EP0696045A1 - Cathode of a flat display screen with constant access resistance - Google Patents

Cathode of a flat display screen with constant access resistance Download PDF

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EP0696045A1
EP0696045A1 EP95410079A EP95410079A EP0696045A1 EP 0696045 A1 EP0696045 A1 EP 0696045A1 EP 95410079 A EP95410079 A EP 95410079A EP 95410079 A EP95410079 A EP 95410079A EP 0696045 A1 EP0696045 A1 EP 0696045A1
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EP
European Patent Office
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cathode
layer
grid
microtip
conductors
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EP95410079A
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German (de)
French (fr)
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EP0696045B1 (en
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Jean-Frédéric Clerc
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Pixtech SA
Original Assignee
Pixel International SA
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Publication date
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Publication of EP0696045B1 publication Critical patent/EP0696045B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/319—Circuit elements associated with the emitters by direct integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels

Definitions

  • the present invention relates to the production of a microtip cathode. It applies more particularly to the production of a microtip cathode of a flat display screen.
  • FIG. 1 represents the structure of a flat screen with microtips of the type to which the invention relates.
  • Such a microtip screen essentially consists of 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 substrate of glass 6 constitutes the screen surface.
  • the cathode conductors are arranged in columns on a glass substrate 10.
  • the microtips 2 are produced on a resistive layer 11 deposited on the cathode conductors and are conventionally arranged inside meshes defined by the cathode conductors.
  • FIG. 1 partially represents the interior of a mesh, the cathode conductors do not appear in this figure.
  • the cathode 1 is associated with the grid 3 which is organized in lines. The intersection of a line of the grid 3 and a column of the cathode 1 defines a pixel.
  • This device uses the electric field created between the cathode 1 and the grid 3 so that electrons are extracted from the microtips 2 towards phosphor elements 7 of the anode 5.
  • the anode 5 is provided with alternating strips of phosphor elements 7, each corresponding to a color (Blue, Red, Green). The strips are separated from each other by an insulator 8.
  • the phosphor elements 7 are deposited on electrodes 9, consisting of corresponding strips of a transparent conductive layer such as indium tin oxide (ITO) .
  • ITO indium tin oxide
  • the sets of blue, red and green bands are alternately polarized with respect to the cathode 1, so that the electrons extracted from the microtips 2 of a pixel of the cathode / grid are alternately directed towards the phosphor elements 7 opposite each other colours.
  • FIGS. 2A to 2D illustrate an example of a structure of this type, FIGS. 2B and 2D being respectively enlargements of parts of FIGS. 2A and 2C.
  • Several microtips 2, for example sixteen, are arranged in each mesh 12 defined by the cathode conductors 13 (FIG. 2B).
  • the cathode 1 is generally made up of layers deposited successively on the glass substrate 10.
  • FIGS. 2C and 2D partially represent a sectional view along the line AA 'in FIG. 2B.
  • a conductive layer 13, for example made of niobium, is deposited on the substrate 10. This layer 13 is etched in a pattern of columns 15, each column having meshes 12 surrounded by cathode conductors 13.
  • a resistive layer 11 is then deposited on these cathode conductors 13.
  • This resistive layer 11, for example made of amorphous silicon doped with phosphorus, has the object of protecting each microtip 2 against an excess of current when starting a microtip 2.
  • the affixing of such a resistive layer 11 aims at homogenizing the electronic emission of the microtips 2 of a cathode 1 pixel and thus increase its lifespan.
  • the grid 3 is formed of a conductive layer, for example of niobium.
  • Holes 4 and wells 17 are respectively made in layers 3 and 16 to receive the microtips 2 which are for example made of molybdenum.
  • the deposition of the microtips 2 in the wells 17 is conventionally obtained by spraying molybdenum onto an uplift elimination layer affixed to the grid 3.
  • a drawback of conventional techniques is that, if the resistive layer makes it possible to protect the microtips against an excess of current, it does not manage to completely homogenize the electronic emission. In fact, the microtips of a mesh are not all equidistant from the cathode conductors, which results in non-uniformity of the electronic emission.
  • Another drawback lies in the need to form in each of the columns of the cathode, conductive meshes. This requires the production of a complex pattern over the entire surface of the cathode.
  • the small diameter of the microtips (of the order of 1 to 2 ⁇ m) and the need to reproduce them with a high density per pixel of the screen (several thousand per pixel) means that the existing processes limit the surface of the flat screens that can be produced.
  • the disparities that can appearing in the regularity of the diameter of the holes and wells intended to receive the microtips also harm the homogeneity of the electronic emission, by causing disparities in the diameter and the height of the microtips.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a microtip cathode providing electronic radiation of optimized homogeneity.
  • the invention also aims to avoid the recourse to the formation of meshes of cathode conductors.
  • the present invention provides a microtip cathode for a flat display screen, of the type comprising a substrate, at least one cathode conductor, and microtips arranged on a resistive layer; said cathode conductor being disposed above the resistive layer, and having circular openings in the center of each of which is arranged a microtip.
  • the diameter of the circular openings presented by the cathode conductor is greater than the diameter of the base of a microtip.
  • the cathode is associated with a grid, separated from the cathode conductor by an insulation layer and provided with a hole plumb with each microtip; the insulation layer and the cathode conductor having a well for receiving a microtip perpendicular to each hole of the grid; and the diameter of the grid holes being substantially less than the diameter of the wells of the insulation and cathode conductor layers.
  • the cathode comprises an auxiliary insulating layer, between the cathode conductor and the insulation layer.
  • the invention also relates to a method for producing a microtip cathode which consists in producing, on a stack consisting at least of a substrate, a resistive layer, a cathode conductor layer, an insulation layer and a grid layer, an anisotropic etching of holes in the grid layer , and a corresponding etching of wells of larger section, in the insulation and cathode conductor layers.
  • the second phase of photolithography of circular patterns is carried out by depositing a layer of resin on the layer of grid, and by insulating this resin layer, after a deposit of microbeads calibrated opaque for the radiation of sunshine.
  • a step of pre-exposure of the resin layer is carried out, prior to the step of depositing the microbeads, by masking of lines of the grid.
  • the access resistance between the cathode and each of the microtips is constant since it corresponds to an annular resistive region of constant dimensions.
  • the cathode 1, according to the invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, comprises from an insulating substrate 10, a resistive layer 11 supporting microtips 2.
  • Cathode conductors 13 are arranged on the resistive layer 11 with possible interposition of a thin conductive layer 19 of adhesion and etching stop. These cathode conductors 13 are organized in columns, each of which has a large number of microtips in its width and in its length, FIG. 3A representing only a small portion of a column. In other words, the cathode conductors 13 are continuous on all the columns 15.
  • Microtips 2 are disposed on the resistive layer 11 at the center of circular openings 17 that each cathode conductor has 13.
  • Each circular opening 17 defines between the microtip 2 that it receives and the cathode conductor 13, an annular resistive region by through the layer 11.
  • all the microtips 2 of the cathode conductor 13 will be electrically separated from the latter, by a resistive region of the same value, provided that the diameter of the circular openings 17 is the same.
  • the diameter of these circular openings 17 is greater than the diameter of the bases of the microtips 2.
  • All the microtips 2 are therefore electrically separated from the cathode conductors 13 by a resistor of the same value. This is an essential characteristic of the present invention which leads to optimizing the homogeneity of the cathode radiation, by making the current in the microtips 2 homogeneous.
  • the cathode 1 is associated with a control grid 3.
  • the cathode conductors 13 are then isolated from the grid 3 by means of an insulation layer 16, possibly associated with an auxiliary insulating layer 18.
  • This auxiliary insulating layer 18 is, when provided, disposed between the cathode conductor 13 and the insulating layer 16. It makes it possible to eliminate the effects of "needle holes" that may have the insulating layer 16 perpendicular to the surface of the cathode conductors 13.
  • Holes 4 and wells 17 are made in the grid 3, insulation 16 and cathode conductor 13 layers (and if necessary in the auxiliary insulating layer 18) to receive the microtips 2.
  • a characteristic of these holes 4 and well 17 is that the wells 17 in the insulation layers 16 (and 18) and the cathode conductor 13 have a diameter substantially greater than the holes 4 in the grid layer 3.
  • Microtips 2 are deposited, on the thin conductive layer 19, if it exists, directly above the holes 4, and this layer 19 is open around each microtip 2, in its free surface. Thus, each microtip 2 is laterally separated from the layer of cathode conductors 13 by a ring of width corresponding approximately to the difference between the diameter of the wells 17 and the holes 4. If the thin conductive layer 19 is not used, the microtips 2 are found directly on the resistive layer 11, and are always separated annularly from the cathode conductors 13.
  • the cathode conductors 13 have a width of approximately 300 ⁇ m, corresponding to the width of a screen pixel, defined by the intersection of a line 14 of the grid 3 and of a column 15 of the cathode 1.
  • the diameter of the holes 4 is 1.3 ⁇ m, that of the wells 17 2.6 ⁇ m, and the diameter of each microtip 2 is at the base of 1.1 ⁇ m.
  • This method can be implemented in three phases corresponding respectively to the production of cathode conductors 13, to the formation of patterns at the future locations of the microtips in grid lines 3, and to the production of grid 3 and microtips 2.
  • FIGS. 4A to 4H illustrate the implementation of the first phase which corresponds to the production of the cathode conductors 13.
  • a resistive layer 11 is deposited on the substrate 10.
  • a second step (FIG. 4B) consists in depositing a thin conductive layer 19, called an etching stop.
  • the role of this layer 19 is twofold. On the one hand, it constitutes an attachment surface for the next layer (FIG. 4C) and microtips. On the other hand, it ensures an etching stop of the layer of cathode conductors 13. This second role will be better understood later, in relation to the description of FIGS. 4E, and 6A to 6C.
  • a third step (FIG. 4C) consists in depositing a conductive layer 13. The attachment of this layer 13 is favored by the layer 19.
  • a fourth possible step consists (FIG. 4D) in carrying out an oxidation of the conductive layer 13, in order to obtain, in the thickness of this layer 13, an auxiliary insulating layer 18.
  • the layer 13 previously deposited is then chosen to have the characteristic of being oxidizable. It will also be ensured that the thickness of the layer 13, deposited during the third step, is sufficient to allow obtaining an auxiliary insulating layer 18 while retaining a sufficient thickness for the cathode conductors 13.
  • the cathode conductors 13 are etched in columns.
  • the layer 19 ensures, during this step, an etching stop which avoids attacking the resistive layer 11.
  • the cathode conductors 13 have, for example, a width of the order of 300 ⁇ m.
  • a sixth step (FIG. 4F) the layer 19 is eliminated at the places where the layers 13 and 18 have been etched, that is to say between the columns 15 of cathode conductors 13.
  • an insulator 16 is deposited on the structure resulting from the first phase.
  • a conductive layer of grid 3 is deposited. This deposit is for example obtained in the same way as the deposit of the layer of cathode conductors 13.
  • the structure thus obtained according to the invention differs from previous techniques, in particular by the fact that the conductive layer 13 is no longer etched in a pattern of mesh columns, but that the cathode conductors 13 are continuous across an entire column 15.
  • the resistive layer 11 is affixed before the conductive layer 13, which allows the formation of an auxiliary insulating layer 18 by oxidation of this conductive layer 13.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate a second phase of the method for producing a microtip cathode according to the invention, corresponding to a phase for delimiting lines of grid and pattern formation at future locations of the microtips in grid lines 3.
  • the layers 13, 18, and 19 of the stack resulting from the first phase have been designated, in FIGS. 5A to 5C , by the common reference 15 corresponding to their layout in column.
  • This second phase uses photolithography of circular patterns to define the future locations of the microtips, that is to say holes 4 in grid lines 3.
  • a layer of photosensitive resin 20 of negative type is applied to the conductive layer 3.
  • any conventional photolithography process can be implemented to define in the layer 20 the circular patterns as well as the lines of the grid 3.
  • the width of the lines of the grid is, for example, of the order of 300 ⁇ m.
  • the diameter of a circular pattern has a given value, for example between 1 and 2 ⁇ m, and the number of patterns is several thousand per screen pixel.
  • the resin layer 20 is pre-insulated through a conventional mask 21 for defining the lines 14 of the grid 3.
  • microbeads 22 are deposited on the resin layer 20.
  • These microbeads 22 are for example microbeads of glass or plastic. They are opaque to sunshine to obtain a maximum masking effect on the areas on which they are deposited.
  • the distribution of the microbeads 22 on the resin layer 20 is random. We have indeed seen that the quality of a screen was linked to the regularity of the density microdots 2 from one pixel of the screen to another and to the regularity of the diameter of the microdots 2. On the other hand, the difference between two microdots 2 has no influence on the quality of the screen provided that the density of microtips is high.
  • the random distribution of the patterns in the grid layer 3 has no consequence on the quality of the screen. It was thus found that a good quality flat screen was obtained with a number and a diameter of circular patterns in each pixel of the screen which are the same to within five percent, the density of patterns of a pixel being high so as not to affect the brightness of the screen.
  • a deposit of calibrated microbeads 22 with a given diameter of between 1 and 5 ⁇ m with a tolerance of 10 percent for the diameter of microbeads 22 achieves this result.
  • microbeads 22 deposited on the layer 20 it is possible, according to the invention, to use several methods of depositing the microbeads 22.
  • a first method consists in immersing the stack resulting from the first phase, coated with the resin layer 20, in a bath containing microbeads 22 in solution.
  • the density of the microbeads 22 in the bath is fixed as a function of the density of patterns desired.
  • the microbeads 22 are deposited by decantation, the microbeads used in this case being made of glass. It is also possible to carry out the insolation step through the bath as soon as the microbeads 22 have decanted, which accelerates the execution of the process.
  • the evacuation of the microbeads 22, after insolation is carried out here simply by removing the stack and its possible support from the bath.
  • a second method consists in spraying, on the resin layer 20, a mixture of solvent and microbeads 22 contained in a tank.
  • the solvent is alcohol-based, which allows it to evaporate during spraying.
  • the distribution of the microbeads 22 on the resin layer 20 has good homogeneity, the density of microbeads 22 being fixed by the duration of the spraying carried out.
  • the microbeads 22 hold on the resin layer 20 by electrostatic effect, resulting from charges acquired during their passage of air between a nozzle of the sprayer and the resin layer 20.
  • the evacuation of the microbeads 22 after insolation can be made by blowing or any other means.
  • a third method consists in embedding microbeads 22 in a viscous material, for example polyvinyl alcohol.
  • the resin layer 20 is covered with a layer of this material, for example by scraping or by screen printing without a pattern.
  • the polyvinyl alcohol is then dried and then exposed as described below. Subsequently, the polyvinyl alcohol is dissolved, for example in water and the microbeads 22 are removed at the same time.
  • this resin layer 20 is exposed by means of a quasi-parallel light insulator during a fourth step (not shown).
  • the wavelength of the radiation from the insulator is chosen as a function of the resin used and the precision sought, for example in the ultraviolet range.
  • the microbeads 22 are then removed from the resin layer 20 during a fifth step (not shown).
  • a sixth step (FIG. 5C) the resin is developed by the implementation of a conventional process under conditions compatible with the type of resin used. Circular patterns 23 are thus formed in the resin layer 20 at the locations of the microbeads 22. These patterns 23 are then used to engrave holes 4 and corresponding well blanks 17 in layers 3, 16, 18, and 13, of the stack from the first phase, as will be seen later in relation to FIGS. 6A to 6C.
  • a variant of the insolation step consists in exposing the resin layer 20, still by means of a quasi-parallel light insulator, but by tilting the layer 20 relative to the axis of the beam, and making it rotate around this axis.
  • the stack from the first phase for example coated with the resin layer 20 on which the microbeads 22 have been deposited, is placed on a rotary support inclined at a given angle relative to the axis of the beam.
  • the diameter actually insulated directly above each microbead 22 is found to be less than the diameter of the microbeads 22. This gives patterns 23 of diameter less than the diameter of the microbeads 22.
  • the ratio between the diameter of the microbeads 22 and the diameter of the patterns 23 obtained depends on the angle of inclination of the support relative to the axis of the quasi-parallel beam of radiation from the insolator. This variant further improves the resolution obtained by implementing the method according to the invention. It is indeed possible to use microbeads 22 of larger size which will have better uniformity between them. We can by example make patterns 23 with a diameter of 2 ⁇ m using microbeads 22 having a diameter of 5 ⁇ m.
  • FIGS. 6A to 6C illustrate an example of implementation of a third phase of the method according to the invention.
  • This third phase corresponds to the formation of holes 4 in lines 14 of grid 3, and of deposition of microtips 2 in wells 17 directly above these holes 4.
  • the sections of FIGS. 6A to 6C represent a part of a pixel defined by the intersection of a line 14 of the grid 3 and a column 15 of the cathode 1.
  • the etching this first step is carried out in such a way that it attacks the material of the grid 3 without attacking the material of the insulating layer 16.
  • it is preferably an anisotropic etching.
  • etching is carried out up to the etching stop layer 19.
  • blanks of wells 17 are etched in the isolation layers 16 (and possibly 18) and cathode conductors 13. This etching is anisotropic so that the well blanks 17 are aligned with the circular patterns 23.
  • the well blanks 17 have, for example, a diameter of 1.3 ⁇ m like the holes 4.
  • the etchings of the second and third stages are stopped by the etching stop layer 19 so as not to attack the resistive layer 11 on which the microtips 2 are to be deposited.
  • the etching of the lines 14 of the grid 3 could also be done previously in the second phase.
  • the reactive ion etching of the second step (FIG. 6A) can be carried out, at the locations of the patterns 23, simultaneously in the layers 3, 16 (and if necessary 18), and 13. In this way the holes 4 and the well blanks 17 are formed simultaneously.
  • the pre-sunstroke step (FIG. 5B) of the second phase is then no longer necessary since the grid lines are already formed.
  • this pre-sunshine step could be used to limit the formation of the patterns 23 directly above the cathode conductors 13, ie inside the columns 15.
  • the microdots 2 are deposited during a fourth step (not shown), in a conventional manner.
  • an uplift elimination layer (commonly called a "lift-off" layer) is used on which an conductive material is evaporated.
  • This evaporation leads on the one hand to the formation of a residual layer on the elimination layer by lifting and on the other hand to the formation of the microtips 2 in the wells 17.
  • These microtips 2 have, for example, a diameter at the base of 1.1 ⁇ m and a height of the order of 1.2 ⁇ m.
  • the residual layer is removed, using the lifting removal layer.
  • Figure 6C we then obtain a structure as shown in Figure 6C.
  • the etching stop layer 19 surrounding the microtips 2 is eliminated. This elimination leads to the formation between each microtip 2 and a cathode conductor 13, through the resistive layer 11, an annular resistance of the same value for all microtips 2.
  • microtip cathode A particular example of embodiment of a microtip cathode will be indicated below, specifying the materials and the types of etching used.
  • each of the constituents described for the layers may be replaced by one or more constituents having the same characteristics and / or fulfilling the same function.
  • the etching means described by way of example may be replaced by other etching means, dry or wet, making it possible to achieve the same result.
  • the succession of steps given by way of example can be modified according to the materials and etching means used.
  • the step of obtaining the auxiliary insulating layer 18 (phase 1, step 4) could be postponed after the etching of the cathode conductors 13, the cathode conductors 13 then also being oxidized on their edges.
  • grid lines 14 could be postponed until the end of the process. In this case, we would maintain the second stage of the second phase, by pre-insulating surfaces that correspond to the grid lines. This is to avoid the formation of patterns 23 between the lines 14, which would lead to the removal of the insulation layer 16 at the locations of these patterns.
  • the first and second stages of the third phase are in this case simultaneous.
  • the dimensional indications given by way of example can be modified as a function of the characteristics sought for the screen, of the materials used, or others.
  • the diameter of the microbeads 22 used depends on the diameter desired for the holes 4 of the grid 3 and on the exposure technique used (vertical or oblique).

Abstract

The cathode (1) includes an insulating substrate (10) and a resistive layer (11) which supports an array of micro-tips (2). Cathode conductors (13) are placed on top of the resistive layer over a thin conductor coat (19). The conductors are organised in columns (15) each column encompassing a large number of micro-tips. The micro-tips are located in the centre of circular openings (17) present along the cathode conductors. Each micro-tip is thus separated from the conductor by a circular area of same resistivity. A control grid (3) is associated with the cathode and separated from the conductors by two insulating layers (16,18).

Description

La présente invention concerne la réalisation d'une cathode à micropointes. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'une cathode à micropointes d'un écran plat de visualisation.The present invention relates to the production of a microtip cathode. It applies more particularly to the production of a microtip cathode of a flat display screen.

La figure 1 représente la structure d'un écran plat à micropointes du type auquel se rapporte l'invention.FIG. 1 represents the structure of a flat screen with microtips of the type to which the invention relates.

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.Such a microtip screen essentially consists of 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 substrate of glass 6 constitutes the screen surface.

Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4 940 916 du Commissariat à l'Energie Atomique.The operating principle and the detail of the constitution of such a microtip screen are described in American patent 4,940,916 of the French Atomic Energy Commission.

Les conducteurs de cathode sont disposés en colonnes sur un substrat de verre 10. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont classiquement disposées à l'intérieur de 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. L'intersection d'une ligne de la grille 3 et d'une colonne de la cathode 1 définit un pixel.The cathode conductors are arranged in columns on a glass substrate 10. The microtips 2 are produced on a resistive layer 11 deposited on the cathode conductors and are conventionally arranged inside meshes defined by the cathode conductors. FIG. 1 partially represents the interior of a mesh, the cathode conductors do not appear in this figure. The cathode 1 is associated with the grid 3 which is organized in lines. The intersection of a line of the grid 3 and a column of the cathode 1 defines a 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. Dans le cas d'un écran couleur, tel que représenté à la figure 1, 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.This device uses the electric field created between the cathode 1 and the grid 3 so that electrons are extracted from the microtips 2 towards phosphor elements 7 of the anode 5. In the case of a color screen, as shown in the figure 1, the anode 5 is provided with alternating strips of phosphor elements 7, each corresponding to a color (Blue, Red, Green). The strips are separated from each other by an insulator 8. The phosphor elements 7 are deposited on electrodes 9, consisting of corresponding strips of a transparent conductive layer such as indium tin oxide (ITO) . The sets of blue, red and green bands are alternately polarized with respect to the cathode 1, so that the electrons extracted from the microtips 2 of a pixel of the cathode / grid are alternately directed towards the phosphor elements 7 opposite each other colours.

Les figures 2A à 2D illustrent un exemple d'une structure de ce type, les figures 2B et 2D étant respectivement des agrandissements de parties des figures 2A et 2C. Plusieurs micropointes 2, par exemple seize, sont disposées dans chaque maille 12 définie par les conducteurs de cathode 13 (figure 2B). L'intersection, d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1, correspond ici, par exemple, à soixante-quatre mailles 12 d'un pixel de cathode (figure 2A).FIGS. 2A to 2D illustrate an example of a structure of this type, FIGS. 2B and 2D being respectively enlargements of parts of FIGS. 2A and 2C. Several microtips 2, for example sixteen, are arranged in each mesh 12 defined by the cathode conductors 13 (FIG. 2B). The intersection of a line 14 of the grid 3 and of a column 15 of the cathode 1, here corresponds, for example, to sixty-four meshes 12 of a cathode pixel (FIG. 2A).

La cathode 1 est généralement constituée de couches déposées successivement sur le substrat de verre 10. Les figures 2C et 2D représentent partiellement, une vue en coupe selon la ligne A-A' de la figure 2B. Une couche conductrice 13, par exemple constituée de niobium, est déposée sur le substrat 10. Cette couche 13 est gravée selon un motif de colonnes 15, chaque colonne comportant des mailles 12 entourées de conducteurs de cathode 13. Une couche résistive 11 est ensuite déposée sur ces conducteurs de cathode 13. Cette couche résistive 11, constituée par exemple de silicium amorphe dopé au phosphore, a pour objet de protéger chaque micropointe 2 contre un excès de courant à l'amorçage d'une micropointe 2. L'apposition d'une telle couche résistive 11 vise à homogénéiser l'émission électronique des micropointes 2 d'un pixel de la cathode 1 et à accroître ainsi sa durée de vie. Une couche isolante 16, par exemple d'oxyde de silicium (SiO₂), est déposée sur la couche résistive 11 pour isoler les conducteurs de cathode 13 de la grille 3 (figure 2D). La grille 3 est formée d'une couche conductrice, par exemple de niobium. Des trous 4 et des puits 17 sont respectivement pratiqués dans les couches 3 et 16 pour recevoir les micropointes 2 qui sont par exemple en molybdène.The cathode 1 is generally made up of layers deposited successively on the glass substrate 10. FIGS. 2C and 2D partially represent a sectional view along the line AA 'in FIG. 2B. A conductive layer 13, for example made of niobium, is deposited on the substrate 10. This layer 13 is etched in a pattern of columns 15, each column having meshes 12 surrounded by cathode conductors 13. A resistive layer 11 is then deposited on these cathode conductors 13. This resistive layer 11, for example made of amorphous silicon doped with phosphorus, has the object of protecting each microtip 2 against an excess of current when starting a microtip 2. The affixing of such a resistive layer 11 aims at homogenizing the electronic emission of the microtips 2 of a cathode 1 pixel and thus increase its lifespan. An insulating layer 16, for example of silicon oxide (SiO₂), is deposited on the resistive layer 11 to isolate the cathode conductors 13 from the grid 3 (FIG. 2D). The grid 3 is formed of a conductive layer, for example of niobium. Holes 4 and wells 17 are respectively made in layers 3 and 16 to receive the microtips 2 which are for example made of molybdenum.

Le dépôt des micropointes 2 dans les puits 17 est classiquement obtenu par une pulvérisation de molybdène sur une couche d'élimination par soulèvement apposée sur la grille 3.The deposition of the microtips 2 in the wells 17 is conventionally obtained by spraying molybdenum onto an uplift elimination layer affixed to the grid 3.

Un inconvénient des techniques classiques est que, si la couche résistive permet de protéger les micropointes contre un excès de courant, elle ne parvient pas à homogénéiser complètement l'émission électronique. De fait, les micropointes d'une maille ne sont pas toutes équidistantes des conducteurs de cathode, ce qui entraîne une non-uniformité de l'émission électronique.A drawback of conventional techniques is that, if the resistive layer makes it possible to protect the microtips against an excess of current, it does not manage to completely homogenize the electronic emission. In fact, the microtips of a mesh are not all equidistant from the cathode conductors, which results in non-uniformity of the electronic emission.

Un autre inconvénient réside dans la nécessité de former dans chacune des colonnes de la cathode, des mailles de conducteurs. Ce qui impose la réalisation d'un motif complexe sur toute la surface de la cathode.Another drawback lies in the need to form in each of the columns of the cathode, conductive meshes. This requires the production of a complex pattern over the entire surface of the cathode.

En outre, le faible diamètre des micropointes (de l'ordre de 1 à 2 µm) et la nécessité de les reproduire avec une densité élevée par pixel de l'écran (plusieurs milliers par pixel) entraîne que les procédés existant limitent la surface des écrans plats pouvant être réalisés. Les disparités qui peuvent apparaître dans la régularité du diamètre des trous et puits destinés à recevoir les micropointes nuisent également à l'homogénéité de l'émission électronique, en entraînant des disparités dans le diamètre et la hauteur des micropointes.In addition, the small diameter of the microtips (of the order of 1 to 2 μm) and the need to reproduce them with a high density per pixel of the screen (several thousand per pixel) means that the existing processes limit the surface of the flat screens that can be produced. The disparities that can appearing in the regularity of the diameter of the holes and wells intended to receive the microtips also harm the homogeneity of the electronic emission, by causing disparities in the diameter and the height of the microtips.

La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant une cathode à micropointes fournissant un rayonnement électronique d'homogénéité optimisée. L'invention vise également à éviter le recours à la formation de mailles de conducteurs de cathode.The object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a microtip cathode providing electronic radiation of optimized homogeneity. The invention also aims to avoid the recourse to the formation of meshes of cathode conductors.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une cathode à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat, au moins un conducteur de cathode, et des micropointes disposées sur une couche résistive ; ledit conducteur de cathode étant disposé au-dessus de la couche résistive, et présentant des ouvertures circulaires au centre de chacune desquelles est disposée une micropointe.To achieve these objects, the present invention provides a microtip cathode for a flat display screen, of the type comprising a substrate, at least one cathode conductor, and microtips arranged on a resistive layer; said cathode conductor being disposed above the resistive layer, and having circular openings in the center of each of which is arranged a microtip.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre des ouvertures circulaires que présente le conducteur de cathode est supérieur au diamètre de l'embase d'une micropointe.According to one embodiment of the invention, the diameter of the circular openings presented by the cathode conductor is greater than the diameter of the base of a microtip.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode est associée à une grille, séparée du conducteur de cathode par une couche d'isolement et pourvue d'un trou à l'aplomb de chaque micropointe ; la couche d'isolement et le conducteur de cathode présentant un puits de réception d'une micropointe à l'aplomb de chaque trou de la grille ; et le diamètre des trous de la grille étant sensiblement inférieur au diamètre des puits des couches d'isolement et de conducteur de cathode.According to one embodiment of the invention, the cathode is associated with a grid, separated from the cathode conductor by an insulation layer and provided with a hole plumb with each microtip; the insulation layer and the cathode conductor having a well for receiving a microtip perpendicular to each hole of the grid; and the diameter of the grid holes being substantially less than the diameter of the wells of the insulation and cathode conductor layers.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode comporte une couche isolante auxiliaire, entre le conducteur de cathode et la couche d'isolement.According to one embodiment of the invention, the cathode comprises an auxiliary insulating layer, between the cathode conductor and the insulation layer.

L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes qui consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat, d'une couche résistive, d'une couche de conducteur de cathode, d'une couche d'isolement et d'une couche de grille, une gravure anisotrope de trous dans la couche de grille, et une gravure correspondante de puits de plus grande section, dans les couches d'isolement et de conducteur de cathode.The invention also relates to a method for producing a microtip cathode which consists in producing, on a stack consisting at least of a substrate, a resistive layer, a cathode conductor layer, an insulation layer and a grid layer, an anisotropic etching of holes in the grid layer , and a corresponding etching of wells of larger section, in the insulation and cathode conductor layers.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à effectuer les phases suivantes :

  • réalisation de conducteurs de cathode organisés en colonnes sur une couche résistive déposée sur un substrat ;
  • préparation de motifs circulaires dans des lignes d'une grille par photolithogravure ;
  • réalisation de trous dans les lignes de la grille, et de puits dans les couches d'isolement et de conducteurs de cathode, et dépôt d'une micropointe au centre de chaque puits, sur une couche résistive.
According to one embodiment of the invention, the method consists in carrying out the following phases:
  • making cathode conductors organized in columns on a resistive layer deposited on a substrate;
  • preparation of circular patterns in lines of a grid by photolithography;
  • making holes in the grid lines, and wells in the insulation layers and cathode conductors, and depositing a microtip in the center of each well, on a resistive layer.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première phase de réalisation de conducteurs de cathode comprend les étapes suivantes :

  • dépôt pleine plaque d'une couche résistive sur le substrat ;
  • dépôt pleine plaque d'une fine couche conductrice d'arrêt de gravure ;
  • dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode ;
  • oxydation électrolytique de la couche conductrice de conducteurs de cathode ;
  • gravure simultanée, de la couche de conducteurs de cathode et de la couche isolante auxiliaire obtenue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes ; et
  • élimination de la couche d'arrêt de gravure entre les colonnes définies par les conducteurs de cathode.
According to one embodiment of the invention, the first phase of producing cathode conductors comprises the following steps:
  • full plate deposition of a resistive layer on the substrate;
  • full plate deposition of a thin conductive etching stop layer;
  • full plate deposition of a conductive layer of cathode conductors;
  • electrolytic oxidation of the conductive layer of cathode conductors;
  • simultaneous etching of the layer of cathode conductors and of the auxiliary insulating layer obtained by said oxidation, in a pattern of columns; and
  • elimination of the etching stop layer between the columns defined by the cathode conductors.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires est réalisée en déposant une couche de résine sur la couche de grille, et en insolant cette couche de résine, postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées opaques pour le rayonnement d'insolation.According to one embodiment of the invention, the second phase of photolithography of circular patterns is carried out by depositing a layer of resin on the layer of grid, and by insulating this resin layer, after a deposit of microbeads calibrated opaque for the radiation of sunshine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, une étape de pré-insolation de la couche de résine est effectuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles, par masquage de lignes de la grille.According to one embodiment of the invention, a step of pre-exposure of the resin layer is carried out, prior to the step of depositing the microbeads, by masking of lines of the grid.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la troisième phase de réalisation d'une grille et de micropointes comprend les étapes suivantes :

  • gravure anisotrope et simultanée de trous dans la couche de grille et d'ébauches de puits dans les couches d'isolement et de conducteurs de cathode ;
  • élargissement des puits par une gravure isotrope ;
  • dépôt de micropointes au centre de chaque puits, sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure ;
  • élimination de la couche d'arrêt de gravure dans le fond des puits autour des micropointes.
According to one embodiment of the invention, the third phase of producing a grid and microtips comprises the following steps:
  • anisotropic and simultaneous etching of holes in the grid layer and well blanks in the insulation and cathode conductor layers;
  • widening of the wells by isotropic etching;
  • depositing microtips in the center of each well, on the thin conductive etching stop layer;
  • elimination of the etching stop layer in the bottom of the wells around the microtips.

Ainsi, selon un avantage de la présente invention, la résistance d'accès entre la cathode et chacune des micropointes est constante puisqu'elle correspond à une région résistive annulaire de dimensions constantes.Thus, according to an advantage of the present invention, the access resistance between the cathode and each of the microtips is constant since it corresponds to an annular resistive region of constant dimensions.

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 ;
  • les figures 3A et 3B représentent partiellement, respectivement en coupe et en vue de dessus, une cathode à micropointes selon l'invention ;
  • les figures 4A à 4H représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une première phase d'un procédé de réalisation d'une cathode selon l'invention ;
  • les figures 5A à 5C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une deuxième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention ; et
  • les figures 6A à 6C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une troisième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention.
These objects, characteristics and advantages, as well as others of the present invention will be explained in detail in the following description of particular embodiments given without limitation in relation to the attached figures among which:
  • Figures 1 and 2 which have been described above are intended to show the state of the art and the problem posed;
  • FIGS. 3A and 3B partially show, respectively in section and in top view, a microtip cathode according to the invention;
  • FIGS. 4A to 4H represent, diagrammatically and in section, different stages of an embodiment of a first phase of a process for producing a cathode according to the invention;
  • FIGS. 5A to 5C show, schematically and in section, different stages of an embodiment of a second phase of a method for producing a microtip cathode according to the invention; and
  • FIGS. 6A to 6C represent, diagrammatically and in section, different stages of an embodiment of a third phase of a method for producing a microtip cathode according to the invention.

Pour des raisons de clarté, les échelles n'ont pas été respectées pour la représentation des figures.For reasons of clarity, the scales have not been respected for the representation of the figures.

La cathode 1, selon l'invention, telle que représentée aux figures 3A et 3B, comporte à partir d'un substrat isolant 10, une couche résistive 11 supportant des micropointes 2. Des conducteurs de cathode 13 sont disposés sur la couche résistive 11 avec interposition éventuelle d'une fine couche conductrice 19 d'adhérence et d'arrêt de gravure. Ces conducteurs de cathode 13 sont organisés en colonnes dont chacune comporte dans sa largeur et dans sa longueur un grand nombre de micropointes, la figure 3A ne représentant qu'une petite portion d'une colonne. En d'autres termes, les conducteurs de cathode 13 sont continus sur toutes les colonnes 15.The cathode 1, according to the invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, comprises from an insulating substrate 10, a resistive layer 11 supporting microtips 2. Cathode conductors 13 are arranged on the resistive layer 11 with possible interposition of a thin conductive layer 19 of adhesion and etching stop. These cathode conductors 13 are organized in columns, each of which has a large number of microtips in its width and in its length, FIG. 3A representing only a small portion of a column. In other words, the cathode conductors 13 are continuous on all the columns 15.

Des micropointes 2 sont disposés sur la couche résistive 11 au centre d'ouvertures circulaires 17 que présente chaque conducteur de cathode 13. Chaque ouverture circulaire 17 définit entre la micropointe 2 qu'elle reçoit et le conducteur de cathode 13, une région résistive annulaire par l'intermédiaire de la couche 11. Ainsi, toutes les micropointes 2 du conducteur de cathode 13 seront électriquement séparées de ce dernier, par une région résistive de même valeur, pourvu que le diamètre des ouvertures circulaires 17 soit le même. Le diamètre de ces ouvertures circulaires 17 est supérieur au diamètre que présentent les bases des micropointes 2.Microtips 2 are disposed on the resistive layer 11 at the center of circular openings 17 that each cathode conductor has 13. Each circular opening 17 defines between the microtip 2 that it receives and the cathode conductor 13, an annular resistive region by through the layer 11. Thus, all the microtips 2 of the cathode conductor 13 will be electrically separated from the latter, by a resistive region of the same value, provided that the diameter of the circular openings 17 is the same. The diameter of these circular openings 17 is greater than the diameter of the bases of the microtips 2.

Toutes les micropointes 2 sont donc électriquement séparées des conducteurs de cathode 13 par une résistance de même valeur. C'est là, une caractéristique essentielle de la présente invention qui conduit à optimiser l'homogénéité du rayonnement cathodique, en rendant homogène le courant dans les micropointes 2.All the microtips 2 are therefore electrically separated from the cathode conductors 13 by a resistor of the same value. This is an essential characteristic of the present invention which leads to optimizing the homogeneity of the cathode radiation, by making the current in the microtips 2 homogeneous.

Selon un exemple de réalisation qu'illustre la figure 3A, la cathode 1 est associée à une grille de commande 3. Les conducteurs de cathode 13 sont alors isolés de la grille 3 au moyen d'une couche d'isolement 16, éventuellement associée à une couche isolante auxiliaire 18. Cette couche isolante auxiliaire 18 est, lorsqu'elle est prévue, disposée entre le conducteur de cathode 13 et la couche d'isolement 16. Elle permet de supprimer les effets de "trous d'aiguilles" que peut présenter la couche isolante 16 perpendiculairement à la surface des conducteurs de cathode 13.According to an exemplary embodiment illustrated in FIG. 3A, the cathode 1 is associated with a control grid 3. The cathode conductors 13 are then isolated from the grid 3 by means of an insulation layer 16, possibly associated with an auxiliary insulating layer 18. This auxiliary insulating layer 18 is, when provided, disposed between the cathode conductor 13 and the insulating layer 16. It makes it possible to eliminate the effects of "needle holes" that may have the insulating layer 16 perpendicular to the surface of the cathode conductors 13.

Des trous 4 et puits 17 sont pratiqués dans les couches de grille 3, d'isolement 16 et de conducteurs de cathode 13 (et le cas échéant dans la couche isolante auxiliaire 18) pour recevoir les micropointes 2. Une caractéristique de ces trous 4 et puits 17 est que les puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et 18) et le conducteur de cathode 13 présentent un diamètre sensiblement plus important que les trous 4 dans la couche de grille 3.Holes 4 and wells 17 are made in the grid 3, insulation 16 and cathode conductor 13 layers (and if necessary in the auxiliary insulating layer 18) to receive the microtips 2. A characteristic of these holes 4 and well 17 is that the wells 17 in the insulation layers 16 (and 18) and the cathode conductor 13 have a diameter substantially greater than the holes 4 in the grid layer 3.

Des micropointes 2 sont déposées, sur la fine couche conductrice 19, si elle existe, à l'aplomb des trous 4, et cette couche 19 est ouverte autour de chaque micropointe 2, dans sa surface libre. Ainsi, chaque micropointe 2 est latéralement séparée de la couche de conducteurs de cathode 13 par un anneau de largeur correspondant approximativement à la différence entre le diamètre des puits 17 et des trous 4. Si la fine couche conductrice 19 n'est pas utilisée, les micropointes 2 se retrouvent directement sur la couche résistive 11, et toujours séparées annulairement des conducteurs de cathode 13.Microtips 2 are deposited, on the thin conductive layer 19, if it exists, directly above the holes 4, and this layer 19 is open around each microtip 2, in its free surface. Thus, each microtip 2 is laterally separated from the layer of cathode conductors 13 by a ring of width corresponding approximately to the difference between the diameter of the wells 17 and the holes 4. If the thin conductive layer 19 is not used, the microtips 2 are found directly on the resistive layer 11, and are always separated annularly from the cathode conductors 13.

Selon un exemple particulier de réalisation, les conducteurs de cathode 13 présentent une largeur d'environ 300 µm, correspondant à la largeur d'un pixel d'écran, défini par l'intersection d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1. Le diamètre des trous 4 est de 1,3 µm, celui des puits 17 de 2,6 µm, et le diamètre de chaque micropointe 2 est à la base de 1,1 µm.According to a particular embodiment, the cathode conductors 13 have a width of approximately 300 μm, corresponding to the width of a screen pixel, defined by the intersection of a line 14 of the grid 3 and of a column 15 of the cathode 1. The diameter of the holes 4 is 1.3 μm, that of the wells 17 2.6 μm, and the diameter of each microtip 2 is at the base of 1.1 μm.

On décrira ci-après un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une telle cathode selon l'invention.An example of the implementation of a method for producing such a cathode according to the invention will be described below.

Ce procédé peut être mis en oeuvre en trois phases correspondant respectivement, à la réalisation de conducteurs de cathode 13, à la formation de motifs aux emplacements futurs des micropointes dans des lignes de grille 3, et à la réalisation de la grille 3 et des micropointes 2.This method can be implemented in three phases corresponding respectively to the production of cathode conductors 13, to the formation of patterns at the future locations of the microtips in grid lines 3, and to the production of grid 3 and microtips 2.

Les figures 4A à 4H illustrent la mise en oeuvre de la première phase qui correspond à la réalisation des conducteurs de cathode 13.FIGS. 4A to 4H illustrate the implementation of the first phase which corresponds to the production of the cathode conductors 13.

Au cours d'une première étape (figure 4A), on dépose sur le substrat 10 une couche résistive 11.During a first step (FIG. 4A), a resistive layer 11 is deposited on the substrate 10.

Une deuxième étape (figure 4B) consiste à déposer une fine couche conductrice 19, dite d'arrêt de gravure. Le rôle de cette couche 19 est double. D'une part, elle constitue une surface d'accrochage de la couche suivante (figure 4C) et des micropointes. D'autre part, elle assure un arrêt de gravure de la couche de conducteurs de cathode 13. Ce second rôle sera mieux compris par la suite, en relation avec la description des figures 4E, et 6A à 6C.A second step (FIG. 4B) consists in depositing a thin conductive layer 19, called an etching stop. The role of this layer 19 is twofold. On the one hand, it constitutes an attachment surface for the next layer (FIG. 4C) and microtips. On the other hand, it ensures an etching stop of the layer of cathode conductors 13. This second role will be better understood later, in relation to the description of FIGS. 4E, and 6A to 6C.

Une troisième étape (figure 4C) consiste à déposer une couche conductrice 13. L'accrochage de cette couche 13 est favorisé par la couche 19.A third step (FIG. 4C) consists in depositing a conductive layer 13. The attachment of this layer 13 is favored by the layer 19.

Une quatrième étape éventuelle consiste (figure 4D) à réaliser une oxydation de la couche conductrice 13, pour obtenir, dans l'épaisseur de cette couche 13, une couche isolante auxiliaire 18. La couche 13 déposée précédemment est alors choisie pour avoir la caractéristique d'être oxydable. On veillera également à ce que l'épaisseur de la couche 13, déposée lors de la troisième étape, soit suffisante pour permettre l'obtention d'une couche isolante auxiliaire 18 tout en conservant une épaisseur suffisante pour les conducteurs de cathode 13.A fourth possible step consists (FIG. 4D) in carrying out an oxidation of the conductive layer 13, in order to obtain, in the thickness of this layer 13, an auxiliary insulating layer 18. The layer 13 previously deposited is then chosen to have the characteristic of being oxidizable. It will also be ensured that the thickness of the layer 13, deposited during the third step, is sufficient to allow obtaining an auxiliary insulating layer 18 while retaining a sufficient thickness for the cathode conductors 13.

Les quatre étapes décrites ci-dessus sont réalisées sur toute une surface du substrat 10.The four steps described above are carried out over an entire surface of the substrate 10.

Au cours d'une cinquième étape (figure 4E), on grave en colonnes les conducteurs de cathode 13. La couche 19 assure, durant cette étape, un arrêt de la gravure qui évite d'attaquer la couche résistive 11. Les conducteurs de cathode 13 présentent, par exemple, une largeur de l'ordre de 300 µm.During a fifth step (FIG. 4E), the cathode conductors 13 are etched in columns. The layer 19 ensures, during this step, an etching stop which avoids attacking the resistive layer 11. The cathode conductors 13 have, for example, a width of the order of 300 μm.

Puis, dans une sixième étape (figure 4F), on élimine la couche 19 aux endroits où les couches 13 et 18 ont été gravées, c'est-à-dire entre les colonnes 15 de conducteurs de cathode 13.Then, in a sixth step (FIG. 4F), the layer 19 is eliminated at the places where the layers 13 and 18 have been etched, that is to say between the columns 15 of cathode conductors 13.

Lors d'une septième étape (figure 4G), on dépose sur la structure issue de la première phase, un isolant 16.During a seventh step (FIG. 4G), an insulator 16 is deposited on the structure resulting from the first phase.

Au cours d'une huitième étape (figure 4H), on dépose une couche conductrice de grille 3. Ce dépôt est par exemple obtenu de la même manière que le dépôt de la couche des conducteurs de cathode 13.During an eighth step (FIG. 4H), a conductive layer of grid 3 is deposited. This deposit is for example obtained in the same way as the deposit of the layer of cathode conductors 13.

Comme on peut le constater, la structure ainsi obtenue selon l'invention se distingue des techniques antérieures, notamment par le fait que la couche conductrice 13 n'est plus gravée selon un motif de colonnes maillées, mais que les conducteurs de cathode 13 sont continus sur toute une colonne 15.As can be seen, the structure thus obtained according to the invention differs from previous techniques, in particular by the fact that the conductive layer 13 is no longer etched in a pattern of mesh columns, but that the cathode conductors 13 are continuous across an entire column 15.

De plus, la couche résistive 11 est apposée avant la couche conductrice 13, ce qui autorise la formation d'une couche isolante auxiliaire 18 par oxydation de cette couche conductrice 13.In addition, the resistive layer 11 is affixed before the conductive layer 13, which allows the formation of an auxiliary insulating layer 18 by oxidation of this conductive layer 13.

Les figures 5A à 5C illustrent une deuxième phase du procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention, correspondant à une phase de délimitation de lignes de grille et de formation de motifs aux emplacements futurs des micropointes dans des lignes de grille 3. Pour des raisons de clarté, les couches 13, 18, et 19 de l'empilement issu de la première phase ont été désignées, aux figures 5A à 5C, par la référence commune 15 correspondant à leur tracé en colonne.FIGS. 5A to 5C illustrate a second phase of the method for producing a microtip cathode according to the invention, corresponding to a phase for delimiting lines of grid and pattern formation at future locations of the microtips in grid lines 3. For reasons of clarity, the layers 13, 18, and 19 of the stack resulting from the first phase have been designated, in FIGS. 5A to 5C , by the common reference 15 corresponding to their layout in column.

Cette deuxième phase fait appel à une photolithogravure de motifs circulaires pour définir les emplacements futurs des micropointes, c'est-à-dire des trous 4 dans des lignes de grille 3.This second phase uses photolithography of circular patterns to define the future locations of the microtips, that is to say holes 4 in grid lines 3.

Dans une première étape (figure 5A), une couche de résine photosensible 20 de type négatif est appliquée sur la couche conductrice 3.In a first step (FIG. 5A), a layer of photosensitive resin 20 of negative type is applied to the conductive layer 3.

On peut mettre en oeuvre tout procédé classique de photolithogravure pour définir dans la couche 20 les motifs circulaires ainsi que les lignes de la grille 3. La largeur des lignes de la grille est, par exemple, de l'ordre de 300 µm. Le diamètre d'un motif circulaire a une valeur donnée comprise, par exemple entre 1 et 2 µm, et le nombre de motifs est de plusieurs milliers par pixel d'écran.Any conventional photolithography process can be implemented to define in the layer 20 the circular patterns as well as the lines of the grid 3. The width of the lines of the grid is, for example, of the order of 300 μm. The diameter of a circular pattern has a given value, for example between 1 and 2 μm, and the number of patterns is several thousand per screen pixel.

On préfèrera cependant mettre en oeuvre une phase particulière de photolithogravure de motifs circulaires qui assure l'obtention de motifs de diamètre régulier avec une densité régulière, quelle que soit la taille de l'écran. Ceci afin d'optimiser encore l'homogénéité du rayonnement électronique.However, it is preferable to use a particular phase of photolithography of circular patterns which ensures that patterns of regular diameter are obtained with a regular density, whatever the size of the screen. This is to further optimize the homogeneity of electronic radiation.

Au cours d'une deuxième étape (figure 5B), on pré-insole la couche de résine 20 à travers un masque classique 21 de définition des lignes 14 de la grille 3.During a second step (FIG. 5B), the resin layer 20 is pre-insulated through a conventional mask 21 for defining the lines 14 of the grid 3.

Puis, dans une troisième étape (non représentée), des microbilles 22 sont déposées sur la couche de résine 20. Ces microbilles 22 sont par exemple des microbilles de verre ou de plastique. Elles sont opaques au rayonnement d'insolation pour obtenir un effet de masquage maximal des zones sur lesquelles elles sont déposées. La répartition des microbilles 22 sur la couche de résine 20 est aléatoire. On a en effet pu constater que la qualité d'un écran était liée à la régularité de la densité des micropointes 2 d'un pixel de l'écran à un autre et à la régularité du diamètre des micropointes 2. Par contre, l'écart entre deux micropointes 2 n'a pas d'influence sur la qualité de l'écran pourvu que la densité de micropointes soit élevée. Ainsi, la répartition aléatoire des motifs dans la couche de grille 3 n'a pas de conséquence sur la qualité de l'écran. On a ainsi constaté que l'on obtenait un écran plat de bonne qualité avec un nombre et un diamètre de motifs circulaires dans chaque pixel de l'écran qui sont les mêmes à cinq pour cent près, la densité de motifs d'un pixel étant élevée pour ne pas nuire à la brillance de l'écran. Un dépôt de microbilles calibrées 22 d'un diamètre donné d'une valeur comprise entre 1 et 5 µm avec une tolérance de 10 pour cent pour le diamètre des microbilles 22 permet d'atteindre ce résultat.Then, in a third step (not shown), microbeads 22 are deposited on the resin layer 20. These microbeads 22 are for example microbeads of glass or plastic. They are opaque to sunshine to obtain a maximum masking effect on the areas on which they are deposited. The distribution of the microbeads 22 on the resin layer 20 is random. We have indeed seen that the quality of a screen was linked to the regularity of the density microdots 2 from one pixel of the screen to another and to the regularity of the diameter of the microdots 2. On the other hand, the difference between two microdots 2 has no influence on the quality of the screen provided that the density of microtips is high. Thus, the random distribution of the patterns in the grid layer 3 has no consequence on the quality of the screen. It was thus found that a good quality flat screen was obtained with a number and a diameter of circular patterns in each pixel of the screen which are the same to within five percent, the density of patterns of a pixel being high so as not to affect the brightness of the screen. A deposit of calibrated microbeads 22 with a given diameter of between 1 and 5 μm with a tolerance of 10 percent for the diameter of microbeads 22 achieves this result.

Pour assurer que la densité des microbilles 22 déposées sur la couche 20 est suffisante et régulière, on peut utiliser, selon l'invention, plusieurs méthodes de dépôt des microbilles 22.To ensure that the density of the microbeads 22 deposited on the layer 20 is sufficient and regular, it is possible, according to the invention, to use several methods of depositing the microbeads 22.

Une première méthode consiste à immerger l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20, dans un bain contenant des microbilles 22 en solution. La densité des microbilles 22 dans le bain est fixée en fonction de la densité de motifs souhaitée. Le dépôt des microbilles 22 s' effectue par décantation, les microbilles utilisées étant dans ce cas en verre. Il est de plus possible d'effectuer l'étape d'insolation à travers le bain dès que les microbilles 22 ont décanté, ce qui accélère l'exécution du procédé. L'évacuation des microbilles 22, après insolation, s'effectue ici simplement en retirant l'empilement et son éventuel support du bain.A first method consists in immersing the stack resulting from the first phase, coated with the resin layer 20, in a bath containing microbeads 22 in solution. The density of the microbeads 22 in the bath is fixed as a function of the density of patterns desired. The microbeads 22 are deposited by decantation, the microbeads used in this case being made of glass. It is also possible to carry out the insolation step through the bath as soon as the microbeads 22 have decanted, which accelerates the execution of the process. The evacuation of the microbeads 22, after insolation, is carried out here simply by removing the stack and its possible support from the bath.

Une seconde méthode consiste à pulvériser, sur la couche de résine 20, un mélange de solvant et de microbilles 22 contenu dans un réservoir. Le solvant est à base d'alcool, ce qui permet son évaporation pendant la pulvérisation. La distribution des microbilles 22 sur la couche de résine 20 présente une bonne homogénéité, la densité de microbilles 22 étant fixée par la durée de la pulvérisation réalisée. Ici, les microbilles 22 tiennent sur la couche de résine 20 par effet électrostatique, résultant de charges acquises lors de leur traversée de l'air entre une buse du pulvérisateur et la couche de résine 20. L'évacuation des microbilles 22 après insolation peut être effectué par soufflage ou tout autre moyen. Un avantage de cette technique est qu'il se crée entre les microbilles 22, du fait de leur charge, une force répulsive qui tend à améliorer la régularité de leur répartition.A second method consists in spraying, on the resin layer 20, a mixture of solvent and microbeads 22 contained in a tank. The solvent is alcohol-based, which allows it to evaporate during spraying. The distribution of the microbeads 22 on the resin layer 20 has good homogeneity, the density of microbeads 22 being fixed by the duration of the spraying carried out. Here, the microbeads 22 hold on the resin layer 20 by electrostatic effect, resulting from charges acquired during their passage of air between a nozzle of the sprayer and the resin layer 20. The evacuation of the microbeads 22 after insolation can be made by blowing or any other means. An advantage of this technique is that it creates between the microbeads 22, due to their charge, a repulsive force which tends to improve the regularity of their distribution.

Une troisième méthode consiste à noyer des microbilles 22 dans un matériau visqueux, par exemple du polyvinylalcool. On couvre la couche de résine 20 d'une couche de ce matériau par exemple par raclage ou par sérigraphie sans motif. On sèche ensuite le polyvinylalcool puis on insole de la manière qui sera décrite ci-dessous. Par la suite, le polyvinylalcool est dissous, par exemple dans de l'eau et les microbilles 22 sont évacuées en même temps.A third method consists in embedding microbeads 22 in a viscous material, for example polyvinyl alcohol. The resin layer 20 is covered with a layer of this material, for example by scraping or by screen printing without a pattern. The polyvinyl alcohol is then dried and then exposed as described below. Subsequently, the polyvinyl alcohol is dissolved, for example in water and the microbeads 22 are removed at the same time.

Une fois que les microbilles 22 ont été déposées sur la couche de résine 20, cette couche de résine 20 est insolée au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle au cours d'une quatrième étape (non représentée). La longueur d'onde du rayonnement de l'insolateur est choisie en fonction de la résine utilisée et de la précision visée, par exemple dans le domaine des ultraviolets. Les microbilles 22 sont ensuite évacuées de la couche de résine 20 au cours d'une cinquième étape (non représentée).Once the microbeads 22 have been deposited on the resin layer 20, this resin layer 20 is exposed by means of a quasi-parallel light insulator during a fourth step (not shown). The wavelength of the radiation from the insulator is chosen as a function of the resin used and the precision sought, for example in the ultraviolet range. The microbeads 22 are then removed from the resin layer 20 during a fifth step (not shown).

L'insolation n'est efficace que dans les surfaces qui étaient masquées au cours de la deuxième étape, de pré-insolation, soit à l'intérieur des lignes 14 de la grille 3 qui ont été formées. Ainsi, lors du développement de la résine au moyen d'un procédé classique (figure 5C), on obtient des motifs 23 dans la couche de résine 20 uniquement dans la surface des lignes 14 de grille 3. Cela permet de positionner les zones de micropointes 2 de la cathode 1, en limitant la formation des motifs 23 à des surfaces qui correspondent à des zones devant recevoir des micropointes 2. A la figure 5C, le tracé des colonnes 15 de conducteurs de cathode 13, a été représenté en traits mixtes, et celui des surfaces pré-insolées 14, correspondant aux lignes 14 de la grille 3, a été représenté en pointillés.The insolation is only effective in the surfaces which were masked during the second pre-insolation step, ie inside the lines 14 of the grid 3 which were formed. Thus, during the development of the resin by means of a conventional method (FIG. 5C), patterns 23 are obtained in the resin layer 20 only in the surface of the grid lines 14 3. This makes it possible to position the areas of microtips 2 of cathode 1, limiting the formation of patterns 23 to surfaces which correspond to areas to receive microtips 2. In FIG. 5C, the layout of the columns 15 of cathode conductors 13 has been shown in dashed lines, and that of the pre-exposed surfaces 14, corresponding to the lines 14 of grid 3, has been shown in dotted lines.

Dans une sixième étape (figure 5C), on développe la résine par la mise en oeuvre d'un procédé classique dans des conditions compatibles avec le type de résine utilisé. Des motifs circulaires 23 sont ainsi formés dans la couche de résine 20 aux emplacements des microbilles 22. Ces motifs 23 sont ensuite utilisés pour graver des trous 4 et des ébauches de puits 17 correspondantes dans les couches 3, 16, 18, et 13, de l'empilement issu de la première phase, comme on le verra par la suite en relation avec les figures 6A à 6C.In a sixth step (FIG. 5C), the resin is developed by the implementation of a conventional process under conditions compatible with the type of resin used. Circular patterns 23 are thus formed in the resin layer 20 at the locations of the microbeads 22. These patterns 23 are then used to engrave holes 4 and corresponding well blanks 17 in layers 3, 16, 18, and 13, of the stack from the first phase, as will be seen later in relation to FIGS. 6A to 6C.

Une variante de l'étape d'insolation consiste à insoler la couche de résine 20, toujours au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle, mais en inclinant la couche 20 par rapport à l'axe du faisceau, et en la faisant tourner autour de cet axe. Pour ce faire, on pose par exemple l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20 sur laquelle ont été déposées les microbilles 22, sur un support rotatif incliné d'un angle donné par rapport à l'axe du faisceau. Ainsi, le diamètre effectivement insolé à l'aplomb de chaque microbille 22 se trouve être inférieur au diamètre des microbilles 22. On obtient ainsi des motifs 23 de diamètre inférieur au diamètre des microbilles 22. Le rapport entre le diamètre des microbilles 22 et le diamètre des motifs 23 obtenus dépend de l'angle d'inclinaison du support par rapport à l'axe du faisceau quasi-parallèle de rayonnement de l'insolateur. Cette variante améliore encore la résolution obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On peut en effet utiliser des microbilles 22 de taille plus importante qui présenteront une meilleure uniformité entre elles. On peut par exemple réaliser des motifs 23 de diamètre 2 µm au moyen de microbilles 22 présentant un diamètre de 5 µm.A variant of the insolation step consists in exposing the resin layer 20, still by means of a quasi-parallel light insulator, but by tilting the layer 20 relative to the axis of the beam, and making it rotate around this axis. To do this, the stack from the first phase, for example coated with the resin layer 20 on which the microbeads 22 have been deposited, is placed on a rotary support inclined at a given angle relative to the axis of the beam. Thus, the diameter actually insulated directly above each microbead 22 is found to be less than the diameter of the microbeads 22. This gives patterns 23 of diameter less than the diameter of the microbeads 22. The ratio between the diameter of the microbeads 22 and the diameter of the patterns 23 obtained depends on the angle of inclination of the support relative to the axis of the quasi-parallel beam of radiation from the insolator. This variant further improves the resolution obtained by implementing the method according to the invention. It is indeed possible to use microbeads 22 of larger size which will have better uniformity between them. We can by example make patterns 23 with a diameter of 2 μm using microbeads 22 having a diameter of 5 μm.

Les figures 6A à 6C illustrent un exemple de mise en oeuvre d'une troisième phase du procédé selon l'invention. Cette troisième phase correspond à la formation de trous 4 dans des lignes 14 de grille 3, et de dépôt de micropointes 2 dans des puits 17 à l'aplomb de ces trous 4. Pour des raisons de clarté, les coupes des figures 6A à 6C représentent une partie d'un pixel défini par l'intersection d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1.FIGS. 6A to 6C illustrate an example of implementation of a third phase of the method according to the invention. This third phase corresponds to the formation of holes 4 in lines 14 of grid 3, and of deposition of microtips 2 in wells 17 directly above these holes 4. For reasons of clarity, the sections of FIGS. 6A to 6C represent a part of a pixel defined by the intersection of a line 14 of the grid 3 and a column 15 of the cathode 1.

Dans une première étape (non représentée), on grave dans la couche de grille 3, des lignes 14 de grille ainsi que des trous 4 aux emplacements futurs des micropointes 2, c'est-à-dire aux emplacements des motifs 23. La gravure de cette première étape est effectuée de manière telle qu'elle attaque le matériau de la grille 3 sans attaquer le matériau de la couche isolante 16. De plus, il s'agit préférentiellement d'une gravure anisotrope.In a first step (not shown), etching in the grid layer 3, grid lines 14 as well as holes 4 at the future locations of the microtips 2, that is to say at the locations of the patterns 23. The etching this first step is carried out in such a way that it attacks the material of the grid 3 without attacking the material of the insulating layer 16. In addition, it is preferably an anisotropic etching.

Lors d'une deuxième étape (figure 6A), on effectue une gravure ionique réactive jusqu'à la couche d'arrêt de gravure 19. On grave ainsi des ébauches de puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs de cathode 13. Cette gravure est anisotrope de sorte que les ébauches de puits 17 sont alignés avec les motifs circulaires 23. Les ébauches de puits 17 présentent, par exemple, un diamètre de 1,3 µm comme les trous 4.During a second step (FIG. 6A), reactive ion etching is carried out up to the etching stop layer 19. Thus, blanks of wells 17 are etched in the isolation layers 16 (and possibly 18) and cathode conductors 13. This etching is anisotropic so that the well blanks 17 are aligned with the circular patterns 23. The well blanks 17 have, for example, a diameter of 1.3 μm like the holes 4.

Au cours d'une troisième étape (figure 6B), on élargit le diamètre des puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs 13. Pour ce faire, on effectue une gravure humide isotrope.During a third step (FIG. 6B), the diameter of the wells 17 in the insulation layers 16 (and possibly 18) and of conductors 13 is widened. To do this, isotropic wet etching is carried out.

Les gravures des deuxièmes et troisième étapes sont arrêtées par la couche d'arrêt de gravure 19 de façon à ne pas attaquer la couche résistive 11 sur laquelle doivent être déposées les micropointes 2. La gravure des lignes 14 de la grille 3 (première étape) pourrait également être réalisée antérieurement à la deuxième phase. Dans ce cas, la gravure ionique réactive de la deuxième étape (figure 6A) peut être effectuée, aux emplacements des motifs 23, simultanément dans les couches 3, 16 (et le cas échéant 18), et 13. De la sorte les trous 4 et les ébauches de puits 17 sont formés simultanément. De plus, l'étape de pré-insolation (figure 5B) de la deuxième phase n'est alors plus nécessaire dans la mesure où les lignes de grille sont déjà formées. On pourrait par contre utiliser cette étape de pré-insolation pour limiter la formation des motifs 23 à l'aplomb des conducteurs de cathode 13, soit à l'intérieur des colonnes 15.The etchings of the second and third stages are stopped by the etching stop layer 19 so as not to attack the resistive layer 11 on which the microtips 2 are to be deposited. The etching of the lines 14 of the grid 3 (first step) could also be done previously in the second phase. In this case, the reactive ion etching of the second step (FIG. 6A) can be carried out, at the locations of the patterns 23, simultaneously in the layers 3, 16 (and if necessary 18), and 13. In this way the holes 4 and the well blanks 17 are formed simultaneously. In addition, the pre-sunstroke step (FIG. 5B) of the second phase is then no longer necessary since the grid lines are already formed. On the other hand, this pre-sunshine step could be used to limit the formation of the patterns 23 directly above the cathode conductors 13, ie inside the columns 15.

Le dépôt des micropointes 2 s'effectue durant une quatrième étape (non représentée), de manière classique. On utilise, par exemple, une couche d'élimination par soulèvement (communément appelée couche "de lift-off") sur laquelle on réalise une évaporation d'un matériau conducteur. Cette évaporation conduit d'une part à la formation d'une couche résiduelle sur la couche d'élimination par soulèvement et d'autre part à la formation des micropointes 2 dans les puits 17. Ces micropointes 2 présentent, par exemple, un diamètre à la base de 1,1 µm et une hauteur de l'ordre de 1,2 µm. Puis, on élimine la couche résiduelle, à l'aide de la couche d'élimination par soulèvement. On obtient alors une structure telle que représentée à la figure 6C.The microdots 2 are deposited during a fourth step (not shown), in a conventional manner. For example, an uplift elimination layer (commonly called a "lift-off" layer) is used on which an conductive material is evaporated. This evaporation leads on the one hand to the formation of a residual layer on the elimination layer by lifting and on the other hand to the formation of the microtips 2 in the wells 17. These microtips 2 have, for example, a diameter at the base of 1.1 µm and a height of the order of 1.2 µm. Then, the residual layer is removed, using the lifting removal layer. We then obtain a structure as shown in Figure 6C.

Enfin, dans une cinquième et dernière étape, on élimine la couche d'arrêt de gravure 19 entourant les micropointes 2. Cette élimination conduit à former entre chaque micropointe 2 et un conducteur de cathode 13, par l'intermédiaire de la couche résistive 11, une résistance annulaire de même valeur pour toutes les micropointes 2.Finally, in a fifth and final step, the etching stop layer 19 surrounding the microtips 2 is eliminated. This elimination leads to the formation between each microtip 2 and a cathode conductor 13, through the resistive layer 11, an annular resistance of the same value for all microtips 2.

On obtient alors une cathode telle que représentée aux figures 3A et 3B.We then obtain a cathode as shown in Figures 3A and 3B.

On indiquera ci-dessous un exemple particulier de réalisation d'une cathode à micropointes en spécifiant les matériaux et les types de gravure utilisés.A particular example of embodiment of a microtip cathode will be indicated below, specifying the materials and the types of etching used.

Phase 1:Phase 1:

  • Etape 1 : dépôt pleine plaque d'une couche résistive 11, par pulvérisation de silicium amorphe dopé au phosphore sur le substrat de verre 10. Cette couche résistive 11 présente, par exemple, une épaisseur de 0,3 µm.Step 1: full plate deposition of a resistive layer 11, by spraying of amorphous silicon doped with phosphorus on the glass substrate 10. This resistive layer 11 has, for example, a thickness of 0.3 μm.
  • Etape 2 : dépôt pleine plaque, par évaporation de chrome, d'une fine couche conductrice 19. L'épaisseur de cette couche 19 est par exemple de 0,025 µm.Step 2: full plate deposition, by evaporation of chromium, of a thin conductive layer 19. The thickness of this layer 19 is for example 0.025 μm.
  • Etape 3 : dépôt pleine plaque, par évaporation de niobium, d'une couche de conducteurs de cathode 13. L'accrochage de cette couche 13 est favorisé par la couche 19, le niobium s'accrochant difficilement sur le silicium amorphe. La couche conductrice 13 présente, par exemple, une épaisseur de 0,2 à 0,4 µm.Step 3: full plate deposition, by evaporation of niobium, of a layer of cathode conductors 13. The attachment of this layer 13 is favored by the layer 19, the niobium hardly clinging to the amorphous silicon. The conductive layer 13 has, for example, a thickness of 0.2 to 0.4 μm.
  • Etape 4 : oxydation pleine plaque de la couche 13. Cette oxydation est par exemple obtenue en soumettant la couche de niobium 13 à une oxydation anodique dans une solution à base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. Pour ce faire, l'empilement est placé en anode dans un bain électrolytique à base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. L'épaisseur d'oxydation dépend pratiquement uniquement du potentiel auquel est réalisée l'électrolyse. Pour un potentiel de 40 V, par exemple, on obtient une épaisseur de pentoxyde de niobium (Nb₂O₅) de 0,12 µm, constituant une couche isolante auxiliaire 18.Step 4: Full plate oxidation of layer 13. This oxidation is for example obtained by subjecting the niobium layer 13 to anodic oxidation in a solution based on ammonium pentaborate and ethylene glycol. To do this, the stack is placed at the anode in an electrolytic bath based on ammonium pentaborate and ethylene glycol. The oxidation thickness depends practically only on the potential at which the electrolysis is carried out. For a potential of 40 V, for example, a thickness of niobium pentoxide (Nb₂O₅) of 0.12 μm is obtained, constituting an auxiliary insulating layer 18.
  • Etape 5 : gravure au plasma d'hexafluorure de soufre (SF₆) des couches isolante 18 et conductrice 13, selon un motif de colonnes 15. On préfère réaliser cette gravure par plasma dans la mesure où une gravure chimique (humide) du pentoxyde de niobium (Nb₂O₅) qui constitue la couche 18 est délicate à contrôler. Par contre, cet oxyde se grave avec le même plasma de gravure que celui utilisé classiquement pour graver du niobium. Le plasma employé grave également le silicium amorphe, c'est pourquoi la couche 19 est dite d'arrêt de gravure et est dans un matériau choisi pour être difficilement attaquable par le plasma d'hexafluorure de soufre.Step 5: plasma etching of sulfur hexafluoride (SF₆) of the insulating 18 and conductive layers 13, according to a pattern of columns 15. It is preferable to carry out this plasma etching insofar as a chemical (wet) etching of the niobium pentoxide (Nb₂O₅) which constitutes layer 18 is difficult to control. On the other hand, this oxide is etched with the same etching plasma as that conventionally used to etch niobium. The plasma used also etches amorphous silicon, this is why layer 19 is said to stop etching and is made of a material chosen to be difficult to attack by sulfur hexafluoride plasma.
  • Etape 6 : élimination de la couche 19, entre les colonnes 15, par masquage et gravure chimique à base de permanganate de potassium (KMnO₄) et d'hydroxyde de potassium (KOH) qui attaque le chrome évaporé sans endommager les autres couches environnantes.Step 6: elimination of the layer 19, between the columns 15, by masking and chemical etching based on potassium permanganate (KMnO₄) and potassium hydroxide (KOH) which attacks the evaporated chromium without damaging the other surrounding layers.
  • Etape 7 : dépôt pleine plaque d'une couche isolante 16, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression ordinaire d'oxyde de silicium (SiO₂). L'épaisseur de cette couche isolante 16 est par exemple de 1,3 µm.Step 7: full plate deposition of an insulating layer 16, by chemical vapor deposition (CVD) at ordinary pressure of silicon oxide (SiO₂). The thickness of this insulating layer 16 is for example 1.3 μm.
  • Etape 8 : dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de grille 3, par évaporation de niobium. L'épaisseur de cette couche de grille qui correspond à l'épaisseur de la grille 3 est par exemple de 0,2 à 0,4 µm.Step 8: full plate deposition of a conductive layer of grid 3, by evaporation of niobium. The thickness of this grid layer which corresponds to the thickness of the grid 3 is for example from 0.2 to 0.4 μm.
Phase 2 :Phase 2:

  • Etape 1 : dépôt pleine plaque d'une couche de résine photosensible 20.Step 1: full plate deposition of a layer of photosensitive resin 20.
  • Etape 2 : pré-insolement à travers un masque d'obturation de lignes 14 de la grille 3.Step 2: pre-insolently through a mask for closing lines 14 of the grid 3.
  • Etape 3 : dépôt aléatoire de microbilles calibrées 22, sur la couche de résine 20.Step 3: random deposition of calibrated microbeads 22, on the resin layer 20.
  • Etape 4 : insolation de la couche de résine 20, revêtue des microbilles 22.Step 4: exposure of the resin layer 20, coated with microbeads 22.
  • Etape 5 : évacuation des microbilles 22.Step 5: evacuation of the microbeads 22.
  • Etape 6 : développement de la résine 20, et obtention de motifs 23 aux emplacements futurs des micropointes 2 dans les lignes 14 de la grille 3.Step 6: development of the resin 20, and obtaining patterns 23 at the future locations of the microtips 2 in the lines 14 of the grid 3.
Phase 3 :Phase 3:

  • Etape 1 : gravure par plasma d'hexafluorure de soufre (SF₆) de la couche 3, selon le motif de lignes 14, et de trous 4 aux endroits des motifs 23. Ce plasma est choisi pour attaquer le niobium de la couche 3 sans attaquer le dioxyde de silicium (SiO₂) constituant la couche isolante 16.Stage 1: plasma etching of sulfur hexafluoride (SF₆) of layer 3, according to the pattern of lines 14, and of holes 4 at the locations of patterns 23. This plasma is chosen to attack the niobium of layer 3 without attacking silicon dioxide (SiO₂) constituting the insulating layer 16.
  • Etape 2 : gravure ionique résistive d'ébauches de puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conducteurs de cathode 13, en regard des trous 4 de la grille 3. Cette gravure est choisie pour être anisotrope.Step 2: resistive ion etching of blanks of wells 17 in the insulation layers 16 and 18, and of cathode conductors 13, opposite the holes 4 of the grid 3. This etching is chosen to be anisotropic.
  • Etape 3 : gravure chimique isotrope des puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conducteurs de cathode 13.Step 3: isotropic chemical etching of the wells 17 in the insulation layers 16 and 18, and of cathode conductors 13.
  • Etape 4 : dépôt d'une couche d'élimination par soulèvement, par dépôt électrolytique de nickel sur les surfaces restantes de la couche de grille 3. Réalisation de micropointes 2, par évaporation de molybdène. Puis, élimination par soulèvement des résidus de molybdène.Step 4: deposition of an elimination layer by lifting, by electrolytic deposition of nickel on the remaining surfaces of the grid layer 3. Production of microtips 2, by evaporation of molybdenum. Then, removal by lifting of the molybdenum residues.
  • Etape 5 : gravure de la couche 19 dans sa surface libre, par exemple par masquage et gravure chimique à base de permanganate de potassium (KMnO₄) et d'hydroxyde de potassium (KOH).Step 5: etching of the layer 19 in its free surface, for example by masking and chemical etching based on potassium permanganate (KMnO₄) and potassium hydroxide (KOH).

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. De plus, les moyens de gravure décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par d'autres moyens de gravure, sèche ou humide, permettant d'atteindre le même résultat.Of course, the present invention is susceptible of various variants and modifications which will appear to those skilled in the art. In particular, each of the constituents described for the layers may be replaced by one or more constituents having the same characteristics and / or fulfilling the same function. In addition, the etching means described by way of example may be replaced by other etching means, dry or wet, making it possible to achieve the same result.

De même, la succession des étapes donnée à titre d'exemple peut être modifiée selon les matériaux et moyens de gravure utilisés. Par exemple, l'étape d'obtention de la couche isolante auxiliaire 18 (phase 1, étape 4) pourrait être reportée après la gravure des conducteurs de cathode 13, les conducteurs de cathode 13 se trouvant alors également oxydés sur leurs bords.Likewise, the succession of steps given by way of example can be modified according to the materials and etching means used. For example, the step of obtaining the auxiliary insulating layer 18 (phase 1, step 4) could be postponed after the etching of the cathode conductors 13, the cathode conductors 13 then also being oxidized on their edges.

La formation des lignes de grille 14 pourrait être reportée à la fin du procédé. Dans ce cas, on maintiendrait la deuxième étape de la deuxième phase, en pré-insolant des surfaces qui correspondent aux lignes de grille. Ceci afin d'éviter la formation de motifs 23 entre les lignes 14, qui conduirait à une suppression de la couche d'isolement 16 aux endroits de ces motifs. Les première et deuxième étapes de la troisième phase sont dans ce cas simultanées.The formation of grid lines 14 could be postponed until the end of the process. In this case, we would maintain the second stage of the second phase, by pre-insulating surfaces that correspond to the grid lines. This is to avoid the formation of patterns 23 between the lines 14, which would lead to the removal of the insulation layer 16 at the locations of these patterns. The first and second stages of the third phase are in this case simultaneous.

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, le diamètre des microbilles 22 utilisées dépend du diamètre souhaité pour les trous 4 de la grille 3 et de la technique d'insolation employée (verticale ou oblique).In addition, the dimensional indications given by way of example can be modified as a function of the characteristics sought for the screen, of the materials used, or others. In particular, the diameter of the microbeads 22 used depends on the diameter desired for the holes 4 of the grid 3 and on the exposure technique used (vertical or oblique).

Claims (10)

Cathode (1) à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat (10), au moins un conducteur de cathode (13), et des micropointes (2) disposées sur une couche résistive (11) ; caractérisée en ce que ledit conducteur de cathode (13) est disposé au-dessus de la couche résistive (11), et présente des ouvertures circulaires (17) au centre de chacune desquelles est disposée une micropointe (2).Cathode (1) with microtips for flat display screen, of the type comprising a substrate (10), at least one cathode conductor (13), and microtips (2) arranged on a resistive layer (11); characterized in that said cathode conductor (13) is disposed above the resistive layer (11), and has circular openings (17) in the center of each of which is arranged a microtip (2). Cathode à micropointes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre des ouvertures circulaires (17) que présente le conducteur de cathode (13) est supérieur au diamètre de l'embase d'une micropointe (2).Microtip cathode according to claim 1, characterized in that the diameter of the circular openings (17) presented by the cathode conductor (13) is greater than the diameter of the base of a microtip (2). Cathode à micropointes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est associée à une grille (3), séparée du conducteur de cathode (13) par une couche d'isolement (16) et pourvue d'un trou (4) à l'aplomb de chaque micropointe (2) ; la couche d'isolement (16) et le conducteur de cathode (13) présentant un puits (17) de réception d'une micropointe (2) à l'aplomb de chaque trou (4) de la grille (3) ; et le diamètre des trous (4) de la grille (3) étant sensiblement inférieur au diamètre des puits (17) des couches d'isolement (16) et de conducteur de cathode (13).Microtip cathode according to claim 1 or 2, characterized in that it is associated with a grid (3), separated from the cathode conductor (13) by an insulation layer (16) and provided with a hole (4 ) directly above each microtip (2); the insulating layer (16) and the cathode conductor (13) having a well (17) for receiving a microtip (2) perpendicular to each hole (4) of the grid (3); and the diameter of the holes (4) of the grid (3) being substantially less than the diameter of the wells (17) of the insulation (16) and cathode conductor (13) layers. Cathode à micropointes selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche isolante auxiliaire (18), entre le conducteur de cathode (13) et la couche d'isolement (16).Microtip cathode according to claim 3, characterized in that it comprises an auxiliary insulating layer (18), between the cathode conductor (13) and the insulation layer (16). Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat (10), d'une couche résistive (11), d'une couche de conducteur de cathode (13), d'une couche d'isolement (16) et d'une couche de grille (3), une gravure anisotrope de trous (4) dans la couche de grille (3), et une gravure correspondante de puits (17) de plus grande section, dans les couches d'isolement (16) et de conducteur de cathode (13).Method for producing a microtip cathode, characterized in that it consists in producing, on a stack consisting at least of a substrate (10), a resistive layer (11), a layer of conductor cathode (13), an insulating layer (16) and a grid layer (3), an anisotropic etching of holes (4) in the grid layer (3), and a corresponding etching of wells ( 17) larger section, in the insulation (16) and cathode conductor (13) layers. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les phases suivantes : - réalisation de conducteurs de cathode (13) organisés en colonnes (15) sur une couche résistive (11) déposée sur un substrat (10) ; - préparation de motifs circulaires (23) dans des lignes (14) d'une grille (3) par photolithogravure ; - réalisation de trous (4) dans les lignes (14) de la grille (3), et de puits (17) dans les couches d'isolement (16) et de conducteurs de cathode (13), et dépôt d'une micropointe (2) au centre de chaque puits (17), sur une couche résistive (11). Method for producing a microtip cathode according to claim 5, characterized in that it consists in carrying out the following phases: - Production of cathode conductors (13) organized in columns (15) on a resistive layer (11) deposited on a substrate (10); - Preparation of circular patterns (23) in lines (14) of a grid (3) by photolithography; - making holes (4) in the lines (14) of the grid (3), and wells (17) in the insulation layers (16) and cathode conductors (13), and depositing a microtip (2) in the center of each well (17), on a resistive layer (11). Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première phase de réalisation de conducteurs de cathode (13) comprend les étapes suivantes : - dépôt pleine plaque d'une couche résistive (11) sur le substrat (10) ; - dépôt pleine plaque d'une fine couche conductrice d'arrêt de gravure (19) ; - dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode (13) ; - oxydation électrolytique de la couche conductrice de conducteurs de cathode (13) ; - gravure simultanée, de la couche de conducteurs de cathode (13) et de la couche isolante auxiliaire (18) obtenue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes (15) ; et - élimination de la couche d'arrêt de gravure (19) entre les colonnes (15) définies par les conducteurs de cathode (13). Method for producing a microtip cathode according to claim 6, characterized in that the first phase of producing cathode conductors (13) comprises the following steps: - full plate deposition of a resistive layer (11) on the substrate (10); - full plate deposition of a thin conductive etching stop layer (19); - full plate deposition of a conductive layer of cathode conductors (13); - electrolytic oxidation of the conductive layer of cathode conductors (13); - simultaneous etching of the layer of cathode conductors (13) and of the auxiliary insulating layer (18) obtained by said oxidation, according to a pattern of columns (15); and - elimination of the etching stop layer (19) between the columns (15) defined by the cathode conductors (13). Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires (23) est réalisée en déposant une couche de résine (20) sur la couche de grille (3), et en insolant cette couche de résine (20), postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées (22) opaques pour le rayonnement d'insolation.Method for producing a microtip cathode according to claim 6 or 7, characterized in that the second phase of photolithography of circular patterns (23) is carried out by depositing a layer of resin (20) on the grid layer (3), and by exposing this layer of resin (20), after depositing calibrated microbeads (22 ) opaque for sunshine. Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une étape de pré-insolation de la couche de résine (20) est effectuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles (22), par masquage (21) de lignes (14) de la grille (3).Method for producing a microtip cathode according to claim 8, characterized in that a step of pre-exposure of the resin layer (20) is carried out, prior to the step of depositing the microbeads (22) masking (21) of lines (14) of the grid (3). Procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la troisième phase de réalisation d'une grille (3) et de micropointes (2) comprend les étapes suivantes : - gravure anisotrope et simultanée de trous (4) dans la couche de grille (3) et d'ébauches de puits (17) dans les couches d'isolement (16, 18) et de conducteurs de cathode (13) ; - élargissement des puits (17) par une gravure isotrope ; - dépôt de micropointes (2) au centre de chaque puits (17), sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure (19) ; - élimination de la couche d'arrêt de gravure (19) dans le fond des puits (17) autour des micropointes (2). Method for producing a microtip cathode according to any one of Claims 6 to 9, characterized in that the third phase of producing a grid (3) and microtips (2) comprises the following steps: - anisotropic and simultaneous etching of holes (4) in the grid layer (3) and well blanks (17) in the insulation layers (16, 18) and cathode conductors (13); - widening of the wells (17) by an isotropic etching; - deposition of microtips (2) in the center of each well (17), on the thin conductive etching stop layer (19); - elimination of the etching stop layer (19) in the bottom of the wells (17) around the microtips (2).
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