WO1999057703A1 - Ecran matriciel souple et tactile - Google Patents

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matrix
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Jean-Chrétien Favreau
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Favreau Jean Chretien
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements

Definitions

  • the present invention relates to tactile matrix screens and, more particularly, such screens produced by using a plurality of nanotubes.
  • the cathode screens are heavy and bulky, and have a high radiation harmful to the user.
  • Liquid crystal or plasma screens are smaller, but they are very fragile and do not have a very high brightness.
  • flat screens with field effect remain very expensive due to manufacturing
  • the fact that the input device is usually separate from the display means leads, with computer means, to a disjunction between the grabbing hand and the gaze that controls, unlike a traced on paper where the hand and the eye operate simultaneously in the same place.
  • touch screens have been developed allowing, by pointing a finger or a stylus on a screen, to control a computer.
  • these systems remain cumbersome and do not allow very good resolution, for example when entering a drawing or text using a stylus.
  • some flat panel displays do not tolerate even minimal local pressure from a finger or stylus.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by determining a flexible matrix screen and light touch allowing precise input.
  • the invention uses a plurality of nanotubes.
  • nanotubes are tubes formed of carbonaceous sheets arranged in concentric hollow cylinders and discovered in 1991 by Sumio Lijima.
  • a nanotube is a polymer composed only of carbon and it is a periodic unidirectional crystal.
  • the primary object of the present invention is to determine a matrix touch screen not having the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the invention is to determine such a very thin touch matrix screen which is flexible and not very fragile.
  • a matrix touch screen for the capture and display in color of data comprising a plurality of carbon nanotubes determining a plurality of picture elements and a plurality of picture elements. capture.
  • this tactile matrix screen is constituted by a dot matrix each comprising an image element and an input element, each image element being constituted by an end of at least three nanotubes parallel to each other and emitting each in one of the three fundamental colors, the gripping element being constituted by the end of at least a fourth nanotube.
  • each point is constituted by a plurality of ends of nanotubes of which at least four are made active.
  • the nanotubes of each point are separated and held in position by means of a filling material which is, for example, constituted by a plurality of non-active nanotubes.
  • each image element comprises a multiple of three active nanotubes respectively connected in parallel.
  • each active nanotube of each image element is covered with a phosphor of one of the fundamental colors.
  • Figure 1 is a partial schematic representation and top view of a matrix touch screen according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of the screen of Figure 1 according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a sectional view of the screen of Figure 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the diameter of a nanotube is of the order of twenty nanometers (20 x 10 "9 m), while the elementary pitch of a screen point is of the order of 0.2 millimeter (200 x 10 "Q m).
  • FIG 1 we have partially and schematically shown seen from above, ie seen from the part observed by the user, a corner of a screen 10 according to the invention.
  • This screen 10 comprises a large number of points 12 of substantially, but not necessarily, square shape on one side of approximately 200 ⁇ m.
  • Each point 12 includes an image element and an input element.
  • the image element consists of at least one set of three distinct nanotubes parallel to each other 14, 16, 18, each emitting in one of the fundamental colors used in television or computer screens, namely red , green and blue.
  • each image element of each point 12 comprises a multiple of three active nanotubes respectively connected in parallel.
  • the gripping element consists of a fourth nanotube 20, the visible end of which then functions as the drain of a field effect transistor.
  • the non-visible ends of the nanotubes are either bundled together in a collector 22 and connected to a socket 24 forming a connector for a central unit forming a control member and a detection member (not shown in the Figures ).
  • the active nanotubes 14, 16, 18, 20 of each point 12 are separated and held in position by means of a filling material 26.
  • This filling material 26 is advantageously constituted by a plurality of non-active nanotubes and / or other nanoparticles, for example carbon.
  • a luminescent film 30 is placed on the points 12 facing the user, in particular to protect the latter, while a fabric 32 of i ⁇ . protection is applied on the opposite side.
  • FIG. 3 which shows, also in schematic section, the screen of Figure 1, the nanotubes 14, 16; 14 ', 16 ", etc. are arranged parallel to each other and are not bent.
  • An electrical conductor 34, 34', etc. is connected to each of the nanotubes 14, 16 so as to apply the required electrical voltage to the non-visible end of the nanotubes These conductors are brought back to the connector 24 via the collector 22.
  • a protective fabric 32 is glued to the sheet of conductors 34, 34 ′ on the invisible lower face of the screen 10.
  • each of the active nanotubes 14, 16, etc. is covered with a phosphor 36, 36 'emitting in one of the three fundamental colors as described above.
  • a transparent plastic film 30 covers the screen. This film is electrically isolated from the ends opposite the nanotubes. It is a conductive film connected to a reference potential, for example earth 38, so as to constitute an anode for the plurality of cathodes formed by the nanotubes of the image elements.
  • the nanotubes 14, 16, etc. are generated directly on and in a sheet woven of carbon fibers which is found under the reference 40 in Figure 3, since this sheet acts, then, as the holding office for the nanotubes.
  • a tactile matrix screen 10 is thus obtained which has the abovementioned advantages.
  • Such a screen can easily be produced in all the desired dimensions, for example for a sign or advertising panel, or for a watch face, or a display screen fixed to a plastic card of the smart card type, with possibly 0 a photovoltaic cell allowing an autonomous electrical supply.
  • This screen is not fragile, it is even flexible and can therefore be rolled up on itself during transport.
  • the low electrical power required to operate it allows it to be used in a rather hostile environment.
  • a particular advantage of such a matrix touch screen is that it is possible to use it as a table to place, for example, a plan or a paper document, and to very easily obtain a computer capture of the plan by simply following the lines drawn with a fine stylus or even with your finger .

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Abstract

L'invention concerne un écran matriciel tactile (10) pour la saisie et l'affichage en couleurs de données comprenant une pluralité de nanotubes de carbone (14, 16, 18, 20) déterminant une pluralité d'éléments d'image et une pluralité d'éléments de saisie. Selon l'invention, il est constitué par une matrice de points (26) comprenant chacun un élément d'image et un élément de saisie, chaque élément d'image étant constitué par une extrémité d'au moins trois nanatubes parallèles entre eux et émettant chacun dans l'une des trois couleurs fondamentales (14, 16, 18), l'élément de saisie étant constitué par l'extrémité d'au moins un quatrième nanotube (20).

Description

ECRAN MATRICIEL SOUPLE ET TACTILE
La présente invention concerne les écrans matriciels tactiles et, plus particulièrement, de tels écrans réalisés en mettant en oeuvre une pluralité de nanotubes.
5 De façon traditionnelle, en matière informatique, la saisie de données est effectuée au moyen d'un périphérique de type clavier ou souris, tandis que la visualisation est obtenue au moyen d'un écran du type tube cathodique ou du type à cristaux liquides ou à plasma.
ι o Les écrans cathodiques sont lourds et encombrants, et présentent un rayonnement élevé nocif pour l'utilisateur. Les écrans à cristaux liquides ou à plasma sont de plus faible encombrement, mais ils sont très fragiles et ne présentent pas une brillance très élevée. Par ailleurs, les écrans plats à effet de champ restent très coûteux du fait d'une fabrication
15 nécessairement sensiblement artisanale.
De façon générale, le fait que l'organe de saisie est habituellement séparé du moyen de visualisation conduit, avec les moyens informatiques, à une disjonction entre la main qui saisit et le regard qui contrôle, contrairement à un tracé sur papier où la main et l'oeil opèrent simultanément au même endroit.
Pour pallier cet inconvénient, on a développé des écrans tactiles permettant en pointant un doigt ou un stylet sur un écran de commander un ordinateur. Toutefois, ces systèmes restent lourds et ne permettent pas une très bonne résolution, par exemple lors d'une saisie d'un dessin ou d'un texte à l'aide d'un stylet. En outre, certains écrans plats ne tolèrent pas qu'une pression locale, même minime, d'un doigt ou d'un stylet leur soit appliquée.
La présente invention a pour but d'obvier aux inconvénients précités en déterminant un écran matriciel souple et tactile léger permettant une saisie précise.
L'invention met en oeuvre une pluralité de nanotubes.
Comme on le sait, les nanotubes sont des tubes formés de feuilles carbonées arrangées en cylindres concentriques creux et découverts en 1991 par Sumio Lijima. Pour mémoire, un nanotube est un polymère composé uniquement de carbone et c'est un cristal unidirectionnel périodique.
De nombreuses publications ont été faites sur la fabrication des nanotubes. On peut, par exemple, consulter la revue LA RECHERCHE n° 307, de mars 1998, la revue SCIENCE, Volume 282, du 6 novembre 1998, ou le document WO-A-97/19208. On peut également consulter sur le sujet de la fabrication et des applications des nanotubes les sites suivants sur Internet ayant tous le préfixe http://www., à savoir archipress.org, cerca.umontreal.ca/science, research.ibm.com/topics, amsci.org/amsci/articles, et bien d'autres encore. La présente invention se situe dans ce contexte et permet de remédier aux limites des écrans traditionnels et, par suite, de contribuer, notamment mais non exclusivement, à un meilleur usage domestique et professionnel de l'informatique.
La présente invention a pour but premier de déterminer un écran matriciel tactile ne présentant pas les inconvénients précités.
Un autre but de l'invention est de déterminer un tel écran matriciel tactile de très faible épaisseur et qui soit souple et peu fragile.
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, avec un écran matriciel tactile pour la saisie et l'affichage en couleurs de données comprenant une pluralité de nanotubes de carbone déterminant une pluralité d'éléments d'image et une pluralité d'éléments de saisie.
Selon l'invention, cet écran matriciel tactile est constitué par une matrice de points comprenant chacun un élément d'image et un élément de saisie, chaque élément d'image étant constitué par une extrémité d'au moins trois nanotubes parallèles entre eux et émettant chacun dans l'une des trois couleurs fondamentales, l'élément de saisie étant constitué par l'extrémité d'au moins un quatrième nanotube.
De façon avantageuse, chaque point est constitué par une pluralité d'extrémités de nanotubes dont au moins quatre sont rendus actifs.
De préférence, les nanotubes de chaque point sont séparés et maintenus en position au moyen d'un matériau de remplissage qui est, par exemple, constitué par une pluralité de nanotubes non actifs.
De façon préférentielle, chaque élément d'image comprend un multiple de trois nanotubes actifs respectivement connectés en parallèle.
De préférence également, l'extrémité de chaque nanotube actif de chaque élément d'image est recouverte d'un luminophore de l'une des couleurs fondamentales.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle :
La Figure 1 est une représentation schématique partielle et vue de dessus d'un écran matriciel tactile conforme à l'invention ;
La Figure 2 est une vue en coupe de l'écran de la Figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et
La Figure 3 est une vue en coupe de l'écran de la Figure 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
On se référera maintenant aux dessins joints, qui ne sont qu'illustratifs, notamment parce que les échelles ne sont pas respectées. En effet, le diamètre d'un nanotube est de l'ordre d'une vingtaine de nanomètres (20 x 10"9 m), tandis que le pas élémentaire d'un point d'écran est de l'ordre de 0,2 millimètre (200 x 10"Q m).
Sur la Figure 1 , on a partiellement et schématiquement représenté vu de dessus, c'est à dire vu de la partie observée par l'utilisateur, un coin d'un écran 10 conforme à l'invention. Cet écran 10 comporte une grande pluralité de points 12 de forme substantiellement, mais non nécessairement, carrée d'un côté de 200 μm environ.
Chaque point 12 comprend un élément d'image et un élément de saisie.
L'élément d'image est constitué par au moins un jeu de trois nanotubes distincts parallèles entre eux 14, 16, 18, émettant chacun dans l'une des couleurs fondamentales utilisées dans les écrans de télévision ou d'informatique, à savoir le rouge, le vert et le bleu.
De manière à augmenter la brillance de l'écran résultant, plusieurs nanotubes dans un même point 12 et émettant dans une même couleur fondamentale peuvent être électriquement reliés en parallèle. Dans ce cas, chaque élément d'image de chaque point 12 comprend un multiple de trois nanotubes actifs respectivement connectés en parallèle.
L'élément de saisie est constitué par un quatrième nanotube 20 dont l'extrémité apparente fonctionne alors comme le drain d'un transistor à effet de champ.
D'une manière pratique et avantageuse, les extrémités non apparentes des nanotubes sont soit mises en faisceau regroupé dans un collecteur 22 et relié à une prise 24 formant connecteur pour une unité centrale formant organe de commande et organe de détection (non représentée sur les Figures). Les nanotubes actifs 14, 16, 18, 20 de chaque point 12 sont séparés et maintenus en position au moyen d'un matériau de remplissage 26. Ce matériau de remplissage 26 est avantageusement constitué par une pluralité de nanotubes non actifs et/ou d'autres nanoparticules, par exemple de carbone.
Selon un premier mode de réalisation illustré par la Figure 2 représentant en coupe l'écran matriciel de la Figure 1 , sur laquelle seuls deux nanotubes 14 et 16 ont été représentés, ces nanotubes 14, 16 sont coudés de
10 manière à former un faisceau de nanotubes dont les autres extrémités sont reliées à l'unité centrale.
Un film luminescent 30 est disposé sur les points 12 en regard de l'utilisateur, notamment pour protéger ces derniers, tandis qu'une toile 32 de i ι. protection est appliquée sur la face opposée.
Selon un autre mode de réalisation illustré sur la Figure 3 qui représente, également en coupe schématique, l'écran de la Figure 1 , les nanotubes 14, 16 ; 14', 16", etc.. sont disposés parallèlement entre eux et ne 0 sont pas coudés. Un conducteur électrique 34, 34', etc.. est relié à chacun des nanotubes 14, 16 de manière à appliquer la tension électrique requise à l'extrémité non visible des nanotubes. Ces conducteurs sont ramenés au connecteur 24 par l'intermédiaire du collecteur 22.
Une toile 32 de protection est collée à la nappe des conducteurs 34, 34' sur la face inférieure invisible de l'écran 10.
L'extrémité visible de chacun des nanotubes actifs 14, 16, etc.. est recouverte d'un luminophore 36, 36' émettant dans l'une des trois couleurs fondamentales comme décrit précédemment.
Un film plastique transparent 30 recouvre l'écran. Ce film est isolé électriquement des extrémités en regard des nanotubes. C'est un film conducteur relié à un potentiel de référence, par exemple la terre 38, de manière à constituer une anode pour la pluralité de cathodes constituées par les nanotubes des éléments d'image.
10 De préférence, les nanotubes 14, 16, etc. sont engendrés directement sur et dans une nappe tissée en fibres de carbone que l'on retrouve sous la référence 40 sur la Figure 3, puisque cette nappe fait, ensuite, office de maintien des nanotubes.
l 'i Comme l'homme du métier l'aura compris, on obtient bien ainsi un écran matriciel tactile 10 présentant les avantages précités. Un tel écran peut aisément être réalisé dans toutes les dimensions souhaitées, par exemple pour un panneau de signalisation ou de publicité, ou pour un cadran de montre, ou un écran de visualisation fixé à une carte plastique de type carte à puce, avec 0 éventuellement une cellule photovoltaïque permettant une alimentation électrique autonome.
Cet écran n'est pas fragile, il est même souple et peut, dès lors, être enroulé sur lui-même lors d'un transport. En outre, la faible puissance électrique requise pour le faire fonctionner permet de l'utiliser dans un environnement plutôt hostile.
Un avantage particulier d'un tel écran matriciel tactile est qu'il est possible de l'utiliser en tant que table pour poser, par exemple, un plan ou un document papier, et d'obtenir très simplement une saisie informatique du plan en suivant simplement les lignes dessinées au moyen d'un fin stylet ou même du doigt.
Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications jointes.
De façon évidente, l'utilisation d'un tel écran matriciel tactile n'empêche nullement la saisie de données par des moyens conventionnels tels qu'un clavier, une souris ou une manette.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Ecran matriciel tactile (10) pour la saisie et l'affichage en couleurs de données comprenant une pluralité de nanotubes de carbone (14, 16, 18, 20) déterminant une pluralité d'éléments d'image et une pluralité d'éléments de saisie,
5 caractérisé en ce que il est constitué par une matrice de points (26) comprenant chacun un élément d'image et un élément de saisie, chaque élément d'image étant constitué par une extrémité d'au moins trois nanotubes parallèles entre eux et émettant chacun dans l'une des trois couleurs fondamentales (14, 16, 18), l'élément de î .ι saisie étant constitué par l'extrémité d'au moins un quatrième nanotube (20).
2 - Ecran matriciel selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque point (12) est constitué par une pluralité d'extrémités de nanotubes dont au moins quatre (14, 16, 18, 20) sont rendus actifs.
15
3 - Ecran matriciel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les nanotubes de chaque point (12) sont séparés et maintenus en position au moyen d'un matériau de remplissage (26).
o 4 - Ecran matriciel selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dit matériau de remplissage (26) est constitué par une pluralité de nanotubes non actifs. 10
5 - Ecran matriciel selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément d'image comprend un multiple de trois nanotubes actifs (14, 16, 18) respectivement connectés en parallèle.
6 - Ecran matriciel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité de chaque nanotube actif de chaque élément d'image est recouverte d'un luminophore (36, 36') de l'une des couleurs fondamentales.
ιo 7 - Ecran matriciel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dits nanotubes (14, 16, 18, 20) sont coudés de manière à former un faisceau de nanotubes dont les autres extrémités sont reliées à une unité centrale comprenant un organe de commande des nanotubes constituant les éléments d'image et un organe de î détection pour les nanotubes constituant les éléments de saisie.
8 - Ecran matriciel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les dits nanotubes (14, 16, 18, 20) sont rectilignes et parallèles entre eux, les extrémités éloignées des dits points étant reliées à
20 une unité centrale comprenant un organe de commande des nanotubes constituant les éléments d'image et un organe de détection pour les nanotubes constituant les éléments de saisie.
9 - Ecran matriciel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi constituée par les dits points (12) est recouverte d'un film plastique transparent (30).
10 - Ecran matriciel selon la revendication 9, caractérisé en ce 11
que le dit film plastique (30) est un film conducteur formant une pluralité d'anodes en regard de la pluralité correspondante des extrémités formant cathode des nanotubes constituant les éléments d'image (14, 16, 18), et isolé par rapport à ceux-ci.
11 - Ecran matriciel selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le dit film plastique (30) est luminescent.
12 - Ecran matriciel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les nanotubes (14, 16, 18, 20) sont engendrés sur une nappe tissée en fibres de carbone (40).
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