Brevet FR2800509A1 — publié le 20010504

L'invention concerne un écran à luminophores à haute luminosité destiné à être utilisé dans des visuels luminescents utilisant des luminophores, et un procédé pour sa fabrication, et elle a trait plus particulièrement à un écran à luminophore pouvant émettre de la lumière avec une haute luminosité sous un niveau de tension bas ou moyen, et un procédé pour sa fabrication. Dans des visuels luminescents, tels que des tubes à rayons cathodiques (TRC), des visuels fluorescents à vide (VFV), des visuels à émission de champ (VEC), un luminophore sert à former une image à partir d'un signal électrique en émettant de la lumière après avoir été excité par des électrons incidents. Le luminophore présente une couleur intrinsèque qui dépend de sa composition, et sa couleur et sa luminosité varient en fonction de l'énergie et du nombre d'électrons bombardant sa surface. Ici, l'énergie et le nombre d'électrons qui bombardent un écran à luminophore sont déterminés par la structure et le type de fonctionnement d'une unité d'attaque. Jusqu'à présent, les recherches portant sur les luminophores étaient focalisées sur des luminophores à haute tension pouvant être excités par quelques dizaines de kilovolts pour être utilisés dans des tubes TRC, et sur des luminophores à basse tension pouvant être excités par quelques centaines de volts pour être utilisés dans des visuels VFV. Avec l'intérêt croissant pour les visuels à émission de champ qui sont attaqués par une tension d'un niveau moyen de 1 à 4 kV, on a besoin d'un luminophore destiné à être utilisé.efficacement dans un tel visuel avec l'application d'une tension d'un niveau moyen. Lorsqu'un luminophore existant pour haute tension destiné à des tubes TRC est excité avec une tension d'un niveau moyen, l'énergie d'excitation des électrons est inférieure à celle d'une tension élevée, en sorte qu'un courant d'électrons plus important que pour un tube TRC est nécessaire pour produire la même luminosité du fait d'un rendement de luminescence réduit. Cependant, l'application d'un courant intense réduit la durée de vie du luminophore, et il serait donc souhaitable d'augmenter le rendement de la luminescence sous une tension de travail d'un niveau moyen sans augmenter le courant. Des luminophores à ZnO :Zn, sont connus comme étant un type de luminophore ayant un rendement de luminescence élevé sous de basses tensions, émettent une lumière vert bleuâtre avec un pic principal d'émission proche de 505 nm. Pour cette raison, malgré l'avantage d'une luminosité élevée sous une tension de travail d'un niveau bas ou moyen et d'une consommation d'énergie réduite, les luminophores à ZnO:Zn ne conviennent pas à l'affichage d'une image en couleurs, et leurs applications ont dont été limitées à des afficheurs d'images en noir et blanc. Pour augmenter l'efficacité de l'attaque sous une tension d'un niveau moyen, c'est-à-dire pour renforcer la luminosité sous une tension d'un niveau moyen, le brevet des E.U.A. n 5 788 881 décrit un procédé de réalisation d'un écran à luminophores à l'aide d'un mélange de deux luminophores ayant des conductivités différentes. En particulier, on augmente la conductivité de l'écran entier à luminophores en utilisant la conductivité d'un luminophore à basse tension, améliorant ainsi les caractéristiques de luminosité. Cependant, on a encore besoin d'un luminophore pouvant être appliqué à l'affichage d'images en couleurs avec une pureté de couleur améliorée et un rendement de luminescence élevé sous une tension de travail d'un niveau moyen. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, un objectif de l'invention est de proposer un écran à luminophores qui présente une luminosité élevée avec une tension de travail @ d'un niveau bas ou moyen, et dans lequel une petite quantité d'un luminophore à ZnO:Zn est utilisée, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Conformément à un aspect de l'invention, il est proposé un écran à luminophores à haute luminosité, comportant : une matière luminescente destinée à émettre de la lumière d'une couleur prédéterminée, utilisée pour un affichage d'image en couleurs ; et un luminophore à ZnO:Zn pouvant renforcer la luminosité de l'affichage, dans lequel on fait varier la proportion de mélange -de la matière luminescente au luminophore ZnO:Zn en fonction d'un niveau souhaité de luminosité. La matière luminescente est avantageusement un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte. Le luminophore émettant de la lumière bleue peut être au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Cl,Al, (Zn, Cd)S:Ag, ZnS:Ag,Cl,Al,Mg, (Zn,Cd)S:Ag,Cl, (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Al et (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Mg. Le luminophore émettant de la lumière verte peut être au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Cu,Al, ZnS :Cu, ZnS:Cu,Al,Au, (Zn,Cd)S:Cu,Al, (Zn, Cd)S:Cu et (Zn,Cd)S:Cu,Al,Au. La quantité du luminophore à ZnO:Zn additionnée est avantageusement de 20% ou moins en poids sur la base du poids de la matière luminescente. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour la réalisation d'un écran à luminophores à haute luminosité par mélange d'une matière luminescente destinée à émettre de la lumière d'une couleur prédéterminée et d'une quantité prédéterminée d'un luminophore à ZnO:Zn, le procédé comprenant les étapes dans lesquelles : (a) on prépare une solution d'un mélange de luminophores en dispersant la matière luminescente et le luminophore à ZnO:Zn dans un solvant ; (b) on forme une couche de luminophore en déposant le solvant contenant le mélange de luminophores sur un substrat ; et (d) on fait évaporer le solvant de la couche de luminophore déposée. Dans l'étape (a), la matière luminescente est avantageusement un luminophore émettant une lumière bleue ou verte. Le luminophore émettant de la lumière bleue peut être au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Cl,Al, (Zn,Cd)S:Ag, ZnS:Ag,Cl,Al,Mg, (Zn,Cd)S:Ag,Cl, (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Al et (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Mg. Le luminophore émettant de la lumière verte peut être au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Cu,Al, ZnS :Cu, ZnS:Cu,Al,Au, (Zn,Cd)S:Cu,Al, (Zn,Cd)S:Cu et (Zn,Cd)S:Cu,Al,Au. La quantité du luminophore à ZnO:Zn additionnée est avantageusement de 20% ou moins en poids sur la base du poids de la matière luminescente. Dans l'étape (b), la couche de luminophore est avantageusement formée par dépôt de la solution de mélange de luminophores sur le substrat par l'application d'une électrophorèse, d'une sérigraphie, d'une photolithographie ou d'une précipitation. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est un schéma illustrant un procédé de réalisation d'un écran à luminophores à haute luminosité pouvant être excité par l'application d'une tension de travail d'un niveau moyen selon l'invention ; la figure 2 est un schéma illustrant le principe d'accroissement de la luminosité par l'addition d'un luminophore à ZnO:Zn lors de la réalisation de l'écran à luminophores à haute luminosité illustré sur la figure 1 ; les figures 3A et 3B illustrent la luminescence d'une image pour diverses tensions d'accélération obtenue sur un visuel à émission de champ qui adopte un écran à luminophores formé d'un mélange d'un luminophore à ZnS :Ag,Cl émettant de la lumière bleue et d'un luminophore à ZnO:Zn en une concentration de 6,66% en poids, et un visuel à émission de champ qui adopte un écran à luminophore formé uniquement du luminophore à ZnS:Ag,Cl émettant de la lumière bleue, respectivement ; et la figure 4 illustre les coordonnées trichromatiques des images montrées sur les figures 3A et 3B. Un écran à luminophores qui présente une luminosité élevée sous une tension de travail d'un niveau bas ou moyen conforme à la présente invention est caractérisé par un rendement de luminescence accru. En particulier, une petite quantité d'un luminophore à ZnO:Zn, qui possède un rendement de luminescence élevé sous de basses tensions, est mélangée à un luminophore émettant de la lumière verte ou bleue, afin qu'une image à haute luminosité puisse être affichée avec une consommation d'énergie réduite. On donne ci-après des considérations permettant d'obtenir l'affichage d'une image à haute luminosité. Les luminophores à ZnO :Zn un pic principal d'émission proche de 505 nm et une lumière vert bleuâtre est donc émise par les luminophores. Pour cette raison, il est difficile d'afficher une image en couleurs avec des luminophores à ZnO:Zn. Par conséquent, dans la présente invention, comme montré sur la figure 1, une matière luminescente telle qu'un luminophore à base de sulfure émettant de la lumière vert pur ou bleu pur, qui est destiné à une utilisation dans l'affichage d'une image en couleurs, est mélangé à un luminophore à ZnO :Zn des proportions appropriées pour former un écran à luminophores, ayant des propriétés de luminosité renforcées et de pureté de couleur. La matière luminescente émettant de la lumière bleue mélangée au luminophore à ZnO:Zn est avantageusement un luminophore à base de sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Cl,Al, (Zn,Cd)S:Ag, ZnS:Ag,Cl,Al,Mg, (Zn,Cd)S:Ag,Cl, (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Al et (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Mg. La matière luminescente émettant de la lumière verte peut être un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Cu,Al, ZnS :Cu, ZnS:Cu,Al,Au, (Zn,Cd)S:Cu,Al, (Zn,Cd)S:Cu et (Zn,Cd)S:Cu,Al,Au. La quantité du luminophore à ZnO:Zn utilisée peut être modifiée suivant un niveau souhaité de luminosité, mais elle est avantageusement de 20% en poids sur la base du poids de la matière luminescente pour optimiser le rendement de luminescence et la pureté des couleurs. L'écran à luminophores à haute luminosité pouvant être excité sous une basse tension selon l'invention est formé d'un mélange d'un luminophore à ZnO:Zn, qui peut être excité sous une basse tension de travail, et d'un autre luminophore convenant à un bon affichage d'images en couleurs. Il en résulte qu'une image en couleurs ayant des propriétés de luminosité et de couleur améliorées peut être obtenue avec l'écran à luminophores sous une tension de travail d'un niveau bas ou moyen. Comme montré sur la figure 1, un luminophore à ZnO:Zn et un autre luminophore sont dispersés sans un solvant, afin qu'on obtienne une solution de luminophores. La solution de luminophores est déposée sur un substrat par électrophorèse, sérigraphie, photolithographie et précipitation, pour former une couche de luminophore. Le solvant est ensuite éliminé de la couche de luminophore par évaporation, afin qu'un écran à luminophores comprenant des luminophores hétérogènes soit finalement obtenu. Lorsque des électrons heurtent la surface de l'écran à luminophores, une image en couleurs est affichée. L'écran à luminophores à haute luminosité pour l'affichage d'images selon l'invention a pour avantages que les propriétés de luminosité peuvent être améliorées par le mélange d'un luminophore à ZnO :Zn haut rendement de luminescence sous de basses tensions avec un autre luminophore (avantageusement un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte, convenant à un affichage d'une image en couleurs), et les propriétés de couleur peuvent également être améliorées par l'utilisation d'un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte d'une couleur similaire. La figure 2 illustre les propriétés de luminescence d'un luminophore lorsqu'un seul luminophore existant est utilisé pour former un écran à luminophore, et lorsqu'un luminophore à ZnO :Zn ajouté en outre pour former l'écran à luminophores. Comme montré sur la figure 2, lorsque l'écran à luminophores est formé par le mélange du luminophore bleu ou vert existant et duluminophore à ZnO :Zn, le rendement élevé de luminescence du luminophore à ZnO :Zn sous une tension de travail de niveau moyen, comprise dans la plage de 1 à 5 kv, peut être amélioré du fait de la luminescence du luminophore bleu ou vert ajouté. En d'autres termes, étant donné que le luminophore à ZnO:Zn possède la couleur intrinsèque vert bleuâtre, l'addition du luminophore à ZnO:Zn au luminophore bleu ou vert existant ne nuit pas à la couleur de l'image affichée. La luminosité et la couleur d'une image affichée peuvent être aisément réglées comme nécessaire en fonction de diverses conditions de fonctionnement, par dosage de la quantité du luminophore à ZnO :Zn. exemple, pour obtenir des propriétés de luminosité plus accentuées que les propriétés de couleur, on augmente la quantité de luminophore à ZnO:Zn. Par contre, pour obtenir de meilleures propriétés de couleur, le luminophore à ZnO:Zn est additionné en petite quantité. On peut donc obtenir des propriétés de luminescence souhaitées. Les figures 3A et 3B illustrent la luminescence d'une image, sous diverses tensions d'accélération, obtenue au moyen d'un visuel à émission de champ qui adopte un écran à luminophores formé d'un mélange d'un luminophore à ZnS :Ag,Cl émettant de la lumière bleue et d'un luminophore à ZnO:Zn en une concentration de 6,66% en poids, et un visuel à émission de champ qui adopte un écran à luminophore formé uniquement du luminophore à ZnS:Ag,Cl émettant de la lumière bleue, respectivement. Comme montré sur les figures 3A et 3B, on obtient une luminosité accrue dans le cas où le luminophore à ZnO:Zn est additionné en comparaison avec le cas dans lequel aucune addition de luminophore à ZnO:Zn n'est réalisée. En ce qui concerne la couleur des images affichées, du fait du rendement de luminescence élevé du luminophore à ZnO:Zn sous de basses tensions de travail, la pureté des couleurs peut être diminuée par l'addition du luminophore à ZnO :Zn. Cependant, avec l'application - de tensions d'accélération plus élevées, on améliore les caractéristiques de luminescence du luminophore à ZnS:Ag,Cl. Il en résulte que la pureté de couleur de l'image formée par excitation des luminophores hétérogènes comprenant un luminophore à ZnO:Zn et un luminophore à ZnS:Ag,Cl est similaire à celle obtenue à partir du seul luminophore, à savoir le luminophore à ZnS:Ag,Cl, sous des tensions d'accélération de 1,5 kV ou plus. Le tableau cidessous met ceci en évidence. L'écran à luminophores de l'invention peut donc être utilisé pour l'affichage d'images en couleurs. La figure 4 illustre les coordonnées trichromatiques d'images montrées sur les figures 3A et 3B. Le tableau montre les valeurs de luminosité et les coordonnées trichromatiques d'images affichées dans les conditions indiquées ci-dessus en référence aux figures 3A et 3B. Dans le tableau, on indique par x et y les coordonnées x et y de points sur le graphique de la figure 4. De plus, les six coordonnées indiquées par des symboles #, #, #, #, @ et # sur la figure 4 concernent les images affichées dans les conditions de fonctionnement indiquées par les mêmes symboles dans le tableau qui suit. tableau quantité de tension d'accélération (Va) luminophore 500V 700V 1000V 1500V 2000V à ZnO:Zn (% en poids) ~~~~~~ ~~~~~~ ~~~~~~ ~~~~ 0 5,78 9,77 17,3 33,7 54,6 cd/m2 cd/m2 cd/m2 cd/m2 cd/m2 x=0,24 x=0,19 x=0,17 x=0,16 x=0,1556 y=0,21 y=0,15 y=0,09 y=0,09 y=0,0829 # # # 6,66 6,99 15,6 29,3 53,5 85,6 cd/m2 cd/m2 cd/m2 cd/m2 cd/m2 x=0,25 x=0,19 x=0,17 x=0,16 x=0,15 y=0,23 y=0,15 y=0,12 y=0,10 y=0,09 # # # Comme montré sur la figure 4, les coordonnées trichromatiques pour les cas indiqués par les symboles #, # et #, où aucun luminophore à ZnO :Zn ajouté, sont proches de celles associées aux cas indiqués par les échantillons #, # et #, où un luminophore à ZnO :Zn en outre utilisé pour former l'écran à luminophores. Il apparaît donc que la couleur des images n'est pas notablement affectée par l'addition du luminophore à ZnO:Zn. L'écran à luminophores à haute luminosité pouvant fonctionner sous une tension basse ou moyenne selon l'invention est avantageux par le fait que la luminosité peut être améliorée en utilisant le rendement de luminescence élevé du luminophore à ZnO:Zn, et que les propriétés de couleur d'un luminophore existant utilisé pour un affichage d'images en couleurs subsistent. Par conséquent, l'écran à luminophores de l'invention peut être appliqué en tant qu'écran à luminophores émettant de la lumière bleue ou verte avec des propriétés de couleur améliorées sous une tension de travail d'un niveau bas ou moyen. L'écran à luminophores selon l'invention est similaire à celui décrit dans le brevet n 5 788 881 précité par le fait qu'un mélange de deux luminophores est utilisé pour former cet écran avec des propriétés de luminosité améliorées. Cependant, contrairement à l'art antérieur dans lequel l'amélioration de la -luminosité est obtenue en augmentant la conductivité de la couche entière de luminophore sur la base de la conductivité d'un luminophore pouvant être excité sous de basses tensions, les propriétés de luminosité améliorées de l'écran à luminophores de l'invention sont basées sur-le rendement de luminescence élevé d'un luminophore constitutif ayant une basse tension de travail. Une autre différence entre l'invention et l'art antérieur est que, dans l'écran à luminophores de l'invention, les propriétés de couleur de l'autre luminophore additionné à des fins d'affichage en couleurs sont maintenues, en sorte qu'une image en couleurs de haute qualité peut être affichée en utilisant la couche de luminophore contenant le mélange de luminophores. En outre, les types de luminophores utilisés dans l'invention sont différents de ceux utilisés dans l'art antérieur. Comme mentionné précédemment, l'écran à luminophores à haute luminosité ayant une tension de travail d'un niveau bas ou moyen selon l'invention peut être formé, à la différence d'un procédé classique améliorant les propriétés de luminescence par l'utilisation d'un luminophore synthétique nouveau, par simple dépôt d'un mélange de luminophores qui contient en proportions appropriées un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte pour l'affichage d'images en couleurs et un luminophore à ZnO:Zn émettant de la lumière vert bleuâtre avec un rendement de luminescence élevé sous de basses tensions. Par conséquent, on peut éviter la réduction de la durée de vie d'un luminophore qui apparaîtrait sous l'effet de l'application d'un courant intense pour augmenter la luminosité. De plus, l'affichage d'une image en couleur bleu ou verte peut être réalisé sous une tension de travail d'un niveau bas ou moyen avec une luminosité accrue. Les avantages de l'écran à luminophores selon l'invention sont les suivants. Premièrement, en utilisant le mélange d'un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte et d'un luminophore à ZnO :Zn, on améliore les caractéristiques de luminescence du luminophore émettant de la lumière bleue ou verte sous de basses tensions de travail grâce au rendement de luminescence élevé du luminophore à ZnO :Zn, sorte qu'une image ayant une luminosité accrue peut être affichée sous l'application d'une tension d'un niveau bas ou moyen. Deuxièmement, étant donné que le luminophore à ZnO:Zn émet de la lumière vert bleuâtre, la pureté de couleur du luminophore émettant de la lumière bleue ou verte, qui est utilisé pour un affichage en couleurs, peut être maintenue par ajustement de la quantité de luminophore à ZnO:Zn ajoutée. Autrement dit, un affichage d'une image colorée est possible avec l'écran à luminophores de l'invention. Troisièmement, les propriétés de luminosité peuvent être aisément améliorées par simple mélange de luminophores, plutôt que par une technique compliquée de synthétisation d'un luminophore ou de traitement de surface. Quatrièmement, la luminosité et la couleur d'une image devant être affichée peuvent être aisément réglées conformément à diverses conditions de fonctionnement, par ajustement de la quantité du luminophore à ZnO :Zn. particulier, si l'on considère davantage la luminosité d'une image que sa couleur, on augmente la quantité de luminophore à ZnO:Zn. Dans le cas contraire, on ajoute une faible quantité de luminophore à ZnO :Zn. procédant ainsi, on peut établir des propriétés de luminescence souhaitées pour une image. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'écran à luminophores décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Écran à luminophores à haute luminosité, caractérisé en ce qu'il comporte une matière luminescente destinée à émettre une lumière d'une couleur prédéterminée, utilisée pour un affichage d'images en couleurs ; et un luminophore à ZnO:Zn pouvant -renforcer la luminosité de l'affichage, la proportion de mélange de la matière luminescente au luminophore à ZnO :Zn modifiée en fonction d'un niveau souhaité de luminosité. 2. Écran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière luminescente est un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte. 3. Écran selon la revendication 2, caractérisé en ce que le luminophore émettant de la lumière bleue est au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Cl,Al, (Zn,Cd)S:Ag, ZnS:Ag,Cl,Al,Mg, (Zn,Cd)S:Ag,Cl, (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Al et (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Mg. 4. Écran selon la revendication 2, caractérisé en ce que le luminophore émettant de la lumière verte est au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Cu,Al, ZnS :Cu, ZnS:Cu,Al,Au, (Zn,Cd)S:Cu,Al, (Zn,Cd)S:Cu et (Zn,Cd)S:Cu,Al,Au. 5. Écran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité du luminophore à ZnO:Zn ajoutée est de 20% ou moins en poids sur la base du poids de la matière luminescente. 6. Procédé pour la réalisation d'un écran à luminophores à haute luminosité par mélange d'une matière luminescente destinée à émettre une lumière d'une couleur prédéterminée et d'une quantité prédéterminée d'un luminophore à ZnO:Zn, le procédé étant caractérisé par les étapes dans lesquelles : (a) on prépare une solution d'un mélange de luminophores en dispersant la matière luminescente et le luminophore à ZnO:Zn dans un solvant ; (b) on forme une couche de luminophore en déposant le mélange de solvant et luminophores sur un substrat ; et (c) on fait évaporer le solvant de la couche de luminophore déposée. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), la matière luminescente est un luminophore émettant de la lumière bleue ou verte. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le luminophore émettant de la lumière bleue est au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Cl,Al, (Zn,Cd)S:Ag, ZnS:Ag,Cl,Al,Mg, (Zn,Cd)S:Ag,Cl, (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Al et (Zn,Cd)S:Ag,Cl,Mg. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le luminophore émettant de la lumière verte est au moins un luminophore à base d'un sulfure choisi dans le groupe constitué des ZnS:Cu,Al, ZnS :Cu, ZnS:Cu,Al,Au, (Zn,Cd)S:Cu,Al, (Zn, Cd)S:Cu et (Zn,Cd)S:Cu,Al,Au. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la quantité du luminophore à ZnO:Zn ajoutée est de 20% ou moins en poids sur la base du poids de la matière luminescente. 11. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans l'étape (b), la couche de luminophore est formée par dépôt de la solution de mélange de luminophores sur le substrat avec l'application d'une électrophorèse, d'une sérigraphie, d'une photolithographie ou d'une précipitation.