Brevet FR2784225A1 — publié le 20000407

SOURCE D'ELECTRONS A CATHODES EMISSIVES COMPORTANT AU MOINS UNE ELECTRODE DE PROTECTION CONTRE DES EMISSIONS PARASITES DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne une source d'électrons à cathodes émissives. Les cathodes émissives se présentent généralement sous la forme d'une pluralité de micropointes, ou plots, qui sont utilisées comme des canons à électrons. Les micropointes, ou plots, peuvent être dirigées vers une anode d'accélération garnie d'un matériau luminescent. Ce matériau, en réponse aux électrons, émet une lumière visible utilisable pour un affichage. Les micropointes, ou plots, peuvent également être dirigées vers une anode équipée d'un matériau capable d'émettre un rayonnement X en réponse à l'excitation des électrons. Aussi, l'invention trouve des applications dans la fabrication de dispositifs d'affichage à écrans plats de visualisation, dans la réalisation de tubes à rayons X ou tout autre dispositif comportant une source d'électrons à micropointes, ou à plots, ou de façon plus générale une source d'électrons avec des éléments à effet de champ. Etat de la technique antérieur La figure 1 est une coupe schématique et simplifiée d'un dispositif d'affichage à micropointe de type connu. Pour des raisons de clarté de la figure une seule micropointe est représentée. Le dispositif d'affichage réel comporte cependant une pluralité de points-image ou " pixels " et chaque pixel peut être équipé d'une ou de plusieurs micropointes. Le dispositif d'affichage de la figure 1 comprend une source d'électrons 10, dite source à cathodes émissives et un écran luminescent 12 disposé en face de la source d'électrons 10. L'écran 12 comporte un substrat transparent 14, recouvert d'une couche conductrice transparente 16 formant une anode, telle qu'une couche d'ITO (Oxyde d'Indium-Etain) par exemple, et d'une couche 18 de matériau luminescent. Le matériau luminescent émet une lumière en réponse à un bombardement par électrons. L'application d'une différence de potentiel entre certaines cathodes émissives, en l'occurrence certaines micropointes, et l'écran 12 permet de rendre lumineuses sélectivement des zones déterminées de l'écran pour y afficher une image. La source d'électrons 10 comporte un support conducteur cathodique 24 comportant, dans l'exemple illustré, une couche électriquement conductrice 26 et une couche électriquement résistive 28 qui supporte des micropointes dont une seule est représentée avec la référence 30. Dans une première région 32, le support conducteur cathodique 24 est recouvert dans l'ordre par une couche isolante 34 et une couche conductrice 36, appelée couche de grille. Ces couches entourent la micropointe 30 sans la recouvrir de façon à permettre l'émission d'électrons vers l'écran 12. La couche de grille 36, lorsqu'elle est portée à un potentiel approprié, peut servir à moduler l'intensité d'un faisceau d'électrons émis par une micropointe qu'elle entoure. Par ailleurs selon certaines possibilités de réalisation des sources d'électrons, la couche de grille, de même que la couche conductrice 26 du support cathodique peuvent être agencées sous la forme de pistes conductrices croisées. Ces pistes conductrices forment alors des lignes et des colonnes d'adressage pour des éléments d'image qui coïncident avec des plages d'intersection de ces pistes. C'est aussi dans ces plages que sont formées les micropointes, c'est-à- dire les émetteurs d'électrons. Dans la suite du texte on désigne par région active une région englobant l'ensemble des émetteurs d'électrons situés en regard d'une zone d'affichage sur l'écran luminescent. Dans l'exemple de la figure 1, la première région 32 peut être considérée dans ce sens comme faisant partie de la région active. La région active est adjacente à une ou plusieurs régions, dites régions de bordure. Les régions de bordure sont situées généralement à la périphérie de la région active et sont dépourvues de micropointes. Sur la figure 1, une région 38, dépourvue de micropointes et de couche de grille, correspond à une région de bordure. La surface de la région de bordure est formée par la couche isolante 34. Pour une description plus détaillée des sources d'électrons à cathodes émissives, et des écrans d'affichage qui en sont équipés, on peut se reporter aux documents [1], [2], [3] et [4] dont les références sont précisées à la fin de la présente description. Le document [4] décrit un tube à rayons X comportant une source d'électrons à micropointes. En dépit de l'absence de cathodes émissives, c'est-à-dire de micropointes dans la région de bordure, on peut observer dans cette région une émission de lumière parasite. Les mécanismes à l'origine de cette lumière parasite sont toutefois mal compris. Exposé de l'invention Un but de la présente invention est de proposer une source d'électrons à cathodes émissives permettant d'éviter le problème évoqué ci-dessus, c'est-à-dire permettant de réduire fortement ou d'annuler le phénomène d'émission parasite dans la ou les régions de bordure. Un autre but est de proposer une telle source d'électrons peu coûteuse à mettre en oeuvre et ne nécessitant pas d'étapes de procédé de fabrication supplémentaires par rapport aux sources classiques. Un but est aussi de proposer des écrans d'affichage ou des tubes à rayons X équipés d'une telle source d'électrons. Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet une source d'électrons à cathodes émissives comportant dans une première région, dite active, un support cathodique équipé d'éléments à effet de champ, au moins une couche d'isolation et au moins une couche de grille, les couches d'isolation et de grille recouvrant dans l'ordre le support cathodique et entourant lesdits éléments à effet de champ, et comportant dans une deuxième région, dite de bordure, adjacente à la première région, le support cathodique dépourvu d'éléments à effet de champ, et la couche d'isolation avec une surface libre. Conformément à l'invention, la source d'électrons comporte en outre au moins une couche de matériau conducteur dite " couche- écran ", isolée de la grille et déposée au-dessus de la couche d'isolation sur tout ou partie de la région de bordure. La couche-écran constitue une électrode de protection contre des émissions parasites. Les cathodes émissives sont formées par les éléments à effet de champ qui sont par exemple des micropointes. Les éléments à effet de champ sont portés par le support cathodique, qui peut être agencé de façon à former des colonnes d'adressage d'une matrice. Le support cathodique peut être formé par une couche de matériau conducteur électrique, désignée dans la suite du texte par couche conductrice. Il peut également comporter, selon un mode de réalisation avantageux, une couche de matériau résistif tel qu'une couche de silicium qui relie la couche conductrice aux micropointes. Par ailleurs, la couche conductrice peut être découpée en une pluralité de pistes parallèles qui forment les colonnes d'adressage déjà évoquées. Dans ce cas, la couche de grille peut être également agencée sous forme de pistes sensiblement parallèles entre elles, formant un angle avec les pistes de la couche conductrice et formant des lignes d'adressage. Généralement le support cathodique est disposé sur un substrat par exemple en verre. La couche-écran permet d'éviter une accumulation localisée de charges à la surface de la couche isolante dans la ou les régions de bordure. Elle réduit ainsi le risque de formation d'un arc électrique entre la couche isolante et un écran luminescent ou un écran émetteur de rayons X éventuellement associé à la source d'électrons. Une émission d'un rayonnement ou d'une lumière parasite est ainsi évitée. L'efficacité de la couche-écran peut éventuellement être améliorée en la polarisant au potentiel du support cathodique. Ainsi elle peut être reliée au support cathodique soit directement, soit par l'intermédiaire d'un moyen de limitation en courant tel qu'une résistance électrique. L'invention concerne également un dispositif d'affichage comportant une source d'électrons à cathodes émissives, et un écran luminescent formant anode, garni d'au moins un matériau luminescent, et associé à la source d'électrons pour faire face aux cathodes émissives. Selon la structure de l'écran luminescent, la couche-écran de la source d'électrons peut être située en face d'une région isolante de l'écran luminescent, en face d'une région conductrice polarisée à une tension d'accélération des électrons (anode) ou, en face d'une région conductrice de l'écran luminescent, reliée à une borne de tension cathodique, c'est-à-dire polarisée à une tension proche du potentiel de cathode. La couche-écran peut aussi être située en face d'une pluralité de régions des différents types mentionnés ci-dessus. Le choix de la structure retenue pour l'écran luminescent peut être adapté en fonction des tensions mises en oeuvre, afin d'augmenter l'efficacité de la couche-écran. Enfin, l'invention concerne également un tube d'émission de rayons X comprenant une source d'électrons à cathodes émissives, et une plaque d'anode, en un matériau capable d'émettre des rayons X en réponse à des impacts d'électrons, la plaque d'anode étant associée à la source d'électrons pour faire face aux cathodes émissives. Dans ce tube d'émission de rayons X, la source d'électrons est conforme à la description ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des figures La figure 1, déjà décrite, est une coupe schématique, simplifiée et partielle d'un dispositif d'affichage classique. Les figures 2 et 3 sont des coupes schématiques, simplifiées et partielles d'un dispositif d'affichage conforme à l'invention. La figure 4 est une coupe schématique, simplifiée et partielle d'un tube à rayons X conforme à l'invention. Les figures 5 et 6 sont des vues de dessus simplifiées et à plus petite échelle de sources d'électrons conformes à l'invention. Description détaillée de procédés de mise en oeuvre de l'invention Pour des raisons de simplification, les exemples décrits ci-après se rapportent à des réalisations particulières dans lesquelles les éléments à effet de champ sont des micropointes. L'invention telle que définie par les revendications ne se limite cependant pas à ces réalisations. Des parties des figures 2, 3 et 4, identiques, similaires ou équivalents à des parties de la figure 1 déjà décrite, sont repérées avec les mêmes références, pour en simplifier la lecture. On pourra donc, pour ces parties, se référer également à la description qui précède. Par ailleurs il convient de souligner le fait que les figures ne représentent pas des dispositifs d'affichage réels, mais sont des vues simplifiées permettant de mettre -en évidence les principales caractéristiques du dispositif. La figure 2 montre un dispositif d'affichage avec un écran luminescent 12 associé à une source d'électrons 10. Une bordure 11 permet de sceller l'écran sur la source d'électrons 10 de façon à maintenir une atmosphère contrôlée, telle qu'un vide par exemple, entre la source et l'écran. La source d'électrons comporte une couche conductrice 26, en un matériau conducteur électrique, tel que le niobium par exemple, et une couche 28 en un matériau résistif, tel que du silicium amorphe dopé. Ces couches forment un support, appelé support cathodique 24, pour recevoir les micropointes 30 (dont une seule est représentée). Les micropointes sont réalisées en un matériau émetteur d'électrons tel que le molybdène et sont électriquement connectées à la couche conductrice 26 par l'intermédiaire de la couche résistive 28. Une couche isolante 34 recouvre la couche résistive 28 autour des micropointes. Dans une première région 32 de la source, appelée région active, une couche de matériau conducteur tel que du niobium est formée sur la couche isolante de façon à entourer les micropointes. Cette couche forme une grille 36. Dans une deuxième région 38, appelée région de bordure, le support cathodique est dépourvu de micropointes et entièrement recouvert par la couche isolante 34. Dans cette région, conformément à l'invention, une couche-écran 40 est formée à la surface de la couche isolante 34 tournée vers l'écran 12, de façon à la recouvrir au moins en partie. La couche-écran est par exemple une couche de niobium, d'une épaisseur comprise entre quelques dizaines de nanomètres et quelques micromètres, de préférence 400 nm. Cette couche peut être formée par évaporation et être mise en forme par une gravure ionique réactive. De façon avantageuse la couche-écran 40 et la grille 36 peuvent être réalisées par gravure dans une même couche initiale de matériau conducteur. Seule une modification du masque de gravure utilisé pour la formation de la source de la figure 1 est alors nécessaire pour séparer la coucheécran dans la région de bordure et la grille dans la région active. Ainsi, aucune étape de procédé supplémentaire n'est requise. La couche-écran est séparée de la grille dans la région active, d'une distance de l'ordre de 0,1 mm et peut s'étendre jusque sous la bordure de scellement 11. La couche-écran peut être polarisée en la reliant à une borne de cathode K, telle que par exemple le support cathodique 24. Dans l'exemple de la figure la couche-écran est polarisée par l'intermédiaire d'une résistance R représentée symboliquement. Une pluralité de couche-écran disjointes peuvent être formées dans plusieurs régions de bordure adjacentes à la région active. Dans ce cas, les couche- écran sont de préférence portées à un même potentiel de polarisation. Dans l'exemple de la figure 2, les cathodes émissives de la région active sont tournées vers une couche de matériau luminescent 18 formée sur une couche conductrice transparente 16. La couche conductrice transparente et la couche de matériau luminescent sont déposées sur un support transparent 14 de façon déjà décrite en référence à la figure 1. On observe toutefois que la couche de matériau luminescent 18 ne s'étend pas dans la région de bordure de sorte que la couche-écran 40 de la source 10 se trouve en vis-à-vis de la couche conductrice transparente 16 polarisée à un potentiel d'anode A. La figure 3 montre une variante de réalisation du dispositif d'affichage dans laquelle à la fois la couche de matériau luminescent 18 et la couche conductrice transparente 16 sont limitées à la région active 32. Ainsi la couche-écran dans la région de bordure 38 fait face au matériau isolant et transparent du support 14. Selon encore une autre variante, illustrée en trait discontinu mixte sur la figure 3, une couche conductrice 42 peut être formée sur le support 14 de l'écran 12 dans la région de bordure, pour faire face à la coucheécran 40 de la source d'électrons. Cette couche 42 peut être raccordée à une borne portée à un potentiel voisin ou égal au potentiel de cathode K. La figure 4 est une vue schématique simplifiée d'un tube à rayons X comprenant une source d'électrons conforme à l'invention. La source d'électrons 10 est sensiblement identique aux sources décrites en référence aux figures 2 et 3 et on peut donc s'y référer. L'écran luminescent 14 des figures 2 et 3 est cependant remplacé par une plaque 15 de matériau conducteur électrique, tel que Mo ou Cr reliée au potentiel d'anode A. Cette plaque lorsqu'elle est localement bombardée par des électrons provenant de la micropointe (ou des autres micropointes non représentées) est capable d'émettre localement un rayonnement X. La plaque 15 et la source d'électrons 10 sont contenues dans un tube 50, représenté schématiquement en trait discontinu, et dans lequel est établi un vide. Les figures 5 et 6 sont des vues de dessus de sources d'électrons pouvant être utilisées dans des dispositifs conformes aux figures 2, 3 ou 4. Par analogie avec les figures précédentes, sur les figures 5 et 6, les références 28, 32, 34 et 40 désignent respectivement la couche résistive, la première région active comprenant les micropointes, la couche isolante et la couche-écran. Les références 126 et 136 correspondent à des sorties de connexion des conducteurs cathodiques et/ou des grilles. On peut observer sur les figures 5 et 6 que la couche-écran 40 peut se présenter en une (figure 5) ou plusieurs parties (figure 6). Documents cités [1] " Microtips Fluorescent Display " de R. Meyer, A. Ghis, PH. Rambaud et F. Muller, pages 513-516, Japan Display'86, 30 Septembre-20 Octobre 1986, Tokyo [2] FR-A-2 702 869 [3] US-A-5 191 217 [4] Demande de brevet français n EN 97 07342 (Robert BAPTIST). REVENDICATIONS 1. Source d'électrons à cathodes émissives comportant dans une première région (32), dite active, un support cathodique (24) équipé d'éléments à effet de champ (30), au moins une couche d'isolation (34) et au moins une couche de grille (36), les couches d'isolation et de grille recouvrant dans l'ordre le support cathodique et entourant lesdits éléments à effet de champ, et comportant dans au moins une deuxième région (38), dite de bordure, adjacente à la première région, le support cathodique (24) dépourvu d'éléments à effet de champ, et la couche d'isolation (34), caractérisé en ce que la source d'électrons comporte en outre au moins une couche de matériau conducteur (40) dite couche-écran, isolée de la grille et disposée au-dessus de la couche d'isolation sur tout ou partie de la région de bordure. 2. Source d'électrons selon la revendication 1 dans laquelle la couche-écran (40) est reliée électriquement au support cathodique. 3. Source d'électrons selon la revendication 2 dans laquelle la couche-écran (40) est reliée électriquement au support cathodique par l'intermédiaire de moyens de limitation de courant. 4. Source d'électrons selon la revendication 1 dans laquelle la coucheécran (40) est une couche en niobium (Nb). 5. Source d'électrons selon la revendication 1 dans laquelle la couche écran présente une épaisseur comprise entre quelques dizaines de nanomètres et quelques micromètres. 6. Source d'électrons selon la revendication 1 comportant plusieurs régions de bordure, chacune recouverte par une couche-écran, les couches-écran recouvrant les régions de bordure étant électriquement reliées à un même potentiel. 7. Dispositif d'affichage comportant une source d'électrons (10) à cathodes émissives, et un écran luminescent (12), formant anode, garni d'au moins un matériau luminescent et associé à la source d'électrons pour faire face aux cathodes émissives (10), caractérisé en ce que la source d'électrons est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Dispositif d'affichage selon la revendication 7 dans lequel l'écran luminescent (12) comporte une région électriquement isolante faisant face à ladite région de bordure de la source d'électrons. 9. Dispositif d'affichage selon la revendication 7 dans lequel l'écran luminescent comporte une région électriquement conductrice (16), reliée à une borne de potentiel d'anode, et faisant face à ladite région de bordure de la source d'électrons. 10. Dispositif d'affichage selon la revendication 7 dans lequel l'écran (12) comporte une région électriquement conductrice (42) reliée à une borne de potentiel de cathode et faisant face à ladite région de bordure de la source d'électrons. 11. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments à effet de champ sont des micropointes. 12. Tube d'émission de rayons X comprenant une source d'électrons (10) à cathodes émissives (30), et une plaque d'anode (15), en un matériau capable d'émettre des rayons X en réponse à des impacts d'électrons, la plaque d'anode étant associée à la source d'électrons pour faire face aux cathodes émissives, caractérisé en ce que la source d'électrons est conforme à l'une des revendications 1 à 6.