Brevet FR2010772A1 — publié le 19700220

19504. * 2010772 La présente invention concerne un dispositif d'affichage utilisant une décharge électrique dans un gaz. Parriii ces. dispositifs, celui utilisant des tubes à néon est bien connu. Ce dispositif d'affichage connu comporte un ensemble des tubes à 5 décharge gazeuse disposés sur une plaque, chacun d'eux étant constitué par deux électrodes placées dans un espace hermétiquement fermé (que l'on appellera par la suite cellule), qui est rempli par un gaz ionisable tel que le néon sous une pression convenable. Lorsqu'on applique un signal dépassant latension 10 initiale de décharge entre les électrodes situées à l'intérieur de ladite cellule, une décharge lumineuse commence à se produire et, comme cette décharge se produit pendant toute la durée du signal même si ce dernier est réalisé en courant alternatif sans parler du cas où il est réalisé en courant continu, chaque tube 15 peut être facilement commandé dans le but de l'affichage ce qui est jfcaxticulierement commode. Cependant, lorsqu'un ensemble de cellules sont assemblées dans une seule couche formant un panneau c'est-à-dire dans le cas de ce que l'on appelle une disposition en panneau, il se présente l'inconvénient selon lequel il est né-2q cessaire de séparer les cellules non seulement du point de vue du circuit électrique mais également physiquement afin d'éliminer l'incertitude de la décharge,due à la non-uniformité de la caractéristique de décharge des cellules contenant chacune des électrodes. (Les cellules sont considérées comme indépendantes 25 les unes des autres bien qu'il n'y ait pas de paroi de séparation entre elles). En second lieu, on a proposé, pour résoudre les incott-vénients mentionnés ci-dessus, de placer les électrodes de chaque cellule à l'extérieur de la cellule afin de fournir une réactance 30 capacitive entre chacune des électrodes et la cellule, séparées par une enveloppe intercalée, ladite réactance séparant électriquement les unes des autres les cellules dans une disposition en panneau. Dans ce dispositif, une tension a haute fréquence de l'ordre de quelques dizaines de MHz est appliquée entre les 35 électrodes de sorte qu'un champ électrique variant à grande vitesse est produit à l'intérieur de la cellule, ce qui ionise un gaz qu'elle contient, et provoque la réalisation d'une décharge continue. Mais ce dispositif présente le défaut qui consiste en ce que, pour obtenir le fonctionnement désiré, des 40 signaux d'une très haute fréquence et, de plus, de haute tension 69 19504 2 2010772 sont nécessaires et que, "par conséquent, le dispositif devient d'une dimension très importante et compliqué. . Le dispositif conforme à l'invention est semblable à celui décrit ci-dessus du point de vue du montage physique,. 5 mais il utilise la charge des parois (charge électrique sur les surfaces internes d'une enveloppe qui sont du côté des électrodes) due à la décharge de la cellule, et l'avantage de l'invention réside dans le fait que la décharge pulsatoire peut être produite par des signaux en courant alternatif ayant une fréquence et une 10 tension relativement basses ; le dispositif d'affichage suivant la présente invention comporte en conséquence deux éléments dont l'un au moins est transparent et qui présentent chacun plusieurs couches conductrices mutuellement isolées, qui servent d'électrodes et sont placées sur une surface intérieure du support 15 isolant, une couche d'un composé métallique isolant recouvrant lesdites couches conductrices, une ou plusieurs couches isolantes prévues entre les deux éléments considérés, un ou plusieurs espaces formés dans la couche isolante intercalés et délimités par les contours de ladite couche, un gaz ionisable remplissant le ou 20 lesdits espaces et des moyens étant prévus pour réaliser l'étanchéité à l'air du ou desdits espaces. D'autres caractéristiques de la. présente invention ressortiront de ce qui suit et ladite invention sera, mieux comprise par la description suivante d'Une forme de réalisation 25 particulière donnée à titre" d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel : " _ -• La figure 1 est une vue éclatée- en perspective de la disposition fondamentale" d'un dispositif d'affichage "utili.s-ant . une décharge gazeuse. "" "' 30 La figure 2(a) est une coupe du dispositif assemblé et. la. figure 2(b) est un schéma électrique équivalent"d'une .cellule unique représentée sur la figure 2(a). '• * . La figure 3 est une coupe partielle montrant le. montage d'une forme de réalisation du dispositif d'affichage utilisant 35 une décharge gazeuse conformément a là présente invention. Les figures 4""et" 5 sont respectivement une vue partielle en perspective et une coupe partielle du dispositif suivant .un. autre exemple de réalisation de la présente invention. La figure 1 montre la disposition fondamentale d'un dis-40 positif d'affichage conforme à l'invention. Une mince plaque de . 69 19504 3 2010772 verre 1 présente une multitude de petits trous 101, 102, 103, 104 .... dans un arrangement semblable à celui d'un échiquier, chacun de ces trous devant recevoir la partie principale d'une cellule. 2 est une mince plaque de verre sur la surface exté-5 rieure de laquelle un ensemble d'électrodes parallèles (appelées par la suite électrodes X) 201, 202, 203, 204-.... constituées par des bandes minces, sont formées de façon à ce qu'elles correspondent aux rangées horizontales de la disposition des petits trous de la plaque mince 1, et 3 est une mince plaque de verre sur la 10 surface extérieure de laquelle un ensemble d'électrodes parallèles (appelées par la suite électrodes Y) 301, 302, 303, 304 .... constituées par des bandes minces, sont formées de façon qu'elles correspondent aux rangées verticales de la dispositition des petits trous de la plaque mince 1. Lesdites électrodes X et Y 15 peuvent être constituées, de préférence, par des couches conductrices transparentes telles que des couches minces en or ou des couches de verre métallisé connu sous l'appellation Nesa. Le dispositif d'affichage est réalisé de telle façon que les trois minces plaques de verre 1, 2 et 3 considérées sont empilées dans 20 l'ordre indiqué sur le dessin ; chacun des petits trous de la plaque mince 1 est évacué, puis un gaz ionisable tel que l'hélium, le néon ou un mélange de.l'un quelconque de ces gaz et d'une petite quantité d'azote y est enfermé et ces trois plaques minces sont finalement assemblées d'une façon étanche. 25 La figure. 2(a) est une coupe des petits trous 101, 102 .... suivant l'une de leurs rangées verticales dans le dispositif constitué de la façon décrite ci-dessus. Chacun des petits trous devient une cellule entourée par des parois de verre 1, 2 et3, et on peut appliquer une tension à chacune des cellules 30 au moyen des électrodes X 20i, 202, 203, 204 et de l'électrode Y 301. La partie de la cellule située entre les électrodes X et Y peut être considérée électriquement comme un circuit représenté sur la figure 2(b) sur laquelle trois condensateurs sont branchés en série. Autrement dit, les capacités Cl représentent respecti-35 vement les valeurs des capacités des minces plaques de verre 2 et 3 et la capacité C2 représente la valeur de la capacité de la cellule. On va maintenant expliquer le mode de fonctionnement de ce dispositif d'affichage. On suppose alors qu'une certaine 40 tension alternative, répartie conformément aux valeurs des impé- 69 19504 4 2010772 dances capacitives de la figure 2(b), est appliquée à la cellule 101, et lorsque ladite tension atteint un certain niveau, l'isolation par le gaz de remplissage est supprimée, ce qui provoque une décharge et une émission de lumière. Si la dimension de la 5 cellule est relativement petite et si la fréquence de la tension appliquée est relativement basse, des particules chargées produites par la décharge se déplacent vers les parois de la cellule du côté de l'une quelconque des électrodes de polarité opposée respectivement et se déposent sur les surfaces des parois. Les 10 charges (appelées par la suite charges de paroi) fixées sur les surfaces des parois créent entre celles-ci une tension de polarité opposée à celle de la tension appliquée, ce qui fait disparaître ladite décharge. Dans la demi-période suivante de la tension alternative appliquée, la tension due à la charge de j.5 paroi, produite par la décharge précédente (appelée par la suite tension de paroi), est présente dans la cellule et, de plus, lorsque la somme de la tension de paroi et de la tension répartie, due à la tension appliquée, atteint une tension de décharge, la cellule peut alors se décharger à nouveau. Une tension de 20 paroi, due à cette décharge et de polarité opposée à la précédente, est créée entre les deux parois et provoque rapidement la suppression de la décharge. C'est pourquoi,"le processus de décharge, produite par la charge de paroi et la tension de paroi, et la suppression de cette décharge se reproduisent à chaque 25 demi-période de la tension appliquée. Plus particulièrement, la cellule se décharge lorsqu'une tension atteignant la tension d'amorçage de la décharge lui est appliquée de l'extérieur, mais ensuite, en raison de l'existence de la tension de paroi, une décharge intermittente se 30 maintient dans la cellule pour une tension plus basse que ladite tension de décharge. Cette tension plus basse peut être appelée tension d'entretien# On suppose qu'on appelle l'état permanent de décharge intermittente "marche" et l'état de repos "arrêt", et que le dispositif d'affichage comportant un grand nombre de 35 cellules peut être actionné par la tension d'entretien pour enregistrer l'état "marche", qui à été mise en place.par 1'application de la tension d'amorçage de la décharge depuis l'extérieur. D'un autre côté, afin d'arrêter la décharge et de passer de cet état à l'état "arrêt", il est nécessaire d'appliquer une 40 tension d'une fréquence suffisamment élevée par rapport à la ÔAD ORIGINAL 69 19504 5 2010772 vitesse de déplacement des particules chargées à l'intérieur de la cellule de façon que la création de la tension de paroi par la décharge puisse être arrêtée. Grâce aux caractéristiques mentionnées ci-dessus, le dispositif à disposition en panneau, 5 représenté sur la figure 1, peut être aisément utilisé comme dispositif d'affichage possédant une fonction de mémoire. Dans un dispositif comme celui mentionné ci-dessùs, il est souhaitable en pratique que la tension de décharge de la cellule soit aussi basse que possible, mais, lorsqu'on utilise 3 du verre pour les plaques minces isolantes 1, 2 et 3, il est difficile de prendre pour épaisseur de ces dernières environ 0,15 mm ou moins à cause des limites des techniques de fabrication et pour cette raison il est impossible de réduire la tension appliquée, nécessaire au fonctionnement, en dessous de 200 3 à 500 V. Naturellement, la tension de décharge n'est pas seulement fonction de l'épaisseur de la mince plaque de verre, mais également de la nature du gaz de remplissage et de la pression de ce dernier, mais, même lorsqu'on tient compte de ces considérations, il est difficile d'obtenir une valeur inférieure à la 3 valeur mentionnée ci-dessus. Si on choisit pour les plaques minces 2 et 3 un matériau possédant une constante diélectrique élevée, la tension, à laquelle est soumise la cellule, peut être plus élevée même si la tension appliquée est la même, mais il ne faut pas s'attendre à une amélioration beaucoup plus 5 grande aussi longtemps qu'on utilisera des plaques de verre. Cette invention fournit un dispositif d'affichage dans lequel la fonction des supports des électrodes X et Y est attribuée essentiellement aux éléments autres que les matériaux isolants constituant les parois de la cellule, et ces dernières 0 peuvent donc être réalisées avec un matériau d'une épaisseur inférieure à celle du verre ou d'une constante diélectrique plus grande que celle du verre. Conformément à un exemple de réalisation de l'invention, le dispositif d'affichage comporte deux éléments, dont l'un au 5 moins est transparent, qui comporte chacun plusieurs couches conductrices espacées les unes des autres destinées à constituer les électrodes placées sur un support isolant, et une couche d'un composé métallique isolant déposée par dessus et recouvrant lesdites couches conductrices, ces éléments étant placés en 0 opposition mutuelle de telle sorte que des couches isolantes sont 69 19504 6 2010772 intercalées entre eux et que lesdites couches conductrices de l'un des deux éléments croisent lesdites couches conductrices de l'autre élément de façon qu'un grand nombre d'espaces déterminés par les contours desdites couches isolantes intercalées 5 est formé aux points d'intersection desdites couches conductrices et entre les deux éléments considérés, un gaz ionisable étant enfermé dans ces espaces et les deux éléments considérés et lesdites couches isolantes intercalées étant assemblées d'une façon étanche à l'air en formant un seul bloc. Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, on utilise pour lesdites couches isolantes intercalées des couches d'oxyde métallique isolant. Dans l'une quelconque desdites formes de réalisation de l'invention, il est avantageux que la tension de fonctionnement, c'est-à-dire la tension des cellules, puisse être abaissée par réduction de l'épaisseur des couches isolantes formant les parois des cellules et, également, par l'utilisation d'un matériau de constante diélectrique élevée. On va maintenant donner des explications sur un exemple de réalisation de la présente invention en se référant à la figure 3. Cette figure 3 montre une coupe du dispositif d'affichage de la présente invention d'une façon qui est en correspondance avec la figure 2(a). Sur la fig. 3,'4 est une plaque de verre transparente d'une épaisseur suffisante pour"résister aux manipulations habituelles lors du processus de fabrication et à la différence des pressions à l'intérieur et à l'extérieur dé la cellule. Les électrodes X 5, .constituées par des couchés minces d'or ou des couches de verre métallisé connu sous l'appellation Nesa, sont déposées sur une face de ladite plaque 4 30 6 est une couche de nitrure de silicium (Si N ), qui recouvre x y l'électrode X sur une épaisseur d'environ 10u et est formée par pulvérisation. Ladite couche peut également être déposée selon des méthodes habituelles telles que 1'évaporation ou l'impression à l'aide d'un écran de soie, bien connues dans le domaine de 35 la technique des couches minces et dans la technique des couches épaisses où il est parfois nécessaire en outre d'avoir recours à la pulvérisation. Puis on dépose des bandes d'oxyde de "silicium (Si02) 7 sur la couche de nitrure de silicium 6 en ménageant des espaces pour les cellules 8. L'épaisseur de la couche' 7 est 40 d'environ 10v. Etant donné qu'il est difficile pratiquement de 69 19504 7 2010772 réaliser directement les bandes d'oxyde de silicium 7 en ménageant les espaces 8 des cellules, ces couches sont formées par le procédé de la photogravure qui est bien connu dans le domaine des semi-conducteurs. D'abord un oxyde de silicium est 5 pulvérisé sur toute la surface de la couche 6 pour former une couche 7, on recouvre le tout d'une couche photorésistante, puis cette enveloppe est exposée à la lumière avec un masque dont la forme correspond au contour et à la disposition des cellules, et la couche photorésistante est dissoute au moyen d'un solvat 10 organique sur la partie non exposée à la lumière, c'est-à-dire la partie correspondant aux cellules, à l'exception de la partie durcie à la lumière, c'est-à-dire la partie à conserver comme couches 7. Puis la couche est plongée dans un bain corrosif formé par de l'acide fluorhydrique et du fluorure d'ammonium de j_5 sorte que les parties correspondant aux cellules sont rongées, et, lorsque l'action de corrosion atteint la couche 6, celle-ci est retirée du bain et est lavée à l'eau. Etant donné que la vitesse de corrosion dudit bain, en ce qui concerne l'oxyde de silicium, est de loin plus rapide que pour le nitrure de silicium* 20 la hauteur des cellules complètes devient généralement uniforme même s'il se produit quelques différences des vitesses de corrosion dans les parties correspondant aux cellules respectives. La couche est ensuite plongée dans de l'acide sulfurique chaud (180°C) afin d'éliminer la pellicule photorésistante, 25 exposée à la lumière, restant sur les bandes d'oxyde de silicium 7 j enfin la couche est lavée à l'eau et séchée afin d'achever la formation de l'élément cellulaire. D'autre part, les électrodes Y 10, constituées par des couches conductrices transparentes, sont formées sur une 30 plaque de verre 9 qui est semblable à la plaque 4, et sur cette plaque 9 on dépose une couche d'oxyde de silicium 11 pour constituer un autre élément. Cet élément et l'élément cellulaire mentionné en premier sont disposés de telle sorte que les couches 7 et 11 sont placées en face l'une de l'autre comme cela est 35 représenté sur le dessin, puis, après que les cellules 8 ont été évacuées et qu'un gaz ionisable prédéterminé y a été renfermé, ces deux éléments sont étroitement serrés l'un contre l'autre, puis sont assemblés de façon hermétique pour former" un bloc par l'application d'un verre à bas point de fusion ou d'un autre 40 liant sur leur pourtour (non représenté). Ainsi le dispositif 69 19504 8 2010772 est parachevé. Le dispositif d'affichage de la présente invention, constitué comme il a été dit ci-dessus, est caractérisé «n premier lieu par le fait que la résistance mécanique du disposi-5 tif peut être accrue sans affecter la caractéristique de décharge en raison de l'utilisation de plaques de verre relativement épaisses 4 et 9, et en second lieu par le fait qu'en raison de l'utilisation de composés de silicium isolants, on réalise des couches isolantes très minces et des cellules a parois très peu 10 espacées, ne pouvant être réalisées en verre, et que, par conséquent, la tension de décharge peut être grandement abaissée. Bien que l'on n'utilise que des composés de silicium comme matériaux isolants dans l'exemple de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, on peut également utiliser des composés 15 tels que l'oxyde d'aluminium (AI2O3) et en particulier l'oxyde de titane (TiOg), l'oxyde de tantale (Ta20^) et le titanate de baryum (BaTiOg) ayant une constante diélectrique élevée, c'est-à-dire, d'une façon générale, des composés métalliques isolants. En particulier, lorsqu'on utilise lesdits composants de titane et 20 de tantale de constante diélectrique élevée, il est avantageux que la tension distribuée et appliquée aux cellules du fait de la tension extérieure appliquée puisse être accrue. Le procédé de formation des couches isolantes ne se limite pas au procédé de pulvérisation et on peut également uti-25 liser le procédé d'évaporation et, si cela est nécessaire, le procédé utilisant la pyrolyse des composés comportant des métaux comme cela a été décrit ci-dessus et le procédé d'impression avec écran de soie. En particulier ce dernier permet de réaliser aisément des couches d'épaisseur élevée comparativement ""aux 30 autres procédés et, de plus, peut être utilisé avantageusement pour former des cellules, présentant des espaces relativement grands entre leurs parois en fonction de la pression du gaz qu'elles renferment. Il est bien connu des hommes de l'art que cette relation entre la pression du gaz enfermé et l'intervalle 35 de décharge peut être exprimé par la loi de Paschen Vf = f(p,d) dans iaquelle est la tension de décharge, p est la pression du gaz renfermé et d est l'intervalle de décharge. Les couches isolantes nécessaires peuvent être réalisées par le procédé 40 d'impression à écran de soie en formant, en premier, des électro- 69 19504 9 0V .. 2010772 • des constituées par des couches conductrices transparentes placées sur un support en verre, en disposant par dessus un écran en soie ou un écran inoxydablef présentant un dessin formée à l'avance en correspondance avec les dimensions, le contour et la dispo-5 sition des cellules, sur lequel un rouleau, recouvert d'une pâte isolante, roule pour donner ainsi à cette dernière la forme dudit dessin, cette pâte étant ensuite chauffée et durcie. Ladite pâte isolante peut être obtenue en additionnant un liant organique et un solvant aux composés métalliques isolants comme cela 10 a été décrit ci-dessus, et se trouve à l'état de bouillie. De plus, des produits chimiques tels que les bains corrosifs et les substances photorésistantes ne se limitent pas à ceux cités dans cet exemple de réalisation, d'autres produits pouvant être choisis et utilisés à' volonté. 15 On va maintenant donner des explications sur un autre exemple de réalisation de la présente invention représenté sur les figures 4 et 5. Dans ce dispositif, toutes les cellules sont en communication svtre elles et c'est pourquoi le dispositif peut être fabriqué plus facilement que le dispositif représenté sur 20 la figure 3. Plus particulièrement, des bandes conductrices transparentes 5 et une couche de nitrure de silicium 6 sont disposées sur une plaque de verre 4 ; puis des couches d'oxyde de silicium 12 en forme de bandes sont disposées sur ladite couche de nitrure 6 et déterminent ainsi des espacements 13 destinés à 25 former les cellules. Deux de ces éléments sont assemblés de façon serrée et sont réunis de façon que les bandes 12 des deux éléments soient orthogonales entre elles comme cela est représenté sur la figure 5. Pour la commodité de l'étude, on a attribué des numéros avec accent aux éléments opposés de la paire. Dans ce 3G montage, bien que les cellules, communiquent entre elles, seules les parties d'une grande largeur de part et d'autre desquelles sont disposées les électrodes opposées X et Y, travaillent comme les cellules, et la partie de largeur restreinte est simplement un intervalle dont la fonction est uniquement d'uniformiser la 35 pression du gaz renfermé dans les cellules. Dans certains cas, il est plus avantageux d'utiliser une mince plaque de verre perforée, comme celle représentée sur la figure 1, au lieu d'une couche de composants métalliques isolants, comme la couche isolante, pour définir la hauteur des cellules dans les dispositifs 40 des montages représentés sur les figures 3 et 5. Car le procédé 69 19504 10. 2010772 de pulvérisation, le procédé d'évaporation et celui utilisant la pyrolyse de composés métalliques' demandent trop de temps pour former une couche isolante d'épaisseur dépassant une épaisseur donnée. Le procédé d'impression à écran de soie, comme décrit 5 ci-dessus, prend moins de temps que les trois procédés considérés, mais a toutefois l'inconvénient de prendre plus de temps que le procédé utilisant une mince plaque de verre. Par exemple, bien que dans chacun des exemples de réalisation de la présente invention considérés ci-dessus les 10 électrodes X et Y et leurs supports soient transparents, un côté seulement peut être constitué par un matériau transparent s'il n'est pas nécessaire d'observer la décharge lumineuse des cellules des deux côtés du dispositif. Dans ce cas, on peut utiliser une plaque de céramique 15 et une feuille métallique respectivement comme support et comme électrode sur la face arrière. De plus, les électrodes X et Y n'ont pas à être obligatoirement orthogonales entre elles, et on peut choisir pour l'une d'elles, en fonction du but du dispositif d'affichage, une combinaison de cercles concentriques et de 20 lignes radiales ou autres. 69 19504 ii 2010772 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage utilisant une décharge gazeuse, caractérisé par le fait qu'il comporte deux éléments, dont l'un au moins est transparent et qui présentent chacun plusieurs 5 couches conductrices mutuellement isolées, qui servent d'électrodes et sont placées sur une surface intérieure du support isolant, une couche d'un composé métallique isolant recouvrant lesdites couches conductrices, une ou plusieurs couches isolantes prévues entre les deux éléments considérés, un ou plusieurs espaces 10 formés dans la couche isolante intercalés et délimités par les contours de ladite couche, un gaz ionisable remplissant le ou lesditfi espaces et des moyens étant prévus pour réaliser l'étanchéité à l'air du ou desdits espaces. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé 15 par le fait que ladite couche isolante intercalée est une couche de composés métalliques isolants. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite couche isolante intercalée a la forme d'une plaque solide faite en un matériau tel que du verre ou de 20 la céramique. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les composés métalliques isolants sont des oxydes métalliques. 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé 25 par le fait que les deux éléments considérés sont disposés de telle sorte que lesdites couches conductrices les recouvrant peuvent se croiser. 6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le support isolant constituant l'un desdits 30 éléments est en céramique. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits espaces communiquent entre eux.