Brevet FR2530852A1 — publié le 19840127

La présente invention concerne d'une façon générale un appareil d'affichage d'images à cristal liquide et, plus particulièrement, un dispositif d'af- fichage d'images à cristal liquide destiné à afficher une image fixe en blanc et noir avec des tons de gris inter- médiaires. Il est bien connu depuis un certain temps d'utiliser des dispositifs d'affichage à cristal liquide pour des indicateurs alphanumériques dans des montres, des calculateurs, etc Dans-ces applications, il suffit que l'affichage à cristal liquide donne une représentation en blanc et noir des données affichées Plus récemment, des dispositifs d'affichage à cristal liquide ont été agencés en des surfaces beaucoup plus grandes et utilisés pour produire des images fixes qui sont dérivées dans certains cas d'un signal vidéo Dans le but de produire des images réalistes, différents tons intermédiaires de gris entre le blanc et le noir sont nécessaires, ces tons *de gris constituant ce qui est habituellement appelé une échelle des gris La solution-couranté pour produire une échelle des gris appropriée pour des images réalistes consiste à moduler en durée d'impulsions le signal vidéo utilisé pour attaquer l'affichage à cristal liquide, ce qui permet d'obtenir les tons de gris intermédiaires voulus entre le blanc et le noir. La solution actuellement connue pour obtenir les tons de gris voulus par modulation en durée d'impul- sions d'un signal d'images utilise un convertisseur analogique-numérique pour produire des informations numériques d'échelle des gris, et un certain nombre de registres à décalage en combinaisons avec des multiplexeurs respectifs sont utilisés dans la direction horizontale et la direction verticale de la matrice à cristal liquide Les signaux numériques de tons de gris ainsi produits sont appliqués à la matrice d'affichage liquide dans la direction verticale en utilisant un registre à décalage et un multiplexeur et, dans la direction horizontale, un circuit de commutation complexe est nécessaire entre les registres à décalage qui contiennent des valeurs numériques et un multi- plexeur utilisé pour appliquer le contenu des registres à décalage à la matrice d'affichage à cristal liquide. En ce qui concerne ces multiplexeurs, en général, un multiplexeur comporte autant d'étages qu'il y a d'éléments d'images dans une période horizontale et de façon similaire, l'autre multiplexeur comporte autant d'étages qu'il y a de lignes de balayage dans la direction verticale. Le dispositif actuellement connu évite une diminution de la qualité du cristal résultant de l'électrolyse en attaquant l'affichage à cristal liquide avec ce qui est essentiellement un signal en courant alternatif Dans le dispositif connu, le ton de l'affi- chage à cristal liquide est commandé par la valeur effective de la tension appliquée, mais, étant donné que les signaux d'attaque sont modulés en durées d'impulsions, la fréquence effective des signaux varie également en fonction du ton à reproduire Cela nuit à la marge de fonctionnement du cristal liquide, qui est une autre manière de désigner la sensibilité ou le degré auquel un cristal liquide réagit aux variations de niveau du signal d'entrée Des changements de marge de fonctionnement du cristal liquide empêchent d'obtenir un affichage correct des tons. Un objet de l'invention est donc de proposer un dispositif d'affichage à cristal liquide destiné à afficher des images fixes, comportant une structure de circuit relativement simple et apportant une marge de fonctionnement stable pour les cristaux liquides. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'affichage de cristal liquide permettant d'obtenir des tons intermédiaires de gris, sans utiliser de convertisseur analogique-numérique. Selon un aspect de l'invention, le signal vidéo d'entrée est appliqué à un comparateur recevant également un signal de référence qui varie par plusieurs niveaux dans chacune consécutive de plusieurs zones d'images O Les signaux d'attaque du dispositif d'affichage à cristal liquide sont ensuite formés en fonction des signaux de sortie du comparateur dans chacune des zones consécutives L'invention met en oeuvre plusieurs zones consécutives du signal vidéo pour produire la seule image sur le panneau d'affichage à cristal liquide. L'invention propose un cricuit simple associé avec le dispositif connu d'affichage à cristal liquide et apporte une marge de fonctionnement stable pour ce dispositif d'affichage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est un schéma des circuits d'attaque d'un dispositif d'affichage à cristal liquide connu dans la technique antérieure, Les figures 2 A à 2 J montrent des formes d'ondes de différents signaux pour les circuits de la figure 1, La figure 3 est un schéma d'un multiplexeur destiné au circuit de la figure 1, Les figures 4 A à 4 D sont des formes d'ondes de signaux utilisés pour le multiplexeuÉ dé la figure 3 La figure 4 E est un tableau sur la même base que les figures 4 A-4 D représentant les valeurs de signaux de données utilisés dans le multiplexeur de la figure 3, La figure 5 est un schéma d'un dispositif d'affichage à' cristal liquide selon l'invention, La figure 6 représente une forme d'ondes d'un signal vidéo courant, montrant des niveaux dé séparation produits par le circuit de la figure 5, et Les figures 7 A à 7 E sont des formes d'ondes de signaux dans des zones consécutives d'images, produites par les différents niveaux de séparation du circuit de la figure 5. La figure 1 représente donc un circuit connu d'affichage à cristal liquide qui convient pour afficher une image fixe avec des tons de gris différents ou des niveaux différents d'échelles des gris Sur la figure 1, un signal vidéo qui peut être représenté par la forme d'ondes de la figure 2 A, est appliqué à l'entrée d'un amplificateur vidéo de type courant Le signal de sortie de l'amplificateur vidéo 2 est appliqué à un convertis- seur analogique-numérique 3 et le signal de sortie de l'amplificateur 2 est également appliqué à une unité 4 de commande de synchronisation qui produit des impulsions de synchronisation horizontales et verticales, représentées sur les figures 2 B et 2 C respectivement. Les impulsions de synchronisation horizontales sont également appliquées à un oscillateur de synchronisation ou horloge 5 Dans l'oscillateur de synchronisation 5, un signal d'horloge est produit avec un nombre d'impulsions correspondant à chaque élément d'images comme le montre la forme d'ondes de la figure 2 D, et ce signal est appliqué à un circuit d'échantillonnage et maintien (non-représenté) qui fait partie de l'étage de sortie du convertisseur analogique-numérique 3. La sortie numérique du convertisseur 3 consiste en un signal à 3 bits qui donne huit degrés de tons de gris, c'est-à-dire huit niveaux d'échelle des gris Chaque bit du signal de sortie numérique à 3 bits du conver- tisseur 3 est appliqué à des registres à décalage 6 A, GB, 6 C qui reçoivent également les impulsions d'horloge au lieu d'oscillateur 5 Les registres à décalage 6 A, 6 B, GC, reçoivent également un signal d'impulsions de- verrouillage ayant la forme d'ondes représentées sur la figure 2 E et-qui est produit par l'unité 4 de commande de synchronisation. Les registres à décalage 6 A, 6 B et 6 C reçoivent chacun des données d'images représentant une période horizontale et ces données sont mémorisées dans le registre à décalage voulu pour la période horizontale qui suit immédiatement Les signaux numériques qui ont été mémorisés dans les registres à décalage 6 A, 6 B et 6 C sont appliqués à un circuit de commutation 7 qui peut être considéré comme plusieurs commutateurs tripolaires Les trois signaux sont alors placés sur une même ligne de sortie par l'action de chaque commutateur tripolaire à la commande des impulsions de commutation correspondant aux poids affectés à chaque bit Autrement dit, les trois positions de chaque section de commutation corres- pondent au poids de chaque bit lorsqu'il-apparaît dans le nombre binaire à trois bits Cette pondération est effectuée en utilisant trois durées d'impulsions diffé- rentes, comme le montrent les formes d'ondes des figures 2 F, 2 G et 2 H sur lesquelles chaque signai successif contient des impulsions d'une durée qui est essentiellement une puissance de deux supérieure à la précédente Les signaux de sortie du commutateur 7 sont appliqués à un multiplexeur analogique 8 qui est le multiplexeur horizontal. En ce qui concerne les signaux verticaux, des données de balayage correspondant aux impulsions de synchronisation verticales, telles que représentées par les impulsions de synchronisation verticales de la figure 2 C et des impulsions de synchronisation horizons tales telles que représentées par les impulsions de synchronisation horizontales de la figure 2 B sont fournies par l'unité de commande de synchronisation 4 au registre à décalage 9 qui comporte 1,n nombre d'étages égal au nombre de lignes de balayage horizontales dans une période verticale Dans le registre à décalage 9, des signaux pour décaler un signal horizontal à chaque période horizontale sont produits après une impulsion de synchronisation horizontale Les signaux de sortie de chaque étage du registre à décalage 9 sont ensuite appliqués au multiplexeur analogique 10 qui est prati- quement identique au multiplexeur analogique 8 utilisé pour le traitement des éléments horizontaux de l'affichage. La réalisation d'un étage des multiplexeurs analogiques 3 et 10 est représentée sur la figure 3. Le multiplexeur 8 du circuit connu de la figure 1 comporte autant d'étages qu'il y a d'éléments d'images dans une période horizontale et d'une façon similaire, le multiplexeur du circuit de la figure 1 comporte le même nombre d'étages que le nombre des lignes dans la direction verticale. Dans le circuit multiplexeur de la figure 3, des portes analogiques 11, 12,13 et 14 reçoivent des tensions d'un diviseur de tension représenté globalement par 20 sur la figure 1 Les tensions d'entrée des quatre portés analogiques 11, 12, 13 et 14 du multiplexeur de la figure 3 sont connectées respectivement à quatre entrées correspondant ABC et D Ces tensions sont produites par le circuit diviseur de tension 20, purement résistif, comme le montre la figure-1 etlesvaleurs des résistances sont choisies pour obtenir les relations particulières voulues entre les tensions Dans le cas du multiplexeur 8 de la figure 1, les relations des tensions sont les suivantes: A =V O B = ( 1-2/a)v B =( 1-2/a) V O C = ( 2/a)V O D= O De façon similaire, dans le cas du multiplexeur 10, les relations entre les tensions sont les suivantes A= O B = ( 1-1/a)V O C = ( 1/a)V 0 D =V O Les bornes de commande des portes analogiques 11 et 13 du multiplexeur analogique de la figure 3 sont connectées en commun, de même que les bornes de commande des portes 12 et 14 o Les portes 11 et 13 et les portes 12 et 14 sont commandées par un signal de données Dx qui est le signal de données d'images horizontales produit par le circuit de commutation 7 dans le cas du multiplexeur 8 ou dans le cas du multiplexeur 10, les portes 11 et 13 et les portes 12 et 14 sont commandées; par un signal de données D qui est le signal de données vertical pro- venant du registre à décalage 9. Les sorties des portes 11 et 12 du multiplexeur analogique de la figure 3 sont reliées ensemble et connectées à l'entrée du circuit de porte 16 et les sorties des portes 13 et 14 sont reliées ensemble et connectées à lentrée de la porte 15 Les circuits de portes 15 et 16 sont commandes par un signal de commande M produit par l'unité 4 de commande de synchronisation et la forme d'ondes de ce signal est représentée sur la figure 2 J. Les sorties des circuits de porte 15 et 16 sont reliées ensemble et donnent le signal de sortie de cet étage du multiplexeur analogique représenté sur la figure 3 Ainsi, les signaux de sortie des multiplexeurs analogiques 8 et 10 sont déterminés respectivement par les signaux de données d'images Dx et Dy La figure 4 A montre la forme d'ondes du signal d'horloge de commande M fourni par le circuit 4 de commande de synchronisation aux bornes de commande des circuits de portes 13 et 16 Les formes d'ondes des figures 4 B et 4 C représentent respectivement les signaux de sortie des multiplexeurs 8 et 100 Les signaux de sortie représentés sur les figures 4 B et 4 C sont appliqués à des lignes de signaux ou des électrodes disposés en parallèle dans la direction horizontale et dans la direc- tion verticale, reliant tous les éléments d 8 images du panneau d'affichage à cristal liquide 100 Autrement dit les éléments d'images sont disposés en une matrice et l'un d'entre eux est situé à chaque intersection des lignes de signaux horizontales et verticales Ainsi, la tension représentée par la forme d'ondes de la figure 4 D est appliquée aux bornes de l'élément d'affichage à cristal liquide à chaque intersection d'une ligne ho- rizontale et d'une ligne verticale et la Matrice 100 d'affichage à cristal liquide est commandée par le signal vidéo 1 appliqué à la borne 1 comme décrit ci-dessus. Dans ce circuit connu, étant donné que le signal de commande M des multiplexeurs analogiques, produit par l'unité de commande de synchronisation, inverse le signal de sortie des'multiplexeurs 8 et 10 comme le montrent les figures 4 B et 4 C, une tension alternative est appliquée aux bornes des cristaux liquides individuels et une dégradation de ces cristaux liquides due à l'électrolyse est évitée Mais dans l'appareil antérieur de la figure 1, les données provenant des circuits de commutation 7, appliqué aux multiplexeur 8 sont représentés par des signaux modulés en durée d'impulsions de sorte que la fréquence de ces signaux varie en fonction du ton à reproduire La fréquence f du signal de données provenant du circuit de commutation 7 peut être représenté comme suit F=m ( 1) T/N o T:période verticale N:nombre de lignes de balayage M taux de modulation = T /t O T O période horizontale t 0 période pendant laquelle le circuit de commutation est fermé. Ainsi, quand T change en fonction du ton-de leimage, la fréquence f varie et entraîne un changement de la marge de fonctionnement du cristal liquide- Le résultat en est qu'un bon affichage des tons peut être obtenu en raison des caractéristiques de fréquence de cristal liquide. L'invention concerne donc un circuit d'atta- que d'affichage à cristal liquide, représenté sur la figure 5, et dans lequel un comparateur 21 est prévu en place du convertisseur numériqueanalogique complexe 3 de la figure 1 Le signal d'images à afficher est également appliqué à la borne d'entrée 1 d'un ampli- ficateur vidéo 2 et le signal amplifié est appliqué à une entrée du comparateur 21 Le signal vidéo est comparé avec le niveau du signal appliqué à l'autre borne du comparateur 21 et l'invention utilise ce signal de référence en supposant différents niveaux de tension 1 O choisis Les tensions de référence du comparateur 21 sont représentées par V 1, V 2 Vn et sont fournies par une source de tension de référence représentée glo- balement en 23 Les différentes tensions de référence V 1, V 2 Vn sont appliquées respectivement à l'entrée de référence du comparateur 21 par le circuit de commutation 22 Ce dernier est commandé par un signal de commande produit par l'unité 4 de commande de synchroni- sation à chaque trame du signal d'images à afficher. Le signal vidéo d'entrée à la borne 1 est découpé dans le comparateur 21 et le niveau de découpage est changé à chaque trame dans l'ordre V 1, V 2 VN Des circuits de séparation sont bien connus et produisent un signal de sortie qui est une fraction du signal d'entrée situé entre deux niveaux de référence Un circuit de séparation peut être utilisé pour convertir une onde sinusoïdale en une onde carrée Les autres éléments de circuit de la figure 5 sont les mêmes que ceux représentés sur la figure 1 Autrement dit, l'unité 4 de commande de synchronisation, l'oscillateur de synchronisation 5, les multiplexeurs 8 et 10, les registres à décalage 6 et 9 et le circuit diviseur de tension 20 fonctionnent tous de la manière expliquée ci-dessus au regard de la figure 1. Néanmoins, il faut noter particulièrement qu'un seul registre à décalage 6 est nécessaire au lieu des trois registres 6 A, 6 B et 6 C. La figure 6 montre un signal vidéo pratiquement identique à celui de la figure 2 A, avec les différents niveaux de séparation superposés Si le signal vidéo considéré doit être visualisé avec cinq tons, représentés par les niveaux O à 4 sur la figure 6, 4 niveaux de séparation V 1 à V 4 doivent être établis Dans la première trame, le signal d'images est découpé par le niveau V 1, dans la seconde trame par le niveau V 1 1 * et ainsi de suite jusqu'à ce que les quatre niveaux soient franchis Il est naturellement bien entendu que ce découpage est effectué par le comparateur V 1 connecté aux différentes tensions de référence Si les dispositifs d'affichage d'images à cristal liquide sont du type à réflexion, le noir apparaît quand le dispositif à cristal liquide est sous tension Ainsi, si le niveau du signal vidéo est au-dessus du niveau de séparation, le cristal liquide est bloqué et de même, si le niveau du signal vidéo est au-dessous du niyeau de découpage, le cristal liquide est débloqué. Les figures 7 A à 7 E représentent les formes d'ondes des tensions appliquées aux électrodes d'un élément d'images dans quatre trames consécutives du signal vidéo A chacun des points m 1, m 2, m 3, m 4 et m du signal vidéo représenté sur la figure 6, la tension appliquée aux électrodes d'un élément d'images est la sui- vante, pourvu que le signal vidéo horizontal de la figure 6 ne change pas pendant les quatre trames consécutives. Par exemple, au point m 1, étant donné que le signal est séparé dans l'ordre V 1, V 2, V 3 et V 4, le signal appliqué aux électrodes de l'élément d'images correspondant devient tel que représenté sur la figure 7 et la tension appliquée aux électrodes de l'élément d'images du point m 2 est seule représentée sur la figure 7 D D'une façon similaire, les figures 7 C, 7 B et 7 A représentent respectivement les tensions aux points m 3,D m 4 et m 5. Il est prévu que la tension de déblocage est V et que la tension de blocage est V, o C Xreprésente. une marge de fonctionnement, Si l'on suppose que le nombre des lignes de balayage d'une trame est N, on peut écrire: T( 2) Par conséquent, la valeur effective de la tension d'alimentation pour chaque ton ( 0) à ( 4), quatre trames consécutives est la suivante Ton Valeur effective Différence ( 4) 4 4 d> v { 3) V + 3 V V 4 - ( 2) 2 UV+ 2 V V ( 1) 3 o V+V 1 4 V ( 0) 4 '1 V 4 4 L'examen du tableau ci-dessus montre que la différence entre les valeurs effectives des tons voisins est la même, indépendamment du ton. Selon l'invention, étant donné que la tension appliquée n'est pas modulée en durée d'impulsions lorsque la valeur de m dans l'équation ( 1) devient 1, la fréquence est constante et la marge de fonctionnement de l'affichage à cristal liquide est stable. De plus, l'invention permet d'utiliser des éléments qui sont connus pour des affichages à cristal liquide courants en noir et blanc, c'est-à-dire des registres à décalage 6 et 9, des multiplexeurs analogiques 8 et 10 et le panneau d'affichage à cristal liquide 100 peuvent être les mêmes que ceux habituellement utilisés pour des affichages pratiques de caractère, seulement en noir et blanc. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art, au mode de réali- sation décrit et illustré à titre d'exemple nullement 1 3 limitatif, dans le cadre de l'invention, REVENDICATIONS 1 Appareil d'affichage d'images à cristal liquide, comprenant une matrice ( 100) d'affichage à cristal liquide avec plusieurs électrodes horizontales et verticales sur des côtés respectifs de la matrice et formant plusieurs éléments d'images à chaque inter- section des électrodes, pour afficher une image d'un signal d'images contenant une partie d'informations et une partie de synchronisation, et comprenant un dispositif ( 9,10) pour produire des signaux d'attaque horizontale produits à partir de la partie de synchronisation du signal d'images, pour être connectés aux électrodes horizontales et un dispositif d'attaque verticale. 2 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le dispositif produisant les signaux d'attaque verticale comportent un reg-istre à décalage ( 6) connecté au signal de sortie du comparateur ( 21) pour produire plusieurs signaux parallèles appliqués à un multiplexeur ( 8) qui délivre les signaux d'attaque verticale. 3 Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le multiplexeur ( 8) comporte plusieurs portes analogiques ( 11-16) connectées pour recevoir les signaux de sortie en parallèle du registre à décalage et également connectées pour recevoir plusieurs tensions déterminant les niveaux de tension relative des signaux d'attaque verticale appliqués à la matrice d'affichage à cristal liquide. 4 ' Appareil selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre un circuit diviseur de tension ( 20) qui produit les plusieurs tensions appliquées au multiplexeur. 5 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les signaux de synchronisation consistent en un signal de synchronisation verticale et un signal de synchronisation horizontale, une unité ( 4) de commande de synchronisation étant connectée pour recevoir les signaux de synchronisation horizontale et verticale afin de produire des signaux de mémorisation appliqués au dis- positif qui produit les signaux d'attaque verticale et au dispositif qui produit les signaux-d'attaque hori- zontale.