Brevet FR2541027A1 — publié le 19840817

La présente invention a pour objet un imageur matriciel à dispositif de compensation du couplage en- tre les lignes et les colonnes Elle trouve une appli- cation en opto-électronique, dans la réalisation d'af- ficheurs à cristaux liquides utilisés notamment comme convertisseurs d'informations électriques en informa- tions optiques. Les afficheurs matriciels comprennent, de façon connue, une cellule d'affichage constituée par 0 deux parois isolantes transparentes et par un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrices et intercalées entre une première famille d'électrodes recouvrant l'une des deux parois et définissant p li- gnes de commande et une seconde famille d'électrodes recouvrant l'autre paroi, constituée de bandes conduc- trices parallèles et définissant a colonnes de comiman- de, la ligne Xi, o i est un entier tel que 1, i 4 À et la colonne Y,, o j est un entier tel que 1 exciter une propriété optique du matériau. On connaittde nombreux dispositifs de ce gen- re pour lesquels l'excitation est électrique et qui u- tilisent par exemple comme matériau sensible, un film de cristal liquide L'invention s'applique particuliè- rement bien à de tels dispositifs, mais elle s'applique de manière plus générale à tous les dispositifs compre- nant un matériau dont une propriété optique peut être modifiée 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 réfractions une transparence, une absorp- tion, une diffusion, une diffraction, une convergence, un pouvoir rotatoire, une biréfringence, une intensité réfléchie dans un angle solide déterminé, etc Un procédé de commande connu de tels disposi- tifs d'affichage consiste par exemple dans le cas d'une cellule à cristaux liquides o l'excitation est, de na- ture électrique, à appliquer sur la ligne Xi une ten- sion Vxi périodique, de valeur moyenne nulle et sur les autres lignes une tension nulle et à appliquer sur les colonnes Yj des tensions V Yi périodiques de valeur moyenne nulle, de même durée et de même fréquence que la tension Vxi mais qui sont déphasées par rapport à celle-ci d'une quantité c La valeur de ce déphasagejj 1 comprise entre O pour des signaux Vxi et V Yi en phase et 1800 pour des signaux Vi et V Y en opposition de phase commande le niveau de gris du point xiyi j En réalité, les fronts de montée des tensions V Yi d'adressage parvenant sur les colonnes d'un affi- cheur matriciel perturbent, par effet capacitif, les tensions appliquées sur les lignes En particulier, une ligne non sélectionnée, normalement-soumise à une ten- sion nulle, est le siège d'une tension parasite. On a représenté sur la figure 1 les signaux apparaissant sur les lignes d'électrodes et les colon- nes d'électrodes Toutes les lignes d'électrodes sont reliées à la masse sauf une ligne Xi, ou 1 ú i le signal appliqué sur la colonne Y détermine le ni- veau de gris du point Xi Y Pour simplifier la repré- sentation des signaux, on s'est placé dans le cas o les signaux colonnes sont soit en phase ( ij = ), soit en opposition de phase tfi, = 1830) avec le signal a. Ceci ne constitue évidemment pas une limitation du do- maine de l'invention qui englobe aussi le cas o le déphasage fij est quelconque Dans un tel cas cepen- dant, la tension aux bornes de la cellule Xi Yj est plus complexe Pour cette raison, nous représenterons des signaux colonnes uniquement en phase ou en opposîtion de phase avec le signal ligne Les signaux colonnes sont donc représentés par le signal b en phase avec le si- gnal a ou par le signal e en opposition de phase avec le 1 O signal a. Par effet capacitif, il apparaît sur les li- gnes reliées à la masse un signal parasite tel que le signal c. L'origine de ce signal parasite est la sui- vante A une date t comprise entre O et T/2, o T est la période des signaux appliqués sur les électrodes, les tensions sur les électrodes sont constantes et égales à +V ou -V Sur une électrode colonne j soumise à une tension +V, il apparaît alors en regard de la zone X Yj, o i est une ligne reliée à la masse, une charge électrique -Q et sur l'électrode ligne i, en regard de la zone X Yj, une charge électrique +Q Sur une élec- trode ligne soumise à une tension -V, la charge élec- trique créée sera inversée ainsi que la charge électri- que apparaissant sur la ligne i Si l'on note i Q la somme algébrique des charges électriques présentes sur la ligne i,; Q n'est pas nulle en général; elle ne l'est que s'il y a autant d'électrodes colonnes soumi- ses à une tension +V que d'électrodes colonnes soumises à une tension -V A une date t comprise entre T/2 et T on aura de manière symétrique une charge Q sur la ligne i A la date T/2, il y a donc apport de -2 Q charges électriques sur la ligne i et, le matériau d'affichage étant isolant, ces charges sont apportées par l'électrode ligne i Le signal c traduit le courant électrique qu'est ce transfert de charges Ce signal c Lest en phase avec le signal colonne majoritaire, c'est- à-dire qu'il est en phase avec le signal b si les si- gnaux colonnes sont en majorité en phase avec le signal a et qu'il est en phase avec le signal e si en majorité les signaux colonnes sont en opposition de phase avec le signal a Sur la figure 1, un signal c est représen- té en phase avec le signal b A "L'intersection d'une ligne non sélectionnée et d'une colonne sur laquelle est appliqué le signal b, la différence de potentiel appliquée au matériau devrait être égale au signal b. En fait, à cause de l'effet capacitif parasite, la ten- sion appliquée à ce point est représentée par le signal d égal à la différence entre les signaux b et c De même, les points appartenant à une ligne non sélection- née et dont le signal colonne est représenté par le signal e, sont soumis à une différence de potentiel représentée par le signal f égal à la différence entre les signaux e et c au lieu d'être soumis à une diffé- rence de potentiel représentée par le signal _. S'il n'y avait pas de parasites, un point d'une ligne reliée à la masse et soumis à une différen- ce de potentiel représentée par le signal b et un point de la même ligne soumis à une différence de potentiel représentée par le signal e, seraient soumis à la même excitation, puisque l'aire B, du signal b est égale à l'aire E, du signal e A cause du couplage parasite entre les lignes et les colonnes, les signaux b et e sont respectivement remplacés par les signaux _ et f. Dans le premier cas, l'aire sous la courbe du signal d égale à D est minorée Dans le second, l'aire sous la courbe du signal f égale à F est majorée Or, l'excita- tion du matériau varie comme le carré de la différence de potentiel c'està-dire comme l'aire sous la courbe du signal Il résulte donc, de cette différence d'aire, un phénomène visuel parasite tel que des traînées sur 1 ' écran. L'objectif de l'invention est de remédier à ces effets visuels parasites Pour cela, l'invention propose d'adjoindre au système d'électrodes colonnes au moins une électrode de compensation chargée d'apporter sur chaque ligne des charges électriques telles que la somme algébrique des charges électriques sur chaque li- gne soit nulle à chaque instant Le courant traversant chacune des lignes non sélectionnées est alors nul à chaque commutation, c'est-à-dire aux dates multiples de T/2 et donc sa tension est aussi nulle. De manière plus précise, l'invention a pour objet un imageur matriciel commandé électriquement, comprenant un matériau dont on peut modifier la carac- téristique optique, ce matériau étant intercalé entre une première famille de p lignes d'électrodes parallè- les et une seconde famille de q colonnes d'électrodes parallèles, les lignes et les colonnes étant croisées, une zone Xi du matériau étant définie par la région du matériau recouvert par la ligne i, o i est un entier tel que 16 i p, et par la colonne j, o j est un entier tel que l les lignes et les colonnes servant à véhiculer des signaux électriques provoquant une exci- tation du matériau propre à modifier sa caractéristique optique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de compensation du couplage entre les lignes et les colonnes constitué d'au moins une électrode de compensation, croisant toutes les électrodes de la pre- mière famille d'électrodes et étant séparées de celles- ci par un diélectrique, et étant parallèle aux électro- des de la seconde famille d'électrodes et des moyens pour porter cette électrode de compensation à une ten- sion appropriée, telle qu'apparaissent des char- ges électriques sur chaque ligne d'électrode de manière que la somme algébrique des charges électriques sur chacune desdites lignes déléectrodes soit nulle à cha- que instant. Selon un mode de réalisation priviligié, le dispositif de compensation de couplage comprend deux électrodes de compensa':ion disposées de part et d'autre des q électrodes de la seconde famille d'électrodes. Selon une caractéristique secondaire, le diélectrique entre les électrodes de-compensation et les électrodes de la première famille est le même que le diélectrique entre les électrodes de la première fa- mille et les électrodes de la seconde famille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif Pour plus de clarté, la description se réfè- re à un dispositif d'affichage matriciel à cristal li- quide dont la propriété optique varie en fonction 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 des figures annexées, dans lesquelles: la figure 1 déjà décrite montre les perturbations in- troduites sur les signaux lignes et colonnes d'un af- ficheur matriciel selon l'art connu, la figure 2 représente un afficheur matriciel confor- me à l'invention qui élimine les signaux parasites représentés sur la figure précédente, la figure 3 représente l'état électrique d'une ligne non sélectionnée et des électrodes colonnes. Sur la figure 2, on a représenté un afficheur 7- matriciel conforme à l'invention Il comprend une cellule d'affichage à bandes croisées comportant deux parois 10 et 12, généralement transparentes, disposées de part et d'autre d'une cale d'épaisseur 14, en maté- riau isolant, définissant un volume 16 qui est occupé, lorsque la cellule est montée, par le matériau dont on commande une caractéristique optique, par exemple un film de cristal liquide Sur la paroi 12, est déposée une première famille de p lignes d'électrodes 1 et sur la paroi 10, une deuxième famille de q colonnes d'élec- trodes 20, constituée chacune par une série de bandes parallèles conductrices transparentes, réalisées par exemple en oxyde d'indium, notées Xi pour les lignes et Yj pour les colonnes La surface utile du cristal li- quide est ainsi décomposée en une mosaïque de zones correspondant aux zones de recouvrement des deux famil- les d'électrodes, chaque zone correspondant au recou- vrement de deux bandes Xi et Yj, et qui peut, de ce fait, être repérée par la notation Xi, Yil L'excitation d'une zone, c'est-à-dire la com- mande d'une propriété optique du cristal liquide contenu dans cette zone, s'effectue en appliquant sur les élec- trodes Xi et Y des tensions électriques, délivrées par des sources d'alimentation électrique, non représen- tées, qui entraînent l'apparition d'un champ électrique au sein du cristal 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 commande séquentielle, mettant à profit le temps important de dé- croissance de l'effet optique induit dans le cristal li- quide. Selon l'invention, cep afficheur matriciel comprend en outre des électrodes de compensation Sur la figure 2, on a représenté deux électrodes de compensa- tion 22 et 24 parallèles aux électrodes colonnes et croisant les p lignes d'électrodes Le rôle de ces élec- trodes de compensation 22 et 24 est d'apporter sur cha- cune des lignes non sélectionnées des charges électri- ques telles que la somme algébrique à chaque instant des charges électriques sur chacune des lignes non sélec- tionnées soit nulle. Dur la figure 3, on a représenté l'ensemble des électrodes colonnes 20 a et 20 b ainsi que les élec- trodes de compensation 22 et 24, et une électrode ligne 18 non sélectionnée, c'est-à-dire reliée à la masse On a aussi représenté schématiquement les charges électri- ques localisées sur chacune de ces électrodes Pour plus de clarté, on suppose, comme dans le cas de la figure l, que les tensions appliquées sur les électrodes colonnes sont soit en phase, soit en opposition de phase, avec le créneau de tension appliqué sur l'électrode ligne sé- lectionnée, non représentée A un instant donné, on aura donc sur certaines électrodes colonnes 20 a une tension notée +V et sur d'autres électrodes colonnes 20 b une tension en opposition de phase, c'est-à-dire une tension -V Les tensions appliquées sont les tensions périodi- T ques de période T Pendant une durée j, par exemple en- tre les dates O et 2, le signal appliqué sur chaque colonne aura donc un certain signe Le signe de cette tension s'inversera à la date 2 De-manière plus généra- le, cette tension s'inversera de manière périodique à des intervalles de temps séparés par une durée 2 A titre d'exemple non limitatif, l'afficheur matriciel re- présenté sur la figure 3 comprend 9 colonnes d'électro- des Chacune de ces électrodes est soumise à une tension +V ou -V comme représenté sur la figure A l'intersec- tion de chacune de ces électrodes colonnes avec l'élec- trode ligne 18 reliée à la masse, apparaissent des char- ges électriques Sur une électrode colonne 20 a soumise à une tension positive +V apparaît une charge électrique - Q et en regard sur la ligne 18 une charge électrique +Q. Ces charges sont localisées sur la zone Xi Y La somme des charges électriques apparaissant sur l'électrode ligne 18 n'est pas nulle Il est facile de voir que la somme des charges algébriques présentes sur l'électrode ligne 18 est proportionnelle, au signe près, à la somme algébrique des tensions appliquées sur les électrodes colonnes 20 a et 20 b Dans le cas de la figure, la somme des charges électriques est égale à SQ Il convient donc d'appliquer sur les électrodes de compensation 22 et 24 des tensions proportionnelles à la somme algébrique des tensions appliquées sur les électrodes colonnes 20 a et b, pour apporter -SQ charges qui annuleront la somme algébrique des charges présentes sur l'électrode ligne 18. On peut par exemple appliquer une tension Vci sur l'électrode de compensation 22 qui est proportion- nelle à la somme algébrique des tensions appliquées sur les 4 électrodes colonnes les plus proches d'elle et une tension Vc 2 sur l'électrode de compensation 24 qui est proportionnelle à la somme algébrique des tensions ap- pliquées sur les 5 autres électrodes colonnes Cela re- vient à apporter -2 Q charges sur l'électrode de compen- sation 22 et -3 Q charges sur l'électrode de compensation 24 On peut aussi envisager d'appliquer des tensions Vcî et Vc 2 identiques De manière générale, toute combinai- son aboutissant à annuler les charges électriques sur l'électrode ligne 18 est possible. On sait que la charge Q d'un condensateur est égale à 1 & Su o é est la permittivité électrique -du diélec- trique S la surface des électrodes du condensateur U la différence de potentiel entre les élec- trodes du condensateur d la distance entre électrodes. La charge électrique présente sur l'électrode ligne 18 créée par les q électrodes colonnes 20 a et 20 b est donc gale à 1 _cl S i V o t est la permittivité électri- que du cristal liquide, d la distance entre l'électrode ligne 18 et les électrodes colonnes 20 a et 20 b, S la surface d'une zone Xi Yi et V la somme algébrique des tensions appliquées sur les q électrodes colonnes 20 a et b Pour annuler cette charge électrique, on peut par exemple utiliser une électrode de compensation 22 iden- tique aux électrodes colonnes 20, séparée des électrodes lignes 18 par le cristal liquide Cela suppose que l'é- lectrode de compensation 22 peut être soumise à un po- tentiel compris entre -q V et +q V (s'il y a une seule électrode de compensation). Une autre solution également possible consis- te à utiliser entre l'électrode de compensation 22 et les électrodes lignes 18 un diélectrique dont la permit- tivité électrique Eest difére-te de celle du cristal li- quide On peut jouer également sur les paramètres a ou S De manière générale, toute forme de réalisation abou- tissant à apporter des charges électriques sur une ligne d'électrodes 18 annulant la somme algébrique des charges électriques sur cette électrode est conforme à l'inven- tion. 254102-7 REVENDICATIONS 1 Imageur matriciel commandé électriquement, comprenant uin matériau ( 14) dont on peut modifier la caractéristique optique; ce matériau ( 14) étant interca- lé entre une première famille de p lignes d'électrodes ( 18) parallèles et une seconde famille de q colonnes d'électrodes ( 20, 20 a, 20 b) parallèles, les lignes et les colonnes étant croisées, une zone X ij du matériau étant définie par la région du matériau recouvert par la ligne i, o i est un entier tel que 1 i Gp, et par la colonne j, o j est un entier tel que 11 jiq, les li- gnes et les colonnes servant à véhiculer des signaux électriques provoquant une excitation du matériau propre à modifier sa caractéristique optique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de compensation du couplage entre les lignes et les colonnes constitué d'au moins une électrode de compensation ( 22, 24), croisant toutes les électrodes de la première famille d'électro- des ( 18) et étant séparées de celles-ci par un diélec- trique, et étant parallèle aux électrodes de la seconde famille d'électrodes ( 20, 20 a, 20 b) et des moyens pour porter cette électrode de compensation à une tension (Vcl) appropriée telle qu'apparaissent des charges élec- triques sur chaque ligne d'électrode ( 18) de manière que la somme algébrique des charges électriques sur chacune desdites lignes d'électrodes ( 18) soit nulle à chaque instant. 2 Imageur seclon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend deux électrodes de compensa- tion ( 22, 24) disposées de part et d'autre des q élec- trodes de la deuxième famille d'électrodes ( 20, 20 a, b). 3 Imageur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que le diélectrique entre les électrodes de compensation ( 22, 24) et les électrodes de la première famille d'électrodes ( 18) est le même que le diélectrique entre les électrodes de la première famille d'électrodes ( 18) et les électrode E de la seconde famille d'électrodes ( 20, 20 a, 20 b).