Brevet FR2853985A1 — publié le 20041022

ÉCRAN FLEXIBLE A MICROTUBES CATHODIQUES La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage flexible dont 5 chaque point d'image est constitué de une ou plusieurs capsules à cathodoluminescence froide, ces capsules étant scellées individuellement et assemblées par un procédé automatisé sur un substrat souple. La présente invention se rapporte au domaine des écrans plats de 10 visualisation y compris aux écrans de grande taille, typiquement de plus d'un m è t r e d e diagonale. Classiquement, de tels écrans comportent un ensemble d'éléments d'image ou pixels, organisés en matrice et adressés par un réseau de 15 conducteurs en lignes et par un réseau de conducteurs en colonnes. Suivant l'objet de la présente invention, ces éléments d'affichage sont des capsules constituant des tubes cathodiques miniatures à cathode froide, avec par exemple une capsule pour chaque point couleur de chaque pixel. Par ailleurs, ces capsules sont conçues pour pouvoir être assemblées de façon automatique et former un écran flexible, sans nécessiter d'opération complexe de report sur un substrat souple. La présente invention décrit donc un écran de visualisation caractérisé 25 par le fait que les point lumineux de l'image sont générés par des capsules individuelles émettrices de lumière, les dites capsules constituant des tubes cathodiques miniatures à cathode froide et étant assemblées de façon matricielle sur au moins un substrat de support souple, éventuellement transparent. Selon un mode de réalisation préférentiel, le matériau émetteur d'électrons des capsules est constitué de nanotubes de carbone. De façon préférentielle, l'assemblage des capsules est réalisé par insertion en force des capsules préfabriquées dans un support souple, avec ou sans découpe préalable dans le support des emplacements des capsules. De façon préférentielle également, l'assemblage des capsules est réalisé par moulage des capsules préfabriquées dans un support souple. De façon avantageuse, la taille des capsules est optimisée pour garantir un assemblage matriciel optimum des points lumineux ou une balance 10 des blancs correcte, avec par exemple une taille plus grande pour les capsules émettant la lumière verte. Selon un mode préférentiel de la présente invention, un dispositif de détection tactile, de type mécanique, optique, résistif, capacitif ou autre, est mis 15 en place au moins sur une partie de l'écran, en complément des capsules lumineuses. Selon un des modes de réalisation de la présente invention, les capsules sont connectées et alimentées par des films conducteurs réalisées 20 s u r l e s f i l m s supports. Par exemple, les capsules sont connectées et alimentées par au moins deux films conducteurs réalisés sur les films supports, l'un des films se trouvant sensiblement du côté avant de l'écran, du coté de l'utilisateur, l'autre 25 film se trouvant sensiblement du coté arrière, opposé à l'utilisateur, les capsules se connectant automatiquement à chaque film durant leur assemblage. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les 30 capsules sont connectées et alimentées par un ou plusieurs réseaux de fils métalliques souples croisés, éventuellement organisés pour que l'un des réseaux relie les tubes suivant des lignes perpendiculaires aux lignes de connexion réalisées par l'autre réseau, les connections permettant le mouvement relatif des capsules entre elles nécessaire lors de la flexion de l'écran. De façon avantageuse, au moins une partie des capsules sont dotées 5 d'un filtre coloré, réalisé en teintant le verre de la capsule ou en rapportant un film coloré, ledit filtre étant optimisé pour transmettre préférentiellement le spectre lumineux de couleur proche de la lumière émise par la capsule sur l a q u e l l e i l e s t monté. De façon à faciliter l'assemblage, les capsules de chaque couleur primaire de chaque élément d'image peuvent être assemblées en trio avant d'être montées sur le substrat support. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et 15 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: Les figures 1 à 6 sont des représentations schématiques de certains 20 modes de réalisation suivant la présente invention. La figure 1 illustre schématiquement l'assemblage de capsules cathodoluminescentes (11) sur un substrat souple représenté ici par deux films flexibles (12,13) supportant les films conducteurs d'adressage et 25 d'alimentation, non représentés sur cette figure. Il est entendu que l'on pourra avantageusement n'utiliser qu'un seul film flexible d'épaisseur suffisante, portant un réseau de conducteurs sur chacune de ses faces. La figure 2 propose une coupe schématique d'une capsule individuelle 30 (21), de façon à en préciser le fonctionnement et le mode de connexion: Une enveloppe de verre (22) scellée et vide d'air contient une cathode froide (24) émettrice d'électrons par effet de champ en regard d'une couche de poudre luminophore (23), matériau émettant de la lumière lorsqu'il reçoit des électrons d'énergie suffisante. Une grille de commande (25), ici de forme annulaire, permet de contrôler l'émission d'électrons en contrôlant le potentiel et donc le champ électrique au voisinage de la cathode (24). Une telle capsule comporte donc trois électrodes (26, 27 et 28) connectant respectivement les 5 luminophores (23), la cathode (24) et la grille de commande (28). Suivant la présente invention, ces trois électrodes seront reliées de façon automatique, pendant l'assemblage des capsules, aux réseaux conducteurs correspondants. Par exemple, les contacts d'anode (26) de tous les tubes pourront avantageusement être tous reliés en parallèle à un plan conducteur 10 commun fournissant l'alimentation continue haute tension, tandis que les électrodes (27 et 28) seront classiquement reliées en réseaux lignes et colonnes. Dans le cas suivant l'invention décrite dans la demande FR 02 13 287 o 15 chaque capsule est pilotée localement par un microcircuit d'adressage, toutes les électrodes correspondantes des capsules pourront être reliées en parallèle. Par ailleurs, l'incorporation, suivant l'invention décrite dans la demande FR 02 13 285, d'un microtransformateur dans ou sur chaque capsule permet de créer 20 localement la tension d'anode qui devient alors aussi la tension de commande. Chaque capsule ne possède alors que deux électrodes externes, celles du circuit primaire du microtransformateur, qui seront reliées soit en réseaux lignes-colonnes, soit en parallèle au moyen de microcircuits d'adressage individuels à chaque capsule. La figure 3 est une vue coté utilisateur d'un écran suivant un mode de réalisation de la présente invention o des capsules de diamètres différents (31, 32 et 33) sont utilisées pour chaque couleur. Un tel arrangement permet: - d'optimiser l'intensité relative de chaque couleur et donc d'obtenir un blanc 30 correct. - de mieux composer les capsules et d'obtenir ainsi une plus grande surface émettrice tout en conservant une forme carrée souhaitable au pixel de l'écran. La figure 4 est une vue coté utilisateur d'un écran suivant un mode de réalisation de la présente invention o on relie les capsules (41) au moyen d'un réseau de fils métalliques souples (42) disposés en mailles, complétés par un réseau de fils perpendiculaires (43), pouvant être conducteurs, si toutes 5 les électrodes sont reliées en parallèle, ou isolants si l'on souhaite relier les électrodes suivant une direction seulement, en lignes ou en colonnes. La figure 5 est une vue en coupe précisant la construction possible d'une capsule dans un tel mode de réalisation: - le contact d'anode de la capsule (51) est doté d'une collerette métallique (53), connectée par les fils de maille (52), correspondants aux fils (42) de la figure 4. - la cathode est reliée par une électrode en forme de crochet (55) à un deuxième réseau de fils conducteurs (54), qui pourra bien évidemment être perpendiculaire aux conducteurs (52) si besoin. Le crochet a pour rôle de 15 verrouiller la capsule en place, en utilisant l'effet ressort résultant de la tension mécanique appliquée aux fils (52 et 54), tout en permettant un glissement mécanique du contact lors de la flexion de l'écran. Pour chaque mode de réalisation, il sera souhaitable d'inclure un film 20 transparent protecteur recouvrant le coté utilisateur des capsules et rendant l'assemblage étanche aux intempéries. De même, un film d'encapsulation qui ne nécessite pas d'être transparent, sera prévu en face arrière. La réalisation, selon l'invention, d'un écran de visualisation flexible par 25 assemblage automatisé de capsules cathodoluminescentes individuelles sur un substrat souple apporte un grand nombre d'avantages dont une partie est décrite ci-après: - on obtient un écran flexible mais fiable, en utilisant des capsules miniatures rigides et scellées, donc sans avoir à réaliser des dispositifs émetteurs de 30 lumière souples. En effet, le développement de tels dispositifs souples, comme les diodes électroluminescentes organiques, se heurte à de difficiles problèmes de compatibilité des matériaux organiques et de contamination et dégradation notamment par diffusion des gaz atmosphériques dans les couches émettrices. - on obtient un écran souple et de grande dimension à faible coût, en optimisant les capsules et leur système d'assemblage et de connexion de façon à supprimer tout système de positionnement individuel et de report nécessairement coûteux. Pour éviter d'avoir à trier les capsules de couleurs différentes, on pourra avant assemblage grouper les capsules en trio, réalisant alors un pixel complet pouvant avoir une forme détrompée facilitant l'insertion dans le bon 10 sens. - Suivant le mode d'assemblage retenu, on peut obtenir un écran réparable, par exemple en cas de vandalisme. - Les capsules cathodoluminescentes individuelles utilisent efficacement tous les électrons émis, sans perte d'électrons dans le masque métallique 15 ou l'espace inter pixel comme dans un écran cathodique ou à émission de champ classique. Il en résulte une grande efficacité lumineuse. - Il est possible de réaliser des filtres colorés en teintant le verre de chaque capsule ou en rapportant un film coloré, de façon bien plus aisée que pour un tube cathodique classique. De tels filtres colorés améliorent très 20 sensiblement le contraste de l'écran sous éclairement. 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, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1. Ecran de visualisation caractérisé par le fait que les points lumineux de l'image sont générés par des capsules individuelles émettrices de lumière (11), les dites capsules constituant des tubes cathodiques miniatures à cathode froide et étant assemblées de façon matricielle sur au moins un substrat de support souple, éventuellement transparent. 2. Ecran de visualisation selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le matériau émetteur d'électrons des capsules est constitué de nanotubes de carbone. 3. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'assemblage des 15 capsules est réalisé par insertion en force des capsules préfabriquées dans un support souple, avec ou sans découpe préalable dans le support des emplacements des capsules. 4. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'assemblage des 20 capsules est réalisé par moulage des capsules préfabriquées dans un support souple. 5. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la taille des capsules est optimisée pour garantir un assemblage matriciel optimum des 25 points lumineux ou une balance des blancs correcte, avec par exemple une taille plus grande pour les capsules émettant la lumière verte. 6. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un dispositif de détection tactile, de type mécanique, optique, résistif, capacitif ou autre, est mis 30 en place au moins sur une partie de l'écran, en complément des capsules lumineuses. 7. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les capsules sont connectées et alimentées par des films conducteurs réalisées sur les films supports. 8. Ecran de visualisation selon la revendication 7, se caractérisant par le fait que les capsules sont connectées et alimentées par au 5 moins deux films conducteurs réalisés sur les films supports, l'un des films se trouvant sensiblement du côté avant de l'écran, du coté de l'utilisateur, l'autre film se trouvant sensiblement du coté arrière, opposé à l'utilisateur, les capsules se connectant automatiquement à chaque film durant leur assemblage. 9. Ecran de visualisation selon les revendications 1 à 6, se caractérisant par le fait que les capsules sont connectées et alimentées par un ou plusieurs réseaux de fils métalliques souples croisés, éventuellement organisés pour que l'un des réseaux relie les tubes suivant des lignes perpendiculaires aux lignes de connexion réalisées par l'autre réseau, les 15 connections permettant le mouvement relatif des capsules entre elles nécessaire lors de la flexion de l'écran. 10. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'au moins une partie des capsules sont dotées d'un filtre coloré, réalisé en teintant le verre de la 20 capsule ou en rapportant un film coloré, ledit filtre étant optimisé pour transmettre préférentiellement le spectre lumineux de couleur proche de la lumière émise par la capsule sur laquelle il est monté. 11. Ecran de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les capsules de 25 chaque couleur primaire de chaque élément d'image sont assemblées en trio avant d'être montées sur le substrat support.