[0001] L'invention concerne les écrans de visualisation du type panneau à plasma. Elle concerne
plus particulièrement des moyens pour améllorer le contraste de l'image affichée par
ces écrans.
[0002] Les panneaux à plasma ou en abrégé "P.à P." sont des dispositifs de visualisation
à écran plat, fonctionnant sur le principe de la décharge lumineuse dans un gaz. Les
P.à P. sont utilisés pour la visualisation d'images alphanumériques, graphiques ou
autres, monochromes ou polychromes.
[0003] On trouve différents types de P.à P., parmi lesquels on peut distinguer ceux du type
fonctionnant en mode continu et ceux fonctionnant en mode alternatif.
[0004] La figure 1 montre de façon schématique par une vue en coupe, un P.à P "continu"
classique pouvant afficher des images polychromes.
[0005] Le P.à P comprend deux dalles D1, D2 isolantes délimitant entre elles un espace 3
rempli d'un mélange gazeux (dont la composante essentielle est le plus souvent du
néon). Les dalles sont maintenues écartées l'une de l'autre par des cales d'épaisseur
et un joint d'étanchéité (non représentés).
[0006] Suivant une organisation courante, chaque dalle D1, D2 porte un réseau d'électrodes
parallèles. Les dalles sont orientées pour qu'entre les deux réseaux, les électrodes
soient croisées. Ainsi par exemple, d'une part la première dalle D1 porte des électrodes
dites électrodes lignes Y1, Y2, Y3, Y4, qui s'étendent perpendiculairement au plan
de la figure et qui apparaissent suivant leur section ; pour simplifier la figure
1, seulement quatre électrodes lignes sont représentées, mais il est courant de trouver
mille ou plus électrodes par réseau. D'autre part la seconde dalle D2 porte le second
réseau d'électrodes appelées "électrodes colonnes" (représentées par une unique électrode
X1) qui s'étendent parallèlement au plan de la figure 1.
[0007] Chaque intersection d'une électrode ligne avec une électrode colonne définit une
cellule de décharge, de telle sorte que dans l'exemple de la figure 1 seulement quatre
cellules C1 à C4 sont représentées, matérialisées par un cercle entre traits pointillés.
[0008] Le principe de fonctionnement est la génération sélective (c'est-à-dire au niveau
de cellules sélectionnées) de décharges électriques dans le gaz. Chaque décharge dans
le gaz est accompagnée d'une émission de lumière qui est localisée au niveau de chaque
cellule où est initialisée la décharge électrique. Chaque cellule peut ainsi constituer
une source élémentaire de lumière dont on peut changer l'état (allumé ou éteint) :
on visualise une figure ou forme donnée en mettant à l'état allumé une succession
de cellules dont l'emplacement dans la matrice correspond à la forme de la figure
que l'on désire afficher.
[0009] La couleur de la lumière produite par la décharge dans le gaz dépend de la nature
du gaz. Mail il est courant d'ajouter à cette lumière une lumière de couleur différente,
de manière qu'un observateur (non représenté) situé du côté de la première dalle 1
appelée "dalle avant", perçoive une lumière ayant la couleur désirée.
[0010] A cet effet, il est classique d'incorporer dans l'espace gazeux 3, un ou des éléments
photoluminescents, dont la fonction est de convertir un rayonnement ultra-violet émis
par la décharge dans le gaz, en rayonnement visible d'une couleur donnée. Il est courant
de revêtir la face intérieure 4 de la dalle avant, d'une couche photoluminescente
homogène faite d'un matériau luminophore dopé de façon à émettre à la couleur désirée
(ceci dans le cas d'une image monochrome).
[0011] Dans le cas d'images polychromes, la face intérieure 4 est munie d'une succession
d'élément photoluminescents LB, LV, en luminophores dopés pour des couleurs différentes
qui correspondent aux couleurs dites primaires ou couleurs de base utilisées pour
la télévision. Les éléments photoluminescents sont disposés chacun à l'emplacement
d'une cellule de décharge à laquelle ils confèrent leur couleur. Ces éléments photoluminescents
constituent des motifs qui se succèdent avec une répétition qui dépend de la position
affectée à chaque couleur de base dans un pixel polychrome PP1, PP2. Par l'expression
pixel polychrome il faut comprendre un ensemble de cellules de décharge contenant
au moins deux couleurs.
[0012] Dans l'exemple de la figure 1, les pixels polychromes PP1, PP2 sont formés chacun
de manière classique à l'aide de quatre cellules de décharge :
- le premier pixel PP1 comprend la première et la seconde cellule C1, C2 dans lesquelles
sont disposées respectivement un élément photoluminescent ou luminophore LB pour le
bleu et un élément photoluminescent LV pour le vert ; ce premier pixel PP1 comporte
en outre deux autres cellules (non représentées) disposées derrière les cellules C1,
C2 dans un plan plus profond que celui de la figure, et contenant l'une un élément
photoluminescent pour le rouge et l'autre un second élément photoluminescent pour
le vert.
- d'une façon semblable, le second pixel polychrome PP2 est formé d'une part par les
troisième et quatrième cellules de décharge C3, C4 contenant respectivement un élément
photoluminescent LB pour le bleu et un élément photoluminescent LV pour le vert, et
d'autre part deux autres cellules de décharge (non représentées) situées dans un plan
plus profond que celui de la figure 1.
[0013] Dans l'exemple montré à la figure 1, on peut observer que les éléments photoluminescents
LB, LV sont munis d'une ouverture 5 réalisée en regard des électrodes lignes Y1 à
Y4. Ces ouvertures 5 sont destinées à mettre les électrodes lignes en contact avec
l'espace gazeux afin de favoriser la décharge électrique. Il est à noter que ces ouvertures
5 peuvent être réalisées uniquement dans la zone située entre les surfaces en regard
des électrodes croisées X1 et Y1 à Y4.
[0014] En ce qui concerne les P.à P du type alternatif, ils présentent un effet de mémoire
qui permet notamment de n'adresser que les cellules de décharge dont on veut modifier
l'état "allumé" ou "éteint". Dans ce type de panneaux, les électrodes sont recouvertes
d'une couche de matériau diélectrique, et elles ne sont donc plus en contact avec
le gaz.
[0015] Parmi les P.à P alternatifs, certains utilisent seulement deux électrodes croisées
pour définir une cellule, comme décrit par exemple dans le brevet au nom de THOMSON-CSF
publié avec le n° 2 417 848.
[0016] On connaît également des P.à P alternatifs dits "à entretien coplanaire", dans lesquels
on utilise trois électrodes ou plus pour former une cellule. On connaît aussi des
P.à P alternatifs dans lesquelles toutes les électrodes sont portées par une même
dalle et sont donc situées d'un même côté par rapport à l'espace gazeux.
[0017] Tous ces P.à P ont en commun, par rapport aux tubes à rayons cathodiques, (ou en
abrégé "T.R.C."), l'avantage notamment de présenter une grande compacité et une écran
plat.
[0018] Cependant les P.à P dont l'écran comporte un ou des luminophores ont l'inconvénient,
par rapport aux T.R.C, de présenter un fort coefficient de réflexion diffuse qui engendre
une image insuffisamment contrastée, quand elle est observée dans une ambiance relativement
lumineuse.
[0019] Sur la figure 1, d'une part une flèche EA orientée vers la dalle avant D1 symbolise
l'éclairement ambiant incident sur cette dalle avant, et d'autre part une seconde
flèche L
r qui sort de la dalle avant D1 symbolise la réflexion diffuse. Enfin, une troisième
flèche L
e symbolise la luminance intrinsèque de l'écran (c'est-à-dire la luminance de l'écran
en éclairage ambiant nul).
[0020] Un écran de P. à P ou un écran de T.R.C. (ce dernier comportant lui aussi une couche
de matériau luminophore) constitue plus ou moins un diffuseur d'éclairement ambiant.
Son rapport de contraste C = L
e/L
r (rapport de la luminance intrinsèque L
e à la luminance rétrodiffusée L
r) est, au premier ordre, proportionnel au rapport de sa luminance intrinsèque L
e à son coefficient de réflexion diffuse r (L
e/r).
[0021] Compte tenu des similitudes entre les écrans de P.à P et les écrans de T.R.C. quant
aux couches de luminophores, ces couches sont réalisées avec des technologies semblables
dans ces deux types d'écran. En conséquence on utilise, pour améliorer le contraste
des P.à P., des solutions semblables à celles des T.R.C.
[0022] Dans le cas du T.R.C., le rendement lumineux du tube est suffisant pour autoriser
(au prix d'une consommation en énergie supplémentaire), des solutions par filtrage
(neutre ou coloré), notamment en utilisant des filtres qui agissent à la fois sur
la luminance intrinsèque L
e et la luminance rétrodiffusée, jusqu'à réduire fortement cette dernière.
[0023] Mais tout système de filtrage induit une perte de luminance, ce qui exige une réserve
d'énergie lumineuse pour conserver une dynamique de luminance suffisante. Les P.à
P ne possèdent pas cette réserve lumineuse, du fait de leur plus faible rendement
lumineux.
[0024] Cependant, des structures trichromes de P.à P munies de filtres colorés sont décrites
dans l'article "A Gaz-Discharge Color Panel for TV Display With Ultra-Low Reflectance,
by TETSUO SAKAI (NHK Laboratories Note serial N° 380 May 1990). On observe que malgré
une amélioration notable du contraste, ce dernier reste encore très en-dessous de
ce qui est obtenu avec un T.R.C.
[0025] Actuellement dans les P.à P, les couches de matériau luminophore c'est-à-dire les
éléments photoluminescents LB, LV dans le cas de l'exemple de la figure 1, sont constituées
d'une couche épaisse pulvérulente dont l'épaisseur E (de l'ordre de 10 micromètres)
est un peu plus faible que dans les T.R.C.
[0026] La couche de matériau luminophore des éléments LB, LV est formée de plusieurs monocouches
de grains G1, G2, G3,..., Gn quasi sphériques. (On appelle "monocouche" une couche
dont l'épaisseur contient un unique grain, et qui est formée par des grains se succédant
dans un plan sensiblement parallèle à celui du support). Les grains luminophores G1
à Gn ont généralement un diamètre moyen de l'ordre de 4 micromètres, avec une dispersion
sur le diamètre relativement importante, qui peut aller de 1 micromètre à 30 micromètres.
[0027] Les inventeurs ont observé que cette dispersion des valeurs de diamètre entraîne
notamment un positionnement anarchique des grains, d'où résulte qu'il faut une épaisseur
relativement importante (c'est-à-dire plusieurs monocouches) pour obtenir un taux
de couverture suffisant pour conserver un rendement lumineux convenable. (On capte
une part d'autant plus grande du rayonnement ultra-violet émis par la décharge que
le taux de couverture est grand).
[0028] Ils ont observé aussi qu'en augmentant l'épaisseur de la couche photoluminescente
et donc le nombre de grains, on tend à augmenter le taux de couverture (et donc le
rendement lumineux), mais que malheureusement le coefficient de réflexion diffuse
r augmente en même temps.
[0029] L'invention concerne les P.à P du type dont la dalle avant (dalle située du côté
de l'observateur) porte un ou des matériaux luminophores. Elle a pour but d'accroître
la qualité de contraste d'image de tels P.à P dans des ambiances relativement lumineuses,
pour atteindre une qualité de contraste d'image semblable à celle des T.R.C., sans
réduire le rendement lumineux ni la dynamique de luminance.
[0030] A cette fin l'invention propose de réaliser une ou des couches photoluminescentes
à l'aide de grains luminophores ayant des diamètres très inférieurs à ceux utilisés
dans l'art connu. Ceci permet de réaliser une ou des couches photoluminescentes présentant
d'une part une grande transparence, et d'autre part un taux de couverture important
avec une épaisseur faible.
[0031] Avec un P.à P, il est possible de remplacer la couche photoluminescente d'épaisseur
forte par une couche d'épaisseur beaucoup plus faible, du fait que le rayonnement
excitateur situé dans l'ultra-violet (principalement entre 150 nm et 200 nm), est
absorbé dans la couche luminophore sur une très faible profondeur par rapport à la
profondeur nécessaire à absorber les électrons dans le cas des T.R.C.
[0032] L'invention concerne donc un panneau à plasma, comportant une dalle avant et une
dalle de fond entre lesquelles est aménagé un espace gazeux, la dalle avant portant
au moins une couche photoluminescente, caractérisé en ce que la couche photoluminescente
est constituée par des grains de matériaux luminophores ayant un diamètre inférieur
à 1,5 micromètre.
[0033] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite à
titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 déjà décrite, montre un panneau à plasma de l'art antérieur ;
- la figure 2 est une vue en coupe semblable à celle de la figure 1, montrant schématiquement
un panneau à plasma dont une dalle avant porte des éléments luminophores conformément
à l'invention.
[0034] La figure 2 montre un panneau à plasma 10 ou P.à P suivant l'invention. Pour simplifier
la description, le P.à P 10 est d'un même type que celui montré à la figure 1, c'est-à-dire
du type continu destiné à afficher une image trichrome. Il comporte une dalle avant
D1 et une dalle de fond D2, entre lesquelles est aménagé un espace gazeux 3.
[0035] La dalle avant D1 porte un réseau d'électrodes lignes dont la représentation est
limitée à quatre électrodes Y1 à Y4. La dalle de fond D2 porte un réseau d'électrodes
colonnes représentées par une unique électrode colonne X1 ; les électrodes colonnes
sont orthogonales aux électrodes lignes Y1 à Y4.
[0036] Chaque croisement d'électrode colonne X1 avec une électrode ligne Y1 à Y4 forme une
cellule de décharge C1 à C4 à laquelle est affecté un élément photoluminescent LB1,
LV1, en matériau luminophore correspondant à une couleur donnée.
[0037] Les éléments photoluminescent LB1, LV1 sont disposés sur la face intérieure 4 de
la dalle avant D1, avec un même pas que le pas des électrodes lignes et colonnes Y1
à Y4, X1.
[0038] Dans l'exemple représenté et comme dans le cas de la figure 1, la première et la
seconde cellules de décharge C1, C2 appartiennent à un premier pixel polychrome PP1,
et les troisième et quatrième cellules C3, C4 appartiennent à un second pixel polychrome
PP2.
[0039] Les cellules de décharge C1 et C3 comportent chacune un élément luminophore LB1 délivrant
un rayonnement centré sur le bleu, et les cellules C2 et C4 comportant chacune un
élément luminophore LV1 délivrant un rayonnement centré sur le vert. Comme dans l'exemple
de la figure 1 les pixels polychromes PP1, PP2 sont formés par quatre cellules, de
telle sorte qu'ils comportent chacun en outre deux autres cellules (non représentées),
situées dans un plan plus profond que le plan de la figure 2, dont l'une contient
un élément luminophore pour le rouge et l'autre un luminophore pour le vert.
[0040] Suivant une caractéristique de l'invention, les éléments photoluminescents LB1, LV1,
sont constitués par des grains luminophores GL1, GL2, GL3,..., GLn dont le diamètre
d1 est inférieur à 1, 5 micromètre. En fait, pour notamment un meilleur rendement
de conversion rayonnement ultraviolet-lumière visible, par les grains lumiphores GL1
à GLn, le diamètre moyen de ces grains (dans un même élément photoluminescent) est
compris de préférence (mais non obligatoirement) entre 0,05 micromètre et 0,5 micromètre.
Les grains GL1 à GLn constituent une couche photoluminescente LB1, LV1, et de préférence
(mais non obligatoirement) la couche photoluminescente a une épaisseur E1 inférieure
à 0,8 micromètre. Il est recommandé en outre que les grains luminophores d'un même
élément photoluminescent LB1, LV1 présentent une faible dispersion de la valeur de
leur diamètre, de l'ordre par exemple de ± 25 % du diamètre moyen. (C'est-à-dire un
diamètre moyen de 1,2 micromètre dans le cas d'une couche contenant un grain ayant
le plus gros diamètre d1, soit 1,5 micromètre). Suivant un mode de réalisation possible
(mais non obligatoire), 90 % des grains GL1 à GLn de matériaux luminophores constituant
la couche photoluminescente LB1, LV1, ont un diamètre compris entre ± 25 % du diamètre
moyen de ces grains.
[0041] Par rapport à l'art antérieur, le fait de former les éléments photoluminescents LB1,
LV1 avec des grains de diamètre beaucoup plus faible, tend à réduire le coefficient
de réflexion diffuse. Pour un même eclairement ambiant EA que dans l'art antérieur,
la luminance rétrodiffusée L
r est beaucoup plus faible, avec une luminance intrinsèque L
e inchangée ou plus forte, d'où résulte un meilleur rapport de contraste C.
[0042] Tout se passe comme si chaque couche de grains luminophores GL1 à GLn devenait plus
transparente et laissait mieux pénétrer dans l'espace gazeux 3 la lumière ambiante.
Il est à noter que ceci peut s'expliquer en partie par la théorie de MIE (voir notamment
la publication : "Diffraction By A Conducting Sphere (dielectric sphere K ----> O)
; Theory of MIE by Born and Wolf (Principles of Optics, Third Revised Edition 1964-65
PERGAMON PRESS). La théorie de MIE traite de la diffusion de la lumière par des particules
diélectriques. Elle montre que des particules sphériques d'un diamètre de l'ordre
d'un tiers la valeur de la longueur d'onde moyenne incidente (soit environ 500 nm
pour la lumière blanche, avec des particules de 150 nm de diamètre), diffusent mille
fois moins de lumière que des grains de même forme et d'un diamètre d'environ 5 micromètres.
[0043] En outre, la faible dispersion dans les diamètres des grains GL1 à GLn permet d'obtenir
un bon taux de couverture (essentiel pour le rendement lumineux) avec peu de monocouches
de grains, de telle sorte que l'épaisseur E1 des éléments photoluminescent peut rester
faible, ce qui est favorable à augmenter la luminance "avant" (lumière émise vers
l'avant c'est-à-dire vers la dalle avant D1 par les grains luminophore GL1 à GLn formant
les éléments LB1, LV1, par rapport à la luminance arrière qui est la lumière émise
par ces grains vers l'arrière c'est-à-dire vers la dalle de fond). La luminance avant
est celle qui sort de la dalle avant D1, et qui donc constitue la luminance intrinsèque
L
e en l'absence de moyen pour réfléchir vers l'avant la luminance arrière. Il en résulte
donc encore une amélioration du rapport de contraste.
[0044] Dans le cas des éléments photoluminescents LB1, LV1 suivant l'invention et compte
tenu de la faible dispersion des diamètres, ils peuvent être constitués avec peu de
monocouches, deux ou trois exemple c'est-à-dire que l'épaisseur E1 des éléments photoluminescent
peut ne comporter que 2 grains luminophores comme dans l'exemple représenté en figure
2 ; on note en outre que dans ce cas l'épaisseur E1 des éléments photosensibles LB1,
LV1 n'est pas plus grande que celle des électrodes lignes Y1 à Y4, comme montré à
la figure 2. Ceci peut correspondre, dans le cas des diamètres moyens les plus forts,
à une épaisseur de l'ordre de 2 micromètres, ce qui est très inférieur aux épaisseurs
de luminophores dans l'art antérieur.
[0045] Globalement on peut estimer que l'invention apporte un gain de 10 en rapport de contraste
par rapport à l'art connu (C passe de 10 à 100 sous 200 lux d'éclairage ambiant).
[0046] Dans l'exemple du P.à P de l'invention montré à la figure 2, chaque cellule de décharge
C1 à C4 est munie d'un élément photoluminescent LB1, LV1 ayant une forme d'îlot ou
pavé en matériau luminophore, les matériaux luminophore étant différents (ou dopés
de manière différente) en fonction de la couleur que l'on désire affecter à chaque
cellule C1 à C4. Mais l'invention s'applique aussi bien dans le cas où la face intérieure
4 de la dalle avant D1 est revêtue d'une couche homogène et ininterrompue, c'est-à-dire
émettant dans une même couleur pour toutes les cellules de décharge.
[0047] L'invention s'applique également dans les P.à P alternatifs à entretien co-planaire
ou non, et elle s'applique aussi bien dans le cas où les électrodes qui constituent
les cellules sont disposées de part et d'autre de l'espace gazeux, que quand elles
sont placées d'un même côté par rapport à ce dernier.
[0048] Les couches de matériaux luminophores utilisées jusqu'à ce jour dans les T.R.C ou
les P.à P sont des couches épaisses, et les grains luminophores sont obtenus le plus
souvent sous phase solide, à partir de poudres de précurseurs oxydes ; les grains
obtenus ont généralement des diamètres supérieurs à 4 micromètres.
[0049] Le matériaux luminophore à très faible granulométrie destiné à constituer une ou
des couches luminescente LB1, LV1 conformes à l'invention, peut avantageusement être
obtenu en utilisant un procédé dit "Sol-Gel" en lui-même connu, qui consiste à synthétiser
des grains à l'aide de précurseurs liquides (en général des alcoxydes). Ce procédé
est très efficace pour la réalisation de micrograins très fins, dont le diamètre est
contrôlé par le pH de la solution.
[0050] Les méthodes classiques de co-précipitation en phase liquide peuvent être utilisée
également pour obtenir des grains fins de diamètre contrôlé. Il est à noter que de
tels procédés obligent cependant à utiliser des techniques relativement délicates
mais bien connues telle que : chauffage intense en lit fluidisé pour le procédé Sol-Gel,
et chauffage en atmosphère contrôlée dans le cas de la co-précipitation, afin de transformer
le gel ou le précipité amorphe en grains monocristallin.
[0051] Il est à noter qu'une méthode dite "Sol-Gel" permettant de réaliser des films luminescents
fins, applicable notamment dans les T.R.C, est décrite dans une demande de brevet
européen publiée sous le n° 0 232 941 A2.
[0052] L'une ou l'autre des méthodes ci-dessus permettent facilement d'obtenir des grains
luminophores ayant un diamètre compris entre 0,01 micromètre et 0,5 micromètre voir
1 micromètre ou plus, avec une faible dispersion dans le diamètre.
[0053] Mais il est possible aussi d'obtenir de tels grains luminophores par d'autres méthodes
classiques, par exemple par croissance en phase gazeuse.
[0054] Les grains luminophores ayant la granulométrie désirée peuvent être déposés sur la
face intérieure 4 de la dalle avant D1 de différentes manières en elles-mêmes classiques,
semblables éventuellement à celles qui sont utilisées dans le cas des T.R.C. trichromes,
ou même dans les P. à P de l'art antérieur, par exemple :
- par sérigraphie;
- par pistolétage;
- par la méthode dite de la tournette (en anglais "Spinning"), etc.
[0055] La réalisation de motifs en forme d'îlots dans la couche luminophore peut être accomplie
par des procédés de microlithographie classiques.
1. Panneau à plasma, comportant une dalle avant (D1) et une dalle de fond (D2) entre
lesquelles est aménagé un espace gazeux (3), la dalle avant (D1) portant au moins
une couche photoluminescente (LB1, LV1), caractérisé en ce que la couche photoluminescente
est constituée par des grains de matériaux luminophores (GL1 à GLn) ayant un diamètre
inférieur à 1,5 micromètre.
2. Panneau à plasma suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche photoluminescente
(LB1, LV1) est divisée en îlots séparés les uns des autres formant des éléments photoluminescents
(LB1, LV1), ledit panneau à plasma comportant des cellules de décharge (C1 à C4) correspondant
chacune à un élément photoluminescent.
3. Panneau à plasma suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments photoluminescents
(LB1, LV1) comprennent au moins deux types d'éléments correspondant à des couleurs
différentes.
4. Panneau à plasma suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments photoluminescents
(LB1, LV1) comprennent au moins trois types d'éléments correspondant à des couleurs
différentes en vue de réaliser des images trichromes.
5. Panneau à plasma suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
la couche photoluminescente (LB1, LV1) a une épaisseur (E1) inférieure à deux micromètres.
6. Panneau à plasma suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
90 % des grains (GL1 à GLn) de matériau luminophore constituant la couche photoluminescente
(LB1, LV1) ont un diamètre compris entre ± 25 % du diamètre moyen de ces grains.
7. Panneau à plasma suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
la couche photoluminescente (LB1, LV1) est constituée par des grains luminophores
(GL1 à GLn) ayant un diamètre (d1) compris entre 0,05 micromètre et 0,5 micromètre.
8. Panneau à plasma suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
la couche photoluminescente (LB1, LV1) a une épaisseur (E1) inférieure à 0,8 micromètre.