Lacoste, Ana (44 avenue du Général Leclerc, Saint-Martin-le-Virioux, Saint-Martin-le-Virioux, F-38950, FR)
Arnal, Yves (6 allée de la Treille, Poisat, Poisat, F-38320, FR)
Pelletier, Jacques (8 chemin du Fort Le Mûrier, Saint-Martin-d'Héres, Saint-Martin-d'Héres, F-38400, FR)
Lacoste, Ana (44 avenue du Général Leclerc, Saint-Martin-le-Virioux, Saint-Martin-le-Virioux, F-38950, FR)
Arnal, Yves (6 allée de la Treille, Poisat, Poisat, F-38320, FR)
| 1. | Dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer, seul ou en combinaison avec des moyens luminophores (18) destinés à tre euxmmes excités par un rayonnement émis par ledit gaz, une lumière visible, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour générer d'un côté de ladite chambre un champ électrique distribué uniformément apte à allumer un plasma dans ledit gaz, ainsi que d'une part une matrice d'éléments (19) commandables qui est disposée entre le champ électrique et le gaz et d'autre part des moyens qui commandent lesdits éléments (19) pour qu'ils modulent individuellement le champ électrique et génèrent ainsi sélectivement des zones lumineuses sur l'écran. |
| 2. | Dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte, sous l'effet du champ électrique, à générer en combinaison avec des moyens luminophores (18) destinés à tre excités par un rayonnement émis par ledit gaz, une lumière visible, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour générer d'un côté de ladite chambre un champ électrique distribué uniformément apte à allumer puis maintenir un plasma, ainsi que d'une part une matrice d'éléments (19) commandables qui est disposée entre le gaz et les luminophores (18) et d'autre part des moyens qui commandent lesdits éléments (19) pour qu'ils modulent individuellement le rayonnement émis par le plasma et destiné à tre reçu par les luminophores (18) et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. |
| 3. | Dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer, seul ou en combinaison avec des moyens luminophores (18) destinés à tre euxmmes excités par un rayonnement émis par ledit gaz, une lumière visible, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour générer d'un côté de ladite chambre un champ électrique distribué uniformément apte à allumer un plasma dans ledit gaz, ainsi que d'une part une matrice d'éléments (19) commandables qui est disposée en amont du gaz ou des moyens luminophores (18), et d'autre part des moyens qui commandent lesdits éléments (19) pour qu'ils modulent individuellement la lumière visible générée et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. |
| 4. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent au moins deux séries d'électrodes (X, Y) s'étendant en réseaux pour commander de façon matricielle les éléments de commandables (19). |
| 5. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments commandables (19) comprennent des microsystèmes électromécaniques et/ou des micro systèmes optoélectromécaniques et/ou des dispositifs à bande interdite photonique dont on peut commander l'état de transmission. |
| 6. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le champ électrique est généré par des microondes de fréquence supérieure ou égale à 200 MHz. |
| 7. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour générer le champ électrique comprennent un réseau bidimensionnel d'applicateurs micro onde. |
| 8. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour générer le champ électrique comprennent des résonateurs microonde alimentés en parallèle et en phase. |
| 9. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (17) contenant le gaz est séparée en cellules (21,22, 23) tapissées de luminophores (18). |
| 10. | Dispositif d'affichage à plasma selon la revendication 9 précédentes, caractérisé en ce qu'une cellule (21 ; 22 ; 23) présente un fond tapissé de luminophores (18) sur toute sa surface. |
| 11. | Dispositif d'affichage à plasma selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre (17) est séparée en cellules (21,22, 23) contenant des mélanges de gaz différents aptes à générer un rayonnement dans des longueurs d'onde différentes. |
| 12. | Procédé de commande d'un dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer une lumière visible, comprenant les étapes consistant à : générer un champ (E) distribué uniformément présentant une intensité supérieure à l'intensité du champ nécessaire à l'allumage d'un plasma dans le gaz, moduler le champ (E) ainsi généré pour le transmettre à une portion du plasma pour sélectivement allumer ou maintenir allumée ou éteindre ladite portion. |
| 13. | Procédé de commande d'un dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer une lumière visible, comprenant les étapes consistant à : générer un champ (E) distribué uniformément présentant une intensité supérieure à l'intensité du champ nécessaire à l'allumage ou au maintien d'un plasma dans le gaz, appliquer le champ (E) au gaz pour générer un rayonnement lumineux visible ou UV, moduler le rayonnement émis par une portion du plasma pour contrôler sélectivement la lumière apparaissant. |
| 14. | Procédé de commande d'un dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre (17) renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer comprenant les étapes consistant à : générer un champ (E) distribué uniformément présentant une intensité supérieure à l'intensité du champ nécessaire à l'allumage d'un plasma dans le gaz, appliquer le champ (E) au gaz pour générer un rayonnement ultra violet, collecter le rayonnement ultraviolet et réémettre un rayonnement visible, moduler le rayonnement lumineux visible. |
DESCRIPTION DE L'ETAT DE L'ART Les écrans à plasma comprennent généralement un réseau de cellules confinées entre deux plaques de verre parallèles. Chaque cellule est commandée par au moins une paire d'électrodes en contact avec le gaz de décharge. Lorsqu'une tension suffisante est appliquée entre deux électrodes, une décharge est générée dans le gaz contenu dans la cellule.
Cette décharge entraîne l'émission par le gaz d'un rayonnement ultra-violet.
Les parois des cellules sont tapissées de luminophores qui transforment le rayonnement invisible (rayonnement ultra-violet) qu'il reçoivent en rayonnement visible (couleur).
Il existe actuellement deux types de structures d'écran représentées aux figures 1 et 2. Sur ces figures, des cellules 21,22, 23 élémentaires séparées par des cloisons 31,32, 33 sont confinées entre deux plaques de verres 11 et 12 s'étendant perpendiculairement aux cloisons. Des couches 18 de luminophores recouvrent partiellement les parois internes des cellules 21,22, 23.
La figure 1 représente un écran à plasma de type « matriciel », c'est-à-dire présentant une structure 1 à Courant Alternatif à entretien Matriciel (ACM). Sur cette figure, la première plaque de verre 11 comporte sur sa surface interne un réseau d'électrodes Xn, Xn+1, Xn+2... parallèles.
Chaque électrode Xn, Xn+1, Xn+2... correspond à une ligne d'affichage de l'écran. Les électrodes sont noyées dans une couche 13 épaisse (d'environ 20 jj, m d'épaisseur) de matériau diélectrique constitué par exemple d'émail, cette couche 13 étant recouverte d'une couche 14 de matériau diélectrique (d'épaisseur inférieure à 1 lim) constituée par exemple d'oxyde de
magnésium (MgO) dont la surface est en contact avec le gaz de décharge.
La seconde plaque de verre 12 comporte également sur sa surface interne un réseau d'électrodes Yn, Yn+1... parallèles positionnées perpendiculairement aux électrodes de lignes Xn, Xn+1, Xn+2... de la première plaque de verre 11 et constituant les électrodes de colonne.
Comme les électrodes Xn, Xn+1, Xn+2... de lignes, ces électrodes sont noyées dans une couche 15 épaisse de matériau diélectrique éventuellement recouverte d'une couche 16 fine d'oxyde de magnésium.
La figure 2 représente un écran à plasma de type « coplanaire », c'est-à-dire présentant une structure 2 à Courant Alternatif à entretien Coplanaire (ACC). Dans cette structure, les deux réseaux d'électrodes Xn, Xn+1, Xn+2 et Yn, Yn+1... sont disposés parallèlement, de manière intercalée, sur la mme plaque de verre 11. Un réseau d'électrodes Z d'adressage est noyé dans la plaque de verre 12 opposée.
Dans les deux structures 1 et 2 d'écran représentées aux figures 1 et 2, les deux réseaux d'électrodes Xn, Xn+1, Xn+2 et Yn, Yn+1... commandent l'allumage (généralement appelé « claquage » par l'homme du métier) du plasma contenu dans chaque cellule 21,22, 23. En effet, les électrodes Xn, Xn+1, Xn+2 et Yn, Yn+1... forment avec les couches diélectriques 13 ou 15 dans lesquelles elles sont noyées une capacité capable de stocker à sa surface des charges électriques et à travers laquelle on applique une tension nécessaire pour engendrer ou entretenir une décharge lumineuse (représentée en pointillés) dans le plasma.
Le fonctionnement de ces décharges s'apparente à celui des décharges à barrière diélectrique (DBD), simples décharges luminescentes à pression élevée. Lorsqu'une décharge est provoquée entre deux électrodes X et Y, la couche 14 d'oxyde de magnésium (MgO) en contact avec le plasma subit un bombardement d'ions présents dans la décharge et émet des électrons e sous l'effet de ce bombardement. La couche d'oxyde de magnésium 14 joue un rôle crucial pour obtenir un coefficient d'émission d'électrons secondaires élevé sous impact ionique, cette émission d'électrons secondaires e permettant d'entretenir la décharge avec des
tensions entre électrodes X et Y d'autant plus faibles que le coefficient d'émission secondaire est élevé.
En réponse à la décharge, le plasma émet des rayons UV. Les luminophores 18 qui absorbent les UV réémettent un rayonnement C dans une fréquence visible. Les luminophores 18 sont par exemple disposés par bandes de cellules de l'écran à plasma. Chaque bande de l'écran émet dans une couleur élémentaire : le rouge, le vert ou le bleu. Les luminophores 18 sont ainsi répartis sur l'écran selon un motif répétitif de trois bandes successives ayant chacune une couleur d'émission différente.
Compte tenu du mode de fonctionnement purement capacitif des cellules élémentaires 21,22, 23, l'allumage et l'extinction des cellules sont commandés par la superposition d'impulsions électriques, à savoir : une tension « d'entretien » alternative (d'une fréquence de l'ordre de 50 à 100 kHz), appliquée en permanence entre les électrodes X et Y d'une cellule et inférieure à la tension de claquage du plasma, une impulsion « d'allumage » pour dépasser la tension d'allumage des cellules, et une impulsion « d'effacement » pour annuler la charge électrique entretenue par la tension alternative à la surface des barrières diélectriques. Le plasma est donc excité par une succession de décharges impulsionnelles créées par la tension d'entretien alternative entre l'impulsion d'allumage et l'impulsion d'effacement. L'impulsion de courant de décharge impulsionnelle dure environ 100 ns, temps durant lequel les électrons e excitent et ionisent le gaz. La chute de tension entre les surfaces des barrières diélectriques due à la présence du plasma provoque l'arrt de la décharge jusqu'à l'application de la nouvelle impulsion alternative d'entretien. Le plasma et les atomes excités libèrent ensuite les photons générés à chaque impulsion de courant. Dans le cas d'un mélange Néon-Xénon, les photons UV émis par le Xénon, (en particulier depuis le niveau résonant Xe (3P1) et les excimères) viennent alors exciter les luminophores 18, disposés généralement en dehors des zones actives des électrodes, qui réémettent des photons visibles.
Les valeurs typiques de fonctionnement de cellules à plasma sont, pour des mélanges Néon-Xénon à pression sub-atmosphérique des
tensions d'amorçage comprises entre 250 V et 300 V, et des tensions d'entretien comprises entre 150 V et 200 V. La tension de claquage dépend du produit de la pression par la distance inter-électrode dont la valeur minimale est de l'ordre de 5 à 10 torrxcm. La densité de courant pendant la décharge impulsionnelle peut atteindre 5 à 10 A/cm2. La densité du plasma est de l'ordre de 1011 à 1014 cm~3 et la température électronique de quelques eV.
D'autres variantes de la technologie décrite ci-dessus ont fait et font l'objet d'études et de développement importants (entretien du plasma par tension radiofréquence), mais les principes de fonctionnement des écrans plats, basés sur des décharges à barrière diélectrique restent les mmes.
Un inconvénient des techniques précédemment décrites est que la fentre de fonctionnement du plasma (écart entre la tension d'extinction ou d'effacement et la tension de claquage) est étroite, ce qui entraîne une relative complexité de l'adressage des cellules et impose un compromis peu favorable à un bon rendement lumineux.
En effet, l'existence d'un seuil d'entretien de la décharge (tension d'extinction) inférieure à la tension de claquage est impératif pour le fonctionnement des cellules qui peuvent passer de l'état éteint à l'état allumé, et réciproquement, par des impulsions d'allumage et d'effacement qui modifient la charge électrique de la cellule. Comme toutes les cellules d'un écran à plasma ne sont pas identiques, il est préférable que l'écart entre tension de claquage et tension d'extinction ne soit pas trop faible pour que les points de fonctionnement de toutes les cellules de l'écran s'inscrivent dans cette marge.
Dans le cas d'un mélange Néon-Xénon, cette marge croît avec la proportion de Xénon dans le mélange Néon-Xénon. Ceci est dû au fait que la tension d'amorçage augmente avec la proportion de Xénon en raison du faible coefficient d'émission secondaire des ions Xénon par rapport aux ions Néon. Or, l'augmentation des tensions d'entretien et de claquage entraîne une augmentation de la complexité et des pertes des circuits de commande et de transport de la puissance électrique.
Par conséquent, pour réduire la tension d'amorçage, il est nécessaire de limiter la proportion de Xénon dans le gaz, ce qui réduit corrélativement le rendement en UV du plasma. Dans ce cas, la marge entre tension de claquage et tension d'extinction devient très faible, ce qui impose un ajustement plus délicat des impulsions de commande.
Enfin, la superposition des trois types d'impulsions (entretien, allumage et effacement), à ajuster de façon fine, rend la fonction d'adressage relativement complexe.
Un autre inconvénient des écrans à plasma existants est que la commande des cellules nécessite des impulsions de tension et des courants pics élevés qui ne peuvent tre générés que grâce à des circuits électroniques de puissance. Or ces circuits représentent une part importante du coût des écrans plasma.
En outre, la complexité de l'adressage des cellules, basé sur les effets mémoires des charges électriques en regard des électrodes, participent également au coût élevé de l'électronique de commande.
Un autre inconvénient des écrans à plasma existants est qu'ils présentent un rendement lumineux médiocre, inhérent au mode de fonctionnement de la décharge.
En effet, le rendement des écrans à plasma actuels est de l'ordre de 1 à quelques Im/W (lumen par Watt), ce qui signifie que seulement quelques % de l'énergie électrique dissipée par cellule est convertie en lumière visible. Les principaux facteurs qui contrôlent le rendement lumineux sont, par ordre logique de la chaîne de conversion : - la puissance dissipée dans les circuits de commande et d'adressage, - le rendement en UV de la décharge, c'est-à-dire le rapport de l'énergie émise sous forme de photons UV par rapport à l'énergie injectée dans le plasma, - l'efficacité de collection des UV par les luminophores, - le rendement de conversion des photons UV en photons visibles par les luminophores, - l'efficacité de collection des photons visibles.
En ce qui concerne la puissance dissipée dans les circuits de commande et d'adressage, cette puissance peut tre réduite par la réduction des tensions d'amorçage et d'entretien, mais au détriment des rendement UV comme on l'a vu précédemment.
Le choix du gaz ou mélange de gaz est déterminant du rendement en photons UV. En parallèle, la présence d'une couche de MgO, comme matériau émetteur d'électrons secondaires impose l'utilisation de gaz rares qui ne modifient pas ses propriétés de surface (les coefficients d'émission secondaire étant sensible aux modification des surfaces). Dans le cas d'un mélange Néon-Xénon, le Xénon est un émetteur d'UV efficace tandis que le Xénon est un émetteur d'électrons secondaires efficace par bombardement ionique du MgO. Par conséquent, une faible tension de claquage peut tre obtenue par l'utilisation de mélanges pauvres en Xénon (pourcentage inférieur à 10%). On constate donc que, dans une cellule de type à décharge barrière électrique, une part importante de l'énergie injectée dans le plasma est transférée non seulement dans l'excitation et l'ionisation des atomes de Néon (dont les énergies d'excitation et d'ionisation sont bien supérieures à celles du Xénon), mais aussi dans le bombardement ionique du MgO à la surface des barrière diélectriques (et les collisions avec les neutres dans les gaines ioniques collisionnelles). Autrement dit, l'énergie injectée dans une cellule est dissipée majoritairement dans des pertes improductives, inhérentes au mode de fonctionnement des décharges à barrière diélectrique.
L'efficacité de collection des photons UV par les luminophores est également un facteur important dans le rendement de la cellule. En effet, les photons qui frappent les surfaces non recouvertes de luminophores, c'est à dire les surfaces recouvertes de la couche de MgO, sont perdus, ce qui affecte profondément de rendement global de la cellule.
Le rendement de conversion des luminophores des photons UV en photons visibles ne dépend pas de la structure de la cellule ou des caractéristiques du plasma, mais uniquement des performances intrinsèques des luminophores. Actuellement le rendement de conversion atteint des valeurs de l'ordre de 20 à 25%.
Enfin, le rendement lumineux final du pourcentage de photons visibles succeptibles de traverser la face avant de l'écran, certains étant perdus sur la face arrière de l'écran et d'autres étant absorbés à la traversée des électrodes ou des couches diélectriques présentes (MgO, émail).
Un autre inconvénient des écrans à plasma existants est la complexité de la structure des cellules qui rend leur fabrication complexe.
La fabrication des écrans à plasma représente ainsi une part importante de leur coût final.
Enfin, un autre inconvénient des écrans à plasma existants est la durée de vie relativement courte des cellules.
La limitation de la durée de vie des cellules est due à la pulvérisation progressive de la couche d'oxyde de magnésium, dont l'épaisseur est limitée, sous l'effet des impulsions de courant ionique. Une fois la couche d'oxyde de magnésium entièrement pulvérisée, la couche diélectrique épaisse sous-jacente, qui ne présente pas un coefficient d'émission secondaire aussi élevé, n'émet pas d'électrons secondaires en quantité suffisante pour permettre d'allumer la décharge. La cellule reste alors en permanence à l'état éteint.
La limitation de la durée de vie des cellules est également due à la dégradation des performances des luminophores avec le temps. Cette dégradation est en général attribuée à l'action des UV qui affecterait considérablement la composition chimique de la surface des luminophores, en particulier par photo-désorption des éléments volatils, par exemple de l'oxygène dans le cas des oxydes.
Un but de l'invention est de proposer un écran à plasma présentant des performances techniques améliorées : un meilleur rendement lumineux, une structure de cellules simplifiée, une durée de vie plus importante.
RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un dispositif d'affichage à plasma du type comportant dans un écran une chambre renfermant un gaz de type à décharge apte à tre excité pour générer, seul ou en combinaison avec
des moyens luminophores destinés à tre eux-mmes excités par un rayonnement émis par ledit gaz, une lumière visible, le dispositif comportant des moyens pour générer d'un côté de ladite chambre un champ électrique distribué uniformément apte à allumer un plasma dans ledit gaz, ainsi que d'une part une matrice d'éléments commandables et d'autre part des moyens qui commandent lesdits éléments.
Dans une mise en oeuvre de l'invention, la matrice d'éléments commandables est disposée entre le champ électrique et le gaz et les moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement le champ électrique et génèrent ainsi sélectivement des zones lumineuses sur l'écran.
Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, la matrice d'éléments commandables est disposée entre le gaz et les luminophores et les moyens de commande commandent lesdits éléments pour qu'ils modulent individuellement le rayonnement émis par le plasma et destiné à tre reçu par les luminophores et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran.
Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, la matrice d'éléments commandables est disposée en aval du gaz ou des moyens luminophores et les moyens de commande commandent lesdits éléments pour qu'ils modulent individuellement la lumière visible générée et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran.
Dans un tel dispositif, les fonctions d'injection de la puissance et de commande de la lumière sur l'écran sont dissociées : la puissance est fournie par les moyens générateur de champ électrique tandis que la commande de la lumière apparaissant sur l'écran est réalisée par les éléments commandables.
Du fait de cette dissociation, la puissance nécessaire pour la commande des éléments commandables est réduite par rapport aux puissances nécessaires dans les circuits de commande des dispositifs à plasma de l'art antérieur.
Corrélativement, les puissances dissipées dans la commande sont réduites.
Par ailleurs, du fait de cette dissociation, l'injection de puissance est réalisée de manière plus efficace. Ainsi, le dispositif de l'invention est capable de fonctionner indépendamment des écarts entre champ électrique de claquage et champ électrique d'extinction. Par conséquent, un bon rendement lumineux de l'écran peut tre obtenu en choisissant des gaz ou mélanges de gaz permettant d'optimiser la production de photons.
Enfin, le dispositif de l'invention présente une structure simplifiée, ce qui permet de réduire son coût de fabrication.
Dans une mise en oeuvre préférée de l'invention, le champ électrique est généré par des micro-ondes. Le plasma n'est donc pas excité par des électrodes polarisées comme dans les dispositifs de l'art antérieur, ce qui permet d'éliminer le problème de la pulvérisation des parois du au bombardement ionique. Le rendement UV et la durée de vie du dispositif s'en trouvent améliorés. En outre, ce dispositif ne nécessite pas de couche diélectrique MgO.
PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non-limitative et doit tre lue en regard des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 et 2 déjà commentées sont des schéma représentant en coupe transversale selon une ligne de cellules des structures d'écran à plasma de l'art antérieur, respectivement une structure d'écran à plasma de type matriciel et une structure d'écran à plasma de type coplanaire ; - les figures 3 et 4 sont des diagrammes fonctionnels illustrant le fonctionnement de deux types de structures d'écran à plasma ; - la figure 5 est un schéma représentatif en coupe transversale selon une ligne de cellules d'une structure d'écran à plasma conforme à un mode de réalisation du dispositif de l'invention ; - la figure 6 est un schéma représentatif en coupe transversale selon une ligne de cellules d'une structure d'écran conforme à une variante de réalisation du dispositif de la figure 5 ;
- la figure 7 est un schéma représentatif en coupe transversale selon une ligne de cellules d'une structure d'écran à plasma conforme à un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention ; - la figure 8 est un schéma représentatif en coupe transversale selon une ligne de cellules d'une structure d'écran conforme à un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention ; - la figure 9 est un schéma représentatif en vue de derrière d'un dispositif de commande des cellules pouvant tre utilisé dans un dispositif de l'invention.
DESCRIPTION DES DESSINS La figure 3 est un diagramme fonctionnel illustrant le fonctionnement d'un écran à plasma conforme à l'invention du type comprenant des luminophores.
Selon ce diagramme, on génère un champ électrique E distribué uniformément à proximité d'une chambre contenant un gaz. Lorsque ce champ est appliqué au gaz, il génère un plasma qui émet un rayonnement ultra-violet. Ce rayonnement est dirigé vers une substance luminophore qui absorbent le rayonnement ultra-violet et réémet un rayonnement visible pour l'observateur qui regarde l'écran.
Selon une première configuration, une matrice d'éléments commandables est positionnée en (1), entre le champ électrique et le gaz.
Des moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement le champ électrique transmis au gaz et contrôlent ainsi la lumière générée sur l'écran. Dans cette configuration, l'intensité du champ E est supérieure à l'intensité d'allumage du plasma.
Selon une deuxième configuration, une matrice d'éléments commandables est positionnée en (2), entre le gaz et les luminophores. Des moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement le rayonnement UV émis par le plasma et destiné à tre reçu par les luminophores et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. Dans cette configuration, le champ électrique E est appliqué en permanence au gaz et distribué de sorte qu'un plasma uniforme
est généré en permanence. Le champ électrique E présente donc en régime permanent une intensité supérieure à l'intensité de maintien du plasma. L'intensité ne doit tre supérieure à l'intensité d'allumage du plasma que lors de la mise en marche de l'écran.
Selon une troisième configuration, une matrice d'éléments commandables est positionnée en (3), en aval des moyens luminophores (c'est à dire entre les luminophore et l'observateur extérieur). Des moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement la lumière visible générée par les luminophores et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. De mme que lorsque les éléments commandables sont positionnés en (2), le champ électrique E présente en régime permanent une intensité supérieure à l'intensité de maintien du plasma et lors de la mise en marche de l'écran, une intensité supérieure à l'intensité d'allumage du plasma.
La figure 4 est un diagramme fonctionnel illustrant le fonctionnement d'un écran à plasma conforme à l'invention du type sans luminophore.
Selon ce diagramme, on génère un champ électrique E distribué uniformément à proximité d'une chambre contenant un gaz. Lorsque ce champ est appliqué au gaz, il génère un plasma qui émet un rayonnement visible pour l'observateur qui regarde l'écran.
Ce type de structure permet en particulier de réaliser des écrans « noir et blanc ».
Dans le cas où l'écran comprend une chambre à plasma divisée en cellule, les cellules peuvent comprendre des gaz de compositions différentes. Chaque cellule génère ainsi un rayonnement dans une couleur (typiquement vert, rouge ou bleu) dépendant de la composition du gaz qu'elle contient. On obtient ainsi des écrans « couleurs ».
Selon une première configuration, une matrice d'éléments commandables est positionnée en (4), entre le champ électrique et le gaz.
Cette configuration est analogue à la configuration (1) de la figure 3. Des moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement le champ électrique transmis au gaz et contrôlent ainsi la
lumière générée sur l'écran. Dans cette configuration, l'intensité du champ E est supérieure à l'intensité d'allumage du plasma.
Selon une deuxième configuration, une matrice d'éléments commandables est positionnée en (5), en aval du ou des plasma (s). Cette configuration est analogue à la configuration (3) de la figure 3. Des moyens de commande commandent les éléments pour qu'ils modulent individuellement la lumière visible générée par le ou les plasma (s) et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. Le champ électrique E présente en régime permanent une intensité supérieure à l'intensité de maintien du plasma et lors de la mise en marche de l'écran, une intensité supérieure à l'intensité d'allumage du plasma.
La figure 5 est un schéma représentatif d'une structure 3 d'écran à plasma conforme à un mode de réalisation correspondant à la configuration (1) de la figure 3.
La structure 3 comprend une chambre 17 divisée en une matrice de cellules 21,22, 23 séparées par des cloisons 31,32, 33 et remplies d'un gaz ou mélange de gaz. Les cellules 21,22, 23 sont confinées entre une plaque de verre 11 définissant la face avant de l'écran (c'est à dire la face orientée vers l'oeil du spectateur) et une cavité 41 définissant la face arrière de l'écran et dans laquelle est généré un champ électrique E mico-onde distribué uniformément.
La cavité 41 peut par exemple tre constituée d'un matériau diélectrique à très faible perte (comme par exemple de l'oxyde de silicium Si02) et d'un liquide diélectrique de refroidissement. Le champ électrique E peut tre distribué uniformément, soit par un réseau bi-dimensionnel d'applicateurs micro-onde, soit par des résonateurs micro-onde, comme par exemple des résonateurs en anneaux alimentés en parallèle et en phase.
On entend par « micro-ondes » ici et dans tout le présent texte des ondes électromagnétiques de fréquence supérieure ou égale à 200 MHz. Les fréquence micro-ondes utilisées sont par exemple les fréquences micro- ondes ISM (Industrielles Scientifiques et Médicales) généralement utilisées pour les applications grand public (soit 433 MHz, 920 MHz, 2,45 GHz) ou les fréquences utilisées pour la téléphonie mobile. Le champ E présente
une amplitude capable d'allumer le plasma au niveau de chacune des cellules, et ce en un temps très court (par exemple de l'ordre de la microseconde).
Au moins deux réseaux d'électrodes X et Y de commande sont positionnés entre la cavité 41 et l'arrière de la chambre 17 divisée en cellules 21,22, 23. L'un des réseaux X comprend au moins une série d'électrodes Xn, Xn+1, Xn+2... positionnées verticalement, parallèlement aux colonnes de l'écran. L'autre réseau Y comprend au moins une série d'électrodes Yn, Yn+1, Yn+2... positionnées horizontalement, parallèlement aux lignes de l'écran.
Des éléments commandables 19 sont connectés entre chaque électrode du réseau X et chaque électrode du réseau Y. Ces éléments commandables 19 sont positionés à l'arrière de chaque cellule, entre la cellule 21,22 ou 23 et la cavité 41 de champ E uniforme. Un élément 19 est ainsi commandé par une paire d'électrode Yn, Xn+2. En fonction de la commande qu'il a reçu, l'élément 19 module le champ électrique E transmis de la cavité 41 à la cellule 22.
Comme représenté sur la figure 9, chacun des éléments 19 est commandé par au moins une paire d'électrodes donnée, cette paire étant constituée d'une électrode du réseau X et une électrode du réseau Y. Ainsi, les réseaux d'électrodes X et Y commandent individuellement les états de chaque élément 19 de la matrice d'éléments.
Chaque élément 19 peut présenter au moins deux états de transmission : un premier état selon lequel il transmet un champ d'allumage à la cellule 22, un deuxième état selon lequel il transmet un champ inférieur à la valeur de maintien du plasma dans la cellule 22.
De tels éléments 19 peuvent par exemple tre constitués par des Micro-Systèmes Electro-Mécaniques (MEMS).
Les éléments de transmission 19 peuvent également tre constitués par des structures de type composants semi-conducteurs, comme par exemple des structures à puits quantiques.
Lors de l'allumage d'une cellule 22, 1@élément 19 correspondant est commandé de manière à moduler le champ E pour transmettre à la cellule
22 un champ électrique égal au champ d'allumage. Ce champ génère une décharge dans le gaz contenu dans la cellule 22 qui produit un rayonnement UV. Des luminophores 18 présents sur les parois de la cellule 22 absorbent le rayonnement UV et réémettent un rayonnement C dans une fréquence visible.
Pour maintenir la cellule 22 allumée, il suffit de commander l'élément 19 correspondant de manière à moduler le champ E pour transmettre à la cellule 22 un champ au moins égal au champ de maintien de l'allumage. Cette tension entretient la décharge dans le gaz et par conséquent la production du rayonnement C visible.
Enfin, pour éteindre la cellule 22, il suffit de commander l'élément 19 correspondant de manière à moduler le champ E pour transmettre à la cellule 22 un champ électrique inférieur au champ électrique de maintien.
Ce champ électrique n'est pas suffisant pour entretenir la décharge dans le gaz et l'émission de rayonnement C visible cesse.
On notera que les luminophores 18 tapissent les parois des cellules sur toutes les surfaces disponibles de façon à collecter le maximum de rayonnement UV et ainsi améliorer le rendement lumineux de l'écran.
La figure 6 est un schéma représentatif d'une structure 4 d'écran à plasma conforme à une variante de réalisation de l'invention. Cette variante correspond à la configuration (4) de la figure 4.
La structure 4 est similaire à la structure 3 de la figure 5 excepté que les parois des cellules 21,22, 23 ne sont pas recouvertes de luminophores. Dans cette variante, le gaz contenu dans la chambre 17, sous l'effet d'une décharge, génère directement un rayonnement visible C.
Ce type de structure permet de réaliser des écrans « noir et blanc » dans le cas où les cellules sont remplies d'un gaz identique ou « couleur » dans le cas où les cellules contiennent des plasmas de composition gazeuses différentes émettant chacun un rayonnement visible dans l'une des trois couleurs fondamentales (rouge, vert et bleu).
La figure 7 est un schéma représentatif d'une structure 5 d'écran à plasma conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation correspond à la configuration (2) de la figure 3. Dans ce
mode de réalisation, une matrice d'éléments commandables 19 est positionnée entre le gaz et des luminophores 18. Les réseaux d'électrodes X et Y commandent les éléments 19 pour qu'ils modulent individuellement le rayonnement UV émis par le plasma et destiné à tre reçu par les luminophores 18 et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran. Dans ce mode de réalisation, le champ E est appliqué en permanence au gaz de sorte qu'un plasma uniforme est généré en permanence.
La figure 8 est un schéma représentatif d'une structure 6 d'écran à plasma conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation correspond à la configuration (3) de la figure 3. La matrice d'éléments commandables 19 est positionnée en aval des éléments générateurs de lumière visible. Les réseaux d'électrodes X et Y commandent les éléments 19 pour qu'ils modulent individuellement la lumière visible générée (selon les cas par le ou les plasma (s) ou les luminophores) et contrôlent ainsi sélectivement la lumière apparaissant sur l'écran.
Dans le cas des structures d'écran des figures 7 et 8 (correspondant aux configurations (2) et (3) de la figure 3), les éléments 19 peuvent tre constitués par des Micro-Systèmes Electro-Mécaniques (MEMS), des micro-systèmes opto-électro-mécaniques (MOEMS), voire des dispositifs à Bande Interdite Photonique (cristaux photoniques ou BIP) dont on peut commander l'état de transmission.
Un avantage des écrans à plasma décrit ci-dessus est la simplicité de la technologie utilisée, tant au niveau de la structure des cellules qu'au niveau de leur adressage, puisque d'une part les cellules sont exemptes d'électrodes, de barrière diélectrique et de couche d'émission secondaire de type MgO, d'autre part les circuits basse tension suffisent pour l'adressage des cellules (la commande des éléments de transmission ne nécessite pas d'électronique de puissance).
Un autre avantage est l'existence d'une fentre de fonctionnement très large pour l'excitation du plasma. La seule condition est d'appliquer un champ électrique supérieur au champ électrique de claquage pour un gaz
ou mélange de gaz donné à une pression donnée. Le mélange de gaz peut par conséquent tre optimisé pour obtenir le meilleur rendement UV de la décharge ou l'émission de rayonnement selon des longueurs d'onde bien définies. Par exemple, il est possible d'obtenir un amorçage du plasma avec du Xénon pur dont on connaît l'efficacité pour la production de photons UV.
Le choix du gaz et de la pression de travail se trouve considérablement élargi par rapport aux technologies d'écran à plasma à décharge à barrière diélectrique, ce qui permet de choisir le point de fonctionnement des cellules de l'écran.
Un autre avantage est également un meilleur rendement lumineux.
En effet, l'énergie dissipée dans le plasma est entièrement consacrée à l'excitation et l'ionisation des seuls atomes efficaces (par exemple le Xénon) pour la production de photons UV.
Par ailleurs, dans le cas d'un champ électrique micro-ondes, l'absence d'électrodes élimine le problème de la pulvérisation des parois due au bombardement ionique. Par conséquent peu d'énergie se trouve dissipée sous cette forme. Les parois étant au potentiel flottant, l'énergie des ions sur les parois ne dépasse pas la dizaine d'électron-volt (eV).
Un autre avantage encore est du à l'absence d'électrodes et à l'absence de dépôt MgO en regard de ces électrodes. La place correspondante peut donc tre occupée par des luminophores, ce qui permet d'améliorer le rendement lumineux des cellules.
Enfin, un autre avantage est la durée de vie accrue des cellules. En effet, étant donné l'absence de couche de MgO et de bombardement ionique énergétique, la durée de vie des cellules n'est pas liée à leur durée de fonctionnement. Avec la technologie utilisée par l'invention, la durée de vie des cellules n'est limitée que par la durée de vie des luminophores.
On pourra noter que dans les mises en oeuvre décrites correspondant aux figures 7 et 8, il n'est pas nécessaire que la chambre 17 contenant le gaz de décharge soit divisée en cellules, étant donné que les éléments 19 contrôlent directement les zones d'allumage et d'extinction de l'écran en aval du plasma.