FR2794283A1

FR2794283A1 - Panneau d'affichage au plasma

Info

Publication number: FR2794283A1
Application number: FR9906619A
Authority: FR
Inventors: Guy Baret; Serge Salavin; Henri Doyeux
Original assignee: Thomson Plasma SAS
Current assignee: Thomson Plasma SAS
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-01
Also published as: AU5807900A; WO2000074101A1

Abstract

L'invention propose une nouvelle structure de cellule élémentaire qui permet d'augmenter la distance entre les électrodes de maintien 33 et 34 sans augmenter la distance entre les électrodes d'adressage 32 et 33 et sans augmenter la taille d'une cellule élémentaire. La structure faisant l'objet de l'invention comporte des réseaux d'électrodes répartis sur trois plans distincts. Une électrode d'adressage 32 est placée entre les deux dalles 30 et 31 du panneau à une distance de chacune des deux autres électrodes 33 et 34 inférieure à la distance séparant lesdites deux électrodes. L'invention se rapporte également au procédé de fabrication d'un tel panneau.

Description

PANNEAU D'AFFICHAGE AU PLASMA La présente invention concerne les panneaux d'affichage au plasma, et plus particulièrement la structure des cellules élémentaires constituant lesdits panneaux. L'invention concerne également un procédé de fabrication desdits panneaux.

Les panneaux d'affichage au plasma, appelés par la suite PAP, sont des écrans de visualisation de type plat.Il existe deux grandes familles de PAP, à savoir les PAP dont le fonctionnement est du type continu et ceux dont le fonctionnement est du type alternatif. Les PAP comprennent généralement deux dalles isolantes (ou substrat), portant chacune un ou plusieurs réseaux d'électrodes et délimitant entre elles un espace rempli de gaz. Les dalles sont assemblées l'uneà l'autre de manièreà définir des intersections entre les électrodes desdits réseaux. Chaque intersection d'électrodes définit une cellule élémentaireà laquelle correspond un espace gazeux partiellement délimité par des barrières et dans lequel se produit une décharge électrique lorsque la cellule est activée. La décharge électrique provoque une émission de rayons UV dans la cellule élémentaire, des luminophores déposés sur les parois de la cellules transforment les rayons UV en lumière visible.

Parmi les PAP ayant un fonctionnement du type alternatif, deux structures de panneaux sont actuellement utilisées,à savoir les structures dites matricielles et les structures dites coplanaires. Dans les structures matricielles, les décharges d'entretien et les décharges d'adressage ont lieu entre un réseau d'électrodes sur le substrat avant et un réseau d'électrodes sur le substrat arrière, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 417848. Dans les structures coplanaires, les décharges d'entretien sont produites entre deux réseaux d'électrodes parallèles déposés sur l'un des substrats et les décharges d'adressage ont lieu entre l'un des réseaux d'électrodes d'entretien et le réseau d'électrodes placé sur l'autre substrat.

La figure1 illustre une cellule d'un PAP de type coplanaire qui comporte une dalle avant10 qui laisse passer la lumière et une dalle arrière 11. Sur l'une des dalles11, sont disposées des première et deuxième électrodes de maintien 12 et13 parallèles entre elles. La deuxième électrode de maintien13 assure également l'adressage. Sur l'autre des dalles10 est disposée une électrode d'adressage 14 qui s'étend selon une direction perpendiculaireà la direction des électrodes de maintien 12 et13. L'intersection entre l'électrode d'adressage 14 et les électrodes de maintien 12 et13 définit une cellule élémentaire produisant une émission de lumière 15 à travers la dalle avant10. Des barrières de diélectrique sont placées dans l'espace situé entre les deux dalles afin d'avoir une meilleure séparation entre les cellules.

La figure 2 illustre un PAP de type matriciel qui comporte une dalle avant 20 qui laisse passer la lumière et une dalle arrière 21. Sur la dalle arrière 21, est disposée une première électrode 22 de maintien et d'adressage. Sur la dalle avant 20, est disposée une deuxième électrode23 de maintien et d'adressage qui s'étend selon une direction perpendiculaireà la direction de la première électrode 22. L'intersection entre les première et deuxième électrodes définit une cellule élémentaire produisant une émission de lumière 24à travers la dalle avant 20. Des barrières de diélectrique sont placées dans l'espace situé entre les deux dalles afin d'avoir une meilleure séparation entre les cellules.

Par ailleurs, le rendement lumineux des PAP dépend entre autres facteurs du rendement de décharge, c'està dire, du nombre de photon UV produits pour une puissance électrique donnée. Ce rendement de décharge augmente en particulier avec la distance séparant les électrodes. Cependant, lorsque l'on augmente la distance entre les électrodes d'entretien, la tension d'entretien évolue relativement peu. En revanche, si l'on augmente la distance entre les électrodes d'adressage, la tension d'adressage évolue relativement plus fortement, rendant le dispositif difficile à piloter.

Si l'on désire augmenter le rendement lumineux sur un PAP de type coplanaire, l'homme du métier s'aperçoit qu'il suffit d'écarter les deux électrodes de maintien 12 et13. Un problème provient alors de l'augmentation de la taille d'une cellule élémentaire qui s'élargit d'autant. Or pour avoir une bonne résolution, il convient d'avoir des cellules élémentaires de taille réduite de sorte que l'#il humain ne puisse pas voir la trame de l'image qu'il regarde. Avec un PAP de type matriciel, l'augmentation de la distance n'augmente pas la taille de la cellule élémentaire mais augmente la distance entre les électrodes d'adressage ce qui se traduit par une importante variation de la tension d'adressage. Seul un compromis est possible entre la complexité des circuits fournissant la tension d'adressage et le rendement lumineux.

L'invention propose une nouvelle structure de cellule élémentaire qui permet d'augmenter la distance entre les électrodes de maintien sans augmenter la distance entre les électrodes d'adressage et sans augmenter la taille d'une cellule élémentaire. La structure faisant l'objet de l'invention comporte des réseaux d'électrodes répartis sur trois plans distincts.

L'invention a pour objet un panneau d'affichage au plasma comportant une première dalle et une deuxième dalle assemblées en visà vis délimitant un espace destinéà recevoir un gaz, la première dalle comportant au moins une première électrode, et la deuxième dalle comportant au moins une deuxième électrode séparée de la première électrode par une distanceD, le panneau comportant en outre au moins une troisième électrode placée entre les deux dallesà une distance de la première électrode inférieureà D et une distance de la deuxième électrode inférieureà D.

La structure faisant l'objet de l'invention utilise avantageusement une unique première électrode plane qui s'étend sur la face avant. L'unique électrode a pour principal avantage d'être très fine et donc perméableà la lumière.

L'invention se rapporte égalementà un téléviseur qui comporte un panneau comme défini précédemment.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un panneau d'affichage au plasma dans lequel on dépose sur une première dalle une première structure de barrière affectée d'un premier motif; on dépose sur une deuxième dalle une deuxième structure de barrière affectée d'un deuxième motif; on dépose sur la première structure une première couche conductrice affectée d'un troisième motif; puis on joint les première et deuxième dalles de manièreà ce que la première couche conductrice se trouve entre les première et deuxième structures de barrière.

L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtrontà la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: les figures1 et 2 représentent des cellules élémentaires en perspective, selon l'état de la technique, la figure3 représente une cellule élémentaire en perspective, selon l'invention, la figure 4 représente un panneau d'affichage au plasma vu de dessus, selon l'invention, la figure5 représente une cellule élémentaire en coupe, selon l'invention, la figure6 représente les chronogrammes de polarisation des différentes électrodes, et la figure7 représente une variante de la figure 4.

Les figures1 et 2 ayant été préalablement décrites et faisant partie de l'état de la technique, ell es ne seront pas décrites plus en détail.

La figure3 représente une cellule d'un PAP selon l'invention qui comporte une dalle avant30 qui laisse passer la lumière, une dalle arrière 31 et une électrode d'adressage32. Sur la dalle arrière31, est disposée une électrode de maintien et d'adressage33 qui s'étend perpendiculairementà l'électrode d'adressage32. Sur la dalle avant30, est disposée une électrode de maintien 34 qui s'étend sur toute la surface active de la dalle avant. L'intersection entre l'électrode d'adressage32 et l'électrode de maintien et d'adressage33 définit une cellule élémentaire produisant une émission de lumière35 à travers la dalle avant30. Des barrières (non représentées sur cette figure3) sont placées dans l'espace situé entre les deux dalles afin d'avoir une meilleure séparation entre les cellules et afin de maintenir l'électrode d'adressage32 à une distancedl de la dalle avant30 età une distanced2 de la dalle arrière31.

La structure de cellule de la figure3 peut être adaptéeà différentes architectures de PAP à savoir cellules alignées, cellules en carré, ou cellules en quinconce. Cependant, il est particulièrement intéressant d'utiliser la structure de cellule de l'invention avec une architecture de PAP en quinconce comme par exemple représentée sur la figure 4.

La figure 4 représente un PAP de taille réduite qui comporte36 cellules élémentaires 41 par exemple circulaires qui sont placées aux intersections d'électrodes d'adressage32 et d'électrodes de maintien et d'adressage33, l'électrode de maintien 34 recouvrant la totalité des cellules élémentaires 41. Sur la figure 4, les électrodes d'adressage32 sont disposées en colonnes et les électrodes de maintien et d'adressage33 sont disposées en lignes. L'homme du métier comprendra que ce choix est purement arbitraire et que l'inverse est également possible. Préférentiellement, avec l'invention, il convient de placer les électrodes d'adressage32 de sorte qu'elles débouchent simultanément sur deux colonnes adjacentes de cellules élémentaires 41. Cette disposition permet d'avoir des électrodes d'adressage qui ne masquent qu'une faible portion de chaque cellules élémentaire 41 tout en permettant une largeur importante et donc une faible résistance des électrodes32. Dans le cas d'un écran couleur, les cellules élémentaires sont regroupées par trois (Rouge, Vert, Bleu) pour former un pixel 42. Préférentiellement, les trois cellules élémentaires 41 d'un même pixel sont disposées en triangle de sorte que la même électrode d'adressage32 est utilisée pour les trois cellules élémentaires 41 d'un même pixel 42, et que trois électrodes distinctes de maintien et d'adressage33 sont utilisées respectivement pour les trois cellules 41 de ce même pixel 42.

Dans le mode de réalisation préféré, l'électrode de maintien et d'adressage 34 recouvre la totalité de la surface du PAP. On peut bien sûr utiliser un réseau d'électrodes parallèle mais cela réduirait la luminosité de l'écran. En effet, l'électrode de maintien et d'adressage 34 étant étendue sur une grande surface, une très faible épaisseur suffit pour assurer une faible résistance, ce qui permet d'avoir une électrode transparente. Si on utilise un réseau d'électrodes, il n'est pas possible d'avoir des électrodes transparentes ayant une aussi faible résistance, ce qui a pour effet néfaste de masquer une partie de la lumière émise.

La constitution d'une cellule élémentaire 41 est détaillée sur la figure5 qui représente une vue partielle en coupe selon le plan A-A de la figure 4. Une première couche diélectrique51 isole l'électrode de maintien 34 de l'intérieur de la cellule. Une deuxième couche diélectrique52 recouvre la dalle arrière31 et le réseau d'électrodes de maintien et d'adressage33. Des couches de barrière53 et 54 sont placées sur les première et deuxième couches diélectriques51 et52 pour définir le volume de chaque cellule et pour maintenir le réseau d'électrodes d'adressage32 à une distance intermédiaire entre l'électrode de maintien 34 et le réseau d'électrodes de maintien et d'adressage33. Les couches de barrière53 et 54 ne sont pas jointives afin de laisser passer le gaz entre les différentes cellules lors du remplissage du PAR Les surfaces des couches de barrière53 et 54 qui correspondentà l'intérieur de chaque cellule sont recouvertes de luminophores 55. Le PAP est fabriqué en deux parties qui sont ensuite assemblées entre elles. La dalle avant30 est une plaque de substrat transparent, par exemple un verre sodocalcique d'environ3 mm d'épaisseur. Une fine couche conductrice transparente est déposée sur la dalle avant30 pour former l'électrode de maintien 34. La fine couche conductrice est par exemple constituée d'oxyde d'étain et d'indium (ITO) dont la résistance est de l'ordre de quelques Ohms par carré, le dépôt pouvant s'effectuer par pyrolyse d'un sel d'étain et d'indium. La première couche isolante51 est ensuite déposée sur la fine couche conductrice. La première couche isolante51 est par exemple un verre de borosilicate de plomb ou de bismuth déposé puis cuità 5800C. Une très fine couche (non représentée) d'oxyde de magnésium (MgO) peut être déposée sur la première couche diélectrique51 afin de protéger les matériaux constitutifs de la dalle visà vis de la décharge électrique. La très fine couche d'oxyde de magnésium est par exemple déposée sur une épaisseur de0,5 pm par évaporation sous vide. On dépose ensuite une structure de barrière53 diélectrique (par exemple de l'alumine) par sérigraphie, la structure de barrière comportant une pluralité de puits cylindriques d'un premier diamètre (par exemple500 pm). La structure de barrière53 est d'une épaisseur qui dépend de l'amplitude des impulsions électriques, de la résolution et d'autres paramètres, et qui peut être par exemple de100 pm. Eventuellement, la structure de barrière peut être constituée d'une pluralité de couches déposées successivement. Le réseau d'électrodes d'adressage32 est déposé par sérigraphie d'une pâte conductrice, par exemple une pâte d'argent. L'épaisseur et la largeur des électrodes d'adressage32 sontà déterminer pour obtenir une résistance de l'ordre de10 à 100 Ohms. On dépose ensuite les luminophores et l'ensemble est cuità 450'C.

La dalle arrière31 est une plaque de substrat, par exemple un verre sodocalcique d'environ3 mm d'épaisseur. Le réseau d'électrodes de maintien et d'adressage33 est déposé sur la dalle arrière31, par exemple par photolithographie d'aluminium. La taille des électrodes d'adressage et de maintien peut, par exemple, être comprise entre 200 et500 pm de large (suivant la taille des cellules) et entre5 et50 prn d'épaisseur. La deuxième couche isolante52 est ensuite déposée sur les électrodes de maintien et d'adressage33 et la dalle arrière31. La deuxième couche isolante52 est par exemple un verre en borosilicate de plomb cuità 580'C. Une très fine couche (non représentée) d'oxyde de magnésium (MgO) est éventuellement déposée sur la deuxième couche diélectrique52. La très fine couche d'oxyde de magnésium est par exemple déposée sur une épaisseur de0,5 pm par évaporation sous vide. On dépose ensuite une structure de barrière 54 diélectrique par sérigraphie, la structure de barrière comportant une pluralité de puits cylindriques d'un deuxième diamètre (par exemple 400 pm) inférieur ou égal au premier diamètre. La structure de barrière 54 est d'une épaisseur de par exemple100 pm. La structure de barrière comprend, par exemple, une couche fine oblitérant partiellement les puits cylindriques et une couche épaisse. Préférentiellement, la couche épaisse est constituée d'une pluralité de couches, ayant des trous de diamètres croissants, déposées successivement afin d'obtenir une cellule tronconique. On dépose ensuite les luminophores et l'ensemble est cuità 450'C. Les dalles avant et arrière30 et31 sont ensuite assemblées face contre face de manièreà avoir d'une part une coïncidence entre les puits des structures de barrière53 et 54 et d'autre part le positionnement du réseau d'électrodes d'adressage32 entre les structures de barrière53 et 54. L'ensemble est ensuite scellé pour pouvoir faire le vide entre les dalles et pour remplir l'intervalle avec du gaz.

Le dépôt et la gravure des différentes couches s'effectuent selon une technique connue. Chaque couche peut être déposée soit sous forme de poudres ou de pâtes qui sont photosensibles si la couche doit être affectée d'un motif. Après le dépôt suit une étape d'insolation par UV puis d'une étape de développement (généralementà l'eau) pour les couches affectées d'un motif. Une étape de cuisson qui, dans certains cas, peut être communeà deux couches déposées successivement, fixe ladite couche.

Le pilotage d'un panneau selon l'invention peut être aussi bien de typeà adressage pendant le maintien que de typeà adressage et maintien séparés. Un exemple de signaux de pilotage est montré sur la figure6 qui représente d'une part les tensions de pilotageV32, V33, et V34à appliquer respectivement aux électrodes d'adressage32, de maintien et d'adressage 33 et de maintien 34, et d'autre part les tensions différentielles de maintien V,4-V33et d'adressageV13-VI2. Comme connu dans la technique, les signaux de pilotage des électrodes peuvent être divisés en trois périodes correspondantà une période d'effacement, une période d'adressage et une période de maintien de taille variable en fonction de la durée d'éclairement.

Durant la période de maintien, la décharge électrique produite par la tension différentielle de maintien V34-V33 effectue une mémorisation de l'état" allumé" ou" éteint" de toutes les cellules de la ligne considérée du PAR Durant la période d'effacement, les tensions différentielles de maintien V.l-V33 et d'adressageV3,-V32 créent un courant de décharge inférieur au courant d'entretien ce qui produit une recombinaison des charges éteignant chaque cellule. L'adressage se fait par la production d'une impulsion d'amplitude supérieureà un seuil d'allumage sur la tension différentielle d'adressageV33-V.2. L'amplitude de l'impulsion nécessaireà l'allumage est atteinte par recombinaison d'une demi-impulsion présente sur l'électrode d'adressage32 et d'une demi-impulsion simultanée sur l'électrode d'adressage et de maintien33. S'il n'est pas possible de combiner simultanément deux demi-impulsions, l'amplitude atteinte par l'impulsion ne permet pas d'allumer la cellule ainsi adressée.

Des améliorations de cette structure sont possibles. Sur la figure 5, on peut voir que le réseau d'électrode d'adressage32 placés entre les couches de barrière53 et 54 est en contact avec lesdites couches53 et 54, jouant ainsi un rôle d'entretoise.Il va de soi que pour améliorer le pompage et le remplissage du PAP, on peut utiliser des entretoises supplémentaires, par exemple des billes, qui auront pour fonction d'espacer le réseau d'électrodes32 de l'une des couches de barrière 54. La figure7 représente une variante de l'invention qui améliore la conductivité des électrodes d'adressage32 et de maintien 34. Une forme d'électrodes d'adressage32 optimisée permet d'avoir la plus grande surface possible afin de réduire la résistance de l'électrode(à épaisseur constante) tout en augmentant la surface active débouchant dans chaque cellule élémentaire. La forme de l'électrode32 épousant le pourtour de chaque cellule 41 augmente la surface activeà l'intérieur de chaque cellule. Par ailleurs cette forme permet de réduire l'avancée de l'électrode32 à l'intérieur de chaque cellule31 augmentant ainsi la surface d'émission de lumière.

Pour l'amélioration de l'électrode de maintien 34, on place en contact avec cette électrode une grille conductrice 134 réalisée avec un matériau conducteur. La grille 134 peut être par exemple réalisée par un dépôt de pâte d'argent photosensible qui permet de graver un motif qui contourne les cellules lumineuses. L'association de la grille 134 avec l'électrode de maintien 34 permet de réduire l'épaisseur (et donc la conductivité) de l'électrode de maintien 34 ce qui a pour effet de rendre l'électrode de maintien 34 encore plus transparente sans réduire la conductivité globale sur la surface du panneau de l'association de l'électrode 34 avec la grille 134.

Bien évidemment, de nombreuses autres variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Entre autres, les signaux de pilotage peuvent être adaptés en fonction des distances entre électrodes, les distances définissant les amplitudes de signaux de maintien et d'adressage. Egalement, il possible d'adapter l'inventionà un PAP à structure en ligne comportant un nombre quelconque de pixels.

Claims

REVENDICATIONS 1. Panneau d'affichage au plasma comportant une première dalle (30) et une deuxième dalle(31) assemblées en visà vis délimitant un espace destinéà recevoir un gaz, la première dalle(30) comportant au moins une première électrode (34), et la deuxième dalle(31) comportant au moins une deuxième électrode(33) séparée de la première électrode (34) par une distanceD, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une troisième électrode(32) placée entre les deux dalles(30, 31) à une distance de la première électrode (34) inférieureà D età une distance de la deuxième électrode(33) inférieureà D. 2. Panneau selon la revendication1, caractérisé en ce que la première dalle(30) est transparente, et en ce que la au moins une première électrode (34) est une électrode de maintien. 3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la au moins une première électrode (34) est unique et s'étend sur la quasi totalité de la surface de la première dalle(30). 4. Panneau selon la revendication3, caractérisé en ce qu'il comporte une grille conductrice (134) en contact avec la première électrode (34) afin d'augmenter la conductivité de ladite première électrode (34). 5. Panneau selon l'une des revendications1 à 4, caractérisé en ce que la au moins une troisième électrode(32) est séparée de la première dalle(30) par au moins une première couche de barrière(53), et de la deuxième dalle(31) par au moins une deuxième couche de barrière (54). 6. Panneau selon la revendication5, caractérisé en ce que lesdites couches de barrières(53, 54) définissent des cellules élémentaires (41). 7. Panneau selon la revendication6, caractérisé en ce que les cellules élémentaires (41) sont disposées en quinconce. 8. Panneau selon la revendication7, caractérisé en ce que chaque troisième électrode(32) épouse la forme des cellules (41) dans lesquelles elle débouche. 9. Panneau selon l'une des revendications6 à 8, caractérisé en ce qu'un élément d'image (42) est constitué de trois cellules élémentaires (41) disposées en triangle. 10. Panneau selon la revendication9, caractérisé en ce que les trois cellules élémentaires (41) d'un même élément d'image (42) voient déboucher une partie d'une même troisième électrode(32). 11. Panneau selon la revendication9, caractérisé en ce que les trois cellules élémentaires (41) d'un même élément d'image (42) sont associéesà trois deuxièmes électrodes(33) distinctes. 12. Panneau selon l'une des revendications6 à 11, caractérisé en ce que les surfaces des couches de barrière(53, 54) situéesà l'intérieur de chaque cellule élémentaire (41) sont recouvertes de luminophores (55). 13. Panneau selon l'une des revendications1 à 12, caractérisé en ce que les deuxième et troisième électrodes(33, 32) s'étendent selon des directions perpendiculaires. 14. Téléviseur caractérisé en ce qu'il comporte un panneau selon l'une des revendications1 à 13. 15. Procédé de fabrication d'un panneau d'affichage au plasma danslequel: - on dépose sur une première dalle(30) une première structure de barrière(53) affectée d'un premier motif -, - on dépose sur une deuxième dalle(31) une deuxième structure de barrière (54) affectée d'un deuxième motif; caractérisé en ce que l'on dépose sur la première structure(30) une première couche conductrice(32) affectée d'un troisième motif, puis on joint les première et deuxième dalles(30, 31) de manièreà ce que la première couche conductrice(32) se trouve entre les première et deuxième structures de barrière(53, 54). 16. Procédé selon la revendication15, caractérisé en ce que la première couche conductrice(32) est réalisée par sérigraphie d'une pâte d'argent. 17. Procédé selon l'une des revendications15 ou16, caractérisé en ce que la première dalle(30) est transparente. 18. Procédé selon la revendication17, caractérisé en ce que, préalablement au dépôt de la première structure de barrière(53), on dépose une deuxième couche conductrice (34) sur la première dalle(30). 19. Procédé selon la revendication18, caractérisé en ce que la deuxième couche conductrice (34) est réalisée par pyrolyse d'un sel d'étain. 20. Procédé selon l'une des revendications18 ou19, caractérisé en ce que la deuxième couche conductrice (34) est constituée d'un oxyde d'étain dopé dont la résistance est de l'ordre de100 Ohms par carré. 21. Procédé selon l'une des revendications15 à 20, caractérisé en ce que, préalablement au dépôt de la deuxième couche de barrière (54): - on dépose sur la deuxième dalle(31) une troisième couche conductrice(33) affectée d'un troisième motif; - on dépose sur la troisième couche conductrice(33) une couche diélectrique(52). 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que la troisième couche conductrice(33) est réalisée par photolithographie d'aluminium.