Brevet FR2486742A1 — publié le 19820115

La présente invention concerne un système d'affichage sur écran plat utilisant un balayage bidimensionnel par ondes élastiques de surface. Dans le brevet français 2 308 263 déposé par les présents deman- deurs, on a décrit un procédé de balayage bidimensionnel d'une image projetée sur un film semiconducteur au moyen de trois ondes élasti- ques de surface lancées à la surface d'un substrat piézoélectrique sousjacent, les directions des trois ondes de surface n'étant par colinéaires deux à deux. L'interaction non linéaire des trois ondes, aux points o elles sont en phase, produit une onde élastique dont la fréquence est la somme des fréquences des trois ondes élastiques initiales et dont l'amplitude est fonction de la lumière projetée en ces points sur le film semiconducteur. Dans la réalisation d'une caméra utilisant ce procédé, on utilise des générateurs de signaux qui délivrent aux transducteurs les signaux nécessaires pour engen- drer les trois ondes élastiques de surface initiales et un circuit de sortie accordé sur la fréquence du signal d'interaction et relié à une paire d'électrodes dont l'une est au-dessus et l'autre au-dessous du substrat piézoélectrique. Dans l'article technique intitulé "Nonlinear acoustoelectrolumi- nescence" de A.B. Sherman, A.A. Dobrovolsky et V.V. Lemanov, paru dans la revue technique "ELECTRONICS LETTERS" du 3 janvier 1980, Vol. 16, NO 1, pages 37 et 38, on a décrit l'interaction d'une onde de surface acoustique se propageant à la surface d'un milieu piézoélec- trique sur laquelle est déposée une couche de poudre de matière électroluminophore. La variation de l'intensité de la luminescence en fonction de l'amplitude des ondes élastiques de surface présente une non linéarité importante. Il en résulte que la luminescence peut être modulée par des fréquences qui sont des harmoniques de la fréquence des ondes élastiques de surface. De plus, comme la brillance est fonction du module du champ d'ondes de surface, ces fréquences doivent être des harmoniques pairs. Dans des expériences décrites dans l'article mentionné ci-des- sus, on a utilisé comme milieu piézoélectrique, d'une manière classi- que, un substrat de niobate de lithium et, comme poudres luminopho- res, du phosphure de gallium ou du carbure de silicium. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un système d'affichage sur écran bidimensionnel qui utilise un procédé de balaya- ge à ondes élastiques de surface dérivé de celui qui a été décrit dans le brevet français 2 308 263, déjà mentionné ci-dessus, et une interaction entre les ondes élastiques de surface du balayage et une poudre luminophore non linéaire. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un système d'affichage sur un écran plat dans lequel l'écran plat est constitué par un substrat piézoélectrique sous-jacent revêtu d'une couche de poudre piézoluminophore et sur lequel sont lancées quatre ondes élastiques de surface, dont les directions ne sont pas colinéai- res deux à deux, les deux premières ondes étant pulsées, la troisième étant d'amplitude contante et la quatrième modulée par l'information à afficher, les ondes pulsées étant lancées par rapport à l'onde modulée avec un retard déterminé par la distance à parcourir par l'onde modulée pour atteindre le point correspondant à la modulation. Suivant une autre caractéristique, le module de la quatrième onde est choisi de manière que le signal d'interaction des quatre ondes au point à afficher soit dans la partie la plus favorable de la caractéristique de luminescence de la poudre piézoluminophore. Suivant une autre caractéristique, l'écran se compose de trois écrans élémentaires à substrats transparents dont les poudres piézolu- minophores émettent respectivement des couleurs fondamentales. Suivant une autre caractéristique, la couche de poudre piézolu- minophore est divisée en groupes adjacents de trois lignes de poudres dont les compositions correspondent respectivement à l'émission de trois couleurs fondamentales. Suivant une autre caractéristique, le système d'affichage est complété par un dispositif en forme de caméra plate se composant d'un substrat piézoélectrique revêtu d'électrodes, sur lequel sont lancées trois ondes de surface à pulsations et directions correspondant aux trois premières ondes de l'écran, un signal de pulsation égale à la somme des pulsations des quatre ondes de l'écran étant appliqué aux électrodes, l'onde résultant de l'interaction des trois ondes élasti- ques et du signal étant recueillie par un transducteur de réception approprié dont le signal de sortie est appliqué, après modulation par l'information, au transducteur lançant la quatrième onde de l'écran. Il faut noter que ce dispositif permet accessoirement de dési- gner un point de l'image pour mesurer ses coordonnées et donc obtenir un écran interactif. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique en perspective d'un système d'affichage sur écran plat, suivant l'invention, la Fig. 2 est un vue très schématique permettant d'illustrer comment les ondes acoustiques interagissent à la surface de l'écran de la Fig. 1, la Fig. 3 est un bloc-diagramme d'un système d'affichage compre- nant l'écran de la Fig. 1, la Fig. 4 est une vue schématique d'un dispositif capable d'engendrer l'avance nécessaire au modulateur du système de la Fig. 3, et la Fig. 5 est une vue schématique d'un système d'affichage tri- chrome, suivant l'invention. Le système d'affichage de la Fig. 1 comprend un écran plat 1 qui est formé d'un substrat piézoélectrique 2, sur la surface duquel est déposée une poudre piézoluminophore 3. Sur la surface du substrat 2, autour de la couche de poudre 3, sont prévus quatre transducteurs 4 à 7, qui sont capables, d'une manière classique, d'émettre des ondes élastiques de surface dans les directions de leurs normales respectives, ou voisines de celle-ci si le matériau est anisotrope. Les transducteurs 4 et 5 sont, en général, perpendiculaires entre eux, alors que les directions des transducteurs 6 et 7 sont quelconques, à la condition de ne pas être colinéaires avec les transducteurs 4 et 5, ni entre eux. Les transducteurs 4 à 7 ont des dimensions telles que les largeurs des pistes, le long desquelles ils lancent des ondes élastiques, recouvrent la surface utile de l'écran d'affichage. Les bornes d'entrée des transducteurs 4 à 7 sont respec- tivement reliées aux sorties de générateurs de signaux 8 à 11. Plus particulièrement, dans l'exemple décrit, le matériau du substrat 2 est isotrope, comme un verre ou mieux une céramique piézoélectrique ou encore un plastique piézoélectrique, ou anisotro- pe, comme un cristal oiézoélectriaue. tel qu'un crista- de oqcuartz; de niobate de lithium, de berlinite (AlPO 4), de Bi 12GeO20 ou de Bi SeO 12 20c La couche piézoluminophore 3 peut être constituée de phosphure de gallium ou de carbure de silicium, ou d'autres phosphores utilisés en télévision. Si l'on se réfère à la Fig. 2, qui ne représente schématique- ment que la surface du substrat 2, le générateur 8 délivre au transducteur 4 un signal en forme d'impulsions et de pulsation w1 avec une période répétition T, le générateur 9 délivre au transduc- teur 5 un signal en forme d'impulsions et de pulsation w2 avec une période de répétition légèrement différente T + AT, le générateur Il délivre au transducteur 7 un signal d'amplitude constante et de pulsation te, tandis que le générateur 10 délivre au transducteur 6 un signal d'amplitude modulée par l'information et de pulsation W3. Les largeurs des impulsions délivrées par les générateurs 8 et 9 sont égales. En se référant à la Fig. 2, on suppose que les impulsions 12 et 13 ont été émises au même instant. Donc, au moment t, dans une zone élémentaire 14 qui se trouve approximativement sur la bissectrice de l'angle des transducteurs 4 et 5, on a une interaction entre ces impulsions de pulsations '1 et i ainsi qu'avec l'onde continue, non 1 2 représentée, émise par 6 et l'onde continue de pulsation té4, non représentée, émise par 7. Le signal d'interaction a une pulsation to qui vérifie la relation suivante: 9'0 l + -'2 + 03 + t4 (1) Si l'on désigne les directions de propagations des ondes émises par les transducteurs 4, 5 et 6 par a1, a2 et a3, o _Z et -2 sont orthogonales, le vecteur k4, qui vérifie la relation suivante: kr4 (a + w a. + w 3) (2) définit la direction -a et la pulsation w de l'onde à émettre par 7 par la relation suivante: =k a(3) 4 4 4 Soit A1, A2, A3 et A4, les amplitudes des ondes respectivement émises par les transducteurs 4 à 7, o A1 et A2 sont des amplitudes d'impulsions, A4 une amplitude constante et A3 une amplitude modulée, le point 14, balayé à l'instant t, aura une amplitude élastique A: A = A, + A + A (t - r) + A4 (4) -i2 3 4 tandis que les autres points ont une amplitude A + A3 + A4, ou A+ A3 + A4, ou zéro. Dans la relation précédente, t est le retard dû à la propagation de l'onde entre le transducteur 6 *et le point 13. Si la réponse de la poudre piézoluminophore 3 est très non linéaire, la luminescence des points autres que le point balayé 13 sera négligea- ble. Par contre, la pulsation de l'onde W4 sera choisie pour que la luminescence du point balayé soit la plus favorable. Bien entendu, quand le temps t varie, le point 13 se déplace le long de la ligne 14. Par ailleurs, le décalage entre les impulsions successives émises respectivement par 4 et 5 varie d'une période à une autre de sorte que la ligne 14 se déplace. La période des impulsions émises par 4 est, par exemple, légèrement plus longue, avec AT positif, que celles des impulsions émises par 4 et la période qui suit l'émission synchrone décrite ci-dessus, verra l'émission de légèrement retardée par rapport à celle de 4. Donc, dans cette période suivante, la zone d'interaction 13 va décrire une ligne parallèle à 14, mais légèrement décalée vers la droite. Il apparalt donc que la surface utile est balayée par lignes successives. La différence de période aT permet de définir la définition du balayage. Comme on l'a décrit ci-dessus, la luminescence à engendrer à l'instant t au point 13 résulte de l'amplitude A3 de l'onde émise par 6 à l'instant (t - t). En fonction de la lenteur de l'onde lancée par 6 et de la position du point à balayer, il faut donc déterminer l'avance que l'on doit appliquer à la modulation. La détermination de l'avance peut, bien entendu, être effectuée par des moyens de calcul de retard dont l'entrée reçoit la modulation avec une avance fixe et dont les paramètres de calcul sont fixés par la lenteur de l'onde émise par 6 et la vitesse relative de balayage du point 13 par rapport au transducteur 6. Toutefois, la détermination de cette avance peut être obtenue par des moyens analogiques simples, comme on va le décrire en relation avec la Fig. 3. A la Fig. 3, on a représenté le bloc-diagramme d'un système com- plet d'affichage, suivant l'invention. Un dispositif fonctionnant en caméra 15, du type de la caméra décrite dans le brevet français 2 308 263 déjà cité, a sa sortie reliée à l'entrée de porteuse d'un modula- teur 16 dont la seconde entrée est reliée à la source 17 de signal modulant. La sortie du modulateur 16 est reliée au transducteur 6 d'un écran 1. La Fig. 4 représente schématiquement la surface du substrat 18 de la caméra 15, sur laquelle sont prévus quatre transducteurs 19 à 22. Audessus et au-dessous du substrat 18, sont disposées des électrodes, dont l'une est partiellement montrée en 23. Les transduc- teurs 19, 20 et 22 occupent sur le substrat 18 des positions relatives identiques à celles qu'occupent les transducteurs 4, 5 et 7 sur le substrat 2 de l'écran 1. On a représenté en 6', Fig. 4, la position correspondant à celle qu'occupe le transducteur 6 sur 2. Le transducteur 21 est parallèle à 6', mais est disposé de l'autre c8té de la zone active de la surface de 18 par rapport à 6'. Les transducteurs 19, 20 et 22 sont respectivement reliés à des sources de signaux de pulsations respectives cm, w2 et w. Les électrodes 23 sont reliées aux bornes de sortie d'une source de pulsation W, tel que défini par la relation (1). Les sources, non montrées, alimentant les transducteurs 19 et fonctionnent en impulsion et sont synchrones avec les sources 8 et 9. Les sources, non montrées, alimentant le transducteur 22 et les électrodes 23 fonctionnent en continu. Le balayage est produit par les deux transducteurs 19 et 20 le long d'une ligne 14, correspondant à la ligne 14 de la Fig. 2. Etant donné l'émission de 22 et l'application de la pulsation vi par 23, on a un accord de phase au point balayé 13' qui va réémettre vers l'ar- rière, c'est à dire vers le transducteur 21 avec une pulsation û-3. L'onde recueillie sur 21 à un retard (e - t), o e est le temps cons- tant de propagation entre la position 6' et le transducteur 21. Le signal recueilli par 21 est modulé dans 16 par le signal à afficher sur l'écran et le signal ainsi modulé est appliqué au transducteur 6. Si l'on considère le point 13' balayé à l'instant t, le signal recueilli par 21 au même instant correspond au signal du point balayé à l'instant (t + 8 - l). Si on retarde les signaux de sortie des sour- ces pulsées 8 et 9 de 9, le point M correspondant de l'écran 1 est balayé à l'instant (t + e). Autrement dit, le transducteur 6 lance un signal à l'instant (t + 9 - t) pour un point balayé à l'instant (t + 0), c'est à dire exactement avec l'avance c désirée. La vue schématique en perspective de la Fig. 5 montre comment en superposant trois écrans 1, 1' et 1", suivant l'invention, dont les substrats sont transparents et dont les couches piézoluminophores respectives émettent dans trois couleurs fondamentales, on obtient un écran d'affichage en couleur. Bien entendu dans ce cas, une seule caméra suffit pour obtenir l'avance nécessaire sur les transducteurs 6 des trois écrans superposés. Suivant l'invention, on peut également prévoir de déposer sur la surface du substrat d'un écran un réseau de lignes de piézolumino- phores organisées en groupes de trois correspondant à trois couleurs fondamentales. On prévoit alors une source de modulation 10 capable de délivrer la modulation en fonction de la ligne de couleur balayée à cet instant. Bien entendu, le réseau de lignes est parallèle à la direction de balayage. Il faut noter que si l'on superpose l'écran de la Fig. 1 et la caméra de la Fig. 4, on obtient un écran interactif, c'est à dire un dispositif permettant de désigner un point de l'image pour mesurer ses coordonnées. Dans ce cas, le signal de modulation est directement dû à l'interaction de l'objet désignant le point et de la surface de la caméra. REVENDICATIONS 1) Système d'affichage sur écran plat utilisant un balayage bidimensionnel à ondes élastiques de surface caractérisé en ce que l'écran plat est constitué par un substrat piézoélectrique sous-jac- ent revêtu d'une couche de poudre piézoluminophore et sur lequel sont lancées quatre ondes élastiques de surface, dont les directions ne - sont pas colinéaires deux à deux, les deux premières ondes étant puisées, la troisième étant d'amplitude contante et la quatrième modulée par l'information à afficher, les ondes pulsées étant lancées par rapport à l'onde modulée avec un retard déterminé par la distance à parcourir par l'onde modulée pour atteindre le point correspondant à la modulation. 2) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le module de la quatrième onde est choisi de manière que le signal d'interaction des quatre ondes au point à afficher soit dans la partie la plus favorable de la caractéristique de luminescence de la poudre piézoluminophore. 3) Système suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'écran se compose de trois écrans élémentaires à substrats transparents dont les poudres piézoluminophores émettent respecti- vement des couleurs fondamentales. 4) Système suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de poudre piézoluminophore est divisée en groupes adjacents de trois lignes de poudres dont les compositions correspon- dent respectivement à l'émission de trois couleurs fondamentales. 5) Système suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'affichage est complété par un dispositif en forme de caméra plate se composant d'un substrat piézoélectrique revêtu d'électrodes, sur lequel sont lancées trois ondes de surface à pulsations et directions correspondant aux trois premières ondes de l'écran, un signal de pulsation égale à la somme des pulsations des quatre ondes de l'écran étant appliqué aux électrodes, l'onde résul- tant de l'interaction des trois ondes élastiques et du signal étant recueillie par un transducteur de réception approprié dont le signal de sortie est appliqué, après modulation par l'information, au trans- fuzteur lala..t a quatrième onde de l'écran.