Brevet FR2496949A1 — publié le 19820625

DISPOSITIF ELECTRO-OPTIQUE DE COMMUTATION La présente invention se rapporte aux dispositifs d'affichage à com- mande matricielle qui permettent de représenter une figure en la décompo- sant en un ensemble de segments ou de croisements dont l'aspect varie sous la commande de signaux électriques qui leur sont appliqués à l'aide de deux ensembles de connexions croisées. Ces signaux servent à définir des adresses correspondant à ces connexions. Il est connu de réaliser des dispositifs d'affichage à accès matriciel dont les moyens d'adressage sont purement électriques. Ces dispositifs contiennent deux réseaux orthogonaux d'électrodes filiformes. Ces réseaux étant constitués d'un ensemble d'éléments appelés lignes ou colonnes suivant le réseau considéré, chaque intersection entre une ligne et une colonne délimitant une zone d'excitation locale d'un élément de visualisation. L'excitation électrique des lignes et des colonnes de conducteur met en oeuvre des circuits de commande électriques qui comprennent un grand nombre de composants passifs et actifs pour fournir pendant la durée appropriée les tensions de commande. En effet, lors d'une analyse séquen- tielle, les tensions de commande doivent être appliquées un temps suffisant pour assurer la commutation alors que les adressages sont reçus sous la forme de signaux brefs. On se rend alors facilement compte de la comple- xité de l'ensemble des éléments de commutation, des connexions et des différents moyens d'adressage de ces éléments. L'encombrement du matériel de commande placé sur le pourtour d'un faisceau de visualisation devient rapidement prohibitif dans le cas de dispositifs à haute définition, qui reçoivent actuellement un développement notable. Pour des raisons analogues, les éléments de commutation classique ne sont guère adaptés aux écrans de petites dimensions, ces derniers étant particulièrement intéressants vu les faibles puissances de commutation mises en jeu pour assurer leur commande. Les panneaux de visualisation de petite taille se prêtent à une projection grand écran moyennant l'utilisation d'une source lumineuse auxiliaire dont le rayonnement est modulé optique- ment par les changements d'état des éléments qui les composent. Pour résoudre le problème de la commande d'un panneau d'affichage, on a déjà songé à intercaler une couche photosensible entre les éléments de visualisation et l'un des réseaux d'électrodes, l'adressage s'effectuant de manière optique. Un tel dispositif a pour inconvénient, dans le cas de la projection, de créer des difficultés de découplage optique entre la com- mande d'adressage et le rayonnement utilisé pour former une image agrandie du panneau de visualisation. En effet, la couche photosensible ne doit pas réagir au rayonnement de lecture et si elle est sensible à ce rayonnement, il faut prévoir une couche protectrice opaque, de manière que l'image à projeter ne soit pas perturbée par une commande intempestive occasionnée par la lumière servant à projeter l'image. La présente invention est destinée à surmonter ces difficultés et s'appliquera donc notamment aux systèmes de visualisation à haute défini- tion ou aux systèmes de petites dimensions. En effet, l'invention permet de séparer les éléments de commutation proprement dits des moyens réalisant l'adressage et de réduire considérablement le matériel à prévoir autour de l'écran, puisque, selon notre invention, les éléments de commutation et les fils les reliant aux sources de tension représentant l'essentiel du matériel, alors que tous les circuits de commande réagissent aux signaux incidents en vue d'adresser les éléments de commutation. La zone o se forme l'image à projeter ne renferme pas d'éléments de commande photosensible. De plus, le mode de visualisation peut être indifféremment par réflexion ou par transmission, ce qui permet notamment la projection sur un écran à l'aide d'un système optique, d'o la possibilité de réaliser l'ensemble des éléments de visualisation dans des dimensions nettement inférieures à celles de l'art antérieur, avec tous les avantages que cette réduction entraîne. En conséquence, l'invention représente un dispositif de visualisation, destiné à former dans une zone de visualisation et à partir de données introduites sous la forme de signaux électriques incidents, une représen- tation décomposable en éléments de visualisation; ces éléments de visuali- - sation coopérant avec des électrodes reliées à des sources de tension par l'intermédiaire de moyens de commutation situés en dehors de ladite zone, caracérisée en ce que ces moyens de commutation comprennent des éléments de commutation à commande optique et des moyens d'adressage optique assurant la commande desdits éléments de commutation. Lesdits signaux incidents contrôlant l'état desdits éléments de visualisation en fonction de l'éclairement fourni auxdits éléments de commutation par lesdits moyens d'adressage optique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente le schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue isométrique du dispositif de la figure 1 - la figure 3 représente le schéma électrique du réseau d'électrodes réalisant l'adressage des lignes de l'image - la figure 4 représente le schéma électrique du réseau d'électrodes réalisant l'adressage des colonnes de l'image; - la figure 5 montre une variante de réalisation du schéma électrique de la figure 3; - la figure 6 représente un moyen d'adressage optique selon l'inven- tion; - la figure 7 est une figure explicative; - la figure 8 illustre le mode de commande électro-thermique d'un cristal liquide en phase smectique. Selon le type d'application désiré, plusieurs phénomènes physiques sont envisageables, par exemple certains effets optiques que présentent les cristaux liquides en phase smectique, nématique ou cholestérique. Ce sont des modes de réalisation avec les cristaux liquides qui seront décrits à titre d'exemple, mais tout émetteur de lumière en général peut convenir, sous la condition que les ensembles de connexions et des électrodes soient compa- tibles pour engendrer l'émission de lumière. Sur la figure 1, on peut voir le schéma d'ensemble d'un dispositif de visualisation selon l'invention. Les données à visualiser S sont introduites à l'entrée d'un organe de commande 1. Les données sont des signaux représen- tatifs des éléments caractéristiques de l'information contenue dans une image à projeter. Le circuit 1 permet de commander le générateur électri- que 2 et/ou les moyens d'adressage optique 3 et 4 en fonction des données - reçues; toutes les combinaisons de ces deux commandes étant possibles suivant la nature des données et le mode de fonctionnement adopté. A titre d'exemple non limitatif, les signaux électriques incidents peuvent se présenter sous la forme d'un signal composite du genre signal de télévision, les moyens d'adressage optique 3 et 4 fonctionnant en synchro- nisme avec les signaux de synchronisation contenu dans ce signal composite; le faisceau lumineux 14 émis par les moyens d'adressage optique est alors simplement soumis à une déviation récurrente permettant d'explorer succes- sivement une ligne de photo-détecteurs 501***50 M. Le faisceau lumineux 13 balaie une colonne 801*i-80N. La composante vidéo du signal composite S est délivrée par le circuit 1 à l'entrée de commande du générateur électrique 2. Le générateur électrique 2 alimente les éléments de commutation à commande optique 501...50M et 801...80N, les éléments 50...I80 alimentent des électrodes en lignes, telles que 901-*90NI et des électrodes en colonnes, telles que 701...70MI Les éléments de visualisation 21il-,2MN sont placés à l'intersection des lignes 90 et des colonnes 70 de manière à réaliser une matrice de MN éléments adressable par M + N connexions électriques. La forme et la nature des éléments sont très variables et dépendent essentiellement de l'image à visualiser. Les éléments peuvent être consti- tués par tout système dans lequel une caractéristique optique changeante permet de construire une image. On peut citer les cellules à plasma, les cellules électroluminescentes; la commande des cellules qui viennent d'être mentionnées peut, selon le cas, se faire par courant ou tension. La commande par tension permet de créer un champ électrique inducteur. La commande par courant peut servir à produire un échauffement transitoire. Les lignes et les colonnes d'électrodes sont reliées aux sources de tension par l'intermédiaire d'éléments de commutation suivant les lignes 803...80N et les colonnes 501.i-50M, qui sont commandés optiquement par les moyens d'adressage 3 et 4; le positionnement-, les dimensions géométriques et les caractéristiques physiques de ces éléments doivent être sélectionnés selon le type d'application. Suivant l'invention, l'adressage optique vise des éléments de commuta- tion agencés à la périphérie de la zone de formation de l'image à visualiser. - 5 Ces éléments de commutation sont en outre beaucoup moins complexes que ceux qu'il faut mettre en oeuvre pour réaliser une commande électrique selon les techniques connues. Les éléments de commutation 501. i-50M et 801*..80N reçoivent les tensions générées par le générateur 2 et les délivrent sur les différentes électrodes de lignes 90il90 NI ou de colonnes 70l.70N.Ces tensions prennent des valeurs correspondant aux positions d'adressage opti- que des faisceaux lumineux 13 et 14, issus des moyens d'adressage optique3 et 4.Les connexions nécessaires à la réalisation d'un tel dispositif se limitent donc, selon l'invention, à la somme du nombre de lignes et de colonnes d'électrodes, M + N, ce qui laisse donc la possibilité de concevoir des ensembles haute définition avec des dimensions réduites. La figure 2 est une vue isométrique du dispositif de la figure 1 o les mêmes références désignent les mêmes éléments. L'ensemble de visualisa- tion 50 comprend deux supports 10 et 11, qui peuvent être des plaques de verre transparentes par exemple si on utilise le dispositif en fonctionnement par transmission. Ces supports 10 et Il enserrent une couche de cristal liquide 12 inscriptible sous l'action d'un champ électrique. Un réseau d'électrodes de lignes 901... 90M et le réseau d'électrodes de colonnes N***70M sont disposés entre chaque support 10 et 11, et la couche de cristal liquide 12. On obtient ces lignes et ces colonnes par les procédés habituels de métallisation. L'un au moins de ces jeux d'électrodes est perméable au rayonnement de projection. Un élément de visualisation tel que 2 il-*2MN est alors constitué de la portion de cette couche 12 de cristal liquide placée à l'intersection de la ligne j et de la colonne i. Suivant le champ électrique qui existe entre les électrodes j et i, l'élément de visualisation présentera un aspect de diffusion ou de transparence, et l'ensemble des éléments de visualisation tel 2ll...2MNdécrira la figure de visualisation globale. Les lignes d'électrodes 901.90N sont reliées par l'une de leurs extrémités, au générateur et par l'autre de leurs extrémités, à des éléments de commutation tels que 801...80N' L'autre extrémité des élé- ments de commutation 80.... ayant une masse commune M avec le généra- teur 2. A titre d'exemple non limitatif, l'élément de commutation 80. est une cellule photoconductrice recevant un rayonnement capable d'amoindrir sa résistance et donc de mettre à la masse l'électrode 90., celle-ci étant alimentée en source de courant. Les électrodes de colonne 70 i-. 70M sont reliées par l'une de leurs extrémités, d'une part à des éléments de commutation 501***50M, et d'autre part, à des capacités mémoires 601.i-60Ml L'autre extrémité des capacités mémoires 601***60M est reliée à une masse commune au générateur 2. L'autre extrémité des éléments de commutation 50 i- 50M est reliée au générateur électrique 2 par les connexions 30. Le rôle des capacités mémoires est d'assurer pendant un certain temps sur les électrodes de colonnes 701* *70M, les tensions élémentaires contenues dans le signal composite véhiculé par les connexions 30 Les flux lumineux 13 et 14 éclairent respectivement les photodétecteurs 801*i-80N et les photodétec- teurs 501.i-50M en synchronisme avec le signal composite 15. Le faisceau 13 éclaire le photodétecteur 80. et fait donc chuter notablement sa résistance. Il en résulte que la ligne 90. est à la masse M, commune avec le générateur 2. Les autres photodétecteurs 80 n'étant pas éclairés, ont une résistance élevée et les lignes correspondantes sont à la tension transmise par la connexion 302. Avant que le faisceau 13 éclaire le photodétecteur de ligne 80., le faisceau 14 doit, en conformité avec la synchronisation du signal composite, éclairer successivement tous les photodétecteurs 50 1..50M pour leur trans- mettre l'information. Les signaux élémentaires sont délivrés à chacune des colonnes en accord avec l'éclairement de leur photodétecteur. En effet, lorsque le photodétecteur 50i est éclairé par le flux lumineux 14, la capacité mémoire 60i se charge à la valeur de la tension délivrée à l'instant par les connexions 301, l'électrode 70i est donc à cette tension. Chacun des autres photodétecteurs 50 a une résistance notable, du fait du non éclairement, et son électrode de colonne 70 est alors à la tension délivrée par sa capacité mémoire 60. Cette tension délivrée est la tension élémentaire du signal, que la capacité mémoire a enregistrée lors de l'éclairement du photodétecteur correspondant par le faisceau lumineux 14. Ensuite, le faisceau 13 commande l'élément 80o de façon que la différence de potentiel, présente entre la ligne j et la colonne i,permette de réaliser ou non, suivant sa valeur, l'état diffusant de l'élément 2j. Si on appelle Z le temps total d'adressage de l'image à visualiser, chaque ligne est mise séquentiellement à la masse pendant le temps Z/N; et portée à la tension délivrée par la connexion 302 pendant le temps Z (1 - 1/N). Les colonnes sont adressées par le faisceau 14 à. la fréquence M. N/Z. Au niveau d'une colonne, l'information doit être mémorisée au niveau de l'élément capacitif 60. pendant au moins le temps de balayage d'une ligne, c'est-à-dire Z/N. D'autre part, pour charger rapidement l'information au niveau de cet élément capacitif, la constante de temps caractérisant la charge lorsque le photoconducteur est éclairé, doit être faible devant la durée de cet éclairement.Les capacités permettent un accès ligne à ligne de l'écran. La figure 3 représente le schéma électrique du réseau d'électrodes réalisant l'adressage des lignes de l'image. Les éléments 9011...90N' sont des éléments résistifs qui assurent la chute de tension lorsque les électrodes 90 sont reliées à la masse, c'est-à-dire lorsque leur photodétecteur est soumis à l'éclairement du faisceau 14. Il est avantageux de placer ces résistances entre le générateur électrique 2 et les électrodes 90, dans le but de ne pas encombrer les zones réservées aux photodétecteurs. La figure 4 représente le schéma électrique du réseau d'électrodes réalisant l'adressage des colonnes de l'image. Les références sont identiques à celles des figures précédentes. Une variante de réalisation d'un dispositif selon l'invention peut être réalisée en utilisant des cellules de cristal liquide en phase smectique. La figure 8 illustre le mode de commande électro-thermique d'un cristal liquide en phase smectique. Les courbes C1 et C2 sont des représentations, en fonction du temps, de la température d'un cristal liquide smectique. OS est la température seuil, au dessus de laquelle le cristal liquide se trouve dans une phase isomorphe non diffusante. Les courbes T1 et T2 représentent les valeurs de tensions appliquées sur un cristal liquide smectique, suivant le temps. Les courbes D1 et D2 montrent la variation du coefficient de diffusion d'un cristal liquide smectique suivant les cycles de températures L1, C2, et les tensions appliquées lors des cycles V1, V2; la montée en température pendant le temps AB, et le palier BC, porte le cristal liquide dans une phase isomorphe non diffusante. Lors du refroidissement CD, l'application de la tension V1 à l'élément de cristal liquide lui confère une certaine structure avec un coefficient de diffusion D1, qui viendra à tendre vers une valeur nulle lors de la montée en température suivante. Une tension V2, alors appliquée pendant la phase C'D' de refroidissement, différente de Vil entraîne un coefficient de diffusion D2 également différent de D1. On peut ainsi obtenir une suite continue d'états de diffusion de la couche de cristal liquide lors du refroidissement, et les annuler en élevant la température au dessus de Os, température seuil. La figure 5 représente une variante de réalisation du schéma électri- que de la figure 3, appliquée au cas des cellules à cristal liquide en phase smectique. Les électrodes de ligne sont constituées d'éléments résistifs 901". 90N" qui assurent le chauffage de la partie de cristal liquide située à proximité. Lorsque le faisceau lumineux 13 balaie l'élément conducteur 80., la résistance de ce dernier était- négligeable devant celle de l'élément 90.,,, la tension des connexions 302 s'applique aux bornes de 90j qui assure le chauffage et produit l'effacement des cellules de cristal liquide 2,i. Lors du refroidissement, les tensions, en accord avec le signal composite, délivrées sur les électrodes de colonnes 701***70M permettent l'établissement de charges électriques variables, et donc l'obtention de différents états de diffusion, qui composent la figure de visualisation globale; le reste du dispositif est identique. La figure 6 décrit un dispositif de réalisation des moyens d'adressage optique comme le dispositif 3 ou 4 décrit dans les figures précédentes. Néanmoins, toute réalisation permettant d'obtenir un rayonnement lumineux suffisamment ponctuel, pouvant être modulé en intensité, et susceptible de subir des déflexions rapides peut être utilisé comme moyen d'adressage optique suivant l'invention. Le dispositif 3, par exemple, comporte une source de rayonnement lumineux 31, par exemple un laser de type semi-conducteur, un système optique conformateur de faisceau 32, un oscillateur accordable en fréquence , qui, recevant un signal d'accord du circuit de l'organe de commande 1, agit sur un transducteur 34 appartenant à un déflecteur 33, de type acousto- optique par exemple, de façon à assurer une déflection par effet Bragg du faisceau issu du système 32. Le faisceau 13, issu de ce dispositif, commande les différents éléments de commutation 801..80N à commande optique du dispositif de visualisation selon l'invention. Ce mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention peut être un mode par réflexion, dont la lumière de vision est la lumière ambiante. Un tel dispositif possède l'avantage qu'une augmentation de l'intensité de la lumière de vision n'entraîne pas une réduction du contraste de l'image à visualiser mais, au contraire, l'améliore. Le dispositif fonctionne également en transmission et permet de projeter l'ensemble de visualisation sur un écran pour une vision plus aisée. On peut, par ce procédé, réaliser des ensembles de visualisation de dimensions très réduites, l'invention, en ayant simplifié les connexions de commande néces- saires, le permettant. Un exemple de système optique permettant une telle projection est représenté sur la figure 7. Il comporte une source de lumière , un rayonnement lumineux traversant un système optique conformateur de faisceau 30 et éclairant l'ensemble de visualisation. Quand les éléments sont des cellules à cristal liquide, dans l'hypothèse de non diffusion, les rayons lumineux, après avoir traversé la lentille de charge 60, converge sur l'objectif 70 et sont arrêtés par la pastille opaque 80. Un élément diffusant comme l'élément 100, émet des radiations lumineuses qui ne sont pas toutes arrêtées par la pastille opaque 80 et se projetteront sur l'écran 90 qui fera donc office d'écran de visualisation.Les éléments de commutation à com- mande optique ont été décrits comme des photoconducteurs, on peut également employer, sans sortir du cadre de l'invention, des phototran- sistors, ou tout autre dispositif dont l'action d'un faisceau lumineux appro- prié aurait des effets identiques à ceux décrits sur les électrodes. L'invention couvre tous les domaines d'application des panneaux de visualisation, et s'applique notamment aux écrans de visualisation haute définition, ou aux dispositifs de petites dimensions. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation, destiné à fournir dans une zone de visualisation à partir de données introduites sous la forme de signaux électriques incidents (S), une représentation décomposable en éléments de visualisation (2ij); ces éléments de visualisation coopérant avec des électrodes (70i), (90.) reliées à des sources de tension par l'intermédiaire de moyens de commutation situés en dehors de ladite zone, caractérisé en ce que ces moyens de commutation comprennent des éléments de commutation (50j), (80.) à commande optique et des moyens d'adressage optique (3), (4) assurant la commande desdits éléments de commutation; lesdits signaux incidents contrôlant l'état desdits éléments de visualisation en fonction de l'éclairement (13), (14) fourni auxdits éléments de commutation par lesdits moyens d'adressage optique. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites électrodes (70.), (90.) forment un réseau de lignes (90.) et un réseau de colonnes (70; lesdits éléments de visualisation (2j) se trouvant placés à l'intersection desdits réseaux (90., 70.). 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des éléments de commutation (50i), (80.) comporte deux bornes et une plage sensible destinée à recevoir un rayon- nement incident de commande (13), (14), la résistance électrique offerte par ledit élément de commutation entre lesdites bornes présentant au moins deux valeurs distinctes. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'adressage optique (3), (4) assurant la commande des éléments de commutation (80j) comprennent au moins une source de rayonnement lumi- neux (31), et au moins un déflecteur optique à commande électrique (33), recevant un faisceau (32) issu de ladite source; le faisceau émergeant (13) dudit déflecteur explorant lesdits éléments de commutation (80.); des signaux électriques de commande assurant la déviation dudit faisceau, sont produits par un circuit électrique de commande (1) recevant les signaux électriques incidents. il 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de visualisation (2..) comportent un cristal liquide (12) dont l'aspect dépend de l'application d'un champ électrique; ce champ électrique étant créé par lesdits réseaux (70i), (90.). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de visualisation comporte un cristal liquide (12) en phase nématique dont l'état de diffusion dépend de l'application d'un champ électrique; ce champ électrique étant créé par lesdits réseaux (70i), (90.). 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'élé- ment de visualisation comporte un cristal liquide (12) en phase smectique; l'aspect dudit cristal liquide 12 dépendant en outre d'un échauffement transitoire produit par la circulation d'un courant électrique dans l'un desdits réseaux (70f), (90i). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'un au moins du réseau de lignes (90.) ou du réseau de colonnes (70) d'électrodes contient une capacité mémoire (60j), cette capacité mémoire étant localisée entre une électrode et un élément de commutation. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins une résistance (90.,) est ajoutée à une électrode, et en ce que cette résistance est située du côté opposé à celui de l'élément de commutation qui relie ladite électrode. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments de visualisation (2.j) comportent des diodes électroluminescentes. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments de commutation (50i), (80.) comportent des phototransistors. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse auxiliaire (30), dont le rayonnement est modulé optiquement par les changements d'états des éléments de visualisation (2.j).