EP0696045B1 - Cathode d'écran plat de visualisation à résistance d'accès constante - Google Patents

Cathode d'écran plat de visualisation à résistance d'accès constante Download PDF

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EP0696045B1
EP0696045B1 EP95410079A EP95410079A EP0696045B1 EP 0696045 B1 EP0696045 B1 EP 0696045B1 EP 95410079 A EP95410079 A EP 95410079A EP 95410079 A EP95410079 A EP 95410079A EP 0696045 B1 EP0696045 B1 EP 0696045B1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
cathode
microtips
microtip
gate
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95410079A
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German (de)
English (en)
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EP0696045A1 (fr
Inventor
Jean-Frédéric Clerc
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pixtech SA
Original Assignee
Pixtech SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Pixtech SA filed Critical Pixtech SA
Publication of EP0696045A1 publication Critical patent/EP0696045A1/fr
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Publication of EP0696045B1 publication Critical patent/EP0696045B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/319—Circuit elements associated with the emitters by direct integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels

Definitions

  • the present invention relates to the production of a microtip cathode. It applies more particularly to the realization of a microtip cathode of a flat screen of visualization.
  • Figure 1 shows the structure of a flat screen microtips of the type to which the invention relates.
  • Such a microtip screen essentially consists a cathode 1 with microtips 2 and a grid 3 provided of holes 4 corresponding to the locations of the microtips 2.
  • Cathode 1 is placed opposite a cathodoluminescent anode 5 of which a glass substrate 6 constitutes the surface screen.
  • Cathode conductors are arranged in columns on a glass substrate 10.
  • the microtips 2 are produced on a resistive layer 11 deposited on the conductors of cathode and are conventionally arranged inside of meshes defined by the cathode conductors.
  • Figure 1 partially representing the interior of a mesh, the conductors cathode do not appear in this figure.
  • the cathode 1 is associated with grid 3 which is organized in lines. The intersection of a line in grid 3 and a column of cathode 1 defines a pixel.
  • This device uses the electric field created between cathode 1 and grid 3 so that electrons are extracts from microtips 2 to phosphor elements 7 of the anode 5.
  • the anode 5 is provided with alternating strips of elements phosphors 7, each corresponding to a color (Blue, Red, Green).
  • the bands are separated from each other others by an insulator 8.
  • the phosphor elements 7 are deposited on electrodes 9, made up of corresponding bands a transparent conductive layer such as oxide indium and tin (ITO).
  • the sets of blue, red bands, green are alternately polarized with respect to the cathode 1, so that the electrons extracted from the microtips 2 of a pixel of the cathode / grid are alternately directed towards the phosphor elements 7 opposite each of the colors.
  • FIGS. 2B and 2D illustrate an example of a structure of this type, FIGS. 2B and 2D being respectively enlargements of parts of FIGS. 2A and 2C.
  • Many microtips 2, for example sixteen, are arranged in each mesh 12 defined by cathode conductors 13 (figure 2B).
  • the intersection of a line 14 of grid 3 and a column 15 of cathode 1, corresponds here, for example, to sixty-four meshes 12 of a cathode pixel ( Figure 2A).
  • the cathode 1 is generally made up of layers deposited successively on the glass substrate 10.
  • FIGS. 2C and 2D partially represent a sectional view along the line AA 'in FIG. 2B.
  • a conductive layer 13, for example made of niobium, is deposited on the substrate 10. This layer 13 is etched in a pattern of columns 15, each column having meshes 12 surrounded by cathode conductors 13.
  • a resistive layer 11 is then deposited on these cathode conductors 13.
  • the purpose of this resistive layer 11, made for example of amorphous silicon doped with phosphorus, is to protect each microtip 2 against an excess of current at the start of a microtip 2.
  • the affixing of such a resistive layer 11 aims to homogenize the electronic emission of the microtips 2 of a pixel of the cathode 1 and thus increase its lifetime.
  • An insulating layer 16, for example of silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the resistive layer 11 to isolate the cathode conductors 13 from the grid 3 (FIG. 2D).
  • the grid 3 is formed of a conductive layer, for example of niobium.
  • Holes 4 and wells 17 are respectively made in layers 3 and 16 to receive the microtips 2 which are for example made of molybdenum.
  • microtips 2 in wells 17 is conventionally obtained by spraying molybdenum on a removal layer on the grid 3.
  • a disadvantage of conventional techniques is that if the resistive layer protects the microtips against excess current, it cannot completely homogenize electronic transmission. In fact, microtips of a mesh are not all equidistant from the conductors cathode, which results in non-uniformity of the emission electronic.
  • Another drawback is the need to form in each of the cathode columns, meshes of conductors. What imposes the realization of a complex pattern over the entire surface of the cathode.
  • the small diameter of the microtips (of 1 to 2 ⁇ m) and the need to reproduce them with a high screen pixel density (several thousand per pixel) means that existing processes limit the surface flat screens that can be produced.
  • the disparities that can appear in the regularity of the diameter of the holes and wells for receiving microtips also adversely affect the homogeneity of the electronic emission, causing disparities in the diameter and height of the microtips.
  • the object of the present invention is to overcome these disadvantages of providing a microtip cathode providing electronic radiation of optimized homogeneity.
  • the present invention provides a microtip cathode for a flat display screen, of the type comprising a substrate, at least one conductor cathode, and microtips arranged on a layer resistive; said cathode conductor being disposed above of the resistive layer, and having circular openings in the center of each of which is arranged a microtip.
  • the diameter circular openings that the conductor of cathode is greater than the diameter of the base of a microtip.
  • the cathode is associated with a grid, separated from the conductor cathode by an insulating layer and provided with a hole in the balance of each microtip; the isolation layer and the cathode conductor having a receiving well of a microtip in line with each hole in the grid; and the diameter grid holes being substantially less than diameter of the wells of the insulation and conductor layers cathode.
  • the cathode has an auxiliary insulating layer between the conductor cathode and insulation layer.
  • the invention also relates to a method of making of a microtip cathode which consists in producing, on a stack consisting at least of a substrate, a layer resistive, a layer of cathode conductor, a layer of isolation and a layer of grid, an anisotropic etching holes in the grid layer, and a corresponding engraving of larger section wells, in the isolation layers and cathode conductor.
  • the second phase of circular pattern photolithography is made by depositing a layer of resin on the layer of grid, and by insulating this layer of resin, later to a repository of opaque calibrated microbeads for radiation sunstroke.
  • a pre-insolation step of the resin layer is carried out, prior to the microbead deposition step, by masking grid lines.
  • the access resistance between the cathode and each of the microtips is constant since it corresponds to a resistive region annular of constant dimensions.
  • Cathode 1 according to the invention, as shown in Figures 3A and 3B, comprises from an insulating substrate 10, a resistive layer 11 supporting microtips 2.
  • Cathode conductors 13 are arranged on the layer resistive 11 with possible interposition of a thin layer conductive 19 of adhesion and etching stop.
  • These drivers cathode 13 are organized in columns each of which has in its width and in its length a large number of microtips, Figure 3A showing only a small portion of a column. In other words, the drivers of cathode 13 are continuous on all columns 15.
  • Microtips 2 are arranged on the resistive layer 11 at the center of circular openings 17 which each has cathode conductor 13.
  • Each circular opening 17 defines between the microtip 2 which it receives and the conductor cathode 13, an annular resistive region through of layer 11.
  • all microtips 2 of cathode conductor 13 will be electrically separated from it last, by a resistive region of the same value, provided that the diameter of the circular openings 17 is the same.
  • the diameter of these circular openings 17 is greater than the diameter presented by the bases of the microtips 2.
  • All microtips 2 are therefore electrically separated from the cathode conductors 13 by a resistor same value. This is an essential characteristic of the present invention which leads to optimize the homogeneity of the cathodic radiation, making the current in the microtips 2.
  • the cathode 1 is associated with a control grid 3.
  • the cathode conductors 13 are then isolated from grid 3 at by means of an insulation layer 16, possibly associated with an auxiliary insulating layer 18.
  • This auxiliary insulating layer 18 is, when provided, arranged between the conductor cathode 13 and the insulating layer 16. It allows to remove the effects of "needle holes" that may present the insulating layer 16 perpendicular to the surface of the cathode conductors 13.
  • Holes 4 and wells 17 are made in the layers grid 3, insulation 16 and cathode conductors 13 (and if necessary in the auxiliary insulating layer 18) to receive microtips 2.
  • a characteristic of these holes 4 and well 17 is that wells 17 in the layers insulation 16 (and 18) and the cathode conductor 13 have a diameter significantly larger than the holes 4 in the grid layer 3.
  • each microtip 2 is deposited on the thin layer conductor 19, if it exists, plumb with holes 4, and this layer 19 is open around each microtip 2, in its free surface.
  • each microtip 2 is laterally separated from the layer of cathode conductors 13 by a ring of width corresponding approximately to the difference between the diameter of the wells 17 and the holes 4. If the fine conductive layer 19 is not used, the microtips 2 are are found directly on the resistive layer 11, and always annularly separated from the cathode conductors 13.
  • the conductors cathode 13 have a width of approximately 300 ⁇ m, corresponding to the width of a screen pixel, defined by the intersection a row 14 of grid 3 and a column 15 of cathode 1.
  • the diameter of the holes 4 is 1.3 ⁇ m, that of the well 2.6 of 2.6 ⁇ m, and the diameter of each microtip 2 is at the base of 1.1 ⁇ m.
  • This process can be implemented in three phases corresponding respectively to the production of conductors cathode 13, patterning at future locations microtips in grid lines 3, and at the realization of grid 3 and microtips 2.
  • FIGS. 4A to 4H illustrate the implementation of the first phase which corresponds to the realization of the conductors cathode 13.
  • a second step is to file a thin conductive layer 19, called etching stop.
  • the role of this layer 19 is double. On the one hand, it constitutes a surface for attaching the next layer (Figure 4C) and microtips. On the other hand, it ensures an engraving stop of the layer of cathode conductors 13. This second role will be better understood later, in relation to the description of Figures 4E, and 6A to 6C.
  • a third step ( Figure 4C) is to file a conductive layer 13.
  • the bonding of this layer 13 is favored by layer 19.
  • a fourth possible step consists ( Figure 4D) in perform an oxidation of the conductive layer 13, to obtain, in the thickness of this layer 13, an insulating layer auxiliary 18.
  • the layer 13 previously deposited is then chosen to have the characteristic of being oxidizable. We will also ensure that the thickness of layer 13, deposited during the third stage, sufficient to allow obtaining an auxiliary insulating layer 18 while retaining sufficient thickness for cathode conductors 13.
  • a fifth step we engrave in columns the cathode conductors 13.
  • the layer 19 provides, during this stage, a stop of the engraving which avoids attacking the resistive layer 11.
  • the cathode conductors 13 have, for example, a width of the order of 300 ⁇ m.
  • a conductive grid layer 3 This deposit is for example obtained in the same way as the deposition of the conductor layer cathode 13.
  • the structure thus obtained according to the invention differs from previous techniques, in particular by the fact that the conductive layer 13 is no longer etched in a pattern of mesh columns, but that the conductors cathode 13 are continuous over an entire column 15.
  • the resistive layer 11 is affixed before the conductive layer 13, which allows the formation of a layer auxiliary insulator 18 by oxidation of this conductive layer 13.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate a second phase of the process for producing a microtip cathode according to the invention, corresponding to a phase of delimitation of lines of grid and pattern formation at future locations of microtips in grid lines 3.
  • layers 13, 18, and 19 of the stack from the first phase have been designated, in FIGS. 5A to 5C, by the common reference 15 corresponding to their layout in column.
  • This second phase uses photolithography circular patterns to define future locations microtips, i.e. holes 4 in lines of grid 3.
  • a layer of photosensitive resin 20 of negative type is applied to the conductive layer 3.
  • the width of the grid lines is, for example, on the order of 300 ⁇ m.
  • the diameter of a circular pattern has a given value included, for example between 1 and 2 ⁇ m, and the number of patterns is several thousands per screen pixel.
  • microbeads 22 are deposited on the resin layer 20.
  • These microbeads 22 are for example microbeads of glass or plastic. They are opaque to solar radiation for obtain a maximum masking effect on the areas on which they are filed.
  • the distribution of microbeads 22 on the resin layer 20 is random.
  • the quality of a screen was linked to the regularity of the density microtips 2 from one screen pixel to another and at regularity of the microtip diameter 2.
  • the difference between two microtips 2 has no influence on the screen quality as long as the density of microtips is high. So the random distribution of patterns in the layer of grid 3 has no consequence on the quality of the screen.
  • a microbead depot 22 calibrated with a given diameter of a value between 1 and 5 ⁇ m with a tolerance of 10 percent for the diameter of microbeads 22 achieves this result.
  • microbeads 22 deposited on layer 20 are sufficient and regular.
  • a first method is to immerse the stack from the first phase, coated with the resin layer 20, in a bath containing microbeads 22 in solution.
  • the density microbeads 22 in the bath is fixed according to the desired pattern density.
  • the deposit of microbeads 22 is carried out by decantation, the microbeads used being in this case in glass. It is also possible to perform the sunshine step through the bath as soon as the microbeads 22 have settled, which accelerates the execution of the process. Evacuation microbeads 22, after sunshine, takes place here simply by removing the stack and its possible support from the bath.
  • a second method consists in spraying, on the resin layer 20, a mixture of solvent and microbeads 22 contained in a tank.
  • the solvent is alcohol-based, this which allows its evaporation during spraying.
  • the distribution microbeads 22 on the resin layer 20 present good homogeneity, the density of microbeads 22 being fixed by the duration of the spraying carried out.
  • the microbeads 22 hold on the resin layer 20 by electrostatic effect, resulting from charges acquired during their crossing air between a spray nozzle and the resin layer 20.
  • the evacuation of microbeads 22 after insolation can be made by blowing or any other means.
  • a third method is to drown microbeads 22 in a viscous material, for example polyvinyl alcohol.
  • the resin layer 20 is covered with a layer of this material for example by scraping or screen printing without pattern.
  • the polyvinyl alcohol is then dried and then manner which will be described below. Subsequently, polyvinyl alcohol is dissolved, for example in water and microbeads 22 are removed at the same time.
  • this resin layer 20 is exposed by means of a light insulator almost parallel to the course of a fourth step (not shown).
  • the wavelength of radiation of the insolator is chosen according to the resin used and the precision sought, for example in the ultraviolet range.
  • the microbeads 22 are then removed of the resin layer 20 during a fifth step (not shown).
  • a sixth step ( Figure 5C), we develop the resin by implementing a conventional process in conditions compatible with the type of resin used. Of circular patterns 23 are thus formed in the layer of resin 20 at the locations of the microbeads 22. These patterns 23 are then used to engrave holes 4 and blanks corresponding wells 17 in layers 3, 16, 18, and 13, of the stack from the first phase, as we will see subsequently in relation to FIGS. 6A to 6C.
  • a variant of the insolation step consists of insulating the resin layer 20, still by means of an insulator at quasi-parallel light but by tilting layer 20 by relative to the beam axis, and rotating it around this axis.
  • the diameter actually insulated at the base of each microbead 22 is found to be less than the diameter of the microbeads 22. Patterns 23 of diameter are thus obtained smaller than the diameter of the microbeads 22.
  • the ratio between the diameter of the microbeads 22 and the diameter of the patterns 23 obtained depends on the angle of inclination of the support in relation to the axis of the quasi-parallel beam of radiation from the insolator. This variant further improves the resolution obtained by the implementation of the method according to the invention.
  • FIGS. 6A to 6C illustrate an example of setting up work of a third phase of the process according to the invention.
  • This third phase corresponds to the formation of holes 4 in lines 14 of grid 3, and of deposit of microtips 2 in wells 17 directly above these holes 4.
  • the sections of FIGS. 6A to 6C represent a part of a pixel defined by the intersection of a line 14 of the grid 3 and a column 15 of cathode 1.
  • a first step we engrave in grid layer 3, grid lines 14 as well as holes 4 at future locations of microtips 2, i.e. at the locations of the patterns 23.
  • the engraving of this first step is carried out in such a way that it attacks the material of the grid 3 without attacking the material of the layer insulating 16.
  • it is preferably a anisotropic etching.
  • the engravings of the second and third stages are stopped by the etching stop layer 19 so as not to attack the resistive layer 11 on which must be deposited the microtips 2.
  • the etching of the lines 14 of the grid 3 could also be carried out previously in the second phase.
  • reactive ion etching of the second step Figure 6A
  • the pre-sunstroke step Figure 5B
  • the pre-exposure step to limit the formation of patterns 23 directly above the cathode conductors 13, either inside columns 15.
  • the microdots 2 are deposited during a fourth step (not shown), conventionally.
  • an uplift layer commonly called “lift-off” layer
  • This evaporation leads on the one hand to the formation of a residual layer on the uplift elimination layer and on the other hand to the formation of microtips 2 in wells 17.
  • These microtips 2 have, for example, a diameter at the base of 1.1 ⁇ m and a height of the order of 1.2 ⁇ m. Then we eliminate the residual layer, using the uplift removal layer. We then obtain a structure as shown in Figure 6C.
  • each of the constituents described for the layers can be replaced by one or more constituents with the same characteristics and / or fulfilling the same function.
  • the engraving means described by way of example may be replaced by others means of engraving, dry or wet, allowing to reach the same result.
  • the succession of stages given as example can be modified according to the materials and means of engraving used.
  • the step of obtaining the layer auxiliary insulation 18 (phase 1, step 4) could be postponed after the cathode conductors 13 have been etched, the conductors cathode 13 then also being oxidized on their edges.
  • the formation of grid lines 14 could be postponed to the end of the process.
  • the second stage of the second phase pre-insulating surfaces that correspond to the grid lines. This is to avoid the formation of patterns 23 between lines 14, which would lead to removal of the insulation layer 16 at the places of these motives.
  • the first and second stages of the third phase are in this case simultaneous.
  • the dimensional indications given to example title can be changed based on specifications sought for the screen, the materials used, or other.
  • the diameter of the microbeads 22 used depends on the desired diameter for the grid holes 4 3 and the exposure technique used (vertical or oblique).

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)

Description

La présente invention concerne la réalisation d'une cathode à micropointes. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'une cathode à micropointes d'un écran plat de visualisation.
La figure 1 représente la structure d'un écran plat à micropointes du type auquel se rapporte l'invention.
Un tel écran à micropointes est essentiellement constitué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pourvue de trous 4 correspondant aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran.
Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4 940 916 du Commissariat à l'Energie Atomique.
Les conducteurs de cathode sont disposés en colonnes sur un substrat de verre 10. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont classiquement disposées à l'intérieur de mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représentant partiellement l'intérieur d'une maille, les conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 qui est elle organisée en lignes. L'intersection d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1 définit un pixel.
Ce dispositif utilise le champ électrique créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2 vers des éléments luminophores 7 de l'anode 5. Dans le cas d'un écran couleur, tel que représenté à la figure 1, l'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'éléments luminophores 7, correspondant chacune à une couleur (Bleu, Rouge, Vert). Les bandes sont séparées les unes des autres par un isolant 8. Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9, constituées de bandes correspondantes d'une couche conductrice transparente telle que de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes bleues, rouges, vertes sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que les électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis à vis de chacune des couleurs.
Les figures 2A à 2D illustrent un exemple d'une structure de ce type, les figures 2B et 2D étant respectivement des agrandissements de parties des figures 2A et 2C. Plusieurs micropointes 2, par exemple seize, sont disposées dans chaque maille 12 définie par les conducteurs de cathode 13 (figure 2B). L'intersection, d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1, correspond ici, par exemple, à soixante-quatre mailles 12 d'un pixel de cathode (figure 2A).
La cathode 1 est généralement constituée de couches déposées successivement sur le substrat de verre 10. Les figures 2C et 2D représentent partiellement, une vue en coupe selon la ligne A-A' de la figure 2B. Une couche conductrice 13, par exemple constituée de niobium, est déposée sur le substrat 10. Cette couche 13 est gravée selon un motif de colonnes 15, chaque colonne comportant des mailles 12 entourées de conducteurs de cathode 13. Une couche résistive 11 est ensuite déposée sur ces conducteurs de cathode 13. Cette couche résistive 11, constituée par exemple de silicium amorphe dopé au phosphore, a pour objet de protéger chaque micropointe 2 contre un excès de courant à l'amorçage d'une micropointe 2. L'apposition d'une telle couche résistive 11 vise à homogénéiser l'émission électronique des micropointes 2 d'un pixel de la cathode 1 et à accroítre ainsi sa durée de vie. Une couche isolante 16, par exemple d'oxyde de silicium (SiO2), est déposée sur la couche résistive 11 pour isoler les conducteurs de cathode 13 de la grille 3 (figure 2D). La grille 3 est formée d'une couche conductrice, par exemple de niobium. Des trous 4 et des puits 17 sont respectivement pratiqués dans les couches 3 et 16 pour recevoir les micropointes 2 qui sont par exemple en molybdène.
Le dépôt des micropointes 2 dans les puits 17 est classiquement obtenu par une pulvérisation de molybdène sur une couche d'élimination par soulèvement apposée sur la grille 3.
Un inconvénient des techniques classiques est que, si la couche résistive permet de protéger les micropointes contre un excès de courant, elle ne parvient pas à homogénéiser complètement l'émission électronique. De fait, les micropointes d'une maille ne sont pas toutes équidistantes des conducteurs de cathode, ce qui entraíne une non-uniformité de l'émission électronique.
Un autre inconvénient réside dans la nécessité de former dans chacune des colonnes de la cathode, des mailles de conducteurs. Ce qui impose la réalisation d'un motif complexe sur toute la surface de la cathode.
En outre, le faible diamètre des micropointes (de l'ordre de 1 à 2 µm) et la nécessité de les reproduire avec une densité élevée par pixel de l'écran (plusieurs milliers par pixel) entraíne que les procédés existant limitent la surface des écrans plats pouvant être réalisés. Les disparités qui peuvent apparaítre dans la régularité du diamètre des trous et puits destinés à recevoir les micropointes nuisent également à l'homogénéité de l'émission électronique, en entraínant des disparités dans le diamètre et la hauteur des micropointes.
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant une cathode à micropointes fournissant un rayonnement électronique d'homogénéité optimisée.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une cathode à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat, au moins un conducteur de cathode, et des micropointes disposées sur une couche résistive ; ledit conducteur de cathode étant disposé au-dessus de la couche résistive, et présentant des ouvertures circulaires au centre de chacune desquelles est disposée une micropointe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre des ouvertures circulaires que présente le conducteur de cathode est supérieur au diamètre de l'embase d'une micropointe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode est associée à une grille, séparée du conducteur de cathode par une couche d'isolement et pourvue d'un trou à l'aplomb de chaque micropointe ; la couche d'isolement et le conducteur de cathode présentant un puits de réception d'une micropointe à l'aplomb de chaque trou de la grille ; et le diamètre des trous de la grille étant sensiblement inférieur au diamètre des puits des couches d'isolement et de conducteur de cathode.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode comporte une couche isolante auxiliaire, entre le conducteur de cathode et la couche d'isolement.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes qui consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat, d'une couche résistive, d'une couche de conducteur de cathode, d'une couche d'isolement et d'une couche de grille, une gravure anisotrope de trous dans la couche de grille, et une gravure correspondante de puits de plus grande section, dans les couches d'isolement et de conducteur de cathode.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à effectuer les phases suivantes :
  • réalisation de conducteurs de cathode organisés en colonnes sur une couche résistive déposée sur un substrat ;
  • préparation de motifs circulaires dans des lignes d'une grille par photolithogravure ;
  • réalisation de trous dans les lignes de la grille, et de puits dans les couches d'isolement et de conducteurs de cathode, et dépôt d'une micropointe au centre de chaque puits, sur une couche résistive.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première phase de réalisation de conducteurs de cathode comprend les étapes suivantes :
  • dépôt pleine plaque d'une couche résistive sur le substrat ;
  • dépôt pleine plaque d'une fine couche conductrice d'arrêt de gravure ;
  • dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode ;
  • oxydation électrolytique de la couche conductrice de conducteurs de cathode ;
  • gravure simultanée, de la couche de conducteurs de cathode et de la couche isolante auxiliaire obtenue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes ; et
  • élimination de la couche d'arrêt de gravure entre les colonnes définies par les conducteurs de cathode.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires est réalisée en déposant une couche de résine sur la couche de grille, et en insolant cette couche de résine, postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées opaques pour le rayonnement d'insolation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une étape de pré-insolation de la couche de résine est effectuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles, par masquage de lignes de la grille.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la troisième phase de réalisation d'une grille et de micropointes comprend les étapes suivantes :
  • gravure anisotrope et simultanée de trous dans la couche de grille et d'ébauches de puits dans les couches d'isolement et de conducteurs de cathode ;
  • élargissement des puits par une gravure isotrope ;
  • dépôt de micropointes au centre de chaque puits, sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure ;
  • élimination de la couche d'arrêt de gravure dans le fond des puits autour des micropointes.
Ainsi, selon un avantage de la présente invention, la résistance d'accès entre la cathode et chacune des micropointes est constante puisqu'elle correspond à une région résistive annulaire de dimensions constantes.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
  • les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ;
  • les figures 3A et 3B représentent partiellement, respectivement en coupe et en vue de dessus, une cathode à micropointes selon l'invention ;
  • les figures 4A à 4H représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une première phase d'un procédé de réalisation d'une cathode selon l'invention ;
  • les figures 5A à 5C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une deuxième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention ; et
  • les figures 6A à 6C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une troisième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention.
    • Pour des raisons de clarté, les échelles n'ont pas été respectées pour la représentation des figures.
    La cathode 1, selon l'invention, telle que représentée aux figures 3A et 3B, comporte à partir d'un substrat isolant 10, une couche résistive 11 supportant des micropointes 2. Des conducteurs de cathode 13 sont disposés sur la couche résistive 11 avec interposition éventuelle d'une fine couche conductrice 19 d'adhérence et d'arrêt de gravure. Ces conducteurs de cathode 13 sont organisés en colonnes dont chacune comporte dans sa largeur et dans sa longueur un grand nombre de micropointes, la figure 3A ne représentant qu'une petite portion d'une colonne. En d'autres termes, les conducteurs de cathode 13 sont continus sur toutes les colonnes 15.
    Des micropointes 2 sont disposés sur la couche résistive 11 au centre d'ouvertures circulaires 17 que présente chaque conducteur de cathode 13. Chaque ouverture circulaire 17 définit entre la micropointe 2 qu'elle reçoit et le conducteur de cathode 13, une région résistive annulaire par l'intermédiaire de la couche 11. Ainsi, toutes les micropointes 2 du conducteur de cathode 13 seront électriquement séparées de ce dernier, par une région résistive de même valeur, pourvu que le diamètre des ouvertures circulaires 17 soit le même. Le diamètre de ces ouvertures circulaires 17 est supérieur au diamètre que présentent les bases des micropointes 2.
    Toutes les micropointes 2 sont donc électriquement séparées des conducteurs de cathode 13 par une résistance de même valeur. C'est là, une caractéristique essentielle de la présente invention qui conduit à optimiser l'homogénéité du rayonnement cathodique, en rendant homogène le courant dans les micropointes 2.
    Selon un exemple de réalisation qu'illustre la figure 3A, la cathode 1 est associée à une grille de commande 3. Les conducteurs de cathode 13 sont alors isolés de la grille 3 au moyen d'une couche d'isolement 16, éventuellement associée à une couche isolante auxiliaire 18. Cette couche isolante auxiliaire 18 est, lorsqu'elle est prévue, disposée entre le conducteur de cathode 13 et la couche d'isolement 16. Elle permet de supprimer les effets de "trous d'aiguilles" que peut présenter la couche isolante 16 perpendiculairement à la surface des conducteurs de cathode 13.
    Des trous 4 et puits 17 sont pratiqués dans les couches de grille 3, d'isolement 16 et de conducteurs de cathode 13 (et le cas échéant dans la couche isolante auxiliaire 18) pour recevoir les micropointes 2. Une caractéristique de ces trous 4 et puits 17 est que les puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et 18) et le conducteur de cathode 13 présentent un diamètre sensiblement plus important que les trous 4 dans la couche de grille 3.
    Des micropointes 2 sont déposées, sur la fine couche conductrice 19, si elle existe, à l'aplomb des trous 4, et cette couche 19 est ouverte autour de chaque micropointe 2, dans sa surface libre. Ainsi, chaque micropointe 2 est latéralement séparée de la couche de conducteurs de cathode 13 par un anneau de largeur correspondant approximativement à la différence entre le diamètre des puits 17 et des trous 4. Si la fine couche conductrice 19 n'est pas utilisée, les micropointes 2 se retrouvent directement sur la couche résistive 11, et toujours séparées annulairement des conducteurs de cathode 13.
    Selon un exemple particulier de réalisation, les conducteurs de cathode 13 présentent une largeur d'environ 300 µm, correspondant à la largeur d'un pixel d'écran, défini par l'intersection d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1. Le diamètre des trous 4 est de 1,3 µm, celui des puits 17 de 2,6 µm, et le diamètre de chaque micropointe 2 est à la base de 1,1 µm.
    On décrira ci-après un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une telle cathode selon l'invention.
    Ce procédé peut être mis en oeuvre en trois phases correspondant respectivement, à la réalisation de conducteurs de cathode 13, à la formation de motifs aux emplacements futurs des micropointes dans des lignes de grille 3, et à la réalisation de la grille 3 et des micropointes 2.
    Les figures 4A à 4H illustrent la mise en oeuvre de la première phase qui correspond à la réalisation des conducteurs de cathode 13.
    Au cours d'une première étape (figure 4A), on dépose sur le substrat 10 une couche résistive 11.
    Une deuxième étape (figure 4B) consiste à déposer une fine couche conductrice 19, dite d'arrêt de gravure. Le rôle de cette couche 19 est double. D'une part, elle constitue une surface d'accrochage de la couche suivante (figure 4C) et des micropointes. D'autre part, elle assure un arrêt de gravure de la couche de conducteurs de cathode 13. Ce second rôle sera mieux compris par la suite, en relation avec la description des figures 4E, et 6A à 6C.
    Une troisième étape (figure 4C) consiste à déposer une couche conductrice 13. L'accrochage de cette couche 13 est favorisé par la couche 19.
    Une quatrième étape éventuelle consiste (figure 4D) à réaliser une oxydation de la couche conductrice 13, pour obtenir, dans l'épaisseur de cette couche 13, une couche isolante auxiliaire 18. La couche 13 déposée précédemment est alors choisie pour avoir la caractéristique d'être oxydable. On veillera également à ce que l'épaisseur de la couche 13, déposée lors de la troisième étape, soit suffisante pour permettre l'obtention d'une couche isolante auxiliaire 18 tout en conservant une épaisseur suffisante pour les conducteurs de cathode 13.
    Les quatre étapes décrites ci-dessus sont réalisées sur toute une surface du substrat 10.
    Au cours d'une cinquième étape (figure 4E), on grave en colonnes les conducteurs de cathode 13. La couche 19 assure, durant cette étape, un arrêt de la gravure qui évite d'attaquer la couche résistive 11. Les conducteurs de cathode 13 présentent, par exemple, une largeur de l'ordre de 300 µm.
    Puis, dans une sixième étape (figure 4F), on élimine la couche 19 aux endroits où les couches 13 et 18 ont été gravées, c'est-à-dire entre les colonnes 15 de conducteurs de cathode 13.
    Lors d'une septième étape (figure 4G), on dépose sur la structure issue de la première phase, un isolant 16.
    Au cours d'une huitième étape (figure 4H), on dépose une couche conductrice de grille 3. Ce dépôt est par exemple obtenu de la même manière que le dépôt de la couche des conducteurs de cathode 13.
    Comme on peut le constater, la structure ainsi obtenue selon l'invention se distingue des techniques antérieures, notamment par le fait que la couche conductrice 13 n'est plus gravée selon un motif de colonnes maillées, mais que les conducteurs de cathode 13 sont continus sur toute une colonne 15.
    De plus, la couche résistive 11 est apposée avant la couche conductrice 13, ce qui autorise la formation d'une couche isolante auxiliaire 18 par oxydation de cette couche conductrice 13.
    Les figures 5A à 5C illustrent une deuxième phase du procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention, correspondant à une phase de délimitation de lignes de grille et de formation de motifs aux emplacements futurs des micropointes dans des lignes de grille 3. Pour des raisons de clarté, les couches 13, 18, et 19 de l'empilement issu de la première phase ont été désignées, aux figures 5A à 5C, par la référence commune 15 correspondant à leur tracé en colonne.
    Cette deuxième phase fait appel à une photolithogravure de motifs circulaires pour définir les emplacements futurs des micropointes, c'est-à-dire des trous 4 dans des lignes de grille 3.
    Dans une première étape (figure 5A), une couche de résine photosensible 20 de type négatif est appliquée sur la couche conductrice 3.
    On peut mettre en oeuvre tout procédé classique de photolithogravure pour définir dans la couche 20 les motifs circulaires ainsi que les lignes de la grille 3. La largeur des lignes de la grille est, par exemple, de l'ordre de 300 µm. Le diamètre d'un motif circulaire a une valeur donnée comprise, par exemple entre 1 et 2 µm, et le nombre de motifs est de plusieurs milliers par pixel d'écran.
    On préfèrera cependant mettre en oeuvre une phase particulière de photolithogravure de motifs circulaires qui assure l'obtention de motifs de diamètre régulier avec une densité régulière, quelle que soit la taille de l'écran. Ceci afin d'optimiser encore l'homogénéité du rayonnement électronique.
    Au cours d'une deuxième étape (figure 5B), on pré-insole la couche de résine 20 à travers un masque classique 21 de définition des lignes 14 de la grille 3.
    Puis, dans une troisième étape (non représentée), des microbilles 22 sont déposées sur la couche de résine 20. Ces microbilles 22 sont par exemple des microbilles de verre ou de plastique. Elles sont opaques au rayonnement d'insolation pour obtenir un effet de masquage maximal des zones sur lesquelles elles sont déposées. La répartition des microbilles 22 sur la couche de résine 20 est aléatoire. On a en effet pu constater que la qualité d'un écran était liée à la régularité de la densité des micropointes 2 d'un pixel de l'écran à un autre et à la régularité du diamètre des micropointes 2. Par contre, l'écart entre deux micropointes 2 n'a pas d'influence sur la qualité de l'écran pourvu que la densité de micropointes soit élevée. Ainsi, la répartition aléatoire des motifs dans la couche de grille 3 n'a pas de conséquence sur la qualité de l'écran. On a ainsi constaté que l'on obtenait un écran plat de bonne qualité avec un nombre et un diamètre de motifs circulaires dans chaque pixel de l'écran qui sont les mêmes à cinq pour cent près, la densité de motifs d'un pixel étant élevée pour ne pas nuire à la brillance de l'écran. Un dépôt de microbilles calibrées 22 d'un diamètre donné d'une valeur comprise entre 1 et 5 µm avec une tolérance de 10 pour cent pour le diamètre des microbilles 22 permet d'atteindre ce résultat.
    Pour assurer que la densité des microbilles 22 déposées sur la couche 20 est suffisante et régulière, on peut utiliser, selon l'invention, plusieurs méthodes de dépôt des microbilles 22.
    Une première méthode consiste à immerger l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20, dans un bain contenant des microbilles 22 en solution. La densité des microbilles 22 dans le bain est fixée en fonction de la densité de motifs souhaitée. Le dépôt des microbilles 22 s'effectue par décantation, les microbilles utilisées étant dans ce cas en verre. Il est de plus possible d'effectuer l'étape d'insolation à travers le bain dès que les microbilles 22 ont décanté, ce qui accélère l'exécution du procédé. L'évacuation des microbilles 22, après insolation, s'effectue ici simplement en retirant l'empilement et son éventuel support du bain.
    Une seconde méthode consiste à pulvériser, sur la couche de résine 20, un mélange de solvant et de microbilles 22 contenu dans un réservoir. Le solvant est à base d'alcool, ce qui permet son évaporation pendant la pulvérisation. La distribution des microbilles 22 sur la couche de résine 20 présente une bonne homogénéité, la densité de microbilles 22 étant fixée par la durée de la pulvérisation réalisée. Ici, les microbilles 22 tiennent sur la couche de résine 20 par effet électrostatique, résultant de charges acquises lors de leur traversée de l'air entre une buse du pulvérisateur et la couche de résine 20. L'évacuation des microbilles 22 après insolation peut être effectué par soufflage ou tout autre moyen. Un avantage de cette technique est qu'il se crée entre les microbilles 22, du fait de leur charge, une force répulsive qui tend à améliorer la régularité de leur répartition.
    Une troisième méthode consiste à noyer des microbilles 22 dans un matériau visqueux, par exemple du polyvinylalcool. On couvre la couche de résine 20 d'une couche de ce matériau par exemple par raclage ou par sérigraphie sans motif. On sèche ensuite le polyvinylalcool puis on insole de la manière qui sera décrite ci-dessous. Par la suite, le polyvinylalcool est dissous, par exemple dans de l'eau et les microbilles 22 sont évacuées en même temps.
    Une fois que les microbilles 22 ont été déposées sur la couche de résine 20, cette couche de résine 20 est insolée au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle au cours d'une quatrième étape (non représentée). La longueur d'onde du rayonnement de l'insolateur est choisie en fonction de la résine utilisée et de la précision visée, par exemple dans le domaine des ultraviolets. Les microbilles 22 sont ensuite évacuées de la couche de résine 20 au cours d'une cinquième étape (non représentée).
    L'insolation n'est efficace que dans les surfaces qui étaient masquées au cours de la deuxième étape, de pré-insolation, soit à l'intérieur des lignes 14 de la grille 3 qui ont été formées. Ainsi, lors du développement de la résine au moyen d'un procédé classique (figure 5C), on obtient des motifs 23 dans la couche de résine 20 uniquement dans la surface des lignes 14 de grille 3. Cela permet de positionner les zones de micropointes 2 de la cathode 1, en limitant la formation des motifs 23 à des surfaces qui correspondent à des zones devant recevoir des micropointes 2. A la figure 5C, le tracé des colonnes 15 de conducteurs de cathode 13, a été représenté en traits mixtes, et celui des surfaces pré-insolées 14, correspondant aux lignes 14 de la grille 3, a été représenté en pointillés.
    Dans une sixième étape (figure 5C), on développe la résine par la mise en oeuvre d'un procédé classique dans des conditions compatibles avec le type de résine utilisé. Des motifs circulaires 23 sont ainsi formés dans la couche de résine 20 aux emplacements des microbilles 22. Ces motifs 23 sont ensuite utilisés pour graver des trous 4 et des ébauches de puits 17 correspondantes dans les couches 3, 16, 18, et 13, de l'empilement issu de la première phase, comme on le verra par la suite en relation avec les figures 6A à 6C.
    Une variante de l'étape d'insolation consiste à insoler la couche de résine 20, toujours au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle, mais en inclinant la couche 20 par rapport à l'axe du faisceau, et en la faisant tourner autour de cet axe. Pour ce faire, on pose par exemple l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20 sur laquelle ont été déposées les microbilles 22, sur un support rotatif incliné d'un angle donné par rapport à l'axe du faisceau. Ainsi, le diamètre effectivement insolé à l'aplomb de chaque microbille 22 se trouve être inférieur au diamètre des microbilles 22. On obtient ainsi des motifs 23 de diamètre inférieur au diamètre des microbilles 22. Le rapport entre le diamètre des microbilles 22 et le diamètre des motifs 23 obtenus dépend de l'angle d'inclinaison du support par rapport à l'axe du faisceau quasi-parallèle de rayonnement de l'insolateur. Cette variante améliore encore la résolution obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On peut en effet utiliser des microbilles 22 de taille plus importante qui présenteront une meilleure uniformité entre elles. On peut par exemple réaliser des motifs 23 de diamètre 2 µm au moyen de microbilles 22 présentant un diamètre de 5 µm.
    Les figures 6A à 6C illustrent un exemple de mise en oeuvre d'une troisième phase du procédé selon l'invention. Cette troisième phase correspond à la formation de trous 4 dans des lignes 14 de grille 3, et de dépôt de micropointes 2 dans des puits 17 à l'aplomb de ces trous 4. Pour des raisons de clarté, les coupes des figures 6A à 6C représentent une partie d'un pixel défini par l'intersection d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1.
    Dans une première étape (non représentée), on grave dans la couche de grille 3, des lignes 14 de grille ainsi que des trous 4 aux emplacements futurs des micropointes 2, c'est-à-dire aux emplacements des motifs 23. La gravure de cette première étape est effectuée de manière telle qu'elle attaque le matériau de la grille 3 sans attaquer le matériau de la couche isolante 16. De plus, il s'agit préférentiellement d'une gravure anisotrope.
    Lors d'une deuxième étape (figure 6A), on effectue une gravure ionique réactive jusqu'à la couche d'arrêt de gravure 19. On grave ainsi des ébauches de puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs de cathode 13. Cette gravure est anisotrope de sorte que les ébauches de puits 17 sont alignés avec les motifs circulaires 23. Les ébauches de puits 17 présentent, par exemple, un diamètre de 1,3 µm comme les trous 4.
    Au cours d'une troisième étape (figure 6B), on élargit le diamètre des puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs 13. Pour ce faire, on effectue une gravure humide isotrope.
    Les gravures des deuxièmes et troisième étapes sont arrêtées par la couche d'arrêt de gravure 19 de façon à ne pas attaquer la couche résistive 11 sur laquelle doivent être déposées les micropointes 2. La gravure des lignes 14 de la grille 3 (première étape) pourrait également être réalisée antérieurement à la deuxième phase. Dans ce cas, la gravure ionique réactive de la deuxième étape (figure 6A) peut être effectuée, aux emplacements des motifs 23, simultanément dans les couches 3, 16 (et le cas échéant 18), et 13. De la sorte les trous 4 et les ébauches de puits 17 sont formés simultanément. De plus, l'étape de pré-insolation (figure 5B) de la deuxième phase n'est alors plus nécessaire dans la mesure où les lignes de grille sont déjà formées. On pourrait par contre utiliser cette étape de pré-insolation pour limiter la formation des motifs 23 à l'aplomb des conducteurs de cathode 13, soit à l'intérieur des colonnes 15.
    Le dépôt des micropointes 2 s'effectue durant une quatrième étape (non représentée), de manière classique. On utilise, par exemple, une couche d'élimination par soulèvement (communément appelée couche "de lift-off") sur laquelle on réalise une évaporation d'un matériau conducteur. Cette évaporation conduit d'une part à la formation d'une couche résiduelle sur la couche d'élimination par soulèvement et d'autre part à la formation des micropointes 2 dans les puits 17. Ces micropointes 2 présentent, par exemple, un diamètre à la base de 1,1 µm et une hauteur de l'ordre de 1,2 µm. Puis, on élimine la couche résiduelle, à l'aide de la couche d'élimination par soulèvement. On obtient alors une structure telle que représentée à la figure 6C.
    Enfin, dans une cinquième et dernière étape, on élimine la couche d'arrêt de gravure 19 entourant les micropointes 2. Cette élimination conduit à former entre chaque micropointe 2 et un conducteur de cathode 13, par l'intermédiaire de la couche résistive 11, une résistance annulaire de même valeur pour toutes les micropointes 2.
    On obtient alors une cathode telle que représentée aux figures 3A et 3B.
    On indiquera ci-dessous un exemple particulier de réalisation d'une cathode à micropointes en spécifiant les matériaux et les types de gravure utilisés.
    Phase 1:
  • Etape 1 : dépôt pleine plaque d'une couche résistive 11, par pulvérisation de silicium amorphe dopé au phosphore sur le substrat de verre 10. Cette couche résistive 11 présente, par exemple, une épaisseur de 0,3 µm.
  • Etape 2 : dépôt pleine plaque, par évaporation de chrome, d'une fine couche conductrice 19. L'épaisseur de cette couche 19 est par exemple de 0,025 µm.
  • Etape 3 : dépôt pleine plaque, par évaporation de niobium, d'une couche de conducteurs de cathode 13. L'accrochage de cette couche 13 est favorisé par la couche 19, le niobium s'accrochant difficilement sur le silicium amorphe. La couche conductrice 13 présente, par exemple, une épaisseur de 0,2 à 0,4 µm.
  • Etape 4 : oxydation pleine plaque de la couche 13. Cette oxydation est par exemple obtenue en soumettant la couche de niobium 13 à une oxydation anodique dans une solution à base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. Pour ce faire, l'empilement est placé en anode dans un bain électrolytique à base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. L'épaisseur d'oxydation dépend pratiquement uniquement du potentiel auquel est réalisée l'électrolyse. Pour un potentiel de 40 V, par exemple, on obtient une épaisseur de pentoxyde de niobium (Nb2O5) de 0,12 µm, constituant une couche isolante auxiliaire 18.
  • Etape 5 : gravure au plasma d'hexafluorure de soufre (SF6) des couches isolante 18 et conductrice 13, selon un motif de colonnes 15. On préfère réaliser cette gravure par plasma dans la mesure où une gravure chimique (humide) du pentoxyde de niobium (Nb2O5) qui constitue la couche 18 est délicate à contrôler. Par contre, cet oxyde se grave avec le même plasma de gravure que celui utilisé classiquement pour graver du niobium. Le plasma employé grave également le silicium amorphe, c'est pourquoi la couche 19 est dite d'arrêt de gravure et est dans un matériau choisi pour être difficilement attaquable par le plasma d'hexafluorure de soufre.
  • Etape 6 : élimination de la couche 19, entre les colonnes 15, par masquage et gravure chimique à base de permanganate de potassium (KMnO4) et d'hydroxyde de potassium (KOH) qui attaque le chrome évaporé sans endommager les autres couches environnantes.
  • Etape 7 : dépôt pleine plaque d'une couche isolante 16, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression ordinaire d'oxyde de silicium (SiO2). L'épaisseur de cette couche isolante 16 est par exemple de 1,3 µm.
  • Etape 8 : dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de grille 3, par évaporation de niobium. L'épaisseur de cette couche de grille qui correspond à l'épaisseur de la grille 3 est par exemple de 0,2 à 0,4 µm.
    • Phase 2 :
  • Etape 1 : dépôt pleine plaque d'une couche de résine photosensible 20.
  • Etape 2 : pré-insolement à travers un masque d'obturation de lignes 14 de la grille 3.
  • Etape 3 : dépôt aléatoire de microbilles calibrées 22, sur la couche de résine 20.
  • Etape 4 : insolation de la couche de résine 20, revêtue des microbilles 22.
  • Etape 5 : évacuation des microbilles 22.
  • Etape 6 : développement de la résine 20, et obtention de motifs 23 aux emplacements futurs des micropointes 2 dans les lignes 14 de la grille 3.
    • Phase 3 :
  • Etape 1 : gravure par plasma d'hexafluorure de soufre (SF6) de la couche 3, selon le motif de lignes 14, et de trous 4 aux endroits des motifs 23. Ce plasma est choisi pour attaquer le niobium de la couche 3 sans attaquer le dioxyde de silicium (SiO2) constituant la couche isolante 16.
  • Etape 2 : gravure ionique résistive d'ébauches de puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conducteurs de cathode 13, en regard des trous 4 de la grille 3. Cette gravure est choisie pour être anisotrope.
  • Etape 3 : gravure chimique isotrope des puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conducteurs de cathode 13.
  • Etape 4 : dépôt d'une couche d'élimination par soulèvement, par dépôt électrolytique de nickel sur les surfaces restantes de la couche de grille 3. Réalisation de micropointes 2, par évaporation de molybdène. Puis, élimination par soulèvement des résidus de molybdène.
  • Etape 5 : gravure de la couche 19 dans sa surface libre, par exemple par masquage et gravure chimique à base de permanganate de potassium (KMnO4) et d'hydroxyde de potassium (KOH).
    • Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des constituants décrits pour les couches pourra être remplacé par un ou plusieurs constituants présentant les mêmes caractéristiques et/ou remplissant la même fonction. De plus, les moyens de gravure décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par d'autres moyens de gravure, sèche ou humide, permettant d'atteindre le même résultat.
    De même, la succession des étapes donnée à titre d'exemple peut être modifiée selon les matériaux et moyens de gravure utilisés. Par exemple, l'étape d'obtention de la couche isolante auxiliaire 18 (phase 1, étape 4) pourrait être reportée après la gravure des conducteurs de cathode 13, les conducteurs de cathode 13 se trouvant alors également oxydés sur leurs bords.
    La formation des lignes de grille 14 pourrait être reportée à la fin du procédé. Dans ce cas, on maintiendrait la deuxième étape de la deuxième phase, en pré-insolant des surfaces qui correspondent aux lignes de grille. Ceci afin d'éviter la formation de motifs 23 entre les lignes 14, qui conduirait à une suppression de la couche d'isolement 16 aux endroits de ces motifs. Les première et deuxième étapes de la troisième phase sont dans ce cas simultanées.
    En outre, les indications dimensionnelles données à titre d'exemple peuvent être modifiées en fonction des caractéristiques recherchées pour l'écran, des matériaux utilisés, ou autres. En particulier, le diamètre des microbilles 22 utilisées dépend du diamètre souhaité pour les trous 4 de la grille 3 et de la technique d'insolation employée (verticale ou oblique).

    Claims (10)

    1. Cathode (1) à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat (10), au moins un conducteur de cathode (13), et des micropointes (2) disposées sur une couche résistive (11) ; caractérisée en ce que ledit conducteur de cathode (13) est disposé au-dessus de la couche résistive (11), et présente des ouvertures circulaires (17) de même diamètre au centre de chacune desquelles est disposée une micropointe (2).
    2. Cathode à micropointes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre des ouvertures circulaires (17) que présente le conducteur de cathode (13) est supérieur au diamètre de l'embase d'une micropointe (2).
    3. Cathode à micropointes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est associée à une grille (3), séparée du conducteur de cathode (13) par une couche d'isolement (16) et pourvue d'un trou (4) à l'aplomb de chaque micropointe (2) ; la couche d'isolement (16) et le conducteur de cathode (13) présentant un puits (17) de réception d'une micropointe (2) à l'aplomb de chaque trou (4) de la grille (3) ; et le diamètre des trous (4) de la grille (3) étant sensiblement inférieur au diamètre des puits (17) des couches d'isolement (16) et de conducteur de cathode (13).
    4. Cathode à micropointes selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche isolante auxiliaire (18), entre le conducteur de cathode (13) et la couche d'isolement (16).
    5. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat (10), d'une couche résistive (11), d'une couche de conducteur de cathode (13), d'une couche d'isolement (16) et d'une couche de grille (3), une gravure anisotrope de trous (4) dans la couche de grille (3), et une gravure correspondante de puits (17) circulaires de même diamètre et de plus grande section, dans les couches d'isolement (16) et de conducteur de cathode (13), et un dépot de micropointes (2) au centre de chaque puits (17).
    6. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les phases suivantes :
      réalisation de conducteurs de cathode (13) organisés en colonnes (15) sur une couche résistive (11) déposée sur un substrat (10) ;
      préparation de motifs circulaires (23) dans des lignes (14) d'une grille (3) par photolithogravure ;
      réalisation de trous (4) dans les lignes (14) de la grille (3), et de puits (17) dans les couches d'isolement (16) et de conducteurs de cathode (13), et dépôt d'une micropointe (2) au centre de chaque puits (17), sur une couche résistive (11).
    7. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première phase de réalisation de conducteurs de cathode (13) comprend les étapes suivantes :
      dépôt pleine plaque d'une couche résistive (11) sur le substrat (10) ;
      dépôt pleine plaque d'une fine couche conductrice d'arrêt de gravure (19) ;
      dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode (13) ;
      oxydation électrolytique de la couche conductrice de conducteurs de cathode (13) ;
      gravure simultanée, de la couche de conducteurs de cathode (13) et de la couche isolante auxiliaire (18) obtenue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes (15) ; et
      élimination de la couche d'arrêt de gravure (19) entre les colonnes (15) définies par les conducteurs de cathode (13).
    8. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires (23) est réalisée en déposant une couche de résine (20) sur la couche de grille (3), et en insolant cette couche de résine (20), postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées (22) opaques pour le rayonnement d'insolation.
    9. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une étape de pré-insolation de la couche de résine (20) est effectuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles (22), par masquage (21) de lignes (14) de la grille (3).
    10. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la troisième phase de réalisation d'une grille (3) et de micropointes (2) comprend les étapes suivantes :
      gravure anisotrope et simultanée de trous (4) dans la couche de grille (3) et d'ébauches de puits (17) dans les couches d'isolement (16, 18) et de conducteurs de cathode (13) ;
      élargissement des puits (17) par une gravure isotrope ;
      dépôt de micropointes (2) au centre de chaque puits (17), sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure (19) ;
      élimination de la couche d'arrêt de gravure (19) dans le fond des puits (17) autour des micropointes (2).
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