Brevet FR2149534A1 — publié le 19730330

La présente invention concerne des nouveaux panneaux ou dispositifs d afiichageZmémorisation d'informations qui fonctionnent par décharges électriques multiples dans un gaz et qui sont doués d'urne mémoire électrique et sont capables d'effectuer un affichage ou représentation visuel d'informations tels que des chiffres, des lettres, des images de télévision, des images de radar, des mots en code binaire, etc. Les panneaux d'affichage et/ou de mémorisation d'informations d'un type particulier fonctionnant par décharges multiples dans un gaz et auxquels se rapporte la présente inw:en- tion sont caractérisés p1r la présence d'un milieu gazeux ionisable, habituellement un méirge d'au moins deux gaz à une pression appropriée, dans une mince chambre ou espace à gaz entre deux éléments diélectriques opposés d'emmagasinage de charges au dos desquels se trouvent des éléments conducteurs (électro- des).Ces éléments corducteurs placés au dos de chaque élément diélectrique étant, de façon caractéristique, orientés transversalement de minière à former un grand nombre de volumes à décharge discrets, c'est-à-dire individuels, et constituant une unité à décharge. Dans certains panneaux de la technique antérieure, les unités à décharge sont, en outre, délimitées par une structure physlque d ' environement ou d'emprisonnement, comme par exemple des cellules ol ouvertures présentes dans des plaques de verre perforées et analogues de manière qu'elles se trouvent physiquement isolées les unes par rapport aux autres.De toute façon , avec ou sans structure physique d'emprisonnement, les charges (électrons, ions) engendrées lors de l'ionisation du gaz d'une unité à décharge choisie, quand des potentiels de commande ou de fonctionnement alternatifs appropriés sont appliqués aux conducteurs choisis de cette unité, se groupent sur les surfaces du diélectrique à des endroits spécifiquement déterminés en constituant un champ électrique qui s'oppose au champ électrique qui les a créées, ela de manière à mettre fin à la décharge pendant le restant de la demi-période et contribuer à l'amor çage d'une décharge lors de la demi-période de sens opposé suivante de la tension appliquée, ces charges, telles qu'elles sont emmagasinées, constituant une mémoire électrique. De ce fait, les couches diélectriques empêchent le passage d'un courant de conduction notable, depuis les éléments conducteurs jusqu'au milieu gazeux, et servent également de surfaces collecrices vis-à-vis des charges du milieu gazeux ionisé (électrons, ions) pendant les demi-périodes alternées des potentiels de fonctionnement en courant alternatif, de telles charges se groupant d'abord sur une des régions superficielles diélectriques élémentaires ou discrètes, puis sur une région superficielle diélectrique élémentaire ou discrète opposée lors des demi-périodes alternées, de façon à constituer une mémoire électrique. Un exemple d'une structure de panneau contenant des unités à décharge physiquement isolées ou ouvertes est décri te dans le brevet US. no 3. 499. lb7 . exemple d'un panneau contenant des unités isolées physiquement est décrit dans l'article rédigé par D.L. Bitzer et H.G. Slottow et intitulé lthe Plasma Display Panel A Digitally Adressable Display With Inherent Memory", Proceeding of the Fal Joint Computer Conference, IEEE, San Franoisoo, California, Nov. 1966, pages 541-547. On se référera également au brevet US. nO 3.559l90 Pendant le fonctionnement du panneau, un volume continu de gaz ionisable est emprisonné entre deux surfaces diélectriques au dos desquelles se trouvent des rangs de conducteurs formant des éléments de matrice.Les rangs de conducteurs peuvent se croiser orthogonalement (mais toute autre configuration des rangs de conducteurs peut être utilisée) de manière à constituer un grand nombre de paires opposées de régions d'emmagasinage de charges sur la surface du diélectrique délimitant ou emprisonnant le gaz. Ainsi, pour une matrice de conducteurs comportant H rangées et C colonnes, le nombre de volumes élémentaires à décharge sera donné par le produit H x C et le nombre de régions élémentaires ou discrètes sera égal à deux fois le nombre de volumes élémentaires à décharge. De plus, le panneau peut comprendre ce que l'on appelle une structure monolithique dans laquelle les rangs de oenducteurs sont créés sur un substrat ou support unique et dans laquelle deux ou plus de deux rangs sont séparés l'un de l'autre ainsi que du milieu gazeux par au moins un élément isolant. Dans un tel dispositif, la décharge dans le gaz a lieu non pas entre deux éléments opposés mais entre deux éléments contigus ou adJacents placés sur le même substrat. I1 est également possible de réaliser un dispositif à décharge dans un gaz dans lequel certains des éléments conducteurs ou électrodes se trouvent en contact direct avec le milieu gazeux et les éléments conducteurs ou électrodes restants sont isolés de façon appropriée vis-à-vis de ce gaz. Outre la configuration en forme de matrice, les rangs de conducteurs peuvent avoir toute autre configuration. En conséquence, bien que l'agencement de conducteurs préféré soit du type en grille à conducteurs croisés, comme décrit dans le présent exposé, il va de soi que lorsqu'une diversité maximale de deux motifs dimensionnels d'affichage n'est pas nécessaire, par exemple lorsque des formes visuelles spécifiques normalisées (par exemple des chiffres, des lettres, des mots, eto;) doivent être formés et que la résolution de l'image n'est pas critique, les conducteurs peuvent être disposés en conséquence. Le gaz est un gaz qui produit une lumière visible ou une radiation invisible stimulant un phosphore (si un affichage visuel est envisagé) ainsi qu'un nombre copieux de charges (ions et électrons) pendant la décharge. Dans un panneau à cellules ouvertes du type décrit dans le brevet U.S. précité n" 3.499.167, la pression du gaz et le champ électrique sont suf-fisants pour retenir les charges engendrées lors de la décharge au sein de régions diélectriques élémentaires ou discrètes, dans le périmètre de telles régions particulièrement dans un panneau comprenant des unités non isolées. Comme décrit dans le brevet U.S. précité nO 3.499.167, l'espace situé entre les surfaces diélectriques occupées par le gaz est tel qu'il permet aux photons engendrés lors de la décharge dans un volume de gaz choisi discret ou élémentaire de traverser librement l'espace gazeux et de heurter des régions des surfaces diélectriques éloignées des volumes discrets choisis, ces régions des surfaces diélectriques éloignées et heurtées par les photons émettant de ce fait des électrons de manière à préparer d'autres volumes élémentaires plus éloignés en vue de décharges à un potentiel appliqué uniforme. En ce qui concerne la fonction mémoire d'un panneau à décharge donné, la distance ou espacement admissible entre les surfaces diélectriques dépend, entre autres de la fréquence de la source de courant alternatif, la distance étant, de façon caractéristique, plus grande pour des fréquences plus basses. Bien que la technique antérieure décrive en fait des dispositifs a decnarge électrique dans un gaz comportant des électrodes disposées à l'extérieur et destinées à amorcer une décharge dans le gaz, décharge que l'on appelle parfois "décharge sans électrodesl, de Tels dispositifs de la technique antérieure utilisent des fréquences et des espacements ou volumes à décharge ainsi que des pressions de fonctionnement tels que, bien que les décharges soient amorcées dans le milieu gazeux, de telles décharges sont ineffî':aces ou ne sont pas utilisées pour la création et pour l'emmagasinage de charges à des fréquences élevées ; bien que l'emmagasinage de charges puisse être effectué à des fréquences faibles, un tel em:,nagasiage de charges n'a pas été utilisé dans un dispositif d'affichage/mémorisation d'informations de la manière décrite dans L article précité de Bitzer-Slottow et dans le brevet précité n :3.499.167. L'expression "marge de mémoire" est définie ici par l'équation où Vf est la demi-amplitude du plus petit signal de tension de maintien qui se traduit par une charge lors de chaque demi période ou alternance l.låxd å à laquelle la cellule n'a pas un ca- ractère bistable et 5vrv est la deni-amplitude de la tension minimale appliquée Suffisante pour maintenir les décharges une fois que celles-ci ont été amorcees. On comprendra que le phénomène électrique fondamental utilisé dans la présente invention est la création de charges (ions et électrons) pouvant être emmagasinées alternativement à des paires de points ou régions discrets opposés, c'est à-dire en regard, sur deux surfaces diélectriques au dos desquelles se trouvent des eandueteuIs reliés à une source de potentiel de fonctionnement. De telles charges emmagasinées se traduisent par la présence d'un champ électrique s'opposant au champ produit par le potentiel appliqué qui les a créées et, par conséquent, agissent de manière à mettre fin à l'ionisation dans le volume de gaz élémentaire entre les points où régions discrets opposés, c'est-à-dire en regard, des surfaces diélectriques.L'expression "maintenir une décharge" signifie produire une séquence de décharges momentanées a raison alune décharge pour chaque alternance de tension de maintien alternative appliquée, une fois qu'une décharge a été amorcée dans le volume de gaz élémentaire, cea de manière à maintenir un emmagasinage alterné de charges aux paires de régions discrètes opposées présentes sur les surfaces diélectriques. Conformément aux moyens généraux de la présente invention, on incorpore au diélectrique une quantité avantageuse d'une source dtau moins une terre rare de la série des lanthanides choisie parmi le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium, le samarium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium, le lutetium, le scandium et yttrium. Bien que le scandium et l'yttrium ne soient pas olassés parmi les éléments de terres rares de la série des lanthanides dans la classification périodique des éléments établie par MendeleTev, ces deux éléments, spécialement l'yttrium, présentent parfois les mêmes propriétés que les métaux de la série des terres rares. C'est pourquoi, ces éléments ont été inclus dans la classification donnée dans la présente demande. Telle qu'elle est utilisée dans le présent exposé, l'expression "incorporé à" signifie que l'on a ajouté un moyen quelconque approprié grace auquel une source d'au moins une terre rare se trouve combinée de façon appropriée avec le diélectrique, par exemple (1) par addition sI mélange de façon intime de la source à la charge préfondue de diélectrique ou au-bain de fusion, (2) par échange d'ions, (3) par implantation d'ions, (4) par des techniques de diffusion ou bien (5) par application d'une ou plusieurs couches à la surface du diélectrique qui emmagasine les charges ou à la surface du diélectrique en contact avec les électrodes ou bien encore sous la forme d'une couche interne à l'intérieur du diélectrique. La source de terre rare peut avoir une forme élémentaire ou bien peut être un oomposé approprié de terre rare, comme un oxyde de terre rare ou un sel de terre rare. Les composés de terres rares typiques comprennent Lanthane Acétate Borure Phosphure Nitrure Bromate Nitrate Hexaborure Fluorure Bromure Sulfate Chlorure Iodure Carbure Sulfure Cérium Acétate Chlorure Bromate Fluorure Carbure Nitrate Nitrure Séléniate Phosphure Iodate Borure Iodure Sulfure Oxalate Carbonate Sulfate Praséodyme : Acétate Fluorure Bromate Séléniate Chlorure Sulfate Néodyme :: Acétate Chlorure Carbure Fluorure Bromate Nitrate Bromure Sulfate Samarium Acétate Chlorure Bromate Carbure Fluorure Sulfate t Europium Sulfate Nitrure Carbure Nitrate Chlorure Fluorure Gadolinium Acétate Borure Bromure Séléniate Carbure Phosphure Chlorure Sulfate Nitrate Terbium Chlorure Nitrate Fluorure Sulfate Dysprosium Acétate Chromate Bromate Nitrate Bromure Oxalate Chlorure Séléniate Fluorure Sulfate Holmium Bromure Fluorure Chlorure Oxalate Iodure Erbium Chlorure Borure Fluorure Sulfate Nitrate Thulium Chlorure Borure Fluorure Ytterbium Acétate Carbure Titanate Borure Chlorure Sulfate Fluorure Lutécium Sulfate Carbure Fluorure Borure Scandium Bromure Nitrate Carbure Oxalate Chlorure Sulfate Hydroxyde Acétylacétonate Nitrure Fluorure Yttrium Chlorure Fluorure Nitrure Carbure Nitrate Sulfure Sulfate Borure De plus on envisage de pouvoir utiliser divers minéraux de terres rares et leurs dérivés comme la monazite, l'altaite, la lanthanite, la parisite, la samarskite, la bastnä- site, l'euxénite et le mischmetall. Dans un de ces modes de réalisation particuliers, la source de terre rare est appliquée sous forme d'une ou de plusieurs couches à la surface d'emmagasinage de charges du diélectrique. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "couche" est destiné à avoir la signification de tous les autres termes similaires tels que film, dépAot, revêtement, apprêt, étalement, recouvrement, etc. La source de terre rare est appliquée à la sur face du diélectrique (ou à une couche appliquée précédemment) de toute façon appropriée comme par exemple, à titre illustratif mais non limitatif : (a) un dépôt en phase vapeur, (b) un dépôt sous vide, (c) un dépit de vapeur chimique, (d) une pulvérisation humide sur la surface d'un mélange ou d'une solution de la substance de formation de couche en suspension ou dissoute dans un liquide, cette pulvérisation étant suivie par une évaporation du liquide, (e) une pulvérisation à sec de la couche sur la surface, (f) une évaporation par voie thermique au moyen d'un chauffage direct, d'un faisceau d'électrons ou d'un laser, (g) une pulvérisation et/ouun-déptt au- moyen d'une flamme de plasma,et/ou d'un arc. et (h) les techniques de pulvé irisation cathodique Dans un autre mode de réalisation, on applique une couche d'oxyde de terre rare à la surface diélectrique, par exemple au moyen d'm des procédés précités, spécialement une évaporation au moyen d'un faisceau d'électrons. Dans un autre mode de réalisation encore de la présente invention, on forme une couche d'oxyde de terre rare in situ sur la surface du diélectrique destinée à emmagasiner les charges, par exemple en appliquant un métal de terre rare à la surface, application que lton fait suivre d'une oxydation. Chaque couche de source de terre rare est appliquée au diélectrique, par exemple sous la forme d'une surface ou d'une sous-couche, en une quantité suffisante pour qu'on obtienne les résultats avantageux recherchés, habituellement avec une épaisseur d'au moins environ 100 angstroms, cette épaisseur étant comprise entre environ 200 angstroms et environ 1 micron (10.000 angstroms) par couche. Dans la fabrication d'un panneau à décharge électrique dans un gaz, on applique la matière diélectrique à la surface d'un substrat ou support en verre auquel les éléments conducteurs ou électrodes ont été appliqués précédemment et on fait durcir cette matière diélectrique sur ladite surface. Le substrat en verre peut avoir été réalisé au moyen de toute composition appropriée comme, par exemple, une composition de verre sodo-calcique. Deux substrats en verre contenant des électrodes et un diélectrique durci sont alors soudés de façon appropriée l'un à l'autre, par exemple par utilisation de moyens thermiques, de manière à former un panneau. Dans un des modes de réalisation préférés de la présente invention, chaque couche contenant une terre rare est appliquée à la surface du diélectrique durci avant le cycle de soudage du panneau au moyen de chaleur, la température du substrat pendant l'application de la terre rare se situant entre environ 65,6"C et environ 315,60C. En mettant en oeuvre la présente invention, on a découvert que l'utilisation de minces pellicules superficielles d'oxydes de terres rares sur chaque surface diélectrique d'emmagasinage de charges procure plusieurs avantages importants à savoir 1. ces pellicules d'oxydes de terres rares sont neutres, du point de vue optique en ce qui concerne la transmission de la lumière et ont un faible pouvoir d'absorption de la lumière ; 2. de telles pellicules ont un indice de réfraction faible leur conférant un pouvoir réflecteur faible dans une structure à couches multiples comme une couche d'oxydes de terres rares sur une couche d'arrêt ou écran en oxyde d'aluminium ; 3. de telles pellicules ne prennent pas une teinte sombre à la suite d'un nombre important de décharges (vieillissement du panneau) ;; 4. les sesquinoxydes du groupe des oxydes de terres rares (La203) contrairement aux dioxydes (CeO2) tendent à assurer des tensions de fonctionnement minimales dans la catégorie générale des isolants stables à base d'oxyde ; cette propriété est comparable à celle des couches d'oxyde de plomb, comme décrit dans le brevet U.S. nO 3.634.719. L'oxyde d'yttrium (Yb203) et l'oxyde de lanthane (La203) assurent de façon caractéristique, les tensions de fonctionnement les plus faibles, spécialement les tensions de maintien, et 5. une surface diélectrique d'emmagasinage de charges contenant un oxyde de terre rare et préparé de façon appropriée assure des tensions de fonctionnement- stables pendant des périodes de fonctionnement prolongées du panneau. En particulier, les oxydes d'ytterbium présentent des propriétés de durabilité. Sur le dessin, on a représenté les caractéristiques de vieillissement pour un panneau d'affichage/mémorisation d'informations à décharges multiples dans un gaz du type décrit dans le brevet U.S. précité nO 3.499.167. (Sur ce dessin, "C.V.S.O.Y" signifie "Caractéristique de vieillissement d'une surface d'oxyde d'ytterbium, "T.M.Max" signifie "Tension de maintien maximale", "T.M.Min" signifie "Tension de maintien minimale" et "T.M." signifie "Tension de maintien"). Après une brève période de vieillissement préliminaire, les tensions de maintien maximale et minimale ont changé notablement de niveau et se sont stabilisées à un niveau relativement constant pendant 800 heures de fonctionnement du panneau. Outre les avantages précités, on pense que certaine oxydes de terres rares assurent la présence d'ions inhérents ou de tout autre écran de protection ce qui supprime l'utilisation de toutes autres pellicules ou couches formant écran. L'utilisation d'ne source de terre rare, con formément à la présente invention, donne un grand nombre de résultats avantageux posmbles. , Par exemple, une source de terre rare radioactive peut être utilisée pour préparer ou mettre en état de décharge le milieu gazeux ionisable du dispositif d'affichage/mémorisation d'informations: fonctionnant par décharges dans un gaz ; en d'autres termes, cette source émet des électrons libres au sein du gaz de telle sorte que la décharge peut être amorcée. De plus, on peut utiliser la source de terre rare comme agent luminescent, spécialement comme phosphore lu minescent , Les phosphores activés par des terres rares sont bien connus dans la technique antérieure. Des phosphores typiques comprennent le phosphore rouge au vanadate d'yttrium activé par de l'europium, par exemple avec un atome d'europium tous les 90 atomes d'yttrium et d'oxyde d'yttrium activé par de l'airopium. De plus, les terres rares confèrent des propriétés électriques intéressantes comprenant les caractéristiques des semi-conducteurs qui rendent les sources constituées par de telles terres rares particulièrement appropriées pour être utilisées à l'interface avec le milieu azeux. De même, on peut utiliser une source de terre rare en combinaison avec un ou plusieurs composés d'autres éléments tels que les éléments du groupe IIA, Al, Si, Ti, Zr, Hf, Pb, etc., spécialement sous forme d'une couche d'oxyde, pour obtenir divers résultats, par exemple des tensions de fonctionnement-inférieures, une stabilité thermique, un cycle de vieillissement d'une durée moins longue, des tensions de fonctionnement plus uniformes, etc. REVENDICATIONS 1. Dispositif à décharge dans un gaz contenant au moins deux électrodes, au moins une des électrodes étant isolée du gaz par un élément diélectrique, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu au moins un des éléments diélectriques contient une source d'au moins une terre rare de la série des lanthanides choisie parmi La, Ce, Pr, Nd,Bm,34 Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc et Y. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la source de terre rare est contenue dans une ou ssusieurs couches d'une surface de l'élément diélectrique. 3. Dispositif suivant la rev & dication 1, caractérisé par le fait que la source de terre rare est contenue dans une ou plusieurs couches internes de l'élément diélectrique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément diélectrique contient la source de terre rare sous la forme d'un oxyde de terre rare. 5. Panneau ou écran d'affichage/mémorisatin d'informations fonctionnant par décharges électriques multiples dans un gaz, doué de mémoire électrique et capable de produire un affichage visuel, ce panneau comprenant un milieu gazeux ionisable dans une chambre à gaz formée par deux éléments d'emmagasinage de charges en matière diélectrique disposés en regard, chacun desdits éléments diélectriques cnportant, respectivement, sur sa surface arrière un rang d'électrodes, les électrodes situées au dos de chaque élément diélectrique étant orientées par rapport aux électrodes situées au dos de l'élément diélectrique en regard de manière à délimiter un grand nombre de volumes à décharge discrets dont chacun constitue unetnité à décharge, le panneau susvisé étant caractérisé par le fait qu'au moins un des éléments diélectriques contient une source d'au moins une terre rare de la série des lanthanides choisie parmi La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc et Y. 6. Panneau d'affichage/mémorisation suivant la revendication 5 caractérisé par lé fait que la source de terre rare est contenue dans une ou plusieurs couches se trouvant sur une surface de l'élément diélectrique. 7. Panneau d'affichage/mémorisation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la source de terre rare est contenue dans une ou plusieurs couches internes de l'élément diélectrique. 8. Panneau d'affichage/mémorisation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la source de terre rare se présente sous la forme d'un oxyde de terre rare. 9. Article manufacturé caractérisé par le fait qu'il comprend un corps diélectrique contenant une source d'au moins une terre rare de la série des lanthanides choisie parmi La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Cd > Tt, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc et Y. 10. Article suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que la source est constituée par au moins un oxyde de terre rare.