Brevet FR2761196A1 — publié le 19980925

TUBE DE POMPAGE D'UN ECRAN PLaT DE VISUALISATIoe( La présente invention concerne un écran plat de visualisation. Elle s'applique plus particulièrement à l'assemblage de deux plaques constituant respectivement le fond et la surface de 1'écran, et entre lesquelles est managé un espace interne isolé de l'extérieur. Classiquement, un écran plat émissif est constitué de deux plaques externes généralement rectangulaires, par exemple en verre. Une plaque constitue la surface de l'écran tandis que 1 'autre constitue le fond de 1 'écran, généraleeent pourvu des moyens d'émission. Ces deux plaques sont assemblées au moyen d'un joint de scellement, de façon à être espacées l'une de 1' autre. Pour un écran à effet de champ (FED) ou à micropointes, ou pour un afficheur fluorescent sous vide (VFD), on fait le vide dans l'espace séparant les deux plaques de verre, tandis que pour un écran à plasma, cet espace est rempli de gaz à faible pression. Pour simplifier la présente description, on ne considérera ci-après que les écrans à micropointes, mais on notera que la présente invention concerne, de façon générale, les divers types d'écrans susmentionnés et analogues. La figure 1 représente, schématiquement en coupe, la structure classique d'un écran à micropointes. Un tel écran à micropointes est essentiellement constitué, sur un premier substrat 1, par exemple en verre, d'une cathode à micropointes et d'une grille. Sur la figure 1, 1 'ensem- ble cathode-grille est désigné par la référence communie 2. La cathode-grille est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 3 réalisée sur un second substrat transparent 4, par exemple en verre, qui constitue la surface de l'écran. Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4940917 du Commissariat à 1' énergie Atomique. La cathode 2 et l'anode 3 sont réalisées séparément sur les deux substrats, ou plaques, 1 et 4 puis assemblées au moyen d'un joint périphérique de scellement 5. Un espace vide 6 est ménagé entre les plaques 1 et 4 pour permettre la circulation des électrons émis par la cathode 2 Jusqu'à l'anode 3. L' assemblage des plaques 1 et 4 est classiquement effectué de la manière suivante. On ---- par coller sur la cathode-grille 2 des espaceurs 7 destinés à définir 1 'espace vide 6. Ces espaceurs 7 sont, par exemple, constitués de billes de verre régulièrement réparties pour que l'espace 6 entre les plaques 1 et 4 ait une hauteur constante. La figure 2 illustre deux exemples de disposition de billes 7 dans le plan de 1'écran. Les billes 7 sont généralement réparties hors des zones actives de 1 'écran, c'est-à-dire qu'elles reposent gdnéralement entre les pixels, côté cathode. Ces billes peuvent être disposées sous la forme d'un réseau carré (partie gauche de la figure 2), ou sous une forme décalée (partie droite de la figure 2) pour diminuer leur visibilité, c'est-àdire la création de zones d'ombre sur l'écran. Une fois que les espaceurs ont été collés, on fait subir à la cathode-grille 2 un traitement thermique sous vide ayant pour objet de provoquer un dégazage de la cathode et une évaporation de la colle des espaceurs 7. Un traitement similaire est appliqué à l'anode 3, mais ici sous atxnosphère ambiante. Ce traitement a pour objet de provoquer une évaporation du carbone lié à la présence sur l'anode 3 d'éléments luminophores. On place ensuite, sur la face libre de la première plaque, un tube de pompage 8. Ce tube est classiquement en verre et est scellé, par une des ses extrémités ouvertes, au droit d'un trou ménagé dans la plaque 1 pour établir une communication avec l'espace 6. Ce tube 8 servira notamment par la suite à faire le vide dans 1 'espace 6. Le tube 8 est généralement placé dans un coin de la plaque 1, hors de sa surface utile. Puis, on dépose, sur la périphérie de la plaque 1, un joint de scellement 5, par exemple un cordon de verre fusible. On assemble alors les plaques 1 et 4 en les pressant l'une contre l'autre, la cathode-grille 2 étant en regard de l'anode 3, et en soumettant l'ensemble à une teppérature perTnet- tant le ramollissement du cordon 5. La structure obtenue est soumise, par l'intermédiaire du tube 8, à un pompage à chaud qui a pour rôle de provoquer un dégazage de 1 'espace 6. Ce dégazage est nécessaire en raison des gaz émis par les différentes couches constitutives de la cathodegrille 2 et de 1 'anode 3 pendant le scellement à chaud des plaques 1 et 4. On réalise ensuite un déverminage de l'anode 3 en excitant les micropointes de la cathode et en pompant les gaz émis par les éléments luminophores de l'anode 3 au moyen du tube 8. Le tube 8 est alors fermé à son extrémité libre, le cas échéant, après y avoir introduit un élément de piégeage d'impuretés 9, ou dégazeur, coeimuêment appelé "getter". Le rôle de ce getter 9 est d'absorber les pollutions susceptibles d'apparaitre pendant le fonctionnement ultérieur de l'écran. 12 cas échéant, le getter n'est pas logé dans le tube 8 mais à un autre endroit de l'écran comuniquant avec l'espce 6. Un inconvénient des écrans classiques est que la fermeture du tube 8 qui résulte d'une mise en fusion du verre constitutif du tube 8, produit un fort dégazage en direction de l'intérieur de l'écran. Les espèces dégazées pendant la fermeture du tube 8 sont classiquement panpées par le getter 9, une fois celui-ci activé, par exemple, par induction. Une première oenséquence est que la fermeture du tube 8 diminue oonsidérablement la durée de vie potentielle du getter de l'écran. Une deuxième oenséquence est que les surfaces de 1 'anode et de la cathode qui avaient été précédeninent décontaminées pendant le pompage réadsorbent instantanément des molécules dégazées par la fermeture du tube. Par la suite, sous l'effet du bombardement électronique, l'anode désorbe des ions qui viennent polluer la cathode, ce qui nuit à la fiabilité de 1 'écran. Un autre inconvénient des écrans classiques est que, une fois le tube fermé, il est peu commode d'intervenir sur l'écran si on s'aperçoit que l'écran n'est pas étanche ou que le vide à l'intérieur de l'écran n'est pas suffisant. En effet, on doit alors desceller le tube de pompage de la plaque 1, avec les risques de casse qu'entraîne un tel descellement, pour le remplacer par un nouveau tube ouvert permettant de remettre l'écran en pompage. La présente invention vise à pallier des inconvénients des écrans classiques, et, en particulier, à éviter les consé- quences néfastes de la fermeture du tube de pompage par fusion de son verre. La présente invention vise également à proposer un système de fermeture d'un tube de pompage d'un écran plat de visualisation qui n'entraîne pas de dégazage vers l'intérieur de l'écran lors de la fermeture du tube. La présente invention vise en outre à ce que le système de fermeture permette un reconditionnement éventuel de 1 'écran. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un écran plat de visualisation du type comportant un espace interne entre deux plaques parallèles constituant respectivement le fond et la surface de l'écran, et un tube oommuniquant avec 1' espace interne par une première extrémité, le tube étant susceptible d'être fermé, au voisinage d'une deuxième extrémité libre, au moyen d'un élément en métal ductile. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le tube est entièrement métallique, la première extrémité du tube étant soudée à une desdites plaques au droit d' un orifice de canmunication avec 1 'espace interne, au moyen d'un joint de soudure verre-métal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une embase du tube est constituée d'un métal présentant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du matériau constituant la plaque sur laquelle elle est soudée au droit d'un orifice de camnrnication avec 1 'espace. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le tube comporte une première portion en verre dont une embase est soudée à une plaque de l'écran au droit d'un orifice de oommunication avec l'espace interne, et une deuxième portion métallique, reliée à la première portion au moyen d'une soudure verre-métal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le tube est, au moins au voisinage de son extrémité libre, constitué d'un matériau métallique propre à être serti pour fermeture. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'extrémité libre du tube est non ductile et est destinée à recevoir un capuchon. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capuchon est destiné à être vissé sur l'extrémité libre du tube, un joint en métal ductile étant placé dans le fond du capuchon. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le tube et le capuchon sont en verre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capuchon est en métal non ductile, le tube étant, au moins au voisinage de son extrémité libre, en métal non ductile. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capuchon est destiné à être serti à 1'extrémité libre du tube et est en métal ductile. 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 jointes parmi lesquelles les figures 1 et 2 décrites prêcédermt'ent sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ; les figures 3 et 4 illustrent, respectivement avant et après fermeture, un premier mode de réalisation d'un tube de pompage selon la présente invention les figures 5 et 6 illustrent, respectivement avant et après fermeture, un deuxième mode de réalisation d'un tube de pompage selon la présente invention ; et la figure 7 illustre un exemple de réalisation d'espaceurs. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, les représentations des figures ne sont pas à l'échelle et seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. Une caractéristique de la présente invention est d ' ef- fectuer la fermeture d'un tube de pompage, non plus au moyen de verre, mais au moyen d'un élément métallique coooatible avec une utilisation sous vide. Une autre caractéristique de la présente invention est que la fermeture du tube est effectuée par une action mécanique et non par une action thermique. Les figures 3 et 4 représentent partiellement, en coupe transversale au niveau du tube de pompage, un premier mode de réalisation d'un écran plat de visualisation selon l'invention. comme précédemment, l'écran est constitué d'une premièvre plaque 1 constituant un substrat sur lequel sont réalises la cathode et la grille (non représentées) de l'écran et d'une deuxième plaque 4 constituant un substrat sur lequel est réalise l'anode (non représentée) de 1 'écran. Les deux plaques sont assemblées l'une à l'autre, par exemple, au moyen d'un cordon de verre fusible 5. Des espaceurs (non représentés) définissent un espace vide 6 entre les plaques 1 et 4. comme précédemment, une des plaques, généralement la plaque de cathode 1, comporte un orifice 10 destiné à cuffwuniquer avec un tube de pompage 11. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, le tube 11 est constitué d'une première portion 12 en verre dont une embase 13 est soudée, par 1'intermédiaire d'un joint de verre fusible 14 à la face arrière de la plaque 1 de façon à entourer l'orifice 10. Selon ce mode de réalisation, 1 'extrémité libre de la portion 12 est raccordée, par 1'intermédiaire d'une soudure verre-métal 15, à une portion 16 de tube métallique dont l'extrémité libre est destinée à être raccordée à l'installation de pom- page sous vide. Dans 1'exemple représenté, l'extrémité libre 16' de la portion 16 est reliée par l'intermédiaire d'un presseétoupe 17 à un tuyau 18 raccordé à une pompe à vide (non représentée). Les traitements thermiques de dégazage appliqués aux plaques 1 et 4 ne sont pas modifiés par la mise en oeuvre de la présente invention. Une caractéristique de l'invention selon le mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4 est que la fermeture du tube 11 s'effectue sur la portion métallique 16. Le matériau constitutif de la portion 16 est, selon ce mode de réalisation, choisi pour présenter une ductilité élevée après traitement thermique. I1 s' agira, par exemple, de cuivre, d'aluminium, de nickel, de platine ou analogue. On veillera cependant à ce que la portion 16 soit compatible avec une utilisation sous vide, donc que la portion 16 soit, par le matériau choisi et/ou par son épaisseur, imperméable aux composés gazeux. On pourra ainsi, par exemple, améliorer l'inçeriabilité du cuivre qui, en faible épaisseur, est perméable à l'hélium, en utilisant du cuivre argenté ou doré. La fermeture du tube 11 s'effectue, selon l'invention, au moyen d'une pince dont des mâchoires ou galets 19 viennent presser la portion 16 métallique du tube 11, jusqu'à provoquer un écrasement du tube provoquant sa fermeture par pincement. Une fois fermée (figure 4), l'extrémité libre 16' de la portion métallique 16 est détachée du reste du tube qui se présente alors sous la forme d'un tube en verre fermé par un élément métallique 16" serti. A titre de variante de réalisation, le tube 11 peut être intégralement métallique. Dans ce cas, la soudure verremétal utilisant des procédés classiques est reportée au niveau de l'assemblage du tube sur la plaque 1. De préf8ence, l'embase 13 du tube est alors constituée d'un matériau, par exemple de l'alumine, présentant un coefficient de dilatation thermique sensiblement voisin de celui du verre constitutif de la plaque 1. Le tube, ainsi formé d'une embase d'alumine et d'une portion, par exemple, en cuivre, est scellé à la plaque 1 par l'intermédiaire d'un joint de verre fusible classique, de préférence, au cours du même cycle que le scellement des plaques 1 et 4 au moyen du joint 5. Les figures 5 et 6 illustrent un deuxième mode de réalisation d'un tube de pompage 11' selon la présente invention. Aux figures 5 et 6, seule une partie de la plaque 1 de l'écran a été représentée. Selon ce mode de réalisation, le tube 11' est fermé au moyen d'un capuchon 21 rapporté sur l'extrémité libre du tube 11' après pompage. Ce capuchon est, selon l'invention, vissé ou serti sur l'extrémité du tube 11'. Comme dans le premier mode de réalisation, la fermeture est effectuée au moyen d'un élément métallique. Dans l'exemple représenté aux figures 5 et 6, cet élément métallique est constitué d'un joint 22 en métal tendre ou ductile, positionné au fond du capuchon 21 avant assemblage. Ce joint 22 est destiné à être écrasé par l'extrémité libre du tube 11' qui présente, pour ce faire et de préférecce, une forme en pointe ou une lèvre couteau. Dans le cas d'une fermeture par vissage, le tube 11' et le capuchon 21 peuvent être en verre ou en métal. Le capuchon 21 présente alors, de préférence, un tronçon 23 à surface externe non circulaire, par exemple, hexagonale, pour permettre le maintien du tube 11' pendant que l'on exerce un couple de serrage sur le capuchon 21 pour son vissage. Si le tube 11' est en métal, il ne présente cependant pas une forte ductilité dans la mesure où il n'est pas destiné à être écrasé au voisinage de son extrémité libre pour fermeture. Un avantage de prévoir un tube 11' et un capuchon 21 métalliques est que cella rend plus facile l'obtention d'une résistance adaptée aux contraintes mécaniques dues au vissage et à l'écrasement du joint 22. Dans le cas d'une fermeture par sertissage du capuchon 21 sur le tube 11', le tube 11' et le capuchon 21 sont, de préfé- rence, métalliques, le capuchon 21 étant alors d'une ductilité adaptée à son sertissage sur le tube 11' en métal non ductile. Dans ce cas, le joint 22 est optionnel, le capuchon 21 constituant directement l'élément métallique de fermeture du tube. On notera que le tube 11' peut également être un tube de verre prolongé, à son extrémité libre, par une portion métallique, ou un tube métallique dont une embase est en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est voisin de celui du verre. L'assemblage d'un tube 11' métallique sur la plaque de verre 1, ou d'une portion métallique du tube 11' sur un prolongement en verre lui-meme soudé à la plaque 1, est, canne pour le premier mode de réalisation, effectué au moyen d'une soudure verre-métal 15 classique. Un avantage de la présente invention est que la fermeture du tube de pompage, que ce soit dans le premier ou dans le second mode de réalisation, ne nécessite pas une température élevée, mais peut s'effectuer à température ambiante. Toutefois, on pourra trouer un intérêt à effectuer la fermeture à 1 'intérieur du four de traitement thermique de 1 'écran. En particulier, cela améliore encore la qualité du vide à l'intérieur de l'espace 6 en permettant une meilleure ha(é- néité de la température et un meilleur dégazage. Un autre avantage de la présente invention est que 1 'élément de piégeage d'impuretés (non représenté) logé dans le tube 11 ou dans une autre région de 1 'écran est désormais intégralement destiné à adsorber des espèces dégazées pendant le fonctionnement de l'écran. En effet, sa capacité de piégeage n'est plus affectée par un piégeage des espèces dégazées par la fermeture d'un tube en verre. Un autre avantage de la présente invention est que le raccordement de l'extrémité libre du tube de pompage à l'instal- lation de pompage sous vide peut désormais être effectué par l'intermédiaire de raccords métal-métal dont l'étanchéité est connue pour être meilleure que les presses-étoupes adaptés au raccordement d'un tube de pompage en verre à un tuyau d'une installation sous vide. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle facilite le reconditionnement éventuel de 1 'écran sans nécessiter de remplacer l'intégralité du tube de pompage. Dans le cas d'un capuchon 21 vissable, la fermeture du tube 11' est amovible. Ainsi, si on constate, au cours d'un test de l'écran terminé, un défaut d'étanchéité ou un vide insuffisant dans l'espace 6, il est désormais possible de reconditionner l'écran en ôtant le capuchon 21 du tube 11' et en remettant l'écran en pompage. On referme alors l'écran de la même manière, soit au moyen d'un nouveau capuchon, soit, au minimum, en rempla çant le joint 22 du capuchon 21. Dans le cas d'un capuchon 21 sertissable ou dans le premier mode de réalisation, le tube 11 ou 11' (ou sa portion métallique) peut être prévue d'une longueur telle qu'elle per mette de couper le tube métallique au voisinage de son extrémité libre, tout en disposant, par la suite, d'une longueur suffisante pour refermer le tube par sertissage après avoir remis l'écran en pompage. On notera que le tube 11, 11' peut, le cas échéant, être coudé pour minimiser son enxmbrement. Un autre avantage de la présente invention est que, en particulier dans le cas d'une fermeture par vissage, la longueur du tube de pompage peut être plus courte que dans le cas d'une fermeture par fusion. En effet, une telle fusion classique doit être effectuée suffisamment à distance de la plaque, en particulier, pour ne pas endamnager la soudure du tube à la plaque ni l'assemblage des plaques. Cette contrainte influant sur la longueur du tube n'existe plus selon la présente invention. Cela présente, non seulement l'avantage de permettre une réduction du volume global dans lequel s' inscrit i 'écran terminé, mais également l'avantage, avec un tube plus court, de rendre la mise sous vide de l'espace 6 plus rapide. La figure 7 illustre un exemple d'espaceurs de définition de l'espace 6. Ces espaceurs sont constitués de fils, par exemple en verre, agencés pour constituer des poutrelles ajourées 30 de section triangulaire qui sont alors disposées, par exemple, sur la plaque 1. Chaque poutrelle 30 est constituée de deux éléments tréfilés 31 en zigzag qui sont assemblés à l'aide de trois fils 32, 33, 34 en verre, rectilignes et parallèles entre eux, de façon à former une poutrelle de section triangulaire. Deux fils 32, 33 constituent la base de la poutrelle et présentent un écartement correspondant au pas d'un pixel de 1'écran ou à un multiple entier (par exemple deux) de ce pas. Les fils 32, 33 reposent hors des pixels 35. Dans un écran à micropointes, les pixels sont généralement définis par les intersections de colonnes de la cathode avec des lignes de la grille (non représentées). Des poutrelles 30 sont alors disposées selon une de ces deux directions perpendiculaires (colonne et ligne) en reposant par leurs bases sur la cathode-grille, l'anode reposant sur les pointes des poutrelles, c'est-à-dire sur les troisièmes fils 34. De préférence, l'écart entre les deux fils de base 32, 33 est un multiple pair du pas des pixels de sorte que le troisième fil 34 supportant 1' anode est situé hors des pixels. De tels espaceurs "ajourés" permettent de ne pas nuire au trajet des électrons depuis la cathode jusqu'à l'anode. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à lthomme de l'art. En particulier, le choix des matériaux métalliques constitutifs de 1 'élément de fermeture et/ou de la portion d'extrémité libre du tube de pompage dépendent du mode de fermeture (vissage ou sertissage) choisi. REVENDICATIONS 1. Écran plat de visualisation du type comportant un espace interne (6) entre deux plaques parallèles (1, 4) constituant respectivement le fond et la surface de 1 'écran, et un tube (11, 11') communiquant avec l'espace interne par une première extrémité, caractérisé en ce que le tube est susceptible d'être fermé, au voisinage d'une deuxième extrémité libre, au moyen d'un élément (16, 22) en métal ductile. 2. Écran plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (11, 11') est entièrement métallique, la première extrémité du tube étant soudée à une desdites plaques (1) au droit d'un orifice (10) de aarnunication avec 1'espace interne (6), au moyen d'un joint (15) de soudure verre-métal. 3. Écran plat selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en oe qu'au moins une embase (13) du tube (11, 11') est constituée d'un métal présentant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du matériau constituant la plaque (1) sur laquelle elle est soudée au droit d' un orifice (10) de carmu- nication avec l'espace (6). 4. Écran plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (11, 11') comporte une première portion (12) en verre dont une embase (13) est soudée à une plaque (1) de l'écran au droit d'un orifice (10) de conocication avec 1 'espace interne (6), et une deuxième portion (16) métallique, reliée à la première portion au moyen d'une soudure verre-métal (15). 5. Écran plat selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube (11) est, au moins au voisinage de son extrémité libre, constitué d'un matériau métallique (16) propre à être serti pour fermeture. 6. Écran plat selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre du tube (11') est non ductile et est destinée à recevoir un capuchon (21). 7. Écran plat selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capuchon (21) est destiné à être vissé sur l'extrémité libre du tube (11'), un joint (22) en métal ductile étant placé dans le fond du capuchon. 8. Écran plat selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube (11') et le capuchon (21) sont en verre. 9. Ecran plat selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capuchon (21) est en métal non ductile, le tube (11') étant, au moins au voisinage de son extrémité libre, en métal non ductile. 10. Ecran plat selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capuchon (21) est destiné à être serti à l'extrémité libre du tube (11') et est en métal ductile.