EP0155895B2 - Procédé d'opération d'écrans de visualisation plats - Google Patents

Procédé d'opération d'écrans de visualisation plats Download PDF

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EP0155895B2
EP0155895B2 EP85430005A EP85430005A EP0155895B2 EP 0155895 B2 EP0155895 B2 EP 0155895B2 EP 85430005 A EP85430005 A EP 85430005A EP 85430005 A EP85430005 A EP 85430005A EP 0155895 B2 EP0155895 B2 EP 0155895B2
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EP
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screen
tip
light intensity
screens
tips
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Inventor
Jean-Paul Biberian
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Biberian Jean-Paul
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group

Definitions

  • the conventional television tube with scanning of the electron beam cannot be reduced in thickness for physical reasons: distortion of the image if the beam arrives too grazing on the screen, and lack of precision to reach the masks on the screen in the case of color. Furthermore, the dimensions of the screen cannot be thoughtlessly increased for reasons of vacuum and therefore of resistance of the materials to pressure.
  • liquid crystals are attractive because they have a very low power consumption, but they do require an external source of light to be visible. In addition, it is very difficult to make grayscale gradations, and to produce color images.
  • the present invention relates to a method for producing flat display screens, according to claim 1.
  • the invention also relates to flat display screens obtained by implementing the above method.
  • the basic principle of the invention essentially consists in using as field source microtips as the electron source.
  • a field emission tip such as 1, having a radius of curvature of a few hundred Angstroms, emits electrons e simply by applying an electric field between the tip 1 and a fluorescent screen 2 thanks to the potential E.
  • a simple solution for manufacturing a flat display screen according to the invention consists, as shown diagrammatically in FIG. 2, of connecting: on the one hand, the tips in lines, for example the tips 1 A1 , 1 81 , 1 C1 ... along line L A1 ; points 1 A2 , 182 , 1 C2 ... along line L A2 ; points 1 A3 , 1 B3 , 1 C3 ... along line L A3 etc ...; on the other hand, the screens in columns 2A, 2 B , 2 c ...
  • This arrangement makes it possible by matrixing and row-column addressing, successive light points to be emitted on the screen.
  • the tips can be produced by deposition or etching techniques using the conventional methods of microelectronics, that is to say masking and then wet etching in acid baths or dry etching by plasma or particle beam.
  • the different columns of the screen are made of transparent material, for example glass, covered with a metallic film and a fluorescent material.
  • each light point In order to eliminate the problem of manufacturing a large number of microtips having very close radii of curvature, and also to overcome the possible failure of one of these points, it is advantageous to constitute each light point by a set of several microtips.
  • the type of screen configuration according to the invention that has just been described is of the diode type, and constitutes the simplest solution from the conceptual point of view, but problems appear at the level of the control voltages. Indeed, for the electron extraction voltage E to be low enough to allow rapid switching, the point-screen distance must be of the order of a few microns, which obviously creates technical manufacturing problems.
  • FIG. 3 A solution, both more advanced and simpler, of the invention facilitating the problems of rapid switching and making it possible to considerably reduce the technical problems which have just been mentioned above, is shown diagrammatically in FIG. 3.
  • This solution essentially consists in using a triode type assembly with a control grid 3 which makes it possible to modulate the electric intensity.
  • E 2 we change the intensity of electrons emitted
  • E 1 we change the energy of the electrons e reaching the light screen 2.
  • the invention makes it possible to solve the above problem simply and effectively by adopting the tetrode type arrangement shown diagrammatically in FIGS. 5 and 6.
  • This arrangement comprises, as in the previous cases, for each unit light point, a field emission tip 1, a fluorescent screen 2, a first extraction grid 3, a second extraction grid 4.

Landscapes

  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Farming Of Fish And Shellfish (AREA)
  • Auxiliary Devices For Music (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Description

  • On sait que, dans le domaine des écrans de visualisation plats, différentes techniques ont été proposées. Le système idéal devrait être capable de générer à la fois des écrans de petites et grandes dimensions, d'être compatible pour le noir et blanc aussi bien que la couleur, d'avoir une faible consommation électrique, et d'être de fabrication simple.
  • Le tube classique de télévision avec balayage du faisceau d'électrons ne peut pas être réduit en épaisseur pour des raisons physiques: distorsion de l'image si le faisceau arrive trop rasant sur l'écran, et manque de précision pour atteindre les masques sur l'écran dans le cas de la couleur. Par ailleurs, les dimensions de l'écran ne peuvent pas être augmentées d'une manière inconsidérée pour des raisons de vide et donc, de résistance des matériaux à la pression.
  • On s'oriente donc plutôt vers la formation d'images, non pas par un faisceau balayé, mais par une matrice de points adressée ligne-colonne.
  • Dans ce domaine, les cristaux liquides sont attirants car ils ont une très faible consommation électrique mais ils nécessitent, par contre, une source extérieure de lumière pour être visibles. Par ailleurs, il est très difficile de faire des dégradés dans les niveaux de gris, et de produire des images en couleur.
  • D'autres techniques ont été proposées pour la réalisation d'écrans plats. L'une d'elles utilise une mi- crodécharge plasma dans un gaz comme source d'électrons, ces électrons étant ensuite attirés vers un écran fluorescent. Un adressage ligne-colonne permet d'allumer le point désiré de l'écran. Malheureusement, l'utilisation d'une source de plasma comme source d'électrons est délicate, car le plasma fonctionne en tout ou rien, c'est-à-dire qu'il est soit allumé, soit éteint. Il en résulte qu'on ne peut pas obtenir des niveaux de gris.
  • Par ailleurs, des solutions intermédiaires entre le tube cathodique traditionnel et l'écran plat ont été proposée comme par exemple celle faisant l'objet du brevet français no 2.348.561 comportant des systèmes de production d'électrons par émission de champ à partir de matrices d'émetteurs à bas seuil d'émission d'électrons dont la charge est apportée par un système à deux canons à électrons déposant une charge électrique modulée par le signal vidéo. Un tel système est complexe et il implique pour sa mise en oeuvre un coût de fabrication élevé.
  • La présente invention concerne un procédé de réalisation d'écrans de visualisation plat, selon la revendication 1.
  • L'invention concerne également les écrans de visualisation plats obtenus par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.
  • D'autres caractéristiques, avantages et particularités de la présente invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-après en référence aux dessins, très schématiques, annexés, représentant différentes formes de réalisation possibles de ladite invention. Sur ces dessins:
    • - La figure 1 est un schéma de principe de base de l'invention.
    • - La figure 2 est un schéma explicatif d'une première forme de réalisation d'un écran de visualisation plat mettant en oeuvre le principe de base de la figure 1, à montage de type diode.
    • - La figure 3 est une variante plus évoluée du principe de base de l'invention, à montage du type triodes.
    • - La figure 4 est un schéma explicatif d'une variante de réalisation d'un écran de visualisation plat mettant en oeuvre le principe de la figure 3.
    • - La figure 5 est un schéma d'une variante plus évoluée du principe de base de l'invention, à montage du type tétrode.
    • - Et la figure 6 est un schéma explicatif d'une variante de réalisation d'un écran de visualisation plat mettant en oeuvre le principe de la figure 5.
  • Le principe de base de l'invention, schématisé sur la figure 1, consiste essentiellement à utiliser comme source d'électrons des micropointes à émission de champ. Une pointe à émission de champ, telle que 1, ayant un rayon de courbure de quelques centaines d'Angstrôm, émet des électrons e simplement en appliquant un champ électrique ente la pointe 1 et un écran fluorescent 2 grâce au potentiel E.
  • Une solution simple pour fabriquer un écran de visualisation plat conformément à l'invention consiste, comme cela est schématisé sur la figure 2, à connecter: d'une part, les pointes en lignes, par exemple les pointes 1A1, 181, 1C1... suivant la ligne LA1; les pointes 1A2, 182, 1C2... suivant la ligne LA2; les pointes 1A3, 1 B3, 1C3... suivant la ligne LA3 etc...; d'autre part, les écrans en colonnes 2A, 2B, 2c... Cet agencement permet de réaliser par un matriçage et un adressage ligne-colonne, des points lumineux sucessifs à émettre sur l'écran.
  • Les pointes peuvent être réalisées par des techniques de dépôt ou de gravure en utilisant les méthodes classiques de la microélectronique, c'est-à-dire masquage puis gravure humide dans des bains d'acide ou gravure sèche par plasma ou faisceau de particules.
  • Les différentes colonnes de l'écran sont constituées en matériau transparent, par exemple en verre, recouvert d'un film métallique et d'un matériau fluorescent.
  • Lorsque, par exemple, la ligne LA2 et la colonne 2B sont adressées avec les potentiels convenables, il y a émission d'électrons par la pointe 1 B2 et formation d'un point lumineux P1 sur l'écran, dont l'intensité dépend de la tension V = -E appliquée à la ligne LA2, du rayon de courbure de la pointe lB2 et de la distance pointe écran, étant bien entendu que les deux derniers facteurs sont constants pour toutes les pointes.
  • On voit immédiatement que pour empêcher les pointes de la ligne LA2, autres que celles situées sur la colonne 28, à savoir les pointes 1A2, 1C2, d'émettre des électrons, il faut appliquer un potentiel négatif V = -E aux autres colonnes écran 2A, 2c..., le potentiel étant nul, V = O, sur la colonne considérée 28.
  • De même, pour empêcher les pointes situées sur la colonne 28, autres que celles de la ligne LA2, à savoir les pointes 181, 1B3..., d'émettre des électrons, il faut appliquer un potentiel nul V = O aux autres lignes LA1, LA3..., le potentiel appliqué sur la ligne LA2 étant négatif V = -E.
  • De cette manière, seule la diode constituée par la pointe 1ε2 en ligne LA2 et l'écran en colonne 2B est en état passant, toutes les autres diodes se trouvant bloquées.
  • Le rayon de courbure de la pointe considérée et la distance pointe-écran constituant des valeurs constantes fixées par construction, il est apparent que l'intensité lumineuse du point P1 est fonction de la tension E appliquée.
  • On peut ainsi réaliser la formation d'images sur l'écran par une matrice de points adressée ligne-colonne.
  • Afin d'éliminer le problème de la fabrication d'une grand nombre de micropointes ayant des rayons de courbure très proches, et également pour pallier la défaillance éventuelle d'une de ces pointes, il est avantageux de constituer chaque point lumineux par un ensemble de plusieurs micropointes. Chaque mi- cropointe ayant une largeur à la base voisine de 1 µm, il est possible de placer jusqu'à une centaine de ces pointes par point lumineux élémentaire, ce qui, d'une manière statistique, assurera l'uniformité de l'intensité lumineuse sur toute la surface de l'écran.
  • Pour réaliser de la couleur, il suffit, sans vouloir entrer dans des détails techniques inutiles, de tripler les lignes ou les colonnes, et de mettre des matériaux fluorescents de couleurs différentes, par exemple rouge, vert, bleu, ordonnés en triades sur l'écran en regard de chaque point lumineux élémentaire.
  • Le type de configuration d'écran conforme à l'invention que l'on vient de décrire est du type diode, et constitue la solution la plus simple du point de vue conceptuel, mais des problèmes apparaissent au niveau des tensions de commande. En effet, pour que la tension E d'extraction des électrons soit suffisamment faible pour autoriser des commutations rapides, la distance point-écran doit être de l'ordre de quelques microns, ce qui évidemment crée des problèmes techniques de fabrication.
  • Une solution, tout à la fois plus évoluée et plus simple, de l'invention facilitant les problèmes de commutations rapides et permettant de réduire considérablement les problèmes techniques dont il vient d'être question ci-dessus, est schématisée sur la figure 3.
  • Cette solution consiste essentiellement à utiliser un montage de type triode avec une grille de commande 3 qui permet de moduler l'intensité électrique. On voit immédiatement qu'en faisant varier la tension E2, on change l'intensité d'électrons émise, et qu'en faisant varier la tension E1, on change l'énergie des électrons e atteignant l'écran lumineux 2.
  • Dans le cas du montage triode, le matriçage est semblable à celui du montage diode, étant toutefois important de remarquer que contrairement à ce dernier, il existe ici la possibilité de trois combinaisons, à savoir:
    • 1 pointe 1 -grille 3, la troisième composante, en l'occurence l'écran 2, étant à un potentiel fixe;
    • 2 pointe 1 -écran 2, la troisième composante, en l'occurence la grille 3, étant à un potentiel fixe;
    • 3 grille 3-écran 2, la trosième composante, en l'occurence la pointe 1, étant à un potentiel fixe.
  • Comme on peut le voir sur le schéma de la figure 4 (qui est analogue à celui de la figure 2, mais sur lequel seules les pointes 1A1, 181, 1C1... et les grilles correspondantes 3A1, 3B1, 3c,... ont été représentées pour la clarté du dessin), on peut utiliser également dans le cas d'un montage du type triode une solution à trois composantes en faisant un adressage ligne-colonne pour les pointes et les écrans, mais sans modulation des valeurs des tensions appliquées E1 et E3, en reliant toutes les grilles 3A1, 3B1, 3C1... ensemble et en modulant la tension commune E2 pour faire varier l'intensité lumineuse.
  • De la même manière, on peut réaliser un adressage ligne-colonne entre grille et écran avec des tensions E2 et E1 fixes et relier toutes les pointes ensemble afin de faire varier l'intensité lumineuse en modulant la tension commune E3.
  • On peut encore réaliser un adressage ligne-colonne entre pointe et grille avec des tensions B3 et E2 fixes et relier tous les écrans ensemble afin de faire varier l'intensité lumineuse en modulant la tension commune E1 d'écran.
  • On voit que cette technique a trois composantes permet de séparer les fonctions adressage et modulation d'intensité.
  • Il est bien évident que pour ce montage de type triode, on peut réaliser de la couleur comme dans le cas du montage du type diode en triplant les lignes et les colonnes et en mettant des matériaux fluorescents de couleurs différentes sur l'écran.
  • Pour des raisons de fabrication, aussi bien de l'écran que des pointes, il apparait judicieux de relier toutes les pointes ensemble et tous les écrans ensemble, car autrement des difficultés apparaissent quant à la fabrication de pointes sur support isolant qui sépare les colonnes ou lignes de pointes.
  • L'invention permet de résoudre de façon simple et efficace le problème ci-dessus en adoptant le montage de type tetrode schématisé sur les figures 5 et 6.
  • Ce montage comporte, comme dans les cas précédents, pour chaque point lumineux unitaire, une pointe à émission de champ 1, un écran fluorescent 2, une première grille d'extraction 3, une deuxième grille d'extraction 4.
  • Comme on peut le voir sur le schéma de la figure 6 qui est analogue à celui de la figure 4, toutes les pointes 1A1, 181, Ici... sont reliées ensemble ainsi que les écrans 2A, 2B, 2c...
  • Il en résulte que grâce à ce montage tétrode, l'adressage ligne-colonne se fait en jouant sur les tensions E2 et E3 tandis que la modulation de l'intensité lumineuse est obtenue par la variation de la tension E1.
  • Il est bien évident que pour ce montage tétrode, on peut réaliser, comme dans les cas précédents, de la couleur en triplant les lignes et les colonnes et en mettant des matériaux fluorescents de couleurs différentes sur l'écran.
  • On notera en particulier que le matriçage et l'adressage ligne-colonne constituant deux des phases du procédé de l'invention sont des opérations bien connues de l'homme de l'art et leurs modes de mise en oeuvre, dans le détail, peuvent être choisis parmi ceux les plus généralement utilisés.

Claims (10)

1. Procédé d'opération d'écrans de visualisation plats du type dans lequel la formation d'images est obtenue sur écran fluorescent par une matrice de points adressée ligne-colonne comportant les étapes suivantes qui consistent :
- à utiliser comme source d'électrons des micropointes à émission de champ ;
- à connecter, d'une part, les pointes en lignes, d'autre part, les écrans fluorescents en colonnes ;
- à appliquer un champ électrique, successivement, entre chacune des pointes et l'écran qui lui correspond, en appliquant à la ligne comportant la pointe considérée un potentiel négatif (-E) et à la colonne comportant l'écran correspondant un potentiel nul, de façon que la pointe en question émette des électrons et forme sur l'écran un point lumineux dont l'intensité dépend de la tension d'extraction des électrons appliquée, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste : à bloquer simultanément toutes les autres pointes en appliquant une tension négative sur les autres colonnes non impliquées dans l'émission des électrons et en appliquant une tension nulle sur les autres lignes non impliquées dans l'émission des électrons ;
- et ainsi de suite, par commutation successives pour obtenir la formation sur l'écran des points lumineux successifs correspondant à celui de la matrice.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on incorpore, entre chaque pointe et l'écran correspondant, une grille d'extraction des électrons permettant de moduler tant l'intensité des électrons émis que l'énergie des électrons atteignant l'écran.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on choisit pour le matriçage, l'une des trois combinaisons possibles : pointe-grille, pointe-écran, ou grille-écran, la troisième composante dans chaque cas étant alors mise à un potentiel fixe.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on sépare les fonctions adressage et modulation d'intensité lumineuse, et, à cet effet, l'on choisit pour le matriçage l'une des trois combinaisons possibles : pointe - grille, pointe - écran ou grille - écran, la troisième composante étant alors reliée à une source de tension variable, pour faire varier l'intensité lumineuse.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que, dans le but de séparer les fonctions adressage et modulation d'intensité lumineuse, on fait un adressage ligne-colonne pour les pointes et les écrans, mais sans modulation des valeurs des tensions appliquées, et en reliant toutes les grilles ensemble avec modulation de la tension appliquée pour faire varier l'intensité lumineuse.
6. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que, dans le but de séparer les fonctions adressage et modulation d'intensité lumineuse, on fait un adressage ligne-colonne pour les grilles et les écrans, mais sans modulation des valeurs des tensions appliquées, et en reliant toutes les pointes ensemble avec modulation de la tension appliquée pourfaire varier l'intensité lumineuse.
7. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que, dans le but de séparer les fonctions adressage et modulation d'intensité lumineuse, on fait un adressage ligne-colonne pour les pointes et les grilles, mais sans modulation des valeurs des tensions appliquées, et en reliant tous les écrans ensemble avec modulation de la tension appliquée pour faire varier l'intensité lumineuse.
8. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que l'on incorpore entre chaque pointe et l'écran correspondant, une première grille d'extraction d'électrons, puis une deuxième grille d'extraction desdits électrons, tandis que toutes les pointes sont reliées ensemble et tous les écrans reliés ensemble, grâce à quoi l'adressage ligne-colonne se fait en jouant sur les tensions appliquées respectivement sur la première et la deuxième grilles d'extraction alors que la variation d'intensité lumineuse est obtenue par la modulation de la tension appliquée entre pointe et écran.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque point lumineux est engendré sur l'écran par un ensemble de plusieurs micropointes pouvant atteindre la centaine par point lumineux élémentaires.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour réaliser de la couleur, il consiste en outre à tripler les lignes ou les colonnes et à mettre des matériaux fluorescents de couleur différente, de préférence rouge, verte et bleue, ordonnées en triade sur l'écran, en regard de chaque point lumineux élémentaire.
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