Brevet FR2524657A1 — publié le 19831007

"Dispositif d'affichage électrochrome t L'invention concerne un dispositif d'affi- chage électrochrome, comportant des électrodes voisines les unes des autres, qui sont appliquées, d'un c 8 té, sur un substrat transparent ou translucide et, de l'autre côté, sur un substrat de préférence métallique, une jonction par collage étant réalisée entre les substrats et un élec- trolyte étant prévu entre les électrodes. Un dispositif de ce genre est déjà connu par le document DE-OS 29 02 106 Le dispositif décrit possède un substrat plan et un substrat en forme de cuvette, entre lesquels sont placées, bien protégées, les électrodes La jonction des deux substrats est effectuée par collage avec insertion d'un élément d'étanchéité Ces dispositifs ont l'inconvénient de ne pouvoir se gonfler sous l'effet d'une surpression intérieure quand il se produit des variations de la température, de sorte que les emplacements de colla- ge peuvent se détacher et/ou perdre leur étanchéité. Le dispositif d'affichage électrochrome sui- vant l'invention, dans lequel au moins une surface des substrats qui doivent être collés ensemble est garnie, dans la zone de collage, d'une couche assurant l'adhérence, a, en revanche, l'avantage de pouvoir être soumis à de gran- des variations de température sans que la jonction par collage en soit affectée, par suite, on obtient des amélio- rations aux points de vue mécanique, physique, chimique et 252465 ? 2.- électrique Au point de vue mécanique, la présence d'une couche communiquant un pouvoir adhésif augmente la résis- tance aux contraintes des emplacements de collage et per- met, par suite, de tirer parti dans une plus grande mesure des déformations élastiques de l'ensemble du système Au point de vue physique, on obtient une diminution de la per- méabilité des emplacements de collage, de sorte que le sol- vant de l'électrolyte ne peut s'échapper vers l'extérieur et l'humidité ne peut pas non plus pénétrer vers l'inté- rieur de la cellule En outre, la couche permettant d'assu- rer l'adhérence forme une couche supplémentaire lisse sur les substrats, ce qui améliore l'isolation électrique, et, en même temps, protège au point de vue chimique le substrat arrière du dispositif, constitué, de préférence, par de la t Ole, contre l'électrolyte. D'autres améliorations et perfectionnements du dispositif d'affichage décrit ci-dessus ressortiront de la description ci-après Un point qui a fait particulière- ment ses preuves est celui qui consiste à utiliser un subs- trat métallique pour l'arrière de la cellule, car un subs- trat de ce genre présente de bonnes propriétés élastiques. La couche qui assure l'adhérence est, dans ce cas, appli- quée au moins sur ce substrat métallique, car les avanta- ges indiqués précédemment se font alors sentir d'une façon particulièrement favorable On a cependant avantage à ap- pliquer la couche qui assure l'adhérence sur les deux sur- faces intérieures des substrats: elle recouvrira alors, de préférence, la totalité de la surface intérieure, en contact avec l'électrolyte, du substrat arrière métallique à l'exception de la zone des électrodes Comme couche as- surant l'adhérence, l'alcool polyvinylique a particulière- ment fait ses preuves, mais on peut, toutefois, utiliser aussi avantageusement le polyvinyle-butyral Les proprié- tés de la couche sont améliorées par une addition d'acide chromo-phosphorique. 3.- L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représen- tant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la figure 1 représente une coupe d'un dispositif d'affichage électrochrome, la figure 2 est une coupe d'un tel dispo- sitif dont le type de réalisation a été modifié. la figure 3 montre différentes configura- tions du substrat arrière du dispositif d'affichage élec- trochrome suivant la figure 2, la figure 4 montre la disposition d'un dis- positif d'affichage électrochrome sur une plaque conductrice de l'électricité, la figure 5 est un exemple d'utilisation de la combinaison de différents dispositifs d'affichage élec- trochromes sur une plaque frontale commune. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un dispositif d'affichage électrochrome, Celui-ci possède, sur sa face extérieure, tournée vers l'observateur, comme substrat, une plaque de verre 10, sur laquelle est appliqué d'abord, comme alimentation en tension, une couche 11 conductrice de l'électricité Sur la couche conductrice 11 repose, comme élément d'image, une couche 12 d'un oxyde d'un métal de transition, sur la- quelle se raccorde latéralement, pratiquement sans espace intermédiaire, une couche protectrice 13, qui recouvre, dans l'intérieur du dispositif d'affichage, la couche con- ductrice 11 Sur le bord extérieur du dispositif d'afficha- ge, il est appliqué sur la couche protectrice 13, une cou- che 14 assurant l'adhérence. Le reste de la construction du dispositif d'affichage électrochrome s'effectue sur un second substrat, qui est à l'opposé de l'observateur, qui n'a pas besoin d'être transparent ni translucide et qui, dans le cas pré- 4.- sent, est constitué par une plaque 15 de métal Sur cette dernière repose, adjacente à la couche 12, une contre-élec- trode 16, à laquelle se raccorde latéralement une couche 17 assurant l'adhérence, qui forme, en même temps, l'isola- tion électrique et chimique de la plaque métallique 15 Les deux substrats sont réunis ensemble par un adhésif 18, qui adhère avantageusement sur les couches 14 et 17 assurant des deux côtés l'adhérence et qui forme une fermeture étanche de la cellule L'intérieur du dispositif d'affichage élec- trochrome est rempli d'un électrolyte 19, que l'on intro- duit par un orifice de remplissage 20 L'orifice de remplis- sage 20 est fermé après remplissage avec l'électrolyte, au moyen d'un bouchon de soudure 21. Une difficulté que l'on-rencontre lors de la construction des dispositifs d'affichage électrochrome con- siste en ce que les différentes matières possèdent des coef- ficients de dilatation très différents, de sorte qu'en cas d'élévation de la température, il s'établit, dans le dis- positif d'affichage, une surpression intérieure à laquelle les emplacements de collage 18 doivent résister Conformé- ment à la proposition faite suivait l'invention, ce pro- blème est résolu au moyen des couches 17 assurant l'adhé- rence, appliquées sur les surfaces qui doivent être collées, ou au moins, au moyen d'une couche 17 assurant l'adhérence, appliquée sur la matière qui présente les plus mauvaises propriétés de collage Le fait que l'on compense, au moyen de la couche assurant l'adhérence les propriétés de collage les plus mauvaises, peut être exploité quand on choisit les substrats en s'attachant à d'autres points de vue, tels que l'élasticité mécanique, le coût, la facilité d'usinage et autres En particulier, aux points de vue de l'élastici- té et de la compensation de la pression dans la cellule, un substrat arrière constitué d'une plaque métallique 15 fait particulièrement ses preuves, s'il est facilement dé- formable et, par suite, contribue à diminuer la pression 5.- intérieure A c 8 té d'une élévation de la stabilité mécani- que des emplacements de collage, on obtient, au moyen de la couche 17 qui assure l'adhérence, en même temps, une isolation électrique de la plaque métallique, ainsi qu'une protection chimique contre l'action de l'électrolyte En outre, l'étanchéité du dispositif est augmentée ce qui ex- clut, pratiquement, d'une part le-assage de l'électrolyte' vers l'extérieur, et, d'autre part, le passage de l'humidi- té vers l'intérieur Contrairement à la plaque de verre 1 d de la face avant du dispositif d'affichage, la face arrière n'a pas besoin non plus d'être transparente ni translucide, de sorte qu'à ce point de vue aussi, il n'y a pas d'incon- vénient à utiliser une plaque de métal 15 La couche con- ductrice 11, qui assure l'arrivée de courant à l'élément d'image, est constituée d'une couche transparente e conduc- trice d'oxyde d'étain et d'indium Les éléments d'image de la couche 12 sont fabriqués à partir d'une couche d'une épaisseur de 0,1 à 1 micron d'un oxyde de métal de transi- tion, de préférence de W 03 ou de Mo O 3 La forme de la plaque métallique 15 est produite par pressage ou emboutissage donnant une cuvette aplatie L'électrolyte 19 qui remplit l'espace vide est constitué, de préférence, d'une solution unimolaire de Li Cl O 4 dans le carbonate de propylène, que l'on épaissit au moyen d'additifs contenant des pigments colorées La pâte ainsi obtenue forme le fond des éléments d'image et recouvre la contre-électrode 16. L'activation du dispositif d'affichage 61 élec- trochrome est effectuée en appliquant une impulsion de ten- sion de 0,5 à 2 volts par exemple et d'une durée d'impulsion de 01 à 1 seconde, entre la couche conductrice 11 et la plaque métallique 15 Il se produit alors un transport d'ions dans la couche électrochrome 12, l'électrolyte 19, et la contre-électrode 16 Si la couche conductrice 11 a une polarisation négative, il se produit une migration d'ions dans la couche électrochrome 12, ce qui provoque un change- 6.- ment de la coloration de cette dernière. La fabrication du dispositif d'affichage élec- trochrome s'opère de façon telle qu'avant de coller la pla- que de verre 10, pourvue des couches 11 à 13, avec la cou- che métallique 15 enduite, on pourvoit cette dernière, au moins, d'une couche 17 assurant l'adhérence De préférence, le substrat avant aussi sera toutefois pourvu, dans la zone de l'emplacement de collage 18, d'une couche 14 assurant l'adhérence, qui pourra être appliquée par pulvérisation, centrifugation, impression ou dép 8 t au pinceau Les couches assurant l'adhérence 14 et 17 sont cuites à des températu- res entre 150 et 2000 C environ, de sorte qu'il se forme une surface mince, donnant une bonne adhérence Les subs- tances appropriées pour la production des couches 14 et 17 assurant l'adhérence sont tout particulièrement l'alcool polyvinylique et le butyral polyvinylique avec addition d'acide chromo-phosphorique Comme adhésif, on peut utili- ser les colles à deux composants, courantes dans le commer- ce, que l'on fera durcir suivant les prescriptions du fabri- cant. Le dispositif d'affichage électrochrome que l'on vient de décrire, possède des propriétés mécaniques de la jonction par collage sensiblement meilleures que les cellules antérieures Au cours d'essais, il ne s'est pro- duit aucune détérioration des emplacements de collage après cycles de température entre -40 et + 800 C Les couches 14 et 17 assurant l'adhérence appliquées sur les surfaces rendent, en outre, plus difficiles les effets de diffusion au travers des emplacements de collage, de sorte que l'étan- chéité de la cellule est améliorée En outre, l'isolation électrique entre les électrodes de la cellule est rendue plus sûre par la couche assurant l'adhérence: on a en ef- fet besoin d'appliquer, dans l'intérêt d'une bonne étanché- ité, l'adhésif 18 avec une épaisseur d'environ 10 microns. En particulier, si l'on utilise une plaque métallique 15 7.- comme substrat arrière, la couche assurant l'adhérence 17 égalise les petites inégalités de la surface de la plaque métallique, ce qui supprime des opérations supplémentaires telles que le polissage des surfaces, alors qu'on obtient cependant une isolation remarquable Comme la couche 17 assurant l'adhérence arrive jusqu'à la contre-électrode 16, on tire, en outre parti de l'isolation chimique de cette couche. En raison de la conformation de la plaque métallique 15 sous la forme d'une cuvette aplatie, on ob- tient, bien que cette mince plaque métallique soit suffisam- ment stable, qu'elle ait une grande élasticité L'épaisseur de la plaque métallique peut être choisie inférieure à 0,5 mm; comme matière, on se servira, de préférence, d'une t 8 le de cuivre ou d'une t 8 le d'acier fin Toutes deux sont peu coûteuses et faciles à travailler et satisfont pleinement, en association avec la couche assurant l'adhérence, les exigences posées L'épaisseur des couches assurant l'adhé- rence 14 et 17 est de l'ordre de 10 microns ou moins, de préférence de l'ordre de 5 microns ou moins, pendant que l'adhésif 18 est appliqué avec une épaisseur de 20 microns ou moins La plaque de verre 10 a une épaisseur de 1,5 à 3 mm, la couche conductrice 11 est épaisse d'environ 0,15 mm. La figure 2 montre une configuration spécia- le du dispositif d'affichage électrochrome o les mêmes parties sont désignées par les mêmes chiffres références qu'en figure 1 La différence par rapport au dispositif de la figure 1 réside dans la conformation de la plaque métallique 15 dont le bord 22 ne se termine plus avec l'em- placement de collage 18, mais s'étire au-delà de celui-ci et est recourbé en s'avançant à partir de cet emplacement. Bien que les couches assurant l'adhérence 14 et 17 repré- sentent déjà une bonne isolation entre les couches conduc- trices Il de la plaque de verre 10 et de la plaque métalli- que 15, il est supplémentairement exclu, par la configura- 252465 ? 8.- tion de la figure 2, qu'il se produise des courts-circuits en raison de la formation de barbes sur les bords de la plaque métallique 15 Les barbes qui se formeraient au cours de la fabrication de la plaque métallique 15 pour- raient, si elles se dressent vers la plaque de verre 10, traverser les couches 14 et 17 assurant l'étanchéité et provoquer des courts-circuits, Dans la configuration sui- vant la figure 2, on supprime la nécessité d'ébarber soi- gneusement la plaque de métal 15, car en raison des arron- dissements façonnés le long du bord 22, ce genre de court- circuits est supprimé. La figure 3 montre différentes possibilités de conformation de la plaque métallique 15 avec utilisation de procédés typiques pour un métal, de façonnage et d'em- boîtement Les tensions qui se produisent par une adapta- tion défectueuse au point de vue thermique dans le disposi- tif d'affichage peuvent être absorbées de la meilleure fa- çon par une plaque métallique 15 dont la paroi est la plus mince possible Il apparait alors toutefois des problèmes avec la stabilité de forme du fond plat de la plaque métal- lique, raison pour laquelle il y a avantage à prévoir, au moins dans cette zone, des éléments de raidissement Dans le dispositif de la figure 3 a, il est collé à l'extérieur, et dans le dispositif de la figure 3 b, à l'intérieur sur la plaque métallique 15, une plaque de métal 23 plus épais- se, plue petite: cette plaque 23 peut aussi être soudée ou brasée Pour autant que cet élément de raidissement soit posé sur la face extérieure suivant la figure 3 a, cette plaque 23 peut être faite aussi en matière plastique, si le contact électrique s'opère en dehors de cette zone. Dans le mode de réalisation suivant la fi- gure 3 c, il est appliqué, sur la face extérieure de la pla- que de métal 15, une couche de matière plastique 24 On peut ici utiliser une pièce en matière plastique préfabri- quée ou une couche de matière plastique appliquée par pul- 9.- vérisation au pistolet sur la plaque métallique 15 La fermeture de l'orifice de remplissage 20 avec l'électroly- te 19 s'opère, comme dans les formes de réalisation précé- dentes, au moyen d'un bouchon en soudure tendre Afin que la pression de vapeur de l'électrolyte 19 reste faible et qu'il ne puisse se produire aucune détérioration du dispo- sitif d'affichage, on a avantage à utiliser une soudure à basse température On utilisera, en conséquence, de préfé- rence, un mélange de 52 % d'indium et 48 % d'étain, la température de soudure s'élève dans ce cas à 1200 C. La figure 4 montre un dispositif d'affichage électrochrome présentant la construction décrite ci-dessus et qui est une partie d'une plaque 25 conductrice de l'élec- tricité Dans un évidement 26 de cette plaque conductrice 25 repose la cloison arrière du dispositif d'affichage électrochrome, la doublure métallique de la plaque conduc- trice étant utilisée, dans ce cas, comme plaque métallique La doublure métallique est pressée, en correspondance avec la conformation de la plaque métallique 15 dans les, exemples de réalisation précédents, dans l'évidement 26, de façon à obtenir la conformation en forme de cuvette pla- te De cette façon, on obtient, par des moyens simples une combinaison du dispositif d'affichage électrochrome avec les parties de l'électronique de commande 27. La plaque conductrice 25, faite, par exemple d'une plaque en matière époxyde renforcée avec des fibres de verre, reçoit, avant d'être doublée avec une tôle de cuivre, des évidements 26 aux emplacements o doit ensuite être posé le dispositif d'affichage électrochrome Après avoir effectué la stratification, on pratique, par corro- sion, à partir de la couche de cuivre, aussi bien la struc- ture des pistes conductrices 28 du montage de commande que la forme extérieure de la paroi arrière du dispositif d'affichage La Jonction avec la couche conductrice 11 peut être effectuée au moyen de ponts conducteurs 29. 10.- La conformation exposée avec référence à la figure 4, est avantageuse, en particulier quand on doit as- sembler plusieurs champs indicateurs sur une plaque com- mune transparente ou translucide, comme il est représenté en figure 5 a les faces arrière des différents dispositifs d'affichage électrochromes sont recouvertes ici par des substrats isolés Sur la plaque de verre 10 ' avant sont disposés plusieurs cadrans, notamment un cadran en barre demicirculaire, deux cadrans en barres rectilignes 31 et 32, un cadran à chiffres 33 et des échelles 34, 35 et 36 pour les indicateurs en barres On place également, sur la plaque de verre 101, des symboles fixes qui ne sont pas éclairés 37 et 38, ainsi que des fenêtres à symboles 39 à 43 transparentes, que l'onr peut éclairer Le champ am- biant des champs indicateurs, des échelles et des symboles forme une empreinte opaque sur la plaque de verre 10 ' Les échelles et symboles fixes 34 à 38 sont produits par une seconde empreinte qui remonte de l'empreinte opaque, ap- pliquée précédemment, formant le fond Les symboles qui peuvent être éclairés 39 à 43 sont constitués par des ou- vertures qui sont remplies éventuellement d'une couleur transparente. La figure 5 b montre la face arrière du dis- positif d'affichage électrochrome suivant la figure 5 a. Les champs indicateurs 30 à 33 sont recouverts par des pla- ques métalliques 44 à 46 de 'a face arrière La conforma- tion des plaques de la face arrière 44 qui s'écarte de la forme rectangulaire montre la multiplicité des possibilités de conformation du dispositif d'affichage suivant l'inven- tion Les conducteurs de liaison entre les éléments d'ima- ge et les composants semi-conducteurs 47, qui ne sont il- lustrés que partiellement, sont métallisés, de même que les surfaces de contact 48 et les points d'appui soudés des lampes à incandescence 49 à 53 qui éclairent par l'ar- rière les fenêtres à symboles 39 à 43 Cette multiplicité des possibilités de conformation est obtenue grâce aux dis- positions suivant l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif d'affichage électrochrome, com- portant des électrodes voisines les unes des autres, qui sont appliquées, d'un côté, sur un substrat transparent ou translucide et, de l'autre côté, sur un substrat de pré- férence métallique, une jonction par collage étant réalisée entre les substrats et un électrolyte étant prévu entre les électrodes, dispositif caractérisé en ce qu'au moins une surface des substrats ( 10, 15) qui doivent être collés ensemble est garnie, dans la zone de collage ( 18), d'une couche ( 14, 17) assurant l'adhérence. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche assurant l'adhérence ( 14, 17) est appliquée au moins sur un substrat ( 15) métallique formant la paroi arrière. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la couche assurant l'adhérence ( 17) recouvre la totalité de la surface intérieure en contact avec l'électrolyte ( 19) du substrat ( 15) métallique for- mant la paroi arrière, à l'exception de la zone des élec- trodes ( 16). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les couches assurant l'adhérence ( 14, 17) sont appliquées sur les deux substrats ( 10, 15). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les couches assurant l'adhérence ( 14, 17) sont constituées d'alcool polyvinylique. 6 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les couches as- surant l'adhérence ( 14, 17) sont constituées de polyvinyl- butyral. 7. Dispositif suivant l'une des revendica- tions 5 et 6, caractérisé en ce que les couches assurant 252465 ? 12.- l'adhérence ( 14, 17) contiennent une addition d'acide chro- mophosphorique. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les couches assurant l'adhérence sont cuites sur le substrat ( 10, 15), de préférence dans une plage de température de 150 à 200 00 environ. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, comme adhésif ( 18) on se sert d'un adhésif à deux composants. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat avant est constitué par une plaque de verre ( 10) et le substrat arrière, par une plaque métallique ( 15). 11 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plaque mé- tallique ( 15) formant la paroi arrière est réalisée de fa- çon à être élastique. 12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la plaque métallique ( 15) a la forme d'une cuvette aplatie. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le bord de la plaque métallique ( 15) est recourbé vers l'extérieur. 14 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1-à 13, caractérisé en ce que la plaque mé- tallique ( 15) est réalisée mince et qu'elle est rendue ri- gide, dans sa zone centrale, par une plaque plus petite ( 23). 15 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la plaque mé- tallique ( 15) est réalisée mince et qu'elle est renforcée, sur sa face extérieure, par une pièce en matière plastique ou par une coulée ( 24) de matière plastique. 16 Dispositif suivant l'une quelconque des 13.- revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la plaque métallique ( 15) formant la paroi arrière possède un orifi- ce de remplissage ( 20) pour l'électrolyte ( 19). 17. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'orifice de remplissage ( 20) est fermé au moyen d'un bouchon ( 21) en soudure tendre. 18. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'on dispose sur un substrat commun ( 10 '), transparent ou translucide, plusieurs champs indicateurs ( 30 à 33), qui sont recouverts, sur leurs faces arrières par des substrats ( 44 à 46) sépa- rés. 19. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le substrat arrière ( 15) est constitué par une plaque en cuivre. 20. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le substrat arrière ( 15) est constitué par une plaque d'acier fin. 21. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il constitue une partie d'une plaque conductrice ( 25) de l'électricité, qui possède, dans la zone du dispositif d'affichage, des évidements ( 26), la doublure métallique de la plaque con- ductrice ( 25) formant le substrat arrière ( 15).