Brevet FR2554950A1 — publié le 19850517

DISPOSITIF DE VISUALISATION A COMMANDE ELECTRIQUE La présente invention se rapporte à un écran à accès matriciel qui permet de représenter une figure en la décomposant en un ensemble de points ou éléments dont l'aspect varie en fonction de signaux de commande appliqués à des électrodes délimitant ces éléments. Cet écran utilise un matériau dont les propriétés optiques peuvent être modulées électriquement. Les signaux de commande sont appliques aux électrodes via des résistances non linéaires jouant le rôle d'éléments de commutation. Le principe de l'écran plat est la décomposition de l'écran en éléments identiques, généralement carrés ou rectangulaires. Ces éléments peuvent être adressés individuellement. La définition de l'écran est fonction du nombre de points susceptibles de recevoir une information. Chaque point doit donc ttre soumis à un champ électrique. Ceci est facilement conce vable pour un écran formé de quelques dizaines de points. Pour des écrans à forte définition (densité de points supérieure à 1,5.104?, l'accès direct, avec un fil, à chaque élément devient pratiquement impossible. Pour cette raison on a imaginé un affichage de type matriciel facilement réalisable.Chaque élément de l'écran est alors défini par l'intersection de deux réseaux de conducteurs orthogonaux, appelés conducteurs de lignes en nombre égal à M et conducteurs de colonnes en nombre égal à N le nombre de connexions passe de M.N à M+N. Pour un écran à forte résolution le gain en nombre de connexions est considérable. L'adressage d'un élément de l'écran au moyen de tensions de commande appliquées au conducteur de ligne et au conducteur de colonne qui le concernent n'a pas besoin d'être maintenu si l'on adopte une technique de multiplexage temporel permettant par récurrence de raf raîchir l'état de l'écran. Cette technique se fonde sur un effet de persistance qui peut être physiologique ou disponible au sein de élément de l'écran. Dans le cas de dispositifs d'affichage à cristaux liquides, on peut assimiler la cellule élémentaire à un condensateur dont la constante de temps est suffisante pour maintenir la charge entre deux adressages transitoires successifs.Pour appliquer la tension de commande en un temps bref, on monte en série avec la cellule capacitive une résistance non linéaire, c'est-à-dire un élément du type varistance qui est pratiquement isolant en deça d'un seuil de tension et qui devient de plus en plus conducteur au-delà de ce seuil. Les propriétés et les applications des cristaux liquides en affichage des données sont bien connues. De même les remarquables propriétés non-linéaires des varistances ont trouvé des applications dans la commande des éléments d'un écran d'affichage. Les varistances sont utilisées soit sous forme massive de céramique frittée, soit sous forme de couches sérigraphiées sur des supports en verre, quartz ou céramiques.Une façon commode de réaliser collectivement les éléments varistances consiste à utiliser comme substrat un bloc de matériau varistance qui occupe la même étendue que l'écran. La demande de brevet français publiée sous le NO 2 512 204 décrit des systèmes ainsi conçus. De tels systèmes peuvent présenter des capacités parasites et ils doivent prévoir des dispositions permettant de pallier cet inconvénient. Ils peuvent présenter également, lorsque l'élément varistance est en contact avec le cristal liquide, des imprécisions de valeur de seuil de fonctionnement de la varistance en raison de la structure granuleuse de la varistance et de ce fait du shunt par le cristal liquide d'éléments de la varistance. L'invention se fixe pour but de foumir une structure de dispositif de visualisation évitant tout contact entre cristal liquide et varistance et minimisant les capacités parasites Elle a pour objet un dispositif de visualisation à écran destiné à visualiser des images par commande électrique de cellules d'affichage élémentaires, chaque cellule comportant un crital liquide dont les propriétés optiques varient en fonction d'un champ électrique créé par une première et une deuxième électrodes disposées de part et d'autre du cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat isolant électriquement comportant deux faces principales avec sur sa première face principale, en contact avec le cristal liquide, à l'emplacement de la cellule, la première électrode, celle-ci étant connectée à un plot de connexion situé sur la deuxième face principale; la deuxième électrode située de l'autre côté du cristal liquide par rapport à la première électrode ; une couche d'un matériau de type varistance déposée sur la deuxième face principales du substrat; un conducteur de commande séparé du plot de connexion par la couche de type varistance et commandant le plot de connexion. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description qui suit et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente une vue de dessus d'une partie de l'écran selon l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe d'une partie de l'écran selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe isométrique de l'écran des figures 1 et 2; - la figure 4 représente une vue en coupe d'une variante du dispositif selon l'invention; - la figure 5 représente une vue de dessus du dispositif de la figure 4. La figure 1 représentant une vue de dessus d'une portion de l'écran selon l'invention met en évidence la structure matricielle de l'écran. On trouve essentiellernent sur cette figure des conducteurs de lignes ou électrodes de lignes telles que 4, des conducteurs de colonnes tels que 6, et des éléments ou électrodes de point de croisement 2. La figure 2 représentant une coupe isométrique selon la ligne en trait mixte b indiquée sur la figure 1, met en évidence les différentes couches de matériaux constituant écran selon l'invention ainsi que la situation des différents éléments les uns par rapport aux autres. La figure 3 représente une vue en coupe a de l'écran de la figure 1. L'écran d'affichage selon l'invention comporte deux plaques 1 et 7 en matériaux isolants, un cristal liquide 3 emprisonné entre les plaques 1 et 7, une couche 5 en matériau de type varistance. La plaque 7 en matériau isolant est transparente. Elle est en quartz ou en verre et porte sur sa face inférieure, en contact avec le cristal liquide 3, des électrodes de lignes 4, transparentes, en couches minces d'oxyde tels que les oxydes d'étain, d'indium, de zinc ou un mélange de ces oxydes. La plaque 1 en matériau isolant est transparente ou non transparente selon le mode d'utilisation de l'écran. Elle peut être en quartz, en verre, en céramique ou pour certaines versions selon l'invention, en résines polymérisées, éventuellement stratifiées ou chargées de matières minérales. Quoiqu'il en soit, elle ne doit pas être attaquée par le cristal liquide. Cette plaque est utilisée recto-verso. Sa face supérieure 10 est en contact avec le cristal liquide et présente une bonne planéité et un excellent état de surface. Sa face inférieure 11 sert de substrat à la couche 5 en matériau de type varistance. Sur la face 10 de la plaque 1 sont disposées des électrodes de points de croisement 2 ayant chacune la forme d'un point image que l'on désire obtenir sur l'écran.A titre d'exemple, sur les figures 1 à 3, la forme de cette électrode est carrée. Sur la face 11 de la plaque 1 sont disposés des plots de connexion 9 qui peuvent être de même type que les électrodes de point de croisement 2. La disposition de ces plots 9 sur la face 11 est identique à celle des électrodes 2 sur la face 10. Chaque plot 9 est connecté à une électrode 2 par un élément de connexion 8 qui traverse la plaque. D'où la nécessité pour la structure de l'invention d'une connexion électrique à travers la plaque isolante 1 derrière chaque point de croisement 2. La plaque isolante 1 est donc percée de petits trous à travers lesquels sont assurés des contacts électriques entre électrodes et plots disposés autour de ces trous sur les deux faces de la plaque. Les trous sont obtenus par forage mécanique classique, par ultra-sons, ou au laser.Les nouveaux verres et verrecéramiques photosensibles commercialisés sous la marque "CORNING", qui peuvent être percés par des méthodes modernes de photogravures, tel que le procédé "photoform", sont particulièrement bien adaptés à la réalisation des plaques trouées. Un élément de connexion 8 peut être un pivot métallique scellé dans un trou par bouchage à l'aide d'une pâte conductrice ou par brasage. 11 peut être également obtenu par dépôt d'une couche de métal sur les parois du trou-par un procédé d'évaporation sous vide. La réalisation de l'électrode 2 et du plot de connexion 9 peut être effectuée dans la même opération. Les trous sont ensuite bouchés avec une pâte appropriée.Enfin, il peut être prévu une étanchéité complémentaire par imprégnation à l'aide d'une résine polymérisable du type polyimide ou analogue. Sur la face 10, en contact avec le cristal liquide 3, on a donc constitué la matrice de points images de l'écran. Sur la face 11, en plus des plots de connexion 9, on dépose la couche 5 de matériau varistance. Cette couche, selon le mode de réalisation de la figure 3 doit avoir une épaisseur précise et uniforme. Cette épaisseur est choisie en fonction de la grosseur des grains de la varistance et en fonction de la valeur de la tension de fonctionnement de l'écran. Son mode de dépôt préféré est donc la sérigraphie. Néanmoins, selon son épaisseur, on pourra choisir tout autre mode de réalisation approprié. Sur la couche 5 sont ensuite déposés par évaporation à travers un masque, ou autre procédé connu, les conducteurs de colonne 6 sous forme de bandes conductrices. De même les conducteurs de lignes 4 sont déposés selon des techniques connues sur la face de la plaque de verre 7 en contact avec le cristal liquide 3. La disposition des conducteurs de lignes 4 et de colonnes 6, ainsi que les électrodes 2 de points de croisement est telle qu'on obtienne une matrice de points de croisement dont chaque point est commandé par l'application d'une tension entre un conducteur de ligne et un conducteur de colonne. On va donc maintenant décrire le fonctionnement d'un point de croisement d'un écran selon l'invention. Il est connu d'appliquer un champ électrique à un cristal liquide pour modifier l'orientation de ses molécules afin de moduler la lumière incidente. Les matériaux présentant une phase mésomorphe sont faits de molécules longiformes orientables en présence d'une paroi solide, suivant une direction cornmune qui peut être soit parallèle soit perpendiculaire au plan de la paroi. La direction de cette orientation dépend des natures respectives du matériau cristal liquide et de la paroi. L'orientation des longues molécules du cristal liquide est en outre grandement facilitée par l'utilisation de surfactants appropriés assurant un traitement préalable des parois en contact avec le film (frottis de la paroi, évaporation sous incidence rasante d'un film d'oxyde de silicium). Suivant l'effet désiré, on utilisera un matériau mésomorphe présentant l'une et l'autre des trois phases suivantes : smec tique, nématique et cholestérique. On utilise de préférence dans les écrans à cristaux liquides un cristal présentant à la température ambiante une phase nématique mettant en oeuvre l'un des trois effets suivants: la biréfringence électriquement contrôlée, la diffusion dynamique ou le nématique en hélice. Ce dernier effet possède l'intéressante propriété de se prêter à une rotation de 900 d'une lumière linéairement polarisée se propageant perpendiculairement aux lames. La cellule, placée entre polariseurs croisés transmet la lumière au repos et la bloque sous champ. Une telle utilisation de la cellule exige souvent que les lames 1, 7 et la couche 5 soient transparentes, ainsi que les électrodes et conducteurs de lignes et colonnes. I1 entre également dans le cadre de l'invention d'utiliser un mélange nématique-cholestérique qui présente un effet mémoire, dans lequel on peut mélanger des particules formant un pigment dichroïque de façon à changer la qualité modulatrice de l'écran. Dans cette réalisation la couche de cristal liquide est transparente à l'état de repos. Pour commander l'orientation des molécules du cristal liquide on peut utiliser la même technique que pour obtenir un effet de biréfringence ou un effet de diffusion dynamique. La couche de cristal liquide 3 est commandée électriquement par application d'une tension entre une électrode de ligne, 4 par exemple, et un conducteur de colonne, 6 par exemple. Le circuit électrique comprend alors en série entre l'électrode de ligne 4 et le conducteur de colonne 6: le cristal liquide 3, l'électrode de point de croisement 2, I'élément de connexion 8, le plot de connexion 9 et la couche varistance 5. La conductivité de la portion de la couche de varistance 5 comprise entre le plot de connexion 9 et le conducteur de colonne 6 varie brutalement avec la tension qui lui est appliquée autour d'une tension de seuil Vs. C'est ainsi que: - pour V Dans le circuit ainsi décrit n'intervient aucune capacité parasite.En particulier, lorsqu'une tension est appliquée entre l'électrode de ligne 4 et le conducteur de colonne 6, la tension aux bornes des varistances commandées par cette électrode 4 ou ce conducteur 6, autre que la varistance située au point de croisement, est inférieure à Vs. En raison de l'épaisseur de la plaque isolante 1, aucun couplage parasite n'existe; seul le cristal liquide appartenant au point de croisement réagit ; les autres points de croisement à ne pas commander ne sont pas le siège de champs électriques indésirables. L'épaisseur de la plaque isolante 1 ainsi que l'épaisseur de la couche de varistances seront essentielles pour le fonctionnement de l'écran. Selon un mode de réalisation de l'écran selon l'invention, les éléments principaux auront les dimensions suivantes typiques: - épaisseur de la plaque isolante 1 : el = lmm - épaisseur du cristal liquide 3: e3 = 6 à 20 Il m - épaisseur de la couche de varistance 5 : eS = 40 pn - épaisseur des électrodes et des conducteurs de colonne: e4 = e6 = 200 A - épaisseur de la plaque de verre 7: e7 = 1 mm - longueur du côté de l'électrode 2:D = 250 l,tm - diamètre des trous d'interconnexion dans la plaque 1 : d = 100 1I m - distance entre deux trous consécutifs d'une même ligne ou d'une même colonne: L = 0,5 à 1 mm Selon cet exemple de réalisation, la tension de fonctionnement à appliquer entre une électrode de ligne et un conducteur de colonne est de 60 volts. Les figures 4 et 5 représentent une variante de l'écran selon Pin- vention. Sur cette figure on retrouve la lame transparente 7, l'électrode de ligne 4, le cristal liquide 3, la lame isolante 1, l'électrode 2, le plot de connexion 9, la varistance 5. La différence réside dans le fait que le conducteur de colonne 6 est déposé sur la face 11 de la plaque isolante 1, orthogonalement à l'électrode de ligne 4 et à une distance e7 déterminée du plot de connexion 9. Un élément varistance 5 est ensuite déposé sur la face 11, recouvrant le plot de connexion 9 et joignant le conducteur de colonne 6. La distance e7 détermine la valeur de la tension de seuil de varistance. Selon un autre mode de réalisation, la varistance 5 peut être déposée sous forme d'une couche épaisse recouvrant toute la face 11. L'épaisseur de la varistance n'intervient pas et ne nécessite pas d'être précise. Le dépôt de la couche de varistance pourra donc être 'fait de différentes façons telles que coulage, sédimentation, pulvérisation ou projection. Dans le cas ou la couche de varistance ne recouvre pas toute la face Il, on peut utiliser des pastilles de varistances de dimensions et de formes appropriées collées ou soudées sur la face 11. Selon un mode de réalisation l'écartement e7 entre plots de connexion 9 et électrodes de colonne 6 est de 40pu. Dans ce cas la tension de fonctionnement est de 110 volts. La caractéristique de cette variante est de nécessiter un faible courant tout en présentant également une très faible capacité. Il est à noter que l'électrode 2, le plot de connexion 9 et le conducteur de colonne 6 seront soit réfléchissantes soit transparentes selon que l'on utilise l'écran en réflexion ou en transmission. Dans le cas d'une utilisation en réflexion on peut utiliser pour les électrodes 2 de l'aluminium qui possède d'excellentes propriétés de réflexion. Dans le cas d'un usage en transmission on utilisera par exemple un dépôt d'oxyde d'étain ou d'indium ou un mélange de ces deux oxydes. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de visualisation à écran destiné à visualiser des images par commande électrique de cellules d'affichage élémentaires, chaque cellule contenant un cristal liquide (3) dont les propriétés optiques varient en fonction d'un champ électrique créé par une première et une deuxième électrodes (2 et 4) disposées de part et d'autre du cristal liquide (3) caractérisé en ce qu'il comprend : un substrat (I) isolant électriquement comportant deux faces principales avec sur sa première face principale (10), en contact avec le cristal liquide (3), à l'emplacement de la cellule, la première électrode (2), celle-ci étant connectée à un plot de connexion (9) situé sur la deuxième face principale (11); la deuxième électrode située de l'autre côté du cristal liquide par rapport à la première électrode; une couche (5) d'un matériau de type varistance déposée sur la deuxième face principale (11) du substrat (1) un conducteur de commande (6) séparé du plot de connexion (9) par la couche (5) et commandant le plot de connexion. 21 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (5) de matériau de type varistance recouvre uniformément la deuxième face (11) du substrat (1) ainsi que les plots de connexion (9) et que le conducteur de commande (6) est déposé sur cette couche (5) en regard du plot de connexion (9). 3/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la couche (5) de matériau de type varistance a une épaisseur déterminée. 4/ dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conducteur de commande (6) est déposé sur la deuxième face (11) du substrat (1) à une distance déterminée du plot de connexion (9) et que la couche (5) de matériau de type varistance est déposée sur le plot de connexion et le conducteur de commande, couplant ceux-ci électriquement.