Brevet FR2499276A1 — publié le 19820806

La présente invention a pour objet un dispo- sitif d'affichage matriciel à plusieurs jeux d'électro- des et son procédé de commande. Elle trouve une appli-- cation en opto-électronique, et principalement dans la commande de cellules à cristaux liquides utilisées no- tamment comme convertisseurs d'informations électri- ques en informations optiques, dans le traitement des images optiques en temps réel, dans la réalisation de filtres colorés pouvant servir notamment en télévision en couleur, et dans l'affichage analogique. Plus spécialement l'invention concerne un dispositif d'affichage matriciel comprenant une cellu- le d'affichage constituée par deux parois isolantes transparentes et par un matériau comprenant une plura- lité de zones réparties en matrice et intercalées entre un premier système d'électrodes recouvrant l'une des deux parois et définissant 2 colonnes de commande et un deuxième système d'électrodes recouvrant l'autre pa- roi, constituées de bandes conductrices parallèles, et définissant g lignes de commande, la colonne xi, o i est un entier tel que l i L-p et la ligne yj, o j est un entier tel que 1l-JL-q définissant une zone xiyj du matériau, et comprenant des moyens permettant de déli- vrer sur les lignes et les colonnes des signaux d'exci- tation appropriés servant à exciter une propriété opti- que du matériau. On connait de nombreux dispositifs de ce gen- re qui utilisent par exemple comme matériau sensible un film de cristal liquide, et pour lesquels l'excitation est électrique. L'invention s'applique particulière- ment bien à de tels dispositifs mais elle s'applique de manière plus générale à tout dispositif comprenant un matériau dont une propriété optique peut être modifiée à l'aide d'une excitation quelconque. Cette excitation peut être de nature électrique, comme pour les cristaux liquides, mais aussi magnétique, thermique, électroni- que etc... Le matériau peut être un corps solide ou liquide, amorphe ou cristallin. La propriété optique peut être une opacité, un indice de réfraction, une transparence, une absorption, une diffusion, une dif- fraction, une convergence, un pouvoir rotatoire, une biréfringence, une intensité réfléchie dans un angle solide déterminé etc... Un procédé de commande de tels dispositifs d'affichage connus consiste par exemple dans le cas d'une cellule à cristaux liquides o l'excitation est de nature électrique, à appliquer sur la ligne xi une tension Vx périodique de valeur moyenne nulle et sur les autres lignes une tension nulle et à appliquer sur les colonnes Y. des tensions -V périodiques de valeur moyenne nulle, de même durée et de même fréquence que la tension Vx mais qui sont déphasées par rapport à celles-ci d'une quantité fe... Ce déphasage 9 i permet de faire varier l'intensité du signal à afficher, c'est-à-dire permet d'obtenir différents niveaux de gris. Un tel procédé de commande est décrit dans le brevet français n0 2 279 123 déposé le 6 février 1974 par le demandeur et intitulé "procédé de commande d'une caractéristique optique d'un matériau et imageur analo- gique mettant en oeuvre ledit procédé". Un affichage binaire est évidemment obtenu en appliquant sur les lignes xi les mêmes tensionsvxcdeba- layage et en appliquant sur les colonnes yj des tensions v.de même durée soit en opposition de phase par rapport à Vx, suivant queBIon veut afficher un blanc ou un noir. Dans les deux cas il faut autant de circuits de commande de ligne que de lignes. La présente invention a pour objet un dispo- sitif d'affichage à plusieurs jeux d'électrodes et son procédé de commande permettant notamment de limiter le nombre de circuits de commande du dispositif et de sim- plifier ces circuits. La présente invention concerne un dispositif d'affichage matriciel comprenant une cellule d'affi- chage constituée de deux parois isolantes transparen- tes, et d'un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrice et intercalées entre un premier système d'électrodes recouvrant l'une des deux parois et définissant p colonnes de commande et un deuxième système d'électrodes recouvrant l'autre paroi, consti- tuées de bandes conductrices parallèles, et définissant _ lignes de commande, la colonne xi, o i est un entier tel que l 'i Cp et la ligne yj, o j est un entier tel que lzjê_ q définissant une zone xiy. du matériau, et comprenant des moyens permettant de délivrer sur les lignes et les colonnes des signaux d'excitation appro- priés, ledit matériau présentant une propriété optique dépendant de ladite excitation. Ce dispositif se carac- térise en ce que le premier système d'électrodes est constitué d'une électrode pleine couche disposée direc- tement sur la paroi isolante correspondante et de n jeux d'électrodes disposées et groupées de façon que chaque jeu comporte un certain nombre de groupes et que le choix d'un groupe de chaque jeu corresponde à une colonne de commande et une seule, les n jeux d'électro- des disposés l'un au-dessus de l'autre et au-dessus de l'électrode pleine couche, étant isolés électriquement les uns des autres et de l'électrode pleine couche. Selon un mode préféré de réalisation du dis- positif d'affichage de l'invention, les n jeux d'élec- trodes sont constitués chacun de deux ensembles d'élec- trodes, chaque ensemble comportant 2.. électrodes, o k est un entier tel que 1 "k an, lesdts jeux comportant un nombre d'électrodes différents d'un jeu à l'autre. Selon un autre mode préféré de réalisation du dispositif d'affichage de l'invention, les P- électro- des du k ème jeu sont reliées entre elles 2lectrique- ment deux à deux, les électrodes d'un même ensemble étant reliées électriquement entre elles. Selon un autre mode préféré de réalisation du dispositif d'affichage de l'invention, le matériau est un film à cristal liquide dont la propriété optique dépend du champ électrique qui lui est appliqué, les- dits signaux d'excitation étant des tensions électri- ques. La présente invention a également pour objet un procédé de commande d'un dispositif d'affichage ma- triciel tel que défini ci-dessus. Ce procédé est carac- térisé en ce que, pour commander- la propriété optique du matériau de la zone xiyj, on applique un poten- tiel -V1 sur l'électrode pleine couche et un poten- tiel -V0 sur tous les groupes d'électrodes excepté celui qui correspond à la colonne xi, ledit groupe étant mis en haute impédance et on applique sur la li- gne yj un potentiel V2 correspondant à la valeur dési- rée de la propriété optique du matériau dans. la zone xiYj - Selon une variante du procédé de l'invention, on commande simultanément les q zones d'une même colon- ne xi en appliquant simultanément sur chaque ligne le potentiel V2. De toute façon, les caractéristiques et avan- tages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation don- nés à titre explicatif et nullement limitatif. Pour plus de clarté, la description se réfère à un disposi- tif d'affichage comprenant comme matériau un film de cristal liquide dont la propriété optique dépend du champ électrique qui lui est appliqué. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention est d'application beau- coup plus générale, mais ces dispositifs d'affichage étant actuellement bien connus et largement utilisés, il est préférable d'effectuer la description sur cet exemple. La description se réfère à une unique figure annexée qui représente schématiquement un dispositif d'affichage matriciel, conformément à l'invention. Cette figure représente schématiquement une cellule d'affichage comportant deux parois isolantes 2 et 4, généralement transparentes telles que des parois en verre, disposées de part et d'autre d'une cale d'épaisseur 6, en matériau isolant, définissant un vo- lume 8 qui est occupé, lorsque la cellule est montée par le matériau dont on commande une propriété optique, par exemple un film de cristal liquide. Sur la paroi isolante 2 est déposé un premier système d'électro- des 10 définissant 2 colonnes de commande de la pro- priété optique du matériau d'affichage et sur la paroi isolante 4 un deuxième système d'électrodes constituées de bandes conductrices parallèles transparentes, no- tées yj et définissant _ lignes de commande de ladite propriété optique. Ces deux systèmes d'électrodes peu- vent être réalisés en oxyde d'indium. De façon à mieux voir les différents éléments constituant le premier système d'électrodes 10, les di- mensions et notamment l'épaisseur de ce système n'ont pas été respectées. Selon l'invention, le premier système d'électrodes 10 comprend une électrode pleine cou - che 12, située directement sur la paroi isolante 2, et n jeux d'électrodes tels que 14 et 16, o n est un entier tel que 2n p, p étant le nombre de colonnes de com- mande. Les n jeux d'électrodes sont constitués chacun de deux ensembles d'électrodes référencées a et b. Les électrodes sont groupées de façon que le choix d'un ensemble dans chaque jeu corresponde à une seule colon- ne de commande de la propriété optique du matériau d'affichage; le groupement des électrodes sera décrit ultérieurement. Les n jeux d'électrodes sont disposés les uns au-dessus des autres et au-dessus de l'électro- de pleine couche 12. Ces n jeux d'électrodes sont iso- lés électriquement les uns des autres et isolés de l'électrode pleine couche au moyen de couches isolantes telles que 17 intercalées entre chaque jeu et l'élec- trode 12. Chaque ensemble d'électrodes a ou b du kième jeu d'électrodes comprend k électrodes, k étant un en- tier tel que 1 égale à un et le jeu référencé 16 à k égale à deux. L'utilisation de deux jeux d'électrodes, correspondant à quatre colonnes de commande, conduit à ce que l'en- semble a ou b du jeu 14 comprenne deux électrodes réfé- rencées a1 et a2 ou b1 et b2 et à ce que l'ensemble a ou b du jeu 16 comprenne une électrode a ou b. Sur le mode de réalisation représenté sur la figure, les deux jeux d'électrodes sont ordonnés selon les valeurs décrois- santes de l'entier k. De préférence les électrodes d'un même ensem- ble sont reliées électriquement entre elles au moyen de connexions telles que 18 et 20 comme représenté sur la figure. Par exemple pour le jeu d'électrodes 14 consti- tué de quatre électrodes a1, a2, b1 et b2, l'électrode b1 est intercalée entre l'électrode a et l'électrode a2 et en regard de la connexion 20 reliant lesdites électrodes a et a2, et l'électrode a2 est intercalée entre l'électrode b1 et b2 et en regard de la connexion 18 reliant lesdites électrodes b et b2. Il est à noter que le nombre d'électrodes du jeu d'électrodes k = 1 est égal au nombre p decolonnes de commande de la propriété optique du matériau d'affi- chage (soit deux ensembles comprenant chacun 2 électro- 2 des). - La surface utile du cristal liquide est ainsi décomposée en une mosaique de zones correspondant aux zones de recouvrement des deux systèmes d'électrodes, chaque zone correspondant au recouvrement d'une élec- trode du jeu k = 1 et d'une électrode ligne y.. Les J électrodes des n jeux d'électrodes situées en regard d'une électrode du jeu k = 1 définissent un groupe d'électrodes que l'on notera xi correspondant à une co- lonne de commande. La zone de cristal liquide comprise entre l'électrode ligne y. et le groupe d'électrodes xi peut être repérée par la notation xiy;. L'excitation d'une zone xiyj, c'est-à-dire la commande d'une propriété optique du cristal liquide contenu dans cette zone, s'effectue en appliquant sur les groupes d'électrodes xi et sur les électrodes li- gnes y. des potentiels, délivrés par des sources d'ali- mentation électrique, non représentées, qui entraînent l'apparition d'un champ électrique au sein du cristal liquide. On fait ainsi apparaître une image sur l'en- semble de la cellule en la définissant point par point et en excitant les zones les unes après les autres se- lon les principes connus de commande séquentielle. Dans un dispositif d'affichage utilisant une cellule à cristal liquide, par exemple du type némati- que, le phénomène utilisé est l'orientation collective des molécules dudit cristal parallèlement aux électro- des lorsque ledit cristal est soumis à un champ élec- trique. Le phénomène utilisé dans un tel dispositif est décrit dans le brevet français n0 2 279 123, précédem- ment cité. L'excitation d'une zone xiyj du matériau, se- lon l'invention, s'effectue en appliquant sur la ligne yj du deuxième système d'électrodes un potentiel V2 et sur l'électrode pleine couche 12 un potentiel -V1. Le groupe d'électrodes xi est mis en haute impédance, c'est-à-dire isolé électriquement, et les autres grou- pes sont portés à un potentiel -VO. De façon pratique, on porte un des deux en- sembles de chaque jeu d'électrodes au potentiel -V0 et l'autre ensemble est mis en haute impédance. Par exem- ple, l'excitation du matériau situé en regard de l'électrode a1 se fait en portant au potentiel -V0 l'ensemble b des jeux d'électrodes 14 et 16 et en met- tant en haute impédance l'ensemble a des deux jeux 14 et 16, l'électrode pleine couche 12 étant maintenue au potentiel -V1. La zone xiyj correspondante du cristal liquide voit à ses bornes une tension peu différente de V2 + V1, à condition que les couches isolantes 12 pré- sentent une faible épaisseur par rapport à celle du cristal liquide et/ou une constante diélectrique très supérieure à celle du cristal liquide; ceci découle de la continuité du champ électrique sur les différentes électrodes d'un même groupe. De même, les autres zones du cristal liquide en regard de la ligne y voient à leurs bornes une tension V2 + V0. Pour obtenir l'affichage de toutes les zones d'affichage correspondant à une colonne xi, on applique simultanément sur chaque électrode ligne le poten- tiel V2 correspondant à la valeur de la propriété opti- que que l'on désire afficher au point intersection de cette électrode ligne et de la colonne xi. Le phénomène utilisé dans un tel dispositif d'affichage étant l'orientation collective des molécu- les par action d'un champ électrique sur leur moment dipolaire, pour éviter toute perturbation dans le li- quide due notamment à des transits d'ions (phénomène de polarisation) il est nécessaire d'inverser la tension appliquée aux bornes du matériau, donc les potentiels appliqués sur les deux systèmes d'électrodes. Pour ré- soudre ce problème, on peut utiliser des tensions al- ternatives pour commander la propriété optique du maté- riau. L'invention n'est pas limitée aux affichage matriciels à bandes croisées. Fait parti de l'inven- tion, de manière générale, tout affichage sélectif utilisant les dispositions suivantes: il comporte une électrode couvrant la totalité de l'affichage que l'on porte à un potentiel de commande de l'aspect optique du cristal liquide; il comporte, entre cette électrode de commande et le cristal liquide une multiplicité de jeux superposés d'électrodes écran; ces électrodes écran sont disposées de façon qu'une combinaison d'électrode écran choisie dans chacun des jeux coïncide avec la zone particulière à exciter; chacune des électrodes écran de cette combinaison est isolée alors que les autres électrodes écran sont portées à un potentiel fixe. -2499276 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage matriciel compre- nant une cellule d'affichage constituée de deux parois isolantes transparentes prenant une pluralité de zones réparties en matrice et intercalées entre un premier système d'électrodes (10) recouvrant l'une des deux parois et définissant p co- lonnes de commande et un deuxième système d'électrodes recouvrant l'autre paroi, constituées de bandes conduc- trices parallèles, et définissant q lignes de commande, la colonne xi, o i est un entier tel que 1 i p et la ligne y,, o j est un entier tel que 1 j Lq définis- sant une zone xiY, du matériau, et comprenant des moyens permettant de délivrer sur les lignes et les colonnes des signaux d'excitation appropriés, ledit ma- tériau présentant une propriété optique dépendant de ladite excitation, caractérisé en ce que le premier système d'électrodes est constitué d'une électrode pleine couche (12) disposée directement sur la-paroi isolante correspondante (2) et de n jeux d'électrodes (14, 16) disposées et groupées de façon que chaque jeu comporte un certain nombre de groupes et que le choix d'un groupe de chaque jeu corresponde à une colonne de commande, et une seule, les n jeux d'électrodes, dispo- sés l'un au-dessus de l'autre et au-dessus de l'élec- trode pleine couche, étant isolés électriquement les uns des autres et de l'électrode pleine couche. 2. Dispositif d'affichage selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les n jeux d'électrodes sont constitués chacun de deux ensembles d'électrodes, chaque ensemble comportant 2électrodes, o k est un entier tel que 1 lk n, lesdits jeux comportant un nom- bre d'électrodes différents d'un jeu à l'autre. 3. Dispositif d'affichage selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les n jeux d'électrodes sont ordonnés selon les valeurs décroissantes de l'en- tier k qui les définit. 4. Dispositif d'affichage selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que les 2. électrodes du ième 2 k jeu sont reliées entre elles électriquement deux à deux, les électrodes d'un même ensemble étant reliées électriquement entre elles. 5. Dispositif d'affichage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les systèmes d'électrodes sont constitués en un maté- riau conducteur transparent. 6. Dispositif d'affichage selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que le matériau conducteur transparent est de l'oxyde d'indium. 7. Dispositif d'affichage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau est un film à cristal liquide dont la pro- priété optique dépend du champ électrique qui lui est appliqué, lesdits signaux d'excitation étant des ten- sions électriques. 8. Procédé de commande d'un dispositif d'af- fichage matriciel selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que, pour commander la propriété optique du matériau de la zone xiyY on ap- plique un potentiel -V1 sur l'électrode pleine couche et une potentiel V0 sur tous les groupes d'électrodes excepté celui qui correspond à la colonne xi, ledit groupe étant mis en haute impédance et on applique sur la ligne y, un potentiel V2 correspondant à la valeur désirée de la propriété optique du matériau dans la zone xiY,- 9. Procédé de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on commande simultanément les q zones d'une même colonne xi en appliquant simul- tanément sur chaque ligne le potentiel V2. 10. Procédé de commande d'une caractéristi- que optique d'une zone particulière d'une cellule à cristaux liquides ou analogue, caractérisé ence que ladite cellule comportant une électrode de commande sé- parée du cristal liquide par une multiplicité de jeux superposés d'électrodes écran, de configurations dif- férentes, on définit lesdites électrodes écran de ma- nière à ce qu'une combinaison d'électrode écran choi- sies dans chacun des jeux superposés coïncide avec la- dite zone particulière,onisale chacune des électrodes écran de ladite combinaison et on porte chacune des autres électrodes écran à un potentiel fixe.