Brevet FR2645996A1 — publié le 19901019

La présente invention concerne des dispositifs d'affichage électroluminescents qui peuvent être des dispositifs d'affichage en couche mince, et en particulier des dispositifs d'affichage à couplage direct ou des dispositifs d'affichage en courant alternatif à couplage capacitif. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de tels dispositifs. Les dispositifs d'affichage électroluminescents présentent de nombreuses applications possibles et permettent un affichage plan brillant à grand angle de vue. La figure 1 représente un dispositif d'affichage de l'art antérieur. Un tel dispositif d'affichage fonctionne par application d'un champ électrique par adressage de matrice multiplexée entre des électrodes d'aluminium A et des électrodes transparentes B en oxyde d'indium et d'étain (ITO) à travers une couche C constituée par une substance luminescente dopée par du sulfure de zinc et du manganèse, qui devient électroluminescente par application d'un champ suffisamment intense pour exciter ses ions manganèse. L'application d'un champ électrique important à travers la couche mince de ZnS: Mn provoque des ruptures dans cette couche qui finalement déterminent la durée de vie du dispositif d'affichage. Ces ruptures sont provoquées soit par des modes de défaillance intrinsèques, dus aux propriétés initiales du mélange ZnS: Mn ou à des modifications des propriétés au cours du temps du fait de l'application du champ électrique, soit par des modes de défaillance extrinsèques, dus au procédé de fabrication, tels que les variations d'épaisseur de la couche et les impuretés. L'un des types de rupture est une rupture qui se propage et qui est souvent provoquée par un court-circuit en trou d'épingle à travers la couche de ZnS: Mn. Ce type de rupture se propage du fait du champ important qui existe au niveau du bord de la région de rupture qui s'étend dans le dispositif. Un procédé connu pour réduire de façon importante ce mode de défaillance consiste à incorporer une couche D de silicium amorphe qui présente une résistance relativement élevée et qui limite ainsi le courant dans la région de rupture, ce qui empêche sa propagation. Etant donné qu'une rupture qui se propage peut être Limitée par Le procédé ci-dessus, la durée de vie d'un dispositif d'affichage est déterminée sensiblement par La propagation des ruptures formant germes, c'est-à-dire des ruptures qui provoquent des ruptures semblables dans La région qui Les entoure. Ces ruptures formant germes apparaissent au voisinage d'un point initial de rupture ou rupture en trou d'épingle Lorsque, du fait- d'une intensité de courant plus importante ou d'un échauffement dans la région environnante, une autre rupture apparaît en un point adjacent qui est un point faible du fait par exemple des fluctuations de l'épaisseur de la couche ou d'impuretés. Ceci conduit souvent à une autre rupture adjacente et la région de- rupture formant germes se propage dans le dispositif d'affichage en modifiant finalement les caractéristiques visuelles du dispositif d'affichage. Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention a pour objet de limiter la propagation d'une rupture formant germe dans les dispositifs d'affichage électroluminescents de telle façon qu'elle ne modifie pas de façon sensible les caractéristiques visuelles du dispositif d'affichage. Ainsi, la présente invention propose un dispositif d'affichage électroluminescent qui comprend deux électrodes séparées par au moins une couche d'un matériau diélectrique présentant une pluralité de perforations et une couche de matériau électroluminescent disposées de telle façon que lorsqu'un champ électrique est appliqué entre les électrodes, la couche perforée permet une excitation du matériau électroluminescent uniquement dans les régions sensiblement définies par la taille et la forme des perforations de la couche diélectrique. Pendant le fonctionnement, lorsqu'Un champ électrique est appliqué à une région, le champ dans la couche électroluminescente sensiblement définie par les perforations du substrat diélectrique perforé est plus important que dans Les régions qui ne sont pas ainsi définies, le champ étant plus faible dans les régions autres que les régions définies, du fait de la présence du matériau diélectrique. Cette restriction du champ important à de petites régions limitées à l'intérieur du matériau électroLuminescent limite la croissance d'une rupture formant germe située dans L'une de ces régions à cette région uniquement, étant donné que La propabilité d'une rupture dans une région à faible champ est très faible. Ceci permet donc. d'éviter La propagation d'une rupture formant germe au-deLà de la région définie dans laquelle elle est apparue et également les effets de bord à la limite d'une région formant un pixel (élément d'image) qui doit être rendu lumineux. De préférence, chaque région présente un diamètre inférieur à 100 pm de sorte qu'elle ne peut pas être distinguée par l'oeil humain situé à une distance de travail normale et de ce fait elle ne modifie pas les caractéristiques visuelles du dispositif d'affichage. Des modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits à titre d'exemDle seulement en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'affichage éLectroluminescent de l'art antérieur. - La figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif d'affichage électroluminescent en couche mince à couplage direct selon l'invention. - La figure 3 est une vue en perspective du dispositif d'affichage montré dans la figure 2. - La figure 4 est une vue de dessus schématique d'une région de la couche éLectroluminescente en fonctionnement qui subit une rupture formant germe, et - la figure 5 est une vue du dessus d'un autre agencement de substrat diélectrique. En référence à la figure 2, un dispositif d'affichage éLectroluminescent en couche mince à couplage direct comprend un substrat 2 en verre sur lequel sont montés des conducteurs 3 en oxyde d'indium et d'étain. Une couche diélectrique 4 (par exemple de Si3N4) est déposée sur le substrat et sur les conducteurs et cette couche est gravée pour former des régions perforées 5. Bien qu'il y ait seulement neuf régions perforées de ce type sur chaque conducteur 3 selon la figure 2, le nombre de régions perforées peut être plus grand. La Largeur d'un conducteur peut être de 1 mm tandis que Le diamètre d'une perforation est de 100 um ou moins, de préférence de 50 pm, bien que dans certaines applications Le diamètre puisse être supérieur à 100 pm. L'épaisseur de La couche 4 est de l'ordre de 0,1 pm. La couche 4 est ensuite recouverte d'une couche 6 de matériau électroluminescent, de façon typique ZnS: Mn, qui à son tour supporte une couche de silicium amorphe 7 sur laquelle sont disposés des conducteurs 8 en aluminium qui s'étendent généralement perpendiculairement aux conducteurs ITO 3. Cependant, on comprendra que la couche diélectrique 4 puisse se situer à un niveau quelconque entre les électrodes 3 et 8. Le même dispositif d'affichage est représenté en perspective dans la figure 3. Pendant le fonctionnement, la couche éLectroluminescente est divisée en pixels, chaque pixel correspondant au point d'intersection d'un conducteur ITO 3 et d'un conducteur 8 en aluminium et pouvant être adressé et rendu lumineux par l'application d'un champ électrique en courant continu entre des électrodes appropriées d'une façon connue. Ce type de dispositif est connu comme étant un dispositif d'affichage électroluminescent à couplage direct. La couche 7 de silicium amorphe présente une résistance élevée et limite la propagation des ruptures en limitant Les courants en tout point comme décrit ci-dessus. La couche diélectrique 4 réduit le champ à travers la couche éLectroluminescente 6 de sorte qu'en fonctionnement le champ est le plus intense dans les régions (c'est-à-dire les colonnes) définies par les perforations 5. Comme l'indique la figure 4, qui est une vue de dessus schématique d'une rupture formant germe dans La couche électroluminescente 6, une rupture amorcée au point X ne se propage pas au-deLà de La région définie par le cercle 9 dans laquelle il existe un champ électrique important, et de ce-fait une telle rupture formant germe est limitée à la région définie. La figure 5 représente un autre agencement de la couche diélectrique 4 selon Lequel les perforations 5 sont de forme hexagonale afin d'augmenter la surface du dispositif d'affichage rendu lumineux. Cependant il est possible d'utiliser toute autre forme souhaitée de perforation. L'invention est applicable aussi à d'autres types de dispositifs d'affichage électroluminescents tels que les dispositifs d'affichage en courant alternatif à couplage indirect dans lesquels le champ électrique est produit par des effets capacitifs des deux côtés du matériau électroluminescent comme cela est décrit dans le document Flat Panel Displays and CRT's" par Lawrence E. -Tannas, chapitre 8, Section 4, Van Nostrand Reinhold 1985. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage électroluminescent, caractérisé en ce qu'il comprend deux électrodes (3, 8) séparées par au moins une couche (4) de matériau diélectrique présentant une pluralité de perforations (5) et une couche (6) de matériau éLectroluminescent disposées de- telle façon que lorsqu'un champ électrique est appliqué entre les électrodes (3, 8) la couche perforée (4) permet une excitation du matériau électroluminescent uniquement dans les régions sensiblement définies par la taille et la forme des perforations de la couche diélectrique. 2. Dispositif d'affichage électroluminescent selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif d'affichage à adressage à matrice comprenant deux séries (3, 8) d'électrodes sensiblement perpendiculaires. 3. Dispositif d'affichage électroluminescent selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque région est d'un diamètre teLzqu'ele ne peut pas être distinguée par l'oeil humain. 4. Dispositif d'affichage électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque région est d'un diamètre inférieur à 100 pm. 5. Dispositif d'affichage électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif d'affichage en couche mince. 6. Disppsitif d'affichage électroluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif d'affichage à couplage direct. 7. Dispositif d'affichage électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif d'affichage en courant alternatif à couplage capacitif. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les perforations (5) sont formées par gravure.