plasma du type continu sont également productrices d'ions issus du gaz, et que par conséquent, I'invention peut s'appliquer à tous les types de panneaux à plasma, y compris si nécessaire à ceux du type continu. REVENDICATIONS 1 - Panneau à plasma comportant un réseau de cellules (cl, c2, c3), chaque cellule comportant un espace gazeux (4), au moins deux électrodes (5, 6, 7, 8), I'application aux deux électrodes d'une différence de potentiel provoquant une décharge électrique dans le gaz de la cellule (cl à c3) correspondante, ladite décharge électrique donnant naissance à des ions issus du gaz, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une couche dite de protection (12, 13) constituée par un mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). 2 - Panneau à plasma suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO) constitue une solution solide d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). 3 - Panneau à plasma suivant l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO) comporte une proportion d'oxyde de calcium (CaO) comprise entre 1% et 40% en fraction molaire. 4 - Panneau à plasma suivant l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le panneau à plasma est du type alternatif. 5 - Panneau à plasma suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes (5, 6, 7, 8) des cellules (cl, c2, c3) sont isolées de l'espace gazeux (4) et sont recouvertes d'une couche diélectrique (10, 11), et en ce que chaque couche diélectrique est elle-même recouverte d'une couche de protection (12, 13). 6 - Procédé pour la réalisation d'une couche de protection (12, 13) dans un panneau à plasma suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, le panneau à plasma comportant un réseau de cellules (cl, c2, c3), chaque cellule comportant un espace gazeux (4) et au moins deux électrodes (5, 6, 7, 8), I'application aux deux électrodes d'une différence de potentiel provoquant une décharge électrique dans le gaz de la cellule (cl à c3) correspondante, ladite décharge électrique donnant naissance à des ions, le procédé étant caractérisé en ce que pour déposer dans chaque cellule (cl, c2, c3) une couche de protection (12, 13) destinée à résister à l'impact des ions, il consiste à évaporer simultanément de l'oxyde de magnésium (MgO) et de l'oxyde de calcium (CaO) de manière à constituer une solution solide. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la concentration en oxyde de calcium (CaO) est comprise entre 1% et 40% en fraction molaire. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il consiste à évaporer un mélange hétérogène d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). 9 - Procédé suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il consiste à évaporer une solution solide d'un mélange d'oxyde de magnésium (MgO) et d'oxyde de calcium (CaO). 10 - Procédé suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il consiste à évaporer simultanément, d'une part de l'oxyde de magnésium (MgO) pur, et d'autre part de l'oxyde de calcium (CaO) pur.