THEsE 11'

outenue le Février 1972, devant 12 Commission d'Exsmen

à

diodes au GaAsP

à

affichage semi-mémorisé.

11'

PR£SENT]jE ^A

\?Jt

THEsE

Ingénieur I N S.A ^" TOULOUSE

Jacky BERNARD

PAR

MM VAUTHIER Président

IRISSOU

JACQ!IESSON ý _Assesseurs

BATAILLER

POUR OBTENIR LE TITRE DE

L'UNIVERSITÉ DE POITIERS

Contribution

à

l'étude du vieillissement des visualisateurs

DOCTEUR INGÉNIEUR ^E ÉLECTRONIQUE UNITE d'ENSEIGNEMENT et de RECHERCHE

SCIENCES FONDAMENTALES et APPLIQUEES

N° C.N.R. . AD 6598

électroluminescents au ZnS Cu et réalisation ^d'un" oscilloscope matriciel"

PAR

PREsENTEE A

POUR OBTENIR LE TITRE DE

Président

THÈSE

Jacky BERNARD

ID,ýnieur ^I N.S.A^." TOULOUSE

IRISSOU JACQ!IESSON ý

ý

Asseslftln

BATAILLER ₎

MM. VAUTHIER

Soutýnuý Iý Février 1971, devant la Commission d'EX/lmýn

L'UNIVERSITÉ DE POITIERS

Contribution

à

J'étude du vieillissement des visualisateurs

DOCTEUR INGÉNIEUR EN ÉLECTRONIQ!J_E UNITE d'ENSEIGNEMENT _{et de RECHERCHE}

SCIENCES FONDAMENTALES et APPLIQUEES

C.N.R.s. A.O. 6598

électroluminescents au ZnS/Cu et réalisation ^d'un "oscilloscope matriciel"

à

diodes au GaAsP

à

affichage semi-mémorisé,

-:-:-:-

Directeurs des Unités d'Ensei(Tlement et de Recherche

Professeur honoraire à la Sorbonne, Membre de l'Institut.

Profesr,eýr honýraire ^à la Sorbonne, Membrc de l'Institut.

Professeur honoraire ^à la Sorbonne, Correspondant ^à l'Académie des Sciences.

Professeur de Physique.

Professeur ^à la Sorbonne.

Professeur ^à la Faculté des Sciences de "tarsei] le.

Professeur ^à la Sorbonne,

Directeur honoraire de l'E.N.S.l!..A.

Professeur ^à la Sorbonne.

Professeur ^à la Sorbonne.

Professeur ^à la Sorbonne.

Professeur ^a, la Sorbonne.

Professeur ^,n. la Sorbonne.

Professeur ^à la Sorbonne.

Professeur de Physique.

Profcsseur ^à la Sorbonne.

Profeoseur de Paléontologie.

U.E.R. Scieýces Exactes et Naturelles.

U.E.R. Sciences Fondnmentale. et Appliquées.

Professeurs honoraires

Paf CD

ORUJSACH SOLEILLET ABLoS

BOOLIGAND CARNIER

Doyenc honoraireý et ane i ens Doyens

IOC. A. ORUMBACH Profesc(>ur de Physique

E. PATTE ProfE:Gscur de Paléontologie

P. BROUSSE Profes::;eur de Mécanique

H. MANSON Profeýseur de Physique

J. FORT Professeur de Mathéma.tiques

"" IPRRHE'I'

WEL CO'M'E

Mme DUBREIL-JACOTIN

D. MAZET

LESIEUR

C ORABOEUF ZOUCIRRJ·W!'N BROUSSE

PA'l'l'E

UNITES ^DIE:lf,EIGI:U·'DIT ET DE RECHERCHE

"Sciences Fxac^{t e s} et Na^tur-e Ll ^ea"

"Sciences Fonè.:l1llentales et Appliquées"

l1li. I. ^{ORA Y} J. FORT

fII4. VAlENSI Gabriel Professeur de Chimie.

CHARrIER Charles Professeur de Physique.

GAVAtJOAN Pierre Professeur de Botanique.

TAIDURY ^Io'éli x Pro^f'esseur- de Chimie.

LEGRAND Jean-Jacques Profefiseur de Biologie Animale.

MATHIEU Gilbert Prof'es sei rr de aéoloýie et M1nýralog1e.

GRAY Elie Professcur de Physique.

RIVAUl:l' René Prof'e sccur- de Physique.

R>SENI3.r::nr. Albert Professour de Chimie Biologiqoo

LAURENT Paul Professeur de Mécan.tque.

OOU3FAULT Pierre Professuur de ^r"at.hérna tiques.

MANSON Numa Professeur de Physique.

'IH)MASSIN René Professeur de Chimie

VAtTrHJER René Professeur de Physique.

GARGQUIL Yves-Michel Prof'e sueur' de Physiologie Animale.

CORDIER Henri Professeur de Méc:mique.

MATHURIN Cla.ude Professe\lr de r.,écanique EZRA Jacques Profc3Belir de ^Ma t.héma_t.iques.

D\srE Philippe Professeur de Microbiologie.

at1I'H Christian Professeur de Paléontologie.

GUICHARDET Alain Professeur dý fw1athém.l'l tiques.

IDSCHER Jean Professeur de Mécanique.

OOID'HALS Raymond Professeur de t1écanique.

MAUREL Raymond Professeur de Chimie.

LAGAHDE Alexis Professeur de Mécanique.

IERNARD Michel Professeur de Chimie.

de FOUqUET Jacques Professeur de Physique ^- E.N.S.H.A.

BATAIlLER Gilles Professeur de Physique ^- I.U.T.

BLANCHARD Christian Professeur de Chimie.- ^1. U.T.

FORT Ja.cques Professeur de Ma.théma tiques.

CAISSO Jules Professeur de Physique

IDUROT Joseph Professcur de Mécanique.

WPUIS Jacques Professeur de Pédoloýie.

PElJBE Jean-Laurent Professeur de Mécanique.

PEYRE Antoine Professeur de Physiologie Animale.

UOC Michal Professeur Associé de Mécanique ^- E.N.S.M.A.

Mle POUSSEt Hélène Professeur sans chaire ^- Physiologie Cellulai re.

H. PIMIEmA Jean Professeur sans chai re - Géologie.

f!tne OOLBEAUL'J' Simone Profe::;seur sans chaire ^- Mathématiques.

ftIt1. MICHON Jean Professeur sans che ⁱ re ^- Biologie Animale.

DEVRIES André Professeur sans ^cnai re ^- Jéologie.

J I\CQUESSON Jean Professeur sans ^{che ;re -} Physý ^ue.

BERNAT Pierre Professeur sans cha ⁱ r-o ^- i1at hérna_ti1 ues.

HARDY Antoine Professeur sans cl.a ⁱ ra ^- :hi:nie.

Mme MIGINIAC Léone Prof'e sseur' sans chaire ^- Chimie.

191. PAYm de la GARANDERIE Hugues Professeur cans C;",1)i re ^- Physique.

GALAND Gérard Professeur sans chaire ^- Physj.;,logie

Animale.

l'DRIN Henri Professeur sans ^{cha ire -} Physique ^1. U. T.

lRNAULT Guy Professeur sans chaire ^- Mathématiques.

MARTINEI' Jean Mattre ^de Conf'é rc ^.ccs ^- Mécanique.

MIGINIAC Philippe ^{Ma.ttre de} Conférences ^- Chimie.

CAUBET Jean-Pierre Mettre de Conférences ^{- Ma}théma

Uýues.

NAYROLES Bernard Maître ^de: Conférences ^- Mécanique I.U.T.

GRILHE Jean Maître de Conf'é r'enc e s - Physique.

WBJCHINSKY Bernard Martre ^d:! Conférences - Chimie Biologique.

GOMEL Maurice Mattrc de Conf'ér-cnce s - Chimie.

/

-:-:-:-:-1-1-1-

-:-

Ma!tres-8.ssistants docteurs

- Mécanique I.U.T.

- Chimie ^I. U.T.

- Chimie,

- Physique.

- Zoologie.

- Physique.

- Mathématiques.

Génie électrique

Chimie BdoloSique.

Chimie.

Physiologie Animale.

Botanique.

Physique.

Zoologie.

Mécanique.

Mécanique.

Physique.

Chimie.

Botanique.

Chimie.

Physique.

Chimie.

Chimie.

Physique.

rý{ý1clug1e Cellulaire.

Chimie.

ýologle Vp.gétale.

Maitre de Conférences ^- Mathématiques E.N.S.M.A.

Mattre de Conférences ^- Infonna.tique et Mécanique Appliquée.

Chargée d'enseignement ^- Mathématiques.

Chargée d'enseignement ^- Mathématiques.

Maitre de Conférences associé ^- Physique.

Ma!tre de Conférences associé ^- Mécanique.

Ma!tre de Conférences associé ^- Mathéma- tiques.

!·lattre

de Conférences Mattre de Conférences Maitre de Conférences

t-1a.ttre de Conférences

Mattre de Conférences Maître de Conférences ýýtre de Conférences Maitre de Conférences I.U.T.

Assistants docteurs.

Il. ORIDI

Ran'

AI2.IARY de ROQUEFORT Thi erry SOOCHET René

M'C. AtrLANNEAU Max BERNARD Claude ýN Jacques

lDJYm Roger

BRISSON Paul

Mme COUTANCEAU Madeleine M. COU'VERrIER Pierre Mme ^DAUNAY Jacqueline ftI4. OORE Marc el

IlJPUY Pierre

Mme GUILLAUME Irène

Mlle GUILLOT Jane M. OUISNEl' Michel

Mme LECLERCQ Ginette M. MANGIN Claude Ml. MARCHAND Claudettý tI4. SOUn. François

'!R0TEl' Gérard

Mae BARI'HELEMY Marie-Claire

Mae PAGE Annie

MM. RACHMAN

SOIDK>N ^Li viu

WC Nguyen Xuan GASC Claude

JACQUESY Jean-Claude COIN'roT André

mINE Pierre SCHREVEL Joseph

lB OOY Ale.in Mle M:>ULIS Nicole

MM. CHANl'REAU Jean

c. travail a ,t, eftectu' au Laboratoire de Luminescence l, d.e l'U.E.R. "Soiences fondamentales et appliquées", sous la direction de IDneieur ^le Professeur BATAILLER qui m'a permis de mener ^à bien ces reoherches et auquel j'exprime ma très profonde gratitude.

Mes remerciements vont en particulier ^à Monsieur le Professeur VAUTHIER pour l'amabilité avec laquelle ^jl a accepté ^la présidence du Jury chargé d'examiner le présent travail. Je dois aussi ^une profonde

reoonnaissance ^à Honsicur le Professeur JACQUESSON qui me fait également l'honneur de participer ^à ce Jury.

Je prie Monsieur IRISSOU, Chef du Service "lticroélectronique"

d.e la Sociét' SINTRA, de bien vouloir trouver ici l'expression de mes três vifs remerciements pour l'attention toute particulière qu'il a

accordée ^à ce travail et pour avoir accepté de faire partie de ce Jury.

Je dois également une vive reconnaissance ^à 1''''Equipement et la Construction Electrique" représentée par Monsieur VOGELSBERGER ^et Monsieur TRAM qui m'ont apporté une aide efficace.

Je remercie chaleureusement toutes lee personnes ^du Laboratoire

qua j'ai llieee à contribution, en ýticulier Monsieur GARCIA et IDnsieur BOISSEAUX, pour leur amicale collaboration.

",

""""

-= _._,___ ^{__a "}

34

2.1. Résultats expérimentaux. Vérification des

constatations de HAHN. 3ý

2.2. Modèle ^de vieillissement d'après HARM. 39 2.). Causes probable. du vieillis.e.ent. 41

1.1. Modèle d'ionisation par chocs. 30

1.2. Schéma électrique équivalent d'ýe cellule. ₃₃

4.2.1. Alimentation de secours. 1

4.2.2. Système de détection de d4fauts et de 14

oommutation. ₁₄

4.2.3. Détection de luminance. 24

4.2.4. Dispositif annexe. 26

4.1. Organigramme général. 1

4.2. Description technologique des éléments 1

constituant le banc. 1

1. Rappela sur la théorie de l'électrolumineocence. 3ý

1. But général. Position du problème. ₂

2. Technologie et caractéristiques des cellules utilisées. ₄ 3. Conditions de vieillissement ^à luminance constante. 6

4. Banc d'e.sai de vieillissement. ₁

2. Vieillissement à tension d'excitation constante d'une cellule 41ectroluminescente selon HAHN.

CHAPITRE I : BANC DE VIEILLISSEMENT D'unE CELLULE ELECTROLUJlINESCEI'1'E. 1

f!!!!!!!_e!!!!! ý!ý!ýýTlý=ý!ý!=2ýýýý!.ýýýýý!!.!

LUMINANCEý-==·===ý=====aa=_=CONSTANTE.

CIAPl!IB

^{II I !:'roDE DU} VIEILLISSEMENT. RESULTATS EXPERIMmTAUX. 29

- ANNEXEs Evolution des ondes de luminance 62

CPPI!RE

^{III :} ASSERVISSEMENT DE LUMINANCE. 64

2.1. Fonctionnement initial. 68

2.2. Fonctionnement après vieillissement. 68

85 83 74 74 79 81 82 74 70 73 70 46 42

51

46

3.3.1. Le comparateur.

3.3.2. Le compteur décimal.

3.3.3. Le convertisseur digital-analogique.

3.3.4. Le sommateur.

3.3.5. L'horloge.

- CODel usion.

3.4.

Rýglages et améliorations.

'qui valent.

3.1. Charne directe.

3.2. Charne de retour.

3.3.

^Le comparateur et le bloc de traitement de l'erreur.

3.1. Conditions de .esure. Carte d'identité initiale de la oellule.

3.2. Généralisation du modèle de HAHN pour un vieil- lissement ^à luminance constante.

3.3. Variations des autres paramètres caract4Sristi-

quee de la cellule en fonction du temps. 55 3.4. Etude comparative d'une cellule métal-06ramique. 58

l.

ýrienee ^de vieillissement ^à luminance constante.

3. Description technologique des éléments de l'asserviss&- MIlt.

1. Elé..nts constitutifs de l'asservissement. 66

2. Principe de fonctionnement. ⁶⁸

88

88 89

90 92 97 90

112 104 106 107 108

117 98 103 104

fonction NI

A

fonction OU

fonction PAS fonction ET

3.3.1. le compteur.

3".ý"2 " Les mémoⁱ re^{0 "}

3.3.3. ^I.e décodeur.

3.3.ý. Réalisation complète.

3.1. Principe.

3.2. Modes de fonctionnement.

3.3. Réalisation pratique du dispositif.

2.1. Principe.

2.2. Choix de l'élément Gýpport d'jnformation.

2.3. L'interface.

1.1. nut du Ulof.ta.r;e.

1.2. Inconvénient d'un balayage type "télt5vi.ion".

REPRESýTATION DES FONCTTONS LoaIQuýS UTILISEES

4.

Perfonnances. AméUorations tec'hniques envisageables.

3. Trancformation arnplitude-espo.ce.

2. Fonctionnement de Il]'oscilloccope matriciel".

1. Général ⁱ tés.

fonction NAND (NS-ET)

CClfCLUSION.

BIBLIOOýAPHIE.

CHAPITRE IV :

88

88 89

98 90

90 92 97

117

112 104 106 107 108 98 103 104

fonction NI

"

fonotion OU

fonction PAS fonction ET

3.3.2. Les mémoirýý.

3.3.3. ^I.e décodeur.

3.3.ý. Réalisation complète.

3.3.1. Le compte:ur.

3.1. Principe.

3.2. Modes de fonctionnement.

3.3. Réalisation pratique du dispositif.

1.1. nut du Ulol.ta.r;e.

1.2. Inconvénient d'un balayage type "t'lévi.ion".

2.1. Principe.

2.2. Choix de l'élément ýýpport d'jnformation.

2.3. L'interfaýe.

REPRESýTATION DES FONCTIONS LOGIQüýS UýILISEE5 4. Perfonnances. Améllorations tý(·hniques envisageableR.

3. Trancformation arnplitude-eRpn.ce.

2. Fonctionnement de "l'oscilloEcope matriciel".

1. Cénéral ⁱtés.

fonction NAND

(}fS-ET)

cSCLUSION.

BIBLIOGýAPHIE.

CHAPITRE IV :

-ý-:-:-=-=-ý-ý-=-=-=-ý-

Les techniques d'affichage d'informations issues par exemple ^de·

calculateurs ou d'appareils ^de mesure moins complexes,connaiGsent actuellement

lUl crand essor et suscitent de nombreuses rechE-rches tant ^a.u niveau du

"mi lieu ^de formation" de l'image qu'au ⁿⁱveau des "techniques ^de commande".

En ce qui coýcernc le prcnier ^{point, parmi touý les} phýnomènes suscepti bles ^de fournir actuellement une ⁱ nf'orma t i on lumir.eu se ^{, l'}électrol^u- 'minescence, aussi bien ^à effet Destriau que celle plus récente ^{à injectlor.}

de porteurs, pr-ésen^t e un intérêt certain. Outre ^{la faci li té de} leur utilü;i'.ý.ion

les cellules (Destriýu) comme ^les diodes (à injection) électroluminescentes présentent l'avantýee de pouvoir êtrp disposécz simplement. lors de leur 'laboration,er. structure matricielle. L'utillsýtion ^{de ces} ýcrans matrir-iels plats, eor-r-errpondan ^t au soueⁱ C'onst"..nt de mi ^r.iat'Jri sa^t i on ý"!s enserrb^Ie e

'lectroniques, a nécessité de nouvelles techniques ^de commande d'affichaGe.

En fait, deux types d'affich::tge peuvent être considérés:

_ l'affichage statique ^où l'information n'évolue pas pendant

8a transcription; ^{c'est le cas} des panneýux de visualisatlon, mais aussi des afticheurs alphanumériques des appareils de mesure.

sa variation en fonetion du tempý qui doit 3tre visualisée.

Ce deýiol" type d'afflchage, ^qUI!: rc.<n.1ise d'une maniýre analogique

un o8cilloocopý, n'a onc.ore que très peu été étudié dana ^le cas d'écrans

I18.triciels.

L'objet do cý mémoire er,t préci:1ément l'étude et la réalisation d'un tel afficheur. Ce travail cc décompooc donc néces3airement ^en deux parties.

la première concerne l'étude du milieu de formation de l'imaee, et est étroitement liée nuxprogrès technoloýiques aetuels. Au début de notre manipulation, les diodes électrol\ýinesccnteý n'étaient

rýr.

eneore de diffusion oourante sur le marché et notre étude s'est portée sur l'nmélioration des

caractéristiques des cellules ^à effet Destrjnn en vue do leur utilisation rationnelle. En effet, fýce aux ûvýtage3 ^d'w.e r,Tandc far.ilité d'utilisation, d'une faible consommýtion, d'une bonne diffur-ion de leur rayonnement, ces cellules et pr-i ^ncf pa^lemen t les cc ^{l Iu l}e s d e +ýTý orC:ll1;q\lý p!"&sentc.,t l'ýr.ýor.-

vénient d'une décroiscýnce très nette de leur luminance en fonction de leur durée de fonctionnement. Cette propriété néceýoite donc la réalisation d'un asservissement permettant ^{l'obtenti on} d'une ^luminance cons^t arrte^,

Cependant, ^si quelques expérienccr. de vieilliBcemýnt ^è tenaion d'excitation ccns tante ^or.t été r-é_ali sé _es

, notýnll!lcnt par ^les constructeurs, aucune, ^à notre connaissnnce, n'a été faito ^à lwninanco constante. Ce dernier type de vieilliasement pent @trc différent ^{du pr'é}

céderrt

_ct il né _{ce ssi te} donc une_, étude complète et approfondie.

La première partie se décompose en trois chapitres:

- le premier chapitre conai^{ete ell} 13 réalioation d'un banc de vieillissement permettant l'étude de l'évolutjQn de la l\ýinance en fonction du temps.

- le second chapitre expoýe les réGultata obtenus lors d'un vieillissement ^à luminance constýlte d'wýe cellule or&ýique ainsi qu'un .odýle d'explication physique ^de celui-ci selon HAHN.

le troisième chapitre concerne ^le projeý d'un asservissement 4. lUBdnance ainsi que Ra r4alioation technýlogiqu ""

tochnique dfafficha.l;e cur écran ma.triciel. Le principe repooe ^our une

diacrétication du siO'l3.1 analogique d'entrée, discrétisation néces8&ire ^iL la représentation

ncnc'tuc

^{l l}o , cui vte d'une semi-mémorisation ^de l'information, destinée ^à a\\emEmter le temps ^d'afft chage ^,

LeG deux tr:..IJ1::.:formateurc or.lpl i tune-C3pace né _ceo sa.i r-ea (ligne ^et colonne), ^{nont des} convor-t tcceurc ar:o.loeiques-di gita.ux que ^lque peu modifiés, qui, associ^{(ýn à} des df!(;ocleu"l"s bin.:lire:;-d6cima.ux, permettent. une correspondance biunivoque entre l'ýplitnde ^du sienal incident ^et la position du point

lumineux (cur une colonne ^ou une liene de l'écrn.n). La semi-mémorioation,

permettant ^un temps ^{d' :lffichage rmffj} caMmcnt important ^{et cC'natant, eot} réalisée

par un système de b3.:;culer: logiquer:. Un dicpooitif présentû.!'it leo caractéris- tiques graphiques ^{et les} possibilitû: d'un oGciJJoscope clý8sique, ^à savoir fonotionnement ^en balaYnGe, fonctioýncMcnt ^{en X.Y.,} variation de la vitesse de balayage """ , a été réalisé et juýtifie le principe propocé.

En fa.it, bien que cet appareil puisse utilioer ^COIT'JJle support

d'informations une m3trice ^de cellules électroluminescentes, des considérations sur le vieillissement non-homogène de l'écran et sur la rapidité ^de réponse de ces cellules, nous ^ont conduit ^à leur préférer ^leo diodes électrolumines-

centes. Ces dernières présentent éGalement uný bonne luminance ^et une dur6e de vie très importante. ^{De plus,} leur commande ^ne nécesDite que des signaux continus de bas niveau, compatibles avec ^les circuits logiques intégrés ^fiables, peu encombrants ^et peu onéreux (type T.T.L.).

Les performanceG ^{de cet} appareil sont également étudiées, ainsi que les améliorations possibleo résultant ^de l'utilisation de circuits pluý performants (H.T.T.L., S.T.T.L.) ou mime d'une int6cration ^à plus grar.de 'chelle.

- ..: _ nm.LISSIMI2fT D'URE _CELLULE

EýUJüJlI8C.mTE.

Apýs n'avoir été longtemps qu'un phénomène physique intéres-

8&I1t., l'électrolumineGcence ^à effet Destriau conna.tt act.uellement. des .;plication. indust.rielles de pluG en plus nombreuses.

En fait., par adjonction d'impuretés, telles que du cuivre ou du chlore, ^de nombreuGes matières sont suscept.ibles d'3t.re rendues 'lectrolumincscentes, c'eýt-à-d.ire capables d'éreission luuineuee sous l'action direct.e d'un champ électrique alterr.atif. C'est le cýs par exemple du sulfure de Zlnc.

Mais, ^le principal défaut commun ^à tous ces matériaux est la di.inut.ion relat.ivement rapide de leur lumir.ance, malgré des conditions d'excitation Lnchangé es, notamment ^0...1 début ^llc. !;:ý f.;.1ctio;-...ncmcr.t. Cet affaiblissement., ainsi que les valr.urs des luminances obtenues sont, bien

.ar,

^{fODctionH du type de} matière électroluwinýscent.e ut.ilisée, du genre

d"" trgc"ture employée ^et des conditions d'utilicat.ion. La figure ¹ donne en exe.ple ^la variation quasi-exponent.ielle de la luminance en fonction

dm te.pe d'une deB cellules ^ut.ilisées en manipulat.ion.

La réalisation d'un système régulateur poce donc ^le problème du

"vieillissement ^à luminance constante" (qui sera étudié au chapitre II), et nécessairement ^{celui de} l'élaboration d'un "banc de vieillissement"

(qui tera l'objet ^du présent chapitre).

Il en résulte que ^si l'on désire une luminance constante, comme c'est le cas dans toutes ^les applications indur.trielles, l'émission lUDdneuse étant une fonction croissante ^{de la} tension d'excitation, un

recalage automatique ^de cette dernière devient nécessaire. Cette régulation peut 3tre réalisée ^{de la} mAnière suivante: grâce ^{à un} capteur adéquat.

la lumière émise est comparée ý une réforýnce ; un affaiblissement ^de luminance au cours du temps ^rlonýc un,sienal d'erreur ^qui commande l'élé- vation de la tension d'cxcitation,jusqu'à obtention de la luminance de référence. Ce système ^ne Rcmble pas poser ^de problpme de principe.

Cependant, des expé r-i ences ont montré que le phénomène de ^v'i e^{r l li} ssement est d'autant plus accéléré ^{que la} tension d'excitation est importante.

Dans le cas }lrýcâddn ^{t I} cette ^tensⁱ on e sL à. chaque ^ins .ill1t augmenté _{e ¬:t le} processus de vieillissement ^{est très} certainement modifié.

Heures

"'000

ýooo

2000

Tension elevee

à 150V"

\

'\

\

ý

,ý

_{._}

...

_--

AG 1 - Affaiblissement de la Luminance en fonction du Temps.

1

s

s

c

""

cellules, fa.briquées par ^la Société "English Electric"

et aimablement prýtées par ^l' "Equipement et la Con8trucý"ion Electrique", sont du type totalement organique (plastique ^- résine), aucune plaque àe métal ou de verre autre _que les électrodes n'intervenant dans leur rialisation.

En effet, les particules de matière phosphorescente, dispersées dans un support organique approprié, sont dioposées en sandwich entre deux plaques de résine por-tant les électrodes, faisant de la cellule un

ýritable condensateur plat. Ce mode de fabrication confère aux panneaux de vinualisation un faible poiùs convenant particulièrement aux matériela

..barqués ^à bord d'aéronefs.

Le ýupport utilisý est une plaque de résine acrylique moulée, transparente, ayant subi au préalable un trai temel1t thermique. Sur cet.t e

plaque est déposée, ^{sous vide, une} élýctroQe transparente. Celle-ci ^est ensuite recouverte d'une mince couche de matière phosphorescente dispers6e dans un liant à base de résine, puis d'une couche de matière ^à constante diélectrique élevée dispersée dans un liant similaire, auementant ainsi ^la constante diélectrique de l'ensemble. Ufie seconde électrode est ensuite déposée sous forme de peinture conductrice, avant de mettre en place la partie arrière ^{de la} cellule, constitué _e elle aussi d'une plaque ^de résine acrylique.

Exoitées BOUS les conditions nominales d'utilisa.tion, ces

aatières électroluminescentes émettent une lumière verte. Les utilisateurs,

en particulier l'industrie aéronautique, préférant une émission rouge, le fabricant a pla.cé sur la face avant de la cellule une troisième couche de résine acrylique rev3tue d'un vernis fluorescent, permettant l'obtention des longueurs d'onde désirées.

Une vue en coupe de l'ensemble ainsi réalisé est donnée en

couche de coloralion

elect rode

transpa ^rente

conglomerat

phosphorcsccýle ^- diè loc tr rque

électrode arrière

FIG 2- Vue en coupe de la cellule.

La cellule se présentant souý forme d'un grand panneau

(432

^x

330

mm) est d'un usinage facile. ^1.0 découpage en pla.quetteset le perçage ^ne présentent pas de difficl1ltés technoIog.i quce^, Les bords des plaquettes sont rectifiés ^et recouverts d'un ciment acrylique servant ^à renforcer la résiGtancý mécanique et snr+out ^à empêcher _la pénétration de l'humidité ^à l'intérieur de la cellule,ce ýli aurait pour effet d'écourter notablement la vie de la cellule.

Les plaquettes ainai obtenues après découpage et utilisées en manipulation présentent ^les dimensions ci-dessous ^:

Longueur ^: 150 mm - largeur ^: 100 mm ^_. épai sseur ^: 5 DUD.

L'étude du vieillissement ne concernant que la matière électro- la.inescente, liée ^à l'enrobýnt, le filtre rouge de la plaquette a été enlevé par fraisage.

De plus, les caractýristiques électriques données par le constructeur 80nt _{les sui}vantee :

tension d'excitation nominale: 115 V,

tréquence d'excitation nominale: 400 Hz,

courant d'excitation à 115 V - 400 Hz ⁼ 1,5 A/m2,

- tension de claquage: 200 V.

Ce dernier paramètre nous a fait choisir 180 V comme valeur cle la tension maximale d'exci·tation lorn des essais.

Quant à la longueu.r d'onde d'émission, elle avoisine 5300 A,o

aveo une luminance de l'ordre de 5,8 foot-lamberts (cf. Ch. II ^- _§ 3.1).

3.

COODITIC*S DE VlEILLISSE!·:-!·ý·l'J' A LUNINANCf. CONSTANTE.

Lors de l'étude pr21iýinaire de vieillissement ^à luminance constante, l'excitation ser-a pr-é_voe pour- envⁱ r-on ^" f!!511ier d'he'lrcs.

Son ampli tude sera fréquemment ^r-éajurrté _e manue llement, de manière ^à obtenir une luminance constante égale ^à celle existýt ^à l'instant in! tial (115 V), Eimulant ainsi un s:,'stème de r-égu ^lation automatique.

Comme nous l'avons vu, l'affaibliG3ement ýc la lumiýýnce ^à tension constante étant ^du type expor.e nt i eI en fonction du t.cmps , les recalages

..ront du m8me type, du moins au début, pour se ramener enbuitý ^à des ýajustements ^du type linéaire (un touton les 24 heures).

Quant aux autres paramètres de fonctionnem£nt (fréýJence d'excitation, tcmp,srature """ ) ils devront t?tre ind':<!.'1t;és. Au cours de la .anipulation, les mesures ùe la puissýýce aýsorbée par la cellule, de

l'intensité, du facteur de puiGsance, scruýt relevéeý ^à chaque réajustement de la tension. Des photographies des ondes ^rle lumjnýce seront prises au cours ^du vieillisseccnt visualisant ainsi leurs mod.ifications éventuelles.

De plus, une cartp. d'jdentité complète de la cellule utilinée dODnant les cour-ben car-acté _ri _st i ques ^classiques, Les ,,"iff6rentý }JéU'éùut!tlet3 du schéma équivalent ^{et une} analyse spectrographique, 3era réalisée au djbut ^{et à la} tin de la manipulation faisant ainsi apparartre les consé- quences ^du vieillissement (cf. Ch. II ^- § ^3.1).

D'autre part, lorsque la tension d'excitation après réajustements

..ccessifs atteindra 180 V (limite que nous nous sommes donnée), nous poarsuivrons ^le vieillissement ^à la tension constante de 180 V.

4. ^BANC D'ESSAI DE Vn:1LLlSSn:SN'r.

4.1. Organir.ramme généra).

L'étude du vieillissement ^à luminance constante nécessite ^en tout premier lieu une excitation ininterrompue pendant une durée minimale de 1000 heures.

Pour cela, la cellule eGt branchée atu bornes d'une alimentation sinusotdale alimentée ^C:lr secteur, conatⁱ tuée d'un osci llateur et d^Iun

amplificateur. Les défauts aléatoires de cette alimentation (par exemple variation de tension de sortie, décaJýge de fréquence, ^ou panne secteur) ne doivent pas a.voir de repercussion au niveau de la cellule.

Cela nécessite deux ^{é l} émcn_{t s} supp^l(mE'ntaires ^: tout d ^Iabord une alimentation sinusoïdale de secours, autonome, et un dispositif de d'tection de défa.uts ct commutatior. qui permettra de laiýýer le montý(c .ans surveillance. Dès qu'un défaut quelconque de l'excitýtion apparaîtra, ce dispositif l'enregjýt.rera et commutera ao^{t ora:..}tiquement ^la charge ^pour l'aliaentation de secours qui aura alors été mice en lonctionnement. la

reai

.. en charge sur l'alimentation principale ýe fera manuellement aprèc analyse ^du défaut enreýistré, permettant ^le dépannage éventuel de celle-ci.

Le dispositif d'excitation de la p1aquette pst représenté en

t1pre

3.

4.2. Description

---ý

technologique

^---

deý éléments constituant

----

le banc.

4.2.1. Alimentation---de SCý0urs.

Elle est constituée d'un oscillateur harmonique et d'un .-pliticateur assurant une excitatjon correcte de la.plaquette. Une

autoDOilie absolue est néce _{ssat r-e, Pour- cela, son} alimentation est réal ⁱ sée par une batterie de 12 V également n.5cessaire au ·fcnctilinnc..went du systÈ=1ale

d. ýtat1on.

a) 'tude ^de l'ýscillateur ^:

Le .ontage utilisé est représenté ^en figure 4a.

apr'. Défaut

"

2-

1-Foncttonnemment Normal.

-

2

1

2 Commutation Visuali.ation

Cellule

1

---

aa"erle

.12v

FIG 3 - 8chýh".- bloc d'e.cltatlon d. la

e""I ".

Alimentation de Secours

0-180v

Alimentation Sinusoïdale

1---

^...

FIG 48- Schéma _de ^l' OSCILLATEUR.

FIG. 4b_

0]

."

ý

,/ ^Ç.li> ýI;'h'l

v

P---ýý----ýý---ý--ý----ý

I I

L . _

---

^-

---

^-

--

^ý_._-

_._--

I I

<-'e

C'est un

oscilln.tý\lr

^{à dé} phau-cge cons t ⁱ tué d 'un

tr;ýsistor uplificateur

de courant et d'un

quadripalc

de

réaction

_qui comprend. la

riaiatance

de charge _ý et tr-oi s

cellules

rt.C. l.e pOlilt de repos

s'obtient

en

ajustant

la

resistance

de

polarisation

_RB. ^r-!OU3 avons choisi :

VCE" 5 ^V et Ic ^{= 1 mA. Les} cat-ac ^té r i ct i que ^s du

transistor

utilisé _(2N 930) nous

donnent:

_VBE ⁼ 0,64 ^V et _ý ý 170 _{( ý} ^ý gain en courant du

transictor travaillant

en

émetteur

cor-nun}, Ces val curs

permettent

la

dtftermina.tion

dell

éléments

_RI. ý 6,ý xn ct _Ti.1ý ^ý 6ýO

xn

, De p lue , h1,e ^{= 5} Ka

d'terminera

la valeur de ^Pc telle que les tr-oi a

cellules

aoi eut

identiques.

p

L'oscillateur

est a.lors

é,,!uivalent,

en

excita.tion alterna.tive,

au schéma

représenté

en fiGUre 4b.

" I - I 5 "

7

-- .... r;, I

-1

-Yz

_'Z t/

-1 .1

.!!L.l

^{Zp 2RL RtZp 1 2 Zp RI ;,}

6 " 1 +

Z ⁺ x +

Z + Zp

+ xZ +

Z (z ⁺ _zp> ⁺ Xl ⁺ _{x ( Z} +

Zp)

^{+ ZX (Z +}

Zp)

L'application de la rýgle de ý2.son permet la détermination

] r

( Z)

d. la tranami ttance ý: en posant ^- '" x

le Zp

L"" 'quations 'videntes ^:

Soit:

Le t ý d ré ý _t d' ^._{f A} Is

&Oý.ur e acýion en couran u reseau panSl ^c le peat ai-'ment 'tre calcul' par ^la méthode des graphes de fluence.

13 ^{" I. -} 14' conduisent au graphe suivant

1

= I s re

R RL

= 29 ^{-- +} 4 --R ⁺ 23

HL

b) étude de l'uýpliricatcu! ^: et

oe qui conduit ^à.

la ¹

le

c

(x3 + 5x2 + 6x + 1) Zp ₊ x2 ₊ 4x ⁺ ₃ WL

Le trýBistor déphasant le signal de

n,

l'obtention d'oscil- lations de pulsation "JI' nécessi te que ^le gain du résoau de réaction soit r4el et n'gatif. Puisque x ^ý jýCW' cette pulsation qui annule la partie iagino.ire du dér.ol!linýtcur est déterr.t"iný'" par l'exprecsion ^:

REMARQUE ^A la pulsation définie précèdenment, le gýin ^du réýýau est 'gal ^{à :}

Dans notre cas, les valeurs n ⁼ 6,ý

rA::-

_nI.' C = 20 r.F condui-

""nt ¹ une fréquence avoisinant 400 ^{Hz. Un} réglacc plus préciA et une diýnution de la distorsion sont ýalisés par ajustement ^de potentiomètres

en 8érie &'Yeo les risistances.

Le .ontage utilisé est un montage clacsique utilisant un seul transistor de Bortie et travaillant ^en olaa.. A.

Avec les valeurs des élýmcnts choisis, la valeurý ^du transistor utilisé convient.

PUisque ^{I =} _{lb et} ^{I =} - J _, le ýain cn courant de l'ensemble devýlt

s e (

Itre au moins égal ^{à 1} pour permettre l'amorçage des oscillations, il en

Nsul te que ^{ý doi t} tare au moⁱ ns éea1 en premi "rc approximati on à :

R

-

Fir. 5a- Schéma cl'! l' AMPLlFICJ.TE'UR

FIG.5 b . - 'tage de puissance

+ 12 v

"

Le transistor de puicsnnce de sortie est couplé à la charge

par un transformateur succeptible de passer le 400 Hz ^BanS introduire de di.torsion glnante.

Il est oommandé par le transistor T2. ^La composition de ceux-ci donn. un circuit dont le schéma équivalent de la figure 5b en présente qualitativement quelques avantages; ^le gain équivalent _ý , ainsi que l'iýdance d'entrée sont en effet nettement supérieurs au gain et impé- danoe du seul transistor T3

(p)

^::; _{ý 2 (?l}

3 +

i-> 3 ^; H11 ^ý (h11)2 ⁺

ý 2

(h11)3

^{) "}

- étage d'adaptatjon ^:

v ⁼ 2 E ⁼ 24 v cm

Le choix ^de la valeur du courant drain (ID ^ý 1mA) tel que le point de fonction- nement se trouvý dans une zone linéaire de la cýactéristique _{ID / Vas'} ^ainsi que les paramètres du transistor (IDSS ⁼ courant drain ^de saturation, _gf transconductance

so

pour In ^ý _Inss' GFS ^a transconductance moyenne au point de fonctionnement

I ý 2 l ⁼ 1,1 A

cm q

FIG. 6-

P = 2 P ý 6 w

cm sm

- étage d'entrée:

-.- .... "-+E

Pour éviter ^unE' action quelconque de ]a résistance d'entrée de l'amplifioateur sur l'or-cillatcur et permettre un réglage du gain, un

'tage ^{adaptateur a été né cccaai r-e, Celui-ci a étý réalisé en utilisant un} transistor ^à effet de champ rr.::>nté cuivan t le schéma de la fieure ci-contr-e performanoes faoilement réalisýbles pýr le TIP 31.

C'est un étage ë.Jnplificat.ýur travaillant en émetteur commun.

La valeur de la tension de base de T2 détermine les résistances de polarisation ^" Il est ^à noter qu'une contre-réaction en continu eat appliquée aur la býse de _T, pýr l'intýrmédiaire ^de _{R1 et R2} permettant une stabilisation on courrlnt de T3" Aucune contre-réaction en alternatif n'a 'té effectuée, ^les pe ^rf'ormances de l' ampli fi ca teur- concernant la bande passante n'étant ^pas

r-echor-chéec

,

La puissance ^à fournir ^à la charge ^El. été choiaie écale ^à.

2 watts et la puissance de Bortie du traneistor ^à ₃ watts, compte tenu du rendement du transformateur et dec limitations du domaine de

fonotionnement du transistor. La résistance _RE étant faible ( ^::' 1 n ), ^la droite de charec statique eGt très verticale et la tension de repos est peu différente de la tension ^d'alimenta.tion (V

Q ^'.:! 11 V). La oharge étant .upposée réaistive, le calcul classique des amplificateurs tývaillant

en olasse ^A définit les cur-ac té _{r-i stiquP.D du} transformateur ^à réaliaer pour obtenir den variations d'environ 560 ^V crGte ^à or!te au ceoondaire

(n ^ý

;5 ),

^{ainsi quo le choix du} transistor. Celui-ci doit Stre tel que