Brevet FR2027416A1 — publié le 19700925

La présente invention est relative d'une manière générale à des dispositifs électroniques d'affichage et se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'affichage à semiconducteurs intégrés comportant une série de matrices de production de caractères. 5 On a décrit un dispositif électronique d'affichage à caractè res multiples dans le brevet français N° 1 495 2®4. Le tête d'impression décrite dans ce brevet emploie une série de matrices de plateaux semiconducteurs thermiquement isolés dont chacun contient une résistance destinée à fournir de la chaleur et une diode pour 10 commuter le courant circulant dans la résistance. Bien que ce dispositif présente des avantages nombreux par rapport aux dispositifs de la technique antérieure, il se pose un problème qui est la chute de tension des lignes communes et des lignes d'attaque qui produit des gradients de température entre les éléments adjacents 15 et provoque des variations de la densité d'impression. La désadap-tation entre les divers coefficients de dilatation thermique interdisent de réduire ces chutes de tension. On a décrit des dispositifs d'affichage électronique à caractère unique dans le brevet français N° 1 582 738 présentant des a-20 vantages qui résultent de l'emploi d'un transistor de commutation dans chaque élément de matrice et d'un transistor de puissance dans chaque circuit intégré adjacent. Ce dispositif a pour avantage de nécessiter des courants de commande plus faibles et un chauffage plus uniforme du fait du gain des dispositifs à transistors. Toute-25 fois, jusqu'à maintenant, il n'est pas apparu pratique de mettre en oeuvre ce type de matrice dans un dispositif à caractères multiples du fait du nombre important de dispositifs et de conducteurs requis 4 L'invention vise à utiliser une matrice à caractère du type à transistor d'une manière donnant une solution au problème de la 30 densité d'impression variable rencontrée dans les dispositifs à caractères multiples commandés par diode de la technique antérieure Ceci est réalisé en utilisant la jonction collecteur-base des transistors dans les mesas individuels E1 à E35 à. des fins d'isolation pendant la commutation, de sorte que l'on peut utiliser un généra-35 teur de caractères unique et un jeu unique de transistors de puissance pour commander toutes les matrices de caractère et les caractères individuels peuvent être excités sélectivement en commandant l'alimentation en énergie des mesas individuels. L'invention vise également une disposition particulière des £0 éléments qui fournit un autre niveau d'interconnexion pour pouvoir 69 42727 2. 2027416 obtenir les hautes densités d'éléments nécessaires pour obtenir une bonne résolution. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en 5 référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 représente un schéma en plan simplifié d'un dispositif d'affichage électronique selon l'invention; - la Fig. 2 représente une vue en perspective partielle d'une partie d'un dispositif d'affichage électronique selon l'invention; 10 - la Fig. 3 représente un schéma électrique d'un dispositif électronique d'affichage selon l'invention; - la Fig. k est un schéma de la face interne de l'élément semiconducteur des réseaux; - la Fig. 5 est une vue en plan schématique et agrandie de 1'-15 un des éléments individuels représentés à la Fig. 4; - la Fig. 6 est un schéma électrique d'une partie de la matrice représentée à la Fig. h. En se référant maintenant aux dessins et en particulier aux Fig. 1 et 2, trois dispositifs électroniques d'affichage à quatre 20 caractères selon l'invention sont indiqués d'une manière générale par les références 10a, 10b et 10c^. Chacun des dispositifs électroniques d'affichage 10a à 10çj comprend quatre matrices de caractères 12a à 12d. Chaque matrice comprend un réseau de 5 x 7 éléments à dont chacun est isolé par rapport à l'air à sa périphérie et 25 est lié à une tranche en matière céramique 14 par une couche de résine époxyde 16 thermiquement isolante. Les dispositifs 10a à 10n peuvent être fabriqués au moyen de divers procédés décrits dans les brevets précités et dans le brevet français N° 1 578 204. Comme décrit ci-dessous, un transistor muni d'une résistance 30 série dans son circuit de collecteur est formé par diffusion dans la face de chaque élément En adjacent à la couche de résine époxyde 16. Des circuits à couches minces déposées sur la face interne de l'élément semiconducteur servent à interconnecter les dispositifs diffusés en un circuit intégré. Par exemple, l'élément E^ de chacun 35 des caractères comprend un transistor T et une résistance (Fig. 3) et l'élément E^ de chaque caractère comprend un transistor T^,- et une résistance R0-. J 5 Les collecteurs de tous les transistors T1 à T„„ d'un caractè- 1 35 re particulier sont connectés au moyen de résistances respectives kO R. à R__. à une ligne d'alimentation commune 18 en tension de collec-l 35 69 42727 i- 2027416 teur. Tous les émetteurs des transistors à de chacun des ca ractères 12a à 12d sont connectés à des lignes communes d'alimentation d'émetteur 20a à 20d respectivement. Chacune des matrices de caractères 12 peut alors être excitée sélectivement en appliquant 5 sélectivement de l'énergie aux circuits à résistance et transistor des éléments de la matrice particulière en fermant le circuit d'émetteur approprié 20. Comme représenté à la Fig. 3» les circuits de collecteurs 18 de tous les caractères du dispositif sont communs et les circuits 10 d'émetteur de chaque matrice sont choisis individuellement par un sélecteur de caractères 22. Les contacts de base des transistors des éléments correspondants de tous les caractères du dispositif sont également communs. Par exemple, les bases des transistors des caractères 12^ à 12d 15 de tous les dispositifs 10a à 10ç^ sont connectés à une ligne de commande commune C^ et les transistors T^^ sont connectés à une ligne de commande commune . Naturellement, il est entendu que les bases des transistors T^ à (non représentées) sont connectées à des lignes de commande correspondantes Cg à C^ dont une partie 20 seulement est représentée sur les autres figures décrites ci-après. Les lignes de commande C^ à C^ s'étendent à partir d'un générateur de caractères 2k qui décode un signal logique électrique et produit une tension suffisante pour rendre le transistor conducteur sur les lignes de commande nécessaire pour produire le caractère dési-25 ré. Comme mentionné, les lignes de commande C^ à C^ sont communes à toutes les matrices de caractères du dispositif, qui peut comprendre par exemple quatre-vingt caractères pour une ligne, de sorte qu'un seul générateur de caractères et .un seul jeu de transistors de puissance de sortie suffisent. Des vitesses plus grandes 30 peuvent être obtenues toutefois en utilisant des générateurs de caractères multiples connectés en parallèle et des transistors de puissance de sortie correspondants pour choisir en parallèle et appliquer des impulsions aux caractères correspondants' ( 12a à 12d) de chaque dispositif électronique d'affichage à caractères multi-35 pies 10a à 10ç^ Lors du fonctionnement du dispositif, le sélecteur de caractères 22 explore par exemple la matrice en allant du caractère gauche au caractère droit successivement en connectant sélectivement les lignes d'émetteur communes 20a à 20d des matrices de caractères 40 à la masse. Ensuite, pendant la période où chaque caractère parti 69 42727 2027416 culier est ainsi excité, la tension d'alimentation des collecteurs est appliquée à la ligne commune des collecteurs 18 et le générateur de caractères produit les niveaux de tension positive sur les lignes de tension à nécessaires pour engendrer le caractère 5 devant être affiché ou imprimé à l'emplacement choisi. Par exemple, une tension positive présente sur la ligne de tension rend le transistor du caractère excité conducteur, ce qui provoque le chauffage de l'élément E^ par l'énergie dissipée dans la résistance R.j . Le transistor connecté aux lignes de commande qui sont au 10 potentiel de la masse reste bloqué. Par exemple, si la ligne de commande est au potentiel de la masse, le transistor du ca ractère excité reste bloqué. XI est important de noter que les jonctions collecteur-base des transistors de tous les caractères désexcités bloquent le courant provenant de la ligne d'alimentation 15 18 en tension de collecteur et l'empêchent de circuler dans la ligne de commande commune et de rendre conducteurs les transistors Tn de la matrice excitée qui doivent rester bloqués pour engendrer le caractère désiré. On peut également recourir à un autre mode d'excitation sélec-20 tive d'un caractère particulier. Au lieu d'une ligne 18 commune aux collecteurs de toutes les matrices de caractères, on peut ne rendre communs que les collecteurs de chaque matrice et laisser les collecteurs communs des caractères désexcités flottant. Ensuite, la jonction collecteur-base de chaque transistor, dont la ligne de 25 commande est positive, peut être polarisée en sens direct dans chaque .matrice dans laquelle le collecteur est flottant. Toutefois, les jonctions collecteur-base de tous les transistors des matrices sont polarisées en sens inverse et empêchent le courant de revenir vers la matrice excitée sur une ligne de commande qui autrement 30 n'est pas positive, de la même manière que les jonctions base-émet-teur flottantes libres des matrices désexcitées du circuit représenté sur les dessins. De même, les jonctions base-épietteur librement flottantes des matrices désexcitées empêchent le courant de circuler à partir d'-35 une ligne de commande positive dans une jonction base-émetteur polarisée. en sens direct jusqu'à la ligne d'émetteur commune 20 et n de revenir dans la jonction émetteur-base jusqu'à line ligne de commande qui ne doit pas être positive. Un autre aspect de l'invention est représenté à la Fig. k qui 40 représente la disposition générale des éléments E^ des matrices 69 42727 5. 2027416 12a à 12 Le réseau a été simplifié à la Fig. 4, l'élément Eg étant représenté plus en détail à la Fig. 5 à. titre d'exemple de la disposition des diffusions et des contacts. Un matériau semiconducteur 5 de type N, qui peut être le matériau de départ de type N diffusé dans un matériau de type P ou engendré par épitaxie, forme une région de collecteur élargi 30. Une région de base diffusée de type P 34 et une région diffusée à effet tunnel de type P 36 sont construites simultanément dans le matériau de départ. Une région diffu-10 sée d'émetteur N+ 38 et une région diffusée à effet tunnel N+ 40 sont réalisées simultanément. La surface de l'élément Eg est recouverte d'une couche de matériau isolant, en oxyde de silicium par exemple, et une ouverture de contact de collecteur 42, une ouverture de contact de base 44, une ouverture de contact d'émetteur 46 15 et line ouverture de contact de court-circuit 48 sont formées dans tous les éléments du dispositif. On notera que l'ouverture 48 s'étend en travers de la jonction comprise entre les régions diffusées 36 et 40 pour court-circuiter la jonction base-émetteur du transistor NPN formé par les régions diffusées 36 et 40 et la région de 20 collecteurs 30* De plus, un contact de ligne de commande est découpé dans l'oxyde à l'un de cinq emplacements X à V qui dépend de la colonne dans laquelle se trouve l'élément particulier. Par exemple, les éléments , Eg, etc, de la première colonne de la matrice doivent comporter des ouvertures de contacts à la position I, les 25 éléments Eg, E^, etc, de la seconde colonne de la matrice doivent avoir des ouvertures à la position XX, etc. Comme l'élément Eg se trouve dans la troisième colonne, une ouverture de contact 50 est ménagée à la position XXX. Un conducteur de court-circuit 52 (tous les conducteurs sont 30 représentés en trait plein à la Fig. 5) connecte la région à effet tunnel diffusée 40 à la région de base 34 par l'intermédiaire des ouvertures de contacts 48 et 44. Les lignes de commande Cg à C^ sont formées sur la couche isolante et s'étendent en travers des rangées d'éléments et sont 35 connectées automatiquement à la base du transistor approprié à travers l'ouverture de contact située aux positions X à V, la région à effet tunnel diffusée 40 et le contact de court-circuit 52. Par exemple, la ligne de commande Cg est connectée à la base du transistor de l'élément Eg à travers l'ouverture de contact 50» 40 par l'intermédiaire de la région diffusée 40, de l'ouverture de 42727 '6. 2027416 contact 48, du conducteur de court-circuit 52 et de l'ouverture de contact de base 44. Comme on peut le voir à la Fig. 4, les rangées alternées d'éléments sont inversées, de sorte qu'un ruban de conducteur commun 5 54 s'étend à travers les ouvertures des contacts de collecteur 42 des éléments à E^ de chacune des matrices successives de caractères 12a à 12c_. De même, des rubans de masse communs 56a à 56c^ s'étendent à travers les ouvertures de contact d'émetteur 46 des éléments Eg à des matrices 12a à 12c_ respectivement. Les col- 10 lecteurs des éléments E^.à E^q sont connectés au ruban d'alimentation 58 en tension de collecteur, les bases des éléments E^g à Egides matrices 12a. à 12c: sont communes aux rubans 60a à 60c; respectivement, les collecteurs des éléments E^-j à E^q sont communs au ruban 62, les émetteurs des éléments à E^^ des matrices 12a à 15 12c: sont communs aux rubans 64a à 64c^ respectivement et les collecteurs des éléments E„, à E„r sont connectés au ruban 66. Les rubans J » 35 d'émetteur 56a à 5652, 60a à 60 ori ^'2\ C25' C26 ^ ^30 C31 C35 s'®teride:rit sur ^es éléments E^ - E5» e6 à E10' E11 à E15' EI6 à E20' E21 à E25' E26 à E30 et E31 à E^^ de toutes les matrices 12a à 12d de tous les dispositifs 10^ de l'ensemble si on le désire. Le schéma électrique des éléments représenté sur la Fig. 4 est 25 donné sur la Fig. 6 dans lequel les parties correspondantes portent des références correspondantes. Bien que les transistors décrits ci-dessus relativement à un mode de réalisation préféré de l'invention soient de type NPN, on peut utiliser à la place des transistors de type PNP. De plus, dans 30 le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus, la résistance de chauffage de chaque plateau de chaque matrice est la résistance de saturation de collecteur du transistor diffusé. Une telle résistance peut être un constituant séparé_for » ' dans ou sur chaque mesa de chaque matrice. On peut envisager également d'autres dimensions 35 des réseaux, 7 x 9j 11 X 15» au lieu du réseau 5 x 7 décrit en détail ici, des mesas ayant des formes géométriques différentes autres que celles décrites ici peuvent être utilisés suivant le caractère d'imprimerie désiré et chaque dispositif d'affichage peut comporter un nombre plus grand ou plus petit de caractères que le 40 nombre de quatre indiqué ici. 69 42727 7. 2027416 - REVENDICATIONS. - 1 - Dispositif électronique d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend une série de matrices de caractères comportant chacune un nombre correspondant de semiconducteurs et chacun des élé- 5 ments comportant un transistor et une résistance, un premier circuit destiné à appliquer une tension d'alimentation commune aux collecteurs des transistors par l'intermédiaire de la résistance respective, un second circuit interconnectant respectivement les émetteurs de chaque transistor de chaque matrice, et une ligne de 10 commande séparée qui est commune aux bases des transistors des éléments correspondants d'au moins deux matrices, de sorte qu'une matrice peut être sélectivement excitée en la branchant à une alimentation en tension, et les éléments de la matrice excitée peuvent être sélectivement rendus conducteurs par une tension appliquée 15 aux lignes de commande respectives. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de décodage connecté aux lignes de commande afin de décoder un signal électrique d'information représentant un caractère et pour rendre conducteur des transistors choisis de 20 la matrice excitée d'une manière permettant de reproduire graphiquement le caractère. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que tous les premiers circuits sont communs et il est prévu des moyens de commutation pour connecter sélectivement chacun des se— 25 conds circuits à voie alimentation en tension pour appliquer de l'énergie à la matrice choisie. 4 - Dispositif suivant la revendication 3» caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de décodage connecté aux lignes de commande afin de décoder un signal d'information électrique représentant 30 un caractère et de rendre conducteur des transistors choisis de la matrice excitée d'une manière permettant de reproduire graphiquement le caractère. 5 - Matrice de commutation, caractérisée en ce qu'elle comprend une série de jeux de transistors, chaque jeu ayant le même 35 nombre des premiers circuits communs aux collecteurs des transistors de chaque jeu, des seconds circuits communs aux émetteurs des transistors de chaque jeu, et une ligne de commande séparée qui est commune aux bases des transistors correspondant de chaque jeu de transistors, de sorte que chaque jeu de transistors peut être 40 excité sélectivement en appliquant une tension d'alimentation entre 69 42727 8. 2027416 les premiers et les seconds circuits correspondant aux jeux et les transistors individuels du jeu excité peuvent être rendus conducteurs par une tension appliquée à la ligne de commande respective. 6 - Matrice suivant la revendication 5, caractérisée en ce 5 que chacun des premiers circuits comprend une charge connectant le collecteur de chaque transistor du jeu au point commun. 7 - Matrice suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les premiers circuits de tous les jeux de transistors sont connectés à un point commun et en ce qu'il est prévu des moyens de 10 commutation pour connecter sélectivement les premiers circuits des jeux respectifs à une alimentation en tension pour exciter le jeu choisi. 8 - Matrice suivant la revendication 5, caractérisée en ce que chacun des premiers circuits comprend un élément de chauffage 15 résistif connectant les collecteurs des transistors respectifs à un point commun et en ce que les éléments de chauffage résistif de chaque jeu sont disposés suivant une matrice de caractères d'un dispositif d'affichage électronique. 9 - Matrice suivant la revendication 8, caractérisée en ce 20 que chaque élément -dé chauffage résistif et chaque transistor an- quel 11 est connecté sont formés par un mesa semiconducteur, et les mesas semiconducteurs sont isolés par une discontinuité thermique . 10 - Matrice suivant la revendication 9> caractérisée en ce 25 que les mesas semiconducteurs sont montés sur une pastille de support par une couche de matériau thermiquement Isolant suivant au moins une rangée, les transistors étant voisins du matériau Isolant, chaque mesa comprend une région de collecteur élargie s*étendant normalement à la rangée, un contact de collecteur formé à une ex-30 trémité de la région de collecteurs, une région de bases et une région d'émetteurs formées à l'autre extrémité de la région de collecteurs, un contact de base étant compris entre le contact de collecteur et un contact d'émetteur, une couche isolante sur les mesas ayant des ouvertures de contact de collecteur, de base et d'émet-35 teur, un niveau de conducteurs électriques comprenant un conducteur de collecteur s'étendant sur les ouvertures de contact de collecteur des mesas de la rangée, un conducteur d'émetteur s'étendant sur les ouvertures de contact d'émetteur des mesas' de la rangée et une série de conducteurs de commande disposée entre les conducteurs 40 de collecteur et d'émetteur, et un autre niveau d'interconnexion 69 42727 9. 2027416 reliant les conducteurs de commande choisie aux contacts de base choisis. 11 - Matrice suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'un autre niveau d'interconnexion comprend une région à effet 5 tunnel dans chaque mesa semiconducteur. 12 - Matrice suivant la revendication 11, caractérisée en ce que la région à effet tunnel est constituée' par une diffusion d'émetteur dans une diffusion de base dans la région de collecteurs. 13 - Matrice suivant la revendication 10, caractérisée en ce 10 qu'il est prévu une série de rangées de mesas disposés de manière former une série de matrices de caractères et les mesas des rangées alternées sont inversés de sorte que les contacts de collecteur et d'émetteur des transistors de chaque rangée sont adjacents / aux contacts de collecteur et d'émetteur respectivement des ran- 15 gées adjacentes de mesas. 14 - Matrice suivant la revendication 5» caractérisée en ce que des moyens de décodage sont connectés aux lignes de commande pour décoder un signal électrique d'information représentant un caractère et rendre conducteur des transistors choisis du jeu exci 20 té de manière à reproduire graphiquement le caractère. 15 - Matrice semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle comprend une rangée de transistors ayant chacun tin contact de collecteur espacé du contact de base et un contact d'émetteur sur la face opposée du contact de base par rapport au contact de collecteur 25 un niveau de conducteurs à couches minces s'étendant en parallèle sur la rangée de transistors entre les contacts de collecteur et de base, et un autre niveau d'interconnexion reliant des conducteurs choisis du premier niveau à des contacts de base choisis des transistors de la rangée. 30 16 - Matrice suivant la revendication 15, caractérisée en ce qu'un autre niveau d'interconnexion comprend au moins une région à effet tunnel dans le matériau semiconducteur formant les transistors. 17 - Matrice suivant la revendication 15, caractérisée en ce 35 qu'un autre niveau d'interconnexion comprend une région à effet tunnel formée par diffusion du type émetteur dans une diffusion du type base. 18 - Matrice suivant la revendication 17, caractérisée en ce qu'un niveau de conducteurs est déposé sur une couche isolante re- k0 couvrant les transistors, la région à effet tunnel est en contact 69 42727 2027416 avec le conducteur choisi par l'intermédiaire d'une ouverture ménagée dans la couche isolante, et la région à effet tunnel est connectée à la région de base du transistor par un conducteur de court-circuit déposé sur la couche isolante et venant en contact avec la 5 région de^base et à effet tunnel à travers les ouvertures ménagées dans la couche isolante. 19 - Matrice suivant la revendication 16, caractérisée en ce que la diffusion du type émetteur de la région à effet tunnel est court-cireuxtée avec la diffusion du type base de la région à effet 10 tunnel pour empêcher le fonctionnement du transistor.