EP0844643A1 - Ecran plat de visualisation à déviation latérale - Google Patents

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Publication number
EP0844643A1
EP0844643A1 EP97410134A EP97410134A EP0844643A1 EP 0844643 A1 EP0844643 A1 EP 0844643A1 EP 97410134 A EP97410134 A EP 97410134A EP 97410134 A EP97410134 A EP 97410134A EP 0844643 A1 EP0844643 A1 EP 0844643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cathode
grid
emissive
anode
elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97410134A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Axel Jäger
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
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Publication of EP0844643A1 publication Critical patent/EP0844643A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02—Electron guns
    • H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group

Definitions

  • the present invention relates to flat screens of display, and more particularly so-called cathodoluminescence screens, whose anode carries luminescent elements likely to be excited by electronic bombardment.
  • This electron bombardment can come from microtips, from layers with low extraction potential or from a thermionic source.
  • Figure 1 partially and schematically the structure of a classic color microtip flat screen type called "switched anode”.
  • Such a microtip screen essentially consists a cathode 1 with microtips 2 and a grid 3 provided with holes 4 corresponding to the locations of the microtips 2.
  • the cathode 1 is placed opposite a cathodoluminescent anode 5 of which a glass substrate 6 generally constitutes the surface screen.
  • the cathode is generally organized in columns and consists, on a glass substrate 10, of conductors cathode organized in meshes from a conductive layer.
  • the microtips 2 are produced on a resistive layer 11 deposited on the cathode conductors and are arranged to inside the meshes defined by the cathode conductors.
  • Figure 1 partially shows the interior of a mesh and cathode conductors do not appear in this figure.
  • the cathode 1 is associated with the grid 3 organized in lines. The intersection of a row in the grid and a column in the cathode defines a pixel.
  • This device uses the electric field created between the cathode 1 and grid 3 so that electrons are extracted microtips 2. These electrons are then attracted by phosphor elements 7 of anode 5 if these are suitably polarized.
  • Anode 5 is provided with alternating strips of elements phosphors 7r, 7g, 7b each corresponding to a color (Red, Green, Blue).
  • the bands are parallel to the columns of the cathode and are separated from each other by an insulator 8.
  • the phosphor elements 7 are deposited on electrodes 9, consisting of corresponding strips of a conductive layer transparent such as indium tin oxide (ITO).
  • the assemblies red, green, blue bands are, in this example, alternately polarized with respect to cathode 1, so that electrons extracts of microtips 2 from a pixel of the cathode / grid are alternately directed towards the phosphor elements 7 corresponding to each of the colors.
  • each column of cathode 1 is subdivided in three sub-columns arranged, respectively, at plumb with the bands of phosphor elements of each color. These sub-columns are addressed sequentially to bombard the phosphor elements associated with each of the colors. Each pixel is divided into three sub-pixels defined by intersections respective grid lines with each of the sub-columns of the cathode.
  • these phosphor elements are, if necessary, deposited according to a pattern defining the pixels with, for each color, a region of phosphor elements of the corresponding color defining the sub-pixel next to the cathode sub-column corresponding.
  • the present invention aims to overcome this drawback by making the emissive power of the microtips substantially constant.
  • the present invention also aims to provide a flat screen with microtip display observable from cathode side.
  • the present invention provides a flat display screen comprising a cathode associated with an electron extraction grid emitted by at least a cathode region, and an anode provided with elements phosphors placed opposite the cathode / grid, the cathode being devoid of emissive region in the areas located plumb with the phosphor elements, these zones comprising a conductive layer polarizable independently of the regions emissive.
  • the screen includes a deflection grid of the electrons emitted by each emissive region of the cathode to at least one region phosphor elements.
  • the conductive layer is polarized at a potential at most equal to a minimal potential for polarization of the emissive regions.
  • the cathode and the extraction grid are supported by a transparent plate constituting the display face of the screen, the conductive layer being made of a transparent material deposited directly on said plate.
  • each emissive region of the cathode is associated with a region phosphor elements, the deflection grid being polarized at a potential lower than a minimum potential for polarization of emissive regions.
  • each emissive region of the cathode is associated with at least two regions of phosphor elements, the polarization potential of the deflection grid being a function of the region of elements phosphors to be excited while being less than a potential minimum polarization of the emissive regions.
  • all regions of phosphor elements of the anode are polarized simultaneously.
  • the anode consists of at least two sets of alternating bands phosphor elements, each set of bands being individually polarized.
  • the cathode is organized in columns, the extraction grid being organized in lines and each intersection of a line of the extraction grid with a cathode column defining an emissive region.
  • the emissive regions are made up of microtips.
  • the present invention originates from an interpretation phenomena that cause the above problems in classic screens.
  • the inventors consider that these problems are due, in particular, to a deposit on the microtips of the cathode of pollutants resulting from ions emitted by the anode.
  • the most negative potential corresponds to the microtips which are, for example, molybdenum (Mo).
  • Mo molybdenum
  • the electronic bombardment phosphor elements leads to an ionic release at the surface of these phosphor elements. These ions are emitted perpendicularly on the surface of the anode and pollute the microtips which are located directly above the phosphor elements bombed.
  • the present invention proposes to shift the microtips relative to the plumb (the perpendicular) of the regions of phosphor elements which they have to bomb.
  • Figure 2 shows a first embodiment a microtip display flat screen according to the present invention. This embodiment applies, more particularly, to a screen in which all the phosphor elements are polarized simultaneously.
  • the anode 5 of the screen is produced on the internal face of a plate 6, for example made of glass.
  • regions, for example bands parallel, phosphor elements corresponding to each of the colors are deposited on a conductive polarization layer, for example, an ITO layer 9 spanning the entire internal surface of the plate 6 corresponding to the useful area of the screen.
  • a cathode 1 ' is, as previously, produced on a plate 10, for example made of glass.
  • the cathode 1 ' is organized in columns and is, for example, consisting of organized cathode conductors (not shown) in mesh from a conductive layer.
  • Microtips 2 are made on a resistive layer 11 deposited on these cathode conductors and are arranged inside the meshes defined by the cathode conductors.
  • This column includes three sub-columns, respectively 12r, 12g and 12b, associated with each of the colors. According to the present invention, each sub-column 12r, 12g or 12b is offset by vertical to the column of phosphors, respectively 7r, 7g or 7b, corresponding while being parallel to it.
  • Cathode 1 ' is associated with an extraction grid 3 electrons, organized in lines.
  • the grid 3 is not only provided with holes 4 corresponding to the locations microtips 2, but also a hole 13 more large diameter at each intersection of a grid line with a strip 7 of phosphor elements of the anode.
  • This hole 13 is intended for the passage of the ions emitted by the phosphor elements of the anode so that they are, according to the invention, collected by a conductive layer 14 deposited between each sub-column of the cathode 1 '.
  • Layer 14 is polarized to a potential at most equal to the most negative potential of microtip polarization (for example 0 volts).
  • Layer 14 is therefore polarizable independently of the microtip polarization conductors, organized in sub-columns 12r, 12g, 12b. Layer 14 is role of preventing a positive charge area from developing between two sub-columns of cathode 1 ', which would risk to cause the formation of electric arcs.
  • a pixel of a screen as shown in Figure 2 consists of three sub-pixels respectively associated with each of colors. Each sub-pixel is defined by the intersection a row of the extraction grid 3 with a sub-column 12r, 12g or 12b of cathode 1 'and a strip, respectively 7r, 7g or 7b, from the 5 'anode.
  • a feature of the present invention is that the cathode 1 'is associated with an additional grid 15 attached over the entire surface of the screen and provided with corresponding holes 16 at the locations of each sub-pixel on the screen.
  • the role of the grid 15 is to laterally repel the electrons emitted by the microtips 2 from a sub-pixel to the strip of phosphor elements of this sub-pixel.
  • Grid 15 is brought to a potential negative chosen, in particular, depending on the amplitude of the desired deviation, i.e. relative positions of cathode sub-columns in relation to the strips of elements anode phosphors.
  • Grid 15 is attached to the assembly cathode / grid being isolated from the extraction grid 3.
  • the lines of grid 3 are provided with a hole 13 plumb with each intersection of a grid line 3 with a strip of phosphor elements the 5 'anode.
  • the grid 15 can, alternatively, be made up of bands parallel to the cathode sub-columns 1 ', a strip of the deflection grid being associated with each sub-column being opposite to this sub-column in relation to the plumb of the strip of elements corresponding phosphors.
  • a grid 15 forming a mesh with an opening 16 to the right of each sub-pixel.
  • the height of the grid 15 is a function, in particular, the inter-electrode distance and the amplitude of the desired deviation for the electrons.
  • the grid 15 has a height of around 50 to 200 ⁇ m while the combined thickness of constituent layers of cathode 1 'and grid 3 deposited on plate 10 represents only on the order of 1 to 5 ⁇ m.
  • the embodiment shown in Figure 2 also applies to a monochrome screen.
  • advantage is taken of the fact that the ions (dotted lines in Figure 2) emitted by the phosphor elements of the anode are more difficult to deflect than the electrons (solid lines in Figure 2) emitted by the microtips 2. So the ions are basically collected by the bands conductive 14.
  • An advantage of the present invention is that by removing a source of pollution of microtips 2, it improves considerably longer screen life.
  • Another advantage of the present invention is that it improves the quality of an unswitched anode screen by avoiding parasitic illumination of phosphor elements corresponding to pixels or to sub-pixels neighboring a pixel considered.
  • the zones (bands) of the deflection grid 15 which are parallel to the bands of phosphor elements prevent electrons intended for a given band of phosphor elements of bombard a neighboring band of phosphors by repelling these electrons to the band for which they are intended.
  • the invention further improves the quality of the screen, in particular high-voltage inter-electrode, providing a focusing effect of electrons towards pixels or sub-pixels for which they are intended.
  • the first embodiment shown in Figure 2 also applies to the case where the bands of elements anode phosphors are alternately polarized color by color (screen with switched anode).
  • deflection grid 15 can be omitted as long as the electrons are attracted to the band of polarized phosphors closest which corresponds to that associated with the sub-column addressed from the cathode, the other two bands framing on both sides the strip of polarized phosphors being at zero potential.
  • Figure 3 shows a second embodiment a microtip display flat screen according to the present invention. This embodiment applies to a color screen.
  • each column of the 1 "cathode is made similar to a sub-column of the embodiment described in relation to FIG. 2.
  • Side 5 anode, three bands of phosphor elements 7r, 7g and 7b are associated with each column 12 of the cathode 1 ".
  • Each column 12 is, according to this embodiment, intended to bombard alternately (for example, according to a display mode carried out by subframes respectively associated with each color) the bands phosphor elements of each color.
  • a pixel is here defined by the intersection of a line in grid 3 with a column 12 of the cathode 1 "and a group of three neighboring bands anode 5 ".
  • Each conductive strip 14 intended to collect the ions emitted by the phosphor elements of the 5 "anode extends, in width, under the three bands 7r, 7g and 7b associated to the corresponding column 12, being polarizable independently of the columns 12.
  • the holes 13 of the grid extraction 3 and the holes 16 of the deflection grid 15 are adapted to the combined width of the three bands 7r, 7g and 7b.
  • the deflection grid 15 is polarized to a different potential for each of the colors depending on the band 7r, 7g or 7b which must be excited.
  • the polarization potential of the gate 15 is chosen, depending of the color, among three values included, for example, between -50 and -200 volts, the potential associated with the strip of elements nearest phosphors being the least negative potential.
  • the strips of phosphor elements 7r, 7g and 7b are deposited on electrodes, respectively 9r, 9g and 9b, consisting of corresponding strips of a conductive layer, for example of ITO, separated from each other by an insulator 8.
  • the sets of red, green, blue bands are alternately polarized with respect to the 1 "cathode.
  • This embodiment however also applies to an anode in which the bands 7r, 7g and 7b are all polarized simultaneously.
  • the modification of the potential of grid 15 depending on the color determines that of bands 7r, 7g or 7b which receives the electrons.
  • the strips of phosphor elements have different widths depending on their position by relative to the emission area. This difference in width compensates for the difference in focusing effect related to the three grid voltages required for color selection. Since the light output of a luminophore depends on the current density received and therefore for a given current of the width of the phosphor strips, differences in width balance an uneven light output between the three colours.
  • the polarization of the elements phosphors of the anode can, whether in the first or in the second embodiment, be provided by a thin metal layer (18, Figure 2), for example, aluminum, deposited on the entire useful surface of the anode and trapping the strips of phosphor elements.
  • a thin metal layer (18, Figure 2), for example, aluminum, deposited on the entire useful surface of the anode and trapping the strips of phosphor elements.
  • High energy (around 2 at 10 keV) electrons allow them to pass through this layer metallization to excite the phosphors.
  • this thin metal layer is usually not enough waterproof to avoid any ionic evolution of the phosphors and the invention remains useful.
  • the bands 7r, 7g and 7b can be replaced with pads of corresponding size to the size of a sub-pixel.
  • Grid 3 is then, the case if necessary, provided with a hole 13 directly above each pellet phosphor elements.
  • An advantage of the present invention is that it allows to simply create a flat screen with a viewing surface is constituted by the plate 10 carrying the cathode 1 '.
  • an observable screen is obtained.
  • the cathode by depositing the strips 14 of collection of ions directly on plate 10 and making these bands in a transparent material, for example, from ITO.
  • the bands 14 are preferably interconnected to be polarized together.
  • the strips 14 are, for example, formed in the same conductive layer that the bias conductors of microtips.
  • the grid 15 is, for example, attached to a layer insulator resting on the cathode / grid assembly.
  • the grid 15 rests in the holes 13 made in the lines of the grid 3 and in the spaces between the lines of grid 3, on an insulating layer 17 in the thickness of which are made the microtips 2.
  • the grid 3 can also be coated with a insulation layer (not shown) open in line with the holes 16 of the grid 15 which then rests on this insulation layer.
  • the practical realization of cathode 1 ', of the extraction grid 3 and the deflection grid 15 is within the reach of man of the profession using known techniques to respect the insulation requirements between the conductive elements.
  • the ion collection layer 14 can be deposited on an insulation layer (not shown), reported on grid layer 3 and open in areas where grid 3 is provided with holes 4. In this case, the layer of grid 3 does not need to be opened by holes 13.
  • Des microtips 2 can, if necessary, be present under the conductive layer 14 according to the pattern according to which they are deposited, but they are then rendered inoperative by the layer insulation which covers the grid 3.
  • microtips can be masked by the grid 15, outside the holes 16 and thus be rendered inoperative. Only the regions of microdots, not masked, which are free to emit electrons up to the phosphor elements constitute regions emissive within the meaning of the present invention.
  • the present invention is capable of various variants and modifications which will appear to the man of art.
  • the polarization potentials of the elements phosphors, microtips, extraction grid and the deviation grid will be chosen according to desired functional characteristics for the screen.
  • the invention also applies to a two-color screen, the pixels are, on the anode side, made up of regions of elements phosphors of two different colors.

Landscapes

  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un écran plat de visualisation comportant une cathode (1') associée à une grille (3) d'extraction d'électrons émis par au moins une région (12r, 12g, 12b) de la cathode (1') et une anode (5) pourvue d'éléments luminophores (7r, 7g, 7b) placée en regard de la cathode/grille, la cathode (1') étant dépourvue de région émissive dans les zones situées à l'aplomb des éléments luminophores (7r, 7g, 7b), ces zones comportant une couche conductrice (14) polarisable indépendamment des régions émissives. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les écrans plats de visualisation, et plus particulièrement des écrans dits à cathodoluminescence, dont l'anode porte des éléments luminescents susceptibles d'être excités par bombardement électronique. Ce bombardement électronique peut provenir de micropointes, de couches à faible potentiel d'extraction ou d'une source thermoionique.
Pour simplifier la présente description, on ne considérera ci-après que les écrans couleurs à micropointes mais on notera que l'invention concerne, de façon générale, les divers types d'écrans susmentionnés et analogues qu'ils soient couleurs ou monochromes.
La figure 1 représente partiellement et schématiquement la structure d'un écran plat couleur à micropointes classique du type dit "à anode commutée".
Un tel écran à micropointes est essentiellement constitué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pourvue de trous 4 correspondants aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue généralement la surface d'écran.
Le principe de fonctionnement et un exemple de réalisation d'un écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain n° 4 940 916 du Commissariat à l'énergie Atomique.
La cathode est généralement organisée en colonnes et est constituée, sur un substrat de verre 10, de conducteurs de cathode organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont disposées à l'intérieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représente partiellement l'intérieur d'une maille et les conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 organisée en lignes. L'intersection d'une ligne de la grille et d'une colonne de la cathode 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. Ces électrons sont ensuite attirés par des éléments luminophores 7 de l'anode 5 si ceux-ci sont convenablement polarisés.
L'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'éléments luminophores 7r, 7g, 7b correspondant chacune à une couleur (Rouge, Vert, Bleu). Les bandes sont parallèles aux colonnes de la cathode et 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).
Dans un tel écran dit "à anode commutée", les ensembles de bandes rouges, vertes, bleues sont, dans cet exemple, alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que des électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 correspondant à chacune des couleurs.
Dans un autre type d'écran classique à micropointes non représenté, à anode non-commutée, tous les éléments luminophores de l'anode sont portés à un même potentiel indépendamment de leur couleur. Dans ce cas, chaque colonne de la cathode 1 est subdivisée en trois sous-colonnes disposées, respectivement, à l'aplomb des bandes d'éléments luminophores de chaque couleur. Ces sous-colonnes sont adressées séquentiellement pour bombarder les éléments luminophores associés à chacune des couleurs. Chaque pixel est divisé en trois sous-pixels définis par les intersections respectives d'une ligne de grille avec chacune des sous-colonnes de la cathode. Comme tous les éléments luminophores de l'anode sont polarisés indépendamment de leur couleur, ces éléments luminophores sont, le cas échéant, déposés selon un motif définissant les pixels avec, pour chaque couleur, une région d'éléments luminophores de la couleur correspondante définissant le sous-pixel en regard de la sous-colonne de la cathode correspondante.
Un inconvénient des écrans classiques, qu'ils soient à anode commutée ou non, est que les micropointes perdent progressivement leur pouvoir émissif. On peut constater ce phénomène en mesurant le courant dans les conducteurs de cathode. Il en résulte une diminution progressive de la brillance de l'écran.
La présente invention vise à pallier cet inconvénient en rendant sensiblement constant le pouvoir émissif des micropointes.
La présente invention vise également à proposer un écran plat de visualisation à micropointes observable à partir du côté cathode.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un écran plat de visualisation comportant une cathode associée à une grille d'extraction d'électrons émis par au moins une région de la cathode, et une anode pourvue d'éléments luminophores placée en regard de la cathode/grille, la cathode étant dépourvue de région émissive dans les zones situées à l'aplomb des éléments luminophores, ces zones comportant une couche conductrice polarisable indépendamment des régions émissives.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'écran comporte une grille de déviation des électrons émis par chaque région émissive de la cathode vers au moins une région d'éléments luminophores.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche conductrice est polarisée à un potentiel au plus égal à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la cathode et la grille d'extraction sont supportées par une plaque transparente constituant la face de visualisation de l'écran, la couche conductrice étant en un matériau transparent déposé directement sur ladite plaque.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque région émissive de la cathode est associée à une région d'éléments luminophores, la grille de déviation étant polarisée à un potentiel inférieur à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque région émissive de la cathode est associée à au moins deux régions d'éléments luminophores, le potentiel de polarisation de la grille de déviation étant fonction de la région d'éléments luminophores à exciter tout en étant inférieur à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, toutes les régions d'éléments luminophores de l'anode sont polarisées simultanément.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'anode est constituée d'au moins deux ensembles de bandes alternées d'éléments luminophores, chaque ensemble de bandes étant polarisé individuellement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la cathode est organisée en colonnes, la grille d'extraction étant organisée en lignes et chaque intersection d'une ligne de la grille d'extraction avec une colonne de la cathode définissant une région émissive.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les régions émissives sont constituées de micropointes.
La présente invention a pour origine une interprétation des phénomènes qui engendrent les problèmes susmentionnés dans les écrans classiques.
Les inventeurs considèrent que ces problèmes sont dus, en particulier, à un dépôt sur les micropointes de la cathode de polluants résultant d'ions émis par l'anode.
Dans un écran à micropointes, en fonctionnement, le potentiel le plus négatif correspond aux micropointes qui sont, par exemple, en molybdène (Mo). Or, le bombardement électronique des éléments luminophores entraíne un dégagement ionique à la surface de ces éléments luminophores. Ces ions sont émis perpendiculairement à la surface de l'anode et viennent polluer les micropointes qui sont situées à l'aplomb des éléments luminophores bombardés.
A partir de cette analyse, la présente invention propose de décaler les micropointes par rapport à l'aplomb (la perpendiculaire) des régions d'éléments luminophores qu'elles doivent bombarder.
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 :
  • la figure 1 décrite précédemment est destinée à exposer l'état de la technique et le problème posé ;
  • la figure 2 représente en coupe transversale un premier mode de réalisation d'un écran plat de visualisation à micropointes selon la présente invention ; et
  • la figure 3 représente, en coupe transversale, un deuxième mode de réalisation d'un écran plat de visualisation à micropointes selon la présente invention.
    • La présente invention sera décrite par la suite en relation avec des modes de réalisation appliqués à un écran couleur. Toutefois, on notera que l'invention s'applique également aux écrans monochromes.
    La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un écran plat de visualisation à micropointes selon la présente invention. Ce mode de réalisation s'applique, plus particulièrement, à un écran dont tous les éléments luminophores sont polarisés simultanément.
    De façon classique, l'anode 5 de l'écran est réalisée sur la face interne d'une plaque 6, par exemple en verre. Dans le cas d'un écran couleur, des régions, par exemple des bandes parallèles, d'éléments luminophores correspondant à chacune des couleurs sont déposées sur une couche conductrice de polarisation, par exemple, une couche 9 d'ITO s'étendant sur toute la surface interne de la plaque 6 correspondant à la zone utile de l'écran.
    Une cathode 1' selon la présente invention est, comme précédemment, réalisée sur une plaque 10, par exemple en verre. La cathode 1' est organisée en colonnes et est, par exemple, constituée de conducteurs de cathode (non représentés) organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Des micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur ces conducteurs de cathode et sont disposées à l'intérieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. A la figure 2, seule une colonne de la cathode 1' a été représentée. Cette colonne comprend trois sous-colonnes, respectivement 12r, 12g et 12b, associées à chacune des couleurs. Selon la présente invention, chaque sous-colonne 12r, 12g ou 12b se trouve décalée de l'aplomb de la colonne d'éléments luminophores, respectivement 7r, 7g ou 7b, correspondante tout en étant parallèle à celle-ci.
    La cathode 1' est associée à une grille 3 d'extraction des électrons, organisée en lignes. Selon l'invention, la grille 3 est, non seulement pourvue de trous 4 correspondant aux emplacements des micropointes 2, mais également d'un trou 13 de plus grand diamètre à chaque intersection d'une ligne de grille avec une bande 7 d'éléments luminophores de l'anode. Ce trou 13 est destiné au passage des ions émis par les éléments luminophores de l'anode pour qu'ils soient, selon l'invention, collectés par une couche conductrice 14 déposée entre chaque sous-colonne de la cathode 1'. La couche 14 est polarisée à un potentiel au plus égal au potentiel le plus négatif de polarisation des micropointes (par exemple 0 volt). La couche 14 est donc polarisable indépendamment des conducteurs de polarisation des micropointes, organisés en sous-colonnes 12r, 12g, 12b. La couche 14 a pour rôle d'éviter qu'une zone de charge positive se développe entre deux sous-colonnes de la cathode 1', ce qui risquerait d'entraíner la formation d'arcs électriques.
    Un pixel d'un écran tel que représenté à la figure 2 est constitué de trois sous-pixels respectivement associés à chacune de couleurs. Chaque sous-pixel est défini par l'intersection d'une ligne de la grille d'extraction 3 avec une sous-colonne 12r, 12g ou 12b de la cathode 1' et une bande, respectivement 7r, 7g ou 7b, de l'anode 5'.
    Une caractéristique de la présente invention est que la cathode 1' est associée à une grille additionnelle 15 rapportée sur toute la surface de l'écran et pourvue de trous 16 correspondant aux emplacements de chaque sous-pixel de l'écran. Le rôle de la grille 15 est de repousser latéralement les électrons émis par les micropointes 2 d'un sous-pixel vers la bande d'éléments luminophores de ce sous-pixel. La grille 15 est portée à un potentiel négatif choisi, en particulier, en fonction de l'amplitude de la déviation souhaitée, c'est-à-dire des positions relatives des sous-colonnes de la cathode par rapport aux bandes d'éléments luminophores de l'anode. On garantit ainsi, dans le cas d'une anode dont tous les éléments luminophores sont polarisés simultanément, que les électrons émis par une sous-colonne 12r, 12g ou 12b aillent bien bombarder les éléments luminophores 7r, 7g ou 7b de la couleur correspondante.
    La grille 15 est rapportée sur l'ensemble cathode/grille en étant isolée de la grille d'extraction 3. Dans le mode de réalisation représenté, les lignes de la grille 3 sont pourvues d'un trou 13 à l'aplomb de chaque intersection d'une ligne de la grille 3 avec une bande d'éléments luminophores de l'anode 5'.
    Pour remplir son rôle de déviation, la grille 15 peut, à titre de variante, être constituée de bandes parallèles aux sous-colonnes de la cathode 1', une bande de la grille de déviation étant associée à chaque sous-colonne en étant à l'opposé de cette sous-colonne par rapport à l'aplomb de la bande d'éléments luminophores correspondante. Toutefois, on préfère, selon l'invention, avoir recours à une grille 15 formant un maillage avec une ouverture 16 au droit de chaque sous-pixel. Un avantage d'un tel mode de réalisation est que la grille 15 a lors un effet de focalisation des électrons vers la zone de la bande d'éléments luminophores de l'anode 5' correspondant au sous-pixel éclairé. Cet avantage est particulièrement sensible pour un écran à haute tension inter-électrodes (par exemple de 2 à 10 keV) pour lequel la distance inter-électrodes alors nécessaire risque d'engendrer, pour une grille 15 constituée de simples bandes, un éclairement parasite des pixels voisins le long d'une même bande d'éléments luminophores.
    La hauteur de la grille 15 est fonction, en particulier, de la distance inter-électrodes et de l'amplitude de la déviation souhaitée pour les électrons. A titre d'exemple particulier de réalisation, la grille 15 présente une hauteur de l'ordre de 50 à 200 µm tandis que l'épaisseur confondue des couches constitutives de la cathode 1' et de la grille 3 déposées sur la plaque 10 ne représente que de l'ordre de 1 à 5 µm.
    Le mode de réalisation représenté à la figure 2 s'applique également à un écran monochrome. Dans ce cas, toutes les bandes d'éléments luminophores de l'anode 5' sont d'une même couleur et chaque bande est associée à une colonne de la cathode 1' similaire à une sous-colonne décrite ci-dessus pour un écran couleur.
    Selon l'invention, on tire profit du fait que les ions (traits pointillés à la figure 2) émis par les éléments luminophores de l'anode sont plus difficilement déviés que les électrons (traits pleins à la figure 2) émis par les micropointes 2. Ainsi, les ions sont essentiellement collectés par les bandes conductrices 14.
    Un avantage de la présente invention est qu'en supprimant une source de pollution des micropointes 2, on améliore considérablement la durée de vie de l'écran.
    Un autre avantage de la présente invention est qu'elle améliore la qualité d'un écran à anode non commutée en évitant un éclairement parasite d'éléments luminophores correspondant à des pixels ou à des sous-pixels voisins d'un pixel considéré. En effet, les zones (bandes) de la grille de déviation 15 qui sont parallèles aux bandes d'éléments luminophores empêchent les électrons destinés à une bande d'éléments luminophores donnée de bombarder une bande d'éléments luminophores voisine en repoussant ces électrons vers la bande à laquelle ils sont destinés. En outre, dans le mode de réalisation préféré de la grille de déviation 15, l'invention améliore encore la qualité de l'écran, en particulier à haute tension inter-électrodes, en fournissant un effet de focalisation des électrons vers les pixels ou les sous-pixels auxquels ils sont destinés.
    On notera que le premier mode de réalisation représenté à la figure 2 s'applique également au cas où les bandes d'éléments luminophores de l'anode sont alternativement polarisées couleur par couleur (écran à anode commutée). Dans ce cas, la grille de déviation 15 peut être omise dans la mesure où les électrons sont attirés par la bande d'éléments luminophores polarisée la plus proche qui correspond à celle associée à la sous-colonne adressée de la cathode, les deux autres bandes encadrant de part et d'autre la bande d'éléments luminophores polarisée étant à un potentiel nul. On préférera toutefois profiter de l'effet focalisateur de la grille 15 pour empêcher tout risque de voir des électrons exciter la bande d'éléments luminophores de même couleur la plus proche de celle à laquelle est associée la sous-colonne d'où proviennent ces électrons. En effet, bien que séparés par deux bandes non polarisées, cette bande de même couleur la plus proche est elle-même polarisée.
    La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un écran plat de visualisation à micropointes selon la présente invention. Ce mode de réalisation s'applique à un écran couleur.
    Selon ce mode de réalisation, chaque colonne de la cathode 1" est réalisée de manière similaire à une sous-colonne du mode de réalisation décrit en relation avec la figure 2. Côté anode 5", trois bandes d'éléments luminophores 7r, 7g et 7b sont associées à chaque colonne 12 de la cathode 1". Chaque colonne 12 est, selon ce mode de réalisation, destinée à bombarder alternativement (par exemple, selon un mode d'affichage s'effectuant par sous-trames respectivement associées à chaque couleur) les bandes d'éléments luminophores de chacune des couleurs. Un pixel est ici défini par l'intersection d'une ligne de la grille 3 avec une colonne 12 de la cathode 1" et un groupe de trois bandes voisines de l'anode 5". Chaque bande conductrice 14 destinée à collecter les ions émis par les éléments luminophores de l'anode 5" s'étend, en largeur, sous les trois bandes 7r, 7g et 7b associées à la colonne 12 correspondante, en étant polarisable indépendamment des colonnes 12. Les trous 13 de la grille d'extraction 3 et les trous 16 de la grille de déviation 15 sont adaptés à la largeur confondue des trois bandes 7r, 7g et 7b.
    Dans ce mode de réalisation, la grille de déviation 15 est polarisée à un potentiel différent pour chacune des couleurs en fonction de la bande 7r, 7g ou 7b qui doit être excitée. Le potentiel de polarisation de la grille 15 est choisi, en fonction de la couleur, parmi trois valeurs comprises, par exemple, entre -50 et -200 volts, le potentiel associé à la bande d'éléments luminophores la plus proche étant le potentiel le moins négatif.
    Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, les bandes d'éléments luminophores 7r, 7g et 7b sont déposées sur des électrodes, respectivement 9r, 9g et 9b, constituées de bandes correspondantes d'une couche conductrice, par exemple de l'ITO, séparées les unes des autres par un isolant 8. Les ensembles de bandes rouges, vertes, bleues sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1".
    Ce mode de réalisation s'applique toutefois également à une anode dans laquelle les bandes 7r, 7g et 7b sont toutes polarisées simultanément. Dans ce cas, la modification du potentiel de la grille 15 en fonction de la couleur détermine celle des bandes 7r, 7g ou 7b qui reçoit les électrons.
    De préférence, les bandes d'éléments luminophores présentent des largeurs différentes en fonction de leur position par rapport à la zone d'émission. Cette différence de largeur compense la différence de l'effet de focalisation lié aux trois tensions de grille nécessaires pour la sélection d'une couleur. Etant donné que le rendement lumineux d'un luminophore dépend de la densité de courant reçue et donc pour un courant donné de la largeur des bandes de luminophores, des différences de largeur permettent d'équilibrer un rendement lumineux inégal entre les trois couleurs.
    Dans le cas d'un écran à haute tension inter-électrodes et dont les éléments luminophores sont tous polarisés simultanément, indépendamment de leur couleur, la polarisation des éléments luminophores de l'anode peut, que ce soit dans le premier ou dans le deuxième mode de réalisation, être assurée par une fine couche métallique (18, figure 2), par exemple, en aluminium, déposée sur toute la surface utile de l'anode et emprisonnant les bandes d'éléments luminophores. L'énergie élevée (de l'ordre de 2 à 10 keV) des électrons leur permettent de traverser cette couche de métallisation pour exciter les luminophores. Toutefois cette fine couche métallique n'est généralement pas suffisamment étanche pour éviter tout dégagement ionique des luminophores et l'invention reste utile.
    On notera que, dans le cas d'une anode 5' ou 5" dans laquelle tous les éléments luminophores sont polarisés simultanément indépendamment de leur couleur, les bandes 7r, 7g et 7b peuvent être remplacées par des pastilles de taille correspondant à la taille d'un sous-pixel. La grille 3 est alors, le cas échéant, pourvue d'un trou 13 à l'aplomb de chaque pastille d'éléments luminophores.
    Un avantage de la présente invention est qu'elle permet de réaliser simplement un écran plat dont la surface de visualisation est constituée par la plaque 10 portant la cathode 1'.
    Selon la présente invention, on obtient un écran observable par la cathode en déposant les bandes 14 de collection des ions directement sur la plaque 10 et en réalisant ces bandes en un matériau transparent, par exemple, de l'ITO. Les bandes 14 sont, de préférence, interconnectées pour être polarisées ensemble. Les bandes 14 sont, par exemple, formées dans la même couche conductrice que les conducteurs de polarisation des micropointes.
    La grille 15 est, par exemple, rapportée sur une couche isolante reposant sur l'ensemble cathode/grille. Par exemple, la grille 15 repose, dans les trous 13 ménagés dans les lignes de la grille 3 et dans les espaces entre les lignes de la grille 3, sur une couche isolante 17 dans l'épaisseur de laquelle sont réalisées les micropointes 2. La grille 3 peut également être revêtue d'une couche d'isolement (non représentée) ouverte au droit des trous 16 de la grille 15 qui repose alors sur cette couche d'isolement. La réalisation pratique de la cathode 1', de la grille d'extraction 3 et de la grille de déviation 15 est à la portée de l'homme du métier en utilisant des techniques connues pour respecter les besoins d'isolement entre les éléments conducteurs.
    Si la surface de l'écran est constituée par la plaque 6 de l'anode 5' ou 5", la couche 14 de collection des ions peut être déposée sur une couche d'isolement (non représentée), rapportée sur la couche de grille 3 et ouverte dans les zones où la grille 3 est pourvue des trous 4. Dans ce cas, la couche de grille 3 n'a pas besoin d'être ouverte par les trous 13. Des micropointes 2 peuvent, le cas échéant, être présentes sous la couche conductrice 14 selon le motif selon lequel elles sont déposées, mais elles sont alors rendues inopérantes par la couche d'isolement qui recouvre la grille 3. De même, dans le cas d'un écran où les pixels (pour un écran monochrome), ou les sous-pixels (pour un écran couleur) sont définis par des pastilles, des micropointes peuvent être masquées par la grille 15, hors des trous 16 et être ainsi rendue inopérantes. Seules les régions de micropointes, non masquées, qui sont libres d'émettre des électrons jusqu'au éléments luminophores constituent des régions émissives au sens de la présente invention.
    Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de l'art. En particulier, les potentiels de polarisation des éléments luminophores, des micropointes, de la grille d'extraction et de la grille de déviation seront choisis en fonction des caractéristiques fonctionnelles souhaitées pour l'écran. En outre, l'invention s'applique également à un écran bichrome dont les pixels sont, côté anode, constitués de régions d'éléments luminophores de deux couleurs différentes.

    Claims (10)

    1. Écran plat de visualisation comportant :
      une cathode (1' ; 1") associée à une grille (3) d'extraction d'électrons émis par au moins une région (12r, 12g, 12b ; 12) de la cathode ; et
      une anode (5' ; 5") pourvue d'éléments luminophores (7r, 7g, 7b) placée en regard de la cathode/grille,
         caractérisé en ce que la cathode est dépourvue de région émissive dans les zones situées à l'aplomb des éléments luminophores, ces zones comportant une couche conductrice (14) polarisable indépendamment des régions émissives.
    2. Écran selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une grille (15) de déviation des électrons émis par chaque région émissive (12r, 12g, 12b ; 12) de la cathode (1' ; 1") vers au moins une région d'éléments luminophores (7r, 7g, 7b).
    3. Écran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche conductrice (14) est polarisée à un potentiel au plus égal à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives (12r, 12g, 12b ; 12).
    4. Écran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (1' ; 1") et la grille d'extraction (3) sont supportées par une plaque (10) transparente constituant la face de visualisation de l'écran, la couche conductrice (14) étant en un matériau transparent déposé directement sur ladite plaque.
    5. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque région émissive (12r, 12g, 12b) de la cathode (1') est associée à une région (7r, 7g, 7b) d'éléments luminophores, la grille de déviation (15) étant polarisée à un potentiel inférieur à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives.
    6. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque région émissive (12) de la cathode (1' ; 1") est associée à au moins deux régions (7r, 7g, 7b) d'éléments luminophores, le potentiel de polarisation de la grille de déviation (15) étant fonction de la région d'éléments luminophores à exciter tout en étant inférieur à un potentiel minimal de polarisation des régions émissives.
    7. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que toutes les régions d'éléments luminophores (7r, 7g, 7b) de l'anode (5' ; 5") sont polarisées simultanément.
    8. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'anode (5' ; 5") est constituée d'au moins deux ensembles de bandes alternées (7r, 7g, 7b) d'éléments luminophores, chaque ensemble de bandes étant polarisé individuellement.
    9. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cathode (1' ; 1") est organisée en colonnes (12r, 12g, 12b ; 12), la grille d'extraction (3) étant organisée en lignes et chaque intersection d'une ligne de la grille d'extraction avec une colonne de la cathode définissant une région émissive.
    10. Écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les régions émissives sont constituées de micropointes (2).
    EP97410134A 1996-11-22 1997-11-21 Ecran plat de visualisation à déviation latérale Withdrawn EP0844643A1 (fr)

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