EP0696045B1 - Cathode of a flat display screen with constant access resistance - Google Patents
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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
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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).
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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.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.
La figure 1 représente la structure d'un écran plat à micropointes du type auquel se rapporte l'invention.Figure 1 shows the structure of a flat screen microtips of the type to which the invention relates.
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.Such a microtip screen essentially consists
a
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.The operating principle and the detail of the constitution of such a microtip screen are described in the US Patent 4,940,916 to the French Commissariat for Energy Atomic.
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.Cathode conductors are arranged in columns
on a
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.This device uses the electric field created between
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).Figures 2A to 2D illustrate an example of a
structure of this type, FIGS. 2B and 2D being respectively
enlargements of parts of FIGS. 2A and 2C.
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.The
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.The deposition of
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.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.
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.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.
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.In addition, the small diameter of the microtips (of 1 to 2 µm) 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.
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant une cathode à micropointes fournissant un rayonnement électronique d'homogénéité optimisée.The object of the present invention is to overcome these disadvantages of providing a microtip cathode providing electronic radiation of optimized homogeneity.
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.To achieve these objects, 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.
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.According to one embodiment of the invention, the diameter circular openings that the conductor of cathode is greater than the diameter of the base of a microtip.
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.According to one embodiment of the invention, 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.
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.According to one embodiment of the invention, the cathode has an auxiliary insulating layer between the conductor cathode and insulation layer.
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.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.
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.
- making cathode conductors organized in columns on a resistive layer deposited on a substrate;
- preparation of circular patterns in lines of a grid by photolithography;
- making holes in the grid lines, and wells in the insulation layers and cathode conductors, and depositing a microtip in the center of each well, on a resistive layer.
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.
- full plate deposition of a resistive layer on the substrate;
- full plate deposition of a thin conductive etching stop layer;
- full plate deposition of a conductive layer of cathode conductors;
- electrolytic oxidation of the conductive layer of cathode conductors;
- simultaneous etching of the layer of cathode conductors and of the auxiliary insulating layer obtained by said oxidation, in a pattern of columns; and
- elimination of the etching stop layer between the columns defined by the cathode conductors.
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.According to one embodiment of the invention, 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.
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.According to one embodiment of the invention, a pre-insolation step of the resin layer is carried out, prior to the microbead deposition step, by masking grid lines.
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.
- anisotropic and simultaneous etching of holes in the grid layer and well blanks in the insulation and cathode conductor layers;
- widening of the wells by isotropic etching;
- depositing microtips in the center of each well, on the thin conductive etching stop layer;
- elimination of the etching stop layer in the bottom of the wells around the microtips.
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.Thus, according to an advantage of the present invention, the access resistance between the cathode and each of the microtips is constant since it corresponds to a resistive region annular of constant dimensions.
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 :
Pour des raisons de clarté, les échelles n'ont pas été respectées pour la représentation des figures.For reasons of clarity, the scales have not were respected for the representation of the 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.All
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.According to an exemplary embodiment illustrated in the figure
3A, the
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. 2 microtips are deposited on the
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.According to a particular embodiment, the
On décrira ci-après un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une telle cathode selon l'invention.An example of an implementation mode will be described below. work of a process for producing such a cathode according to the 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.This process can be implemented in three phases
corresponding respectively to the production of
Les figures 4A à 4H illustrent la mise en oeuvre de
la première phase qui correspond à la réalisation des conducteurs
de cathode 13.FIGS. 4A to 4H illustrate the implementation of
the first phase which corresponds to the realization of the
Au cours d'une première étape (figure 4A), on dépose
sur le substrat 10 une couche résistive 11.During a first step (FIG. 4A), we deposit
on the substrate 10 a
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.A second step (Figure 4B) is to file a
thin
Une troisième étape (figure 4C) consiste à déposer
une couche conductrice 13. L'accrochage de cette couche 13 est
favorisé par la couche 19.A third step (Figure 4C) is to file
a
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.A fourth possible step consists (Figure 4D) in
perform an oxidation of the
Les quatre étapes décrites ci-dessus sont réalisées
sur toute une surface du substrat 10.The four steps described above are carried out
over an entire surface of the
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.During a fifth step (Figure 4E), we engrave
in columns the
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.Then, in a sixth step (Figure 4F), we eliminate
Lors d'une septième étape (figure 4G), on dépose sur
la structure issue de la première phase, un isolant 16.In a seventh step (Figure 4G), we deposit on
the structure resulting from the first phase, an
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.During an eighth step (FIG. 4H), one deposits
a
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.As can be seen, the structure thus obtained
according to the invention differs from previous techniques,
in particular by the fact that the
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.In addition, the
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.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
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.This second phase uses photolithography
circular patterns to define future locations
microtips, i.e. holes 4 in lines of
Dans une première étape (figure 5A), une couche de
résine photosensible 20 de type négatif est appliquée sur la
couche conductrice 3.In a first step (Figure 5A), a layer of
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.Any conventional method of
photolithography to define the patterns in
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.However, we prefer to implement a phase particular photolithography of circular patterns which ensures regular diameter patterns with density regardless of the screen size. This in order to further optimize the homogeneity of electronic radiation.
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.During a second step (Figure 5B), we pre-insulate
the
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.Then, in a third step (not shown),
microbeads 22 are deposited on the
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.To ensure that the density of the microbeads 22 deposited
on
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.A first method is to immerse the stack
from the first phase, coated with the
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.A second method consists in spraying, on the
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.A third method is to drown microbeads
22 in a viscous material, for example polyvinyl alcohol.
The
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).Once the microbeads 22 have been deposited on
the
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.Insolation is only effective in surfaces that
were masked during the second stage, pre-sunshine,
either inside
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.In a sixth step (Figure 5C), we develop the
resin by implementing a conventional process in
conditions compatible with the type of resin used. Of
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.A variant of the insolation step consists of insulating
the
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.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
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.In a first step (not shown), we engrave
in
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.During a second step (FIG. 6A), we carry out
reactive ion etching up to the
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.In a third step (Figure 6B), we expand
the diameter of the
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.The engravings of the second and third stages are
stopped by the
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.The
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.Finally, in a fifth and final step, we eliminate
the
On obtient alors une cathode telle que représentée aux figures 3A et 3B.We then obtain a cathode as shown in Figures 3A and 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. We will indicate below a particular example of realization of a microtip cathode by specifying the materials and types of engraving used.
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.Of course, the present invention is susceptible various variants and modifications that will appear at one skilled in the art. In particular, 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. In addition, 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.
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.Similarly, the succession of stages given as
example can be modified according to the materials and means of
engraving used. For example, the step of obtaining the layer
auxiliary insulation 18 (
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.The formation of
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).In addition, the dimensional indications given to example title can be changed based on specifications sought for the screen, the materials used, or other. In particular, 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).
Claims (10)
- A cathode (1) including microtips for flat display screens including a substrate (10), at least one cathode conductor (13), and microtips (2) that are disposed onto a resistive layer (11), characterized in that said cathode conductor (13) is disposed above the resistive layer (11) and has circular apertures (17) of a same diameter in the middle of each of which a microtip (2) is disposed.
- The microtip cathode of claim 1, characterized in that the diameter of each circular aperture (17) of the cathode conductor (13) is larger than the diameter of the basis of a microtip (2).
- The microtip cathode of claim 1 or 2, characterized in that it is associated with a gate (3), which is separated from the cathode conductor (13) by an insulating layer (16) and is provided with a hole (4) in front of each microtip (2); the insulating layer (16) and the cathode conductor (13) being provided with a well (17) for accommodating a microtip (2) in front of each hole (4) of gate (3); and the diameter of the holes (4) of gate (3) being substantially smaller than the diameter of the wells (17) of the insulating layer (16) and of the cathode conductive layer (13).
- The microtip cathode of claim 3, characterized in that it includes an auxiliary insulating layer (18), between the cathode conductor (13) and the insulating layer (16).
- A method for fabricating a cathode including microtips characterized in that it consists of anisotropically etching, in a pile constituted by at least a substrate (10), a resistive layer (11), a cathode conductive layer (13), an insulating layer (16) and a gate layer (3), holes (4) in the gate layer (3), and etching corresponding larger wells of a same diameter in the insulating layer (16) and the conductive cathode layer (13) under each hole and depositing microtips (2) in the center of each wells (17).
- The method of claim 5, characterized in that it consists of carrying out the following phases:forming cathode conductors (13) arranged in columns (15) onto a resistive layer (11) that is disposed onto a substrate (10);photoetching circular patterns (23) in rows (14) of a gate (3);etching holes (4) in the rows (14) of gate (3), and corresponding wells (17) in the insulating layer (16) and the cathode conductive layer (13), and depositing a microtip (2) in the middle of each well (17), onto said resistive layer (11).
- The method of claim 6, characterized in that the first phase of forming cathode conductors (13) comprises the following steps:depositing a resistive layer (11) on the substrate (10);depositing a thin conductive etch-stop layer (19);depositing a conductive layer of cathode conductors (13);electrolytically oxidizing the conductive layer of cathode conductors (13);simultaneously etching the cathode conductive layer (13) and the auxiliary insulating layer (18) that is obtained by said oxidation, according to a column pattern (15); andremoving the etch-stop layer (19) between the columns (15) defined by the cathode conductors (13).
- The method of claim 6 or 7, characterized in that the second phase of photoetching circular patterns (23) is carried out by depositing a resist layer (20) onto the gate layer (3), and by insolating said resist layer (20), after deposition of calibrated microbeads (22) that are opaque to the insolation radiation.
- The method of claim 8, characterized in that a pre-insolation of the resist layer (20) is carried out, prior to the step of depositing microbeads (22), by masking (21) the gate rows (14).
- The method of any of claims 6 to 9, characterized in that the third phase for fabricating the gate (3) and the microtips (2) includes the following steps:anisotropically and simultaneously etching holes (4) in the gate layer (3) and well preforms (17) in the insulating layers (16, 18) and the cathode conductors (13);enlarging holes (17) through isotropic etching;depositing microtips (2) in the middle of each well (17), onto the thin conductive etch-stop layer (19);removing the etch-stop layer (19) at the bottom of the wells (17) about the microtips (2).
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