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DISPOSITIF D'AFFICHAGE A PLASMA ET PROCEDE DE COMMANDE
DE CELUI-CI
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des écrans ou panneaux
d'affichage à plasma. Elle concerne en particulier les écrans à plasma de
télévision murale.
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).
II 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 p,m d'épaisseur) de matériau diélectrique constitué par exemple d'émail,
cetfie couche 13 étant recouverte d'une couche 14 de matériau diélectrique
(d'épaisseur inférieure à 1 pm) constituée par exemple d'oxyde de
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magnésium (Mg0) 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 deûx réseaux d'électrodes Xn,
Xn+1, Xn+2 et Yn, Yn+1... sont disposés parallèlement, de manière
intercalée, sur la méme 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 (Mg0) 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 ëlevé sous impact ionique, cette émission
d'électrons secondaires e permettant d'entretenir la décharge avec des
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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 ia 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'arrét 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 ie Xénon, (en particulier depuis le niveau résonant Xe(3P~) 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
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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 10~~ à 104 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 mêmes.
Un inconvénient des techniques précédemment décrites est que la
fenêtre 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 croït 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.
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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 tensïon d'extinction devient très faible, ce qui
5 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 être 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 cellulesï 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.
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En ce qui concerne la puissance dissipée dans les circuits de
commande et d'adressage, cette puissance peut ëtre 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 ëtre
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 Mg0 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%.
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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 étre excité pour générer, seul ou en combinaison avec
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des moyens luminophores destinés à être eux-mêmes 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 être 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.
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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 étre 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
étre 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 ;
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- 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
5 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 étre 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 être
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
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est généré en permanence. Le champ électrique E présente donc en
régime permanent une intensitë supérieure à l'intensité de maintien du
plasma. L'intensité ne doit être 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 même
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 ('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
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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 être 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 être 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 Mëdicales) 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
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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 être constitués par des
Micro-Systèmes Electro-Mécaniques (MEMS).
Les élëments de transmission 19 peuvent également être constituës
par des structures de type composants semi-conducteurs, comme par
exemple des structures à puits quantiques.
Lors de l'allumage d'une cellule 22, l'élément 19 correspondant est
commandé de manière à moduler le champ E pour transmettre à la cellule
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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 électriqùe de maintien.
Ce champ électrique n'est pas suffisant pour entretenir ia 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 c 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
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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 être reçu par les
5 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
10 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
15 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 étre 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 utïlisée, 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 fenétre 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
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ou mélange de gaz donné à une pression donnée. Le mélange de gaz peut
par conséquent être 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 connaït 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 consëquent 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 Mg0 en regard de ces électrodes. La place
correspondante peut donc être 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 Mg0 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.
