Brevet FR2471014A1 — publié le 19810612

--1- "DISPOSITIF D'AFFICHAGE A DIODES ELECTROLUMINESCENTES" L'invention concerne un dispositif d'affichage compor- tant, en combinaison, une pluralité de cristaux semiconduc- teurs électroluminescents disposés sur une assise pourvue, en surface, d'éléments lamellaires d'interconnexion élec- trique, chacun desdits cristaux étant situé au fond d'un conduit de lumière dont le sommet est coiffé d'un filtre de lumière. Parmi les dispositifs d'affichage on distingue, du point de vue de leur réalisation, deux grandes familles. D'une part, on trouve ceux dans lesquels les pièces compo- santes sont noyées dans une résine qui assure, après son durcissement, la tenue mécanique de l'ensemble; cette résine remplit tous les espaces intersticiels et, notam- ment, les conduits de lumière. On distingue, d'autre part, ceux dont les pièces composantes sont rendues solidaires par un moyen mécanique, par exemple le sertissage ou bien la soudure, et dont les conduits de lumière ne contiennent, en général, rien d'autre que de l'air. L'invention se rapporteplus particulièrement à cette dernière famille de dispositifs d'affichage dont un exem- ple de réalisation est décrit dans le brevet d'invention n0 2 207 618. Suivant cet exemple, on dispose les cristaux sur une plaque de métal reposant sur un substrat traversé de broches de liaison. Chaque cristal est relié à l'une de ces broches par une connexion. Au-dessus de la plaque et des cristaux se trouve un bloc en un matériau plastique percé d'ouvertures, chaque ouverture étant située en re- gard d'un cristal et constituant le conduit de lumière de ce cristal; les parois desdites ouvertures sont revêtues d'une couche métallique réfléchissante. Ledit bloc est re- couvert, sur sa face opposée à celle tournée vers les cris- taux, par un couvercle en une matière plastique translucide, -2- formant lentille de dispersion de lumière. Ce couvercle est rabattu sur les faces latérales du bloc dont il assure le maintien et tout autour du substrat, fermant ainsi le dispositif. Dans des dispositifs plus récents, la plaque de métal est remplacée par un circuit imprimé et le bloc guide de lumière est fait d'une matière thermoplastique contenant un pigment qui lui confère un pouvoir réfléchissant, si bien qu'il est alors inutile de tapisser d'une couche mé- tallique les parois des cavités. De plus, le couvercle translucide est souvent remplacé par un couvercle trans- parent doublé d'une feuille de papier ou de matériau plastique translucide. Les dispositifs structurés tel qu'il est rappelé ci- dessus ont en commun l'inconvénient d'un prix de revient élevé dû aux coûts de réalisation des pièces qui les com- posent (notamment, préparation du circuit imprimé ou sub- strat, argenture ou dorure partielle des lamelles d'inter- connexion) et aux nombreuses opérations que nécessite l'as- semblage. De plus, le circuit imprimé classique offre peu de souplesse dans le cas o l'on désirerait, avec un même circuit, réaliser des dispositifs dont les diodes seraient connectées soit par exemple à cathode commune, soit à anode commune, soit encore en série. Il y a lieu de remarquer également que les conditions optimales de rendement optique ne sont pas idéales en rai- son, d'une part, de l'occultation partielle causée par la présence de connexions de liaison sur le cristal, et, d'autre part, de la faible réflectivité du fond des con- duits de lumière, ce fond étant, quelquefois même, revêtu d'une couche antiréfléchissante comme il est prévu par exemple dans le dispositif du brevet 2 207 618 dans le but d'atténuer les interférences optiques parasites entre conduits de lumière voisins. Le dispositif d'affichage selon la présente invention présente une structure simplifiée par rapport aux disposi- 24710 14' -3- tifs selon l'art antérieur, structure qui permet cependant de remédier aux inconvénients techniques exposés ci-dessus et qui permet également de réaliser un gain très sensible sur la réalisation. Selon l'invention, un dispositif d'affichage compor- tant, en combinaison, une pluralité de cristaux semicon- ducteurs électroluminescents disposés sur une assise pour- vue>en surface, d'éléments lamellaires d'interconnexion électrique, chacun desdits cristaux étant situé au fond d'un conduit de lumière dont le sommet est coiffé d'un filtre de lumière, est notamment remarquable en ce que ledit conduit est limité en son fond et latéralement jusqu'au niveau dudit filtre, par des parois en un même matériau réfléchissant et en ce que, par ailleurs, chacun desdits cristaux repose, par des plages d'entrée et de sortie de courant prévues à sa surface, sur au moins deux desdits éléments d'interconnexion électrique de ladite assise. Les conduits de lumière sont constitués, selon la tech- nique connue, par des ouvertures pratiquées dans un bloc commun. Ledit bloc est prévu reposer au contact des élé- ments lamellaires d'interoonnexion, donc pratiquement en contact avec ladite assise, ce qui offre l'avantage d'éli- miner le risque d'interférence optique entre conduits de lumière voisins. Ce bloc est fait en un matériau thermo- plastique chargé d'un pigment de teinte blanche, ce qui, comme on le sait, le rend opaque mais confère à ses sur-e faces -notamment aux parois des ouvertures qui y sont creusées- des qualités réfléchissantes au moins égales à celles de surfaces argentées ou dorées. Une des originalités de l'invention consiste en ce que l'assise du dispositif est faite du même matériau que ledit bloc, ce qui offre plusieurs avantages. D'abord, les fonds des conduits de lumière, qui sont formés de portions de surfaces de ladite assise, sont donc réfléchissants, ce qui contribue à améliorer sensiblement la luminosité du dispositif. Ensuite, le bloc et l'assise ont alors des -4- -caractéristiques identiques, notamment un même coeffi- cient de retrait au moul-age et un même coefficient de - dilatation ce qui autorise des conditions d'exécution moins sévères et des conditions d'assemblage moins cri- tiques que lorsque ces pièces sont faites en des maté- riaux différents. Une autre originalité de l'invention consiste en ce que le réseau des éléments d'interconnexion électrique est fait de dépôts lamellaires en une.résine conductrice ther- modurcissable, dépôt obtenu par exemple par sérigraphie ou par le procédé offset. La très faible puissance électrique mise en jeu pour le fonctionnement des diodes électrolumi- nescentes équipant un dispositif d'affichage autorise l'em- ploi de tels éléments d'interconnexion. Le coût de la fabrication d!assisesréalisées selon le procédé de l'invention est nettement plus faible que celui d'assises en circuit imprimé utilisées dans les dispositifs selon l'art antérieur. De plus, ce procédé a l'avantage d'une grande souplesse lorsqu'il s'agit de modifier la con- figuration dudit réseau. Selon une caractéristique de l'invention relative au procédé de réalisation du sous-ensemble que constituent l'assise, son réseau d'éléments d'interconnexion et les cristaux semiconducteurs fixés et reliés à ce réseau, on crée dans un-premier temps, ledit réseau, par exemple par sérigraphie ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus. Ensuite, sur la résine encore plastique, on dispose chaque cristal, par ses plages d'entrée et de sortie de courant, en un em- placement adéquat entre deux desdits éléments. Dans une deuxième séquence opératoire, on porte le sous-ensemble ainsi formé à une température choisie, sous une atmosphère et pendant un temps déterminés, de manière à obtenir le durcissement et la fixation de ladite résine à ladite as- sise, en même temps que la fixation et la liaison élec- trique desdits cristaux. Les chiffres de la température et du temps de l'opéra- tion varient en fonction de la nature de la résine mise en jeu, étant entendu bien sûr, que le matériau de l'assise -5- doit résister parfaitement au traitement qui lui est impo- sé. Quant à l'atmosphère, on choisit soit de l'air sec, soit un gaz neutre. Ainsi, les cristaux sont reliés directement au réseau d'éléments d'interconnexion, comme le prévoit l'invention, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de connexions souples intermédiaires. On choisit pour cela des cristaux électro- luminescents à sorties coplanaires, capables d'émettre par leur face arrière opposée à celle près de laquelle se trouve la jonction et sur laquelle se trouvent lesdites sorties etavantageusement,capables d'émettre par leurs faces laté- rales. Les cristaux de phosphure de gallium (GaP) et d'ar- séniure phosphure de gallium (GaAsP) conviennent parfaitement. La liaison directe des cristaux permet d'améliorer la luminosité du dispositif par suppression de la cause d'oc- cultation partielle que représentent les connexions sou- ples intermédiaires dans les dispositifs selon l'art anté- rieur. De plus, le coût de réalisation des dispositifs est abaissé par suppression d'une opération de soudure et la robustesse de ces dispositifs est améliorée. Avantageusement et pour des raisons évidentes de dif- férences de coût, on emploie, tant pour la fabrication de l'assise que pour celle du bloc dans lequel sont creusés les conduits de lumière, des matériaux plastiques appar- tenant au groupe des thermoplastiques plutôt que des maté- riaux du groupe des thermodurcissables. Différents matériaux thermoplastiques peuvent être re- tenus, parmi lesquels ceux classés dans les polyesters saturés, les polycarbonates, les polyamides et les polysul- fones. Les matériaux de la famille des polyesters tels que le polybutylène téréphtalate et le polyéthylène téréph- talate notamment, conviennent parfaitement. Ces matériaux sont rendus opaques et réfléchissants par addition de 10 à % de poudre d'oxyde de titane. Certains matériaux doivent être écartés soit pour des raisons techniques, soit pour des raisons de coût. C'est le cas, par exemple, des polystyrènes ou du chlorure -6- de polyvinyle, en raison de leur point de ramollissement trop bas qui les ferait se déformer lors du recuit de fi- xation des cristaux; c'est le cas aussi des matériaux fluorés relativement coûteux. En ce qui concerne la résine conductrice thermodurcis- sable constitutive des éléments d'interconnexion, on choi- sit soit une résine époxyde, soit une résine silicone, chargées de grains d'argent. Avantageusement, on utilise une résine époxyde bisphénol A à deux composantes: résine et durcisseur, tous deux chargés à l'argent; une telle résine et son durcisseur sont disponibles commercialement. D'autres résines du type polyimide par exemple, dispo- nibles commercialement, ne peuvent être utilisées en rai- son de leur point de durcissement trop élevé (a 3000 C) incompatible avec la température de ramollissement de l'assise et du bloc guide de lumière. Selon une caractéristique complémentaire du dispositif selon l'invention relative au filtre de lumière qui coiffe les sommets des conduits de lumière, celui-ci est avanta- geusement réalisé en un matériau thermoplastique semi- cristallin (polypropylène, polyester) plutôt qu'en un matériau amorphe parfaitement transparent (polycarbonate, polyméthacrylate)comme il est fait dans les dispositifs selon l'art antérieur. Ainsi, obtient-on avec une simple plaque plane l'effet diffusant souhaité et n'est-on plus obligé, pour arriver à ce résultat, soit de modeler la surface du filtre afin d'y créer une pluralité de len- tilles, comme il est fait par exemple dans le dispositif selon le brevet 2 207 618 précité, soit de disposer une feuille diffusante de papier ou de matière plastique sur le bloc dans lequel sont percés les conduits de lumière. La description qui va suivre en regard des dessins annexés permettra de bien comprendre comment est fait un dispositif d'affichage selon l'invention. La figure 1 montre, vues en coupe, les pièces concou- rant à la réalisation d'un dispositif selon l'invention. -7- La figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une por- tion de la figure 1 montrant les détails d'un cristal et de ses liaisons électriques. La figure 3 est une vue en coupe agrandie d'une por- tion de la figure 1, les pièces composantes étant assem- blées. Un dispositif d'affichage selon l'invention tel qu'il apparaît sur les figures 1 et 3, est construit sur une assise 10 pourvue, en surface, d'éléments lamellaires d'in- terconnexion électrique 11 tels que les éléments lA et 11B. Sur cette assise sont placés des cristaux semiconduc- teurs électroluminescents tels que le cristal 12.- Sur l'assise 10 est disposé un bloc 13 dans lequel ont été prévues des ouvertures telles que l'ouverture 14 qui, après l'assemblage du dispositif, se situent en regard des- dits cristaux et constituent pour ces cristaux des conduits de lumière. On sait que dans la forme la plus classique des dispositifs d'affichage, lesdites ouvertures, comme lesdits cristaux, sont au nombre de sept et sont disposées de manière à dessiner sensiblement deux carrés adjacents. Egalement de façon connue, les ouvertures ont une sec- tion régulièrement croissante de leur base, o elles en- tourent les cristaux, vers leur sommet, tout en gardant une largeur constante. Sur la figure 1, l'ouverture 14 est vue selon sa longueur, tandis que sur la figure 3 elle est vue selon sa largeur. Le bloc 13, sur sa face supérieure 13A, est revêtu d'une couche d'une peinture noire 15, ceci et c'est aussi connu, afin d'accentuer le contraste entre les faisceaux de lumière émanant des différents conduits et l'éclairement environnant. Sur le bloc 13A, enfin, est placé un panneau plan 16 destiné, en face de chaque conduit, à filtrer la lumière et à étaler régulièrement cette lumière sur toute la sur- face de sortie dudit conduit. Sur la figure 2, le cristal 12 d'une diode au phosphure de gallium ou à l'arséniure phosphure de gallium apparaît -8 - détaillé et montre, de façon connue, un substrat 121 de type N+ sur lequel a été déposée une couche épitaxiale 122 de type N. Dans les limites d'une partie de la surface de la couche 122 a été créée une région P+ 123, d'o il ré- sulte la création d'une jonction P/N électroluminescente. Les contacts sur le cristal sont pris à travers la couche isolante 126,directement sur la région P (plage d'entrée 124) et, après-le dépôt d'or-silicium, sur la région N (plage de sortie 125), ceci pour obtenir que ce dernier contact soit ohmique en dépit du relativement faible ni- veau de dopage de cette région N. En marge de l'invention et afin de compléter la repré- sentation, on a dessiné, sur la figure 1, des broches de connexion 17, par exemple à tête de clou, qui sont logées et fixées dans des cavités correspondantes 18 de l'assise 10. On a dessiné également deux broches 19 attenantes au panneau 16 et qui servent à sa fixation sur le bloc 13 dans les cavités 20 prévues à cet effet, ainsi qu'une pièce guide 21 attenante au bloc 13, qui correspond à un trou 22 percé dans l'assise 10, pièce 21 qui facilite le montage du dispositif et permet de verrouiller l'ensemble après que ce montage est terminé. Selon l'invention, le dispositif d'affichage décrit est caractérisé en ce que "ledit conduit de lumière(cons- titué par l'ouverture 14) est limité en son fond et laté- ralement jusqu'au niveau du filtre 16, par des parois (14A en son fond, 14B latérales) en un même matériau ré- fléchissant et en ce que, par-ailleurs, chacun desdits cristaux 12 repose, par des plages d'entrée et de sortie de courant 124 et 125 prévues à sa surface, sur au moins deux, lA et 11B, desdits éléments d'interconnexion élec- trique de ladite assise 10". Pour faire que les parois 14A et 14B soient en un même matériau réfléchissant, on prévoit, avantageusement, que l'assise 10 et le bloc 13 soient moulés en un même maté- riau thermoplastique choisi dans la liste précédemment citée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les- dits éléments lamellaires tels que lA et lB sont réali- sés en une résine thermodurcissable électroconductrice, résine époxyde ou résine silicone, chargée à l'argent. Leur épaisseur se situe entre 5 et 30 pm. Par ailleurs, le panneau 16 est réalisé en un matériau thermoplastique semi-cristallin tel que le polypropylène ou le polyester. et, de ce fait, peut exercer seul et de façon satisfaisante, en même temps que la fonction de filtre, celle de dispersement de la lumière. La réalisation d'un dispositif d'affichage selon l'in- vention passe d'abord par celle du sous-ensemble regrou- pant l'assiseles éléments d'interconnexion et les cris- taux. On commence par monter les broches sur l'assise à moins que ce montage n'ait été fait déjà lors du moulage de ladite assise. Dans le cas illustré sur la figure 1 de broches 17 à tête de clou, on peut opérer de la manière suivante on dépose dans chacune des cavités 18 de l'assise 10 une goutte de la résine électroconductrice choisie pour former le réseau des interconnexions telles que les éléments 11, puis on introduit les broches 18. Par sérigraphie ensuite; ou par un procédé offset, on crée ledit réseau, en-veillant à ce que la résine recouvre convenablement chaque tête des broches 17. Sur les élé- ments lamellaires et aux emplacements choisis, on dispose alors les cristaux semiconducteurs (comme le cristal 12 sur les éléments liA et liB). Le sous-ensemble est créé et il reste à le consolider par un traitement à chaud. Avec les matériaux précédemment énumérés, on opère à 150'C (140 à 1600 C), sous atmosphère d'air sec; le traitement dure de 30 à 60 minutes. Ce traitement pourrait être fait en deux séquences si néces- saire: l'une après l'enfichage des broches, l'autre après la pose des cristaux. L'assemblage du dispositif après réalisation dudit sous-ensemble est simple et rapide. D'abord, on dispose -10- le panneau 16 sur le bloc 13, les broches 19 s'enfonçant alors dans les cavités 20: on chauffe à l'aide d'un fer l'extrémité des broches 19 pour obtenir un ramollissement de cette extrémité et son aplatissement sur le fond 20A desdites cavités 20 ce qui assure le verrouillage des deux pièces 13 et 16. Ensuite, on assemble le bloc 13 muni du panneau 16 sur l'assise 10 équipée ainsi qu'il a été indi- qué ci-dessus; la pièce-guide 21 pénètre dans le trou 22 et, comme on avait opéré précédemment par chauffage loca- lisé sur les broches 19, on déforme l'extrémité de la pièce-guide 21 afin qu'elle s'aplatisse sur la face infé- rieure de l'assise 10 autour du trou 22 et qu'elle ver- rouille ainsi l'ensemble du dispositif. Le dispositif d'affichage ainsi construit est d'un prix de revient très nettement inférieur à celui des dis- positifs de la même catégorie réalisés selon la structure utilisée antérieurement, principalement en raison du coût incomparablement plus faible de son assise comparé à celui des assises en circuit imprimé habituellement utilisées et aussi en raison du nombre réduit des opérations que né- cessite son assemblage. L'exemple de réalisation décrit précédemment est celui d'un dispositif type. Des variantes de construction peuvent être envisagées en ce qui concerne, par exemple, la forme des pièces composantes, le mode de verrouillage ou bien les teintes des matériaux, sans que les dispositifs alors réalisés sortent pour cela du cadre de la présente inven- tion. I -11- - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif d'affichage comportant, en combinaison, une pluralité de cristaux semiconducteurs électrolumines- cents (12) disposés sur une assise (10) pourvue, en sur- face, d'éléments lamellaires d'interconnexion électrique (11), chacun dësdits cristaux étant situé-au fond d'un con- duit de lumière dont le sommet est coiffé d'un filtre de lumière (16), caractérisé en ce que ledit conduit est limité en son fond et latéralement jusqu'au niveau dudit filtre, par des parois (14A, 14B) en un même matériau ré- fléchissant et en ce que, par ailleurs, chacun desdits cristaux repose, par des plages d'entrée et de sortie de courant (124, 125) prévues à sa surface, sur au moins deux desdits éléments d'interconnexion électrique de ladite assise. 2.- Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel lesdits conduits de lumière sont constitués par des ouvertures (14) pratiquées dans un bloc commun (13), caractérisé en ce que ledit bloc repose sur ladite assise au contact des éléments lamellaires d'intercon- nexion et en ce que ces deux composants du dispositif, assise et bloc,sont en un même matériau. 3.- Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'assise et le bloc sont en un même matériau thermoplastique choisi parmi les polyesters satu- rés, les polycarbonates, les polyamides et les polysulfones, matériau additionné d'oxyde de titane. 4.- Dispositif d'affichage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'assise et le bloc sont choisis entre le polybutylène téréphtalate et le polyéthylène té- rêphtalate. 5.- Dispositif d'affichage selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits éléments lamel- laires d'interconnexion électrique sont réalisés en une résine thermodurcissable électroconductrice choisie dans les familles des résines époxydes et des résines silicones. -12- 6.- Dispositif d'affichage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite résine est une résine époxyde bisphénol associée à un durcisseur, ces deux composantes étant chargées à l'argent. 7.- Dispositif d'affichage selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que ledit filtre est réali- sé en un matériau thermoplastique semi-cristallin. 8.- Dispositif d'affichage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit filtre est réalisé en un maté- riau choisi entre le polypropylène et le polyester. 9.- Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage selon l'ensemble des revendications 1 à 6, créé par la réu- nion,depuis sa base vers son sommet par o s'échappe la lumière, d'essentiellement une assise (10) pourvue d'un ré- seau d'éléments lamellaires d'interconnexion électrique (11) sur lesquels reposent des cristaux semiconducteurs électro- luminescents (12), d'un bloc (.13) percé d'ouvertures (14) formant des conduits de lumière placés en regard desdits cristaux et d'un panneau (16) formant filtre de lumière, caractérisé en ce quedans un premier temps,on crée ledit réseau par dépôt, par exemple sérigraphique, d'une ré- sine thermodurcissable électroconductrice et on dispose en- suite lesdits cristauxpar leurs faces d'entrée et de sor- tie du courant (124,125), sur lesdits éléments lamellaires en des emplacements adéquatspuis en ce que,dans une deu- xième séquence opératoireon porte le sous-ensemble ainsi formé à une température choisie, sous une atmosphère et pendant un temps déterminés de manière à obtenir le dur- cissement et la fixation de ladite résine à ladite assise, en même temps que la fixation et la liaison électrique des- dits cristaux, après quoi on procède à l'assemblage dudit sous-ensemble, dudit bloc et dudit panneau. 10.- Procédé de réalisation suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ladite assise étant réalisée en un matériau thermoplastique choisi parmi ceux énumérés à la revendication 4 et ladite résine thermodurcissable étant choisie parmi les résines énumérées à la revendication 5, -13- le traitement en température est effectué à 150 C (140 à 160 C), sous atmosphère d'air sec et il dure entre 30 et 60 minutes.