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Cl
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xenon
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argon
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reso
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icsl
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X-Cl
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Pen-
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magnesium dioxide
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chlorine
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monter
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krypton
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fluorine
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phosphorus
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oxygen
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Gene Or Protein
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Etre
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Tre
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DANS
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Seu
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Exi
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Bril
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Mii
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Boi
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Ar 2
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Rol
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Chl
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Tif
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Zfr
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Physical
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2 cl
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de 100 kilohertz
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667 bar
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0,667 bar
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1 N
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Disease
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Tic
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Generic
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nobel gases
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hydrocarbons
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Polymer
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Rayon
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516681A1
Family ID 29318010
Probable Assignee United Technologies Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF OPTIQUE A FLUORESCENCE D'EXCIMERE
Abstract
_________________________________________________________________
UN DISPOSITIF A AFFICHAGE UTILISE UNE DECHARGE ELECTRIQUE PASSANT A
TRAVERS UN MELANGE GAZEUX POUR FORMER UN EXCIMERE QUI EMET UNE
FLUORESCENCE DANS LA REGION BLEUEVERTE DU SPECTRE OPTIQUE.
Description
_________________________________________________________________
Dispositif optique ' fluorescence d'excim're Jomaine echnicue -e
do-ai:e de i'invention est celui des dispositifs f' i C rge c -ui
trans o; rent l'information en Emission de lumieere visiile. Art
anterie=ur Dans le domaine des dispositifs d'affich ge utili- sa' Ln
milieu Emetteur gazeux, tel que des ampoules a neon, des afficheurs l
sept segments,des tubes indica- teurs rnumeriques et des panneaux
indicateurs a plasma, le melange gazeux standard predominant a ete
habituellement au neon, souvent additionne ce faibles quantites
d'autres nobel gases tels que le xenon ou l'argon, qui ameliorent les
caracteristiques electriques par l'effet Penning Ces - 1 nelanges e
mettent dans a rgion de l'orange/rouge du spectre optique, vers
l'extremite inferieure de la r and ponse de l'oeil moyen- L'homme de
l'art a longtemps cherche un gaz ou un melange gazeux qui emet dans la
region du vert ou du bleu du spectre, dans laquelle l'oeil, surtout
s'il s'est accommode a l'obscurite, est plus sensible. Les melanges
les plus reussis recherches jusqu'a present sont ceux decrits dans un
article de G F Watson, Journal of Physics E 8, 981 (1975) Une variante
utilise un melange gazeux qui emt dans l'ultraviolet, le rayon
ultraviolet etant converti en lumiere visible a l'aide d'une substan-
ce lumineuse revetue sur un cote du verre renfermant le melange gazeux
Cette variante presente l'inconvenient que la substance lumineuse a
tendance a reduire la reso- lution du dispositif d'affichage, parce
que la lumiere 3 c emise par la su;starnce lumineuse s'etend sur une
surface plus large que la drcharge actuelle dans le melange ga- zeux
Une autre variante est revelee dans un article de 0 Sahni danrs le SID
International Symposium Digest of Technr icsl Papers 1980, d'kvril
1980, qui decrit un m and lan- ge gazeux de nercure exigeant un contr
8 le de la tempera- ture La necessite d'un controle de la temperature
limite considerallement les app lications pratiques. l Dans la
technique du laser, i'mission dans la partie _ 7 eue/verte du spectre
a ete produite par l'excirnmre d-S lasers utilisant des melanges
gazeux sous haute pression de l'ordre de plusieurs atmospheres et une
decharge a densite electronique elevee d'au moins 1014 electrons oar
centimetre cutique Un exemple typique est celui dcrit+ -r G Marowsky
et al dans le Journal of Chemical Physics, 1153 -(1981). Decouverte de
l'invention L'invention concerne un dispositif d' affichage op- tic
utilisant une decharge electrique a travers un mi- lieu gazeux, dans
lequel des especes excitees ou ionisees produites-a partir des
constituants du'gaz du milieu rea- gissent sous l'action de la
decharge pour former une mole- cule excim ere emettant un rayon
fluorescent dans la re- gion du visible ou ultraviolette du spectre
electromagne- tic. Breve description des dessins la 'igure 1 illustre
une vue eclatee d'une realisa- tion de l'invention; la F'igure 2
illustre la variation avec la longueur d'onde d'une realisation de
l'invention a differentes pressions; la Figure 3 illustre la variation
avec la pression de l'amplitude de l'impulsion et de la brillance
relative de deux m and langes gazeux differents; et la Figure 4
illustre une autre realisation de l'in- vention. Meilleur moyen pour
realiser l'invention Dans l'art anterieur des dispositifs d'affichage
op- tic, le milieu emetteur le plus populaire a ete le neon, qui est
utilise souvent avec de faibles additions de nobel gases tels que le
xenon ou l'argon, et qui emet dans la rb- gion de l'orange/rouge du
spectre visible L'emission du neon se trouve dans la plage de reponse
d'un oeil accom- mode A la lumiere, mais est faiblement apercu par un
oeil accommode a l'obscurite Les hommes de l'art ont longtemps cherche
des m and langes qui emettraient brillamment dans la region du visible
du spectre pres de la region du bleu/ vert dans laquelle un oeil
humain accommode a l'otscuri- tand est plus sensible La technique
anterieure n'a pas per- mise d'atteindre un degre de brillance
raisonnable dans la region spectrale dbsir 6 e,sauf au prix
d'introduction de caracteristiques indesirables. Les dispositifs
d'affichage optique employes com- mercialement utilisent des pressions
de fonctionnement au-dessous ou raisonnablement prochede la pression
atmos- pherique, de sorte qu'un renforcement excessif de grands
panneaux de verre n'est pas n and cessaire; et utilisent seu- lement
des quantites moderees de tension et de courant de sorte qu'une
fourniture d'energie onereuse n'est pas exi- gee Ces conditions sont
considerablement differentes des conditions operatoires des excimeres
de lasers caract and ri- ses par de hautes pressions et des densites
de courant and lectronique tres and levees. On a trouve qu'il est
possible de produire des mo- lecules excimeres (pour l'objet de ce
brevet, le terme excimere signifiera un complexe moleculaire excite
homo- nucleaire et heteronucleaire a' la fois) dans un melange gazeux
avec un rendement raisonnable en utilisant une pression, des tensions
et courants appropri and s aux pan- neaux de plasma conventionnels,
rendant ainsi un dispo- sitif d'affichage optique utilisant un tel
melange pra- tic au point de vue commercial Dans une realisation
particuliere, dans laquelle l'excimere Xe C 12 * est l'ex- cimere
emetteur, l'excimere est forme par la sequence de reaction suivante: e
+ Xe Xe* (3 P 2) + e Xe + C 12 + Xe C 11 + Cl X-Cl + Xe + M + Xe 2 cl
+ M Xe 2 Cl' V 2 Xe + Cl + hpv 450-550: *, 4 dans laquelle M est Ne ou
tout autre gaz tampon adequat. On a trouve que sur une gamme large de
conditions de decharge telles que celles des dispositifs d'affichage
optiques typiques, la molecule precurseuse Xe C 11 est for- mee avec
un grand rendement (dans la plage de dix a trente pourcent), le
rendement etant le plus eleve pour une temperature electronique
moyenne de deux a I q percent uatre electron-Volts environ On a en
outre trouvand que- le rendement de formation de l'excimre triatomique
Xe 2 Cl ft est suffisamment eleve, de sorte qu'une brillance com-
parable a celle de l'art anterieur pour les melanges Pen- ning
contenant du' n and on peut etre atteinte aux pressions k de l'ordre
de la pression atmospherique. Un melange d'exeimeres est teste dans un
appareil illustre partiellement sous forme d'ale vue eclatee dans la
Figure 1, dans lequel des plaques de verre 110 et 112 supportent les
electrodes X et Y 123 et 121, dont les in- tersections localisent les
decharges electriques emet- tant de la lumiere Les electrodes sont
isolees du me- lange gazeux par des fetrilles di and lectriques 130 et
132, formees illustratirement par un dielectrique en verre de 0 025
millimetres revgtu d'une couche and metteuse d' electrons magnesium
dioxide de 2 oo nanometres Les deux feuilles dielectriques soht
separees de 0 1 milli- metre par un obturateur d'espace 140 et le gaz
150 occu- pe l'espace entre elles Des impulsions a amplitude con- tr 8
lable, d'une duree de 250 nanosecondes et d'une vites- se-de
repetition de 100 kilohertz ont'ete appliquees aux extremites exposees
des electrodes 121 et 123 Un coupla- ge capacitif a travers le verre
et les revetements d'loxy- de de -magnsium a produit des decherges A
l'int 4 rieur du gaz o les and lectrods se -roisent. L'emission 4 e la
dkcharge etait observ and e a l'aide d'un photometre a filtre OIE,
dont la reponse s'approche de la reponse de l' oeil humain afin de
mesurer la brillance relative en fonction de la pression et de la
tension Le spectre de lemission de la decharge etait analyse en uti-
lise un monochrcmetre a balayage avec une reponse d'un
rhotomultiplicateur S-5 Le melange gazeux illustratif comprenant
nominalement 2 u de xenon, 1; de chlorine, le restant de neon, a donne
les resultats de test mon- tres dans les figures 2 et 3. La figure 2
illustre le signal spectral mesure du melange d excimeres a deux
pressions differentes. La frigrre 2 A illustre le signal a une
pression de 0 100 tar, montrant les caracteristiques du pic 212 de Xe
Cl' et du pic 214 de la transition la plus forte dans le vi- sitle
dans le melange de Penning neon-xenon, mais pre- sentant seulement une
tres faible intensite dans la re- gion 216 caracteristique a Xe 2 Cl
La Figure 2 B illus- tre le signal du mkme melange a une pression de 0
667 bar, presentant en plus du pic 222 de Xe Cl et du pic 224 du neon,
un pic 226 de Xe 2 Cl* dominant la sortie du spectre Il convient de
noter que l' espece exci- mere est excite avec un tel grand rendement
que la raie de neon 224 est relativement insignifiante En effet, la
couleur caracteristique du neon n'est pas visible pour l'oeil nu. La
Figure 3 A illustre la variation de l'amplitude de l'impulsion avec la
pression dans la realisation de la Figure 1, qui produit une decharge
ayant une largeur d'environ un millimetre et la Figure 3 B miontre la
bril- lance relative de deux m and langes gazeux, le melange gazeux
d'excimeres et le melange de Penning neon-xenon de l'art anterieur La
decharge etait observee a travers un fil- tre CI; et les unites sont
arbitraires On peut voir que l'amplitude de l'impulsion est
substantiellement similai- re pour les deux melanges gazeux, de sorte
que le melange d'excimeres illustratif peut etre utilise avec des
alimenta- tions d'energie conventionnelles appropriees aux disposi-
tifs d'affichage optique de l'art anterieur et dans des conditions
operatoires similaires Dans la Figure 3 B, le melange d'excimeres
illustratif d 4 passe en brillance le 251668 1 I -elange Penning a unl
pression; au-dessud e 267 Dar. i'n r suppose que la colre me criilance
continue a monter m apres C,667 tar, tienque des difficultes puissent
surgir I en maintenant la largeur de La discharge a moins d'un mil-
limetre aux pressions elevees -our les applications ne Ij necessitant
pas une largeur de decharge inferieure a 1 mii- limetre, la
realisation preferee peut avoir une pression superieure a 0,667 bar.
La Figure 4 illustre une autre realisation de l'in- A¦ 1 N 10 vention,
sur laquelle un tube d'affichage de caracteres a sept segments 400 est
presente dans la Figure 4 A, avec une A¦I anode semitransparente 402 a
travers laquelle les sept j segments de cathode 404 sont visibles La
Figure 4 B pre- Ij sente le tube d'affichage vu de cote, l'interieur
du boi- tier 410 etanche aux gaz etant rempli avec le melange ga- j 4
zeux d'excimeres 420 et contenant les cathodes 404, dont Ij les fils
entrent dans le boitier 410 a travers les passa- I 4 gez ue
l'alimentation 406 Les cathodes sont commandees I 4 par des circuits
logiques pour afficheurs conventionnels IS 2 C -on illustres,
fournissant les impulsions de tension d' t 4 excitation: necessaires.
4 'Le melange gazeux peuttre tout m and lange de gaz re- agissant sous
l'influence d'une decharge electrique pour former un excimere emettant
une radiation dans une gamme spectrale desiree En plus de Xe 2 Cl, des
excimeres ad and - j quats emettant dans la region du visible sont Xe
O, Kr O, Ar C, Xe 2 Pr et Xe F D'autres excimeres emettant une radia-
{t tion dans l'ultraviolet et pouvant ainsi etre utilises avec une
substance luminescente sont Ar 2, Kr 2, Xe 2, Ar F, Kr F, Xe F, Ar Cl,
Kr Cl et Xe Cl Les composes ayant le rendement le plus eleve pour la
production d'une radiation i 4 sont protablement des combinaisons d'au
moins un atome d' un element de la colonne zero du tableau periodique
(tel que l'argon, le krypton et le xenon) et au moins un ato- me d'un
element de la septieme colonne (tel que le chlo- re ou le fluor). Le
role du neon dans les reections de la realisa- tion illustree -:eut
Ztre remuli par tout autre gaz tam- Pon adequat Le rol De de c 1 eut
aussi t-re rempli par les com Doses c Gntenant du chl, re tels
que:HCI, CC ou les 'hydrocarbons =zlores qui se dissocient sous
l'iniflu- ence d'une d and charge 'iectrique Dans le cas de Ilexcimere
Xe F, le donneur de fluorine peut etre F 2 ou l F 3 Toute au- tre
decharge electrique telle qu les courants alterna- tif, continu ou Mi
peut eetre utilisee. 1 E VE'I - 1) 1 CA T I C li S l ll 8 Dispositi u
'affici age cotique comprenant: une enceinte etanche aux gaz, dont une
partie est optiquement transmissible dans la region du visible du
spectre electromagnetique, de sorte que le rayon- nement d'affichage
optique peut etre emis a partir dudit dispositif; un n and lange
gazeux predetermine comprenant au tj moins un gaz contenu dans ladite
enceinte etanche aux gaz; et plusieurs electrodes disposees de telle
maniere I O 10 qu'une partie du rayonnement produit a l'interieur de
la- dite enceinte etanche aux gaz sensible a une decharge electrique
passant entre au moins deux desdites electro- des traverse ladite
partie optiquement transmissible de la- dite enceinte etanche aux gaz;
caracterise par - un moyen pour faire passer une decharge electri- que
entre au moins deux desdites electrodes de telle ma- niere que les
atomes d'au moins une sorte de gaz reagis- sent sous l'influence de
ladite decharge electrique pour former des excimeres qui emettent un
rayonnement electro- magnetique apres desexcitation dissociative. 2
Dispositif d'affichage optique selon la re- vendication 1, caracterise
en;ce que lesdits excimeres Emettent un rayonnement a affichage
optique dans le visi- ble. 3 Dispositif d'affichage optique selon la
re- vendication 1, caracterise en ce que lesdits excim 4 res emettent
un rayonnement intermediaire dans l'ultraviolet du spectre
electromagnetique et ledit dispositif d'affi- chage comprenant en
outre un compose phosphorus pour ab- sorber une partie dudit
rayonnement intermediaire et emettant un rayonnement a affichage
optique dans la re- gion du visible du spectre electromagnetique. 4
Dispositif d'affichage optique selon l'une quelconque des
revendications 2 ou 3, caracterise en ce qu'au moins un gaz reagit
pour former des excimeres com- prenant au moins un atome d'un element
de la colonne zfr du tableau:, riodique et au micins un atome d'un
Cl-'mrnt de la serti(percent m Ie colonne du tab,-leau periodique.
Di-so 0,itif d'affichage optique selon la re- vendication 4,
caracierisq en ce que ledit excirnere fait crarri e du roure ccn;rsti
tuie par Xe ni, Xecl et Xe F. Djs-Osjtjf d'affichage optique selon
l'une cuelcrriali dps revendications 2 ou 3, caracterise en ce 3 ue
les r'olecules dudit excimere comprennent au moins un atome d'un
element de la colonne zero du tableau perio- dique et au mioins un
atome d'oxygen. 7 Disoositif d'affichage optique selon l'une
quelconque des revendications 2 ou 3, caracterise en ce qu' au m'oins
une de cette Dluralite d'electrodes est dis- uosee a l'interieur de
ladite enceinte etanche aux gaz.
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