Brevet FR2574206A1 — publié le 19860606

L'invention concerne une cellule émettrice de lumiere, de luminance et de chromatisme variables et un écran obtenu par la juxtaposition d'une plurclite de cellules émettrices. Plus précisément, l'invention concerne une cellule émettrice de lumière qui produit un point lumineux, de luminance et de chromatisme variables, mais contrôlé, visible pour un observateur, et qui en coopération avec d'autres cellules semblables peut constituer par exemple un écran ou un mur d'affichage d'un graphisme ou d'une image éventuellement animée. Pour reproduire un graphisme ou une image sur un écran de grandes dimensions, il est actuellement connu de juxtaposer une pluralite de cellules élémentaires, qui sont chacune susceptible de produire un point lumineux ou une tache de coloration contrôlée, par exemple à partir d'un signal video,et qui globalement reproduisent par points le graphisme ou l'image désirée. Dans ce cas, chaque cellule élémentaire presente trois sources lumineuses, qui, généralement sont susceptibles d'émettre chacune une couleur fondamentale ou sa complémentaire. Ainsi, il est connu de baser la representation d'une image ou d'un graphisme en couleur sur l'mission de points lumineux de couleurs rouge, verte et bleue ou bien rouge, jaune et bleue. Les émissions de lumière coloree peuvent être obtenues par différents moyens, et en premier lieu par des lampes à incandescence pourvues de filtres colorés. Cela ne donne cependant qu'un resultat médiocre car il est connu qu'elles ont un rendement lumineux faible une dissipation calorifique Smportante, que leur durée de vie est limitée. En outre, leur temps de reponse à une impulsion de commande correspondant à une variation lumineuse est très long, ce qui les rend inadap'P;u à la reproduction d'une image animée. Il est également possible d'obtenir des émissions colorées à partir de diodes électroluminescentes "led" qui sont déjà utilisées de manière courante dans l'affichage lumineux monochrome. Par rapport aux lampes a incandescence, ces diodes présenten L une faible consommation et un excellent rendement consommation/lumière émise, une grande f-acilité d commande et de mise en oeuvre, une très grande fiabilité, un temps ae réponse quasi nul et un faible prix de revient. Dans le cas de la présente invention, cependant, elles presentent un inconvénient important, qui est que leur luminescence est limite, et que dans l'état actuel de la technique meme en mettant en oeuvre pour une couleur donnée, plusieurs diodes en -parallèle, il n'est pas possible d'obtenir une luminescence suffisante pour réaliser un écran de grandes dimensions visible en plein jour. Un tel écran peut être realisé également au moyen de tubes cathodiques produisant les trois couleurs de base, et l'on peut citer dans ce cadre le brevet GB.2.053.547 et le brevet US.4.326.150. Cette solution donne de bons résultats mais présente deux inconvénients importants. Tout d'abord, la durée de vie des tubes est relativement limitée, et, en outre, la commande des tubes nécessite une alimentation en haute tension, de l'ordre de quelques milliers de volts, qu'il est donc necessaire de manipuler et de distribuer. Enfin, il existe des cellules émettrices de lumière pour la réalisation de mur ou d'ecran de grandes dimensions et qui mettent en oeuvre des tubes fluorescents, et c'est justement à ce type de moyens que se rapporte plus precisement la présente invention. Les tubes fluorescents presentent dans le cadre de l'invention de nombreux avantages, tout d'abord, un rendement lumineux élevé, une consommation reduite, une duree de vie relativement longue, un temps de reponse tres court â une impulsion de commande, et un prix de revient relativement bas. Des cellules émettrices de lumiere du même type et mettant en oeuvre des tubes à décharge contenant de la vapeur de mercure à basse pression, sont connues en particulier d'après le brevet FR.A.2.536.563. Ces dispositifs, cependant présentent un inconvénient En effet, chaque tube qui constitue la cellule est directement visible par un observateur, sur une grande partie de sa longueur et, de ce fait, au niveau d'une cellule elementaire, il n'y a pas de mélange intime entre les différentes couleurs émises et en fait chaque tube de la cellule est individuellement discernable par un observateur sauf à grandie distance. Par ailleurs, une grande longueur de chaque tube se situe au niveau de la face avant de la cellule et donc, de ce fait, la cellule élémentaire présente en surface des dimensions importantes et un graphisme ou une image ne peut être reproduire que grossièrement avec une définition mediocre. Un des buts de la présente invention est de proposer une cellule émettrice de lumière, de luminance et de chromatisme variables, mettant en oeuvre au moins trois tubes fluorescents qui remédient à l'ensemble de ces inconvenients, qui realisent un mélange intime des trois couleurs de base emises, sans qu'il soit possible de discerner individuellement chacune de ses couleurs. Un autre but de la présente invention est de proposer une cellule émettrice de lumière qui en face avant présente des dimensions réduites, et une section qui se prête particulièrement bien à la juxtaposition avec d'autres cellules en vue de constituer un ecran ou un mur de grandes dimensions. Un autre but de la présente invention est de proposer une cellule émettrice de lumière qui peut être réalisée facilement, qui est economique tant au niveau de sa fabrication qu'au niveau de l'exploitation et dont la maintenance est facile à réaliser D'autres buts et avantages de la presente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. La cellule émettrice de lumiere, de luminance et de chromatisme variables, selon la présente invention, met en oeuvre au moins trois tubes fluorescents, émettant chacun une couleur de base de luminance pilotée par des moyens d'alimentation, qui, par combinaison, émettent globalement une couleur de chromatisme et de luminance variables. La cellule produit sensiblement un point lumineux visible par un observateur et en coopération avec d'autres cellules juxtaposées sensiblement identiques est susceptible de reproduire par points un graphisme ou une image eventuellement- animée. Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un boîtier allongé dont l'axe est orienté dans la direction démission de la lumière, approximativement vers un observateur, que les tubes sont disposés à 1 'intérieur du bottier sensiblement parallèlement à- l'axe du boîtier sur au moins la plus grande partie de leur longuer et que la face interne des parois latérales et du fond du boîtier sont au moins en partie réfléchissantes. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : une vue en perspective d'une cellule émettrice de lumière partiellement ouverte, dans un mode non limitatif de mise en oeuvre de l'invention, - figure 2 : une vue de dessus de la cellule de la figure 1, la face avant étant retirée, - figure 3 : une vue en coupe A-A de la cellule de la figure 2, - figure 4 : une vue partielle d'un écran realisable au moyen de cellules semblables à celle de la figure 1 La cellule 1 représentée à titre d'illustration de l'invention dans la figure 1 à 3, présente tout d'abord un boîtier 2 allongé selon une direction d'axe 3. L'axe 3 du boitier 2 est dirigé parallèlement la direction d'émission de la lumière, c'est à dire généralement horizontalement, en direction d'un observateur. Le boîtier 2 presente en coupe transversale, toute forme appropriée, par exemple, ' ronde, triangulaire, carrée, rectangulaire ou tel que cela est représente dans la figure, une forme hexagonale. Dans la direction de l'axe 3, le bottier 2 presente une forme cylindrique ou sensiblement en tronc de cône ou de nxtramide, le olus grande face se situant du côté avant 4 de la cellule 9t 0 & lus plus petite du coté arrière 5 A l'intérieur de la cellule, sont disposés trois tubes fluorescents 6 7, 8 qui émettent chacun une des couleurs de base, c'est à dire une couleur fondamentale ou sa complémentaire. De préférence, les tubes fluorescents 6, 7, 8 émettent respectivement une lumière rouge, verte et bleue, c'est à dire les couleurs utilises de maniere courante pour la reproduction d'un graphisme ou d'une image à partir d'un signal vidéo. Naturellement, tout autre choix approprié convient pour les trois couleurs de base émises par les tubes 6, 7, 8 à partir du moment où ces couleurs permettent d'obtenir par mélange ltensemble des couleurs du spectre visible, par exemple on pourrait prendre également les couleurs rouge, jaune et bleue. I1 va de soi que la cellule 1 pourrait egalement présenter plus de trois tubes de couleurs différentes, pourvu que ces tubes soient pilotés par des signaux de commande appropriés. Dans ce cas, une même couleur du spectre visible pourrait être obtenue à partir de différentes combinaisons de lumière émise par les différents tubes. Les tubes 6, 7, 8 sont disposés à l'intérieur du boîtier 2 avec la majeure partie de leur longueur orientee sensiblement parallelement à l'axe du boitier, c'est à dire l'axe 3. De préférence, ainsi que cela est visible en figures 1, 2 les tubes 6, 7, 8 sont disposés autour de l'axe 3 à cent vingt degrés l'un de l'autre en prenant cet axe pour origine. D'une manière connue, les tubes fluorescents se présentent extérieurement sous la forme de tubes éfilés, de section transversale sensiblement ronde. L'invention prévoit de disposer parallèlement à l'axe 3 sur la majeure partie de leur longueur et egalement de les replier sur eux-meme deux fois ou plus, dans le but de reduire la profondeur de la cellule par rapport à la longueur des tubes. Ainsi, en se référant aux figures, de préférence, les tubes 6, 7, 8 présentent une forme de "U" allonge dont les deux branches sont très voisines l'une de l'autre et dont les extrémités sont situées du côté du fond 9 de la cellule. Dans ce cas, la longueur du boîtier 2 mesurée narllélenent l'axe 3 est légérernent supérieure à la o - 1 -; ' t - r range de "U". De la merle façon, les tubes pourraient être repliés en trois parties et, dans ce cas, les extrémités de chaque tube seraient situées au niveau de chacune des extrémités du boîtier 2, et celui-ci présenterait une profondeur légèrement supérieure au tiers de la longueur des tubes. I1 faut soulioner que dens le cas présent, les zones recourbées des tubes par exemple la zone 10 pour le tube C, en figure 3, sont aussi réduites que possible, et n'existent qu'a cause du repliement des tubes sur eux-meme. Les tubes 6 à 8 sont maintenus dans le boitier par tout moyen approprie, et par exemple, lorsqu'ils présentent une forme en U, ils sont maintenus par leurs extrémités 27 et 28 qui sont emmanchées dans des logements correspondants 29 et 30 du fond 9 du boîtier. Avantageusement, les extremites 27 et 28 traversent le fond 9 du boîtier ce qui reporte à l'extérieur du boitier les connexions électriques des électrodes. Dans les figures 1 à 3, les tubes 6, 7, 8 sont disposés respectivement en regard d'une face de l'hexaèdre 11, 12, 13 sensiblement parallelement à celle-ci et ils sont separes par une face nue 14, 15, 16. Ceci est une disposition préférentielle, mais pas limitative, car les tubes 6, 7, 8 pourraient être disposés de manière radiale, en regard d'une face ou bien ils pourraient être disposes en regard de la jonction entre deux faces successives de l'hexaèdre. Egalement dans le cas ou le boîtier 2 presente en coupe transversale une forme carrée ou rectangulaire, les tubes 6, 7, 8 pourraient être juxtaposés dans la zone centrale du carre ou du rectangle en restant toutefois parallèles a l'axe 3 du boîtier sur la plus grande partie de leur longueur. Selon une caractéristique de l'invention, la face interne des parois latérales du boîtier 2 et de son fond 9 sont au moins en partie réfléchissantes et de preference, elles sont totalement réfléchissantes. Ainsi, par exemple, les parties internes des faces 11 à 16 de l'hexaèdre, et du fond-9 sont constituees par des miroirs ou sont recouvertes d'une substance réfléchissante. La disposition des tubes parallèlement à l'axe 3 sur la majeure partie de leur longueur fait que la plus grande partie de la lumiere émise par la cellule est réfléchie par les faces internes du boitier, ce qui favorise le mélange intime des differentes couleurs émises par chacun des tubes. I1 faut souligner que la forme de tronc de pyramide du boiter 2 favorise avantageusement l'émission vers 1 'extérieur de la lumière reflechie et, dans ce but, le boîtier 2 peut présenter intérieurement toute autre forme appropriée. Egalement dans le but d'obtenir un mélange infime des couleurs, de préférence, la cellule 1 présente une face avant 17 qui couvre sa partie avant 4 et qui est constituée par une feuille de materiau diffusant, par exemple une feuille de verre dépolie ou de matière plastique translucide. La face avant 17, de plus, présente lorsqu'elle n'est pas éclairée une couleur neutre. Selon un mode preferentiel de réalisation, une certaine distance est laissée entre l'extrémité avant des tubes 6 à 8 et la face avant 17 de la cellule, de façon à eviter l'émission de luniere trop prôche de cette face avant. On a obtenu de bons résultats avec une telle distance de l'ordre de trois centimètres pour une cellule de dix centimètres de largeur, ce chiffre n'étant naturellement donne qu'à titre indicatif. De façon également à éviter une émission de lumière trop proche de la face avant 17, l'extrémité avant des tubes 6 à 8 c'est a dire la partie coudée, est rendue opaque, par exemple au moyen d'une substance noire de façon à ne pas émettre de lumière dans cette zone. De ce fait, la face avant 17 de la cellule se colore de maniere sensiblement un-iforme sur l'ensemble de sa surface, quelque soit la luminance des tubes 6 à 8. Dans un mode préférentiel de l'invention, la face avant presente des dimensions legerement supérieures aux dimensions de la partie 4 du bottier 2, et elle n'est pas accolée à cette partie avant, mais il existe un espace à ce niveau par exemple de l'ordre de un centimètre. Cette disposition donne un léger flou au contour de la tache lumineuse produite par les tubes et qui est visible par un observateur au niveau de la face avant 17 En particulier, lorsque plusieurs cellules semblables sont juxtaposées, ceci evite entre deux cellules voisines qui émettent des couleurs différentes d'avoir une frontière trop nette et trop tranchée, et donc ceci permet de produire à ce niveau un dégradé. La figure 4 represente à titre d'application une pluralité de cellules 18 sembl ables à la cellule 1 qui sont juxtaposees selon des lignes et des colonnes de façon à constituer un ecran ou un mur apte à reproduire par points un graphisme ou une image éventuellement animée. Les cellules sont juxtaposees face latérale contre face latérale, leur axe 3 étant sensiblement parallèle, et leur partie avant 4 constituant sensiblement un plan. Dans ce cas, avantageusement, l'ensemble des cellules présente une face avant unique, qui n'est pas représentée dans la figure 4 et qui se substitue aux faces avant 17 de chaque cellule. Pour certaines applications, les cellules pourraient entre également juxtaposees de façon que leur partie avant 4 ne constitue pas un plan mais une surface gauche par exemple concave. La figure 4 présente à titre d'illustration quatre lignes 19 à 22 et quatre colonnes 23 à 26. Ceci naturellement n'est qu'un exemple et le nombre de lignes et de colonnes est quasi illimité. Cependant, avec la disposition des cellules en nid d'abeilles telle que celle qui est représentée en figure 4, c'est à dire pour chaque cellule, deux faces latérales opposees sensiblement verticales, l'invention propose de realiser un écran de deux cent quatre vingt dix lignes, de trois cent trente cinq ooints chacune, de façon à pouvoir exploiter directement les signaux vidéo au standard français CCIR, avec -une bande passante de six mégahertz quatre, l'écran ne reproduisant cependant nu'une de--i-imane, c'est à dire en fait une ligne sur r!t?1'X. Plus nreciserent, le nombre de lignes et de colonnes sera de préférence un multiple de huit ou de seize, de façon à faciliter une commande par des moyens informatiques. Dans une disposition inverse à celle représentée à la figure 4, c'est à dire avec deux faces latérales opposées horizontales tiour chaque cellule, l'invention propose de réaliser une image de cinq cent soixante seize lignes, de deux cent vingt outre points chacune, avec une bande passante de ouatre mégahertz trois. Naturellement, ces chiffres ne sont donnés qu'à titre d'exemple et n'ont aucune valeur limitative pour l'invention, en effet, pour de nombreuses autres applications de l'invention, autre que la reproduction d'images de télévision ou d'images vidéo et Dar exemple la réalisation d'effets de couleur sur des murs, la reproduction de chiffres ou d'un graphisme, le nombre de lignes ou de colonnes est différent et il pourra facilement être détermine par l'homme de l'art, de meme que la disposition la plus appropriée des cellules. De préférence, pour la réalisation d'écran ou de mur, les boîtiers des differentes cellules sont regroupes en tiroirs, un tiroir comprenant par exemple deux fois quatre lignes de quatre points. Les tiroirs sont regroupés en caissons de, par exemple deux fois seize lignes de seize points, et les caissons sont juxtaposés de manière à constituer l'écran desiré. Chaque caisson présente ses propres moyens de commande des tubes que comprennent chacune de ses cellules, ces moyens recevant des informations à partir de moyens qui sont propres aux caissons, eux-même recevant leurs signaux de commande à partir de moyens qui pilotent l'ensemble de l'écran et pendant la duree d'une image, les inform-ations de commande des tubes sont mémorises au niveau de chaque tiroir ou éventuellement de chaque caisson. A titre d'exemple non limitatif, on a obtenu de bons résultats avec un écran constitué de cellules élémentaires semblables à la cellule 1. Les boitiers sont regroupés en tiroirs obtenus par le thermnforr?oe d't'ne feuille de matière plastique. Le boîtier de chaque cellule présente à la dépouille près, une forme hexaédrique, dont la distance entre les faces parallèles est de l'ordre de dix centimètres et la longueur des Darois latérales de l'ordre de quinze centimêtres. A l'intérieur de chaque boîtier, trois tubes respectivement de couleurs -rouge, verte et bleue ont ete disposés comme cela a été décrit précédemment relativement aux figures 1 à 3. Les tubes sont du type fluorescent, à cathode froide et utilisent des électrodes de quinze milliampères. Ils sont réalisées à partir de tubes en verre de dix/onze de longueur voisine de vingt centimetres, replies sensiblement en leur milieu de façon à constituer un "U'l étroit et allonge. Les longueurs d'ondes adoptées pour l'émission des couleurs rouge, verte et bleue, correspondent au standar CCIR c'est à dire sept cent nanomètres pour le rouge, cinq cent quarante six manomètres un dixième pour le vert, et quatre cent trente cinq manomètres huit dixieme pour le bleu. Pour obtenir ce resultat, le tube rouge a sa surface interne recouverte de vanadate d'yttrium activé à l'europium, le tube vert a sa paroi interne recouverte de sulfure de cadmium et de zinc activé à l'argent et le tube bleu a sa paroi interne recouverte de sulfure de zinc activé à l'argent et les tubes contiennent un mélange de néon et d'argon. Les tubes sont disposés à l'intérieur de la cellule de façon que leur extrémité avant soit à une distance de l'ordre de trois centimètres de la face avant 17 des cellules et la distance entre la face avant 17 et la partie avant des bottiers est de un centimètre environ. En outre, leur extrémité avant est noircie de façon a eviter une emission locale de lumière à proximite de la face avant des cellules. Les tubes sont alimentés à une fréquence d'environ trois mille hertz et à une tension fixe comprise entre six cents et sept cents volts. Le réglage de la luminescence de chaque tube est obtenu par les moyens d'alimentation qui fonctionnent comme un générateur de courant, et l'intensité lumineuse emise par chaque tube est déterminée par l'intensité qui lui est appliquée. Dans le cas d'une reproduction. de signaux vidéo, les signaux d'une image sont pris en compte par ds moyens qui pilotent l'ensemble de l'écran, et qui traduisent les signaux reçus correspondant à une image précise en groupes de signaux qui sont ensuite retransmis aux caissons puis aux tiroirs de cellules. La fréquence d'images est de l'ordre de vingt cinq images par seconde, et durant chaque période, l'ensemble des tubes reste allumé simultanément. Naturellement, l'ensemble de ces chiffres n'est donné qu'a titre d'illustration de l'invention et n'a absolument aucune valeur limitative pour celle-ci. Ces valeurs peuvent être considérablement modifiées par l'application adoptée, par les standards en vigueur, etc Naturellement, la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif et 1 l'on pourrait adopter diautres mises en oeuvre de celle-ci sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier, il va de soi que l'on pourrait donner au boitier 2 une forme plus complexe conciliant une fabrication simple par exemple par thermoformage et de bonnes qualités de réflexion et d'émission de lumière vers l'extérieur de la cellule. Par exemple, le boîtier 2 peut présenter intérieurement une forme rappelant en coupe une parabole d'axe3. Egalement, il est possible de rapporter dans le boitier une surface réfléchissante du type parabolique. REVENDICATIONS 1. Cellule émettrice de lumière de luminance et de chronatisme variables, mettant en oeuvre au moins trois tubes fluorescents (6, 7, 8) émettant chacun une couleur de base et de luminance pilotee par des moyens d'alimentation, qui, par combinaison, mettent globalement une lumière de chromatisme et de luminance variables, la cellule (1) produisant sensiblement une tache lumineuse et en coopération avec d'autres cellules juxtaposées sensiblement identiques etant destinées à reproduire par points un graphisme ou une image éventuellement animée, CARACTERISEE par le fait qu'elle comprend- un boîtier (2) allongé selon une direction d'axe (3) orienté selon la direction d'émission de la lumière, vers un observateur, que les tubes (6, 7, 8) sont disposés à l'intérieur du boîtier (2), sensiblement parallèlement à son axe (3) sur au moins la plus grande partie de leur longueur, et que la face interne des parois latérales (11 à 16) et du fond (9) du boitier (2) sont au moins en partie réfléchissantes. 2. Cellule selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle presente en outre une face avant diffusante (17) sensiblement orthogonale à l'axe (3) du boîtier (2) vers laquelle est réfléchie la lumière en provenance des tubes (6 a 8), et qui constitue la surface lumineuse coloree de la cellule (1) visible pour un observateur. 3. Cellule selon la revendication 1 ou 2 caractérisée par le fait que chaque tube fluorescent (6, 7, 8) décrit un U etroit et allongé dont les deux branches sont sensiblement parallèles à l'axe (3) du boîtier (2) et que ses extrémites sont situées du coté du fond (9) du boîtier. 4. Cellule selon la revendication 2 ou 3 caracterisee par le fait que sa face avant (17) est située à une distance de l'extrémité avant des tubes suffisante pour que les couleurs de base qui interviennent dans la composition d'une couleur émise ne soient pas individuellement distinctes au niveau de la face avant (17). 5. Cel 1u1e selon 1'un- quelconque Hes reven^3tions I a caractérisée en ce que sa face avant (17) est située à une distance de la partie avant (4) du boitier (2) suffisante pour donner un dégrade au contour de la tache lumineuse au niveau de la face avant (14). 6. Cellule selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisée par le fait que l'extrémité avant coudée de chaque tube (6 à 8) est rendue opaque de façon que les tubes n'émettent pas de lumiere dans cette zone directement vers la face avant (17). 7. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que son boîtier (2) presente en coupe une section hexagonale et que sa partie avant (4) presente en section transversale des dimensions superieures à sa partie arrière (5). 8. Ecran de reproduction d'un graphisme, d'une image éventuellement animée, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de cellules (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, juxtaposees et disposées de façon que leur face avant (17) soit située sensiblement dans le même plan. 9. Ecran selon la revendication 7 ou 8 caractérisé par le fait que les boîtiers (2) des cellules (18) sont juxtaposés selon une disposition qui rappelle un nid d'abeilles, dans laquelle chaque boitier (2) présente deux faces opposées horizontales. 10. Ecran selon la revendication 7 ou 8 caractérisé par le fait que les boitiers (2) des cellules (18) sont juxtaposés selon une disposition qui rappelle un nid d'abeilles, dans laquelle chaque boîtier (2) présente deux faces opposées verticales.