Brevet FR2902574A1 — publié le 20071221

En référence à la figure 3 qui concerne l'art antérieur, l'invention concerne un élément cathodique 1 comprenant un substrat cathodique 2, une électrode de cathode 3, une pluralité de plots cathodo-émissifs 41, 42, 43 qui sont répartis en au moins trois lignes L1, L2, L3 et qui sont reliés électriquement à l'électrode de cathode 3, et une électrode de commande 5 comprenant des éléments conducteurs disposés de manière à ce que chaque ligne L1, L2, L3 de plots cathodo-émissifs 41, 42, 43 soit intercalée entre deux éléments conducteurs adjacents de l'électrode de commande 5. De tels éléments cathodiques servent notamment, lorsqu'ils sont associés à des éléments anodiques, à former des émetteurs cathodoluminescents ; de tels émetteurs cathodoluminescents, disposés matriciellement en lignes et en colonnes, servent notamment à former des panneaux d'affichage d'image dits à effet de champ (FED ou Field Emission Display en langue anglaise). L'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque colonne partage alors la même électrode de cathode (ou, la même électrode de commande), et l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque ligne partage alors la même électrode de commande (ou, respectivement, la même électrode de cathode). Un panneau d'affichage d'image de type FED comprend un panneau avant anodique et un panneau arrière cathodique ménageant entre eux un espace cathodique généralement sous vide. Le panneau avant anodique d'un FED comprend généralement un substrat anodique, une électrode d'anode commune, et des plots de matériaux cathodoluminescents ; on trouve un plot cathodoluminescent en face de chaque élément cathodique. Le panneau arrière cathodique d'un FED comprend généralement, superposés dans cet ordre, un substrat cathodique, un réseau d'électrodes de cathode, une couche d'isolation électrique, et un réseau d'électrodes de commande. Chaque émetteur cathodoluminescent est donc une triode dont la troisième électrode est l'électrode d'anode. Les électrodes de cathode supportent des plots cathodo- émissifs, formés par exemple d'un groupe de micro-pointes ou de nano-tubes carbone ; chaque élément cathodique comprend donc une pluralité de plots cathodo-émissifs ; chaque plot cathodo-émissif est exposé à l'espace cathodique au travers d'une ouverture pratiquée dans l'électrode de commande et dans la couche d'isolation électrique ; lorsque, comme illustré à la figure 3, les plots cathodo-émissifs de chaque élément cathodique sont répartis en plusieurs lignes, cette ouverture correspond à une rainure par ligne. Les plots cathodo-émissifs 41, 42, 43 sont généralement situés dans la partie centrale de chaque rainure. Pour l'affichage d'image, on génère au sein de chaque triode ou émetteur cathodo-luminescent, entre l'électrode d'anode et l'électrode de cathode, un champ électrique qui permet l'extraction d'électrons de la pluralité de plots cathodo-émissifs de cet émetteur ; sous l'effet du bombardement électronique du plot cathodo-luminescent de cet émetteur, l'émetteur émet de la lumière de manière à afficher un pixel ou un sous-pixel de l'image à afficher. Un pixel est un élément d'image alors qu'un sous-pixel est un élément d'image dans une couleur primaire spécifique. La figure 1 représente schématiquement une portion d'élément cathodique classique de l'art antérieur, à savoir un plot cathodo-émissif 42 déposé sur une électrode de cathode 3 au fond d'une rainure pratiquée dans la couche d'isolation électrique 7 et dans un élément conducteur d'une électrode de commande 5 ; en fonctionnement, en appliquant une tension de commande V5 supérieure à la tension de cathode V3 (qui par exemple, comme dans la Figure 1, est nulle lorsque le sous-pixel auquel appartient cet élément cathodique est allumé), on a constaté que le champ électrique généré au sein de chaque plot cathodo-émissif 42 possédait une composante latérale importante, ce qui tend à faire diverger le faisceau d'électrons F émis par ce plot, comme représenté à la figure 1, ce qui provoque un élargissement du spot lumineux généré sur le panneau avant anodique ; globalement, cet élargissement des spots lumineux nuit à la qualité de l'affichage des images en dégradant la luminance et parfois en dégradant la pureté des couleurs primaires. Une solution communément employée dans l'art antérieur pour réduire la divergence des faisceaux d'électrons consiste à réduire les dimensions des plots cathodo-émissifs ; un inconvénient de cette solution est qu'elle requiert la mise en oeuvre de procédés de fabrication coûteux, comme par exemple la lithographie haute résolution ; un autre inconvénient est qu'elle augmente la différence de potentiel V5 û V3 qui est nécessaire pour obtenir un courant d'émission prédéterminé. Un but de l'invention est d'éviter sinon de limiter les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un élément cathodique comprenant un substrat cathodique, une électrode de cathode, une pluralité de plots cathodoémissifs qui sont répartis en au moins trois lignes et qui sont reliés électriquement à ladite électrode de cathode, une première électrode de commande comprenant des éléments conducteurs, et une deuxième électrode de commande comprenant d'autres éléments conducteurs, où chaque ligne de plots cathodo-émissifs est intercalée entre un élément conducteur de ladite première électrode de commande et un élément conducteur de ladite deuxième électrode de commande. Grâce à la structure de l'élément cathodique selon l'invention, on parvient ainsi à limiter la divergence angulaire du faisceau d'électrons émis par chaque plot cathodo-émissif sans recourir à des moyens coûteux de fabrication, tel la lithographie haute résolution. De préférence, la distance entre les lignes adjacentes de plots cathodo-émissifs varie d'au moins un facteur 1,5. De préférence, l'élément cathodique comprend une couche d'isolation électrique intercalée entre d'une part ladite électrode de cathode et d'autre part la première et la deuxième électrode de commande. De préférence, la première et la deuxième électrode de commande sont coplanaires. Ainsi, l'ensemble des éléments conducteurs de chaque électrode de commande peuvent être avantageusement gravés dans une même couche conductrice. De préférence, chaque plot cathodo-émissif est à base de nanotubes de carbone. De préférence, lesdits plots cathodo-émissifs sont reliés électriquement à ladite électrode de cathode via une couche résistive intercalaire. En cas de court- circuit de l'un ou de l'autre plot cathodo-émissif, on évite ainsi de neutraliser tous les plots cathodo-émissifs de l'élément cathodique. L'invention a également pour objet un panneau d'affichage d'images comprenant un réseau d'émetteurs cathodoluminescents, où chaque émetteur cathodoluminescent est conforme à l'invention. Chaque émetteur cathodoluminescent comprend généralement un élément anodique comprenant lui-même un substrat anodique et une électrode d'anode revêtue d'une couche cathodoluminescente, ménageant, avec l'élément cathodique auquel il est associé, un espace cathodique ; cet espace cathodique ménagé entre les deux substrats est généralement sous vide. De préférence, l'ensemble des éléments cathodiques sont portés par le même substrat cathodique, et l'ensemble des éléments anodiques sont portés par le même substrat anodique. De préférence, lesdits émetteurs cathodoluminescents étant répartis en lignes et en colonne, l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque colonne partage la même électrode de cathode, et l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque ligne partage la même première et la même deuxième électrode de commande. L'invention a également pour objet un procédé d'affichage d'image à l'aide du panneau selon l'invention, dans lequel on affiche à l'aide d'un émetteur cathodoluminescent dudit panneau chaque pixel, et, le cas échéant, chaque sous-pixel, de ladite image, où, pour l'affichage de chaque émetteur, la tension électrique V5, appliquée à la première électrode de commande est inférieure à la tension électrique V6 appliquée à la deuxième électrode de commande dudit émetteur. La tension V5 peut être négative ; de préférence, la différence de tension V6 û V5, est adaptée en amplitude pour réduire la divergence angulaire des faisceaux d'électrons émis par les plots cathodo-émissifs. La réduction de la divergence des faisceaux a pour effet, globalement, d'améliorer sensiblement la qualité de l'affichage des images, sans impliquer de surcoûts significatifs dans la fabrication des panneaux. De préférence, la distance entre les éléments adjacents de la première électrode de commande est supérieure à la distance entre les éléments 30 adjacents de la deuxième électrode de commande. 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, déjà décrite, représente schématiquement une portion d'élément cathodique classique de l'art antérieur, en fonctionnement ; - la figure 2 représente, en fonctionnement, une portion d'élément cathodique selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 4 ; - la figure 3 déjà décrite, représente un élément cathodique classique de l'art antérieur ; -la figure 4 représente un mode de réalisation d'un élément cathodique selon l'invention. Afin de simplifier la description et de faire apparaître les différences et avantages que présente l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique, on utilise des références identiques pour les éléments qui assurent les mêmes fonctions. En référence à la figure 4, l'élément cathodique 1' selon l'invention comprend, dans l'ordre de dépôts successifs, sur un substrat cathodique 2, une électrode de cathode 3', une couche d'isolation électrique 7, et, sensiblement sur un même plan, une première électrode de commande 5' et une deuxième électrode de commande 6 ; la première électrode de commande 5' comprend un bus conducteur latéral de distribution de potentiel sur lequel viennent se connecter, transversalement à ce bus, deux éléments conducteurs 51 et 52 ; la deuxième électrode de commande 6 comprend également un bus conducteur latéral de distribution de potentiel sur lequel viennent également se connecter, transversalement à ce bus, deux éléments conducteurs 61 et 62 ; chaque élément conducteur 51 de la première électrode de commande 5' est intercalé entre deux éléments conducteurs 61, 62 de la deuxième électrode de commande 6, ou, à défaut, chaque élément conducteur 62 de la deuxième électrode de commande 6 est intercalé entre deux éléments conducteurs 51, 52 de la première électrode de commande 5' ; entre chaque élément conducteur 51, 52 de la première électrode de commande 5' et chaque élément conducteur 61, 62 adjacent de la deuxième électrode de commande 6, on ménage des tranchées dans la couche d'isolation jusqu'à l'électrode de cathode 3, dans lesquelles on vient former d'une manière connue en elle-même des plots cathodo-émissifs 41, 42, 43, ici en nanotubes de carbone, qui sont ainsi répartis en trois lignes L'1, L'2, L'3 et reliés électriquement à l'électrode de cathode 3. Enfin, la distance entre les lignes adjacentes L'1, L'2, L'3 de plots cathodoémissifs diffèrent d'au moins un facteur 1,5 ; plus précisément, la distance entre les lignes adjacentes L'3 et L'2 est supérieure d'au moins un facteur 1,5 à la distance entre les lignes adjacentes L'2 et L'1. L'effet technique de cette différence sera explicité ci-après. Grâce à la structure d'élément cathodo-émissif qui vient d'être décrite, il est possible d'appliquer un potentiel différent de commande de part et d'autre de chaque ligne de plots cathodo-émissifs 41, 42, 43, ce qui permet, en choisissant convenablement la différence de potentiel entre les deux électrodes de commande, de limiter la divergence angulaire du faisceau d'électrons émis par chaque ligne. Selon une variante, l'électrode de cathode est connectée électriquement aux plots non pas directement comme précédemment, mais via une couche résistive : par exemple la tranchée précédemment décrite se poursuit en son centre, au travers de l'électrode de cathode, et on dépose, dans les rainures centrales ainsi créées et en chevauchement sur les bords de ces rainures, des bandes résistives sur lesquelles on vient ensuite former les plots cathodoémissifs. Selon une autre variante, qui peut être cumulée avec la première, les bords des 20 électrodes sont décalés par rapport au bord des tranchées ou rainures pratiquées dans la couche d'isolation. D'une manière connue en elle-même, on forme un réseau d'éléments cathodiques 1' répartis, sur un même substrat cathodique, en lignes et en colonnes ; on procède par dépôt successif des différentes couches sur ce 25 substrat, formation des tranchées et des plots cathodo-émissifs ; l'ensemble des éléments cathodiques de chaque colonne partage la même électrode de cathode, et l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque ligne partage la même première et la même deuxième électrode de commande ; on obtient ainsi un panneau arrière 30 cathodique. On peut intervertir les lignes et les colonnes sans se départir de l'invention. Comme dans l'art antérieur, on fabrique un panneau avant anodique et on assemble les deux panneaux de manière à ménager entre eux un espace cathodique dans lequel on fait le vide. On obtient ainsi un panneau d'affichage d'image de type FED selon l'invention, formé d'un réseau d'émetteurs cathodoluminescents comprenant, chacun, un élément cathodique selon l'invention. Pour afficher une image à l'aide d'un tel panneau FED, on affiche chaque pixel ou sous-pixel de cette image à l'aide d'un émetteur cathodoluminescent de ce panneau ; selon l'invention, pour l'affichage de chaque émetteur, la tension électrique V5, appliquée à la première électrode de commande est inférieure à la tension électrique V6 appliquée à la deuxième électrode de commande dudit émetteur ; la différence de tension V6 û V5, est adaptée pour réduire la divergence des faisceaux d'électrons émis par les plots cathodo-émissifs ; cette différence de tension induit une inclinaison des trajectoires des électrons comme décrit ci-après. Selon l'invention, on crée donc, au niveau de chaque plot cathodo-émissif, une dissymétrie de champ électrique ; la figure 2 représente schématiquement une portion d'élément cathodique selon l'invention, à savoir un plot cathodo-émissif 42 déposé sur une électrode de cathode 3 au fond d'une rainure pratiquée dans la couche d'isolation électrique 7 et entre un élément conducteur 51 d'une première électrode de commande 5' et un élément conducteur 62 d'une deuxième électrode de commande 6 ; en fonctionnement, en appliquant une tension V5, à la première électrode de commande 5' qui est supérieure à la tension V6 de la deuxième électrode de commande 6, on crée une dissymétrie de champ électrique au niveau du plot cathodo-émissif 42, qui se traduit par une diminution de la divergence du faisceau d'électrons F' émis par ce plot. Sur l'une 6 des électrodes de commande, on conserve la tension d'extraction de l'art antérieur (valeur typique : V6 = 60V-100V) et sur l'autre électrode de commande 5', on applique une tension de commande inférieure V5, (pouvant être négative). De ce fait, les électrons émis au potentiel OV (ou à un potentiel positif de quelques volts s'il y a une couche résistive) du plot cathodo-émissif 42 seront préférentiellement attirés vers l'élément conducteur 62 d'électrode de commande 6 connectée au fort potentiel V6. On obtient ainsi un effet focalisant qui a pour effet de réduire la divergence du faisceau. Globalement, on a constaté que cet effet focalisant permettait d'améliorer sensiblement la qualité de l'affichage des images. En revenant à la figure 2, notamment la vue en coupe (partie droite de la figure), on voit que pour conserver une répartition suffisamment homogène des électrons sur le panneau avant anodique (non représenté), il importe de redistribuer la position des lignes L'1, L'2, L'3 de plots cathodo-émissifs par rapport à celle des lignes L1, L2, L3 de l'art antérieur (voir figure 1), de manière à ce que la distance entre les éléments adjacents 51, 52 de l'électrode de commande 5' soumise au potentiel V5, le plus petit soit supérieure à la distance entre les éléments adjacents 61, 62 de l'électrode de commande 6 soumise au potentiel V6, le plus élevé. C'est pourquoi il est préférable que la distance entre les lignes adjacentes L'1, L'2, L'3 de plots cathodo-émissifs varie d'au moins un facteur 1,5. La présente invention a été décrite en se référant à des éléments cathodiques comprenant trois lignes de plots cathodo-émissifs ; il est évident pour l'homme de l'art qu'elle peut s'appliquer à d'autres types d'éléments cathodiques et à d'autres types de panneaux d'affichage FED sans sortir du cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Élément cathodique (1') comprenant un substrat cathodique (2), une électrode de cathode (3'), une pluralité de plots cathodo-émissifs (41, 42, 43) qui sont répartis en au moins trois lignes (L1, L2, L3) et qui sont reliés électriquement à ladite électrode de cathode (3), une première électrode de commande (5') comprenant des éléments conducteurs (51, 52), caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième électrode de commande (6) comprenant d'autres éléments conducteurs (61, 62) et en ce que chaque ligne (L1, L2, L3) de plots cathodo-émissifs (41, 42, 43) est intercalée entre un élément conducteur (51, 52) de ladite première électrode de commande (5') et un élément conducteur (61, 62) de ladite deuxième électrode de commande (6). 2. Élément cathodique (1') selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distance entre les lignes adjacentes (L'1, L'2, L'3) de plots cathodo-émissifs varie d'au moins un facteur 1,5. 3. Élément cathodique (1') selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend une couche d'isolation électrique (7) intercalée entre d'une part ladite électrode de cathode (3') et d'autre part la première (5') et la deuxième (6) électrode de commande. 4. Élément cathodique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la première (5') et la deuxième (6) électrode de commande sont coplanaires. 5. Élément cathodique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque plot cathodo-émissif (41, 42, 43) est à base de nanotubes de carbone. 6. Élément cathodique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits plots cathodo-émissifs (41, 42, 43) sont reliés électriquement à ladite électrode de cathode (3) via une couche résistive intercalaire. 7. Panneau d'affichage d'images comprenant un réseau d'émetteurs cathodoluminescents, caractérisé en ce chaque émetteurcathodoluminescent comprend un élément cathodique selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Panneau selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits émetteurs cathodoluminescents étant répartis en lignes et en colonne, l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque colonne partage la même électrode de cathode, et l'ensemble des éléments cathodiques des émetteurs cathodoluminescents de chaque ligne partage la même première et la même deuxième électrode de commande. 9. Procédé d'affichage d'image à l'aide du panneau selon la revendication 7 ou 8, dans lequel on affiche à l'aide d'un émetteur cathodoluminescent dudit panneau chaque pixel, et, le cas échéant, chaque sous-pixel, de ladite image, caractérisé en ce que, pour l'affichage de chaque émetteur, la tension électrique V5, appliquée à la première électrode de commande est inférieure à la tension électrique V6 appliquée à la deuxième électrode de commande dudit émetteur. 10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la distance entre les éléments adjacents (51, 52) de la première électrode de commande (5') est supérieure à la distance entre les éléments adjacents (61, 62) de la deuxième électrode de commande (6).20