Brevet FR2779002A1 — publié le 19991126

i UNITE D'AFFICHAGE UTILISANT DES POLYMERES POUVANT PASSER D'UN ETAT HYDROPHILE A UN ETAT HYDROPHOBE La présente invention concerne une unité d'affichage, et en particulier une unité d'affichage comprenant des polymères dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. L'invention vise à développer une nouvelle unité d'affichage. L'invention concerne une unité d'affichage comprenant une pluralité de cavités. chaque cavité étant pourvue d'une ouverture qui débouche sur une surface d'affichage, chaque cavité étant susceptible de contenir un fluide capable d'émerger de la cavité par son ouverture; des moyens prévus pour empêcher tout contact entre les fluides issus de cavités différentes; la paroi interne de chaque cavité étant pourvue d'un polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins dans lesquels: - la Figure 1A représente un premier mode de réalisation d'une unité d'affichage selon l'invention, dans un premier état; - la Figure lB représente un premier mode de réalisation d'une unité d'affichage selon l'invention, dans un second état; - la Figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'une unité d'affichage selon l'invention; - la Figure 3 représente un troisième mode de réalisation d'une unité d'affichage; - la Figure 4A représente un quatrième mode de réalisation d'une unité d'affichage, dans un premier état; et - la Figure 4B représente un quatrième mode de réalisation d'une unité d'affichage, dans un second état. L'unité d'affichage selon l'invention comprend une pluralité de cavités, chaque cavité étant pourvue d'une ouverture qui débouche sur une surface d'affichage. Chaque cavité est susceptible de contenir un fluide qui constitue le moyen d'afficher, le fluide pouvant être déplacé de l'intérieur de la cavité vers l'extérieur à travers une ouverture de la cavité, et vice- versa. Des moyens sont prévus pour empêcher tout contact entre les fluides issus de cavités différentes, en particulier entre les fluides issus de cavités contiguës. On peut également prévoir un dispositif de protection pour protéger l'unité d'affichage. Le dispositif de protection est disposé en regard des ouvertures des cavités. Le dispositif de protection est transparent ou translucide. Dans tous les modes de réalisation qui vont être décrits ultérieurement on utilise un fluide hydrophile. Toutefois, on pourrait prévoir d'utiliser un fluide hydrophobe, les modes de réalisation décrits ci- après seraient alors mis en oeuvre en utilisant des polymères appropriés. On pourrait par exemple choisir des polymères qui sont dans leur état hydrophobe lorsqu'ils ne sont pas soumis à une contrainte extérieure et dans leur état hydrophile lorsqu'ils sont soumis à une contrainte extérieure. Afin de déplacer le fluide dans chaque cavité, le principe utilisé est de disposer un polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure en contact avec le fluide à déplacer. Ainsi, lorsque le polymère est dans son état hydrophile, le fluide a tendance à rester en contact avec le polymère et lorsque le polymère est dans son état hydrophobe, le fluide a tendance à être repoussé par le polymère. On peut également prévoir d'utiliser un polymère qui occupe un volume différent selon qu'il est dans un état hydrophile ou hydrophobe. Le polymère se trouvant à l'intérieur d'une cavité, le volume intérieur de la cavité varie en fonction de l'état hydrophile ou hydrophobe du polymère. Selon le choix du polymère, on déterminera la contrainte extérieure nécessaire pour le faire passer d'un état à l'autre, et donc les moyens pour générer la contrainte extérieure. Lorsqu'on choisit des polymères thermo-réversibles, à savoir des polymères qui, lorsque leur température dépasse une température seuil appelée température de transition de phase, passent d'un état hydrophile à un état hydrophobe ou vice-versa, la contrainte extérieure sera l'application d'une énergie thermique. Il est préférable de choisir des polymères thermo-réversibles qui présentent une température de transition de phase comprise entre 20 et 100 C, et de préférence entre 30 et 70 C. Les moyens pour générer la contrainte extérieure sont constitués dans ce cas d'un élément de contrôle de la température, par exemple un élément chauffant disposé en contact avec le polymère. L'élément chauffant est constitué par exemple par une couche mince de silicium polycristallin dans laquelle on fait circuler un courant adapté à la génération d'une quantité d'énergie thermique permettant au polymère de dépasser sa température de transition de phase pour passer d'un état à l'autre. Le polymère peut ensuite revenir dans son état initial, sa température ayant diminué par simple diffusion de chaleur. On peut également prévoir un système de refroidissement supplémentaire tel que par exemple un radiateur ou un dispositif à effet Pelletier. Les polymères thermo-réversibles qui sont par exemple utilisés dans le présent dispositif sont des polymères organiques tels que ceux décrits dans la demande de brevet WO 91/15526. Il s'agit de polymères qui présentent un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe, le groupe hydrophile étant un monomère vinylique polymérisable ionique soluble dans l'eau, et le groupe hydrophobe comprenant un monomère acrylamide ou méthacrylamide. On choisira par exemple un poly(N- alkylacrylamide), un polyéthylène glycol modifié ou un polysilylamine. Pour faire passer le polymère de son état hydrophile à son état hydrophobe, il doit dépasser une température de transition de phase Tg hydrophile/hydrophobe propre au polymère. Le poly(N-isopropylacrylamide) présente une température Tg d'environ 32 . Lorsque ce polymère présente une température inférieure à 32 , il est hydrophile. Lorsqu'il dépasse 32 , il devient hydrophobe. De plus, il est connu de modifier la température de transition de phase hydrophile/hydrophobe d'un polymère par différents moyens. On peut par exemple augmenter la température de transition de phase en ajoutant un tensioactif au fluide à transporter. Cette technique est décrite dans la publication Langmuir, 1995, volume 11, No. 7, pages 2493-2495. On pourra par exemple modifier la température de transition de phase Tg du poly(N- i5 isopropylacrylamide) de 32 C à 90 C. On peut choisir des polymères organiques conducteurs électriques, par exemple le polyméthylethiophène, qui sous l'action d'un courant électrique comme contrainte extérieure passent de l'état hydrophile à l'état hydrophobe ou vice-versa. Les moyens pour générer la contrainte extérieure sont dans ce cas des moyens pour appliquer un courant électrique à l'élément de polymère. Selon le choix du polymère, d'autres contraintes extérieures peuvent être utilisées telles que par exemple, un changement de pH, un changement de force ionique ou encore une pression. Pour chaque polymère, l'homme du métier qui connaît la contrainte nécessaire pour faire passer le polymère de l'état hydrophile à l'état hydrophobe, déterminera les moyens appropriés pour générer ladite contrainte. Il est évident que, quelle que soit la contrainte, elle devra être appliquée de manière à faire changer les propriétés hydrophiles ou hydrophobes du polymère présent dans la cavité, en agissant d'abord sur la partie de la cavité opposée à son ouverture. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté aux figures 1A et lB les cavités 10 sont des puits. Chaque puits 10 présente une paroi interne 10a recouverte d'une couche de polymères 60 dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. Dans ce mode de réalisation, on choisit un polymère thermo-réversible. Un moyen de chauffage 70 tel que celui décrit précédemment est prévu en contact avec le polymère 60. Un dispositif de protection 40 est prévu pour protéger l'unité d'affichage. Le dispositif de protection 40 est une surface en verre qui s'étend sur toute la surface d'affichage de l'unité d'affichage. Des moyens 50 sont également prévus pour empêcher tout contact entre des fluides issus de puits différents. Dans ce premier mode de réalisation, les moyens 50 comprennent des éléments 51 prévus à la périphérie de chaque ouverture de puits 10. Les éléments 51 sont constitués d'une couche d'un matériau dont les propriétés hydrophiles ou hydrophobes sont antagonistes à celles du fluide 30. Dans le présent mode de réalisation, il s'agit d'un matériau ayant des propriétés hydrophobes. De préférence, les éléments 51 sont disposés de manière que lorsque le fluide 30 se trouve hors du puits 10, le fluide puisse se répandre sur une surface limitée par les éléments 51. La surface sur laquelle se répand le fluide est de préférence relativement supérieure à la surface définie par les ouvertures de puits. On peut par exemple prévoir un rapport entre la surface définie par l'ouverture du puits 10 et la surface définie par le fluide répandu, de 1 sur 100. Si on se réfère à la figure 1A, on peut voir le premier mode de réalisation avec le polymère 60 dans un état hydrophile. Le fluide 30 se trouve alors dans le puits 10. Lorsqu'on active le moyen de chauffage 70 de manière que la température du polymère 60 dépasse sa température de transition de phase, le polymère 60 passe dans son état hydrophobe, tel que représenté à la figure lB. Le fluide 50 a alors tendance à être repoussé par le polymère 60 et donc à se répandre sur la surface d'affichage 20. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'unité d'affichage selon l'invention. Dans ce mode de réalisation qui est une variante du premier mode, les moyens 50 pour empêcher tout contact entre les fluides provenant de différents puits, comprennent des éléments 52 qui définissent, avec le dispositif de protection 40 et un puits 10, un espace fermé. Les éléments 52 sont par exemple des protubérances prévues à la surface d'affichage 20, et qui sont disposées sur cette surface de manière qu'elles définissent un espace fermé avec le dispositif de protection 40, avec lequel elles sont en contact, et un puits. Ces éléments 52 peuvent être construits, par exemple, directement sur le dispositif de protection 40. Le fluide 30 issu d'un puits est ainsi confiné dans un espace fermé défini. Selon une variante de ce mode de réalisation, non représentée, les moyens 50 comprennent des éléments transparents ou translucides qui définissent, avec un puits 10, un espace fermé. Dans un tel mode de réalisation, un dispositif de protection supplémentaire n'est pas nécessaire. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation d'une unité d'affichage dans lequel le polymère 60 prévu sur les parois internes 10a des puits 10 occupe l'ensemble du puits 10. Le polymère 60 que l'on choisit dans ce mode de réalisation est un polymère qui définit un volume poreux. Les pores sont créés lors du processus de polymérisation, par tout moyen connu. On peut par exemple prévoir de placer une matrice d'un matériau quelconque que l'on enlève après polymérisation. Lorsque le polymère 60 est dans son état hydrophile, le fluide 30 se trouve dans les pores du volume de polymère. Lorsque le polymère 60 est dans son état hydrophobe, le fluide 30 est repoussé des pores. Il est entraîné hors du polymère vers l'extérieur du puits 10. La figure 3 représente ce troisième mode de réalisation pourvu de moyens 50 pour empêcher tout contact entre les fluides provenant de différents puits qui sont des éléments 51 hydrophobes tels que ceux décrits dans le premier mode de réalisation. Il est évident que l'on peut prévoir dans ce troisième mode de réalisation, des éléments I0 analogues aux éléments 52 décrits auparavant dans le second mode de réalisation. Les figures 4A et 4B représentent un quatrième mode de réalisation d'une unité d'affichage selon l'invention. Les moyens 50 pour empêcher tout contact entre les fluides issus de puits différents comprennent un récipient déformable fermé 53. L'ensemble du fluide est confiné dans le récipient déformable 53. Le récipient 53 est constitué d'un matériau transparent ou translucide et il est résistant aux déformations mécaniques. Le récipient 53 est par exemple constitué d'un polymère acrylate ou méthacrylate. Le récipient 53 est fixé le long de la paroi interne 10a du puits 10. Il peut par exemple être greffé aux polymères 60, le long de la paroi interne 10a du puits. Le matériau qui constitue le récipient 53 doit alors présenter une affinité avec les polymères 60. Les polymères 60 choisis dans ce mode de réalisation sont des polymères qui, lorsqu'ils sont hydrophiles, occupent un volume plus important que lorsqu'ils sont hydrophobes. Il s'agit par exemple d'un poly(N-alkylacrylamide). La figure 4A représente l'unité d'affichage alors que le polymère 60 est dans son état hydrophobe. Dans son état hydrophile, le polymère 60 comprime le récipient déformable 53 rempli de fluide 30 de manière que le récipient déformable forme une demi-sphère remplie de fluide 30 à la surface d'affichage 20, tel que représenté à la figure 4B. Chaque mode de réalisation qui vient être décrit peut également avoir une variante, non représentée, dans laquelle les cavités 10 sont des rainures prévues sur la surface d'affichage. Dans tous les modes de réalisations qui viennent d'être décrits, on peut prévoir que le fluide utilisé est d'une seule couleur, l'affichage étant alors monochrome. On peut également prévoir d'utiliser des fluides de différentes couleurs pour obtenir un affichage polychrome, notamment des encres avec des colorants ou encore des encres pigmentées. On prévoit également que la surface de l'unité d'affichage visible présente une couleur telle que le contraste de l'image affichée soit optimal. On prévoit par exemple que la surface visible est de couleur blanche. Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, on peut envisager de pourvoir d'un fluide identique, une pluralité de puits contigus. Le mouvement de fluide issus d'un puits étant indépendant du fluide issu d'un autre puits, différents "niveaux de gris" ou "niveaux de couleurs" peuvent être créés. On peut également prévoir d'effectuer une expulsion partielle du fluide hors d'une cavité en utilisant un polymère qui passe d'un état à l'autre à une vitesse relativement lente et en utilisant un moyen pour générer la contrainte extérieure permettant le changement d'état que l'on peut piloter avec suffisamment de précision. Dans le cas des polymères thermo-réversibles par exemple, les températures de transition de phase peuvent être adaptées de manière que le changement d'état du polymère s'effectue pour une plage de température relativement étendue. L'unité d'affichage selon l'invention peut être utilisée dans des dispositifs d'affichage d'images de toute dimension à rafraîchissement et mise à jour périodique, ou dans toute autre application. REVENDICATIONS 1 - Unité d'affichage comprenant une pluralité de cavités (10), chaque cavité (10) étant pourvue d'une ouverture qui débouche sur une surface d'affichage (20), chaque cavité (10) étant susceptible de contenir un fluide (30) capable d'émerger de la cavité (10) par son ouverture; des moyens (50) prévus pour empêcher tout contact entre les fluides issus de cavités différentes; la paroi interne (10a) de chaque cavité (10) étant pourvue d'un polymère (60) dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. I0 2 Unité d'affichage selon la revendication 1 qui comprend en outre un dispositif de protection (40) transparent ou translucide prévu pour protéger la surface d'affichage (20). 3 - Unité d'affichage selon la revendication 2 dans laquelle le dispositif de protection (40) est une surface en verre. 4 - Unité d'affichage selon une des revendications précédentes dans laquelle les moyens (50) comprennent des éléments (51) prévus à la périphérie de chaque ouverture de cavité (10), les éléments (51) ayant des propriétés hydrophiles ou hydrophobes antagonistes à celles du fluide (30). - Unité d'affichage selon la revendication 1 dans laquelle les moyens (50) comprennent des éléments transparents ou translucides qui définissent, avec une cavité (10), un espace fermé. 6 - Unité d'affichage selon une des revendications 1 à 3 dans laquelle les moyens (50) comprennent des éléments (52) qui définissent, avec le dispositif de protection (40) et une cavité (10), un espace fermé. 7 - Unité d'affichage selon une des revendications précédentes dans laquelle le polymère (60) occupe l'ensemble de chaque cavité (10). 8 - Unité d'affichage selon une des revendications 1 à 3 dans laquelle les moyens (50) comprennent un récipient déformable fermé (53) transparent ou translucide. 9 - Unité d'affichage selon la revendication 8 dans laquelle le récipient déformable (53) est composé d'un matériau résistant aux déformations mécaniques. - Unité d'affichage selon la revendication 8 ou 9 dans laquelle le récipient déformable (53) est composé d'un polymère tel que l'acrylate ou le méthacrylate. l - Unité d'affichage selon l'une des revendications précédentes dans laquelle sont prévus des moyens (70) pour générer ladite contrainte extérieure. 12 - Unité d'affichage selon une des revendications précédentes dans laquelle le polymère (60) dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure est un polymère thermio- réversible. 13 - Unité d'affichage selon la revendication 12 dans laquelle les moyens (70) pour générer la contrainte extérieure sont des moyens de contrôle de la température. 14 - Unité d'affichage selon la revendication 13 dans laquelle les moyens de contrôle de la température (70) comprennent une résistance en contact avec le polymère (60). ladite résistance étant alimentée par un circuit électrique. - Unité d'affichage selon une des revendications 1 à 11 dans laquelle le polymère (60) dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure est un polymère organique conducteur électrique. 16 - Unité d'affichage selon la revendication 15 dans laquelle les moyens (70) pour générer la contrainte extérieure sont des moyens pour appliquer un courant électrique. 17 - Unité d'affichage selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle une pluralité de cavités (10) contiguës contiennent un fluide (30) identique. 18 - Unité d'affichage selon une des revendications précédentes dans laquelle les cavités (10) sont des puits disposés de façon sensiblement parallèles entre eux et sensiblement perpendiculaire à la surface d'affichage (20). 19 - Unité d'affichage selon une des revendications 1 à 17 dans laquelle les cavités (10) sont des rainures disposées à la surface d'affichage (20).