Brevet FR2855644A1 — publié le 20041203

L'invention concerne un panneau à plasma comprenant deux dalles ménageant entre elles un espace étanche qui est rempli de gaz de décharge et qui est partitionné en cellules de décharge délimitées entre ces dalles par des barrières formant un réseau. Un tel panneau sert généralement à la visualisation d'images. Les cellules sont généralement réparties en lignes et en colonnes. Les barrières s'étendent généralement au moins entre les colonnes, parfois également entre les lignes. La hauteur des barrières correspond généralement à la distance entre les dalles, de sorte que les barrières servent également d'espaceurs. Les versants des barrières ainsi que l'une des dalles sont généralement recouverts de luminophores susceptible d'émettre de la lumière visible sous l'excitation des décharges de plasma; en adaptant la composition du gaz de 15 décharge, on peut également obtenir directement de la lumière visible, sans luminophores. La fabrication des barrières requiert généralement des traitements thermiques coûteux et pénalisants. Un objectif de l'invention est de limiter le nombre de traitements 20 thermiques, et/ou d'en abaisser la température, voire même d'éviter ces traitements thermiques. A cet effet, I'invention a pour objet un panneau à plasma comprenant deux dalles ménageant entre elles un espace étanche qui est rempli de gaz de 25 décharge et qui est partitionné en cellules de décharge délimitées entre ces dalles par des barrières en matériau minéral comprenant un liant minéral et une charge minérale caractérisé en ce que ledit liant minéral est un liant hydraulique. On entend par liant hydraulique un matériau qui, lorsqu'il est formé en bloc 30 à partir d'un poudre, peut être durci par une réaction d'hydratation: ainsi, en mélangeant une poudre de charge minérale adaptée à une poudre de liant hydraulique, en formant ce mélange de poudre par exemple par moulage, la forme obtenue peut être durcie après réaction d'hydratation. En pratique, on ajoute de l'eau au mélange de poudre avant de verser l'ensemble liquide dans un moule; I'ajout de l'eau constitue ce qu'on appelle généralement une opération de gâchage. Les cellules du panneau sont généralement réparties en lignes et en colonnes. Les barrières s'étendent généralement au moins entre les colonnes, parfois également entre les lignes, auquel cas les barrières forment un réseau bidimensionnel. La hauteur des barrières correspond généralement à la distance entre les dalles. Les versants des barrières ainsi que l'une des dalles sont généralement recouverts de luminophores susceptible d'émettre de la lumière visible sous l'excitation des décharges de plasma; en adaptant la composition du gaz de décharge, on peut également obtenir directement de la lumière visible, sans luminophores. Un tel panneau à plasma comprend généralement au moins deux réseaux d'électrodes disposées de manière à ce que chaque cellule soit traversée par une électrode de chaque réseau. Généralement, chaque dalle supporte au moins un réseau d'électrodes, de sorte que les électrodes d'un réseau porté par une dalle croisent les 20 électrodes d'un réseau porté par l'autre dalle. Généralement, au moins l'un des réseaux est couvert par une couche diélectrique, de manière à apporter un effet mémoire qui facilite le pilotage du panneau. D'autres panneaux à plasma ne comprennent pas d'électrodes pour 25 déclencher les décharges; on utilise alors un rayonnement micro-onde pour déclencher les décharges; un seul réseau d'électrodes peut néanmoins être utilisé dans ce cas pour l'adressage des décharges. De préférence, le liant hydraulique est un ciment, par exemple à base d'aluminates ou d'alumino-silicates. De préférence, la proportion pondérale de charge minérale dans le matériau minéral des barrières est supérieure ou égale à 50%. De préférence, la charge minérale comprend plus de 50% en masse de silice et/ou d'alumine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 illustre, en vue de dessus, trois cellules adjacentes d'un panneau à plasma selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre une coupe du panneau de la figure 1, avant assemblage des deux dalles. On va maintenant décrire une première famille de procédés de fabrication 10 d'un panneau à plasma selon l'invention, doté ici de cellules disposées en lignes et en colonnes rectilignes, en précisant notamment la fabrication de la dalle portant le réseau de barrières également rectilignes, ici la dalle arrière. Dans cette première famille de procédés, on utilise classiquement des résines organiques comme liant provisoire de formation des barrières, ce qui nécessite 15 un traitement thermique d'élimination de ces liants. En référence à la figure 2, on part d'une dalle 1 en verre sodocalcique 254 mm x 162 mm x 3mm dotée d'un réseau d'électrodes A formées par des conducteurs d'argent, lui-même revêtu d'une couche diélectrique 2 classique cuite à 540 C. On va maintenant décrire la fabrication d'un réseau de barrières 3 sur cette dalle de manière à obtenir: - des barrières en matériau minéral à base de liant hydraulique durci, ici du ciment Portland; - une série de barrières parallèles, continues, d'épaisseur 60 à 70 pm, 25 pour séparer les colonnes, réparties selon un pas de 360 jtm; - et une série de barrières parallèles, d'épaisseur 220 à 230 pm, pour séparer les lignes, réparties selon un pas de 1080 ltm. Chacune des cellules ainsi délimitée par ces barrières présente une forme rectangulaire de dimension 850 im x 290 ptm environ. On prépare une pâte destinée à former, après application et séchage sur la dalle, une couche crue de barrière comprenant 4% en poids de liant organique, 96% en poids de matériau minéral de barrière, ici à base de ciment: - on utilise du ciment de type Portland présentant une granulométrie assez fine, par exemple un diamètre moyen de grains de l'ordre 1 Itm; ce ciment est légèrement chargé en poudre sub-micronique de silice, dite " fumée de silice " ; ce ciment est considéré comme un ciment à prise rapide; - on prépare une solution de 8 g de résine à base d'éthyl cellulose dans 92 g de solvant à base de terpinéol; - on disperse 200 g de poudre de matériau minéral de barrière, ici du ciment, dans 104 g de solution de résine; on homogénéise par passage dans un malaxeur-attriteur de type tricylindre, de manière à abaisser la taille des 10 agrégats de poudre en deçà de 7 plm; on ajoute du terpinéol si nécessaire pour ajuster la viscosité à 50 Pa.s environ. On applique ensuite la pâte de barrières sur la dalle, ici par sérigraphie de six couches superposées; chaque passe de sérigraphie est suivie d'un 15 séchage à 110 C; on obtient alors une dalle dotée d'une couche crue de barrière, d'épaisseur 150 ram. De préférence, pour les deux dernières passes, on utilise une toile de sérigraphie plus dense, par exemple à 90 fils/cm, et une pâte moins visqueuse, par exemple de l'ordre de 20 Pa.s, pour obtenir des souscouches superficielles 20 de lissage à la surface de la couche de barrière. Selon une variante, on enduit la dalle avec cette pâte au rouleau (" rollercoater " en langue anglaise) et on sèche la couche appliquée dans un fourtunnel à défilement continu muni de moyens de soufflage et d'extraction d'air; une seule passe permet alors d'appliquer la couche crue d'épaisseur 150 ptm. 25 On va maintenant décrire la formation par abrasion du réseau de barrières dans l'épaisseur de la couche crue qu'on vient d'obtenir. On applique d'abord sur cette couche un masque de protection présentant des ouvertures ou motifs à l'endroit des cellules à creuser par abrasion dans 30 l'épaisseur de la couche crue; à cet effet: - on lamine sur la couche crue un film sec photosensible d'épaisseur environ 40 ptm, à une température et une pression adaptée; - on insole ce film aux emplacements des barrières, sous un faisceau lumineux UV et pendant une durée adaptées; - on développe ensuite ce film à l'aide d'une solution à 0,2% de carbonate de soude à 30 C environ, de manière à enlever les portions de film en dehors des emplacements des barrières; - on sèche rapidement pour éviter la prise du ciment. On obtient ainsi un masque de protection sur la couche crue. Pour la formation des barrières dans l'épaisseur des barrières, on projette sur le masque un matériau abrasif à l'aide d'une buse à fente linéaire de 10 longueur 200 mm; comme matériau abrasif, on utilise une poudre métallique commercialisée par la Société FUJI, référencée S9 grade 1000; pendant l'opération de projection dite de Sur le sommet des barrières crues ainsi formées, on élimine ensuite le masque par projection d'une solution aqueuse à 35 C contenant 1 % de soude 20 (NaOH); après rinçage à l'eau et séchage sous couteau d'air à 50 C, on obtient une dalle dotée d'un réseau de barrières crues de hauteur de l'ordre de 150 p m, de largeur environ 100 p.m à la base et 70 pl.m au sommet. Ces barrières comprennent environ 4% en poids de résine organique. On va maintenant décrire l'application de couches de luminophores 4R, 4G, 4B par sérigraphie directe d'une pâte de luminophores dans les cellules formées entre les barrières crues. On procède alors comme suit: préparation des pâtes de luminophores des différentes couleurs, par dispersion de 60 g de poudre de luminophores dans 140 g d'une solution 30 d'éthyl-cellulose dissoute à hauteur de 3% du terpinéol. - utilisation d'un écran de sérigraphie comprenant une toile métallique à 120 fils par cm étanchéifiée par une émulsion photosensible à l'exception de bandes de largeur 90 plm situées dans les zones o doit être transférée la pâte, c'est à dire disposées selon un pas de 1080 pim (3 x 360 gm) correspondant à la distance entre deux colonnes consécutives de cellules de même couleur; - sérigraphie directe d'une des pâtes de luminophores au travers de cet 5 écran, c'est à dire avec transfert de la pâte localisé dans les zones o la toile métallique n'est pas étanchéifiée; - séchage 120 C. On renouvelle ces opérations pour chaque couleur primaire en utilisant le même écran qui est décalé, dans la direction des lignes, d'un pas de colonne 10 (360 pm) pour la seconde couleur, et d'un autre pas pour la troisième couleur. On dépose ensuite une pâte de joint de scellement sur le pourtour de la dalle arrière ainsi obtenue; ce joint de scellement est ici à base d'un verre fusible empâté dans une solution cellulosique donnant une viscosité de l'ordre de 100 Pa.s. On obtient alors une dalle arrière, qui est dotée d'un réseau de barrières crues dont les versants, entre autres surfaces, sont revêtus d'une couche crue de luminophores. On procède ensuite à un traitement thermique pour éliminer le liant organique des barrières et des couches de luminophores: première montée en 20 température à 10 C/min. jusqu'à 350 C puis premier palier de 20 minutes à 350 C, deuxième montée en température à 10 C/min. jusqu'à 480 C, puis deuxième palier de 20min à 480 C, et enfin descente en température à 1 0 C/min. On procède ensuite au traitement de durcissement des barrières, 25 durcissement qui est obtenu selon l'invention par réaction d'hydratation du ciment: après traitement thermique, on fait défiler la dalle obtenue sous une pulvérisation d'eau pendant 30 minutes, puis on sèche la dalle par couteau d'air à température ambiante, puis par couteau d'air à 105 C. Selon une variante de traitement de durcissement, on immerge la dalle dans l'eau pendant 6 heures. 30 Selon une autre variante de traitement de durcissement, on place la dalle sous pression de vapeur d'eau dans des conditions adaptées de température et de durée pour obtenir le durcissement du ciment. On obtient une dalle arrière dotée d'un réseau de barrières durcies 3 revêtue de couches de luminophores 4R, 4G, 4B. Comme le traitement thermique du procédé qui vient d'être décrit ne sert qu'à éliminer les liants organiques et pas à durcir les barrières comme dans l'art 5 antérieur, on peut raccourcir avantageusement la durée de ce traitement, notamment en diminuant les temps de palier, voire en augmentant les vitesses de montée en température dans certaines gammes de température; en utilisant des liants minéraux vitreux comme dans l'art antérieur, les temps de palier nécessaires auraient été de l'ordre de 30 minutes, au lieu de 20 minutes ici; le 10 raccourcissement des durées de traitement thermique, voire l'abaissement des températures maximales lors du traitement, présentent un avantage économique significatif. Selon une variante avantageuse du procédé, on combine l'opération d'élimination des liants organiques et l'opération de durcissement des 15 barrières: première montée en température à 10 C/min. jusqu'à 350 C puis premier palier de 30 minutes à 350 C, passage en air humide obtenu par barbotage d'air dans un réservoir d'eau maintenu à 80 C, deuxième montée en température à 10 C/min. jusqu'à 480 C, puis deuxième palier de 30min à 480 C, et enfin descente en température à 10 C/min jusqu'à 350 C, puis 20 passage en air sec jusqu'au refroidissement complet de la dalle. Pour obtenir un panneau de visualisation à plasma selon l'invention, on assemble une dalle avant classique 5 sur la dalle arrière selon l'invention (voir les deux flèches désignant l'assemblage sur le figure 2) , on scelle les deux 25 dalles par traitement thermique à 400 C, on évacue l'air contenu entre les dalles par pompage, on remplit le panneau de gaz de décharge sous faible pression, et on scelle l'ouverture de pompage. La dalle avant 5 comprend classiquement deux réseaux d'électrodes coplanaires X, Y. Le panneau à plasma ainsi obtenu, représenté en vue de dessus sur la 30 figure 1, comprend deux dalles ménageant entre elles un espace étanche qui est rempli de gaz de décharge et qui est partitionné en cellules de décharge 6R, 6G, 6B délimitées par les barrières 3, qui sont, selon l'invention, en matériau minéral durci par un liant hydraulique. Le panneau à plasma ainsi obtenu présente de bonnes propriétés mécaniques, notamment au niveau des barrières: on n'observe aucun écrasement des barrières. Selon une variante avantageuse, au lieu d'utiliser un matériau minéral de 5 barrières à base de ciment Portland, on peut utiliser un matériau minéral comprenant en outre une charge minérale, comme de l'alumine ou de la silice, ou tout autre matériau compatible avec la fabrication et le fonctionnement d'un panneau à plasma. Selon une variante du procédé particulièrement bien adaptée pour obtenir 10 des barrières poreuses, présentant une porosité ouverte supérieure à 25%, comme matériau minéral de barrières, on utilise un mélange à 50 % du ciment précédemment décrit et 50 % de poudre de silice; comme silice, on prend par exemple une silice de type cristobalite dont la surface spécifique est inférieure à 10 m2/g et dont la granulométrie moyenne est inférieure à 10 pm, typiquement 15 de l'ordre de 5 Ipm; on choisit par exemple la référence M4000 de la Société Sifraco. Les barrières obtenues présentent également de bonnes propriétés mécaniques; grâce à la porosité élevée des barrières, on diminue fortement la durée de pompage nécessaire à évacuer l'air contenu entre les dalles. On va maintenant décrire une deuxième famille de procédés de fabrication d'un panneau à plasma selon l'invention. Dans cette deuxième famille de procédés, il n'y a plus de résines organiques dans les couches crues de barrières, ce qui permet d'éviter totalement un traitement thermique à haute température, au moins au niveau de la fabrication de la dalle arrière. On part d'une dalle en verre sodocalcique 254 mm x 162 mm x 3mm dotée d'un réseau d'électrodes formées par des conducteurs d'argent, ici non revêtu d'une couche diélectrique. On va maintenant décrire l'application, sur cette dalle, d'une couche diélectrique légèrement poreuse et la fabrication d'un réseau de barrières 30 légèrement poreuses de manière à obtenir: - des barrières en matériau minéral à base de liant hydraulique durci, ici le même ciment Portland que précédemment; - une série de barrières parallèles, continues, d'épaisseur 100 plm à la base et 70 Lm au sommet, pour séparer les colonnes, réparties selon un pas de 360 Frm; - et une série de barrières parallèles, d'épaisseur 260 pm à la base et 230 itm au sommet, pour séparer les lignes, réparties selon un pas de 1080 pm. Comme précédemment, les cellules du panneau sont rectangulaires. I- Préparation des pâtes: on prépare: - une pâte de sous-couche de barrière, destinée à remplacer la couche 10 diélectrique du mode de réalisation précédent; - une pâte de barrières. I-a: pâte de barrières: il s'agit d'une pâte aqueuse réalisée à partir d'un mélange de 50% de ciment et de 50% de silice " gâché " avec 35% d'eau: - 100g de poudre de ciment Portland issu d'un broyage avec tri sélectif limitant la taille des plus grosses particules à 1 pm (dioo On obtient une pâte de barrières dont la viscosité est de 60 Pa.s. I-b: pâte de sous-couche de barrières: il s'agit d'une pâte aqueuse d'un 25 mélange à 40% de ciment, 20% d'alumine et 40% d'oxyde de titane " gâché " avec 39% d'eau: - 80g de poudre de ciment Portland à prise rapide, issue d'un broyage avec tri sélectif limitant la taille des plus grosses particules à 1 1pm (dioo On obtient une pâte de sous-couche dont la viscosité est de 40 Pa.s. Il - Application de la sous-couche et formation des barrières: 1-a/ On prend un moule disposant d'un réseau de rainures ayant la géométrie des barrières, à l'exception de la profondeur des rainures augmentée de 20% par rapport à la hauteur de ces barrières. Le moule est constitué d'une 10 partie supérieure amovible constituée d'un cliquant dont l'épaisseur correspond aux 20% de profondeur supplémentaire. Le moule est enduit d'un agent démoulant, puis placé sur un pot vibrant; on procède alors au remplissage du moule avec la pâte de barrière fraîchement préparée, on racle le surplus. Le moule rempli est ensuite placé dans une ambiance à 40 C pour accélérer la réaction de prise du liant hydraulique, ici le ciment. 1-b/ Pendant la prise, en parallèle de l'étape la, on dépose au rideau sur la dalle et sur les électrodes, une sous-couche de 30 pm d'épaisseur de pâte de 20 sous-couche. La dalle est ensuite placée dans une ambiance de 50 C pour accélérer la réaction de prise du ciment dans la sous-couche. 2/ Après 1 heure de prise dans le moule (étape 1-a), le clinquant supérieur du moule est ôté de manière à découvrir la surface supérieure du moule qui 25 constituera la base des futures barrières, et une très légère pulvérisation d'eau est effectuée sur cette surface. On applique ensuite la dalle arrière provenant de l'étape 1-b sur cette surface, de manière appliquer la sous-couche encore malléable contre la base des futures barrières. L'ensemble est alors retourné afin que la gravité mette en appui le moule et ses 30 barrières sur la face arrière; L'ensemble est ensuite placé dans une ambiance à40 C. Après 2 heures, on peut procéder au démoulage en retirant le moule. Celuici peut alors être nettoyé avec un jet d'eau haute pression. On stocke encore 4 heures la dalle revêtue de sa sous-couche et de ses barrières dans une atmosphère saturée d'humidité pour parfaire la réaction de prise du ciment. Ensuite la dalle est passée dans un four à passage régulé à 115 C pour éliminer l'eau résiduelle. On obtient ainsi sans traitement thermique un réseau de barrières durcies reposant sur une sous-couche qui fait fonction de couche diélectrique; la porosité de la sous-couche et des barrières obtenues est de l'ordre de 15% cette porosité peut être ajustée en fonction de la teneur en eau de la pâte. III -Application des luminophores: On prépare une suspension contenant 70 g de poudre de luminophores dispersés dans 130 g d'un mélange d'éthers de glycol sélectionnés pour leur température d'ébullition et leur viscosité de manière à obtenir la mise en suspension provisoire des luminophores sans recours à des résines. Des 15 suspensions colloïdales de silice (ou autres) peuvent cependant être utilisées comme épaississant si nécessaire. Pour appliquer ces pâtes sur les versants des barrières et le fond des cellules entre ces barrières, on utiliser un procédé d'injection (" dispensing " en langue anglaise) de ces pâtes, à l'aide de seringues dont l'orifice de sortie est 20 orienté entre les barrières: on utilise à cet effet une tête multi-orifices (76 trous calibrés de 100 pm disposés en quinconce, au pas de 1080pm); on déplace tête parallèlement aux colonnes, en plusieurs passes décalées pour couvrir l'ensemble de la dalle. On sèche ensuite à 120 C. On procède ainsi successivement pour les trois luminophores, en décalant d'un pas de colonne 25 (360!um) comme précédemment. IV - Application du ioint de scellement: A l'aide de la même méthode d'application que pour les luminophores, on dépose ensuite une pâte de joint de scellement sur le pourtour de la dalle 30 arrière ainsi obtenue; ce joint de scellement est ici à base d'un verre fusible empâté dans une solution similaire à celle des luminophores donnant une viscosité de l'ordre de 80 Pa.s. On sèche ensuite à 120 C. V - Bref traitement thermique final à basse température: Malgré l'absence de résine, une montée en température avec palier de 30mn à 250 C est réalisée pour parfaire l'évaporation de tous les solvants. Pour obtenir un panneau de visualisation à plasma selon l'invention, on assemble une dalle avant classique sur la dalle arrière selon l'invention, on scelle les deux dalles par traitement thermique à 450 C, on évacue l'air contenu entre les dalles par pompage, on remplit le panneau de gaz de décharge sous faible pression, et on scelle l'ouverture de pompage. Le panneau à plasma ainsi obtenu présente de bonnes propriétés mécaniques, notamment au niveau des barrières: on n'observe aucun écrasement des barrières. Le procédé selon la seconde famille de modes de réalisation de l'invention permet donc de réaliser les dalles de panneau à plasma qui portent les 15 barrières sans jamais dépasser 250 C, ce qui est très avantageux économiquement. Selon une variante avantageuse de l'invention, on utilise un joint de scellement à base de colle de scellement résistant à une température de 250 C, disponible sur le marché, ce qui permet de sceller les deux dalles par 20 traitement thermique à seulement 250 C; dans ce cas, grâce à l'invention, aucune des étapes de fabrication du panneau ne dépasse 250 C, ce qui limite avantageusement tout risque de dégradation des propriétés mécaniques du liant hydraulique des barrières. Quel que soit le mode de réalisation retenu pour mettre en oeuvre 25 I'invention, d'autres types de ciment que le ciment Portland sont utilisables sans se départir de l'invention, notamment des ciments qui, après prise, peuvent résister aux températures des traitements thermiques encore nécessaires pour la fabrication du panneau; d'autres types de liants hydrauliques que le ciment sont utilisables sans se départir de l'invention. La présente invention s'applique à tout type de panneau à plasma dont les cellules sont compartimentées par des barrières; ces panneaux à plasma peuvent être de type coplanaire, de type matriciel, ou encore à excitation radiofréquence ou micro-onde. REVENDICATIONS 1.- Panneau à plasma comprenant deux dalles ménageant entre elles un espace étanche qui est rempli de gaz de décharge et qui est partitionné en 5 cellules de décharge (6R, 6G, 6B) délimitées entre ces dalles par des barrières (3) en matériau minéral comprenant un liant minéral et une charge minérale caractérisé en ce que ledit liant minéral est un liant hydraulique. 2.- Panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit liant 10 hydraulique est un ciment. 3.- Panneau selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit ciment est à base d'aluminates ou d'alumino-silicates. 4.- Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la proportion pondérale de charge minérale dans ledit matériau minéral est supérieure ou égale à 50%. 5.- Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes 20 caractérisé en ce que la charge minérale comprend plus de 50% en masse de silice et/ou d'alumine.