Brevet FR2539902A1 — publié le 19840727

' DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAL LIQUIDE DU TYPE A SEGMENTS La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristal liquide numérique du type à segments (désigné ci-après par l'abréviation "LCD") pouvant être commuté entre deux ou plusieurs couleurs. Comme dispositifs d'affichage à cristaux liquides numériques antérieurs capables d'afficher deux ou plusieurs couleurs, on citera les dispositifs d'affichage frontaux matriciels Les figures l A et 1 B sont respectivement des vues partielles de face en élévation et en coupe d'un dispositif d'affichage à cristal liquide matriciel de ce type Comme le montrent les figures l A et 1 B, le dispositif LCD matriciel met en jeu la superposition de substrats transparents la, lb, plusieurs électrodes transparentes allongées 2 a, 2 b,, (désignées de façon générale par " 2 ") ; de même on n'utilisera ci-après que des désignations constituées par des combinaisons de chiffres et de suffixes alphabétiques); un ensemble d'électrodes transparentes 3 a, 3 b, constituées par exemple d'oxyde d'indium déposé sur les surfaces internes des substrats transparents la, lb; une couche de cristal liquide 4 prise en sandwich entre les substrats trans- parents la, lb; et un joint 5 constitué d'une résine époxy comportant un élément d'espacement (non représenté), constitué de poudre d'alumine, pour maintenir l'épaisseur de la couche de cristal liquide 4 dans la gamme de 1 à 100 gm. Les électrodes transparentes allongées 2, 3 sont disposées transversalement l'une par rapport à l'autre, la couche de cristal liquide 4 étant disposée entre celles-ci Les électrodes conduc- trices 6 a, 6 b, sont déposées sur le substrat trans- parent la et servent de conducteur pour les élec- trodes transparentes allongées 2 Les électrodes 7 a, 7 b, sont formées sur le substrat transparent lb et servent de conducteurs pour les électrodes trans- parentes allongées 3. Des couches colorées transparentes striées 8 a, 8 b, sont formées sur les électrodes transparentes allongées 3, les couches 8 a, 8 b étant par exemple alternativement colorées en rouge, vert, rouge, vert, etc Le dispositif LCD est indiqué globalement en 100. Une couche de matériau d'affichage à cristal liquide nématique twistée ayant une anisotro- pie diélectrique positive est utilisée comme couche de cristal liquide 4, et le dispositif LCD 100 est pris en sandwich entre deux polariseurs de façon à ce qu'il paraisse noir à l'état normal L'assemblage est éclairé par une source lumineuse telle qu'une lampe fluorescente (non représentée) située derrière le dispositif LCD et qui émet une lumière comportant des composantes rouge et verte Une tension nominale est appliquée à la couche de cristal liquide 4 par les électrodes croisées 2, 3 par l'intermédiaire des électrodes d'alimentation externes 6, 7. Lorsqu'on applique la tension, les parties croisées (désignées ci-après par le terme de "motifs rectangulaires") des électrodes 2, 3 sont rendues transmissives En conséquence, lorsque le dispositif LCD est vu du côté opposé à la lampe fluorescente, les couches colorées correspondant aux motifs rectan- gulaires rouges apparaissent rouges, alors que les couches colorées correspondant aux motifs rectangulaires verts apparaissent verts. On réalise un dispositif numérique multi- colore par exemple au moyen d'une matrice de cinq points sur sept, chacun d'eux étant composé d'une paire de motifs rectangulaires comportant des couches colorées rouge et verte Pour afficher un chiffre en rouge, on utilise des motifs rectangulaires de cinq sur sept ayant des couches colorées rouges et pour afficher un chiffre en vert, on utilise des motifs rectangulaires de cinq sur sept ayant des couches colorées vertes Lorsqu'on affiche un chiffre de couleurs rouge et verte mélangées, on utilise les deux motifs rectangulaires de cinq sur sept. On applique aux électrodes d'alimentation 6, 7 des tensions qui provoquent l'illumination des motifs rectangulaires (qui les rend transparents) conformément au chiffre que l'on souhaite afficher. Il est courant de commander le dispositif LCD matriciel par multiplexage en utilisant sept conducteurs à balayage ou davantage et en mettant en oeuvre un procédé de moyennage des tensions. L'affichage numérique multicolore utilisant un dispositif d'affichage à cristal liquide matriciel classique tel qu'il est décrit ci-dessus, présente cependant les inconvénients suivants (i) Le nombre d'électrodes conductrices nécessaires pour afficher un chiffre quelconque dans un nombre est important ( 7 + 5 x 2) et au moins dix conducteurs sont nécessaires pour l'affichage de chaque chiffre numérique supplémentaire, ce qui conduit à des connexions complexes avec les circuits de commande. (ii} Le dispositif doit être commandé par multiplexage d'ordre relativement élevé de sorte que la marge opérationnelle est faible, ce qui conduit à des performances d'affichage moins satisfaisantes que celles que l'on peut obtenir avec un dispositif LCD à segments. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant une électrode commune d'afficheur à cristal liquide du type à segment LCD, divisée en un ensemble d'électrodes interdigitales et des couches colorées transparentes striées formées sur les élec- trodes de segments respectives, les électrodes communes ou les deux types d'électrodes, de façon à ce que le nombre de conducteurs LCD externes soit maintenu à un minimum et que le dispositif puisse être commandé par multiplexage d'ordre faible avec une-importante marge opérationnelle, permettant ainsi un affichage numérique multicolore de bonne qualité sans nuire aux performances de l'afficheur. La figure 1 A est une vue de face en élé- vation représentant la structure d'un dispositif d'affichage à cristal liquide multicolore matriciel classique; La figure 1 H est une vue en coupe du dispo- sitif d'affichage à cristal liquide représenté sur la figure 1 A; La figure 2 A est une vue en perspective d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'un des modes de réalisation de la présente inven- tion; La figure 2 B est une vue en coupe du dispo- sitif d'affichage à cristal liquide représenté sur la figure 2 A; La figure 3 est une représentation schéma- tique d'électrodes communes, d'électrodes de segments et d'un schéma de câblage-permettant le raccordement aux électrodes d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un autre mode de réalisation de la présente invention; et les figures 4 et 5 sont des représenta- tions schématiques d'électrodes communes, d'électrodes de segments, et de systèmes de câblage de dispositifs d'affichage à cristal liquide selon d'autres modes de réalisation de la présente invention. On décrit cidessous un dispositif d'affichage à cristal liquide réalisé conformément à un mode de réalisation préféré de-l'invention en se référant aux dessins Plus précisément, les figures 2 A et 2 B sont des représentations partielles en perspective et en coupe de la structure d'un dispositif LCD selon la présente invention. Comme le montrent les figures 2 A et 2 B, le dispositif LCD met en jeu la superposition de substrats transparents la, lb et des électrodes de segments 9 a, 9 b, formées sur une surface interne du substrat transparent la, les électrodes de segments correspondant à un chiffre numérique étant raccordées à sept électrodes conductrices externes (non repré- sentées). Le dispositif LCD comprend en outre deux électrodes communes interdigitales 10 a, 10 b formées sur la surface interne du substrat lb et raccordées à deux électrodes conductrices externes (non repré- sentées) Les électrodes de segments 9 et les électro- des communes 10 peuvent être des électrodes transpa- rentes constituées par exemple d'oxyde d'indium Les couches colorées transparentes striées lla, llb ont des formes correspondant à la structure inter- digitale des électrodes communes 10 A titre d'exemple, les couches colorées transparentes striées lia peuvent être des couches de couleur rouge sur les électrodes communes 10 a, et les couches colorées transparentes striées llb peuvent être de couleur vert sur l'électrode commune 10 b. En 4 est représentée une couche de cristal liquide et en 5, un joint étanche La cellule à cristal liquide utilisée dans le dispositif LCD de la présente invention est représentée globalement en 200. Les couches colorées transparentes striées peuvent être déposées par dépôt de revêtements trans- parents en utilisant un procédé d'impression au cadre ou un procédé d'évaporation Une couche isolante 12, servant à maintenir une séparation entre la couche de cristal liquide 4 et les couches colorées 11, peut par exemple être constituée de résine polyimide ou de dioxyde de silicium, les parties de la couche isolante situées au-dessus des couches colorées 11 o ayant une épaisseur de 100 à 5 000 A La couche isolante 12 est prévue pour éviter toute dégradation de la cellule LCD 200 qui se produirait par réaction entre le cristal liquide et la substance du revêtement transparent ou par dissolution de cette substance dans le cristal liquide. On utilise comme couche de cristal liquide 4 une couche d'affichage à cristal liquide nématique twistée ayant une anisotropie diélectrique positive, et la cellule LCD 100 est prise en sandwich entre deux polariseurs de façon à ce qu'elle paraisse normalement noire Le montage est éclairé par une source de lumière telle qu'une lampe fluorescente (non représentée) située derrière la cellule LCD et qui émet une lumière comprenant des composantes rouges et vertes On applique une tension nominale à la couche de cristal liquide 4 entre les électrodes de segments et communes 9, 10 par l'intermédiaire d'élec- trodes d'alimentation (non illustrées). Lorsqu'on applique cette tension, les con- figurations (désignées ci-après par le terme de "motifs de segments") des électrodes de segments 9 sont éclairées (rendues transmissives) En conséquence, lorsque la cellule LCD est vue du côté opposé à la lampe fluorescente, les motifs de segments parais- sent rouges lorsque l'électrode commune 10 a est sélectionnée, les motifs de segments paraissent verts lorsque l'électrode commune 1 Ob est sélectionnée, et les motifs de segments présentent un mélange de couleurs rouge et verte lorsque les électrodes com- munes 10 a, 10 b sont toutes deux sélectionnées Par conséquent, on peut afficher tous les chiffres de façon multicolore en éclairant des motifs de segments sélectionnés. La figure 3 représente schématiquement des électrodes communes, des électrodes de segments, et un système de câblage réalisant le raccordement aux électrodes d'alimentation dans un dispositif d'affi- chage à cristal liquide capable d'afficher des chiffres dans trois-nombres sélectivement en trois couleurs. Pour plus de clarté, les deux électrodes communes interdigitales 10 a et 10 b et leurs systèmes de câblage sont représentés en traits pleins, alors que les électrodes de segments 9 sont représentées entourées de traits discontinus, leur système de câblage étant représenté par des traits discontinus La structure interdigitale des électrodes communes loa, 10 b est partiellement omise de l'illustration. Le dispositif LCD peut être commandé par multiplexage à décalage 1/2, et à rapport cyclique 1/2, les deux électrodes communes 10 a et 10 b servant d'électrodes de balayage, quelles que soient les chiffres numériques à afficher. La commande à décalage 1/2 et à rapport - cyclique 1/2 est un mode de commande à multiplexage d'ordre le plus faible qui présente une marge opé- rationnelle plus importante et est capable d'afficher des nombres multicolores plus distincts que les dispositifs LCD matriciels classiques Le nombre d'électrodes externes n'est que de 9 (= 2 + 7) pour afficher un chiffre dans un nombre, et augmente de 7 pour chaque chiffre numérique supplémentaire. Pour l'afficheur à trois chiffres illustré dans la figure 3, le nombre d'électrodes externes néces- saires est de 23 (= 2 + 7 x 3), ce qui conduit au fait que les raccordements aux circuits de commande sont simplifiés par rapport aux dispositifs antérieurs. Il est préférable que les configurations interdigitales des électrodes communes 10 a et 10 b aient un pas suffisamment inférieur à la largeur des motifs de segments Si le pas est trop grand, les motifs de segments éclairés paraîtront discontinus et par conséquent peu naturels De plus, les couleurs rouge et verte ne seraient pas suffisamment mélangées l'une à l'autre en mode d'affichage à couleurs mélangées, ce qui conduirait à un aspect peu naturel. A titre d'exemple, lorsque l'on souhaite afficher un chiffre ayant une hauteur de 25 mm et une largeur de 15 mm avec sept segments d'une largeur de 3 mm, les formes interdigitales des électrodes communes 10 a, 10 b doivent avoir un pas de 300 gm, les électrodes 10 a, 10 b une largeur de 200 Pm et 1 'interval- le interélectrode est de 50 Nom En utilisant cet agencement, la forme et la couleur du chiffre affiché ne carattront pas anormales, vues de derrière à une distance d'environ 1 m. Il est nécessaire que les couches colorées striées 11 aient un pas égal à celui des intervalles interdigitaux des électrodes communes 10 a et 10 b, et qu'elles soient maintenues à l'intérieur d'un angle de vision de 2 minutes cour conserver une qualité d'affichage acceptable dans la pratique. Il est préférable que les couches colorées 11 aient une largeur égale ou supérieure à celle des intervalles interdigitaux des électrodes communes 10 a et 10 b pour qu'elles ne se chevauchent pas. La couche de cristal liquide 4 de la cellule LCD 200 ayant été décrite comme étant une couche de cristal liquide nématique, la cellule LCD de l'invention peut être un cristal liquide du type "parasite-hôte" avec de bons résultats, en n'utilisant qu'un seul polariseur. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 2 et 3, les configurations interdigitales des électrodes communes 10 a et 10 b, et la direction selon laquelle les couches colorées striées 11 sont orientées pratiquement verticalement, bien qu'elles soient légèrement inclinées de façon à correspondre à l'inclinaison des chiffres à afficher En conséquence, lorsque des chiffres affichés sont vus d'un angle différent de la normale au dispositif d'affichage, les pas des motifs interdigitaux des électrodes com- munes 10 a et 10 b et des couches colorées 11 paraissent plus étroits et le contraste d'affichage augmente. Pour éviter ce problème, les configurations interdi- gitales des électrodes communes loa et 1 Ob doivent être disposées horizontalement O Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement les électrodes communes, les électrodes de segments et les systèmes de câblage réalisant les connexions aux électrodes d'alimentation d'un dispositif LCD capable d'afficher des chiffres dans trois nombres, sélectivement en trois couleurs Pour plus de clarté, les électrodes communes interdigitales 10 a, 10 b et leurs systèmes de câblage sont représentés en traits pleins, alors que les électrodes de segments 9 sont représentées entourées de traits discontinus, leurs systèmes de câblage étant représentés par des traits discontinus La structure interdigitale des électrodes communes 10 a et 10 b est partiellement omise de l'il- lustration. Dans ces modes de réalisation, la direction selon laquelle les couches colorées striées sont orientées est également horizontale conformément aux configurations interdigitales des électrodes communes a et 10 b. Bien que les modes de réalisation de l'inven- tion aient été décrits pour deux couleurs (N = 2) des chiffres peuvent être affichés à plus de 3 couleurs en augmentant le nombre de divisions des électrodes communes et le nombre de couleurs des couches colorées striées pour un nombre de couleurs N > 2. Dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, le nombre de segments utilisés pour un chiffre numérique était de sept Cependant, la présente invention peut s'appliquer à n'importe quel nombre de segments et on peut afficher des caractères multi- colores en augmentant le nombre de segments d'un chiffre. Selon la présente invention, telle qu'elle est décrite ci-dessus, un dispositif LCD capable d'afficher des chiffres à segments présente des configurations interdigitales d'électrodes communes à N divisions et des couches colorées transparentes striées de N couleurs formées sur les configurations interdigitales avec les mêmes contours que celles-ci, pour afficher distinctement des chiffres multicolores à segments en (N + 1) couleurs. En outre, avec le dispositif LCD de l'inven- tion, divers dispositifs d'affichage multicolores peuvent être réalisés en modifiant les couleurs des revêtements transparents utilisés et le dispositif souhaité peut être réalisé sans augmenter excessivement le nombre d'électrodes externes. REVENDICAT IONS 1 Dispositif d'affichage à cristal liquide pour afficher un chiffre à segments, caractérisé en ce qu'il comprend: N, N étant un entier positif au moins égal à 2, divisions d'électrodes communes loa, b présentant des configurations interdigitales, et un ensemble de couches colorées transparentes striées (lia, 11 b) de N couleurs formées sur ces divisions d'électrodes communes avec les mêmes contours que celles-ci, chaque segment ( 9 a, 9 b) contenant des élé- ments colorés-d'affichage de (N + 1) couleurs ou davantage 2 Dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que N = 2. 3 Dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches colorées transparentes striées ( 11 a, 11 b) de N couleurs sont disposées séquentiellement selon un motif répétitif. 4 Dispositif d'affichage à cristal liquide, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les couches colorées transparentes striées ( 11 a, 1 lb) sont orientées horizontalement. Dispositif d'affichage a cristal liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que les couches colorées transparentes striées ( 11 a, 11 b) à deux couleurs sont disposées en alternance. 6 Dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que les couches colorées transparentes striées ( 11 a, 11 b) sont orientées horizontalement. 7 Dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches colorées transparentes striées (lia, 11 b) sont séparées l'une de l'autre avec un pas formant un angle de vision de 2 minutes.