Brevet FR2790329A1 — publié le 20000901

ANODE RÉSISTIVE D'ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION La présente invention concerne une anode d'écran plat de visualisation à luminophores excités par des électrons, par exemple du type à micropointes. Elle concerne plus, particulière- ment, la polarisation d'éléments luminophores d'une anode pourvue d'éléments luminophores de différentes couleurs polarisés par couleur, par exemple, de bandes alternées d'éléments luminophores organisées en peignes. La figure 1 représente, très schématiquement, un écran plat de visualisation du type auquel se rapporte l'invention. Cet écran comprend deux plaques. Une première plaque 1, couramment appelée plaque de cathode, est disposée en vis à vis d'une deuxième plaque 2 couramment appelée plaque d'anode. Ces deux plaques sont espacées l'une de l'autre par des espaceurs 3 régu- lièrement répartis dans la surface de l'écran, et un vide est ménagé dans la zone délimitée par les deux plaques et un joint de scellement périphérique 4. La plaque de cathode 1 comprend des éléments de généra- tion d'électrons et des éléments de sélection de pixels (non représentés) qui peuvent être organisés de diverses manières, par exemple, comme cela est décrit dans le brevet américain nO 4940916 du Commissariat à l'Energie Atomique dans le cas d'écrans à micropointes. La plaque d'anode 2 est, dans le cas d'un écran couleur, pourvue de bandes alternées d'éléments lumi- nophores, chaque bande correspondant à une couleur (rouge, vert, bleu). Les figures 2A et 2B représentent, très schématique- ment, une vue de face d'une portion d'une plaque d'anode et une vue en coupe de cette portion. En figure 2B, la face correspon- dant à la face interne de l'écran est tournée vers le haut. L'anode comprend, par exemple, des bandes alternées 4R, 4G, 4B d'éléments luminophores respectivement rouges, verts et bleus. Commne l'illustre la figure 2B, les bandes d'éléments luminophores sont disposées sur des bandes conductrices correspondantes 5R, G, 5B généralement organisées en peignes, toutes les bandes 5R étant connectées entre elles de même que toutes les bandes 5G et toutes les bandes 5B. On distingue deux grandes catégories d'écrans plats selon que l'observateur regarde l'écran du côté anode ou du côté cathode. Dans le premier cas, la lumière émise par les éléments luminophores se propage à travers la plaque d'anode (vers le bas en figure 2B). Ainsi, le matériau des bandes conductrices 5R, 5G, 5B, est transparent, couramment en oxyde d'indium et d'étain (ITO). Dans le second cas, les électrodes transparentes 5R, 5B, G sont remplacées par des électrodes opaques, et de préférence réfléchissantes, de façon que la plus grande partie possible de la lumière émise par les éléments luminophores 4R, 4G, 4B soit renvoyée vers la cathode une fois que ces luminophores ont été excités par un bombardement électronique. Dans ces structures, la plaque 1 génératrice d'électrons est partiellement transparente et l'observation s'effectue à travers cette plaque de cathode. Dans un écran couleur (ou dans un écran monochrome constitué de deux ensembles alternés de bandes d'éléments lumino- phores de même couleur), les ensembles de bandes (par exemple bleues, rouges, vertes) sont alternativement polarisés positive- ment par rapport à la cathode 1, pour que les électrons extraits des éléments émissifs (par exemple, les micropointes) d'un pixel de la cathode soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 4R, 4G, 4B en vis à vis de chacune des couleurs. La commande en sélection du luminophore qui doit être bombardé par les électrons impose de conmmander, sélectivement, la polarisation des éléments luminophores de l'anode, couleur par couleur. Généralement, les bandes 5R, 5G, 5B portant des éléments luminophores devant être excités sont polarisées sous une tension de plusieurs centaines de volts par rapport à la cathode, les autres bandes étant à un potentiel nul. Le choix des valeurs des potentiels de polarisation est lié aux caractéristiques des élé- ments luminophores et des moyens émissifs. La différence de potentiel entre l'anode et la cathode est essentiellement liée à la distance inter-électrodes, c'est-à- dire à l'épaisseur de l'espace interne. On recherche une diffé- rence de potentiel maximale pour des raisons de brillance de l'écran, ce qui induit que l'on recherche une distance inter- électrodes qui soit la plus grande possible. Mais, la structure de l'espace inter-électrodes, qui comporte les espaceurs 3, susceptibles de créer des zones d'ombre dans l'écran s'ils pré- sentent une taille trop importante, empêche d'augmenter cette distance inter-électrodes. Le compromis nécessaire conduit à choisir une valeur de tension anode-cathode qui est critique du point de vue de la for- mation d'arcs électriques. Des arcs électriques destructeurs peu- vent alors se produire à la moindre irrégularité dimensionnelle de la distance qui sépare un moyen émissif de la cathode des élé- ments luminophores de l'anode. De telles irrégularités sont, de surcroît, inévitables compte tenu des faibles dimensions et des techniques employées pour la réalisation de l'anode et de la cathode. Côté cathode, une couche résistive est prévue dans le cas des écrans à micropointes pour recevoir ces micropointes et limiter ainsi la formation de courts-circuits destructeurs entre les micropointes et une grille de commande associée à la cathode. Par contre, côté anode, des arcs peuvent se produire, non seulement entre la plaque de cathode et ceux des éléments luminophores de l'anode qui sont polarisés pour attirer des élec- trons émis par les micropointes, mais également entre deux bandes voisines d'éléments luminophores en raison de la différence de potentiel entre ces deux bandes. Pour limiter l'apparition de tels arcs latéraux, on prévoit couraTmment de disposer, entre les bandes d'anode 5B, 5R, G, des bandes interstitielles 7 en un matériau isolant (généra- lement en oxyde de silicium). Toutefois, en pratique, l'efficacité de telles bandes isolantes est limitée pour plusieurs raisons. Tout d'abord, ces bandes sont inopérantes vis à vis de la formation d'arcs électriques entre l'anode et la cathode. De plus, et bien que cela n'apparaisse pas forcément aux figures 2A et 2B dans lesquelles les échelles n'ont pas été respectées, les éléments luminophores 4R, 4G, 4B dépassent de façon importante les bandes interstitielles. En effet, l'épais- seur des bandes d'éléments luminophores est généralement de l'ordre d'une dizaine de um et la réalisation de bandes d'isole- ment en oxyde de silicium d'une telle épaisseur est, en pratique, incompatible avec les technologies utilisées pour la fabrication des anodes, de sorte que l'épaisseur des bandes 7 est générale- ment de l'ordre de 1 à 2 um, leur largeur étant de l'ordre de 10 à 20 m. En outre, lors du dépôt des éléments luminophores à travers un masque de dépôt, il peut se produire un léger désali- gnement de ce masque, de sorte qu'une portion des bandes conduc- trices 5R, 5G, 5B, ou des zones isolées, se retrouvent accessi- bles une fois l'écran terminé et favorisent alors la formation d'arcs. Une première solution connue pour tenter de réduire l'apparition d'arcs entre l'anode et la cathode est de prévoir, à l'extrémité de chaque bande conductrice 5R, 5G, 5B, une résis- tance entre la ligne d'alimentation et la bande. Dès qu'un fort courant apparaît dans la bande, cette résistance fait chuter la tension. Il en découle que la différence de potentiel entre la bande conductrice et la cathode diminue et fait disparaitre la surtension génératrice de l'arc. Un inconvénient d'une telle solution est qu'elle ne protège pas de la formation d'un arc électrique latéral, c'est-à- dire entre deux bandes voisines 5R, 5G, 5B. Il peut en effet se produire une circulation de courant local entre deux bandes qui n'est alors pas évité par les résistances d'extrémités. Un autre inconvénient du recours à de telles résistan- ces en série avec les bandes est que ces résistances sont géné- ralement réalisées en ruthénium dont la résistivité est stabili- sée par recuit. Ce recuit à forte température (de l'ordre de 600 ) nécessaire pour stabiliser la résistance pose des problèmes de compatibilité avec le procédé de fabrication de l'écran qui requiert, pour le cas o les bandes conductrices sont en aluminium dans le cas d'une cathode transparente, des tempéra- tures inférieures à 600 . De plus, un tel procédé de fabrication par recuit est difficilement maîtrisable. Une deuxième solution connue est décrite dans la de- mande de brevet français n 2732160. Cette solution consiste à déposer les bandes d'éléments luminophores sur des bandes forte- ment résistives et à amener la polarisation nécessaire aux lumi- nophores par des bandes de polarisation latérales de part et d'autre de chaque bande résistive. Si cette solution peut donner des résultats satisfai- sants dans l'ensemble, elle nécessite un espace important entre chaque bande d'éléments luminophores pour y loger deux conduc- teurs de polarisation respectivement associés à deux bandes voi- sines tout en écartant ces conducteurs de polarisation suffisam- ment les uns des autres afin de maintenir un isolement latéral nécessaire entre eux. Ainsi, cette solution est, en pratique, plus particulièrement destinée à des écrans de faible résolution. A l'inverse et à titre d'exemple, pour une plaque d'anode dans laquelle la surface de chaque pixel est un carré d'environ 300 gm de côté, les bandes d'anode ont chacune une largeur voisine mais inférieure à 100 Am et les bandes d'isole- ment 7 ont une largeur de l'ordre de la dizaine de pm. Dans un tel cas, la mise en oeuvre d'une solution de protection locale par couche résistive encadrée latéralement par des bandes de polarisation n'est pas envisageable en raison du faible écart entre les bandes d'anode. La présente invention vise à pallier les inconvénients des techniques classiques en proposant une anode d'écran plat de visualisation qui supprime le risque d'apparition d'arc électri- que entre l'anode et la plaque de cathode, ou entre deux bandes voisines d'éléments luminophores de l'anode, sans nuire à la brillance de l'écran. La présente invention vise également à proposer une solution qui soit compatible avec les écarts classiques entre deux bandes d'éléments luminophores. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit une anode d'écran plat de visualisation, du type comportant des éléments luminophores destinés à être excités par un bombardement électronique, ces éléments luminophores étant dépo- sés sur une couche résistive, elle-même déposée sur une couche conductrice de polarisation des éléments luminophores. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche résistive a, au moins dans la zone active de l'écran, le même motif que la couche conductrice de polarisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, dans lequel les éléments luminophores sont organisés en ensembles de bandes polarisés séparément les uns des autres, chaque bande d'éléments luminophores est déposée sur une bande résistive, elle-même déposée sur une bande conductrice de même motif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau de la couche résistive est transparent. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau de la couche résistive est réfléchissant. 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, 2A et 2B qui ont été décrites précé- demment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé; et la figure 3 est une vue en coupe schématique partielle d'un mode de réalisation d'une plaque d'anode d'écran plat selon la présente invention. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé- rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont nécessaires à la compréhension de l'inven- tion ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, la constitution de la plaque de cathode d'un écran auquel s'applique la présente invention n'a pas été détaillée et ne fait pas l'objet de la présente invention. La figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une anode d'écran plat selon un mode de réalisation de la pré- sente invention. Cette anode comprend, conmme précédemment, une plaque support 2, par exemple, une plaque de verre. Dans le cas d'un écran observable depuis l'anode, cette plaque est bien entendue transparente. Des bandes conductrices d'anode 5R, 5G, 5B sont dépo- sées, de façon classique commne cela est illustré par les figures 2A et 2B, et sont interconnectées par ensemble de bandes affec- tées à une même couleur. Une caractéristique de la présente invention est que ces bandes 5R, 5G, 5B sont toutes revêtues de bandes en un maté- riau résistif 8. Selon la présente invention, des bandes d'élé- ments luminophores 4R, 4G, 4B sont ensuite déposées sur les ban- des résistives 8 et non plus, comme dans les écrans classiques, directement sur les bandes conductrices 5. Un avantage important de la présente invention est qu'elle respecte le procédé de fabrication classique d'une anode. En effet, la couche résistive 8 peut être déposée, au moins dans la partie active de l'écran, c'est-à-dire hors des zones d'inter- connexion des ensembles de bandes, avec le même motif que les bandes conductrices 5R, 5G, 5B d'anode, donc au moyen d'un même masque. Un autre avantage important de la présente invention est que, tout en protégeant efficacement l'écran contre des arcs électriques destructeurs, l'invention ne nécessite aucune augmen- tation de l'écart latéral entre les bandes d'éléments luminopho- res. La présente invention est donc particulièrement adaptée aux anodes de résolution fine. De façon classique, les bandes d'anode 5R, 5G et 5B sont séparées latéralement par des bandes interstitielles isolan- tes 7. On notera que l'invention permet une protection contre des arcs électriques destructeurs non seulement entre la plaque d'anode et la plaque de cathode, mais également entre des bandes d'éléments luminophores voisines polarisées à des potentiels différents. Cette protection latérale est particulièrement effi- cace dans la mesure o elle agit contre toute circulation de cou- rant, même locale. De plus, en cas de désalignement accidentel des masques de gravure servant au dépôt des éléments luminophores 4R, 4G, 4B par rapport au masque de formation des bandes conductrices d'anode 5R, 5G, 5B, le matériau désormais accessible est le maté- riau de la couche résistive 8, qui empêche la formation d'arcs électriques destructeurs. Le choix du matériau constitutif des bandes résistives 8 dépend de l'application et, en particulier, du besoin de trans- parence (anode transparente) ou de caractère réfléchissant (cathode transparente) de ces bandes résistives. A titre d'exemple de choix de matériau pour la réalisa- tion des bandes résistives 8, on pourra recourir à de l'oxyde d'étain, ou à du silicium mince, déposé avec une épaisseur com- prise, de préférence, entre un et deux gm. Les bandes conductri- ces 5R, 5G, 5B d'anode, sont, par exemple, réalisées en ITO (transparent) ou en aluminium (réfléchissant) avec une épaisseur de l'ordre du dixième de gm. On notera que la présente invention apporte une amélio- ration notable par rapport à des résistances série en ruthénium qui doivent présenter une épaisseur de plusieurs dizaines de cm. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'on ait décrit l'anode selon la présente invention en relation avec une structure trichrome à bandes d'anodes allongées parallèles les unes aux autres, la structure des éléments luminophores de l'anode peut être très différente. Par exemple, il pourra s'agir de motifs élémentaires dont chacun correspondra à un pixel. Dans un tel cas, la présente invention apporte l'avantage supplémentaire de pouvoir être mise en oeuvre alors qu'une solution par protection latérale prendrait trop de place. En outre, la présente invention s'applique égale- ment au cas d'un écran monochrome dans lequel l'anode est consti- tuée d'un plan d'éléments luminophores de même couleur. Dans ce cas, la couche résistive 8 est déposée sur toute la couche conductrice d'anode. O10 REVENDICATIONS 1. Anode d'écran plat de visualisation, du type compor- tant des éléments luminophores (4R, 4G, 4B) destinés à être excités par un bombardement électronique, caractérisée en ce que ces éléments luminophores sont déposés sur une couche résistive (8), elle-même déposée sur une couche conductrice (5) de polari- sation des éléments luminophores. 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche résistive (8) a, au moins dans la zone active de l'écran, le même motif que la couche conductrice de polarisation (5). 3. Anode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les éléments luminophores (4R, 4G, 4B) sont organisés en ensem- bles de bandes polarisés séparément les uns des autres, caracté- risée en ce que chaque bande d'éléments luminophores est déposée sur une bande résistive (8), elle-même déposée sur une bande conductrice (5R, 5G, 5B) de même motif. 4. Anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau de la couche résistive (8) est transparent. 5. Anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau de la couche résistive (8) est réfléchissant.