Brevet FR2513415A1 — publié le 19830325

Les dispositifs d'affichage électroluminescents à couches minces classiques sont des dispositifs à plusieurs couches comprenant un substrat de verre, un conducteur transparent, une couche lumino- phore placée entre deux couches isolantes, et un conducteur dorsal opaque, généralement en aluminium La lumière se produit dans la couche luminophore par application d'une tension alternative aux deux couches conductrices, et l'émission survient par suite de l'excitation d'ions activateurs par des électrons injectés. Un problème important relatif à l'utilisation de tous les types de dispositifs d'affichage, par exemple dans un tableau de bord d'aéronef, se rapporte à la possibilité pour l'observateur de lire l'affichage dans des conditions d'éclairement ambiant intense, par exemple sous la lumière solaire directe Dans ces conditions, le conducteur dorsal opaque, qui possède un coefficient de réflexion métallique élevé réfléchit plus de lumière que l'élément électroluminescent n'en émet, si bien que le dispositif d'affichage perd toute effectivité. Il y a eu de nombreuses tentatives pour produire un dispositif d'affichage à émission par luminophore qui donne un taux de contraste élevé dans des conditions d'éclairement ambiant intense au prix d'un sacrifice minimal de la luminance d'émission. Les solutions ainsi proposées à ce problème comprennent l'incorporation d'un matériau sombre au verre ou d'un colorant sombre & l'intérieur de la couche diélectrique luminophore; ces procédés se révèlent non satisfaisants parce qu'ils conduisent à une réduction de l'intensité de la lumière émise au même titre que de la lumière réfléchie Il a également été proposé de déposer une couche opaque perforée sur le côté observation du substrat de verre du dispositif, mais ceci n'est pas satisfaisant en raison de la restriction de l'angle d'observation qui en résulte. Le fait d'incorporer une couche absorbant la lumière sur le côté observation du conducteur dorsal a été suggéré dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N O 3 560 7840 Les matériaux absorbant ont un indice de réfraction sensiblement égal à celui de la couche luminophore et assure une transition contiguë et continue à l'inter- face de la couche luminophore et de la couche d'absorption de lumière, 25134 1 5 ce qui minimise la réflexion de lumière sur cette interface La couche d'absorption de lumière est sensiblement transparente au niveau de l'interface, et une augmentation graduelle de concentra- tion du matériau absorbant la lumière est introduite à l'intérieur de la couche sombre en direction de la couche dorsale Ce procédé a l'inconvénient de nécessiter un matériau et un processus élaborés ainsi qu'un appareillage complexe pour la création de cette concen- tration variable de matériaux absorbants à l'intérieur d'une couche pelliculaire mince. Il a présentement été découvert que le problème de la réflexion apparaissant lorsque le dispositif d'affichage est observé dans des conditions d'éclairement ambiant intense peut ttre éliminé par utilisation, comme couche noire, d'un matériau qui peut combiner les effets d'interférence avec un aptitude à absorber la lumière qu'il traverse, c'est-à-dire l'absorption induite. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue schématique simplifiée montrant le passage d'une lumière incidente entre une couche isolante et le conducteur dorsal d'un dispositif d'affichage électroluminescent; la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'un disposi- tif d'affichage électroluminescent selon la technique antérieure; la figure 3 est une vue en coupe agrandie du mode de réalisation préféré de l'invention; les figures 4, 5 et 6 sont respectivement des vues en coupe agrandies d'autres modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 2, est présenté un dispositif d'affichage classique qui comprend un substrat de verre 1, un conducteur trans- parent 2, un isolant transparent 3, une couche luminophore 4, une couche isolante 5 et un conducteur d'aluminium 6 La couche d'alu- minium possède une réflexion métallique élevée qui, en cas d'utilisa- tion dans des conditions d'éclairement ambiant intense, par exemple sous la lumière solaire directe, réfléchit vers l'observateur plus de lumière que l'élément électroluminescent n'en émet, ce qui rend non effectif le dispositif d'affichage. 25134 15 La figure 3 illustre le mode de réalisation préféré de l'invention La première couche 12, déposée directement sur le substrat de verre 11, est un revêtement électriquement conducteur transparent Cette première couche est généralement une composition d'oxyde d'étain et d'oxyde d'indium Des substrats de verre portant ce revêtement peuvent être trouvés dans le commerce, par exemple sous l'appellation de verre "Nesatron". La deuxième couche 13 et la quatrième couche 14 sont des couches isolantes nécessaires pour empêcher un claquage élec- trique Des matériaux tels que l'oxyde d'yttrium (Y 293), l'oxyde d'aluminium (AI 203), l'oxyde de tantale (Ta 205), etc sont des matériaux convenables pour ces couches. La troisième couche 15 est le luminophore qui constitue la source de lumière Des matériaux appropriés comprennent, dans une liste non exhaustive, Zn S:Mn (orange), Ca S:Ce (vert), Sr S:Ce (bleu), Zn S:Te,Mn (rouge), etc. La cinquième couche 15 est la couche noire destinée à améliorer le contraste Il s'agit d'une pellicule dure d'un matériau hautement dispersif semi-conducteur Elle possède une dispersion optique appropriée dans le spectre visible pour créer l'absorption induite voulue entre la couche diélectrique 14 et la couche d'électrode métallique dorsal 17 du dispositif d'affichage électroluminescent à couches minces Des exemples de matériau approprié comprennent, dans une liste non exhaustive, l'hexaborure de lanthane (La B 6), l'oxyde de chrome (Cr 203), l'oxyde de titane (Ti O), l'oxyde de vanadium (V 203), et le carbure de bore (BC 4) Ces matériaux sont par nature des céra- miques réfractaires et, à ce titre, possèdent une stabilité intrin- sèque vis-à-vis des courts-circuits et des ruptures. La couche finale 17 est le conducteur dorsal, ordinaire- ment en aluminium. Comme cela est illustré sur la figure 1, la lumière inci- dente 18 est amende à se réfléchir entre les deux limites de la couche noire 16, si bien qu'à chaque fois qu'elle traverse la couche noire, une partie en est absorbée; en d'autres termes, la lumière est prise au piège dans la couche noire De plus, une très faible quantité de lumière est réfléchie par la couche noire, de sorte que 25134 15 celle-ci est un matériau antiréfléchissant efficace. La couche noire 16 selon l'invention est de préférence incorporée devant l'électrode dorsale 17, comme cela est ontré sur la figure 3 Il appartient toutefois à l'esprit de l'invention de placer celle-ci en d'autres emplacements à l'intérieur d'un dispositif d'affichage électroluminescent, par exemple pour rempla- cer la couche isolante 14 (voir figure 4), entre la couche iso- lante 13 et le luminophore 15 (voir figure 5), ou caomme électrode pour remplacer l'électrode dorsale 17 (voir figure 6). Bien que les épaisseurs des couches ne soient pas cruciales, en général le revêtement 12 déposé sur le verre est Q d'environ 200 à 1 000 A, et de préférence d'environ 500 A; la o couche luminophore 15 est d'environ 1 000 à 10 000 A, et de pré- O férence d'environ 4 000 A, entre deux pellicules isolanteélectriques O 13 et 14, chacune d'environ 500 à 5 000 A, et de préférence d'envi- ron 2 000 A chacune; l'électrode d'aluminium 17 est d'environ 200 O O à 10 000 A, et de préférence d'environ 1 000 A; et l'épaisseur de la couche noire 16 selon l'invention dépend du matériau choisi. Lorsqu'il est utilisé une couche de La B 6, elle peut atre d'environ 200 à 800 A, de préférence d'environ 250 A; une couche de Ti O est o généralement épaisse d'environ 400 a 1 000 A, et de préférence a d'environ 500 A; une couche de V 203 est généralement épaisse d'envi- ron 300 à 1 000 A, et de préférence d'environ 350 A; une couche de Cr 203 est généralement épaisse d'environ 200 à 1 000 A, de pré- férence d'environ 300 A; une couche de BC 4 est généralement épaisse G O d'environ 50 à 500 A, de préférence d'environ 100 A Il peut appa- rattre une faible quantité de réflexion résiduelle d'aspect vert, magenta (lilas), ou doré, selon l'épaisseur optique de la couche noire ou la position des maxima quart d'onde dans le spectre visible Ainsi la couleur peut varier en fonction de l'épaisseur de la couche. Des expériences ont été menées pour illustrer l'efficacité des divers matériaux comme couche noire dans des dispositifs d'affi- chage électroluminescents Lorsqu'il est utilisé avec une électrode d'aluminium, le matériau est déposé entre celle-ci et la couche isolante 14 Les dispositifs d'affichage ont été testés à l'aide. d'une lampe solaire "Sylvania SG-77 " 1, et les résultats sont donnés cidessous. Matériau Ti O LB 6 203 C 23 BC 4 Epaisseur mesurée au 20 lr,/carré I-100 Mg/carré 7100 MS?/carré 4 lectrique de 3000 S'/carrd 3 000 i L/carré E saî d # ëile ctro > O >il luminescence saks (a) l ambert Essai d'électro-' > O oei 1 în-mînescence avec (a) lambert (a) -(a) électrode d'alumîiniîm (a) fonctionnement satisfaisant. > 4 25134 15 De ceci, il résulte que, si la résistivité est suffisam- ment basse, comme dans le cas de Ti O et La B 6 e le matériau peut être utilisé directement comme électrode de surface dorsale. Dans chaque cas, la couche noire a amélioré le contraste au point que la lampe solaire pouvait être placée à 15 cm devant le dispositif d'affichage (un tiers de la distance utilisée pour simuler la lumière solaire et, par conséquent, une luminance neuf fois supé- rieure) sans annuler la lueur du dispositif d'affichage. L'utilisation de cette couche noire d'interférences lumineuses réduit au minimum (environ un pour cent) le coefficient de réflexion des deux interfaces, celle située entre la couche noire et la couche adjacente en direction de l'observateur et celle située entre la couche noire et le conducteur métallique dorsal De plus, il n'y a aucun sacrifice de la luminance d'émission, des niveaux de luminance de plus de 1,1 lambert étant obtenus par comparaison avec la valeur d'environ 0,11 lambert des tubes à rayons cathodiques de télévision classiques De plus, des durées d'utilisation dépas- sant 40 000 heures ont été obtenues. Les produits de l'invention peuvent être fabriqués à l'aide de moyens connus et commodes quelconques Toutefois, de pré- férence, ces dispositifs d'affichage électroluminescents à couches minces sont produits par dépôt sous vide, par exemple par des techniques d'évaporation par faisceau électronique, conduisant à la production de structures d'aires importantes avec des résolutions élevées Généralement, toute la structure est enfermée de manière étanche afin d'éviter toute contamination par l'environnement exté- rieur. Les dispositifs d'affichage selon l'invention sont adaptés à l'utilisation comme panneaux électroluminescents, par exemple dispositif d'affichage numériques et autres types de pan- neaux d'affichage d'information tels que ceux utilisés dans des tableaux de bord d'aéronefs, des terminaux de calculateurs, des machines de traitement de texte, etc, sous forme de dispositifs d'affichage à échelle verticale; dispositifs d'affichage & cadran rond, réticules éclairés, dispositifs d'affichage de type matriciel, etc. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses va- riantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. L'appréciation de certaines des valeurs numériques données ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la con- version d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'affichage électroluminescent à couches minces comprenant une surface d'observation en verre ( 11), un conducteur transparent ( 12), une couche luminophore ( 15) émettrice de lumière placée entre deux isolants ( 12, 14), et un conducteur dorsal opaque ( 17), caractérisé en ce qu'il comporte une couche ( 16) d'un matériau qui interfère avec la lumière incidente-pour minimiser la réflexion et améliorer le contraste sur la surface d'observation. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interférant avec la lumière est une pellicule dure d'un matériau hautement dispersif semi-conducteur. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau interférant avec la lumière est choisi dans le groupe formé de l'hexaborure de lanthane, de l'oxyde de chrome, de l'oxyde de titane, de l'oxyde de vanadium et du carbure de bore. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interférant avec la lumière est située entre le conducteur dorsal et une couche isolante. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interférant avec la lumière est située entre le luminophore et l'isolant adjacent au conducteur transparent. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interférant avec la lumière est située entre le luminophore et le conducteur opaque, en remplacement d'une couche isolante. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interférant avec la lumière remplace le conducteur dorsal opaque.