Brevet FR2762927A1 — publié le 19981106

ANODE D'ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION La présente invention concerne les écrans plats de visualisation, et plus particulièrement des écrans dits à catho- doluminescence, dont 1' anode porte des éléments luminescents, séparés les uns des autres par des zones isolantes, et suscepti- bles d'être excités par bombardement électronique. Ce bombarde- ment électronique nécessite que les éléments luminescents soient polarisés et peut provenir de micropointes, de couches à faible potentiel d'extraction ou d'une source thermoionique. Pour simplifier la présente description, on ne considé- rera ci-après que les écrans couleur à micropointes mais on notera que l'invention concerne, de façon générale, les divers types d'écrans susmentionnés et analogues. La figure 1 représente la structure d'un écran plat couleur à micropointes. Un tel écran à micropointes est essentiellement consti- tué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pourvue de trous 4 correspondants aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran. Le principe de fonctionnement et un mode de réalisation particulier d'un écran à micropointes sont décrits, en particu- lier, dans le brevet américain n 4 940 916 du Commissariat à 1' Énergie Atomique. La cathode i est organisée en colonnes et est consti- tuée, sur un substrat de verre 10, de conducteurs de cathode organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont disposées à l 'intérieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représente partiellement l'intérieur d'une maille et les conduc- teurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 organisée en lignes. L'intersection d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1 défi- nit un pixel. Ce dispositif utilise le champ électrique qui est créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2. Ces électrons sont ensuite attirés par des éléments luminophores 7 de l'anode 5 si ceux-ci sont convenablement polarisés. Dans le cas d'un écran couleur, l'anode est pourvue de bandes alternées d'éléments luminophores 7r, 7g, 7b correspondant chacune à une couleur (Rouge, Vert, Bleu). Les bandes sont parallèles aux colonnes de la cathode et sont sépa- rées les unes des autres par un isolant 8, généralement de l 'oxyde de silicium (SiO2). Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9, constituées de bandes correspon- dantes d'une couche conductrice transparente telle que de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes rouges, ver- tes, bleues sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que des électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis-à-vis de chacune des cou- leurs. CGénéralement, les rangées de la grille 3 sont séquen- tiellement polarisées à un potentiel de l'ordre de 80 volts, tan- dis que les bandes d'éléments luminophores (par exemple 7g en figure 1) devant être excitées sont polarisées sous une tension de l'ordre de 400 volts par l'intermédiaire de la bande d'ITO sur laquelle ces éléments luminophores sont déposés. Les bandes d'ITO, portant les autres bandes d'éléments luminophores (par exemple 7r et 7b en figure 1), sont à un potentiel faible ou nul. Les colonnes de la cathode 1 sont portées à des potentiels res- pectifs compris entre un potentiel d'émission maximale et un potentiel d'absence d'émission (par exemple, respectivement 0 et volts). On fixe ainsi la brillance d'une composante couleur de chacun des pixels d'une ligne. Le choix des valeurs des potentiels de polarisation est lié aux caractéristiques des éléments luminophores 7 et des micropointes 2. Classiquement, en dessous d'une différence de potentiel de 50 volts entre la cathode et la grille, il n'y a pas d'émission électronique, et l'émission maximale utilisée corres- pond à une différence de potentiel de 80 volts. Un inconvénient des écrans classiques est qu'ils souf- frent d'une faible durée de vie, c'est-à-dire qu'au bout d'un temps de fonctionnement relativement court (de l'ordre d'une cen- taine d'heures), la brillance de l'écran diminue considérablement et on voit même parfois apparaître des phénomènes destructeurs dus à la formation d'arcs entre la cathode et l'anode de l'écran. De plus, au bout d'un certain temps de fonctionnement, on constate que la couleur varie et ne correspond plus aux consi- gnes de commande de 1 'écran. Ce phénomène sera appelé ici "dérive de couleur". En pratique, ceci signifie que l'une au moins des bandes de matériau luminophore adjacentes aux bandes polarisées se met à présenter une luminescence. Une première technique connue pour éviter ce phénomène consiste à séparer, par des intervalles de temps brefs, les pola- risations des bandes d'anode entre deux sous-trames couleurs suc- cessives, et à appliquer une impulsion de tension négative sur la bande qui vient d'être polarisée avant de polariser positivement la bande d'anode suivante à exciter. Toutefois, cette technique présente l'inconvénient de compliquer les circuits de fourniture des tensions d'alimentation d' anode, qui sont des tensions de valeurs élevées (quelques centaines de volts), et de nuire & la brillance de l'écran. Une deuxième technique connue consiste à déposer, sur les bandes d'isolement séparant les bandes de luminophores, une couche conductricoe polarisée à un potentiel négatif ou nul. Une telle technique est décrite, par exemple, dans le document EP-A-0 635 865. Le rôle de la couche conductrice est alors d'empêcher 1'émission d'électrons secondaires par la couche isolante en SiO2, et la création d'une zone de charge positive entre deux bandes d'éléments luminophores. Toutefois, un inconvénient de cette technique est que, pour ne pas nuire à l'isolement entre les bandes d'anode, les bandes d'isolement doivent être épaisses (de l'ordre de 50pm) pour que les éléments luminophores déposés (sur une épaisseur de l'ordre de 10 pm) entre ces bandes soient enterrés par rapport à la couche conductrice. Un autre inconvénient est que la mise en oeuvre de cette technique allonge la durée de fabrication. En effet, pour être précise, la gravure de la couche de SiO2 doit être effectuée par plasma, oe qui est particulièrement long pour une telle épaisseur. Un autre inconvénient est que l'épaisseur des bandes d'isolement doit être choisie en fonction de la résistivité des éléments luminophores alors que cette résistivité peut être dif- férente d'une couleur à l'autre. En outre, les éléments luminophores sont généralement déposés par sérigraphie. Or, l'alignement du masque de sérigra- phie avec le motif de gravure est, en pratique, imparfait, de sorte que des éléments luminophores débordent souvent légèrement des trous de la couche en SiO2. Dans un tel cas, l'isolement n'est plus respecté, car ces débordements s'effectuent sur la couche conductrice. La présente invention vise à proposer une nouvelle solution aux problèmes susmentionnés de durée de vie de 1 'écran et de dérive de couleur, qui pallie les inconvénients des solu- tions connues. La présente invention vise également & proposer une solution compatible avec les procédés classiques de fabrication de l'écran et qui ne nécessite pas d'étape supplémentaire dans le procédé de fabrication de l'anode. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit une anode d'écran plat de visualisation du type comportant au moins deux ensembles de bandes parallèles alternées de oonduc- teurs d'anode revêtues d' éléments luminophores et séparées les unes des autres par des bandes d'isolement, et des bandes conduc- trices de focalisation, alignées et sensiblement centrées avec les bandes d'isolement, les bandes conductrices de focalisation ayant des largeurs inférieures à celles des bandes d'isolement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les bandes de focalisation sont polarisées à un potentiel négatif ou nul. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 1 'épaisseur des bandes d'isolement est comprise entre 1 et 5 pm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les bandes de focalisation sont déposées sur les bandes d'iso- lement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la largeur des bandes conductrices de focalisation représente entre 20 et 60% de la largeur des bandes d'isolement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les bandes de focalisation sont enterrées dans les bandes d'iso- lement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'écart entre une bande de focalisation et une bande voisine de conducteur d'anode est choisi pour supporter une différence de potentiel déterminée entre ces deux bandes voisines, la largeur des bandes conductrices de focalisation représentant, de préfé- rence, 20 à 90% de l'écart entre deux bandes voisines de conduc- teurs d'anode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les bandes de focalisation sont constituées du mime matériau que les bandes de conducteurs d'anode. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'une anode d'écran plat de visualisation dans lequel le masque de définition des bandes de conducteurs d'anode définit également le motif des bandes conductrices de focalisation. La présente invention concerne également un écran plat de visualisation comportant une cathode à micropointes et une anode constituée d'au moins deux ensembles de bandes alternées d'éléments luminophores et pourvue de bandes focalisatrices. 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: la figure i décrite précédemment est destinée à exposer 1' état de la technique et le problème posé; la figure 2 représente, partiellement et en coupe, une anode d'écran plat couleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 représente, partiellement et en coupe, une anode d'écran plat couleur selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; la figure 4 représente, en vue de dessous, une anode d'écran plat telle que représentée à la figure 3; et les figures 5A et 5B sont des vues partielles en coupe, respectivement, selon les lignes A-A et B-B de la figure 4. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé- rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, les figures ne sont pas à l'échelle, et seuls les éléments néces- saires à la compréhension de 1 'invention ont été représentés et seront décrits par la suite. La figure 2 représente, partiellement et en coupe, une anode selon un premier mode de réalisation de la présente inven- tion. Conme précdeent, 1 'anode 5' est réalisée sur un substrat 6, par exemple en verre, et est pourvue de bandes alter- nées d'éléments luminophores 7r, 7g, 7b correspondant chacune à une couleur (Rouge, Vert, Bleu). Les bandes sont séparées les unes des autres par un isolant 8, généralement de l'oxyde de silicium (SiO2). Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9r, 9g, 9b, constituées de bandes correspondantes d'une couche conductrice transparente telle que de 1 'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, des bandes conductrices additionnelles 19 sont déposées sur les bandes isolantes 8 séparant deux bandes d' éléments luminorres voisines. Selon la présente invention, la largeur des bandes additionnelles 19 est inférieure à l'espace séparant deux bandes d' éléments luminophores voisines et ne recouvre donc pas entière- ment les bandes isolantes 8. Les bandes 19 sont sensiblement cen- trées sur les bandes isolantes 8 et leur largeur représente, par exemple, 20 à 60% de la largeur des bandes 8. Selon l'invention, les bandes 19 sont polarisées à un potentiel au plus égal au potentiel minimal de polarisation de la cathode afin de créer un champ électrique repoussant les élec- trons émis par les micropointes (non représentées). Les bandes 19 ont alors un effet de focalisation des électrons émis par la cathode vers les bandes 9 portant les éléments luminophores. Ainsi, on minimise la proportion d' électrons susceptibles de bom- barder la couche d'isolement 8 subsistant entre les bandes 19 et les éléments luminophores 7 et, par voie de conséquence, 1 'accu- mulation de charges négatives en surface de cette couche 8. De plus, même si quelques électrons parviennent à atteindre les par- ties 18 accessibles de la couche 8 de part et d'autre des bandes 19, l'énergie de ces électrons est extrêmement faible (proche de 0 électronvolt) et ces électrons sont alors incapables de provoquer 1 'émission d'électrons secondaires. Un avantage de ce mode de réalisation est que les par- ties 18 d'isolant subsistant de part et d'autre de chaque bande 19 assurent l'isolement entre ces bandes conductrices addition- nelles et les bandes d'éléments luminophores sans qu'il soit nécessaire d'augmenter l'épaisseur des bandes isolantes 8. Ainsi, selon la présente invention, les bandes isolantes 8 présentent une épaisseur conforme aux procédés classiques de réalisation d'une anode d'écran plat, par exemple, comprise entre 1 et 5 pm. Un autre avantage par rapport à la technique connue du document EP-A0635865 est que les défauts d'alignement entre le masque de dépôt par sérigraphie des éléments luminophores par rapport au motif de gravure de la couche 8 n'est pas gênant. En effet, les débordements éventuels des éléments luminophores sont ici déposés sur les parties isolantes 18. L'épaisseur des bandes d'éléments luminophores est généralement de 1 'ordre de 10 pmn. Les figures 3 et 4 représentent, respectivement en coupe et en vue de dessous, un deuxième mode de réalisation d'une anode d'écran plat couleur selon la présente invention. A la figure 4, les éléments luminophores n'ont pas été représentés. Une caractéristique de ce mode de réalisation est de prévoir, entre deux bandes conductrices 9 voisines portant des éléments luminophores, une bande conductrice additionnelle 29, revêtue de la couche isolante 8 séparant les bandes 9 les unes des autres. Comme pour le premier mode de réalisation, ces bandes 29 sont polarisées à un potentiel au plus égal au potentiel mini- mal de polarisation de la cathode, afin de créer un champ élec- trique repoussant les électrons émis par les micropointes. Les bandes 29 sont sensiblement centrées entre deux bandes 9 voisines et présentent, de préférence, une largeur com- prise entre 20 et 90% de l'écart entre deux bandes voisines. Les bandes focalisatrices 29 peuvent être plus larges que dans le premier mode de réalisation. L'écart entre une bande 29 et une bande 9 est en effet uniquement lié au besoin d'isolement entre ces bandes et n'a pas besoin de garantir 1 'isolement en cas de débordement des éléments luminophores. Plus les bandes focalisa- trices sont larges, plus l'effet focalisateur est important pour un potentiel donné. A titre d'exemple particulier de réalisation, la lar- geur des bandes 9 de conducteurs d' anode est de 1 'ordre de 80 pm et 1 'écart entre deux bandes voisines de conducteurs d' anode est de l'ordre de 40 pm. De préférence, les bandes 29 sont constituées du même matériau (par exemple de 1'ITO) que les bandes 9 portant les élé- ments luminophores. Un avantage d'un tel mode de réalisation est que la réalisation d'une anode selon l'invention ne nécessite alors aucune étape supplémentaire par rapport à un procédé clas- sique de fabrication d'une anode d'écran plat. En effet, comme les bandes conductrices 29 de focalisa- tion sont enterrées dans la couche d'isolement 8, il suffit de modifier le masque de définition des bandes 9 de conducteurs d'anode pour former en même temps les bandes focalisatrices 29. De même, 1 'interconnexion des bandes 29 pour permettre leur polarisation peut alors être effectuée en même temps que sont réalisées les interconnexions des bandes 9 par ensemble de bandes de même couleur. On pourra, par exemple, utiliser un procédé de fabrica- tion tel que décrit dans le document FR-A-2 735 254, dont le contenu sera considéré comme faisant partie de la présente description. En utilisant ce procédé qui consiste à réaliser 1' interconnexion de deux ensembles de bandes conductrices de l'anode, sur un premier niveau, puis 1'interconnexion du troi- sième ensemble sur un deuxième niveau, 1 'interconnexion des ban- des 29 s'effectue sur le deuxième niveau. Les figures 5A et 5B illustrent, par des vues en coupe, prises respectivement selon les lignes A-A et B-B de la figure 4, les intercoexions des bandes 9 et 29 à leurs extrémités. On réalise, en même temps que les bandes 9 et 29, deux pistes 11 et 12 d'interconnexion des bandes 9r et 9b, une première série de plots 13 (figure 4) à des premières extrémités des bandes 9g, et une deuxième série de plots 14 à des deuxièmes extrémités des bandes 29. Puis, on dépose la couche d'isolement 8 et on grave cette couche selon le motif de dépôt en bandes 7 des éléments luminophores au droit des bandes 9 dans la zone active de l'écran, ainsi que selon le motif des plots 13 et 14. La couche 8 est également ouverte pour créer deux plots 15 et 16 (figures 5A et 5B) de raccordement des pistes 11 et 12. Les ouvertures réalisées aux droits des plots 13, 14 et , 16 sont remplies d'un matériau conducteur pour reporter les contacts au-dessus de la couche 8. On dépose alors une couche conductrice que l'on grave selon le motif de deux pistes d' interconnexion 20 et 21 des plots 13 et des plots 14, et selon le motif des plots 15 et 16 pour créer des plots 21 et 22 de raccordement des pistes 11 et 12. Un avantage de la présente invention est que la struc- ture prévue est parfaitement compatible avec les étapes d'un pro- cédé classique de fabrication d'une anode d'écran plat. Pour un écran plat couleur à micropointes dont la grille est polarisée à un potentiel d'environ 80 volts et dont les micropointes sont polarisées entre 0 volt (émission maximale) et 30 volts (absence d'émission), les bandes 19 ou 29 sont, par exemple, polarisées à un potentiel compris entre 0 et -200 volts. Plus le potentiel de polarisation des bandes focalisa- trices est inférieur au potentiel minimal de polarisation de la cathode, plus l'effet focalisateur est important. Ainsi, en choi- sissant un potentiel suffisamment négatif, on constate que tous les électrons sont repoussés de l'intervalle séparant deux bandes d'éléments luminophores. Un avantage de la présente invention est qu'elle sup- prime le phénnomne de dérive de couleur constaté sur les écrans classiques. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle améliore considérablement la durée de vie de 1 'écran en suppri- mant tous risque d'arcage entre deux bandes d'éléments luminopho- res voisines. On notera que l'invention s'applique également à un écran monochrcme dans lequel les éléments luminophores de l'anode sont portés par des électrodes d'anode organisées en deux ensem- bles de bandes alternées d' éléments luminophores de même couleur. Dans ce cas, l'invention améliore encore la résolution de l'écran qui est déjà meilleure que celle d'un écran dont l'anode est constituée d'un plan d'éléments luminophores de même couleur. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le potentiel de polarisation des bandes de focalisation et leur largeur pourront être modifiés en fonction du type d'écran et des potentiels de polarisation de ses consti- tuants. IAT IO 1. Anode (5') d'écran plat de visualisation du type comportant au moins deux ensembles de bandes (9) parallèles alternées de conducteurs d'anode revêtues d'éléments luminophores (7) et séparées les unes des autres par des bandes d'isolement (8), caractérisée en ce qu'elle comporte des bandes conductrices (19, 29) de focalisation, alignées et sensiblement centrées avec les bandes d'isolement, les bandes conductrices de focalisation ayant des largeurs inférieures à celles des bandes d'isolement. 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bandes de focalisation (19, 29) sont polarisées à un potentiel négatif ou nul. 3. Anode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur des bandes d'isolement (8) est comprise entre 1 et 5 pn. 4. Anode selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bandes de focalisation (19) sont déposées sur les bandes d'isolement (8). 5. Anode selon la revendication 4, caractérisée en ce que la largeur des bandes conductrices de focalisation (19) représente entre 20 et 60% de la largeur des bandes d'isolement (8). 6. Anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bandes de focalisation (29) sont enterrées dans les bandes d'isolement (8). 7. Anode selon la revendication 6, caractérisée en ce que 1 'écart entre une bande de focalisation (29) et une bande voisine de conducteur d'anode (9) est choisi pour supporter une différence de potentiel déterminée entre ces deux bandes voisi- nes, la largeur des bandes conductrices de focalisation représen- tant, de préférence, 20 à 90% de l'écart entre deux bandes (9) voisines de conducteurs d'anode. 8. Anode selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les bandes de focalisation (29) sont constituées du mnme matériau que les bandes (9) de conducteurs d'anode. 9. Procédé de réalisation d'une anode d'écran plat de visualisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le masque de définition des bandes (9) de conducteurs d'anode définit également le motif des bandes conductrices de foca- lisation (29). 10. Écran plat de visualisation du type comportant une cathode (1) à micropointes (2) et une anode (5') constituée d'au moins deux ensembles de bandes alternées d'éléments luminophores (7), caractérisé en ce que ladite anode comporte des bandes foca- lisatrices (19, 29) selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 8.