FR2923084A1 - Diode organique electroluminescente de type vumetre. - Google Patents
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Abstract
Diode (10) dont l'une (3) des couches conductrices présente une résistance surfacique adaptée pour que, lorsqu'on applique une tension d'alimentation entre un élément de connexion (31) avec cette couche conductrice (3) et l'autre couche conductrice (7), on génère une distribution de potentiel à la surface de cette couche conductrice résistive qui est apte à provoquer une émission de lumière par une portion de la surface de la couche organique électroluminescente (5) qui est proportionnelle à cette tension d'alimentation. Cette diode est avantageusement utilisée pour visualiser la valeur de signaux.
Description
Il est connu un dispositif d'affichage de type vumètre comprenant plusieurs diodes électroluminescentes réparties selon une ligne et connectées à un circuit de commande et à un dispositif d'alimentation propre à alimenter chaque diode par une même valeur de tension prédéfinie. Le circuit de commande est apte à recevoir un signal d'entrée et à commander de façon séquentielle et discrète l'alimentation d'un certain nombre de diodes en fonction de la valeur du signal d'entrée, de sorte que le nombre de diodes allumées soit représentatif du signal d'entrée. Ce dispositif d'affichage est notamment utilisé dans des postes radios pour afficher la fréquence d'un signal audio. Toutefois, ce dispositif d'affichage est compliqué. Le document US3928864 décrit un dispositif d'affichage de type vumètre comprenant une seule diode allongée en forme de colonne comprenant, entre deux électrodes d'alimentation qui s'étendent sur la longueur de cette colonne, une couche inorganique électroluminescente et une couche isolante qui s'étendent également sur la longueur de cette colonne. L'une des électrodes est résistive, de sorte que, lorsqu'on applique une tension d'alimentation entre les électrodes, un gradient de potentiel se forme le long de l'électrode résistive, et la diode s'illumine sur une hauteur de colonne qui est proportionnelle à sa tension d'alimentation. Un but de l'invention est d'améliorer la visualisation de signaux par un dispositif de type vumètre. A cet effet, l'invention a pour objet une diode électroluminescente comprenant, sur un substrat, au moins une couche organique électroluminescente intercalée entre une couche conductrice inférieure (3) et une couche conductrice supérieure, où l'une au moins desdites couches conductrices, dite alors résistive , présente, en certaines zones au moins de sa surface, une résistance surfacique adaptée pour que, lorsqu'on applique une tension d'alimentation entre au moins un élément de connexion dit inférieur avec la couche conductrice inférieure et au moins un élément de connexion dit supérieur avec la couche conductrice supérieure, on génère une distribution de potentiel à la surface de ladite couche conductrice résistive qui est apte à provoquer une émission de lumière par une portion de la surface de la couche organique électroluminescente qui est proportionnelle à ladite tension d'alimentation, pourvu que ladite tension d'alimentation soit comprise dans une gamme donnée de valeurs [Uth, Ucell], dite gamme de fonctionnement.
En résumé, en fonction de sa tension d'alimentation, la surface émissive de cette diode varie d'une valeur zéro à une valeur maximum qui correspond à l'ensemble de la surface de couche organique électroluminescente qui est intercalée entre les deux couches conductrices. On aboutit ainsi à une diode de type vumètre simple et économique donnant des indications visuelles sur le niveau de sa tension d'alimentation. Par l'intermédiaire d'un générateur de tension apte à générer une tension proportionnelle à un signal, cette diode permet de visualiser la valeur d'un signal. Dans le cas d'une diode de type vumètre colonne , la couche conductrice résistive a la forme d'une colonne ; on dispose généralement un seul élément ou plot de connexion à l'une des extrémités de la colonne. Ainsi, au fur et à mesure qu'on monte la tension d'alimentation de la diode, la surface émissive de cette diode croît à partir de cette extrémité de la colonne.
A la diode électroluminescente est associée une tension seuil d'émission de l'au moins une couche électroluminescente. Lorsque cette diode est sous tension, la portion de surface de la couche organique électroluminescente qui émet de la lumière correspond aux zones de couches conductrices en regard les unes des autres entre lesquelles il existe une différence de potentiel qui est supérieure à la tension de seuil d'émission de la couche électroluminescente. En pratique, la diode commence à émettre de la lumière sur une portion réduite de sa surface dès que sa tension d'alimentation dépasse une tension seuil de fonctionnement Uth ; à l'opposé de sa gamme de fonctionnement, la diode émet de la lumière sur l'ensemble de sa surface émissive dès que sa tension d'alimentation atteint une tension plafond de fonctionnement Uceii .
L'intervalle [Uth, Ueeii] forme alors la gamme de fonctionnement de cette diode. En dehors de la gamme de fonctionnement de la diode, la portion de surface d'émission de la diode ne dépend plus de sa tension d'alimentation ; pour une tension d'alimentation inférieure à la tension seuil de fonctionnement Uth, la diode n'émet plus de lumière ; lorsque sa tension d'alimentation augmente au-delà de la tension plafond de fonctionnement Ueell, la surface émissive de la diode n'augmente plus. L'invention a également pour objet un dispositif d'affichage de type vumètre comprenant au moins une diode électroluminescente selon l'invention et des moyens de fourniture d'une tension variable connectés aux points de connexion inférieur et supérieur de cette diode, les moyens de fourniture étant aptes à générer une tension de sortie variable dont la valeur est propre à correspondre à la valeur d'un signal d'entrée à afficher, lorsque la tension variable est appliquée entre les points de connexion inférieur et supérieur de la diode. L e dispositif d'affichage de type vumètre est alors apte à donner une représentation visuelle de la valeur du signal d'entrée. L'ensemble des couches de la diode est déposé sur un substrat. Généralement, l'une des couches conductrices, inférieure ou supérieure, sert d'anode, et l'autre sert de cathode. De préférence, l'une au moins des deux couches conductrices est transparente ou semi-transparente à la lumière émise. Selon le cas, c'est la couche conductrice transparente qui est au contact du substrat, et la diode émet alors de la lumière vers le bas au travers du substrat ( back emitting en langue anglaise) ; ou c'est la couche conductrice transparente qui est au contact du substrat, et la diode émet alors de la lumière vers le bas au travers du substrat ( back emitting ou bottom emission en langue anglaise). De préférence, entre au moins une couche conductrice et l'au moins une couche organique électroluminescente, la diode comprend une couche organique de transport de charges : transport d'électrons du côté de la couche conductrice servant de cathode, transport de trous du côté de la couche conductrice servant d'anode. Cette couche de transport peut être en matériau semiconducteur non dopé, ou dopé en dopant accepteur ou en dopant donneur d'électrons. De préférence, entre cette couche de transport de charges et l'au moins une couche organique électroluminescente, la diode comprend une couche, organique ou minérale, de blocage de charges : blocage de trous du côté de la couche de transport d'électrons, blocage d'électrons du côté de la couche de transport de trous. Le matériau organique de la couche électroluminescente est adapté pour émettre une lumière de couleur donnée, par suite de recombinaisons d'électrons et de trous en son sein. L'émission peut être intrinsèque au matériau de base de cette couche, et/ou provenir d'un ou plusieurs dopants luminescents ou phosphorescents de cette couche. La couleur d'émission peut être par exemple le vert, le rouge ou le bleu. De préférence, la distribution des couleurs d'émission sur ladite portion de surface de la couche organique qui émet de la lumière varie également en fonction de ladite distribution de potentiel à la surface de ladite couche conductrice résistive. Avantageusement, lorsqu'on utilise alors cette diode pour visualiser la valeur d'un signal, on obtient non seulement un affichage visuel du niveau du signal comme précédemment, mais aussi une couleur différente selon ce niveau : ceci permet par exemple, pour un indicateur de vitesse, d'afficher les niveaux bas de vitesse en couleur dominante verte, et les niveaux élevés de vitesse en couleur dominante rouge, avec des couleurs composées intermédiaires, comme le jaune, pour les niveaux intermédiaires. Un autre avantage est que, même lorsque la tension d'alimentation croît au-delà de la tension plafond de fonctionnement au-delà de laquelle la surface émissive ne varie plus, la distribution des couleurs dans cette surface continue, elle, de changer en fonction de la tension d'alimentation. On aboutit ainsi à une diode de type vumètre donnant des indications visuelles plus nombreuses sur le niveau de sa tension d'alimentation, c'est-à-dire sur le niveau du signal à visualiser. De préférence, selon une première variante de diode à distribution de couleur variable, la diode comprend une seule couche organique électroluminescente. L'art antérieur propose plusieurs solutions pour obtenir une couche organique électroluminescente dont le spectre d'émission dépend de la différence de potentiel appliquée à cette couche : - L'article intitulé Spectral tuning of electroluminescence in conjugated copolymers by application of an external electric field , de D. DAVIDOV et a I., publié en mars 1996 dans la revue Advanced Materials, vol.8, No.3, pp. 234-237, qui décrit un système copolymère adapté ; -L'article intitulé Voltage color tunable OLED with (Sm, Eu)-R-diketonate complex blend , de R.REYES et al., publié le 21 septembre 2004 dans Chemical Physics Letters, vol. 396, No. 1-3, pages 54-58, qui propose d'utiliser les mélanges de complexes (Sm, Eu)-R-diketonate pour réaliser la couche électroluminescente ; - L'article intitulé Energy transfer in the color-tunable organic electroluminescence by voltage modulation , par Ting ZHANG et al., publié en décembre 2001 dans la revue Chinese Journal of Luminescence, vol.22, no.4, pp. 347-350, qui utilise le dopage de la couche organique électroluminescente par un colorant ; - L'article intitulé Voltage tunable multicolor light emitting diodes based on a dye-doped polythiophene derivative , de A. KAUR et al., publié le 14 février 2002 dans la revue Synthetic Metals, vol.126, no.2-3, pp. 283-288, qui utilise également le dopage de la couche organique électroluminescente par un colorant ; - les documents US6229505, JP6342690, JP6093257A. De préférence, selon une deuxième variante de diode à distribution de couleur variable, la diode comprend, entre lesdites deux couches conductrices, une pluralité de couches organiques électroluminescentes superposées qui sont aptes à émettre de la lumière de couleurs différentes.
Le matériau organique de chaque couche organique électroluminescente est de préférence adapté pour émettre une lumière de couleur donnée. Par exemple, dans le cas de trois couches organiques électroluminescentes, on peut trouver une première couche susceptible d'émettre une lumière de couleur verte, une deuxième couche susceptible d'émettre une lumière de couleur rouge, et une troisième couche susceptible d'émettre une lumière de couleur bleue ; ainsi, lorsque les trois couches émettent simultanément dans une proportion de lumière donnée, la lumière globale émise par la diode pourra présenter une teinte blanche.
Des couches intermédiaires peuvent être intercalées entre ces différentes couches organiques électroluminescentes. L'art antérieur propose plusieurs solutions pour obtenir un empilement de couches organiques électroluminescentes adapté pour obtenir un spectre d'émission qui dépend de la différence de potentiel appliquée à cet empilement : - L'article intitulé Color-tunable multilayer light-emitting diodes based on conjugated polymers , de CC. HUANG et al., publié le 16 février 2004 dans la revue Applied Physics Letters, vol.84, no.7, pp. 1195-1197 propose l'empilement de trois couches organiques électroluminescentes, une pour le rouge, une autre pour le vert et une troisième pour le bleu ; - L'article intitulé Voltage-tunable-color triple-layer organic light emitting diodes de Liu ZUGANG et al., publié en 1998 dans Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering, vol.3175, pp. 142-145, 1998.
La surface maximum d'émission de la diode, qui correspond à l'ensemble de la surface de couche organique électroluminescente qui est intercalée entre les deux couches conductrices, peut présenter une forme polygonale, voire une forme étoilée. Comme forme polygonale, on peut par exemple trouver une forme triangulaire, une forme rectangulaire, notamment en colonne, une forme carrée, une forme de pentagone. De préférence, la surface de l'au moins une couche conductrice dite résistive de la diode selon l'invention présente donc une forme polygonale ayant au moins trois côtés et en ce qu'un élément de connexion à cette couche est disposé le long de deux côtés, adjacents ou opposés.
Les différents éléments de connexion sont de préférence reliés au même potentiel, notamment par un conducteur adapté. Dans le cas d'une couche conductrice résistive en forme de colonne, on dispose un élément ou plot de connexion à chaque extrémité de la colonne. Ainsi, au fur et à mesure qu'on monte la tension d'alimentation de la diode, la surface émissive de cette diode croît à partir des deux extrémités de la colonne. Ainsi, dans le cas d'une couche conductrice résistive en forme de triangle, on dispose un élément de connexion le long d'au moins deux côtés du triangle. Comme élément de connexion, on peut notamment utiliser une électrode d'argent déposée par sérigraphie sur les côtés du triangle. De préférence, la surface de l'au moins une couche conductrice dite résistive de la diode selon l'invention présente une forme polygonale ou en étoile ayant au moins trois sommets et en ce qu'un élément ou plot de connexion à cette couche est disposé sur chacun desdits sommets. Ainsi, au fur et à mesure qu'on monte la tension d'alimentation de la diode, la surface émissive de cette diode croît à partir de chaque sommet de la couche conductrice résistive.
Les différents plots de connexion sont de préférence reliés au même potentiel, notamment par un conducteur adapté. De préférence, l'au moins une couche conductrice dite résistive de la diode est à base d'un oxyde conducteur transparent, comme par exemple l'ITO ( Indium Tin Oxide en langue anglaise).
L'invention a également pour objet un dispositif comprenant une pluralité de diodes selon l'invention, dont les éléments de connexion inférieurs sont reliés entre eux, dont les éléments de connexion supérieurs sont reliés entre eux, où, à chacune des diodes est associée une gamme spécifique de fonctionnement, caractérisé en ce que la gamme de fonctionnement de chaque diode présente au moins une partie, généralement centrale, qui n'appartient à la gamme de fonctionnement d'aucune autre diode dudit dispositif et au moins une autre partie, généralement d'extrémité, qui appartient à la gamme de fonctionnement d'au moins une autre diode dudit dispositif.
Les différentes diodes de ce dispositif sont donc branchées en parallèle. Un avantage de ce dispositif est qu'il permet de visualiser le niveau d'une tension dans une très large gamme de valeurs, les diodes prenant le relais l'une l'autre pour l'affichage du niveau de tension. Dès que, ou même avant que, la tension dépasse la tension plafond de fonctionnement d'une diode, une autre diode commence à émettre, parce que cette tension correspond à la tension seuil de fonctionnement de cette autre diode.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - les figures 1 et 2 représentent une vue en coupe d'une diode selon un premier mode de réalisation de l'invention ainsi que la répartition du potentiel le long de la surface de la couche conductrice résistive de cette diode, respectivement pour une tension d'alimentation Va et Vb ; - les figures 3 et 4 représentent une vue de dessus de l'affichage de la diode de la figure 1, respectivement pour une tension d'alimentation Va et Vb ; - les figures 5 à 8 représentent une vue de dessus d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention comprenant deux diodes 10, 11 selon le premier mode de réalisation de l'invention ainsi que la répartition du potentiel le long de la surface de la couche conductrice résistive de ces diodes, respectivement pour une tension d'alimentation Va, Vb, Vc, Vd ; - la figure 9 représente une vue en coupe d'une diode selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ainsi que la répartition du potentiel le long de la surface de la couche conductrice résistive de cette diode, pour une tension d'alimentation V'b, et la répartition en trois zones de couleurs d'émission différente de la surface d'émission ; - les figures 10 et 11 représentent des variantes concernant essentiellement la forme de la surface d'émission de la diode de la figure 1. On va maintenant décrire une diode 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention, destinée à servir à l'affichage d'un signal d'entrée via un générateur de tension variable propre à recevoir ce signal d'entrée et à délivrer, en sortie, une tension d'alimentation de la diode qui est proportionnelle au signal d'entrée à afficher. En référence aux figures 1 et 2, cette diode 10 comprend un substrat 2 sur lequel est déposé une couche conductrice inférieure 3, qui est ici transparente et résistive, et qui sert d'anode. On utilise notamment l'ITO pour cette couche. L'épaisseur constante de cette couche est déterminée comme mentionné ci après ; elle est généralement comprise entre 40 et 200 nm. Sur cette couche conductrice inférieure 3, on dépose une couche de transport de trous 4, une couche organique électroluminescente 5, une couche de transport d'électrons 6, et une couche conductrice supérieure 7, qui est ici réflective. On utilise de préférence un métal pour cette couche. L'épaisseur de cette couche métallique est suffisante pour être totalement réfléchissante à la lumière émise par la diode et pour obtenir, lorsque la diode émet de la lumière, une distribution approximativement uniforme du potentiel sur toute la surface de cette couche. L'aluminium, par exemple, est bien adapté pur cette couche, grâce à sa haute réflectivité et à sa haute conductivité. L'épaisseur de cette couche est alors par exemple de 200 nm.
La couche organique électroluminescente 5 est ici une couche d'épaisseur constante, de l'ordre de 40 nm, qui est formée par exemple de AIg3 tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium. Pour l'alimentation de la diode, un élément de connexion inférieur 31 ou plot est appliqué au contact d'une extrémité de la couche conductrice inférieure, et un élément de connexion supérieur 71 est appliqué au contact de la couche conductrice supérieure. Chacune des deux bornes de sortie du générateur de tension variable est reliée à l'un des éléments de connexion, inférieur 31 ou supérieur 71, de la diode. La diode est donc alimentée via ces éléments de connexion.
L'ensemble de la surface de couche organique électroluminescente 5 qui est intercalée entre les deux couches conductrices forme la surface émissive maximum de la diode. Les surfaces des différentes couches sont adaptées pour que cette surface émissive maximum ait ici une forme rectangulaire de colonne. Des variantes de cette forme de colonne seront décrites ultérieurement en référence aux figures 10 et 11. Le substrat 2 est constitué d'une plaque transparente par exemple réalisée dans du verre ou du plastique. Il présente une épaisseur comprise entre 0,7 et 1,1 millimètres. Le substrat 2 possède une première face principale sur laquelle la couche conductrice inférieure 3 est fixée et une seconde face principale opposée à la première face principale. La seconde face principale comprend une zone rectangulaire en forme de colonne, propre à être traversée par la lumière émise par la diode 10, et une échelle graduée fixée le long de cette zone. Cette zone est appelée surface d'affichage dans la suite de la description. Cette zone correspond à la surface émissive maximum de la diode. L'échelle est graduée de façon continue sur une plage de valeurs correspondant aux valeurs possibles du signal d'entrée à visualiser.
La valeur de la tension de sortie délivrée par le générateur de tension variable est propre à correspondre à la valeur du signal d'entrée selon une cartographie préétablie. La cartographie est réalisée au cours d'une phase d'apprentissage pour mettre en correspondance les différentes valeurs possibles du signal d'entrée avec les valeurs de tension à appliquer à la diode 10 afin que la zone éclairée de la surface d'affichage corresponde à la valeur du signal d'entrée sur l'échelle graduée. L'épaisseur de la couche conductrice inférieure résistive 3, et donc la résistivité surfacique qui en découle, est adaptée pour que, lorsque le générateur de tension applique une tension d'alimentation à cette diode 10, on génère une distribution de potentiel à la surface de cette couche conductrice résistive 3 qui est apte à engendrer, en fonction de cette tension d'alimentation, une variation de la surface émissive de cette diode et donc de la zone éclairée de la surface d'affichage. En fonctionnement, une valeur d'entrée Sa d'un signal d'entrée est appliquée au générateur de tension variable, qui génère une tension Vade valeur correspondant à la valeur d'entrée Sa. Cette valeur Va de la tension d'alimentation de la diode est ici supérieure à une tension seuil de fonctionnement Uth lo. La distribution du potentiel U Io qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure 3, en forme de colonne, est représentée au bas de la figure 1, en fonction de la distance Dlo à l'élément de connexion 31 à la couche conductrice résistive 3. La limite Dlo a de la zone de potentiel constant correspond à la limite de la surface émissive de la diode et définit donc, en référence aux figures 1 et 3, la longueur Lio a de la partie de colonne de couche émissive 5 qui émet alors de la lumière.
Lorsque la tension Va, de valeur par exemple égale à 2,5 V, alimente la diode, une portion de la surface d'affichage s'éclaire de sorte que la valeur du signal d'entrée Da correspondant à la tension Va peut être lue sur l'échelle graduée par l'utilisateur. La longueur Lio a de colonne de couche émissive 5 qui émet de la lumière correspond aux zones de couches conductrices 3, 7 en regard les unes des autres entre lesquelles il existe une différence de potentiel qui est supérieure à la tension de seuil d'émission de la couche électroluminescente 5, aux chutes de potentiel près à travers les couches de transport 4 et 6, ou autres couches éventuelles intermédiaires. Cette tension de seuil d'émission dépend de la nature et de l'épaisseur de la couche organique électroluminescente et des couches de transport. Puis, une valeur d'entrée Sb > Sa d'un signal d'entrée est appliquée au générateur de tension variable, qui génère une tension Vb > Va de valeur correspondant à la valeur d'entrée Sb. On considère ici que la tension Vb est inférieure à une tension plafond de fonctionnement Uceü lo. La distribution du potentiel Ulo qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure 3, en forme de colonne, est représentée au bas de la figure 2, en fonction de la distance Dlo à l'élément de connexion 31 à la couche conductrice résistive 3. La limite Dio b de la zone de potentiel constant correspond à la limite de la surface émissive de la diode et définit donc, en référence aux figures 2 et 4, la longueur Lio b de la partie de colonne de couche émissive 5 qui émet alors des photons. Lorsque la tension Vb, de valeur par exemple égale à 2,8 V, alimente la diode, une portion de la surface d'affichage s'éclaire de sorte que la valeur du signal d'entrée Sb correspondant à la tension Vb peut être lue sur l'échelle graduée par l'utilisateur. Comme la valeur de la tension Vb est supérieure à la valeur de la tension Va, la longueur Lio b est supérieure à la longueur Lio a car les zones de couches conductrices 3, 7 en regard les unes des autres entre lesquelles il existe une différence de potentiel qui est supérieure à la tension de seuil d'émission de la couche électroluminescente 5 s'étendent sur une plus grande longueur Lio b. Ainsi, la diode 10 apporte une représentation visuelle des valeurs Sa et Sa du signal d'entrée. En pratique, la diode 10 commence à émettre de la lumière sur une portion réduite de sa surface dès que sa tension d'alimentation dépasse une tension seuil de fonctionnement Utn io ; à l'opposé de la gamme de fonctionnement, la diode émet de la lumière sur l'ensemble de sa surface émissive dès que sa tension d'alimentation atteint une tension plafond de fonctionnement Uceü io . L'intervalle [Utn io, Ueeil io] forme alors la gamme de fonctionnement de cette diode. Par interpolation, la diode est susceptible d'apporter une représentation de multiples valeurs SX du signal d'entrée, pourvu que la valeur VX de la tension qui correspond à ce signal soit comprise dans cet intervalle de fonctionnement [Utn io, Ueeil io]. En dehors de cette gamme de fonctionnement, la portion de surface d'émission de la diode ne dépend plus de sa tension d'alimentation ; pour une tension d'alimentation inférieure à la tension seuil de fonctionnement Uth io, la diode n'émet plus de lumière ; lorsque sa tension d'alimentation augmente au-delà de la tension plafond de fonctionnement Uceü lo, la surface émissive de la diode n'augmente plus.
En variante de la diode 10 décrite ci-dessus, on trouve des diodes : -dotées en outre d'au moins une couche de blocage de charge : blocage de trous du côté de la couche de transport d'électrons, blocage d'électrons du côté de la couche de transport de trous ; - dont l'une des couches de transport est électroluminescente, ou est dopée en un dopant photoluminescent ; - dont l'une au moins des couches conductrices est en polymère conducteur ; - dont l'une au moins des couches conductrices est composite, c'est-à-dire formée de plusieurs sous-couches.
Les figures 10 et 11 représentent des variantes concernant la forme de la surface émissive de la diode et les éléments de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode : - diode 13 avec une couche conductrice résistive et une couche émissive en forme d'étoile à cinq branches à la figure 10, avec un élément de connexion à l'extrémité de chaque branche ; tous les éléments de connexion 311, 312, 313, 314, 315 sont reliés au même potentiel par un conducteur externe non représenté ; ainsi, au fur et à mesure qu'on monte la tension d'alimentation de la diode, la surface émissive de cette diode croît à partir de chaque sommet de l'étoile vers son centre. - diode 14 avec une couche conductrice résistive et une couche émissive en forme de triangle à la figure 11, avec un élément de connexion formé par une électrode 316 appliquée au centre du triangle sur toute sa hauteur ; ainsi, au fur et à mesure qu'on monte la tension d'alimentation de la diode, la surface émissive de cette diode croît du centre vers deux sommets opposés du triangle. Les formes des différentes couches des diodes 13, 14 sont adaptées d'une manière connue en elle-même pour obtenir ces différentes formes de surface émissive. On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation d'une diode selon l'invention dans lequel la distribution des couleurs d'émission de la surface d'émission de la diode ou de la partie éclairée de la surface d'affichage varie en fonction de la tension d'alimentation de la diode. En référence à la figure 9, la diode 12 selon ce mode de réalisation est identique à celle 10 qui vient d'être décrite, à la différence près qu'elle comprend trois couches organiques électroluminescentes superposées aptes à émettre des couleurs différentes, une première 51 pour le rouge, une deuxième 52 pour le vert et une troisième 53 pour le bleu. On trouvera dans l'article précédemment cité Color-tunable multilayer light- emitting diodes based on conjugated polymers , de CC. HUANG et al., des indications utiles pour la réalisation d'une telle diode. A cette diode électroluminescente 12 est associée, comme précédemment, une tension seuil d'émission de l'ensemble des couches électroluminescentes. Comme précédemment, lorsqu'on alimente cette diode 12 sous une tension V'b, la portion de surface de la couche organique électroluminescente qui émet de la lumière correspond aux zones de couches conductrices en regard les unes des autres entre lesquelles il existe une différence de potentiel qui est supérieure à la tension de seuil d'émission Utn 12 de l'ensemble des couches électroluminescentes. Mais la différence ici est que cette différence de potentiel entre ces zones de couches conductrices se distribue différemment entre les couches organiques électroluminescentes superposées selon la valeur de cette différence de potentiel. Cette variation de distribution de potentiel dans l'épaisseur des couches organiques électroluminescentes 51, 52, 53 induit alors des niveaux d'émission différents de chaque couche organique électroluminescente, et, comme ces différentes couches organiques électroluminescentes émettent des couleurs différentes, cette variation de distribution de potentiel dans l'épaisseur induit des variations de couleur globale d'émission de la diode. Comme représenté à la figure 9, pour une tension d'alimentation V'b comprise dans l'intervalle de fonctionnement [Uth 12, Ueeil 121, la surface d'émission s'étend sur une longueur L12 _b et se distribue en trois zones : - une zone R12 _b où seulement la couche organique électroluminescente 51 émet de la lumière rouge ; dans cette zone R12 b, la distribution de potentiel dans l'épaisseur de l'empilement des couches électroluminescente est telle que seule la couche 51 émet de la lumière ; - une zone Y12 _b où la couche organique électroluminescente 51 émet de la lumière rouge et la couche organique électroluminescente 52 émet de la lumière verte, la combinaison des émissions donnant lieu à une teinte jaune ; dans cette zone Y12 b, la distribution de potentiel dans l'épaisseur de l'empilement des couches électroluminescente est telle que seule la couche 53 n'émet pas la lumière ; - une zone W12 _b où la couche organique électroluminescente 51 émet de la lumière rouge, la couche organique électroluminescente 52 émet de la lumière verte, et la couche organique électroluminescente 53 émet de la lumière bleue, la combinaison des émissions donnant lieu à une teinte blanche ; dans cette zone W12 b, la distribution de potentiel dans l'épaisseur de l'empilement des couches électroluminescente est telle que toutes les couches émettent de la lumière. Ainsi, un avantage de cette variante préférentielle de l'invention est que c'est non seulement la surface émissive de la diode, mais aussi la distribution des couleurs dans cette surface émissive qui dépendent de la tension d'alimentation de la diode. Un autre avantage est que, même lorsque la tension d'alimentation croît au-delà de la tension plafond de fonctionnement au-delà de laquelle la surface émissive ne varie plus, la distribution des couleurs dans cette surface continue, elle, de changer en fonction de la tension d'alimentation. On aboutit ainsi à une diode de type vumètre donnant des indications visuelles plus nombreuses sur le niveau de sa tension d'alimentation. Lorsqu'on utilise cette diode pour visualiser la valeur d'un signal comme décrit par exemple dans le premier mode de réalisation, on obtient non seulement un affichage visuel du niveau du signal comme précédemment, mais aussi une couleur différente selon ce niveau : ceci permet par exemple, pour un indicateur de vitesse, d'afficher les niveaux bas de vitesse en couleur dominante blanche, et les niveaux élevés de vitesse en couleur dominante rouge, avec des couleurs composées intermédiaires, comme le jaune, pour les niveaux intermédiaires.
On va maintenant décrire un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. En référence aux figures 5 à 8, ce dispositif comprend deux diodes du type de celle précédemment décrite : une première diode 10 précédemment décrite, présentant un intervalle de fonctionnement [Uth io, Ueei1 io] entre une tension seuil de fonctionnement Uth 10 et une tension plafond de fonctionnement Uceii Io, et une deuxième diode 11, présentant un autre intervalle de fonctionnement [Uthil, Ueeü ii] entre une autre tension seuil de fonctionnement Uth 11 et une autre tension plafond de fonctionnement Uceü 11, La deuxième diode 11 diffère ici uniquement de la première diode 10 par l'épaisseur plus importante de sa couche organique électroluminescente, qui entraîne une valeur plus élevée de la tension de seuil d'émission. En variante, on peut augmenter l'épaisseur d'autres couches entre les électrodes. Selon une autre variante, la deuxième diode 11 diffère notamment de la première diode par la nature de sa couche organique électroluminescente, choisie de manière à obtenir non seulement une valeur plus élevée de la tension de seuil d'émission, mais également une couleur différente d'émission. Comme la couche organique électroluminescente de la deuxième diode 11 présente une tension de seuil d'émission supérieure à la tension de seuil d'émission de la première diode 10, on a Utn 11 > Utn 10. Dans ce dispositif, ces deux diodes sont branchées en parallèle au même générateur de tension variable que précédemment.
L'épaisseur et, le cas échéant, la nature de la couche organique électroluminescente de la deuxième diode 11 sont choisies de manière à satisfaire les conditions suivantes : - Uth 11 est légèrement inférieur à Uceii 1o, de sorte que la gamme de fonctionnement de la deuxième diode 11 recoupe légèrement la gamme de fonctionnement de la première diode 10 ; -Uceii 11 est très supérieur à Uceii Io, et Uth 11 est très supérieur à Uth lo, de sorte que la majeure partie de la gamme de fonctionnement de la deuxième diode 11 est disjointe de la majeure partie de la gamme de fonctionnement de la première diode 10.
On va maintenant décrire l'état d'affichage du dispositif selon l'invention pour quatre tensions d'alimentation différentes des deux diodes du dispositif Va, Vb, Vc, Vd choisies telles que Vtn 10 < Va <Vb <Vtn 11 < Uceill0<Vc<Vd<Viceilll - en référence à la figure 5, pour la tension d'alimentation Va, la distribution du potentiel U10 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 10 est représentée en haut de la figure 5, en fonction de la distance D10 à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme Va > Vtn 10, la partie de colonne de couche émissive de la diode 10 qui émet alors des photons présente alors une longueur non nulle Lio a. Par ailleurs, la distribution du potentiel U11 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 11 est représentée au bas de la figure 5, en fonction de la distance D11 à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme Va < Uthil, cette diode n'émet pas de lumière ; - en référence à la figure 6, pour la tension d'alimentation Vb, la distribution du potentiel U10 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 10 est représentée en haut de la figure 6, en fonction de la distance Dlo à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. La partie de colonne de couche émissive de la diode 10 qui émet alors des photons présente alors une longueur Lio b. Par ailleurs, la distribution du potentiel U11 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 11 est représentée au bas de la figure 6, en fonction de la distance D11 à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme on a toujours Vb < Uth 11, cette diode n'émet pas de lumière ; -en référence à la figure 7, pour la tension d'alimentation Ve, la distribution du potentiel Ulo qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 10 est représentée en haut de la figure 7, en fonction de la distance Dlo à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme Ve > UCell 10, la totalité de la colonne de couche émissive de la diode 10 émet alors des photons. Par ailleurs, la distribution du potentiel U11 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 11 est représentée au bas de la figure 7, en fonction de la distance D11 à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme Ve > Uth 11, la partie de colonne de couche émissive de la diode 11 qui émet alors des photons présente alors une longueur non nulle Lii ; - en référence à la figure 8, pour la tension d'alimentation Vd, la distribution du potentiel Ulo qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 10 est représentée en haut de la figure 8, en fonction de la distance Dlo à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. Comme on a toujours Ve > Ueeil10, la totalité de la colonne de couche émissive de la diode 10 émet alors des photons. Par ailleurs, la distribution du potentiel U11 qu'on obtient alors le long de la surface conductrice inférieure de la diode 11 est représentée au bas de la figure 8, en fonction de la distance D11 à l'élément de connexion à la couche conductrice résistive de cette diode. La partie de colonne de couche émissive de la diode 11 qui émet alors des photons présente alors une longueur L11 d. Comme on le voit, un avantage de ce dispositif est qu'il permet de visualiser le niveau d'une tension dans une très large gamme de valeurs, la diode 11 prenant le relais de la diode 10 pour l'affichage du niveau de tension. Avant même que la tension à afficher ne dépasse la tension plafond de fonctionnement Uceü lo de la diode 10, l'autre diode 11 commence à émettre et à afficher. Il est évident pour l'homme du métier des diodes électroluminescente et des afficheurs de type vumètre que la présente invention s'applique aux diodes ayant diverses formes de surface émissive, aux diodes ayant divers emplacements des éléments de connexion aux couches conductrices, aux diodes ayant diverses couleurs d'émission, aux diodes dont les deux couches conductrices sont résistives, ainsi qu'aux dispositifs dotés de diodes à variation de couleur telles que décrites ci-dessus.
Claims (8)
1. Diode électroluminescente (10, 11) comprenant, sur un substrat (2), au moins une couche organique électroluminescente (5) intercalée entre une couche conductrice inférieure (3) et une couche conductrice supérieure (7), caractérisée en ce que l'une au moins desdites couches conductrices, dite alors résistive (3), présente, en certaines zones au moins de sa surface, une résistance surfacique adaptée pour que, lorsqu'on applique une tension d'alimentation entre au moins un élément de connexion (31) dit inférieur avec la couche conductrice inférieure (3) et au moins un élément de connexion (71) dit supérieur avec la couche conductrice supérieure (7), on génère une distribution de potentiel à la surface de ladite couche conductrice résistive qui est apte à provoquer une émission de lumière par une portion de la surface de la couche organique électroluminescente qui est proportionnelle à ladite tension d'alimentation, pourvu que ladite tension d'alimentation soit comprise dans une gamme donnée de valeurs [Uth, Ucell], dite gamme de fonctionnement.
2. Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que la distribution des couleurs d'émission sur ladite portion de surface de la couche organique qui émet de la lumière varie également en fonction de ladite distribution de potentiel à la surface de ladite couche conductrice résistive (3).
3. Diode selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend une seule couche organique électroluminescente.
4. Diode selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend, entre lesdites deux couches conductrices (3, 7), une pluralité de couches organiques électroluminescentes superposées qui sont aptes à émettre de la lumière de couleurs différentes.
5. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la surface de l'au moins une couche conductrice dite résistive présente une forme polygonale ayant au moins troiscôtés et en ce qu'un élément de connexion à cette couche est disposé le long de deux côtés, adjacents ou opposés.
6. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la surface de l'au moins une couche conductrice dite résistive présente une forme polygonale ou en étoile ayant au moins trois sommets et en ce qu'un élément ou plot de connexion à cette couche est disposé sur chacun desdits sommets.
7. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'au moins une couche conductrice dite résistive est à base d'un oxyde conducteur transparent.
8. Dispositif (1) comprenant une pluralité de diodes (10, 11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont les éléments de connexion inférieurs sont reliés entre eux, dont les éléments de connexion supérieurs sont reliés entre eux, où, à chacune des diodes est associée une gamme spécifique de fonctionnement, caractérisé en ce que la gamme de fonctionnement de chaque diode présente au moins une partie qui n'appartient à la gamme de fonctionnement d'aucune autre diode dudit dispositif et au moins une autre partie qui appartient à la gamme de fonctionnement d'au moins une autre diode dudit dispositif.
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