Brevet FR2499744A1 — publié le 19820813

La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage matriciel comprenant deux familles d'électrodes ligneset son procédé de com- -mande. Elle trouve une application en opto-électro- nique, et principalement dans la commande de cellu- les à cristaux liquides utilisées notamment comme convertisseurs d'informations électriques en in- formations optiques, dans le traitement des images optiques en temps réel, dans la réalisation de fil- très 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 cellule d'affichage constituée par deux parois iso- lantes transparentes et par un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrice et com- prenant une première famille de p lignes d'électro- des parallèles, disposées sur l'une des deux parois isolantes, et une deuxième famille de q colonnes d'électrodes parallèles, disposées sur l'autre pa- roi isolante, les lignes et les colonnes étant croisées, une zone xiyj du matériau étant définie par la région de recouvrement entre la ligne xi (o i est un entier qui peut prendre toutes les valeurs comprises en 1 et p) et la colonne yj (o j est un entier compris entre 1 et q). Les bandes formées par les lignes et les colonnes sont de nature telle qu'elles peuvent véhiculer des signaux appropriés à l'excitation du matériau présentant une propriété optique dépendant de ladite excitation. Ce système d'électrodes est un système à bandes croisées ou, en terminologie anglo-saxonne, un système "cross- bar". On connaît de nombreux dispositifs de ce genre qui utilisent par exemple comme matériau sen- sible un film de cristal liquide, et pour lesquels l'excitation est électrique. L'invention s'appli- que particulièrement bien à de tels dispositifs, mais elle s'applique de manière plus générale à tout dispositif à bandes croisées comprenant un ma- tériau dont une propriété optique peut être modi- fiée à l'aide d'une excitation électrique. Le maté- riau 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 diffraction, une convergence, un pouvoir rotatoire, une biréfrin- gence, une intensité réfléchie dans un angle solide déterminé, etc... Un procédé de commande de tels disposi- tifs d'affichage connus consiste par exemple dans le cas d'une cellule à cristaux liquides o l'exci- tation est de nature électrique, à appliquer sur la ligne xi une tension Vx alternative et sur les autres lignes une tension nulle et à appliquer sur les colonnes Y. des tensions Vyj alternatives de ) yje même durée et de même fréquence que la tension V. mais qui sont déphasées par rapport à celles-ci d'une quantité fPi. Ce déphasage #Pi permet de fai- re 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 ma- tériau et imageur analogique mettant en oeuvre le- dit procédé". Ce procédé de commande appliqué aux dis- positifs tels que décrits précédemment présente l'inconvénient de conduire à des effets d'accumula- tion différentielle. La présente invention a justement pour objet un dispositif d'affichage à deux familles d'électrodes lignes et son procédé de commande per- mettant de remédier à cet inconvénient en réduisant les effets d'accumulation quelle que soit l'image affichée. La présente invention concerne un dispo- sitif d'affichage matriciel comprenant une cellule d'affichage constituée par deux parois isolantes transparentes et par un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrice, et compre- nant une première famille de p lignes d'électrodes parallèles, déposées sur l'une des parois isolan- tes, et une deuxième famille de q colonnes d'élec- trodes parallèles, déposées sur l'autre paroi iso- lante, les lignes et les colonnes étant croisées, une zone xiyj étant définie par la région du maté- riau recouvert par la ligne xi, o i est un entier tel que 1 L i 4 p, et par la colonne yj, o j est un entier tel que 1 L j 4 q, et des moyens permet- tant de délivrer sur les électrodes des signaux d'excitation, ledit matériau ayant une propriété optique dépendant de ladite excitation; ce dispo- sitif se caractérise en ce qu'il comprend de plus une troisième famille de p lignes parallèles d'électrodes, d'orientation identique à celle de la première famille, disposée sur la deuxième famille d'électrodes, et isolée électriquement de ladite deuxième famille au moyen d'une couche isolante, ledit matériau étant ainsi intercalé entre la pre- mière famille d'électrodes et la troisième famille d'électrodes Selon un mode préféré de réalisation du dispositif d'affichage de l'invention, le matériau 35.est un film de cristal liquide dont la propriété optique dépend du champ électrique qui lui est ap- pliqué, lesdits signaux d'excitation étant des ten- sions électriques. Selon une réalisation préférée de l'in- vention, ladite troisième famille se présente sous la forme d'une matrice d'électrodes point, chacune de ces électrodes point étant munie d'un interrup- teur apte soit à la réunir à un conducteur à poten- tiel constant commun à toutes les électrodes point d'une même ligne de la famille, soit à l'isoler électriquement, la commande de cet interrupteur étant effectuée par un conducteur de commande com- mun à toutes les électrodes point d'une même ligne de la famille. La présente invention a également pour objet un procédé de commande d'un dispositif d'af- fichage matriciel tel que défini précédemment. Ce procédé visant à commander une pro- priété optique de la zone xiyj du matériau, du type suivant lequel on analyse séquentiellement dans le temps les zones appartenant à une même ligne xi, se caractérise en ce que l'on applique sur la ligne xi de la première famille d'électrodes un potentiel -V1 et sur les autres lignes de ladite famille un potentiel -y0, et on applique sur la colonne yj de la deuxième famille d'électrodes un potentiel V2, fonction de la valeur de la propriété optique, dé- sirée dans la zone xiyj, la ligne xi de la troisiè- me famille d'électrodes étant isolée électrique- ment et les autres lignes de ladite famille portée à un potentiel V0. Selon une variante du procédé selon l'in- vention, on commande simultanément les q zones d'une même ligne xi de la première famille d'élec- trodes en appliquant simultanément sur chaque co- i499744 lonne de la deuxième famille d'électrodes un poten- tiel V2 fonction de la valeur de la propriété opti- que, désirée à l'intersection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en, référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif d'affichage conformément à l'invention; - la figure 2 représente la répartition du potentiel existant entre les différentes famil- les d'électrodes du dispositif de la figure 1 g et - la figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'affichage conformément à l'invention. Pour plus de clarté, la description se réfère à un dispositif d'affichage comprenant comme matériau un film de cristal liquide dont la pro- priété optique dépend du champ électrique qui lui est appliqué. Comme on l'a indiqué plus haut, l'in- vention est d'application beaucoup plus générale, mais ces dispositifs à cristaux liquides étant ac- tuellement bien connus et largement utilisés, il est préférable d'effectuer la description sur cet exemple. La figure 1 représente une cellule d'af- fichage à bandes croisées. Elle comporte deux pa- rois 1È et 12, généralement transparentes, dispo- sées de part et d'autre d'une cale d'épaisseur 14, en matériau isolant, définissant un volume 16 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 pa- roi 10 est déposée une première famille de p lignes d'électrodes 18 et sur la paroi 12 une deuxième famille de q colonnes d'électrodes 20, constituée chacune par une série de bandes parallèles conduc- trices transparentes, réalisées par exemple en oxy- de d'indium, notées xi pour les lignes et yj pour les colonnes. La surface utile du cristal liquide est ainsi décomposée en une mosaïque de zones cor- respondant aux zones de recouvrement des deux fa- milles d'électrodes, chaque zone correspondant au recouvrement de deux bandes xi et yj, et qui.peut, de ce fait, être repéré par la notation xiyj. L'excitation d'une zone, c'est-à-dire la commande d'une propriété optique du cristal liquide contenu dans cette zone, s'effectue en appliquant sur les électrodes xi et yj des tensions électri- ques, délivrées par des sources d'alimentation électriques, non.. représentées, qui entraînent l'apparition d'un champ électrique au sein du cris- tal liquide. On fait ainsi apparaître une image sur l'ensemble de la cellule en la définissant point par point et en sensibilisant les zones les unes après les autres selon des principes connus de com- mande séquentielle, mettant à profit le temps im- portant de décroissance de l'effet optique induit dans le cristal liquide. Selon l'invention, cette cellule d'affi- chage comprend, de plus, une troisième famille de p lignes d'électrodes 22 d'orientation identique à celle de la première famille et disposée sur la deuxième famille d'électrodes 20 et isolée de cette dernière au moyen d'une couche isolante 24 de fai- ble épaisseur et de grande constante diélectrique, réalisée par exemple en silice ou en alumine. Comme les deux autres familles d'électrodes, les électro- des de la troisième famille 22 sont transparentes et réalisées par exemple en oxyde d'indium. Le film de cristal liquide du fait de l'existence de cette troisième famille d'électrodes se trouve intercalé entre la première famille d'électrodes 18 et la troisième famille 22. Selon l'invention, pour exciter la pro- priété optique de la zone xiy du matériau, c'est- à-dire obtenir un affichage du point correspondant sur le dispositif d'affichage, on applique sur la ligne xi de la première famille d'électrodes un po- tentiel -V1 et sur les autres lignes de ladite pre- mière famille un potentiel -V0, et on applique sur la colonne yj une tension V2. En ce qui concerne la troisième famille d'électrodes, la ligne xi de la- dite famille est isolée, c'est-à-dire que le cir- cuit de commande (non représenté) est mis en haute impédance (H.I.) et les autres lignes de ladite fa- mille sont portées à un potentiel Vô. Pour obtenir l'affichage de toute une li- gne xi du dispositif d'affichage matriciel, on ap- plique simultanément sur chaque colonne de la deu- xième famille d'électrodes le potentiel V2 corres- pondant à l'état optique désiré à l'intersection. Sur la figure 2, on a représenté la répar- tition du potentiel existant entre la première fa- mille d'électrodes et la deuxième famille d'élec- trodes. En abscisses, on a représenté la distance z à la première famille d'électrodes et en ordonnées le potentiel correspondant. Le matériau d'affichage, compris entre la ligne xi de la première et troisième famille d'électrodes, présente une épaisseur E; z varie donc de 0 à E. La couche isolante 24, comprise en- tre la ligne xi de la troisième famille d'électro- des et la colonne y. de la deuxième famille d'élec- trodes, présente une épaisseur e; z varie donc de E à E + e. Lorsque les lignes de la première famille d'électrodes sont portées au potentiel -V01 c'est- à-dire que lesdites lignes ne sont pas sélection- nées (courbe a), et que les lignes de la troisième famille d'électrodes sont portées au potentiel VI, le matériau d'affichage voit alors à ses bornes une tension VOIv0 constante quel que soit le potentiel appliqué aux colonnes du dispositif d'affichage. En conséquence, quelle que soit la zone du matériau d'affichage qui est excitée, les points affichés ou non voisins reçoivent des tensions parasites rigou- reusement égales, et dont la valeur est-modulable. Lorsque la ligne xi de la première famil- le d'électrodes est portée au potentiel-yV1, c'est- à-dire que ladite ligne est sélectionnée famille d'électrodes étant isolée électriquement. Le potentiel V3 représente, dans ce cas, le poten- tiel existant au niveau de la ligne xi de la troi- sième famille d'électrodes. La tension vue par le matériau d'afficha- ge, c'est-à-dire V3+V1, devant être la plus grande possible afin d'obtenir un affichage contrasté, la couche isolante 24 doit avoir une faible épaisseur par rapport à l'épaisseur du matériau d'affichage et/ou une constante diélectrique supérieure à celle du matériau d'affichage. En effet, si l'on écrit la continuité du champ électrique sur la ligne xi de la troisième famille d'électrodes, sachant que em et ai représentent respectivement la constante dié- lectrique du matériau d'affichage et de la couche isolante, on obtient la relation: (V3+V)E m (V2 V3> i E e En conséquence, si l'on veut que le po- tentiel V soit peu différent du potentiel V2, il faut que -mE soit très inférieur à a i La répartition de potentiels ci-dessus exposée n'est rigoureusement réalisée que si l'on peut considérer que les différentes zones d'une électrode de la troisième famille, correspondant aux différents points du dispositif d'affichage, sont susceptibles de prendre des potentiels indé- pendants les uns des autres. Ceci serait faux si ces électrodes étaient très conductrices car elles seraient à chaque instant équipotentielles. La na- ture des électrodes minces en oxyde d'indium fait que cette supposition est exacte au moment de l'ap- plication des potentiels d'adressage d'une ligne et que, si les signaux d'adressage des lignes sont suffisamment brefs, le fonctionnement est bien celui qui a été décrit. Toutefois, si ces signaux sont de longue durée, le potentiel en chaque point de la ligne va avoir tendance à évoluer vers une valeur uniforme, fonction des niveaux appliqués aux électrodes co- lonne et réalisant une moyenne entre ces niveaux: ainsi l'excitation dans l'état optique de chaque point d'une ligne, dépendra de l'excitation des autres points de la ligne (et ceci d'une manière variable selon la conductivité des électrodes ligne); de plus, entre deux lignes successives, le potentiel eb d'équilibre étant différent, pour un potentiel don- né appliqué à la colonne, l'état optique du point intersection sera différent. Ces phénomènes se tra- duisent par une détérioration du contact. Pour pallier à cet inconvénient, l'in- vention propose un perfectionnement, illustré sur la figure 3. Dans ce perfectionnement chaque ligne de la troisième famille est constituée d'un ensem- ble d'électrode point séparées 26; chaque électro- de point 26 est munie d'un interrupteur de commande 28, réalisé par exemple sous forme d'un transistor en couche mince. Tous les interrupteurs de commande 28 d'une même ligne sont commandés par un même con- ducteur de commande 30. Tous les interrupteurs de commande d'une même ligne permettent de connecter toutes les électrodes point 26 d'une même ligne à un conducteur commun 32 à potentiel constant que la ligne n'est pas adressée) ou de les isoler électriquement (lorsque la ligne est adressée). Dans un dispositif d'affichage utilisant une cellule à cristal liquide, par exemple du type nématique, le phénomène utilisé est l'orientation collective des molécules dudit cristal parallèle- ment aux électrodes, lorsque ledit cristal est sou- mis à un champ électrique. Le phénomène utilisé dans un tel dispositif est décrit dans le brevet français n0 2 279 123, précédemment cité. Pour éviter toute perturbation dans le liquide, due notamment à des transits d'ions (phé- nomène de polarisation), on peut inverser la ten- sion appliquée aux bornes du matériau. Pour résou- dre ce problème, on peut utiliser des tensions al- ternatives pour commander la propriété optique du matériau. Le dispositif d'affichage décrit précé- il demment présente, de plus, l'avantage de permettre un taux de multiplexage des signaux appliqués aux électrodes illimité, lors de l'adressage des diffé- rentes lignes du dispositif et ce sans perturbation de l'affichage des points déjà affichés, la limita- tion du taux de multiplexage étant liée aux effets d'accumulation différentielle. Le procédé de commande d'un dispositif d'affichage selon l'invention est applicable dans le cas d'un affichage binaire, la tension V2 peut alors prendre deux valeurs distinctes et deux seu- lement; mais bien entendu, on peut appliquer ce procédé de commande à un affichage analogique, la tension V2 pouvant alors prendre toute valeur com- prise entre deux niveaux. Par'ailleurs, on peut envisager d'autres applications de l'invention que les imageurs à li- gnes et colonnes. On ne sort pas du cadre de l'in- vention lorsque, pour exciter, de manière générale, une zone particulière d'une cellule à cristaux li- quides, ou d'un matériau possédant des propriétés optiques comparables, on dispose de part et d'autre de cette zone deux électrodes. Pendant l'intervalle de temps o l'on excite effectivement cette zone, on applique à la première de ces électrodes (éiec- trode d'adressage) un signal qui est transmis au matériau sensible, le cristal liquide par exemple, en dépit de la présence de la deuxième électrode (électrode écran) qui est alors isolée;pendant le reste du temps, o le matériau sensible conserve sensiblement les mêmes propriétés dans la zone par- ticulière considérée, les deux électrodes propres à cette zone sont alors à un potentiel fixe, ce qui rend constante l'excitation parasite et sous- traient la zone à l'influence des potentiels exté- rieurs. 2499?44 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage matriciel com- prenant une cellule d'affichage constituée par deux parois (10, 12) isolantes transparentes et par un matériau comprenant une pluralité de zones répar- ties en matrice et comprenant une première famille de p lignes d'électrodes parallèles (18), déposées sur l'une des parois isolantes me famille de q colonnes d'électrodes parallèles (20), déposées sur l'autre paroi isolante (12), les lignes et les colonnes étant croisées, une zone xiyj étant définie par la région du matériau recou- vert par la ligne xi, o i est un entier tel que 1 t i 4 p, et par la colonne yj, o j est un entier tel que 1 4 j 4 q, et des moyens permettant de dé- livrer sur les électrodes des signaux d'excitation, ledit matériau ayant une propriété optique dépen- dant de ladite excitation, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une troisième famille de p lignes parallèles d'électrodes (22) d'orientation identi- que à celle de la première famille, disposée sur la deuxième famille d'électrodes (20),-et isolée élec- triquement de ladite deuxième famille au moyen d'une couche isolante (24), ledit matériau étant ainsi intercalé entre la première famille d'élec- trodes (18) et la troisième famille d'électro- des (22). 2. Dispositif d'affichage selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le matériau est un film de cristal liquide dont la propriété optique dépend du champ électrique qui lui est ap- pliqué, lesdits signaux d'excitation étant des ten- sions électriques. 3. Dispositif d'affichage selon l'une È499?44 quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les familles d'électrodes (18, 20, 22) sont constituées en un matériau conducteur transpa- rent. 4. Dispositif d'affichage selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que le matériau conducteur transparent est de l'oxyde d'indium. 5. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé. en ce que la couche isolante (24) est choisie dans le groupe comprenant l'alumine, la silice. 6. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite troisième famille se présente sous la forme d'une matrice d'électrodes point (26), chacu- ne de ces électrodes point (26) étant munie d'un interrupteur (28) apte, soit à la réunir à un con- ducteur à potentiel constant (32), commun à toutes les électrodes point d'une même ligne, soit à l'isoler électriquement, la commande de cet inter- rupteur étant effectuée par un conducteur de com- mande (30) commun à toutes les électrodes point d'une même ligne de la famille. 7. Procédé de commande d'un dispositif d'affichage matriciel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une cellule d'af- fichage constituée par deux parois isolantes trans- parentes (10, 12) et par un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrice et compre- nant une première famille de p lignes d'électrodes parallèles (18), déposées sur l'une des parois iso- lantes (10), et une deuxième famille de q colonnes d'électrodes parallèles (20), déposées sur l'autre paroi isolante (12), les lignes et les colonnes étant croisées, une zone xiyj étant définie par la région du matériau recouvert par la ligne xi, o i est un entier 1 4 i L p, et par la colonne y, o j est un entier 1 4 j / q, lesdites lignes et colon- nes servant à véhiculer des signaux appropriés pro- voquant une excitation du matériau, ledit procédé étant caractérisé en ce que, pour commander la pro- priété optique du matériau de la zone xiyj, on ap- plique sur la ligne xi de. la première famille d'électrodes (18) un potentiel -V1 et sur les autres lignes de ladite famille un potentiel VY0, et on applique sur la colonne yj de la deuxième famille d'électrodes (20) un potentiel V2, la-pre- mière famille d'électrodes (18) étant associée à une troisième famille de p lignes d'électrodes la troisième famille d'électrodes. 8. Procédé de commande selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que l'on commande si- multanément- les q zones d'une même ligne xi de la première famille d'électrodes en appliquant simul- tanément sur chaque colonne de la deuxième famille d'électrodes le potentiel V2. 9. Procédé d'excitation d'une zone par- ticulière d'une cellule optique, par exemple à cristaux liquides, caractérisé en ce que l'on dis- pose, de part et d'autre de cette zone particuliè- re, d'une part une électrode d'adressage, d'autre part une électrode écran, en ce que, lors de l'en- voi des signaux d'excitation de ladite zone parti- culière, on porte ladite électrode d'adressage à un potentiel d'adressage et on isole ladite électrode écran, et en ce que, pendant au moins une partie du reste du temps, on porte ladite électrode d'adres- sage et ladite électrode-écran à des potentiels bien déterminés, afin de soustraire la zone à l'in- fluence des potentiels extérieurs.