Brevet FR2800511A1 — publié le 20010504

ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION À GRILLE DE PROTECTION La présente invention concerne les écrans plats de visualisation et, plus particulièrement, des écrans dits à cathodoluminescence dont l'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 ou de couches à faible potentiel d'extraction. Pour simplifier la présente description, on ne considé rera 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 un exemple de structure classi que d'un écran plat couleur à micropointes du type auquel se rap porte la présente invention. un tel écran à micropointes est essentiellement consti tué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille d'extraction 3 pourvue de trous 4 correspondant aux emplacements des micro- pointes. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodo- luminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue généralement la surface d'écran. Le principe de fonctionnement et un mode de réalisation particulier d'un écran micropointes sont décrits, par exemple, dans le brevet américain N 4 940 916 du Ccxmtissariat de l'Énergie Atomique. La cathode 1 est organisée en colonne 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 généralement réalisées sur une couche résis- tive 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 conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 qui est organisée en lignes. Cette grille 3 est déposée sur la plaque de cathode avec interposition d'une couche isolante 12. L'intersection d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1 définit un pixel. Ce dispositif utilise le champ électrique 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 convenable ment polarisés. Dans le cas d'un écran couleur tel qu'illustré par la figure 1, l'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'élé ments luminophores 7r, 7g, 7b correspondant à chacune des cou leurs (rouge, vert, bleu). Les bandes sont séparées les unes des autres par un isolant 8. Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9, constitués de bandes correspondantes d'une couche conductrice (transparente si l'anode constitue la surface de l'écran) telle que de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes rouges, vertes, bleues sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que les 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 couleurs. Dans le cas d'un écran monochrome, l'anode 5 porte des éléments luminophores de même couleur organisés selon un plan unique ou selon deux ensembles bandes alternées polarisés séparément. Les bandes d'anodes portant des éléments luminophores devant etre excités sont polarisées sous une tension de plusieurs centaines de volts par rapport à la cathode. Dans le cas d'un écran à plusieurs ensembles de bandes, les autres bandes sont à un potentiel nul. Le choix des valeurs des potentiels de polari sation lié aux caractéristiques des éléments luminophores et des moyens émissifs côté cathode. Pour une émission électronique par les micropointes de la cathode, celle-ci doit être soumise, par rapport à la grille 3, à une différence de potentiel suffisante. Classiquement, en dessous d'une différence de potentiel de l'ordre de 50 V entre la cathode et la grille, il n'y a pas d'émission électronique, et l'émission maximale utilisée correspond à une différence de potentiel de l'ordre de 80 V. Par exemple, les rangées de la grille 3 sont séquentiellement polarisées à un potentiel de l'ordre de 80 V tandis que les colonnes de la cathode 1 sont portées à des potentiels respectifs compris entre un potentiel d'émission maximale et un potentiel d'absence d'émission (par exemple, respectivement 0 et 30 V). On fixe ainsi la brillance de tous les pixels d'une ligne (par composante couleur, si l'anode comporte plusieurs ensembles de bandes polarisés sélectivement couleur par couleur). Le mode de commande classique d'un écran consiste à former plusieurs images par seconde, par exemple 50 à 60. On dispose donc d'une durée d'environ 20 ms pour former chaque image. Cette durée est appelée durée de trame. Un problème qui se pose dans un écran classique est que des ions sont présents dans l'espace inter-électrodes 13. En effet, bien que l'espace inter-électrodes soit conçu pour être sous vide, les couches constitutives des différentes électrodes ainsi que les gaz résiduels sont susceptibles d'engendrer des ions sous l'effet du bombardement électronique. Ces ions positifs sont alors attirés par l'électrode au potentiel le plus bas. En fonctionnement normal (pendant les trames ou sous trames d'affichage), le bombardement des éléments luminophores de l'anode par les électrons peut conduire à une production d'ions. Ces ions sont alors accélérés vers la cathode qui au poten tiel plus bas et peuvent l'endommager physiquement ou chimi- quement. Dans certains écrans, on prévoit un mode 'adressage, dit régénération, qui consiste à polariser, périodiquement et hors des périodes d'affichage, les micropointes de la cathode dans un état d'émission alors que les électrodes 'anode sont polarisées à un potentiel bas. Un exemple de procédé de commande de ce type est décrit dans la demande de brevet européen N 0 747 875 de la demanderesse. Un problème qui se pose alors est que électrons émis la cathode retombent sur la grille d'extraction dans la mesure ' ils ne sont plus attirés par l'anode. Ce phénomène s'accompagne d'une ionisation des espèces adsorbées à la surface de la grille. Les ions ainsi produits sont alors accélérés vers l'anode qui se trouve à un potentiel nul, et polluent les élé ments luminophores. Ce bombardement ionique de l'anode pendant les phases de régénération entraîne un vieillissement différent des zones allumées et éteintes de l'écran. En effet, on constate une chute du rendement lumineux des éléments luminophores dans les zones éteintes lors des phases de régénération. La présente invention vise à pallier les inconvénients des écrans classiques en proposant une nouvelle structure d'écran à protection contre les effets indésirables des ions. L'invention vise, en particulier, à protéger la cathode contre des ions posi tifs présents dans l'espace inter- électrodes. La cathode est en effet particulièrement sensible à des pollutions chimiques ou physiques. C'est le cas, en particulier, pour les écrans à micro pointes. La présente invention vise également à proposer une solution qui soit particulièrement simple à mettre en oeuvre et qui ne nécessite pas de modification, ni de l'anode, ni de la cathode, ni de la grille d'extraction d'un écran classique. présente invention vise en outre à proposer une solution qui puisse être mise en oeuvre sans modifier la fabrica tion classique d'une cathode-grille et d'une anode d'un écran à micropointes. Selon un premier aspect, l'invention vise à proposer une solution qui ne nécessite aucune modification l'adressage classique électrodes de l'écran et, en particulier, des potentiels respectifs d'adressage de l'anode, de cathode et de la grille 'extraction. Selon un deuxième aspect, l'invention vise à protéger les éléments luminophores de l'anode contre un bombardement ioni que tout en préservant la possibilité d'effectuer périodes de régénération classiques. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré voit un écran plat de visualisation comprenant une cathode pourvue moyens d'émission électronique à effet champ ; une anode cathodoluminescente placée en regard de la cathode ; une grille 'extraction associée à la cathode ; au moins une grille additionnelle, perméable au bombardement électronique et polarisee pour interdire à des ions parasites, produits d'un côté de cette grille additionnelle, d'atteindre la cathode ou l'anode située l'autre côté. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la grille additionnelle est polarisable à un potentiel supérieur à un potentiel maximum de polarisation de l'anode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la grille additionnelle est polarisable à un potentiel négatif ou nul. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le potentiel de polarisation de la grille additionnelle est commutable entre ledit potentiel négatif ou nul, hors de périodes d'affichage, et ledit potentiel supérieur au potentiel maximum de polarisation de l'anode, pendant les périodes d'affichage. Selon un mode de réalisation de la présente invention la grille additionnelle est placée plus près de la cathode que l'anode. Selon un mode de réalisation de la présente invention la grille additionnelle est placée plus près de l'anode que de cathode. Selon un mode de réalisation de la présente invention l'écran comporte une première grille additionnelle proche de cathode et polarisée à un potentiel supérieur au potentiel maxi mum polarisation de l'anode, et une deuxième grille addition nelle proche de l'anode et dont le potentiel de polarisation commutable entre un potentiel négatif ou nul hors de périodes d'affichage et un potentiel supérieur au potentiel maximum polarisation de l'anode pendant les périodes d'affichage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la grille additionnelle est intégrée à l'anode ou à la cathode. La présente invention vise aussi un procédé de commande d'un écran du type ci-dessus consistant à, pendant des périodes de régénération intercalées entre des périodes d'affichage, pola riser l'anode à un potentiel supérieur aux potentiels de la grille d'extraction et de la cathode, et polariser la grille additionnelle à un potentiel négatif ou nul. 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 lesquelles la figure 1, qui a été décrite précédemment, est desti née à exposer l'état de la technique et le problème posé ; la figure 2 représente, de façon très schématique et partielle, un mode de réalisation d'un écran à micropointes selon un premier aspect de la présente invention ; les figures 3A et 3B représentent, de façon très sché- matique et partielle, un mode de réalisation d'un écran à micro- pointes selon un deuxième aspect de la présente invention dans deux phases de fonctionnement ; et la figure 4 illustre, sous forme de chronogrammes, un mode de mise en oeuvre d'un procédé de commande selon l'invention de 1 écran des figures 3A et 3B. 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 l'inven tion ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, la constitution d'une cathode grille ou d'une anode d'un écran selon l'invention ne sera pas détaillée et ne fait pas, sauf précision contraire, l'objet de l'invention. L'invention s'applique à toute structure d'écran classique quelle que soit la constitution de sa cathode-grille et de son anode. Une caractéristique de la présente invention est de prévoir, entre la grille d'extraction et l'anode d'un écran plat de visualisation, au moins une grille additionnelle polarisée de façon à modifier le trajet d'ions parasites et à éviter que des ions parasites créés d'un côté de la grille additionnelle ne se propagent de l'autre côté de cette grille jusqu'à 'électrode (l'anode ou la cathode) délimitant l'écran de ce côté. Selon un premier aspect de la présente invention, la grille additionnelle forme une barrière aux ions émis l'anode en les repoussant vers cette dernière et protège ainsi la cathode. Selon un deuxième aspect de la présente invention, la grille additionnelle piège les ions présents dans l'espace inter- électrodes au moins pendant les périodes de régénération entre deux périodes d'affichage. La figure 2 représente, partiellement et de façon très schématique, un mode de réalisation d'un écran plat visualisa tion selon le premier aspect de l'invention. A la figure 2, les différents éléments ont été représentés symboliquement en coupe. De façon classique, un écran plat à micropointes de l'invention comprend une ou plusieurs électrodes d'anode 9 por- tant éléments luminophores 7, placées en regard d'électrodes de cathode 10 portant des micropointes 2 d'émission électronique. Toujours de façon classique, une grille d'extraction 3 pourvue de trous 4 aux emplacements des micropointes est associée à la cathode (désignée par la référence globale 1) et est déposée sur une couche d'isolement 12. L'espace inter-électrodes 13 est géné ralement sous vide. Selon le premier aspect de l'invention, une grille additionnelle 20 est placée entre la cathode-grille 1 et l'anode (désignee par la référence globale 5). Selon ce premier aspect, le rôle de la grille additionnelle 20 est, tout d'abord, d' cher les ions produits par l'anode 5 de venir bombarder la cathode 1. Pour cela, la grille 20 est, selon une caractéristique de ce mode de réalisation, polarisée à un potentiel Vi supérieur d'au moins 20 Volts au potentiel va de polarisation le plus élevé de l'anode 5. Ainsi, les ions i situés dans l'espace (écart da) entre la grille 20 et l'anode 5 sont attirés par l'anode qui est au potentiel le plus bas. De préférence, selon ce premier aspect, la grille 20 est située plus près de la cathode 1 que de l'anode 5 dans l'es pace inter-électrodes 13. Ainsi, cette grille 20 a un deuxième effet qui est d'empêcher les ions positifs provenant de l'ionisa tion des molécules de gaz résiduelles situées dans l'espace inter-électrodes 13 d'atteindre la cathode. La grille additionnelle 20 est, de préférence, métalli que et est conçue pour posséder une grande transparence de façon à ne pas gêner le bombardement électronique e de la cathode vers l'anode. Par exemple, la grille 20 possède des ouvertures qui occupent 80% de sa surface. La grille 20 peut être une plaque indépendante mainte nue entre la cathode 1 et l'anode 5 par tout moyen adapté, par exemple, par des espaceurs isolants, de préférence, régulièrement répartis dans la surface de l'écran, en fonction de la tenue mécanique intrinsèque de la grille 20. Les figures 3A et 3B représentent, par des vues analo gues à la représentation de la figure 2, un écran plat à micro pointes selon un mode de réalisation d'un deuxième aspect de l'invention. Selon ce deuxième aspect, la grille additionnelle a pour rôle de piéger les ions, en particulier émis par la grille d'extraction sous l'effet d'électrons retombant sur celle-ci pendant les périodes de régénération. De façon classique, un écran à micropointes selon ce deuxième aspect est, comme l'écran de la figure 2, constitué d'une cathode désignée par la référence globale 1 comprenant des électrodes de cathode 10 associées à des micropointes 2 d'émis sion électronique. Une grille d'extraction 3 est déposée sur la cathode 1 avec interposition d'un isolant 12. La grille 3 est pourvue de trous 4 aux emplacements des micropointes pour permet tre le passage d'électrons vers une anode 5 formée d'une ou plu sieurs électrodes 9 portant des éléments luminophores 7. Selon le deuxième aspect de l'invention, une grille additionnelle 30 est placée, entre la cathode 1 et l'anode 5 dans l'espace inter-électrodes 13, de préférence à une distance da de l'anode inférieure à la distance dc la séparant de la cathode 1. La grille 30 est destinée à être adressée par un signal vi à des potentiels différents selon que l'écran est dans une phase d'affichage (figure 3A) ou dans une phase de régénération (figure 3B). Ainsi, le deuxième aspect de l'invention s'applique plus particulièrement aux écrans à micropointes qui sont comman dés avec une phase de régénération entre les périodes (trames ou sous-trames) d'affichage. La figure 4 illustre, sous forme de chronogrammes, un exemple d'allure de signaux d'adressage des différents éléments de l'écran des figures 3A et 3B selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention. Cette figure représente les potentiels respectifs d'adressage va de l'anode 5, Vc de la cathode 1, Vg d'une ligne de la grille d'extraction 3, et Vi de la grille addi- tionnelle 30, respectivement, pendant des périodes d'affichage A, et pendant des périodes de régénération B. Selon l'invention, le potentiel vi de la grille 30 est choisi, en tenant compte des distances da et dc pour, pendant les périodes d'affichage, être supérieur au potentiel maximal d'adressage Va de l'anode 5, comme dans le premier aspect de l'invention. Ainsi, pendant ces périodes (figure 3A) les ions i présents entre la grille 30 et l'anode 5 sont captes par cette dernière. Les électrons e, émis par la cathode, se propagent nor malement dans l'espace 13 jusqu'à l'anode 5. De plus des effets similaires à ceux exposés en relation avec le premier aspect sont obtenus dans la mesure où les relations entre les potentiels sont les mêmes. Dans l'exemple illustré par la figure 4, on a supposé que les électrodes 9 de l'anode 5 étaient adressées à un poten tiel de 250 V et que la grille d'extraction 3 était adressée, par ligne à un potentiel de 70 V. La grille 30 est, par exemple, polarisée à un potentiel de l'ordre de 300 V pendant les périodes d'affichage A. Pendant les périodes B de retour trame, dans lesquelles sont effectuées des phases de régénération du type de celles décrites dans la demande de brevet européen N 0 747 875 déjà citée la grille additionnelle 30 est, selon ce mode de réalisa tion, portée à un potentiel vi nul. Dans les phases de régénération, à la différence du procédé décrit dans le document susmentionné, toutes électro des 9 de l'anode 5 sont laissées à leur potentiel positif. Seule la grille collectrice est ramenée à un potentiel nul, voire infé rieur. Par contre, les micropointes 2 de la cathode sont pla cées a des potentiels d'émission maximale (par exemple, 0 V pour une grille 3 polarisée à 80 V). Les ions qui sont alors émis par la grille d'extraction 3 (dus à des électrons émis par les micro- pointes qui retombent sur cette grille 3) sont attirés par la grille collectrice 30, qui est au potentiel nul. Comme l'anode est maintenue à un potentiel supérieur à celui de la grille 30, les ions i sont piégés par cette grille 30, c'est-à-dire qu' sont attirés par celle-ci et qu'ils restent à son voisinage (ou qu'ils y sont collectés si la grille 30 est métallique), quel que soit le côte de la grille 30 d'où ils proviennent. On notera que, pendant les périodes de régénération, la polarisation de la grille 30 est compatible avec le fonctionnement souhaité, c'est- à-dire que les électrons ne sont pas attirés par l'anode 5. En effet, la grille 30 fait écran au bombardement électronique qu'elle repousse vers la grille d'extraction 3 à un potentiel supérieur. Bien entendu, en pratique, les électrodes de cathode et de grille sont adressées selon leur organisation en colonnes et en lignes, même que les électrodes de l'anode sont adressées par couleur dans le cas d'un écran couleur. Toutefois, cela ne change pas fondamentalement le fonctionnement de l'invention. C'est pourquoi, à la figure 4, on a illustré le potentiel d'adressage des colonnes de cathode vc pendant les périodes d'affichage A par un potentiel quelconque compris entre 0 et 30 V alors que les lignes correspondantes de la grille 3 sont séquen- tiellement polarisées au potentiel de 70 V. Bien entendu, les lignes de grille non adressées sont à un potentiel de 0 V de même que, dans le cas d'une anode polychrome, les électrodes d'anode des couleurs non adressées. Un avantage du deuxième aspect de l'invention est qu'il évite les effets néfastes des phases de régénération des écrans plats de visualisation qui sont par ailleurs utiles pour éviter la dérive de couleurs côté anode ou les claquages dus aux effets de charge des zones isolantes de la cathode. Un autre avantage de la présente invention, quel que soit l'aspect considéré, est qu'elle respecte la structure clas sique d'un écran plat de visualisation pour ce qui concerne l'anode, la cathode et la grille d'extraction. On notera que, quel que soit l'aspect considéré, la cathode qui, dans le cas d'un écran à micropointes, comprend les éléments plus sensibles au bombardement ionique, est protégee contre un tel bombardement. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle est parfaitement compatible avec l'adressage classique d'un écran plat de visualisation. On notera que, à titre de variante, la grille addition nelle 20 ou 30 pourra ne pas être métallique, mais résistive ou semiconductrice. Selon une autre variante, un même écran peut combiner une premiere grille additionnelle 20, côté cathode 1, et une deu xième grille additionnelle 30, côte anode 5. Les deux grilles sont alors portées, pendant les périodes d'affichage, à des po tentiels supérieurs au potentiel maximal d'adressage de l'anode. De préférence, le potentiel de la grille 30 est supérieur à celui de la grille 20 pour respecter le gradient de potentiel dans l'espace inter-électrodes et optimiser l'affichage. Hors des périodes d'affichage, la grille 30 est ramenée à un potentiel nul ou négatif tandis que la grille 20 reste au potentiel élevé. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix de la distance séparant la grille additionnelle de l'anode et de la cathode dépend du mode de réa lisation choisi et d'éventuelles contraintes techniques de réali sation de l'écran. Par exemple, dans certains cas, on pourra pré férer ne pas apposer directement une grille métallique sur l'anode pour ne pas polluer les éléments luminophores. On sera alors conduit à prévoir une structure intermédiaire d'espaceur pour y suspendre une grille auto-portante. Toutefois, on pourra prévoir que la grille additionnelle soit intégrée à la cathode- grille ou à l'anode en utilisant les techniques de fabrication dérivées de celles des circuits électroniques intégrés. De plus, on notera que l'invention peut être mise en oeuvre et trouver un intérêt, que ce soit pour des écrans mono- chromes ou pour des écrans couleurs, les adaptations éventuelle ment nécessaires de l'adressage selon le deuxième aspect de l'in- vention étant à la portée de 11 du métier à partir des indi cations fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, l'in vention peut être mise en oeuvre quelle que soit l'organisation des pixels et quelle que soit la distribution des électrodes d'anode pour répartir les éléments luminophores. En outre, bien que l'invention ait été décrite ci- dessus en relation avec un ecran à micropointes, on notera quelle s'applique plus généralement à tous types d'écrans à effet de champ dans lequel une cathodoluminescente subit un bombardement électronique. RMÉIVDICATIONS 1. Écran plat de visualisation du type comprenant une cathode (1) pourvue de moyens (2) d'émission élec tronique effet de champ ; une anode (5) cathodoluminescente placée en regard de la cathode ; et une grille d'extraction (3) associée à la cathode, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une grille additionnelle (20, 30), perméable au bombardement électronique et polarisée pour interdire à des ions parasites, produits d'un côté de cette grille additionnelle, d'atteindre la cathode ou l'anode située de l'autre côté. 2. Écran selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grille additionnelle (20, 30) est polarisable un potentiel (Vi) supérieur à un potentiel maximum (Va) de polarisa tion de l'anode (5). 3. Écran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite grille additionnelle (30) est polarisable à un potentiel (Vi) négatif ou nul. 4. Écran selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le potentiel (Vi) de polarisation de ladite grille additionnelle (30) est commutable entre ledit potentiel négatif ou nul, hors de périodes d'affichage, et ledit potentiel supé rieur au potentiel maximum (Va) de polarisation de l'anode (5), pendant les périodes d'affichage. 5. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite grille additionnelle est placée plus près de la cathode (1) que de l'anode (5). 6. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite grille additionnelle (30) est placée plus près de l'anode (5) que de la cathode (1). 7. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une première grille addition nelle (20) proche de la cathode et polarisée à un potentiel supé rieur au potentiel maximum (Va) de polarisation de l'anode (5), et une deuxième grille additionnelle (30), proche de l'anode et dont le potentiel de polarisation est commutable entre un poten tiel négatif ou nul hors de périodes d'affichage et un potentiel supérieur au potentiel maximum (va) de polarisation de l'anode (5) pendant les périodes d'affichage. 8. Écran selon lune quelconque des revendications 1 7, caractérisé en ce que ladite grille additionnelle (20, 30) est intégrée l'anode (5) ou à la cathode (1). 9. Procédé de commande d'un écran conforme à lune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à, pendant des périodes de régénération intercalées entre des périodes d'affichage, polariser l'anode (5) à un poten tiel supérieur aux potentiels de la grille d'extraction (3) et de la cathode (1), et polariser la grille additionnelle (30) à un potentiel négatif ou nul.