Dispositif d'affichage polychrome à mémoire du type photoconducteur-électroluminescent

Abstract

 Ce dispositif d'affichage polychrome électro­luminescent comporte une première structure (50) compre­nant un premier substrat (52) transparent équipé d'une première couche électroluminescente El₁ (56) intercalée entre un premier (54) et un second (58) systèmes d'élec­trodes, connectés à des premiers moyens électriques (75) pour l'excitation de certaines zones de la couche El₁, une seconde structure (60) inversée comportant un second substrat (62) équipé d'une seconde couche électroluminescente El₂ (68) et d'une couche photoconduc­trice (66) empilées l'une sur l'autre, l'ensemble de ces deux couches étant intercalé entre un troisième (64) et un quatrième (70) systèmes d'électrodes connec­tées à des seconds moyens électriques (77) pour l'excita­tion de certaines zones de la couche El₂, la couche électroluminescente El₁ présentant un spectre d'émission monochrome ou bichrome et la couche électroluminescente El₂ un spectre d'émission monochrome et essentiellement complémentaire de la couche El₁.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un disposi­tif d'affichage polychrome électroluminescent à effet mémoire du type écran plat, utilisable dans le domaine de l'optoélectronique pour l'affichage en couleur d'ima­ges complexes ou pour l'affichage en couleur de caractè­res alphanumériques.

[0002] On dit qu'un dispositif d'affichage est à effet mémoire si sa caractéristique électro-optique (courbe luminance-tension) présente une hystérésis. Pour une même tension située à l'intérieur de la boucle d'hystérésis, le dispositif peut ainsi avoir deux états stables : éteint ou allumé.

[0003] Les avantages d'un affichage à effet mémoire sont appréciables : pour afficher une image fixe, il suffit d'appliquer simultanément et continûment à tout l'écran une tension dite d'entretien. Cette dernière peut être un signal sinusoïdal ou en forme de créneaux par exemple, mais surtout, la forme et la fréquence de ce signal d'entretien peuvent être choisies indépen­damment de la complexité de l'écran, notamment du nombre de lignes de points d'affichage. Il n'y a donc en princi­pe pas de limite à la complexité d'un écran d'affichage à effet mémoire. Ainsi, on trouve sur le marché des écrans à plasma bistable et à excitation alternative de 1200x1200 points image (pixels).

[0004] Par ailleurs, la technologie de l'affichage par électroluminescence en couches minces et à couplage capacitif (en abrégé ACTFEL) est maintenant parvenue à maturité dans l'industrie. On peut doter ces disposi­tifs d'un effet mémoire dit inhérent mais au prix d'une dégradation sensible des performances électro-optiques. Une méthode plus attrayante consiste à connecter une structure photoconductrice (PC) en série avec une struc­ture électroluminescente (EL) et à coupler optiquement ces deux structures.

[0005] On peut ainsi produire un effet mémoire de type extrinsèque que l'on appelle effet mémoire PC-EL dont le principe est le suivant. Quand le dispositif est dans l'état éteint, le matériau photoconducteur est peu conducteur et retient une partie importante de la tension V appliquée à l'ensemble. Si l'on augmente V jusqu'à une valeur Von telle que la tension présente aux bornes de la structure électroluminescente excède le seuil d'électroluminescence, le dispositif PC-EL bascule dans l'état allumé. Le matériau photoconducteur est alors éclairé par la structure électroluminescente et passe à l'état conducteur. La tension à ses bornes chute et il en résulte une augmentation de la tension disponible pour la structure électroluminescente. Pour éteindre un dispositif PC-EL, il suffit de diminuer la tension totale V jusqu'à une valeur Voff inférieure à Von : on obtient ainsi une caractéristique luminance-tension comportant une hystérésis.

[0006] Une structure PC-EL monochrome a été décrite récemment dans le document FR-A-2 574 972 et dans l'arti­cle de l'inventeur intitulé "Monolithic Thin-Film Photo­conductor-ACEL Structure with Extrinsic Memory by Optical Coupling" et publié dans IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-33, n^o 8, d'août 1986, pages 1149-1153.

[0007] Cette structure est représentée schématique­ment, en coupe, sur la figure 1. Elle comprend un sub­strat de verre 10 sur lequel sont déposées une électrode 12, une première couche diélectrique 14, une couche électroluminescente 16, une seconde couche diélectrique 18, une couche photoconductrice 20, une troisième couche diélectrique 21 et enfin une électrode 22. Les électrodes 12 et 22 sont reliées à une source de tension alternative 24. Dans cette réalisation, les couches PC et EL sont des couches minces, dont l'épaisseur est de l'ordre du micromètre.

[0008] Une telle structure est simple à réaliser car elle ne nécessite pas d'étapes de gravure supplémen­taires. Par ailleurs, le comportement courant-tension du photoconducteur en couche mince dans l'obscurité est fortement non-linéaire et reproductible. Les consé­quences bénéfiques en sont que l'allumage électrique du dispositif est toujours aisé, que l'hystérésis ne dépend que faiblement de la fréquence d'excitation et que la reproductibilité de la marge d'hystérésis d'une fabrication à l'autre est garantie.

[0009] Malheureusement cette structure électrolumines­cente ne permet qu'un affichage monochrome et il n'existe pas actuellement de dispositifs d'affichage polychrome utilisant l'effet PC-EL.

[0010] En effet, les dispositifs électroluminescents à affichage polychrome connus sont de deux types.

[0011] La première solution explorée intensivement pour l'obtention d'écrans polychromes consiste à dévelop­per un phosphore électroluminescent à spectre d'émission couvrant au moins les rouge, vert et bleu et appelé phosphore "blanc", et à le combiner à une mosaïque de filtres colorés pour réaliser les pixels d'émission rouge, verte ou bleue, d'une manière analogue aux écrans polychromes à cristaux liquides. Cette solution est décrite en particulier dans l'article de C. Brunel et N. Duruy, Opto, n^o 43, mars-avril 1988, p. 30-35, "La couleur dans les écrans plats électroluminescents". Cependant, la luminance obtenue pour de tels écrans polychromes est inférieure d'un ordre de grandeur aux niveaux requis pour les applications, du fait des perfor­mances insuffisantes des phosphores blancs.

[0012] La seconde solution est décrite dans l'article de Brunel et Duruy ci-dessus et dans l'article de Chris­topher N. King et al., "Full-color 320x240 TFEL display panel", p.14-17, Eurodisplay, Londres 15-17 septembre 1987. Elle est représentée schématiquement, en coupe, sur la figure 2.

[0013] Cette solution consiste à utiliser une première structure comportant un substrat transparent 30 équipé d'une couche électroluminescente 32 qui est rendue trans­parente ou semi-transparente par un choix approprié d'électrodes arrière 34, les électrodes avant 36 étant transparentes. A cette première structure, on associe une seconde structure dite "retournée" comportant un substrat transparent 38 équipé d'une couche électrolumi­nescente 40 et d'électrodes 42 et 44 transparentes. La première structure a un spectre d'émission monochrome ou bichrome, et la seconde structure un spectre d'émis­sion monochrome et complémentaire du spectre de la pre­mière. On obtient ainsi un dispositif d'affichage bi­chrome ou trichrome.

[0014] La structure bichrome est obtenue par juxtapo­sition de deux matériaux électroluminescents monochromes émettant des couleurs différentes (rouge et vert par exemple) gravés.

[0015] La commande des deux structures est faite de façon séparée mais simultanée comme décrit dans l'ar­ticle SID 86 Digest, p. 25-28 de W.A. Barrow et al., "Multicolor TFEL Display and Exerciser".

[0016] Dans ce dispositif, la luminance est beaucoup trop faible pour les applications envisagées et les tensions et courants électriques utilisés sont relative­ment élevés.

[0017] Par ailleurs, l'utilisation d'un dispositif d'affichage monochrome du type PC-EL sous un éclairement ambiant intense peut entraîner une dégradation sensible de l'hystérésis PC-EL. En effet, l'éclairement par une source externe intense de la couche photoconductrice peut provoquer une diminution de la tension aux bornes de cette dernière et donc un abaissement de la tension d'allumage. En pratique, cela conduit à un allumage accidentel de certains pixels normalement éteints.

[0018] L'invention a donc pour objet un dispositif d'affichage polychrome électroluminescent à effet mémoire permettant notamment de remédier à ces inconvénients.

[0019] Le dispositif d'affichage polychrome de l'in­vention comprend une première structure comprenant un premier substrat transparent, équipé d'une première couche électroluminescente intercalée entre un premier système d'électrodes transparentes et un second système d'électrodes, connectés à des moyens électriques permet­tant l'excitation de certaines zones de la première couche électroluminescente, se caractérisant en ce qu'il comprend en outre une seconde structure comportant un second substrat équipé d'une seconde couche électrolumi­nescente et d'une couche photoconductrice empilées l'une sur l'autre et recouvrant toute la surface de l'affichage, l'ensemble de ces deux couches étant inter­calé entre un troisième système d'électrodes et un qua­trième système d'électrodes transparentes, connectés à des moyens électriques permettant l'excitation de certaines zones de la seconde couche électroluminescente, les premier et second substrats constituant les faces opposées du dispositif, et en ce que la première couche électroluminescente présente un spectre d'émission monochrome ou bichrome et la seconde couche électroluminescente présente un spectre d'émission essentiellement monochrome et comprenant une composante chromatique complémentaire de la ou des couleurs d'émission de la première couche électroluminescente.

[0020] L'utilisation d'une seconde structure bichrome permet un affichage trichrome. Par structure bichrome, il faut comprendre une structure comportant deux maté­ riaux électroluminescents monochromes différents que l'on peut exciter indépendamment l'un de l'autre.

[0021] Ces matériaux peuvent être juxtaposés, comme décrit dans les articles de Brunel et King cités précé­demment, ou bien superposés comme décrit dans l'article de Brunel.

[0022] Le dispositif d'affichage de l'invention béné­ficie alors de tous les avantages associés à l'effet mémoire PCEL : forte luminance, faible consommation, basses tensions et faibles courants commutés. L'origina­lité du dispositif tient à ce que l'on profite de cette structure à "double substrat" pour insérer avantageuse­ment un filtre optique qui a pour rôle d'une part de conférer une bonne pureté chromatique à l'émission El de la seconde structure et d'autre part de protéger la couche PC des émissions provenant de la première structure, qui sont quasi-intégralement bloquées par ce filtre et de l'éclairement ambiant, partiellement bloqué. On diminue ainsi l'influence de l'éclairage ambiant et des pixels allumés de la première structure sur l'hystérésis PC-El des pixels de la seconde structu­re.

[0023] Le filtre optique est choisi de manière à éliminer au mieux tout recouvrement du spectre d'émission de la couche El du second substrat et du spectre d'émis­sion de la (ou des) couche(s) El du premier substrat. Il peut être un filtre passe bande, un filtre passe bas ou un filtre passe haut. En outre, il peut être placé entre les deux structures ou intégré à la première ou seconde structure. Afin de limiter au mieux l'influ­ence de la première couche El ainsi que celle de l'éclai­rage ambiant, sur le matériau photoconducteur, ce dernier présente un spectre de sensibilité contenu en majeure partie dans le domaine spectral bloqué par le filtre.

[0024] Le filtre optique peut être un filtre inter­ férentiel. Ces filtres permettent d'obtenir des spectres passe bas, passe haut et passe bande avec des longueurs d'onde de coupure quelconques. En outre, ils présentent une transition spectrale brutale de l'état passant à l'état bloquant ainsi qu'une grande stabilité chimique et thermique. En revanche, ces filtres sont souvent coûteux. Aussi, lorsque cela est possible, on utilise plutôt des verres colorés ou des filtres organiques.

[0025] Les filtres organiques sont en particulier ceux utilisés pour les écrans polychromes à cristaux liquides tels que les couches de polymère (ou gélatine) chargé avec des colorants ou des pigments organiques ; les couches de polyimide avec colorants ; les pigments ou colorants organiques évaporés sous vide : pérylène (rouge), phtalocyanine de plomb (bleu), phtalocyanine de cuivre (vert), quinacridone (magenta), isoindolinone (jaune) ; les pigments électrodéposés.

[0026] De façon avantageuse, les première et seconde couches électroluminescentes sont intercalées respective­ment entre deux couches d'isolant. En outre, une autre couche d'isolant est éventuellement prévue entre la couche photoconductrice et le système d'électrodes en regard.

[0027] Conformément à l'invention, tous les systèmes d'électrodes connus pour l'affichage peuvent être utili­sés. En particulier, pour chaque structure, l'un des systèmes d'électrodes peut être constitué d'électrodes point et l'autre système constitué d'une électrode commu­ne. De façon avantageuse, les systèmes d'électrodes sont constitués chacun de bandes conductrices parallèles entre elles, les bandes conductrices du premier système étant croisées par rapport aux bandes conductrices du second système et les bandes conductrices du troisième système étant croisées avec celles du quatrième système.

[0028] En outre, le dispositif de l'invention peut fonctionner en réflexion ou en transmission.

[0029] Suivant le type de fonctionnement utilisé et la configuration exacte des systèmes d'électrodes, les second et troisième systèmes d'électrodes peuvent être transparents, opaques ou réfléchissants.

[0030] Pour assurer la bistabilité de la seconde structure du type PC-El, il est souhaitable que le recou­vrement du spectre d'émission de la seconde couche élec­troluminescente et du spectre de sensibilité de la couche photoconductrice soit maximal.

[0031] Aussi, la seconde couche électroluminescente présente avantageusement un spectre d'émission assez large de façon à couvrir une partie du spectre visible non bloqué, pour l'affichage et une partie importante du spectre de sensibilité du matériau photoconducteur dans la partie du spectre lumineux filtrée pour l'effet PC-El.

[0032] En revanche, le ou les matériaux électrolumi­nescents du premier substrat présentent plutôt un spectre d'émission à raies. Pour un affichage respectivement bichrome et trichrome, ce ou ces matériaux présentent une ou deux raies dans le domaine visible non bloqué par le filtre.

[0033] Comme matériau à spectre d'émission large bande déterminé, on peut citer le ZnS:Mn²⁺ de bande d'émission relativement étroite et située dans le jaune et l'orange ; le CaS:Eu²⁺ à dominante rouge ; le SrS:Eu²⁺ à dominante allant du rouge à l'orange ; le CaS:Ce³⁺ à dominante allant du vert à l'orange ; le SrS:Ce³⁺ à dominante allant du bleu au vert.

[0034] Comme matériau électroluminescent à large bande pour lequel le spectre d'émission peut être modifié en fonction du filtre optique et du matériau photoconduc­teur utilisés, on peut citer Ca_xSr_1-xS:Eu²⁺ avec x allant de 0 à 1, la dominante pour x=1 étant le rouge et pour x=0, l'orange ; ca_xSr_1-xS:Ce³⁺ avec x allant de 1 à 0, x=1 correspondant à une dominante verte et x=0 à une dominante bleue. Il est aussi possible de mélanger deux activateurs luminophores dans une même matrice pour adapter la bande large d'émission du matériau élec­troluminescent ; le spectre obtenu est alors une combi­naison des spectres élémentaires des deux activateurs ; comme exemples, on peut citer SrS:Eu²⁺,Ce³⁺ ; CaS:Eu²⁺,Ce³⁺ ; SrS:Ce³⁺,Pr³⁺.

[0035] Comme matériaux électroluminescents à plusieurs bandes étroites ou raies utilisables dans l'invention, on peut citer ZnS:Sm³⁺ à dominante rouge ; ZnS:Tb³⁺ à une dominante verte et une dominante verte-bleue ; ZnS:Tm³⁺ à dominante bleue et proche infrarouge (780 nm) ; SrS:Pr³⁺ à deux dominantes, une dans le rouge, une dans le bleu-vert. On peut aussi utiliser des allia­ges tels que Zn_xSr_1-xS:Tb³⁺ ; Zn_xCa_1-xS:Tb³⁺ ; Sr_xCa_1-xS:Tb³⁺ avec x allant de 0 à 1.

[0036] Il est possible de modifier le spectre d'émis­sion à raies de certains matériaux électroluminescents en utilisant plusieurs activateurs dans une même matrice tels que ZnS : Sm³⁺, Tb³⁺.

[0037] Pour de plus amples informations sur la forme des spectres des matériaux électroluminescents donnés ci-dessus, on peut se référer à l'articlé de Shosaku Tanaka et al. SID-88 Digest. 293-296 "Bright-white-light electroluminescent devices with new phosphor thin-films based on SrS ; à l'article de Hiroshi Kobayashi "Recent Development of Multi-color Thin-Film Electroluminescence Research", abstract n^o 1231, p. 1712-1713, Extended Abstracts of Electrochemical Society Meeting, vol. 87-2, du 18-23 octobre 1987 ; à l'article de Shosaku Tanaka "Color electroluminescence in alkaline-earth sulfide thin-films", Journal of Luminescence 40 & 41 (1988), p. 20-23.

[0038] Les matériaux photoconducteurs les plus utili­sés pour les structures PC-El sont CdS_xSe_1-x, a-Si_1-xC_x:H avec 0<x<1, CdS, CdSe et a-Si:H. Ces matériaux présentent des spectres de sensibilité relativement étroits.

[0039] Avantageusement, on utilise des matériaux PC à spectre de sensibilité ajustable tel que CdS_xSe_1-x et a-Si_1-xC_x:H.

[0040] Pour de plus amples renseignements sur la fabrication et sur les propriétés du silicium amorphe hydrogéné et carboné, on peut se référer au document FR-A-2 105 777 déposé au nom de l'inventeur.

[0041] Ce matériau est déposé de préférence par la technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), basse puissance (de l'ordre de 0,1 W/cm²). Pour de plus amples détails sur la méthode de dépôt du a-Si_1-xC_x:H, on peut se référer à l'article de M.P. Schmidt et al., Philosophical Magazine B, 1985, vol. 51, n^o 6, p. 581-589, "Influence of carbon incor­poration in amorphous hydrogenated silicon".

[0042] Pour de plus amples détails sur les spectres de sensibilité des matériaux CdS_xSe_1-x, on peut se réfé­rer au document de Robert et al., Journal of Applied Physics, vol. 48, n^o 7, Juillet 1977, p. 3162-3164, "II-VI solid-solution films by spray pyrolysis".

[0043] De préférence, on utilise du a-Si_1-xC_x:H avec 0≦x≦1 et mieux 0≦x≦0,5. En effet, ce matériau photoconducteur présente un certain nombre d'avantages. En particulier, il présente une chute de sensibilité du côté des grandes longueurs d'onde (c'est-à-dire du côté des faibles énergies) correspondant à une baisse d'absorption optique (associée à la bande interdite optique). (On rappelle que λ(nm)=1240/E(eV)).

[0044] Une caractéristique du spectre de photoconduc­tivité de ce matériau est l'énergie E₀₄ (en eV) pour laquelle le coefficient d'absorption vaut 10⁴cm⁻¹. Cette énergie E₀₄ peut être ajustée en jouant sur la teneur x en carbone dans la couche PC, au moyen de la teneur en méthane dans le mélange gazeux méthane-silane utilisé pour la fabrication de ce matériau photoconduc­teur, autrement dit C= [CH₄]/ [CH₄+SiH₄].

[0045] Du côté des courtes longueurs d'onde (énergies élevées), la sensibilité du matériau photoconducteur chute aussi car le rayonnement est absorbé dans les toutes premières couches de la couche photoconductrice et la photoconduction, recherchée dans la direction normale au plan des couches (excitation électrique trans­versale), est empêchée car le coeur du matériau photocon­ducteur n'est pas exposé au rayonnement d'excitation.

[0046] Le spectre de photosensibilité résultant du a-Si_1-xC_x, pour une couche d'épaisseur d'1 micromètre, est un pic large dont la largeur à mi-hauteur est de 50 nanomètres environ et dont le maximum est à E₀₄. La largeur à mi-hauteur correspond à la distance séparant les seuils de coupure bas et haut du matériau PC.

[0047] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures 3 à 9 annexées, les figures 1 et 2 ayant déjà été décrites.

[0048] La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif d'affichage conforme à l'invention.

[0049] Les figures 4 à 6 donnent l'allure des spec­tres de sensibilité (I_PC) et d'émission (I_El) que doivent posséder respectivement les couches photoconductrice et électroluminescentes ainsi que le spectre de transmis­sion du filtre optique du dispositif de la figure 3.

[0050] Les figures 7 à 9 représentent des variantes de réalisation du dispositif conforme à l'invention.

[0051] Sur la figure 3, le dispositif conforme à l'invention comporte une première structure 50 comportant un substrat isolant transparent 52 généralement en verre constituant l'une des faces du dispositif. Ce substrat 52 est pourvu sur sa face interne d'un premier système d'électrodes constituées de bandes conductrices 54, parallèles entre elles et constituées d'un matériau transparent tel que l'ITO.

[0052] Sur ces électrodes 54, on trouve une première couche électroluminescente 56 recouvrant toute la surface de l'affichage, constituée de deux matériaux El monochromes différents 56a et 56b juxtaposés pour assurer un affichage trichrome. Ces matériaux 56a et 56b sont choisis parmi les matériaux El à raies cités précédemment et ont une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 micromètres (typiquement 700 nm). Pour un affichage bichrome on utilise un unique matériau électroluminescent (figures 7 à 9).

[0053] Sur cette couche El 56, on trouve un second système d'électrodes constituées de bandes conductrices 58 parallèles entre elles. Ces électrodes 58 sont dispo­sées perpendiculairement aux électrodes 54 et sont réali­sées en un matériau transparent, ITO en particulier.

[0054] Les matériaux 56a et 56b se présentent sous forme de bandes parallèles aux bandes conductrices 58, définies par gravure selon la méthode dite de "phosphor patterning", les bandes 56a alternant avec les bandes 56b. Ils peuvent être utilisés comme représenté sur la figure 3 ou bien associés à une ou plusieurs couches diélectriques comme représenté sur la figure 1 ou dans le document FR-A-2 574 972. Autrement dit, la couche 56 est prise en sandwich entre deux couches diélectriques (14, 18).

[0055] A cette première structure 50, on associe une seconde structure 60 dite retournée comportant un substrat isolant éventuellement transparent 62, en parti­culier en verre, constituant la seconde face du disposi­ tif d'affichage. Cette seconde structure 60 comporte un système d'électrodes constituées de bandes conductri­ces 64, parallèles entre elles, appelé troisième système d'électrodes. Ces bandes conductrices 64 sont en général réfléchissantes et réalisées en aluminium. Ces électrodes 64 sont disposéeS Sur une couche photoconductrice 66 en a-Si_1-xC_x:H, avec 0≦x≦1, de 1 micromètre d'épaisseur recouvrant une structure électroluminescente constituée d'une seule couche émettrice 68, comme représenté sur la figure 3, ou associée à une ou plusieurs couches diélectriques : une couche diélectrique (14) entre la couche 68 et les électrodes 70, une couche diélectrique (18) entre la couche 68 et la couche PC 66 et éventuelle­ment une couche diélectrique (21) entre la couche PC et les électrodes 64. La structure électroluminescente 68 et la couche photoconducrice 66 recouvrent toute la surface d'affichage.

[0056] Le matériau électroluminescent de la couche 68 est un matériau à spectre d'émission large tel que l'un de ceux cités précédemment ; son épaisseur est comprise entre 0,5 et 2 micromètres (typiquement 700 nm).

[0057] Les couches diélectriques 14, 18, 21 éventuel­lement associées aux matériaux El peuvent être réalisées en l'un des matériaux choisis parmi Si₃N₄, SiO₂, SiO_xN_y, Ta₂O₅ et avoir une épaisseur de 200 nm.

[0058] En vue d'une simplification des dessins et de la description correspondante, la suite du texte ne portera que sur l'utilisation de couches électrolumi­nescentes 56 et 68 seules bien que de préférence, ces couches sont intercalées entre deux couches d'isolant.

[0059] Sous la couche électroluminescente 68, on trouve un système d'électrodes, appelé quatrième système, constitué de bandes conductrices 70 parallèles entre elles et constituées en un matériau transparent ITO par exemple, les électrodes 70 sont disposées perpendicu­lairement aux électrodes 64.

[0060] Dans ce mode de réalisation, les électrodes 54 et 64 sont parallèles et en coïncidence. De même, les électrodes 58 et 70 sont parallèles et en coïnciden­ce.

[0061] Conformément à l'invention, un filtre optique 72 est prévu entre l'observateur et la seconde couche électroluminescente 68. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le filtre optique 72 est placé entre les deux structures 50 et 60 mais pourrait être intégré à la structure 60 comme on le verra ultérieurement ou à la structure 50.

[0062] Ce filtre 72 permet un filtrage efficace de la lumière produite par la première couche El 56 et de l'intensité lumineuse de l'éclairage ambiant (lampe 73 par exemple).

[0063] Un espaceur isolant périphérique 74 assure la cohésion de l'ensemble du dispositif. Chaque structure 50 et 60 du dispositif conforme à l'invention fonctionne comme les dispositifs polychromes de l'art antérieur et en particulier en utilisant des circuits périphériques de commande respectivement 75 et 77 du genre de ceux utilisés dans les écrans plats à cristaux liquides ; ces circuits 75, 77 délivrent des signaux alternatifs appropriés et sont connectés aux électrodes respective­ment 54-58 et 64-70 ; l'amplitude 0-crête est de 150 à 300 volts (typiquement de 230 volts).

[0064] Le principe de la commande électrique du dispo­sitif à deux substrats de l'invention est le même que pour les dispositifs de l'art antérieur.

[0065] Dans une première méthode représentée sur la figure 3, on commande les deux structures matricielles indépendamment l'une de l'autre, chacune étant alors considérée comme un écran matriciel El conventionnel autonome avec sa propre électronique de commande. Précisons toutefois que si la première structure est vraiment classique, la seconde structure est un écran PC-El à mémoire dont la méthode de commande, un peu particulière, est décrite par exemple dans le document FR-A-2 615 644 de C. Brunel et P. Thioulouse. Par exemple, la fréquence d'oscillation des signaux de commande est de 1 kHz.

[0066] Lorsque les réseaux d'électrodes 58 et 70, sont parallèles comme sur la figure 3, on peut utiliser une deuxième méthode qui consiste à connecter chaque électrode 58 à une électrode 70, (celle en vis-à-vis ou la plus proche) par au moins une extrémité et à utili­ser alors un circuit de commande commun à ces deux élec­trodes 58 et 70.

[0067] Sur la partie a de la figure 4, on a représenté le spectre d'émission de la première couche électrolumi­nescente (El₁) ; cette couche El₁ est constituée de deux matériaux monochromes différents du type à raies pour un affichage trichrome. Sur la partie b de cette figure, on a représenté le spectre d'émission du matériau électroluminescent (El₂) de la seconde structure 60 ; ce matériau est du type à large bande. Sur la partie c de la figure 4, on a représenté le spectre de transmis­sion du filtre optique (F) et celui de l'éclairage am­biant ; la courbe 78 correspond à un filtre passe bas et la courbe 80 à un filtre passe bande. Sur la partie d, on a représenté le spectre de sensibilité du matériau photoconducteur (PC).

[0068] Ces spectres donnent les variations de l'inten­sité lumineuse (I) donnée en unité arbitraire en fonction de la longueur d'onde, donnée en nanomètres.

[0069] Conformément à l'invention, le spectre d'émis­sion filtré du matériau El₂ est complémentaire de celui de la couche El₁, c'est-à-dire que ces deux spectres ont une zone de recouvrement minimal. Dans le cas repré­senté, la couche El₁ pour un affichage trichrome comporte des matériaux électroluminescents correspondants respecti­vement aux deux raies 79, 81 ; la raie 89 est, selon l'invention, située en dehors du spectre d'émission du matériau El₂. Pour un affichage bichrome, la couche El₁ ne comporterait qu'un seul matériau et donc qu'une seule raie (la raie 81 en particulier).

[0070] Conformément à l'invention, le filtre passe bas 78 ou passe bande 80 comprend une longueur d'onde de coupure λ₀ au-dessus de laquelle l'émission du maté­riau El₂ et la lumière ambiante sont bloquées et au-des­sous de laquelle l'émission El₂ et la lumière ambiante représentée par le spectre 82 sont transmises. λ₀ corres­pond à 1/10 de la lumière transmise. De plus, le filtre passe-bas 78 ou passe-bande 80 bloque tout le spectre d'émission de la couche El₁ ; autrement dit λ₀ est inférieur ou égal à la longueur d'onde de coupure de la raie 79 la plus basse en longueur d'onde de la couche El₁.

[0071] Par ailleurs, selon l'invention, le spectre de transmission du filtre est essentiellement contenu dans le spectre d'émission utile du matériau El₂ afin de conférer une grande pureté des couleurs.

[0072] Sur la figure 4d, on a représenté deux spectres de sensibilité du matériau photoconducteur 84 et 86, possibles. Au spectre 84 correspond une longueur d'onde de coupure basse λ₁ et une longueur d'onde de coupure haute λ₂ et au spectre 86 correspond une longueur d'onde de coupure basse λ_1′ et une longueur d'onde de coupure haute λ_2′. Ces longueurs d'onde de coupure sont prises pour une sensibilité à mi-hauteur du spectre de sensibi­lité. λ₀₄ et λ_04′ correspondent à la longueur d'onde de sensibilité maximale.

[0073] Ces deux spectres 84, 86 de sensibilité du matériau PC sont essentiellement contenus dans le spectre d'émission (figure 4b) du matériau El₂ et situés essen­tiellement en dehors du spectre d'émission du matériau El₁ (figure 4a).

[0074] Pour un recouvrement maximal du spectre d'émis­sion du matériau El₂ (figure 4b) et du spectre de sensi­ bilité du matériau PC en vue d'un effet PC-El maximal, on utilise un matériau PC à large spectre de sensibilité correspondant au spectre 84 pour lequel λ₁ est inférieure à λ₀ et λ₂ supérieure ou égale à λ₀.

[0075] Pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage ambiant, on utilise un matériau PC à spectre plus étroit que dans le cas précédent corres­pondant au spectre 86 pour lequel la longueur d'onde λ_1′ est supérieure ou égale à λ₀ ; le spectre de sensibi­lité du matériau PC se trouve donc totalement dans la zone bloquée par le filtre 78 ou 80.

[0076] Après filtrage, l'éclairage ambiant (spectre 82) est situé en dehors du spectre de sensibilité 86 du matériau PC et n'affecte pas ainsi l'hystérésis de l'effet PC-El.

[0077] Sur la figure 5, on a représenté les différents spectres d'intensité lumineuse qui doivent avoir le filtre, le matériau photoconducteur et les matériaux électroluminescents El₁ et El₂, lors de l'utilisation d'un filtre passe haut ou passe bande comportant une longueur d'onde de coupure λ₃ vers les grandes longueurs d'onde. Le principe est similaire à celui illustré sur la figure 4.

[0078] Ces intensités sont données en unité arbitraire en fonction des longueurs d'onde exprimées en nanomètres.

[0079] Sur la figure 5, la partie a représente le spectre d'émission du matériau El₁ (structure 50) du type à raies ; la partie b donne le spectre d'émission El₂ à large bande du matériau (structure 60) ; la partie c donne le spectre de transmission du filtre optique (F) (courbes 88, 90) et celui de l'éclairage ambiant (courbe 90) : la courbe 88 correspond à un filtre passe haut et la courbe 90 à un filtre passe bande. Enfin, sur la partie d de la figure 5, on a représenté les deux spectres possibles de sensibilité du matériau PC.

[0080] Dans ce mode de réalisation, ce sont la lumière ambiante (courbe 90) et l'émission du matériau El₂ (figu­re 5a) située dans les longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde de coupure λ₃ du filtre qui sont bloquées et celles situées au-dessus de λ₃ qui sont transmises. En outre, le spectre de transmission du filtre est situé totalement en dehors du spectre d'émis­sion du matériau El₁ et en majeure partie dans le spectre El₂.

[0081] Sur la figure 5d, les deux spectres de sensibi­lité 96 et 94 du matériau photoconducteur sont contenus essentiellement dans le spectre d'émission du matériau El₂ pour assurer l'effet PC-El.

[0082] Comme précédemment, on utilise un matériau PC ayant le spectre 94 pour un recouvrement maximal de ce spectre avec le spectre d'émission du matériau El₂. Dans ce cas, on a λ₁≦λ₃≦λ₂. Pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage am­biant, on utilise un matériau PC ayant le spectre 96 pour lequel λ′₂ est égale ou inférieure à λ₃. λ₁, λ′₁, λ₂, λ′₂ ont les mêmes significations que précédemment (figure 4d).

[0083] Sur la figure 6, on a représenté une autre solution possible pour les différents spectres d'inten­sité lumineuse pour les matériaux El₁ et El₂, PC et le filtre. Les parties a et b de la figure 6 donnent respectivement les spectres d'émission des matériaux El₁ et El₂ ; la partie c donne le spectre de transmission du filtre et la partie d les différents spectres de sensibilité possibles pour le matériau PC.

[0084] Dans ce mode de réalisation, les deux raies d'émission du matériau El₁ sont situées de part et d'au­tre du spectre d'émission du matériau El₁ ; la raie 98 est située dans la gamme de longueurs d'onde inférieu­re à celles du spectre El₂ et la raie 100 est située dans la gamme de longueur d'onde supérieure à celles du spectre El₂.

[0085] Le spectre de transmission du filtre (figure 6c) est ici entièrement contenu dans le spectre d'émis­sion du matériau El₂.

[0086] Le matériau PC a soit le spectre de sensibilité 102 entièrement situé dans le spectre de transmission du filtre pour favoriser l'effet PC-El, soit le spectre 104 ou 106 pour une protection maximale du matériau PC par rapport à l'éclairage ambiant.

[0087] Les différentes couches constituant le disposi­tif d'affichage de l'invention peuvent être agencées de différentes façons comme cela apparaît sur les figures 7 à 9.

[0088] En particulier, le filtre optique 72 peut être intégré à la structure PC-El 60 ; par exemple, il peut être inséré entre les électrodes 72 et la couche électroluminescente 68, comme représenté sur la figure 7.

[0089] Dans le cas d'une structure électroluminescente complexe à plusieurs couches diélectriques (figure 1), le filtre optique peut constituer l'une de ces couches diélectriques ou bien être intercalé entre l'une de ces couches diélectriques et la couche électroluminescen­te.

[0090] Il est aussi possible, comme représenté sur les figures 8 et 9, de modifier !a configuration des électrodes.

[0091] Dans le mode de réalisation de la figure 8, les électrodes avant 158 et 170 ce chacune des deux structures ne sont plus en coïncidence comme sur la figure 3 mais décalées et en particulier disposées en alternance. Il est ainsi possible d'utiliser des électro­des 158 non plus transparentes mais réfléchissantes et en particulier en aluminium.

[0092] Cet arrangement offre l'avantage d'une luminan­ce plus élevée que celle du dispositif de la figure 3. En outre, aucune émission de la première couche El 56 ne peut plus atteindre et perturber la couche photoconductrice 66 de la structure 60. Aussi, l'utilisa­tion d'un filtre optique dans ce mode de réalisation n'est plus nécessaire.

[0093] Par ailleurs, étant donné la luminance ponc­tuelle élevée du fait de l'effet PC-El, il est possible de réduire la taille des points émages de la seconde structure 60. Typiquement, la largeur d'une électrode 170 peut être réduite à moins de 100 micromètres au lieu de 300 micromètres. Il n'est plus alors nécessaire d'avoir un espacement important entre les électrodes 158 pour permettre la transmissicn de l'émission de la couche 66.

[0094] Dans le mode de réalisation de la figure 9, ce sont les électrodes arrière 264 de la structure 60, au contact du substrat qui sont parallèles aux électrodes avant 258 de la structure 50. En conséquence, les élec­trodes avant 270 de la structure 60 sont parallèles aux électrodes arrière 254 de la structure 50.

[0095] Par ailleurs, les électrodes 264 et 258 sont décalées ou disposées en alternance, ce qui permet de choisir un matériau réfléchissant donc très bon conduc­teur pour les électrodes 258. On peut donc ainsi, comme dans le mode de réalisation de la figure 8, réduire la largeur des électrodes 264 et donc des pixels. La réduction de la taille des pixels permet de diminuer l'espacement entre les électrodes 258 et/ou d'augmenter la définition des images obtenues sur le dispositif.

[0096] On donne ci-après différents exemples de réali­sation du dispositif d'affichage conforme à l'invention. Dans ces exemples, le matériau électroluminescent est du a-Si_1-xC_x:H avec 0≦x≦1.

Exemple 1

[0097] Cet exemple illustre la figure 4 :

a) Première structure 50 :
- matériau électroluminescent : ZnS:Tb³⁺ émetteur vert,

b) Deuxième structure 60 :
- matériau électroluminescent : SrS:Ce³⁺, émetteur bleu,
- filtre interférentiel passe bas de chez Oriel de longueur d'onde de coupure λ₀=500 nm,
- matériau photoconducteur de λ₀₄ proche de 500 nm, d'où E₀₄ voisin de 2,48 eV ; C=0,80 et x=0,20. Ce matériau correspond au spectre de sensibilité 84 sur la figure 4d.

Exemple 2

[0098] Cet exemple se différencie de l'exemple 1 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur ayant un spectre 86 (figure 4d). Ce matériau présente un λ′₁=500 nm, un λ₀₄=525 nm d'où un E₀₄=2,36 eV ; C=0,70 et x=0,14.

Exemples 3 à 5

[0099] Ces exemples se différencient des exemples 1 et 2 par l'utilisation d'un matériau électroluminescent El₁ de la structure 50 émettant dans le rouge et non plus dans le vert.
Exemple 3 : ZnS:Sm³⁺
Exemple 4 : SrS:Eu²⁺
Exemple 5 : Cas:Eu²⁺.

[0100] Ces matériaux électroluminescents peuvent être associés au matériau PC de l'exemple 1 ou celui de l'exemple 2.

[0101] Les exemples 1-5 précédents conduisent à des affichages bichromes.

Exemples 6 à 8

[0102] Pour un affichage trichrome, il suffit d'asso­ cier, dans la première structure 50 et au matériau élec­troluminescent de l'exemple 1, émettant dans le vert, l'un des matériaux électroluminescents des exemples 3 à 5 émettant dans le rouge. Cette association est en fait une juxtaposition des matériaux électrolumi­nescents comme décrit dans l'article de C. Brunel cité précédemment et comme représenté sur la figure 3.

Exemples 9 et 10 pour un affichage trichrome

[0103] Ces exemples illustrent la figure 5.

a) Première structure 50 : deux matériaux électroluminescents juxtaposés comme dans l'article de C. Brunel,
- ZnS:Tb³⁺, émetteur vert,
- ZnS : Tm³⁺ (exemple 9) ou SrS:Ce³⁺ (exemple 10), émetteur bleu,

b) Deuxième structure 60 :
- matériau électroluminescent : SrS:Eu²⁺, émetteur rouge,
- filtre interférentiel passe haut de chez Oriel avec λ₃=600 nm,
- matériau photoconducteur à spectre de sensi­bilité 94 (figure 5d) : λ₀₄=610 nm ; E₀₄=2,03 eV ; C=0,33 et x=0,037.

Exemples 11 et 12 (affichage trichrome)

[0104] Ces exemples se différencient des exemples 9 et 10 par l'utilisation du ZnS:Sm³⁺ comme émetteur rouge dans la deuxième structure 60.

Exemples 13 à 16 (affichage trichrome)

[0105] Ces exemples se différencient des exemples 9 à 12 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur à spectre de sensibilité 86 (figure 4d) : λ₂=600 nm ; λ₀₄=575 nm ; E₀₄=2,15 eV ; C=0,50 et x=0,07.

Exemples 17 et 18 (affichage trichrome)

[0106] Ces exemples illustrent la figure 6.

a) Première structure 60 : deux matériaux électroluminescents juxtaposés :
- CaS:Eu²⁺, émetteur rouge,
- Srs:Ce³⁺ (exemple 17) ou ZnS:Tm³⁺ (exemple 18), émetteur bleu,

b) Deuxième structure 50 :
- matériau électroluminescent : ZnS:Tb³⁺, émetteur vert,
- filtre interférentiel passe bande de chez Oriel de longueur d'onde de coupure basse λ₃=510 nm et de coupure haute λ₀=575 nm,
- matériau photoconducteur à spectre de sensi­bilité 102 (figure 6d) : λ₀₄=550 nm ; E₀₄=2,25 eV ; C=0,61 et x=0,10.

Exemples 19 et 20 (affichage trichrome)

[0107] Ces exemples se différencient des exemples 17 et 18 par l'utilisation d'un matériau photoconducteur ayant le spectre 106 (figure 6d) : λ₂=510 nm ; λ₀₄=485 nm ; E₀₄=2,56 eV ; C=0,83 et x=0,21.

Exemples 21 et 22

[0108] Ces exemples se différencient des exemples 17 et 18 par l'utilisation d'un matériau PC ayant le spectre 104 (figure 6d) : λ₁=575 nm ; λ₀₄=600 nm ; E₀₄=2,07 eV ; C=0,40 et x=0,04.

Exemples 23 à 28 (affichage trichrome)

[0109] Dans les exemples 17 à 22, il est possible de remplacer l'émetteur vert ZnS:Tb³⁺ par du CaS:Ce³⁺.

Revendications

1. Dispositif d'affichage polychrome électro­luminescent comportant une première structure (50) com­prenant un premier substrat (52) transparent, équipé d'une première couche électroluminescente (56) intercalée entre un premier système d'électrodes transparentes (54) et un second (58) système d'électrodes, connectés à des moyens électriques (75) permettant l'excitation de certaines zones de la première couche électrolumines­cente, se caractérisant en ce qu'il comprend en outre une seconde (60) structure comportant un second substrat (62) équipé d'une seconde couche électroluminescente (16, 68) et d'une couche photoconductrice (20, 66) empilées l'une sur l'autre et recouvrant toute la sur­face d'affichage, l'ensemble de ces deux couches étant intercalé entre un troisième système d'électrodes (64) et un quatrième systèmes d'électrodes transparentes (70), connectés à des moyens électriques (77) permettant l'excitation de certaines zones de la seconde couche électroluminescente, les premier et second substrats constituant les faces opposées du dispositif, et en ce que la première couche électroluminescente présente un spectre d'émission monochrome ou bichrome et la seconde couche électroluminescente présente un spectre d'émission essentiellement monochrome et comprenant une composante chromatique complémentaire de la ou des couleurs d'émission de la première couche électroluminescente.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche électroluminescente est bichrome (56) et composée de deux matériaux électroluminescents monochromes différents (56a, 56b).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un filtre optique (72) pour bloquer totalement ou presque le spec­tre d'émission de la première couche électroluminescente.

4. Dispositif selon la revendication 3, carac­térisé en ce que le matériau photoconducteur (20, 66) est tel que son spectre de sensibilité est contenu dans la partie du spectre bloquée par le filtre.

5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la seconde couche électrolumi­nescente (68) présente un spectre large bande dont une partie est bloquée par le filtre optique (72).

6. Dispositif selon l'une quelconque des reven­dications 3 à 5, caractérisé en ce que le filtre est placé entre la première et seconde structures (50, 60).

7. Dispositif selon l'une quelconque des reven­dications 3 à 5, caractérisé en ce que le filtre est intégré dans la seconde structure (60).

8. Dispositif selon l'une quelconque des reven­dications 1 à 7, caractérisé en ce que la seconde couche électroluminescente (16) est intercalée entre une premiè­re et une seconde (14, 18) couches diélectriques, la première couche diélectrique étant placée au contact de la couche photoconductrice.

9. Dispositif selon l'une quelconque des reven­dications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une couche de diélectrique (21) est prévue entre la couche photoconduc­trice (20) et le système d'électrodes en regard.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé er ce que la première couche électroluminescente est intercalée entre deux couches de diélectrique.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les systèmes d'électrodes (54, 58, 64, 70) sont constitués chacun de bandes conductrices parallèles entre elles, les bandes conductrices du premier et du second systèmes étant croisées et les bandes conductrices des troisième et quatrième systèmes étant croisées.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système (54) d'électrodes sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du troi­sième système d'électrodes (64), les premier et troisième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, et en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (58) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du quatrième système d'électrodes (70), les bandes conductrices du second système d'électrodes étant transparentes.

13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système d'électrodes (54) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du qua­trième système d'électrodes (270), les premier et troi­sième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (258) sont disposées parallèlement avec les bandes conductrices du troisième système d'électrodes (264) et de façon décalée, les bandes conductrices du second système d'é­lectrodes étant réfléchissantes.

14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bandes conductrices du premier système d'électrodes (54) sont disposées parallèlement et en coïncidence avec les bandes conductrices du troi­sième système d'électrodes (64), les premier et troisième systèmes d'électrodes étant respectivement au contact des premier et second substrats, et en ce que les bandes conductrices du second système d'électrodes (158) sont disposées parallèlement aux bandes conductrices du qua­trième système d'électrodes (170) ei de façon décalée, les bandes conductrices du second système d'électrodes étant réfléchissantes.

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le troisième système d'électrodes est réfléchissant.

16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le matériau photoconducteur est du silicium amorphe hydrogéné et carboné de formule a-Si_1-xC_x:H avec 0≦x≦1.

17. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les bandes conductrices du troi­sième système d'électrodes (264) sont plus étroites que les bandes conductrices du sec>nd système d'électro­des (258).

18. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les bandes conductrices du qua­trième système d'électrodes (170) sont plus étroites que les bandes conductrices ou second système d'électro­des (158).

19. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche électroluminescente (68) présente un spectre d'émission large bande et le matériau photoconducteur (20, 66) un spectre de sensibilité tel que le recouvrement du spectre d'émission de la seconde couche électroluminescente avec le spectre de sensibilité du matériau photoconducteur est maximal.

Dessins