Les dispositifs d’affichage Les dispositifs d’affichage émissifsémissifs

Jean-Marc FrigerioJean-Marc Frigerio

Institut des NanoSciences de ParisInstitut des NanoSciences de Paris

Université Paris VI - CNRSUniversité Paris VI - CNRS

PlanPlan

IntroductionIntroduction

Des écrans pour la vision humaineDes écrans pour la vision humaine

Les différentes technologies d’affichage émissifsLes différentes technologies d’affichage émissifs

La cathodoluminescenceLa cathodoluminescence

La photoluminescenceLa photoluminescence

L’électroluminescenceL’électroluminescence

ConclusionConclusion

IntroductionIntroduction Le 1Le 1erer dispositif d’affichage électronique : l’oscilloscope dispositif d’affichage électronique : l’oscilloscope

Oscilloscope de Braun (1897)

Karl Ferdinand Braun (1850-1918)Invente l’oscilloscope en 1897

Prix Nobel de Physique 1909 avec Marconi

Telefunken SE-III - 180 lignes (1934)

Des écrans pour la vision humaineDes écrans pour la vision humaine

La trichromieLa trichromie

La synthèse additiveLa synthèse additive

La fusion optiqueLa fusion optique

La fréquence de rafraîchissementLa fréquence de rafraîchissement

Le contrasteLe contraste

La trichromieLa trichromie La possibilité de simuler toutes les impressions colorées avec La possibilité de simuler toutes les impressions colorées avec

trois sources primaires a été découvert par Maxwell en 1850trois sources primaires a été découvert par Maxwell en 1850

L’observateur perçoit la même impression colorée de la source test et du mélange de trois sources rouge, vert et bleu

Rendu incomplet des couleurs en trichromieRendu incomplet des couleurs en trichromie

Intensité relative des primaires RVB pour les rayonnements monochromatiques

Sensibilité relative des différents cônes de la rétine

Système RVBCIE (1931)

Système NTSCNormes FCC

546 nm

700 nm

436 nm

Système SECAMNormes UER

Différents systèmes RVBDifférents systèmes RVB

La synthèse additiveLa synthèse additive Tous les dispositifs d’affichage émissifs sont basés sur le principe Tous les dispositifs d’affichage émissifs sont basés sur le principe

de la synthèse additive :de la synthèse additive :

Le choix des trois primaires va déterminer la zone de l’espace des couleurs que l’on pourra reproduire

La fusion optiqueLa fusion optique L’œil à un pouvoir de séparation limité :L’œil à un pouvoir de séparation limité :

1’ d’arc soit 0,3mm à 1m, des points plus petits sont confondus et leurs couleurs 1’ d’arc soit 0,3mm à 1m, des points plus petits sont confondus et leurs couleurs sont « additionnées »sont « additionnées »

Fréquence angulaire (cycles/degré) Georges Seurat – Le cirque 1890

Mise en œuvre par les impressionnistes en particulier Seurat et SignacMise en œuvre par les impressionnistes en particulier Seurat et Signac

La fréquence de rafraîchissementLa fréquence de rafraîchissement

CFF : Critical Flicker Frequency (fréquence limite de perception d’une variation de la luminosité)

Cette perception dépend beaucoup de la luminosité

Elle est très faible dès que l’on sort de la vision fovéale.

Elle dépend fortement de la longueur d’onde à faible luminosité (on est beaucoup plus sensible au bleu qu’au rouge dans la pénombre)

Le contraste de luminositéLe contraste de luminosité

Un contraste de 20:1 est largement suffisant à condition que le noir soit uniforme.

L’adaptation locale des cônes permet la présence de lumière parasite sur une partie de l’écran à condition qu’elle soit fixe.

En ambiance lumineuse élevée, il vaut mieux privilégier la qualité des noirs (faible lumière renvoyée par l’écran) que la luminosité intrinsèque.

Le contraste des écransLe contraste des écrans

Le contraste intrinsèque (ou dans le noir)Le contraste intrinsèque (ou dans le noir) Diffusion latérale du pixelDiffusion latérale du pixel Lumière diffusée puis guidée dans la dalleLumière diffusée puis guidée dans la dalle Taux d’extinction des polariseurs (LCD)Taux d’extinction des polariseurs (LCD) Rémanence des phosphoresRémanence des phosphores Couramment 500:1Couramment 500:1

Le contraste en présence de lumière ambianteLe contraste en présence de lumière ambiante Réflexion spéculaire de la dalleRéflexion spéculaire de la dalle Réflexion diffuse de la lumière qui pénètre dans l’écranRéflexion diffuse de la lumière qui pénètre dans l’écran Minimum acceptable 10:1Minimum acceptable 10:1 Nécessite 200cd/m² en intérieur, 1500 à 2000 cd/m² en extérieurNécessite 200cd/m² en intérieur, 1500 à 2000 cd/m² en extérieur

Écrans émissifs/non émissifsÉcrans émissifs/non émissifs

Deux possibilités d’obtenir des écrans lumineux :Deux possibilités d’obtenir des écrans lumineux :

Émission des 3 primaires nécessaires à obtenir du blanc et Émission des 3 primaires nécessaires à obtenir du blanc et modulation de leurs intensités relatives pour obtenir les différentes modulation de leurs intensités relatives pour obtenir les différentes couleurs. couleurs. Écrans émissifs Écrans émissifs

Filtrage d’une source blanche avec des filtres correspondants aux 3 Filtrage d’une source blanche avec des filtres correspondants aux 3 primaires (R, V, B) dont on module la transmission avec des cristaux primaires (R, V, B) dont on module la transmission avec des cristaux liquides (LCD) ou la réflexion avec des micro-miroirs (DLP)liquides (LCD) ou la réflexion avec des micro-miroirs (DLP) Écrans non émissifs Écrans non émissifs(La source blanche est obtenue par l’une des technologies des écrans émissifs)(La source blanche est obtenue par l’une des technologies des écrans émissifs)

Projection réelle ou virtuelle Vue directe

CRT LCD DMD CRT Écrans Plats (tubes) (cristaux liquides) (micro-miroirs) (tubes)

EMISSIFS NON EMISSIFS

Plasmas Micro-pointes Électroluminescents Diodes LCD (PDP) (FED) (ELD) (LED-OLED) Cristaux liquides

Différentes technologies de visualisationDifférentes technologies de visualisation

Absorption Emission

f

e

Décroissance rapide

Intensité I = Io exp(-t/)

Indépendant de la température

Luminophore : matériau luminescent : émetteur de lumière

Luminescence ( terme générique )

Fluorescence Phosphorescence

UV Visible IR

380 nm 555 nm 750 nm

e

f

Absorption Emissionm

kT E

Décroissance lente

1/ m = A0 exp(-E/kT)

m : durée de vie de l ’état métastable

Dépend de la température

Les luminophores pour les écrans émissifs

Les matériaux luminophores sont des semi-conducteurs dopés avec des terres rares (Er, Tb, Eu, Ce, Mn) qui conduiront à des transitions internes à l’ion ou avec des couples d’impuretés accepteur-donneur (Al, Cu, Ag).

Ces luminophores se désexcitent en émettant un photon dans le domaine du visible par fluorescence ( < 25ms)

Différentes technologies d’écrans suivant la méthode employée pour exciter les luminophores :

Électronique : électrons accélérés sous vide -> CRT, Micro-Pointes (FED) Photonique : conversion d’UV vers le visible -> Plasmas (PDP) Électrique : Excitation par un courant -> Electroluminescence EL, OLED

CathodoluminescenceCathodoluminescenceEmission de lumière par des luminophores sous «excitation cathodique»Emission de lumière par des luminophores sous «excitation cathodique»

Electrons énergétiquesElectrons énergétiques électrons portés à une certaine énergie sous l’action d’un électrons portés à une certaine énergie sous l’action d’un

champ électriquechamp électrique électrons accélérés sous videélectrons accélérés sous vide

Bombardement des luminophores par les électrons énergétiquesBombardement des luminophores par les électrons énergétiques Émission de lumière visible par désexcitation radiativeÉmission de lumière visible par désexcitation radiative

Générations d’électronsGénérations d’électrons Émission thermo-ionique (Cathode Ray Tube CRT) Émission thermo-ionique (Cathode Ray Tube CRT) Émission par effet de champ (Field Emission Display FED)Émission par effet de champ (Field Emission Display FED)

Génération d’électrons : émission thermo-ioniqueGénération d’électrons : émission thermo-ionique

Filaments de différents types, formes et Filaments de différents types, formes et matériauxmatériaux CRT : 10 keV CRT : 10 keV 40 keV (Haute 40 keV (Haute définition)définition) VFD : (Vacuum Field Display) 50 eV VFD : (Vacuum Field Display) 50 eV

Affichage d’une imageAffichage d’une image

2 jeux de bobines autour du tube 2 jeux de bobines autour du tube créent un champ magnétique déviant créent un champ magnétique déviant les électronsles électrons

Balayage ligne par ligneBalayage ligne par ligne Télévisions : 50Hz, Entrelacé 100HzTélévisions : 50Hz, Entrelacé 100Hz Moniteurs: 60-80HzMoniteurs: 60-80Hz Temps moyen d’excitation du pixel 0,15 µsTemps moyen d’excitation du pixel 0,15 µs

Principe de balayage d’une trame

Émission d’électrons par effet de champÉmission d’électrons par effet de champ

Principe : intensification du champ électrique par effet de pointe jusqu’à arrachage Principe : intensification du champ électrique par effet de pointe jusqu’à arrachage des électronsdes électrons

Avantage : chaque pixel est un « CRT » individuel, épaisseur réduite à 1ou 2 cmAvantage : chaque pixel est un « CRT » individuel, épaisseur réduite à 1ou 2 cm Inconvénient : électrons de plus faible énergie ~ 1 KeVInconvénient : électrons de plus faible énergie ~ 1 KeV

1999 PixTech, Inc. 12.1-inch Field Emission Display (FED)

pour l’U.S. Army

Principe de fonctionnement d’un écran FEDPrincipe de fonctionnement d’un écran FED

Pas de filament, cathode « froide »; rendement supérieurPas de filament, cathode « froide »; rendement supérieur FED: 300 eV FED: 300 eV 8 keV 8 keV

Principe de fabrication d’un écran FEDPrincipe de fabrication d’un écran FED

Principe de fabrication des émetteurs

Ecrans FED: émetteurs en nano-tubes de carbone (CNTs)Ecrans FED: émetteurs en nano-tubes de carbone (CNTs)

CNTs préparés par PECVD triode, CNTs préparés par PECVD triode, tension de la grille:tension de la grille:a = 0 V c = +200 V d = + 300 Va = 0 V c = +200 V d = + 300 VPossibilité de contrôler la densité de CNTs et Possibilité de contrôler la densité de CNTs et la densité de courantla densité de courant

Interactions des ē énergétiques avec les grains du luminophoreInteractions des ē énergétiques avec les grains du luminophore

Les électrons pénètrent dans le matériau et perdent leur énergie lors de collisions Les électrons pénètrent dans le matériau et perdent leur énergie lors de collisions successives avec les ions du réseau en générant:successives avec les ions du réseau en générant:

Rayons XRayons X Paires ePaires e---trous dont certaines donnent lieux à des recombinaisons radiatives-trous dont certaines donnent lieux à des recombinaisons radiatives PhononsPhonons ee-- secondaires internes dont certains ressortiront du grain secondaires internes dont certains ressortiront du grain

Pénétration du faisceau d’électrons dans le grain de luminophore en fonction de

l’énergie des e-.Interaction des électrons avec le matériau

Effet de charge dans les isolants

Conditions de fonctionnement des différents systèmesConditions de fonctionnement des différents systèmes

TV TV TVHDTVHD PTVPTV

Projection Projection

FED FED

TensionTension 25 kV25 kV 30 kV 30 kV 35-40 kV 35-40 kV 300eV – 5 à 8 kV300eV – 5 à 8 kV

Densité de Densité de

courant courant

1 µA/cm1 µA/cm22 3 - 5 µA/cm3 - 5 µA/cm22 20 – 100 µA/cm20 – 100 µA/cm22 10 – 200 µA/cm10 – 200 µA/cm22

10-20 mA/cm10-20 mA/cm22 pour 3kV pour 3kV

(Nanotubes de Carbone) (Nanotubes de Carbone)

Durée Durée

d’excitation du d’excitation du

pixel (RGB)pixel (RGB)

150 ns150 ns 20 – 40 ns20 – 40 ns 150 ns150 ns 30 µs30 µs

Luminophores pour la cathodoluminescenceLuminophores pour la cathodoluminescenceCoordonnéeCoordonnée

ssCIE 1931CIE 1931

NTSCNTSC TVTV TVHDTVHD PTVPTV FEDFED

xxRouge Rouge

y y

0.6250.625

0.3400.340

0.670.67

0.330.33

0.620.62YY22OO22S:EuS:Eu

0.350.35YY22OO22S:EuS:Eu

0.640.64YY22OO33:Eu:Eu

0.350.35YY22OO33:Eu:Eu

xxVertVert

yy

0.2800.280

0.5950.595

0.210.21

0.710.71

0.2970.297ZnS:Cu,AlZnS:Cu,Al

0.5970.597ZnS:Cu,AlZnS:Cu,Al

0.3680.368YY33AlAl55OO1212:Tb:Tb

0.5390.539

0.3330.333GdGd22OO22S:TbS:Tb

0.5560.556

xx

Bleu Bleu y y

0.1550.155

0.070.07

0.140.14

0.080.08

0.150.15

ZnS:Ag,AlZnS:Ag,Al

0.070.07

ZnS:Ag,AlZnS:Ag,Al ZnS:Ag,AlZnS:Ag,Al

0.140.14

YY22SiOSiO55:Ce:Ce

0.090.09

Cu+, Ag+, Al3+: métaux , donneur-accepteurEu3+, Tb3+, Ce3+ : terres rares, transitions internes

Avantages/inconvénients de la cathodoluminescenceAvantages/inconvénients de la cathodoluminescence

Avantages :Avantages : forte luminance et bon rendement lumineux, surtout avec des électrons de forte forte luminance et bon rendement lumineux, surtout avec des électrons de forte

énergieénergie grande dynamique de luminancegrande dynamique de luminance bonne saturation des couleurs primairesbonne saturation des couleurs primaires temps de réponse courttemps de réponse court contrôle aisé du flux d’électrons pour les niveaux de griscontrôle aisé du flux d’électrons pour les niveaux de gris

• Contrainte: Contrainte: enceinte à videenceinte à vide

Inconvénients :Inconvénients : Encombrement du tube pour les CRTEncombrement du tube pour les CRT nécessite l’utilisation de tensions élevéesnécessite l’utilisation de tensions élevées mauvaises coordonnées chromatiques des primairesmauvaises coordonnées chromatiques des primaires

Avenir de la cathodoluminescenceAvenir de la cathodoluminescence

Les écrans à tubes (CRT) sont amenés à disparaîtreLes écrans à tubes (CRT) sont amenés à disparaître(en 2004 ils ne représentent plus que 45% du marché des écrans)(en 2004 ils ne représentent plus que 45% du marché des écrans)

Les écrans à effet de champ (FED)Les écrans à effet de champ (FED) Fort rendement lumineux (comparable aux CRT)Fort rendement lumineux (comparable aux CRT)

Excellent angle de vue et contraste.Excellent angle de vue et contraste.

Problème du vide de l’enceinte et donc du poidsProblème du vide de l’enceinte et donc du poids

Limité pour l’instant à des petites taillesLimité pour l’instant à des petites tailles

Réalisation technologique encore difficile donc onéreuseRéalisation technologique encore difficile donc onéreuse

Un avenir peut-être avec les nanotubes de carboneUn avenir peut-être avec les nanotubes de carbone

La photoluminescence (Écrans Plasmas)La photoluminescence (Écrans Plasmas) 1966 – Inventé par Donald Bitzer et Gene Slottow de l’Université de l’Illinois1966 – Inventé par Donald Bitzer et Gene Slottow de l’Université de l’Illinois 1980 – Première production industrielle limitée à des écrans monochromes1980 – Première production industrielle limitée à des écrans monochromes 1993 – Fujitsu lance le premier écran couleur à plasma (PDP)1993 – Fujitsu lance le premier écran couleur à plasma (PDP) 2004 – Écrans plasmas 52’ et 60’ (130 ou 150 cm de diagonale)2004 – Écrans plasmas 52’ et 60’ (130 ou 150 cm de diagonale)

Principe de la photo-luminescencePrincipe de la photo-luminescence

• Décharge dans un mélange gazeux Xe-Ne ou Ne-Ar créant un plasma émettant des UV Décharge dans un mélange gazeux Xe-Ne ou Ne-Ar créant un plasma émettant des UV (145-180nm)(145-180nm)

• Les phosphores excités par les UV réémettent dans le visible.Les phosphores excités par les UV réémettent dans le visible.

• Chaque sous-pixel est une cellule individuelle (bleu, vert, rouge)Chaque sous-pixel est une cellule individuelle (bleu, vert, rouge)

Émission UV du mélange Xe-NeÉmission UV du mélange Xe-Ne

Réalisation d’un écran à plasmaRéalisation d’un écran à plasma

Les sous-pixels sont organisés par rangéesLes sous-pixels sont organisés par rangéesLe positionnement des deux dalles est critique (~ 25µm)Le positionnement des deux dalles est critique (~ 25µm)

Les dalles doivent résister à la pression atmosphérique (Ar-Xe ~ 200 millibars) ce qui implique une Les dalles doivent résister à la pression atmosphérique (Ar-Xe ~ 200 millibars) ce qui implique une épaisseur de l’ordre de 20mm et un poids de 35-40kg pour un écran de 42’ (105cm de diagonale)épaisseur de l’ordre de 20mm et un poids de 35-40kg pour un écran de 42’ (105cm de diagonale)

Le plasma reste en permanence amorcé Le plasma reste en permanence amorcé noirs peu profonds, consommation importante noirs peu profonds, consommation importante

Image des barrières entre pixelsImage des barrières entre pixels

Phosphores pour la photoluminescencePhosphores pour la photoluminescence

Rouge Vert

Bleu

Rendement des écrans à plasmaRendement des écrans à plasma

Énergie InitialeÉnergie Initiale

Énergie des photons UVÉnergie des photons UV

photons UV excitant la surface du luminophorephotons UV excitant la surface du luminophore

conversion UV-visible conversion UV-visible

photons visibles efficacesphotons visibles efficaces

100%100%

6%6%6%6%

40%40%2,5%2,5%

25%25%0,6%0,6%

40%40%

0.25%0.25%

Consommation de l’ordre de 400W pour un 42’ !Consommation de l’ordre de 400W pour un 42’ !

Diminution de l’efficacité lumineuseDiminution de l’efficacité lumineuse

Origine : Effet des UV, bombardement ionique création de piégesNécessité de comprendre les mécanismes de vieillissement et de chercher des luminophores plus résistants

Bernard Moine LPCML, Villeurbanne

Avantages/inconvénients de la photoluminescenceAvantages/inconvénients de la photoluminescence

Avantages :Avantages : Très bon angle de vue et forte luminanceTrès bon angle de vue et forte luminance Possibilité d’obtenir des très grandes tailles (42’ et même 60’)Possibilité d’obtenir des très grandes tailles (42’ et même 60’) Facilement adaptable à la haute définition Facilement adaptable à la haute définition

Inconvénients :Inconvénients : Faible rendement lumineux Faible rendement lumineux forte consommation électrique forte consommation électrique Contraste un peu faible à cause de la luminance résiduelleContraste un peu faible à cause de la luminance résiduelle Technologie chère et processus de fabrication complexesTechnologie chère et processus de fabrication complexes Problème de la stabilité des luminophores au cours du temps.Problème de la stabilité des luminophores au cours du temps. Poids élevéPoids élevé

1983 1983 –– écran monochrome jaune ZnS:Mnécran monochrome jaune ZnS:Mn1993 1993 –– écran multicouleur vert-jaune-rouge (filtrage) écran multicouleur vert-jaune-rouge (filtrage)2004 – écran 17’ couleur (iFire) 2004 – écran 17’ couleur (iFire)

Structure d’un écran plat Structure d’un écran plat ELEL

L’électroluminescenceL’électroluminescence

Deux structures possibles :

Structure d’un écran électroluminescentStructure d’un écran électroluminescent

Les différents processus physiques

1. Émission d’électrons par effet tunnel à partir de l’interface isolant-semiconducteur.

2. Accélérations des électrons dans la couche de ZnS.

3. Excitation par impact des ions Mn2+ par des électrons suffisamment énergétiques.

4. Désexcitation radiative ou non radiative des centres excités (Mn2+)*.

5. Piégeage des électrons à l’interface opposée isolant – semiconducteur.

6. Multiplication d’électrons par ionisation du ZnS

Processus physiques de l’ électroluminescence (Zns:Mn)Processus physiques de l’ électroluminescence (Zns:Mn)

Contraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescence

Contraintes optiques

Réseau hôte : transparent à une émission dans le domaine visible

largeur de la bande interdite > 3 eV

Centre luminescent :* section efficace d’excitation par impact importante* stable en présence d’un champ électrique de l’ordre de 106 V/cm.* rayon ionique compatible pour une substitution* dopant iso-électronique

Seules les émissions correspondant à des transitions internes à un ion seront efficaces ions à considérer : Mn2+, Ln2+, Ln3+

Les émissions de Eu2+ et Ce3+ correspondent à des transitions permises 5d 4f influence du champ cristallin local sur les orbitales 5d

  Cu+, Pb2+ dans CaS et SrS.

Spectres d’émission, coordonnées chromatiques et temps de déclin de l’émission compatibles avec la visualisation trichrome et la cadence vidéo.

Contraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescence

Contraintes électriques

Objectif : un grand nombre d’électrons transportés à travers le semi-conducteur et accélérés,

par un champ électrique de l’ordre de 1 à 2 MV/cm, jusqu’à des énergies optiques de 2 à 3

eV afin d’exciter par impact les centres luminescents.

  Isolants : Grande constante diélectrique statique et fort champ de claquage

r maximal et épaisseur minimale pour limiter la chute de tension

Supporter un champ électrique de 1 MV/cm sans claquage :

être un très bon isolant pour E < 1 MV/cm.

Niveaux donneurs (volume et surtout interfaces isolant – semi-conducteur) à des

profondeurs de l’ordre de 0.8 à 1 eV

 transport de charges en champ fort :

  Interaction électron-phonon = cause principale du refroidissement des électrons.

  Énergies des phonons optiques plus faibles dans les sulfures comparés aux

oxydes

Contraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescenceContraintes pour l’électroluminescence

Contraintes de mise en formeContraintes de mise en forme

Déposition du luminophore sous forme de couche mince :Déposition du luminophore sous forme de couche mince :

stœchiométrie excellente.stœchiométrie excellente.

meilleure cristallinité possible.meilleure cristallinité possible.

dopage uniforme.dopage uniforme.

bonne adhérence sur la couche précédente.bonne adhérence sur la couche précédente.

La qualité de la couche mince sera déterminante pour :La qualité de la couche mince sera déterminante pour :

les processus radiatifs : diffusion limitée d’énergie entre centres les processus radiatifs : diffusion limitée d’énergie entre centres

luminescents.luminescents.

compétition entre désexcitation radiative/non-radiativecompétition entre désexcitation radiative/non-radiative

les processus de transport et d’accélération des électrons.les processus de transport et d’accélération des électrons.

Traitement thermique nécessaireTraitement thermique nécessaire

600 – 650°C 600 – 650°C = traitement maîtrisé= traitement maîtrisé

> 700°C> 700°C = problèmes importants.= problèmes importants.

Possibilité d’obtenir 2 primaires avec une même sourcePossibilité d’obtenir 2 primaires avec une même source

Émission présentant une bande large

Luminophores à électrons d

Simplification technologique de réalisation de l’écran.

Nécessite une très grande luminance40% de vert, 18% de rouge

Élargissement de la bande par modification de la matrice hôte

Spectre d’émission de ZnS:TbSpectre d’émission de ZnS:TbSpectre d’émission de SrS:CeSpectre d’émission de SrS:Ce SrS:CuSrS:Cu

Spectres d’émission « blanc »Spectres d’émission « blanc »

Spectre d’émission de différents luminophoresSpectre d’émission de différents luminophores

LuminophoresLuminophores

Coordonnées Coordonnées chromatiqueschromatiques

x yx y

RendementRendement

lm/Wlm/W

LuminanceLuminance

cd/mcd/m22 @ 60Hz @ 60Hz

JauneJaune

Zns:MnZns:MnBande largeBande large

= 575 –585 nm= 575 –585 nm0.500.50 0.500.50 3.53.5 400400

RougeRouge Zns:Mn + filtreZns:Mn + filtre 0.650.65 0.350.35 0.80.8 7070

VertVert

ZnS:TbOFZnS:TbOFZns:Mn + filtreZns:Mn + filtreSrs:Ce + filtreSrs:Ce + filtre

0.300.300.470.470.260.26

0.600.600.530.530.630.63

1.01.01.01.00.50.5

1001001601608585

BleuBleu

CaGaCaGa22SS44:Ce:Ce

SrS:Ce,Ag + filtreSrS:Ce,Ag + filtreSrS:Cu,AgSrS:Cu,Ag

0.150.150.100.100.170.17

0.190.190.270.270.160.16

0.020.020.200.200.200.20

101028282828

BlancBlanc SrS:Ce:/ZnS:MnSrS:Ce:/ZnS:MnSrS:Cu/ZnS:MnSrS:Cu/ZnS:Mn

0.460.460.440.44

0.500.500.430.43

470470240240

Performances des différents luminophoresPerformances des différents luminophores

Autres solutions pour la trichromieAutres solutions pour la trichromie

Utilisation de deux luminophores plus des filtres

Trichromie par conversion du bleu

Ecran électroluminescent trichrome (iFire)Ecran électroluminescent trichrome (iFire)

Bleu : (Ba, Mg)Al2S4:EuVert : ZnS:TbRouge : ZnS:Mn (filtré)

(Ba, Mg)Al2S4:Eu

X. Wu,iFire Technology Inc. Canada, EURODISPLAY 2002

Avantages/Inconvénients de l’électroluminescence inorganiqueAvantages/Inconvénients de l’électroluminescence inorganique

Avantages* temps de réponse de l’émission lumineuse < 1 ms

pas de traînage de l’image* robustesse : écran tout solide* grand angle de vue 160°* excellente résolution du pixel : jusqu’à 1 µm* tenue à la température en fonctionnement excellent (-40°C à +85°C)

limites proviennent de l’électronique de commande* très bon contraste (fond noir)* stabilité dans le temps excellent

10% de décroissance sur 20 000 heures

Point faibles* nécessité d’un recuit thermique élevé (650-700°C)* Complexité de l’électronique de commande* Tensions de commande 180 V pour les lignes, 40 V pour les colonnes* structure capacitive dont on peut limiter les inconvénients* puissance consommée de l’ordre de 300 mW/cm2

(mais 90% dans les circuits de commande)* seulement 10% de la lumière émise sort par la face avant il faut piéger le reste

L’électroluminescence organiqueL’électroluminescence organique

Comment une OLED émet de la lumière

Électrons et trousforment des excitons(paire électron-trou)

Une partie des excitons rayonnent

Modification du spectre d’émissionModification du spectre d’émission

Primaires disponibles en électroluminescence organiquePrimaires disponibles en électroluminescence organique

D’après Dow Chemicals

Effet du dopage sur la luminescence de Alq3

L’électroluminescence organiqueL’électroluminescence organique

Avantages Matériaux organiques compatible avec la technologie silicium Très forte luminance (100 000 cd/m²) Forte efficacité lumineuse (~ 30 lm/W) Taille de la zone émissive du µm2 au cm2

Fabrication facile (dépôt des couches par jet d’encre) Fonctionne en basse tension (3 à 10 Volts) Coût de production très faible

Inconvénients Durée de vie faible Se dégrade en présence de O2 , H, H22OO Nécessite des filtres colorés

Utilisation des OLED pour la vision virtuelleUtilisation des OLED pour la vision virtuelle

Microdisplay OLED Optique pour Microdisplay

Vision virtuelle

Vision de l’image en surimpression sur l’environnement

Efficacité lumineuse des différentes technologies émissivesEfficacité lumineuse des différentes technologies émissives

Méthode d’excitation des phosphoresMéthode d’excitation des phosphores

Technologie d’affichageTechnologie d’affichage

Efficacité lumineuseEfficacité lumineuse(lm/W) pour du blanc(lm/W) pour du blanc

Limite théoriqueLimite théorique 220220

Spectre solaire sur terreSpectre solaire sur terre 100100

Photoluminescence : NéonsPhotoluminescence : Néons 6060

Cathodoluminescence à 30 kVCathodoluminescence à 30 kV 3030

CRT avec 50% TOD à 30 kVCRT avec 50% TOD à 30 kV 33

FED avec 50% TOD à 8 kVFED avec 50% TOD à 8 kV 6 - 76 - 7

PTV (CRT en projection)PTV (CRT en projection) 2 - 32 - 3

PDP avec 50% TODPDP avec 50% TOD 0,80,8

LCD TVLCD TV ~ 3~ 3

LED InorganiqueLED Inorganique 9 - 109 - 10

OLED/PLEDOLED/PLED 3 - 5 3 - 5

Electroluminescence ELDElectroluminescence ELD 1 – 21 – 2TOD : Transmission optique de la dalle

ConclusionConclusion CRT : Disparition dans les 20 ans qui viennent.CRT : Disparition dans les 20 ans qui viennent. Prédominance des technologies à cristaux liquides (LCD) Prédominance des technologies à cristaux liquides (LCD)

Les luminophores seront essentiellement utilisés à fabriquer de la lumière blancheLes luminophores seront essentiellement utilisés à fabriquer de la lumière blanche

Écrans informatiques.Écrans informatiques. LCDLCD FED ou ELD pour les applications embarquéesFED ou ELD pour les applications embarquées

TélévisionTélévision LCD pour les petites tailles (en constante progression 42’ actuellement)LCD pour les petites tailles (en constante progression 42’ actuellement) Plasmas au dessus de 100cm de diagonale (disponible 61’ = 156cm)Plasmas au dessus de 100cm de diagonale (disponible 61’ = 156cm) Plus grande taille concurrence de la projection (LCD, DLP)Plus grande taille concurrence de la projection (LCD, DLP)

Applications nomadesApplications nomades LCD, OLED pour les téléphones portablesLCD, OLED pour les téléphones portables Technologies réflectives pour les très basses consommationsTechnologies réflectives pour les très basses consommations

Dernière Nouvelle : Dernière Nouvelle : 7 mars 2005

Samsung présente un 82’ LCD . 6,22 millions de pixels résolution de 1920x1080 au format 16:9 Rapport de contraste de 1200:1 luminosité de 600cd/m². Dimension HT : 1,875m x 1,08m x 4,5cm.