FR2724041A1 - Ecran plat de visualisation a haute tension inter-electrodes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un écran plat de visualisation du type comportant une cathode (1) à micropointes (2) de bombardement électronique associée à une grille (3), une anode (5) portant des éléments luminophores (7), et un espace inter-électrodes (12); écran qui comporte une plaque isolante (13) de définition dudit espace (12) associée à des moyens pour maintenir cette plaque (13) à distance de l'anode (5), ladite plaque (13) étant munie de trous (14) au droit de zones (17) de micropointes (2).

Description

ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION À HAUTE TENSION INTER-ÉLECTRODES
La présente invention concerne un écran plat de visualisation. Elle s'applique plus particulièrement à un écran plat du type comportant une cathode à micropointes de bombardement électronique d'une anode portant des éléments luminophores. Ce type d'écran est communément appelé un écran à micropointes.

La figure 1 représente la structure fonctionnelle d'un écran plat à micropointes du type auquel se rapporte l'invention.

Un tel écran à micropointes est essentiellement constitué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pourvue de trous 4 correspondant aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran.

Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain numéro 4 940 916 du Commissariat à l'Energie
Atomique.

La cathode 1 est organisée en colonnes et est constituée, sur un substrat 10 par exemple en verre, de conducteurs de cathode organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont disposées à l'intérieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représentant partiellement l'intérieur d'une maille, les conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 qui est elle organisée en lignes, une couche isolante (non représentée) étant interposée entre les conducteurs de cathode et la grille 3. L'intersection, d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1, définit un pixel.

Ce dispositif utilise le champ électrique créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2 vers des éléments luminophores 7 de l'anode 5. Pour un écran couleur, l'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'éléments luminophores 7, correspondant chacune à une couleur (Bleu, Rouge, Vert). Les bandes sont séparées les unes des autres par un isolant 8. Les éléments luminophores 7 sont déposés sur des électrodes 9, constituées de bandes correspondantes d'une couche conductrice transparente telle que de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes bleues, rouges, vertes sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que les électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis à vis de chacune des couleurs.

L'assemblage des deux substrats, ou plaques, 6 et 10 supportant respectivement l'anode 5 et la cathode 1 est effectué avec ménagement d'un espace vide 12 de circulation des électrons émis par la cathode 1.

Un problème qui se pose est lié à la réalisation de cet espace 12. En effet, la distance entre la cathode 1 et l'anode 5 doit être constante pour que la brillance de l'écran soit régulière sur toute sa surface.

Pour ce faire, on utilise classiquement des billes (non représentées), par exemple en verre, régulièrement réparties entre la grille 3 et l'anode 5. Mais un inconvénient de ces billes réparties dans la surface utile de l'écran est qu'elles constituent des obstacles au trajet des électrons émis par les micropointes 2. Ces obstacles entraînent des zones d'ombre sur l'écran dans la mesure où les luminophores 7 avec lesquels elles sont en contact ne peuvent recevoir d'électrons.

Même si la forme sphérique permet de limiter cet effet en réduisant la surface de contact entre l'espaceur et un élément luminophore 7, cela n'est vrai que pour des billes de faible diamètre.

En effet, plus le diamètre des billes est important, plus ces billes seront visibles depuis la surface de l'écran en créant des zones d'ombre. Cela conduit à ce que l'on est contraint d'utiliser des billes de faible diamètre, ce qui limite l'épaisseur de l'espace vide 12 et donc la distance entre l'anode 5 et la cathode 1. Or, plus la distance entre l'anode 5 et la cathode 1 est faible, plus la tension anode-cathode doit être basse pour éviter la formation d'arcs électriques qui détruiraient l'écran. Mais la tension anode-cathode est directement liée à la brillance de l'écran. Ainsi, plus on cherche à réduire les zones d'ombre dues aux espaceurs en réduisant leur diamètre, plus on doit réduire la tension anode-cathode, et plus on réduit la brillance de l'écran.

Classiquement, le diamètre des billes est limité à environ 200 pm pour ne pas créer de zones d'ombre, la tension anode-cathode est alors limitée à environ 500 à 1000 V.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un écran à micropointes qui puisse fonctionner sous haute tension d'anode-cathode.

Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un écran plat de visualisation du type comportant une cathode à micropointes de bombardement électronique associée à une grille, une anode portant des éléments luminophores, et un espace inter-électrodes, écran qui comporte en outre une plaque isolante de définition dudit espace associée à des moyens pour maintenir cette plaque à distance de l'anode, ladite plaque étant munie de trous au droit de zones de micropointes.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de maintien à distance de la plaque sont constitués par des billes réparties entre la plaque et l'anode.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de maintien à distance de la plaque sont constitués par des bossages que comporte la plaque sur sa face en regard de l'anode.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite plaque comporte en outre, hors de la surface utile de l'écran, une lumière de réception d'un élément de piégeage d'impuretés.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite plaque est revêtue, côté anode, d'une couche conductrice.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite couche conductrice est réfléchissante vers l'anode.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite couche conductrice est en un matériau de piégeage d'impuretés.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite plaque est en verre, et les trous sont obtenus par photoformage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite plaque présente une épaisseur de valeur donnée comprise entre 0,2 et 2 mm, et les moyens pour maintenir la plaque à distance de l'anode présentent une épaisseur de valeur donnée comprise entre 0,05 et 0,2 mm.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 est destiné à exposer l'état de la technique et le problème posé
la figure 2 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un espaceur selon l'invention ; et
la figure 3 représente schématiquement et en coupe, un écran plat de visualisation selon l'invention.

Pour des raisons de clarté, les représentations des figures ne sont pas à l'échelle et les mêmes éléments ont été désignés aux différentes figures par les mêmes références.

La caractéristique essentielle de la présente invention est de proposer un espaceur dont la structure ne nuise pas au trajet des électrons émis par la cathode et dont l'épaisseur soit sans effet sur la régularité d'émission lumineuse de l'écran.

Ainsi, comme le montre la figure 2, l'invention prévoit un espaceur 13 sous forme d'une plaque isolante d'épaisseur régulière et dont la surface est sensiblement la même que celle de la cathode et de l'anode de l'écran. Cette plaque 13 est pourvue de trous 14 au droit de chaque pixel défini par l'intersection d'une ligne de la grille et d'une colonne de la cathode, ou au droit de chaque sous-pixel défini par l'intérieur d'une maille de conducteurs de cathode.

Comme le montre la figure 3, cette plaque 13 est associée à des moyens pour la maintenir à distance de l'anode 5. Ces moyens sont par exemple constitués de billes 20 de faible diamètre, réparties entre la plaque 13 et l'anode 5 comme c'est représenté à la figure 3, ou de bossages ménagés directement sur la surface de la plaque 13 qui est en regard de l'anode 5. Ces bossages présenteront de préférence une forme telle que leur surface de contact avec l'anode 5 soit la plus réduite possible. Par exemple, ces bossages pourront être sphériques ou pointus vers l'anode 5.

Ainsi, l'association de la plaque 13 pourvue des trous 14 et de ces moyens de maintien à distance permet de bénéficier à la fois d'une absence d'obstacle pour les électrons émis par les micropointes 2 de la cathode 1 et d'un espace inter-électrodes important.

La plaque 13 est par exemple en verre et les trous 14 peuvent être par exemple réalisés par photoformage.

Les trous 14 peuvent être circulaires, carrés, ou autres. On veillera cependant à ce que la taille des trous 4 et la périodicité du motif de leur répartition dans la plaque 13 soient telles qu'aucun phénomène de moiré ne soit observable depuis la surface de l'écran. Pour ce faire, on veillera à ce que la surface d'un sous-pixel, ou d'un pixel selon le mode de réalisation choisi, puisse s'inscrire dans un trou 14. De préférence, la taille d'un trou 14 sera légèrement supérieure à la taille d'un pixel, ou d'un sous-pixel, pour tenir compte d'un léger désalignement éventuel lors du positionnement de la plaque 13 sur la grille 3.

Comme le montre la figure 3, la plaque 13 est lors de l'assemblage de l'écran, posée sur la grille 3, les trous 14 de la plaque 13 étant à l'aplomb des intersections entre les lignes 15 de la grille 3 et les colonnes 16 de la cathode 1 ou au droit des mailles des conducteurs de cathode.

Pour des raisons de clarté, les détails constitutifs des mailles des conducteurs de cathode et les trous des lignes de grille n'ont pas été représentés à la figure 3. Seuls apparaissent dans la grille 3 des ouvertures qui symbolisent des zones 17 d'intersection entre une ligne 15 de la grille 3 et des colonnes (désignées par la référence 16) de la cathode 1, et qui représentent donc des pixels de l'écran. De même, un nombre limité de micropointes 2 apparaissent sur la cathode 1 au droit de ces ouvertures 17 pour des raisons de clartés. En pratique, ces micropointes 2 sont au nombre de plusieurs milliers par pixel d'écran réparties dans les sous-pixels définis par les mailles de conducteurs de cathode. Une symbolisation similaire a été effectuée, côté anode 5.Les éléments luminophores sont représentés par une couche désignée par la référence 7 et les conducteurs d'anode par une couche désignée par la référence 9. Côté anode 5, cette représentation pourrait correspondre à la structure d'un écran monochrome.

Les plaques 6 et 10 sont assemblées de manière classique au moyen d'un joint de scellement 18. Ce joint 18 peut par exemple être constitué d'un cordon de verre fusible.

Pour faire le vide dans l'espace 12 après assemblage des plaques 6 et 10, la plaque 10 est classiquement pourvue, hors de sa surface utile, d'un tube de pompage 19 débouchant dans l'espace 12 depuis la face externe de la plaque 10. Ce tube de pompage 19 est fermé à son extrémité libre une fois que le vide a été fait dans l'espace 12.

Les moyens de maintien de la plaque 13 à distance de l'anode 5 (par exemple les billes 20) permettent une communication entre les trous 14 et le tube de pompage 19. L'épaisseur de ces moyens de maintiens à distance est par exemple une valeur donnée comprise entre 0,05 et 0,2 mm.

L'invention autorise donc de fixer l'épaisseur de l'espace vide 12 à une valeur telle qu'elle permette d'alimenter la cathode et l'anode avec une différence de potentiel beaucoup plus importante. On améliore ainsi la brillance de l'écran. L'épaisseur de la plaque 13 est par exemple une valeur donnée comprise entre 0,2 et 2 mm.

A titre d'exemple, une épaisseur de 1 mm pour la plaque 13 associée à des billes 20 d'un diamètre d'environ 0,2 mm autorise, sans risque de formation d'arcs électriques, une tension anode-cathode d'environ 10000 V.

Le diamètre des trous 14 de la plaque 13 dépend de la taille des pixels ou des sous-pixels, il est par exemple d'une valeur donnée comprise entre 60 et 300 Clam. Le pas entre deux trous 14 de la plaque 13 est par exemple d'une valeur donnée d'environ 100 pin.

La plaque 13 est, selon un mode de réalisation préféré, métallisée sur sa surface en regard de l'anode 5 pour créer une surface réfléchissante 21 qui améliore encore la brillance de l'écran en renvoyant vers les éléments luminophores 7, la lumière qu'ils émettent vers l'intérieur de l'écran.

De plus, une telle métallisation 21 permet de refocaliser les électrons émis par la cathode 1 et d'optimiser ainsi la brillance et le contraste de proximité de l'écran, la métallisation 21 jouant le rôle d'une grille de focalisation.

Un autre avantage de l'invention est qu'elle permet d'utiliser, pour l'anode 5, des éléments luminophores 7 dits haute tension. De plus les conducteurs d'anode qui sont classiquement formés en un matériau transparent entre la plaque 6 et les éléments luminophores 7 peuvent désormais être formés, par un film d'aluminium très mince apposé sur les éléments luminophores 7, côté espace vide 12. La puissance des électrons émis sous haute tension d'anode-cathode leur permet de traverser ce mince film d'aluminium. Cela a pour effet d'augmenter la brillance de l'écran tout en augmentant le contraste de proximité.

En outre, l'augmentation rendue possible de l'épaisseur de l'espace 12 inter-électrodes conduit à un effet secondaire particulièrement avantageux.

En effet, les couches constitutives des électrodes et le joint de scellement 18 ont tendance à dégazer pendant le fonctionnement de l'écran. Un tel dégazage est néfaste et on est conduit à prévoir, en communication avec l'espace sous vide 12, un élément de piégeage d'impuretés, ou dégazeur, communément appelé getter. Ce getter est classiquement placé dans le tube de pompage 19 préalablement à sa fermeture.

Un inconvénient qui en découle est que ce tube 19 constitue une saillie importante, perpendiculairement au fond de l'écran alors que l'on cherche à réaliser un écran plat d'encombrement le plus faible possible. En effet, le volume du getter influe sur la durée de vie de l'écran. Plus le getter est important, plus l'écran aura une durée de vie longue, mais plus la longueur du tube 19 doit être importante pour loger ce getter.

En pratique, cela conduit à ce que les tubes de pompage 19 des écrans classiques ont une longueur de plusieurs centimètres. Ceci alors que la surface utile de l'écran que l'on recherche la plus plate possible ne présente qu'une épaisseur de quelques millimètres. L'encombrement global de l'écran fini est de ce fait beaucoup plus important que l'encombrement de sa surface utile.

L'invention autorise le logement d'un getter directement dans l'espace inter-électrodes 12 ce qui n'est pas possible dans les écrans classiques compte tenu de la faible épaisseur de l'espace sous vide 12.

Ainsi, l'invention permet de réduire l'encombrement global de l'écran en autorisant une réduction de la longueur du tube de pompage 19 jusqu'à une longueur minimale. Cette longueur minimale est liée aux contraintes de fermeture du tube 19 par fusion du verre dont il est par exemple constitué. En effet, cette fermeture doit être effectuée suffisamment loin des plaques 6 et 10 pour ne pas les endommager.

A titre d'exemple, un tube 19 d'une longueur d'environ 6 mm est suffisant pour permettre la fermeture de l'extrémité du tube 19 avec les procédés classiques sans endommager les plaques 6 et 10.

Le getter selon l'invention peut être logé à différents endroits.

Selon un mode de réalisation, la plaque 13 est pourvue, au voisinage d'un bord de l'écran, d'une lumière 22 de réception d'un getter 23. Le volume utile du getter 23 est alors plus important et l'augmentation de sa surface externe accroît sa capacité de dégazage.

Selon une variante, on utilise la métallisation 21 déposée sur la surface de la plaque 13 en regard de l'anode 5 pour jouer le rôle de getter. Cette métallisation est alors, bien entendu, constituée d'un matériau adéquat, par exemple du baryum. Un avantage d'une telle variante est qu'elle permet d'uniformiser le dégazage effectué par le getter dans l'espace sous vide 12. Ce mode de réalisation peut même le cas échéant, en autorisant un getter de très grand volume, permettre la suppression du tube de pompage 19.

Selon un exemple particulier de réalisation, les épaisseurs des différents constituants d'un écran selon l'invention sont les suivantes.

Les plaques 6 et 10 présentent chacune une épaisseur d'environ 1 mm. Côté anode 5, l'épaisseur de la couche de conducteurs d'anode 9 est d'environ 0,1 pin et celle des éléments luminophores 7 est comprise entre 4 et 10 pin. Côté cathode 1, l'épaisseur des colonnes 16 (couche de conducteurs de cathode et couche résistive) est de l'ordre de 0,4 à 0,8 pin, l'épaisseur de la couche isolante 24 entre la cathode 1 et la grille 3 est d'environ 1,3 pin et l'épaisseur de la grille 3 est de l'ordre de 0,2 à 0,4 pin. L'épaisseur de la plaque 13 est comprise entre 0,2 et 2 mm en fonction de la tension d'anode-cathode de fonctionnement de l'écran.Si la couche de métallisation 21 joue le rôle de getter, son épaisseur est par exemple d'environ 50 pin. Le diamètre des billes est d'environ 50 pin.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des constituants décrits pour les couches pourra être remplacé par un ou plusieurs constituants présentant les mêmes caractéristiques et/ou remplissant la même fonction.

En outre, les indications dimensionnelles données à titre d'exemple peuvent être modifiées en fonction des caractéristiques recherchées pour l'écran, des matériaux utilisés, ou autres. En particulier, l'épaisseur de la plaque 13 dépend de la tension anode-cathode de fonctionnement de l'écran, et le diamètre ainsi que le pas des trous 14 dépendent de la taille des pixels ou des sous-pixels de l'écran. Le choix de la hauteur des moyens pour maintenir à distance la plaque 13 de l'anode 5 (le diamètre des billes 20) dépend notamment du pas des trous 14.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Ecran plat de visualisation du type comportant une cathode (1) à micropointes (2) de bombardement électronique associée à une grille (3), une anode (5) portant des éléments luminophores (7), et un espace inter-électrodes (12), caractérisé en ce qu'il comporte une plaque isolante (13) de définition dudit espace (12) associée à des moyens pour maintenir cette plaque (13) à distance de l'anode (5), ladite plaque (13) étant munie de trous (14) au droit de zones (17) de micropointes (2).

2. Ecran plat de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien à distance de la plaque (13) sont constitués par des billes (20) réparties entre la plaque (13) et l'anode (5).

3. Ecran plat de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien à distance de la plaque (13) sont constitués par des bossages que comporte la plaque (13) sur sa face en regard de l'anode (5).

4. Ecran plat de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plaque (13) comporte en outre, hors de la surface utile de l'écran, une lumière (22) de réception d'un élément de piégeage d'impuretés (23).

5. Ecran plat de visualisation selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que ladite plaque (13) est revêtue, côté anode (5), d'une couche conductrice (21).

6. Ecran plat de visualisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite couche conductrice (21) est réfléchissante vers l'anode (5).

7. Ecran plat de visualisation selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite couche conductrice (21) est en un matériau de piégeage d'impuretés.

8. Ecran plat de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite pla que (13) est en verre, et en ce que les trous (14) sont obtenus par photoformage.

9. Ecran plat de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite plaque (13) présente une épaisseur de valeur donnée comprise entre 0,2 et 2 mm, et en ce que les moyens (20) pour maintenir la plaque (13) à distance de l'anode (5) présentent une épaisseur de valeur donnée comprise entre 0,05 et 0,2 mm.