FR2516325A1 - Circuit d'adressage multiplexe utilisant des composants micro-optoelectroniques - Google Patents

Abstract

CIRCUIT D'ADRESSAGE MULTIPLEXE. SELON L'INVENTION CE CIRCUIT UTILISE DES COMPOSANTS MICRO-OPTOELECTRONIQUES COMPRENANT DES SOURCES DE LUMIERE, PAR EXEMPLE DES DIODES ELECTROLUMINESCENTES DEL, DEL,... OPTIQUEMENT COUPLEES A DES GROUPES D'ELEMENTS PHOTOSENSIBLES, PAR EXEMPLE DES PHOTOCONDUCTEURS PC, PC,... LE MULTIPLEXAGE EST OBTENU EN EXCITANT SEQUENTIELLEMENT LES SOURCES LUMINEUSES, ET EN APPLIQUANT AUX ELEMENTS PHOTOSENSIBLES DES TENSIONS APPROPRIEES. APPLICATION A LA COMMANDE DE DISPOSITIFS A PLUSIEURS ACCES COMME LES ECRANS D'AFFICHAGE.

Description

La présente invention a pour objet un circuit d'adressage multiplexé ufilimnt des conpxer.t m cro qaw électroniques. Elle trouve une application dans la commande de divers systèmes présentant une pluralité d'accès sur lesquels des tensions électriques doivent être appliquées : écrans d'affichage, autocommutateurs électrooptiques, têtes de restitution de télécopieur, etc...

Pour réduire le nombre de connexions dans des dispositifs à grand nombre d'accès, il est connu de multiplexer ceux-ci selon une disposition qui est illustrée sur les figures 1 et 2. La figure 1 représente tout d'abord, de façon schématique, un organe 10 qui sera appelé par la suite "élément de commutation". Un tel organe possède une borne d'entrée E, une borne de sortie S et une borne de commande C. La fonction de cet organe est d'établir une connexion entre les bornes E et S sous l'action d'un signal appliqué sur la borne C.

Un élément de commutation bien connu est le transistor
MOS ou encore le transistor à couches minces (TCM).

L'entrée E est alors reliée à la source du transistor, la sortie S au drain et la borne C à la grille.

Un circuit d'adressage multiplexé utilisant de tels éléments de commutation est représenté sur la figure 2 sous la référence 12. I1 comprend P groupes de
Q éléments de commutation 10. Dans l'exemple illustré
P = 3 et Q = 4, ceci n'ayant rien de limitatif. Les bornes de commande des éléments d'un même groupe sont réunies à une borne de commande commune : C1 pour le premier groupe, C2 pour le second, etc...Le circuit comprend des connexions réparties en deux groupes : un premier groupe 14, de P connexions, dont chacune est reliée à la borne commune d'un groupe d'éléments déterminé, ces connexions étant également reliées à P en trées A, B, C,..., et un second groupe 16, de Q connexions, dont chacune est reliée aux bornes d'entrée des éléments occupant un rang particulier dans les différents groupes (c'est-à-dire aux bornes E1 de tous les premiers éléments, aux bornes E2 de tous les deuxièmes éléments, aux bornes E3 de tous les troisièmes éléments, etc...). Ces Q connexions sont reliées par ailleurs à Q entrées a, b, c, d,...

Le circuit comprend enfin PxQ sorties référencées (Aa, Ab, Ac, Ad > (Ba, Bb,...)...

Un tel circuit d'adressage 12 est normalement connecté à un circuit de commande 20 possédant un premier groupe de P sorties reliées au premier groupe d'entrées A, B, C... et un second groupe de Q sorties reliées au second groupe d'entrées a, b, c... Ce circuit est apte à appliquer séquentiellement sur les entrées (A, B, C) du premier groupe de connexions des tensions de commande destinées aux bornes de commande communes des différents groupes d'éléments (C1, C2, r C3) et, pendant l'application de chacune de ces tensions et toujours de manière séquentielle, sur les entrées (a, b, c, d) du second groupe de connexions des tensions de commande destinées aux différentes bornes d'entrée des éléments de chaque groupe.

Ces tensions sont adressées sur certaines des
PxQ sorties selon le principe suivant : dans un premier cycle une tension est appliquée à l'entrée A, ce qui commande tous les éléments de commutation du premier groupe. Les tensions appliquées en a, b, c, d se retrouvent donc sur les sorties Aa, Ab, Ac et Ad, mais elles ne peuvent franchir les éléments de commutation des groupes autres que le premier puisque ceux-ci ne sont pas commandés. Au cours d'un second cycle de balayage, la tension appliquée à l'entrée A est effacée et une tension apparat sur l'entrée B, qui a pour ef fet de commander le second groupe d'éléments de commutation. Les entrées a, b, c, d reçoivent à nouveau séquentiellement des tensions, lesquelles apparaissent alors sur le groupe suivant de sorties Ba, Bb, Bc, Bd.

De cycle en cycle toutes les sorties sont alors adressées.

L'avantage d'une telle structure d'adressage est de ne nécessiter que P+Q connexions pour alimenter
PxQ sorties, au lieu des PxQ normalement nécessaires avec une structure ordinaire non multiplexée. Dès que les valeurs de P et Q deviennent importantes (8 ou plus) le gain réalisé est considérable.

Le circùit 20 étant connu et ne faisant pas partie de l'invention, il ne sera pas décrit. I1 suffit d'indiquer qu'il consiste essentiellement en une horloge associée à des compteurs, des diviseurs, des décodeurs, etc... Dans la plupart des cas, les compteurs utilisés sont binaires, ce qui implique que le nombre Q est une puissance de 2.

Dans une structure intégree, les connexions entre les entrées ou sorties du circuit et les bornes de l'élément de commutation sont constituées par des bandes conductrices déposées sur un substrat isolant.

Ces bandes sont isolées les unes des autres aux points de croisement par des couches isolantes. On pourra se reporter à ce sujet à la demande de certificat d'addition déposée le 18.12.1979 sous le nO 79 30954 par l'Etat Français et intitulée : "Procédé de réalisation de composants semiconducteurs, notamment de transistors à couches minces, et composants obtenus par ce procédé".

Le circuit qui vient d'être décrit peut servir à la commande d'un écran d'affichage à électrodes croisées tel que celui qui est représenté schématiquement sur la figure 2 sous la référence 22. Un tel écran comprend des électrodes en colonne K1, K2, K3... qui sont reliées aux sorties Aa, Abr Ac,... du circuit 12 et des électrodes en ligne L1, L2, L3,... qui sont reliées aux sorties d'un circuit d'alimentation 30. Le matériau servant à l'affichage est intercalé entre les électrodes. I1 peut- s'agir d'un matériau électroluminescent, d'un gaz, d'un cristal liquide, etc...

Les tensions qui doivent être appliquées aux électrodes d'un tel dispositif dépendent de la nature du matériau utilisé pour l'affichage. Les conditions à respecter pour exciter un point et un seul sont bien connues et ne seront pas décrites ici. Il suffit de rappeler, à titre d'exemple, qu'en appliquant sur la colonne du rang i une tension +V/2, sur la ligne de rang j une tension-V/2 et sur toutes les autres électrodes une tension nulle, il apparat une tension +V à l'intersection de la colonne i et de la ligne j, une tension V/2 aux intersections de la ligne j avec toutes les colonnes de rangs différents de i, une tension V/2 aux intersections de la colonne i avec toutes les lignes de rang différent de j et enfin avec une tension nulle partout ailleurs. Si le matériau présente un seuil d'excitation inférieur à V et supérieur à V/2, un tel jeu de tensions est apte à exciter le seul point (ij).

Bien d'autres systèmes sont possibles : tensions alternatives de phases différentes, de fréquences différentes, tensions en forme d'impulsions, etc..

Tous ces systèmes d'excitation sont connus de l'homme de l'art.

I1 va de soi que le circuit d'adressage 12, qui est représenté sur la figure 2 comme associé aux électrodes en colonne, peut être utilisé également ou alternativement avec les électrodes en ligne. Il est également connu de sortir vers le haut les électrodes en colonne de rang impair et vers le bas les électrodes en colonne de rang pair et d'exciter séparément ces deux familles d'électrodes à l'aide de deux circuits d'adressage séparés mais commandés alternativement.

La présente invention porte sur un circuit d'adressage tel que le circuit 12 qui vient d'être décrit. Elle a pour but de simplifier la réalisation des groupes d'éléments de commutation. Le circuit de 1 'in- vention s'applique à tous les dispositifs susceptibles d'être commandés par le multiplexage décrit, en liaison avec tout circuit de commande et dans toutes les dispositions possibles.

La simplification visée par l'invention est obtenue par l'utilisation comme éléments de commutation 10, d'éléments optoélectroniques.

De façon plus précise, chaque groupe de Q éléments de commutation est constitué par Q éléments photosensibles disposés chacun entre la borne d'entrée et la borne de sortie de l'élément correspondant, et par une source lumineuse unique, optiquement couplée à tous les éléments photosensibles du groupe, cette source étant reliée à la borne de commande commune du groupe.

De cette manière, l'application d'une tension de commande de la source lumineuse a pour effet d'illuminer tous les éléments photosensibles du groupe correspondant, ce qui les rend actifs et aptes (d'une manière qui dépend de leur nature) à faire apparaître sur la bonne sortie une tension.

L'opération effectuée, figure 2, sur les connexions Aa, Bb, Cc... peut être reprise sur les connexions A, B, C,... et/ou a, b, c...

Une grande variété d'éléments photosensibles est utilisable dans l'invention. On peut citer de manière non exhaustive - les photoconducteurs (par exemple en CdS, ou cdSxsel-x) w - les éléments photovoltaiques (par exemple en Si:H ou
en silicium amorphe), - les photodétecteurs divers (photodiodes, phototran
sistors, photothyristors, etc...) notamment les pho
todétecteurs délivrant un courant fonction de
l'éclairement.

La source lumineuse peut également prendre une grande variété de formes : - diodes électroluminescentes à jonction, - lasers (notamment à semiconducteur), - éléments électroluminescents à couches polycristal
lines, - dispositifs cathodoluminescents, - laser unique équipé d'un système de déflexion permet
tant au faisceau de balayer les groupes d'éléments
photosensibles, - source étendue de lumière commune à tous les groupes
d'éléments avec commutateur optique associé à chaque
groupe.

Les caractéristiques de l'invention apparai- tront mieux après la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés, qui comprennent les figures 1 et 2 déjà décrites et en outre
- la figure 3, qui représente, en vue de dessus, une barrette d'éléments optoélectroniques selon l'invention,
- la figure 4, qui représente la même barrette vue en coupe,
- la figure 5, qui illustre une disposition particulière des éléments photosensibles.

Dans la description qui va suivre, les élé- ments photosensibles seront à titre d'exemple des éléments photoconducteurs illuminés par une diode électroluminescente. Mais il va de soi que cet exemple n'a rien de limitatif. Dans le cas considéré, chaque élé ment de commutation se comporte soit comme un interrupteur ouvert lorsqu'il est dans l'obscurité, soit comme un court-circuit lorsqu'il est éclairé (à une légère chute de tension près).

Le dispositif représenté sur les figures 3 et 4 comprend donc des diodes électroluminescentes DEL1,
DEL2,... de forme allongée sous chacune desquelles est disposée une barrette de plots photoconducteurs PC1,
PC2, PC3, PC4. L'exemple illustré sur la figure 3 comprend 4 plots, ce qui correspond, dans les notations utilisées plus haut, à Q=4. Chaque diode électroluminescente est reliée à la borne commune du groupe auquel elle appartient (C1, C2, C3...). Chacune de ces bornes est reliée, par une bande conductrice, à l'une des entrées A, B, C... Chaque élément photoconducteur est intercalé entre deux bandes conductrices, l'une reliée à une entrée du circuit (A, B, C...) l'autre à une sortie (Aa, Ab,Ac...). L'ensemble des couches repose sur un substrat isolant 32 qui apparait sur la vue en coupe de la figure 4.

Dans une telle disposition, tous les éléments photoconducteurs sont disposés en ligne. Il est alors nécessaire que les limites du faisceau lumineux émis par chaque diode électroluminescente soient très bien marquées dans l'intervalle séparant deux groupes adjacents de photoconducteurs pour qu'une diode n'éclaire que les éléments photoconducteurs correspondant à son groupe et non pas les éléments du groupe voisin. La précision dans l'étalement longitudinal du faisceau doit donc être meilleure que le demi-pas de la barrette de photoconducteurs.

Lorsque ce pas est faible, cette contrainte peut devenir difficile à respecter. La disposition de la figure 5 permet de résoudre cette difficulté. Elle consiste à répartir les éléments photoconducteurs d'un groupe selon une ligne inclinée par rapport à la direction de répartition des groupes. De cette manière, les différents groupes d'éléments forment des dents de scie de sorte que des éléments adjacents de groupes différents (le dernier d'un groupe et le premier du groupe suivant) ne sont plus côte à cote. Les diodes électro- luminescentes peuvent alors déborder de chaque côté du groupe.

A titre d'exemple, on va décrire maintenant un exemple de procédé de réalisation du circuit de l'invention. Les valeurs numériques données n'ont naturellement aucun caractère limitatif.

Le substrat de base est un rectangle de verre de la marque Pyrex de 92x47 mm +1/10 et d'épaisseur 1,8 mm. I1 est poli double face. Le circuit comprend 7 groupes de 8 photoconducteurs avec, en plus, 2 espaces opposés pour le passage des connecteurs. Chaque groupe a une longueur de 8 mm. La longueur totale du circuit est de 92 mm. La largeur du substrat est de 47 mm. Les photoconducteurs sont échelonnés comme sur la figure 5.

Au-dessus de ceux-ci, les électrodes de longueur croissante de la première à la huitième sont au pas de 2,54 mm.

Sur chaque substrat seront exécutées les opérations suivantes
o
1) - Un dépôt de 500 A de SiO2 pure, effectué par
pulvérisation cathodique, qui aura pour but de
supprimer les réactions du matériau actif avec
les alcalins (NaOH 3,50%, KOH 1,108) incorporés
au verre Pyrex,
2) - Le matériau actif photoconducteur, composé se
miconducteur II-VI, tel que CdS, CdSe, CdSSe,
sera déposé sur un des côtés polis et traités
comme en 1), 3) - Une première photogravure, à base de résine pho
tosensible RISTON (Du PONT DE NEMOURS) de 25 ssm
d'épaisseur permet, à l'aide d'un masque de dé
gager des rectangles de matériau photoconduc
teur de 950x600 ssm, échelonnés par décalage de
600 ssm pour chaque série de 8 photoconducteurs ;;
l'écart entre 2 rectangles est de 320 ssm, soit
un pas de 0,95+0,32 = 1,27 mm. Les dégagements
de CdSSe sont effectués en gravure sèche, par
attaque par pulvérisation cathodique inverse ou
par usinage ionique,
4) - Une deuxième photogravure va consister à faire
une réserve sur les dépôts rectangulaires du
CdSSe de 950 Bm de large et de 600 Bm de haut.

Le masquage sera limité à un rectangle central
de 950 ssm de long et de 200 Bm de large ; les
deux extrémités de 200 ssm seront recouvertes de
Mo/Au pour les contacts sur chaque pavé de
CdSSe,
5) - Deux dépôts par pulvérisation cathodique, de
200 A d'épaisseur de Mo, puis de 1 Bm d'épais
seur d'Au seront effectués sur l'ensemble du
substrat 92x47 mm.Du fait de la deuxième photo
gravure, le dépôt Mo/Au sera partout, sauf sous
les pavés de résine effectués en 4),
6) - Un traitement avec la solution suivante : 92% en
poids de chlorure de méthylène et 8% de métha
nol, permet, par les côtés, de dissoudre le pavé
de résine de 950x200 wm, qui éliminera, par la
même occasion, le dépôt (Mo+Au) le recouvrant,
sans altération pour le CdSSe sous-jacent,
7) - Une troisième photogravure va consister à déli
miter les électrodes (Mo+Au) d'amenées de cou
rant vers les pavés actifs photoconducteurs.

Pour éviter de polluer la partie centralè de
CdSSe (950x200 m), le masque sera constitué de
bandes claires, sans coupure au niveau de la
partie active de CdSSe, de façon à protéger ce
dernier. Ainsi pourra-t-on avoir, par gravure
sèche, l'ensemble des 60 électrodes parallèles
au côté de 47 mm, 8) - Le multiplexage oblige à avoir une deuxième sé
rie d'électrodes perpendiculaires par rapport
aux électrodes avec zone active de CdSSe. Pour
éviter des court-circuits, il s'avère nécessai
re d'isoler la première nappe de conducteurs, de
la deuxième.Pour ce faire, il faut effectuer
une quatrième photogravure, avant dépôt isolant
de SiO2 sur les extrémités des amenées de cou
rant et dans les trous de 0 0,6 mm en bout des
électrodes côté multiplexage, trous qui permet
tront d'assurer le contact entre les deux nappes
perpendiculaires d'électrodes, pour chaque
groupe de 8 photoconducteurs d'un côté, et de 8
électrodes continues et parallèles au grand côté
du substrat, de l'autre.Le masque utilisé sera
conçu de telle façon que les zones mentionnées
ci-dessus seront recouvertes de résine, ce sera
le cas des extrémités réservées pour l'entrée
des connecteurs et pour les trous de raccorde
ment des deux nappes perpendiculaires de conduc
teurs, 9) - L'opération d'isolement consiste à déposer par
pulvérisation cathodique une couche de SiO2 de o
5000 A sur l'ensemble du substrat.Ces réserves
antérieures de résine seront recouvertes de
SiO2, mais à l'aide du solvant mentionné en 6),
il y aura dissolution de la résine par le pour
tour, et par la même occasion élimination de
SiO2 en surface, 10) - La dernière opération de photogravure consiste à
déposer sur SiO2 des amenées de courant parallè
les à la longueur du substrat, par la technique
"liftoff" qui couvrira toute la surface du subs
trat, sauf les 8 électrodes futures, 11) - Pour assurer la continuité des électrodes de
chaque série de 8, un dépôt par pulvérisation
c
cathodique de 200 A de Mo et de 1 Bm d'Au sera
effectué. Ainsi les électrodes de 0,4 mm de lar
ge, parallèles à la longueur du substrat seront
déposées sur SiO2, et dans les trous 8 0,6 mm où
elles rencontreront le premier dépôt de conduc
teurs, côté CdSSe, et assureront la continuité
jusqu'à la mise sous tension de l'élément photo
conducteur.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Circuit d'adressage multiplexé comprenant - un ensemble de P groupes de Q éléments de commutation

(10), chaque élément possédant une borne d'entrée

(E), une borne de sortie (S) et une borne de commande

(C), les bornes des éléments d'un même groupe étant

réunies en une borne de commande commune (C1, C2,...), - un premier groupe de P connexions dont chacune est

reliée à la borne commune d'un groupe déterminé, - un second groupe (16) de Q connexions dont chacune

est reliée aux bornes d'entrée des éléments occupant

un rang particulier dans les différents groupes, caractérisé en ce que chaque élément de commutation est de type optoélectronique,chaque groupe d d'éléments étant constitué par Q éléments photosensibles (PC1,

PC2,...) et par une source lumineuse unique- (DEL1,

DEL2,...) optiquement couplée à ces éléments, cette source étant reliée à la borne de commande commune du groupe.

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément photosensible est un élément photoconducteur (PC1, PC2,...).

3. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque source lumineuse est une diode électroluminescente (DEL1, DEL2,...).

4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments photosensibles d'un même groupe sont répartis selon une ligne inclinée par rapport à la direction de répartition des groupes.