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EP0806787B1 - Réalisation d'une anode d'écran plat de visualisation - Google Patents

Réalisation d'une anode d'écran plat de visualisation Download PDF

Info

Publication number
EP0806787B1
EP0806787B1 EP97410049A EP97410049A EP0806787B1 EP 0806787 B1 EP0806787 B1 EP 0806787B1 EP 97410049 A EP97410049 A EP 97410049A EP 97410049 A EP97410049 A EP 97410049A EP 0806787 B1 EP0806787 B1 EP 0806787B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
layer
bands
electrons
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97410049A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0806787A1 (fr
Inventor
Stéphane Mougin
Guy Reynaud
Catherine Oules-Chaton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pixtech SA
Original Assignee
Pixtech SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pixtech SA filed Critical Pixtech SA
Publication of EP0806787A1 publication Critical patent/EP0806787A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0806787B1 publication Critical patent/EP0806787B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01J29/08—Electrodes intimately associated with a screen on or from which an image or pattern is formed, picked-up, converted or stored, e.g. backing-plates for storage tubes or collecting secondary electrons
    • H01J29/085—Anode plates, e.g. for screens of flat panel displays

Definitions

  • the present invention relates to flat screens of visualization, and more particularly of cathodoluminescence screens, whose anode carries luminescent elements, separated from each other by insulating zones, and susceptible to be excited by electronic bombardment.
  • This bombing electronics requires luminescent elements are polarized and can come from microtips, layers with low potential for extraction or thermionic source.
  • Such a flat display screen corresponding to the preamble of claim 1, is disclosed in document EP-A-0 635 865.
  • Figure 1 shows the structure of a flat screen microtip color.
  • Such a microtip screen essentially consists a cathode 1 with microtips 2 and a grid 3 provided with holes 4 corresponding to the locations of the microtips 2.
  • the cathode 1 is placed opposite a cathodoluminescent anode 5 including a glass substrate 6 constitutes the screen surface.
  • Cathode 1 is organized in columns and is made up, on a glass substrate 10, cathode conductors organized in mesh from a conductive layer.
  • the microtips 2 are made on a resistive layer 11 deposited on the cathode conductors and are arranged inside meshes defined by the cathode conductors.
  • Figure 1 partially represents the interior of a mesh and the conductors cathode do not appear in this figure.
  • Cathode 1 is associated with grid 3 organized in lines. The intersection a row of grid 3 and a column of cathode 1 defines a pixel.
  • This device uses the electric field which is created between the cathode 1 and the grid 3 so that electrons are extracted from the microtips 2. These electrons are then attracted by phosphor elements 7 from the anode 5 if these are suitably polarized.
  • the anode 5 is provided with alternating bands of phosphor elements 7r, 7g, 7b each corresponding to a color (Red, Green, Blue). The strips are parallel to the columns of the cathode and are separated from each other by an insulator 8, generally silicon oxide (SiO 2 ).
  • the phosphor elements 7 are deposited on electrodes 9, made up of corresponding strips of a transparent conductive layer such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the sets of red, green and blue bands are alternately polarized with respect to the cathode 1, so that electrons extracted from the microtips 2 of a pixel of the cathode / grid are alternately directed towards the phosphor elements 7 opposite of each of the colors.
  • the phosphor 7 selection command (the phosphor 7g in figure 1) which must be bombarded by electrons from the microtips of cathode 1 requires ordering, selectively, the polarization of the phosphor elements 7 of anode 5, color by color.
  • the rows of grid 3 are sequentially polarized at a potential on the order of 80 volts, while that the bands of phosphor elements (for example 7g in Figure 1) to be excited are biased under a voltage of the order of 400 volts via the ITO strip on which these phosphor elements are deposited.
  • Groups of ITO, carrying the other bands of phosphor elements (for example example 7r and 7b in figure 1), are at a low or zero potential.
  • the columns of cathode 1 are brought to respective potentials between a maximum emission potential and a no emission potential (for example 0 and 0 respectively 30 volts). We thus fix the brightness of a color component of each of the pixels in a line.
  • the choice of the values of the polarization potentials is linked to the characteristics of the phosphor elements 7 and microtips 2. Conventionally, below a difference of potential of 50 volts between the cathode and the grid, there is no electronic emission, and the maximum emission used corresponds at a potential difference of 80 volts.
  • a disadvantage of conventional screens is that they suffer a short lifespan, that is to say after relatively short operating time (around a hundred hours), the screen brightness decreases considerably and we even sometimes see destructive phenomena appear due to the formation of arcs between the cathode and the anode of the screen.
  • drift colored In practice, this means that at least one of the strips of phosphor material adjacent to the polarized strips begins to exhibit luminescence.
  • the object of the present invention is to propose a new solution to the aforementioned life time problems of the screen and color drift.
  • the present invention provides a flat display anode of the type comprising at least two sets of parallel strips alternating anode conductors coated with phosphor elements intended to be excited by primary electrons, characterized in that said strips are separated from each other others by isolation strips which are made up a first thin layer of insulating material covered with a very thin second layer of material whose secondary emission factor is less than the unit, the second layer having a width lower than the first layer to leave remain, on either side of the second layer, a space insulating.
  • said second layer is made of a conductive material.
  • said secondary emission factor material less than the unit is chosen from chromium oxide and iron oxide.
  • said constituent material of the second layer is carbon graphite.
  • said second layer of the insulation bands is polarized at a negative or zero potential.
  • the invention also relates to a flat display screen of the type comprising a microtip cathode and a anode consisting of at least two sets of alternating strips phosphor elements, said anode having bands isolation according to one of the above-mentioned embodiments.
  • the present invention originates from an interpretation phenomena that cause the above problems in classic screens.
  • the inventors consider that these problems are due, in particular, to a phenomenon of secondary emission occurring on the surface of the anode.
  • Figure 2 shows, schematically and in section transverse, three bands of phosphor elements of an anode separated by insulation.
  • the bands 9b and 9r are not polarized and so-called "primary" electrons ei, emitted by the microtips (not shown) of the cathode, arrive on the phosphor elements 7g. Electrons called “secondary" e S are re-emitted by the phosphor elements 7g. In addition, a number of primary electrons arrive on the edge of the insulating strips 8 separating the strip 9g from the strips 9b and 9r. Here, too, there is an emission of secondary electrons.
  • ⁇ secondary emission factor
  • the secondary emission factor of a material varies with the energy of the electrons touching its surface.
  • the energy of primary electrons is related to the bias potential of the anode and is, for example, of the order of 400 eV.
  • the secondary emission factor ⁇ When the secondary emission factor ⁇ is higher at 1, this means that the surface of the material re-emits more of electrons than it receives and tends to charge positively. Conversely, when the secondary emission factor ⁇ is less than 1, there is an accumulation of electrons.
  • microtip screens are made using technologies derived from those used in the manufacture of integrated circuits, led to the use of silicon oxide to make the insulating strips 8.
  • silicon oxide constitutes a usual material and which one master the use well.
  • silicon oxide has a particularly high secondary emission factor Student.
  • FIG. 3 illustrates the characteristic of the evolution of the secondary emission coefficient of silicon oxide (SiO 2 ) as a function of the energy of the incident electrons in eV.
  • this characteristic has a bell shape, that is to say that the coefficient ⁇ begins to increase until it reaches a level ⁇ max for a quantity of energy U max then decreases towards a value d 'asymptote.
  • the phosphor elements generally have a coefficient ⁇ max of the order of 2 to 2.5 for an energy U max of the order of 500 eV.
  • ⁇ max is around 3 for an energy U max around 400 eV.
  • Conventional screens therefore operate in the maximum secondary emission region and the primary electrons which manage to touch the silicon oxide of the bands 8 generate a significant emission of secondary electrons.
  • the tracks 8 of oxide insulating material of silicon are at zero potential.
  • the primary electrons which arrive on the edges of the adjacent insulating tracks of a strip (for example 9g) polarized result, by the emission of electrons secondary, a positive charge on the surface of the silicon oxide.
  • this area of positive charge develops, as the electrons are attracted to the surface more and more as as its positive charge increases, which causes a decrease the brightness of the polarized 7g strip.
  • the area of positive charge propagates towards non-polarized tracks 9b and 9r neighbors and its potential may exceed the potential of polarization of the anode bands.
  • an insulating strip 8 can become such that it causes the formation of a destructive arc between the anode and the cathode.
  • the silicon oxide and the elements phosphors have a secondary emission factor less than 1 for an energy of the order of 30 to 50 eV which corresponds to the energy of the majority of secondary electrons, the emission of a secondary electron in turn gives rise to a re-emission of secondary electrons, which has an effect avalanche.
  • the transverse electric field between two bands phosphor elements accelerates the secondary electrons which then have an energy very much higher than their initial energy (of around 250 eV).
  • the phosphors are relatively insulating materials (they generally have a linear resistance of the order of 10 8 ⁇ .cm), they do not discharge completely when the strip of ITO which supports them is no longer polarized but remains charged at a potential, generally of the order of 50 volts. Thus, the phosphors of a non-polarized band end up being excited by the secondary electrons re-emitted by the insulating tracks 8.
  • the phenomenon of secondary electron emission presents a second drawback in microtip screens.
  • electrons come into contact with the material of layer 8, they can either generate a positive ion or desorb a neutral species (any molecule stuck on the surface from runway 8) or even strike a neutral species and generate then a positive ion.
  • This phenomenon leads to the formation of a microplasma on the surface of runway 8.
  • the microtips of the cathode then attract the positive ions from this plasma and are found polluted by these positive ions.
  • these plasmas generally emit radiation. These radiations translate into a bluish glow which can be seen through the surface of the screen.
  • positive ions are likely to excite the phosphor elements of the neighboring band (non-polarized) by photoluminescence.
  • This phenomenon of secondary electron emission is a known phenomenon, in particular, in cathode ray tubes where the surface of the screen also carries phosphors which are bombarded by an electron gun.
  • the problem due to secondary emission phenomenon is resolved by coating the phosphors a metallization, generally a thin layer of aluminum, polarized at a positive high voltage.
  • the role of this metallization is, on the one hand, to polarize the phosphors and, on the other hand, to drain the unused primary charges as well as the secondary charges which are then collected.
  • the electrons emitted by the electron gun have an energy of the order of 20 to 30 keV and therefore pass through the thin metallization layer while the low energy secondary electrons (30 eV) are collected by this metallization.
  • the energy primary electrons (around 400 eV) is not sufficient.
  • the present invention proposes to suppress the appearance of the secondary emission phenomenon on the anode of a flat display screen.
  • a feature of the present invention is select a surface material, for insulating tracks separating two strips of phosphor elements from an anode provided sets of alternating bands of phosphor elements, among materials with low secondary emission factor ⁇ .
  • the material is chosen so that its secondary emission factor is less than 1, at least in the energy range of the primary electrons emitted by them microdots.
  • the material chosen must meet certain conditions inherent in the operation of a flat screen for viewing this guy. In particular, this material must meet the requirements of isolation between the bands of phosphor elements of the anode, i.e. it must bear a difference of potential of approximately 500 volts without driving (i.e. with a low leakage current).
  • a metallic material which will then be deposited in a very thin layer to present sufficient resistance between the strips of phosphor elements. It could also be a dielectric (oxide metallic), reduced so that it only has metal in area.
  • FIG. 4 represents an embodiment of the invention.
  • the ITO 9 bands of the anode 5 ′ are separated by insulation strips 20 made up of a first insulating layer 8 '(a few microns thick, or less), for example in silicon oxide, covered with a second very thin layer 21 (of a thickness less than a ⁇ m) made of a material with a secondary emission factor less than 1.
  • An advantage of this embodiment is that the resistivity of the material is much easier to control on such a very thin layer.
  • the width of the second layer 21 is less than the width of the first layer 8 'in order to leave on both sides of layer 21, a space (with a width of the order of 5 to 10 ⁇ m) insulator.
  • the surface material 21 of the strips 20 has a secondary emission factor less than 1, this is charge negatively, as the operation of the screen, when the edge of the surface 21 receives electrons primary from microtips (not shown). This charge negative leads to what the electrons are, unlike classic screens, more and more repelled by bands isolation 20.
  • This negative charge increases to an equilibrium point load due to the positive bias of the band of neighboring phosphor elements.
  • the secondary strips 21 deposited on silicon oxide are polarized at zero potential or negative.
  • the resistance of the secondary bands is not a problem vis-à-vis such a polarization. Indeed, the current which circulates is very low and therefore there are few resistive losses.
  • the potential drop caused by the tape resistance on the polarization is weak.
  • An advantage of such a variant is that it allows check the negative charge level of these bands 21 and, thus, to guarantee that there is no destructive effect of the screen by a current flowing from a non-polarized strip.
  • An advantage of the present invention is that it eliminates any phenomenon of color drift.
  • Another advantage of the present invention is that it suppresses the formation of microplasmas between the bands of elements phosphors 7 and thus avoids pollution of the microtips of the cathode (not shown).
  • Another advantage of the present invention is that the accumulation of negative charges between the bands of elements luminophores constitutes a focusing barrier towards the bands polarized.
  • chromium oxide (Cr 2 O 3 ) is deposited by sputtering on the first layer 8 'of silicon oxide. This deposition is preferably carried out on a thickness of the order of 1000 to 2000 angstroms for a screen whose anode / cathode voltage is of the order of 500 volts. This gives an inter-track resistance of around 500 M ⁇ .
  • the maximum secondary emission coefficient ⁇ max for chromium oxide is of the order of 0.95 for an energy U max of the order of 300 eV ( Figure 3).
  • iron oxide Fe 2 O 3
  • the maximum secondary emission coefficient ⁇ max being of the order of 0.9 for an energy U max of the order of 350 eV. This deposition takes place over a thickness of the order of 1000 angstroms and the inter-track insulation resistance obtained is of the order of 500 M ⁇ .
  • graphite carbon (C) whose maximum secondary emission coefficient ⁇ max is equal to 1 for an energy U max of the order of 300 eV, is deposited by sputtering on silicon oxide. .
  • the implementation of the present invention is compatible with small thicknesses (some microns or less) of the constituent layers of the anode and with conventional thin layer deposition processes (in particular isolation strips) which are commonly used for the manufacture of conventional anodes.
  • the present invention is capable of various variants and modifications which will appear to the man of art.
  • the thickness of coefficient materials secondary emission lower than 1 will be chosen according to functional indications given above.
  • others materials that those mentioned above can be used for perform the blocking function of the secondary broadcast and deposition processes for these materials are within the reach of man art.
  • the invention applies not only to a color screen, but also a monochrome screen including the anode consists of two sets of alternate parallel bands phosphor elements of the same polarized color alternately.

Landscapes

  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

La présente invention concerne les écrans plats de visualisation, et plus particulièrement des écrans dit à cathodoluminescence, dont l'anode porte des éléments luminescents, séparés les uns des autres par des zones isolantes, et susceptibles d'être excités par bombardement électronique. Ce bombardement électronique nécessite que les éléments luminescents soient polarisés et peut provenir de micropointes, de couches à faible potentiel d'extraction ou d'une source thermoionique. Un tel écran plat de visualisation, correspondant au préambule de la revendication 1, est divulgué dans le document EP-A-0 635 865.
Pour simplifier la présente description, on ne considérera ci-après que les écrans couleur à micropointes mais on notera que l'invention concerne, de façon générale, les divers types d'écrans susmentionnés et analogues.
La figure 1 représente la structure d'un écran plat couleur à micropointes.
Un tel écran à micropointes est essentiellement constitué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pourvue de trous 4 correspondants aux emplacements des micropointes 2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodoluminescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran.
Le principe de fonctionnement et un mode de réalisation particulier d'un écran à micropointes sont décrits, en particulier, dans le brevet américain n° 4 940 916 du Commissariat à l'Energie Atomique.
La cathode 1 est organisée en colonnes et est constituée, sur un substrat de verre 10, de conducteurs de cathode organisés en mailles à partir d'une couche conductrice. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont disposées à l'intérieur des mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1 représente partiellement l'intérieur d'une maille et les conducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 organisée en lignes. L'intersection d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1 définit un pixel.
Ce dispositif utilise le champ électrique qui est créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2. Ces électrons sont ensuite attirés par des éléments luminophores 7 de l'anode 5 si ceux-ci sont convenablement polarisés. Dans le cas d'un écran couleur, l'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'éléments luminophores 7r, 7g, 7b correspondant chacune à une couleur (Rouge, Vert, Bleu). Les bandes sont parallèles aux colonnes de la cathode et sont séparées les unes des autres par un isolant 8, généralement de l'oxyde de silicium (SiO2). 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 rouges, vertes, bleues sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que des électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis-à-vis de chacune des couleurs.
La commande de sélection du luminophore 7 (le luminophore 7g en figure 1) qui doit être bombardé par les électrons issus des micropointes de la cathode 1 impose de commander, sélectivement, la polarisation des éléments luminophores 7 de l'anode 5, couleur par couleur.
Généralement, les rangées de la grille 3 sont séquentiellement polarisées à un potentiel de l'ordre de 80 volts, tandis que les bandes d'éléments luminophores (par exemple 7g en figure 1) devant être excités sont polarisées sous une tension de l'ordre de 400 volts par l'intermédiaire de la bande d'ITO sur laquelle ces éléments luminophores sont déposés. Les bandes d'ITO, portant les autres bandes d'éléments luminophores (par exemple 7r et 7b en figure 1), sont à un potentiel faible ou nul. Les colonnes de la cathode 1 sont portées à des potentiels respectifs compris entre un potentiel d'émission maximale et un potentiel d'absence d'émission (par exemple, respectivement 0 et 30 volts). On fixe ainsi la brillance d'une composante couleur de chacun des pixels d'une ligne.
Le choix des valeurs des potentiels de polarisation est lié aux caractéristiques des éléments luminophores 7 et des micropointes 2. Classiquement, en dessous d'une différence de potentiel de 50 volts entre la cathode et la grille, il n'y a pas d'émission électronique, et l'émission maximale utilisée correspond à une différence de potentiel de 80 volts.
Un inconvénient des écrans classiques est qu'ils souffrent d'une faible durée de vie, c'est-à-dire qu'au bout d'un temps de fonctionnement relativement court (de l'ordre d'une centaine d'heures), la brillance de l'écran diminue considérablement et on voit même parfois apparaítre des phénomènes destructeurs dus à la formation d'arcs entre la cathode et l'anode de l'écran.
De plus, au bout d'un certain temps de fonctionnement, on constate que la couleur varie et ne correspond plus aux consignes de commande de l'écran. Ce phénomène sera appelé ici "dérive de couleur". En pratique, ceci signifie que l'une au moins des bandes de matériau luminophore adjacentes aux bandes polarisées se met à présenter une luminescence.
L'origine de ce phénomène était, jusqu'ici, mal comprise. On pensait qu'il était dû au fait que des électrons s'accumulent sur les zones isolantes 8 entre les bandes de matériau luminophore et assurent une conduction vers des bandes voisines. Pour éviter ce phénomène, on a proposé dans l'art antérieur diverses techniques dont l'une consiste à séparer par des intervalles de temps brefs les polarisations des bandes d'anode entre deux sous-trames couleurs successives, et à appliquer une impulsion de tension négative sur la bande qui vient d'être polarisée avant de polariser positivement la bande d'anode suivante à exciter.
Toutefois, ce procédé présente l'inconvénient d'être relativement complexe à mettre en oeuvre puisqu'il complique la fourniture des tensions d'alimentation d'anode, qui sont des tensions de valeurs élevées (quelques centaines de volts) et qu'il nuit à la brillance de l'écran.
La présente invention a pour objet de proposer une nouvelle solution aux problèmes susmentionnés de durée de vie de l'écran et de dérive de couleur.
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit une anode d'écran plat de visualisation du type comportant au moins deux ensembles de bandes parallèles alternées de conducteurs d'anode revêtues d'éléments luminophores destinés à être excités par des électrons primaires , caractérisée en ce que lesdites bandes sont séparées les unes des autres par des bandes d'isolement qui sont constituées d'une première couche mince en un matériau isolant recouverte d'une deuxième couche très mince en un matériau dont le coefficient d'émission secondaire est inférieur à l'unité, la deuxième couche présentant une largeur inférieure à celle de la première couche pour laisser subsister, de part et d'autre de la deuxième couche, un espace isolant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite deuxième couche est en un matériau conducteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit matériau à coefficient d'émission secondaire inférieur à l'unité est choisi parmi l'oxyde de chrome et l'oxyde de fer.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit matériau constitutif de la deuxième couche est du carbone graphite.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite deuxième couche des bandes d'isolement est polarisée à un potentiel négatif ou nul.
L'invention concerne également un écran plat de visualisation du type comportant une cathode à micropointes et une anode constituée d'au moins deux ensembles de bandes alternées d'éléments luminophores, ladite anode comportant des bandes d'isolement selon l'un des modes de réalisation susmentionnés.
La présente invention a pour origine une interprétation des phénomènes qui engendrent les problèmes susmentionnés dans les écrans classiques.
Les inventeurs considèrent que ces problèmes sont dus, en particulier, à un phénomène d'émission secondaire se produisant à la surface de l'anode.
La figure 2 représente, schématiquement et en coupe transversale, trois bandes d'éléments luminophores d'une anode séparées par un isolant.
Pour des raisons de clarté, les différents constituants représentés à la figure 2 seront désignés par les mêmes références qu'en figure 1. Ainsi, trois bandes, respectivement 7b, 7g et 7r d'éléments luminophores de couleurs différentes sont déposées sur des bandes correspondantes, respectivement 9b, 9g et 9r d'ITO, elles-mêmes déposées sur un substrat de verre 6 constituant la surface de l'écran.
Quand la bande 9g est polarisée à 400 volts, les bandes 9b et 9r ne sont pas polarisées et des électrons dits "primaires" ei, émis par les micropointes (non représentées) de la cathode, arrivent sur les éléments luminophores 7g. Des électrons dits "secondaires" eS sont réémis par les éléments luminophores 7g. De plus, un certain nombre d'électrons primaires arrivent sur le bord des bandes isolantes 8 séparant la bande 9g des bandes 9b et 9r. On constate, là aussi, une émission d'électrons secondaires.
Tout matériau possède un coefficient d'émission secondaire, appelé δ, qui représente le nombre moyen d'électrons secondaires réémis pour un électron incident arrivant sur ce matériau. L'énergie prédominante de la distribution statistique des électrons secondaires est de l'ordre de 30 à 50 eV, quelle que soit l'énergie des électrons incidents.
Le coefficient d'émission secondaire d'un matériau varie en fonction de l'énergie des électrons qui touchent sa surface. Dans le cas des écrans à micropointes, l'énergie des électrons primaires est liée au potentiel de polarisation de l'anode et est, par exemple, de l'ordre de 400 eV.
Quand le coefficient d'émission secondaire δ est supérieur à 1, cela veut dire que la surface du matériau réémet plus d'électrons qu'elle n'en reçoit et tend à se charger positivement. A l'inverse, quand le coefficient d'émission secondaire δ est inférieur à 1, il y a accumulation d'électrons.
Le fait que les écrans à micropointes soient réalisés en utilisant des technologies dérivées de celles utilisées dans la fabrication des circuits intégrés, a entraíné le recours à l'oxyde de silicium pour réaliser les bandes isolantes 8. En effet, l'oxyde de silicium constitue un matériau usuel et dont on maítrise bien l'utilisation. Malencontreusement, l'oxyde de silicium présente un coefficient d'émission secondaire particulièrement élevé.
La figure 3 illustre la caractéristique de l'évolution du coefficient d'émission secondaire de l'oxyde de silicium (SiO2) en fonction de l'énergie des électrons incidents en eV.
Quel que soit le matériau, cette caractéristique a une forme de cloche, c'est-à-dire que le coefficient δ commence par croítre jusqu'à atteindre un niveau δmax pour une quantité d'énergie Umax puis décroít vers une valeur d'asymptote.
Les éléments luminophores présentent généralement un coefficient δmax de l'ordre de 2 à 2,5 pour une énergie Umax de l'ordre de 500 eV.
Pour l'oxyde de silicium, δmax est de l'ordre de 3 pour une énergie Umax de l'ordre de 400 eV. Les écrans classiques fonctionnent donc dans la région d'émission secondaire maximale et les électrons primaires qui parviennent à toucher l'oxyde de silicium des bandes 8 engendrent une émission importante d'électrons secondaires.
La conséquence de ce phénomène d'émission secondaire sur une anode d'écran à micropointes est la suivante.
Initialement, les pistes 8 de matériau isolant en oxyde de silicium sont à un potentiel nul. Les électrons primaires qui arrivent sur les bords des pistes isolantes voisines d'une bande (par exemple 9g) polarisée entraínent, par l'émission d'électrons secondaires, une charge positive en surface de l'oxyde de silicium. Au fur et à mesure du fonctionnement de l'écran, cette zone de charge positive se développe, dans la mesure où les électrons primaires sont de plus en plus attirés par la surface au fur et à mesure que sa charge positive augmente, ce qui provoque une diminution de la brillance de la bande 7g polarisée. La zone de charge positive se propage vers les pistes 9b et 9r non-polarisées voisines et son potentiel peut dépasser le potentiel de polarisation des bandes d'anode.
Des électrons secondaires réémis par les éléments luminophores 7g sont alors attirés par cette zone de charge positive, ce qui accroít le phénomène.
De plus, le potentiel de surface d'une bande isolante 8 peut devenir tel qu'il provoque la formation d'un arc destructeur entre l'anode et la cathode.
En outre, et bien que l'oxyde de silicium et les éléments luminophores présentent un coefficient d'émission secondaire inférieur à 1 pour une énergie de l'ordre de 30 à 50 eV qui correspond à l'énergie de la majorité des électrons secondaires, l'émission d'un électron secondaire donne lieu à son tour à une réémission d'électrons secondaires, ce qui entraíne un effet d'avalanche.
En effet, certains électrons secondaires possèdent une énergie suffisante, la valeur de 30 à 50 eV correspondant à la quantité maximale d'une distribution statistique.
De plus, le champ électrique transverse entre deux bandes d'éléments luminophores, respectivement polarisée et non-polarisée, accélère les électrons secondaires qui possèdent alors une énergie très nettement supérieure à leur énergie initiale (de l'ordre de 250 eV).
Comme les luminophores sont des matériaux relativement isolants (ils possèdent généralement une résistance linéique de l'ordre de 108 Ω.cm), ils ne se déchargent pas complètement lorsque la bande d'ITO qui les supporte n'est plus polarisée mais restent chargés à un potentiel, généralement de l'ordre de 50 volts. Ainsi, les luminophores d'une bande non-polarisée finissent par être excités par les électrons secondaires réémis par les pistes isolantes 8.
Le phénomène d'émission d'électrons secondaires présente un deuxième inconvénient dans les écrans à micropointes. En effet, lorsque des électrons entrent en contact avec le matériau de la couche 8, ils peuvent, soit générer un ion positif, soit désorber une espèce neutre (molécule quelconque collée en surface de la piste 8) ou encore, percuter une espèce neutre et générer alors un ion positif. Ce phénomène conduit à la formation d'un microplasma en surface de la piste 8. Les micropointes de la cathode attirent alors les ions positifs de ce plasma et se trouvent polluées par ces ions positifs.
De plus, ces plasmas émettent généralement des rayonnements. Ces rayonnements se traduisent par une lueur bleutée qui se voit à travers la surface de l'écran. En outre, les ions positifs sont susceptibles d'exciter les éléments luminophores de la bande voisine (non-polarisée) par photoluminescence.
Ce phénomène d'émission d'électrons secondaires est un phénomène connu, notamment, dans les tubes cathodiques où la surface de l'écran porte également des luminophores qui sont bombardés par un canon à électrons.
Dans le cas des tubes cathodiques, le problème dû au phénomène d'émission secondaire est résolu en revêtant les luminophores d'une métallisation, généralement une fine couche d'aluminium, polarisée à une haute tension positive. Le rôle de cette métallisation est, d'une part, de polariser les luminophores et, d'autre part, de drainer les charges primaires non consommées ainsi que les charges secondaires qui sont alors collectées.
Cette solution est inapplicable aux écrans à micropointes pour plusieurs raisons.
Premièrement, il n'est pas souhaitable de revêtir les luminophores d'un écran à micropointes d'une couche métallique en raison de l'énergie relativement faible des électrons primaires. En effet, dans un tube cathodique, les électrons émis par le canon à électrons possèdent une énergie de l'ordre de 20 à 30 keV et traversent donc la fine couche de métallisation alors que les électrons secondaires de faible énergie (30 eV) sont collectés par cette métallisation. Dans un écran à micropointes, l'énergie des électrons primaires (de l'ordre de 400 eV) n'est pas suffisante.
Deuxièmement, dans le cas d'un tube cathodique couleur, tous les luminophores sont polarisés à un même potentiel par cette couche unique d'aluminium, quelle que soit leur couleur. A l'inverse, dans le cas d'un écran couleur à micropointes, l'anode est constituée d'ensembles de bandes parallèles alternées polarisées par ensemble de bandes d'une même couleur. Les bandes d'éléments luminophores doivent donc être isolées les unes des autres pour permettre le fonctionnement de l'écran.
A partir de cette analyse, la présente invention propose de supprimer l'apparition du phénomène d'émission secondaire sur l'anode d'un écran plat de visualisation.
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 :
  • les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ;
  • la figure 3 représente des caractéristiques du coefficient d'émission secondaire en fonction de l'énergie d'électrons incidents pour différents matériaux ; et
  • la figure 4 représente un mode de réalisation d'une anode d'écran plat de visualisation à cathodoluminescence selon l'invention.
    • Une caractéristique de la présente invention est de sélectionner un matériau de surface, pour les pistes isolantes séparant deux bandes d'éléments luminophores d'une anode pourvue d'ensembles de bandes alternées d'éléments luminophores, parmi des matériaux à faible coefficient d'émission secondaire δ.
    Le matériau est, selon l'invention, choisi pour que son coefficient d'émission secondaire soit inférieur à 1, au moins dans la plage d'énergie des électrons primaires émis par les micropointes.
    Le matériau choisi doit respecter certaines conditions inhérentes au fonctionnement d'un écran plat de visualisation de ce type. En particulier, ce matériau doit respecter les nécessités d'isolement entre les bandes d'éléments luminophores de l'anode, c'est-à-dire qu'il doit supporter une différence de potentiel d'environ 500 volts sans conduire (c'est-à-dire avec un faible courant de fuite).
    Le cas échéant, on pourra choisir un matériau métallique qui sera alors déposé en couche très mince pour présenter une résistance suffisante entre les bandes d'éléments luminophores. Il pourra également s'agir d'un diélectrique (oxyde métallique), réduit pour qu'il ne présente que du métal en surface.
    La figure 4 représente un mode de réalisation de l'invention. Selon l'invention, les bandes d'ITO 9 de l'anode 5' sont séparées par des bandes d'isolement 20 constituées d'une première couche isolante 8' (d'une épaisseur de quelques microns, voire moins), par exemple en oxyde de silicium, recouverte d'une deuxième couche très mince 21 (d'une épaisseur inférieure au µm) en un matériau, présentant un coefficient d'émission secondaire inférieur à 1.
    Un avantage de ce mode de réalisation est que la résistivité du matériau est beaucoup plus facile à contrôler sur une telle couche très mince. Pour améliorer l'isolement entre les bandes d'éléments luminophores, on prévoit que la largeur de la deuxième couche 21 soit inférieure à la largeur de la première couche 8' afin de laisser subsister, de part et d'autre de la couche 21, un espace (d'une largeur de l'ordre de 5 à 10 µm) isolant.
    Comme le matériau de surface 21 des bandes 20 possède un coefficient d'émission secondaire inférieur à 1, celui-ci se charge négativement, au fur et à mesure du fonctionnement de l'écran, lorsque le bord de la surface 21 reçoit des électrons primaires issus des micropointes (non représentées). Cette charge négative conduit à ce que les électrons sont, à l'inverse des écrans classiques, de plus en plus repoussés par les bandes d'isolement 20.
    Cette charge négative augmente jusqu'à un point d'équilibre de charge en raison de la polarisation positive de la bande d'éléments luminophores voisine.
    On notera que cet équilibre de charge s'effectue avec la bande polarisée dans la mesure où l'autre bande d'éléments luminophores, voisine de la piste du matériau secondaire, est à un potentiel nettement inférieur (de l'ordre de 50 volts).
    Cependant, un tel équilibre dépend de la résistivité du matériau 21 de surface des bandes 20 et est difficilement contrôlable.
    A titre de variante, les bandes secondaires 21 déposées sur l'oxyde de silicium sont polarisées à un potentiel nul ou négatif. La résistance des bandes secondaires n'est pas gênante vis-à-vis d'une telle polarisation. En effet, le courant qui circule est très faible et il y a donc peu de pertes résistives. La chute de potentiel engendrée par la résistance de bande sur la polarisation est faible.
    Un avantage d'une telle variante est qu'elle permet de contrôler le niveau de charge négative de ces bandes 21 et, ainsi, de garantir qu'il ne se produise aucun effet destructeur de l'écran par un courant circulant depuis une bande non-polarisée.
    Un avantage de la présente invention est qu'elle supprime tout phénomène de dérive de couleur.
    Un autre avantage de la présente invention est qu'elle supprime la formation de microplasmas entre les bandes d'éléments luminophores 7 et évite ainsi la pollution des micropointes de la cathode (non représentée).
    Un autre avantage de la présente invention est que l'accumulation de charges négatives entre les bandes d'éléments luminophores constitue une barrière focalisatrice vers les bandes polarisées.
    On indiquera ci-après trois exemples de matériaux pouvant être choisis pour revêtir la surface de la première couche constitutive des bandes 20.
    Selon un premier exemple, on dépose par pulvérisation cathodique de l'oxyde de chrome (Cr2O3) sur la première couche 8' d'oxyde de silicium. Ce dépôt est, de préférence, effectué sur une épaisseur de l'ordre de 1000 à 2000 angströms pour un écran dont la tension anode/cathode est de l'ordre de 500 volts. On obtient alors une résistance inter-pistes d'environ 500 MΩ. Le coefficient d'émission secondaire maximal δmax de l'oxyde de chrome est de l'ordre de 0,95 pour une énergie Umax de l'ordre de 300 eV (figure 3).
    Selon un deuxième exemple, on dépose par pulvérisation cathodique, sur la couche 8' d'oxyde de silicium, de l'oxyde de fer (Fe2O3) dont le coefficient d'émission secondaire maximal δmax est de l'ordre de 0,9 pour une énergie Umax de l'ordre de 350 eV. Ce dépôt s'effectue sur une épaisseur de l'ordre de 1000 angströms et la résistance d'isolement inter-pistes obtenue est de l'ordre de 500 MΩ.
    Selon un troisième exemple, on dépose du carbone graphite (C), dont le coefficient d'émission secondaire maximal δmax est égal à 1 pour une énergie Umax de l'ordre de 300 eV, par pulvérisation cathodique sur l'oxyde de silicium.
    On notera que la mise en oeuvre de la présente invention est compatible avec les faibles épaisseurs (quelques microns, voire moins) des couches constitutives de l'anode et avec les procédés classiques de dépôt en couche mince (en particulier des bandes d'isolement) qui sont généralement utilisés pour la fabrication des anodes classiques.
    Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de l'art. En particulier, l'épaisseur des matériaux à coefficient d'émission secondaire inférieur à 1 sera choisi en fonction des indications fonctionnelles données ci-dessus. De même, d'autres matériaux que ceux cités ci-dessus pourront être utilisés pour réaliser la fonction de blocage de l'émission secondaire et les procédés de dépôt de ces matériaux sont à la portée de l'homme de l'art.
    En outre, l'invention s'applique non seulement à un écran couleur, mais également à un écran monochrome dont l'anode est constituée de deux ensembles de bandes parallèles alternées d'éléments luminophores d'une même couleur polarisés alternativement.

    Claims (6)

    1. Anode (5') d'écran plat de visualisation du type comportant au moins deux ensembles de bandes (9) parallèles alternées de conducteurs d'anode revêtues d'éléments luminophores (7) destinés à être excités par des électrons primaires (ei), caractérisée en ce que lesdites bandes (9) sont séparées les unes des autres par des bandes d'isolement (20) qui sont constituées d'une première couche mince (8') en un matériau isolant recouverte d'une deuxième couche très mince (21) en un matériau dont le coefficient d'émission secondaire (δ) est inférieur à l'unité, la deuxième couche (21) présentant une largeur inférieure à celle de la première couche (8') pour laisser subsister, de part et d'autre de la deuxième couche, un espace isolant.
    2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième couche (21) est en un matériau conducteur.
    3. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit matériau à coefficient d'émission secondaire (δ) inférieur à l'unité est choisi parmi l'oxyde de chrome (Cr2O3) et l'oxyde de fer (Fe2O3).
    4. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit matériau constitutif de la deuxième couche (21) est du carbone graphite (C).
    5. Anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite deuxième couche (21) des bandes d'isolement (20) est polarisée à un potentiel négatif ou nul.
    6. Écran plat de visualisation du type comportant une cathode (1) à micropointes (2) et une anode (5') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
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