Brevet FR2814591A1 — publié le 20020329

ENTRETOISE DE VERRE ET DISPOSITIF D'AFFICHAGE EMETTANT DES FAISCEAUX D'ÉELECTRONS Domaine de l'invention La présente invention a trait à une entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons et à un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons équipé de l'entretoise de verre. Plus particulièrement, la présente invention a trait à l'entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, constituée de verre non arcalin qui est substantiellement exempt de métal alcalin et possède à peu près le même coefficient de dilatation linéaire que celui du verre de silicate sodocalcique, et elle a également trait au dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons équipé de l'entretoise de verre. Contexte de l'invention On s'est largement servi de l'affichage émettant des faisceaux d'électrons de type auto-émetteur de lumière, en tant qu'affichage de type plat qui fournit des images plus lumineuses et des angles de vision plus larges que ceux des dispositifs d'affichage à cristaux liquides. Le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons du type auto- émetteur de lumière dirige les faisceaux d'électrons engendrés par des générateurs de faisceaux d'électrons vers des éléments fluorescents, de sorte que les éléments fluorescents émettent une fluorescence pour former des images. Etant donné que l'affichage émettant des faisceaux d'électrons du type plat forme des images en dirigeant des - 2- faisceaux d'électrons vers des éléments fluorescents, des composants de l'affichage, comprenant les générateurs de faisceaux d'électrons et les éléments fluorescents, sont installés dans un boîtier sous vide ayant une pression interne de 10-3 Pa ou moins. La publication de brevet japonais H7-230776A divulgue un boîtier sous vide résistant à la pression atmosphérique, tel que présenté sur la figure 1. La figure 1 présente une vue en perspective éclatée de l'affichage émettant des faisceaux d'électrons de type plat. L'affichage possède un panneau avant 1 qui est constitué d'un panneau de verre 15 et d'un élément de formation d'images 5 qui est formé sur la surface interne du panneau de verre 15, ainsi que d'un panneau arrière 2 supportant un groupe d'éléments émetteurs d'électrons que l'on décrira plus tard. L'élément de formation d'images 5 comprend un élément fluorescent qui émet de la lumière lorsqu'il est irradié avec un faisceau d'électrons engendré à partir des éléments émettant des électrons. Le panneau avant 1 et le panneau arrière 2 sont connectés de façon hermétique d'une façon telle qu'un cadre de support central 3 est interpose-Ftntre les panneaux 1 et 2, tel que représenté sur la figure 2, qui illustre la coupe de l'affichage le long de la ligne A-A de la figure 1, et ainsi, les panneaux 1, 2 et le cadre 3 constituent une structure hermétique résistante à la pression atmosphérique. Des entretoises de verre 4 sont insérées entre le panneau avant 1 et le panneau arrière 2 de façon à soutenir les panneaux 1 et 2 pour qu'ils résistent à la pression atmosphérique. -3- Chaque entretoise de verre 4 peut avoir la forme d'une plaque d'une épaisseur de 0,2 mm et d'une hauteur de 5 mm et est liée au panneau arrière 2 à sa base à l'aide d'un élément de liaison 8. A la place, on peut lier l'entretoise de verre 4 au panneau avant 1 à son sommet à l'aide d'éléments de liaison 8, ou est liée à la fois au panneau avant 1 et au panneau arrière 2, à la fois à son sommet et à sa base, à l'aide des éléments de liaison 8. Le panneau arrière 2 comporte une base de verre 21, des parties d'éléments 23 constituées de Ni, qui présentent une épaisseur de 100 nm et qui sont disposées sur la base de verre 21 selon une disposition analogue à une matrice, et des parties de câblage 24 constituées de Ag qui ont une épaisseur de 2 gm et qui sont formées sur la base de verre 21 de façon à fournir de l'électricité aux parties d'éléments 23. Chacune des parties d'éléments 23 comporte un élément émetteur d'électrons 25. Les parties de câblage 24 sont disposées parallèlement les unes aux autres et chaque paire des parties de câblage adjacentes 24 fournit simultanément de l'électricité aux divers éléments émettant des électrols 25 qui existent le long de la paire. De plus, des électrodes de modulation, non représentées sur la figure 1, dont chacune comporte un trou laissant passer les électrons ayant un diamètre de 50 um, sont disposées 10 gm au-dessus de la base de verre 21, avec des couches isolantes de SiO2 interposées respectivement entre les électrodes et la base de verre 21. A la surface du panneau arrière 2, chacune des entretoises 4 est en contact avec le haut de la partie de câblage 24 qui existe entre une paire de lignes adjacentes -4 - des éléments émettant des électrons 25 et avec la surface du panneau avant 1. Chaque entretoise de verre 4 est en contact avec une des bandes noires à l'endroit o l'élément fluorescent de l'élément de formation d'images 15 ne doit pas être irradié avec des électrons émis par les éléments émettant des électrons 25. La publication de brevet japonais H12-203857A décrit un procédé de production d'entretoises de verre avec une grande précision, pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, dans lequel on prépare une matière de verre de base ayant une forme en coupe analogue à la forme souhaitée par rapport à celle des entretoises de verre, on chauffe la matière de verre de base pour qu'elle présente une viscosité de 105 à 109 poises et on étire la matière de verre pour former l'entretoise de verre. Selon ce procédé, il devient facile de façonner les entretoises de verre selon la forme souhaitée, étant donné que l'analogie dans la forme de la coupe, entre la matière de verre de base et la matière de verre de base étirée, est de plus en plus proche._ Dans la publication de brevet japonais ci-dessus H12-203857A, on emploie une composition telle que celle présentée dans le tableau 1 suivant, pour constituer les entretoises de verre. -- 5 -- Tableau 1 Verre de Verre à Verre sans silicate faible teneur métal sodocalcique en métal alcalin alcalin SiO2 72-73 56-58 57-59 A1203 1,0-1,5 5-7 13-15 O) Fe203 Environ 0,1 Environ 0,1 rg B203 9-1l ZrO2 2-3 MgO 4-5 2-3 1-2 o CaO 8-9 4-6 3-5 o SrO 5-7 3-4 0o BaO 6-8 4,5-6 o Na2O 12,513,5 3,5-5,0 0,1 K20 0,51,2 5-8 Coefficient de dilatation linéaire 88-92 76-84 39-St (x 10-7/oc) Température de 550-555 620-625 708-720 recuit (OC) Température de Températiure de 507-520 570-280 668-680 déformation (OC) Masse volumique 2,47-2,52 2,70-2,81 2,5-2,55 (g/cm3) -- 6 -- Le panneau avant et le panneau arrière de l'affichage sont normalement constitués de verre de silicate sodocalcique. Tel que présenté sur les figures 1 et 2, les entretoises de verre sont interposées entre le panneau avant et le panneau arrière du boîtier sous vide résistant à la pression atmosphérique, de sorte que l'intervalle situé entre les panneaux reste constant. Toutefois, étant donné que les entretoises de verre sont exposées aux éléments émettant des électrons, un problème peut survenir en ce que des ions mobiles, tels que Na, intégrés dans le verre de l'entretoise soient distribués irrégulièrement sous l'influence d'une tension de polarisation et entraînent ainsi la rupture du champ électrique. En conséquence, il est souhaitable que les entretoises de verre soient constituées d'une composition de verre non alcalin de façon à prévenir le problème ci-dessus. Toutefois, il est souhaitable, d'autre part, que les entretoises de verre aient le même coefficient de dilatation linéaire que celui du verre de silicate sodocalcique qui constitue les panneaux avant et arrière, parce qu-les entretoises de verre sont fixées sur le panneau arrière du dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons à l'aide d'un soudage par fusion à une température d'environ 500 C ou moins, au moyen d'une fritte de verre à bas point de fusion. La composition de verre non alcalin utilisée dans la publication de brevet japonais H12-203857A n'est pas appropriée pour les entretoises de verre du dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons parce que son -7 - coefficient de dilatation linéaire est de 35 à 40 x 10-7/ C et qu'il diffère de loin de celui du verre de silicate sodocalcique. But et résumé de l'invention Un but de la présente invention est de résoudre des problèmes classiques tels que mentionnés ci-dessus et de fournir une entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, qui est constitué de verre non alcalin ayant presque le même coefficient de dilatation linéaire que le verre de silicate sodocalcique, et de fournir également un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons équipé de l'entretoise de verre. L'entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des électrons de la présente invention est constituée de verre non alcalin qui est substantiellement exempt de métaux alcalins et qui comprend de 10 à 35 pour cent en masse de SiO2, de 20 à 60 pour cent en masse de RO, dans lequel "R" désigne un métal alcalino-terreux, de9à 30 pour cent en masse de B203 et de 0 à 10 pour cent en masse de A1203, et dont le coefficient de dilatation linéaire vaut 76 x 10-7 à 92 x 10-7/ C. L'entretoise constituée du verre non alcalin, qui est substantiellement exempt de métal alcalin, n'entraîne pas la rupture de champ électrique produit par l'alcali. L'entretoise de verre ne se fracture pas en raison de la différence de dilatation thermique entre l'entretoise de verre elle-même et le verre de silicate sodocalcique, parce -8 - que le coefficient de dilatation linéaire du verre non alcalin est de 76 x 10-7 à 96 x 10-7/ C et est approximativement égal à celui du verre de silicate sodocalcique. Dans la présente invention, il est préférable que le verre non alcalin qui constitue l'entretoise de verre possède un coefficient de dilatation linéaire valant en particulier de 78 x 10-7 à 88 x 10-7/ C. Le verre non alcalin peut en outre comprendre de 0 à 30 pour cent en masse de La203, de 0 à 8 pour cent en masse de ZnO et de 0 à 5 pour cent en masse de TiO2. Le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de la présente invention est équipé des entretoises de verre. Il convient de noter que le "coefficient de dilatation linéaire" fait référence à la valeur moyenne de celui-ci, à des températures allant de 30 C à 400 C. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de type plat; et la figure 2 est une vue en coupe du dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, le long de la ligne A-A de la figure 1. Description détaillée des formes de réalisation préférées L'entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de la présente invention -9 - se compose de verre non alcalin substantiellement exempt de métal alcalin, qui comprend: SiO2 à raison de 10 à 35 pour cent en masse; - RO à raison de 20 à 60 pour cent en masse, dans lequel "R" désigne n'importe quel métal alcalinoterreux; - B203 à raison de 9 à 30 pour cent en masse; et - A1203 à raison de 0 à 10 pour cent en masse. Le verre peut en outre comprendre: - La203 à raison de 0 à 30 pour cent en masse; - - ZnO à raison de 0 à 8 pour cent en masse; et - TiO2 à raison de 0 à 5 pour cent en masse, selon les besoins. Dans la présente invention, "substantiellement exempt de métal alcalin" signifie que la teneur en métaux alcalins, à savoir Li, Na et K, est de 5000 ppm au plus. SiO2 est un composant essentiel pour former la structure réticulaire tridimensionnelle du verre. Une trop grande quantité de SiO2 abaisse le coefficient de dilatation linéaire du verre en dessous de la gamme allant de 76 x 10-7 à 92 x 10-7/ C qui est équivalente à celle du verre de silicate sodocalcique ordinaire. Le coefficient de dilatation linéaire du verre non alcalin est généralement inférieur à celui du verre de silicate sodocalcique et SiO2 a pour effet d'abaisser le coefficient. En conséquence, dans la présente invention, la teneur en SiO2 doit être de 35 pour cent en masse ou moins. Toutefois, puisque SiO2 en une quantité inférieure à 10 pour cent en masse ne peut pas former la - 10 - structure réticulaire tridimensionnelle du verre, la teneur en SiO2 doit être de 10 à 35 pour cent en masse, de manière plus particulièrement préférée de 13 à 34 pour cent en masse. A1203 est un composant permettant d'améliorer la durabilité du verre, il a pourtant pour effet d'abaisser le coefficient de dilatation linéaire du verre, tout autant que SiO2. En conséquence, la teneur en A1203 doit être comprise entre 0 et 10 pour cent en masse et, de préférence, entre 0 et 8 pour cent en masse. B203 est un composant permettant d'améliorer la durabilité du verre et de faciliter la fusion du verre. La teneur en B203 varie de 9 à 30 pour cent en masse, de préférence de 10 à 28 pour cent en masse. RO qui est au moins un élément choisi dans le groupe formé par BaO, CaO, MgO et SrO améliore la durabilité du verre, régule la viscosité du verre et augmente le coefficient de dilatation linéaire du verre. Le verre comprend pas moins de 20 pour cent en masse de RO de façon à atteindre le coefficient de dilatation linéaire de 76--1-0-7 à 92 x 10-7/ C. Toutefois, puisqu'une quantité trop importante de RO réduit relativement la teneur en autres ingrédients si bien que l'on ne peut pas obtenir le verre souhaité, la teneur en RO doit être de 20 à 60 pour cent en masse et elle est de préférence de 30 à 55 pour cent en masse. L'entretoise de verre pour le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de la présente invention peut en outre comprendre La203 à raison de 0 à 30 pour cent - il - en masse, Zn à raison de 0 à 8 pour cent en masse et TiO2 à raison de 0 à 5 pour cent en masse. Alors que le verre non alcalin est substantiellement exempt de métal alcalin, il possède un coefficient de dilatation linéaire de 76 x 10-7 à 92 x 10-7/ C, de préférence de 78 x 10-7 à 88 x 10-7/ C, qui est presque identique à celui du verre de silicate sodocalcique. En conséquence, on peut intégrer l'entretoise de verre de la présente invention constituée du verre ci-dessus, dans un panneau avant et un panneau arrière d'un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, qui sont constitués de verre de silicate sodocalcique. Il est préférable que l'on produise l'entretoise de verre de la présente invention par un procédé décrit dans la publication de brevet japonais H12-203857A. On forme l'entretoise de verre de la présente invention à partir d'une matière de base ayant une forme analogue à celle de l'entretoise de verre, avec un facteur de forme spécifié (rapport hauteur/épaisseur). On étire la matière de verre de base tout en la chauffant à une température à laquelle la matière est essentiellement amollie, puis on coupe la matière de verre de base étirée à une longueur spécifiée. Toutefois, le procédé de formation de l'entretoise de verre de la présente invention ne se limite pas à celui de la publication de brevet japonais H12-203857A. L'affichage émettant des faisceaux d'électrons de type plat, tel que mentionné ci-dessus en se référant aux figures 1 et 2, possède le panneau avant 1 et le panneau arrière 2, dans lequel le panneau avant 1 se compose du panneau de verre - 12 - et de l'élément de formation d'images 5 qui est formé sur la surface interne du panneau avant 1, et le panneau arrière 2 supporte un groupe des éléments émettant des électrons. L'élément de formation d'images 5 comprend l'élément fluorescent qui émet de la lumière lorsqu'il est irradié avec des faisceaux d'électrons engendrés à partir des éléments émettant des électrons. Le panneau avant 1 et le panneau arrière 2 sont connectés de façon hermétique de telle sorte que le cadre de support central 3 est interposé entre les panneaux 1 et 2, et les panneaux 1, 2 et le cadre constituent ainsi une structure hermétique résistant à la pression atmosphérique. De plus, les entretoises de verre 4 sont insérées entre le panneau avant 1 et le panneau arrière 2 de façon à soutenir les panneaux 1 et 2 pour qu'ils résistent à la pression atmosphérique. Chaque entretoise de verre 4, par exemple, est façonnée en forme de plaque d'une épaisseur de 0,2 mm et d'une hauteur de 5 mm et est fixée sur le panneau arrière 2 d'une façon telle que sa base est liée au panneau 2 avec un élément de liaison 8. On peut fixer l'entretoise de verre 4 sr le panneau avant 1 de sorte que son sommet soit lié au panneau 1 avec l'élément de liaison 8, au lieu de lier sa base au panneau arrière 2. On peut fixer l'entretoise de verre à la fois sur le panneau avant 1 et sur le panneau arrière 2, de sorte qu'à la fois sa base et son sommet soient liés respectivement au panneau 1 et au panneau 2, avec les éléments de liaison 8. Le facteur de forme (rapport hauteur/épaisseur) de la coupe de l'entretoise de verre peut varier de 4 à 50. - 13 - L'entretoise de verre 4 présente, de préférence, une épaisseur allant de 0,03 mm à 0,25 mm. L'entretoise de verre doit présenter une épaisseur mince étant donné que le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons ne peut pas distribuer de lumière de façon à afficher des images au niveau de parties dans lesquelles les entretoises de verre sont en contact avec le panneau avant et le panneau arrière. Toutefois, l'entretoise de verre ayant une épaisseur inférieure à 0,03 mm ne présente pas suffisamment de résistance mécanique et pose des difficultés de manipulation. La partie de câblage 24, sur laquelle on doit placer l'entretoise de verre 4 de façon à augmenter la surface ouverte du dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, présente généralement une largeur de 0,25 mm au plus. En conséquence, il est préférable que l'épaisseur de l'entretoise de verre 4 n'excède pas la largeur de la partie de câblage 24. L'entretoise de verre 4 présente de préférence une hauteur allant de 0,7 mm à 5 mm et, de manière plus particulièrement préférée, allant de 1 mm à _-5-mm. L'entretoise de verre présente de préférence une hauteur non inférieure à 0,7 mm, étant donné que l'on utilise habituellement une tension à grande accélération variant de 5000 à 6000 volts dans le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons afin d'améliorer le taux d'utilisation des éléments fluorescents. Lorsque l'espace qui est formé par les entretoises de verre 4 entre le panneau avant 1 et le panneau arrière 2 est inférieure à 0,7 mm, il est difficile d'assurer une isolation électrique entre les panneaux. Toutefois, lorsque la distance entre les panneaux dépasse - 14 - mm, des faisceaux d'électrons émis par des sources de faisceaux d'électrons sont distribués si largement que les éléments d'image adjacents émettent également de la lumière et, en conséquence, l'entretoise de verre a de préférence une hauteur ne dépassant pas 5 mm. L'entretoise de verre 4 a habituellement une longueur allant de 10 mm à 1000 mm, qui peut varier en fonction de la taille du dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons et du procédé de formation des entretoises de verre. Le dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de la présente invention peut présenter une structure telle que représentée sur les figures 1 et 2, avec l'entretoise de verre constituée du verre non alcalin de la présente invention. On va décrire ci-après la présente invention en se référant à des exemples et à des exemples comparatifs. Exemples 1 à 4, exemples comparatifs 1 et 2 Echantillons de verre ayant des compositions préen-tées dans le tableau 2, respectivement préparés et évalués par la mesure du coefficient de dilatation linéaire, de la température de point de transition et de la limite élastique. On présente les résultats des mesures dans le tableau 2. - 15 - Tableau 2 Exemples Exemples comparatifs 1 2 3 4 1 2 SiO2 28 33 15 30 38 41 A1203 1 7 1 1 3 14 te CaO 25 4 BaO 34 16 37 47 42 - OW B203 24 12 27 10 17 11 0\0 tW La23 7 6 20 SrO 5 ZnO 1 1 5 TiO2 3 O -H KHF2 28 O o U v4 AlF3 6 Na20 K20 Coefficient de dilatation linéaire 76 82 84 85 69 135 (x 10-7/oC) Température de point de transition 663 659 647 605 663 330 (OC) Limite élastique Limite élastique 703 715 682 650 706 425 (OC) - 16 - I1 ressort du tableau 2 que le verre non alcalin de la présente invention, qui ne comprend pas de métal alcalin, possède à peu près le même coefficient de dilatation linéaire que celui du verre de silicate sodocalcique ordinaire. D'autre part, les échantillons de verre des exemples comparatifs 1 et 2, dont chacun comprend une quantité plus importante de SiO2 que celle de la présente invention, diffèrent énormément du verre de silicate sodocalcique quant au coefficient de dilatation linéaire et sont donc inappropriés pour l'entretoise de verre d'un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons. Tel que décrit ci-dessus, l'entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de la présente invention est constituée de verre non alcalin et est essentiellement exempte de métal alcalin. L'entretoise de verre possède presque le même coefficient de dilatation linéaire que celui du verre de silicate sodocalcique qui constitue le panneau avant et le panneau arrière d'un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons. 2-0 L'entretoise de verre peut pourvoir un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons de qualité supérieure, qui est exempt de rupture de champ électrique et de dommages dus à la différence de la dilatation thermique entre son entretoise de verre et ses panneaux. - 17 - REVENDICATIONS 1. Entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons, constituée de verre non alcalin qui est substantiellement exempt de métal alcalin, caractérisée en ce que ledit verre non alcalin comprend: - SiO2 à raison de 10 à 35 pour cent en masse; - RO à raison de 20 à 60 pour cent en masse, dans lequel "R" désigne un métal alcalino-terreux; - B203 à raison de 9 à 30 pour cent en masse; et Ai203 à raison de 0 à 10 pour cent en masse; et ledit verre non alcalin possédant un coefficient de dilatation linéaire allant de 76 x 10-7/ C à 92 x 10-7/ C. 2. Entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit coefficient de dilatation linéaire du verre non alcalin se situe dans une gamme allant de 78 x 10-7/ C à 88 x 10-7/ C. 3. Entretoise de verre pour un dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit verre non alcalin comprend de plus: La203 à raison de 0 à 30 pour cent en masse; - ZnO à raison de 0 à 8 pour cent en masse; et - TiO2 à raison de 0 à 5 pour cent en masse. 4. Dispositif d'affichage émettant des faisceaux d'électrons équipé de l'entretoise de verre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.