Brevet FR2792454A1 — publié le 20001020

A- 2792454 La présente invention concerne les panneaux à plasma (PAP), c'est-à-dire des écrans de visualisation plats dans lesquels l'image affichée est constituée par un ensemble de points de décharges lumineuses. Les décharges lumineuses se produisent dans un gaz contenu entre deux dalles isolantes, chaque point correspondant à une intersection dans des réseaux d'électrodes portés par au moins l'une des dalles. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de barrières sur au moins l'une des dalles du panneau, ces barrières étant en elles-mêmes des éléments de structure bien connus dans le domaine des PAP. De manière connue, un PAP comporte une matrice bi- dimensionnelle de cellules organisées en lignes et en colonnes calquée sur la géométrie des réseaux d'électrodes. Dans ce cas, les barrières sont des éléments en relief destinés à séparer les rangées ou les colonnes de cellules. Dans certains panneaux, les barrières peuvent aussi séparer à la fois les colonnes et les rangées de cellules formant alors un quadrillage de ces dernières. Le rôle des barrières est multiple. Ainsi, en cloisonnant l'espace de chaque cellule au moins dans le sens des lignes ou des colonnes, les barrières empêchent qu'une décharge dans une cellule induise des décharges non voulues dans des cellules voisines par effet d'ionisation. Elles évitent ainsi les phénomènes de diaphonie. Par ailleurs, les barrières constituent des écrans optiques entre les cellules voisines permettant de bien confiner le rayonnement émis par chaque cellule. Ce rôle est particulièrement important avec les PAP couleurs o les cellules voisines constituent des points élémentaires de couleurs différentes, pour former par exemple des triades. Dans ce cas, les barrières assurent une bonne saturation des couleurs. D'autre part, les barrières servent souvent d'entretoises entre les dalles du panneau. On exploite ainsi le fait que les barrières peuvent avoir une hauteur qui correspond à la séparation requise entre les deux dalles. Dans ce cas, la dalle non pourvue de barrière repose sur les sommets des barrières présentes sur l'autre dalle. Les barrières peuvent avoir différentes structures. Toutefois, si elles sont destinées à être porteuses, elles sont réalisées classiquement en un matériau dense et durci. Ces barrières porteuses doivent pouvoir supporter la pression considérable exercée par une dalle sur l'autre. En effet, lors de l'opération de pompage à vide de l'espace entre les deux dalles en regard, préalable à l'introduction du gaz de décharge à faible pression, la force exercée par unité de surface de barrière peut atteindre 106 Pascals (10Kg/cm2), selon le rapport de la surface des barrières à la surface totale du panneau. Dans l'état actuel de la technique, les barrières sont composées d'un matériau dense, généralement une phase vitreuse, suffisamment résistante à l'écrasement pour maintenir un espace constant entre les deux dalles. Ces barrières sont réalisées, par exemple, par sérigraphie (10 à 20 couches successives), d'une pâte contenant une fritte de verre ou par sablage d'une couche contenant une fritte de verre. Après réalisation de la géométrie des barrières, ces couches sont cuites à des températures comprises entre 450 C et 600 C (typiquement 550 C) afin de densifier le matériau et le rendre mécaniquement résistant. Cependant le matériau densifié présente toujours une porosité dans sa masse et cette porosité ne peut pas être pompée facilement lors de l'opération de pompage à vide du panneau qui ne dure que quelques heures (généralement 4 à 15 heures de 1500 C à 350 C). Même si cette porosité est faible, et même si la surface des barrières est parfaitement vitrifiée, il peut se produire des dégazages dans les quelques dizaines de milliers d'heures que constituent la vie d'un panneau à plasma. Or toute pollution de la phase gazeuse d'un PAP engendre des variations de fonctionnement qui peuvent se manifester soit au niveau des tensions de fonctionnement, soit sur le rendement lumineux, soit sur la durée de vie. Pour palier à cet inconvénient, on a proposé dans la demande de brevet français N 98 16093 au nom de THOMSON PLASMA de réaliser les barrières en un matériau leur donnant une porosité sensiblement ouverte, la porosité étant avantageusement aussi relativement élevée. En effet, la Demanderesse a découvert que si l'on réalise des barrières à porosité ouverte, il est possible de retirer de celles-ci, lors du pompage à vide, quasiment toutes les molécules susceptibles de dégazer, si bien que les panneaux ne présentent sensiblement plus de risque de dégazage ultérieur. Cet effet technique est d'autant plus remarquable que la durée de l'étape de pompage à vide peut passer de plusieurs heures à moins d'une heure, voire environ trente minutes seulement sans que les performances du PAP en soient affectées. Dans la demande de brevet N 98 16093, les barrières sont réalisées en utilisant des procédés de fabrication classiques tels que la sérigraphie, le sablage, la photolithographie. Ainsi, comme représenté sur les figures la à lc, les barrières sont réalisées sur une dalle 1 comportant des électrodes d'adressages Xl, X2....X5.... Par exemple, ces barrières présentent, à la fin du procédé de fabrication, un pas de 400 pm, une largeur de 100 pm, et une hauteur de 180 pm, pour un panneau à plasma ayant une surface utile de 106 cm de diagonale avec une résolution TV (560 lignes, 700 colonnes). De manière connue, sur la dalle 1 recouverte des électrodes d'adressage a été déposée une couche épaisse de diélectrique 2 et une couche mince d'oxyde de magnésium ou MgO selon des techniques classiques. Les barrières sont réalisées par photolithographie d'une couche pâteuse 10' déposée par sérigraphie sur la couche mince 3 de MgO. La composition de la pâte formant la couche est la suivante: - une charge minérale sous forme de particules d'alumine au diamètre élémentaire moyen de 5 microns avec une granulométrie peu dispersée, - une phase vitreuse qui peut être du borosilicate de plomb ou de bismuth à hauteur de 10% de la masse de l'alumine et une résine photosensible du type négatif constituant 50% du volume de la pâte. A l'aide d'une raclette 20, on étale la pâte 10' uniformément sur la couche 3 de MgO à travers un masque de sérigraphie 21 présentant une ouverture au format de la surface utile de la dalle, comme représenté sur la figure la. La couche de pâte 10' est séchée à 80 C. Après cette opération, elle présente une épaisseur de l'ordre de 20pm. On appose ensuite un masque de photolithographie 22 sur la couche de pâte 10'. Le masque présente un motif d'ouverture longiliforme calqué sur le motif des barrières à imprimer sur la couche 3 de MgO. On expose les parties de la couche révélées par le masque à un rayonnement ultraviolet de manière à les rendre résistantes au développement comme représenté sur la figure 1 b. Ensuite, on dépose la couche ainsi exposée 10' à l'eau ou à l'eau additionnée de carbonate de sodium selon le type de résine utilisé puis on sèche la surface à l'aide d'un couteau d'air. On obtient alors une première couche de matériau de barrière 10' d'une hauteur élémentaire d'environ 20pm, comme représenté sur la figure 1c. Les étapes ci-dessus sont répétées successivement jusqu'à obtention de la hauteur totale requise pour les barrières. Chaque nouveau dépôt de pâte 10', par sérigraphie, recouvre totalement la surface utile de la dalle, y compris les sommets des barrières en formation. Suivant le nombre d'itérations des étapes, on modifie le positionnement vertical du masque de sérigraphie 21 ou la profondeur de celui-ci en fonction de l'évolution des dépôts subsistant sur la dalle. Le procédé décrit dans la demande de brevet N 98 16093 nécessite plusieurs passages pour pouvoir réaliser des barrières représentant la hauteur requise. Typiquement, il faut procéder en 3 à 5 opérations de dépôt car les épaisseurs unitaires sont faibles, de l'ordre de 15 à 30pm. Pour déposer des barrières de 150 pm de hauteur, il faut donc au moins 5 couches avec des séchages intermédiaires et une cuisson finale de 400 C à 520 C pendant 20 à 60 minutes pour stabiliser la structure déposée et brûler les composés organiques. La présente invention à donc pour but de proposer un procédé de fabrication des barrières beaucoup plus simple et plus rapide. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un panneau à plasma comportant deux dalles en regard renfermant un gaz de décharge plasma, au moins une des dalles comportant un réseau d'électrodes servant à définir un ensemble de cellules de décharge et un réseau de barrières porteuses délimitant les cellules, les barrières étant réalisées en un matériau leur donnant une porosité élevée et ouverte, caractérisé en ce que les barrières sont formées en une seule étape, en utilisant une pâte comportant ledit matériau et une résine organique. Deux procédés typiques peuvent être utilisés pour réaliser la fabrication des barrières en une seule étape, à savoir un procédé de mise en forme par moulage ou un procédé de mise en forme par transfert. Selon un premier mode de réalisation concernant le procédé de mise en forme par moulage, celui-ci comporte les étapes suivantes: - dépôt d'une couche uniforme de pâte sur la dalle recevant les barrières, - application sur ladite couche d'un moule au motif des barrières, et, - impression par pressage du motif de la couche déposée. Dans ce cas, la résine organique contenue dans la pâte est une résine thermoplastique qui présente, de préférence, une température de ramollissement comprise entre 60 C et 200 C. Typiquement, cette résine organique comporte des composés choisis parmi l'alcool polyvinylique, le polyvinyle pyrolidone, le butyrate de polyvinyle. De plus, la résine représente 25 à 70% de la masse totale de pâte. D'autre part, dans ce procédé, le pressage est réalisé à une température comprise entre 70 C et 150 C. Selon un autre mode de réalisation concernant la mise en forme par transfert, le procédé comporte les étapes suivantes: - remplissage d'un moule au motif des barrières avec ladite pâte, - pressage du moule sur la surface de la dalle recevant les barrières, et - adhésion de la pâte par chauffage. Dans ce cas, la résine organique contenue dans la pâte comporte un composé polymérisable qui présente une température de ramollissement comprise entre 80 C et 150 C choisi parmi des composés vinyliques ou cellulosiques. Pour réaliser l'adhésion du matériau de la pâte sur la surface de la dalle recevant la barrière, celle-ci est chauffée à une température comprise entre 80 C et 150 C. Le matériau des barrières présentant une porosité ouverte et élevée est identique pour les deux modes de réalisations. Il est aussi identique au matériau décrit dans la demande de brevet N 98 16093. Typiquement, ce matériau comporte une charge minérale sous forme de poudre de diamètre élémentaire moyen compris entre 1 et 20 pm. De préférence, la charge minérale est un oxyde choisi parmi l'alumine et la silice. Le matériau des barrières peut comporter de manière optionnelle un agent de durcissement en quantité égale ou inférieure à 10 % de la masse de la charge minérale. Cet agent de durcissement est une phase vitreuse avec, dans le cas d'un verre, une température de ramollissement inférieure à la température de traitement. Cette phase vitreuse est choisie parmi le borosilicate de plomb, le borosilicate de bismuth ou des composés tels que le sulfate de plomb, le phosphate de plomb ou de zinc, le silicate de sodium, de potassium, de lithium ou de plomb capables de liaisons chimiques à la température du traitement. Selon une autre caractéristique de la présente invention après mise en forme des barrières, on réalise entre celles-ci le dépôt des luminophores en utilisant un procédé de dépôt classique tel qu'un procédé de sérigraphie ou de photolithographie. Une fois les luminophores déposés, la dalle portant les barrières est alors soumise à une cuisson finale à une température comprise entre 400 C et 500 C, de préférence entre 400 C et 450 C de manière à ne pas déformer la dalle qui est réalisée en verre. En effet, la stabilité dimensionnelle du verre est délicate à conserver au-dessus de 460 C. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront donnés dans la description de différents modes de réalisations, description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - les figures 1 à lc déjà décrites représentent les principales étapes d'un procédé selon l'art antérieur, - les figures 2a à 2d représentent les principales étapes d'un procédé par moulage et, - les figures 3a à 3c représentent les principales étapes d'un procédé par transfert. Pour simplifier la description dans les figures, les mêmes éléments comportent les mêmes références. On décrira maintenant, avec référence aux figures 2a à 2d et 3a à 3c deux procédés particuliers permettant de réaliser des barrières à porosité ouverte et élevée en une seule étape de réalisation. Dans les deux modes de réalisation, on utilise une pâte contenant une charge et une résine dans laquelle la charge est du même type quel que soit le mode de réalisation. La charge est constituée par un matériau tel que décrit dans la demande de brevet français n 98 16093. De préférence, cette charge est une charge minérale sous forme de poudre dont le diamètre élémentaire moyen des particules est de préférence compris dans la gamme de 1 à 20pm, à savoir 5 à 8pm. En effet, il a été constaté qu'une granulométrie peu dispersée, sensiblement entre 5 et 8pm, est bien adaptée et confère une bonne cohésion au dépôt. Les barrières issues de ce choix de granulométrie peuvent résister à une pression allant jusqu'à 7.10.5 Pascals (environ 7 kg par cm2) sans addition d'éléments supplémentaires et présentent une porosité maximale. La charge est de préférence constituée par un oxyde tel que l'alumine ou la silice. Elle peut comporter un agent de durcissement en quantité égale ou inférieure à 10 % de la masse de la charge minérale. Cet agent de durcissement est choisi parmi une phase vitreuse telle que le borosilicate de plomb ou le borosilicate de bismuth ou parmi un composé tel que le sulfate de plomb, le phosphate de plomb ou de zinc ou le silicate de sodium, de potassium ou de plomb susceptible de former des liaisons chimiques à la température de traitement. A titre d'exemple, la charge utilisée dans les modes de réalisation ci-après sera constituée par de l'alumine de diamètre moyen 5pm associée à un agent de durcissement tel qu'un silicate de plomb à hauteur de 10 % de la masse d'alumine. Dans les deux modes de réalisation, la charge est associée à une résine qui forme la pâte qui sera déposée sur la couche de MgO, comme mentionné avec référence aux modes de réalisation des figures la à lc. Suivant la procédé utilisé, la résine est une résine du type thermoplastique présentant une température de ramollissement comprise entre 60 C et C. Cette résine de type thermoplastique peut contenir des composés de type alcool polyvinylique ou polyvinyle pyrolidone ou butyrate de polyvinyle. Elle représente de 25 à 70 % de la masse totale de la pâte. Pour l'autre procédé, la résine est constituée par un composé polymérisable présentant une température de ramollissement comprise entre 80 C et 150 C. Cette résine est choisie parmi les composés vinyliques ou cellulosiques. Ce type de composé permet une bonne adhérence sur le substrat. On décrira de manière plus spécifique, avec référence aux figures 2a à 2d, un mode de réalisation des barrières en utilisant un procédé de moulage. Comme représenté sur la figure 2a, on commence les opérations sur une dalle 1 en verre préalablement pourvue d'un réseau d'électrodes d'adressage Xl, X2...., X5,..., X7 revêtu d'une couche épaisse de diélectrique 2 et d'une couche mince 3 d'oxyde de magnésium ou MgO selon les techniques classiques. Dans ce mode de réalisation, les barrières sont réalisées par moulage d'une couche de pâte telle que décrite ci-dessus. Aussi, conformément à la présente invention, la couche pâteuse ' est déposée par sérigraphie sur la couche mince 3 de MgO. Dans ce cas, la composition de la pâte est constituée d'une charge minérale sous forme de particule d'alumine au diamètre élémentaire moyen de 5 pm avec une granulométrie peu dispersée, d'une phase vitreuse, en l'espèce du borosilicate de plomb à hauteur de 10 % de la masse de l'alumine et d'une résine thermoformable, à savoir un alcool polyvinylique de référence 14-135 dissout dans l'eau. Comme représenté sur la figure 2a, à l'aide de la raclette 20, on étale la pâte 30' uniformément sur la couche 3 à travers le masque de sérigraphie 21 qui présente une ouverture au format de la surface utile de la dalle. La pâte présente une fois séchée une épaisseur de l'ordre 30pm, l'épaisseur étant définie par le volume des barrières à former. Comme représenté sur la figure 2b, pour réaliser les barrières, on utilise un moule métallique 40 recouvert de préférence d'une couche anti- adhésive telle qu'un composé fluoré du type connu sous la marque "Teflon". Ce moule 40 comporte des plots 41 représentant le motif des barrières à former. Conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 2c, le moule chauffé à une température d'environ 90 C est pressé contre le substrat portant la couche sérigraphiée 30'. Le substrat peut être lui aussi chauffé à une température de 90 C. Il est évident pour l'homme de l'art que l'on peut obtenir le même résultat en chauffant soit la dalle avec la couche à former soit le moule, soit les deux éléments. Ce chauffage est réalisé à une température comprise entre 70 C et 150 C. Après formage des barrières 30, on retire le moule et on procède au dépôt de luminophores R, 50G, 50B, de manière connue de l'homme de l'art. Ainsi, pour chacun des luminophores, on prépare une pâte composée d'une charge en luminophores et d'une résine photosensible dans un rapport volumique de 1:1. Cette pâte est déposée uniformément par sérigraphie sur la surface utile de la dalle pour former une couche suffisamment épaisse pour noyer les barrières. Le masque de photolithographie comporte un motif de découpe calqué sur les aires à couvrir par les bandes de luminophores. Lorsque toutes les bandes de luminophores ont été déposées, on cuit l'ensemble à 420 C pendant une heure pour éliminer par brûlage les composés organiques. Ainsi, dans ce mode de réalisation, on obtient les motifs des barrières en une seule étape. D'autre part, on réalise une cuisson finale unique pour les barrières et les luminophores à une température comprise entre 400 C et 450 C en fonction du type de résine utilisé, ce qui permet de s'affranchir des variations dimensionnelles du verre qui apparaissent au dessus de 450 C. On décrira maintenant avec référence aux figures 3a à 3c un mode de réalisation des barrières en utilisant un procédé par transfert. Comme représenté sur la figure 3a, le substrat est constitué par une dalle 1 munie d'un réseau d'électrodes Xl, X2,..., X7 recouvert d'une couche épaisse de matériau diélectrique 2, elles-mêmes recouvertes par une couche mince 3 de MgO. Pour le procédé de transfert, on utilise un moule 60 comportant les motifs à former 60'. On remplit ce moule avec une pâte 70' contenant la charge telle que décrite ci-dessus associée à une résine organique qui, dans ce cas, est constituée par un composé polymérisable choisi par les composés vinyliques ou cellulosiques. Pour permettre I'adhésion du matériau de la pâte sur le substrat, le composé polymérisable présente une température de ramollissement comprise entre 80 C et 150 C. Comme représenté sur la figure 3b, on applique le moule muni de la pâte 70' sur la surface supérieure du substrat, à savoir sur la surface de la couche 3 de MgO. Pour provoquer l'adhésion de la pâte sur le substrat, ce dernier est chauffé à une température comprise entre 80 C à 150 C. De ce fait, on obtient la polymérisation de la résine et son adhésion sur la couche 3 de MgO, de manière à former des barrières 70, comme représenté sur la figure 3c. De manière identique à celle décrite avec référence à la figure 2d, on procède au dépôt des luminophores. Une fois les luminophores déposés, on réalise une cuisson finale de l'ensemble à une température comprise entre 400 C et 500 C, de préférence entre 400 C et 450 C pour ne pas déformer le substrat de verre. Le composé polymérisable est de ce fait un composé qui se décompose totalement entre 400 C et 450 C. On obtient aussi avec cette technique de réalisation des barrières la fabrication de barrières en une seule étape avec une faible température de cuisson qui peut être réalisée après le dépôt des luminophores. Les procédés décrits ci-dessus présentent un certain nombre d'autres avantages. Notamment le procédé ne génère pas de résidus pollués tels que ceux que l'on observe dans le cas d'une réalisation par sablage. D'autre part, on obtient une grande facilité de pompage des panneaux à cause de la haute porosité des barrières. De plus, les matériaux utilisés sont moins chers que les matériaux classiques et les contraintes de planéité sont plus faibles que dans le cas de barrières denses car une surépaisseur locale des barrières se verra réduite par densification locale du matériau à la hauteur moyenne des barrières lors de la mise en dépression du panneau à plasma pendant le cycle de pompage. Il est évident pour l'homme de l'art que le moulage ou le transfert peuvent être utilisés avec d'autres types de moules, notamment le moulage peut être réalisé à l'aide d'un moule de type cylindrique et le transfert peut aussi être réalisé à l'aide d'un rouleau. Revendications 1 - Procédé de fabrication d'un panneau à plasma comportant deux dalles en regard renfermant un gaz de décharge plasma, au moins une des dalles comportant un réseau d'électrodes servant à définir un ensemble de cellules de décharge et un réseau de barrières porteuses délimitant les cellules, les barrières étant réalisées en un matériau leur donnant une porosité élevée et ouverte, caractérisé en ce que les barrières sont formées en une seule étape, en utilisant une pâte comportant ledit matériau et une résine organique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - dépôt d'une couche uniforme de pâte sur la dalle recevant les barrières, - application sur ladite couche d'un moule au motif des barrières, et, - impression par pressage du motif dans la couche déposée. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine organique contenue dans la pâte est une résine thermoplastique. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine thermoplastique présente une température de ramollissement comprise entre 60 C et 200 C. - Procédé selon l'une des revendication 3 et 4, caractérisé en ce que la résine organique comporte des composés choisis parmi lesquels I'alcool polyvinylique, la polyvinyle pyrolidone, le butyrate de polyvinyle. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la résine représente 25 à 70% de la masse totale de la pâte. 7 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pressage est réalisé à une température comprise entre 70 OC et 150 C. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - remplissage d'un moule au motif des barrières avec ladite pâte, - pressage du moule sur la surface de la dalle recevant les barrières, et - adhésion de la pâte par chauffage. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la résine organique contenue dans la pâte comporte un composé polymérisable. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé polymérisable est choisi parmi des composés vinyliques ou cellulosiques. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la surface de la dalle recevant les barrières est chauffée à une température comprise entre 80 C et 150 C pour réaliser lI'adhérence de la pâte. 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le matériau des barrières comporte une charge minérale sous forme de poudre de diamètre élémentaire moyen compris entre 1 et 20 pm. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la charge minérale est un oxyde choisi parmi l'alumine et la silice. 14 - Procédé selon l'un quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le matériau des barrières comporte un agent de durcissement en quantité égale ou inférieure à 10 % de la masse de la charge minérale. 15 - Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'agent de durcissement est une phase vitreuse, tel que le borosilicate de plomb, le borosilicate de bismuth, ou un composé tel que le silicate de plomb, de sodium, de lithium ou de potassium, le phosphate de plomb ou le zinc capable de former des liaisons chimiques à la température du ou des traitement(s) thermique(s) intervenant dans la suite du procédé. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 15, caractérisé en ce qu'après formage des barrières, on réalise, entre les barrières, le dépôt des luminophores en utilisant un procédé de dépôt classique. 17 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la dalle portant les barrières est soumise à une cuisson finale à une température comprise entre 400 C et 550 C, de préférence entre 400 C et 450 C.