EP1956625B1 - Structure émettrice d'électrons par effet de champ, à focalisation de l'émission - Google Patents

Structure émettrice d'électrons par effet de champ, à focalisation de l'émission Download PDF

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EP1956625B1
EP1956625B1 EP08101232A EP08101232A EP1956625B1 EP 1956625 B1 EP1956625 B1 EP 1956625B1 EP 08101232 A EP08101232 A EP 08101232A EP 08101232 A EP08101232 A EP 08101232A EP 1956625 B1 EP1956625 B1 EP 1956625B1
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EP
European Patent Office
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electron emitting
gate electrode
bands
emitting elements
emission zone
Prior art date
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Jean Dijon
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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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
    • H01J29/58—Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • 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
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels

Definitions

  • the invention relates to an electron emitting structure for a field effect device. It concerns the focus of the electronic program.
  • the document FR-A-2,836,279 discloses a cathode structure for an emissive screen.
  • the cathode structure is of the triode type, that is to say that it comprises an electron extraction grid.
  • the grid is an electrode provided with openings.
  • the electron emitting elements are located in the central part of each gate opening. This structure is well suited to the use of nanotubes as electron emitting elements.
  • the figure 1 is a perspective view and very partial of a cathode structure disclosed by the document FR-A-2,836,279 .
  • the cathode structure comprises a substrate 1, for example made of glass, successively supporting a cathode electrode 3, a resistive layer 2, a dielectric layer 4 and an extraction gate electrode 5.
  • An opening 6 formed in the gate electrode 5 and the dielectric layer 4 reveals the resistive layer 2 which supports electron emitting elements 7 in carbon nanotubes.
  • the emitting elements are placed symmetrically with respect to the two parts of the gate electrode 5 so that the lateral component of the electric field, which is one of the causes of the divergence of the electron beam, is minimal.
  • the figure 2 is a top view of the structure of an image element (or pixel) made according to the teaching of the document FR-A-2,836,279 .
  • the figure 1 is a view corresponding to section II of the figure 2 .
  • the figure 2 shows the gate electrode 5 provided with slots 6 revealing electron emitting elements 7 supported by the resistive layer 2.
  • a cathode electrode 3 has also been initiated, although not visible in plan view.
  • Reference 8 represents the shape of the electronic spot (or spot) coming from an electron emitting element 7.
  • the document FR-A-2,873,852 proposed an improvement of the teaching of the document FR-A-2,836,279 .
  • This improvement consists in rotating the slots of the gate electrode by 90 ° so that these slots are perpendicular to the red-green-blue bands of the phosphors disposed on an anode facing the cathode structure. The slots are therefore arranged perpendicularly to the columns formed by the cathode electrodes.
  • the figure 3 shows three pixels of a cathode structure according to the teaching of the document FR-A-2,873,852 .
  • the pixels represented result from the crossing of cathode electrodes 13 and gate electrodes 15.
  • the slots 16 of the gate electrodes are arranged perpendicularly to the cathode electrodes 13.
  • the references 18 designate electronic spots coming from transmission elements. Electrons 17. It is seen that the interline mixing of the electron beams is important. Nevertheless, with this structure, there remains a significant divergence along the Y axis, a divergence that results in a loss of useful electrons for the pixel and in random pixel-to-pixel brightness fluctuations. These fluctuations come from a mixture of the electrons coming from the neighboring pixels of the pixel of interest (see figure 3 ).
  • the object of the present invention is to minimize this problem.
  • the subject of the invention is a field-emitting and triode-type electron-emitting structure comprising at least one electron emission zone resulting from the crossing of a cathode electrode arranged along a first axis and a extraction grid disposed along a second axis, a layer of electrical insulation separating the cathode electrode of the gate electrode, the electron emission zone comprising a plurality of electron emitting elements electrically connected to the cathode electrode, the electron emitting elements being arranged in rows in openings formed in the gate electrode and the electrical insulator layer, the gate openings being arranged in rows, each gate opening being between two bands of the gate electrode, the structure also comprising means for focusing the beams.
  • the focusing means are constituted by an asymmetrical arrangement of rows of electron emitting elements and their adjacent gate electrode strips, the dissymmetry being organized to focus the set of electron beams and resulting from a difference in bandwidth of the gate electrode adjacent to the same gate aperture so that for that gate aperture, the adjacent outermost band of the electron emission zone is narrower than the nearest-most adjacent band. inside the electronic emission zone.
  • the difference in width of the electrode strips may be such that the width of the bands decreases progressively from the inside to the outside of the electron emission zone.
  • the gate electrode may have, in the central part of the electronic emission zone, at least one gate opening whose adjacent bands are equal. widths, the electrode strips of gradually decreasing width being located on either side of this central portion.
  • the asymmetry also results from an offset of at least one row of electron-emitting elements with respect to the main axis of the gate opening corresponding to this row. , the offset consisting in bringing said row closer to the center of the electronic emission zone. Since the dissymmetry resulting from the shifting of several rows of electron-emitting elements, the shift may progressively increase from the inside to the outside of the electron emission zone.
  • the gate electrode may have, in the central part of the electronic emission zone, at least one gate opening whose row of electron-emitting elements is centered on its main axis, the rows of emitting elements progressively increasing shift electrons being located on either side of this central part.
  • the bands of the gate electrode may be oriented along the first axis or along the second axis.
  • the invention will be explained by comparing a triode type electron-emitting structure according to the prior art, illustrated by FIG. figure 4 , and a triode type electron-emitting structure, used by the invention and illustrated by the figure 5 .
  • the figure 4 shows a cathode electrode 23 successively supporting a dielectric layer 24 and a gate electrode 25.
  • An opening 26 is made in the gate electrode 25 and the dielectric layer 24 to reveal the cathode electrode 23.
  • an electron-emitting element 27 In the center of the 26 and in electrical contact with the cathode electrode 23 is disposed an electron-emitting element 27.
  • the electron-emitting element can be in electrical contact with the cathode electrode by means of a resistive layer ( or ballast layer) as in the case illustrated by the figure 1 .
  • the opening 26 separates the gate electrode 25 into two parts (left and right of the line) electrically connected to each other.
  • Arrows show the horizontal (along the Y axis) and the vertical (Z axis) electric field components that are generated when the cathode structure is operating.
  • Electronic trajectories have also been represented under the reference 20.
  • the structure being symmetrical (emitter element located in the center of the opening, left and right parts of the gate electrode of the same width), the zone where the electric field is vertical corresponds to the center of the emitter element.
  • the electrons emitted on either side of the vertical field line diverge in the same way on both sides of the vertical field line.
  • the figure 5 shows a cathode structure virtually identical to that of the figure 4 : cathode electrode 33, dielectric layer 34, gate electrode 35, aperture 36 and electron emitter element 37.
  • An essential difference concerns the asymmetry of width existing between the left and right parts of the gate electrode 35. case of figure 5 , the right part of the gate electrode is wider than the left part.
  • the figure 6 is a top view of a pixel according to the first embodiment of the invention.
  • a cathode electrode 43 and an extraction gate electrode 45 provided with slots 46 in the form of slots.
  • Each slot 46 reveals a row of electron emitting elements 47 electrically connected to the cathode electrode 43 via a resistive layer (or ballast layer) 42.
  • the slots 46 are separated from each other by strips 49.
  • the structure of the pixel defined by the intersection of the cathode electrode 43 and the gate electrode 45 has as a line of symmetry the line AA 'directed along the axis of the gate electrode. Note on this structure that the widths of the bands 49 are becoming weaker as one moves away from the line AA '.
  • the reference 48 designates electronic spots coming from electron-emitting elements 47.
  • the electronic spot 48 coming from an electron-emitting element 47 situated on the axis AA ' is centered on this element since there exists a symmetry at level of the axis AA 'between the electron emitting elements and the adjacent bands 49 which are of the same width.
  • the electronic spots 48 coming from electron emitting elements 47 situated in slots 46 not centered on the axis AA ' are eccentric because of the smaller width of the strips 49 furthest away from the axis AA'. The eccentricity of these spots causes the focus of all the electronic spots from the pixel.
  • the structure of a pixel usually has a much higher number of grid electrode strips.
  • a bandwidth gradient is made along the Y axis (see FIG. figure 6 ), starting from the central figure of the pixel constituted by the axis AA 'when the gate electrode strips are oriented along the axis X (axis of the gate electrode).
  • the gate electrode strips are oriented along the Y axis (as shown in FIG. figure 2 , Y being the axis of the cathode electrode)
  • a bandwidth gradient will be realized along the X axis (axis of the gate electrode).
  • the figure 7 gives an example of the width profile L of the bands of a grid electrode along the Y axis for a pixel of a display screen.
  • the y-axis, representing the width L is positioned on the center line of the pixel.
  • there is a first area where the gate electrode bands are of constant width up to a distance Y 0 from the center line which substantially corresponds to (h / 2 - d) where h is a dimension of the pixel corresponding to a gate electrode, d is the overflow of the electron beam, with d g.tg ⁇ , where g is the distance separating the anode from the cathode of the display screen and ⁇ is the half-divergence of the beam electronic.
  • the gradient remains up to the value Y 1 representing the edge of the emissive zone of the pixel.
  • the decentering consisting of to bring the rows of emitting elements closer to the strip closest to the axis AA '.
  • the bands 49 are of equal widths and, when one moves away from the axis AA ', the rows of electron-emitting elements are decentered more and more towards the axis AA'.
  • the figure 9 illustrates an exemplary implementation of the invention for a color flat screen display pixel.
  • the pixel has three subpixels: a subpixel for the red color, a subpixel for the green color and a subpixel for the blue color.
  • a subpixel for the red color a subpixel for the red color
  • a subpixel for the green color a subpixel for the blue color.
  • connections 90 electrically connect the three sub-pixels.
  • the connections 90 are arranged along the central axis AA 'of the pixel to avoid the creation of divergent lateral electric fields.
  • the sub-pixels 100, 200 and 300 being identical, only the sub-pixel 300 will be described in more detail.
  • a sub-pixel such as the sub-pixel 300 comprises four identical parts arranged symmetrically with respect to the center of the sub-pixel 300 1 , 300 2 , 300 3 and 300 4 .
  • the figure 10 shows one of the four portions 300 4 of the sub-pixel 300.
  • the portion 300 4 consists of the electrode strip 90 (common to the part 300 2 ) and successive electrode strips 91 to 99.
  • the width of the strips is in accordance with the profile illustrated by the figure 7 .
  • the strips 90 to 94 have a width of 13 ⁇ m
  • the strip 95 has a width of 11 ⁇ m
  • the strip 96 has a width of 9 ⁇ m
  • the strip 97 has a width of 7 ⁇ m
  • the strip 98 has a width of 5 ⁇ m
  • the band 99 has a width of 3 ⁇ m.
  • the rows of electron emitting elements 80 are arranged symmetrically between two adjacent bands. The distance separating two adjacent strips is, for example, 12 ⁇ m.
  • FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views illustrating an embodiment of the present invention.
  • the figure 11A shows a substrate 51, for example glass, on which are deposited and etched cathode conductors 53 which may be molybdenum or tungsten alloy and titanium and which represent the columns of the screen.
  • cathode conductors 53 which may be molybdenum or tungsten alloy and titanium and which represent the columns of the screen.
  • a layer 52 of amorphous silicon having a thickness of between 0.5 and 2 ⁇ m, an electrically insulating layer 54 of silica with a thickness of between 1 and 3 ⁇ m and a metal layer 55 of molybdenum or copper are then successively deposited. , intended to form the electron extraction grid.
  • a resin layer 60 is then deposited on the structure obtained. Openings are made in the resin to define the lines of the screen and the grid patterns. Thus, an opening 61 defines the size of the future electron emitting elements.
  • the metal layer 55 and the electrical insulating layer 54 are etched by reactive dry etching (see FIG. Figure 11B ).
  • a pad 62 is deposited consisting of a catalyst layer (typically iron, nickel or iron / silicon / palladium / nickel alloys in thickness of 1 to 20 nm).
  • the pad may also be a multilayer comprising a metal sub-layer (TiN, TaN, Al or Ti 50 nm thick) and a catalyst layer.
  • the figure 11D shows the structure obtained after removal of the resin followed by the growth of carbon nanotubes 63 by CVD using a pressure of some 0.1 mbar acetylene at 550 ° C for 1 minute.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention se rapporte à une structure émettrice d'électrons pour dispositif à effet de champ. Elle concerne la focalisation de l'émission électronique.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • La divergence des faisceaux électroniques est un critère de qualité important pour les écrans à émission de champ. En effet, cette divergence contrôle la résolution des écrans réalisables, la pureté des couleurs, le rendement lumineux et également l'uniformité de l'émission.
  • Le document FR-A-2 836 279 divulgue une structure de cathode pour écran émissif. La structure de cathode est de type triode, c'est-à-dire qu'elle comprend une grille d'extraction des électrons. La grille est une électrode pourvue d'ouvertures. Pour limiter la divergence du faisceau d'électrons, les éléments émetteurs d'électrons sont situés dans la partie centrale de chaque ouverture de grille. Cette structure est bien adaptée à l'utilisation de nanotubes comme éléments émetteurs d'électrons.
  • La figure 1 est une vue en perspective et très partielle d'une structure de cathode divulguée par le document FR-A-2 836 279 . La structure de cathode comprend un substrat 1, par exemple en verre, supportant successivement une électrode de cathode 3, une couche résistive 2, une couche diélectrique 4 et une électrode de grille d'extraction 5. Une ouverture 6 pratiquée dans l'électrode de grille 5 et la couche diélectrique 4 révèle la couche résistive 2 qui supporte des éléments émetteurs d'électrons 7 en nanotubes de carbone. Les éléments émetteurs sont placés symétriquement par rapport aux deux parties de l'électrode de grille 5 pour que la composante latérale du champ électrique, qui est l'une des causes de la divergence du faisceau d'électrons, soit minimale.
  • La figure 2 est une vue de dessus de la structure d'un élément d'image (ou pixel) réalisé selon l'enseignement du document FR-A-2 836 279 . La figure 1 est une vue correspondant à la coupe I-I de la figure 2.
  • La figure 2 montre l'électrode de grille 5 pourvue de fentes 6 révélant des éléments émetteurs d'électrons 7 supportés par la couche résistive 2. On a amorcé également, bien que non visible en vue de dessus, une électrode de cathode 3.
  • La dissymétrie de la structure en X et Y fait que la divergence est plus faible selon l'axe des fentes 6 que selon l'axe X perpendiculaire aux fentes. La référence 8 représente la forme de la tache (ou spot) électronique issu d'un élément émetteur d'électrons 7.
  • Le document FR-A-2 873 852 a proposé une amélioration de l'enseignement du document FR-A-2 836 279 . Cette amélioration consiste à tourner de 90° les fentes de l'électrode de grille de façon que ces fentes soient perpendiculaires aux bandes Rouge-Vert-Bleu des luminophores disposés sur une anode en regard de la structure de cathode. Les fentes sont donc disposées perpendiculairement aux colonnes que forment les électrodes de cathode.
  • La figure 3 montre trois pixels d'une structure de cathode selon l'enseignement du document FR-A-2 873 852 . Les pixels représentés résultent du croisement d'électrodes de cathode 13 et d'électrodes de grille 15. Les fentes 16 des électrodes de grille sont disposées perpendiculairement aux électrodes de cathode 13. Les références 18 désignent des spots électroniques issus d'éléments émetteurs d'électrons 17. On voit que le mélange interligne des faisceaux électroniques est important. Il reste néanmoins, avec cette structure, une divergence importante selon l'axe Y, divergence qui se traduit par une perte d'électrons utiles pour le pixel et par des fluctuations aléatoires de brillance de pixel à pixel. Ces fluctuations proviennent d'un mélange des électrons issus des pixels voisins du pixel d'intérêt (voir la figure 3).
  • L'objectif de la présente invention est de minimiser ce problème.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention a pour objet une structure émettrice d'électrons par effet de champ et de type triode, comprenant au moins une zone d'émission électronique résultant du croisement d'une électrode de cathode disposée selon un premier axe et d'une électrode de grille d'extraction disposée selon un deuxième axe, une couche d'isolant électrique séparant l'électrode de cathode de l'électrode de grille, la zone d'émission électronique comprenant une pluralité d'éléments émetteurs d'électrons électriquement connectés à l'électrode de cathode, les éléments émetteurs d'électrons étant disposés en rangées dans des ouvertures pratiquées dans l'électrode de grille et la couche d'isolant électrique, les ouvertures de grille étant disposées en rangées, chaque ouverture de grille étant comprise entre deux bandes de l'électrode de grille, la structure comprenant également des moyens de focalisation des faisceaux électroniques émis par les éléments émetteurs d'électrons, caractérisée en ce que les moyens de focalisation sont constitués par une disposition dissymétrique de rangées d'éléments émetteurs d'électrons et de leurs bandes d'électrode de grille adjacentes, la dissymétrie étant organisée pour focaliser l'ensemble des faisceaux électroniques et résultant d'une différence de largeur de bandes d'électrode de grille adjacentes à une même ouverture de grille de façon que, pour cette ouverture de grille, la bande adjacente située la plus vers l'extérieur de la zone d'émission électronique est moins large que la bande adjacente située le plus vers l'intérieur de la zone d'émission électronique.
  • La différence de largeur des bandes d'électrode peut être telle que la largeur des bandes décroît progressivement de l'intérieur vers l'extérieur de la zone d'émission électronique. L'électrode de grille peut présenter, en partie centrale de la zone d'émission électronique, au moins une ouverture de grille dont les bandes adjacentes sont d'égales largeurs, les bandes d'électrode de largeur progressivement décroissante étant situées de part et d'autre de cette partie centrale.
  • Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la dissymétrie résulte aussi d'un décalage d'au moins une rangée d'éléments émetteurs d'électrons par rapport à l'axe principal de l'ouverture de grille correspondant à cette rangée, le décalage consistant à rapprocher ladite rangée du centre de la zone d'émission électronique. La dissymétrie résultant du décalage de plusieurs rangées d'éléments émetteurs d'électrons, le décalage peut augmenter progressivement de l'intérieur vers l'extérieur de la zone d'émission électronique. Ainsi, l'électrode de grille peut présenter, en partie centrale de la zone d'émission électronique, au moins une ouverture de grille dont la rangée d'éléments émetteurs d'électrons est centrée sur son axe principal, les rangées d'éléments émetteurs d'électrons à décalage augmentant progressivement étant situées de part et d'autre de cette partie centrale.
  • Les bandes de l'électrode de grille peuvent être orientées selon le premier axe ou selon le deuxième axe.
    • 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 figue 1 est une vue en perspective et très partielle d'une structure de cathode de type triode selon l'art antérieur,
    • la figure 2 est une vue de dessus de la structure d'un élément d'image pour écran de visualisation, selon l'art antérieur,
    • la figure 3 est une vue de dessus de trois éléments d'image d'une structure de cathode selon l'art antérieur, ainsi que des spots électroniques issus d'éléments émetteurs d'électrons de ces éléments d' image,
    • la figure 4 représente de manière schématique une structure émettrice d'électrons, de type triode, selon l'art antérieur,
    • la figure 5 représente de manière schématique une structure émettrice d'électrons, de type triode, faisant partie d'un élément d'image à multiple éléments émetteurs d'électrons,
    • la figure 6 est une vue de dessus d'un pixel selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention,
    • la figure 7 est un diagramme montrant un exemple de profil de largeur des bandes d'une électrode de grille d'extraction suivant l'axe Y d'un pixel, selon l'invention,
    • la figure 8 est une vue de dessus d'un pixel selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention,
    • la figure 9 est une vue de dessus d'un pixel couleur d'écran plat de visualisation selon l'invention,
    • la figure 10 est une vue partielle du pixel de la figure 9,
    • les figures 11A à 11D sont des vues en coupe transversale illustrant un mode de réalisation de la présente invention.
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • L'invention va être expliquée en comparant une structure émettrice d'électrons de type triode selon l'art antérieur, illustrée par la figure 4, et une structure émettrice d'électrons de type triode, utilisée par l'invention et illustrée par la figure 5.
  • La figure 4 montre une électrode de cathode 23 supportant successivement une couche diélectrique 24 et une électrode de grille 25. Une ouverture 26 est pratiquée dans l'électrode de grille 25 et la couche diélectrique 24 pour révéler l'électrode de cathode 23. Au centre de l'ouverture 26 et en contact électrique avec l'électrode de cathode 23 est disposé un élément émetteur d'électrons 27. L'élément émetteur d'électrons peut être en contact électrique avec l'électrode de cathode par le biais d'une couche résistive (ou couche ballast) comme dans le cas illustré par la figure 1. De manière classique, l'ouverture 26 sépare l'électrode de grille 25 en deux parties (à gauche et à droite de la ligne) connectées électriquement entre elles.
  • On a représenté par des flèches les composantes de champ électrique horizontales (selon l'axe Y) et verticales (selon l'axe Z) qui sont générées lorsque la structure de cathode fonctionne. On a également représenté sous la référence 20 des trajectoires électroniques. La structure étant symétrique (élément émetteur situé au centre de l'ouverture, parties gauche et droite de l'électrode de grille de même largeur), la zone où le champ électrique est vertical correspond au centre de l'élément émetteur. Les électrons émis de part et d'autre de la ligne de champ verticale divergent de la même manière de part et d'autre de la ligne de champ verticale.
  • La figure 5 montre une structure de cathode pratiquement identique à celle de la figure 4 : électrode de cathode 33, couche diélectrique 34, électrode de grille 35, ouverture 36 et élément émetteur d'électrons 37. Une différence essentielle concerne la dissymétrie de largeur existant entre les parties gauche et droite de l'électrode de grille 35. Dans le cas de la figure 5, la partie droite de l'électrode de grille est plus large que la partie gauche.
  • Il résulte de cette dissymétrie que la ligne de champ vertical ne se situe plus au centre de l'élément émetteur d'électrons. Cette ligne est décalée du côté de la partie de l'électrode de grille la plus étroite. Les électrodes ont alors des trajectoires 30 qui sont essentiellement dirigées du côté opposé à la partie de l'électrode de grille la plus étroite.
  • Selon la présente invention, il est proposé de réaliser une structure de pixel comportant des largeurs de grille d'extraction de plus en plus étroites au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre du pixel. On peut ainsi créer une structure qui a tendance à focaliser les électrons vers le centre du pixel.
  • La figure 6 est une vue de dessus d'un pixel selon le premier mode de mise en oeuvre de l'invention. On y reconnaît une électrode de cathode 43 et une électrode de grille d'extraction 45 pourvue d'ouvertures 46 en forme de fentes. Chaque fente 46 révèle une rangée d'éléments émetteurs d'électrons 47 connectés électriquement à l'électrode de cathode 43 par l'intermédiaire d'une couche résistive (ou couche ballast) 42. Les fentes 46 sont séparées entre elles par des bandes 49. La structure du pixel défini par l'intersection de l'électrode de cathode 43 et de l'électrode de grille 45 a pour axe de symétrie la droite AA' dirigée selon l'axe de l'électrode de grille. On remarque sur cette structure que les largeurs des bandes 49 sont de plus en plus faibles au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la droite AA'. La référence 48 désigne des spots électroniques issus d'éléments émetteurs d'électrons 47. Le spot électronique 48 issu d'un élément émetteur d'électrons 47 situé sur l'axe AA' est centré sur cet élément puisqu'il existe une symétrie au niveau de l'axe AA' entre les éléments émetteurs d'électrons et les bandes adjacentes 49 qui sont de même largeur. Par contre, les spots électroniques 48 issus d'éléments émetteurs d'électrons 47 situés dans des fentes 46 non centrées sur l'axe AA' sont excentrés à cause de la moindre largeur des bandes 49 les plus éloignées de l'axe AA'. L'excentration de ces spots provoque la focalisation de l'ensemble des spots électroniques issus du pixel.
  • Evidemment, la structure d'un pixel comporte généralement un nombre beaucoup plus élevé de bandes d'électrode de grille. Dans ce cas, pour obtenir une focalisation appropriée pour le pixel, on réalise un gradient de largeur de bandes selon l'axe Y (voir la figure 6), en partant de la figure centrale du pixel, constituée par l'axe AA' lorsque les bandes d'électrode de grille sont orientées selon l'axe X (axe de l'électrode de grille). De manière analogue, si les bandes d'électrode de grille sont orientées selon l'axe Y (comme illustré sur la figure 2, Y étant l'axe de l'électrode de cathode), on réalisera dans ce cas un gradient de largeur de bandes selon l'axe X (axe de l'électrode de grille).
  • La figure 7 donne un exemple de profil de largeur L des bandes d'une électrode de grille suivant l'axe Y pour un pixel d'un écran de visualisation. L'axe des ordonnées, représentant la largeur L, est positionné sur la ligne centrale du pixel. Dans cet exemple, il existe une première zone où les bandes d'électrode de grille sont de largeur constante jusqu'à une distance Y0 de la ligne centrale qui correspond sensiblement à (h/2 - d) où h est une dimension du pixel correspondant à une électrode de grille, d est le débordement du faisceau électronique, avec d = g.tg θ, où g est la distance séparant l'anode de la cathode de l'écran de visualisation et θ est la demi-divergence du faisceau électronique. Le gradient subsiste jusqu'à la valeur Y1 représentant le bord de la zone émissive du pixel.
  • Bien sûr on n'est nullement obligé de réaliser un gradient linéaire et l'on peut réaliser toute forme de profil optimisant la focalisation. En particulier, on a intérêt à focaliser plus sur les bords que près du centre, donc un profil de largeur de grille parabolique par exemple est également très intéressant ou un profil permettant d'optimiser la brillance du pixel. La dernière bande (la plus extérieure) peut être de largeur nulle.
  • L'intérêt de réaliser des bandes de largeur variable, outre son impact sur la focalisation, permet de garder une structure d'écran facile à réaliser par auto-alignement avec des éléments émetteurs d'électrons centrés dans les gorges.
  • On pourra aussi, si l'on souhaite accroître encore l'effet de focalisation décentrer de plus en plus les éléments émetteurs d'électrons dans les fentes au fur et à mesure que l'on s'approche du bord du pixel, le décentrage consistant à rapprocher les rangés d'éléments émetteurs de la bande la plus proche de l'axe AA'. C'est ce qui est représenté sur la figure 8 où les mêmes éléments que sur la figure 6 sont référencés à l'identique. Sur cette figure, les bandes 49 sont d'égales largeurs et, lorsqu'on s'éloigne de l'axe AA', les rangés d'éléments émetteurs d'électrons sont décentrés de plus en plus vers l'axe AA'.
  • La figure 9 illustre un exemple de mise en oeuvre de l'invention pour un pixel couleur d'écran plat de visualisation. Le pixel comprend trois sous-pixels : un sous-pixel pour la couleur rouge, un sous-pixel pour la couleur verte et un sous-pixel pour la couleur bleue. Sur la figure, on a représenté uniquement, par souci de simplification les électrodes de grille 100, 200 et 300 de chaque sous-pixel, ainsi que les éléments émetteurs d'électrons 80. Des connexions 90 relient électriquement les trois sous-pixels. Les connexions 90 sont disposées le long de l'axe central AA' du pixel pour éviter la création de champs électriques latéraux divergents. Les sous-pixels 100, 200 et 300 étant identiques, seul le sous-pixel 300 va être décrit de manière plus détaillée.
  • Comme le montre la figure 9, un sous-pixel tel que le sous-pixel 300 comprend quatre parties identiques disposées symétriquement par rapport au centre du sous-pixel 3001, 3002, 3003 et 3004.
  • La figure 10 montre l'une des quatre parties 3004 du sous-pixel 300. La partie 3004 est constituée de la bande d'électrode 90 (commune à la partie 3002) et des bandes d'électrodes successives 91 à 99. Dans cet exemple de réalisation, la largeur des bandes est conforme au profil illustré par la figure 7. Ainsi, les bandes 90 à 94 ont une largeur de 13 µm, la bande 95 a une largeur de 11 µm, la bande 96 a une largeur de 9 µm, la bande 97 a une largeur de 7 µm, la bande 98 a une largeur de 5 µm et la bande 99 a une largeur de 3 µm. Les rangées d'éléments émetteurs d'électrons 80 sont disposées symétriquement entre deux bandes adjacentes. La distance séparant deux bandes adjacentes est par exemple de 12 µm.
  • Les figures 11A à 11D sont des vues en coupe transversale illustrant un mode de réalisation de la présente invention.
  • La figure 11A montre un substrat 51, par exemple en verre, sur lequel sont déposés et gravés des conducteurs de cathode 53 qui peuvent être en molybdène ou en alliage de tungstène et de titane et qui représentent les colonnes de l'écran. On dépose ensuite successivement une couche ballast 52 en silicium amorphe d'épaisseur comprise entre 0,5 et 2 µm, une couche électriquement isolante 54 en silice d'épaisseur comprise entre 1 et 3 µm et une couche métallique 55, en molybdène ou en cuivre, destinée à former la grille d'extraction des électrons.
  • Une couche de résine 60 est ensuite déposée sur la structure obtenue. Des ouvertures sont pratiquées dans la résine pour définir les lignes de l'écran et les motifs de grille. Ainsi, une ouverture 61 définit la taille des futurs éléments émetteurs d'électrons. La couche métallique 55 et la couche d'isolant électrique 54 sont gravées par gravure sèche réactive (voir la figure 11B).
  • Ensuite, les couches 55 et 54 sont gravées par gravure humide en contrôlant le retrait par rapport à l'ouverture 61 de la couche de résine 60. On obtient une ouverture 56 comme le montre la figure 11C. Par l'ouverture 56, on dépose un plot 62 constitué d'une couche de catalyseur (typiquement du fer, du nickel ou des alliages fer/silicium/palladium/nickel en épaisseur de 1 à 20 nm). Le plot peut aussi être un multicouche comprenant une sous-couche métallique (en TiN, TaN, Al ou Ti de 50 nm d'épaisseur) et une couche de catalyseur.
  • La figure 11D montre la structure obtenue après élimination de la résine suivie de la croissance de nanotubes de carbone 63 par CVD en utilisant une pression de quelques 0,1 mbar d'acétylène à 550°C pendant 1 minute.

Claims (8)

  1. Structure émettrice d'électrons par effet de champ et de type triode, comprenant au moins une zone d'émission électronique résultant du croisement d'une électrode de cathode (43) disposée selon un premier axe et d'une électrode de grille d'extraction (45) disposée selon un deuxième axe, une couche d'isolant électrique séparant l'électrode de cathode de l'électrode de grille, la zone d'émission électronique comprenant une pluralité d'éléments émetteurs d'électrons (47) électriquement connectés à l'électrode de cathode (43), les éléments, émetteurs d'électrons (47) étant disposés en rangées dans des ouvertures (46) pratiquées dans l'électrode de grille (45) et la couche d'isolant électrique, les ouvertures (46) de grille étant disposées en rangées, chaque ouverture (46) de grille étant comprise entre deux bandes (49) de l'électrode de grille (45), la structure comprenant également des moyens de focalisation des faisceaux électroniques émis par les éléments émetteurs d'électrons,
    caractérisée en ce que
    les moyens de focalisation sont constitués par une disposition dissymétrique de rangées d'éléments émetteurs d'électrons (47) et de leurs bandes (49) d'électrode de grille adjacentes, la dissymétrie étant organisée pour focaliser l'ensemble des faisceaux électroniques et résultant d'une différence de largeur de bandes (49) d'électrode de grille adjacentes à une même ouverture (46) de grille de façon que, pour cette ouverture de grille, la bande adjacente située la plus vers l'extérieur de la zone d'émission électronique est moins large que la bande adjacente située le plus vers l'intérieur de la zone d'émission électronique.
  2. Structure émettrice d'électrons selon la revendication 1, dans laquelle la différence de largeur des bandes (49) d'électrode de grille (45) est telle que la largeur des bandes décroît progressivement de l'intérieur vers l'extérieur de la zone d'émission électronique.
  3. Structure émettrice d'électrons selon, la revendication 2, dans laquelle l'électrode de grille (45) présente, en partie centrale de la zone d'émission électronique, au moins une ouverture de grille (46) dont les bandes (49) adjacentes sont d'égales largeurs, les bandes d'électrode de largeur progressivement décroissante étant situées de part et d'autre de cette partie centrale.
  4. Structure émettrice d'électrons, selon la revendication 1, dans laquelle la dissymétrie résulte d'un décalage d'au moins une rangée d'éléments. émetteurs d'électrons (47) par rapport à l'axe principal de l'ouverture (46) de grille correspondant à cette rangée, le décalage consistant à rapprocher ladite rangée du centre de la zone d'émission électronique.
  5. Structure émettrice d'électrons selon la revendication 4, dans laquelle la dissymétrie résultant du décalage de plusieurs rangées d'éléments émetteurs d'électrons (47), ledit décalage augmente progressivement de l'intérieur vers l'extérieur de la zone d'émission électronique.
  6. Structure émettrice d'électrons selon la revendication 5, dans laquelle l'électrode de grille (45) présente, en partie centrale de la zone d'émission électronique, au moins une ouverture (46) de grille dont la rangée d'éléments émetteurs d'électrons (47) est centrée sur son axe principal les rangées d'éléments émetteurs d'électrons (47) à décalage augmentant progressivement étant situées de part et d'autre de cette partie centrale.
  7. Structure émettrice d'électrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les bandes de l'électrode de grille sont orientées selon ledit premier axe.
  8. Structure émettrice d'électrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les bandes de l'électrode de grille sont orientées selon ledit deuxième axe.
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