Brevet FR2102151A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne les dispositifs d'affichage, et plus particulièrement un dispositif d'affichage à décharge, utilisé pour afficher des caractères déterminés ou un message particulier. Elle a pour objet un dispositif d'affichage à décharge, qui comporte une enveloppe remplie de gaz ionisable et une paire de couches opposées et sensiblement transparen- tes, en matériau conducteur de l'électricité, fixées aux surfaces internes de l'enveloppe. On superpose auxdites couches transparentes des éléments ayant la forme d un caractère ou d'un message à afficher. Un revêtement diélectrique recouvre les couches de matériau conducteur de l'électricité et, si on le souhaite, un autre revêtement de matériau fluorescent peut recouvrir le revente ment diélectrique.L'excitation électrique produite par une source d'alimentation ionise le gaz qui s'illumine et provoque i'incan- descence des éléments des matériaux conducteurs de l'électricité ayant la forme du caractère ou du message à afficher. Bien que dans les techniques d'affichage on connaisse de nombreux dispositifs, généralement satisfaisants, pour montrer des caractères déterminés, etc..., ceux-ci présentent aussi un certain nombre de défauts et d'inconvénients. La fig. 3 du brevet américain NO 3.325.664 représente un dispositif d'affichage dlectrolumines- cent comprenant une électrode frontale classique, transmettant la lumière, telle qu'une couche d'oxyde d'étain, une électrode post6- rieure composite ayant une pluralité de segments présentant la forme de lettres, et une couche intermédiaire de phosphore électroluminescent. Tous les segments de l'électrode postérieure sont excités en meme temps pour illuminer les zones des lettres du mot constituant le signe.Chaque lettre de l'électrode postérieure possède une fiche conductrice, fixée sur sa face arrière, qui est reliée à l'une des bornes de la source de courant alternatif, l'autre borne étant reliée à l'électrode frontale classique. Ainsi, chaque lettre possède une fiche conductrice séparée, qui doit être connectée à l'une des bornes d'une manière analogue à celle représentée dans le brevet américain NO 2.988.661. Le brevet américain NO 3.3I0.703, qui a pour objet un dispositif et un procédé électroluminescent, représente un signe transparent qui, s'il comporte des zones solides telles que des lettres, utilise de très minces conducteurs, tels que de minces fils, qui sont attachés à chaque lettre. Ces lettres, qui possédent une électrode postérieure de memes dimension et forme que la lettre, sont, par conséquent, invisibles de la face d'affichage. Au cas où les minces fils ne sont pas satisfaisants on peut alors utiliser de minces tiges de verre revêtues d'un conducteur transparent, tel que de l'oxyde d'étain. Cependant, comme dans les exemples des brevets précités, on utilise aussi un conducteur frontal, transparent, classique. Le brevet N 3.497.751 représente une électrode métallique transparente, qui semble normalement opaque, mais qui-fonctionne comme si elle était transparente du fait de l'existence d'un nombre élevé de trous minuscules. Il faut noter que l'on peut utiliser une telle électrode dans des dispositifs d'affichage utilisant un gaz ionisable qui peut s'illuminer quand on applique des tensions électriques appropriées. I1 faut noter, en outre, que ces dispositifs peuvent présenter beaucoup d'autres configurations différentes. Certains, per exemple, fonctionnent simplement par illumination de tout le volume de gaz, alors eue d'autres utilisent les électrodes et le ga pour afficher dcs chiffres, des lettres, des caractères ou des messages.Ces dispositifs peuvent présenter la forme d'uns enveloppe en verre, remplie d'un gaz ionisable, et possédant des électrodes disposes sur ses parois supérieure et inférieure, l'une des électrodes étant l'électrode transparente de l'invention, qui peut présenter une forme quelconque, et l'autre électrode étant une électrode métallique, solide et opaque. La présente invention résout les problèmes et i@@@nvénients précités grâce à l'utilisation d'un concept entièrement nouveau dans les dispositifs d'affichage à décharge On connaît depuis un certain nombre d'années la technologie de fabrication des dispositifs d'affichage à décharge du type précité, mais on ne pensait pas au départ pouvoir les faire fonctionner, car avec un courant de 60 hertz on n'aurait eu qu'un arc point à point. Cependant, l'utilisation de courants à haute-fréquence, d'un gaz de remplissage sous haute pression et d'électrodes métalliques sensiblement transparentes et comportant un revêtement diélectrique protecteur, sont des facteurs clés qui ont permis le fonctionnement satisfaisant de ces dispositifs. Le dispositif d'affichage à décharge de la présente invention, comporte une enveloppe en verre scellée poss6- dant des premier et second supports superposés, qui sont séparés par une distance prédéterminée. On dispose sur les faces intérieures de ces supports des couches opposées et séparées en un matériau conducteur de l'électricité. Ces couches de matériau conducteur de l'électricité comprennent des éléments du message ou des caractères qui sont entièrement superposés et apparaissent comme formant un tout tandis que les éléments d'amenée et de connexion (comme ceux reliant le corps principal du bas de casse "i" avec son point) ne sont pas superposés et ne se croisent pas. Ainsi. se différenciant de l'art antdrieur,- on- n'utiliss- qu'un seul élément d'amenée pour chacune des deux couches de maté- riau conducteur de l'électricité, étant donné que les lettres iso lées, les nombres ou symboles, etc..., sont reliés par de très minces éléments conducteurs, qui ne s'illuminent pas. Le message superposé, ou les earactères, ont des formes identiques quand on assemble les deux parties de l'enveloppe, c 'est-à-dire qu'ils sont les images l'un de l'autre dans un miroir, et l'une des électrodes ne recouvre pas, comme dans le passé, toute la surface frontale ou toute la surface postérieure du dispositif d'affichage. Un revêtement diélectrique recouvre chacune des couches de matériau conducteur de l'électricité, permettant ainsi le fonctionnement ce qui améliore la durée de vie du dispositif d'affichage car il n'y a pas de parties métalliques favorisant l'échappement de gaz ou des décharges électriques. On remplit l'enveloppe en verre scellée d'un gaz ionisable, dont la pression est comprise entre IO et 500 torr, et une source d'alimentation haute fréquence fournit la tension d'excitation nécessaire et provoque l'illumination du message ou de la région d'affichage (c 'est-à-dire les parties superposées des couches opposées de ma tériau conducteur de l'électricité). Etant donné que les éléments d'amenée et de connexion ne se croisent pas, il ne se produit au- cune décharge entre eux et ils ne produisent pas d'illumination. La distance séparant les électrodes est, en général, constante et le dispositif brille uniformément sur toute sa longueur. Si la cavité séparant les électrodes est cunéiforme ou effilée, un eoAté du dispositif d'affichage peut briller après l'autre de manière séquentielle (si en même temps une source de puissance augmente graduellement la tension). Si on le souhaite, on peut obtenir, en outre, une illumination unique, grâce aux revêtements de matériau électroluminescent appliqués sur les revgtements diélectriques. Les caractéristiques ci-dessus, leurs avantages, ainsi que d'autres caractéristiques et avantages secondaires, apparaîtront de façon plus détaillée dans la description ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence au dessin en annexe, sur lequel - la fig. I est une perspective éclatée du dispositif d'affichage selon la présente invention, montrant les revête- ments conducteurs de l'électricité disposés sur les faces intérieures des supports. - la fig. 2 est une vue en plan des supports superposés avec leurs revttements conducteurs de l'électricité à l'état non excité. - la fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 2 mais représentant le dispositif d'affichage à l'état excité. - la fig. 4 est une coupe perpendiculaire au dispositif, effectuée suivant la ligne 4-4 de la fig. 3 et représentant l'agencement du dispositif d'affichage. - la fig. 5 est une vue analogue à celle de la fig. 4, relative à un dispositif dans lequel la largeur de la cavité séparant les revetements conducteurs de l'électricité n'est pas constante. Si maintenant, l'on détaille les dessins, la fig. I est une vue éclatée, en perspective, d'un des dispositifs d'affichage à décharge IO. Le dispositif d'affichage IO (voir fig. 3) comprend une chambre scellée ou enveloppe I2 (fig. 4), en un matériau transmettant la lumière, (comme du verre, un polymère transparent ou un matériau plastique transparent), relinpll6 utun gaz ionisable I4,.comme du néon, de l'argon, etc... L'enveloppe 12 comprend les deux supports I6 et I8, dont les faces extérieures sont référencées 20 et 22, les faces intérieures 24 et 26, et les évidements au niveau des bords 28 et 30, respectivement sont symétriquement disposés.On fixe des films conducteurs de l'électricité 36 et 38, respectivement, sur les faces opposées intérieures 24 et 26 des supports I6 et I8, pour permettre l'application d'un potentiel suffisant pour l'ionisation du gaz et provoquer une illumination. Les films conducteurs 36 et 38, de préférence transparents, sont en métal tel que de l'oxyde d'étain, d'or, etc..., et sont, de préférence, entièrement recouverts par des couches supplémen taires 42 et 44, respectivement, en un matériau possédant une constante di électrique élevée et une grande résistance diélectri que.Les supports I6 et 18 sont solidarisés par scellement sur tout leur pourtour externe 46 et 48, respectivement, au moyen, par exemple, d'une entretoise de scellement 50 en verre de soudure ou tout autre matériau analogue. La cavité 51 située entre les supports I6 et I8 est remplie de gaz ionisable I4 par les techniques classiques. On voit mieux sur la fig I que les films conducteurs 36 et 38, situés sur les supports I6 et I8 respectivement, ont nécessairement la forme du caractère ou du message à afficher, qui est le mot "sign" dans l'exemple choisi. L'électrode 36, qui est représentée en traits pointillés car elle est fixée à la surface arrière 24 du premier support I6, est constituée des caractères ou du message 52 à afficher, en l'espèce "sign", d'un élément d'amenée 54 attaché au "S" et diun élément curviligne de connexion 56 reliant le corps principal du bas de casse 'i" à a son point.De même, l'électrode 38 est constituée de la partie du message 'sign" 62, de l'élément d'amenée 64 attache au "n", , et de l'élément de connexion du point du "i" 66 (qui est incurve dans le sens opposé de celui de l'élément de connexion 56-de l'électrcde 36). Comme représenté sur la fig. 2, quand les supports I6 et I8 sont assemblés, les éléments 52 et 62 du message ou des caractères sont entièrement superposés et apparaissent comme un message ou un affichage unique 63, tandis que les éléments d'amenée 54 et 64 et les éléments de connexion 56 et 66 ne sont pas superposés et ne se croisent pas. Les éléments d'amenée 54 et 64 sont reliés, respecti- vement au niveau des évidements 50 et 28 des supports, par l'inter- médiaire des fils 58 et 68 à la source 70 d'alimentation en courant. La fig. 3 représente le dispositif d'affichage IO pourvu d t un cadre 72, qui est agencé de façon à envelopper les bords de l'enveloppe 12. La fig. 3 représente le dispositif d'affichage IO à à 1' état excité, cependant, il-est bien clair d'après ce qui précède qu'il est impossible de représenter entièrement cette invention telle qu'elle apparaît à l'utilisateur. L'actionnement de la source de puissance 70 ionise le gaz 14 de l'enveloppe I2, provoquant ainsi l'illumination du message ou de l'affichage 63. Etant donné que les éléments d'amenée 54 et 64, de même que les éléments de non nexion du point 56 et 66, ne sont pas superposés et ne se croisent pas, il ne se produit aucune décharge entre eux rt ils ne donnent pas lieu à illumination.Bien que les éléments d'amenée 54 et de connexion du point 56 soient encore visibles, sous forme de lignes (voir fig. 3), ils sont en réalité Si minces par rapport à la largeur des caractères du dipoSitif d'affichage, que l'on ne peut pas les reoerqu'er, ainsi par exemple le point i semble flotter librement, c'est-à-dire qu'il ne semble pas relié Si, par exemple, on utilise la même technique de connexion pour des gros caractères moulés, lors de l'actionnement de 1a source d'alimentation, ils apparattront libres. La fig. 4 est une vue en coupe de la fig. 3, représentant les électrodes 36 et 38, séparées par une distance constante, c'est-à-dire que les électrodes 36 et 38 sont parallèles entre elles. La fig. 5 représente le dispositif d'affichage n décharge IOA, qui est analogue au dispositif d'affichage IO de la fig. 4, à ceci près que les électrodes 36 et 38 sont disposées obliquement, c'est-à-dire que la cavité 5IA (située entre les électrodes 36 et 38) diminue régulièrement de 'extrémité 74 vers l'extrémité 76.On peut utiliser une cavité @nnulaire de décharge cunéiforme 5IA, avec une source d'alimentation 70 qui augmente graduellement la tension, pour illuminer séqu@@tiellement les caractères ou le message 63 d'une extrémité à l'autre. Du fait de la plus grande résistance de la cavité qui va en s'élargi@@sant l'illumination debute au niveau de l'espace le plus étr@ et progresse au fur et à mesure que la tension croit vers R des pacement le plus large, Jusqu'd ce que tout le dispositif soit illuminé. Si la cavité 5IA est effilée du sommet vers la base, on peut utiliser le dispositif d'affichage pour réaliser une illumi- nation séquentielle verticale. On peut utiliser de multiples obliquités pour produire une myriade de modèles d'illuminations séquentielles, mais ceci nécessite aussi des types de source d'alimentation plus sophistiqués. L'illumination séquentielle se produit quand le dispositif d'affichage est établi pour un fonctionnement à cycles répétitifs, c'est-à-dire que dès que le message à afficher est entièrement illuminé, alors la tension appliquée est interrompue temporairement (supprimant ainsi 1'illumination), puis, après une nouvelle remise en marche, le message est illuminé sé quentiellement jusqu'à illumination complète, après quoi on répète le cycle. Un procédé de fabrication du dispositif d'affichage à décharge comprend les étapes suivantes : (I) façonnage et finissage des supports I6 et I8 en verre plat ; (2) revêtement des supports I6 et I8 par des films conducteurs de l'électricité en oxyde d'étain.Ces films ont de préférence une résistivité de IO à 20 ohms / carré ; (3) façonnage d'un motif d'électrode 36 et 38 au moyen des techniques photorésistantes bien connues ; (4) revêtement des électrodes 36 et 38 par de minces couches 42 et 44 de fritte de verre, de O,I25 à 0,25mm d'épaisseur, par exemple avec le verre NO 7570 du code de CORNING ; (5) soudure des bords, au cours de cette opération on soude ensemble les supports de base I6 et I8 le long de leurs pourtours externes 46 et 48 respectivement, tout en les maintenant écartés, au moyen d'une entretoise 50, en fritte de verre NO 7570 du code de CORNING, de 0,I25 à I,25mm d'épaisseur, cette fritte de verre joue à la fois le rôle de soudure et d'entretoise, bien que l'on puisse facilement utiliser des entretoises et des joints de soudure séparés ; (6) pompage, cuisson, remplissage et scellement.Au cours de cette opération, la cavité 51 ( ou 5IA ) est soumise à un vide inférieur à I micron de mercure, puis chauffée à une température, de préférence, située entre 250 et 3500C. On procède alors à un nettoyage avec un gaz sec et remplit ensuite avec un gaz, tel que le néon, à une pression comprise entre IO et 500 torr ; et enfin l'on effectue la soudure par les techniques classiques. Ensuite les éléments d'amenée 54 et 64 sont reliés aux fils 58 et 68 allant à la source d'alimentation 70. On a constaté que le domaine de fonctionnement du dispositif d'affichage IO se situe dans les limites suivantes : (I) Tension : 300 à 500 V du zéro au pic sur un cycle de demi-puissance, avec une onde de forme pratiquement carrée ; (2) Fréquence : I à 200 kilohertz. Ainsi la source d'alimentation IO doit être capable de répondre à ces exigences. Dans un exemple précis, un dispositif d'affichage opérationnel IO, ayant une zone frontale d'environ I2,5 à 25cm, a présenté les paramètres suivants (I) Intensité du courant : IO milliampères (2) Tension : 225 volts ( cycle de demi-puissance ), (forme de l'onde pratiquement carrée) (3) Fréquence : I8 kilohertz (4) Gaz : Néon (5) Pression de gaz : I00 torr (6) Espace séparant les électrodes revêtues : 0,380mm (7) Brillance : 50 pied-Lamberts Outre l'utilisation de divers gaz ionisables ou mélanges de gaz dans les cavités 51 ( ou SIA ) on peut obtenir différentes illuminations si l'on applique des revêtements de matériau fluorescent sur les couches 42 et 44, qui recouvrent les électrodes 36 et 38.Une fois que la cavité est mise sous faible pression, par exemple en atmosphère d'argon (O,I à I00 torr) , la fluorescence résulte de l'application d'une tension élevée. La fig. 5 illustre l'adjonction de couches de phosphore 78 et 80, comme par exemple du silicate de zinc activé par du manganèse, sur les couches diélectriques 42 et 44 respectivement. L'application d'une tension appropriée par la source d'alimentation 70 produit une lumière d'un vert brillant. On peut obtenir d'autres avantages originaux, tels qu'unie structure ponctuelle et un déplacement rapide de ces points en variant les compositions de gaz et les pressions, en même temps que les paramètres électriques appropriés tels que tension, courant et fréquence. Bien que l'on ait fait la présente description eu égard à certaines formes de réalisation possibles, il est-entendu que cette description l'est à titre illustratif plutôt que limitatif et que l'on peut effectuer des modifications sans sorti de l'es- prit de l'invention.