Brevet FR2156573A1 — publié le 19730601

La présente invention concerne un transmetteur de lumière à un dispositif d'affichage à cristaux liquides et plus particulibèrement une plaque en une matière guidant la lumière et de configuration choisie pour guider la lumière émise en son foyer jusqu'à Une surface qui la projette uni- formément sur tm dispositif d'affichage à cristaux liquides. Divers brevets concernant les cristaux liquides et en particulier des brevets décrivant des transmetteurs de lumière ont été pris antérieurement à la présente invention; parmi ceux-ci, on peut citer à titre d'exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 322 485 intitulé "Electro Optical Elements Utilizing an Organie Nematic Compound, qui décrit la mise en oeuvre d'un faisceau de lumière incidente pour réaliser un affichage par cristaux liquides. De même, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n ) 575 491 intitulé "Decra@sing Response Time of Liquid Crystals" décrit une source de lumière.Un troisième brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 551 026 intitulé "Control of Optical Properties of Materials with Liquid Crystalsl' décrit aussi la mise en oeuvre d'une source de lumière associée à eleis appareils d'affichage à cristaux liquides. Une description nettement plus complète de la mise en oeuvre d'une source de lumière pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides figure dans l'article intitulé "Light Valve is Bright Spot for Liquid Crystals" paru dans le numéro du 9 novembre 1970 de la revue Electronics Review. page 93. La figure de cet article représente un projecteur de lumière qui comporte un miroir de concentration de la lumière sur un autre miroir et une tige.La lumière en provenance de autre miroir et de la tige est concentrée par un objectif de projection sur un ensemble à cristaux liquides. En l'ab- sence dtimage, la lumière projetée est simplement réfléchie par les cristaux liquides et empêchée par ladite tige d'at- teindre un écran d'affichage. En présence dtune image, une diffusion dynamique se produit dans le cristal liquide en réponse à un signal d'entrée et la lumière projetée est diffusée et passe au-delà de la tige en direction de ltécran d'affichage des caractères appliqués à ltentrée. La présente invention concerne une plaque, limitée par une surface courbe, en une matière transmettant la lumière, cette plaque étant incurvée et comportant une surface doublement biseautée, destinée à réfléchir uniformément la lumière émise au foyer de ladite courbe, à travers une des surfaces biseautées (inclinées), en direction dtun dispositif d'affichage à cristaux liquides. Cette surface inclinée est dépolie de manière à diffuser la lumière en direction dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides. L'autre surface biseautée est très polie pour empêcher toute concentration de lumière en direction du dispositif d'affichage à cristaux liquides.Les angles des surfaces biseautées sont taillés à la demande pour une application déterminée, de manière que la lumière soit dirigée uniformément en direction du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Dans une forme de réalisation avantageuse, cette plaque incurvée est en matière plastique ("Plexiglass") et limitée par une surface parabolique percée d'un trou au foyer. Une source de lumière est placée dans ladite ouverture dont la surface est également dépolie pour permettre à la lumière de pénétrer dans ladite plaque. Une matière réfléchissante telle que l'aluminium poli, ltargent poli ou autre, est placée contre la partie limitée par une courbe de la plaque parabolique pour réfléchir la lumière émanant du foyer et dirigée sur la surface biseautée de cette plaque. Les autres surfaces incurvées de cette plaque sont polies, de manière que la lumière reste à l'intérieur de cette plaque et soit concentrée en direction de la surface biseautée.Une de ces surfaces biseautées est taillée sous un angle qui est fonction- des positions relatives du transmetteur de lumière et du dispositif d'affichage à cristaux liquides et qui dépend de ltépaisseur du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Théoriquement, toute la lumière ayant traversé- la surface biseautée est concentrée uniformément sur le dispositif d'affichage à cristaux liquides. Cette surface est dépolie, par exemple par attaque chimique ou par sablage, pour permettre à la lumière de diffuser uniformément de ladite surface en direction du dispositif dtaffichage à cristaux liquides.L'autre surface biseaute est talle sous un angle choisi pour empêcher toute concentration de la lumière le long du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Bien qu'on puisse avoir recours à d'autre courbures dans d'autres foire-s de réalisation, avec ou sans surface biseautée émettant de la lumière, il est plus difficile alors de réaliser une répartition relativement uniforme de le lumière sur le dispositif d'affchage à cristaux liquides. Des zones de concentration de la lumière souvent dénommées "points chauds" sont observées sur les dispositifs d'affichage à cristaux liquides. L'invention a donc pour objets un procédé et un transmetteur de lumière perfectionné, qui crée une distri but ion relativement uniforme de la lumière sur un dispositif d'affichage à cristaux liquides et qui est limité par une surface courbe. La projection de la lumière, provenant d'une source placée à son foyer, sur un dispositif d'affichage à cristaux liquides.Le transmetteur selon l'invention, réduit considérablement les zones de concentration indésirables de la lumière dans ledit dispositif d'affichage à cristaux liquides par sa forme incurvée et conporte une surface biseantée pour diriger la lumière uniformément sur ce dispositif d'affichage; ce transmetteur, qui est relativement peu coûteux, est constitué par une plaque en une matière guidant la lumière et limitée par une surface de forme parabolique orientée sur des surfaces réfléchissantes appropriées pour pro jeter uniformément la lumière provenant d'une surface biseautée sur le dispositif d'affichage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés '.1 titre d'exemples nullement limitatifs. Sur ces dessins la figure 1 est une vue avec arrachement partiel d'un calculateur élcetronique, représentant d'une manière générale les positions relatives du transmetteur de lumière et du dispositif d'affichage à cristaux liquides; l figure 2 est une élévation du transmetteur de lumière de la figure 1 et montre Ia projection de la lumière provenant d'une surface biseautée du transmetteur vers un dispositif d'affichage à cristaux liquides; la figure 5 est une vue par dessous du transmetteur de lomière de la figure 2 et représente la forme parabolique de la réalisation préférée et les dimensions relatives de l'arête bisQ wée et du dispositif d'affichage à cristaux liquides; et la figure 4 4 est une vue en perspective du transmetteur de lumière et représente plus clairement ce dernier, ainsi que le dispositif d'affichage à cristaux liquides. La figure 1 représente un calculateur électronique 1 de bureau qui comprend un clavier 2, une enveloppe supérieure 3, une enveloppe inférieure 4 et l'appareillage électronique représenté d'une manière générale par les circuits intégrés 5, 6 et 7 placés à l'intérieur de l'envelop- pe 4. Le calculateur i comprend égalelnent un couvercle ar- rière 8, un interrupteur 9 et un capot 10. Le dispositif d'aftichage à cristaux liquides 11 est placé dans un support 12 qui est fixé au fond de 1' enveloppe 4. Le transmetteur 13 de lumière est monté derrière le dispositif d'affichage à cristaux liquides, sur un support 14. Le transmetteur de lumière est au-dessus du dispositif d'affichage, de manière que seule la lumière de ce dispositif soit visible po un observateur. La surface de la plaque 15 située à l'avant du dispositif d'affichage Il à cristaux liquides est, par exemple revAetue d'une substance absorbant la lumière, par exemple de peinture noire, de papier ou d'une autre matière, De plus, la surface de la couche 16 située à l'arrière du dispositif Il d'affichage à cristaux liquides comporte une couche semblable de matière absorbant la lumière.Du fait des positions relatives du transmetteur de lumière et du dispositif 11 d'affichage à cristaux liquides, un observateur ne voit que la lumière omise par le dispositif d'affichage à cristaux liquides en vue d'afficher des caractères engendrés par un signal d'entrée, ou le résultat d'un calcul effectué par le calculateur électronique. L?enveloppe du calculateur et la plus grande partie de ce dernier peuvent être constituées par des pièces en matière plastique moulés ou extrudée. Le clavier comporte des touches chargées par un ressort et qui appliquent des impulsions électriques à l'appareillage électronique du calculateur. Ces impulsions sont converties en information qui est destinée à commander le dispositif d'affichage. Pour plus de commodité, les liaisons mutuelles entre les touches, l'appareillage électronique du calculateur et le dispositif d'affichage qui cristaux liquides ainsi que d'autre connexions électriques ont été supprimés.La figure 1 représente une forme de réalisation du transmetteur 13 de lumière en corrélation avec un dispositif d'affichage à cristaux liquides. Par veilleurs, le dispositif d'affichage à cristaux liquides n'est représenté que de manière générale. Il est bien entendu lue, dans une forme de réalisation , un dispositif d'affichage à cristaux liquides est constitué par deux plaques parallèles séparées par une distance suffisante pour loger une cruche de cristaux liquides. Ces plaques parallèles peuvent être revêtues par des matières conductrices transparentes, par exemple par de l'oxyde d'étain, déposées sur les surfaces inter cures de ces plaques.On distingue trois grandes catégories de matières mésomorphes, ou cristaux liquides, en fonction do leurs structures moléculaires, à savoir les matières nématiques, chloestériques et smectiques On peut choisir et mettre en oeuvre divers types de cristaux liquides pour réaliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides, en accord avec les tech- niques connues. Les cristaux liquides sont normalement au repos et pratiquement transparents en l'absence de tension appliquée. Chaque fois qu'on applique des tensions de comniande d'une valeur et d'une durée suffisantes aux conducteurs situés des deux côtés des cristaux, 1 champ électrique modifie la structure moléculaire des matières formées de cristaux liquides, de mainère qu'elles deviennent opaques. Par conséquent, la lumière dirigée sur la matière des cristaux liquides devenue opaque est diffssée vers l'avant et crée un contraste avec la matière constituée par des cristaux liquides qui restent au repos. Quand on supprime les tensions de commande, cette ratière redevient transparente après un intervalle de temps fini. Les disposiifs d'affichage à cristaux liquides peuvent fonctionner par transmission ou réflexion. Un dispositif d'affichage par transmission diffuse la lumière provenant de la plaque arrière à travers une plaque avant transparete. Un dispositif fonctionnant par réflexion diffuse vers l'avant la lumière dirigée de la plaque avant vers la plaque arrière.La lumière est réfléchie par un mi rolr plan arrière. I.s forme de réalisation représentée selon l'invention est un dispositif d'affichage fonctionnant par transmission. Un dispositif d'affichage fonctionnant par réflexion nécessite des modifications de la structure de l'enveloppe pour pouvoir utiliser le transmetteur de lumière 15. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides représenté en partie comprend un certain nombre d'éléments d'affichage dc chiffres ou de lettres, à raison d'un chiffre ou lettre par position.La figure 4 représente une réalisation pour huit chiffres. Des conducteurs électriques sont reliés à chaque tronçon ds conducteur de chaque position pour réaliser un affichage correct en réponse à une tension de commande. On ne pense pas que des détails supplémentaires concernant les cristaux liquides solent nécessaires pour compléter la description de la forte de réalisation du transmetteur de lumière 13 décrit et représenté sur les figures. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le transmetteur de lumière 15 est placé légèrement au-dessus du dispositif d'affichage à cristaux liquides si bien que, lorsque ce dernier n' est pas en action, la lumière provenant du transmetteur n'est pas visible par un observateur. Si le transmetteur comporte une surface non biseautée, c'est-à-dire plane, par exemple, Si le transmetteur de lumière 13 était disposé juste derrière le dispositif d'affichage à cristaux liquides, de la lumière serait visible. La surface 17 doublement biseautée est plus clairemet visible sur la figure 2. Bien que le verre ou toute autre matière transmettant ou guidant la lumière soit utilisable, le transmetteur de lumière 13 est réalisé, sous sa forme préféré@, en une matière plastique ut qui peut être moulée et polie dans le but d'obtenir la configuration désirée. Les formes de réslisation représentées sur les figures comportent une surface parabolique aboutissant à la surface biseautée 17. la couvhe réfléchissante 28 est collée à l'extrémité limitée par une surface cour@e, ou fermée d'une autre manière sur ladite surface, du transmetteur de lumière,si bien que la lumière de la soures lumineuse 29 dans l'ouverture 20 au foyer du transmetteur de lumière 15 est réfléchie par ladite surface incurvée en direction de la surface biseautée 17.La surface intérieuro 21 du trou ou ouverture 20 est dépolie, par exemple par attaque chimique, de manière que la lumière provenant de la source 29 pénètre facilement dans le transmetteur de lumière. Cette lumière est ensuite réfléchie par la surface réfléchissante 28 et des autres surfaces courbes identifiées par les références 22 et 23 en direetion de la surface biseautée. L'ensemble des rayons lumineux est représenté par la référence 2) pour la fie 2. La surface 17 est constituée par deux faces biseautées 18 et 19. Ces faces sont en général taillées sous un angle supérieur à 45 par rapport à un plan horizontal passant par le transmatteur de lumière 15. L'angle de la face inférieure 19 est déterminé en fonction de la position du transmetteur de lumière 13 par rapport au dispositif 11 d'affichage à cristaux liquides et de la hauteur dudit dispositif d'affichage il. Il est préférable que toute la lumière provenant de la face 19 soit projetée uniformément sur le dispositif 11 d'affichage à cristaux liquides de manière à éviter la perte de la lumière en excès, et que la lumière ne soit pas exagérément concentrée dans une zone du dispositif d'affichage à cristaux liquides.De plus, la face 19 est dépolie de manière à diffuser unifermément la lumière en direction du dispositif 11 d'affichage à cristaux liquides. En l'ahsence de dépolissage, la lumière provenant de la source 29 tendrait à se concentrer dans certaines régions du dispositif d'affichage 11. La face supérieure 18 est également taillée sous un angle déterminé pour empêcher la concentration de la lumisère provenant de la surface biseautée 17 suivant une ligne à la partie supÉrieure dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides. Par exemple, si la surface biseautée 17 comportait seulement la face inclinée 19, de la lumière serait concentrée à partir de l'arête supérieure de ladite surface inclinée suivant une ligne à la partie supéricure dudit dispositif d'affichage 11. Cette bande de lumière concentrée pourrait déformer l'image engendrée.Par conséquent, une surface inclinée 18 est façonné a et fortement pâlie de manière à revoyer uniformément la lumière à travers la surface inclinée 19. On peut signaler que les surfaces 22 et 'C5 sont également très bien polies pour empocher la lumière de s'échapper du transmetteur de lumière. Toute la lumière en provenance de la source 29 transmise dans la plaque de matière est par conséquent transmise à partir du transmetteur de lumière a travers la surface inclinée 19, en direction du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Le transmetteur de lumière 15 a sa largeur maximale à l'emplacement de la surface biseautée 17, largeur qui est égale à la longueur du dispositif 11 d'affichage à cristaux liquides. Par conséquent, la longueur de la surface inclinée ainsi que angle de la face 19 sont déterminés en fonction des dimensions du dispositif d'affichage il à cristaux liquides et de la position dU transmetteur de lumière 15 par rapport audit dispositif d'affichage 11. La lumière transmise de la surface inclinée 19 au dispositif d'affichage à cristaux liquides il est désignée par la référence numérique 24. La figure 4 représenté plus clairement le transmetteur de lumière 13, la couche réfléchissante 28, la surface inclinée 19 et-le dispositif d'affichage 11 à oristaux liquides. Les positions d'affichage sur le dispositif à cristaux liquides sont désignées dans l'ensemble par la référence numérique 25. Dans un exemple de réalisation, une feuille de matière plastique d'épaisseur voisine de 6 mm peut être découpée en forme de parabole ayant la largeur maximale désirée. Une ouverture 20 peut ttre ménagée au foyer de la parabole pour recevoir une source de lumière telle qu'une ampoule de lampe. La longueur de la -parabole -est déterminée par la largeur de l'ouverture à éclairer, à savoir celle du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Etant donné qu 'ine lampe torche peut être employée comme source lumineuse, le transmetteur de lumière peut Aetre alimenté par une source à tension relativement faible.On peut utiliser par exemple dans ce but une pile pour lampe torche de 5 volts, 150 mil liamp"res. Le transmetteur de lumière peut étire égalerrent réalisé par coulée, moulage par injection, estampage à la machine ou usinage de feuilles, de la manière décrite cidessus. On peut opérer par attaque chimique ou d'autres procédés pour dépolir la surface inclinée 19 et la surface intérieure 21 de l'ouverture 20. On peut se passer de lentilles et de miroirs additionnels. On voit sur ïa figure 1 que le transmetteur de lumière selon l'invention est relativement peu encombrant; par ailleurs, l'ensemble est relativement peu coûteux. On peut remplacer la surface courbe parabolique par une surface dérivée d'un demi-cercle, d'une portion d'ellipse, etc.. Dans ces derniers cas,l'intensité de la lumière projetée en direction du dispositif d'affichage à cristaux liquides peut varier de telle manière que dans certaines zo nes, la lumière soit plus concentrée que dans d'autres. Par conséquent, le taux d'uniformité obtenue est réduit. Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre purement indicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Transmetteur de Linière pour dispositif d'affichage à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque en une matière transmottant- la lumière, limitée par une surface courbe et des surfaces réfléchissant la lumière et terminée par Une surface émettrice de lumière, de manière que cette plaque dirige la lumière uniformément en direction d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides, et en ce que ladite plaque comporte une ouverture ménagée à l'emplacement du foyer de sa surface courbe et destinée à loger une source de lumière. 2 - Transmetteur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface émettrice de lumière est constituée par une surface inclinée sous un angle choisi en fonction des positions relatives dudit transmetteur de lumière et dudit dispositif d'affichage et en fonction de la dispersion désirée de la-lumière en direction dudit dispositif daffichage à cristaux liquides. 3 - Transr:ietteur de lumière selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite surface émettrice de lumière est une surface à double biseau, dont l'un est destiné à projeter uniformément de la lumière en direction dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides et l'autre est incliné et renvoie la lumière à travers le premier biseau pour empêcher toute concentration indésirable de lumière du dispositif d'affichage à cristaux liquides. 4 - Transmetteur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface émettrice de lumière a une longueur compatible avec celle du dispositif d'affichage à cristaux liquides en direction duquel de la lumière est dirigée. 5 - Transmetteur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque transmettant la lumière est délimitée-par une surface parabolique au foyer de laquelle une ouverture est ménagée et sa largeur maximale est égale à la longueur dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides, ladite largeur maximale étant réalisée à l'emplacement de ladite surface émettrice de lumière. 6 - Transmetteur de luimère selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite surface émettrice de lumière est constituée par deux faces inclinées, dont l'une dirige la lumière en direction du dispositif d'affichage à cristaux liquides et l'autre renvoie la lumière de manière à empêcher toute concentration indésirable de lumière en direction dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides. 7 - Ernettour de lumière selon la revendication 6, caractérisé en Oc que let élément parabolique comporte une surface réfléchissante sur son bord courbe, à l'opposé de ladite surface émettrice de lumière, et ladite surface émettrice de lumière et la surface intérieure de ladite ouverture située à l'emplacement du foyer sont dépolies pour permettre à la lumière de les traverser facilement. 8 - Emetteur de lumière selon la revendication 7, caractérisé on ce que ledit transï-etteur de lumière est monté sur un calculateur en vue d'afficher des caractères et analogues à l'aide dtun dispositif d'affichage à cristaux liquides. 9 - Transmetteur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière transmettant la lumière est une matière plastique, a une forme parabolique et aboutit à une arête émettant de la lumière et inclinée en vue de diriger la lumière et ledit bord comporte une première surface inclinée afin d'envoyer de la lumière en direction dudit dispositif d'affichage à cristaux liquides et comporte une seconde surface inclinée contiguë à la première surface in clinée en vue d'orienter la lumière à travers celle-ci.