Brevet FR2667470A1 — publié le 19920403

DISPOSITIF ELF.CTRO-OPTIQUE A ADRESSAGE ELECTRONIQUE. La présente invention a pour objet un dispositif électro-optique comprenant un élément électro-optique, un élément de connexion présentant un premier arrangement d'électrodes espacées les unes des autres et des moyens pour solidariser le dispositif électro-optique et l'élément de connexion. Un tel dispositif est connu du brevet US 438 0373 (Robert A. SPRAGUE-XEROX cor.), plus particulièrement avec un cristal de LiNbO3, pour moduler la polarisation d'un faisceau lumineux en rapport avec les signaux de donnée appliqués à des électrodes de ligne d'une image, distribuées sur la largeur du cristal en contact électrique avec celui-ci et correspondant à une ligne d'une image. Les électrodes font partie d'un support résilient, en particulier un circuit intégré, qui est appliqué contre l'élément électro-optique par l'intermédiaire d'un tampon élastomère, de manière à permettre aux électrodes de se conformer à la surface de l'élément électrooptique. Ce dispositif présente une seule ligne de modulation, et fonctionne par réflexion totale. Ce montage présente les inconvénients d'une part d'être délicat à réaliser et d'autre part d'appliquer des contraintes à l'élément électro-optique lesquelles s'ajoutent aux autres contraintes normalement présentes telles celles liées à la dilatation thermique. L'invention a pour objet un dispositif électro-optique du type mentionné ci-dessus mais permettant d'éviter l'inconvénient précité. L'idée de base de l'invention consiste à découpler mécaniquement le dispositif électro-optique et le support grâce à un élément intercalaire d'intrconnexion. Un dispositif électro-optique selon l'invention est ainsi caractérisé en ce qu'il comporte sur une première surfa ce un deuxième arrangement d'électrodes correspondant audit premier arrangement et en ce qu'il comporte un élément intercalaire d'interconnexion déformable, disposé entre le support et l'élément électro-optique de manière à interconnecter le premier et le deuxième arrangement. Selon un premier mode de réalisation1 l'élément intercalaire comporte un film isolant présentant des trous métallisés disposés de manière à réaliser ladite interconnexion. Selon un deuxième mode de réalisation, l'élément intercalaire comporte des billes en matériau conducteur malléable, par exemple comportant de l'indium. L'élément de connexion peut être un circuit intégré, avantageusement de dimensions sensiblement égales à celles de l'élément électro-optique, et présentant un circuit électronique de commutation destiné à charger et à décharger séquentiellement des électrodes choisies du deuxième arrangement. Un adressage matriciel correspondant par exemple à des pixels d'une image, peut être obtenu avec des arrangements d'électrodes à deux dimensions. L'élément de connexion peut alors présenter un décodeur ligne, un décodeur colonne ainsi qu'une matrice d'interrupteurs correspondant auxdits pixels. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les décodeurs de ligne et de colonne comportent r interrupteurs en série respectivement pour chaque ligne et pour chaque colonne et, pour commander lesdits interrupteurs, q signaux d'adressage sont prévus pour chaque décodeur, le nombre 1 de ligne, et le nombre c de colonne étant l'un et l'autre inférieur ou égal à cr. q Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de connexion est mécaniquement solidaire d'un premier bloc en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de l'élément optique, (notamment un monocristal de DKDP avec un bloc en fluorine) lequel élément peut être alors solidaire d'un deuxième bloc en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique voisin du sien (notamment également en fluorine dans le cas ci-dessus). De la sorte, les contraintes exercées sur l'élément électro-optique sont minimisées. Il est avantageux1 pour homogénéiser la température de l'ensemble, d'interposer au moins une cale thermiquement conductrice entre le premier et le deuxième bloc. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limi statif, en liaison avec les dessins qui représentent - les figures 1 et 2 respectivement un premier et un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 3 étant un mode de réalisation à deux dimensions de l'élément électro-optique. - la figure 4 un mode d'adressage à deux dimensions. - les figures 5 et 6 un mode de réalisation d'un décodeur ligne ou colonne, et les diagrammes temporels correspondants. - la figure 7 une matrice d'interrupteurs commandés par décodeurs ligne et colonne. - et la figure 8 un mode préféré d'assemblage d'un dispositif électro-optique selon l'invention. Selon la figure 1, un élément électro-optique 1 présente des électrodes 3 réparties sur sa face supérieure et au moins une contre-électrode 2 transparente sur sa face inférieure. L'élément électro-optique 1 peut être en particulier un monocristal de di-phosphate acide de potassium deutéré (DRDP), mettant en oeuvre l'effet Pockels comme par exemple dans les tubes TITUS. Dans de tels tubes, un adressage est obtenu à l'aide d'un faisceau électronique qui balaye séquentiellement tous les points du cristal (voir Revue Acta Electronica Vol.18 n02 et 3 - 1975). Il est ainsi possible de moduler des images à cadence vidéo. La résolution spatiale élevée du canon à électrons permet des applications à l'imagerie, en particulier la vidéoprojection. Par contre, la commande par faisceau d'électrons conduit à un encombrement important, et la fréquence image se trouve limitée par la valeur du courant de faisceau imposée par la résolution géométrique et par la complexité de l'électronique vidéo. Enfin, la modulation de phase de la lumière est limitée à un déphasage de tir/2 (variation de chemin optique de A/4, A étant la longueur d'onde du rayonnement utilisé). Pour réaliser un adressage électronique direct, à l'aide d'électrodes, un élément de connexion 10, par exemple un circuit imprimé, un circuit hybride ou un circuit intégré, présente des électrodes 8 disposées en regard des électrodes 3 et un circuit d'interconnexion 12, ici constitué par un film isolant 5 (tel que celui connu sous la marque KAPTON) présentant des trous 6 métallisés sur ses bords en 7. Un tel film isolant 5 présente une certaine flexibilité qui fait qu'il n'est pas besoin d'exercer des contraintes sur l'élément 1 ou sur le support 10 pour assurer une bonne interconnexion. Dans l'antériorité US 4 380 0773 précitée, des contraintes importantes devaient être exercés en utilisant la résilience du circuit intégré pour appliquer ses électrodes sur une surface dépourvue d'électrode de l'élément opto-électronique.Par con trer le circuit d'interconnexion mentionné ci-dessus est intrinsèquement déformable, c'est-à-dire, au sens de la demande, nettement plus résilient que l'élément de connexion 10. Pour un fonctionnement par réflexion, autrement que par réflexion totale, une couche isolante et réfléchissante Il est prévue sous les électrodes 3, et l'électrode 2 est transparente. En variante, les électrodes 3 peuvent être réfléchissantes et séparées par une couche isolante et réfléchissante. Sur la figure 2, l'élément d'interconnexion 12 est constitué par des billes d'indium de diamètre environ 30 microns, de préférence mises en forme par chauffage lors de l'assemblage de manière à augmenter la surface de contact. Une variante avantageuse consiste en la mise en oeuvre de billes cn eutectique indium-bismuth dont l'intérêt est en outre de présenter une température de solidification plus faible que celle de l'indium. Comme dans le cas ci-dessus, les billes sont nettement plus résilientes que le support 10. La figure 3 illustre le cas d'un balayage vidéo à deux dimensions. L'élément électro-optique 1 présente des électrodes 3, à raison d'une par point image (pixel), alors que la contre-électrode 2 recouvre toute la surface de l'élément électro-optique I. Pour réaliser l'adressage, il suffit d'un décodeur ligne et d'un décodeur colonne commandant deux interrupteurs en série par point image. Lorsqu'un point image est sélectionné par les décodeurs, les deux interrupteurs correspondants sont fermés et le signal vidéo est appliqué à l'électrode du point image sélectionné. Si N est le nombre de lignes et de colonnes de la matrice (supposée carrée), il faut alors 4N2 interrupteurs. La figure 4 représente une configuration qui demande un nombre moins élevé d'interrupteurs, ici des transistors à effet de champs MOS fonctionnant en commutation. Soit 1 le nombre de lignes et c le nombre de colonnes . Chaque point image (représenté par une capacité Cnp) présente un transistor de commutation en série Tnp, n indiquant le numéro de ligne, et p le numéro de colonne, les transistors de même indice p étant tous commandés par une même sortie du décodeur de ligne 20 recevant le signal de ligne LS. Pour chaque ligne, un transistor Tn est commandé par la nième sortie du décodeur de ligne 20. Le transistor Tn est passant pour le signal vidéo VI lorsque la nième ligne est sélectionnée par le signal de ligne LS et est connecté à l'électrode de ligne 2 correspondant à la nième ligne.Le signal de colonne TS appliqué à l'entrée du décodeur de colonne 30 permet de balayer les p transistors de la nième ligne sélectionnée. Ce circuit tient compte des impératifs suivants - entre deux adressages successifs d'un même pixel, conservation de la charge électrique de la capacité Cnp du pixel - au cours de l'adressage du pixel (n,p) : charge ou décharge de la capacité Cnp du pixel selon le signe de la différence entre les signaux de l'image en cours d'inscription et de 1' image précédente. Selon les figures 5 et 6, on diminue le nombre total de transistors de commutation des décodeurs et des transistors de sélection de colonne (Tp aux figures 3 et 4) en utilisant un décodage combinatoire selon lequel plusieurs commutateurs sont placés en série sur les lignes et sur les colonnes. Si q est le nombre de signaux d'adressage et r le nombre de commutateurs placés sur chaque ligne et sur chaque colonne, il est possible d'adresser un nombre de lignes et un nombre de colonnes pouvant atteindre Cq avec cr = q! q - Par exemple, avec trois interrupteurs (r=3) par ligne et par colonne, il est possible d'adresser une matrice carrée de 120 x 120 pixels avec q = 10 signaux ou 286 x 286 pixels avec q = 13 signaux. Bien entendu, on peut choisir des valeurs différentes de q et de r pour les lignes et les colonnes, pour des matrices non carrés. On peut réaliser l'adressage avec un petit nombre de connexions, à savoir celles du signal vidéo et des q signaux d'adressage, lesquels peuvent être élaborés par une électronique extérieure au composant. Aux figures 5 et 6, on a donné à titre d'exemple un schéma d'un tel circuit d'adressage de ligne dans le cas simplifié de deux interrupteurs par ligne (r = 2) et de quatre 2 signaux d'adressage (q = 4) permettant de commander C4 lignes, soit six lignes. Pour caque ligne deux transistors fonctionnant en commutation ont leur trajet principal de courant en série, à savoir (Q1, Q'1) (Q2, Q 2) (Q3 Q'3) (Q41 Q'4) (Q, Q'5) et (Q6, Q'6), et connecté entre une borne d'amenée du signal vidéo VI et les lignes respectives de point image. Le signal de sélection de ligne LS comporte quatre signaux logiques S1, S2, S3 et S4. Le signal S1 est appliqué à l'électrode de commande des transistors Q1, Q2 et Q3r le signal S2 est appliqué à l'é- lectrode de commande des transistors Q'1, Q4 et Qs, le signal S3 est appliqué à l'électrode de commande des transistors Q'2, Q'4 et Q6 et le signal S4 est appliqué à l'électrode de commande des transistors Q'3, Q's et Q'6. Pendant un cycle de du rée T (figure 6b), présentant six séquences t1, t2, t3, t4, t5 et t6, le signal S1 est au niveau haut pendant t1, t2 et t3, le signal S2 est au niveau haut pendant t1, t4 et t5, le signal S3 est au niveau haut pendant t2, t4 et t6 et le signal S4 est au niveau haut pendant t3, t5 et t6. Pendant l'instant t1, S1 et S2 sont au niveau haut, d'où mise à l'état passant des transistors Q1 et Q'1 et sélection de la première ligne. Pendant l'instant t2, S1 et S3 sont au niveau haut, d'où sélection de la deuxième ligne, et ainsi de suite, S1 et S4 au niveau haut sélectionnant la troisième ligne, S2 et S3 au niveau haut sélectionnant la quatrième ligne, S2 et S4 au niveau haut sélectionnant la cinquième ligne et S3 et S4 au niveau haut sélectionnant la sixième ligne. Un raisonnement similaire pourrait s'appliquer au décodeur colonne 30 avec des signaux de sélection de colonne Sur S'2, S'3 et S'4.Pour le décodeur colonne 30, un signal V de tension continue (par exemple 12 Volts) peut être employé, cette tension servant à commander les transistors de commutation Tnp disposés au niveau de chaque pixel. La figure 7 montre une telle configuration, le trajet de courant principal des transistors (tn1, Tn2...Tnc) d'une même ligne n étant en série entre d'une part les transistors en série (Qnr Q'n^...) correspondant à la sélection de cette même ligne n par le décodeur ligne 20, et d'autre part les capacités respectives (Cn11 Cn2. . .Cnc) matérialisant les points image. En ce qui concerne la colonne de rang p, les transistors de commutation (Pp, P'p...) sont en série avec d'une part la borne d'alimentation à la tension continue V et d'autre part l'électrode de commande des transistors (T1p, T2p...Tlp) de la matrice 40 de commande de l'élément électro-optique. Selon la figure 8, le problème de dilatation différentielle entre le matériau constituant l'élément de connexion 10 et celui constituant l'élément électro-optique î est résolu en solidarisant, notamment par collage, l'élément de connexion 10 avec une paroi massive 52 dont le coefficient de dilatation thermique est voisin (ou égal) de celui de l'élément électro-optique 1. En effet, à titre d'exemple, la dilatation différentielle existant entre un support en silicium (circuit intégré) et un cristal de DKDP entre -500C et 1500C (écart de 220 C) correspond à un déplacement relatif de 25u pour une pastille de 7,5 mm de diamètre, soit un demi point image (ou pixel).Dans ce cas, on peut utiliser pour la paroi 52 un bloc de fluorine (CaF2), ou tout autre matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique que celui de l'élément électro-optique 1. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément électro-optique 1 est également solidarisé d'une paroi massive transparente 51 ayant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de l'élément 1, par exemple de la fluorine (CaF2) dans l'exemple ci-dessus, et est interposée entre les parois 51 et 52 une cale conductrice de la chaleur 53 de manière à obtenir une meilleure homogénéité thermique. Dans le cas où l'élément d'interconnexion 12 présente des billes 4, il est avantageux d'utiliser un eutectique indium-bismuth dont le point de fusion (720C) est plus bas que celui de l'indium. Sur la paroi 52 peut être monté un circuit de refroidissement 56 à effet Peltier couplé par un bloc conducteur de la chaleur 55. Le circuit Peltier 56 est supporté par un support 60. REVENDICATIONS 1. Dispositif électro-optique comprenant un élément électro-optique, un élément de connexion présentant un premier arrangement d'électrodes espacées les unes des autres et des moyens pour solidariser le dispositif électro-optique et l'élément de connexion caractérisé en ce que le dispositif électro-optique comporte sur une première surface un deuxième arrangement d'électrode (3) correspondant audit premier arrangement (8) et en ce qu'il comporte un élément intercalaire d'interconnection déformable (2) disposé entre le support (10) et l'élément électro-optique (1) de manière à interconnecter le premier (8) et le deuxième (3) arrangement. 2. Dispositif électro-optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément intercalaire (12) comporte un film isolant (5) présentant des trous métallisés disposés de manière à réaliser ladite interconnexion. 3. Dispositif électro-optique selon la revendication I caractérisé en ce que l'élément intercalaire (12) comporte des billes (4) en matériau conducteur malléable. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit matériau comporte de l'indium. 5. Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que le support (10) est un circuit intégré présentant un circuit électronique de commutation destiné à charger et à décharger des électrodes choisies du deuxième arrangement (3). 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit intégré (10) présente des dimensions sensiblement égales à celles de l'élément électro-optique (1). 7. Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les arrangements d'électrodes (3, 8) sont à deux dimensions. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le deuxième arrangement d'électrodes (3) correspond à des pixels d'une image. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'élément électro-optique présente, sur une deuxième surface opposée à la première r une électrode (2) transparente. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le support comporte un décodeur ligne (20), un décodeur colonne (30) ainsi qu'une matrice d'interrupteurs (T Tic, T21---Tl1...TlC) correspondant audits pixels. 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que les décodeurs de ligne et de colonne (20, 30) comportent q et q' interrupteurs en série respectivement pour chaque ligne et pour chaque colonne et pour commander les interrupteurs r et r' signaux d'adressages pour les décodeurs respectivement de lignes et de colonnes et en ce que 1( Cq; c avec C r q'! q' r'(q'-r')l 1 = nombre de lignes et c = nombre de colonnes. 12. Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément de connexion (10) est mécaniquement solidaire d'un premier bloc (52) en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de l'élément électro-optique (1). 13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'élément électro-optique (1) est mécaniquement solidaire d'un deuxième bloc en matériau (51) ayant un coefficient de dilatation thermique voisin du sien. 14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'au moins une cale thermiquement conductrice (53) est interposée entre le premier (52) et le deuxième (51) bloc. 15. Dispositif selon une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que l'élément électro-optique (1) est un monocristal de di-phosphate acide de potassium deutéré (DKDP), et en ce qu'au moins un bloc (51, 52) est en fluorine (CaF2).