FR2745676A1 - Boitier electro-optique integre dote d'une bague de support et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un boîtier électro-optique intégré et son procédé de fabrication. Le boîtier comprend: un substrat optiquement transparent (10) sur lequel est formé un groupement (14) de dispositifs d'émission de lumière disposés en rangées et en colonnes qui coopèrent pour former une image complète et sont fonctionnellement raccordés à une pluralité de plots de connexion adjacents à des bords externes du substrat optiquement transparent; une carte de commande (30) ayant une ouverture centrale (33) de mêmes dimensions que l'image complète ainsi qu'une première pluralité de plots de connexion (35) formés sur une surface entourant l'ouverture centrale (33) et une deuxième pluralité de plots de connexion (36) formés sur une surface située sur la périphérie de la carte de commande (30), les premiers plots (35) et les deuxièmes plots (36) étant reliés par des conducteurs électriques, et les plots de connexion du groupement (14) de dispositifs d'émission de lumière étant soudés par bosses aux premiers plots (35) de la carte de commande (30); une bague de support moulée (50), encastrant une pluralité de grilles de connexion (51), qui sont en relation d'interface électrique avec la carte de commande (30) et la portent, et qui comprend en outre une pluralité de connexions électriques externes (52 et 54); et une lentille (60).
Description
La présente invention concerne des boîtiers contenant des composants électriques et optiques qui sont connectés en coopération et, plus particulièrement, un boîtier électro-optique intégré doté d'une bague de support permettant de connecter électriquement des composants optiques et des circuits d'excitation dans un circuit électrique.
Les émetteurs-récepteurs de télécommunications portatifs ct d'autres équipements électroniques portatifs, comme des téléphones cellulaires et sans fil, des dispositifs de recherche de personnes, des banques de données, etc., deviennent de plus en plus répandus. Dans certains cas, il est possible d'envoyer des messages complets, qui comportent des données alphanumériques et, ou bien, des données graphiques, à l'aide des nouveaux dispositifs de recherche de personnes. Des messages complets peuvent être envoyés à des destinataires spécifiques. Grâce à l'utilisation de signaux numériques, qui sont transmis à des fréquences toujours croissantes, il est possible d'émettre des messages de plus en plus volumineux et de plus en plus complexes à des unités portatives éloignées, au moyen des dispositifs nouveaux.
Le dispositif d'affichage par lequel les informations sont reçues présente la plus haute importance dans le cas de l'utilisation de ces dispositifs nouveaux d'émission et de réception d'informations. ll est souhaitable d'incorporer dans ces dispositifs nouveaux un boîtier électro-optique contenant des composants électriques et optiques qui peuvent produire un affichage qui soit suffisamment grand pour être utilisable tout en conservant une taille limitée et une consommation électrique faible.
Des dispositifs d'émission de lumière (LED) s'emploient dans divers afficheurs et sont utilisés dans des modules d'affichage qui sont incorporés dans des boîtiers électro-optiques afin de créer une image qui est ensuite agrandie jusqu'au point nécessaire pour que l'utilisateur puisse voir l'image. Les LED sc révèlent spécialement utiles dans un nouveau dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature qui utilise comme source d'images un groupement bidimensionnel de LED. De façon générale, ces groupements bidimensionnels comprennent de grands nombres de dispositifs d'émission de lumière, de 5000 à 80 000, ou plus. Un exemple particulier est constitué par une source d'images qui consiste en un groupement bidimensionnel de LED à grand nombre de pixels, le groupement étant de 240 colonnes sur 144 rangées, soit un total de 34560 pixels.
Un groupement ayant la taille de cet exemple particulier demande au total 384 interconnexions externes pour permettre un balayage, ou une activation, dans des conditions correctes et produire une image. On utilise le groupement de LED pour former des images complètes qui contiennent des informations graphiques et, ou bien, des caractères alphanumériques. Ces images complètes sont ensuite agrandies pour produire des images virtuelles, qui semblent être, pour l'utilisateur, au moins aussi grandes qu'une feuille de papier de taille normale.
Un problème majeur que l'on rencontre pour la mise en production de ces ensembles est le prix à payer pour le très grand nombre de plots de connexion, ou de soudage, nécessaires pour fournir les informations au groupement et pour assurer l'interface du groupement avec les autres composants du boîtier électro optique. Un inconvénient particulier qui apparaît dans la mise en oeuvre de ce type de boîtier électro-optique est l'augmentation de l'aire de la puce semiconductrice nécessaire aux plots de connexion et le déploiement en éventail des interconnexions auxquelles il faut faire appel pour connecter les plots de connexion aux rangées et aux colonnes. Une partie importante du coût à prévoir pour la puce semiconductrice sur laquelle on réalise le groupement réside dans le matériau de base et, dans l'exemple 240 x 144 envisagé pour les interconnexions externes de liaison par fils, la région d'émission (groupement des dispositifs d'émission de lumière) occupe moins de 20 % de l'aire de puce totale, les 80 % restants étant nécessaires pour les plots de connexion et le déploiement en éventail des interconnexions. La technique classique de fixation directe de la puce (DCA) n'améliorera ce rapport que dans une faible proportion du fait des grandes tailles des plots et des valeurs des pas d'interconnexion qui sont associées à la technique actuellement en vigueur.
Une grande aire de substrat réservée à la liaison est également nécessaire puisqu'il faut répéter un modèle analogue pour les plots et le déploiement en éventail des interconnexions sur les puces semiconductrices auxiliaires contenant les circuits électroniques d'excitation. De plus, les puces d'excitation doivent elles aussi être suffisamment grandes pour loger le grand nombre de plots de connexion (384) dans cet exemple.
Un inconvénient supplémentaire que l'on rencontre dans la réalisation des boîtiers électro-optiques est le fait qu'il faut incorporer un système de grossissemant optiques. Typiquement, on applique un système de lentilles externe pour agrandir l'image produite par le groupement de LED afin de permettre une observation aisée par l'utilisateur. n en résulte finalement un boîtier d'une grande taille globale, qui n'est pas intéressant pour les applications des dispositifs électroniques portatifs, pour lesquels l'important est d'avoir un petit volume matériel.
Un moyen de réduire les problèmes de taille des boîtiers intervenant dans la mise en boîtier des dispositifs d'affichage à LED consiste à simplifier le boîtier et l'assemblage en intégrant la carte de commande, ou d'excitation, à une bague de support moulée, qui peut à la fois porter une puce d'affichage à LED, une pluralité de puces de commande et une lentille moulée faisant fonction de l'un des éléments d'un système d'agrandissement optique. Dans la bague de support moulée, sont encastrées des grilles de connexion et, en combinaison avec les facilités qu'elle offre dans le domaine du support, la bague aide à minimiser les exigences dimensionnelles du boîtier électro-optique et facilite la réalisation de l'interface avec une carte de circuit imprimé. A l'intérieur du boîtier électro optique, est incorporée une pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande montés sur la carte d'excitation, ou de commande, possédant des bornes d'entrée de données et possédant aussi des bornes de sortie de signaux de commande assurant l'interface avec une pluralité de conducteurs des dispositifs d'émission de lumière afin d'activer les dispositifs d'émission de lumière pour qu'ils produisent des images en fonction des signaux de données qui sont appliqués sur les bornes d'entrée de données.
Dans les configurations à LED non organiques, un substrat semiconducteur, ou circuit intégré, est généralement monté sur une carte de circuit imprimé, ou un moyen analogue, et le procédé admis pour connecter le substrat aux circuits externes est la technique normale de liaison par fils. Toutefois, lorsqu'un substrat semiconducteur possédant un groupement relativement grand de composants ou de dispositifs électriques doit être connecté, les techniques normales de liaison par fils peuvent devenir très difficiles à mettre en oeuvre. Par exemple, si un groupement relativement grand (dépassant par exemple 10 000, soit 100 x 100) de diodes d'émission de lumière est formé sur un substrat avec un pas (distance de séparation d'un centre au centre suivant) de valeur P, alors les plots de connexion se trouvant sur le périmètre du substrat auront un pas de valeur 2P. n en est ainsi parce qu'on fait en sorte qu'une rangée sur deux ou une colonne sur deux aille sur un bord opposé du périmètre afin d'augmenter la distance entre plots de soudage dans la plus grande mesure possible.
Actuellement, le mieux qu'on puisse réaliser, ce sont des interconnexions de soudage de fils sur des plots de connexion présentant un pas de 12 ssm (4,8 millièmes de pouce). Ainsi, dans le groupement dessus mentionné formé de 100 x 100 diodes d'émission de lumière, les plots de connexion qui se trouvent sur le périmètre de la puce semiconductrice auront un pas minimal de 122 jum (4,8 millièmes de pouce), et on trouvera 50 plots de soudage le long de chaque bord du périmètre. Plus il y aura de dispositifs dans le groupement, et plus il faudra de plots de soudage, si bien que la dimension du périmètre permettant de loger les plots de soudage supplémentaires augmentera à un rythme encore plus important. Ainsi, puisque le pas minimal des plots de soudage est dc 122,csm (4,8 millièmes de pouce), le pas des dispositifs dans le groupement peut atteindre 61 Crm (2,4 millièmes de pouce) environ, sans affecter la dimension du substrat. Par conséquent, même si l'on peut fabriquer des dispositifs d'une taille inférieure à 61 ,ut, le pas minimal des plots de soudage ne permettra pas de rendre plus petit le périmètre du substrat. On comprend rapidement que la dimension du substrat est sévèrement limitée du fait des limitations de la technique de liaison par fils.
On accorde la plus grande importance au temps et au coût dépensés pour fabriquer des boîtiers éIcctro-optiques contenant des composants électriques qui sont typiquemcnt mis en interface à l'aide de la technique de liaison par fils, ct des composants optiques qui sont nécessaires pour le grossissement. De plus, il existe des inconvénients qui s'opposent à la réalisation aisée de l'interface entre le boîtier Clectro-optique et une carte de circuit imprimé, ou un moyen analogue, ou bien, d'une manière générale, à la facilité de manipulation du boîtier complètement intégré.
n existe donc le besoin de structures et de techniques d'interconnexion et de mise en boîtier qui puissent notablement réduire le coût de fabrication et le temps d'assemblage d'un boîtier électro-optique contenant des composants électriques ct optiques qui sont connectés pour coopérer électriquement.
Par conséquent, il est hautement souhaitable de pouvoir produire des procédés de fabrication de groupements de LED et de boîtiers d'appareils d'interconnexion qui surmontent ces problèmes.
cest un but de l'invention de produire un procédé nouveau et perfectionné de fabrication de groupements de LED et de boîtiers d'appareils d'interconnexion .
Un autre but de l'invention est de produire un groupement de LED nouveau et perfectionné et un ensemble de circuits de dispositifs d'excitation intégré mis en boîtier de façon à pouvoir exciter de grands groupements de LED, qui comporte l'utilisation d'une bague de support moulée servant à porter une puce d'affichage, une pluralité de puces d'excitation, une carte d'excitation, ou de commande et une lentille moulée faisant fonction de l'un des éléments d'un système de grossissement optique.
Un autre but de l'invention est de produire un procédé nouveau et perfectionné de fabrication de groupements de LED et de mise en boîtier du dispositif de commande, qui permet l'utilisation d'une bague de support moulée, laquelle est globalement plus simple et plus efficace que les procédés de la technique antérieure et est facilement adaptable à l'obtention de niveaux de production élevés.
Un autre but de l'invention est de produire un boîtier électro-optique nouveau et perfectionné ainsi qu'un procédé de fabrication de celui-ci, qui comporte une structure et une assemblage plus simples que les boîtiers de la technique antérieure, implique des coûts inférieurs de fabrication pour le boîtier, produit une unité plus résistante dans l'ensemble qui se monte plus facilement sur une carte de circuit imprimé et permet une manipulation généralement plus facile.
les problèmes dessus exposés ainsi que d'autres sont sensiblement résolus et les buts ci dessous énoncés ainsi que d'autres sont réalisés dans un boîtier électro optique intégré comportant une bague de support moulée qui sert à porter une puce d'affichage à dispositifs d'émission de lumière (LED), une carte d'excitation ou de commande, une pluralité de puces de dispositifs d'excitation, et une lentille moulée.
La puce d'affichage de l'invention est constituée d'un substrat optiquement transparent ayant une surface principale et doté d'un groupement de dispositifs d'émission de lumière formés sur la surface principale en sa partie centrale et coopérant pour produire une image complète. Chacun des dispositifs d'émission de lumière possède des première et deuxième électrodes servant à l'activer. Le substrat optiquement transparent comporte en outre une pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes qui sont adjacents à ses bords extérieurs et qui se trouvent à l'extérieur de la partie centrale de la surface principale, les premières électrodes des dispositifs d'émission de lumière étant connectées à une première pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes et les deuxièmes électrodes des dispositifs d'émission de lumière étant connectées à une deuxième pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes. Le groupement de LED et les connexions électriques incluses forment la puce d'affichage à LED, ou puce de dispositif de formation d'images à dispositifs d'émission de lumière (LEDI) selon l'invention.
H est prévu une carte d'excitation, ou de commande, possédant une première surface principale supérieure et une deuxième surface principale, opposée, définissant une ouverture centrale sensiblement de mêmes dimensions que l'image complète se trouvant en la partie centrale de la surface principale du substrat optiquement transparent. La carte de commande possède en outre une pluralité de conducteurs électriques formée sur celle-ci sous la forme de grilles de connexion montées en surface, et, ou bien, d'interconnexions électriques réalisées par un tracé de motif. chaque conducteur de la pluralité de conducteurs électriques part d'un plot de connexion et, ou bien, montage adjacent à un bord de l'ouverture centrale se trouvant sur la deuxième surface principale opposée de la carte de commande, jusqu'à un plot de connexion et, ou bien, montage formé sur la périphérie de la deuxième surface principale opposée de la carte de commande.
Une pluralité supplémentaire de conducteurs électriques, se présentant sous la forme de grilles de connexion encastrées ou de traversées du type trous passants plaquées, s'étend de la pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage formée sur la périphérie de la deuxième surface principale opposée de la carte de commande, jusqu'à une pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage formée sur la première surface principale supérieure de la carte de commande.
Le substrat optiquement transparent de la puce d'affichage à LED peut être par exemple formé de verre ou d'une quelconque autre matière convenablement transparente qui définit la partie centrale et sur laquelle est formé le groupement de dispositifs d'émission de lumière. La pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes du substrat optiquement transparent est disposée de façon à être alignée avec la pluralité de plots de connexion adjacents à un bord de l'ouverture centrale de la carte de commande. Pour l'assemblage, on soude par une technique de soudage par bosses (la puce étant retournée) la surface principale du substrat optiquement transparent à la deuxième surface principale opposee de la carte de commande, ayant sensiblement les mêmes dimensions que l'ouverture centrale formée dans la carte de commande, les première et deuxième pluralités de plots de connexion et, ou bien, montage externes du substrat optiquement transparent étant en contact électrique avec les plots de connexion et, ou bien, montage de la carte de commande. Une pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande sont montés sur la première surface principale supérieure de la carte de commande et possèdent des bornes d'entrée de données ainsi que des bornes de sortie de signaux de commande connectées aux premières et deuxièmes électrodes des dispositifs d'émission de lumière de façon à activer les dispositifs d'émission de lumière et produire des images complètes en fonction des signaux de données qui sont appliqués aux bornes d'entrée de données.
Dans le mode de réalisation préféré, la première pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes et la deuxième pluralité de plots de connexion et, ou bien, montage externes du substrat optiquement transparent sont soudés par bosses à la pluralité de plots de montage et, ou bien, connexion formée au voisinage d'un bord de l'ouverture centrale de la carte de commande de façon à réduire sensiblement le pas admissible des plots de connexion et, ou bien, montage. De plus, les plots de connexion se trouvant sur la surface principale de la carte de commande sont positionnés suivant une matrice de rangées et de colonnes afin de permettre qu'un nombre sensiblement plus grand de plots de connexion se trouvent dans une aire de surface sensiblement plus petite.
H est prévu une bague de support moulée dans laquelle sont encastrés des conducteurs, par exemple des grilles de connexion encastrées, en coopération électrique avec la carte de commande et la puce d'affichage, servant à assurer la connexion externe du boîtier électro optique avec une carte de circuit imprimé normale. La bague de support moulée sert à porter la carte de commande dans un mode de réalisation où la carte de commande est l'élément principal supportant les efforts, qui porte la puce d'affichage à LED, les circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande, et une lentille moulée. Selon une autre possibilité, la bague de support moulée est formée de façon à comporter une pluralité de bras structurels, ou éléments de support du type nervure, qui partent de la périphérie de la bague de support pour aller jusqu'en une aire centrale, définissant une ouverture centrale, la pluralité de bras structurels faisant fonction d'éléments de support des efforts du fait qu'ils portent la lentille moulée à l'intérieur de l'ouverture centrale formée par les bras structurels. Selon une autre possibilité, la lentille moulée peut être solidaire, de manière monolithique, de la bague de support, dans l'aire centrale définie par les bras structurels. Dans ce mode de réalisation particulier, la carte de commande encastrée continue de porter la puce d'affichage à LED et la pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
la figure 1 est une vue fortement agrandie, en plan de dessus, d'un groupement de dispositifs d'émission de lumière formé sur un substrat optiquement transparent;
la figure 2 est une vue en section droite simplifiée d'un élément électroluminescent organique unique se trouvant sur un substrat de verre;
la figure 3 est une vue agrandie, en plan de dessus, d'une puce de LEDI montée sur une carte de commande dans laquelle est définie l'ouverture centrale, qui comporte une pluralité de connexions électriques;
la figure 4 est une vue en coupe simplifiée des composants d'un boîtier électro optique selon l'invention, où la carte de commande fait fonction de principal élément de support des efforts en liaison avec la bague dc support moulée, assemblé en un boîtier complet;
la figure 5 est une vue de dessus, en perspective, montrant les positions relatives des composants d'un boîtier électro-optique, analogue à celui représenté sur la figure 4, selon l'invention
la figure 6 est une vue en coupe simplifiée des composants d'un boîtier électro-optique selon l'invention, assemblé en un boîtier complet, où la bague de support moulée possède des bras structurels, qui en font saillie afin de porter la lentille moulée;
la figure 7 est une vue de dessus, en perspective, montrant les positions relatives des composants d'un boîtier électro-optique, analogue à celui représenté sur la figure 6, selon l'invention;
la figure 8 est une vue simplifiée montrant un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature incorporant le boîtier électro optique selon l'invention;
les figures 9 et 10 sont des vues simplifiées supplémentaires, analogues à la figure 8, d'autres dispositifs d'affichage d'images virtuelles miniature, incorporant le boîtier électro optique selon l'invention;
les figures 11, 12 et 13 sont respectivement une vue de face, une vue latérale en élévation et une vue en plan de dessus d'un appareil de présentation d'image utilisant le boîtier électrooptique intégré selon l'invention;
la figure 14 est une vue agrandie dans le rapport 4, suivant une élévation latérale, de l'appareil de la figure 11;
la figure 15 est une vue en perspective d'un récepteur de télécommunications portatif incorporant le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature de la figure 8;
la figure 16 est une vue simplifiée montrant d'un point de vue général ce que l'on voit suivant la ligne de coupe 1616 de la figure 15.
la figure 1 est une vue fortement agrandie, en plan de dessus, d'un groupement de dispositifs d'émission de lumière formé sur un substrat optiquement transparent;
la figure 2 est une vue en section droite simplifiée d'un élément électroluminescent organique unique se trouvant sur un substrat de verre;
la figure 3 est une vue agrandie, en plan de dessus, d'une puce de LEDI montée sur une carte de commande dans laquelle est définie l'ouverture centrale, qui comporte une pluralité de connexions électriques;
la figure 4 est une vue en coupe simplifiée des composants d'un boîtier électro optique selon l'invention, où la carte de commande fait fonction de principal élément de support des efforts en liaison avec la bague dc support moulée, assemblé en un boîtier complet;
la figure 5 est une vue de dessus, en perspective, montrant les positions relatives des composants d'un boîtier électro-optique, analogue à celui représenté sur la figure 4, selon l'invention
la figure 6 est une vue en coupe simplifiée des composants d'un boîtier électro-optique selon l'invention, assemblé en un boîtier complet, où la bague de support moulée possède des bras structurels, qui en font saillie afin de porter la lentille moulée;
la figure 7 est une vue de dessus, en perspective, montrant les positions relatives des composants d'un boîtier électro-optique, analogue à celui représenté sur la figure 6, selon l'invention;
la figure 8 est une vue simplifiée montrant un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature incorporant le boîtier électro optique selon l'invention;
les figures 9 et 10 sont des vues simplifiées supplémentaires, analogues à la figure 8, d'autres dispositifs d'affichage d'images virtuelles miniature, incorporant le boîtier électro optique selon l'invention;
les figures 11, 12 et 13 sont respectivement une vue de face, une vue latérale en élévation et une vue en plan de dessus d'un appareil de présentation d'image utilisant le boîtier électrooptique intégré selon l'invention;
la figure 14 est une vue agrandie dans le rapport 4, suivant une élévation latérale, de l'appareil de la figure 11;
la figure 15 est une vue en perspective d'un récepteur de télécommunications portatif incorporant le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature de la figure 8;
la figure 16 est une vue simplifiée montrant d'un point de vue général ce que l'on voit suivant la ligne de coupe 1616 de la figure 15.
la figure 17 est une vue en perspective d'un autre récepteur de télécommunications portatif incorporant le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature de la figurc 8;
la figure 18 est une vue simplifiée montrant d'un point de vue général ce que l'on voit suivant la ligne de coupe 18-18 de la figure 17;
la figure 19 est une vue en perspective représentant ce qui est typiquement vu par l'utilisateur du récepteur de télécommunications portatif de la figure 15.
la figure 18 est une vue simplifiée montrant d'un point de vue général ce que l'on voit suivant la ligne de coupe 18-18 de la figure 17;
la figure 19 est une vue en perspective représentant ce qui est typiquement vu par l'utilisateur du récepteur de télécommunications portatif de la figure 15.
Tout au long de cette description, on utilisera des numéros identiques pour identifier des éléments identiques sur les différentes figures qui illustrent l'invention. ll faut comprendre qu'il est possible d'utiliser une grande variété de dispositifs d'émission de lumière, comprenant les dispositifs d'affichage à cristal liquide (LD), les diodes d'émission de lumière (LED), les lasers à émission en surface à cavité verticale (VCSEL), etc., mais, pour simplifier, on utilisera tout au long de la description suivante des diodes d'émission de lumière. On se reporte tout d'abord à la figure 1, qui est une vue fortement agrandie, en plan de dessus, d'un substrat optiquement transparent 10 sur lequel est placé un groupement 15 de dispositifs d'émission de lumière. Pour ne pas compliquer le dessin, il n'est montré qu'une partie représentative du substrat optiquement transparent 10. le substrat optiquement transparent 10 possède une surface principale 11 sur laquelle une pluralité de dispositifs d'émission de lumière 12 est formée. les dispositifs d'émission de lumière 12 sont des éléments électroluminescents organiques et, ou bien, à base de polymères ou des diodes d'émission de lumière. Ci-après, dans un souci de brièveté, on emploiera simplement le terme "organique" pour signifier "organique et, ou bien, à base de polymères". Dans ce mode de réalisation, chaque dispositif d'émission de lumière 12 définit un pixel, les dispositifs d'émission de lumière 12 étant placés suivant des rangées et des colonnes et coopérant pour produire une image complète, lorsqu'ils sont activés, en une partie centrale 13 de la surface principale 11.
En se reportant plus spécialement à la figure 2, on peut voir une vue en section droite simplifiée et fortement agrandie d'un unique dispositif d'émission de lumière 12 formé sur un substrat optiquement transparent 10, lequel, dans ce mode de réalisation, est fait de verre. le dispositif d'émission de lumière 12 comporte une couche 18 de matière active qui fait fonction d'anode de la diode ou du dispositif d'émission de lumière 12 dans ce mode de réalisation particulier. Une ou plusieurs couches organiques 19, 20 comportent une ou plusieurs couches de polymères ou de composés organiques à faible poids moléculaire. Les matières organiques qui forment les couches sont choisies pour la combinaisons qu'elles présentent de propriétés électriques et luminescentes, et on peut utiliser diverses combinaisons dc matières de transport de trous, dc matières de transport d'électrons, et de matières luminescentes. Dans cc mode de réalisation par exemple, la couche 19 est une couche de transport de trous et la couche 20 est une couche de transport d'électrons luminescente. Une deuxième couche 21 de matière conductrice est déposée sur la surface Supérieure des couches 19, 20 et fait fonction de cathode dans ce mode de réalisation particulier. Dans un but d'illustration, les flèches apparaissant sur la figure 2 sont là pour indiquer la direction de la lumière émise par les dispositifs d'émission de lumière 12.
De façon générale, il faut que l'anode ou la cathode soit optiquement transparente pour laisser passer l'émission lumineuse. Dans ce mode de réalisation, la couche conductrice 18 est formée d'oxyde étain dopé à l'indium (fla) qui est optiquement transparent. Dans certaines applications, on peut utiliser une pellicule métallique très mince comme conducteur transparent, à la place de l'lTO. De plus, pour réduire le potentiel nécessaire, la cathode est généralement formée d'un métal et, ou bien, d'un conducteur à faible fonction d'extraction ou bien d'une combinaison de métaux et, ou bien, de conducteurs, dont au moins un possède une fonction d'extraction basse. Dans ce mode de réalisation, la cathode est formée d'une matière à faible fonction d'extraction, par exemple du diamant fortement dopé, ou bien la cathode peut être un métal conducteur incorporant du césium, du calcium, ou autre. Une pluralité de premières électrodes, par exemple les anodes, des dispositifs d'émission de lumière 12 sont connectées par une pluralité dc conducteurs électriques horizontaux 16, de façon à définir des rangées de pixels, et une pluralité de deuxièmes électrodes, par exemple les cathodes, des dispositifs d'émission de lumière 12 sont connectées par des conducteurs électriques verticaux 17, afin dc définir des colonnes de pixels, si bien qu'il est ainsi formé une puce 14 d'affichage à LED, ou puce de LEDI, à partir d'un groupement adressable 15 de dispositifs d'émission de lumière 12.
Une liste de certains exemples possibles de matières pour la couche ou les couches organiques 19, 20 de l'élément électroluminescent organique cidessus décrit faisant fonction du dispositif d'émission de lumière 12 est donnée ci-après.
Dans le cas d'une couche unique de polymère, quelques exemples sont les suivants: polyphénylènevinylène) (PPV); poly(p-phénylène (PPP) ; et poly(2-méthoxy-52'e'thylhexyloxy)1 ,4-phénylènevinylène) (MEH-PPV).
Comme couche électroluminescente de transport d'électrons entre une couche de transport de trous ou bien l'un des polymères pour couche unique énumérés cidessus, et une cathode de métal à faible fonction d'extraction, un exemple est donné par: 8-hydroxyquinoléine-aluminlum (ALt2). Comme matière de transport d'électrons, un exemple donné par : 2-(4-tert-butylphényl)-5-(p-biphénylyl)- 1,3,4-oxadiazole (butyl-PBD). Comme matière de transport de trous, quelques exemples sont les suivants : 4,4'-bis[N-phényl-N-(3-méthylphényl)amino]- diphényle (TPD); et 1,1-bis(4di-ptolyaminophényl)cyclohexane. Un exemple d'une substance fluorescente qui peut être utilisée comme couche unique ou comme agent dopant d'une couche organique de transport de charges est te coumarin 540, ainsi qu'une large variété de colorants fluorescents. Des exemples de métaux à faible fonction d'extraction sont : Mg:In, Ca, et Mg:Ag.
les dispositifs d'émission de lumière 12 sont formés sur le substrat optiquement transparent 10 en une partie centrale 13 de la surface principale 11, à moins d'environ 20 m de diamètre , et, dans le mode de réalisation représenté, environ 10 de diamètre. De plus, le pas, c'est- plus petits qui sont liés par fils ou soudés par bosses à des contacts électriques se trouvant sur la première surface principale de la carte de commande 30. A l'intérieur d'une aire centrale de la carte de commande 30, est formée une ouverture centrale 33 par laquelle passe l'image produite par la puce 14 d'affichage à LED.
Sur la figure 3, est présentée la deuxième surface principale opposée 32 de la carte de commande 30 où la puce d'affichage 14 à LED est montée sensiblement suivant les mêmes dimensions que l'ouverture centrale (non représentée) qui est formée dans la première surface principale et la deuxième surface principale opposc 32 de la carte de commande 30. Dans le mode de réalisation préféré de la carte de commande 30, se trouvent une pluralité de conducteurs électriques 34, s'étendant chacun d'un plot de connexion et, ou bien, montage 35 se trouvant sur la deuxième surface principale opposée 32 de la carte de commande 30, au voisinage d'un bord de l'ouverture centrale (non représentée), à un plot de connexion et, ou bien, montage 36, positionné sur la périphérie externe de la carte de commande 30, de façon à connecter électriquement les rangées et les colonnes des dispositifs d'émission de lumière 12 de la puce 14 d'affichage à LED avec des plots de connexion et, ou bien, montage 36. Pour permettre une distribution complète des conducteurs électriques 34 et des plots de connexion et, ou bien, montage 36 sur la périphérie de la carte de commande 30, les conducteurs électriques 34 sont fixés à un sur deux des conducteurs électriques horizontaux 16 et à un sur deux des conducteurs électriques verticaux 17 de la puce 14 d'affichage à LED, comme représenté sur la figure 1. Ainsi, I'espace disponible entre conducteurs électriques adjacents 34 vaut 2P, soit, dans ce mode de réalisation particulier, 20 ssm.
En déployant en éventail les conducteurs électriques 31, on peut construire les plots de connexion 33 à une taille suffisamment grande pour assurer un contact électrique aisé avec ceux-ci. Par exemple, si le groupement 15 de dispositifs d'émission de lumière 12 comporte 40 000 dispositifs (par exemple 200 x 200) et que chaque dispositif présente une aire de diamètre 10,um avec un pas P de 20 ,xan, alors l'aire de la partie centrale 13 du substrat optiquement transparent 10 sera inférieure à 5,08 mm (0,2 pouce) de côté. Dans ce mode de réalisation, la carte de commande 30 est dotée d'une partie centrale 13 d'environ 5,08 mm (0,2 pouce) de côté et présente une périphérie extérieure de 12,7 mm (0,5 pouce) de côté. Ainsi, les 200 plots de connexion se trouvant sur chaque côté de la périphérie de la carte de commande 30 présentent un pas d'environ 60,cem.
Les conducteurs électriques 34 et les plots de connexion et, ou bien, montage 35 et 36 peuvent être formés à partir d'une pluralité d'interconnexions électriques formant des motifs partiellement encastés, de fils conducteurs en cuivre encartés, d'interconnexions déposés par Sérigraphie et faits de pâte de soudure, d'interconnexions plaquées à l'aide d'or ou de dépôts par évaporation de métal. De plus, on peut utiliser la technique "sol-gel", qui contient les opérations habituelles de l'impression, du tracé de motif, et de la fusion, ainsi que la technique de métallisation normale en pellicules mince, dans laquelle on dépose des couches de métal par exemple par pulvérisation. Selon un système de métallisation typique, on applique une première couche de cuivre par pulvérisation, qui fait fonction de couche d'adhérence sur la carte de commande 30. Sur le chrome, on applique une deuxième couche, faite de cuivre, pour assurer la conductivité électrique voulue, et on applique sur le cuivre une couche d'or destinée à faire fonction de barrière et de couche d'adhérence en vue d'autres connexions. H faut comprendre que la métallisation peut être un procédé additif ou soustractif et qu'un tracé de motif et une gravure sont appliqués par l'un quelconque des divers procédés bien connus dans la technique pour réaliser la structure finale voulue.
On se reporte maintenant aux figures 4 à 7, où sont représentés deux modes de réalisation d'un boîtier électro-optique doté d'une bague de support moulée, qui sont désignés ici par les références 40 et 40'. fi faut noter que tous les composants du premier mode de réalisation qui sont semblables à des composants du deuxième mode de réalisation, ainsi qu'à des composants illustrés sur les figures 1 et 3, sont désignés par des numéros identiques, auxquels on a ajouté le signe "prime" afin d'indiquer qu'il s'agit d'un mode de réalisation différent. Comme représenté plus spécialement sur la figure 4, qui est une vue en coupe fortement agrandie, on peut voir les positions relatives des composants d'un boîtier électo optique 40. En se reportant plus spécialement à la figure 5, qui est présentée en perspective, on voit le premier mode de réalisation du boîtier électro optique 40 complètement intégré selon l'invention. Pendant le processus d'assemblage, on positionne la carte de commande 30 de façon que la première surface principale 31 soit vers le haut et que les plots de connexion et, ou bien, montage 35 se trouvant sur la deuxième surface principale opposée 32 soient placés de façon à être chacun en contact avec un plot de connexion présent sur la puce 14 d'affichage à LED lorsque la carte de commande 30 et la puce d'affichage à LED 14 sont correctement alignées, comme représenté sur la figure 4. Sur la première surface principale 31 de la carte de commande 30, sont montés une pluralité de circuits dispositifs d'excitation et de commande 42. Les circuits dispositifs d'excitation et de commande 42 se présentent généralement sous la forme de circuits intégrés plus petits, qui sont liés par fils ou soudés par bosses à des contacts électriques de la première surface principale 31 de la carte de commande 30. La carte de commande 30 est par exemple une carte à circuit imprimé appropriée, par exemple une carte
FR4, ou analogue.
FR4, ou analogue.
La puce 14 d'affichage à LED est soudée par bosses à la carte de commande 30 à l'aide de la technique normale de soudage par bosses. De plus, les circuits dispositifs d'excitation et de commande 42 sont montés sur la première surface principale 31 de la carte de commande 30 soit par la technique de liaison par fils, soit par la technique de soudage par bosses. Les bosses (si on en utilise) assurant le montage de la puce 14 d'affichage à LED et des circuits dispositifs d'excitation et de commande 42 sont faites d'une matière qui est un conducteur électrique relativement bon et qui peut au moins partiellement fondre et se ressouder pour former une bonne connexion matérielle. les matières que l'on peut utiliser dans ce but comprennent l'or, le cuivre, la soudure, et spécialement la soudure pour hautes températures, la résine époxy conductrice, etc. qu'on peut former sur un plot de connexion et, ou bien, montage carré ou rond d'un diamètre de 20 fam, une bosse d'une hauteur pouvant aller jusqu'à 80 ssm. Pour des pas plus petits, on a formé des bosses de cuivre d'un diamètre de 5 fzm présentant un pas de 10 m et une hauteur de 20,ut. On a également formé des boss d'or d'un diamètre de 15 fian avec un pas de 30 ,um et ayant une hauteur de 30 à 45 ,com.
Certains métaux compatibles peuvent améliorer les procédés d'assemblage, par exemple une métallisation d'or ou un placage d'or sur les plots de connexion et, ou bien, montage 36 de la carte de commande 30.
Selon une technique de fabrication, la carte de commande 30 comporte des plots de connexion et, ou bien, montages 35 et 36 en or et une pluralité de plots de connexion placés sur une première surface principale 31 associée au montage des circuits dispositifs d'excitation et de commande 42. Les plots de connexion et, ou bien, de montage 36 et une pluralité de plots de connexion placés sur la première surface principale 31 de la carte de commande 30 sont reliés par l'interface d'une pluralité de traversées du type trous passants plaquées 44, et, ou bien, de grilles de connexion encastrées 45. Les circuits dispositifs d'excitation et de commande 42 sont montés sur la première surface principale 31 de la carte de commande 30, à l'opposé du côté où est montée la puce d'affichage à LED 14, ce qui donne une aire suffisante pour le déploiement en éventail des conducteurs électriques 34 et des plots de connexion et, ou bien, montage 36 se trouvant sur le deuxième côté principal, opposé, de la carte de commande 30. Comme indiqué, la puce d'affichage à LED 14 comporte également des plots de connexion et, ou bien, montage en or et est soudée à la carte de commande 30 par thermocompression en technique de soudage par bosses.
L'invention simplifie la mise en boîtier et l'assemblage du boîtier électro-optique en intégrant la puce d'affichage à LED 14 avec la carte de commande 30, sur laquelle des circuits électroniques d'excitation sont montés. La carte dc commande 30 est encastrée dans une bague de support moulée (présentement discutée) en interface électrique, de manière à faire fonction d'élément principal de support des efforts dans le boîtier électro-optique, ou bien, selon une autre possibilité, est encastrée dans une bague de support moulée possédant des bras structurels formés de manière monolithique, qui servent d'éléments de support des efforts, en liaison avec la carte de commande 30, du boîtier électro-optique. Le boîtier obtenu peut être donc monté directement sur une carte de circuit imprimé de façon à faire fonction d'interface pour les signaux électroniques.
Comme représenté sur les figures 4 à 7, la carte de commande 30 est encastrée dans une bague de support moulée 50 définissant une structure annulaire périphérique et possédant une interface électrique externe via une grille de connexion 51 encastrée. La grille de connexion encastrée 51 doit être configurée de façon à faire fonction d'interface avec une carte à circuit imprimé externe (non représentée) par la formation d'une pluralité de pattes 52 de grille de connexion, de broches 54 de grille de connexion ou de bosses de montage 56 (comme représenté sur la figure 6). Dans le premier mode de réalisation du boîtier électro-optique 40, la carte de commande 30 est encastrée dans la bague de support moulée 50. La carte de commande 30 fait fonction du principal élément supportant les efforts, dans le boîtier, en ce qu'elle porte la puce d'affichage à LED 14 et les circuits dispositifs d'excitation et de commande 42, (précédemment discutés), et en ce qu'elle porte une lentille moulée 60 (présentement discutée). Cette carte de commande 30 est fabriquée de façon à être très mince et compacte, et joue le rôle d'un élément de support unique pour les divers composants du boîtier électro- optique 4, si bien que le boîtier électro-optique 4 est simple et peu coûteux à la fois à fabriquer et à assembler.
L'élément final du boîtier électro-optique 40 est une lentille 60 qui est formée à l'aide de techniques de moulage par transfert. La lentille 60 est conçue pour faire fonction de l'un des éléments d'un système d'agrandissement optique, qui agrandit l'image produite par le groupement 15 de dispositifs d'émission de lumière 12 de la puce d'affichage à LED 14. La lentille 60 est de préférence une lentille de réfraction moulée par injection ou une lentille de diffraction moulée par injection, qui est moulée et peut s'ajuster par enclenchement brusque dans l'ouvcrtrre centrale 33 de la carte de commande 30, ou être collée à l'aide d'époxy dans cette ouverture centrale 33. Selon une autre possibilité, il est indiqué comment fabriquer la lentille moulée 60 séparément du reste des composants du boîtier Clectro-optiquc 40, puis monter celle-ci, par un moyen commode quelconque bien connu dans la technique, sur le boîtier.
L'interstice existant entre la puce d'affichage à LED 14, la carte de commande 30 et la lentille moulée 60, qui est montée sur celle-ci, est rempli d'une matière optiquement transparente 62, qui peut être toute matière appropriée assurant un support et rendant le boîtier électro-optique 40 plus robuste. De plus, aprés son montage sur la carte de commande 30, la puce d'affichage à LED 14 reçoit une couche de surmoulage 64, placée sur le côté opposé au côté de montage de la puce d'affichage à LED 14, de façon à protéger la puce d'affichage à LED 14 et, de plus, réduire les dommages causés par toutes les forces exerçant sur la puce d'affichage à LED 14.
n faut comprendre que, pour donner les meilleurs résultats, il faut que la carte de commande 30 et la matière optiquement transparente 62 soient dotées d'indices de réfraction aussi proches l'un de l'autre que cela est possible en pratique. Si, par exemple, les indices de réfraction de la carte de commande 30 et de la matière optiquement transparente 62 diffèrent sensiblement l'un de l'autre, une tendance apparaîtra à ce que la lumière soit réfléchie vers l'arrière en provenance du substrat optiquement transparent 10, et le rendement du boîtier électro-optique 40 diminuera. De façon générale, un indice de réfraction d'environ 1,5 pour la carte de commande 30 et la matière optiquement transparente 62 a été trouvé acceptable.
De plus, un substrat optiquement transparent fait de verre, ou analogue, comme le substrat optiquement transparent 10, a pour avantage supplémentaire d'offrir une protection accrue, vis-à-vis du milieu ambiant, au groupement 15 de dispositifs d'émission de lumière 12. Puisque la matière optiquement transparente, par exemple du verre ou analogue, peut être amenée à présenter un coefficient de dilatation thermique qui est identique à celui de la carte de commande 30, ou en est très proche, on obtient avec ce boîtier des améliorations notables en ce qui concerne la durée de vie des cycles thermiques.
On se reporte maintenant aux figures 6 et 7, qui montrent un deuxième mode de réalisation de boîtier électrostique, que l'on désignera ici sous le numéro de référence 40'. De nouveau, il faut noter que tous les composants du premier mode de réalisation qui sont identiques à des composants du deuxième mode dc réalisation, ainsi qu'à des composants déjà représentés sur les figures 1 et 3, seront désignés par des numéros identiques, auxquels un signe "prime" sera ajouté pour indiquer qu'il stagit d'un mode de réalisation différent. Le boîtier électrcptique 40', comme le boîtier électrFoptique 40, est composé d'une puce d'affichage à LED 14', qui est soudée par bosses à une carte de commande 30', par exemple une carte FR4, ou analogue, dans laquelle est définie une ouverture centrale 33', par laquelle passe une image complète produite par le groupement 15' de dispositifs d'émission de lumière 12' de la puce d'affichage à LED 14'. La carte de commande 30', qui possède une première surface principale 31' et une deuxième surface principale, opposée 32', comporte une pluralité d'interconnexions électriques, à savoir une pluralité de traversées du type trous passants plaquées 44' et, ou bien, une pluralité de grilles de connexion encastrées 45', servant à électri- quement connecter la pluralité de plots de connexion 36', placée sur la périphérie dc la carte de commande 30', avec une pluralité de circuits dispositifs d'excitation et de commande 42' montée sur une deuxième surface principale, opposéc, 32' de la carte de commande 30'. Dans ce mode de réalisation, la bague de support moulée 50' du boîtier électro-optique 40' est moulée de façon à former une pluralité de bras structurels 58, qui servent, en plus de la carte de commande 30', d'éléments principaux de support des efforts du boîtier électro-optique 40. Les bras structurels 58 sont moulés de manière monolithique en tant que partis de la bague de support 50' et font saillie en direction d'une aire centrale, comme représenté sur la figure 7, de manière à définir une ouverture centrale 59. Comme décrit en liaison avec le premier mode de réalisation, une lentille moulée 60' est formée de façon à se montcr par ajustement brusque dans l'ouverture centrale 59 définie par la pluralité de bras structurels 58 ou montée par collage à l'époxy dans cette ouverture centrale, laquelle a sensiblement les mêmes dimensions que l'ouverture centrale 33' de la carte de commande 30' et que l'image complète produite par le groupement 15' de dispositifs d'émission de lumière 12'. Selon une autre possibilité, la lentille moulée 60' peut être moulée de façon monolithique en même temps que la bague de support moulée 50' et les bras structurels 58, au moment de leur formation.
La carte de commande 30' est en relation d'interface avec une carte de circuit imprimé externe (non représentée) utilisant plusieurs grilles de connexion encastrées 51', qui sont configurées de façon à présenter une pluralité de pattes de grille de connexion (non représentées), une pluralité de broches de grille de connexion (non représentées), comme illustré sur les figures 4 ou 5, ou bien une pluralité de bosses de montage 56, qui sont illustres sur les figures 6 et 7. Comme pour la formation du boîtier Clectro-optique 40, le boîtier électro-optique 40' comporte une couche de matière optiquement transparente 62', qui est placée à l'intérieur d'une aire formée par le montage des divers composants, et un surmoulage protecteur 64', placé de façon à surmouler la puce d'affichage à
LED 14', pour faire fonction de revêtement protecteur et pour réduire les éventuels efforts exercés sur la puce d'affichage à LED 14'.
LED 14', pour faire fonction de revêtement protecteur et pour réduire les éventuels efforts exercés sur la puce d'affichage à LED 14'.
En ce qui concerne les modes de réalisation décrits, il faut comprendre que l'image produite par le groupement de dispositifs d'émission de lumière 12 sur le substrat optiquement transparent 10 est trop petite pour être correctement perçue (c'est-àdire entièrement comprise) par l'oeil humain et qu'il faut généralement appliquer un grossissement d'au moins 10 pour assurer une vision confortable et complète. La lentille 60 peut être une lentille simple à laquelle un système externe fournit un grossissement optique supplémentaire, ou bien la lentille 60 peut comporter un système d'agrandissement complet. De plus, la lentille 60 peut être fabriquée en verre, en matière plastique ou en toute autre matière et par tout procédé bien connu dans la technique de l'optique. De plus, dans certaines applications, la lentille 60 peut être un système d'agrandissement externe complet et peut ne pas être matériellement liée au boîtier électro-optique 60 en tant qu'une partie de celui-ci. Plusieurs exemples de systèmes d'agrandissement optique, qui peuvent être incorporés dans la lentille 60 ou lui être appliqués extérieurement, sont présentés sur les figures 9 à 11, et vont être expliqués ci-après.
Sur la figure 8, est représenté, sous forme simplifiée, un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 70. Le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 70 comporte un appareil générateur d'images 71, semblable aux boîtiers électro-optiques 40 et 40' décrits ci-dessus, servant à produire une image sur une surface 72. Un système optique, représenté par la lentille, ou système de lentilles, 73, est disposé à une certaine distance d'écartement de la surface 72 du dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 70 et produit une image virtuelle facilement observable pouvant être observée par l'oeil 74, luimême écarté d'une certaine distance vis-à-vis d'une ouverture 75 définie par le système de lentilles 73. Au fur et à mesure que la technique réduit la taille du boîtier électro-optique et, ou bien, des dispositifs générateurs d'images qu'il conticnt, les systèmes de lentilles nécessaires doivent être d'un plus gros grossissement et d'une plus petite taille.
Le système de lentilles 73, qui est représenté schématiquement par une lentille unique, est monté à une certaine distance de la surface 72 de façon à recevoir l'image venant dc la surface 72 ct grossir celle-ci dans une proportion prédéterminée. On comprendra naturellement que la mise au point et le grossissement du système de lentilles 73 peuvent être réglables, si cela est nécessaire, ou bien peuvent être fixes, et montés de manière fixc dans un boîtier, dans un but de simplification.
Le dégagement de l'oeil est la distance à laquelle l'oeil 74 peut être placé par rapport à l'ouverture d'observation 75 tout en observant correctement l'image, laquelle distance est appelée "d" sur la figure 8. Du fait de la taille du système de lentilles 73, le dégagement de l'oeil, soit la distance d, est suffisant pour assurer une vision confortable et est, dans le présent mode de réalisation, suffisamment grand pour permettre que l'observateur porte des lunettes normales si c'est souhaitable. Du fait du meilleur dégagement de l'oeil ainsi obtenu, l'utilisateur peut porter des verres correcteurs normaux (verres de lunette médicaux), et il est possible de réduire la complexité de la mise au point et des autres particularités réglables, ce qui simplifie, finalement, la structure du dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 70.
On se reporte à la figure 9, qui présente, sous forme simplifiée, un autre dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature. Dans le dispositif d'affichage d'images virtuelles 80 du type guide d'ondes, un appareil générateur d'images 81, analogue aux boîtiers électro-optiques 40 et 40' cidessus décrits, est fixé sur l'entrée d'un guide d'ondes optique 82 servant à fournir une image à celui-ci. Le guide d'ondes optique 82 se présente généralement sous la forme d'un parallélogramme (vue de côté) ayant ses côtés opposés 83, 84 et 85, 86, égaux et parallèles, mais non perpendiculaires aux côtés adjacents. Le côté 83 définit l'entrée ct dirige les rayons lumineux venant de l'image présente au niveau de l'appareil générateur d'images 81 sur une aire prédéterminée se trouvant sur le côté adjacent 85, généralement suivant un trajet optique défini par l'ensemble des quatre côtés. Trois lentilles de diffraction 87, 88 et 89 sont placées le long des côtés adjacents 85, 84 et 86, respectivement, en trois aires prédéterminées, et l'image virtuelle agrandie peut être observée en une sortie dans le côté 86. Ce mode de réalisation particulier illustre un dispositif d'affichage dans lequel la taille globale est quelque peu diminuée et la quantité dc matière contenue dans le guide d'ondes est diminuée pour réduire le poids et la matière utilisée.
Sur la figure 10, est présenté sous forme simplifiée un autre dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature particulier. Dans le dispositif d'affichage d'images virtuelles 90 à guide d'ondes, un guide d'ondes optique 91 de forme générale triangulaire lorsqu'on l'observe en élévation latérale est utilisé. Un appareil générateur d'images 92, analogue aux boîtiers électro-optiques 40 et 40' ci-dessus décrits, servant à produire une image, est fixésur un premier côté, 93, du guide d'ondes optique 91 et envoie des rayons lumineux qui se déplacent le long d'un trajet optique pour arriver directement sur une lentille de diffraction 94 fixée sur un deuxième côté 95. Les rayons lumineux sont réfléchis par la lentille 94 sur une lentille de diffraction 96 montée sur un troisième côté, 97. La lentille de diffraction 87 réfléchit elle aussi les rayons lumineux à travers une lentille de réfraction finale 98 qui est fixée sur la sortie du guide d'ondes optique 91, dans le côté 93, laquelle lentille de réfraction 98 définit l'ouverture d'observation du dispositif d'affichage d'images virtuelles 90 à guide d'ondes. Dans ce mode de réalisation particulier, les côtés du dispositif d'affichage d'images virtuelles 90 à guide d'ondes font certains angles entre eux, de façon que les rayons lumineux entrent et quittent réspectivement l'entrée et la sortie, perpendiculaire à celles-ci.
On se reporte maintenant aux figures 11, 12 et 13. Elles montrent rcs-vement un autre dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 selon l'invention, selon une vue de face, une vue latérale en élévation et une vue en plan de dessus. Les figures 11, 12 et 13 montrent un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 approximativement à sa taille réelle de façon à donner une indication de l'importance de la réduction de taille qui est obtenue à l'aide de l'invention. Le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 comporte un boîtier lectro-optique intégré 102, sensiblement analogue aux boîtiers 40 et 40', qui comporte, dans ce mode de réalisation particulier, 144 x 240 pixels. Chaque pixel fabriqué présente un côté d'environ 20 ssm, I'écartement entre les centres de pixels adjacents ne dépassant pas 20 fzm. Selon un mode de réalisation préféré, le boîtier lectro optique intégré 102 produit une luminance inférieure à environ 15 fL Cette très faible luminance est possible du fait que le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 produit une image virtuelle. Le boîtier électro- optique intégré 102 est monté sur le système de lentilles 104, lequel agrandit l'image d'un facteur 15 de façon à produire une image virtuelle ayant approximativement la taille d'une feuille d'une papier de 21,5 x 27,94 cm (8,5 x 11 pouces).
H faut noter ici que, puisque le boîtier électro-optique intégré 102 est très petit et qu'on utilise une image virtuelle, au lieu d'un affichage cn vue ditectc, les dimensions matérielles globales du dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 sont d'environ 3,8 cm (1,5 pouce) de large sur 1,8 cm (0,75 pouce) de hauteur et 4,6 cm (1,75 poucc) de profondeur, soit un volume total d'environ 32 cm3 (2 pouces cubiques).
On se reporte maintenant à la figure 14, où, pour faciliter la compréhension, une représentation grossie quatre fois montre le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100 de la figure 11 en élévation latérale.
Sur cette représentation, on peut voir qu'il existe un intervalle entre la surface supérieure d'une lentille 105 (sensiblement identique à la lentille 60 de l'invention) et un prisme optique 108. Le prisme optique 108 est monté de façon à réfléchir l'image venant d'une surface 110 et, de là, dans une surface de réfraction 112.
L'imagc est ensuite dirigée sur une lentille optique 114 possédant une surface d'entrée de réfraction 115 et une surface de sortie de réfraction 116. L'image venant de la lentille optique 114 est envoyée sur une lentille optique 118 qui possède une surface de réfraction d'entrée 119 et une surface de réfraction de sortie 120. De plus, dans ce mode de réalisation, au moins un élément optique de diffraction est placé sur une des surfaces, par exemple la surface 110 et, ou bien, la surface d'entrée de réfraction 115, dans le but de corriger les opérations chromatiques et d'autres opérations. L'utilisateur regarde dans la surface de réfraction de sortie 120 de la lentille optique 118 et voit une image virtuelle de grande taille parfaitement discernable qui semble se trouver en arrière du dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 100.
La figure 15 illustre un exemple d'un dispositif électronique portatif, à savoir un équipement de télécommunications portatif, par exemple un récepteur de télécommunications portatif 130 possédant un microphone manuel 131 dans lequel est monté un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132. On doit naturellement comprendre que le récepteur de télécommunications portatif 130 peut être l'un quelconque des récepteurs portatifs bien connus, par exemple un télép commande 134 servant à lancer des appels ct un dispositif d'affichage visuel normal 136, si c'est souhaitable, permettant d'indiquer le numéro appelé ou le numéro appelant. Le microphone manuel 131 possède un commutateur 138 du type que l'on pousse pour parler et un capteur vocal 140.
Sur la figure 16, est présentée une vue en coupe simplifiée du microphone manuel 131, comme on peut le voir suivant la ligne dc coupe 16-16 de la figure 15. Le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132 comporte un boîtier électroptique analogue aux boîtiers électr'O-optiques 40 ct 40', décrits ci-dessus, qui possède un appareil générateur d'images 141 servant à fournir une image à un système optique fixe 142, qui, à son tour, produit une image virtuelle que l'observateur peut observer à travers l'ouverture 144. Le système optique fixe 142 est conçu de façon à agrandir l'image toute entière qui vient de l'appareil générateur d'images 141, sans utiliser de parties mobiles, si bien que l'image virtuelle observable dans l'ouverture 144 est une image complète, qui semblc très grande (sensiblement de la taille d'une page imprimée) et que l'utilisateur peut facilement observer. Le boîtier électro-optique tout entier est relativement petit et n'ajoute pratiquement pas d'encombrement supplémentaire au micro manuel 131. Le système optique 142 est construit sans parties mobiles, à l'exception de caractéristiques facultatives telles que des moyens de mise au point, des lentilles du type à focale variable, etc. De plus, l'appareil générateur d'images 141 ne consomme que très peu d'électricité pour produire l'image et, par conséquent, ajoute peu aux exigences énergétiques du récepteur de télécommunications portatif 130.
On se reporte maintenant plus spécialement aux figures 17 et 18, qui illustrcnt un mode de réalisation dans lequel les partis identiques à des partis décrites en liaison avec les figures 15 et 16 sont désignées par des numéros identiques auxquels on a ajouté le signe "prime" pour indiquer qu'il s'agissait d'un mode de réalisation différent. Dans ce mode de réalisation, un récepteur de télécommunications portatif 130' possède un dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132' incorporé dans sa carcasse, au lieu que ce soit dans un microphone manuel. Le microphone manuel est facultatif et ce mode de réalisation particulier se révèle souhaitable dans les cas où un tel microphone manuel n'est pas utilisé ou n'est pas disponible ou dans le cas d'applications à des dispositifs de recherche de personnes, et autres, qui n'émettent pas. Le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132' est fondamentalement identique au dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132 des figures 15 et 16 et ajoute très peu à l'encombrement, au poids ou à la consommation électrique du récepteur de télécommunications portatif 130'.
La figure 19 est une vue en perspective du microphone manuel 131 des figures 15 et 16, qui montre une vue typique 150 pouvant être observée par un utilisateur qui regarde dans l'ouverture d'observation 152 du dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132, qui a été décrit en liaison avec les figures 15 à 18. La vue 150 pourrait par exemple être la vue du sol d'un bâtiment dans lequel l'utilisateur (un policier) est sur le point d'entrer. En fonctionnement, le plan au sol se trouve sur fichiers au poste de police et, lorsque le policier a besoin d'être assisté, le poste émet simplement une image vidéo représentative du plan précéEment enregistré. De même, le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132 pourrait être utilisé pour transmettre des images de personnes disparues ou de criminels recherchés, de cartes, de messages extrêmement longs, etc. De nombreuses autres variantes, par exemple un récepteur à fonctionnement silencieux dans lequel le message apparaît sur le dispositif d'affichage d'images virtuelles miniature 132 au lieu d'être un message sonore, sont possibles.
H faut noter que, dans la technique antérieure, les dispositifs de recherche de personnes et d'autres petits récepteurs dans lesquels des affichages visuels sont souhaitables, sont lourdement handicapés par la taille des dispositifs d'affichage. De façon générale, ces dispositifs d'affichage se limitent à l'affichage d'une unique et courte ligne de texte ou de plusieurs chiffres, et la taille du dispo- sitif d'affichage impose toujours la taille du récepteur. De plus, le dispositif d'affichage est plus net et plus facile à lire et, puisqu'il utilise un affichage virtuel, il a besoin que d'une treks faible puissance électrique pour fonctionner. De ce fait, le present dispositif d'affichage utilisant le boîtier électro-optique selon l'invention a besoin de moins d'électricité que tout dispositif d'affichage à vue directe normalement utilisé dans les équipements électroniques, et, par conséquent, il peut être fabriqué à une taille beaucoup plus petite.
Ainsi, I'invention montre et démontre des boîtiers électro-optiques intégrés qui possèdent une puce d'affichage, une carte de commande, une bague de support moulée et au moins un composant optique moulé, dont la taille n'est pas limitée par celle des connexions électriques dudit système optique, et qui sont notablement plus petits que les boîtiers intégrés antérieurs effectuant les mêmes fonctions. De plus, I'invention montre et démontre un boîtier électro-optique intégré qui contient un groupement de dispositifs générateurs de lumière formés sur un substrat, montés sur une carte de commande, laquelle est en relation d'interface électrique avec une bague de support moulée. La carte de commande dans laquelle est définie une ouverture centrale, est utilisée en combinaison avec des éléments optiques qui y sont montés directement, formés de façon monolytique avec la bague de support moulée, ou bien qui sont placés à l'intérieur d'une ouverture centrale formée par une pluralité de bras structurels de la bague de support moulée, de façon à créer un boîtier éItctro-optique compact dans son ensemble et rentable à fabriquer du point de vue du coût.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des boîtiers et de leurs procédés de fabrication, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Boîtier électreoptique intégré, caractérisé par:
un substrat optiquement transparent (10) sur lequel est formé un groupement de dispositifs d'émission de lumière (15) qui coopèrent pour former une image complète, le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15) étant disposé en rangées et en colonnes de façon à définir tous les pixels de l'image complète et étant fonctionnellement raccordé à une pluralité de plots de connexion adjacents à des bords externes du substrat optiquement transparent (10);
une carte de commande (30), dans laquelle est définie une ouverture centrale (33) ayant sensiblement les mêmes dimensions que l'image complète produite par le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15), et qui comporte une première pluralité de plots de connexion (35) formés sur une surface entourant l'ouverture centrale (33) et une deuxième pluralité de plots de connexion (36) formés sur une surface située sur la périphérie de la carte de commande (30), la première pluralité de plots de connexion (35) et la deuxième pluralité de plots de connexion (36) ayant une pluralité de conducteurs électriques (34) qui s'étendent entre cux, la pluralité de plots de connexion du groupement de dispositifs d'émission de lumière (15) étant soudée par bosses à la première pluralité de plots de connexion (35) de la carte de commande (30); et
une bague de support moulée (50), dans laquelle sont encastrées une pluralité de grilles de connexion (51), qui sont en relation d'interface électrique avec la carte de commande (30) et la soutiennent, et qui comporte en outre une pluralité de connexions électriques externes (52 et 54).
2. Boîtier électro-optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en outre par une pluralité de circuits dispositifs d'excitation (42) placés sur la carte de commande (30) et connectés au groupement de dispositifs d'émission de lumière (15) via la pluralité de plots de connexion (35 et 36) de la carte de commande (30) et la pluralité de plots de connexion du substrat optiquement transparent (10).
3. Boîtier électro optique intégré selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que la carte de commande (30) est dotée d'une pluralité de conducteurs électriques (34), qui connectent électriquement la première pluralité de plots de connexion (35) formée sur la carte de commande (30) avec la pluralité de circuits dispositifs d'excitation (42).
4. Boîtier électro-optiqut intégré selon la revendication 3, caractérisé en outre cn ce que la pluralité de conducteurs électriques (34) connectent électriquement la première pluralité de plots de connexion (35) et la deuxième pluralité de plots de connexion (36) formées sur la carte de commande (30), et la pluralité de circuits dispositifs d'excitation (42) comporte une des pluralités formées par une pluralité de grilles de connexion encastrées (45) et une pluralité de traversees du type trous passants plaquées (44).
5. Boîtier Clectro-optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que la carte de commande (30) porte, sur une surface principale (31), une lentille moulée (60), ayant les mêmes dimensions que l'image complète produite par le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15), afin de recevoir et d'agrandir l'image complète et de produire une image virtuelle aisément observable (150).
6. Boîtier ilectro-optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que, sur la bague de support moulée (50), sont formés, de façon monolithique, une pluralité de bras structurels (58) faisant saillie d'une structure périphérique de la bague en direction d'une aire centrale de la bague de support moulée (50).
7. Boîtier électro-optique intégré selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que la pluralité de bras structurels (58) définit, à l'intérieur de l'aire centrale, une ouverture (59) dans laquelle une lentille moulée (60) est placée, qui présente les mêmes dimensions que l'image complète produite par le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15), afin de recevoir et d'agrandir l'image complète et de produire une image virtuelle aisément observable (150).
8. Boîtier électro-optique selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que, sur la bague de support moulée (50), est en outre formée de façon monolithique, à l'intérieur de l'aire centrale, une lentille moulée (60), qui présente les mêmes dimensions que l'image complète produite par le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15), afin de recevoir et d'agrandir l'image complète et de produire une image virtuelle aisément observable (150).
9. Boîtier électro-optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que le groupement de dispositifs d'émission de lumière (15) comporte une pluralité d'éléments électroluminescents organiques qui comportent chacun une première couche conductrice (18) disposée sur une surface principale (11) du substrat optiquement transparent (10), au moins une couche de matière organique (19) placée sur la première couche conductrice (18), et une deuxième couche conductrice (21) placée sur la ou les couches de matière organique (19), la ou les couches de matière organique (19) présentes sur la première couche conductrice (18) comportant une couche du groupe de couches formé par une couche de polymère et une couche de composé organique à faible poids moléculaire.
10. Procédé de fabrication d'un boîtier électro-optique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:
former une pluralité de dispositifs d'émission de lumière (12) sur une surface principale (11) d'un substrat optiquement transparent (10), chacun des dispositifs d'émission de lumière (12) possédant une première et une deuxième électrodes (16 et 17) servant à activer les dispositifs d'émission de lumière (12), les dispositifs d'émission de lumière (12) définissant une pluralité de pixels disposés suivant des rangées et des colonnes et coopérant pour produire une image complète, lorsqu'ils sont activés, en une partie centrale (13) de la surface principale (11), le substrat optiquement transparent (10) étant en outre doté de plots de connexion externes adjacents à ses bords extérieurs et placés à l'extérieur de la partie centrale (13) de la surface principale (11), la pluralité de premières électrodes (16) des dispositifs d'émission de lumière (12) étant connectée à une première pluralité des plots de connexion externes définissant des rangées de pixels, et la pluralité de deuxièmes électrodes (17) des dispositifs d'émission de lumière (12) étant connectée à une deuxième pluralité des plots de connexion externes définissant des colonnes de pixels;
former une carte de commande (30) dans laquelle est définie une ouverture centrale (33), et qui présente une première surface principale (31) et une deuxième surface principale, opposée, (32), former des premier et deuxième moyens de connexion électrique (35 et 36) sur la deuxième surface principale opposée (32), une pluralité d'interconnexions électriques (34) étant formée entre les premier et deuxième moyens de connexion électrique (35, 36), et former un moyen de connexion électrique sur la première surface principale (31) de la carte de commande (30), une pluralité d'interconnexions électriques (45) étant formées entre le moyen de connexion électrique présent sur la première surface principale (31) et les premier et deuxième moyens de connexion électrique (35 et 36) présents sur la deuxième surface principale opposée (32);
former une pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande (42) qui possèdent une pluralité de bornes d'entrée de données et qui possèdent en outre une pluralité de bomes de sortie de signaux de commande destinées à être connectées aux premières et deuxièmes électrodes (16 et 17) des dispositifs d'émission de lumière (12) afin d'activer les dispositifs d'émission de lumière (12) pour qu'ils produisent des images complètes en fonction d'une pluralité de signaux de données appliqués à la pluralité de bornes d'entrée de dom:ees;
monter le substrat optiquement transparent (10) sur la deuxième surface principale oppose (32) de la carte de commande (30), le premier moyen de connexion électrique (35 et 36) de la carte de commande (30) étant en contact électrique avec les première et deuxième pluralités de plots de connexion externes du substrat optiquement transparent (10);
monter la pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande (42) sur la première surface principale (31) de la carte de commande (30), la pluralité de bomes de sortie de signaux de commande étant en contact électrique avec la pluralité de plots de connexion (35 et 36) présents sur la première surface principale (31) de la carte de commande (30); et
mouler une bague de support (50) sur la périphérie extérieure de la carte de commande (30), la bague possédant une pluralité de grilles de connexion encastrées (51) qui y sont supportées, en interface électrique avec la carte de commande (30), les dispositifs d'émission de lumière (12) et la pluralité de circuits dispositifs d'excitation et dispositifs de commande (42).
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|---|---|---|---|
| US08/610,501 US5699073A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Integrated electro-optical package with carrier ring and method of fabrication |
Publications (1)
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|---|---|
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