Brevet FR2845820A1 — publié le 20040416

-1 - 2845820 L MENTS D'AFFICHAGE A TRANSFORMATEUR INTEGR La présente invention concerne des éléments d'affichage dotés individuellement d'un transformateur de tension intégré dans chaque élément. Plusieurs dispositifs d'affichage, et notamment les écrans à io émission de champ, les tubes à décharge fluorescents ou les afficheurs à plasma, nécessitent des tensions élevées, de quelques centaines à quelques milliers de volts, pour fonctionner correctement. Cette tension élevée est nécessaire dans un écran à émission de champ pour extraire les électrons de la cathode mais surtout pour obtenir un 15 bon rendement lumineux des luminophores. Pour les tubes fluorescents ou à plasma, cette tension élevée est nécessaire pour amorcer et maintenir la décharge. Le problème se pose alors de moduler l'allumage et l'extinction de chaque élément de l'image. Lorsque la tension ne dépasse pas quelques 20 centaines de volts, on peut avoir recours, comme dans les écrans à plasma actuels, à des circuits intégrés d 'adressage capables de fonctionner à ces niveaux de tension. De tels circuits sont impraticables lorsque la tension atteint quelques milliers de volts, la solution retenue traditionnellement consistant alors à distribuer globalement cette haute tension à tous les éléments lumineux 25 de l'écran, et à prévoir des électrodes de commande permettant de moduler l'allumage en basse tension. C'est le rôle des grilles de commande prévues dans la plupart des écrans à émission de champ. Cette solution traditionnelle présente au moins deux problèmes 3o que la présente invention résout avec avantage: - la distribution de haute tension sur tout l'écran crée des problèmes d'isolation et de sécurité, puisque l'on dispose alors, et plus particulièrement sur les écrans de grande taille, d'une source haute tension de -2 - 2845820 puissance, donc susceptible d'électrocuter un usager touchant accidentellement l'électrode haute tension. - l'ajout de grilles ou autre dispositif de commande complique significativement la réalisation des éléments individuels. Ces problèmes sont éliminés, conformément à l'invention, puisque la haute tension est générée localement par le transformateur intégré, permettant à la fois de supprimer la distribution haute tension et de moduler l'allumage de l'élément en contrôlant une tension beaucoup plus faible que la io tension interne nécessaire à l'élément. Suivant l'invention, dans un écran comportant des éléments individuels d'affichage, on procède à la mise en place sur chacun des dits éléments d'un transformateur électrique doté d'un circuit primaire relié aux is dispositifs d'adressage et d'un circuit secondaire relié au dit élément d'affichage. De préférence, le transformateur est utilisé en élévateur de tension permettant d'utiliser une faible tension au primaire pour les dispositifs d'adressage et d'obtenir une tension élevée au secondaire pour un fonctionnement optimal 20 des éléments d'affichage. De façon avantageuse, les éléments individuels d'affichage sont des tubes cathodiques à émission froide, constitués d'une enceinte vide d'air, au moins partiellement transparente, comprenant au moins un dépôt de 25 luminophores, relié à une des électrodes du circuit secondaire du transformateur, placé en regard d'un émetteur d'électrons, par exemple en nanotubes de carbone, relié à la seconde électrode. Lorsque l'électrode reliée à l'émetteur d'électrons se trouve à un potentiel suffisamment négatif, des électrons sont émis dans le vide, lesdits électrons sont collectés par les 30 luminophores qui se trouvent alors à un potentiel positif et qui génèrent alors de la lumière par cathodoluminescence. Dans un autre mode de réalisation préférentiel, les éléments individuels d'affichage sont des tubes fluorescents à cathode froide, constitués 3 2845820 d'une enceinte transparente, remplie d'un mélange gazeux de composition et pression appropriées, dont les parois sont revêtues d'un dépôt de luminophore, et de deux électrodes d'amorçage montée à chaque extrémité et reliées à chaque électrode du circuit secondaire du transformateur. Lorsque la s différence de potentiel entre les deux électrodes est suffisante, un décharge de type plasma s'effectue dans l'enceinte, le luminophore convertissant le rayonnement ultraviolet de la décharge en lumière visible. De façon préférentielle, le circuit primaire se trouve à l'extérieur io d'une enceinte scellée, le circuit secondaire se trouvant à l'intérieur de ladite enceinte, en contact avec le dispositif d'affichage, supprimant la nécessité de passer des contacts électriques au travers des parois de l'enceinte. De préférence, le transformateur est du type transformateur 15 bobiné, les deux bobinages primaire et secondaire étant coaxiaux. De façon avantageuse, au moins un des bobinages du transformateur est réalisé par dépôt localisé ou dépôt suivi de gravure d'un film conducteur mince sur les parois d'un tube, par exemple les parois de 20 l'enceinte. Ce film peut être métallique ou constitué d'un oxyde transparent conducteur comme l'oxyde d'indium et d'étain. Les surfaces non conductrices du bobinage ou des parois internes de l'enceinte peuvent être recouvertes d'un couche très faiblement conductrice, par exemple en graphite, pour éviter les effets de charge des surfaces diélectriques. De préférence également, le film conducteur utilisé pour réaliser le bobinage secondaire à l'intérieur de l'enceinte scellée est réalisé en métal réactif, du baryum par exemple, servant à piéger les traces d'atmosphère oxydante pouvant se trouver dans l'enceinte. De façon avantageuse, la nature et l'épaisseur dudit métal réactif sont choisies pour permettre l'oxydation complète d'au moins une section du film conducteur en cas de remise à l'air accidentelle de l'enceinte, - 4 supprimant ainsi la continuité du circuit secondaire et donc tout danger de haute tension. Selon un des modes de réalisation préférentiel, le film 5 conducteur est réalisé par évaporation ou pulvérisation de métal au travers d'un masque constitué d'un bobinage hélicodal à spires non jointives, ou d'une partie de bobinage, inséré temporairement entre la source de métal et les parois du tube. Le film conducteur peut être est réalisé par évaporation ou pulvérisation de métal avec un faible angle d'incidence sur les parois du tube, des sillons hélicodaux ayant préalablement été gravés dans les parois isolantes du tube, ces sillons n'étant pas recouverts de métal réalisent l'isolation entre spires. Le motif hélicodal peut être réalisé sur les parois du tube en insolant, par exemple en lumière ultraviolette, un matériau photosensible déposé sur les parois, au moyen d'une fibre optique bobinée en hélice et dont la gaine extérieure a été amincie ou enlevée sur la périphérie pour permettre la sortie de lumière dans les zones souhaitées. Dans une autre mode de réalisation, le transformateur est du type transformateur à céramique piézo-électrique, en forme de barrette ou de cylindre par exemple, ce cylindre pouvant concurremment constituer les parois de l'enceinte mentionnée ou plusieurs transformateurs peuvent être montés 25 dans une même enceinte pour piloter des éléments d'affichage différents. De façon avantageuse, le pas des bobinages ou le profil de la céramique piézo-électrique sont optimisés pour répartir de façon non linéaire le potentiel électrique le long de l'axe du bobinage. Le champ électrique se trouve 30 ainsi modulé suivant les régions du tube, pour faciliter par exemple l'émission de champ près de l'émetteur et limiter les problèmes d'isolation dans les autres régions. De même, au moins une des extrémités du bobinage secondaire peut être décalée dans le sens de l'axe du bobinage pour ne pas -5 se trouver en face des spires du bobinage primaire et diminuer les risques de claquage électrostatique par exemple au travers des parois de l'enceinte. De façon avantageuse, on dispose entre les différents éléments d'affichage un revêtement de matériau magnétique, de type ferrite par exemple, ou un enrobage souple ou rigide avec un matériau chargé de ce dit matériau magnétique, de façon à localiser les lignes de champ magnétique et à éviter les couplages magnétiques entre éléments d'affichage adjacents et donc io l'allumage parasite de ces points lumineux. De préférence, les circuits primaires de chaque élément sont commandés par un microcircuit doté d'une adresse individuelle, les microcircuits étant reliés en parallèle à au moins une électrode commune iS d'adressage. De préférence également, chaque microcircuit est monté en série entre le circuit primaire du transformateur de son élément d'affichage et une électrode commune d'adressage, l'autre électrode d'adressage commune 20 étant reliée à la deuxième électrode de tous les circuits primaires, le microcircuit réalisant concurremment le décodage des adresses, le stockage des informations de modulation et la modulation du courant passant dans le circuit primaire pour commander l'allumage ou l'extinction de l'élément d'affichage. De façon avantageuse, les éléments d'affichage, leurs transformateurs associés et éventuellement leurs microcircuits d'adressage sont montés sur une toile souple, tissée ou moulée, et comportant au moins une partie des conducteurs d'adressage ou des bobinages primaires des transformateurs. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle: -6 La figure 1 est une représentation schématique d'un élément d'affichage suivant la présente invention. La figure 2 est une vue éclatée du dispositif de la Figure 1 suivant un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est une vue éclatée du dispositif de la Figure 1 suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention. On se référera maintenant aux dessins joints, qui ne sont qu'illustratifs, notamment parce que les échelles ne sont pas respectées. La Figure 1 représente schématiquement les éléments suivants - un élément d'affichage 11, comprenant deux électrodes. - un transformateur 12 comprenant un bobinage primaire 13, relié en 15 aux circuits d'adressage, non représentés et un bobinage secondaire 14 relié à 15 l'élément d'affichage i1. Le dispositif plus réaliste en Figure 2, représente un mode de réalisation préférentiel, dans lequel: - l'élément d'affichage est un microtube cathodique, constitué d'une enceinte 20 scellée et vide d'air 21 généralement en verre. - le circuit secondaire du. transformateur 25 est placé à l'intérieur de l'enceinte et est relié d'une part à un dépôt de luminophores 22, par exemple par une couche mince d'aluminium évaporée ou pulvérisée sur le dépôt de luminophores, et d'autre part à un émetteur d'électrons 23, réalisé ici en 25 nanotubes de carbone. - le circuit primaire du transformateur 24 est constitué de quelques spires placées à l'extérieur de l'enceinte et reliées aux circuits d'adressage non représentés. - le circuit secondaire 25 comporte un grand nombre de spires, typiquement 30 plusieurs centaines, de façon à créer entre les luminophores et les nanotubes une tension considérablement supérieure à la tension présente au primaire. On réalise ainsi un microtube à effet de champ comportant une alimentation haute tension intégrée. Les circuits d'adressage envoient aux circuits primaires -7 une série d'impulsions de forme carrée ou sinusodale, en fonction de la luminosité souhaitée pour chaque élément. Il faut remarquer qu'il n'est pas nécessaire de redresser la tension alternative obtenue aux bornes du circuit secondaire. Dans le mode de réalisation préférentiel, les électrons ne seront 5 émis que pendant l'alternance o les émetteurs seront polarisés négativement par rapport aux luminophores. Pendant l'autre alternance, il n'y aura ni émission d'électrons ni émission de lumière, il faudra veiller toutefois à ne pas excéder alors la tension de claquage du vide. On peut également prévoir de monter un couple émetteur-luminophores à chaque extrémité, obtenant ainsi un io fonctionnement en double alternance. La mise en place d'un tel transformateur suivant le mode de réalisation en Figure 2 non seulement supprime la distribution de la haute tension et permet la modulation à basse tension, elle permet également - de supprimer la nécessité de passer des contacts électriques au travers des parois de l'enceinte, l'énergie étant transmise au microtube par rayonnement magnétique. On économise donc ainsi la complexité de réalisation des traversées verre-métal. On notera toutefois qu'il est souhaitable de garder une 20 connexion entre bobinages primaire et secondaire, par exemple au niveau de l'émetteur, de façon à fixer les potentiels respectifs des deux enroulements qui pourraient sans cette précaution dériver vers une différence de potentiel très élevée entraînant le claquage diélectrique des parois du tube. On réalise aisément cette connexion unique en montant les émetteurs sur un plaque 25 métallique formant bouchon de scellement du tube, inséré en force ou soudé au verre. - de contrôler le champ électrique et de répartir linéairement ou non le potentiel le long des parois internes du microtube. On peut ainsi améliorer les performances d'émission par exemple, en augmentant le champ électrique 30 près des émetteurs. - de minimiser, voire supprimer avec un revêtement de surface peu conducteur entre les spires, les surfaces diélectriques exposées au bombardement par des électrons, ces électrons pouvant provenir des émetteurs ou être des électrons secondaires ou retrodiffusés provenant du bombardement électronique des luminophores. Des surfaces diélectriques ainsi exposées sont toujours sujettes aux effets de charge pouvant entraîner des effets indésirables, comme la collection d'électrons et donc la baisse de rendement 5 lumineux, ou destructeurs, comme le claquage et la détérioration des conducteurs. - de corriger au moins en partie les fluctuations d'émission pouvant provenir de différences de fabrication d'un microtube à l'autre ou du vieillissement o différentiel des microtubes. Les microtubes sont en effet utilisés de façon non uniforme en fonction des motifs affichés sur l'écran et ils peuvent voir leur caractéristique d'émission varier en cours d'usage, du fait des gaz résiduels présents en fin de fabrication ou desorbés par le bombardement électronique d e s l I u m i n o p h o r e s. La caractéristique courant-tension du circuit secondaire du transformateur fait dépendre la tension obtenue du courant débité. Si un émetteur fournit moins d'électrons que son voisin à tension donnée, la tension aux bornes du secondaire augmentera dans le tube le moins émissif pour compenser, au moins en partie, la différence d'émission et fournir une luminosité 20 sensiblement équivalente. Le dispositif en Figure 3, représente un deuxième mode de réalisation préférentiel, dans lequel: - l'élément d'affichage est un microtube cathodique, dont les parois 31 sont un 25 tube en céramique piézoélectrique, de type PZT par exemple, et dont les luminophores 32 sont déposés sur un dôme ou une plaquette transparente, typiquement en verre. - le circuit primaire du transformateur se trouve en partie basse du tube en PZT, typiquement constitué de une ou plusieurs couches de céramique insérées 30 entre des couches conductrices reliées en alternance aux deux électrodes du circuit primaire 34 et 35. - l'électrode 34, à l'intérieur de l'enceinte, est reliée à l'émetteur d'électrons, par exemple en nanotubes de carbone. Par le support métallique des nanotubes, la -9 dite électrode est aussi rendue accessible extérieurement pour la relier au circuit d'adressage. - le circuit secondaire est constituée de l'électrode 34 et de l'extrémité haute du tube PZT reliée électriquement au dépôt de luminophores, par exemple par une 5 couche mince d'aluminium évaporée ou pulvérisée sur le dépôt de lum inophores. Un tel transformateur céramique est un dispositif connu qui réalise l'élévation de tension, par effet piézo-électrique, sans nécessiter la réalisation de bobinages. La tension secondaire obtenue est fonction des propriétés du io matériau et de la géométrie du tube et elle est limitée par la tenue en tension de la céramique. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, 15 obtenus par des dispositifs similaires. - 10 REVENDICAllONS 1. Dispositif comportant des éléments individuels d'affichage (11) caractérisé par la mise en place sur chacun des dits éléments (11) d'un 5 transformateur électrique (12), utilisé préférentiellement en élévateur de tension, doté d'un circuit primaire (13) relié aux dispositifs d'adressage (15) et d'un circuit secondaire (14) relié au dit élément d'affichage. 2. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait îo que les éléments individuels d'affichage sont des tubes cathodiques à émission froide, constitués d'une enceinte vide d'air (21), au moins partiellement transparente, comprenant au moins un dépôt de luminophores (22), relié à une des électrodes du circuit secondaire du transformateur (25), placé en regard d'un émetteur d'électrons (23), par exemple en nanotubes de 15 carbone, relié à la seconde électrode, des électrons étant émis dans le vide lorsque cette seconde électrode se trouve à un potentiel suffisamment négatif, lesdits électrons étant collectés par les luminophores qui se trouvent alors à un potentiel positif et qui génèrent alors de la lumière par cathodoluminescence. 3. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que les éléments individuels d'affichage sont des tubes fluorescents à cathode froide, constitués d'une enceinte transparente, remplie d'un mélange gazeux de composition et pression appropriées, dont les parois sont revêtues d'un dépôt de luminophore, et de deux électrodes d'amorçage montée à chaque extrémité 25 et reliées à chaque électrode du circuit secondaire du transformateur, une décharge de type plasma s'effectuant dans l'enceinte lorsque la différence de potentiel entre les deux électrodes est suffisante, le luminophore convertissant le rayonnement ultraviolet de la décharge en lumière visible. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le transformateur est du type transformateur bobiné, les deux bobinages, primaire et secondaire, étant coaxiaux, le circuit primaire se trouvant à l'extérieur d'une enceinte scellée, le circuit secondaire se trouvant à l'intérieur de ladite enceinte, en contact avec le dispositif d'affichage, supprimant la nécessité de passer des contacts électriques au travers des parois de l'enceinte. 5. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 5 précédentes, se caractérisant par le fait qu'au moins un des bobinages du transformateur est réalisé sur les parois d'un tube, par exemple les parois de l'enceinte, par dépôt localisé, par exemple par évaporation ou pulvérisation de métal au travers d'un masque constitué d'un bobinage hélicodal à spires non jointives inséré temporairement entre la source de métal et les parois à 1o recouvrir, ou par dépôt suivi de gravure d'un film conducteur mince, film métallique ou constitué d'un oxyde transparent conducteur comme l'oxyde d'indium et d'étain, les surfaces non conductrices du bobinage ou des parois internes de l'enceinte pouvant être recouvertes d'un couche très faiblement conductrice, par exemple en graphite, pour éviter les effets de charge des 15 surfaces diélectriques. 6. Dispositif selon la revendication 5, se caractérisant par le fait que le film conducteur utilisé pour réaliser le bobinage secondaire à l'intérieur de l'enceinte scellée est réalisé au moins en partie en métal réactif, du baryum 20 par exemple, servant à piéger les traces d'atmosphère oxydante pouvant se trouver dans l'enceinte, et qui peut être déposé de façon à permettre l'oxydation complète d'au moins une section du film conducteur en cas de remise à l'air accidentelle de l'enceinte, supprimant ainsi la continuité du circuit secondaire et donc tout danger de haute tension. 7. Dispositif selon la revendication 5, se caractérisant par le fait que le film conducteur est réalisé par évaporation ou pulvérisation de métal avec un faible angle d'incidence sur les parois du tube, des sillons hélicodaux ayant préalablement été gravés dans les parois isolantes du tube, ces sillons 30 n'étant pas recouverts de métal réalisent l'isolation entre spires. 8. Dispositif selon la revendication 5 ou 7, se caractérisant par le fait que le motif hélicodal est réalisé sur les parois du tube en insolant, par exemple en lumière ultraviolette, un matériau photosensible déposé sur les 35 parois, au moyen d'une fibre optique bobinée en hélice et dont la gaine - 12 extérieure a été amincie ou enlevée sur la périphérie pour permettre la sortie de lumière dans les zones souhaitées. 9. Dispositif selon la revendication 2, se caractérisant par le fait 5 que chacune des deux extrémités du tube comporte un dépôt de luminophores et un émetteur d'électrons, de façon à générer de la lumière pour les deux alternances, positive et négative du fonctionnement du transformateur, chaque alternance déclenchant l'émission d'électrons par l'émetteur qui se trouve au potentiel le plus négatif, ces électrons étant collectés par le luminophore relié à io l'électrode opposée donc au potentiel le plus positif. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, se caractérisant par le fait que le transformateur est du type transformateur à céramique piézo-électrique (31), en forme de barrette ou de cylindre par 15 exemple, ce cylindre pouvant concurremment constituer les parois de l'enceinte ou plusieurs transformateurs peuvent être montés dans une même enceinte pour piloter des éléments d'affichage différents. i1. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, se caractérisant par le fait que le pas des bobinages ou le profil de la céramique piézo-électrique sont optimisés pour répartir de façon non linéaire le potentiel électrique le long de l'axe du bobinage, le champ électrique se trouvant ainsi modulé suivant les régions du tube, pour faciliter par exemple l'émission de champ près de l'émetteur et limiter les problèmes d'isolation 25 dans les autres régions, au moins une des extrémités du bobinage secondaire pouvant être décalée dans le sens de l'axe du bobinage pour ne pas se trouver en face des spires du bobinage primaire et diminuer les risques de claquage électrostatique par exemple au travers des parois de l'enceinte. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'on dispose entre les différents éléments d'affichage un revêtement de matériau magnétique, de type ferrite par exemple, ou un enrobage souple ou rigide avec un matériau chargé de ce dit matériau magnétique, de façon à localiser les lignes de champ magnétique et 35 à éviter les couplages magnétiques entre éléments d'affichage adjacents et donc l'allumage parasite de ces éléments adjacents. - 13 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les circuits primaires des transformateurs d'éléments d'affichage adjacents sont commandés en 5 opposition de phase pour diminuer les bruits de commutation et les dits couplages magnétiques, un élément devant rester éteint pouvant par exemple être commandé avec une impulsion trop faible pour déclencher l'allumage mais utile puisqu'elle se soustraira aux signaux parasites dus à la commutation des éléments adjacents. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les circuits primaires sont reliés de façon matricielle, une des électrodes reliée aux conducteurs de lignes, l'autre électrode reliée aux conducteurs de colonnes, les circuits d'adressage étant 15 disposés classiquement à la périphérie. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les circuits primaires de chaque élément sont commandés par un microcircuit doté d'une adresse individuelle, 20 les microcircuits étant reliés en parallèle à au moins une électrode commune d'adressage, chaque microcircuit pouvant être monté en série entre le circuit primaire du transformateur de son élément d'affichage et une électrode commune d'adressage, l'autre électrode d'adressage commune étant reliée à la deuxième électrode de tous les circuits primaires, le microcircuit réalisant 25 concurremment le décodage des adresses, le stockage des informations de modulation et la modulation du courant passant dans le circuit primaire pour commander l'allumage ou l'extinction de l'élément d'affichage. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, se caractérisant par le fait que les éléments d'affichage, leurs transformateurs associés et éventuellement leurs microcircuits d'adressage sont montés sur une toile souple, tissée ou moulée, comportant au moins une partie des conducteurs d'adressage ou des bobinages primaires des transformateurs.