Brevet FR2683655A1 — publié le 19930514

ECRAN DE VISUALISATION A CONTRASTE VARIABLE Le domaine de l'invention est celui des écrans de visualisation, plus précisément ceux qui émettent activement de la lumière, notamment les tubes à rayons cathodiques, mais aussi les écrans à plasma, les écrans électroluminescents etc. L'invention sera décrite plus précisément à propos d'un écran cathodique. De façon générale, un tube à rayons cathodiques se présente comme une enveloppe cylindrique raccordée à une partie conique, terminée par une glace plane ou légèrement bombée dans laquelle règne un vide aussi poussé que possible. Dans son enceinte, le tube comprend notamment une source d'électrons et un écran cathodoluminescent recouvrant la glace terminale. L'écran. transforme l'énergie électrique apportée par le faisceau d'électrons sous la forme d'un point (spot) en énergie lumineuse et est constitué par dépôt sur la face interne de la glace, de petits cristaux d'un corps cathodoluminescent. L'écran peut être recouvert d'une mince pellicule d'aluminium permettant le renvoi vers l'avant de la lumière émise vers l'arrière afin d'améliorer la luminance. La luminance de l'écran étant généralement perçue dans une ambiance lumineuse, il est important de s'intéresser au contraste représentant le rapport entre la luminance du spot et celle (le l'écran en-dehors du spot. Pour accroître le contraste en diminuant la lumière parasite, on peut traiter la surface avant avec une teinture conduisant à une absorption qui se fait à l'aller et au retour pour la lumière provenant de l'extérieur mais également à l'aller pour celle issue du spot. Cependant, ceci conduit à atténuer la brillance du spot et ce de manière permanente même lorsque l'éclairage ambiant est faible. C'est pourquoi la présente invention propose d'adapter le contraste du tube cathodique à l'éclairage ambiant en adaptant la coloration de la face avant du verre encore appelée "dalle". Pour cela l'invention utilise une couche de matériau électrochrome dont les propriétés d'absorption de la lumière varient sous l'effet d'un courant électrique. Ainsi en lumière ambiante diurne, l'absorption de l'écran peut être renforcée pour diminuer la lumière parasite néfaste à la perception des couleurs émises par l'écran alors qu'en lumière nocturne on peut s'affranchir d'une couche absorbante au niveau de l'écran qui dans ce cas limite inutilement les performances des composés cathodoluminescents. On propose donc selon l'invention de recouvrir d'un matériau électrochrome la surface de l'écran d'un dispositif de visualisation. Le coefficient d'absorption de ce matériau peut alors être commandé électriquement, notamment en fonction de l'éclairage ambiant. On peut en particulier utiliser une cellule photosensible pour mesurer l'éclairage ambiant, et commander la transmission du matériau électrochrome à partir de cette cellule. Plus précisément, la présente invention propose un écran de visualisation à contraste variable, caractérisé en ce que le contraste variable est assuré par - une cellule (C) placée sur la face avant de l'écran comprenant un matériau électrochrome (M) - des moyens de commande de ladite cellule en fonction de l'éclairage ambiant. La cellule (C) comprend de préférence deux substrats transparents sur lesquels sont déposées des électrodes transparentes, une ou plusieurs couches de matériaux électrochromes et au moins une couche d'électrolyte. Le matériau électrochrome peut se colorer par insertion de cations, tels les oxydes W03 ou V205 ou Nez05 ou bien encore TiO2. I1 peut également se colorer par insertion d'anions, tel l'oxyde IrO2, ou bien encore se colorer par désinsertion d'ions tel l'oxyde de Nickel protoné NiO2, H L'électrolyte employé peut être un complexe organique formé de polymères de type polyéthers et de sels de métaux alcalins, se présentant sous la forme d'un élastomère, plus agréables à manipuler en grandes dimensions. L'électrolyte employé peut également se présenter solos forme de gel composé de polymère gonflé par un solvant et de sel de métaux alcalins. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 schématise le tube cathodique de visualisation selon l'invention, équipé d'un écran à coloration variable - la figure 2 illustre une cellule utilisée dans le tube cathodique selon l'invention, comprenant deux couches de matériaux électrochromes différents. Dans le cas d'un écran cathodique, le tube cathodique selon l'invention comprend sur la face externe de son écran une cellule (C) comprenant un matériau électrochrome, I'ensemble étant représenté à la figure 1. Cette cellule (C) peut être composée de deux plaques de verre (ou tout autre substrat transparent tels que des films souples de polymère) sur lesquels sont déposées des électrodes transparentes (F) d'oxyde d'Indium et d'Etain. Entre ces électrodes sont insérées une couche de matériau électrochrome (M) et une couche d'électrolyte (E). En effet la coloration d'un système électrochrome sous champ électrique peut résulter de la double insertion d'ions et d'électrons au sein du matériau électrochrome. Il peut s'agir également d'une coloration due à la dés insertion d'ions dans le matériau (M), dans tous ces cas le matériau électrochrome est le siège d'échange avec une couche d'électrolyte (E). Ainsi lorsqu'unie tension est appliquée entre les électrodes, les ions et les électrons migrent au sein de l'électrochrome, diminuant la transmission lumineuse de la cellule (C). A titre d'exemple, une couche de 0,3 m d'épaisseur d'oxyde de tungstène W03 est capable de passer d'une transmission supérieure à 90 % à une transmission inférieure à 10 % lorsque le taux d'insertion est élevé. Les électrochromes employés peuvent se colorer par insertion réversible de cations, il en est ainsi pour les composés W03, V2O5 ou bien encore TiO2. Les méthodes de réalisation de couches minces de ces oxydes sont les méthodes classiques telles que l'évaporation thermique, la pulvérisation cathodique ou les méthodes sol gel. Pour ce type d'électrochrome, l'électrolyte associé peut être chargé en ions de type M , Li olx Na . S'il s'agit d'un électrochrome (M) de type oxyde d'iridium IrO2 se colorant par insertion réversible d'anions, l'électrolyte (E) peut comporter des anions tels que les ions Cl, P, CN ou bien encore OH . L'oxyde d'iridium moins connu, présente l'intérêt de se colorer- en gris et donc de ne pas perturber sélectivement les couleurs émises par l'écran. De préférence l'électrolyte est un polymère élastomère ou un gel facile à utiliser dans les dimensions imposées par la taille de l'écran. A titre d'exemple on peut associer le polyoxyéthylène chargé en carbonate de lithium comme électrolyte avec l'oxyde de tlmgstène WO3 comme électrochrome. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une cellule (C) comprenant deux plaques de verre recouvertes d'électrodes transparentes (E), une couche de matériau électrochrome (M) et une couche d'électrolyte (E), les électrodes étant connectées à des moyens de commande (m) associés à une photodiode (P). La cellule (C) fonctionne sur l'insertion ou la désinsertion réversibles d'ions dans le matériau (M) sous l'action d'une tension, entraînant une angmezltation d'absorption de ladite cellule. Or, pour que ces processus soient réversibles, il faut imposer des polarités différentes pour passer d'une coloration de l'écran à une décoloration de l'écran. La photodiode (P) est employée uniquement comme capteur de niveau lumineux ambiant, le signal électrique délivré par cette photodiode est alors envoyé sur des moyens de commande (m) de la cellule (C) dont l'électronique est capable d'induire des polarités opposées. Ainsi lorsque le niveau lumineux détecté est important, la polarité délivrée est telle qu'elle génère une coloration de l'électrochrome, lorsque le niveau lumineux est en-dessous d'un certain seuil, l'électronique intermédiaire délivre une tension de polarité opposée permettant la décoloration par une migration des ions en sens inverse. La cellule (C > est juxtaposée sur la face avant de la dalle (D) du tube cathodique comprenant une source d'électrons (S) capable de venir irradier la dalle et ses composés cathodololuminescents. La figure 2 illustre un autre exemple de cellule (C) pouvant être utilisée dans un tube cathodique selon l'invention comportant deux couches de matériaux électrochromes (M1) et (M2) séparées par une couche d'électrolyte (E). Le matériau (M1) peut être un électrochrome capable de se colorer par insertion réversible de protons, le matériau (M2) peut être un électrochrome capable de se colorer par insertion d'anions et l'électrolyte est alors dans ce cas en mesure de fournir des cations et des anions sous l'action d'une tension. 1l peut s'agir de l'association d'une couche d'oxyde de tungstène W03 (matériau M1), d'une couche d'oxyde d'iridium IrO2 (matériau M2), l'électrolyte (E) pouvant être du carbonate de propylène chargé en perchlorate de lithium (ions r,i et Cul04 ). L'intérêt des deux couches est double et réside dans le fait d'isoler la couche réactive d'électrolyte (E) d'une électrode (F) de manière à en éviter la dégradation, et de renforcer les variations d'absorption de la cellule électrochrome (C). Dans le cadre de l'association de deux matériaux électrochromes (M1) et (M2) il peut être également très intéressant de jouer sur les absorptions respectives des matériaux (M1) et (M2) afin de perturber au minimum les couleurs émises par les composés cathodoluminescents. En effet, l'oxyde de tungstène très étudié comme matériau électrochrome présente l'inconvénient de se colorer en bleu, associé à un autre matériau électrochrome se colorant en une autre couleur, l'ensemble permet d'obtenir une absorption sur une plus large gamme de longueurs d'ondes affectant de manière mieux adaptée les couleurs émises par la dalle. II peut être ainsi très intéressant d'utiliser une cellule contenant un matériau (M1) d'oxyde de tungstène (WO3), un électrolyte et un matériau (M2) oxyde de nickel (NiO2) protoné, se colorant en vert par désinsertion de protons. En effet lorsqu'un champ est appliqué sur une telle cellule, W03 se colore en bleu, NiO2 se colore en vert, l'ensemble absorbe alors dans un domaine spectral plus large, conduisant à une déformation moindre de la combinaison des couleurs émises par le matériau cathodoluminescent. REVENDICATIONS 1. Ecran de visualisation à contraste variable, caractérisé en ce que le contraste variable est assuré par - une cellule (C) placée sur la face avant de l'écran comprenant un matériau électrochrome (M) - des moyens de commande (m) de ladite cellule permettant d'adapter le contraste à l'éclairage ambiant. 2. Ecran de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule (C) comprend deux substrats transparents sur lesquels sont déposées des électrodes transparentes, une ou plusieurs couches de matériaux électrochromes et au moins une couche d'électrolyte (E). 3. Ecran de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cellule (C) comprend une couche de matériau électrochrome se colorant par insertion de cations. 4. Ecran de visualisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé exl ce que le matériau électrolyte est un polymère de type polyoxyéthylène chargé de sel alcalin. 5. Ecran de visualisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau électrochrome est un oxyde de type W03, V2O5, Nb2O5 ou TiO2. 6. Ecran de visualisation selon l'une des revendications I à 2, caractérisé en ce que la cellule comporte deux couches de matériaux électrochromes (MI) et (M2), le matériau (M1) se colorant par insertion d'ions, le matériau (M2) se colorant par désinsertion d'ions, ces deux couches étant séparées par une couche d'électrochrome. 7. Ecran de visualisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau (M1) est Oxyde de tungstène W03 et que le matériau (M2) est l'oxyde de nickel protoné NiO2, H 8. Ecran de visualisation selon l'une des revendications I à 7 caractérisé en ce que la cellule (C) est placée sur la dalle avant d'un tube cathodique.