EP0485285B1 - Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran - Google Patents

Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran Download PDF

Info

Publication number
EP0485285B1
EP0485285B1 EP91402973A EP91402973A EP0485285B1 EP 0485285 B1 EP0485285 B1 EP 0485285B1 EP 91402973 A EP91402973 A EP 91402973A EP 91402973 A EP91402973 A EP 91402973A EP 0485285 B1 EP0485285 B1 EP 0485285B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bistable
material layer
layer
conductive material
cathodoluminescent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP91402973A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0485285A1 (fr
Inventor
Thierry Leroux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0485285A1 publication Critical patent/EP0485285A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0485285B1 publication Critical patent/EP0485285B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—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
    • G09G3/22—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

Definitions

  • the present invention relates to a bistable electrooptical device, a screen comprising such a device and a method for implementing this screen. It applies in particular to display and visualization but also to optical logic systems such as optical computers.
  • Bistable electrooptical devices are known, such as those described in the document "Electro-optic applications of ferroelectric liquid crystals to optical computing" written by M.A. Handschy et al. and published in the journal Ferroelectrics 1988, vol.85, pp.279-289 published by Gordon and Breach Science publishers SA These include a liquid crystal cell attached to a layer of photoconductive material, the whole being controlled by an external luminous flux.
  • the liquid crystal cell may be transparent or opaque and may or may not transmit the control light beam.
  • the resistivity of the photoconductive material is reduced whereas when the transmission is substantially zero, the resistivity becomes very high.
  • the transition from one to the other of the conductive or insulating states is carried out according to a hysteresis curve: at a given light flux, there may exist two states of transmission of the cell associated with the photoconductor such that the photoconductive material can be in either state (conductive or insulating). Logical information can thus be recorded.
  • Optical computer memories work with such devices although these perform poorly. Indeed, the switching time of such a bistable device is long (a few milliseconds) which prohibits the carrying out of logic operations at high frequencies.
  • the object of the present invention is to provide a bistable electro-optical device with rapid tilting time, of the order of a microsecond.
  • a device according to the invention has the advantage of a simple embodiment using well-controlled manufacturing techniques.
  • the first substrate and the first layer of conductive material are transparent.
  • a bistable element comprises a second layer of conductive material, the first and the second layers of conductive material being separated and deposited on the first substrate, the layer of photoconductive material at least partially covering the first and second layers of conductive material so as to electrically connect these layers of conductive material, the layers of conductive material and of photoconductive material forming a substantially coplanar structure covered by the layer of cathodoluminescent material.
  • the second layer of conductive material may optionally be transparent.
  • an insulating layer is interposed between the substantially coplanar structure and the layer of cathodoluminescent material, this insulating layer being provided with an opening pierced at the level of the second layer of conductive material so that an electrical contact is established between the second layer of conductive material and the layer of cathodoluminescent material.
  • This insulating layer makes it possible to isolate the first layer of conductive material and the layer of cathodoluminescent material, when the photoconductive material does not completely cover the first layer of conductive material.
  • the first layer of conductive material is deposited on the first substrate, the layer of photoconductive material covering at least partially the first layer of conductive material, these layers forming a stacked structure covered by the layer of cathodoluminescent material , and in that said bistable element comprises means for electrically insulating the first layer of conductive material from the layer of cathodoluminescent material.
  • said means for electrically insulating the first layer of conductive material from the layer of cathodoluminescent material may consist of an extension of the layer of photoconductive material completely covering the first layer of conductive material.
  • Said means for electrically insulating the first layer of conductive material from the layer of cathodoluminescent material may consist of an insulating layer covering the stacked structure, when the layer of photoconductive material partially covers the first layer of conductive material, this insulating layer being provided an opening at the layer of photoconductive material so as to ensure electrical contact between the layer of photoconductive material and the layer of cathodoluminescent material.
  • the stacking structure comprises a second layer of conductive material covering at least partially the layer of photoconductive material.
  • This second layer can be partially arranged on the substrate.
  • the bistable device has two operating modes detailed below, one with a constant or zero excitation light flux, the other at a constant excitation voltage.
  • the device comprises a light source arranged for example outside the enclosure.
  • the external light source is advantageously placed on the side of the first substrate, the latter as well as the layer of first conductive material which must then be transparent. Furthermore, when the device of the invention is used in a display screen, the light emitted by the cathodoluminescent material is advantageously transmitted through layers interposed between this material and the first substrate, the assembly having to be transparent.
  • cathodoluminescent material can be used: one can cite in particular a source of electrons with emissive cathodes with microtips, a source of electrons with semiconductor diodes having a metal-insulating metal structure or any other source of electrons.
  • the device comprises several bistable elements
  • a single layer of cathodoluminescent material is common to all the bistable elements.
  • the device comprises several bistable elements
  • these elements can be arranged in a matrix. This arrangement allows a multiplexed operation of the bistable elements, which can facilitate the control of the device.
  • the first layers of conductive material are advantageously connected together in parallel conductive columns and the excitation means is controlled along parallel lines.
  • Another object of the present invention is to take advantage of the bistability of the preceding device and therefore the possibility of memorizing a state to produce a very bright advantageously multiplexed flat display screen.
  • the present invention therefore relates to a flat screen comprising a bistable device comprising several bistable elements arranged in rows and in columns, each bistable element of a line and a column forming a pixel of the screen.
  • the number of lines of such a screen is not limited. Large screens can be produced while retaining simplicity of control.
  • the signals corresponding to the information to be displayed are delivered on the conductive columns produced by the first layers of conductive material connected to each other. These conductive columns are anodes; they have much lower capacities (by a factor of 500 to 1000) than cathodes to which these signals are usually applied.
  • the capacitive power required to control the screen is reduced accordingly. Indeed, the sources of electrons have limited thicknesses and therefore high capacities whereas a bistable element taking into account the thickness of vacuum has a lower capacity.
  • the present invention also relates to a method for the implementation of such a screen.
  • Figure 1 schematically shows a sectional view of a bistable electrooptical device according to the invention.
  • This device comprises a first substrate 10 possibly transparent, for example made of glass, and a second substrate 12, for example made of glass too.
  • a seal 14 for example made of fusible glass, hermetically seals the first and second substrates 10, 12 between them so as to obtain an enclosure in which a high vacuum is produced (for example, 10 ⁇ 6 mm Hg).
  • the device comprises, contained in said enclosure, several bistable elements 16 arranged in a matrix along lines and columns.
  • Each bistable element 16 comprises, supported by the first substrate, a series of layers forming a stacking structure.
  • a first layer 18 of conductive material, possibly transparent, for example of indium tin oxide (ITO) is deposited on the substrate 10; this layer 18 has a thickness of for example 500 ⁇ ; a layer of photoconductive material 20, for example formed of a stack of n+-doped amorphous silicon (a-Si-n+), of amorphous silicon (a-Si) and of nhe-doped amorphous silicon (a-Si-n +), completely covers the first layer of conductive material 18; this layer 20 has for example a thickness of 1 to 2 ⁇ m.
  • ITO indium tin oxide
  • a second layer of transparent conductive material 24 is deposited so as to make a contact between the layer of photoconductive material 20 and the layer of cathodoluminescent material 22. This contact defines the active area of each bistable element.
  • This layer 24 has for example a thickness of 500 to 1000 ⁇ .
  • This layer ensures good ohmic contact between the photoconductive material and the cathodoluminescent material 22.
  • cathodolumiscent material 22 is common to all the bistable elements. In this way, the deposition of this layer is simplified.
  • the first layers of conductive material 18 are connected together to form conductive columns. In this way, it is possible to carry out a multiplexed control of the bistable elements 16 if the excitation means is controllable online.
  • the layer 24 is etched so that the contacts between the layer 20 and the layer 22 thus produced define separate bistable elements.
  • FIG. 2B schematically represents an alternative embodiment of a bistable element in a stacking arrangement.
  • an insulating layer 23 covers the layer of photoconductive material 20.
  • This insulating layer 23 has an opening 25 clearing the base of the layer of photoconductive material 20 so as to ensure electrical contact between the layer 20 and the layer of photoluminescent material 22.
  • FIG. 3 schematically represents an alternative embodiment of a bistable element.
  • the layers are arranged in a substantially coplanar structure.
  • the first layer of conductive material 18 as well as the second layer of conductive material 24 are deposited on the first substrate 10; the layer of photoconductive material 20 completely covers the conductive material 18 and partially the layer 24.
  • the layer of cathodoluminescent material 22 covers the coplanar structure 18, 20, 24, while having no contact with the layer 18 and contact with the layer 24.
  • a bistable element 16 also includes a means 26 for exciting the layer of cathodoluminescent material 22.
  • This means 26 is a source of electrons supported by the second substrate 12.
  • the means 26 allows an excitation of the successive lines of bistable elements.
  • FIG. 4 schematically represents a first embodiment of a means 26 for exciting the cathodoluminescent layer. It is a source of electrons with microtip emissive cathodes. A description of such a source of electrons is found, for example, in French patent application No. 2,623,013.
  • conductive lines 28 are deposited on the substrate 12. These lines support microtips 30 capable of emitting electrons. They are covered with an insulating layer 32 pierced with orifices 34 at the locations of the microtips 30.
  • lines are formed on the grid while the microtips rest on a common conductive layer.
  • FIG. 5 schematically represents a second embodiment of a means for exciting the cathodoluminescent layer. It is a diode electron source with a metal-insulator-metal structure, called MIM (or MDM for metal-dielectric-metal).
  • MIM metal-insulator-metal structure
  • conductive lines 38 of metal rest on the substrate 12.
  • Each conductive line 38 is covered with a thin dielectric layer 40.
  • the dielectric (insulating) layers 40 are covered by a single metallic film 42.
  • the MIM structure forms a diode capable of emitting electrons.
  • FIG. 6 schematically represents a third embodiment of a means for exciting the cathodoluminescent layer. It is a source of electrons with semiconductor diodes. A description of such a source of electrons is found in the aforementioned book.
  • Sources with a semiconductor-metal structure and sources with p-n junctions belong to the category of semiconductor diode sources.
  • FIG 6 there is shown by way of non-limiting example a source of electrons to semiconductor-metal structure.
  • Lines of semiconductor material 44 rest on the substrate 12. These lines 44 are covered by a metallic layer 46.
  • control means 48 which can be seen in FIG. 1.
  • This control means 48 is connected to the electrodes (18, 28, 36 or 18, 38, 42 or 18, 44, 46) which must be via contacts leaving the enclosure.
  • the layers of conductive material 18 act as an anode; the lines drawn in the electron sources are cathodes.
  • FIG. 7 representing an output light flux Fs emitted by the cathodoluminescent material (or what amounts to the same an acceleration voltage Va of the electrons emitted by the source of electrons) as a function of the voltage Vak applied between the anode and the cathode at the intersection of which the considered bistable element is located.
  • the current emitted by the electron source 26 (fig. 1) is kept fixed by application of an adequate control voltage.
  • This voltage is applied between the grid 36 and the cathode 28 considered for a source of electrons with emissive cathodes with microtips (fig. 4), between the metallic film 42 and the metallic layer 38 constituting the cathode considered for a MIM structure (fig. .5), or between the metal layer 46 and the semiconductor layer 44 constituting the cathode considered for a semiconductor structure (fig. 6).
  • the electrons emitted by the electron source are more or less accelerated according to the value of the potential difference Vak applied between the anode and the cathode considered.
  • the voltage Va When decreasing Vak from a value greater than V1 (part B of the curve), the voltage Va substantially retains its maximum value and then drops sharply to its minimum value when Vak becomes below a threshold Vo approximately equal to 90 V .
  • the curve describing the output light flux Fs is identical to that describing the behavior of Va. In fact, when the acceleration voltage is low, the cathodoluminescent material emits little light and the conductivity of the photoconductive material is low.
  • the phenomenon is similar but in reverse, when Vak decreases.
  • the curve describes a hysteresis cycle comprising an operating zone between V0 and V1 with two stable states.
  • the input luminous flux, external luminous flux directed towards the photoconductive material is considered to be constant or zero.
  • this input light flux is delivered by a light source 50 disposed outside the enclosure containing the bistable elements.
  • This light source is controlled by the control means 48.
  • the different bistable elements can be illuminated independently of one another advantageously from the substrate 10.
  • Such a light source 50 can for example be produced by one or more lasers or one or more other bistable elements for example.
  • the conductivity of the photoconductive material is varied by subjecting it to an increasingly intense input light flux Fe.
  • a threshold F1 part C of the curve
  • the conductivity is minimal and therefore as before, the voltage Vak is practically entirely brought back to the terminals of the photoconductive material for a low acceleration voltage.
  • the output light flux Fs is therefore minimal.
  • the conductivity is maximum; the voltage across the photoconductive material is negligible and the acceleration voltage becomes maximum: the output light flux Fs is maximum.
  • the curve therefore describes a hysteresis cycle comprising an operating zone between Fo and F1 with two stable states.
  • the switching from one to the other of the stable states is obtained in a time of the order of a microsecond. It is thus possible to produce fast optoelectronic memories, competitive with electronic systems and simple to produce.
  • a device according to the invention allows the production of a flat display screen.
  • FIG. 9 Such a screen is represented diagrammatically in FIG. 9. It takes up the elements of the bistable electrooptical device described above and the references adopted are identical to those of FIG. 1. In the rest of the description, it will be considered that this screen is observed from the side of substrate 10.
  • the screen is matrix; the bistable elements 16 are arranged in rows and columns: each bistable element corresponds to a pixel on the screen.
  • the first layers of conductive material 18 are interconnected to form conductive columns and the electron sources are controlled online, a bistable element being defined at the intersection of the lines and the columns.
  • FIG. 10 Another coplanar structure than that of FIG. 3 is shown diagrammatically in section in FIG. 10.
  • the first and second layers of conductive material 18, 24 are deposited on the first substrate 10: the first layer 18 as we have seen, in the form of a conductive column, the second 24 defining the dimensions of the pixel, this second layer being transparent.
  • the first and second layers of conductive material 18, 24 are interconnected by a layer of photoconductive material 20 partially covering them.
  • a layer of insulating material 23 covers this coplanar arrangement with the exception of a location corresponding to an opening 25 and situated at the level of the second conductive layer 24.
  • This coplanar arrangement is covered by a deposit of cathodoluminescent material 22 which has electrical contact with the only second layer 24.
  • FIG. 11 schematically represents a section of another structure in stacking than those represented in FIGS. 1, 2A and 2B.
  • the first layer of conductive material 18, deposited on the substrate 10, is covered by a layer of photoconductive material 20.
  • a second layer of conductive material 24 has a part 24A which at least partially covers the layer of photoconductive material 20 and another part resting on the substrate 10 whose geometry defines the dimensions of the pixel.
  • the structure is covered by a layer of cathodoluminescent material 22.
  • the electron source 26 (fig. 9) is able to excite the successive lines of pixels on the screen under the action of the control means 48.
  • control means 48 delivers control signals to the conductive columns to switch the pixels of this line on or off.
  • FIGS. 12A to 12E schematically represent timing diagrams for controlling the state of a pixel on the screen. In these diagrams, the amplitude scales of the potentials are not respected.
  • the control of the screen is carried out with constant light flux and constant electron current.
  • the conductivity of the photoconductive material of the pixel in question is varied by varying the difference in potentials applied between the anode and the cathode (namely the conductive column associated with the pixel and for example the conductive line of an electron source with cathodes microtip transmitters, the pixel considered being placed at the intersection of this line and this column).
  • the electron acceleration voltage is minimum and the pixel is in an extinct state.
  • the electron acceleration voltage is maximum and the pixel is in an on state.
  • FIG. 12A represents the potential Vl applied to a cathode (line) as a function of time.
  • a given line is addressed every frame time Tt.
  • the addressing time of a line T1 is divided into two periods: a first period Te devoted to erasing the state of the pixels of the addressed line (all the pixels are brought to an extinct state), a second period Ta of addressing itself during which the pixels are carried in the state which they must take.
  • Vl takes a value -VlN, with VlN for example equal to 80 V; during Ta, Vl takes a value -VlB with VlB for example equal to 100 V. Vl takes the value -Vr the rest of the time with Vr for example equal to 95 V.
  • FIG. 12B schematically represents the potential VcB applied to a conductive column to obtain a pixel in an on state.
  • the potential VcB takes the value -Vc.
  • the values Vc and VlN are chosen such that VlN ⁇ Vc is less than Vo lower threshold value of the bistable element (fig. 7). As we saw previously, Vo can be equal to 90 V. VlN being chosen equal to 80 V, Vc is for example equal to 4 V.
  • VcB takes the value Vc.
  • FIG. 12C schematically represents the difference in potentials Vak between anode and cathode for carrying a pixel in an on state.
  • Vak takes the value VlN - Vc, that is to say in the example described 76 V which is much lower than Vo, the photoconductive material has a minimum conductivity resulting in an acceleration voltage minimum of excitation electrons; the output luminous flux is negligible: whatever its previous state (represented by dotted lines in FIG. 12C), the pixel is brought to an extinct state.
  • Vak takes the value VlB + Vc, that is to say in the example described 104 V which is much higher than the threshold value V1 (FIG. 7).
  • VlB + Vc the threshold value
  • FIG. 12D schematically represents the potential VcN applied to a conductive column to get a pixel in an off state.
  • the potential VcN takes the value Vc then the value -Vc during the addressing period.
  • FIG. 12E schematically represents the difference in potentials Vak between anode and cathode for carrying a pixel in an extinct state whatever its previous state represented by dotted lines in FIG. 12E.
  • Vak takes the value VlN + Vc, that is to say in the example described 84 V which is much lower than Vo: the pixel is brought into an extinct state.
  • Vak takes the value VlB - Vc, that is to say in the example described 96 V, which is much less than V1: the pixel remains in the previous state, namely extinct .
  • N is the number of lines of a screen, thanks to this memorization, a lit state of a pixel is maintained N times longer than in a usual screen where the lit state is only maintained in the period of addressing of the corresponding line. We therefore obtain a much brighter screen than in the prior art.
  • the invention is in no way limited to the embodiments more specifically described and shown; on the contrary, it admits all variants.
  • other types of electron sources can be used or else, for a screen, other implementation methods are possible.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif électrooptique bistable, un écran comportant un tel dispositif et un procédé de mise en oeuvre de cet écran. Elle s'applique notamment à l'affichage et la visualisation mais aussi aux systèmes logiques optiques tels les calculateurs optiques.
  • On connaît des dispositifs électrooptiques bistables tels que ceux décrits dans le document "Electro-optic applications of ferroelectric liquid crystals to optical computing" rédigé par M.A.Handschy et al. et paru dans la revue Ferroelectrics 1988, vol.85, pp.279-289 publiée par Gordon and Breach Science publishers S.A. Ceux-ci comportent une cellule à cristal liquide accolée à une couche d'un matériau photoconducteur, l'ensemble étant commandé par un flux lumineux extérieur. La cellule à cristal liquide peut être transparente ou opaque et transmettre ou non le faisceau lumineux de commande.
  • Lorsque le faisceau lumineux est transmis, la résistivité du matériau photoconducteur est réduite alors que lorsque la transmission est sensiblement nulle, la résistivité devient très importante. Le passage de l'un à l'autre des états conducteur ou isolant est effectué selon une courbe d'hystérésis : à flux lumineux donné, il peut exister deux états de transmission de la cellule associée au photoconducteur tels que le matériau photoconducteur puisse être dans l'un ou l'autre état (conducteur ou isolant). Une information logique peut ainsi être enregistrée.
  • Des mémoires de calculateur optique fonctionnent avec de tels dispositifs bien que ceux-ci soient peu performants. En effet, le temps de basculement d'un tel dispositif bistable est long (quelques millisecondes) ce qui interdit la réalisation d'opérations logiques à hautes fréquences.
  • Le but de la présente invention est de fournir un dispositif électrooptique bistable à temps de basculement rapide, de l'ordre de la microseconde.
  • La commutation étant approximativement mille fois plus rapide que dans les dispositifs à cellule à cristal liquide, un nombre d'opérations logiques bien supérieur peut être effectué pendant une même durée.
  • Un dispositif conforme à l'invention présente l'avantage d'une réalisation simple utilisant des techniques de fabrication bien maîtrisées.
  • La présente invention concerne un dispositif électrooptique bistable comprenant :
    • un premier et un second substrats,
    • des moyens pour sceller hermétiquement les premier et second substrats entre eux de manière à réaliser une enceinte sous vide,
    • contenu dans ladite enceinte, au moins un élément bistable comportant :
      • d'une part, supportés par le premier substrat :
        • une première couche de matériau conducteur,
        • une couche de matériau photoconducteur,
        • une couche de matériau cathodoluminescent,
      • d'autre part, un moyen pour exciter ledit matériau cathodoluminescent.
  • Selon une variante de réalisation, le premier substrat et la première couche de matériau conducteur sont transparents.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un élément bistable comporte une seconde couche de matériau conducteur, la première et la seconde couches de matériau conducteur étant disjointes et déposées sur le premier substrat, la couche de matériau photoconducteur recouvrant au moins partiellement les première et seconde couches de matériau conducteur de manière à relier électriquement ces couches de matériau conducteur, les couches de matériau conducteur et de matériau photoconducteur formant une structure sensiblement coplanaire recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent.
  • La seconde couche de matériau conducteur peut éventuellement être transparente.
  • Selon une variante de ce mode de réalisation, une couche isolante est intercalée entre la structure sensiblement coplanaire et la couche de matériau cathodoluminescent, cette couche isolante étant pourvue d'une ouverture percée au niveau de la seconde couche de matériau conducteur de manière à ce qu'un contact électrique soit établi entre la seconde couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent. Cette couche isolante permet d'isoler la première couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent, lorsque le matériau photoconducteur ne recouvre pas totalement la première couche de matériau conducteur.
  • Selon un autre mode de réalisation, la première couche de matériau conducteur est déposée sur le premier substrat, la couche de matériau photoconducteur recouvrant au moins partiellement la première couche de matériau conducteur, ces couches formant une structure en empilement recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent, et en ce que ledit élément bistable comporte un moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent.
  • Selon une variante de ce de mode de réalisation, ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent peut être constitué par une extension de la couche de matériau photoconducteur recouvrant totalement la première couche de matériau conducteur.
  • Ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent peut être constitué par une couche isolante recouvrant la structure en empilement, lorsque la couche de matériau photoconducteur recouvre partiellement la première couche de matériau conducteur, cette couche isolante étant pourvue d'une ouverture au niveau de la couche de matériau photoconducteur de manière à assurer un contact électrique entre la couche de matériau photoconducteur et la couche de matériau cathodoluminescent.
  • Selon une variante du deuxième mode de réalisation, la structure en empilement comprend une seconde couche de matériau conducteur recouvrant au moins partiellement la couche de matériau photoconducteur. Cette seconde couche peut être disposée en partie sur le substrat.
  • Le dispositif bistable possède deux modes de fonctionnement détaillés plus loin, l'un à flux lumineux d'excitation constant ou nul, l'autre à tension d'excitation constante.
  • Selon un mode de réalisation pour un fonctionnement à tension ou à flux d'excitation constante, le dispositif comprend une source lumineuse disposée par exemple à l'extérieur de l'enceinte.
  • Lorsque le dispositif de l'invention fonctionne à tension constante avec une excitation lumineuse externe, la source lumineuse externe est placée de façon avantageuse du côté du premier substrat, celui-ci ainsi que la couche de premier matériau conducteur devant être alors transparents. Par ailleurs, lorsque le dispositif de l'invention est utilisé dans un écran de visualisation, la lumière émise par le matériau cathodoluminescent est avantageusement transmis au travers des couches intercalées entre ce matériau et le premier substrat, l'ensemble devant être transparent.
  • Différents moyens pour exciter le matériau cathodoluminescent peuvent être employés : on peut citer notamment une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes, une source d'électrons à diodes semiconductrices possédant une structure métal-isolant métal ou tout autre source d'électrons.
  • De manière avantageuse, lorsque le dispositif comprend plusieurs éléments bistables, une couche unique de matériau cathodoluminescent est commune à tous les éléments bistables.
  • Toujours lorsque le dispositif comprend plusieurs éléments bistables, ces éléments peuvent être arrangés en matrice. Cette disposition permet un fonctionnement multiplexé des éléments bistables, ce qui peut faciliter la commande du dispositif.
  • Dans un arrangement matriciel, les premières couches de matériau conducteur sont avantageusement reliées entre elles en colonnes conductrices parallèles et le moyen d'excitation est commandé selon des lignes parallèles.
  • Un autre objet de la présente invention consiste à mettre à profit la bistabilité du dispositif précédent et donc la possibilité de mémorisation d'un état pour réaliser un écran plat de visualisation avantageusement multiplexé très lumineux.
  • La présente invention concerne donc un écran plat comprenant un dispositif bistable comportant plusieurs éléments bistables arrangés en lignes et en colonnes, chaque élément bistable d'une ligne et d'une colonne formant un pixel de l'écran.
  • La commande d'un tel écran est multiplexée. En appliquant des tensions de commande appropriées, profitant de la bistabilité des éléments, une fois qu'un pixel adressé est placé dans un état "allumé", cet état peut être maintenu jusqu'au prochain adressage du pixel considéré, c'est-à-dire pendant tout le temps de trame. Usuellement, un état "allumé" n'est maintenu que pendant un temps d'adressage d'un pixel. La luminosité de l'écran est ainsi améliorée d'un facteur égal au nombre de lignes de l'écran.
  • De plus, le nombre de lignes d'un tel écran n'est pas limité. On peut réaliser des écrans de grandes dimensions tout en conservant une simplicité de commande.
  • Les signaux correspondant aux informations à afficher sont délivrés sur les colonnes conductrices réalisées par les premières couches de matériau conducteur reliées entre elles. Ces colonnes conductrices sont des anodes ; elles possèdent des capacités beaucoup plus faibles (d'un facteur 500 à 1000) que des cathodes sur lesquelles sont usuellement appliqués ces signaux.
  • La puissance capacitive nécessaire pour commander l'écran s'en trouve réduite d'autant. En effet, les sources d'électrons ont des épaisseurs limités et donc de fortes capacités alors qu'un élément bistable compte-tenu de l'épaisseur de vide a une capacité plus faible.
  • La présente invention concerne aussi un procédé pour la mise en oeuvre d'un tel écran.
  • Les pixels de l'écran pouvant prendre un état "allumé" ou "éteint", le procédé consiste à :
    • adresser successivement les lignes de pixels,
    • lors de l'adressage d'une ligne,
      • porter tous les pixels de cette ligne dans un état "éteint", puis allumer les pixels de cette ligne devant l'être,
      • maintenir les pixels des lignes non adressées dans celui des états pris pendant l'adressage précédent.
  • Selon un mode de réalisation particulier,
    • V0
    étant une tension de seuil inférieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
    V1
    étant une tension de seuil supérieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
    l'état d'un pixel situé au croisement d'une ligne et d'une colonne étant commandé en appliquant une différence de potentiel entre cette colonne conductrice (anode) et une cathode dudit moyen pour exciter le matériau cathodoluminescent, cette cathode excitant la ligne considérée,
    • A - lors de l'adressage d'une ligne :
      • a) pendant une durée Te, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlN puis,
      • b) pendant une durée Ta, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlB,
      • 1) pour allumer le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,
        • i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlN - Vc < V0,
        • ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlB + Vc > V1,
      • 2) pour éteindre le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,
        • i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlN + Vc < V0,
        • ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlB - Vc < V1,
    • B - en dehors de l'adressage de la ligne considérée, on porte la cathode considérée à un potentiel -Vr tel que Vr + Vc < V1 et Vr - Vc > V0 pour maintenir les pixels de la ligne considérée dans celui des états pris à l'adressage précédent.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif conforme à l'invention,
    • la figure 2A représente schématiquement une vue partielle d'un dispositif conforme à l'invention,
    • la figure 2B représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable,
    • la figure 3 représente une variante de réalisation d'un élément bistable,
    • la figure 4 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
    • la figure 5 représente schématiquement un second mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
    • la figure 6 représente schématiquement un troisième mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
    • la figure 7 représente schématiquement une courbe d'hystérésis mettant en évidence la bistabilité d'un élément bistable lors d'une excitation à tension de commande constante,
    • la figure 8 représente schématiquement une courbe d'hystérésis mettant en évidence la bistabilité d'un élément bistable lors d'une excitation à flux lumineux d'entrée constant,
    • la figure 9 représente schématiquement un écran de visualisation conforme à l'invention,
    • les figures 10 et 11 représentent chacune une vue partielle et schématique d'une coupe d'un élément bistable pour la réalisation de cet écran,
    • les figures 12A à 12E représentent schématiquement des chronogrammes pour la commande d'un état allumé et éteint d'un pixel de l'écran.
  • La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif électrooptique bistable conforme à l'invention. Ce dispositif comporte un premier substrat 10 éventuellement transparent, par exemple en verre, et un second substrat 12, par exemple en verre lui aussi.
  • Un joint 14 par exemple en verre fusible scelle hermétiquement les premier et second substrats 10, 12 entre eux de manière à obtenir une enceinte dans laquelle on réalise un vide poussé (par exemple, 10⁻⁶ mm Hg).
  • Dans la réalisation représentée, le dispositif comprend, contenus dans ladite enceinte, plusieurs éléments bistables 16 disposés matriciellement suivant des lignes et des colonnes. Chaque élément bistable 16 comprend, supportées par le premier substrat, une série de couches formant une structure en empilement.
  • Une première couche 18 de matériau conducteur, éventuellement transparente, par exemple en oxyde d'indium et d'étain (ITO) est déposée sur le substrat 10 ; cette couche 18 possède une épaisseur de par exemple 500 Å ; une couche de matériau photoconducteur 20, par exemple formée d'un empilement de silicium amorphe dopé n⁺ (a-Si-n⁺), de silicium amorphe (a-Si) et de silicium amorphe dopé n⁺ (a-Si-n⁺), recouvre totalement la première couche de matériau conducteur 18 ; cette couche 20 possède par exemple une épaisseur de 1 à 2 µm. Une couche de matériau cathodoluminescent 22 par exemple en sulfure de zinc (ZnS) recouvre la couche de matériau photoconducteur 20, cette couche 22 possède par exemple une épaisseur de 10 µm. Eventuellement une seconde couche de matériau conducteur transparent 24 (ITO, par exemple) est déposée de manière à réaliser un contact entre la couche de matériau photoconducteur 20 et la couche de matériau cathodoluminescent 22. Ce contact définit la zone active de chaque élément bistable. Cette couche 24 possède par exemple une épaisseur de 500 à 1000 Å.
  • Cette couche permet d'assurer un bon contact ohmique entre le matériau photoconducteur et le matériau cathodoluminescent 22.
  • On peut voir sur la figure 2A qu'une couche unique de matériau cathodolumiscent 22 est commune à tous les éléments bistables. De cette manière, le dépôt de cette couche est simplifié.
  • On peut aussi voir sur la figure 2A que les premières couches de matériau conducteur 18 sont reliées entre elles pour former des colonnes conductrices. De cette manière, on peut effectuer une commande multiplexée des éléments bistables 16 si le moyen d'excitation est commandable en ligne. La couche 24 est gravée de façon à ce que les contacts entre la couche 20 et la couche 22 ainsi réalisés définissent des éléments bistables distincts.
  • La figure 2B représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable dans un agencement en empilement. Sur cette vue en coupe, on voit qu'une couche isolante 23 recouvre la couche de matériau photoconducteur 20. Cette couche isolante 23 possède une ouverture 25 dégageant la base de la couche de matériau photoconducteur 20 de manière à assurer un contact électrique entre la couche 20 et la couche de matériau photoluminescent 22.
  • La figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable. Les couches sont disposées suivant une structure sensiblement coplanaire. La première couche de matériau conducteur 18 ainsi que la seconde couche de matériau conducteur 24 sont déposées sur le premier substrat 10 ; la couche de matériau photoconducteur 20 recouvre totalement le matériau conducteur 18 et partiellement la couche 24. La couche de matériau cathodoluminescent 22 recouvre la structure coplanaire 18, 20, 24, tout en n'ayant aucun contact avec la couche 18 et un contact avec la couche 24.
  • A nouveau sur la figure 1, on voit qu'un élément bistable 16 comporte encore un moyen 26 pour exciter la couche de matériau cathodoluminescent 22. Ce moyen 26 est une source d'électrons supportée par le second substrat 12.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, où les éléments bistables 16 sont disposés en matrice, le moyen 26 permet une excitation des lignes successives d'éléments bistables.
  • La figure 4 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un moyen 26 pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes. On trouve par exemple une description d'une telle source d'électrons dans la demande de brevet français n° 2 623 013.
  • Dans la réalisation représentée sur la figure 4, des lignes conductrices 28 sont déposées sur le substrat 12. Ces lignes supportent des micropointes 30 aptes à émettre des électrons. Elles sont recouvertes d'une couche isolante 32 percée d'orifices 34 aux emplacements des micropointes 30.
  • Une grille 36 unique, percée d'orifices 38 en regard des orifices 34 des couches isolantes 32, est déposée sur ces couches isolantes 32.
  • Selon un autre mode de réalisation (non représenté) d'une telle source d'électrons, des lignes sont formées sur la grille alors que les micropointes reposent sur une couche conductrice commune.
  • La figure 5 représente schématiquement un second exemple de réalisation d'un moyen pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à diodes possédant une structure métal-isolant-métal, dite MIM (ou encore MDM pour métal-diélectrique-métal).
  • On trouve une description d'une telle source d'électrons dans le livre de Fridrikhov et Movnine, intitulé "Bases physiques de la technique électronique" paru aux éditions Mir.
  • Dans la réalisation représentée sur la figure 5, des lignes conductrices 38 en métal reposent sur le substrat 12. Chaque ligne conductrice 38 est recouverte d'une couche diélectrique 40 mince. Les couches diélectriques (isolantes) 40 sont recouvertes par un film métallique unique 42.
  • Aux emplacements des lignes conductrices 38, la structure MIM forme une diode apte à émettre des électrons.
  • La figure 6 représente schématiquement un troisième exemple de réalisation d'un moyen pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à diodes semi-conductrices. On trouve une description d'une telle source d'électrons dans le livre précité.
  • Les sources à structure semi-conducteur-métal et les sources à jonctions p-n appartiennent à la catégorie des sources à diodes semi-conductrices.
  • Sur la figure 6, on a représenté à titre d'exemple non limitatif une source d'électrons à structure semi-conducteur-métal. Des lignes de matériau semi-conducteur 44 reposent sur le substrat 12. Ces lignes 44 sont recouvertes par une couche métallique 46.
  • Quelle que soit la source d'électrons retenue, celle-ci ne fonctionne que convenablement polarisée au regard d'un potentiel appliqué sur la première couche de matériau conducteur 18 (fig.1).
  • Les tensions de commande adéquates sont appliquées par l'intermédiaire d'un moyen de commande 48 que l'on peut voir sur la figure 1. Ce moyen de commande 48 est relié aux électrodes (18, 28, 36 ou 18, 38, 42 ou 18, 44, 46) qui doivent l'être par des contacts sortant de l'enceinte. Les couches de matériau conducteur 18 jouent le rôle d'anode ; les lignes dessinées dans les sources d'électrons sont des cathodes.
  • On décrit maintenant un premier mode de fonctionnement d'un élément bistable en référence à la figure 7 représentant un flux lumineux de sortie Fs émis par le matériau cathodoluminescent (ou ce qui revient au même une tension d'accélération Va des électrons émis par la source d'électrons) en fonction de la tension Vak appliquée entre l'anode et la cathode à l'intersection desquelles se situe l'élément bistable considéré.
  • Le courant émis par la source d'électrons 26 (fig.1) est maintenu fixe par application d'une tension de commande adéquate. Cette tension est appliquée entre la grille 36 et la cathode 28 considérée pour une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes (fig.4), entre le film métallique 42 et la couche métallique 38 constituant la cathode considérée pour une structure MIM (fig.5), ou entre la couche métallique 46 et la couche semi-conductrice 44 constituant la cathode considérée pour une structure semi-conductrice (fig.6).
  • Les électrons émis par la source d'électrons sont plus ou moins accélérés en fonction de la valeur de la différence de potentiel Vak appliquée entre l'anode et la cathode considérées.
  • On voit sur la figure 7 (partie A de la courbe), qu'en augmentant Vak, la tension d'accélération Va des électrons, après être restée sensiblement égale à une valeur minimale, passe brusquement à une valeur maximale lorsque Vak dépasse un seuil V1 environ égal à 100 V.
  • Lorsqu'on diminue Vak à partir d'une valeur supérieure à V1 (partie B de la courbe), la tension Va conserve sensiblement sa valeur maximale puis chute brusquement à sa valeur minimale lorsque Vak devient inférieur à un seuil Vo environ égal à 90 V.
  • La courbe décrivant le flux lumineux de sortie Fs est identique à celle décrivant le comportement de Va. En effet, lorsque la tension d'accélération est faible, le matériau cathodoluminescent émet peu de lumière et la conductivité du matériau photoconducteur est faible.
  • Plus on augmente la différence de potentiel Vak, plus les électrons sont accélérés et produisent de la cathodoluminescence. Lorsqu'on franchit le seuil V1, la résistance du matériau photoconducteur devient minimale et la tension d'accélération, donc le flux lumineux de sortie deviennent maximaux.
  • Le phénomène est similaire mais en sens inverse, lorsque Vak décroît. La courbe décrit un cycle d'hystérésis comprenant une zone de fonctionnement entre V0 et V1 à deux états stables. Pour ce premier mode de fonctionnement, le flux lumineux d'entrée, flux lumineux extérieur dirigé vers le matériau photoconducteur est considéré constant ou nul.
  • En référence à la figure 8, on décrit maintenant un second mode de fonctionnement dans lequel la différence de potentiel Vak est maintenue constante et la variation du flux lumineux de sortie dépend de la variation d'un flux lumineux d'entrée.
  • Comme on peut le voir sur la figure 1, ce flux lumineux d'entrée est délivré par une source lumineuse 50 disposée à l'extérieur de l'enceinte contenant les éléments bistables. Cette source lumineuse est commandée par les moyens de commande 48. Les différents éléments bistables peuvent être éclairés indépendamment les uns des autres de façon avantageuse à partir du substrat 10.
  • Une telle source lumineuse 50 peut être par exemple réalisée par un ou plusieurs lasers ou un ou plusieurs autres éléments bistables par exemple.
  • De retour à la figure 8, on voit qu'on fait varier la conductivité du matériau photoconducteur en le soumettant à un flux lumineux d'entrée Fe de plus en plus intense. En dessous d'un seuil F1 (partie C de la courbe), la conductivité est minimale et donc comme précédemment, la tension Vak est pratiquement entièrement ramenée aux bornes du matériau photoconducteur pour une tension d'accélération faible. Le flux lumineux de sortie Fs est donc minimal. Au-dessus du seuil F1, la conductivité est maximale ; la tension aux bornes du matériau photoconducteur est négligeable et la tension d'accélération devient maximale : le flux lumineux de sortie Fs est maximal.
  • En diminuant le flux lumineux d'entrée (partie D de la courbe) on obtient le phénomène inverse et un basculement de la valeur maximale à la valeur minimale de Fs lorsque Fe devient inférieur à une valeur de seuil Fo.
  • La courbe décrit donc un cycle d'hystérésis comprenant une zone de fonctionnement comprise entre Fo et F1 à deux états stables.
  • Dans l'un ou l'autre des modes de fonctionnement le basculement de l'un à l'autre des états stables est obtenu en un temps de l'ordre de la miscroseconde. On peut ainsi réaliser des mémoires optoélectroniques rapides, compétitives avec les systèmes électroniques et simples à réaliser.
  • Outre des mémoires optoélectroniques, un dispositif conforme à l'invention permet la réalisation d'un écran plat de visualisation.
  • Un tel écran est représenté schématiquement sur la figure 9. Il reprend les éléments du dispositif électrooptique bistable décrit précédemment et les références adoptées sont identiques à celles de la figure 1. Dans le reste de la description, on considèrera que cet écran est observé du côté du substrat 10.
  • L'écran est matriciel ; les éléments bistables 16 sont arrangés en lignes et en colonnes : chaque élément bistable correspond à un pixel de l'écran. Les premières couches de matériau conducteur 18 sont reliées entre elles pour former des colonnes conductrices et les sources d'électrons sont commandées en ligne, un élément bistable étant défini à l'intersection des lignes et des colonnes.
  • Comme on peut le voir sur les figures 2A, 2B, 3, 10 et 11, plusieurs arrangements des couches supportées par le substrat transparent 10 sont possibles.
  • Une autre structure coplanaire que celle de la figure 3 est représentée schématiquement en coupe sur la figure 10.
  • La première et la seconde couches de matériau conducteur 18, 24 sont déposées sur le premier substrat 10 : la première couche 18 comme on l'a vu, sous forme d'une colonne conductrice, la seconde 24 définissant les dimensions du pixel, cette seconde couche étant transparente.
  • Dans la réalisation représentée sur la figure 10, les première et seconde couches de matériau conducteur 18, 24 sont reliées entre elles par une couche de matériau photoconducteur 20 les recouvrant partiellement.
  • Une couche de matériau isolant 23 recouvre cet arrangement coplanaire à l'exception d'un emplacement correspondant à une ouverture 25 et situé au niveau de la seconde couche conductrice 24.
  • Cet arrangement coplanaire est recouvert par un dépôt de matériau cathodoluminescent 22 qui possède un contact électrique avec la seule seconde couche 24.
  • La figure 11 représente schématiquement une coupe d'une autre structure en empilement que celles représentées figures 1, 2A et 2B. La première couche de matériau conducteur 18, déposée sur le substrat 10, est recouverte par une couche de matériau photoconducteur 20. Une seconde couche de matériau conducteur 24 présente une partie 24A qui recouvre au moins partiellement la couche de matériau photoconducteur 20 et une autre partie reposant sur le substrat 10 dont la géométrie définit les dimensions du pixel.
  • La structure est recouverte par une couche de matériau cathodoluminescent 22.
  • Comme on l'a vu précédemment, la source d'électrons 26 (fig.9) est apte à exciter les lignes successives de pixels à l'écran sous l'action du moyen de commande 48.
  • A chaque adressage d'une ligne de l'écran, le moyen de commande 48 délivre des signaux de commande sur les colonnes conductrices pour allumer ou éteindre les pixels de cette ligne.
  • Les figures 12A à 12E représentent schématiquement des chronogrammes pour la commande de l'état d'un pixel de l'écran. Sur ces schémas, les échelles d'amplitude des potentiels ne sont pas respectées.
  • La commande de l'écran est effectuée à flux lumineux d'entrée et courant d'électrons constants. On fait varier la conductivité du matériau photoconducteur du pixel considéré en faisant varier la différence de potentiels appliquée entre l'anode et la cathode (à savoir la colonne conductrice associée au pixel et par exemple la ligne conductrice d'une source d'électrons à cathodes émettrices à micropointes, le pixel considéré étant disposé à l'intersection de cette ligne et de cette colonne).
  • Lorsque la conductivité du matériau photoconducteur est minimale, la tension d'accélération des électrons est minimale et le pixel est dans un état éteint. Lorsque la conductivité du matériau photoconducteur est maximale, la tension d'accélération des électrons est maximale et le pixel est dans un état allumé.
  • Conformément au procédé de l'invention, on adresse successivement les lignes de pixels. La figure 12A représente le potentiel Vl appliqué sur une cathode (ligne) en fonction du temps.
  • Une ligne donnée est adressée tous les temps de trame Tt. La durée d'adressage d'une ligne Tl est divisée en deux périodes : une première période Te consacrée à l'effacement de l'état des pixels de la ligne adressée (tous les pixels sont portés dans un état éteint), une seconde période Ta d'adressage proprement dit pendant laquelle les pixels sont portés dans l'état qu'ils doivent prendre.
  • Pendant la durée Te, Vl prend une valeur -VlN, avec VlN par exemple égale à 80 V ; pendant Ta, Vl prend une valeur -VlB avec VlB par exemple égale à 100 V. Vl prend la valeur -Vr le reste du temps avec Vr par exemple égale à 95 V.
  • La figure 12B représente schématiquement le potentiel VcB appliqué sur une colonne conductrice pour obtenir un pixel dans un état allumé.
  • Pendant la période d'effacement Te, le potentiel VcB prend la valeur -Vc. Les valeurs Vc et VlN sont choisies telles que VlN ± Vc soit inférieure à Vo valeur de seuil inférieure de l'élément bistable (fig.7). Comme on l'a vu précédemment, Vo peut être égale à 90 V. VlN étant choisie égale à 80 V, Vc est par exemple égale à 4 V.
  • Pendant la période Ta, VcB prend la valeur Vc.
  • La figure 12C représente schématiquement la différence de potentiels Vak entre anode et cathode pour porter un pixel dans un état allumé. Pendant la période d'effacement Te, Vak prend la valeur VlN - Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 76 V qui est bien inférieure à Vo, le matériau photoconducteur possède une conductivité minimale entraînant une tension d'accélération minimale des électrons d'excitation ; le flux lumineux de sortie est négligeable : quel que soit son état précédent (représenté par des pointillés sur la figure 12C), le pixel est porté dans un état éteint.
  • Pendant la période d'adressage Ta, Vak prend la valeur VlB + Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 104 V qui est bien supérieure à la valeur de seuil V1 (fig.7). La conductivité du matériau photoconducteur devient maximale entrainant un flux lumineux de sortie maximal : le pixel est bien allumé.
  • La figure 12D représente schématiquement le potentiel VcN appliqué sur une colonne conductrice pour obtenir un pixel dans un état éteint.
  • Pendant la période d'effacement Te, le potentiel VcN prend la valeur Vc puis la valeur -Vc pendant la période d'adressage.
  • La figure 12E représente schématiquement la différence de potentiels Vak entre anode et cathode pour porter un pixel dans un état éteint quel que soit son état précédent représenté par des pointillés sur la figure 12E.
  • Pendant la période d'effacement, Vak prend la valeur VlN + Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 84 V qui est bien inférieure à Vo : le pixel est porté dans un état éteint.
  • Pendant la période d'adressage Ta, Vak prend la valeur VlB - Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 96 V, qui est bien inférieure à V1 : le pixel reste dans l'état précédent, à savoir éteint.
  • Entre deux périodes d'adressage d'une ligne, les états pris par les pixels de cette ligne sont mémorisés par les éléments bistables correspondant à chaque pixel. Les colonnes sont en permanence portées à un potentiel ± Vc pour la commande des pixels des autres lignes. Entre deux adressages, chaque ligne est portée à une valeur de potentiel -Vr. Les valeurs Vr et Vc sont telles que le potentiel Vak = Vr ± Vc, entre deux adressages, soit compris entre Vo et V1. On a vu plus haut que Vr est choisie par exemple égale à 95 V et Vc à 4 V ; Vr ± Vc est donc bien contenue dans la gamme allant de 90 à 100 V, c'est-à-dire dans la zone de bistabilité permettant de maintenir les pixels de la ligne considérée dans l'état pris pendant l'adressage précédent.
  • La mémorisation de l'état des pixels explique la necessité d'une période d'effacement avant chaque nouvel adressage.
  • Si N est le nombre de lignes d'un écran, grâce à cette mémorisation, un état allumé d'un pixel est maintenu N fois plus longtemps que dans un écran usuel où l'état allumé n'est maintenu que dans la période d'adressage de la ligne correspondante. On obtient donc un écran beaucoup plus lumineux que dans l'art antérieur.
  • De plus, pour un tel écran, le nombre de lignes n'est plus une contrainte. La réalisation d'écrans de grandes dimensions et à grand nombre de lignes pour un affichage de haute définition est possible.
  • L'invention ne se limite nullement aux exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés ; elle en admet au contraire toutes les variantes. En particulier, d'autres types de sources d'électrons sont utilisables ou bien, pour un écran, d'autres procédés de mise en oeuvre sont possibles.

Claims (19)

  1. Dispositif électrooptique bistable, caractérisé en ce qu'il comprend :
    un premier et un second substrats (10, 12),
    des moyens (14) pour sceller hermétiquement les premier et second substrats (10, 12) entre eux de manière à réaliser une enceinte sous vide,
    contenu dans ladite enceinte, au moins un élément bistable (16) comportant :
    d'une part, supportés par le premier substrat (10) :
    une première couche de matériau conducteur (18),
    une couche de matériau photoconducteur (20),
    une couche de matériau cathodoluminescent (22),
    d'autre part, un moyen (26) pour exciter ledit matériau cathodoluminescent (22).
  2. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier substrat (10) et la première couche de matériau conducteur (18) sont transparents.
  3. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un élément bistable (16) comporte une seconde couche (24) de matériau conducteur, la première et la seconde couches de matériau conducteur (18, 24) étant disjointes et déposées sur le premier substrat (10), la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant au moins partiellement les première et seconde couches de matériau conducteur (18, 24) de manière à relier électriquement ces couches de matériau conducteur (18, 24), les couches de matériau conducteur et de matériau photoconducteur (20) formant une structure sensiblement coplanaire recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent (22).
  4. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche de matériau conducteur (24) est transparente.
  5. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une couche isolante (23) est intercalée entre la structure sensiblement coplanaire (18, 20, 24) et la couche de matériau cathodoluminescent (22), cette couche isolante (23) étant pourvue d'une ouverture (25) percée au niveau de la seconde couche de matériau conducteur (24) de manière à ce qu'un contact électrique soit établi entre la seconde couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent.
  6. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première couche de matériau conducteur (18) est déposée sur le premier substrat (10), la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant la première couche de matériau conducteur (18), ces couches formant une structure en empilement recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent (22), et en ce que ledit élément bistable comporte un moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (18) de la couche de matériau cathodoluminescent (22).
  7. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (18) de la couche de matériau cathodoluminescent (22) est constitué par une extension de la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant totalement la première couche de matériau conducteur (18).
  8. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (8) de la couche de matériau cathodoluminescent (22) comprend une couche isolante (23) recouvrant la structure en empilement, cette couche isolante (23) étant pourvue d'une ouverture (25) au niveau de la couche de matériau photoconducteur (20) de manière à assurer un contact électrique entre la couche de matériau photoconducteur (20) et la couche de matériau cathodoluminescent (22).
  9. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6 ou 7 ou 8, caractérisé en ce que la structure en empilement comprend une seconde couche de matériau conducteur (24) recouvrant la couche de matériau photoconducteur (20).
  10. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse.
  11. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) pour exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes.
  12. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) apte à exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à diodes possédant une structure métal-isolant-métal.
  13. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) apte à exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à diodes semi-conductrices.
  14. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le dispositif comprenant plusieurs éléments bistables (16), une couche unique de matériau cathodoluminescent (22) est commune à tous les éléments bistables (16).
  15. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le dispositif comprenant plusieurs éléments bistables (16), ces éléments bistables (16) sont arrangés en lignes et en colonnes suivant une matrice.
  16. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 15, caractérisé en ce que les premières couches de matériau conducteur (18) sont reliées entre elles en colonnes conductrices parallèles, le moyen (26) pour exciter ledit matériau cathodoluminescent (22) étant apte à exciter des lignes parallèles.
  17. Ecran plat de visualisation, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 15 et 16, chaque élément bistable correspondant à un pixel de l'écran.
  18. Procédé pour la mise en oeuvre d'un écran conforme à la revendication 17, caractérisé en ce que les pixels de l'écran pouvant prendre un état "allumé" ou "éteint", le procédé consiste à :
    adresser successivement les lignes de pixels,
    lors de l'adressage d'une ligne,
    porter tous les pixels de cette ligne dans un état "éteint", puis allumer les pixels de cette ligne devant l'être,
    maintenir les pixels des lignes non adressées dans celui des états pris pendant leur adressage précédent.
  19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que,
    V0   étant une tension de seuil inférieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
    V1   étant une tension de seuil supérieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
    l'état d'un pixel situé au croisement d'une ligne et d'une colonne étant commandé en appliquant une différence de potentiel entre cette colonne conductrice (anode) et une cathode dudit moyen pour exciter le matériau cathodoluminescent, cette cathode excitant la ligne considérée,
    A - lors de l'adressage d'une ligne :
    a) pendant une durée Te, on porte la cathode considérée à un potentiel -VIN puis,
    b) pendant une durée Ta, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlB,
    1) pour allumer le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,
    i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VIN - Vc < V0,
    ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlB + Vc > V1,
    2) pour éteindre le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,
    i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlN + Vc < V0,
    ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlB - Vc < V1,
    B - en dehors de l'adressage de la ligne considérée, on porte la cathode considére à un potentiel -Vr tel que Vr + Vc < V1 et Vr - Vc > V0 pour maintenir les pixels de la ligne considérée dans celui des états pris à l'adressage précédent.
EP91402973A 1990-11-08 1991-11-06 Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran Expired - Lifetime EP0485285B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9013871A FR2669124B1 (fr) 1990-11-08 1990-11-08 Dispositif electrooptique bistable, ecran comportant un tel dispositif et procede de mise en óoeuvre de cet ecran.
FR9013871 1990-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0485285A1 EP0485285A1 (fr) 1992-05-13
EP0485285B1 true EP0485285B1 (fr) 1996-02-28

Family

ID=9401984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP91402973A Expired - Lifetime EP0485285B1 (fr) 1990-11-08 1991-11-06 Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5278544A (fr)
EP (1) EP0485285B1 (fr)
JP (1) JP2803417B2 (fr)
DE (1) DE69117437T2 (fr)
FR (1) FR2669124B1 (fr)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992019005A1 (fr) * 1991-04-19 1992-10-29 Hertz Inst Heinrich Appareil terminal electrono-optique a image dont la base est une cathode froide
EP0623944B1 (fr) * 1993-05-05 1997-07-02 AT&T Corp. Dispositif de visualisation plat et méthode de fabrication
KR0156032B1 (ko) * 1993-05-28 1998-10-15 호소야 레이지 전자방출소자 및 그 전자방출소자를 이용한 화상표시장치, 화상표시 장치의 구동장치, 화상표시장치의 화상표시 구동회로
FR2713823B1 (fr) * 1993-12-08 1996-01-12 Commissariat Energie Atomique Collecteur d'électrons comportant des bandes conductrices commandables indépendamment.
US5940163A (en) * 1994-07-19 1999-08-17 Electro Plasma Inc. Photon coupled color flat panel display and method of manufacture
US5786663A (en) * 1994-12-01 1998-07-28 Commissariat A L'energie Atomique Electron collector having independently controllable conductive strips
FR2732160B1 (fr) * 1995-03-22 1997-06-13 Pixtech Sa Anode d'ecran plat de visualisation a bandes resistives
US5543691A (en) * 1995-05-11 1996-08-06 Raytheon Company Field emission display with focus grid and method of operating same
US5949395A (en) * 1995-12-21 1999-09-07 Telegen Corporation Flat-panel matrix-type light emissive display
US6252347B1 (en) 1996-01-16 2001-06-26 Raytheon Company Field emission display with suspended focusing conductive sheet
TW420964B (en) * 1998-02-25 2001-02-01 Toppan Printing Co Ltd Organic electroluminescence display substrate, method of manufacturing it and organic electroluminescent display element
JP2004272159A (ja) * 2003-03-12 2004-09-30 Pioneer Electronic Corp ディスプレイ装置及び表示パネルの駆動方法
JP2005149865A (ja) * 2003-11-14 2005-06-09 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイ
JP2005294158A (ja) * 2004-04-02 2005-10-20 Toshiba Corp 画像表示装置
KR20060124486A (ko) * 2005-05-31 2006-12-05 삼성에스디아이 주식회사 전자방출표시장치 및 그의 구동방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50103973A (fr) * 1974-01-12 1975-08-16
US3982158A (en) * 1974-07-15 1976-09-21 Hughes Aircraft Company Power distribution control system
US4140941A (en) * 1976-03-02 1979-02-20 Ise Electronics Corporation Cathode-ray display panel
JPS52107771A (en) * 1976-03-08 1977-09-09 Toshiba Corp Panel display and its driving system
JPS553169A (en) * 1978-06-22 1980-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Character display unit
FR2561019B1 (fr) * 1984-03-09 1987-07-17 Etude Surfaces Lab Procede de realisation d'ecrans de visualisation plats et ecrans plats obtenus par la mise en oeuvre dudit procede
FR2568394B1 (fr) * 1984-07-27 1988-02-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif de visualisation par cathodoluminescence excitee par emission de champ
IE850536L (en) * 1985-03-04 1986-09-04 Robillard Jean J A Displaying information
US4801850A (en) * 1987-07-28 1989-01-31 Xerox Corporation High brightness vacuum fluorescent display (VFD) devices
US4924148A (en) * 1988-06-24 1990-05-08 Tektronix, Inc. High brightness panel display device
FR2663462B1 (fr) * 1990-06-13 1992-09-11 Commissariat Energie Atomique Source d'electrons a cathodes emissives a micropointes.

Also Published As

Publication number Publication date
DE69117437T2 (de) 1996-09-05
EP0485285A1 (fr) 1992-05-13
JP2803417B2 (ja) 1998-09-24
FR2669124B1 (fr) 1993-01-22
US5278544A (en) 1994-01-11
FR2669124A1 (fr) 1992-05-15
JPH0688975A (ja) 1994-03-29
DE69117437D1 (de) 1996-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0485285B1 (fr) Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran
EP0172089B1 (fr) Dispositif de visualisation par cathodoluminescence excitée par émission de champ
EP0364314B1 (fr) Procédé de lecture de cellules photosensibles du type comportant deux diodes montées en série avec des sens de conduction opposés
FR2593343A1 (fr) Matrice d&#39;elements photosensibles et son procede de fabrication, procede de lecture associe, et application de cette matrice a la prise de vue d&#39;images
FR2488013A1 (fr) Dispositif a matrice d&#39;elements actifs
FR2689312A1 (fr) Cathode à émission de champ.
EP0209535B1 (fr) Dispositif d&#39;affichage a effet memoire comprenant des couches minces electroluminescente et photoconductrice
EP0704877A1 (fr) Protection électrique d&#39;une anode d&#39;écran plat de visualisation
EP0246945B1 (fr) Ecran de visualisation électrooptique, et procédé de réalisation
EP0506528B1 (fr) Structure de commande matricielle pour écran de visualisation
EP0965224B1 (fr) Procede de commande d&#39;un dispositif photosensible a faible remanence, et dispositif photosensible mettant en oeuvre le procede
EP0082052B1 (fr) Dispositif de visualisation électrochromique à commande thermoélectrique
EP0197992B1 (fr) Ecran d&#39;affichage a matrice active a double transistor d&#39;adressage
EP1456831B1 (fr) Panneau de visualisation d&#39;image en forme d&#39;une matrice de cellules electroluminescentes shuntees et avec effet memoire obtenu parmi un element photosensible
EP0392918B1 (fr) Ecran d&#39;affichage électroluminescent à mémoire et à configuration particulière d&#39;électrodes
EP0292376B1 (fr) Dispositif d&#39;affichage électroluminescent à effet mémoire et à demi-teintes
EP1419541B1 (fr) Panneau de visualisation d&#39;images forme d&#39;une matrice de cellules electroluminescentes a effet memoire
FR2471643A1 (fr) Procede d&#39;effacement pour dispositif d&#39;affichage electroluminescent a memoire
EP1354309A1 (fr) Dispositif d&#39;ecran video numerique
EP0014608A1 (fr) Dispositif d&#39;affichage électro-optique
EP0337833A1 (fr) Procédé de commande point par point d&#39;un panneau à plasma
EP0106717B1 (fr) Ecran de visualisation à adressage actif par photoconducteur
EP0378593A1 (fr) Dispositif de visualisation et d&#39;ecriture
FR2606194A1 (fr) Dispositif d&#39;affichage matriciel et procede de commande de ce dispositif
EP0688009A1 (fr) Ecran d&#39;affichage à matrice active à commande multiplexée

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE GB IT NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19921015

17Q First examination report despatched

Effective date: 19950310

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE GB IT NL

REF Corresponds to:

Ref document number: 69117437

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19960404

ITF It: translation for a ep patent filed

Owner name: JACOBACCI & PERANI S.P.A.

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19960522

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 19961128

Year of fee payment: 6

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19980601

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

Effective date: 19980601

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19981104

Year of fee payment: 8

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19981116

Year of fee payment: 8

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19991106

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 19991106

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20000901

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20051106