EP1210721A1 - Ecran plat a emission de champ avec electrode de modulation - Google Patents

Ecran plat a emission de champ avec electrode de modulation

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EP1210721A1
EP1210721A1 EP00962588A EP00962588A EP1210721A1 EP 1210721 A1 EP1210721 A1 EP 1210721A1 EP 00962588 A EP00962588 A EP 00962588A EP 00962588 A EP00962588 A EP 00962588A EP 1210721 A1 EP1210721 A1 EP 1210721A1
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EP
European Patent Office
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electrode
cathode
potential difference
electric field
anode
Prior art date
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Granted
Application number
EP00962588A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1210721B1 (fr
Inventor
Aimé Perrin
Adeline Fournier
Brigitte Montmayeul
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication of EP1210721B1 publication Critical patent/EP1210721B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/467—Control electrodes for flat display tubes, e.g. of the type covered by group H01J31/123
    • 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 a device for producing a modulated electric field at an electrode. It applies in particular to flat screens with field emission.
  • Such a device comprises a cathode disposed opposite an anode.
  • the cathode is a planar structure emitting electrons and the anode is another planar structure covered with a luminescent layer. These structures are separated by a space in which a vacuum has been created.
  • the cathode can be a microtip source or a source equipped with an emissive material with a low threshold field (the threshold field being the electric field necessary for extracting electrons from a material), for example nanostructures or carbon.
  • Sources equipped with an emissive material are used in display devices generally in two forms: a diode type structure or a triode type structure.
  • FIG. 1 represents, seen in cross section, a flat screen with field emission operating according to a diode type structure.
  • the cathode 1 consists of a plate of insulating material 3 supporting metal tracks 4 parallel to each other and covered with layers of an emissive material 5.
  • the anode 2 is an insulating and transparent plate 6, for example made of glass, supporting conductive tracks 7 parallel to each other and perpendicular to tracks 4 of the cathode. Tracks 7 are produced by etching a layer of transparent conductive material such as mixed tin and indium oxide (ITO). The tracks 7 are covered with layers of phosphor 8.
  • ITO mixed tin and indium oxide
  • the cathode and anode plates are placed one opposite the other, the tracks being opposite to form a matrix structure.
  • the crossing of the networks of tracks forms picture elements or pixels.
  • An emissive material with a low threshold field such as carbon requires, for the emission of electrons to occur, a minimum electric field of a few V / ⁇ m between an anode track and a facing cathode track. If the spacing between these tracks is 1 mm, it is therefore necessary to apply a potential difference of a few kV, typically from 5000 to 10 000 V. This causes two main problems.
  • the first problem is the voltage withstand: there is a risk of breakdown between anode and cathode and especially between two adjacent tracks.
  • the second problem results from the need to switch a voltage of several kv when scanning the screen.
  • This problem can be solved by reducing the space between anode and cathode, which makes it possible to reduce the potential difference between them by the same amount while maintaining the same electric field.
  • the drawback of this solution is that this reduction in potential leads to a reduction in the efficiency of the phosphors and a reduction in the brightness of the screen.
  • FIG. 2 shows, in cross-sectional view, a flat screen with field emission implementing such a structure.
  • the cathode 11 consists of a glass plate 13 supporting metal tracks 14 parallel to each other and covered with layers 15 of an emissive material, for example carbon.
  • the tracks 14 are placed at the bottom of trenches etched in a layer of insulating material 10, this layer 10 being covered with a metal layer 19 serving as an extraction grid.
  • the anode 12 can be formed of a transparent plate 16 supporting for example a transparent and conductive layer 17 covered with a layer of luminescent material 18.
  • An emission of electrons by the emissive material can be obtained by applying, between grid extraction 19 and track 14, a potential difference such that the resulting electric field at the level of the emissive material is greater than the threshold field of this material, typically a few V / ⁇ m.
  • the distance separating the extraction grid from the tracks being much smaller than the distance separating the anode from the cathode, the difference in potential to be applied is correspondingly reduced.
  • the electric field lines going from tracks 14 to the extraction grid 19 a large part of the emitted electrons will be trapped by the grid.
  • the triode-type structure therefore has the drawback resulting from the fact that very few of the emitted electrons reach the phosphor layer.
  • Such a display device with a triode type structure therefore makes it possible to avoid the risks of electrical breakdown and the problems of switching high voltages.
  • these improvements are obtained at the expense of the density of emitted electrons that reach the phosphor layer.
  • this type of structure requires the deposition of the emissive material only at the bottom of the trenches, which presents significant difficulties.
  • the present invention solves the problems set out above.
  • the solution consists in applying an electric modulation field near an electrode in the vicinity of which one wants to obtain an electric field of determined value.
  • the electric modulation field will have the effect of decreasing or increasing the value of the electric field in the vicinity of the electrode in question.
  • a first object of the invention relates to a device making it possible to produce an electric field between a first electrode and a second electrode, comprising:
  • control means for applying a potential difference between the means forming the modulation electrode and the first electrode so as to obtain, by the contribution of said potential differences, another predetermined value of electric field in said vicinity of the first electrode.
  • the means for applying a potential difference between the first and the second electrode and the control means provide potential differences such that the value of the electric field in said vicinity of the first electrode is greater than the value which would be due to the only potential difference between the first and the second electrode.
  • the means for applying a potential difference between the first and " the second electrode and the control means provide potential differences such that the value of the electric field in said vicinity of the first electrode is less than the value which would be due to the only potential difference between the first and the second electrode.
  • the first and second electrodes and the means forming the modulation electrode are arranged in parallel planes.
  • the modulation electrode means may comprise two electrodes framing the first electrode.
  • the modulation electrode means can consist of a single electrode.
  • a second object of the invention relates to a method for producing an electric field between a first electrode and a second electrode, comprising:
  • the application of the potential difference between the first and the second electrode is such that, if this potential difference were applied alone, the electric field in said vicinity of the first electrode would be greater than said other predetermined value.
  • the application of the potential difference between the first and the second electrode is such that, if this potential difference were applied alone, the electric field in said vicinity of the first electrode would be less than said other predetermined value.
  • a third object of the invention relates to a field emission display screen comprising an anode plate and a cathode plate arranged facing each other, the anode plate comprising on its face internal to the screen at least one electrode supporting phosphor means, the cathode plate comprising on its internal face to the screen at least one electrode emitting electrons at least partially opposite the anode electrode, this cathode electrode becoming emitting electrons when the electric field in its vicinity exceeds a threshold value, the screen also comprising means for applying a potential difference between said anode electrode and said cathode electrode, characterized in that the screen also comprises modulation electrode means close to the cathode electrode, either in the same plane as it, or so that one electrode "cathode is interposed e between the anode electrode and - said modulation electrode means, the screen also comprising control means for applying a potential difference between the cathode electrode and the modulation electrode means, the means for applying potential differences are such that they make it possible to obtain in said vicinity of the cathode
  • the means for applying a potential difference between said anode electrode and said cathode electrode are such that, in the absence of a potential difference applied between the cathode electrode and the electrode means modulation, said predetermined electric field value is less than said threshold value.
  • the means for applying a potential difference between said anode electrode and said cathode electrode are such that, in the absence of a potential difference applied between the cathode electrode and the electrode means modulation, said predetermined electric field value is greater than said threshold value.
  • the modulation electrode means may comprise two electrodes framing the cathode electrode.
  • the modulation electrode means may consist of a single electrode.
  • the cathode electrode and the means forming the modulation electrode are separated by a layer of insulating material.
  • the cathode electrode comprises a conductive element on which is deposited a layer of emissive material.
  • This layer of emissive material can be separated from the conductive element by a resistive layer.
  • the emissive material layer may cover only part of the resistive layer.
  • the emissive material can be a material deposited on the resistive layer by means of a catalyst material deposited on the resistive layer and on which the emissive material is preferentially deposited.
  • the display screen is advantageously of the matrix type, the crossing of lines and columns defining pixels.
  • the anode plate comprises a common electrode supporting phosphor means
  • the cathode plate comprises a plate supporting lines' of conductors constituting the means forming modulation electrode, covered with a layer of dielectric material, the layer of dielectric material supporting columns of conductors, the rows and columns forming a matrix arrangement connected to addressing means and defining pixels, the columns of conductors supporting an emissive material.
  • Each pixel can correspond to the crossing of a row and several column conductors.
  • the lines of conductors have windows facing the columns of conductors, the emissive material supported by the columns of conductors being present only in the areas of the columns of conductors corresponding to the windows.
  • a fourth object of the invention relates to a method of using a field emission display screen comprising at least one anode electrode and at least one facing cathode electrode, the cathode electrode comprising an emissive material emitting electrons when the electric field in the vicinity of the cathode electrode exceeds a threshold value, characterized in that it comprises, for obtain an emission of electrons from the emissive material:
  • a fifth object of the invention relates to a method of using a field emission display screen comprising at least one anode electrode and at least one facing cathode electrode, the cathode electrode comprising an emissive material emitting electrons when the electric field in the vicinity of the cathode electrode exceeds a threshold value, characterized in that it comprises, to avoid emission of electrons from the emissive material:
  • FIG. 3A and 3B are sectional views illustrating the operation of a device according to one invention.
  • FIGS. 5 to 9 show alternative embodiments of a flat screen element with field emission according to the invention
  • FIG. 10 is a perspective view of a cathode plate for a flat screen with field emission according to the invention.
  • FIGS. 11 to 13 are diagrams of the voltages to be applied to address a pixel of display screens according to the invention.
  • FIGS 3A and 3B are sectional views illustrating the operation of a device according to the invention.
  • the device comprises a plate 21 designated in this example as a cathode plate.
  • the cathode plate 21 comprises a support plate 23 supporting an electrode 25 framed by two parts 28 and 29 of the same electrode.
  • the device also includes a plate 22 designated in this example as an anode plate.
  • the anode plate 22 comprises a support plate 26 supporting an electrode 27.
  • the anode and cathode plates are arranged facing one another and in parallel planes, their corresponding electrodes facing each other. They are separated by the distance d.
  • FIG. 3A represents the case in which a + V potential is applied to the electrode 27 and to the electrode 25 as well as to the parts 28 and 29 a zero potential.
  • a uniform electric field of V / d value is established inside the device.
  • Equipotential lines are shown in broken lines in FIG. 3A. The line shown closest to the electrode 25 corresponds to the potential V x , intermediate between the potential of the cathode electrode 25 and that of the anode electrode 27.
  • FIG. 3B represents the case where a + V potential is applied to the electrode 27, a zero potential on the electrode 25 and a potential Vi on the parts 28 and 29. There is then a displacement and a deformation of the equipotentials which cause a tightening of the equipotentials above the cathode electrode 25, therefore an increase in the electric field at the level thereof. The same effect is obtained if a difference is fixed 'in potential between the electrode 27 and regions 28 and 29 and that one gate electrode 25 to a more negative potential than that of portions 28 and 29 relative to electrode 27.
  • the parts 28 and 29 can be brought to potential - Vi.
  • FIG. 4 is a partial view, in cross section of a flat screen with field emission to which the control mode according to the invention applies.
  • This screen comprises a cathode plate 31 and an anode plate 32 placed opposite one another in parallel planes. They carry electrodes on their internal face. Spacers not shown ensure a constant spacing between the cathode and anode plates and a vacuum is created inside the screen.
  • the cathode plate 31 comprises a support plate 33 made of insulating material, for example glass, on which a network of metal strips 38, 39 is successively deposited to form the modulation electrodes, an insulating layer 34 (for example silica) then a network of cathode electrodes 35 placed in the intervals of the underlying network.
  • a single cathode electrode has been shown. It is either made of a material with a low threshold field, or covered with a layer of material with low output work, for example carbon or nanostructures.
  • the cathode electrode 35 supports a layer '30 of such a material.
  • the strips 38 and 39 corresponding to an electrode 35 are electrically connected together to form a modulation electrode.
  • the anode plate 32 comprises a support plate 36 of insulating and transparent material, typically glass, successively covered with a layer 37 of transparent and conductive material, for example ITO, and with a layer 20 of a luminescent material.
  • the screen can be used in the first following operating mode.
  • a potential difference is applied between the anode electrode 37 and the cathode electrode 35 such that the resulting electric field at the level of the emitting electrode is less than the threshold field of extraction of the electrons from the emissive material 30. There is therefore no emission of electrons under the effect of this single field.
  • the modulation electrode 38, 39 is brought to a potential intermediate between that of the anode and that of the emitting electrode, there is a displacement and a deformation of the equipotentials resulting in an increase in the electric field at the level of the emitting electrode.
  • the potential of the modulation electrode can be chosen such that the electric field at the emitting electrode becomes greater than the threshold field of the emissive material. There will then be emission of electrons. These electrons are emitted perpendicular to the emission electrode. They are then accelerated by the anode field and strike the luminescent layer 20 covering the anode electrode 37.
  • V s of potential which, applied to the modulation electrode, allows to have an electric field at the level 'of the equal emitter electrode in emission threshold field of the material, V ⁇ being greater than V:
  • V s V + ⁇ V ⁇
  • V s V + ⁇ V ⁇
  • the anode plates 32 and cathode 31 may be spaced 1 mm apart, the metal strips 38 and 39 may be 20 ⁇ m wide and be spaced 10 ⁇ m apart.
  • the insulating layer 34 can be a layer of silica 1 ⁇ m thick.
  • the cathode electrode 35 can have a width of 5 ⁇ m and be centered in the spacing separating the metal strips 38 and 39.
  • a potential of + 3000 V is applied to the anode relative to the cathode, which gives an electric field of 3 V / ⁇ m at the emitting electrode, this field being less than the threshold field.
  • the cathode electrode 35 being maintained at 0 V, if the modulating electrode 38, 39 is brought to + 30 V, the electric field on the surface of the emissive electrode changes to 7 V / ⁇ m, which is higher than the threshold field. It therefore appears that the voltages to be switched remain low, typically a few tens of volts, which poses no problem.
  • the screen can also be used according to the following second operating mode.
  • a potential difference is applied between the electrode 37 and the cathode electrode 35 and this results in an electric field at the level of the emitting electrode. If this electric field is greater than the threshold field for extracting electrons from the emissive material 30, there is emission of electrons under the effect of this single field. If the modulation electrode 38, 39 is brought to a lower potential than one electrode of the cathode 35, there occurs a displacement and deformation of the equipotential lines resulting in a decrease of the electric field at the emitter electrode.
  • the potential of the modulation electrode can be chosen such that the electric field at the level of the emission electrode becomes lower than the threshold field of the emissive material and thus makes it possible to stop the emission of electrons.
  • V s of potential which, applied to the modulation electrode, makes it possible to have an electric field at the level of the emitting electrode equal to the threshold field emission of the material, Vs being less than V:
  • V s V - ⁇ V S
  • V ⁇ V - ⁇ V S
  • the cathode plate and in particular the distribution of the electrodes, can have different variants.
  • Figures 5 to 9 show some of the possible variants. For the sake of clarity, we have shown in these figures as a single cathode electrode.
  • FIG. 5 represents a cathode plate 41 comprising a plate 43 of insulating material (for example glass) supporting a network of modulating electrodes each formed by two conductive strips 48 and 49 connected together.
  • the plate 43 also supports an insulating layer 44, for example made of silica.
  • cathode electrodes 45 have been deposited in correspondence with the modulating electrodes 48, 49. Each cathode electrode is deposited above the interval separating the corresponding conductive strips 48 and 49 and symmetrically with respect to these.
  • On these cathode electrodes 45 are successively deposited a resistive layer 46 and a layer of emissive material 47.
  • the resistive layer 46 has the function of standardizing the emission on the surface of the emissive electrode which is formed by the superposition of the elements 45, 46 and 47. Thus, very strong point emissions, which can lead to breakdowns, are prevented from occurring.
  • This arrangement makes it possible to minimize the superposition of the cathode electrode and of the modulating electrode and therefore to minimize the parasitic capacitance which exists between them, which is important when the surface of the screen is large. Some devices do not require this precaution against parasitic capacity.
  • the shape of the modulation electrode can range from that shown in Figure 5 to that shown in Figure 6 where it consists of only one strip. It can obviously take all intermediate forms.
  • FIG. 6 represents a cathode plate comprising, as for FIG. 5, a plate support 53, an insulating layer 54, a cathode electrode 55, a resistive layer 56 and a layer of emissive material 57.
  • the modulating electrode 50 consists of a single conductive strip, the emitter electrode being centered on the modulator electrode.
  • FIG. 7 illustrates an intermediate form.
  • the cathode plate 61 comprises a support plate 63, two conductive strips 68 and 69 forming the modulating electrode, the insulating layer 64 supporting the emitting electrode constituted by the electrode cathode 65, the resistive layer 66 and the emissive material layer 67.
  • the emitting electrode has the same width as the gap separating the two conductive strips 68 and 69.
  • the cathode plate 71 comprises a support plate 73, two conductive strips 78 and 79 forming the modulating electrode, the insulating layer 74 supporting the electrode.
  • emitter consisting of one cathode electrode 75, the resistive layer 76 and the layer " of emissive material 77.
  • the layer of emissive material 77 covers only the central part of the resistive layer 76. This arrangement makes it possible to 'Obtain a more focused electron beam by eliminating the electrons which could be subjected to the edge effects of the cathode electrode 75. This arrangement can be combined with the other variants described above.
  • the cathode plate 91 comprises a support plate 93, two conductive strips 98 and 99 forming the modulating electrode, the insulating layer 94 supporting the emitting electrode comprising the cathode electrode 95 and the resistive layer 96.
  • the emitting electrode also comprises pads 92 made of catalyst material , for example nickel, iron, cobalt or an alloy of these metals, these pads being deposited on the resistive layer 96.
  • the pads 92 support the emissive material 97, for example carbon which is deposited preferentially on the catalyst material for constitute emissive sites.
  • FIG. 10 is an exploded and perspective view of a cathode plate for a flat screen with field emission of the matrix type implementing the invention.
  • the cathode plate 81 comprises a plate 83, for example made of glass, supporting a network of conductive strips Y forming lines, for example Yi, Y j , Y k . In these strips, openings or windows 80, for example of rectangular shape, have been arranged.
  • This network of lines is covered with a layer of dielectric material 84 on which conductive strips 85 are deposited which are mutually parallel and perpendicular to the Y strips.
  • the conductive strips 85 are grouped in threes to form columns X 1; X- ,, X ⁇ .
  • the conductive strips 85 are each covered with a layer of resistive material 86 and of emissive material.
  • the emissive material 87 has only been deposited on the useful zones, that is to say say on the zones of the columns located above the windows 80 formed in the lines. This gives two networks, one of lines and the other of columns, orthogonal to each other. A pixel is formed by the crossing of a row and a column.
  • FIG. 11 is an example of the diagrams of the voltages to be applied to address a pixel of a display screen comprising a cathode plate of the type represented in FIG. 10 and in the case where the voltage applied between the anode and the cathode creates an electric field lower than the emission threshold field.
  • This example minimizes the number of voltage values required.
  • the anode is brought to a potential V A , the column X D to the potential V 0 and the line Y 3 to a potential Vi ⁇ V 1 being intermediate between V 0 and V A ).
  • the other columns X are brought to the potential VI while the other rows Y are brought to the potential V 0 .
  • the potential V 1 is chosen so that the increase in the electric field at the level of the emitting electrode is such that this electric field becomes greater than the threshold field.
  • FIG. 12 is a diagram of the voltages to be applied to address a pixel of a display screen comprising a cathode plate of the type represented in FIG. 10 and in the case where the voltage applied between the anode and the cathode creates a field electric higher than the emission threshold field.
  • the anode To address a pixel X-,, Y-, the anode, not shown, is brought to a potential V A and the column X-. at potential V 0 . " If we call d the distance between the anode and the cathode, the electric field resulting from this potential difference (V A -V 0 ) / d is greater than the emission threshold field of the material.
  • the potential Vi of the line Y- must be greater than the voltage V s .
  • the potential V 2 of the lines Y and Y k is less than V ⁇ on the Y- * line, the two pixels X 17 Y 3 and X k, Y, must be turned off. for this, the potential V 3 of columns X x and X k must be greater than Vi + ⁇ v s , ⁇ V ⁇ being equal to V 0 -V s .
  • Pixels X ll Y 1 / X ll Y k / X L , Y 1 and X k , Y have a column voltage equal to V 3 and a line voltage equal to V 2 .
  • the difference between the column voltages X x -X k and the lines Yi-Y k being greater than ⁇ V ⁇ and the line voltages being less than the column voltages, the corresponding pixels do not emit.
  • Figure 13 is also a voltage diagram applicable to the previous case.
  • Vi V 2 and V 3
  • V ⁇ V 0 and ⁇ V> ⁇ V ⁇
  • V 0 V 0 and ⁇ V> ⁇ V ⁇
  • Y 3 it is necessary to apply a voltage V 0 on the column X- and the line Y-.
  • the other columns being brought to a voltage V 0 + ⁇ v and the other lines at a voltage V 0 - ⁇ v.

Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de produire un champ électrique entre deux électrodes (35,37), ce champ électrique devant avoir une valeur déterminée au voisinage de l'une (35) de ces deux électrodes, le dispositif comprenant des moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ces deux électrodes, le dispositif comprenant des moyens formant électrode de modulation (38,39) situés à proximité de ladite électrode (35) au voisinage de laquelle le champ électrique doit avoir une valeur déterminée, le dispositif comprenant aussi des moyens de commande pour appliquer une différence de potentiel entre les moyens formant électrode de modulation (38,39) et ladite électrode (35) située à proximité afin d'obtenir, par la contribution desdites différences de potentiel, ladite valeur déterminée de champ électrique.

Description

ECRAN PLAT A EMISSION DE CHAMP AVEC ELECTRODE DE MODULATION
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif permettant de produire un champ électrique modulé au niveau d'une électrode. Elle s'applique en particulier aux écrans plats à émission de champ.
Etat de la technique antérieure
Les dispositifs de visualisation par cathodoluminescence excitée par émission de champ sont bien connus. Un tel dispositif comprend une cathode disposée en regard d'une anode. La cathode est une structure plane émettrice d'électrons et l'anode est une autre structure plane recouverte d'une couche luminescente. Ces structures sont séparées par un espace dans lequel on a fait le vide.
La cathode peut être une source à micropointes ou une source équipée d'un matériau émissif à faible champ seuil (le champ seuil étant le champ électrique nécessaire pour extraire des électrons d'un matériau), par exemple des nanostructures ou du carbone. Les sources équipées d'un matériau émissif sont utilisées dans des dispositifs de visualisation se présentant généralement sous deux formes : une structure de type diode ou une structure de type triode .
La figure 1 représente, vu en coupe transversale, un écran plat à émission de champ fonctionnant selon une structure de type diode. La cathode 1 est constituée d'une plaque de matériau isolant 3 supportant des pistes métalliques 4 parallèles entre elles et recouvertes de couches d'un matériau émissif 5. L'anode 2 est une plaque isolante et transparente 6, par exemple en verre, supportant des pistes conductrices 7 parallèles entre elles et perpendiculaires aux pistes 4 de la cathode. Les pistes 7 sont réalisées par gravure d'une couche de matériau conducteur transparent comme de l'oxyde mixte d'étain et d ' indium (ITO) . Les pistes 7 sont recouvertes de couches de luminophore 8.
Les plaques de cathode et d'anode sont placées l'une en face de l'autre, les pistes étant en vis-à-vis pour constituer une structure matricielle. Le croisement des réseaux de pistes forme des éléments d'image ou pixels. En appliquant entre une piste 4 de la cathode et une piste 7 de l'anode une différence de potentiel adéquate, une émission d'électrons se produit sur la zone de la piste 4 correspondant au pixel considéré et la zone du luminophore 8 en regard est excitée. Une image complète peut être obtenue sur l'écran en alimentant successivement chaque ligne de l'écran et par balayage de l'écran.
Un matériau émissif à faible champ seuil tel que le carbone nécessite, pour que l'émission d'électrons se produise, un champ électrique minimum de quelques V/μm entre une piste d'anode et une piste de cathode en regard. Si l'espacement entre ces pistes est de 1 mm, il faut donc appliquer une différence de potentiel de quelques kV, typiquement de 5000 à 10 000 V. Ceci entraîne deux problèmes principaux. Le premier problème est la tenue en tension : il y a risque de claquage entre anode et cathode et surtout entre deux pistes adjacentes. Le second problème résulte de la nécessité de commuter une tension de plusieurs kv lors du balayage de l'écran. Ce problème peut être résolu en diminuant 1 ' espace entre anode et cathode, ce qui permet de diminuer d'autant la différence de potentiel entre elles tout en conservant le même champ électrique. L ' inconvénienet de cette solution est que cette diminution du potentiel entraîne une diminution du rendement des luminophores et une diminution de la brillance de l'écran.
La structure de type triode a été proposée pour tenter de remédier à ces problèmes . La figure 2 représente, vue en coupe transversale un écran plat à émission de champ mettant en œuvre une telle structure. La cathode 11 est constituée d'une plaque de verre 13 supportant des pistes métalliques 14 parallèles entre elles et recouvertes de couches 15 d'un matériau émissif, par exemple du carbone.
Les pistes 14 sont placées au fond de tranchées gravées dans une couche de matériau isolant 10, cette couche 10 étant recouverte d'une couche métallique 19 servant de grille d'extraction. L'anode 12 peut être formée d'une plaque transparente 16 supportant par exemple une couche transparente et conductrice 17 recouverte d'une couche de matériau luminescent 18. Une émission d'électrons par le matériau émissif peut être obtenue en appliquant, entre grille d'extraction 19 et piste 14, une différence de potentiel telle que le champ électrique résultant au niveau du matériau émissif soit supérieur au champ seuil de ce matériau, typiquement quelques V/μm. La distance séparant la grille d'extraction des pistes étant beaucoup plus faible que la distance séparant l'anode de la cathode, la différence de potentiel à appliquer est d'autant réduite. Les lignes de champ électrique allant des pistes 14 à la grille d'extraction 19, une grande partie des électrons émis vont être piégés par la grille. La structure de type triode présente donc 1 ' inconvénient résultant du fait que très peu des électrons émis atteignent la couche de luminophore.
Un tel dispositif de visualisation à structure de type triode permet donc d'éviter les risques de claquage électrique et les problèmes de commutation de tensions élevées. Cependant, ces améliorations sont obtenues au détriment de la densité d'électrons émis qui atteignent la couche de luminophore. De plus, ce type de structure nécessite la réalisation d'un dépôt du matériau émissif uniquement au fond des tranchées, ce qui présente des difficultés importantes .
Exposé de 1 ' invention
La présente invention permet de résoudre les problèmes exposés ci-dessus. La solution consiste à appliquer un champ électrique de modulation à proximité d'une éleccrode au voisinage de laquelle on veut obtenir un champ électrique de valeur déterminée. Selon les cas, le champ électrique de modulation aura pour effet de diminuer ou d'augmenter la valeur du champ électrique au voisinage de l'électrode en question.
Un premier objet de l'invention concerne un dispositif permettant de produire un champ électrique entre une première électrode et une deuxième électrode, comprenant :
- des moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ces deux électrodes, permettant d'obtenir, si cette différence de potentiel est appliquée seule une valeur prédéterminée de champ électrique au voisinage de la première électrode,
- des moyens formant électrode de modulation situés à proximité de la première électrode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que la première électrode se trouve intercalée entre la deuxième électrode et lesdits moyens formant électrode,
- des moyens de commande pour appliquer une différence de potentiel entre les moyens formant électrode de modulation et la première électrode afin d'obtenir par la contribution desdites différences de potentiel une autre valeur prédéterminée de champ électrique audit voisinage de la première électrode.
Dans un premier cas, les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode et les moyens de commande fournissent des différences de potentiel telles que la valeur du champ électrique audit voisinage de la première électrode est supérieure à la valeur qui serait due à la seule différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode.
Dans un deuxième cas, les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre la première et " la deuxième électrode et les moyens de commande fournissent des différences de potentiel telles que la valeur du champ électrique audit voisinage de la première électrode est inférieure à la valeur qui serait due à la seule différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode.
Avantageusement, la première et la deuxième électrode et les moyens formant électrode de modulation sont disposés selon des plans parallèles. Les moyens formant électrode de modulation peuvent comprendre deux électrodes encadrant la première électrode.
Si la première électrode se trouve intercalée entre la deuxième électrode et les moyens formant électrode de modulation, les moyens formant électrode de modulation peuvent être constitués d'une seule électrode.
Un deuxième objet de l'invention concerne un procédé de production d'un champ électrique entre une première électrode et une deuxième électrode, comprenant :
- l'application d'une différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode de manière à obtenir, si cette différence de potentiel était appliquée seule, une valeur prédéterminée de champ électrique au voisinage de la première électrode,
- l'application d'une différence de potentiel entre la première électrode et des moyens formant électrode de modulation et situés à proximité de la première électrode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que la première électrode se trouve intercalée entre la deuxième électrode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir, en coopération avec le champ électrique dû à l'application de la différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode, une autre valeur prédéterminée de champ électrique.
Dans un premier cas, l'application de la différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode est telle que, si cette différence de potentiel était appliquée seule, le champ électrique audit voisinage de la première électrode serait supérieur à ladite autre valeur prédéterminée. Dans un deuxième cas, l'application de la différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode est telle que, si cette différence de potentiel était appliquée seule, le champ électrique audit voisinage de la première électrode serait inférieur à ladite autre valeur prédéterminée.
Un troisième objet de l'invention concerne un écran de visualisation à émission de champ comprenant une plaque d'anode et une plaque de cathode disposées en regard, la plaque d'anode comportant sur sa face interne à 1 ' écran au moins une électrode supportant des moyens luminophores, la plaque de cathode comportant sur sa face interne à 1 ' écran au moins une électrode é ettrice d'électrons au moins partiellement en regard de l'électrode d'anode, cette électrode de cathode devenant émettrice d'électrons lorsque le champ électrique à son voisinage dépasse une valeur de seuil, l'écran comprenant également des moyens d'application d'une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode et ladite électrode de cathode, caractérisé en ce que l'écran comprend en outre des moyens formant électrode de modulation situés à proximité de l'électrode de cathode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que 1 ' électrode " de cathode se trouve intercalée entre l'électrode d'anode et - lesdits moyens formant électrode de modulation, 1 ' écran comprenant également des moyens de commande pour appliquer une différence de potentiel entre 1 ' électrode de cathode et les moyens formant électrode de modulation, les moyens pour appliquer des différences de potentiel sont tels qu'ils permettent d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode une valeur prédéterminée de champ électrique résultant de la contribution desdites différences de potentiel, ladite valeur prédéterminée étant à volonté soit inférieure à ladite valeur de seuil, soit supérieure à ladite valeur de seuil.
Dans un premier cas, les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode et ladite électrode de cathode sont tels que, en l'absence d'une différence de potentiel appliquée entre l'électrode de cathode et les moyens formant électrode de modulation, ladite valeur prédéterminée de champ électrique est inférieure à ladite valeur de seuil.
Dans un deuxième cas, les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode et ladite électrode de cathode sont tels que, en l'absence d'une différence de potentiel appliquée entre l'électrode de cathode et les moyens formant électrode de modulation, ladite valeur prédéterminée de champ électrique est supérieure à ladite valeur de seuil.
Les moyens formant électrode de modulation peuvent comprendre deux électrodes encadrant l'électrode de cathode.
Si l'électrode de cathode est située entre l'électrode d'anode et les moyens formant électrode de modulation, les moyens formant électrode de modulation peuvent être constitués d'une seule électrode.
Avantageusement, l'électrode de cathode et les moyens formant électrode de modulation sont séparés par une couche de matériau isolant.
De préférence, l'électrode de cathode comprend un élément conducteur sur lequel est déposée une couche de matériau émissif. Cette couche de matériau émissif peut être séparée de l'élément conducteur par une couche résistive. La couche de matériau émissif peut ne recouvrir qu'une partie de la couche résistive. Le matériau émissif peut être un matériau déposé sur la couche résistive par l'intermédiaire d'un matériau catalyseur déposé sur la couche résistive et sur lequel le matériau émissif se dépose préférentiellement . L'écran de visualisation est avantageusement du type matriciel, le croisement de lignes et de colonnes définissant des pixels.
Selon une disposition préférentielle, la plaque d'anode comporte une électrode commune supportant des moyens luminophores, la plaque de cathode comporte une plaque supportant des lignes ' de conducteurs constituant les moyens formant électrode de modulation, recouverte d'une couche de matériau diélectrique, la couche de matériau diélectrique supportant des colonnes de conducteurs, les lignes et les colonnes formant un arrangement matriciel relié à des moyens d'adressage et définissant des pixels, les colonnes de conducteurs supportant un matériau émissif. Chaque pixel peut correspondre au croisement d'une ligne et de plusieurs conducteurs de colonnes.
Selon une disposition particulière, les lignes de conducteurs comportent des fenêtres en vis-à- vis des colonnes de conducteurs, le matériau émissif supporté par les colonnes de conducteurs n'étant présent que sur les zones des colonnes de conducteurs correspondant aux fenêtres .
Un quatrième objet de l'invention concerne un procédé d'utilisation d'un écran de visualisation à émission de champ comprenant au moins une électrode d'anode et au moins une électrode de cathode en regard, l'électrode de cathode comprenant un matériau émissif émettant des électrons lorsque le champ électrique au voisinage de l'électrode de cathode dépasse une valeur de seuil, caractérisé en ce qu'il comprend, pour obtenir une émission d'électrons de la part du matériau émissif :
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode d'anode et l'électrode de cathode de manière à obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, si cette différence de potentiel était appliquée seule, un champ électrique de valeur inférieure à ladite valeur de seuil,
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode de cathode et des moyens formant électrode de modulation situés à proximité' de l'électrode de cathode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que 1 ' électrode de cathode se trouve intercalée entre l'électrode d'anode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, en coopération avec le champ électrique dû à 1 ' application de la différence de potentiel entre les électrodes d'anode et de cathode, une valeur de champ électrique supérieure à ladite valeur de seuil.
Un cinquième objet de l'invention concerne un procédé d'utilisation d'un écran de visualisation à émission de champ comprenant au moins une électrode d'anode et au moins une électrode de cathode en regard, l'électrode de cathode comprenant un matériau émissif émettant des électrons lorsque le champ électrique au voisinage de 1 ' électrode de cathode dépasse une valeur de seuil, caractérisé en ce qu'il comprend, pour éviter une émission d'électrons de la part du matériau émissif :
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode d'anode et l'électrode de cathode de manière à obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, si cette différence de potentiel était appliquée seule, un champ électrique de valeur supérieure à ladite valeur de seuil,
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode de cathode et des moyens formant électrode de modulation situés à proximité de l'électrode de cathode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que l'électrode de cathode se trouve intercalée entre l'électrode d'anode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, en coopération avec le champ électrique dû à 1 ' application de ' la différence de potentiel entre les électrodes d'anode et de cathode, une valeur de champ électrique inférieure à ladite valeur de seuil.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective et en coupe transversale, d'un premier écran plat à émission de champ selon l'art antérieur ;
- la figure 2, déjà décrite, est une vue en coupe transversale d'un deuxième écran plat à émission de champ selon 1 ' art antérieur ;
- les figures 3A et 3B sont des vues en coupe illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon 1 ' invention ;
- la figure 4 est une vue en coupe transversale et partielle d'un écran plat à émission de champ selon 1 ' invention ; - les figures 5 à 9 présentent des variantes de réalisation d'un élément d'écran plat à émission de champ selon l'invention,
- la figure 10 est une vue en perspective d'une plaque de cathode pour écran plat à émission de champ selon l'invention,
- les figures 11 à 13 sont des schémas des tensions à appliquer pour adresser un pixel d'écrans de visualisation selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation - de 1 ' invention
Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif comprend une plaque 21 désignée dans cet exemple en tant que plaque de cathode. La plaque de cathode 21 comprend une plaque support 23 supportant une électrode 25 encadrée par deux parties 28 et 29 d'une même électrode. Le dispositif comprend aussi une plaque 22 désignée dans cet exemple en tant que plaque d'anode. La plaque d'anode 22 comprend une plaque support 26 supportant une électrode 27. Les plaques d'anode et de cathode sont disposées en regard et selon des plans parallèles, leurs électrodes correspondantes se faisant face. Elles sont séparées par la distance d.
La figure 3A représente le cas où 1 ' on applique sur l'électrode 27 un potentiel + V et sur l'électrode 25 ainsi que sur les parties 28 et 29 un potentiel nul. Un champ électrique uniforme de valeur V/d s'établit à l'intérieur du dispositif. Des lignes d' équipotentielles sont représentées en traits interrompus sur la figure 3A. La ligne représentée la plus proche de l'électrode 25 correspond au potentiel Vx, intermédiaire entre le potentiel de l'électrode de cathode 25 et celui de l'électrode d'anode 27.
La figure 3B représente le cas où l'on applique sur l'électrode 27 un potentiel + V, sur l'électrode 25 un potentiel nul et sur les parties 28 et 29 un potentiel Vi . Il se produit alors un déplacement et une déformation des équipotentielles qui entraînent un resserrement des équipotentielles au- dessus de l'électrode de cathode 25, donc une augmentation du champ électrique au niveau de celle-ci. Le même effet est obtenu si on fixe une différence' de potentiel entre l'électrode 27 et les parties 28 et 29 et que l'on porte l'électrode 25 à un potentiel plus négatif que celui des parties 28 et 29 par rapport à l'électrode 27.
Inversement, si on désire diminuer la valeur du champ électrique existant au niveau de l'électrode 25 par une différence de potentiel imposée entre les électrodes 25 (au potentiel +v) et 27 (à un potentiel nul), les parties 28 et 29 peuvent être portées au potentiel - Vi .
L'électrode formée des parties 28 et 29 peut donc être désignée sous le terme d'électrode modulatrice . La figure 4 est une vue partielle, en coupe transversale d'un écran plat à émission de champ auquel s'applique le mode de commande selon l'invention. Cet écran comprend une plaque de cathode 31 et une plaque d'anode 32 placées en vis-à-vis selon des plans parallèles. Elles portent des électrodes sur leur face interne. Des entretoises non représentées assurent un écartement constant entre les plaques de cathode et d'anode et le vide est fait à l'intérieur de l'écran.
La plaque de cathode 31 comprend une plaque support 33 en matériau isolant, par exemple en verre, sur laquelle on dépose successivement un réseau de bandes métalliques 38, 39 pour constituer les électrodes de modulation, une couche isolante 34 (par exemple de la silice) puis un réseau d'électrodes de cathode 35 placées dans les intervalles du réseau sous- jacent. Sur la figure 4, une seule électrode de cathode a été représentée. Elle est soit constituée d'un matériau à faible champ seuil, soit recouverte d'une couche de matériau à faible travail de sortie, par exemple du carbone ou des nanostructures . Sur la figure 4, l'électrode de cathode 35 supporte une couche' 30 d'un tel matériau. Les bandes 38 et 39 correspondant à une électrode 35 sont reliées électriquement ensemble pour constituer une électrode de modulation. La plaque d'anode 32 comprend une plaque support 36 en matériau isolant et transparent, typiquement en verre, recouverte successivement d'une couche 37 de matériau transparent et conducteur, par exemple de l'ITO, et d'une couche 20 d'un matériau luminescent.
L'écran peut être utilisé selon le premier mode de fonctionnement suivant. On applique entre l'électrode d'anode 37 et l'électrode de cathode 35 une différence de potentiel telle que le champ électrique résultant au niveau de l'électrode émettrice soit inférieur au champ de seuil d'extraction des électrons du matériau émissif 30. Il n'y a donc pas émission d'électrons sous l'effet de ce seul champ.
Si l'électrode de modulation 38, 39 est portée à un potentiel intermédiaire entre celui de l'anode et celui de l'électrode émettrice, il se produit un déplacement et une déformation des équipotentielles entraînant une augmentation du champ électrique au niveau de l'électrode émettrice. Le potentiel de l'électrode de modulation peut être choisi tel que le champ électrique au niveau de 1 ' électrode d'émission devienne supérieur au champ seuil du matériau émissif. Il y aura alors émission d'électrons. Ces électrons sont émis perpendiculairement à l'électrode d'émission. Ils sont ensuite accélérés par le champ d'anode et viennent frapper la couche luminescente 20 recouvrant l'électrode d'anode 37. Ainsi pour toute valeur V du potentiel appliqué à l'électrode émissive, il existe une valeur Vs de potentiel qui, appliqué à l'électrode de modulation, permet d'avoir un champ électrique au niveau ' de l'électrode émettrice égal au champ seuil d'émission du matériau, VΞ étant supérieur à V :
Vs = V + ΔVΞ Pour toute valeur de potentiel de 1 ' électrode modulatrice supérieure à Vs, il y a émission d ' électrons .
A titre d'exemple, les plaques d'anode 32 et de cathode 31 peuvent être espacées de 1 mm, les bandes métalliques 38 et 39 peuvent avoir une largeur de 20 μm et être espacées de 10 μm. La couche isolante 34 peut être une couche de silice de 1 μm d'épaisseur. L'électrode de cathode 35 peut avoir une largeur de 5 μm et être centrée dans l'espacement séparant les bandes métalliques 38 et 39. Pour un matériau émissif 30 -ayant un champ seuil de 5 à 6 V/μm, ce qui est classique, on applique sur l'anode un potentiel de + 3000 V par rapport à la cathode, ce qui donne un champ électrique de 3 V/μm au niveau de l'électrode émettrice, ce champ étant inférieur au champ seuil.
L'électrode de cathode 35 étant maintenue à 0 V, si l'électrode modulatrice 38, 39 est portée à + 30 V, le champ électrique à la surface de l'électrode émissive passe à 7 V/μm, ce qui est supérieur au champ seuil. Il apparaît donc que les tensions à commuter restent faibles, typiquement quelques dizaines de volts, ce qui ne pose aucun problème.
L'écran peut aussi être utilisé selon le deuxième mode de fonctionnement suivant. On applique entre l'électrode 37 et l'électrode de cathode 35 une différence de potentiel et il en résulte un champ électrique au niveau de l'électrode émettrice. Si ce champ électrique est supérieur au champ seuil d'extraction des électrons du matériau émissif 30, il y a émission d'électrons sous l'effet de ce seul champ. Si l'électrode de modulation 38, 39 est portée à' un potentiel inférieur à celui de 1 ' électrode de cathode 35, il se produit un déplacement et une déformation des équipotentielles entraînant une diminution du champ électrique au niveau de l'électrode émettrice. Le potentiel de l'électrode de modulation peut être choisi tel que le champ électrique au niveau de 1 ' électrode d'émission devienne inférieur au champ seuil du matériau émissif et ainsi permette d'arrêter l'émission d'électrons. Ainsi, à toute valeur V de potentiel appliqué à 1 ' électrode émettrice il existe une valeur Vs de potentiel qui, appliqué à l'électrode de modulation, permet d'avoir un champ électrique au niveau de l'électrode émettrice égal au champ seuil d'émission du matériau, Vs étant inférieur à V :
Vs = V - ΔVS Pour toute valeur de potentiel appliqué à l'électrode modulatrice supérieure à VΞ , il y a émission d'électrons. Pour toute valeur inférieure à Vs , l'émission est supprimée.
La plaque de cathode, et notamment la répartition des électrodes, peut présenter différentes variantes . Les figures 5 à 9 représentent quelques unes des variantes possibles. Par souci de clarté, on n'a représenté sur ces figures qu'une seule électrode de cathode .
La figure 5 représente une plaque de cathode 41 comprenant une plaque 43 en matériau isolant (par exemple du verre) supportant un réseau d'électrodes modulatrices formées chacune de deux bandes conductrices 48 et 49 reliées ensemble. La plaque 43 supporte aussi une couche isolante 44, par exemple en silice. Sur la couche isolante 44, on a déposé des électrodes de cathode 45 en correspondance avec les électrodes modulatrices 48, 49. Chaque électrode de cathode est déposée au-dessus de l'intervalle séparant les bandes conductrices 48 et 49 correspondantes et symétriquement par rapport à celles- ci . Sur ces électrodes de cathode 45 sont déposées successivement une couche résistive 46 et une couche de matériau émissif 47. La couche résistive 46 a pour fonction d'uniformiser l'émission à la surface de l'électrode émissive qui est formée de la superposition des éléments 45, 46 et 47. Ainsi, on empêche des émissions ponctuelles très fortes, pouvant conduire à des claquages, de se produire. Cette disposition permet de minimiser la superposition de 1 ' électrode de cathode et de 1 ' électrode modulatrice et donc de minimiser la capacité parasite qui existe entre elles, ce qui est important lorsque la surface de l'écran est grande. Certains dispositifs ne nécessitent pas cette précaution vis-à-vis de la capacité parasite. La forme de l'électrode de modulation peut aller de celle représentée à la figure 5 à celle représentée à la figure 6 où elle n'est constituée que d'une seule bande. Elle peut évidemment prendre toutes les formes intermédiaires .
La figure 6 représente une plaque de cathode comprenant, comme pour la figure 5, une plaque support 53, une couche isolante 54, une électrode de cathode 55, une couche résistive 56 et une couche de matériau émissif 57. Par contre, l'électrode modulatrice 50 est constituée par une seule bande conductrice, l'électrode émettrice étant centrée sur l'électrode modulatrice.
La figure 7 illustre une forme intermédiaire. On retrouve la structure de plaque de cathode de la figure 5. La plaque de cathode 61 comprend une plaque support 63, deux bandes conductrices 68 et 69 formant l'électrode modulatrice, la couche isolante 64 supportant 1 ' électrode émettrice constituée par l'électrode de cathode 65, la couche résistive 66 et la couche de matériau émissif 67. L'électrode émettrice possède dans cette variante la même largeur que 1 ' intervalle séparant les deux bandes conductrices 68 et 69.
Sur la figure 8, on retrouve aussi la structure de plaque de cathode de la figure 5. La plaque de cathode 71 comprend une plaque support 73, deux bandes conductrices 78 et 79 formant l'électrode modulatrice, la couche isolante 74 supportant 1 ' électrode émettrice constituée par 1 ' électrode de cathode 75, la couche résistive 76 et la couche '"de matériau émissif 77. Dans cette variante, la couche de matériau émissif 77 ne couvre que la partie centrale de la couche résistive 76. Cette disposition permet d'obtenir un faisceau d'électrons plus focalisé en éliminant les électrons qui pourraient être soumis aux effets de bord de l'électrode de cathode 75. Cette disposition peut être combinée avec les autres variantes décrites précédemment.
Sur la figure 9, on retrouve encore une fois la structure de plaque de cathode de la figure 5. La plaque de cathode 91 comprend une plaque support 93, deux bandes conductrices 98 et 99 formant l'électrode modulatrice, la couche isolante 94 supportant 1 ' électrode émettrice comprenant 1 ' électrode de cathode 95 et la couche résistive 96. Dans cette variante, l'électrode émettrice comprend aussi des plots 92 en matériau catalyseur, par exemple du nickel, du fer, du cobalt ou un alliage de ces métaux, ces plots étant déposés sur la couche résistive 96. Les plots 92 supportent le matériau émissif 97, par exemple du carbone qui se dépose préférentiellement sur le matériau catalyseur pour constituer des sites émissifs.
La figure 10 est une vue éclatée et en perspective d'une plaque de cathode pour écran plat à émission de champ du type matriciel mettant en œuvre l'invention. La plaque de cathode 81 comprend une plaque 83, par exemple en verre, supportant un réseau de bandes conductrices Y formant des lignes, par exemple Yi , Yj , Yk. Dans ces bandes on a aménagé des ouvertures ou fenêtres 80, par exemple de forme rectangulaire. Ce réseau de lignes est recouvert d'une couche de matériau diélectrique 84 sur laquelle on a déposé des bandes conductrices 85 parallèles entre elles et perpendiculaires aux bandes Y. Les bandes conductrices 85 sont, dans cet exemple de réalisation, groupées par trois pour constituer des colonnes X1; X-, , Xκ . "Les bandes conductrices 85 sont recouvertes chacune d'une couche de matériau résistif 86 et de matériau émissif. Dans l'exemple de la figure 10, le matériau émissif 87 n'a été déposé que sur les zones utiles, c'est-à-dire sur les zones des colonnes situées au- dessus des fenêtres 80 pratiquées dans les lignes. On obtient ainsi deux réseaux, l'un de lignes et l'autre de colonnes, orthogonaux entre eux. Un pixel est constitué par le croisement d'une ligne et d'une colonne. La figure 11 est un exemple des schémas des tensions à appliquer pour adresser un pixel d'un écran de visualisation comportant une plaque de cathode du type représenté à la figure 10 et dans le cas où la tension appliquée entre l'anode et la cathode crée un champ électrique inférieur au champ seuil d'émission. Cet exemple permet de minimiser le nombre des valeurs de tension nécessaire. Pour adresser le pixel X-, , Y3 1 ' anode non représentée est portée à un potentiel VA, la colonne XD au potentiel V0 et la ligne Y3 à un potentiel Vi {V1 étant intermédiaire entre V0 et VA) . Les autres colonnes X sont portées au potentiel VI tandis que les autres lignes Y sont portées au potentiel V0. Le potentiel V1 est choisi de sorte que l'augmentation du champ électrique au niveau de l'électrode émettrice soit telle que ce champ électrique devienne supérieur au champ seuil.
La figure 12 est un schéma des tensions à appliquer pour adresser un pixel d'un écran de visualisation comportant une plaque de cathode du type représenté à la figure 10 et dans le cas où la tension appliquée entre l'anode et la cathode crée un champ électrique supérieur au champ seuil d'émission. Pour adresser un pixel X-, , Y-, l'anode non représentée est portée à un potentiel VA et la colonne X-. au potentiel V0. "Si on appelle d la distance séparant l'anode de la cathode, le champ électrique résultant de cette différence de potentiel (VA-V0) /d est supérieur au champ seuil d'émission du matériau. Pour que le pixel X3 , Y3 émette, il faut que le potentiel Vi de la ligne Y-, soit supérieur à la tension Vs. Sur la colonne X-, , pour que les pixels X-, , Y et X, Yk soient éteints, il faut que le potentiel V2 des lignes Y et Yk soit inférieur à VΞ Sur la ligne Y-* , les deux pixels X17 Y3 et Xk, Y-, doivent être éteints. Pour cela, le potentiel V3 des colonnes Xx et Xk doit être supérieur à Vi + Δvs, ΔVΞ étant égal à V0-Vs. Les pixels Xl l Y1 /Xl l Yk/X L , Y1 et Xk,Y ont une tension de colonne égale à V3 et une tension ligne égale à V2. Or, V2<VS, V3>Vι + ΔVS, Vι>Vs et V3>VS + Δvs . La différence entre les tensions de colonnes Xx-Xk et les lignes Yi-Yk étant supérieure à ΔVΞ et les tensions de lignes étant inférieures aux tensions de colonnes, les pixels correspondants n'émettent pas.
La figure 13 est également un schéma de tensions applicable au cas précédent. Parmi toutes les valeurs possibles pour Vi, V2 et V3 , on peut choisir une solution plus simple. Ainsi, si on prend Vι=V0 et ΔV>ΔVΞ, pour adresser un pixel X-, , Y3 il faut appliquer une tension V0 sur la colonne X- et la ligne Y-., les autres colonnes étant portées à une tension V0 + Δv et les autres lignes à une tension V0 - Δv.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif permettant de produire un champ électrique entre une première électrode (25) et une deuxième électrode (27), comprenant :
- des moyens pour appliquer, une différence de potentiel entre ces deux électrodes (25, 27), permettant d'obtenir, si cette différence de potentiel est appliquée seule une valeur prédéterminée de champ électrique au voisinage de la première électrode (25),
- des moyens formant électrode ' de modulation (28, 29) situés à proximité de la première électrode (25), soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que la première électrode se trouve intercalée entre la deuxième électrode et lesdits moyens formant électrode,
- des moyens de commande pour appliquer une différence de potentiel entre les moyens formant électrode de modulation (28, 29) et la première électrode (25) afin d'obtenir par la contribution desdites différences de potentiel une autre valeur prédéterminée de champ électrique audit voisinage de la première électrode (25) .
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une différence de potentiel la première (25) et la deuxième électrode (27) et les moyens de commande fournissent des différences de potentiel telles que la valeur du champ électrique audit voisinage de la première électrode (25) est supérieure à la valeur qui serait due à la seule différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27) .
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27) et les moyens de commande fournissent des différences de potentiel telles que la valeur du champ électrique audit voisinage de la première électrode (25) est inférieure à la valeur qui serait due à la seule différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que la première
(25) et la deuxième électrode (27) et les moyens formant électrode de modulation (28,29) sont disposés selon des plans parallèles.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens formant électrode de modulation comprennent deux électrodes (28,29) encadrant la première électrode (25) .
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la première électrode se trouvant intercalée entre la deuxième électrode et les moyens formant électrode de modulation, les moyens formant électrode de modulation sont constitués d'une seule électrode.
7. Procédé de production d'un champ électrique entre une première électrode (25) et une deuxième électrode (27), comprenant :
- l'application d'une différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27) de manière à obtenir, si cette différence de potentiel était appliquée seule, une valeur prédéterminée de champ électrique au voisinage de la première électrode (25),
- l'application d'une différence de potentiel entre la première électrode (25) et des moyens formant électrode de modulation (28,29) et situés à proximité de la première électrode (25), soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que la première électrode se trouve intercalée entre la deuxième électrode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir, en coopération avec le champ électrique dû à l'application de la différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27), une autre valeur prédéterminée de champ électrique .
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'application de la différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27) est telle que, si cette différence de potentiel était appliquée seule, le champ électrique audit voisinage de la première électrode (25) serait supérieur à ladite autre valeur prédéterminée
9. Procédé selon la revendication 7 , caractérisé en ce que l'application de la différence de potentiel entre la première (25) et la deuxième électrode (27) est telle que, si cette différence de potentiel était appliquée seule, le champ électrique audit voisinage la première électrode (25) serait inférieur à ladite autre valeur prédéterminée.
10. Ecran de visualisation à émission de champ comprenant une plaque d'anode (32) et une plaque de .cathode (31) disposées en regard, la plaque d'anode
(32) comportant sur sa face interne à l'écran au moins une électrode (37) supportant des moyens luminophores
(20), la plaque de cathode (31) comportant sur sa face interne à 1 ' écran au moins une électrode émettrice d'électrons (35) au moins partiellement en regard de l'électrode d'anode (37), cette électrode de cathode (35) devenant émettrice d'électrons lorsque le champ électrique à son voisinage dépasse une valeur de seuil, l'écran comprenant également des moyens d'application d'une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode (37) et ladite électrode de cathode (35), caractérisé en ce que 1 ' écran comprend en outre des moyens formant électrode de modulation (38,39) situés à proximité de l'électrode de cathode (35), soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que l'électrode de cathode (35) se trouve intercalée entre l'électrode d'anode (37) et lesdits moyens formant électrode de modulation, l'écran comprenant également des moyens de commande pour appliquer une différence de potentiel entre l'électrode de cathode (35) et les moyens formant électrode de modulation (38,39), les moyens pour appliquer des différences de potentiel sont tels qu'ils permettent d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode une valeur prédéterminée de champ électrique résultant de la contribution desdites différences de potentiel, ladite valeur prédéterminée étant à volonté soit inférieure à ladite valeur de seuil, soit supérieure à ladite valeur de seuil.
11. Ecran de visualisation selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode (37) et ladite électrode de cathode (35) sont tels que, en l'absence d'une différence de potentiel appliquée entre l'électrode de cathode (35) et _les moyens formant électrode de modulation (38, 39), ladite valeur prédéterminée de champ électrique est inférieure à ladite valeur de seuil .
12. Ecran de visualisation selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode d'anode (37) et ladite électrode de cathode
(35) sont tels que, en l'absence d'une différence de potentiel appliquée entre l'électrode de cathode (35) et les moyens formant électrode de modulation (38, 39), ladite valeur prédéterminée de champ électrique est supérieure à ladite valeur de seuil.
13. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les moyens formant électrode de modulation comprennent deux électrodes (38,39) encadrant ladite électrode de cathode (35) .
14. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que, ladite électrode de cathode étant située entre ladite électrode d'anode et les moyens form'ant électrode de modulation, les moyens formant électrode de modulation (50) sont constitués d'une seule électrode .
15. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 , caractérisé en ce que, ladite électrode de cathode étant située entre ladite électrode d'anode et les moyens formant électrode de modulation, ladite électrode de cathode (35) et les moyens formant électrode de modulation (38,39) sont séparés par une couche de matériau isolant (34) .
16. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que ladite électrode de cathode (35) comprend un élément conducteur sur lequel est déposée une couche de matériau émissif (30) .
17. Ecran de visualisation selon la revendication 16, caractérisé en ce que la couche de matériau émissif (47) est séparée dudit élément conducteur (45) par une couche résistive (46) .
18. Ecran de visualisation selon la revendication 17, caractérisé en ce que la couche de matériau émissif (77) ne recouvre qu'une partie de la couche résistive (76) .
19. Ecran de visualisation selon la revendication 17, caractérisé en ce que le matériau émissif (97) est un matériau déposé sur la couche résistive (96) par l'intermédiaire d'un matériau catalyseur (92) déposé sur la couche résistive (96) et sur lequel le matériau émissif (97) se dépose préférentiellement .
20. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications 10 à 19, caractérisé en ce qu'il est du type matriciel, le croisement de lignes et de colonnes définissant des pixels .
21. Ecran de visualisation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque d'anode comporte une électrode commune supportant des moyens luminophores, la plaque de cathode (81) comporte une plaque (83) supportant des lignes de conducteurs
(Yi( Y , Yk) constituant les moyens formant électrode de modulation, recouverte d'une couche de matériau diélectrique (84) , la couche de matériau diélectrique supportant des colonnes de conducteurs (85), les lignes et les colonnes formant un arrangement matriciel relié à des moyens d'adressage et définissant des pixels, les colonnes de conducteurs supportant un matériau émissif (87).
22. Ecran de visualisation selon la revendication 21, caractérisé en ce que chaque pixel correspond au croisement d'une ligne (Yj., Y , Yk) et de plusieurs conducteurs de colonnes (85).
23. Ecran de visualisation selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que les lignes de conducteurs (Yi, Yj , Yk) comportent des fenêtres (80) en vis-à-vis des colonnes de conducteurs (85), le matériau émissif (87) supporté par les colonnes de conducteurs n'étant présent que sur les zones des colonnes de conducteurs correspondant aux fenêtres ( 80 ) .
24. Procédé d'utilisation d'un écran de visualisation à émission de champ comprenant au moins une électrode d'anode (37) et au moins une électrode de cathode (35) en regard, l'électrode de cathode comprenant un matériau émissif (30) émettant des électrons lorsque le champ électrique au voisinage de l'électrode de cathode (35) dépasse une valeur de seuil, caractérisé en ce qu'il comprend, pour obtenir une émission d'électrons de la part du matériau émissif :
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode d'anode (37) et l'électrode de cathode (35) de manière à obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, si cette différence de potentiel était appliquée seule, un champ électrique de valeur inférieure à ladite valeur de seuil,
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode de cathode (35) et des moyens formant électrode de modulation (38,39) situés à proximité de l'électrode de cathode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que l'électrode de cathode se trouve intercalée entre l'électrode d'anode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, en coopération avec le champ électrique dû à l'application de la différence de potentiel entre les électrodes d'anode (37) et de cathode (35), une valeur de champ électrique supérieure à ladite valeur de seuil.
25. Procédé d'utilisation d'un écran de visualisation à émission de champ comprenant au moins une électrode d'anode (37) et au moins une électrode de cathode (35) en regard, l'électrode de cathode comprenant un matériau émissif (30) émettant des électrons lorsque le champ électrique au voisinage de l'électrode de cathode (35) dépasse une valeur de seuil, caractérisé en ce qu'il comprend, pour éviter une émission d'électrons de la part du matériau émissif :
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode d'anode (37) et l'électrode de cathode (35) de manière à obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, si cette différence de potentiel était appliquée seule, un champ électrique de valeur supérieure à ladite valeur de seuil,
- l'application d'une différence de potentiel entre l'électrode de cathode (35) et des moyens formant électrode de modulation (38,39) situés à proximité de l'électrode de cathode, soit dans le même plan qu'elle, soit de manière que l'électrode de cathode se trouve intercalée entre l'électrode d'anode et lesdits moyens formant électrode de modulation, afin d'obtenir audit voisinage de l'électrode de cathode, en coopération avec le champ électrique dû à l'application de la différence de potentiel entre les électrodes d'anode (37) et de cathode (35), une valeur de champ électrique inférieure à ladite valeur de seuil.
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