FR2683655A1

FR2683655A1 - Variable-contrast visual-display screen

Info

Publication number: FR2683655A1
Application number: FR9113876A
Authority: FR
Inventors: Dubois Jean-Claude
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-05-14

Abstract

The invention relates to a visual-display screen, the contrast of which can be matched to the ambient lighting by virtue of an electrochromic cell placed on the front face of the screen. This type of screen is useful especially in the field of cathode ray tubes in which the contrast is currently provided by filters which have a tendency to permanently attenuate the colours emitted by the cathodoluminescent compounds of the tube.

Description

ECRAN DE VISUALISATION A CONTRASTE
VARIABLE
Le domaine de l'invention est celui des écrans de visualisation, plus précisément ceux qui émettent activement de la lumière, notamment les tubes à rayons cathodiques, mais aussi les écrans à plasma, les écrans électroluminescents etc.CONTRAST VISUALIZATION SCREEN
VARIABLE
The field of the invention is that of display screens, more precisely those which actively emit light, in particular cathode ray tubes, but also plasma screens, electroluminescent screens etc.

L'invention sera décrite plus précisément à propos d'un écran cathodique.The invention will be described more precisely with regard to a cathode-ray screen.

De façon générale, un tube à rayons cathodiques se présente comme une enveloppe cylindrique raccordée à une partie conique, terminée par une glace plane ou légèrement bombée dans laquelle règne un vide aussi poussé que possible. Dans son enceinte, le tube comprend notamment une source d'électrons et un écran cathodoluminescent recouvrant la glace terminale. In general, a cathode ray tube appears as a cylindrical envelope connected to a conical part, terminated by a flat or slightly curved glass in which there is a vacuum as high as possible. In its enclosure, the tube notably includes a source of electrons and a cathodoluminescent screen covering the terminal ice.

L'écran. transforme l'énergie électrique apportée par le faisceau d'électrons sous la forme d'un point (spot) en énergie lumineuse et est constitué par dépôt sur la face interne de la glace, de petits cristaux d'un corps cathodoluminescent. The screen. transforms the electrical energy provided by the electron beam in the form of a point (spot) into light energy and is formed by depositing on the inner face of the ice, small crystals of a cathodoluminescent body.

L'écran peut être recouvert d'une mince pellicule d'aluminium permettant le renvoi vers l'avant de la lumière émise vers l'arrière afin d'améliorer la luminance. La luminance de l'écran étant généralement perçue dans une ambiance lumineuse, il est important de s'intéresser au contraste représentant le rapport entre la luminance du spot et celle (le l'écran en-dehors du spot. Pour accroître le contraste en diminuant la lumière parasite, on peut traiter la surface avant avec une teinture conduisant à une absorption qui se fait à l'aller et au retour pour la lumière provenant de l'extérieur mais également à l'aller pour celle issue du spot. Cependant, ceci conduit à atténuer la brillance du spot et ce de manière permanente même lorsque l'éclairage ambiant est faible. C'est pourquoi la présente invention propose d'adapter le contraste du tube cathodique à l'éclairage ambiant en adaptant la coloration de la face avant du verre encore appelée "dalle". The screen can be covered with a thin aluminum film allowing the emission of the light emitted towards the rear to improve the luminance. The luminance of the screen being generally perceived in a luminous environment, it is important to be interested in the contrast representing the ratio between the luminance of the spot and that (the screen outside the spot. To increase the contrast by decreasing stray light, the front surface can be treated with a dye leading to absorption going back and forth for light coming from outside but also going for that coming from the spot. leads to attenuating the brightness of the spot and this permanently even when the ambient lighting is low. This is why the present invention proposes to adapt the contrast of the cathode ray tube to the ambient lighting by adapting the coloring of the front face. glass also called "slab".

Pour cela l'invention utilise une couche de matériau électrochrome dont les propriétés d'absorption de la lumière varient sous l'effet d'un courant électrique. Ainsi en lumière ambiante diurne, l'absorption de l'écran peut être renforcée pour diminuer la lumière parasite néfaste à la perception des couleurs émises par l'écran alors qu'en lumière nocturne on peut s'affranchir d'une couche absorbante au niveau de l'écran qui dans ce cas limite inutilement les performances des composés cathodoluminescents. For this, the invention uses a layer of electrochromic material whose light absorption properties vary under the effect of an electric current. Thus in daylight ambient light, the absorption of the screen can be reinforced to reduce the stray light harmful to the perception of the colors emitted by the screen whereas in night light one can get rid of an absorbent layer at the level of the screen which in this case unnecessarily limits the performance of cathodoluminescent compounds.

On propose donc selon l'invention de recouvrir d'un matériau électrochrome la surface de l'écran d'un dispositif de visualisation. Le coefficient d'absorption de ce matériau peut alors être commandé électriquement, notamment en fonction de l'éclairage ambiant. On peut en particulier utiliser une cellule photosensible pour mesurer l'éclairage ambiant, et commander la transmission du matériau électrochrome à partir de cette cellule. It is therefore proposed according to the invention to cover with an electrochromic material the surface of the screen of a display device. The absorption coefficient of this material can then be controlled electrically, in particular as a function of the ambient lighting. One can in particular use a photosensitive cell to measure the ambient lighting, and control the transmission of the electrochromic material from this cell.

Plus précisément, la présente invention propose un écran de visualisation à contraste variable, caractérisé en ce que le contraste variable est assuré par
- une cellule (C) placée sur la face avant de l'écran comprenant un matériau électrochrome (M)
- des moyens de commande de ladite cellule en fonction de l'éclairage ambiant.More specifically, the present invention provides a display screen with variable contrast, characterized in that the variable contrast is provided by
- a cell (C) placed on the front face of the screen comprising an electrochromic material (M)
- means for controlling said cell as a function of the ambient lighting.

La cellule (C) comprend de préférence deux substrats transparents sur lesquels sont déposées des électrodes transparentes, une ou plusieurs couches de matériaux électrochromes et au moins une couche d'électrolyte. Le matériau électrochrome peut se colorer par insertion de cations, tels les oxydes W03 ou V205 ou Nez05 ou bien encore TiO2. I1 peut également se colorer par insertion d'anions, tel l'oxyde IrO2, ou bien encore se colorer par désinsertion d'ions tel l'oxyde de
Nickel protoné NiO2, H
L'électrolyte employé peut être un complexe organique formé de polymères de type polyéthers et de sels de métaux alcalins, se présentant sous la forme d'un élastomère, plus agréables à manipuler en grandes dimensions. L'électrolyte employé peut également se présenter solos forme de gel composé de polymère gonflé par un solvant et de sel de métaux alcalins.The cell (C) preferably comprises two transparent substrates on which are deposited transparent electrodes, one or more layers of electrochromic materials and at least one layer of electrolyte. The electrochromic material can be colored by insertion of cations, such as oxides W03 or V205 or Nez05 or even TiO2. It can also be colored by the insertion of anions, such as the oxide IrO2, or alternatively it can be colored by the removal of ions such as the oxide
Protonated nickel NiO2, H
The electrolyte used can be an organic complex formed of polymers of the polyether type and of alkali metal salts, in the form of an elastomer, more pleasant to handle in large dimensions. The electrolyte used can also be provided in the form of a gel composed of a polymer swollen with a solvent and an alkali metal salt.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et des figures annexées parmi lesquelles
- la figure 1 schématise le tube cathodique de visualisation selon l'invention, équipé d'un écran à coloration variable
- la figure 2 illustre une cellule utilisée dans le tube cathodique selon l'invention, comprenant deux couches de matériaux électrochromes différents.The present invention will be better understood and other advantages will appear on reading the description which follows, given without limitation, and the appended figures, among which
- Figure 1 shows schematically the cathode-ray display tube according to the invention, equipped with a screen with variable coloring
- Figure 2 illustrates a cell used in the cathode ray tube according to the invention, comprising two layers of different electrochromic materials.

Dans le cas d'un écran cathodique, le tube cathodique selon l'invention comprend sur la face externe de son écran une cellule (C) comprenant un matériau électrochrome, I'ensemble étant représenté à la figure 1. Cette cellule (C) peut être composée de deux plaques de verre (ou tout autre substrat transparent tels que des films souples de polymère) sur lesquels sont déposées des électrodes transparentes (F) d'oxyde d'Indium et d'Etain. Entre ces électrodes sont insérées une couche de matériau électrochrome (M) et une couche d'électrolyte (E). En effet la coloration d'un système électrochrome sous champ électrique peut résulter de la double insertion d'ions et d'électrons au sein du matériau électrochrome. Il peut s'agir également d'une coloration due à la dés insertion d'ions dans le matériau (M), dans tous ces cas le matériau électrochrome est le siège d'échange avec une couche d'électrolyte (E). Ainsi lorsqu'unie tension est appliquée entre les électrodes, les ions et les électrons migrent au sein de l'électrochrome, diminuant la transmission lumineuse de la cellule (C). A titre d'exemple, une couche de 0,3 m d'épaisseur d'oxyde de tungstène W03 est capable de passer d'une transmission supérieure à 90 % à une transmission inférieure à 10 % lorsque le taux d'insertion est élevé. Les électrochromes employés peuvent se colorer par insertion réversible de cations, il en est ainsi pour les composés W03, V2O5 ou bien encore TiO2. Les méthodes de réalisation de couches minces de ces oxydes sont les méthodes classiques telles que l'évaporation thermique, la pulvérisation cathodique ou les méthodes sol gel. Pour ce type d'électrochrome, l'électrolyte associé peut être chargé en ions de type M , Li olx Na . S'il s'agit d'un électrochrome (M) de type oxyde d'iridium IrO2 se colorant par insertion réversible d'anions, l'électrolyte (E) peut comporter des anions tels que les ions Cl, P, CN ou bien encore OH . L'oxyde d'iridium moins connu, présente l'intérêt de se colorer- en gris et donc de ne pas perturber sélectivement les couleurs émises par l'écran. In the case of a cathode-ray screen, the cathode-ray tube according to the invention comprises on the external face of its screen a cell (C) comprising an electrochromic material, the assembly being represented in FIG. 1. This cell (C) can be composed of two glass plates (or any other transparent substrate such as flexible polymer films) on which are deposited transparent electrodes (F) of Indium and Tin oxide. Between these electrodes are inserted a layer of electrochromic material (M) and an electrolyte layer (E). In fact, the coloring of an electrochromic system under an electric field can result from the double insertion of ions and electrons within the electrochromic material. It may also be a color due to the insertion of ions into the material (M), in all these cases the electrochromic material is the seat of exchange with an electrolyte layer (E). Thus when a voltage is applied between the electrodes, the ions and the electrons migrate within the electrochrome, reducing the light transmission of the cell (C). For example, a 0.3 m thick layer of tungsten oxide W03 is capable of passing from a transmission greater than 90% to a transmission less than 10% when the insertion rate is high. The electrochromes used can be colored by reversible insertion of cations, this is the case for the compounds W03, V2O5 or even TiO2. The methods for producing thin layers of these oxides are conventional methods such as thermal evaporation, sputtering or sol gel methods. For this type of electrochrome, the associated electrolyte can be charged with ions of type M, Li olx Na. If it is an electrochromic (M) of the iridium oxide IrO2 type which is colored by reversible insertion of anions, the electrolyte (E) may comprise anions such as Cl, P, CN ions or else again oh. The lesser known iridium oxide has the advantage of being gray-colored and therefore of not selectively disturbing the colors emitted by the screen.

De préférence l'électrolyte est un polymère élastomère ou un gel facile à utiliser dans les dimensions imposées par la taille de l'écran. A titre d'exemple on peut associer le polyoxyéthylène chargé en carbonate de lithium comme électrolyte avec l'oxyde de tlmgstène WO3 comme électrochrome.Preferably the electrolyte is an elastomeric polymer or an easy to use gel in the dimensions imposed by the size of the screen. By way of example, it is possible to combine polyoxyethylene charged with lithium carbonate as electrolyte with tlmgstene oxide WO3 as electrochromic.

La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une cellule (C) comprenant deux plaques de verre recouvertes d'électrodes transparentes (E), une couche de matériau électrochrome (M) et une couche d'électrolyte (E), les électrodes étant connectées à des moyens de commande (m) associés à une photodiode (P). FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a cell (C) comprising two glass plates covered with transparent electrodes (E), a layer of electrochromic material (M) and a layer of electrolyte (E), the electrodes being connected to control means (m) associated with a photodiode (P).

La cellule (C) fonctionne sur l'insertion ou la désinsertion réversibles d'ions dans le matériau (M) sous l'action d'une tension, entraînant une angmezltation d'absorption de ladite cellule. Or, pour que ces processus soient réversibles, il faut imposer des polarités différentes pour passer d'une coloration de l'écran à une décoloration de l'écran. La photodiode (P) est employée uniquement comme capteur de niveau lumineux ambiant, le signal électrique délivré par cette photodiode est alors envoyé sur des moyens de commande (m) de la cellule (C) dont l'électronique est capable d'induire des polarités opposées. Ainsi lorsque le niveau lumineux détecté est important, la polarité délivrée est telle qu'elle génère une coloration de l'électrochrome, lorsque le niveau lumineux est en-dessous d'un certain seuil, l'électronique intermédiaire délivre une tension de polarité opposée permettant la décoloration par une migration des ions en sens inverse. La cellule (C > est juxtaposée sur la face avant de la dalle (D) du tube cathodique comprenant une source d'électrons (S) capable de venir irradier la dalle et ses composés cathodololuminescents. The cell (C) operates on the reversible insertion or disinsertion of ions into the material (M) under the action of a voltage, causing an absorption angmezltation of said cell. However, for these processes to be reversible, it is necessary to impose different polarities in order to pass from a coloring of the screen to a discoloration of the screen. The photodiode (P) is used only as an ambient light level sensor, the electrical signal delivered by this photodiode is then sent to control means (m) of the cell (C) whose electronics is capable of inducing polarities opposite. Thus when the detected light level is high, the polarity delivered is such that it generates an electrochromic coloration, when the light level is below a certain threshold, the intermediate electronics deliver a voltage of opposite polarity allowing discoloration by migration of ions in the opposite direction. The cell (C> is juxtaposed on the front face of the slab (D) of the cathode ray tube comprising a source of electrons (S) capable of irradiating the slab and its cathodololuminescent compounds.

La figure 2 illustre un autre exemple de cellule (C) pouvant être utilisée dans un tube cathodique selon l'invention comportant deux couches de matériaux électrochromes (M1) et (M2) séparées par une couche d'électrolyte (E). Le matériau (M1) peut être un électrochrome capable de se colorer par insertion réversible de protons, le matériau (M2) peut être un électrochrome capable de se colorer par insertion d'anions et l'électrolyte est alors dans ce cas en mesure de fournir des cations et des anions sous l'action d'une tension. 1l peut s'agir de l'association d'une couche d'oxyde de tungstène W03 (matériau M1), d'une couche d'oxyde d'iridium IrO2 (matériau
M2), l'électrolyte (E) pouvant être du carbonate de propylène chargé en perchlorate de lithium (ions r,i et Cul04 ). L'intérêt des deux couches est double et réside dans le fait d'isoler la couche réactive d'électrolyte (E) d'une électrode (F) de manière à en éviter la dégradation, et de renforcer les variations d'absorption de la cellule électrochrome (C).FIG. 2 illustrates another example of cell (C) which can be used in a cathode ray tube according to the invention comprising two layers of electrochromic materials (M1) and (M2) separated by a layer of electrolyte (E). The material (M1) can be an electrochromic capable of coloring by reversible insertion of protons, the material (M2) can be an electrochromic capable of coloring by insertion of anions and the electrolyte is then in this case able to supply cations and anions under the action of tension. 1l may be the combination of a layer of tungsten oxide W03 (material M1), a layer of iridium oxide IrO2 (material
M2), the electrolyte (E) possibly being propylene carbonate charged with lithium perchlorate (ions r, i and Cul04). The advantage of the two layers is twofold and lies in the fact of isolating the reactive electrolyte layer (E) from an electrode (F) so as to avoid degradation thereof, and of strengthening the absorption variations of the electrochromic cell (C).

Dans le cadre de l'association de deux matériaux électrochromes (M1) et (M2) il peut être également très intéressant de jouer sur les absorptions respectives des matériaux (M1) et (M2) afin de perturber au minimum les couleurs émises par les composés cathodoluminescents. En effet, l'oxyde de tungstène très étudié comme matériau électrochrome présente l'inconvénient de se colorer en bleu, associé à un autre matériau électrochrome se colorant en une autre couleur, l'ensemble permet d'obtenir une absorption sur une plus large gamme de longueurs d'ondes affectant de manière mieux adaptée les couleurs émises par la dalle. II peut être ainsi très intéressant d'utiliser une cellule contenant un matériau (M1) d'oxyde de tungstène (WO3), un électrolyte et un matériau (M2) oxyde de nickel (NiO2) protoné, se colorant en vert par désinsertion de protons. En effet lorsqu'un champ est appliqué sur une telle cellule, W03 se colore en bleu, NiO2 se colore en vert, l'ensemble absorbe alors dans un domaine spectral plus large, conduisant à une déformation moindre de la combinaison des couleurs émises par le matériau cathodoluminescent. Within the framework of the association of two electrochromic materials (M1) and (M2) it can also be very interesting to play on the respective absorptions of the materials (M1) and (M2) in order to disturb at least the colors emitted by the compounds cathodoluminescent. Indeed, tungsten oxide, which is very studied as an electrochromic material, has the drawback of being colored blue, associated with another electrochromic material coloring in another color, the assembly makes it possible to obtain absorption over a wider range. wavelengths more appropriately affecting the colors emitted by the slab. It can thus be very advantageous to use a cell containing a material (M1) of tungsten oxide (WO3), an electrolyte and a material (M2) nickel oxide (NiO2) protonated, coloring in green by desinsertion of protons . When a field is applied to such a cell, W03 colors blue, NiO2 colors green, the whole then absorbs in a wider spectral range, leading to less deformation of the combination of colors emitted by the cathodoluminescent material.

Claims

1. Variable contrast display screen, characterized in that the variable contrast is provided by

- a cell (C) placed on the front face of the screen comprising an electrochromic material (M)

- control means (m) of said cell making it possible to adapt the contrast to the ambient lighting.

2. Display screen according to claim 1, characterized in that the cell (C) comprises two transparent substrates on which are deposited transparent electrodes, one or more layers of electrochromic materials and at least one layer of electrolyte (E).

3. Display screen according to claim 2, characterized in that the cell (C) comprises a layer of electrochromic material coloring by insertion of cations.

4. Display screen according to one of claims 1 to 3, characterized exl that the electrolyte material is a polymer of the polyoxyethylene type charged with alkaline salt.

5. Display screen according to claim 4, characterized in that the electrochromic material is an oxide of type W03, V2O5, Nb2O5 or TiO2.

6. Display screen according to one of claims I to 2, characterized in that the cell comprises two layers of electrochromic materials (MI) and (M2), the material (M1) being colored by insertion of ions, the material (M2) being colored by ion desinsertion, these two layers being separated by an electrochromic layer.

7. Display screen according to claim 6, characterized in that the material (M1) is Tungsten oxide

W03 and that the material (M2) is protonated nickel oxide NiO2, H

8. Display screen according to one of claims I to 7 characterized in that the cell (C) is placed on the front panel of a cathode ray tube.