Brevet FR2285629A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne la projection d'images lumi- neuses et plus particulièrement un appareil de projection pour moduler et projeter un faisceau de lumière pour des affichages visuels de grande surface. On a déjà décrit des éléments électro-optiques utilisant des cristaux organiques nématiques liquides. Par exemple, dans le brevet des Etats Unis d'Amérique R 3.222.485, on décrit une cellule de deur panneaux séparas par une fine couche de cristaux liquides. Une grille de coordonnées rectangulaires x-y, constitue par des bandes d'èlectrodes conductrices, rend pos- sible l'application d'une tension d'excitation entre les panneaux en des parties choisies de la surface définissant une image.Les deux panneaux peuvent être transparents, auquel cas les parties de surface excitées apparaissent faiblement assom- bries quand on les regarde par transmission ae lumière. Le ren- versement de l'image et son fond peavent être obtenus avec une lumière réfléchie plutôt que transmise. Le contraste peut être augmenté, bien qu'au dépens d'une réduction de luminance, en utilisant des polariseurs croisés, par exemple comme on l'a décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique No 3.499.702. La surface de perception est limitée par la dimension des panneaux d'affichage et des polariseurs. On a trouvé possible actuellement d'obtenir une plus grande surface visuelle et d'augmenter à la fois le contraste et la luminance des affichages numériques et autres à partir d'élé- ments électro-optiques à cristaux liquides, en incorporant le panneau électro-optique modulateur de lumière dans ttn projec teur optique, comme décrit ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'une forme de projecteur actuellement préférés, comprenant un panneau électrooptique; La figure 2 est une vue partielle détaillée, en perspective et partiellement en coupe, d'une forme d'élément électro-optique;; Les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques représentant des exemples de schémas de circuits de commande utilisés avec l'élément de la figure 2. La figure 5 est une représentation schématique d'une autre forme de projecteur et de panneaux de commande; La figure 6 est une représentation schématique d'une autre forme de panneaux et de moyens modulateurs. Suivant la description du brevet des Etats Sis d'Amérique N 3.511.563, le projecteur 10 de la figure 1 comprend un boî- tier contenant un ensemble de lampe et réflecteur accessible par une porte 12, une platine 15 comprenant une lentille de Fresnel servant de condensateur, et une tête de projection, ou optique de projection, 16. Dans le cas présent, la platine 15 continent en outre un élément électro-optique montré avec plus de détails sur la figure 2 et localisé entre la lentille de Bresnel et l'optique de projection. L'Blément 20 comprend un panneau inférieur transparent 21 présentant uné grille d'abcisses x de bandes conductrices paral lbles 22 et un panneau transparent supérieur 23 présentant une grille dtordonnées y de bandes conductrices parallèles 24, les deux grilles s'entrecroisant comme représenté. Les deux panneaux sont étroitement espacés, de préférence au moyen d'entretoises ou écarteurs non conducteurs convenables, le long de leur bord marginal, et l'espace compris entre les panneaux est rempli avec des cristaux liquides nématiques organiques, les écarteurs et le remplissage étant omis sur le dessin pour plus de clarté. Des conducteurs 25 sont en contact avec les bandes métalliques 22 et sont réunis en torons de fil 26; et de même des conducteurs 27 sont en contact avec les bandes 24 et forment des torons de fil 28. Dans un exemple particulier le combiné p-(N-(p-méthoxybenzy- lidène-)amino)-n-butylbenzène. qui est actif sur une large gamme de température couvrant la température ambiante normale, sert de matière de cristal liquide, la couche ayant une épaisseur de 0,025 m. Une force électromotrice d'environ 24 volts, appliquée entre une seule bande x 22 et une seule bande y 24, entrarne la couche de cristal normalement transparente à la surface commune aux deux bandes à s'assombrir et à diffuser la lumière, et une image sombre de cette surface apparaît sur 1' écran de projection, brillamment éclairé par ailleurs, sur lequel le faisceau de lumière est focalisé. Des techniques de balayage permettent une exploration sd- quentielle aussi bien des bandes x que des bandes y d'une maniè- re répétitive pour fournir une différence de potentiel au-des- sus du seuil à chaque point d'intersection indépendamment et une vitesse appropriée au temps d'extinction de l'image de la couche de cristal liquide. La trame de balayage peut done être modulée pour lui superposer une séquence d'impulsions ds tension formant une image et fournir me image de projection à l'état stable ou constantemment changeante. Des panneaux de verre transparents recouverts d'oxyde d'ètain conducteur transparent, ou d'une autre matière, sont uti Usés pour préparer les panneaux 21 et 23. Le revêtement est enlevé par gravure ou d'autres façons, ou bien la surface est L'abord masquée pour l'empêcher de retenir le revêtement, sur les surfaces comprises entre les bandes; et des panneaux pré- seataat des bandes conductrices et des espaces non conducteurs n'ayant chacun que 0,025 ou 0,050 mm de largeur sont facilement utilisables, bien que des largeurs beaucoup plus grandes fournissent Les structures utilisables pour Les bats beaucoup lovas précis. L'assombrissement maximal de la couche de cristal, à la partie de surface du dispositif adressée comme décrit précédemment, est obtenu sous une différence de potentiel d'environ 50 volts; un changement pleinement effectif se produit à envirom 24 volts; une diminuation de l'assombrissement a lieu à des voltages inférieurs, jusqu'à un seuil d'environ 8 volts. = raison de la conductibilité de la couche de cristal liquide, et en particulier dans un affichage contenant de grande nombres de bandes x et y, des différences de tension suffisantes pour provoquer un assombrissement indésirable du fond peuvent être obtenues à partir de la tension appliquée à un certain nombre de points d'intersection au voisinage du point adressé initialement, et an particulier le long des bandes x et y isolées définissant ce point primitif. Le circuit excitateur représenté sur la figure 3 sert à réduire ces tensions de fond valeur égale à un tiers au moins de la différence de potentiel au point d'intersection primitif et aide ainsi à obtenir des images de projection nettement définies et de hawt contraste; ainsi, pour un fonctionnement à 24 volts, le fond est réduit à une valeur inférieure è la tension de seuil. Le circuit de la figure 3 est rendu actif par des impulsions de basse tension appliquées à un contact x 30 et à un contact y 31 pour fournir des impulsions à pleine tension à une bande x 22 et une bande y 24. Si une telle impulsion d'excitation n'est appliquée qu'N un seuil des points d'entrée, par exemple au contact 30, les conducteurs de commutation opposés, dans le cas présent les transistors 32 et 33, restent ouverts et la différence de potentiel entre les bandes 22 et 24 est affaiblie une valeur inférieure A un tiers de la tension totale fournie par l'alimentation 34.Par conséquent, un seul point d'intersection, identifié par les points x et y 30 et 31 reçoit une tension suffisante pour provoquer une obscurité complète et pour fournir une surface d'assombrissement maximale sur 1' écran de projection. Les circuits excitateurs représentés è la figure 3 peuvent être utilisés dans le montage de la figure 4 qui comprend un clavier K, des atténuateurs B, une mémoire permanente M, une horloge C, un émetteur d'impulsions S, un registre è décalage R, un excitateur de lignes RD, un excitateur de colonnes CD, et un affichage à cristal liquide D, tous connectés comme repré senté. Une connection "sortie autorisée" 40 entre le clavier et la mémoire, et une connection "implusion de remise à zéro" 41 entre le registre à décalage et la mémoire, peuvent être ajoutés, si nécessaire.L'activation d'une cellule unique de la mémoire è partir du clavier K a pour résultat, dans l'excitation séquentielle de l'affichage D, de produire une trame transparente de projection, qui est ensuite projetée sur un écran de visualisation 42 au moyen d'une souroe de lumière 43, d'une lentille condensateur 44, et d'une optique de projection 16 du projecteur 10, comme représenté pour la lettre E agrandie et brillamment éclairée sur la figure 4. Dans la forme d'appareil de projection représentée à la figure 1, la source de lumière et l'optique de projection sont situés de part et d'autre de la lentille de condensation et de l'élément électro-optique, lesquels doivent par conséquent être tous les deux normalement transparents et ne pas diffuser la lumière. Une autre forme, dont un exemple est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N 3.293.982 place à la fois la source de lumière et l'optique de projection au voisinage l'un de l'autre et du même côté de la lentille et elle utilise la réflexian de la lumière incidente. Cette forme peut être utilisée avec l'élément électro-optique on le panneau d'affichage de la figure 2, è l'aide d'une lentille de condensation réflectrice, comme décrit dans ce brevet.Elle peut, en variante, être utilisée avec une lentille de condensation transparente et avec d'autres variantes de nouveaux éléments électro- optiques, et des systèmes de commande décrits ci-après. La variante de structure représentée sur la figure 5 coi- prend une source de lumière 50 et une optique de projection 51 montées d'un côté de la lentille de condensation transparente 52, dans le cas présent une lentille de Fresnel ayant une surs face inférieure plate dans la position représentée. Le surface plate porte un revêtement conducteur transparent 53.Une couche mince de cristal liquide 54 sépare la surface de la lentille d'un support 55 ayant è sa surface supérieure une trame de petits réflecteurs métalliques minces étroitement espacés 56, A chacun desquels est reliée, par un connecteur 561, une borne métallique 562 è la surface opposée du support 55 et enfermée à l'intérieur d'une chambre à vide définie par le support 55 et les parois 551. La chambre enferme un canon à électrons 57.Le canon à électrons, au moyen de circuits cannas, non représentés, balaie la surface avec un faisceau d'électrons 58 qui, lorsqu' ils frappent une borne 562, chargent le réflecteur 56 en correspondance à une différence de potentiel de fonctionnement par rapport au revêtement 53. Le faisceau est convenablement modulé pour produire une forme d' image porteuse d'informations. La couche de cristal liquide transparente devisent diffusante de la lumière au-dessus des réflecteurs électriquement chargés mais elle reste claire audessus des antres réflecteurs. L'image de lumière réfléchie résultante est focalisée par l'optique de projection 51 sur l'écran de visualisation 59, où elle apparais comme des zones sombres d'informations sur un fond brillamment éclairé. Un autre exemple, ayant d'autres avantages sous l'angle de la simplicité et en ce qu'il fournit une intensificatica ou amplification des images lumineuses, est représenté à la figure 6. Une lentille de condensation de Fresnel transparente 60 est placée au proche voisinage d'un support transparent 61 ayant un revêtement de surface conductrice transparente 62 au contact d'une couche de cristal liquide normalement transparente 63. La couche de cristal liquide est également en contact avec la surface supérieure à réflexion spéculaire d'une couche photoconductrice 64, par exemple d'oxyde de zinc dans un liant isolant, qui lui sert également de support, et qui est ellemême supportée par un panneau transparent 65, ayant un revete- ment transparent conducteur 67 à sa surface supérieure, et en contact avec la couche photoconductrice.La surface à réflexion spéculaire est formée comme une trame de fins dépôts métalliques 66 séparés par un canevas ressemblant à une toile, d'un isolant absorbant la lumière. Un projecteur 68 focalise une image lumineuse 69 sur la surface inférieure de la couche photooonductrice, rendant conductrices les surfaces illuminées et permettant aux déports réflec- teurs 66, positionnés en correspondance, de se charger. La conversion qui eL résulte, pour la couche de cristal liquide, de la transparence à la diffusion de la lumière au-dessus de ces départs, produit une trame correspondante de silhouettes sombres sur un fond brillant, dans le système de projection décrit en référence à la figure 5. Grâce à ce système, une image lumineuse de faible intensité issue du projecteur 68 peut être convertie en une image d'intensité fortement accrue sur l'écran de visualisation. D'autres modifications au dispositif décrit et représenté ci-dessus peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de projection comprenant une source de lumiè- re pour fournir un faisceau lumineux, un condensateur pour condenser ledit faisceau et diriger le faisceau condensé vers une optique de projection, une optique de projection pour foca- liser ledit faisceau sur un écran de visualisation et un modu- lateur dudit faisceau placé entre le condensateur et l'optique de projection, caractérisé en ce que lesdits moyens de modula tin comprennent un élément électro-optiqwe camportant mie couche fine continue d'un cristal liquide, entre une plaque sup4rieure transparente présentant au moins une surface condactrice au contact d'une surface de ladite couche, et une plaque inférieure présentant une surface conductrice opposée faisant contact avec l'autre surface de ladite couche, et une alimentation en tension pour fournir une différence de potentiel entre des surfaces conductrices opposées prédéterminées desdites plaqaes, ladite tension étant supérieure 8 la tension de seuil desdits cristaux liquides. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces conductrices de ladite plaque supérieure constituent mi réseau d'abolisses x de bandes conductrices parallèles, et an ce que les surfaces conductrices de ladite plaque inférieure constituent un réseau de coordonnées y de bandes conductrices parallèles croisant les bandes du réseau z. 3 - Dispositif suivant la revendieation 2, caractérisé en ce que l'alimentation en tension comprend des moyens de balayage pour permettre l'application L'une tension supérieure è la tension de seuil, consécutivement, à chaque intersection desdits réseaux en x et en y, et des moyens de modulations pour nuer l'application de ladite tension aux intersections spécifiées. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation en tension comprend des moyens de suppression pour abaisser la différence de potentiel à une valeur inférieure à la tension de seuil, sur toutes les intersections sauf celles qui ont été précédemment citées. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulatinns de balayage comprennent un clavier pour activer ledit système et produire une seule image projetée désirée parmi. une pluralité de signaux disponibles produisant des images, un atténuateur, une mémoire permanente, une horloge, un formeur d'impulsions, un registre è décalage, un excitateur de lignes, un excitateur de colonnes, une connection de sortie autorisée entre le clavier et la mémoire, et une connection d'impulsion de remise à zéro entre le registre à décalage et la mémoire 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 A 5, caractérisé en ce que la plaque inférieure est transparente 7 - Dispositif suivant l'une Les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces conductrices de la plaque inf4- rieure comprennent une trame de petits réflecteurs métalliques fins étroitement espacés. 8 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un canon à électrons pour fournir un faisceau d'électrons capable d'appliquer une charge négative à n'importe lequel Lesdits réflecteurs, et des moyens de commande pour moduler ledit faisceau d'électrons an accord avec un affichage désire et pour faire balayer audit faisceau la totalité desdits réflecteurs. 9 - Dispositif suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits réflecteurs sont supportés par une sous-cou ehe photo-conductrice. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisé es ce qu'il comprend des moyens pour former une image lumineuse sur la sous-couche pour rendre conductrices les surfaces ainsi exposées, et des moyens pour établir une différence de potentiel entre les réflecteurs, à l'emplacement des surfaces conductrices, et les surfaces conductrices de ladite plaque supérieure.