Brevet FR2465287A1 — publié le 19810320

L'invention concerne, d'une manière générale, les dispositifs d'affichage à cristaux liquides et a, plus parti- culièrement, trait à un dispositif d'affichage dont les pro- priétés d'éclairement sont améliorées. Pour une conduite sûre et efficace de certains avions, notamment de gros avions de transport à plusieurs moteurs et d'avions militaires, il est nécessaire que le pilote et les autres membres de l'équipage aient constamment connaissance de diverses informations concernant les conditions de naviga- tion et de fonctionnement de l'avion, telles que l'attitude, l'altitude et la direction, le régime des moteurs, la pression d'huile, la quantité restante de carburant, pour n'en citer que quelques unes. Ces conditions de navigation et de fonctionnement sont généralement fournies à partir de détecteurs électroniques ou électromécaniques, les informations correspondantes étant traitées dans des circuits de détection associés et visualisées à l'aide de moyens d'affichage électro-optiques et électro- mécaniques combinés, montés dans le poste de pilotage dans le champ de vision du pilote et de l'équipage. Les moyens d'affichage électro-optiques et électro- mécaniques sont généralement montés dans le poste de pilotage de manière à être vus sous un certain angle, vers la droite, la gauche ou vers le bas par rapport à la direction normale de vision. Avec le seul éclairement qui, dans le poste de pilotage, est donné par la lumière traversant le pare-brise de l'avion, la seule partie éclairée dans une certaine mesure des moyens d'affichage se situe dans un quart de sphère supérieur et latéral à ces moyens. Le niveau d'éclairement ambiant étant généralement faible dans le poste de pilotage, notamment la nuit, il est d'une extrême importance que les moyens d'affichage soient aussi lumineux que possible afin que les informations affichées soient lisibles pour le pilote et l'équipage. Les dispositifs électro-optiques actuellementutilisés, pour l'affichage des informations alphanumériques concernant les conditions de navigation et de fonctionnement d'un avion, font appel aux propriétés réflectrices et transmettrices des dispositifs d'affichage à cristaux liquides et à celles des dispositifs d'affichage à diodes émettrices de lumière. Les dispositifs d'affichage à cristaux liquides sont de construction moins onéreuse et de plus faible consommation que les disposi- tifs d'affichage à diodes émettrices de lumière; mais ils exigent un éclairage extérieur pour que les informations affi- chées soient visibles pour l'équipage. Lorsqu'il s'agit de dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type transmet- teur, une source de lumière extérieure est placée derrière la cellule d'affichage à crist xliquides,de sorte que cette cel- lule est éclairée par la lumière qui la traverse. Lorsqu'il s'agit de dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type réflecteur, la lumière ambiante qui tombe sur la cellule d'af- fichage à cristauxliquidesrend cette cellule lumineuse. Le fonctionnement de ce dernier type de cellule étant basé sur la lumière ambiante incidente, il est souhaitable, notamment lorsque les niveaux d'éclairement ambiant sont faibles, de rendre maxi- male la lumière réfléchie par la cellule pour que les informa- tions affichées soient aussi lumineuses que possible. L'inven- tion a donc pour objectif de rendre maximal l'éclairement d'un dispositif d'affichage.à cristaux liquides du type réflecteur. Selon une forme de réalisation recommandée conforme à l'invention, on établit dés moyens améliorant l'éclairement des dispositifs d'affichage à cristaux liquides en rendant maximale la lumière réfléchie par la cellule d'affichage à cristaux li- quides, ces moyens se composant d'un diffuseur partiellement réflecteur et partiellement transmetteur, composé d'une couche de verre opalin ou analogue, qui est fixé sur la face arrière de la cellule. Des moyens réflecteurs, dont la configuration est définie pour qu'ils réfléchissent la lumière sur les mêmes trajets que ceux suivis par la lumière incidente qu'ils reçoi- vent, sont placés parallèlement à une certaine distance du dif- fuseur de manière à être en correspondance optique avec ce dif- fuseur. La lumière ambiante qui tombe sur la cellule d'affichage à cristaix liquideset est transmise par le diffuseur est réflé- chie par le réflecteur vers ce diffuseur en suivant les mêmes trajets d'incidence et de retour, ce qui évite toute perte de lumière. Le diffuseur diffuse la lumière qui lui est renvoyée par le réflecteur à l'intérieur d'un large cône de vision cen- tré sur la direction des rayons incidents de la lumière ambiante qui tombent sur la cellule d'affichage à cristaux liquides, l'utilisation de la lumière ambiante étant ainsi rendue maximale, ainsi que la luminosité du dispositif d'affichage à cristaux liquides. L'invention a en conséquence pour objectif un dispo- sitif d'affichage à cristaux liquidespermettant de rendre maxi- male l'utilisation de la lumière ambiante incidente afin que ce dispositif soit aussi lumineux que possible. L'invention a également pour objectif un dispositif d'affichage à cristaux liquides dont la luminosité est suffi- sante pour un affichage correct, notamment des informations concernant les conditions de navigation et de fonctionnement à bord d'un avion. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: - figure 1, une vue de côté d'un dispositif d'affichage à cris- taux liquides du type réflecteur, connu, - figure 2, une vue de côté d'un dispositif d'affichage à cris- taux liquides conforme à l'invention. Le dispositif connu illustré figure 1 comporte une cellule d'affichage à cristaux liquides 12 du type réflecteur. La cellule 12 se compose de deux plaques transparentes 14 et 16, parallèles et placées à une certaine distance l'une de l'autre, formées chacune par une couche de verre, de plastique ou analogue. On a donné les références 14a et 14b, respective- ment, aux faces opposées avant et arrière de la plaque 14. De même, on a donné les références 16a et 16b, respectivement, aux faces opposées avant et arrière de la plaque 16. Deux électrodes transparentes 18a et 18b sont respec- tivement fixées sur la face arrière 14b de la plaque 14 et sur la face avant 16a.de la plaque 16. Les électrodes 18a et 18b sont chacune formées par dépôt d'une couche mince d'oxyde d'indium-étain, ou analogue, sur les faces 14b et 16a, respec- tivement, des plaques. L'une des électrodes 18a et 18b a géné- ralement la forme d'un caractère, d'un symbole ou de toute autre indication, alors que la surface de l'autre électrode est pleine. Une couche 20 est placée entre les électrodes 18a et 18b; elle est constituée par un matériau constituant les cristaux liquides, tel que du cyanobiphény)e,contenu dans des moyens appropriés (non représentés) qui sont disposés entre les électrodes. Chacun des deux conducteurs électriques 22a et 22b est électriquement raccordé à l'une des électrodes 18a et 18b. Lorsqu'un potentiel est appliqué entre les conducteurs 22a et 22b, un champ électrique est créé entre les électrodes 18a et 18b, modifiant l'alignement moléculaire des cristaux liquides qui constitue la couche 20 et permettant la transmission de la lumière ambiante au travers de cette couche. La lumière qui traverse la couche 20 descristaux liquides, ainsi que l'élec- trode 18b et la plaque 16, est réfléchie par un réflecteur rugueux, légèrement diffuseur, 23, généralement constitué par une couche mince de matériau réflecteur tel que de l'aluminium ou de l'argent, cette couche étant déposée sur la face 16b de la plaque 16 qui est légèrement dépolie, à l'arrière de la cellule d'affichage, le lobe central de la lumière diffusée par ce réflecteur 23 étant centré sur l'angle de réflexion spectral B défini à partir de la normale N au réflecteur, cet angle B étant égal à l'angle 0 exactement là o l'éclairement ambiant est le plus grand pou- ces dispositifs fixés dans le poste de pilotage. On a illustré figure 2 un nouveau dispositif d'affi- chage à cristaux liquides du type réflecteur, dont l'éclairement est amélioré et qui comporte une cellule 12 de type classique ayant une configuration identique à celle de-la cellule d'affi- chage 12 illustrée figure 1. Un diffuseur 24, partiellement réflecteur et partiellement transmetteur, est juxtaposé sur la face 16b de la plaque 16 de la cellule. Un rétroréflecteur 26, qui renvoie la lumière incidente sur les mêmes trajets que ceux empruntés par cette lumière, est placé parallèlement au diffu- seur 24, à une certaine distance de ce diffuseur. Le diffuseur 24 peut avoir la configuration d'un dif- fuseur de surface ou celle d'un diffuseur plein. Dans cet exemple de réalisation recommandé, o le diffuseur 24 a la configuration d'un diffuseur plein et se trouve formé par une couche de verre opalin ou analogue, le rétroréflecteur 26 se compose d'un microréseau de rétroréflecteurs effilés à base cubique. Chaque rétroréflecteur du microréseau à la forme d'un prisme et réfléchit sensiblement toute la lumière incidente même si cette lumière est sensiblement décalée par rapport à l'axe central du rétroréflecteur considéré. On se reportera au Handbook RCA Electro-optique, publié par la RCA Corporation, pour une explication plus approfondie concernant les rétro- réflecteurs effilés à base cubique (édition de 1974, pages 217-224). La configuration du rétroréflecteur 26 étant celle d'un microréseau de rétroréflecteurs effilés à base cubique, il est souhaitable de remplir les vides formés entre ce microréseau et le diffuseur 24 à l'aide d'une couche 28 de matériau transparent, tel que du verre ou du plastique, dont l'indice de réfraction est approximativement égal à celui du matériau du rétroréflec- teur, afin d'adapter les surfaces en regard et d'éviter la formation de pièges de lumière internes. Il est également sou- haitable de prévoir une couche de matériau réflecteur 29 à la surface du microréseau de rétroréflecteurs, pour accroître l'angle sur lequel chaque rétroréflecteur du microréseau ren- voie la lumière. En fonctionnement, lorsque l'alignement moléculaire de la couche 20 de cristaux liquides est modifié par application d'un potentiel électrique entre les conducteurs 22a et 22b, la lumière ambiante est transmise au travers de cette couche 20, de l'électrode 18b et de la plaque 16, et est diffusée par le diffuseur 24. La lumière diffusée tombant sur le rétroréflec- teur 26 est renvoyée vers le diffuseur 24, sur les mêmes tra- jets que ceux suivis par la lumière diffusée incidente. Donc, la lumière réfléchie, qui a été préalablement diffusée par le diffuseur 24, est à nouveau rediffusée par ce diffuseur, sur un cône de diffusion plus large centré sur la direction des rayons entrants de lumière ambiante qui tombent sur la cellule d'affichage à cristaux liquides 12. Par suite, le diffuseur 24 et le rétroréflecteur 26 utilisent avantageusement, de manière maximale, la lumière ambiante disponible, rendant l'affichage aussi lumineux que possible. Les caractéristiques goniophotométriques de réflexion et de transmission du diffuseur 24, soit ses caractéristiques directionnelles de répartition de la lumière par réflexion et transmission, sont choisies pour conduire à l'angle souhaité. du cône de vision, soit généralement un angle de l'ordre de à 300. L'épaisseur du diffuseur est généralement de l'ordre de 0,025 mm à 0,50 mm. On vient donc de décrire un dispositif comportant un diffuseur et un rétroréflecteur qui améliore l'éclairement de dispositifs d'affichage à cristaux liquides et leur donne la plus grande luminosité possible, par rétrodiffusion dans la cellule à cristaux liquides de la lumière ayant traversé cette cellule, et formation d'un cône large de vision centré sur la direction des rayons entrants de lumière ambiante qui tombent sur ladite cellule. Le diffuseur et le rétroréflecteur peuvent être ajoutés à la cellule à cristaux liquides sans que le coût en soit sensiblement augmenté, et le dispositif conforme à l'invention constitue donc un moyen peu onéreux pour améliorer l'éclairement des dispositifs d'affichage à cristaux liquides. R E V E N D I C A T I O N S 1. Moyens pour améliorer l'éclairement d'une cellule d'affichage à cristaux liquides (12), afin de rendre cette cellule aussi lumineuse que possible, la cellule comportant une face avant (14a) visible pour le personnel utilisateur, et une face arrière opposée (16b),. caractérisés en ce qu'ils comprennent: (a) des moyens optiques (24) adjacents à la face arrière men- tionnée de la cellule, réfléchissant et transmettant par- tiellement la lumière incidente qui tombe sur cette cellule et en sort, et (b) des moyens réflecteurs (26), placés parallèlement aux, et à une certaine distance des moyens optiques de manière à être en concordance avec ces derniers moyens, ces moyens réflecteurs réfléchissant vers les moyens optiques la lu- mière qu'ils transmettent, sensiblement sur les mêmes tra- jets que ceux empruntés.par la lumière qu'ils reçoivent, de sorte que les moyens optiques diffusent la lumière dans la cellule d'affichage à cristaux liquides sur un large cône de vision centré sur les rayons entrants de la lumière qui tombe sur la face avant de cette cellule, ce qui rend maxi- male la réflexion de la lumière ambiante tombant sur cette face avant de cellule et rend cette dernière aussi lumi- neuse que possible. 2. Moyens selon la revendication 1, caractérisés en ce que les moyens optiques (24) se composent d'un diffuseur. 3. Moyens selon la revendication 2, caractérisés en ce que le diffuseur est constitué par une couche mince de verre opalin. 4. Moyens selon la revendication 1, caractérisés en ce que les moyens réflecteurs (26) se composent d'un microréseau de réflecteurs effilés à base cubique, ce microréseau ayant une première face et une seconde face opposée, la première face étant en regard des moyens optiques. 5. Moyens selon la revendication 4, caractérisés en ce qu'ils comportent, de plus: - une couche de matériau transparent (28) dont l'indice de ré- fraction est égal à celui du matériau constituant les rétro- réflecteurs du microréseau, cette couche étant placée entre les moyens optiques et ce microréseau, et - une couche de matériau réflecteur (29) placée sur la seconde face du microréseau, afin d'accroître l'angle sur lequel ce microréseau de rétroréflecteurs renvoie la lumière. 6. Dispositif d'affichage à cristaux liquides à lumino- sité améliorée, caractérisé en ce qu'il comporte (a) une cellule d'affichage à cristaux liquides (12)- avant une face avant (14a) visible pour le personnel utilisateur et une face arrière opposée (16b), (b) des moyens optiques (24) adjacents à la face arrière oppo- sée de la cellule, pour une transmission et une réflexion partielles de la lumière transmise par cette cellule, et (c) des moyensréflecteurs (26) placés parallèlement aux, et à une certaine distance des moyens optiques de manière à être en concordance- avec ces derniers moyens, ces -moyens réflec- teurs réfléchissant vers ces moyens optiques la lumière qu'ils transmettent, sensiblement sur les mêmes trajets que ceux empruntés par la lumière qu'ils reçoivent, de sorte que les moyens optiques diffusent la lumière dans la cellu- le d' affichage à cristaux liquides sur un large cône de vision centré sur les rayons entrants de la lumière qui tombe sur la face avant de cette cellule, ce qui rend maximale la réflexion de la lumière ambiante tombant sur cette face avant de cellule et rend cette dernière aussi lumineuse que possible. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens optiques (24) se composent d'un diffuseur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diffuseur est constitué par une couche mince de verre opalin. 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens réflecteurs (26) se composent d'-un microréseau de rétroréflecteurs effilés à base cubique, ce microréseau ayant une première face et une seconde face opposée, la première face étant en regard du diffuseur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en - ce qu'il comporte, de plus: - une couche de matériau transparent (28) dont l'indice de ré- fraction est égal à celui du matériau constituant les rétro- réflecteurs du microréseau, cette couche étant placée entre le diffuseur et ce microréseau,- et - une couche de matériau réflecteur (29) placée sur la seconde face du microréseau, afin d'accroître l'angle sur lequel ce microréseau de rétroréflecteurs renvoie la lumière.