Brevet FR2120174A1 — publié le 19720811

La présente invention concerne m système d'enregistrement cyclique par l'emploi d'un ëlastoxnère dans un chsrap électrique, et en particulier, une méthode pour former un membre eenducteur flexible à la surface d'une telle couche d'élastomère pouvant se 5 déformer dans un champ électrique. Jadis la formation d'image en relief sur surface thermoplastique enseigna l'enregistrement d'images à l'aide de déformations dans une surface thermoplastique qui est normalement lisse. L'information d'image est alors enregistrée sur cette surface sous 10 forme de "hauteurs" et de "vallées". La lumière réfléchie ou transmise à travers cette surface peut être utilisée pour rendre l'image enregistrée visible, car cette lumière sera diffusée ou diffractée par cette structure. Trois types basiques de formation d'image en relief sur surface thermoplastique sont à distinguer. Historiquement, le premier de ceux-ci, consiste en la formation d'image par gélification, dont il est question dans les brevets US n° 3.196.009-3.196.011-3.258.336 et 3.196.008. Par le passé on a procédé à la formation d'image par gélification en créant un diagramme de tension à travers une mince 20 couche de thermoplastique isolant. Ce diagramme de tension est normalement établi à l'aide d'une couche adjacente de matériau photoconducteur, bien que dans le traitement réalisé par la "Général Electric Company", le thermoplastique lui-même soit rendu photoconducteur. En fait le champ électrique est appliqué à 25 travers le "sandwich" thermoplastique/photoconducteur, ou à travers le thermoplastique photoconducteur. Le diagramme d'intensité lumineuse de l'image formée sur le photoconducteur crée alors un champ électrostatique variable. Cet inventeur et d'autres ont observé qu'une mince 30 couche liquide, à travers laquelle avait été appliqué un champ électrique intense se déformait de préférence en un modèle correspondant exactement aux variations de fréquences spatiales de es champ, pourvu que ces variations soient principalement composées de fréquences spatiales avoisinant la caractéristique de fréquents ce résonnante de la couche. Pour des valeurs modérées de ce champ électrique, cette fréquence de résonnance a normalement la valeur 1/2T, ou T représente l'épaisseur de la couche liquide. Là où le diagramme de champ varie beaucoup plus faiblement, la surface tend à se plisser ou à se déformer irrégulièrement, de tels plis 40 présentant les fréquences spatiales caractéristiques, au voisinage 71 47891 2 2120174 de 1/2T sont souvent dénommées fréquences de résonance de la couche déformable. D'où les images dont les fréquences spatiales sont incluses dans la zone de fréquence de résonnance de la surface déformable, sont fidèlement reproduites par les déformations de 5 cette surface. D'autre part, les images dont les fréquences spatiales sont inférieures à cette fréquence de résonnance, tendent à former un gel dans les zones d'ëclairement supérieur. A l'aide d'un système optique de Schlieren ou tout autre système approprié, il est possible de reconstituer des images de bonne qualité à par-10 tir de ces déformations. Néanmoins, la propre structure de bruit de l'image gélifiée est inacceptable pour certaines applications. Le second type de formation d'image en relief superficiel fût enseigné par Urbach et est communément dénommé "gel tramé". Voir les brevets US n° 3.196.012 et 3.436.216. Cette technique de 15 formation d'image est capable d'enregistrer des images à déformations superficielles de fréquence spatiale bien inférieure à la fréquence de résonnance de la couche déformable. Urbach a démontré qu'en intercalant un réseau à ligne d'absorption, de fréquence spatiale proche de la fréquence spatiale de résonnance de la sur-20 face déformable, entre l'image projetée sur le photoconducteur et le photoconducteur lui-même, la surface se déformerait sans présenter de gel dans ces zones d'éclairement du photoconducteur. Les plages solides, c'est à dire les zones de basse fréquence spatiale de cette image tramée, sont alors remplies, non de gel, mais des 25 restants de l'écran. Si ces restants d'écran sont inacceptables, ils peuvent être éliminés subsëquemment par filtrage spatial ou par des techniques enseignées encore par Urbach. Le troisième type de formation d'image en relief superficiel est en fait une variante des deux premiers, mais en raison 30 de son importance, se doit d'être traité séparément. Celui-ci concerne l'enregistrement d'hologrammes sur une structure à surface déformable, et nous a été enseigné par Cathey, pour les émulsions de gélatine blanchie, et ensuite par Urbach, pour les structures en "sandwich" thermoplastique/photoconducteur. Voir le brevet US 35 intitulé "Système de formation d'image "n° 521.982 du 20.1.1966. Un hologramme est un enregistrement d'un modèle d'interférence entre deux faisceaux de lumière cohérents.Normalement, un faisceau de lumière contient l'information d'un objet et l'autre est un faisceau de référence, généralement une simple structure. Le dia-40 gramme d'interférences ressemble en général, quelque peu à une 71 47891 3 2120174 image brouillée sur un écran. Si la fréquence spatiale de l'écran approche la fréquence de résonnance de la mince couche liquide, la surface se déforme le long de la structure du diagramme d'interférences et peu de bruit est engendré. Toutes les techniques 5 de formation d'image ci-dessus impliquent la déformation d'une mince couche plastique ramollissable à la chaleur ou par vapeur sol-vante, pour enregistrer l'information image. Ces couches peuvent en principe être recyclées par application de chaleur ou de vapeurs solvantes, pour ramollir le plastique et permettre l'effacement de 10 l'image enregistrée. Ordinairement, la surface serait rendue solide à nouveau par refroidissement ou ventilation à la vapeur et une autre image pourrait être formée sur celle-ci comme précédemment. Néanmoins, ces systèmes ne peuvent être traités très rapidement ou très facilement. D'ailleurs, ces opérations cycliques nécessitent 15 la consommation de solvants et de grandes quantités d'énergie. De plus, on a observé à maintes reprises, que ces plastiques ne s'effaçaient pas complètement, en raison des modifications chimiques associés à la procédure de développement, d'où ces matériaux, seul un nombre limité de cycles de formation d'images peut être obtenu. 20 Par conséquent, il existe un besoin continuel de systèmes de formation par déformation de surface, pour enregistrement d'informations capables de cycles opérationnels rapides et faciles avec faible consommation d'énergie. Selon l'invention, il est prévu une méthode pour former 25 un membre conducteur flexible sur la surface d'une couche d'un élastomère déformable par un champ électrique et qui consiste à évaporer dans le vide, un matériau d'un point de fusion élevé et à le condenser par dessus la surface de cette couche d'élastomère et à évaporer dans le vide un matériau d'un faible point de fusion 30 et à le condenser par dessus la surface de cette couche élastomère. Un exemple de l'invention sera décrit par rapport à un sandwich de formation d'image à élastomère, qui est illustré dans la figure 2, de la demande de brevet 7111624 déposée le 26 Mars 1971. L'expression "élastomère", tel qu'utilisé sous différentes 35 formes dans cette description est définie comme étant un matériau amorphe courant qui présente une force de rétablissement en réponse à une déformation, c'est à dire un matériau amorphe qui se déforme sous une force et qui grâce à des forces de volume et de surface a une tendance à reprendre la forme qu'il avait avant, 40 de subir la déformation. 71 47891 4 2120174 Dans l'exemple de l'invention, un membre de formation d'image est prévu avec un substrat qui peut être transparent ou opaque, selon son usage. Une couche conductrice est utilisée si le substrat est non conducteur et recouvre le substrat. Si le 5 substrat est transparent alors la couche conductrice sera généralement aussi transparente. La couche conductrice ou le substrat s'il est conducteur est recouvert d'une couche photoconductrice. Par dessus la couche photoconductrice se trouve une couche élastomère qui est déformable en réponse à une image de charge élec-10 trostatique sur la couche photoconductrice. Une mince couche conductrice recouvre la couche élastomère et doit être assez flexible pour suivre les déformations de la couche élastomère. Si la mince couche conductrice est opaque, par exemple, une mince pellicule métallique,le substrat et sa couche conductrice doivent 15 être transparents pour permettre à l'information image d'atteindre la couche photoconductrice. Dans ce cas, l'information image peut être lue continuellement si la lumière de sortie de lecture est incidente du bon côté. Si la mince couche conductrice est transparente, la lumière peut être réfléchie de sa surface ou le 20 dispositif peut être utilisé en illumination par transparence pourvu que le substrat et sa couche conductrice soient transparents. La mince couche conductrice peut être une mince couche en or, ou une fine couche en indium, ou une combinaison des deux ou d'autres couches métalliques appropriées. L'épaisseur des 25 couches métalliques est normalement entre environ 50 Angstroms et plusieurs milliers d'Angstroms selon la flexibilité désirée, et la conductibilité nécessaire. Une couche conductrice transparente peut aussi être utilisée tel qu'une résine ECR 34 de la Dow Corning qui peut être déposée sur la surface de 1'élastomère. 30 D'autres couches conductrices peuvent aussi être utilisée selon les principes de l'invention. Pour former et fixer l'image de déformation les valeurs des tensions entre le substrat et la mince couche conductrice seraient environ entre 1 et 25.000 volts, selon l'épaisseur et d'autres caractéristiques de l'élas-35 tomère. Les exigences pour la mince couche conductrice incluent une conductibilité suffisante pour devenir une surface équipoten-tielle, lorsqu'elle est branchée à un courant électrique, une flexibilité suffisante pour suivre les déformations de 1'élastomère, une résistance à la fatigue suffisante pour résiter aux 40 formations et effacement nombreux et rapides des déformations 71 47891 5 2120174 superficielles, et dans certains cas une opacité élevée et une réflectivité comme lorsqu'elle est utilisée comme sortie de lecture par une source lumineuse d'une forte intensité à laquelle la couche photoconductrice est sensible. 5 Les matériaux préférés pour la mince couche conductrice incluent l'or et l'indium. La couche est formée par étapes incluant le dépôt des vapeurs des matériaux sur 1'élastomère ce qui implique à chauffer un matériau à son point de fusion ou au-dessus de son point de fusion et à condenser les vapeurs sur la surface 10 désiréei Cette technique est bien connue dans l'art et on utilise des pratiques conventionnelles pour évaporer et condenser les matériaux. Cependant, le problème associé au rétrécissement d'une couche métallique condensée est surmonté par de nouvelles techniques pour fabriquer la couche conductrice ayant les exigences sus-15 mentionnées. Les métaux déposés sous forme de vapeur ont une tendance au rétrécissement lorsqu'ils refroidissent et à un certain état thermo-énergie, la couche métallique a une tendace à se casser ou à craquer, en rendant la couche discontinue. Ce cassage de la couche métallique est désignée dans cette description par craqua-20 ge. La nouvelle technique inclut le dépôt de vapeurs d'un deuxième métal par dessus le premier avant le craquage du premier. Les deux matériaux peuvent être déposés en vapeurs simultanément» Le deuxième métal est choisi de façon a avoir un point de fusion inférieur à celui du premier métal déposé. Le produit final est une 25 couche continue répondant aux exigences ci-dessus, mais qui ne subit pas le craquage entre une vaste gamme de températures. La couche décrite peut inclure des parties ou les deux métaux (ou tout autres matériaux appropriés) sont revêtus l'un par l'autre, des parties ou les deux métaux sont intermélangés de façon macroscopi™ 30 que comme de façon microscopique (par exemple^pour former un alliage) et des parties où ils se trouvent côte à côte. Bien entendu, d'autres matériaux peuvent être ajoutés à la couche pour rehausser ou supprimer des caractéristiques particulières. Une théorie, à laquelle l'invention n'est pas limitée? 35 et qui explique pourquoi le craquage est supprimé dans la couche à composants multiples, est liée à la mobilité relative des atomes aux surfaces des différents matériaux. Les atomes des matériaux d'un point de fusion élevé présentent normalement une faible mobilité superficielle qui permet le fendillement lorsque les métaux 40 sont déposés sur un élastomère. Les atomes des matériaux ayant un 71 47891 6 2120174 point de fusion moins élevé présentent en comparaison une plus grande mobilité superficielle et leur présence permet aux contraintes développées dans le matériau ayant un point de fusion élevé à disparaître. 5 Les matériaux préférés, or et indium, ont respectivement des points de fusion élevé et bas. Le fendillement ou craquage est normalement observé dans les couches d'or déposées par vapeur après quelques minutes lorsque le refroidissement a atteint la température ordinaire.Ceci fournit assez de temps pour déposer 10 les vapeurs d'indium sur la couche en or. Un exemple de revêtement, d'un grand succès est celui formé par un dépôt d'or d'une épaisseur de 50 à plusieurs milliers d'Angstroms suivi par un dépôt sur cette couche d'une couche d'indium d'une épaisseur de 50 à plusieurs milliers d1anqtroms. La couche résultante est continue 15 et ne présente aucun fendillement entre une vaste gamme de températures. L'indium est particulièrement avantageux parce qu'il augmente l'opacité de la couche résultante et parce que son apparence argentée augmente la réflexion de la couche. Il faut noter que l'indium n'est pas lui-même très efficace pour faire une mince 20 couche conductrice à cause de sa faible conductibilité. La faible conductibilité est particulière aux matériaux qui ont un bas point de fusion parce qu'ils ont une tendance à former des îles pendant la condensation qui ne se joignent pas ensemble en une couche continue d'une épaisseur raisonnable. Par conséquent dn à obser-25 vé que le dépôt de vapeur de matériaux uniques (ou des alliages de ceux-ci) que ce soit des matériaux à point de fusion élevé ou bas, donne des couches qui sont moins statisfaisantes que la couché comprenant des matériaux avec des points de fusion élevé et bas. 30 D'autres matériaux appropriés ayant un point de fusion éle vé incluant en plus de l'or, l'aluminium, l'argent, le magnésium, le cuivre, le cobalt le fer, chrome, nickel et autres. L'aluminium a en plus la propriété d'être très résistant à la corrosion. D'autres matériaux appropriés à bas point de fusion en plus de 35 l'indium incluent le gallium, cadmium, mercure, plomb et autres. Le cadmium par lui même présente une faible tendance au fendillement. Bien entendu, des problèmes concernant le fendillement et la formation d'îles ne se présentent pas si la couche conductrice est formée par réaction chimique, précipitation d'une solution, 40 électrophorèse, ëlectrolyse et/ou autres techniques. 71 47891 7 2120174 La couche conductrice peut aussi être recouverte facultativement d'une couche d'huile isolante et transparente. Son but est de rendre moins sévère les exigences de fabrication pour cet appareil. La présence de trous d'aiguille dans la cou-5 che d'élastomère provoque le court-circuit de l'appareil. L'addition de la couche d'huile empêche de tels court-circuits qui réduisent la performance du dispositif et permet à l'huile de s'infiltrer dans les trous d'aiguilles. La couche d'huile a encore une autre fonction, lors-10 qu'elle a un indice de réfraction différent de celui de l'air. La présence de l'huile par dessus la couche conductrice veut dire que la lumière se propageant de la droite sera plus modulée que dans le cas ou il n'y aurait que la présence de l'air. La raison étant que pour la même grandeur de déformation superficielle les 15 changements de trajectoire optique sont proportionnels à l'indice de réfraction du milieu adjacent à la surface. L'image est effacée par enlèvement ou inversion du champ appliqué a l'appareil de formation d'image. Une autre méthode d'effacement de l'image de déformation de la surface est de placer la lumière d'un stro-2 0 boscope adjacent au substrat pour noyer la couche photoconductrice avec de la lumière,effaçant ainsi le modèle de champ modulé du dessus de la structure produit par la lumière de formation d'image. L'opération est appropriée aussi longtemps que les champ à travers la couche d'élastomère sont inférieurs à un niveau 25 permettant le blocage de la déformation superficielle. En général, les matériaux élastomères doivent être de bons isolants ayant 4 une résistivité en volume supérieure à 10 ohm/cm. L'élastomere préféré est un composé transparent comprenant -un gel silicone dimëthylpolysiloxane élastomère, fait par étapes incluant à com-30 biner environ une partie de résine silicone (Dow Corning n° 182) et quelque part entre 0 à environ 30 parties d'huile silicone dimëthylpolysiloxane (Dow Corning 2 00). Les résines appropriées incluent les résines organosilonane transparentes et flexibles du type décrit dans le brevet US n° 3.284.406 dans lequel une grande 35 partie des groupes organiques attachés au silicium sont des radicaux mëthyl. La déformation dans 1'élastomère est différente de celle qui se présente dans les matériaux thermoplastiques du fait que les déformations de 1'élastomère sont indépendantes de toute 40 opération de développement, tel que le ramollissage par chaleur 71 47891 8 2120174 ou solvants employé avec les matériaux thermoplastiquès. Une autre différence entre 1'élastomère et le thermoplastique est que les déformations de 1'élastomère prennent une limite définie pour un champ électrique donné parce que les forces élastiques s'oppo-5 sent à la déformation. Les déformations des thermoplastiques ne rencontrent pas une telle limite définie pour un champ électrique donné, aussi longtemps que le thermoplastique est maintenu à l'état ramolli. Tel que mentionné dans le brevet 7111624, il est possi-10 ble de former une image sur un sandwich opaque par la lumière se propageant à travers le substrat ou de reconstruire simultanément l'image avec la propagation de lumière venant de l'autre côté du sandwich. Les deux faisceaux de lumière peuvent avoir différentes longueurs d'onde et/ou différentes intensités. On a 15 maintenant découvert qu'un faisceau de lumière peut être cohérent et l'autre non cohérent. La lumière de recontruction peut être cohérente, par exemple produite par un laser, de façon que les opérations de traitement de l'image puissent être exécutées sur l'image de déformation superficielle qui est formée par de la lumière 2 0 non cohérente se propageant à travers le substrat. D'autre part, la lumière permettant la déformation superficielle peut être cohérente tandis que la lumière de reconstruction peut être non cohérente. Ce dernier cas est préféré parce que la lumière non cohérente est plus agréable à l'oeil humain, et les générateurs 25 de courant pour lumière cohérente sont limités à la production de lumière à l'intérieur d'étroites bandes de longueur d'onde, c'est à dire une couleur tel que le rouge. Une raison pour avoir de la lumière cohérente pour former une image par déformation superficielle se présente lorsque cette lumière est celle utilisée 30 comme lumière de reconstruction pour former des images avec des hologrammes. Donc le présent dispositif peut avoir une image reconstruite par holographie projetée sur lui en formant une image de déformation superficielle qui est visible avec une lumière non cohérente d'une intensité substantiellement plus forte que 35 permise pour des projections sur grand écran. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dipsositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 71 47891 9 2120174 REVENDICATIONS 1. Méthode pour former un membre conducteur flexible â la surface d'une couche d'élastomère déformable par champ électrique, caractérisée en ce qu'elle consiste à évaporer dans le vide un 5 matériau ayant un point de fusion élevé et à le condenser par dessus la surface de cette couche d'élastomère et à évaporer dans le vide un matériau à bas point de fusion et à le condenser par dessus la surface de cette couche d'élastomère. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce 10 que 1'évaporation et la condensation dans le vide des deux matériaux sont réalisés avant qu'un fendillement soit observé sur l'un et l'autre des matériaux condensés. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les matériaux sont évaporés et condensés dans le vide substantiel- 15 lement en même temps. 4. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau à bas point de fusion est évaporé et condensé dans le vide par dessus la couche d'élastomère après le matériau à point de fusion élevé mais avant qu'un fendillement est observé sur 20 le matériau condensé à point de fusion élevé. 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le matériau à point de fusion élevé inclut 1 ' or. 6. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 25 caractérisée en ce que le matériau à bas point de fusion inclut l'indium.