EP0389350B1 - Dispositif d'affichage polychrome à mémoire du type photoconducteur-électroluminescent - Google Patents

Dispositif d'affichage polychrome à mémoire du type photoconducteur-électroluminescent Download PDF

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EP0389350B1
EP0389350B1 EP90400739A EP90400739A EP0389350B1 EP 0389350 B1 EP0389350 B1 EP 0389350B1 EP 90400739 A EP90400739 A EP 90400739A EP 90400739 A EP90400739 A EP 90400739A EP 0389350 B1 EP0389350 B1 EP 0389350B1
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EP
European Patent Office
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conductive strips
electrode system
display according
spectrum
layer
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Pascal Thioulouse
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France Telecom SA
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    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
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    • G09G2360/14—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors
    • G09G2360/145—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light originating from the display screen
    • G09G2360/147—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light originating from the display screen the originated light output being determined for each pixel
    • G09G2360/148—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light originating from the display screen the originated light output being determined for each pixel the light being detected by light detection means within each pixel

Definitions

  • the present invention relates to a polychrome electroluminescent display device with memory effect of the flat screen type, usable in the field of optoelectronics for the color display of complex images or for the color display of alphanumeric characters.
  • a display device is said to have a memory effect if its electro-optical characteristic (luminance-voltage curve) exhibits hysteresis. For the same voltage located inside the hysteresis loop, the device can thus have two stable states: off or on.
  • a memory effect display to display a still image, it suffices to apply simultaneously and continuously to the entire screen a so-called maintenance voltage.
  • the latter can be a sinusoidal signal or in the form of slots for example, but above all, the form and frequency of this maintenance signal can be chosen independently of the complexity of the screen, in particular the number of lines of dots. display. There is therefore in principle no limit to the complexity of a memory effect display screen.
  • bistable plasma screens with alternating excitation of 1200x1200 image points (pixels).
  • ACTFEL thin-film electroluminescence display with capacitive coupling
  • PC-EL memory effect the principle of which is as follows.
  • the photoconductive material When the device is in the off state, the photoconductive material is not very conductive and retains a significant part of the voltage V applied to the assembly. If one increases V to a value Von such that the voltage present at the terminals of the electroluminescent structure exceeds the electroluminescence threshold, the PC-EL device switches to the on state. The photoconductive material is then illuminated by the electroluminescent structure and goes into the conductive state. The voltage across its terminals drops and this results in an increase in the voltage available for the electroluminescent structure. To switch off a PC-EL device, it suffices to decrease the total voltage V to a value Voff lower than Von: this gives a luminance-voltage characteristic comprising a hysteresis.
  • This structure is shown diagrammatically, in section, in FIG. 1. It comprises a glass substrate 10 on which are deposited an electrode 12, a first dielectric layer 14, an electroluminescent layer 16, a second dielectric layer 18, a photoconductive layer 20 , a third dielectric layer 21 and finally an electrode 22.
  • the electrodes 12 and 22 are connected to an alternating voltage source 24.
  • the layers PC and EL are thin layers, the thickness of which is of the order of a micrometer.
  • Such a structure is simple to produce because it does not require additional etching steps. Furthermore, the current-voltage behavior of the thin layer photoconductor in the dark is highly non-linear and reproducible. The beneficial consequences are that the electrical ignition of the device is always easy, that the hysteresis depends only slightly on the excitation frequency and that the reproducibility of the hysteresis margin from one manufacturing to another is guaranteed. .
  • the first solution explored intensively for obtaining polychrome screens consists in developing an electroluminescent phosphor with emission spectrum covering at least red, green and blue and called “white” phosphor, and in combining it with a mosaic of colored filters. to produce the red, green or blue emission pixels, in a manner analogous to polychrome liquid crystal screens.
  • This solution is described in particular in the article by C. Brunel and N. Duruy, Opto, n ° 43, March-April 1988, p. 30-35, "Color in electroluminescent flat screens".
  • the luminance obtained for such polychrome screens is an order of magnitude lower than the levels required for the applications, due to the insufficient performance of the white phosphors.
  • This solution consists in using a first structure comprising a transparent substrate 30 equipped with an electroluminescent layer 32 which is made transparent or semi-transparent by an appropriate choice of rear electrodes 34, the front electrodes 36 being transparent.
  • a second so-called "inverted" structure comprising a transparent substrate 38 equipped with an electroluminescent layer 40 and transparent electrodes 42 and 44.
  • the first structure has a monochrome or bichrome emission spectrum
  • the second structure has a monochrome emission spectrum complementary to the spectrum of the first. A two-color or three-color display device is thus obtained.
  • a three-color electroluminescent display is also described in document US-A-4 689 522.
  • the two-color structure is obtained by juxtaposition of two monochrome electroluminescent materials emitting different colors (red and green for example) engraved.
  • the luminance is much too low for the envisaged applications and the electric voltages and currents used are relatively high.
  • the subject of the invention is therefore a polychrome electroluminescent display device with memory effect which in particular makes it possible to remedy these drawbacks.
  • the polychrome display device of the invention comprises a first structure comprising a first transparent substrate, equipped with a first light-emitting layer interposed between a first system of transparent electrodes and a second system of electrodes, connected to electrical means allowing excitation of certain areas of the first light-emitting layer, a second structure comprising a second substrate equipped with a second light-emitting layer and a photoconductive layer stacked one on the other and covering the entire surface of the display, the assembly of these two layers being interposed between a third electrode system and a fourth transparent electrode system, connected to electrical means allowing the excitation of certain zones of the second electroluminescent layer, the first and second substrates constituting the opposite sides of the device, while an optical filter is provided between the two structures to completely or almost block the emission spectrum of the first light-emitting layer, the first light-emitting layer having a monochrome or bichrome emission spectrum and the second light-emitting layer having a monochrome emission spectrum and comprising a chromatic component complementary to the emission
  • the display device of the invention then benefits from all the advantages associated with the PCEL memory effect: high luminance, low consumption, low voltages and low switched currents.
  • the originality of the device is that we take advantage of this structure with "double substrate” to advantageously insert an optical filter which has the role on the one hand of imparting good chromatic purity to the emission El of the second structure and on the other hand to protect the PC layer from the emissions coming from the first structure, which are almost entirely blocked by this filter and from the ambient lighting, partially blocked. This reduces the influence of the ambient lighting and the lit pixels of the first structure on the PC-El hysteresis of the pixels of the second structure.
  • the optical filter is chosen so as to best eliminate any overlapping of the emission spectrum of the layer E1 of the second substrate and of the emission spectrum of the layer (s) El (s) of the first substrate. It can be a band pass filter, a low pass filter or a high pass filter. In addition, it can be placed between the two structures or integrated into the first or second structure. In order to best limit the influence of the first layer E1 as well as that of ambient lighting, on the photoconductive material, the latter has a sensitivity spectrum contained mainly in the spectral range blocked by the filter.
  • the optical filter can be an interference filter. These filters make it possible to obtain low pass, high pass and band pass spectra with arbitrary cut-off wavelengths. In addition, they exhibit a sudden spectral transition from the state passing to the blocking state as well as a great chemical and thermal stability. On the other hand, these filters are often expensive. Also, when possible, colored glasses or organic filters are used instead.
  • Organic filters are in particular those used for polychrome liquid crystal screens such as layers of polymer (or gelatin) loaded with dyes or organic pigments; polyimide layers with dyes; organic pigments or dyes evaporated under vacuum: perylene (red), lead phthalocyanine (blue), copper phthalocyanine (green), quinacridone (magenta), isoindolinone (yellow); electroplated pigments.
  • the first and second electroluminescent layers are interposed respectively between two layers of insulator.
  • another layer of insulator is optionally provided between the photoconductive layer and the facing electrode system.
  • all known electrode systems for display can be used.
  • one of the electrode systems can consist of point electrodes and the other system consists of a common electrode.
  • the electrode systems each consist of conductive strips parallel to each other, the conductive strips of the first system being crossed with respect to the conductive strips of the second system and the conductive strips of the third system being crossed with those of the fourth system.
  • the device of the invention can operate in reflection or transmission.
  • the second and third electrode systems can be transparent, opaque or reflective.
  • the overlap of the emission spectrum of the second electroluminescent layer and of the sensitivity spectrum of the photoconductive layer is maximum.
  • the second electroluminescent layer advantageously has a fairly broad emission spectrum so as to cover part of the unblocked visible spectrum for display and a large part of the sensitivity spectrum of the photoconductive material in the part of the light spectrum filtered for the PC-El effect.
  • the electroluminescent material or materials of the first substrate rather have a line emission spectrum.
  • this or these materials have one or two lines in the visible range not blocked by the filter.
  • ZnS Mn2+ of a relatively narrow emission band located in yellow and orange; CaS: predominantly red Eu2+; SrS: predominantly Eu2+ ranging from red to orange; CaS: Ce3+ predominantly going from green to orange; SrS: Ce3+ predominantly ranging from blue to green.
  • ZnS Sm3+ predominantly red
  • alloys such as Zn x Sr 1-x S: Tb3+; Zn x Ca 1-x S: Tb3+; Sr x Ca 1-x S: Tb3+ with x ranging from 0 to 1.
  • the most widely used photoconductive materials for PC-El structures are CdS x Se 1-x , a-Si 1-x C x : H with 0 ⁇ x ⁇ 1, CdS, CdSe and a-Si: H. These materials have relatively narrow sensitivity spectra.
  • PC materials with adjustable sensitivity spectrum such as CdS x Se 1-x and a-Si 1-x C x : H are used.
  • This material is preferably deposited by the technique of chemical vapor deposition assisted by plasma (PECVD), low power (of the order of 0.1 W / cm2).
  • PECVD chemical vapor deposition assisted by plasma
  • low power of the order of 0.1 W / cm2
  • this photoconductive material has a number of advantages.
  • a characteristic of the photoconductivity spectrum of this material is the energy E 04 (in eV) for which the absorption coefficient is equal to 104cm ⁇ 1.
  • the sensitivity of the photoconductive material also drops because the radiation is absorbed in the very first layers of the photoconductive layer and photoconduction, sought in the direction normal to the plane of the layers (electrical excitation is prevented because the core of the photoconductive material is not exposed to excitation radiation.
  • the photosensitivity spectrum resulting from a-Si 1-x C x is a wide peak whose width at mid-height is approximately 50 nanometers and whose maximum is at E 04 .
  • the width at half height corresponds to the distance separating the low and high cutoff thresholds from the PC material.
  • FIG. 3 schematically represents an embodiment of the display device according to the invention.
  • FIGS. 4 to 6 give the appearance of the sensitivity (I PC ) and emission (I El ) spectra which the photoconductive and electroluminescent layers must have, as well as the transmission spectrum of the optical filter of the device of FIG. 3.
  • FIGS 7 to 9 show alternative embodiments of the device according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a first structure 50 comprising a transparent insulating substrate 52 generally made of glass constituting one of the faces of the device.
  • This substrate 52 is provided on its internal face with a first system of electrodes constituted by conductive strips 54, parallel to each other and made of a transparent material such as ITO.
  • first electroluminescent layer 56 covering the entire surface of the display, made up of two different monochrome El materials 56a and 56b juxtaposed to provide a three-color display. These materials 56a and 56b are chosen from the materials E1 with lines mentioned above and have a thickness of between 0.5 and 2 micrometers (typically 700 nm). For a two-color display, a single electroluminescent material is used ( Figures 7 to 9).
  • this layer E1 56 there is a second system of electrodes constituted by conductive strips 58 parallel to each other. These electrodes 58 are arranged perpendicular to the electrodes 54 and are made of a transparent material, ITO in particular.
  • the materials 56a and 56b are in the form of strips parallel to the conductive strips 58, defined by etching according to the so-called "phosphor patterning" method, the strips 56a alternating with the strips 56b. They can be used as represented in FIG. 3 or else associated with one or more dielectric layers as represented in FIG. 1 or in document FR-A-2 574 972. In other words, layer 56 is sandwiched between two layers dielectric (14, 18).
  • This first structure 50 is associated with a second so-called inverted structure 60 comprising an optionally transparent insulating substrate 62, in particular made of glass, constituting the second face of the device. display.
  • This second structure 60 comprises a system of electrodes constituted by conductive strips 64, parallel to each other, called the third system of electrodes. These conductive strips 64 are generally reflective and made of aluminum. These electrodes 64 are arranged on a photoconductive layer 66 in a-Si 1-x C x : H, with 0 ⁇ x ⁇ 1, 1 micrometer thick covering an electroluminescent structure consisting of a single emitting layer 68, as shown in FIG.
  • a dielectric layer (14) between the layer 68 and the electrodes 70 a dielectric layer (18) between the layer 68 and the PC layer 66 and optionally a dielectric layer ( 21) between the PC layer and the electrodes 64.
  • the electroluminescent structure 68 and the photoconductive layer 66 cover the entire display surface.
  • the electroluminescent material of layer 68 is a material with a broad emission spectrum such as one of those mentioned above; its thickness is between 0.5 and 2 micrometers (typically 700 nm).
  • the dielectric layers 14, 18, 21 possibly associated with the materials El can be produced from one of the materials chosen from Si3N4, SiO2, SiO x N y , Ta2O5 and have a thickness of 200 nm.
  • the fourth system there is an electrode system, called the fourth system, consisting of conductive strips 70 parallel to each other and made of a transparent ITO material for example, the electrodes 70 are arranged perpendicular to the electrodes 64.
  • the electrodes 54 and 64 are parallel and coincident.
  • the electrodes 58 and 70 are parallel and coincident.
  • an optical filter 72 is provided between the observer and the second light-emitting layer 68.
  • the optical filter 72 is placed between the two structures 50 and 60 but could be integrated to structure 60 as will be seen later or to structure 50.
  • This filter 72 allows efficient filtering of the light produced by the first layer E1 56 and of the light intensity of the ambient lighting (lamp 73 for example).
  • a peripheral insulating spacer 74 ensures the cohesion of the entire device.
  • Each structure 50 and 60 of the device according to the invention operates like the polychrome devices of the prior art and in particular by using peripheral control circuits 75 and 77 respectively of the kind used in flat liquid crystal screens; these circuits 75, 77 deliver appropriate alternating signals and are connected to the electrodes 54-58 and 64-70 respectively; the 0-peak amplitude is 150 to 300 volts (typically 230 volts).
  • the two matrix structures are controlled independently of one another, each then being considered as a conventional autonomous matrix screen El with its own control electronics.
  • the second structure is a PC-El memory screen whose control method, a little particular, is described for example in the document FR-A-2 615 644 by C. Brunel and P. Thioulouse.
  • the oscillation frequency of the control signals is 1 kHz.
  • a second method can be used which consists in connecting each electrode 58 to an electrode 70, (the one opposite or the closest) by at least one end and then use a control circuit common to these two electrodes 58 and 70.
  • the filtered emission spectrum of the material El2 is complementary to that of the layer El1, that is to say that these two spectra have a minimum overlap area.
  • the layer El couche for a three-color display comprises electroluminescent materials corresponding respectively to the two lines 79, 81; the line 89 is, according to the invention, located outside the emission spectrum of the material El2.
  • the layer El1 would comprise only one material and therefore only one line (line 81 in particular).
  • the low pass filter 78 or band pass 80 comprises a cut-off wavelength ⁇ 0 above which the emission of the material El2 and the ambient light are blocked and below which the emission El2 and the ambient light represented by the spectrum 82 are transmitted.
  • ⁇ 0 corresponds to 1/10 of the transmitted light.
  • the low-pass filter 78 or band-pass 80 blocks the entire emission spectrum of the layer El1; in other words ⁇ 0 is less than or equal to the cutoff wavelength of the lowest line 79 in wavelength of the layer El1.
  • the transmission spectrum of the filter is essentially contained in the useful emission spectrum of the material El2 in order to confer high purity of the colors.
  • FIG. 4d shows two possible spectra of sensitivity of the photoconductive material 84 and 86.
  • Spectrum 84 corresponds to a low cut-off wavelength ⁇ 1 and a high cut-off wavelength ⁇ 2 and to spectrum 86 corresponds to a low cut-off wavelength ⁇ 1 ′ and a high cut-off wavelength ⁇ 2 ′ .
  • These cut-off wavelengths are taken for a sensitivity halfway up the sensitivity spectrum.
  • ⁇ 04 and ⁇ 04 ′ correspond to the wavelength of maximum sensitivity.
  • a PC material with a narrower spectrum is used than in the previous case corresponding to spectrum 86 for which the wavelength ⁇ 1 ′ is greater than or equal to ⁇ 0; the sensitivity spectrum of the PC material is therefore completely in the area blocked by the filter 78 or 80.
  • the ambient lighting (spectrum 82) is located outside the sensitivity spectrum 86 of the PC material and thus does not affect the hysteresis of the PC-El effect.
  • FIG. 5 shows the different light intensity spectra which must have the filter, the photoconductive material and the electroluminescent materials El1 and El2, when using a high pass or band pass filter having a length d ⁇ 3 cutoff wave towards long wavelengths.
  • the principle is similar to that illustrated in Figure 4.
  • the part a represents the emission spectrum of the material El1 (structure 50) of the line type; part b gives the broadband emission spectrum El2 of the material (structure 60); part c gives the transmission spectrum of the optical filter (F) (curves 88, 90) and that of the ambient lighting (curve 90): curve 88 corresponds to a high pass filter and curve 90 to a band pass filter .
  • curve 88 corresponds to a high pass filter and curve 90 to a band pass filter .
  • the ambient light curve 90
  • the emission of the material El2 (FIG. 5a) located in the wavelengths less than the cut-off wavelength ⁇ 3 of the filter which are blocked and those located above ⁇ 3 which are transmitted.
  • the transmission spectrum of the filter is located completely outside the emission spectrum of the material El1 and mainly in the spectrum El2.
  • the two sensitivity spectra 96 and 94 of the photoconductive material are contained essentially in the emission spectrum of the material El2 to ensure the PC-El effect.
  • a PC material having the spectrum 94 is used for maximum overlap of this spectrum with the emission spectrum of the material El2.
  • ⁇ 1, ⁇ ′1, ⁇ 2, ⁇ ′2 have the same meanings as before ( Figure 4d).
  • FIG. 6 another possible solution has been shown for the different light intensity spectra for the materials El1 and El2, PC and the filter.
  • Parts a and b of FIG. 6 respectively give the emission spectra of the materials El1 and El2; part c gives the transmission spectrum of the filter and part d gives the different possible sensitivity spectra for the PC material.
  • the two emission lines of the material El1 are located on either side of the emission spectrum of the material El1; line 98 is located in the wavelength range less than that of the El2 spectrum and line 100 is located in the wavelength range greater than those of the El2 spectrum.
  • the transmission spectrum of the filter (FIG. 6c) is here entirely contained in the emission spectrum of the material El2.
  • the PC material has either the sensitivity spectrum 102 entirely located in the transmission spectrum of the filter to promote the PC-E1 effect, or the spectrum 104 or 106 for maximum protection of the PC material with respect to ambient lighting.
  • the different layers constituting the display device of the invention can be arranged in different ways as shown in FIGS. 7 to 9.
  • the optical filter 72 can be integrated into the PC-El structure 60; for example, it can be inserted between the electrodes 72 and the light-emitting layer 68, as shown in FIG. 7.
  • the optical filter can constitute one of these dielectric layers or else be interposed between one of these dielectric layers and the electroluminescent layer.
  • the front electrodes 158 and 170 each of the two structures are no longer in coincidence as in Figure 3 but offset and in particular arranged alternately. It is thus possible to use electrodes 158 no longer transparent but reflective and in particular aluminum.
  • This arrangement offers the advantage of a higher luminance than that of the device in FIG. 3.
  • no emission from the first layer E1 56 can no longer reach and disturb the photoconductive layer 66 of the structure 60.
  • the use of an optical filter in this embodiment is no longer necessary.
  • the width of an electrode 170 can be reduced to less than 100 micrometers instead of 300 micrometers. It is then no longer necessary to have a large spacing between the electrodes 158 to allow the transmission of the emission from the layer 66.
  • the rear electrodes 264 of the structure 60 in contact with the substrate which are parallel to the front electrodes 258 of the structure 50. Consequently, the front electrodes 270 of the structure 60 are parallel to the rear electrodes 254 of the structure 50.
  • the electrodes 264 and 258 are offset or arranged alternately, which makes it possible to choose a reflective material therefore very good conductor for the electrodes 258. It is therefore thus, as in the embodiment of FIG. 8, reducing the width of the electrodes 264 and therefore of the pixels. The reduction in the size of the pixels makes it possible to reduce the spacing between the electrodes 258 and / or to increase the definition of the images obtained on the device.
  • the electroluminescent material is a-Si 1-x C x : H with 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • This example differs from Example 1 by the use of a photoconductive material having a spectrum 86 ( Figure 4d).
  • electroluminescent materials can be combined with the PC material of Example 1 or that of Example 2.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage polychrome électroluminescent à effet mémoire du type écran plat, utilisable dans le domaine de l'optoélectronique pour l'affichage en couleur d'images complexes ou pour l'affichage en couleur de caractères alphanumériques.
  • On dit qu'un dispositif d'affichage est à effet mémoire si sa caractéristique électro-optique (courbe luminance-tension) présente une hystérésis. Pour une même tension située à l'intérieur de la boucle d'hystérésis, le dispositif peut ainsi avoir deux états stables : éteint ou allumé.
  • Les avantages d'un affichage à effet mémoire sont appréciables : pour afficher une image fixe, il suffit d'appliquer simultanément et continûment à tout l'écran une tension dite d'entretien. Cette dernière peut être un signal sinusoïdal ou en forme de créneaux par exemple, mais surtout, la forme et la fréquence de ce signal d'entretien peuvent être choisies indépendamment de la complexité de l'écran, notamment du nombre de lignes de points d'affichage. Il n'y a donc en principe pas de limite à la complexité d'un écran d'affichage à effet mémoire. Ainsi, on trouve sur le marché des écrans à plasma bistable et à excitation alternative de 1200x1200 points image (pixels).
  • Par ailleurs, la technologie de l'affichage par électroluminescence en couches minces et à couplage capacitif (en abrégé ACTFEL) est maintenant parvenue à maturité dans l'industrie. On peut doter ces dispositifs d'un effet mémoire dit inhérent mais au prix d'une dégradation sensible des performances électro-optiques. Une méthode plus attrayante consiste à connecter une structure photoconductrice (PC) en série avec une structure électroluminescente (EL) et à coupler optiquement ces deux structures.
  • On peut ainsi produire un effet mémoire de type extrinsèque que l'on appelle effet mémoire PC-EL dont le principe est le suivant. Quand le dispositif est dans l'état éteint, le matériau photoconducteur est peu conducteur et retient une partie importante de la tension V appliquée à l'ensemble. Si l'on augmente V jusqu'à une valeur Von telle que la tension présente aux bornes de la structure électroluminescente excède le seuil d'électroluminescence, le dispositif PC-EL bascule dans l'état allumé. Le matériau photoconducteur est alors éclairé par la structure électroluminescente et passe à l'état conducteur. La tension à ses bornes chute et il en résulte une augmentation de la tension disponible pour la structure électroluminescente. Pour éteindre un dispositif PC-EL, il suffit de diminuer la tension totale V jusqu'à une valeur Voff inférieure à Von : on obtient ainsi une caractéristique luminance-tension comportant une hystérésis.
  • Une structure PC-EL monochrome a été décrite récemment dans les documents FR-A-2 574 972 et EP-A-0 259 213 et dans l'article de l'inventeur intitulé "Monolithic Thin-Film Photoconductor-ACEL Structure with Extrinsic Memory by Optical Coupling" et publié dans IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-33, n°8, d'août 1986, pages 1149-1153.
  • Cette structure est représentée schématiquement, en coupe, sur la figure 1. Elle comprend un substrat de verre 10 sur lequel sont déposées une électrode 12, une première couche diélectrique 14, une couche électroluminescente 16, une seconde couche diélectrique 18, une couche photoconductrice 20, une troisième couche diélectrique 21 et enfin une électrode 22. Les électrodes 12 et 22 sont reliées à une source de tension alternative 24. Dans cette réalisation, les couches PC et EL sont des couches minces, dont l'épaisseur est de l'ordre du micromètre.
  • Une telle structure est simple à réaliser car elle ne nécessite pas d'étapes de gravure supplémentaires. Par ailleurs, le comportement courant-tension du photoconducteur en couche mince dans l'obscurité est fortement non-linéaire et reproductible. Les conséquences bénéfiques en sont que l'allumage électrique du dispositif est toujours aisé, que l'hystérésis ne dépend que faiblement de la fréquence d'excitation et que la reproductibilité de la marge d'hystérésis d'une fabrication à l'autre est garantie.
  • Malheureusement cette structure électroluminescente ne permet qu'un affichage monochrome et il n'existe pas actuellement de dispositifs d'affichage polychrome utilisant l'effet PC-EL.
  • En effet, les dispositifs électroluminescents à affichage polychrome connus sont de deux types.
  • La première solution explorée intensivement pour l'obtention d'écrans polychromes consiste à développer un phosphore électroluminescent à spectre d'émission couvrant au moins les rouge, vert et bleu et appelé phosphore "blanc", et à le combiner à une mosaïque de filtres colorés pour réaliser les pixels d'émission rouge, verte ou bleue, d'une manière analogue aux écrans polychromes à cristaux liquides. Cette solution est décrite en particulier dans l'article de C. Brunel et N. Duruy, Opto, n° 43, mars-avril 1988, p. 30-35, "La couleur dans les écrans plats électroluminescents". Cependant, la luminance obtenue pour de tels écrans polychromes est inférieure d'un ordre de grandeur aux niveaux requis pour les applications, du fait des performances insuffisantes des phosphores blancs.
  • La seconde solution est décrite, par exemple, dans le document EP-A-0 306 296 ou encore dans l'article de Brunel et Duruy ci-dessus et dans l'article de Christopher N. King et al., "Full-color 320x240 TFEL display panel", p.14-17, Eurodisplay, Londres 15-17 septembre 1987. Elle est représentée schématiquement, en coupe, sur la figure 2.
  • Cette solution consiste à utiliser une première structure comportant un substrat transparent 30 équipé d'une couche électroluminescente 32 qui est rendue transparente ou semi-transparente par un choix approprié d'électrodes arrière 34, les électrodes avant 36 étant transparentes. A cette première structure, on associe une seconde structure dite "retournée" comportant un substrat transparent 38 équipé d'une couche électroluminescente 40 et d'électrodes 42 et 44 transparentes. La première structure a un spectre d'émission monochrome ou bichrome, et la seconde structure un spectre d'émission monochrome et complémentaire du spectre de la première. On obtient ainsi un dispositif d'affichage bichrome ou trichrome.
  • Un afficheur électroluminescent trichrome est également décrit dans le document US-A-4 689 522.
  • La structure bichrome est obtenue par juxtaposition de deux matériaux électroluminescents monochromes émettant des couleurs différentes (rouge et vert par exemple) gravés.
  • La commande des deux structures est faite de façon séparée mais simultanée comme décrit dans l'article SID 86 Digest, p. 25-28 de W.A. Barrow et al., "Multicolor TFEL Display and Exerciser".
  • Dans ce dispositif, la luminance est beaucoup trop faible pour les applications envisagées et les tensions et courants électriques utilisés sont relativement élevés.
  • Par ailleurs, l'utilisation d'un dispositif d'affichage monochrome du type PC-EL sous un éclairement ambiant intense peut entraîner une dégradation sensible de l'hystérésis PC-EL. En effet, l'éclairement par une source externe intense de la couche photoconductrice peut provoquer une diminution de la tension aux bornes de cette dernière et donc un abaissement de la tension d'allumage. En pratique, cela conduit à un allumage accidentel de certains pixels normalement éteints.
  • L'invention a donc pour objet un dispositif d'affichage polychrome électroluminescent à effet mémoire permettant notamment de remédier à ces inconvénients.
  • Le dispositif d'affichage polychrome de l'invention comprend une première structure comprenant un premier substrat transparent, équipé d'une première couche électroluminescente intercalée entre un premier système d'électrodes transparentes et un second système d'électrodes, connectés à des moyens électriques permettant l'excitation de certaines zones de la première couche électroluminescente, une seconde structure comportant un second substrat équipé d'une seconde couche électroluminescente et d'une couche photoconductrice empilées l'une sur l'autre et recouvrant toute la surface de l'affichage, l'ensemble de ces deux couches étant intercalé entre un troisième système d'électrodes et un quatrième système d'électrodes transparentes, connectés à des moyens électriques permettant l'excitation de certaines zones de la seconde couche électroluminescente, les premier et second substrats constituant les faces opposées du dispositif, tandis qu'un filtre optique est prévu entre les deux structures pour bloquer totalement ou presque le spectre d'émission de la première couche électroluminescente, la première couche électroluminescente présentant un spectre d'émission monochrome ou bichrome et la seconde couche électroluminescente présentant un spectre d'émission monochrome et comprenant une composante chromatique complémentaire de la ou des couleurs d'émission de la première couche électroluminescente.
  • L'utilisation d'une seconde structure bichrome permet un affichage trichrome. Par structure bichrome, il faut comprendre une structure comportant deux matériaux électroluminescents monochromes différents que l'on peut exciter indépendamment l'un de l'autre.
  • Ces matériaux peuvent être juxtaposés, comme décrit dans les articles de Brunel et King cités précédemment, ou bien superposés comme décrit dans l'article de Brunel.
  • Le dispositif d'affichage de l'invention bénéficie alors de tous les avantages associés à l'effet mémoire PCEL : forte luminance, faible consommation, basses tensions et faibles courants commutés. L'originalité du dispositif tient à ce que l'on profite de cette structure à "double substrat" pour insérer avantageusement un filtre optique qui a pour rôle d'une part de conférer une bonne pureté chromatique à l'émission El de la seconde structure et d'autre part de protéger la couche PC des émissions provenant de la première structure, qui sont quasi-intégralement bloquées par ce filtre et de l'éclairement ambiant, partiellement bloqué. On diminue ainsi l'influence de l'éclairage ambiant et des pixels allumés de la première structure sur l'hystérésis PC-El des pixels de la seconde structure.
  • Le filtre optique est choisi de manière à éliminer au mieux tout recouvrement du spectre d'émission de la couche El du second substrat et du spectre d'émission de la (ou des) couche(s) El du premier substrat. Il peut être un filtre passe bande, un filtre passe bas ou un filtre passe haut. En outre, il peut être placé entre les deux structures ou intégré à la première ou seconde structure. Afin de limiter au mieux l'influence de la première couche El ainsi que celle de l'éclairage ambiant, sur le matériau photoconducteur, ce dernier présente un spectre de sensibilité contenu en majeure partie dans le domaine spectral bloqué par le filtre.
  • Le filtre optique peut être un filtre interférentiel. Ces filtres permettent d'obtenir des spectres passe bas, passe haut et passe bande avec des longueurs d'onde de coupure quelconques. En outre, ils présentent une transition spectrale brutale de l'état passant à l'état bloquant ainsi qu'une grande stabilité chimique et thermique. En revanche, ces filtres sont souvent coûteux. Aussi, lorsque cela est possible, on utilise plutôt des verres colorés ou des filtres organiques.
  • Les filtres organiques sont en particulier ceux utilisés pour les écrans polychromes à cristaux liquides tels que les couches de polymère (ou gélatine) chargé avec des colorants ou des pigments organiques ; les couches de polyimide avec colorants ; les pigments ou colorants organiques évaporés sous vide : pérylène (rouge), phtalocyanine de plomb (bleu), phtalocyanine de cuivre (vert), quinacridone (magenta), isoindolinone (jaune) ; les pigments électrodéposés.
  • De façon avantageuse, les première et seconde couches électroluminescentes sont intercalées respectivement entre deux couches d'isolant. En outre, une autre couche d'isolant est éventuellement prévue entre la couche photoconductrice et le système d'électrodes en regard.
  • Conformément à l'invention, tous les systèmes d'électrodes connus pour l'affichage peuvent être utilisés. En particulier, pour chaque structure, l'un des systèmes d'électrodes peut être constitué d'électrodes point et l'autre système constitué d'une électrode commune. De façon avantageuse, les systèmes d'électrodes sont constitués chacun de bandes conductrices parallèles entre elles, les bandes conductrices du premier système étant croisées par rapport aux bandes conductrices du second système et les bandes conductrices du troisième système étant croisées avec celles du quatrième système.
  • En outre, le dispositif de l'invention peut fonctionner en réflexion ou en transmission.
  • Suivant le type de fonctionnement utilisé et la configuration exacte des systèmes d'électrodes, les second et troisième systèmes d'électrodes peuvent être transparents, opaques ou réfléchissants.
  • Pour assurer la bistabilité de la seconde structure du type PC-El, il est souhaitable que le recouvrement du spectre d'émission de la seconde couche électroluminescente et du spectre de sensibilité de la couche photoconductrice soit maximal.
  • Aussi, la seconde couche électroluminescente présente avantageusement un spectre d'émission assez large de façon à couvrir une partie du spectre visible non bloqué, pour l'affichage et une partie importante du spectre de sensibilité du matériau photoconducteur dans la partie du spectre lumineux filtrée pour l'effet PC-El.
  • En revanche, le ou les matériaux électroluminescents du premier substrat présentent plutôt un spectre d'émission à raies. Pour un affichage respectivement bichrome et trichrome, ce ou ces matériaux présentent une ou deux raies dans le domaine visible non bloqué par le filtre.
  • Comme matériau à spectre d'émission large bande déterminé, on peut citer le ZnS:Mn²⁺ de bande d'émission relativement étroite et située dans le jaune et l'orange ; le CaS:Eu²⁺ à dominante rouge ; le SrS:Eu²⁺ à dominante allant du rouge à l'orange ; le CaS:Ce³⁺ à dominante allant du vert à l'orange ; le SrS:Ce³⁺ à dominante allant du bleu au vert.
  • Comme matériau électroluminescent à large bande pour lequel le spectre d'émission peut être modifié en fonction du filtre optique et du matériau photoconducteur utilisés, on peut citer CaxSr1-xS:Eu²⁺ avec x allant de 0 à 1, la dominante pour x=1 étant le rouge et pour x=0, l'orange ; CaxSr1-xS:Ce³⁺ avec x allant de 1 à 0, x=1 correspondant à une dominante verte et x=0 à une dominante bleue. Il est aussi possible de mélanger deux activateurs luminophores dans une même matrice pour adapter la bande large d'émission du matériau électroluminescent ; le spectre obtenu est alors une combinaison des spectres élémentaires des deux activateurs ; comme exemples, on peut citer SrS:Eu²⁺,Ce³⁺ ; CaS:Eu²⁺,Ce³⁺ ; SrS:Ce³⁺,Pr³⁺.
  • Comme matériaux électroluminescents à plusieurs bandes étroites ou raies utilisables dans l'invention, on peut citer ZnS:Sm³⁺ à dominante rouge ; ZnS:Tb³⁺ à une dominante verte et une dominante verte-bleue ; ZnS:Tm³⁺ à dominante bleue et proche infrarouge (780 nm) ; SrS:Pr³⁺ à deux dominantes, une dans le rouge, une dans le bleu-vert. On peut aussi utiliser des alliages tels que ZnxSr1-xS:Tb³⁺ ; ZnxCa1-xS:Tb³⁺ ; SrxCa1-xS:Tb³⁺ avec x allant de 0 à 1.
  • Il est possible de modifier le spectre d'émission à raies de certains matériaux électroluminescents en utilisant plusieurs activateurs dans une même matrice tels que ZnS : Sm³⁺, Tb³⁺.
  • Pour de plus amples informations sur la forme des spectres des matériaux électroluminescents donnés ci-dessus, on peut se référer à l'articlé de Shosaku Tanaka et al. SID-88 Digest. 293-296 "Bright-white-light electroluminescent devices with new phosphor thin-films based on SrS ; à l'article de Hiroshi Kobayashi "Recent Development of Multi-color Thin-Film Electroluminescence Research", abstract n° 1231, p. 1712-1713, Extended Abstracts of Electrochemical Society Meeting, vol. 87-2, du 18-23 octobre 1987 ; à l'article de Shosaku Tanaka "Color electroluminescence in alkaline-earth sulfide thin-films", Journal of Luminescence 40 & 41 (1988), p. 20-23.
  • Les matériaux photoconducteurs les plus utilisés pour les structures PC-El sont CdSxSe1-x, a-Si1-xCx:H avec 0<x<1, CdS, CdSe et a-Si:H. Ces matériaux présentent des spectres de sensibilité relativement étroits.
  • Avantageusement, on utilise des matériaux PC à spectre de sensibilité ajustable tel que CdSxSe1-x et a-Si1-xCx:H.
  • Pour de plus amples renseignements sur la fabrication et sur les propriétés du silicium amorphe hydrogéné et carboné, on peut se référer au document FR-A-2 105 777 déposé au nom de l'inventeur.
  • Ce matériau est déposé de préférence par la technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), basse puissance (de l'ordre de 0,1 W/cm²). Pour de plus amples détails sur la méthode de dépôt du a-Si1-xCx:H, on peut se référer à l'article de M.P. Schmidt et al., Philosophical Magazine B, 1985, vol. 51, n° 6, p. 581-589, "Influence of carbon incorporation in amorphous hydrogenated silicon".
  • Pour de plus amples détails sur les spectres de sensibilité des matériaux CdSxSe1-x, on peut se référer au document de Robert et al., Journal of Applied Physics, vol. 48, n° 7, Juillet 1977, p. 3162-3164, "II-VI solid-solution films by spray pyrolysis".
  • De préférence, on utilise du a-Si1-xCx:H avec 0≦x≦1 et mieux 0≦x≦0,5. En effet, ce matériau photoconducteur présente un certain nombre d'avantages. En particulier, il présente une chute de sensibilité du côté des grandes longueurs d'onde (c'est-à-dire du côté des faibles énergies) correspondant à une baisse d'absorption optique (associée à la bande interdite optique). (On rappelle que λ(nm)=1240/E(eV)).
  • Une caractéristique du spectre de photoconductivité de ce matériau est l'énergie E04 (en eV) pour laquelle le coefficient d'absorption vaut 10⁴cm⁻¹. Cette énergie E04 peut être ajustée en jouant sur la teneur x en carbone dans la couche PC, au moyen de la teneur en méthane dans le mélange gazeux méthane-silane utilisé pour la fabrication de ce matériau photoconducteur, autrement dit C= [CH₄]/[CH₄+SiH₄].
  • Du côté des courtes longueurs d'onde (énergies élevées), la sensibilité du matériau photoconducteur chute aussi car le rayonnement est absorbé dans les toutes premières couches de la couche photoconductrice et la photoconduction, recherchée dans la direction normale au plan des couches (excitation électrique transversale), est empêchée car le coeur du matériau photoconducteur n'est pas exposé au rayonnement d'excitation.
  • Le spectre de photosensibilité résultant du a-Si1-xCx, pour une couche d'épaisseur d'1 micromètre, est un pic large dont la largeur à mi-hauteur est de 50 nanomètres environ et dont le maximum est à E04. La largeur à mi-hauteur correspond à la distance séparant les seuils de coupure bas et haut du matériau PC.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures 3 à 9 annexées, les figures 1 et 2 ayant déjà été décrites.
  • La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif d'affichage conforme à l'invention.
  • Les figures 4 à 6 donnent l'allure des spectres de sensibilité (IPC) et d'émission (IEl) que doivent posséder respectivement les couches photoconductrice et électroluminescentes ainsi que le spectre de transmission du filtre optique du dispositif de la figure 3.
  • Les figures 7 à 9 représentent des variantes de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
  • Sur la figure 3, le dispositif conforme à l'invention comporte une première structure 50 comportant un substrat isolant transparent 52 généralement en verre constituant l'une des faces du dispositif. Ce substrat 52 est pourvu sur sa face interne d'un premier système d'électrodes constituées de bandes conductrices 54, parallèles entre elles et constituées d'un matériau transparent tel que l'ITO.
  • Sur ces électrodes 54, on trouve une première couche électroluminescente 56 recouvrant toute la surface de l'affichage, constituée de deux matériaux El monochromes différents 56a et 56b juxtaposés pour assurer un affichage trichrome. Ces matériaux 56a et 56b sont choisis parmi les matériaux El à raies cités précédemment et ont une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 micromètres (typiquement 700 nm). Pour un affichage bichrome on utilise un unique matériau électroluminescent (figures 7 à 9).
  • Sur cette couche El 56, on trouve un second système d'électrodes constituées de bandes conductrices 58 parallèles entre elles. Ces électrodes 58 sont disposées perpendiculairement aux électrodes 54 et sont réalisées en un matériau transparent, ITO en particulier.
  • Les matériaux 56a et 56b se présentent sous forme de bandes parallèles aux bandes conductrices 58, définies par gravure selon la méthode dite de "phosphor patterning", les bandes 56a alternant avec les bandes 56b. Ils peuvent être utilisés comme représenté sur la figure 3 ou bien associés à une ou plusieurs couches diélectriques comme représenté sur la figure 1 ou dans le document FR-A-2 574 972. Autrement dit, la couche 56 est prise en sandwich entre deux couches diélectriques (14, 18).
  • A cette première structure 50, on associe une seconde structure 60 dite retournée comportant un substrat isolant éventuellement transparent 62, en particulier en verre, constituant la seconde face du dispositif d'affichage. Cette seconde structure 60 comporte un système d'électrodes constituées de bandes conductrices 64, parallèles entre elles, appelé troisième système d'électrodes. Ces bandes conductrices 64 sont en général réfléchissantes et réalisées en aluminium. Ces électrodes 64 sont disposéeS Sur une couche photoconductrice 66 en a-Si1-xCx:H, avec 0≦x≦1, de 1 micromètre d'épaisseur recouvrant une structure électroluminescente constituée d'une seule couche émettrice 68, comme représenté sur la figure 3, ou associée à une ou plusieurs couches diélectriques : une couche diélectrique (14) entre la couche 68 et les électrodes 70, une couche diélectrique (18) entre la couche 68 et la couche PC 66 et éventuellement une couche diélectrique (21) entre la couche PC et les électrodes 64. La structure électroluminescente 68 et la couche photoconducrice 66 recouvrent toute la surface d'affichage.
  • Le matériau électroluminescent de la couche 68 est un matériau à spectre d'émission large tel que l'un de ceux cités précédemment ; son épaisseur est comprise entre 0,5 et 2 micromètres (typiquement 700 nm).
  • Les couches diélectriques 14, 18, 21 éventuellement associées aux matériaux El peuvent être réalisées en l'un des matériaux choisis parmi Si₃N₄, SiO₂, SiOxNy, Ta₂O₅ et avoir une épaisseur de 200 nm.
  • En vue d'une simplification des dessins et de la description correspondante, la suite du texte ne portera que sur l'utilisation de couches électroluminescentes 56 et 68 seules bien que de préférence, ces couches sont intercalées entre deux couches d'isolant.
  • Sous la couche électroluminescente 68, on trouve un système d'électrodes, appelé quatrième système, constitué de bandes conductrices 70 parallèles entre elles et constituées en un matériau transparent ITO par exemple, les électrodes 70 sont disposées perpendiculairement aux électrodes 64.
  • Dans ce mode de réalisation, les électrodes 54 et 64 sont parallèles et en coïncidence. De même, les électrodes 58 et 70 sont parallèles et en coïncidence.
  • Conformément à l'invention, un filtre optique 72 est prévu entre l'observateur et la seconde couche électroluminescente 68. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le filtre optique 72 est placé entre les deux structures 50 et 60 mais pourrait être intégré à la structure 60 comme on le verra ultérieurement ou à la structure 50.
  • Ce filtre 72 permet un filtrage efficace de la lumière produite par la première couche El 56 et de l'intensité lumineuse de l'éclairage ambiant (lampe 73 par exemple).
  • Un espaceur isolant périphérique 74 assure la cohésion de l'ensemble du dispositif. Chaque structure 50 et 60 du dispositif conforme à l'invention fonctionne comme les dispositifs polychromes de l'art antérieur et en particulier en utilisant des circuits périphériques de commande respectivement 75 et 77 du genre de ceux utilisés dans les écrans plats à cristaux liquides ; ces circuits 75, 77 délivrent des signaux alternatifs appropriés et sont connectés aux électrodes respectivement 54-58 et 64-70 ; l'amplitude 0-crête est de 150 à 300 volts (typiquement de 230 volts).
  • Le principe de la commande électrique du dispositif à deux substrats de l'invention est le même que pour les dispositifs de l'art antérieur.
  • Dans une première méthode représentée sur la figure 3, on commande les deux structures matricielles indépendamment l'une de l'autre, chacune étant alors considérée comme un écran matriciel El conventionnel autonome avec sa propre électronique de commande. Précisons toutefois que si la première structure est vraiment classique, la seconde structure est un écran PC-El à mémoire dont la méthode de commande, un peu particulière, est décrite par exemple dans le document FR-A-2 615 644 de C. Brunel et P. Thioulouse. Par exemple, la fréquence d'oscillation des signaux de commande est de 1 kHz.
  • Lorsque les réseaux d'électrodes 58 et 70, sont parallèles comme sur la figure 3, on peut utiliser une deuxième méthode qui consiste à connecter chaque électrode 58 à une électrode 70, (celle en vis-à-vis ou la plus proche) par au moins une extrémité et à utiliser alors un circuit de commande commun à ces deux électrodes 58 et 70.
  • Sur la partie a de la figure 4, on a représenté le spectre d'émission de la première couche électroluminescente (El₁) ; cette couche El₁ est constituée de deux matériaux monochromes différents du type à raies pour un affichage trichrome. Sur la partie b de cette figure, on a représenté le spectre d'émission du matériau électroluminescent (El₂) de la seconde structure 60 ; ce matériau est du type à large bande. Sur la partie c de la figure 4, on a représenté le spectre de transmission du filtre optique (F) et celui de l'éclairage ambiant ; la courbe 78 correspond à un filtre passe bas et la courbe 80 à un filtre passe bande. Sur la partie d, on a représenté le spectre de sensibilité du matériau photoconducteur (PC).
  • Ces spectres donnent les variations de l'intensité lumineuse (I) donnée en unité arbitraire en fonction de la longueur d'onde, donnée en nanomètres.
  • Conformément à l'invention, le spectre d'émission filtré du matériau El₂ est complémentaire de celui de la couche El₁, c'est-à-dire que ces deux spectres ont une zone de recouvrement minimal. Dans le cas représenté, la couche El₁ pour un affichage trichrome comporte des matériaux électroluminescents correspondants respectivement aux deux raies 79, 81 ; la raie 89 est, selon l'invention, située en dehors du spectre d'émission du matériau El₂. Pour un affichage bichrome, la couche El₁ ne comporterait qu'un seul matériau et donc qu'une seule raie (la raie 81 en particulier).
  • Conformément à l'invention, le filtre passe bas 78 ou passe bande 80 comprend une longueur d'onde de coupure λ₀ au-dessus de laquelle l'émission du matériau El₂ et la lumière ambiante sont bloquées et au-dessous de laquelle l'émission El₂ et la lumière ambiante représentée par le spectre 82 sont transmises. λ₀ correspond à 1/10 de la lumière transmise. De plus, le filtre passe-bas 78 ou passe-bande 80 bloque tout le spectre d'émission de la couche El₁ ; autrement dit λ₀ est inférieur ou égal à la longueur d'onde de coupure de la raie 79 la plus basse en longueur d'onde de la couche El₁.
  • Par ailleurs, selon l'invention, le spectre de transmission du filtre est essentiellement contenu dans le spectre d'émission utile du matériau El₂ afin de conférer une grande pureté des couleurs.
  • Sur la figure 4d, on a représenté deux spectres de sensibilité du matériau photoconducteur 84 et 86, possibles. Au spectre 84 correspond une longueur d'onde de coupure basse λ₁ et une longueur d'onde de coupure haute λ₂ et au spectre 86 correspond une longueur d'onde de coupure basse λ1′ et une longueur d'onde de coupure haute λ2′. Ces longueurs d'onde de coupure sont prises pour une sensibilité à mi-hauteur du spectre de sensibilité. λ₀₄ et λ04′ correspondent à la longueur d'onde de sensibilité maximale.
  • Ces deux spectres 84, 86 de sensibilité du matériau PC sont essentiellement contenus dans le spectre d'émission (figure 4b) du matériau El₂ et situés essentiellement en dehors du spectre d'émission du matériau El₁ (figure 4a).
  • Pour un recouvrement maximal du spectre d'émission du matériau El₂ (figure 4b) et du spectre de sensibilité du matériau PC en vue d'un effet PC-El maximal, on utilise un matériau PC à large spectre de sensibilité correspondant au spectre 84 pour lequel λ₁ est inférieure à λ₀ et λ₂ supérieure ou égale à λ₀.
  • Pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage ambiant, on utilise un matériau PC à spectre plus étroit que dans le cas précédent correspondant au spectre 86 pour lequel la longueur d'onde λ1′ est supérieure ou égale à λ₀ ; le spectre de sensibilité du matériau PC se trouve donc totalement dans la zone bloquée par le filtre 78 ou 80.
  • Après filtrage, l'éclairage ambiant (spectre 82) est situé en dehors du spectre de sensibilité 86 du matériau PC et n'affecte pas ainsi l'hystérésis de l'effet PC-El.
  • Sur la figure 5, on a représenté les différents spectres d'intensité lumineuse qui doivent avoir le filtre, le matériau photoconducteur et les matériaux électroluminescents El₁ et El₂, lors de l'utilisation d'un filtre passe haut ou passe bande comportant une longueur d'onde de coupure λ₃ vers les grandes longueurs d'onde. Le principe est similaire à celui illustré sur la figure 4.
  • Ces intensités sont données en unité arbitraire en fonction des longueurs d'onde exprimées en nanomètres.
  • Sur la figure 5, la partie a représente le spectre d'émission du matériau El₁ (structure 50) du type à raies ; la partie b donne le spectre d'émission El₂ à large bande du matériau (structure 60) ; la partie c donne le spectre de transmission du filtre optique (F) (courbes 88, 90) et celui de l'éclairage ambiant (courbe 90) : la courbe 88 correspond à un filtre passe haut et la courbe 90 à un filtre passe bande. Enfin, sur la partie d de la figure 5, on a représenté les deux spectres possibles de sensibilité du matériau PC.
  • Dans ce mode de réalisation, ce sont la lumière ambiante (courbe 90) et l'émission du matériau El₂ (figure 5a) située dans les longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde de coupure λ₃ du filtre qui sont bloquées et celles situées au-dessus de λ₃ qui sont transmises. En outre, le spectre de transmission du filtre est situé totalement en dehors du spectre d'émission du matériau El₁ et en majeure partie dans le spectre El₂.
  • Sur la figure 5d, les deux spectres de sensibilité 96 et 94 du matériau photoconducteur sont contenus essentiellement dans le spectre d'émission du matériau El₂ pour assurer l'effet PC-El.
  • Comme précédemment, on utilise un matériau PC ayant le spectre 94 pour un recouvrement maximal de ce spectre avec le spectre d'émission du matériau El₂. Dans ce cas, on a λ₁≦λ₃≦λ₂. Pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage ambiant, on utilise un matériau PC ayant le spectre 96 pour lequel λ′₂ est égale ou inférieure à λ₃. λ₁, λ′₁, λ₂, λ′₂ ont les mêmes significations que précédemment (figure 4d).
  • Sur la figure 6, on a représenté une autre solution possible pour les différents spectres d'intensité lumineuse pour les matériaux El₁ et El₂, PC et le filtre. Les parties a et b de la figure 6 donnent respectivement les spectres d'émission des matériaux El₁ et El₂ ; la partie c donne le spectre de transmission du filtre et la partie d les différents spectres de sensibilité possibles pour le matériau PC.
  • Dans ce mode de réalisation, les deux raies d'émission du matériau El₁ sont situées de part et d'autre du spectre d'émission du matériau El₁ ; la raie 98 est située dans la gamme de longueurs d'onde inférieure à celles du spectre El₂ et la raie 100 est située dans la gamme de longueur d'onde supérieure à celles du spectre El₂.
  • Le spectre de transmission du filtre (figure 6c) est ici entièrement contenu dans le spectre d'émission du matériau El₂.
  • Le matériau PC a soit le spectre de sensibilité 102 entièrement situé dans le spectre de transmission du filtre pour favoriser l'effet PC-El, soit le spectre 104 ou 106 pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage ambiant.
  • Les différentes couches constituant le dispositif d'affichage de l'invention peuvent être agencées de différentes façons comme cela apparaît sur les figures 7 à 9.
  • En particulier, le filtre optique 72 peut être intégré à la structure PC-El 60 ; par exemple, il peut être inséré entre les électrodes 72 et la couche électroluminescente 68, comme représenté sur la figure 7.
  • Dans le cas d'une structure électroluminescente complexe à plusieurs couches diélectriques (figure 1), le filtre optique peut constituer l'une de ces couches diélectriques ou bien être intercalé entre l'une de ces couches diélectriques et la couche électroluminescente.
  • Il est aussi possible, comme représenté sur les figures 8 et 9, de modifier la configuration des électrodes.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 8, les électrodes avant 158 et 170 ce chacune des deux structures ne sont plus en coïncidence comme sur la figure 3 mais décalées et en particulier disposées en alternance. Il est ainsi possible d'utiliser des électrodes 158 non plus transparentes mais réfléchissantes et en particulier en aluminium.
  • Cet arrangement offre l'avantage d'une luminance plus élevée que celle du dispositif de la figure 3. En outre, aucune émission de la première couche El 56 ne peut plus atteindre et perturber la couche photoconductrice 66 de la structure 60. Aussi, l'utilisation d'un filtre optique dans ce mode de réalisation n'est plus nécessaire.
  • Par ailleurs, étant donné la luminance ponctuelle élevée du fait de l'effet PC-El, il est possible de réduire la taille des points émages de la seconde structure 60. Typiquement, la largeur d'une électrode 170 peut être réduite à moins de 100 micromètres au lieu de 300 micromètres. Il n'est plus alors nécessaire d'avoir un espacement important entre les électrodes 158 pour permettre la transmissicn de l'émission de la couche 66.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 9, ce sont les électrodes arrière 264 de la structure 60, au contact du substrat qui sont parallèles aux électrodes avant 258 de la structure 50. En conséquence, les électrodes avant 270 de la structure 60 sont parallèles aux électrodes arrière 254 de la structure 50.
  • Par ailleurs, les électrodes 264 et 258 sont décalées ou disposées en alternance, ce qui permet de choisir un matériau réfléchissant donc très bon conducteur pour les électrodes 258. On peut donc ainsi, comme dans le mode de réalisation de la figure 8, réduire la largeur des électrodes 264 et donc des pixels. La réduction de la taille des pixels permet de diminuer l'espacement entre les électrodes 258 et/ou d'augmenter la définition des images obtenues sur le dispositif.
  • On donne ci-après différents exemples de réalisation du dispositif d'affichage conforme à l'invention. Dans ces exemples, le matériau électroluminescent est du a-Si1-xCx:H avec 0≦x≦1.
    • Exemple 1
  • Cet exemple illustre la figure 4 :
    • a) Première structure 50 :
      • matériau électroluminescent : ZnS:Tb³⁺ émetteur vert,
    • b) Deuxième structure 60 :
      • matériau électroluminescent : SrS:Ce³⁺, émetteur bleu,
      • filtre interférentiel passe bas de chez Oriel de longueur d'onde de coupure λ₀=500 nm,
      • matériau photoconducteur de λ₀₄ proche de 500 nm, d'où E₀₄ voisin de 2,48 eV ; C=0,80 et x=0,20. Ce matériau correspond au spectre de sensibilité 84 sur la figure 4d.
    Exemple 2
  • Cet exemple se différencie de l'exemple 1 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur ayant un spectre 86 (figure 4d). Ce matériau présente un λ′₁=500 nm, un λ₀₄=525 nm d'où un E₀₄=2,36 eV ; C=0,70 et x=0,14.
    • Exemples 3 à 5
  • Ces exemples se différencient des exemples 1 et 2 par l'utilisation d'un matériau électroluminescent El₁ de la structure 50 émettant dans le rouge et non plus dans le vert.
  • Exemple 3 : ZnS:Sm³⁺
  • Exemple 4 : SrS:Eu²⁺
  • Exemple 5 : Cas:Eu²⁺.
  • Ces matériaux électroluminescents peuvent être associés au matériau PC de l'exemple 1 ou celui de l'exemple 2.
  • Les exemples 1-5 précédents conduisent à des affichages bichromes.
    • Exemples 6 à 8
  • Pour un affichage trichrome, il suffit d'associer, dans la première structure 50 et au matériau électroluminescent de l'exemple 1, émettant dans le vert, l'un des matériaux électroluminescents des exemples 3 à 5 émettant dans le rouge. Cette association est en fait une juxtaposition des matériaux électroluminescents comme décrit dans l'article de C. Brunel cité précédemment et comme représenté sur la figure 3.
    • Exemples 9 et 10 pour un affichage trichrome
  • Ces exemples illustrent la figure 5.
    • a) Première structure 50 : deux matériaux électroluminescents juxtaposés comme dans l'article de C. Brunel,
      • ZnS:Tb³⁺, émetteur vert,
      • ZnS : Tm³⁺ (exemple 9) ou SrS:Ce³⁺ (exemple 10), émetteur bleu,
    • b) Deuxième structure 60 :
      • matériau électroluminescent : SrS:Eu²⁺, émetteur rouge,
      • filtre interférentiel passe haut de chez Oriel avec λ₃=600 nm,
      • matériau photoconducteur à spectre de sensibilité 94 (figure 5d) : λ₀₄=610 nm ; E₀₄=2,03 eV ; C=0,33 et x=0,037.
    Exemples 11 et 12 (affichage trichrome)
  • Ces exemples se différencient des exemples 9 et 10 par l'utilisation du ZnS:Sm³⁺ comme émetteur rouge dans la deuxième structure 60.
    • Exemples 13 à 16 (affichage trichrome)
  • Ces exemples se différencient des exemples 9 à 12 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur à spectre de sensibilité 86 (figure 4d) : λ₂=600 nm ; λ₀₄=575 nm ; E₀₄=2,15 eV ; C=0,50 et x=0,07.
    • Exemples 17 et 18 (affichage trichrome)
  • Ces exemples illustrent la figure 6.
    • a) Première structure 60 : deux matériaux électroluminescents juxtaposés :
      • CaS:Eu²⁺, émetteur rouge,
      • Srs:Ce³⁺ (exemple 17) ou ZnS:Tm³⁺ (exemple 18), émetteur bleu,
    • b) Deuxième structure 50 :
      • matériau électroluminescent : ZnS:Tb³⁺, émetteur vert,
      • filtre interférentiel passe bande de chez Oriel de longueur d'onde de coupure basse λ₃=510 nm et de coupure haute λ₀=575 nm,
      • matériau photoconducteur à spectre de sensibilité 102 (figure 6d) : λ₀₄=550 nm ; E₀₄=2,25 eV ; C=0,61 et x=0,10.
    Exemples 19 et 20 (affichage trichrome)
  • Ces exemples se différencient des exemples 17 et 18 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur ayant le spectre 106 (figure 6d) : λ₂=510 nm ; λ₀₄=485 nm ; E₀₄=2,56 eV ; C=0,83 et x=0,21.
    • Exemples 21 et 22
  • Ces exemples se différencient des exemples 17 et 18 par l'utilisation d'un matériau PC ayant le spectre 104 (figure 6d) : λ₁=575 nm ; λ₀₄=600 nm ; E₀₄=2,07 eV ; C=0,40 et x=0,04.
    • Exemples 23 à 28 (affichage trichrome)
  • Dans les exemples 17 à 22, il est possible de remplacer l'émetteur vert ZnS:Tb³⁺ par du CaS:Ce³⁺.

Claims (18)

  1. Dispositif d'affichage polychrome électroluminescent à effet mémoire PC-EL comportant une première structure (50) comprenant un premier substrat (52) transparent, équipé d'une première couche électroluminescente (56) intercalée entre un premier système d'électrodes transparentes (54) et un second (58) système d'électrodes, connectés à des moyens électriques (75) permettant l'excitation de certaines zones de la première couche électroluminescente, une seconde (60) structure comportant un second substrat (62) équipé d'une seconde couche électroluminescente (16, 68) et d'une couche photoconductrice (20, 66) empilées l'une sur l'autre et recouvrant toute la surface d'affichage, l'ensemble de ces deux couches étant intercalé entre un troisième système d'électrodes (64) et un quatrième système d'électrodes transparentes (70), connectés à des moyens électriques (77) permettant l'excitation de certaines zones de la seconde couche électroluminescente, les premier et second substrats constituant les faces opposées du dispositif, tandis qu'un filtre optique (72) est prévu entre les deux structures pour bloquer totalement ou presque le spectre d'émission de la première couche électroluminescente, la première couche électroluminescente présentant un spectre d'émission monochrome ou bichrome et la seconde couche électroluminescente présentant un spectre d'émission monochrome et comprenant une composante chromatique complémentaire de la ou des couleurs d'émission de la première couche électroluminescente.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche électroluminescente est bichrome (56) et composée de deux matériaux électroluminescents monochromes différents (56a, 56b).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau photoconducteur (20, 66) est tel que son spectre de sensibilité est contenu dans la partie du spectre bloquée par le filtre.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde couche électroluminescente (68) présente un spectre large bande dont une partie est bloquée par le filtre optique (72).
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre est placé entre la première et seconde structures (50, 60).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre est intégré dans la seconde structure (60).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la seconde couche électroluminescente (16) est intercalée entre une première et une seconde (14, 18) couches diélectriques, la première couche diélectrique étant placée au contact de la couche photoconductrice.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une couche de diélectrique (21) est prévue entre la couche photoconductrice (20) et le système d'électrodes en regard.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première couche électroluminescente est intercalée entre deux couches de diélectrique.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les systèmes d'électrodes (54, 58, 64, 70) sont constitués chacun de bandes conductrices parallèles entre elles, les bandes conductrices du premier et du second systèmes étant croisées et les bandes conductrices des troisième et quatrième systèmes étant croisées.
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système (54) d'électrodes sont disposées parallélement et en coïncidence avec les bandes conductrices du troisième système d'électrodes (64), les premier et troisième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, et en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (58) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du quatrième système d'électrodes (70), les bandes conductrices du second système d'électrodes étant transparentes.
  12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système d'électrodes (54) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du quatrième système d'électrodes (270), les premier et troisième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (258) sont disposées parallèlement avec les bandes conductrices du troisième système d'électrodes (264) et de façon décalée, les bandes conductrices du second système d'électrodes étant réfléchissantes.
  13. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système d'électrodes (54) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du troisième système d'électrodes (64), les premier et troisième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, et en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (158) sont disposées parallèlement aux bandes conductrices du quatrième système d'électrodes (170) et de façon décalée, les bandes conductrices du second système d'électrodes étant réfléchissantes.
  14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le troisième système d'électrodes est réfléchissant.
  15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le matériau photoconducteur est du silicium amorphe hydrogéné et carboné de formule a-Si1-xCx:H avec 0≦x≦1.
  16. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les bandes conductrices du troisième système d'électrodes (264) sont plus étroites que les bandes conductrices du second système d'électrodes (258).
  17. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les bandes conductrices du quatrième système d'électrodes (170) sont plus étroites que les bandes conductrices du second système d'électrodes (158).
  18. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche électrolumiescente (68) présente un spectre d'émission large bande et le matériau photoconducteur (20, 66) un spectre de sensibilité tel que le recouvrement du spectre d'émission de la seconde couche électroluminescente avec le spectre de sensibilité du matériau photoconducteur est maximal.
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