Brevet FR2894689A1 — publié le 20070615

Dispositif d'affichage en couleurs L'invention concerne un dispositif d'affichage en couleurs, du type passif (non-émissif). On connaît par la demande WO2004/012000 un vitrage optiquement actif dont les caractéristiques de transmission, de diffusion, de réflexion et/ou de couleur sont variables de façon commandée, ce vitrage comprenant deux plaques ou feuilles de verre, de polymère ou analogue, parallèles et délimitant entre elles une pluralité de cellules fermées qui contiennent des particules diélectriques en suspension dans un fluide. Ces cellules comprennent des électrodes portées par les plaques et reliées à des moyens d'alimentation électrique et de commande, qui permettent d'appliquer aux particules dans les cellules des gradients de champ électrique qui déplacent les particules et les organisent dans des directions parallèles aux plaques ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophorétiques et par interactions entre les particules. Un avantage de ce dispositif connu est sa très faible consommation électrique en fonctionnement et sa grande stabilité d'affichage en raison de l'utilisation de particules non chargées électriquement. La présente invention a pour objet des développements et perfectionnements de ce type de vitrage permettant de réaliser un affichage en couleurs. Elle propose à cet effet un dispositif du type précité, comprenant une pluralité de cellules de faibles dimensions, inférieures notamment à 200 im, délimitées par des plaques ou des feuilles de verre ou de matériau souple tel qu'un polymère et contenant des particules diélectriques en suspension dans un fluide et des électrodes reliées à des moyens d'alimentation et de commande pour déplacer et organiser les particules dans des directions parallèles ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophoréthiques et par interactions entre les particules, caractérisé en ce que les particules sont d'au moins deux types différents ayant des couleurs différentes, ces particules étant déplaçables et organisables entre les plaques de façon sélective en fonction de leur type par les moyens d'alimentation et de commande reliés aux électrodes. Dans ce dispositif, une commande appropriée de l'alimentation des électrodes permet, par des déplacements et des groupements sélectifs de particules de types différents, d'afficher des couleurs différentes ou identiques dans les différentes cellules (qui forment des pixels d'image) du dispositif. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les particules de types différents sont contenues dans des cellules différentes juxtaposées dans un même plan, chaque cellule ne contenant qu'un type de particules. Dans ce cas, les cellules sont regroupées en sous-ensembles par exemple de quatre cellules dans lesquelles chaque cellule contient des particules d'une couleur différente des couleurs des particules contenues dans les autres cellules du sous-ensemble. Ces couleurs sont affichées ou non dans les cellules en fonction de l'alimentation électrique des électrodes de ces cellules. Deux cellules voisines affichant deux couleurs primaires vont alors être vues comme un groupe de deux cellules affichant la couleur secondaire qui résulte de l'addition de ces deux couleurs primaires. On peut ainsi constituer des groupes de quatre cellules contenant respectivement des particules blanches, bleues, vertes et magenta pour réaliser un affichage en quadrichromie. Ce mode de réalisation a toutefois l'inconvénient que, quand on affiche une couleur primaire, seule une cellule de chaque groupe de quatre cellules est active et affiche cette couleur primaire, les trois autres cellules étant transparentes sur fond blanc ou noir, ce qui se traduit par une diminution sensible de la brillance par rapport à un affichage monochrome. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les particules de couleurs différentes sont contenues dans des cellules différentes qui sont superposées dans une direction perpendiculaire aux plaques, chaque cellule ne contenant que des particules d'une couleur donnée. Dans ce cas, des particules de couleurs différentes, par exemple blanches, bleues, vertes et magenta sont contenues dans quatre cellules différentes qui sont superposées ou empilées le long d'un axe d'observation, les plaques qui délimitent ces cellules étant transparentes. Pour l'affichage d'une couleur primaire, une seule cellule de chaque empilement est active c'est-à-dire en mode affichage, les autres cellules étant en mode stockage et transparentes. L'activation de deux cellules superposées contenant deux couleurs primaires différentes produit l'affichage de la couleur secondaire qui résulte de l'addition de ces deux couleurs primaires. Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, des particules de types différents ayant des couleurs différentes sont contenues ensemble dans les mêmes cellules. Dans ce cas, chaque cellule va, par exemple, comprendre 2, 3 ou 4 types de particules différentes ayant des couleurs primaires différentes et complémentaires. La commande des alimentations des électrodes de ces cellules permet d'afficher sélectivement dans chaque cellule une ou plusieurs couleurs primaires et de les effacer. On peut par exemple alimenter les électrodes avec des tensions de fréquences différentes pour afficher différentes couleurs primaires dans chaque cellule. Chaque cellule de ce mode de réalisation comprend des électrodes de stockage qui sont agencées sur les deux plaques de la cellule et qui sont alignées entre elles d'une plaque à l'autre pour stocker entre elles des particules d'un type donné quand elles sont alimentées par des tensions électriques d'un type donné, la cellule comprenant également des électrodes d'affichage qui sont agencées sur la plaque externe de la cellule et qui sont alimentées par des tensions d'un type donné pour regrouper entre elles des particules d'un type donné. On peut également disposer à l'intérieur des cellules des combinaisons de particules chargées électriquement et de particules diélectriques et on agit sur les particules chargées par des champs électriques en courant continu, ces particules se déplaçant sélectivement vers les électrodes ayant un signe opposé à leur charge. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle agrandie en coupe transversale d'un afficheur selon l'invention ; - les figures 2 et 3 illustrent respectivement les modes de stockage et d'affichage d'une cellule élémentaire de cet afficheur ; - la figure 4 est une figure schématique partielle agrandie, de dessus, de cet afficheur ; - la figure 5 est une vue schématique, de dessus, d'une variante de réalisation de l'afficheur selon l'invention ; - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe selon les lignes VI-VI et VII-VII respectivement de la figure 5 et illustrent les modes d'affichage et de stockage d'une cellule élémentaire de l'afficheur de la figure 5. L'afficheur des figures 1 à 4 comprend deux étages de cellules élémentaires 10 superposées, qui sont délimitées entre une plaque ou feuille avant 12 de matière transparente telle que du verre ou un matériau souple, par exemple un polymère, une plaque ou feuille intermédiaire 14 également transparente et par exemple en verre ou en polymère, et une plaque ou feuille arrière 16 qui peut-être transparente, opaque ou réfléchissante selon les cas, et qui peut former un fond blanc ou noir par exemple. Les espaces définis entre les plaques 12, 14 et 16 sont partagés en une pluralité de cellules élémentaires 10 par des cloisons 18 en matériau diélectrique, par exemple en matériau plastique, qui séparent de façon étanche les cellules 10 les unes des autres. Les cellules sont remplies d'un fluide de préférence diélectrique ou faiblement électro-conducteur, tel par exemple que de l'eau ou une huile silicone, qui contient une suspension de particules diélectriques 20,22 de deux types différents et de deux couleurs différentes, les particules 20 d'un premier type étant contenues dans les cellules délimitées entre la plaque avant 12 et la plaque intermédiaire 14 et les particules 22 d'un autre type et d'une autre couleur étant contenues dans les cellules 10 délimitées par la plaque intermédiaire 14 et la plaque arrière 16. Les plaques 12,14 et 16 sont séparées les unes des autres par des distances faibles, comprises par exemple entre 0,01 et 1 mm environ, les cellules élémentaires 10 ont des dimensions faibles, typiquement inférieures à 200pm et les particules 20, 22 ont une taille comprise entre 0,01 et 50pm environ et par exemple d'environ 50 mm. Les cellules 10 comprennent des électrodes 24, 26 qui sont par exemple de même nature et disposées face à face sur la plaque avant 12 et sur la plaque intermédiaire 14, ainsi que sur la plaque intermédiaire 14 et sur la plaque arrière 16 respectivement, comme représenté en figure 1, mais qui peuvent aussi être différentes ou disposées de façon décalée les unes par rapport aux autres dans certaines zones de l'afficheur ou dans certaines réalisations. Ces électrodes sont en un matériau électroconducteur approprié et ont des dimensions en épaisseur et en largeur qui sont typiquement comprises entre 1 pm et quelques millimètres. Elles peuvent avoir toute configuration voulue (des fils, des rubans, des peignes, etc.) et elles sont formées sur les plaques par tout moyen approprié, par exemple par dépôt et gravure, par jet d'encre, par tamponnage, etc. Ces électrodes sont reliées à des moyens 28 d'alimentation électrique associés à des moyens de commande 30, les moyens d'alimentation électrique 28 pouvant être à courant continu ou alternatif à fréquence réglable. Typiquement, les tensions d'alimentation sont comprises entre 0,5 et 500V et la fréquence est comprise entre 0 et 1 MHz. Lorsque les électrodes sont alimentées en courant continu, les particules se déplacent dans le même sens, en l'absence de mouvement de convection du fluide, avec des vitesses différentes en fonction de leur nature et de leur dimension, et commencent à se déplacer pour des valeurs différentes du champ électrique. Lorsque des particules contenues dans les cellules 10 ne sont pas électriquement neutres, un effet électrophorétique dépendant des polarités de la charge et du champ électrique s'ajoute aux effets diélectrophorétiques et d'interactions entre particules. Lorsque les électrodes sont alimentées en courant alternatif, les particules peuvent se déplacer dans des sens différents en fonction de leur type et de leur dimension et aussi de la fréquence du courant en raison de la dépendance en fréquence du facteur de Clausius Mosotti qui donne le dipôle effectif d'une particule immergée dans un fluide diélectrique (voir par exemple la figure 4 de l'article N.G.Green et H.Morgan dans J.Phys. et D : Appl.Phys.31, 1998, L25-L30). Les électrodes peuvent être opaques ou de préférence semi-15 transparentes, le fluide remplissant les cellules 10 étant transparent ou coloré, selon les cas. Deux modes de fonctionnement d'une cellule de l'afficheur sont représentés aux figures 2 et 3. Les électrodes 24 sont par exemple à une tension positive et les 20 électrodes 26, qui sont alignées avec ces électrodes 24, sont à une tension négative. Les particules 20 ou 22 de la cellule se rassemblent entre les électrodes de polarité opposée et forment des voiles 32 entre ces électrodes, perpendiculairement aux plaques délimitant la cellule. Les particules libèrent ainsi la majeure partie du volume de la cellule et on 25 obtient un effet d'ensemble transparent de la couleur de la plaque de fond ou de la couleur du fluide dans lequel les particules sont en suspension, les particules étant rassemblées et maintenues hors du trajet de la lumière qui passe à travers les plaques. En figure 3, seules les électrodes 24 sont alimentées en courant 30 continu, les électrodes 26 n'étant pas alimentées, et l'une des deux électrodes 24 de la cellule 10 est à une tension positive tandis que l'autre électrode 24 de cette cellule est à une tension négative. Il se forme alors des voiles 34 de particules entre les deux électrodes 24, parallèlement à la plaque avant de la cellule et on obtient un effet de la couleur des particules agglomérées entre les électrodes 24. Lorsque les particules 20 et 22 contenues dans les cellules 10 superposées ont des couleurs primaires différentes, par exemple jaune pour la cellule 10 supérieure et bleu pour la cellule 10 inférieure, l'effet d'ensemble sera le bleu si la cellule supérieure 10 est dans l'état de stockage représenté en figure 2 et la cellule inférieure dans l'état d'affichage représenté en figure 3. Inversement, si la cellule supérieure est dans l'état représenté en figure 3 et la cellule inférieure dans l'état de stockage représenté en figure 2, l'effet obtenu sera la couleur jaune. Si les deux cellules superposées sont dans l'état de la figure 3, l'effet obtenu sera le vert (la couleur secondaire obtenue par l'addition des couleurs primaires jaune et bleu) et si les deux cellules superposées sont dans l'état représenté en figure 2, l'effet d'ensemble obtenu sera la transparence ou la couleur de la plaque de fond ou la couleur du fluide remplissant les cellules 10, selon les réalisations. On peut prévoir dans cet afficheur trois niveaux de cellules 10 20 superposés dans lesquels les cellules des différents niveaux contiendront des particules de couleurs différentes par exemple de trois couleurs primaires complémentaires (telles que rouge, vert, bleu). On peut aussi former des afficheurs à quatre niveaux superposés de cellules contenant des particules de quatre couleurs primaires différentes. 25 Dans un autre mode de réalisation, l'afficheur ne comprend qu'un niveau de cellules 10 juxtaposées qui sont délimitées entre une plaque ou feuille avant 12 et une plaque ou feuille arrière correspondant à la plaque intermédiaire 14 de la figure 1 et qui forment des sous-ensembles de plusieurs cellules dans lesquels une cellule comprend des particules 20 30 d'une première couleur, une cellule voisine comprend des particules 22 d'une couleur différente, et ainsi de suite, les sous-ensembles étant constitués de 2, 3 ou 4 cellules juxtaposées par exemple selon qu'on travaille en bichromie, trichromie ou quadrichromie. Dans ce mode de réalisation, la disposition des électrodes 24,26 dans chaque cellule est la même que celle déjà décrite et représentée dans 5 les figures 2 à 4. Lorsqu'une seule cellule d'un sous-ensemble est dans le mode d'affichage représenté en figure 3, les autres étant dans le mode stockage, l'effet fourni par ce sous-ensemble est celui de la couleur primaire des particules contenues dans cette cellule. Lorsque deux cellules du même 10 sous-ensemble sont dans le mode d'affichage de la figure 3, l'effet formé par le sous-ensemble est celui de la couleur secondaire qui correspond à l'addition des deux couleurs des particules contenues dans les cellules en question, et ainsi de suite. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté 15 schématiquement aux figures 5 à 7. Dans ce mode de réalisation, l'afficheur ne comprend qu'un niveau de cellules 10 juxtaposées dans un même plan et délimitées entre une plaque avant 12 en une matière transparente telle que du verre ou un polymère et une plaque arrière 14 qui correspond à la plaque intermédiaire 20 de la figure 1 et qui peut être transparente ou opaque, selon les cas. Les cellules sont séparées les unes des autres par des cloisons 18 en matériau diélectrique et contiennent chacune des particules 20, 22 de deux types différents ayant des couleurs différentes, par exemple des couleurs primaires complémentaires. Chaque cellule 10 comprend deux électrodes 25 d'affichage 24, qui sont parallèles et portées par la plaque avant 12, et des électrodes de stockage 36, portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 et alignées entres elles d'une plaque à l'autre, ces électrodes de stockage étant au nombre de quatre et comprenant un premier groupe de deux électrodes 36a portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 30 et alignées, et un deuxième groupe de deux électrodes 36b portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 et alignées l'une avec l'autre. Les particules 20 et 22 contenues dans chaque cellule 10 ont des propriétés diélectrophorétiques différentes ce qui permet de les stocker ensemble ou de façon séparée entre les électrodes 36 de stockage et de les afficher ensemble ou séparément entre les électrodes 24, en appliquant à ces électrodes des tensions électriques appropriées, par exemple ayant des fréquences différentes. On peut ainsi, notamment : - stocker toutes les particules 20 et 22 entre les électrodes 36a lorsque celles-ci sont alimentées en courant continu, - maintenir les particules 20 entre les électrodes 36a et libérer les particules 22 lorsque les électrodes 36a sont alimentées avec une première tension alternative, - stocker les particules 22 entre les électrodes 36b lorsque celles-ci sont alimentées avec une seconde tension alternative, les électrodes 36a 15 restant alimentées par la première tension alternative, - libérer soit les particules 20, soit les particules 22, soit l'ensemble des particules 20 et 22, en coupant l'alimentation des électrodes 36a ou en coupant l'alimentation des électrodes 36b ou en coupant l'alimentation des électrodes 36a et celle des électrodes 36b, respectivement, 20 - regrouper les particules libérées 20 et/ou 22 entre les électrodes 24 en appliquant à celles-ci des tensions de polarité opposée, - effacer l'affichage réalisé à l'étape précédente en coupant l'alimentation des électrodes 24 et éventuellement stocker les particules 20 ou 22 entre les électrodes 36a ou 36b en appliquant à ces électrodes des 25 tensions électriques appropriées ou afficher les particules 22 et/ou 20 en réalimentant les électrodes 24, et ainsi de suite. On peut dans ce mode de réalisation prévoir des particules de trois types différents et de trois couleurs différents dans chaque cellule ou de quatre types différents et de quatre couleurs différentes, en équipant 30 chaque cellule de trois ou de quatre ensembles d'électrodes de stockage 36a, 36b, 36c, 36d, qui seront alimentées par des tensions de fréquence différente. Suivant la couleur de la plaque de fond des cellules, qui est en général blanche ou noire, les particules contenues dans les cellules sont blanches (si le fond est noir) ou noires (si le fond est blanc) et bleues, jaunes, rouges, par exemple. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'affichage passif en couleurs, comprenant une pluralité de cellules (10) de faibles dimensions, délimitées par des plaques ou feuilles (12, 14, 16) de verre ou de matériau souple tel qu'un polymère et comprenant des particules diélectriques (20, 22) en suspension dans un fluide et des électrodes (24, 26, 36) reliées à des moyens d'alimentation et de commande pour déplacer et organiser les particules dans des directions parallèles ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophorétiques et par interactions entre les particules, caractérisé en ce que les particules (20, 22) sont d'au moins deux types différents ayant des couleurs différentes et des propriétés diélectrophorétiques différentes, ces particules étant déplaçables et organisables entre les plaques de façon sélective en fonction de leur type par les moyens d'alimentation et de commande reliés aux électrodes. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules (20, 22) de types différents sont contenues dans des cellules (10) différentes juxtaposées dans un même plan. 3/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les particules (20, 22) de types différents sont contenues dans des cellules (10) différentes superposées le long d'une direction d'observation perpendiculaire aux plaques (12, 14, 16). 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules (20, 22) de types différents sont contenues ensemble dans les 25 mêmes cellules (10). 5/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules (20, 22) sont de n types différents et ont des couleurs complémentaires, n étant égal à 2, 3 ou 4. 6/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 30 en ce que chaque cellule (10) contient des électrodes de stockage (36a, 36b) agencées sur les deux plaques (12, 14) délimitant la cellule etalignées entre elles d'une plaque à l'autre et des électrodes d'affichage (24) agencées sur la plaque avant (12) de la cellule. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, quand les cellules contiennent chacune des particules de couleurs différentes, -l'alimentation en courant continu des électrodes de stockage (36a, 36b) réalise le stockage de toutes les particules entre ces électrodes, et inversement la coupure de cette alimentation libère les particules, -l'alimentation des électrodes de stockage avec une tension alternative déterminée réalise le stockage de particules d'une couleur et la libération de particules d'une autre couleur, - l'alimentation des électrodes d'affichage (24) par des tensions de polarité opposée réalise l'affichage des particules non stockées entre les électrodes de stockage, - la coupure de l'alimentation des électrodes d'affichage (24) réalise 15 l'effacement de l'affichage, - l'alimentation des électrodes d'affichage (24) par une tension alternative déterminée réalise l'affichage des particules d'une couleur déterminée. 8/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules (10) contiennent également des particules chargées 20 électriquement, déplaçables et organisables par des forces électrophorétiques. 9/ Dispositif selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que les particules (20, 22) ont des tailles comprises entre 10nm et 50pm.