Brevet FR2473207A1 — publié le 19810710

- k473207 Dispositif de commande d'écrans électroluminescents. La présente invention concerne les écrans électroluminescents à couche mince et, plus précisément, la commande de tels écrans. On utilise en général ce type d'écran pour l'affichage d'informa- tions, en particulier, dans les lieux o la lumière ambiante est importante, comme par exemple dans les automobiles ou les postes de pilotage d'avions, étant donné que les informations affichées de- meurent visibles même dans un endroit bien éclairé. En outre, ces écrans ne nécessitent pas de source de lumière supplémentaire lors- qu'ils sont observés dans la pénombre, comme c'est le cas pour les écrans du type à cristaux liquides. - En général, les éléments d'écran électroluminescent à couche min- ce sont constitués par une couche de sulfure de zinc dopé au manga- nèse interposée entre deux couches diélectriques auxquelles deux électrodes sont respectivement connectées. L'émission lumineuse s'obtient par application d'un champ électrique alternatif. De tels éléments peuvent être assemblés de manière à constituer un écran d'affichage dont chaque élément peut être commandé séparément, comme dans les écrans numériques à 7 segments ou les écrans matri- ciels à lignes et colonnes d'éléments. Lorsque l'écran comporte un grand nombre d'éléments séparés, il est habituel de commander sé- quentiellement une partie de l'écran et d'utiliser l'effet intégra- teur de l'écran ou de l'oeil humain pour obtenir une image continue. Ce procédé permet de réduire le nombre de circuits de commande né- cessaires. Par exemple la visualisation de quatre chiffres avec des écrans à sept éléments requiert 28 circuits de commande en fonction- nement continu et seulement 11 en fonctionnement séquentiel. D'autre part, les éléments nécessitent une inversion du champ élec- trique pour produire de'la lumière et sont généralement alimentés paz une source de tension alternative qui peut être commandée au moyen de triacs. On peut également commander ces éléments conformément au brevet américain 4,152,626 en appliquant des impulsions de même signe d'abord à une électrode, puis à l'autre électrode de manière à in- verser le champ électrique. Les éléments non utilisés de l'écran sont alors mis en circuit ouvert. Toutefois, les éléments de lignes 2 k473207 non utilisCes mis en circuit ouvert constituent des chemins vers la masse pour des courants de dispersion qui peuvent provoquer une émission de lumière de certains éléments non choisis. De manière à obvier à cet inconvénient, il est nécessaire d'appliquer des impul- sions de compensation de plus faible amplitude à ces derniers, ce qui entraîne des complications évidentes. La présente invention a pour objet, un circuit de commande inclu- ant un minimum de composants, auquel peuvent 9tre directement appli- qués des signaux logiques standards, et fonctionnant au moyen d'une unique tension continue. Selon l'invention, chaque élément d'un tel écran comporte une électrode numérique et une électrode d'élément, et est associé à une tension de seuil caractéristique. Chacun des moyens de commande numérique est sélectivement relié aux électrodes numériques des élé- ments d'affichage et comporte une borne d'entrée à laquelle est ap- pliqué le signal de commande numérique incluant une partie de pré- charge et une adresse. Chacun des moyens de commande des éléments est relié sélectivement aux électrodes d'élément de l'écran et com- porte une borne d'entrée à laquelle est appliqué un signal de com- mande incluant une partie de précharge et une partie utile, simulta- nément au signal de commande numérique. L'ensemble de ces deux mo- yens fonctionne pendant l'étape de préchargement des signaux de com- mande d'élément et de commande numérique de manière à préparer les éléments de l'écran par application d'une première tension à l'élec- trode numérique et d'une deuxime tension à l'électrode d'élément. La différence entre ces deux tensions est supérieure à la tension de seuil. Les moyens de commande numérique sont alors prêts à fonction- ner pendant l'étape d'adressage du signal de commande numérique de manière à sélectionner l'élément concerné par application de la deuxième tension à l'électrode numérique des éléments d'affichage qui ont 6té choisis et par application de la première tension à l'électrode numérique de tous les autres é!ments. L'ensemble des moyens de commande des éléments reste en fonctionnement pendant la- partie utile du signal de commande des élmnents de manière à- mettre sélectivement en service les éléments de l'écran qui ont été choisis par applicatio-n de la première tension aux électrodes devant être alimentées et par application de la seconde tension aux électrodes des autres élérents. 3 CL473207 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit à laquelle deux planches de dessins sont annexées. La Figure 1 représente un élément électroluminescent. La Figure 2 représente un circuit de commande pour écran électro- luminescent conformément à l'invention, et La Figure 3 représente, à titre d'exemple, la forme des différen- tes tensions appliquées au circuit de la figure 2. En référence maintenant à la figure 1 sur laquelle est représenté un élément d'écran électroluminescent à couche mince et électrodes isolées, la couche électroluminescente 10 est interposée entre deux couches diélectriques 12 et 14. Les électrodes conductrices 16 et 18 sont respectivement appliquées aux surfaces externes des couches dié- lectriques 12 et 14. La couche électroluminescente 10 est constituée par un composé de formule AB dans laquelle A est du zinc ou du cad- mium tandis que B est choisi dans le groupe incluant l'oxygène, le souffre, le sélénium et le tellure. La couche 10 peut également 9tre constituée par un composé de formule AB2 dans laquelle A est également du zinc ou du cadmium et B est choisi dans le groupe in- cluant du fluor, du chlore, du brome et de l'iode. Dans l'un et l'autre cas, le composé est dopé au moyen de manganèse, de lantha- nides ou d'un mélange des deux. Un composé habituel pour une couche électroluminescente est constitué par un sulfure de zinc dopé au man- ganèse. La couche électroluminescentel10, la couche diélectrique 14 et l'électrode 18 sont transparentes de manière à permettre le rayon- nement de la lumière issue de l'élément. La couche diélectrique 12 et l'électrode 16 sont opaques. On peut obtenir d'autres précisions concernant de tels éléments dans le brevet américain 4,152,626 ou, dans la revue "Information Display", Vol. 13 printemps 1977 pages 14-19, l'article intitulé "'Thin film EL display". Lorsqu'une tension suffisante pour provoquer un champ électrique de 10 volts par cm environ dans la couche électroluminescente 10 est appliquée entre les électrodes 16 et 18, les électrons piégés en état de surface de la couche 10 sont libérés et une impulsion lumineuse est émise par la couche 10. La tension qui provoque un champ électrique suffisant pour produire une impulsion lumineuse est appelée tension de seuil d'électroluminescence. Lorsque le champ électrique est inversé, les mêmes électrons sont libérés de la sur- face opposée de la couche 10 et une seconde impulsion de lumière est émise. De ce fait, dans la pratique, les tensions électriques pro-- voquant l'inversion de champ sont appliquées à l'élément lorsque l'émission lumineuse est souhaitée. La figure 2 représente un circuit de commande pour un écran élec- troluminescent. Cet écran comporte une pluralité d'éléments 20-25 tel que celui représenté figure 1. Les électrodes correspondantes aux électrodes 16 et 18 de la figure 1 sont arbitrairement dénom- mées électrode numérique et électrode d'élément. Lorsqu'un élément n'est pas polarisé, les connexions électriques peuvent être inver- sées sans inconvénient. Les circuits de commande numérique 52, 54, 56 et 58 sont respectivement reliés aux électrodes numériques des éléments 20-26, 28-34, 36-42 et 44-50. Les circuits de commande d'éléments 60, 62, 64 et 66 sont respec- tivement reliés aux électrodes numériques des éléments 20-28-36-44, 22-30-38-46, 24-32-40-48 et 26-34-42-50. Le circuit de commande numérique 52 comprend un transistor Q1 dont la base est reliée à une borne d'entrée D1 par l'intermédiaire d'une résistance R1. Le collecteur du transistor Q1 est relié aux électro- des numériques des éléments 20-26. Le circuit de commande numérique 54 comprend un transistor Q2 dont la base est reliée à une borne d'entrée D2 par l'intermédiaire d'une résistance R2. Le collecteur du transistor Q2 est relié aux électro- des numériques des éléments 28-34. Le circuit de commande numérique 56 comprend un transistor Q3 dont la base est reliée à une borne d'entrée D3 par l'intermédiaire d'une résistance R3. Le collecteur du transistor Q3 est relié aux électro- des numériques des éléments 36-42. Le circuit de commande numérique 58 comprend un transistor Q4 dont la base est reliée à une borne d'entrée D4 par l'intermédiaire d'une résistance R4. Le collecteur du transistor Q4 est relié aux électro- des numériques des éléments 44-50. Les collecteurs des transistors Ql-Q4 sont reliés à une source de tension continue +V par l'intermédiaire respectivement des résis- tances R5-R8. Les émetteurs des transistors Ql-Q4 sont reliés à une tension de référence, par exemple à la masse. Le circuit de commande d'élément 60 ccmprend un transistor Q5 dont L '473207 la base est reliée à la borne d'entrée S1 par l'intermédiaire d'une résistance R9. La collecteur du transistor Q5 est relié aux électro- des des éléments 20, 25, 36 et 44. Le circuit de commande d'élément 62 comprend un transistor Q6 dont la base est reliée à la borne d'entrée S2 par l'intermédiaire d'une résistance RIO. Le collecteur du transistor Q6 est relié aux électro- des des éléments 22, 30, 38 et 46. Le circuit de commande d'élément 64 comprend un transistor Q7 dont la base est reliée à la borne d'entrée 53 par l'intermédiaire d'une résistance RIl. Le collecteur du transistor Q7 est relié aux élec- trodes des éléments 24, 32, 40 et 48. Le circuit de commande d'élément 66 comprend un transistor QB dont la base est reliée à la borne d'entrée S4 par l'intermédiaire d'une résistance R12. Le collecteur du transistor Q8 est relié aux élec- trodes des éléments 26, 34, 42 et 50. Les collecteurs des transistors Q5-Q8 sont reliés à la source de tension continue +V par l'intermédiaire respectivement des résistan- ces R13-R16. Les émetteurs des transistors Q5-Q8 sont reliés à une tension de référence, par exemple à la masse. Bien que l'exemple représenté figure 2 ne comprenne que 16 éléments électroluminescents, il est évident que l'invention peut être appli- quée à un écran comportant un nombre quelconque d'éléments électro- luminescents. Par exemple on peut utiliser un écran comportant 7 éléments pour des horloges ou autres dispositifs d'affichage de chiffres. Sept circuits de commande d'éléments et un circuit de commande numérique par chiffre affiché sont alors nécessaires. Dans le cas d'un écran matriciel à affichage alphanumérique ou gra- phique, on dispose les éléments en lignes et en colonnes, ce qui né- cessite un circuit de commande par ligne et un par colonne. De manière générale, la tension +V de la source de tension conti- nue est égale à 200 volts. Toutefois la tension requise peut être supérieure ou inférieure selon les caractéristiques de la couche élec troluminescente 10. Les transistors Q1-Q8 peuvent être par exemple du type 2N6517. Lorsqu'une tension positive est appliquée à l'une des bornes d'entrée Dl-D4 et 51-54, le transistor correspondant devient conducteur et l'électrode de l'élément correspondant est mise à la masse. Les tensions d'entrée nécessaires pour rendre conducteurs les L473207 transistors Ql-Q8 sont de manière générale, supérieures à 0,7 volt et pratiquement énales à 5 volts constituant la tension des signaux numériques. Lorsqu'une tension. inférieure ' 0,7 volt est appliquée à l'une des bornes d'entrée D1-D4 et 51-54, le transistor carres- pondant se bloque et la tension continue +V est appliquée à l'élec- trode de l'élément Cluctroluminescent correspondant. Ainsi, les tensions appliquées aux circuits de commande numérique 52-58 et les circuits de commande d'élément 60-66 sont inversées et les électro- des des éléments 20-50 sont tantôt à la tension +V tant8t à la masse. La figure 3 représente un exemple de signaux de commande numéri- que appropriés VD!-VD4 qu' psuvent être appliqués aux bornes d'an- trée Dl-D4 et des signaux de commande d'éléments VS_-VS4 qui peuvent être appliqués aux bornes d'entrée 51-54 pcur faire fonctionner l'écran. Les tensions reorse-mieo sont les tensions locGiques pendant un cycle de fonctionnement. En alignement vertical sont indiques les signaux produits au même instant. Les signaux de commande numérique VD1-VD4 incluent une partie de précharge pendant le temps tp, une adresse pendant le temps tDl, tD2, tD3 et tD4 et une partie internumérique pendant les temps tI. Les signaux de commande des éléments VS1-VS4 incluent une partie de pré- charge pendant le temps tp, une partie utile pendant les temps tD1, tD2, tD3 et tD4 et des parties internumériques pendant tI. Les ten- sions appliquées aux électrodes des éléments électroluminescents sont inversées par rapport aux signaux de commande respectifs VD1-VD4 et VS1VS4. Ainsi, pendant le temps tp, les signaux numériques VD1-VD4 sont de tension élevée, tandis que les électrodes numériques des éléments 20-50 sont mises à la masse. Les signaux de commande d'iél- ment VS1-V54 sont bas et la tension continue +V est appliquée aux électrodes d'élément des éléments 20-50. Les parties de précharge des signaux permetbent de polariser les éléments 20-50 de l'écran par application d'une tension positive sur les électrodes d'élémrent par rapport aux électrodes nu -;ricues. Ces parties oc pr'cnare sont rt- pétées au moins pendant chaqus cycle complet de l'écran. Pendant la martie d'adressade du signal da commande num]rique, aux temps tD!-tD4 les éléments sont sélectionnés par application de la tension continue +V sur les électrodes d'élément choisies. Autrement dit, au temps tDl les éléments 20-26 sont mis 2 la tension +V, au temps tD2 il en _st de mgme pour les éléments 28-34, au temps tD3 il 7 2 473207 en est de même pour les éléments 36-42, et, au temps tD4, il en est de meme pour les éléments 44-50. Pendant l'adressage d'un groupe dé- terminé d'éléments, les électrodes d'élément des éléments non sélec- tionnés sont connectées à la masse. Pendant la partie utile des signaux de commande d'élément, pendant le temps tDl-tD4, l'électrode d'élément des éléments sélectionnés est mise à la masse, tandis qu'une tension +V est appliquée à celle des éléments non sélectionnés. Ainsi, l'électrode d'élément d'un élément sélectionné passe d'une tension positive pendant la période de précharge, à une tension négative pour l'adressage et le fonction- nement, ce qui permet d'obtenir l'inversion du champ électrique dans l'élément, et il en résulte une émission lumineuse. Les éléments sé- lectionnés mais auxquels n'est appliquée aucune tension de fonction- nement ne sont pas soumis à une inversion du champ électrique puis- que la tension continue +V est appliquée aux deux électrodes, et, de ce fait, il n'y a aucune émission lumineuse. En référence aux figures 2 et 3, au temps tD1, le signal de com- mande numérique VD1 est à bas niveau et une tension +V est appliquée aux éléments 20-22, 24 & 26, à titre d'adressage. En outre, au temps tDl, le signal de commande d'élément V52 est de niveau élevé et les éléments 22, 30, 38 & 46 sont mis à la masse. Ainsi, l'élément 22 est sélectionné simultanément par adressage et par application de la tension de fonctionnement et, de ce fait, délivre une impulsion lu- mineuse pendant le temps tDl. On peut montrer de même que l'élément 26 délivre une impulsion lumineuse pendant le temps tDl, que les élé- ments 32 & 34 délivrent une impulsion lumineuse pendant le temps tD2, les éléments 40 & 42 pendant le temps tD3 et l'élément 50 pendant le temps tD4. Pendant les parties internumériques des signaux de commande numériques VD1-VD4 et les signaux de commande d'élément VSl-V54 au temps tI, les signaux de commande VD1-VD4 et VS1-VS4 sont de haut niveau et les électrodes numériques ainsi que les électrodes d'élément des éléments 2050 sont mises à la masse. Puisqu'une même tension est appliquée aux deux électrodes des éléments 20-50, celles- ci sont déchargées avant l'étape d'adressage suivante. Cette décharge des éléments 20-50 permet de protéger les transistors Ql-Q8 contre des surtensions transitoires qui pourraient être engendrées lors d'inversions rapides du champ. En général, les parties internumériques des signaux de commande 8 L473207 peuvent être omises lorsque les transistors Ql-Q8 peuvent supporter les surtensions transitoires précitées. On peut également appliquer la tension continue +V aux deux élec- trodes des éléments pendant la période internumérique. Il est tou- tefois indispensable qu'une même tension soit appliquée aux deux électrodes des éléments. Il-faut comprendre que la figure 3 ne représente que des exemples de formes de signaux appropriés. Les signaux de commande numérique VD1-VD4 et les signaux de commande d'élément V51-VS4 peuvent être interchangés par rapport à l'exemple représenté sans affecter le fonctionnement de l'écran. En outre, la tension continue peut être négative par rapport à la masse. L'essentiel demeure dans l'inver- sion du champ électrique dont il résulte l'émission lumineuse. On atteint ce but en appliquant une première tension à l'électrode nu- mérique et une seconde tension à l'électrode de l'élément. Ensuite, la première tension est appliquée à l'électrode d'élément et la se- conde à l'électrode numérique. On obtient ainsi l'inversion de ten- sion dont résulte l'émission lumineuse. Toutefois, pour obtenir cette dernière, la différence entre les deux tensions doit être supérieure à la tension de seuil électroluminescent précitée. Un écran électroluminescent est commandé entre 60 et 6 000 fois par seconde. Cette fréquence peut 9tre diminuée de manière à réduire l'émission de lumière et à obscurcir l'écran. En outre, les durées relatives des parties d'adressage et des parties internumériques des signaux de commande VD1-VD4 et VSl-VS4 peuvent également être modi- fiées. La tension continue +V peut être déconnectée pendant les pé- riodes internumériques non seulement de manière à réduire la consom- mation d'énergie mais aussi de manière à autoriser un fonctionnement des transistors Ql-Q8 à plus faible fréquence. La déconnexion de la source de tension +V doit alors être synchronisée avec les signaux de commande VD1-VD4 et VS1-VS4. On obtient ainsi un écran électrolu- minescent simple et peu coûteux dont les éléments peuvent être di- rectement commandés par application des signaux numériques et n'uti- lisant qu'une seule source de tension continue. Bien que seul un mode de réalisation ait été décrit, il est évi- dent que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. 9 6473207 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Ecran électroluminescent caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: - une pluralité d'éléments électroluminescents à couche mince pourvus chacun d'une électrode numérique et d'une électrode d'élément, avec une tension de seuil électroluminescent caractéristique, - un ensemble de moyens de commande numérique sélectivement reliés aux électrodes numériques des éléments du dit écran et ayant une borne d'entrée à laquelle est appliqué un signal de commande numé- rique incluant une partie de pré-charge et une adresse, et - un ensemble de moyens de commande d'élément sélectivement reliés aux électrodes d'élément des éléments du dit écran et ayant une borne d'entrée à laquelle est appliqué un signal de commande d'élément incluant une partie de pré-charge et une partie utile simultanément avec l'adresse des dits signaux de commande numérique, le dit ensemble de moyens de commande numérique et le dit ensemble de moyens de commande d'élément fonctionnant, pendant les parties de pré-charge des signaux de commande numérique et d'élément pour préparer les dits éléments du dit écran par application d'une premièrE tension sur l'électrode numérique et d'une seconde tension sur ltélec- trode d'élément de chaque élément du dit écran, la différence entre les dites première et seconde tensions étant suprérieure à la dite tension de seuil, le dit ensemble de moyens de commande numérique étant en outre mis en service, pendant l'adressage, pour sélectionner l'adresse des éléments du dit écran par application de la dite seconde tension à l'électrode numérique des dits éléments sélectionnés du dit écran et par application de la dite première tension aux électrodes numériques des éléments non sélectionnés du dit écran, le dit ensemble de moyens de commande d'élément étant en outre mis en service pendant les parties utiles du signal de commande d'élément, de manière à mettre en fonctionnement les éléments sélectionnés du dit écran par application de la dite première tension sur l'électrode d'élément des éléments sélectionnés et par application de la dite seconde tension sur l'électrode d'élément des éléments non sélec- tionnés. - L473207 2 - Ecran selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque ensemble de moyens de commande numérique inclut des moyens pour dé - connecter la dite électrode numérique entre les applications de la dite première tension et de la dite seconde tension. 3 - Ecran selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque ensemble de moyens de commande d'élément inclut des moyens pour déconnecter la dite électrode d'élément entre les applications des dites première et seconde tensions. 4 - Ecran selon la revendication 3 caractérisé en ce que le signal de commande numérique inclut une partie internumérique entre les adresses et que le signal de commande d'élément inclut une partie internumérique entre les parties utiles et que les dits moyens de commande numérique et les dits moyens de commande d'élément fonctionnent pendant les parties internumériques des dits signaux de telle manière que la même tension soit appliquée à l'électrode numérique et à l'électrode d'élément de chaque élément du dit écran. - Ecran selon la revendication 4 caractérisé en ce que les dits éléments électroluminescents sont constitués par une couche mince électroluminescente mélanges des deux. 6 - Ecran selon la-revendication 4 caractérisé en ce que les dits éléments électroluminescents sont constitués par une couche mince (10) réalisée dans un composé de formule AB2 dans laquelle A est choisi dans le groupe incluant du zinc et du cadmium et B dans le groupe incluant le fluor, le chlore, le brome et l'iode, le dit composé incluant en outre un dopant choisi dans le groupe incluant le manganèse, les lanthanides et les mélanges des deux. 7 - Ecran selon la revendication 5 caractérisé en ce que la dite couche électroluminescente (10) est interposée entre deux couches diélectriques (12,14), les dites électrodes numériques et d'élément (16,18) étant reliées aux dites couches diélectriques. 8 - Ecran selon la revendication 7 caractérisé en ce que la dite couche électroluminescente (10) est essentiellement constituée par il _473207 du manganèse dopé au moyen de sulfure de zinc. 9 - Ecran selon la revendication 8 caractérisé en ce que le dit ensemble de moyens de commande numérique et le dit ensemble de moyens de commande d'élément incluent des moyens de commutation à transistor. - Ecran selon la revendication 9 caractérisé en ce que la dite première tension est une tension continue positive, la dite seconde tension étant connectée à la masse. 11 - Procédé de commande d'un écran électroluminescent comprenant 1o une pluralité d'éléments électroluminescents à couche mince ayant chacun une électrode numérique et une électrode d'élément, avec une tension caractéristique de seuil électroluminescent, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - pré-charge de chacun des éléments du dit écran par application d'une première-tension sur la dite électrode numérique et d'une seconde tension sur la dite électrode d'éliment, la différence entre les dites première et seconde tensions étant supérieure à la dite tension de seuil, - adressage sélectif des éléments du dit écran par application de la dite seconde tension à l'électrode numérique des dits éléments sélectionnés du dit écran et de la dite première tension à l'élec- trode numérique des éléments non sélectionnés, et - mise en service des éléments sélectionnés par application simulta- née à l'étape d'adressage pré-citée de la dite première tension à l'électrode d'élément des éléments sélectionnés et de la dite seconde tension à l'électrode d'élément des autres éléments. 12 - Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle la même tension est appliquée aux électrodes numériques et d'élément de chaque élément du dit écran pendant les périodes internumériques lorsque le dit écran n'est ni pré-chargé ni adressé. 13 - Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que les dits éléments électroluminescents sont constitués par une couche mince électroluminescente réalisée dans un composé de formule AB dans laquelle A est choisi dans le groupe incluant la zinc et le cadmium, et B dans le groupe incluant l'oxygène, le soufre, le sélénium et le tellure, le dit composé incluant en outre un dopant L473207 choisi dans le groupe incluant le manganèse, les lanthanides et les mélanges des deux. 14 - Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce la dite couche mince électroluminescente (10) est interposée entre deux couches diélectriques (12,14), les dites électrodes numériques et d'élément (16,16) étant reliées aux dites couches diélectriques. - Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce la dite couche mince électroluminescente est essentiellement constituée par du manganèse dopé au moyen de sulfure de zinc. 16 - Procédé selon la revendication 15 caractérise en ce que la dite première tension est une tension positive, la dite seconde tension étant connectée à la masse.