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RÉSUMÉ
La technologie des écrans à plasma a effectué un bond considérable ces dernières années. Ce dispositif de visualisation présente des avantages qui lui sont spécifiques, entre autres son faible encombrement en profondeur, et la possibilité de très grandes tailles. L’écran est constitué d’une matrice de cellules, capables d’émettre un signal lumineux soit vert, soit bleu, soit rouge. Chaque cellule est le siège d’une décharge dans un gaz, qui produit des photons ultraviolets, venant exciter les matériaux luminescents. Cet article détaille les principes généraux de la technologie plasma, les performances techniques, ainsi que la physique de ces panneaux. Sont abordées ensuite les technologies de fabrication de la face avant et de la face arrière.
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Henri DOYEUX : Ingénieur de l’École Polytechnique de Paris (Palaiseau) - Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité (Gif-sur-Yvette et Rennes) - Ancien responsable R&D écrans à plasma à Thomson Plasma Moirans - Responsable du laboratoire « Device Physics and Optics » à Thomson R&D France, Rennes
INTRODUCTION
Les écrans à plasma (PAP pour panneau à plasma) sont un dispositif de visualisation (présentation d’images) basé sur le principe d’une décharge dans un gaz produisant des photons ultraviolets, qui à leur tour excitent des luminophores, lesquels restituent alors des photons visibles soit rouges, soit bleus, soit verts selon la cellule considérée.
Par rapport aux autres technologies de visualisation, les écrans à plasma présentent des atouts spécifiques :
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c’est bien sûr une technologie d’écrans plats, donc à faible encombrement en profondeur, qui la démarque des tubes à rayons cathodiques et des dispositifs de projection ;
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les gammes de produits disponibles commercialement s’étendent actuellement de 81 cm (32 pouces) à 160 cm (63 pouces), et des tailles encore supérieures seront accessibles dans un avenir proche (prototype de 200 cm, soit 80 pouces déjà démontré). Ainsi le « créneau » spécifique des écrans à plasma se définit par : écrans plats de grande taille.
Ce créneau est depuis le début des années 2000 accessible également aux écrans à cristaux liquides, qui après avoir conquis le marché des écrans d’ordinateurs portables, puis des moniteurs de bureau, s’attaquent maintenant au marché de la télévision. Par ailleurs, les rétroprojecteurs à base d’imageurs à DLP (Digital Light Processor) ou à LCOS (Liquid Crystal on Silicon) progressent en performance et en minceur, et jouent aussi sur ce marché des grands écrans plats. Il est probable que les trois technologies [PDP (Plasma Display Panel), LCD (Liquid Crystal Display), projection] coexisteront dans les années à venir.
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3. Physique des écrans à plasma
Comme on l’a déjà expliqué au niveau des principes, le fonctionnement des écrans à plasma repose sur deux conversions d’énergie successives :
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décharge dans un gaz qui convertit l’énergie électrique en photons VUV (Vacuum UV) ;
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photoluminescence des luminophores qui convertit les photons VUV en photons visibles.
Nous donnerons maintenant les notions de base de ces deux phénomènes physiques, et leurs particularités dans le cas de l’application PAP.
3.1 Décharge dans les gaz
Les décharges dans les gaz ont été étudiées depuis de nombreuses années . L’expérience de base schématisée figure 3 consiste à réaliser une enceinte enfermant deux électrodes métalliques et un gaz, et à tracer la caractéristique courant-tension du dispositif tout en observant la lumière émise par le système. On obtient une courbe fortement non linaire avec en particulier :
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un courant très faible tant que la tension n’atteint pas une valeur seuil, qui est de l’ordre de la centaine ou quelques centaines de volts. Ce fait traduit que, au-dessous du seuil, le gaz est un isolant ou un quasi-isolant. On observe aussi que le faible courant mesuré dépend des conditions extérieures au dispositif, comme par exemple la présence d’une source de particules ionisantes ;
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dès que le seuil de tension est atteint, le courant augmente brutalement de plusieurs ordres de grandeur (en fait pour réaliser l’expérience on doit limiter le courant dans le dispositif, sinon on peut aboutir à sa destruction par arc électrique). Ceci traduit que dès que le seuil de tension est dépassé, le gaz devient conducteur, on dit qu’il y a claquage dans le gaz. On observe que, au-dessus...
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