Brevet FR2462752A3 — publié le 19810213

FR 2462752 A3 19810213 FR 8015390 A 19800710 L'invention concerne un dispositif d'affichage électrooptique passif à affichage coloré, notamment dispositif d'affichage à cristal liquide, comportant un modulateur de lumière possédant deux plaques de sup- port, qui sont munies, sur leurs faces tournées l'une vers l'autre, de couches électriquement conductrices et éventuellement segmentées (électrodes) et enserrent entre elles un milieu pouvant être commuté par zones entre deux états différents du point de vue optique, et un guide de lumière situé suivant la direction d'ob- servation derrière le modulateur de lumière et réalisé sous la forme d'un corps transparent en forme de plaque et qui est constitué en un matériau possédant un indice de réfraction supérieur à 1 et laisse ressortir la lu- mière incidente, sur l'ensemble de sa face avant. Un dispositif d'affichage à cristal liquide possédant cette constitution est décrit dans la demande de brevet alle- mand publiée sous le No. 26 46 709. Si le dispositif d'affichage doit fournir un affichage coloré, on utilise normalement des filtres colorés, des réflecteurs colorés, des polarisateurs sé- lectifs du point de vue de la couleur ou bien des ré- flecteurs à transmission à polarisation sélective (voir à cet effet, outre la demande de brevet citée, également l'article de M. Tobias "International Handbook of Liquid Crystal Displays" Owum Press Ltd., Londres 1975, paragra- phe 8.5). Tous ces systèmes de coloration présentent l'inconvénient d'absorber une grande partie de la lumiè- re incidente et par conséquent de ne pas conduire à des couleurs intenses. C'est pourquoi, dans la demande de brevet allemand publiée sous le No. 26 46 709, il a déjà été débattu du fait d'alimenter chacune des plages com- mutables du modulateur par une source de lumière parti- culière. Cependant une telle disposition dans le cas de dispositifs d'affichage passifs, qui se caractérise précisément par une faible consommation de puissance et une construction simple, n'est au fond pas acceptable. C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'affichage du type indiqué plus haut de manière qu'il fournisse un contraste intense de représentation, et ce dans le cas de couleurs intenses, et ne nécessite qu'un éclairement relativement faible. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que le corps transparent en forme de plaque ("plaque fluorescente") contient des particules fluores- centes et que la lumière pénétrant dans la plaque fluo- rescente se situe au moins, pour une partie de ses fré- quences, dans la bande d'excitation des particules fluo- rescentes. La plaque fluorescente du dispositif de l'affi- chage proposé traite différemment le rayonnement se pré- sentant: la lumière possédant une fréquence se situant en dehors de la bande d'excitation pour les centres de fluorescence parvient pratiquement sans affaiblissement, en traversant la plaque fluorescente, jusqu'à la cellule d'affichage et finalement jusqu'à l'observateur, après traversée des zones ouvertes du modulateur. La lumière, qui possède une fréquence située à l'intérieur de la bande d'excitation, est absorbée dans la plaque fluores- cente et est ensuite réémise sans directivité dans l'es- pace - en étant décalée vers des longueurs d'onde plus élevées. La majeure partie de ce rayonnement émis,est cap- tée, par suite de réflexions totales, à l'intérieur de la plaque et ne peut pas être utilisée; cependant, le restant du rayonnement émis, qui représente une valeur d'environ 25% dans le cas d'une plaque possédant un in- dice de réfraction de 1,5, quitte la plaque et parvient jusqu'à l'observateur,, lorsqu'elle est dispersée dans une plage transparente du modulateur. Cela se produit par l'apparition d'une image brillante, teintée avec la couleur de fluorescence, sur un fond normalement som- bre et d'une autre couleur. Le dispositif d'affichage proposé, qui est réduit à un éclairement par l'arrière, fournit même un affichage pouvant être identifié, lorsqu'il est soumis sur sa face avant, à une lumière incidente intense et ne reçoit que peu de lumière par l'arrière. Ce fait remarquable peut être imputé au fait qu'une partie non réduite de la lumière arrivant depuis la di- rection de l'observateur, est réfléchie sur les surfaces limites de la plaque fluorescente, provoque l'apparition d'un pourcentage supplémentaire de diffusions de fluores- cence et revient sous la forme de lumière fluorescente. On connait déjà en soi, sous plusieurs formes de réalisation, des dispositifs d'affichage comportant une plaque fluorescente placée derrière un modulateur de lumière (voir par exemple la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le No. 25 54 226). Jusqu'alors, la plaque fluorescente était toutefois conçue et disposée de telle manière que seule la lu- mière fluorescente, propagée par suite de réflexions (totales) à l'intérieur de la plaque et extraite par découplage en des emplacements déterminés, pouvait être utilisée. Un tel concept d'intensification fournit sans aucun doute un rendement lumineux supérieur, suppose assurément une fabrication plus complexe des plaques et limite la plage angulaire d'observation. En effet,des fenêtres de sortie de la lumière imposent l'aménagement et la métallisation d'encoches ou bien l'impression de couches de pigment, et des surfaces limitées latérale- ment de découplage à une distance finie derrière les segments d'affichage ont pour effet que le cÈne de la lumière sortant par diffusion hors du dispositif d'affi- chage n'a pas un angle d'ouverture particulièrement grand. Le dispositif d'affichage proposé est suitout utilisé là o il importe en premier lieu d'avoir une fa- brication d'un coût intéressant et o les éléments d'af- fichage colorant et répartissant la lumière ne doivent pas avoir un rendement extrêmement élevé. Des domaines d'application importants sont par conséquent ceux des véhicules automobiles, des appareils de radio et de télé- vision raccordés au réseau ou bien des tableaux d'affi- chage dans des gares, des aéroports, des installations de sport ou autres. t D'autres réalisations et variantes de l'objet de l'invention ressortiront de la description donnée ci- après. Ci-après on va expliciter de façon détaillée l'objet de l'invention en se référant à deux exemples de réalisation considérés en rapport avec les dessins annexés. Sur les figures les parties qui se correspondent sont désignées par les mêmes chiffres de référence. La figure 1 représente une vue en coupe laté- rale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide con- forme à l'invention. La figure 2 représente, suivant une repré- sentation analogue à celle de la figure 1, un autre dispositif d'affichage à cristal liquide conforme à l'invention. Les figures fournissent des représentations schématiques. Les détails d'un dispositif d'affichage, qui ne sont pas absolument nécessaires pour la compré- hension de l'invention, comme par exemple les conduc- teurs d'alimentation électrique ou les organes de support, ont été omis pour conserver la clarté du des- sin. Le dispositif d'affichage à cristal liquide de la figure 1 est constitué par une cellule d'affi- chage proprement dite 1, par une plaque fluorescente 2 située derrière ladite cellule suivant la direction d'observation et par une source de lumière 3 disposée derrière la plaque fluorescente. La cellule d'afficha- ge contient un polarisateur linéaire avant 4, une plaque de support avant (plaque avant) 6, une plaque de support arrière (plaque arrière) 7 et un polarisateur linéaire arrière 8. Les deux plaques sont reliées entre elles à proximité immédiate par l'intermédiaire d'un cadre 9. L'espace ou la chambre, formé par le cadre et les deux plaques de support est rempli par une couche de cristal liquide 11. Les deux substrats portent, sur leurs sur- faces dirigées l'une vers l'autre, des couches ou arma- tures respectives électriquement conductrices (élec- trodes avant segmentées 12, électrode arrière d'un seul tenant 13) et en outre des couches d'orientation 14, 16. La cellule à cristal liquide fonctionne, dans le cas présent, selon le principe de ce qu'on appelle une cellule à torsion, dont le fonctionnement est indiqué de façon détaillée dans la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le No. 21 58 563. La plaque fluorescente, qui peut être dans le cas le plus simple une pièce moulée par injection non usinée, est constituée en un matériau transparent possé- dant un indice de réfraction supérieur à 1, par exemple du polyméthylméthacrylate, dans lequel les particules fluorescentes sont dissoutes. La plaque recouvre préci- sément les segments d'affichage de la cellule à cristal liquide 1. Pour donner un aperçu plus complet des trajets que peut prendre le rayonnement délivré par la source de lumière 3, on a représenté sur la figure quelques rayons lumineux représentatifs. Les rayons 17, 18 et 19 ont une fréquence située hors de la bande d'absorption des particules fluorescentes et doivent être par exemple rouges; les rayons désignés par les références 21 et 22 peuvent au contraire exciter la substance fluores- cente et doivent avoir une couleur bleue. Le modulateur de lumière est monté de telle manière que les zones extérieures de la cellule représentée sont transparentes à la lumière et que la zone médiane ainsi que le reste du panneau d'affichage ne laissent passer aucune lumière. Parmi les rayons rouges, le rayon 18 peut sortir vers l'avant hors du dispositif d'affichage. Les rayons bleus sont convertis dans la plaque fluorescente en une lumiè- re rouge dont la partie, qui sort de la face avant de la plaque et trouve en outre encore devant elle une zone ouverte du modulateur, est également décelée par l'obser- vateur. Cette partie de lumière est représentée par le rayon 27. La variante de la figure 2 diffère de la forme de réalisation décrite uniquement par le fait que la plaque fluorescente reçoit sa lumière non pas par l'ar- rière, mais par une surface latérale (face frontale 28) et que sa face arrière ainsi que ses trois autres fa- ces frontales portent une couche réfléchissante 29, 31. La couche, qui pourrait réaliser une réflexion diffuse ou spéculaire, améliore la luminosité de l'image repré- sentée. De même sur la figure 2 on a représenté le trajet de quelques rayons de la source de lumière 3. On suppose que le rayon 32 est bleu et que le rayon 33 est rouge. Le rayon bleu est transformé par dif- fusion de fluorescence en un rayonnement rouge, dont une partie peut quitter le dispositif d'affichage en direction de l'observateur (rayon 34) . Le rayon 32 est dispersé vers l'avant au niveau de la paroi arrière qui, dans le cas présent, réalise une réflexion diffuse, et peut traverser également le dispositif d'affichage. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés. Ainsi,on peut également utiliser comme modulateur de lumière, outre des cellules à torsion, d'autres dispositifs d'affi- chage à cristal liquide et d'une manière tout à fait générale des dispositifs d'affichage qui peuvent être commutés entre un état bloquant la lumière et un état transparent à la lumière (exemples: dispositifs d'af- fichage à cristal liquide à matières colorantes, dis- positifs d'affichage à cristal liquide à diffusion dy- namique comportant une pellicule de contrôle de la lu- mière, dispositifs d'affichage électrochromiques ou bien modulateurs électromécaniques de lumière). Indépendamment de ceci, le spécialiste est libre d'accroître plus encore, à l'aide de dispositions sup- plémentaires, l'action du guide de lumière fluorescent. En particulier on peut imaginer que la plaque fluores- cente soit placée en contact optique avec la plaque de support ou bien joue elle-même le rôle de la plaque de support. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'affichage électrooptique passif à affichage coloré, notamment dispositif d'affichage à cristal liquide contenant A) un modulateur de lumière comportant deux plaques de support, qui sont munies, sur leurs faces tour- nées l'une vers l'autre, de couches (électrodes) électriquement conductrices et éventuellement segmen- tées, et enserrent entre elles un milieu pouvant être commuté par zones entre deux états optiquement différents, B) un guide d'onde de lumière situé derrière le modu- lateur de lumière suivant la direction d'observation et réalisé sous la forme d'un corps transparent en forme de plaque, qui est constitué en un matériau possédant un indice de réfraction supérieur à 1 et laisse ressortir la lumière incidente sur l'ensemble de sa face avant, caractérisé par le fait que C) le corps transparent en forme de plaque ("plaque fluorescente" 2) contient des particules fluores- centes et que D) la lumière pénétrant dans la plaque fluorescente 2 est située, au moins par une partie de ses fréquences, dans la bande d'excitation des particules fluorescen- tes. 2) Dispositif d'affichage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque fluorescente (2) recouvre précisément toutes les zones commutables du milieu (11). 3) Dispositif d'affichage suivant l'une des reven- dications 1 ou 2, comportant une source de lumière ar- tificielle, caractérisé par le fait que la source de lu- mière (3) est placée derrière la plaque fluorescente (2). Dispositif d'affichage suivant l'une des re- 4) vendications 1 ou 2, comportant une source de lumière artificielle placée sur le côté du guide de lumière, caractérisé par le fait que le guide de lumière est muni, sur sa face arrière et sur ses faces frontales, d'une couche réfléchissante (29, 31) réalisant de préférence une dispersion diffuse. ) que que par Dispositif d'affichage suivant l'une quelcon- des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait la plaque fluorescente (2) est une pièce moulée injection, non usinée. 6) Dispositif d'affichage suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé par son uti- lisation dans des véhicules automobiles, dans les appa- reils de radio ou de télévision raccordés au réseau ou bien en tant que panneaux d'affichage dans des gares, des aéroports, des installations de sport ou autres.