Brevet FR2291565A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne des dispositifs électro-optiques dont on peut modifier sélectivement les caractéristiques d'absorption des radiations électromagnétiques en faisant agir un champ électrique commandé de façon appropriée. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'affichage du type à matrice de points où les points de matériau électrochroique sont en contact direct avec les bornes d'un circuit intégré. Les brevets des Etats-Unis d'Arsérique no 3.521.941, 3.578.843, 3.704.057 et 3.708.220 décrivent des dispositifs électro-optiques qui présentent un phénomène connu sous le nom d'électrochrotsme persistant où les caractéristiques d'absorption des radiations électromagnétiques d'un matériau électrochrotque persistant sont modifiées sous l'influence d'un champ électrique. On emploie de tels dispositifs montés en sandwich entre deux électrodes. La coloration se produit lorsqu'on charge le film électrochrotque négativement par rapport à la contre-électrode, en appliquant un potentiel extérieur. La contre-électrode peut être constituée par le même matériau électrochrotque persistant ou par un matériau différent. Lorsqu'on inverse la polarité initiale du champ ou lorsqu'on applique un nouveau champ, il est également possible d'annuler, d'effacer ou de blanchir la coloration visible. Ces étapes de formation et d'effacement de la couleur sont cycliques. Quoique les dispositifs décrits dans la technique antérieure permettent de modifier leur rayonnement électromagnétique, et qu ils présentent une très bonne visibilité dans une très large gamme de conditions d'éclairage, il -a été difficile de former un affichage du type à matrice de points par suite du très grand nombre de connecteurs électriques nécessaires, La vitesse de commutation relativement faible et la tension de seuil faible qui sont caractéristiques des affichages électrochro*ques ont limité les applications pratiques des affichages électrochrorques d'informations à des caractères simples et peu nombreux. L'invention proposée étend l'application à de nouveaux domaines, car elle surmonte ces inconvénients.Les affichages complexes nombreux éléments électrochrotques nécessitent normalement un très grand nombre- de connecteurs (un fil pour la contre-électrode et un fil distinct pour chacun des éléments électrochrotques), ce qui augmente le prix de revient et ce qui diminue la fiabilité. Par ailleurs, dans le cas d'affichages à matrice de points à haute densité, l'importance des circuits de connexion tend à limiter les dimensions et la densité des éléments électrochrotques. La conception suivante permet de résoudre les problèmes en faisant du circuit intégré une partie intégrante de l'affichage électroehrotque. On prévoit que cette invention peut être mise en oeuvre dans des applications qui nécessitent la production de caractères complexes, comme par exemple l'affichage d'images et de graphiques ainsi que dans le cas où une projection sur grand écran est désirable. L'invention peut également etre utilisée pour l'affichage d'informations alpha-numériques, en particulier en combinaison avec les informations produites par un calculateur. Par le terme "matériau électrochroique persistant" utilisé ici, on entend désigner un matériau qui réagit a l'application d'un champ électrique d'une polarité donnée en passant d'un premier état persistant - dans lequel il n'absorbe pratiquement pas de radiations électromagnétiques dans une gamme donnée de longueurs d'onde - à un second état persistant dans lequel il absorbe les radiations électromagnétiques dans la gamme donnée de longueurs d'onde, et qui, une fois qu 'il se trouve dans ledit second état, r é a 8 i à l'a pp li c a t i o n d'un champ électrique d de polarité opposée en revenant à son premier état. Certains de ces matériaux peuvent également réagir à un état de court-circuit, en l'absence d'un champ électrique, en revenant à leur état initial. Par le terme "persistant", on entend désigner l'aptitude qu'a le matériau de rester dans l'état secondaire où il absdrbe les radiations électromagnétiques, au lieu de revenir quasi instantanément à son état initial, comme dans le cas de l'effet Franz-Keldysh, après qu'on a cessé d'appliquer le champ électrique. On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique éclatée de l'affichage à matrice de points faisant partie intégrante d'un circuit intégré - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant les lignes A-A de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation de l'invention. Comme on le voit sur les figures, l'invention est basée sur une pastille 1 constituant un circuit intégré qui comporte relativement peu de fils de connexion 2 servant de fils d'entrée à un signal d'entrée codé, et qui comporte de nombreuses bornes 3 à sa surface. On dépose une couche réfléchissante métallique 4 sur les bornes de sortie du circuit intégré, puis on attaque cette couche de façon produire des bagues annulaires 5 encadrant des cercles isolés 6 qui cotncident avec les bornes de sortie 3 du circuit intégré.On recouvre les cercles 6 d'une couche électrochrotque 7 formée d'oxyde de tungstène (W03). Une électrode transparente est disposée à une certaine distance du circuit intégré et elle est soudée au circuit intégré au niveau de ses bords par des moyens appropriés. Conne on le voit sur la figure 1, l'électrode transparente est en verre de marque déposée NESA qui est une feuille de verre 8 enduite sur sa face intérieure d'une couche d'oxyde d'étain 9,ou de tout autre revêtement conducteur transparent,afin de-servir de contre-électrode a l'affichage. L'espace qui sépare le circuit intégré et l'électrode transparente est rempli par-un électrolyte constituant une couche transparente 10.On a représenté- symboliquement une couche 10, bien que cette couche puisse correspondre à une cavité remplie de fluide ou d'un solide saturé. Selon une variante de l'invention, on peut ajouter Fe2(S04)3 à l'électrolyte, ce qui améliore la caractéristique de co utation. Un signal d'entrée codé transmis par les fils d'entrée peut permettre la formation de caractères complexes, ce par exemple la formation de caractères alpha-numériques ou de graphiques.Le circuit intégré représenté est fondamentalement un registre à décalage formé de transistors à effet de champ à grille isolée. -Chaque point de l'affichage a- les dimensions du transistor à effet de champ et est excité par un courant continu sous une tension pratiquement identique à la tension nécessaire au fonctionnement du circuit à transistors a effet de champ à grille isolée, soit environ 1 V. Toutes les données correspondant à l'affichage d'un caractère donné sont introduites dans le registre à décalage à un débit élevé et sont enregistrées dans ce registre à décalage, si bien que l'excitation des éléments électrochrotques peut s'effectuer pendant la période de temps plus longue nécessaire. Il est évident d'apres les figures 1 et 3 que des trous sont pratiqués par attaque chimique dav s la couche de Si02 disposée à la surface du circuit intégré, de façon à assurer un contact électrique entre les points réfléchissants métalliques et le circuit intégré, les différents points étant par ailleurs isolés entre eux. La couche-réfléchissante métallique 6 peut être une couche à réflexion spéeulaire ou une couche à réflexion diffuse. Des matériaux appropriés pour la couche 6 sont par exemple le -palladium, l'acier inoxydable, le chrome, etc. Sur la figure 3, se trouve représenté un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. Ce mode de réalisation est à l'état solide en ce sens que la couche d'électrolyte est remplacée par une couche isolante solide 11. Cette couche peut btre définie comme un "isolant perméable aux porteurs de charges sous forme d'ions". Parmi les isolants appropriés, on peut citer par exemple l'oxyde- de- silicium, le fluorure de calcium ou le fluorure de magnésium ainsi que d'autres isolants définis dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique nO 3.521.941. Sur la couche isolante 11 est déposée une couche métallique appropriée 12 qui joue le rôle de contre-électrode, par exemple une couche d'or ou de palladium.Le dispositif est fermé par une feuille 13 de matière plastique ou de verre transparent et ses bords sont scellés par des moyens appropriés (non représentés). Dans le mode de réalisation de la -figure 3, il serait également possible de déposer la couche électrochrotque sous forme d'une couche continue. Les matériaux électrochroiques qui sont utilisés dans le dispositif de l'invention sont en général des isolants ou des semiconducteurs. Ainsi, se trouvent exclus les métaux, les alliages métalliques et autres composés métalliques qui sont de relativement bon conducteurs électriques. Des matériaux appropriés sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 3.521.941. Parmi ces matériaux, on peut citer ceux qui c-ontiennent un métal ou élément de transition (y compris les éléments de la série des lanthanides et des actinides), et des matériaux contenant des métaux non alcalins tels que le cuivre. Les matériaux préférés de cette classe sont les films constitués de composés de métaux de transition, dans lesquels le métal de transition peut exister sous un quelconque état d'oxydation de +2 à +8. Parmi ces matériaux, on citera par exemple : les oxydes, les oxysulfures, les halogénures, les séléniures, les tellurures, les chromates-, les molybdates, les tungstates, les vanadates, les niobates, les tantalates, les titanates, les stannates de métaux detransition, etc. L'invention sous un de ses aspects particulierement intéressants, consiste à utiliser deux couches distinctes de matériaux électrochrotques identiques, l'une de ces couches servant de contre-électrode à l'autre couche. Un mode de réalisation préféré consiste à utiliser l'oxyde de tungstène comme électrode électrochrotque et l'oxyde de tungstène plus le graphite comme contre-électrode. Lorsqu'on emploie les matériaux électroehrotques persistants sous forme de films, il est préférable d'utiliser une épaisseur comprise entre environ 0,1 et 100 /u. Toutefois, étant donné qu'un faible potentiel crée une intensité de champ énorme à travers des films très minces, on préfère utiliser des films de 0,1 à 10 P plutôt que des films plus épais. L'épaisseur optimale est également déterminée par la nature du composé particulier déposé comme film et par le procédé de formation de films, étant-donné que le composé particulier ainsi que le procédé de formation de films peuvent apporter des restrictions tant économiques que physiques (par exemple absence d'uniformité de la surface du film) sur la fabrication des dispositifs. Lorsqu'on emploie l'oxyde de tungstène comme matériau électrochrotque formateur d'image, et qu'on applique un champ électrique entre les électrodes, il se produit une coloration bleue de la couche électrochrotque qui était préalablement transparente, autrement dit, la couche électrochrotque persistante commence à absorber les radiations électromagnétiques sur une bande qui couvre initialement l'extrémité rouge du spectre visible, ce qui donne à la couche formatrice d'image un aspect bleu. Avant l'application du champ électrique, la couche électrochroique formatrice d'image était pratiquement non absorbante et par là même transparente. La couche d'espacement sépare la con très électrode et la couche électrochrotque doit être transparente ou translucide. Dans un mode de réalisation préféré, on emploie une solution d'acide sulfurique dans la glycérine. D'autres électrolytes appropriés sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n" 3.704.057 et 3.708.220. Cette couche d'es d 'espacement peut en outre être en une matière minérale ou en tout autre matériau solide, par exemple en oxyde de silicium, comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 3.521.941. Bien que le dispositif d'affichage-des figures 1 à 3 soit du type à matrice de points, il est bien évident que les points peuvent avoir une quelconque configuration souhaitée et qu'on peut utiliser des caractères alpha-numériques segmentés, dans la mesure où la pastille formant le circuit intégré est conçue de façon que chaque élément électrochrotque soit en contact avec au moins une borne du circuit intégré. Les éléments électrochrotques d'affichage, c'est-à-dire les points, les segments, etc., sont caractérisés par des bords très nettement définis. C'est pour cette raison qu'on peut obtenir un très grand agrandissement des images sans pour autant que le contour soit flou comme c'est le cas avec certains autres types d'affichages, comme par exemple les cristaux liquides. Pour cette raison, l'invention est particulièrement bien adaptée pour être utilisée avec. des moyens de projection d'images agrandies. L'invention s'applique également à denombreux types d'affichages électrochroiques, comme dans le cas de montres, d'horloges, de calculatrices, d'affichages d'un téléphone a clavier, de tableaux de bord de véhicules automobiles, drinstruments de mesure,d'affichages publicitaires, etc. -Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage d'informations, caractérisé en ce qu'il comprend une pastille de circuit intégré et un matériau électrochrotque persistant en contact avec les bornes électriques formées à la surface de ladite pastille. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une couche conductrice d'ions en contact avec ledit matériau électrochrotque, une couche électroconductrice en contact avec ladite couche conductrice d'ions, et une couche transparente déposée sur cette dernière couche. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche conductrice d'ions est un électrolyte. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit électrolyte est une solution d'acide sulfurique dans la glycérine. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche conductrice d'ions est une couche solide isolante vis-a-vis des électrons. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche isolante est une couche d'oxyde de silicium. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau électrochrotque peut Xetre l'oxyde de tungstène ou l'oxyde de molybdène. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche réfléchissante métallique est en contact in médiat avec chacune desdites bornes électriques, ledit matériau électrochroSque étant déposé sur cette couche réfléchissante métallique. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau électrochrotque se présente sous forme d'éléments discrets, chaque élément étant en contact avec l'une desdites bornes électriques. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments électrochrotques se présentent sous forme d'une matrice dont les points sont alignés selon deux directions perpendiculaires. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits éléments électrochrotques se présentent sousforme de caractères alpha-numériques segmentés. 12. Dispositif -selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de projection de l'image affichée agrandie.