Brevet FR2555788A1 — publié le 19850531

PROCEDE DE COMMANDE D'UN DISPOSITIF DE VISUALISATION A ACCES MATRICIEL ET DISPOSITIF DE VISUALISATION UTILISANT CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de commande d'un dispo- sitif de visualisation comprenant une couche de matériau actif réagissant à un effet mixte thermique et électrique. Elle concerne plus particulièrement la commande de dispositifs à cristal liquide smectique du type à adressage matriciel. Les dispositifs de visualisation à cristal liquide smectique ont fait l'objet de nombreuses études et publications. En particulier, les dispositifs du type à adressage matriciel se sont imposés dans beaucoup d'applications. L'adressage s'effectue en deux temps: d'abord la zone de cristal liquide à adresser est portée à une température correspondant à la phase isotrope, puis lors de son refroidissement, cette zone est soumise à un champ électrique dont l'amplitude est fonction de l'information à inscrire, ce champ intervenant sur les qualités optiques de la zone concernée. En général, l'adressage matriciel est réalisé par l'intermédiaire de deux réseaux croisés d'électrodes emprisonnant une couche de matériau électrooptique et les champs électriques de commande sont créés par l'application de tensions aux bornes de ces réseaux d'électrodes. On sait que les cristaux liquides, d'une façon générale, supportent mieux les tensions alternatives que les tensions continues, ces dernières ayant entre autres, une mauvaise influence sur leur durée de vie. C'est pour cette raison que les dispositifs à cristal liquide nérnatique sont commandés généralement par des tensions alternatives. Si les cristaux liquides smectiques sont moins sensibles à la composante continue d'une tension électrique de commande, il n'en est pas moins vrai que leur durée de vie est grandement améliorée par une commande alternative dépourvue de composante continue. On peut en conclure qu'il est préférable que les tensions de commandes des dispositifs à cristaux liquides smectiques soient des tensions alternatives. Cependant, le fait d'adresser thermiquement l'un des réseaux d'électrodes complique l'adressage alternatif de la matrice. En effet, chaque électrode chauffante de la matrice reçoit séquentiellement une impulsion de chauffage pendant une durée déterminée et joue le rôle d'élément résistif dont une extrémité est reliée à la masse du dispositif. Or, pour des questions dlsoiement électrique des transistors des circuits de commande vidéo, il est préférable que les électrodes chauffantes puissent recevoir des potentiels, correspon- dant à des tensions vidéo, différents de zéro en alternance avec des potentiels nuls. Ceci n'est pas possible avec les dispositifs connus dans lesquels les électrodes chauffantes ont l'une de leurs extrémités à la masse. Afin de pallier cet inconvénient, l'invention propose un procédé de commande d'un dispositif de visualisation dans lequel le champ électrique de commande de la couche de matériau électrooptique est engendré à partir d'une tension continue transformée en tension alternative par commutation des potentiels des électrodes d'application du champ électrique de com- mande. Une configuration particulière du dispositif de visualisation ou un système de commutation électronique permet la mise en oeuvre du procédé. L'invention a donc pour objet un procédé de commande d'un dispositif de visualisation comprenant une couche de matériau actif réagissant à un effet mixte thermique et électrique, le dispositif comportant un premier et un second réseau d'électrodes, ces réseaux étant croisées pour permettre un adressage matriciel du dispositif, les électrodes du premier réseau permet- tant de chauffer successivement des zones de ladite couche, des champs électriques de commande étant appliqués auxdites zones lors de leur refroidissement pendant une durée prédéterminée par des électrodes enca- drant ladite couche, lesdits champs électriques étant engendrés à partir de tensions continues de commande dites tensions vidéo, caractérisé en ce que, afin de supprimer toute composante continue des champs électriques appli- qués à ladite couche, les électrodes d'application desdits champs sont portées à des potentiels tels que lesdits champs électriques de commande sont alternativement dirigés dans un sens puis dans le sens opposé. L'invention a aussi pour objet un dispositif de visualisation du type à adressage matriciel, comprenant une couche de matériau actif réagissant à un effet mixte thermique et électrique caractérisé en ce qu'il utilise le procédé de commande décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront au moyen de la description qui va suivre et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est un diagramme explicatif; - la figure 2 est un schéma électrique équivalent; - les figures 3 et 4 sont des diagrammes explicatifs - les figures 5, 6 et 7 sont des schémas électriques illustratifs du procédé selon l'invention; - la figure 8 est un exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé de commande selon l'invention; la figure 9 est une vue partielle en coupe d'un écran de visualisation; la figure 10 est une illustration de la manière d'appliquer des tensions de commande, selon l'invention. Il existe deux possibilités pour appliquer une différence de potentiel alternative à une couche de matériau électrooptique comprise entre deux électrodes. On peut maintenir l'une des électrodes à un potentiel fixe, par exemple le potentiel de la masse, et faire varier le potentiel de l'autre électrode de part et d'autre du potentiel de la masse. La figure 1 est un diagramme qui donne l'allure de la tension v à laquelle est soumise une couche de matériau électrooptique, par rapport au temps t. La tension v est alternative, de période T. Elle est égale à + V sur une demi-période et à - V sur la demi- période suivante. La couche de matériau comprise entre les électrodes d'application de la tension v est, quelle que soit la demi-periode considérée, toujours soumise à une tension d'amplitude V. Cette disposition est commode d'un point de vue de réalisation pratique du dispositif mais elle a pour conséquence que les transistors des circuits de commande vidéo doivent supporter un isolement électrique égal à 2V. L'amplitude V étant générale- ment comprise entre 15 et 30 volts, les transistors de sortie doivent supporter entre 30 et 60 volts. Ceci impose un choix de la technologie à employer pour réaliser les circuits de commande, ce qui se répercute sur la qualité de l'intégration de ces circuits. Une autre façon d'appliquer une différence de potentiel alternative à la couche de matériau électrooptique consiste à alterner les potentiels sur chaque électrode. Pour la durée d'une demi-période, l'une des électrodes sera au potentiel V et l'autre à zéro; durant la demi-période suivante, ce sera l'inverse. Dans ces conditions, le matériau électrooptique est toujours soumis à une tension d'amplitude V mais les transistors des circuits de commande ne doivent plus supporter qu'une tension d'isolement V. Ceci a pour conséquence la possibilité d'employer une technologie de fabrication des transistors qui se prête particulièrement bien à l'intégration. C'est cette solution qui est employée pour l'adressage des dispositifs à cristaux liquides nématiques. La transposition de cette solution aux dispositifs à accès mixte thermique et électrique ne peut pas s'appliquer d'emblée. En effet, ces dispositifs comportent généralement un réseau d'électrodes chauffantes, qui possèdent toutes une extrémité reliée à la masse et par conséquent un potentiel fixé une fois pour toutes. La figure 2 est un schéma électrique représentant un réseau d'élec-. trodes chauffantes et leurs moyens de chauffage. Ces électrodes, symboli- sées par leurs résistances R1 à Rn constituent l'un des réseaux d'électrodes contribuant à l'adressage matriciel d'un écran de visualisation à cristal liquide smectique classique. Ce sont par exemple les connexions de lignes de la matrice, les tensions vidéo étant distribuées par les connexions de colonnes non représentées. Les moyens de chauffage des électrodes chauf- $ fantes sont constituées par un générateur de tension E et des interrupteurs K1 à Kn qui seront dans la pratique des transistorsfonctionnant en tout ou rien. L'élévation de température d'une électrode chauffante est provoquée par effet Joule lorsque l'interrupteur correspondant est fermé. Ainsi qu'il est bien connu, ces électrodes sont séquentiellement portées à une température telle qu'elle assure le changement de phase de la zone de cristal liquide située en vis-à-vis. Lorsque c'est le tour de l'électrode de rang j (désignée par sa résistance Rj) à être chauffée, l'interrupteur Kj se ferme et le générateur de tension E délivre un courant de chauffage I dans Rj, tous les autres interrupteurs K1 à Kn étant ouverts. L'écran pouvant comporter un nombre élevé d'électrodes chauffantes (plusieurs centaines), il est avanta- geux de réunir leurs extrémités opposés aux interrupteurs à la masse. Le temps de chauffage T étant très court, chaque électrode est soumise en fait à une impulsion de tension. Les tensions vidéo correspondant à la ligne 2555788, chauffée de rang j sont appliquées par l'intermédiaire des connexions de colonnes juste après l'impulsion de chauffage et pendant un temps T ' généralement choisi égal à T. L'application des tensions de commande vidéo s'effectue au moyen de la connexion de ligne de rang j et des connexions de colonnes par l'intermédiaire de la masse qui assure la continuité électrique. Dans ce dispositif de l'art connu, les tensions de commande vidéo sont également fournies sous forme d'impulsions. Elles ont la rnmême durée mais leurs amplitudes varient selon le degré de contraste désiré d'une valeur nulle à une valeur maximale Vv. Comme elles ont toutes 1 O le même signe, la couche de cristal liquide est toujours soumise à une composante continue néfaste. L'invention se propose d'éliminer cette composante continue en ren- dant alternative, pour la couche de matériau électrooptique, les tensions de commande vidéo. Deux cas peuvent se produire: les impulsions de chauffage se succèdent dans le temps soit de manière immédiate (elles sont jointives), soit avec un décalage temporel (elles sont non jointives). Les impulsions de chauffage ne sont pas jointives, notamment, lorsque l'écran est de grande dimension, à lecture directe et que la durée T de l'impulsion de chauffage est supérieure à I milliseconde. L'image n'est pas rafraîchie et il existe un effet mémoire. Dans cette configuration, les :tensions vidéo sont appliquées juste après l'impulsion de chauffage. C'est ce que représente la figure 3 qui est un diagramme comparatif de la succession des impulsions de chauffage en fonction du temps. On a représenté les impulsions de chauffage pour deux électrodes chauffantes consécutives qui ont rang j et j + 1. La tension Vcj représente l'impulsion de chauffage de la ligne j; la tenvion Vcj + I représente l'impulsion de chauffage de la ligne i + 1. Elles ont la même durée T. Entre la fin de la première impulsion et le début de la seconde s'est écoulé un temps T ' qui est généralement choisi égal à T. C'est pendant ce temps -r 'que les tensions video correspondant à la ligne j,;qui vient d'être chauffée, seront appliquées. Les impulsions de chauffage sont jointives, notamment, lorsque l'écran est de petite dimension, l'image étant projetée, et que la durée de l'impulsion de chauffage T est inférieure ou égale à 64 microsecondes, ce qui correspond à un accès thermique à cadence télévision. L'image est alors rafraîchie. Les tensions de commande vidéo sont appliquées à la ligne j pendant que la ligne j + 1 est chauffée. C'est ce que représente le dia- gramme de la figure 4. Lorsque les impulsions ne sont pas jointives, il est possible de modifier la référence du réseau d'électrodes chauffantes, c'est-à-dire le réseau des connexions de lignes dans l'exemple d'application choisi plus haut, pendant le temps d'application des tensions de commande vidéo. Le temps d'application des tensions vidéo est par exemple T' comme défini à la figure 3. Dans ce cas, les potentiels des tensions vidéo sont appliqués aux connexions de Tr' colonnes juste après l'impulsion de chauffage pendant --T, la connexion de ligne correspondante étant au potentiel de la masse. Ensuite, pendant le T'' temps T2 restant, les potentiels seront modifiés de façon à complé- T' menter les potentiels appliqués pendant la première période 2. Ces considérations vont être explicitées en détail au moyen des figures 5, 6 et 7. La figure 5 représente deux réseaux croisés d'électrodes du type entrant dans la composition d'un écran de visualisation à adressage matriciel ainsi que des éléments annexes servant à leur adressage. Pour ne pas compliquer la figure, on a représenté des réseaux d'électrodes ne compor- tant que trois connexions de lignes 1, 2 et 3 et trois connexions de colonnes 4, 5 et 6. Les connexions de lignes ont été choisies comme électrodes :chauffantes. Elles peuvent être adressées thermiquement par l'intermédiaire des interrupteurs K1, K2 et K3, qui symbolisent des composants électroni- ques du type transistor, et par l'interrupteur K. La figure 5 montre l'adressage thermique de la connexion de ligne 1. L'interrupteur K1 étant fermé et l'interrupteur K mettant le circuit à la masse M, une impulsion de tension d'amplitude Vc1 et de largeur T apparaissant entre les points A1 et M provoque l'échauffement de l'électrode 1 et de la partie de la couche de matériau électrooptique située entre les deux réseaux et en visà-vis et non représentée sur la figure. Les interrupteurs K2 et K3 étant ouverts, les électrodes 2 et 3 ne sont pas adressées thermiquement. On remarque également que les potentiels des connexions de colonnes sont nuls et que le potentiel Vv, défini précédemment, n'affecte pas les connexions de lignes à cause de la position de l'interrupteur K. Il n'y a donc aucune tension de commande vidéo appliquée à la couche de matériau électrooptique. Lorsque l'impulsion de tension de chauffage de l'électrode 1 est terminée, il existe un temps T' pendant lequel aucune autre électrode n'est chauffée et pendant lequel les tensions vidéo vont être appliquées. Les figures 6 et 7 sont illustratives de cette manière d'agir. Sur la figure 6, les interrupteurs K1, K2 et K3 sont ouverts et l'interrupteur K est laissé dans la même position que précédemment. Les élémnents d'image correspondant aux intersections de la connexion de ligne 1 et des connexions de colonnes 4, 5 et 6 sont adressés par des tensions de commande vidéo dont des valeurs prises au hasard sont mentionnées sur la figure 6. On constate donc que l'élément d'image constitué par l'intersection des électrodes 1 et 4 est soumis à une différence de potentiel égale à Vv. La différence de potentiel entre les électrodes 1 et 5 est égale à -Vv. Celle existant entre les électrodes 1 et 6 4 T' est nulle. Ces potentiels sont maintenus pendant le temps 2 T' Au bout de ce temps -2-- l'interrupteur K est actionné dans l'autre sens comme l'indique la figure 7 ce qui a pour conséquence de porter les connexions de lignes au potentiel Vv. En même temps, les potentiels présents sur les connexions de colonnes sont complémentés par rapport à v comme il est indiqué à la figure 7. Chaque élément d'image constitué par les intersections de l'électrode 1 et des électrodes 4, 5 et 6 est donc soumis à la même différence de potentiel que dans le cas de la figure 6 mais affectée d'un signe opposé. La complémentarité des tensions vidéo peut être réalisée d'une ma- nière relativement simple. On peut par exemple intercaler entre l'étage délivrant ces tensions et les connexions de colonnes un étage de comnplémen- tarité qui fonctionne de la manière suivante: - pendant la première demipériode --2 cet étage est transparent d'un point de vue électrique et les tensions vidéo sont directement appliquées aux connexions de colonnes correspondantes (cas de la figure 6)Z ceci jusqu'à la fin de cette première demi-période o les tensions vidéo sont dirigées par une simple commutation électronique vers le circuit de complémentarité proprement dit, - pendant la seconde demi-période T chaque tension vidéo est envoyée par exemple à l'une des deux entrées d'un circuit soustracteur classique à amplificateur opérationnel qui reçoit sur sa seconde entrée la tension Vv, de 255578 8 manière à obtenir un signal de sortie complémentaire par rapport à Vv de la tension vidéo (cas de la figure 7). Une fois que la période T' est terminée, on procédera de la même façon pour les connexions de lignes 2 et 3 au moyen des interrupteurs K2 et K3. L'impulsion de chauffage est alors appliquée, suivant les cas, entre A2 et M ou entre A3 et M. On voit que cette manière de procéder permet d'annuler la composante continue qui existait précédemment dans les dispositifs de l'art connu, que ce soit pour des signaux saturés ou pour des signaux d'amplitude variable. Il existe de nombreuses possibilités pour réaliser la commande par un procédé selon l'invention. La figure 8 montre un- exemple de réalisation possible. Elle reprend le réseau matriciel des trois figures précédentes o les mêmes références désignent les mêmes éléments. Les transistors T1, T2 et T3 assurent les fonctions des interrupteurs K1, K2 et K3. Il en va de même pour le transistor TK par rapport à l'interrupteur K. Pour adresser la première ligne, il faut tout d'abord chauffer par effet 3oule l'électrode 1 pendant le temps T. Pour cela, on provoque la conduction du transistor T1 par application sur sa base B1 d'une impulsion de tension de durée T qui provoque sa conduction. En même temps, une impulsion de tension est appliquée sur la base BK du transistor TK pour le saturer. L'électrode i est donc traversée par un courant de chauffage pendant le temps T tandis que les électrodes 2 et 3 ne sont traversées par aucun courant puisque T2 et T3 sont toujours bloqués. Au bout du temps T, T1 est bloqué, TK est toujours conducteur puisque l'impulsion de tension sur sa base est encore présente pendant TI2 et les tensions de commande vidéo sont appliquées. Ces tensions vidéo sont appliquées sous la forme de potentiels sur les électrodes de colonnes et par le maintien au potentiel de la masse des électrodes de lignes. Lorsque cette première période -est terminée, l'impulsion de 2 17 tension présente en BK s'achève pour une seconde période et le transistor TK se bloque mettant les électrodes de lignes au potentiel Vv. Au même moment, chaque électrode de colonne est portée à un potentiel qui est le complément par rapport à -Vv dupotentiel présent sur ladite colonne pendant la première période ---. L'affichage de la première ligne étant terminée, on peut de la même manière afficher la seconde ligne puis la troisième. Lorsque les impulsions de chauffage sont jointives, la manière de procéder qui vient d'être décrite s'applique difficilement. En effet, il est très difficile de porter une électrode chauffante à un potentiel Vv afin de complémenter les informations vidéo et de chauffer par effet 3oule la même électrode. Il est nécessaire dans ce cas, d'utiliser une autre configuration pour réaliser les dispositifs à effet mixte thermique et électrique. La figure 9 représente un dispositif de visualisation utilisant une couche de matériau réagissant à un effet mixte thermique et électrique, et qui peut être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de commande selon l'invention. La figure 9 est une vue partielle en coupe et décrit, à titre non limitatif, un écran de visualisation à cristal liquide smectique du type à adressage matriciel. On distingue un substrat 20, par exemple en silicium monocristal!in, recouvert d'une couche isolante 21 qui peut être de l'oxyde de silicium SiO2. Sur la couche 21 on a déposé un premier réseau d'élec- trodes 22 destinées à jouer le rôle d'électrodes chauffantes. Il est alors avantageux de les réaliser en aluminium. Les électrodes 22, qui sont par exemple les connexions de lignes de la matrice de visualisation, sont noyées dans une couche d'isolant 23, par exemple en nitrure de silicium, laquelle supporte le second réseau de la matrice formant les connexions de colonnes. Celles-ci sont constituées par des électrodes 24 en matériau réfléchissant tel que l'aluminium. Une lame de verre 25 est maintenue, par des cales d'épaisseur non représentées, à une distance d'environ 12 micromètres du réseau d'électrodes 24. Elle supporte une contre-électrode 26 qui s'étend sur toute la partie active de l'écran. La contre-électrode 26 est nécessairement transparente. Elle est par exemple réalisée en oxyde mixte d'étain et d'indium. Dans l'espace défini par les cales, on introduit une couche de cristal liquide 27 possédant une phase smectique. Dans cette configuration, les électrodes chauffantes ne servent plus de plan de référence pour l'application du champ électrique de commande vidéo qui est appliqué entre les connexions de colonnes 24 et la contre- électrode 26. Avec le dispositif de la figure 9, le potentiel de la contre-électrode peut sans problème être le potentiel de la masse pendant la moitié du temps d'application de la tension de commande vidéo et pendant l'autre moitié de ce temps le potentiel Vv. C'est ce qui est représenté sur la figure 10. 2555788. La figure 10 représente schématiquement un exemple d'application des tensions de commande vidéo. La partie gauche de la figure est relative à la première alternance du signal vidéo et la partie droite à la deuxième alternance de ce signal. Pour plus de simplicité, on n'a représenté dans cette figure que les éléments directement concernés, c'est-à-dire la contre- électrode 26 et les connexions de colonnes 22. La répartition des potentiels est la suivante pour la première alternance du signal vidéo: la contre- électrode 26 est à la masse, les connexions de colonnes 22 se voient attribuer des potentiels croissant régulièrement de 0 à Vv (tension maximale applicable). A la seconde alternance du signal vidéo, c'est la contre- électrode 26 qui est soumise au potentiel Vv tandis que les connexions de colonnes sont mises à des potentiels complémentaires par rapport à Vv comme il est indiqué sur la- figure. Plutôt que de rendre la tension vidéo alternative après chaque chauffage de ligne, on peut aussi inverser la tension vidéo au rythme de la trame ou de l'image si on admet que l'affichage n'est pas sensiblement modifié d'une image à l'autre. On peut également remarquer que l'écran de visualisation représenté à la figure 9 est également utilisable lorsque les impulsions de chauffage ne sont pas jointives. Le procédé de commande selon l'invention est donc utilisable dans tous les cas o l'on ne désire pas qu'une tension continue soit appliquée en permanence à une couche de matériau électrooptique, en particulier lorsqu'il s'agit d'une couche de cristal liquide smectique. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un disposistif de visualisation comprenant une couche de matériau actif (27) réagissant à un effet mixte thermique et électrique, le dispositif comportant un premier et un second réseau d'élec- trodes, ces réseaux étant croisés pour permettre un adressage matriciel du dispositif, les électrodes (22) du premier réseau permettant de chauffer successivement des zones de ladite couche, des champs électriques de commande étant appliqués auxdites zones lors de leur refroidissement pendant une durée prédéterminée ( T') par des électrodes encadrant ladite couche, lesdits champs électriques étant engendrés à partir de tensions continues de commande dites tensions vidéo, caractérisé en ce que, afin de supprimer toute composante continue des champs électriques appliqués à ladite couche, les électrodes d'application desdits champs sont portées à des potentiels tels que lesdits champs électriques de commande sont alternati- vement dirigés dans un sens puis dans le sens opposé. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tensions vidéo de commande sont distribuées par les électrodes d'encadrement constituées d'une part par le premier réseau d'électrodes et d'autre part par le second réseau d'électrodes et que, les valeurs des tensions idéo pouvant varier de 0 à une valeur maximale Vv, l'alternance des sens desdits champs électriques de commande est réalisée en portant: - pendant le temps d'une alternance, le potentiel de l'électrode chauf- fante d'une zone à adresser à 0 tandis que les électrodes du second réseau sont portées aux potentiels correspondant auxdltes tensions videéo, pendant le temps de l'autre alternance, le potentiel de ladite électrode chauffante à la valeur maximale Vv tandis que les électrodes du second réseau sont portées à des potentiels complémentaires par rapport à Vv de ceux de l'alternance précédente. 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tensions vidéo de commande sont distribuées par les électrodes d'encadrement constituées d'une part par une contre-électrode (26) et d'autre part par le second réseau d'électrodes et que, les valeurs des tensions vidéo pouvant varier de 0 à une valeur maximale Vv, l'alternance des sens desdits champs électriques de commande est réalisée en portant: -pendant le temps d'une alternance, le potentiel de ladite contre- électrode à O tandis que les électrodes du second réseau sont portées aux potentiels correspondant auxdites tensions vidéo, - pendant le temps de l'autre alternance, le potentiel de ladite contre- électrode à la valeur maximale Vv tandis que les électrodes du second réseau sont portées à des potentiels complémentaires par rapport à Vv de ceux de l'alternance précédente. 4. Procédé de commande selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chacune desdites alternances à une durée moitié de ladite durée prédéterminée ( T'). 5. Procédé de commande selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chacune desdites alternances dure le temps d'une image. 6. Dispositif de visualisation du type à adressage matriciel, compre- nant une couche de matériau actif (27) réagissant à un effet mixte thermique et électrique, caractérisé en ce qu'il utilise un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Dispositif de visualisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau actif est un cristal liquide smectique.