EP0462019B1 - Dispositif de visualisation ou de projection d'images ou analogues - Google Patents

Dispositif de visualisation ou de projection d'images ou analogues Download PDF

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EP0462019B1
EP0462019B1 EP91401593A EP91401593A EP0462019B1 EP 0462019 B1 EP0462019 B1 EP 0462019B1 EP 91401593 A EP91401593 A EP 91401593A EP 91401593 A EP91401593 A EP 91401593A EP 0462019 B1 EP0462019 B1 EP 0462019B1
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EP
European Patent Office
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layer
abrasion
adamantine carbon
external
carbon
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EP91401593A
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EP0462019A1 (fr
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Alain Staron
Paul-Louis Meunier
Jean-Marie Machowski
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Vantiva SA
Original Assignee
Thomson Multimedia SA
Thomson Consumer Electronics SA
Thomson Consumer Electronics Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/86—Vessels; Containers; Vacuum locks
    • H01J29/867—Means associated with the outside of the vessel for shielding, e.g. magnetic shields
    • H01J29/868—Screens covering the input or output face of the vessel, e.g. transparent anti-static coatings, X-ray absorbing layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/86—Vessels; Containers; Vacuum locks
    • H01J29/88—Vessels; Containers; Vacuum locks provided with coatings on the walls thereof; Selection of materials for the coatings

Definitions

  • the invention relates to a device for viewing or projecting images or the like, comprising an external outlet face covered by a transparent coating and resistant to abrasion.
  • Display devices such as cathode ray tubes and liquid crystal displays, have a transparent front wall, most often made of glass. The image is formed on one side of this wall and is observed on the other side.
  • the quality of the image observed depends on the physical properties of the material of the wall and its state, in particular the state of the external face.
  • a projection device usually includes an output objective and the quality of the projected image may be degraded by a poor condition of the external surface of the projection objective.
  • the invention makes it possible to reduce the dependence on external disturbances of the state of the external surface of the transparent front wall of the display device or the state of the external face of the projection objective.
  • the abrasion-resistant layer comprises at least one of the following materials: adamantine carbon, Y2O3, Al2O3, tin and indium oxide with implantation of oxygen.
  • the transparent front wall of the display or projection device is covered with a transparent layer of an abrasion-resistant material, of a hardness substantially greater than that of the material constituting the front wall or the objective, and / or a conductive transparent material.
  • An anti-abrasive layer reduces the risk of alteration, for example by scratches, of the external face of the front wall or of the lens.
  • a conductive layer makes it possible to prevent the external face attracting dust by accumulation of static electricity.
  • one and / or the other of the abrasion-resistant or conductive layers is associated with an anti-reflection layer making it possible to reduce the coefficient of reflection of ambient light on the external display or display surface. projection.
  • the anti-abrasion layer will preferably be the outer layer.
  • a single layer which is both abrasion-resistant and conductive.
  • This layer is for example a conductive tin and indium oxide, the anti-abrasion function of which is achieved by surface densification by implantation of oxygen ions.
  • adamantine carbon as an anti-abrasion material. Indeed, this material is not very rough, has a hardness of between 1,500 and 4,000 Kg / mm2 and is chemically inert. It is preferable to choose a small thickness, less than 100 ⁇ , so as not to alter the quality of transmission of the transparent wall or of the objective to be protected.
  • the mechanical and optical properties of adamantine carbon can be adjusted if it is mixed with selected quantities of hydrogen.
  • the refractive index can be chosen at will between 1.9 and 2.1 with a rate of hydrogen atoms of between 35 and 55%.
  • the advantage of the adjustable choice of the value of the refractive index is that it is thus possible to easily associate an anti-reflection layer with said layer of adamantine carbon.
  • Adamantine carbon also constitutes a filter opposing the transmission of ultraviolet radiation.
  • Adamantine carbon can be deposited on a glass wall - generally previously coated with conductive and / or anti-reflective layers - by a chemical vapor deposition method using a plasma starting from a hydrocarbon such than methane CH4.
  • a chemical vapor deposition method using a plasma starting from a hydrocarbon such than methane CH4.
  • bombardment of a graphite target placed opposite the wall to be covered combustion of acetylene and hydrogen in the presence of oxygen, etc.
  • the invention consists in placing on the front face, visible, of a device for viewing or projecting images, a layer of a material opposing abrasion and / or of a conductive material. .
  • the added layer is transparent.
  • the anti-abrasion and / or conductive layer be associated with an anti-reflection layer.
  • cathode ray tube for high definition television.
  • Such a tube has a glass envelope ending, towards the front, by a slab with a front display face.
  • ITO tin and indium oxide
  • this treatment minimizes the risk of scratches.
  • this oxide in such a way that it has a refractive index equal to the square root of the index of the glass constituting the slab of the tube.
  • the thickness of the tin and indium oxide layer is sufficiently small, of the order of 10 ⁇ 6 to 2 x 10 ⁇ 6 cm (100 to 200 ⁇ ), so that it is transparent. .
  • this layer remains transparent up to a thickness of the order of 5 x 10 ⁇ 5 cm (5000 ⁇ ) or more.
  • adamantine carbon having a structure analogous to that of diamonds.
  • the adamantine carbon deposited at a thickness of between 4 x 10 ⁇ 8 and 10 ⁇ 6 cm (4 A and 100 ⁇ ), constitutes the last layer deposited on a layer of conductive and / or anti-reflective ITO.
  • Adamantine carbon has an amorphous structure, is chemically inert and has a hardness of between 1,500 and 4,000 Kg / mm2; it can be deposited by several techniques.
  • the so-called PCVD technique will be used which consists in placing the slab of the tube 10 in an enclosure 11 (FIG. 1) inside which CH4 methane or another hydrocarbon is introduced and a microwave plasma 12 is formed which cracks the hydrocarbon molecules.
  • a microwave plasma 12 is formed which cracks the hydrocarbon molecules.
  • hydrogen is separated from carbon; this latter material is deposited on the target 10 a that constitutes the external face of the slab of the tube.
  • a deposit of adamantine carbon with a thickness of 2 x 10 ⁇ 7 to 5 x 10 ⁇ 7 cm (20 to 50 ⁇ ) is obtained in a few tens of seconds.
  • the deposited layer 13 may contain hydrogen.
  • the quantity of hydrogen can be adjusted by limiting the proportion of the hydrocarbon molecules which are cracked.
  • the refractive index of adamantine carbon is between 1.9 and 2.1 if the proportion of hydrogen atoms is between 35 and 55%.
  • the slab 10 ′ of the tube is placed in an enclosure 11 ′ inside which a high vacuum is produced of the order of 1.33 x 10 ⁇ 4 Pa (10 ⁇ 6 torr) .
  • Opposite slab 10 ′ is a graphite target 14. The face of this target which is opposite the external face of the slab 10 ′ is bombarded with ions which tear off carbon ions coming to deposit on the substrate.
  • the substrate 10, 10 ′ is heated to a temperature of the order of 200 to 300 ° C.
  • adamantine carbon by combustion in the oxygen of a hydrocarbon with hydrogen, the slab being heated to a temperature of the order of 800 ° C.
  • a conventional diamond growth technique which consists in heating the slab to a temperature between 600 and 1100 ° C in an enclosure inside which is introduced a tungsten filament heated to 2000 ° C by current flow, this enclosure containing a mixture of 98.5% hydrogen, 1% methane CH4 and 0.5%, oxygen.
  • FIG 3 there is shown schematically an outer surface coating 15 of slab 10 of tube television.
  • a layer 16 of titanium oxide TiO2 with a refractive index 2.4 and of thickness 7 x 10 ⁇ 7 cm (70 , 1 ⁇ )
  • adamantine carbon index 1.9, can be replaced by ITO.
  • Layers 16 to 19 have an index adaptation role allowing the anti-reflection function.
  • the adamantine carbon can be replaced by transparent amorphous carbon or by another hard oxide such as Y2O3 or Al2O3 (alumina).
  • the abrasion-resistant layer is adamantine carbon and it is covered by a thin film of hard and conductive ITO.

Landscapes

  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

  • L'invention est relative à un dispositif de visualisation ou de projection d'images ou analogues, comportant une face externe de sortie couverte par un revêtement transparent et résistant à l'abrasion.
  • Les dispositifs de visualisation, tels que les tubes à rayons cathodiques et les afficheurs à cristaux liquides, comportent une paroi frontale transparente, le plus souvent en verre. L'image est formée d'un côté de cette paroi et est observée de l'autre côté.
  • La qualité de l'image observée dépend des propriétés physiques du matériau de la paroi et de son état, notamment de l'état de la face externe.
  • De même un dispositif de projection comporte habituellement un objectif de sortie et la qualité de l'image projetée peut être dégradée par un mauvais état de la surface externe de l'objectif de projection.
  • L'invention permet de diminuer la dépendance à l'égard des perturbations extérieures de l'état de la surface externe de la paroi frontale transparente du dispositif de visualisation ou l'état de la face externe de l'objectif de projection.
  • Elle est caractérisée en ce que la couche anti-abrasion comporte au moins l'un des matériaux suivants : carbone adamantin, Y₂O₃, Al₂O₃, oxyde d'étain et d'indium avec implantation d'oxygène. La paroi frontale transparente du dispositif de visualisation ou de projection est recouverte d'une couche transparente d'un matériau anti-abrasion, d'une dureté sensiblement supérieure à celle du matériau constituant la paroi frontale ou l'objectif, et/ou d'un matériau transparent conducteur.
  • Une couche anti-abrasive diminue le risque d'altération, par exemple par rayures, de la face externe de la paroi frontale ou de l'objectif. Une couche conductrice permet d'éviter que la face externe attire les poussières par accumulation d'électricité statique.
  • Ces dispositions sont particulièrement utiles quand on visualise ou projette des images de haute résolution, notamment de télévision haute définition. En effet, dans ce dernier cas, avec un nombre total de lignes de l'ordre de 1 000 et environ 1 000 points par ligne, le nombre de points de l'image étant de l'ordre de 10⁶, les éléments d'image ou pixels, sont de petites dimensions et il en résulte que des altérations, notamment par rayures ou par des poussières, de la face externe d'observation ou de projection peuvent détériorer de façon sensible l'image visualisée ou projetée.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'une et/ou l'autre des couches anti-abrasion ou conductrice est associée à une couche anti-reflets permettant de réduire le coefficient de réflexion de la lumière ambiante sur la face externe de visualisation ou de projection.
  • Si on prévoit plusieurs couches, la couche anti-abrasion sera de préférence la couche externe.
  • Dans une réalisation on prévoit une seule couche qui est à la fois anti-abrasion et conductrice. Cette couche est par exemple un oxyde d'étain et d'indium conducteur, dont la fonction d'anti-abrasion est réalisée par une densification superficielle par implantation d'ions oxygène.
  • On a constaté qu'on obtenait de bons résultats en utilisant le carbone adamantin comme matériau anti-abrasion. En effet, ce matériau est peu rugueux, a une dureté comprise entre 1 500 et 4 000 Kg/mm² et est inerte chimiquement. On choisira de préférence une faible épaisseur, inférieure à 100 Å, afin de ne pas altérer la qualité de transmission de la paroi transparente ou de l'objectif à protéger.
  • Les propriétés mécaniques et optiques du carbone adamantin peuvent être ajustées si on le mélange à des quantités choisies d'hydrogène. En particulier l'indice de réfraction peut être choisi à volonté entre 1,9 et 2,1 avec un taux d'atomes d'hydrogène compris entre 35 et 55 %. L'intérêt du choix ajustable de la valeur de l'indice de réfraction est qu'on peut ainsi associer aisément une couche anti-reflets à ladite couche en carbone adamantin.
  • Le carbone adamantin constitue aussi un filtre s'opposant à la transmission du rayonnement ultra-violet.
  • Le carbone adamantin peut être déposé sur une paroi de verre - en général préalablement revêtue de couches conductrices et/ou anti-reflet -par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur à l'aide d'un plasma en partant d'un hydrocarbure tel que le méthane CH₄. Bien entendu d'autres méthodes de dépôt de carbone adamantin sont possibles : bombardement d'une cible de graphite disposée en regard de la paroi à recouvrir, combustion de l'acétylène et de l'hydrogène en présence d'oxygène, etc...
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins sur lesquels :
    • la figure 1 est un schéma d'un appareillage de dépôt de carbone adamantin sur la dalle d'un tube de télévision selon l'invention,
    • la figure 2 est un schéma représentant un autre appareillage de dépôt de carbone adamantin sur la face frontale d'un tube de télévision,
    • la figure 3 est un schéma d'une partie de la face frontale de la dalle d'un tube de télévision selon l'invention, et
    • la figure 4 est un diagramme illustrant certaines propriétés du tube de la figure 3.
  • De façon générale l'invention consiste à disposer sur la face frontale, apparente, d'un dispositif de visualisation ou de projection d'images, une couche d'un matériau s'opposant à l'abrasion et/ou d'un matériau conducteur. Bien entendu la couche rapportée est transparente.
  • De plus il est préférable qu'à la couche anti-abrasion et/ou conductrice soit associée une couche anti-reflets.
  • Dans ce qui suit on se référera uniquement à un tube cathodique pour la télévision haute définition. Un tel tube comporte une enveloppe de verre se terminant, vers l'avant, par une dalle avec une face frontale de visualisation.
  • Il est préférable de prévoir une seule couche réalisant la fonction d'anti-abrasion et conductrice d'électricité. A cet effet on utilise un oxyde d'étain et d'indium (ITO) dont la densité superficielle est de grande valeur grâce à une implantation d'oxygène effectuée par bombardement ionique.
  • Ce traitement minimise les risques de rayures. En outre, pour un effet anti-reflets, il serait préférable de traiter cet oxyde de façon telle qu'il présente un indice de réfraction égal à la racine carrée de l'indice du verre constituant la dalle du tube.
  • Bien entendu l'épaisseur de la couche d'oxyde d'étain et d'indium est suffisamment faible, de l'ordre de 10⁻⁶ à 2 x 10⁻⁶ cm (100 à 200 Å), pour qu'elle soit transparente. Cependant cette couche reste transparente jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 5 x 10⁻⁵ cm (5000 Å) ou plus.
  • Pour la fonction d'anti-abrasion on préférera utiliser du carbone adamantin ayant une structure analogue à celle du diamant. Dans ce cas le carbone adamantin, déposé suivant une épaisseur comprise entre 4 x 10⁻⁸ et 10⁻⁶ cm (4 A et 100 Å), constitue la dernière couche déposée sur une couche d'ITO conductrice et/ou anti-reflets.
  • Le carbone adamantin a une structure amorphe, est inerte chimiquement et a une dureté comprise entre 1 500 et 4 000 Kg/mm²; il peut être déposé par plusieurs techniques. De préférence on utilisera la technique dite PCVD qui consiste à disposer la dalle du tube 10 dans une enceinte 11 (figure 1) à l'intérieur de laquelle on introduit du méthane CH₄ ou un autre hydrocarbure et on forme un plasma hyperfréquences 12 qui craque les molécules d'hydrocarbure. Ainsi l'hydrogène est séparé du carbone; ce dernier matériau se dépose sur la cible 10a que constitue la face externe de la dalle du tube.
  • Un dépôt de carbone adamantin d'une épaisseur de 2 x 10⁻⁷ à 5 x 10⁻⁷ cm (20 à 50 Å) est obtenu en quelques dizaines de secondes.
  • Il peut être avantageux que la couche 13 déposée contienne de l'hydrogène. A cet effet la quantité d'hydrogène peut être ajustée en limitant la proportion des molécules d'hydrocarbure qui sont craquées.
  • L'indice de réfraction du carbone adamantin est compris entre 1,9 et 2,1 si la proportion d'atomes d'hydrogène est comprise entre 35 et 55 %.
  • Les propriétés mécaniques dépendent aussi de la quantité d'hydrogène. Elles dépendent également de la vitesse de croissance de la couche de carbone adamantin. Ainsi pour un dépôt dont la croissance est de 6 x 10⁻⁷ cm (60 Å)/minute la dureté Knoop HK s'exprime par la formule suivante. HK (Kg/mm²) = 50 x Hat (%) - 250
    Figure imgb0001
    Hat étant la proportion d'atomes d'hydrogène en %.
  • Dans une variante (figure 2) la dalle 10′ du tube est disposée dans une enceinte 11′ à l'intérieur de laquelle est réalisé un vide poussé de l'ordre de 1,33 x 10⁻⁴ Pa (10⁻⁶ torr). En face de la dalle 10′ se trouve une cible 14 en graphite. La face de cette cible qui est en regard de la face externe de la dalle 10′ est bombardée par des ions qui arrachent des ions carbone venant se déposer sur le substrat.
  • Dans les deux cas le substrat 10, 10′ est chauffé à une température de l'ordre de 200 à 300°C.
  • On peut également former du carbone adamantin par combustion dans l'oxygène d'un hydrocarbure avec de l'hydrogène, la dalle étant chauffée à une température de l'ordre de 800°C. On peut aussi envisager une technique classique de croissance du diamant qui consiste à chauffer la dalle à une température comprise entre 600 et 1 100°C dans une enceinte à l'intérieur de laquelle est introduit un filament de tungstène chauffé à 2 000°C par passage de courant, cette enceinte contenant un mélange de 98,5 % d'hydrogène, 1 % de méthane CH₄ et 0,5 %, d'oxygène.
  • Sur la figure 3 on a représenté de façon schématique un revêtement de surface externe 15 de dalle 10 de tube de télévision. Sur le substrat 10 en verre, d'indice de réfraction égal à 1,54, est déposée une couche 16 d'oxyde de titane TiO₂, d'indice de réfraction 2,4 et d'épaisseur 7 x 10⁻⁷ cm (70,1 Å), puis une couche 17 de silice d'épaisseur 5,37 x 10⁻⁶ cm (537 Å) et d'indice 1,45, ensuite une autre couche 18 d'oxyde de titane TiO₂ d'épaisseur 6,093 x 10⁻⁵ (6093 Å), puis une autre couche 19 de silice d'épaisseur 6,8 x 10⁻⁶ cm (680 Å) et enfin le carbone adamantin 13 d'épaisseur 10⁻⁶ cm (100 Å).
  • Bien entendu on peut remplacer le carbone adamantin, d'indice 1,9, par de l'ITO.
  • Les couches 16 à 19 ont un rôle d'adaptation d'indice permettant la fonction anti-reflets.
  • Avec une structure du type de celle représentée sur la figure 3 on a constaté que les pertes par réflexion sont comprises entre 0,5 et 2 % pour le rayonnement visible. Ces pertes sont représentées sur le diagramme de la figure 4 où l'on a porté en abscisses la longueur d'onde λ (1 Å = 10⁻⁸ cm) de la lumière et en ordonnées les pertes R par réflexion.
  • Ces pertes par réflexion valent pour des incidences inférieures à 45°. Les pertes augmentent de façon sensible pour des incidences supérieures.
  • Pour l'effet d'anti-abrasion le carbone adamantin peut être remplacé par du carbone amorphe transparent ou par un autre oxyde dur tel que Y₂O₃ ou Al₂O₃ (alumine).
  • On notera enfin que l'on peut utiliser à la fois du carbone adamantin et de l'ITO, ce quine pose pas de problème particulier en raison de l'égalité des indices de ces matériaux. Dans une réalisation la couche anti-abrasion est du carbone adamantin et elle est recouverte par une fine pellicule d'ITO dur et conducteur.

Claims (6)

  1. Dispositif de visualisation ou de projection d'images, comportant une face externe de sortie (15) couverte par un revêtement (13) transparent et résistant à l'abrasion, caractérisé en ce que la couche anti-abrasion comporte au moins l'un des matériaux suivants : carbone adamantin, Y₂O₃, Al₂O₃, oxyde d'étain et d'indium avec implantation d'oxygène.
  2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la couche anti-abrasion comporte du carbone adamantin, caractérisé en ce que ladite couche contient de l'hydrogène.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche anti-abrasion comportant du carbone adamantin, l'épaisseur de la couche de carbone adamantin est comprise entre 4 x 10⁻⁸ cm et 10⁻⁶ cm (4 et 100 Å).
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face externe de sortie est couverte par un revêtement transparent conducteur.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face externe présente en outre un revêtement anti-reflets.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche anti-abrasion est la couche externe.
EP91401593A 1990-06-15 1991-06-14 Dispositif de visualisation ou de projection d'images ou analogues Expired - Lifetime EP0462019B1 (fr)

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