FR2647580A1 - Dispositif d'affichage electroluminescent utilisant des electrons guides et son procede de commande - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'affichage cathodoluminescent utilisant des électrons guidés et son procédé de commande. Ce dispositif d'affichage est matriciel, un point d'image étant formé à chaque croisement ligne-colonne. En regard des colonnes, hors des points d'image, une source émet continuellement des électrons. Selon le signal qu'elle reçoit, une électrode colonne guide jusqu'à la ligne sélectionnée les électrons émis en regard d'elle, ou les repousse sur la source. Les électrodes colonnes de guidage sont recouvertes d'une couche d'isolation électrique, le guidage des électrons s'effectuant dans le vide au voisinage immédiat de l'isolant, à l'aplomb des électrodes de guidage. Application à l'affichage.
Description
Dispositif d'affichage cathodoluminescent
utilisant des électrons guidés et son
procédé de commande.
utilisant des électrons guidés et son
procédé de commande.
Des(ipti(m
La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage cathodoluminescent utilisant des électrons guidés et ion procédé de commande.
La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage cathodoluminescent utilisant des électrons guidés et ion procédé de commande.
L'invention s'applique notamment à la réalisation d'afficheurs permettant la visualisation d'images fixes ou animées.
Les écrans cathodoluminescents connus sont le tube à rayon cathodique, l'écran fluorescent sous vide connu sous sa dénomination anglo-saxonne V.F.D (vacuum fluorescent display), l'écran fluorescent à micropointes. Nous en rappelons ici les principales caractéristiques connues.
Le tube à rayon cathodique comporte une cellule sous vide comprenant une dalle de verre épais (plusieurs centimètres) de faible courbure, une enveloppe de verre moins épais (environ 1 cm) de forme approximativement conique scellée de façon étanche à la dalle de verre épaisse et un canon à électrons situé dans la partie terminale étroite de l'enveloppe de forme conique. Des bobinages extérieurs à l'enveloppe de forme conique assurent la déviation électromagnétique du faisceau d'électrons issu du canon.
Les électrons viennent frapper une couche cathodoluminescente déposée sur la face intérieure de la dalle de verre épaisse, face située dans l'enceinte sous vide et portée à un potentiel élevé de plusieurs dizaines de kilovolts. Le matériau cathodoluminescent est par exemple du sulfure de zinc.
La profondeur minimale du tube cathodique est donnée d'une part par l'angle d'ouverture de l'enveloppe conique directement lié à l'angle maximal de déviation électromagnétique du faisceau d'électrons et d'autre part par la longueur minimale du canon & électrons lui même.
Le rapport de la diagonale de l'écran sur la profondeur reste, dans le cas du tube cathodique conventionnel, inférieur à deux. Le tube cathodique ne constitue donc pas un écran plat même lorsque la dalle de verre, face avant, est appronmativement plane.
Par ailleurs, avec la dimension utile de l'écran croissent également les épaisseurs respectives de la dalle et de l'enveloppe, toute deux en verre, donc le poids de l'écran. Un tube à rayon cathodique dont la diagonale de l'écran mesure un mètre, pèse actuellement 130 kilogrammes environ.
L'écran fluorescent sous vide, V.F.D en dénomination anglosaxonne, comporte une cellule sous vide comprenant deux dalles de verre planes scellées par un cordon étanche.
La première dalle porte éventuellement sur sa face intérieure, face située dans L'enceinte sous vide, une électrode unique constituant un plan de masse. Entre les deux dalles, à l'intérieur de l'enceinte sous vide, se trouvent, dans deux plans successifs, deux niveaux de conducteurs métalliques.
Au premier niveau, proche de la première dalle, sont des fils métalliques, tendus, chauffés par effet Joule : ils constituent des filaments cathodiques émettant des électrons par effet thermo-ionique.
Au second niveau, proche de la seconde dalle, sont des bandes métalliques, tendues, perforées : elles constituent des électrodes de grille extrayant et accélérant les électrons lorsqu'elles sont sélectées c'est à dire portées à un potentiel suffisamment élevé.
La seconde dalle porte sur Sa face intérieure, face située dans I'enceinte sous vide, un réseau d'électrodes transparentes recouvertes d'un matériau cathodoluminescent légèrement conducteur : elles constituent des anodes collectant les électrons extraits dans leur voisinage par une grille sélectée lorsque leur potentiel est suffisamment élevé, notamment plus élevé que les potentiels respectifs des grilles.
En frappant le matériau cathodoluminescent, les électrons provoquent une émission de lumière. Le matériau cathodoluminescent est par exemple du sulfure de zinc. Les filaments sont par exemple en tungstène, les grilles en aluminium, les anodes en oxyde d'indium.
L'écran fluorescent sous vide à un rendement d'émission des électrons hors des filaments faible : les filaments ne peuvent pas être portés aux températures élevées favorables aux bons rendements car ils seraient eux mêmes lumineux et donc visibles.
L'écran fluorescent sous vide ne peut par ailleurs offrir qu'une image de dimension limitée. Les niveaux métalliques intermédiaires, filaments et gilles tendus, nécessitent des supports mécaniques. Situés à l'intérieur de la zone utile de l'écran, ils seraient visibles. Situés à la périphérie de l'écran ils ne peuvent empêcher les filaments et les grilles de fléchir sous l'effet de leur poids et de la dilatation thermique, les dalles sous l'effet de la pression atmosphérique. Plus la dimension de l'écran augmente, plus l'amplitude des fléchiseements crolt. La surfacé des écrans fluorescents sous vide est actuellement limitée à quelques décimètres carrés.
L'écran fluorescent à micropointes est connu et notamment décrit dans le rapport du congrès international "Japan Display 86" page 512. L'écran fluorescent à micropointes comporte une cellule sous vide comprenant une première dalle de verre sur laquelle sont déposés des conducteurs cathodiques supportant des micropointes métalliques. Les conducteurs cathodiques sont séparés d'un conducteur grille, déposé sur la même dalle, par une couche électriquement isolante. Le conducteur grille et la couche isolante sont perforés en face de chaque micropointe. Les ouvertures ainsi pratiquées permettent le passage des micropointes. Une couche de matériau fluorescent est en regard des grilles. Cette couche est déposée sur des conducteurs anodiques eux mêmes reposant sur la seconde dalle de verre.
Les deux dalles de verre sont scellées de façon étanche de façon à former une enceinte sous vide. Des micro espaceurs, disposés entre les deux dalles de verre, prenant appui d'une part sur le métal des grilles de la première dalle et d'autre part sur le matériau cathodoluminescent de la seconde dalle, permettent de maintenir une distance uniforme entre les deux dalles quelle que soit la surface de la cellule et même lorsque le verre des dalles est fini, de l'ordre d'un millimètre.
Le matériau cathodoluminescent est par exemple du sulfate de zinc, le matériau des cathodes et des anodes de l'oxyde d'indium dopé étain, le matériau des pointes du molybdène, le matériau des grilles de l'aluminium. Les micro espaceurs sont par exemple des billes de verre calibrées d'environ deux cents microns de diamètre.
L'écran fluorescent à micropointes présente de fortes inhomogénéités de brillance.
La réalisation des micropointes, d'une hauteur d'environ 1 micron et d'une base de diamètre d'environ 1 micron également, fait appel à des techniques de microélectronique. Les écrans fluorescents à micropointes réalisés actuellement ont une taille inférieure à dix centimètres de diagonale.
La présente invention permet de rassembler, dans un seul dispositif des qualités jusque là jamais présentées simultanément par des dispositifs d'affichage connus.
Les limites en taille des écrans de type tube à rayon cathodique ou de type fluorescent sous vide ne s'appliquent pas au dispositif selon la présente invention qui est compatible avec l'utilisation des micro espaceurs. Le dispositif selon l'invention présente en outre une bonne uniformité de brillance, un rendement d'émission électronique élevé dans le cas de l'utilisation d'un ou de plusieurs filaments comme source d'électrons car ceux-ci, hors de la zone active de l'écran, peuvent être chauffés jusqu'à la luminescence.
De manière plus précise, l'invention a pour objet un dispositif d'affichage cathodoluminescent utilisant, dans une enceinte sous vide, le guidage des électrons émis par une source connue utilisant l'effet thermo-ionique ou l'effet de champ, caractérisé en ce que:
- les électrons sont guidés, c'est à dire localisés et véhiculés dans des volumes finis appelés zones de charges, eux même situés dans l'espace vide de l'enceinte et délimités au moyen d'électrodes de guidage;
- chaque électrode de guidage est déposée sur une des parois de l'enceinte sous vide, est recouverte d'une couche électriquement isolante, est portée à un potentiel supérieur au potentiel d'émission des électrons
- chaque zone de charge est au contact de l'isolant électrique, a une épaisseur très fine inférieure au millier d'angström, présente des contours reproduisant fidèlement ceux de l'électrode de guidage située à l'aplomb, sous l'isolant électrique
- les électrons se meuvent dans la zone de charge d'un guide perpendiculairement au champ électrique appliqué, donc sous le seul effet des forces de difflision;
- le mouvement des électrons est provoqué par l'extraction à travers le vide des électrons de la zone de charge du guide au moyen d'une anode située à une extrémité du guide et portée à un potentiel supérieur à celui de l'électrode de guidage, cette extraction tendant à diminuer la densité des électrons de la zone de charge, et par l'iruection à travers le vide d'électrons dans la zone de charge du guide au moyen d'une source d'électrons située à l'autre extrémité du guide et utilisant des potentiels inférieurs à celui de l'électrode de guidage, cette injection rétablissant la densité des électrons dans la zone de charge du guide.
- les électrons sont guidés, c'est à dire localisés et véhiculés dans des volumes finis appelés zones de charges, eux même situés dans l'espace vide de l'enceinte et délimités au moyen d'électrodes de guidage;
- chaque électrode de guidage est déposée sur une des parois de l'enceinte sous vide, est recouverte d'une couche électriquement isolante, est portée à un potentiel supérieur au potentiel d'émission des électrons
- chaque zone de charge est au contact de l'isolant électrique, a une épaisseur très fine inférieure au millier d'angström, présente des contours reproduisant fidèlement ceux de l'électrode de guidage située à l'aplomb, sous l'isolant électrique
- les électrons se meuvent dans la zone de charge d'un guide perpendiculairement au champ électrique appliqué, donc sous le seul effet des forces de difflision;
- le mouvement des électrons est provoqué par l'extraction à travers le vide des électrons de la zone de charge du guide au moyen d'une anode située à une extrémité du guide et portée à un potentiel supérieur à celui de l'électrode de guidage, cette extraction tendant à diminuer la densité des électrons de la zone de charge, et par l'iruection à travers le vide d'électrons dans la zone de charge du guide au moyen d'une source d'électrons située à l'autre extrémité du guide et utilisant des potentiels inférieurs à celui de l'électrode de guidage, cette injection rétablissant la densité des électrons dans la zone de charge du guide.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif d'affichage comprend deux dalles de verre assemblées entre elles par un cordon de scellement étanche et formant une enceinte sous vide, la première dalle portant, sur sa face interne limitant l'enceinte sous vide, un premier réseau de L électrodes indépendantes appelées électrodes lignes, la seconde dalle portant, sur sa face interne en regard du premier réseau d'électrodes, un second réseau de N électrodes indépendantes appelées électrodes colonnes, les deux réseaux étant croisés de sorte que l'intersection des L lignes et des N colonnes définisse les N fois L points élémentaires de l'image, la surface occupée par ces N fois L points étant la surface active de l'écran, caractérisé en ce que:
- les N électrodes colonnes sont recouvertes, dans toute la zone intérieure au cordon de scellement, par une couche électriquement isolante
- chacune des L électrodes lignes est recouverte dans la zone active par une bande de matériau cathodoluminescent légèrement conducteur, chacune des L bandes étant électriquement en contact avec la seule électrode ligne;
- le dispositif d'affichage comprend une source émettrice d'électrons située à l'intérieur de l'enceinte sous vide, en dehors de la surface active de l'écran;
- la source d'électrons présente des moyens de contact électrique extérieurs à l'enceinte sous vide.
- les N électrodes colonnes sont recouvertes, dans toute la zone intérieure au cordon de scellement, par une couche électriquement isolante
- chacune des L électrodes lignes est recouverte dans la zone active par une bande de matériau cathodoluminescent légèrement conducteur, chacune des L bandes étant électriquement en contact avec la seule électrode ligne;
- le dispositif d'affichage comprend une source émettrice d'électrons située à l'intérieur de l'enceinte sous vide, en dehors de la surface active de l'écran;
- la source d'électrons présente des moyens de contact électrique extérieurs à l'enceinte sous vide.
- les N colonnes et les L lignes présentent (N + L) moyens de contact électrique extérieurs å l'enceinte sous vide.
Selon un mode de réalisation préféré, la source d'électrons est constituée d'un filament unique situé en regard du jeu des électrodes colonnes, relié à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts métalliques indépendants, chauffé par effet Joule et émettant des électrons par effet thermo-ionique.
- Selon un autre mode de réalisation préféré, la source d'électrons est constituée d'un grand nombre de microfilamente situés en regard du jeu des électrodes colonnes, chaque microfilament étant lié par ses extrémités à deux barres conductrices elles mêmes reliées à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts métalliques indépendants, chauffé par effet Joule et émettant des électrons par effet thermoionique.
Selon un autre mode de réalisation préféré, la source d'électrons est constituée de micropointes situées en regard du jeu des électrodes colonnes, les micropointes étant disposées sur un conducteur cathodique lui même déposé sur la première dalle et isolées par une couche électriquement isolante d'un second niveau conducteur présentant une ouverture en face de chaque pointe et remplissant la fonction de grille d'extraction1 les conducteurs respectivement cathodique et de grille étant reliés à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts indépendants, les micropointes émettant des électrons par effet de champ.
L'invention a aussi pour objet un procédé de commande du dispositif d'affichage caractérisé en ce que
- chaque ligne i (i variant de I à L) reçoit un signal récurrent de période T comportant deux séquences, la première séquence dite de sélection de la ligne i ayant une durée a, la seconde dite de non sélection te la ligne i ayant une durée (T- xi);
- pendant le temps de sélection de la ligne i , les (L - 1) autres lignes reçoivent des signaux électriques correspondant à l'état de non sélection
- les signaux appliqués sur la source émettrice d'électrons sont des signaux continus d'amplitudes constantes;
- pendant le temps xi de sélection de la ligne i, le signal appliqué à la ligne i Vliqna i a une amplitude Vl supérieure aux amplitudes de signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- pendant le temps (T - xi) de non sélection de la ligne i, le signal appliqué à la ligne i Vigne i a une amplitude Vlnss inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- l'émission lumineuse à partir d'un point ij de l'écran intersection de la ligne i et de la colonne j s'obtient en appliquant à la colonne j pendant le temps Ti. de sélection de la ligne i un signal
V colonne j d'amplitude VC"ON" respectivement supérieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons et inférieure à l'amplitude Vis appliqué à la ligne i pendant le même temps si;
- aucune émission lumineuse à partir d'un point Ü de l'écran n'est obtenue en appliquant à la colonne j, pendant le temps de sélection xi de la ligne i un signal Vólonne j d'amplitude VC"OFF" inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons.
- chaque ligne i (i variant de I à L) reçoit un signal récurrent de période T comportant deux séquences, la première séquence dite de sélection de la ligne i ayant une durée a, la seconde dite de non sélection te la ligne i ayant une durée (T- xi);
- pendant le temps de sélection de la ligne i , les (L - 1) autres lignes reçoivent des signaux électriques correspondant à l'état de non sélection
- les signaux appliqués sur la source émettrice d'électrons sont des signaux continus d'amplitudes constantes;
- pendant le temps xi de sélection de la ligne i, le signal appliqué à la ligne i Vliqna i a une amplitude Vl supérieure aux amplitudes de signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- pendant le temps (T - xi) de non sélection de la ligne i, le signal appliqué à la ligne i Vigne i a une amplitude Vlnss inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- l'émission lumineuse à partir d'un point ij de l'écran intersection de la ligne i et de la colonne j s'obtient en appliquant à la colonne j pendant le temps Ti. de sélection de la ligne i un signal
V colonne j d'amplitude VC"ON" respectivement supérieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons et inférieure à l'amplitude Vis appliqué à la ligne i pendant le même temps si;
- aucune émission lumineuse à partir d'un point Ü de l'écran n'est obtenue en appliquant à la colonne j, pendant le temps de sélection xi de la ligne i un signal Vólonne j d'amplitude VC"OFF" inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux, de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles
- la figure 1 représente schématiquement une cellule d'affichage conforme à l'invention telle qu'elle se présente avant son assemblage;
- la figure 2 représente la même cellule conforme à l'invention après son assemblage
- la figure 3 représente trois sources émettrices d'électrons connues telles qu'elles peuvent être mises en oeuvre dans la cellule d'affichage conformément à l'invention;
- la figure 4 représente schématiquement l'assemblage d'une cellule d'affichage conforme à l'invention;
- la figure 5 représente schématiquement le guidage des électrons le long d'une colonne depuis la source émettrice d'électrons jusqu'à la ligne sélectée, ce guidage étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "ON" conformément au procédé de commande objet de l'invention;
- la figure 6 représente schématiquement le confinement des électrons autour du dispositif d'émission des électrons, ce confinement étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "OFF" conformément au procédé de commande objet de l'invention;
- la figure 7 représente schématiquement l'ensemble du dispositif d'affichage conforme à l'invention en fonctionnement;
- la figure 8 représente un exemple de chronogramme des potentiels respectivement appliqués & une source émettrice d'élections de type filament, à une ligne, à une colonne, conformément au procédé de commande objet de l'invention.
- la figure 1 représente schématiquement une cellule d'affichage conforme à l'invention telle qu'elle se présente avant son assemblage;
- la figure 2 représente la même cellule conforme à l'invention après son assemblage
- la figure 3 représente trois sources émettrices d'électrons connues telles qu'elles peuvent être mises en oeuvre dans la cellule d'affichage conformément à l'invention;
- la figure 4 représente schématiquement l'assemblage d'une cellule d'affichage conforme à l'invention;
- la figure 5 représente schématiquement le guidage des électrons le long d'une colonne depuis la source émettrice d'électrons jusqu'à la ligne sélectée, ce guidage étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "ON" conformément au procédé de commande objet de l'invention;
- la figure 6 représente schématiquement le confinement des électrons autour du dispositif d'émission des électrons, ce confinement étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "OFF" conformément au procédé de commande objet de l'invention;
- la figure 7 représente schématiquement l'ensemble du dispositif d'affichage conforme à l'invention en fonctionnement;
- la figure 8 représente un exemple de chronogramme des potentiels respectivement appliqués & une source émettrice d'élections de type filament, à une ligne, à une colonne, conformément au procédé de commande objet de l'invention.
Sur la figure 1 on voit une vue éclatée de la cellule d'affichage telle qu'elle se présente avant son assemblage.
La cellule d'affichage comporte deux dalles, une dalle inférieure représentée figure 1.a et une dalle supérieure représentée figure l.b. La dalle inférieure comporte une lame de verre (1), un réseau d'électrodes (2) déposées sur le substrat de verre, les électrodes ayant une forme rectangulaire, étant disposées verticalement et ultérieurement appelées électrodes colonnes, une couche isolante (3) recouvrant les électrodes (2) sur toute leur surfaces à l'exception des zones (4) permettant d'assurer le contact électrique entre d'une part les électrodes (2) et des moyens de commande externe non représentés, ces zones de contact étant disposées à la périphérie, par exemple comme représenté le long d'un bord horizontal de la dalle de verre (1).
L'épaisseur de la lame de verre (1) est comprise entre 0,7 mm et 5 mm.
Les électrodes colonnes sont métalliques, par exemple en aluminium.
Leur épaisseur est comprise entre quelques centaines et quelques milliers d'angströms. Elles sont obtenues par des moyens connus comme le dépôt d'une couche métallique par évaporation sous vide suivi d'une photolithogravure du motif désiré.
La couche isolante (3) est par exemple en silice ou en nitrure de silicium. Son épaisseur est comprise entre quelques milliers d'angströms et quelques microns. Elle est obtenue par des moyens connus comme par exemple la pulvérisation sous vide d'une couche uniforme suivie d'une photolithogravure du motif désiré.
La dalle supérieure comporte une lame de verre (5), un réseau d'électrodes (6) déposées sur le substrat de verre, les électrodes ayant une forme rectangulaire, étant disposées horizontalement et ultérieurement appelés électrodes lignes, un réseau de bandes cathodoluminescentes (7) horizontales, chaque bande ayant approximativement la même largeur qu'une électrode ligne mais une longueur plus faible, chaque bande recouvrant l'électrode ligne correspondante sur la zone située en regard du réseau des électrodes colonnes (2) de la dalle opposée tout en laissant accessible une zone (8) permettant d'assurer le contact électrique entre l'électrode ligne et un moyen de commande externe non représenté, la zone de contact (8) étant disposée à la périphérie, par exemple comme représenté le long du bord vertical droit de la dalle de verre (5), un dispositif d'émission d'électrons également appelé source d'électrons, par exemple par effet thermoionique comme représenté et constitué d'une part par deux barres conductrices horizontales (9) et (10) situées en dehors de la zone occupée par le réseau de. électrodes lignes (6) mais en regard du réseau des électrodes colonnes (2) de la dalle opposée, et d'autre part par un ensemble de filaments (11) reliés par leur extrémités aux barres conductrices (9) et (10).
L'épaisseur de la lame de verre-(5) est comprise entre 0,7 mm et 5 mm.
Les électrodes lignes sont transparentes, par exemple en oxyde d'indium dopé d'étain. Leur épaisseur est comprise entre quelques centaines et quelques milliers d'angströms. Elles sont obtenues par des moyens connus comme le dépôt par pulvérisation sous vide d'une couche uniforme suivi d'une photolithogravure du motif désiré.
Les bandes cathodoluminescentes sont réalisées par des procédés connus par exemple par la sérigraphie des pâtes cathodoluminescentes, ces pâtes contenant, outre le liant, un matériau cathodoluminescent par exemple du sulfure de zinc et des grains
d'oxyde d'indium dans une proportion variable de 1 pour cent à 10 pour cent, la présence de ces grains améliorant la conduction électrique de la
couche sérigraphiée. L'épaisseur des bandes cathodoluminescentes est
comprise entre quelques microns et quelques dizaines de microns.
d'oxyde d'indium dans une proportion variable de 1 pour cent à 10 pour cent, la présence de ces grains améliorant la conduction électrique de la
couche sérigraphiée. L'épaisseur des bandes cathodoluminescentes est
comprise entre quelques microns et quelques dizaines de microns.
Les barres conductrices du dispositif d'émission électronique (9) et (10) sont réalisées dans un métal possédant une conduction électrique élevée, en aluminium par exemple alors que les filaments de façon usuelle sont réalisés en tungstène.
Sur la figure 2, on voit, en rue de dessus, la cellule d'affichage une fois assemblée.
L'intersection des quatres lignes et quatre colonnes représentées définit
16 points élémentaires de l'image référencés par un indice de ligne i variant de 1 à 4 et un indice de colonne variant de 1 à 4, le point pii étant situé en haut à gauche et le point pi en bas à droite.
16 points élémentaires de l'image référencés par un indice de ligne i variant de 1 à 4 et un indice de colonne variant de 1 à 4, le point pii étant situé en haut à gauche et le point pi en bas à droite.
Un scellement étanche (12) permet de maintenir sous vide l'intérieur de la cellule qui est en contact avec les bandes cathodoluminescentes (7), les filaments (11), une partie des électrodes colonnes (2) et une partie des électrodes lignes (6), ces parties correspondant au moins à la zone de croisement des deux réseaux appelée zone utile de l'écran.
La couche d'isolation (3) s'étend au delà du scellement (12) de façon à interdire tout échange d'électrons entre l'intérieur de la cellule et les
électrodes colonnes (4).
électrodes colonnes (4).
De l'extérieur sont accessibles les zones de contact des électrodes colonnes (4), des électrodes lignes (8), et des barres conductrices (13) et (14) du dispositif d'émission des électrons.
Sur la figure 3, on voit trois sources d'électrons connues telles qu'elles peuvent être mises en oeuvre dans la cellule d'affichage.
La figure 3.a correspond A une source d'électrons constituée de microfilaments (11). La source est réalisée sur la lame (6) de la dalle supérieure, parallèlement au réseau des lignes (6) et des bandes cathodoluminescentes (7). Les micro filaments (11) sont reliés à deux barres conductrices (13) et (14) accessibles de l'extérieur de la cellule assemblée.
La figure 3.b correspond à une source d'électrons constituée d'un filament unique (16). Ce filament est parallèle aux réseaux des lignes (6) et des bandes cathodoluminescentes (7). Ce filament est solidaire de la lame (5) de la dalle supérieure par des supports (13') et (14') jouant également le rôle de contacts électriques.
La figure 3.c correspond à une source d'électrons constituée de micropointes émettant par effet de champ. Les électrons sont extraits d'une cathode (16) portant des micropointes (19). La grille (18) est séparée de la cathode (16) par une couche électriquement isolante (17).
La grille et la couche isolante sont perforées en face de chaque micropointe. La grille peut être connectée Q un moyen externe de commande non représente ici grâce & la zone de contact (14"), la cathode peut être connectée à un moyen externe de commande non représenté ici grâce à la zone de contact (13"). La source d'électrons à micropointes est réalisée sur la lame (5) de la dalle supérieure par des moyens connus de dépôt sous vide et de photolithogravure. Le procédé par exemple décrit dans le rapport international "Japan Display 86" convient pour réaliser la source d'électrons requise pour le dispositif d'affichage selon la présente invention.
La comparaison des figures respectives 3.a, 3.b, 3.c, montre que le choix de la source d'émission parmi les trois sources connues et représentées ne modifie pas le reste du dispositif d'affichage.
Sur la figure 4, on voit un schéma d'assemblage de la cellule d'affichage. Entre les deux substrats de verre (1) et (5) assemblés de façon étanche par un cordon de scellement (10) se trouve un volume de vide (20). On entend par vide une pression inférieure à un cent millième de la pression atmosphérique. La distance séparant les deux substrats de verre (1) et (5) est maintenue constante par les deux espaceurs (21).
Du fait de la différence de pression entre le volume (20) sous vide et l'extérieure à la pression atmospherique, les lames de verre (1) et (5) sont plaquées I'une contre l'autre jusqu'à ce qu'elles soient au contact direct avec les espaceurs. Le nombre d'espaceurs au centimètre carré et l'épaisseur des lames (1) et (5) sont ajustés de façon à ce que la flexion des lames soit négligeable. Les espaceurs (21) peuvent être des billes de verre déposées avant assemblage de façon aléatoire sur l'une des dalles.
Leur diamètre varie de quelques dizaines de microns à quelques centaines de microns. Une densité de cent å mille espaceurs par centimètre carré est convenable pour une épaisseur des lames de verre voisine de un millimètre. Le scellement (10) est réalisé par exemple à partir de verre fusible chauffé au delà de son point de fusion lors de l'étape d'assemblage de la cellule d'affichage.
Sur la figure 6 on voit comment s'effectue le guidage des électrons le long d'une colonne depuis la source émettrice d'électrons jusqu'à la ligne sélectez, ce guidage étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "ON".
Une colonne est dite dans l'état "ON" lorsque l'électrode de guidage correspondante (2) est portée t une tension Vc"ON" supérieure aux tensions appliquées à la source d'émission des électrons, par exemple dans l'exemple représente d'une source à filaments supérieure aux tensions V1 filament et V2 filament respectivement appliquées aux extrémités des filaments par I'intermédiaire des barres conductrices (9) et (10). Du filament (11) å l'électrode de guidage (2) les électrons sont accélérés par le champ électrique dans le sens de la flèche (24 a).
Bloqués par la couche isolante (3) ils ne peuvent être évacués par l'électrode de guidage située sous l'isolant : ils s'accumulent au voisinage de l'isolant formant dans le vide une zone de charges (22).
Une image de la densité électronique au sein de la zone de charge est donnée par la densité des pointillés figurant la zone de charges : une forte densité de pointillés est l'image d'une forte densité électronique.
A droite de la figure 5, une ligne sélectée référencée (6') est représentée.
On entend par ligne sélectée une ligne portée à un potentiel Vi bectée ou en abrégé V15 supérieur à VC"ON"-
Les électrons de la zone de charge en regard de la ligne sélectée sont attirés dans le sens donné par la flèche (24.e), accélérés qu'ils sont par le champ électrique établi entre la colonne de guidage (2) et la ligne sélectée (6'). Une ligne sélectée pompe les électrons de la zone de charge. A gauche de la figure. trois lignes non sélectées (6) sont représentées. On entend par ligne non sélectée une ligne portée à un potentiel Vi non sélecwe OU en abrégé Vins inférieur aux potentiels appliqués à la source d'électrons, par exemple dans le cas représenté d'une source à filaments inférieur à Vfilament 1 et Filament 2. Le champ électrique établi entre les lignes non sélectées (6) et l'électrode de guidage (2) est quasiment perpendiculaire au plan de la cellule d'affichage et dirigé de façon à repousser les électrons contre l'isolant comme le montre la représentation des lignes de champ (23).
Les électrons de la zone de charge en regard de la ligne sélectée sont attirés dans le sens donné par la flèche (24.e), accélérés qu'ils sont par le champ électrique établi entre la colonne de guidage (2) et la ligne sélectée (6'). Une ligne sélectée pompe les électrons de la zone de charge. A gauche de la figure. trois lignes non sélectées (6) sont représentées. On entend par ligne non sélectée une ligne portée à un potentiel Vi non sélecwe OU en abrégé Vins inférieur aux potentiels appliqués à la source d'électrons, par exemple dans le cas représenté d'une source à filaments inférieur à Vfilament 1 et Filament 2. Le champ électrique établi entre les lignes non sélectées (6) et l'électrode de guidage (2) est quasiment perpendiculaire au plan de la cellule d'affichage et dirigé de façon à repousser les électrons contre l'isolant comme le montre la représentation des lignes de champ (23).
Toutefois, bien que le champ électrique soit perpendiculaire au plan de la cellule, un mouvement latéral des électrons est observé comme le montre les flèches successives (24.b), (24.c), (24.d). Ce mouvement s'effectue sous la pression de forces de diffusion tendant à maintenir constante la densité électronique dans la zone de charge malgré d'une part le pompage des électrons hors de la zone de charges par la ligne (6') sélectée et d'autre part l'injection dans la zone de charge des électrons issus du filament (11).
L'émission de lumière est provoquée par le choc des électrons pompés par la ligne (6') sélectée contre le matériau cathotoluminescent de la bande cathodoluminescente (7'). Cette émission présente un spectre de longueur d'onde caractéristique des propriétés du matériau fluorescent utilise, elle est symbolisée par l'démission de photons d'énergie hv.
Sur la figure 6 on voit le confinement des électrons autour du dispositif d'emission, ce confinement étant obtenu lorsque la colonne considérée est dans l'état "OFF".
Une colonne est dite dans l'état "OFF" lorsque l'électrode de guidage correspondante est portée à une tension VC"OFTZ inférieure aux tensions appliquées au dispositif d'émission des électrons, par exemple dans le cas représenté d'une source à filaments inférieure aux tensions Vfiiament 1 et Vfilarnent 2 appliquées au filament (11) par l'intermédiaire des barres conductrices (9) et (10). La ligne voisine (6) est non sélectée c'est à dire que l'électrode ligne correspondante est elle même portée à une tension Vi non sélectée en abrégé Vins inférieure aux tensions appliquées au dispositif d'émission des électrons, par exemple dans le cas représenté d'une source à filaments inférieur à Filament i et Vfiament 2. Les électrons émis par effet thermo-ionique hors du filament sont repoussés à la fois par la colonne et par la ligne première voisine: ils retombent sur le filament. La zone de charges (22') est confinée autour du filament : aucun électron ne peut atteindre la bande cathodoluminescente (7') qui recouvre la ligne (6') sélectée.
Sur la figure 7 on voit un schéma d'ensemble de la cellule d'affichage en fonctionnement. Une découpe pratiquée virtuellement dans le substrat supérieur permet de rendre compte simultanément des mécanismes séparément décrits sur les figures 5 et 6 correspondant respectivement au guidage des électrons émis et à leur confinement sur leur source.
Le filament est symbolisé par un trait en accordéon (11). Seule a été representée, à travers la découpe virtuellement pratiquée dans la dalle supérieure, l'électrode ligne sélectée (6') et la bande cathodoluminescente (7') qui la recouvre. Les autres électrodes lignes, non sélectées, n'ont pas été représentées.
En regard de l'électrode colonne dans l'état "ON", les électrons représentés par des pointillés (22) quittent le filament, se plaquent contre l'isolant (3), bougent l'électrode de guidage jusqu'à l'aplomb de la ligne sélectée dans le sens indiqué par la flèche (24), rejoignent l'électrode sélectée en frappant la bande cathodoluminescente, provoquant une émission lumineuse symbolisée par l'émission de photons d'énergie hv. En regard de l'électrode colonne dans l'état "OFF", les électrons représentés par des pointillés (22') sont confinés au voisinage du filament (11).
Aucun d'eux n'est transporté jusqu'à une quelconque bande cathodoluminescente : aucune émission lumineuse n'est obtenue en regard de l'électrode colonne dans l'état "OFF".
Sur la figure 8, on voit un chronogramme des orignaux respectivement appliqués à la source d'électrons de type filament, à une ligne et à une colonne, ce chronogramme illustrant le mode de commande du dispositif d'affichage.
Le temps de trame T correspond à la somme des temps de sélection de chaque ligne. Un temps T égal 9 quatre T est représenté, ce qui correspond à un écran de quatre lignes et des temps de sélection Tî, 2, x3, t4 des quatres lignes tous égaux à T.
La figure 8.a représente les signaux envoyés à la source d'électrons dans l'exemple choisi de type filament et tel que représenté sur la figure 3.a précédemment décrite.
Les signaux sont Vfilament 1 et Vfilament 2, signaux continus d'amplitudes constantes Vf 1 et Vf 2. Dans l'exemple choisi, Vf 1 a été prise arbitrairement supérieure à Vf2.
La figure 8.b représente le signal appliqué à la première ligne de l'écran. Pendant le temps t1 la ligne 1 est sélectée. Le signal Vligne la une amplitude Vls supérieure à Vf 1 et Vf2 2. Hors du temps de sélection,
Vligne i est égale à Vins inférieure à Vf1 1 et Vf 2.
Vligne i est égale à Vins inférieure à Vf1 1 et Vf 2.
La figure 8.c représente le signal appliqué à la seconde ligne de l'écran.
Le signal Vligne 2 s'obtient en retardant d'un temps Ti le signal précédemment décrit pour la ligne 1. De façon générale, le signal d'une ligne k s'obtient en retardant d'un temps Tk-i le signal de la ligne #-1.
La figure 8.d représente le signal d'une colonne tel que soit allumé le point d'image correspondant à cette colonne et en regard de la ligne 1 et que soient éteints les points d'image en regard des lignes ultérieurs.
Pendant le temps Ti, Vcolonne est égale à Vc"ON" supérieure à Vf i,à Vf 2 et à Vls.
En dehors du temps #1, Vcolonne est égale à VC"OFF" inférieure à Vf 1 et à Vç2.
Claims (6)
1. Dispositif d'affichage cathodoluminescent utilisant, dans une enceinte sous vide, le guidage des électrons émis par une source connue utilisant l'effet thermo-ionique ou l'effet de champ, caractérisé en ce que:
- les électrons sont guidés c'est à dire localisés et véhiculés dans des volumes finis appelés zones de charges, eux mêmes situés dans l'espace vide de l'enceinte et délimités au moyen d'électrodes de guidage.
- chaque électrode de guidage est déposée sur une des parois de l'enceinte sous vide, est recouverte d'une couche électriquement isolante et portée à un potentiel supérieur au potentiel d'émission des électrons.
- chaque zone de charge est en contact avec l'isolant électrique, a une épaisseur très fine inférieure au millier d'angströms, présente des contours reproduisant ceux de l'électrode de guidage située à l'aplomb, sous l'isolant électrique.
- les électrons se meuvent dans la zone de charge d'un guide perpendiculairement au champ électrique appliqué, donc sous le seul effet des forces de diffusion.
- le mouvement des électrons est provoqué par l'extraction à travers le vide des électrons de la zone de charge du guide au moyen d'une anode située à une extrémité du guide et portée à un potentiel supérieur à celui de l'électrode de guidage, cette extraction tendant à diminuer la densité des électrons de la zone de charge, et par l'injection à travers le vide d'électrons dans la zone de charge du guide au moyen d'une source d'électrons située à l'autre extrémité du guide et utilisant des potentiels inférieurs à celui de l'électrode de guidage, cette injection rétablissant la densité des électrons dans la zone de charge du guide.
2. Dispositif d'affichage cathodoluminescent selon la revendication 1 comprenant deux dalles de verre assemblées entre elles par un cordon de scellement étanche et formant une enceinte sous vide, la première dalle pourtant, sur sa face interne limitant l'enceinte sous vide, un premier réseau de L électrodes indépendantes appelées électrodes lignes, la seconde dalle pourtant, sur sa face interne en regard du premier réseau d'électrodes, un second réseau de N électrodes indépendantes appelées électrodes colonnes, les deux réseaux étant croisés de sorte que l'intersection des L lignes et des N colonnes définisse les N fois L points élémentaires de l'image, la surface occupée par ces N fois L points étant la surface active de l'écran, caractérisé en ce que:
- les N électrodes colonnes sont recouvertes, dans toute la zone intérieure au cordon de scellement, par une couche électriquement isolante
- chacune des L électrodes lignes est recouverte dans la zone active par une bande de matériau cathodoluminescent légèrement conducteur, chacune des L bandes étant électriquement en contact avec une seule électrode ligne
- le dispositif d'affichage comprend une source émettrice d'électrons située à l'intérieur de l'enceinte sous vide, en dehors de la surface active de l'écran;
- la source d'électrons présente des moyens de contact électrique extérieurs à l'enceinte sous vide.
- les N colonnes et les L lignes présentent (N + L) moyens de contact électrique extérieurs à l'enceinte sous vide.
3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la source d'électrons est constituée d'un filament unique situé en regard du jeu des électrodes colonnes, relié à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts métalliques indépendants, chauffé par effet Joule et émettant des électrons par effet thermo-ionique.
4. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la source d'électrons est constituée d'un grand nombre de microfilaments situés en regard du jeu des électrodes colonnes, chaque microfilaments étant lié par ses extrémités à deux barres conductrices elles mêmes reliées à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts métalliques indépendants, chauffé par effet Joule et émettant des électrons par effet thermo-ionique.
5. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la source d'électrons est constituée de micropointes situées en regard du jeu des électrodes colonnes, les micropointes étant disposées sur un conducteur cathodique lui même déposé sur la première dalle et isolées par une couche électriquement isolante d'un second niveau conducteur présentant une ouverture en face de chaque pointe et remplissant la fonction de grille d'extraction, les conducteurs respectivement cathodique et de grille étant reliés à l'extérieur de l'enceinte par deux contacts indépendants, les micropointes émettant des électrons par effet de champ.
6. Procédé de commande du dispositif selon les revendications 1 et 2 et l'une quelconque des revendications 3, 4, 6, caractérisé en ce que:
- chaque ligne i (i variant de 1 à L) reçoit un signal récurrent de période T comportant deux séquences, la première séquence dite de sélection de la ligne i ayant une durée Ti, la seconde séquence dite de non sélection de la ligne i ayant une durée (T - Ta);
- pendant le temps de sélection de la ligne i Ti, les CL -1) autres lignes reçoivent des signaux électriques correspondant à l'état de non sélection
- les signaux appliqués sur la source émettrice d'électrons sont des signaux continus d'amplitudes constantes;
- pendant le temps Ti de sélection de la ligne i, le signal appliqué à la ligne i Vigne i a une amplitude V1, supérieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- pendant le temps (T - xi) de non sélection de la ligne i, le signal appliquée à la ligne i Ligne i a une amplitude Vin, inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons;
- l'émission lumineuse à partir d'un point ij de l'écran intersection de la ligne i et dans la colonne j s'obtient en appliquant à la colonne j pendant le temps Ti de sélection de la ligne i un signal Vcolonne j d'amplitude VC"ONn respectivement supérieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons et inférieure a l'amplitude Vls appliquée à la ligne i pendant le même temps Ti;
- aucune émission lumineuse à partir d'un point de l'écran n'est obtenue en appliquant à la colonne j pendant le temps de sélection Ti de la ligne i un signal Veolonne j d'amplitude VC-OFF- inférieure aux amplitudes des signaux continus appliqués sur la source émettrice d'électrons.
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