Brevet FR2557339A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides, comprenant une matrice à deux dimensions de cellules associée à des circuits d'adressage de chacune des cellules pour provoquer la formation sur le panneau d'une image désirée. Les panneaux d'affichage à cristaux liquides sont des dispositifs couramment utilisés pour réaliser des affichages de petite dimension du type écran de calculatrice ou montre. Ils peuvent aussi être utilisés pour réaliser des affichages de plus grande dimension pour afficher une image de télévision ou des données sur des écrans de terminaux. Dans cette seconde application, il se pose des problèmes pour obtenir une image qui soit de bonne qualité et qui ait sa luminosité propre. En effet, en l'absence d'image affichée le niveaux de gris est pas uniforme. De plus, les affichages a cristaux liquides ne possèdent pas de luminosité propre, ce qui fait qu'ils ne peuvent être utilisés en l'absence de lumière ambiante et la visibilite de l'affichage dépend de façon considérable de l'angle d'observation. Il peut aussi se produire des phénomènes de diaphonie, dus aux capacités parasites des lignes d'adressages et des cellules de cristaux liquides qui font que l'image formée sur l'écran est altérée. Le dispositif d'affichage décrit dans la demande de brevet français publiée sous le No. 2 507 803 comporte des moyens pour éviter cette diaphonie. Ces moyens comprennent des moyens de commutation auxiliaires qui reçoivent un signal de compensation ayant des caractéristiques de phase par rapport à la phase des signaux de contrôle des moyens de commutation normalement prévus dans tout dispositif d'affichage, telles que les effets des capacités parasites sont compensées et la diaphonie réduite. De plus dans les dispositifs cornus, l'adressage des cellules disposées en matrice se fait à l'aide de dispositifs de commutation a semi-conducteurs souvent transistors a effet de champ, rapportés à chaque point de la matrice. Il en résulte un coût prohibitif et des difficultés de fabrication dues à la co-existence de deux technologies différentes. On pourra aussi se référer à l'article paru dans IEEE Spectrum de Juillet 1978 aux pages 26 à 32 sous le titre "Flat Panel Display : a critique" qui montre les problèmes à résoudre pour réaliser un affichage de bonne qualité. Un objet de la présente invention est donc de réaliser un panneau d'affichage à cristaux liquides dont les éléments-images sont constitués de cellules améliorés permettant d'obtenir une fidélité du niveau de gris. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un panneau d'affichage à cristaux liquides qui possède sa propre luminosité. Un autre objet de la présente invention est aussi de réaliser un panneau d'affichage constitué de cellules à cristaux liquides améliorées, dans lequel les moyens de commutation prévus pour l'adressage des cellules sont réalisés en utilisant la même technologie de fabrication que celle utilisée pour la fabrication des cellules elles même. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un panneau d'affichage à cristaux liquides dans lequel les phénomènes de diaphonie dus aux capacités parasites sont éliminés. Résumé de l'invention Le dispositif d'affichage comprend un panneau de cellules à cristaux liquides adressables en matrice et définissant les éléments-images du panneau. Le panneau est éclairé de l'carrière par une source de rayonnements ultra-violet. Des moyens d'auto-ajustement du niveau de gris sont associés à chaque cellule. Ces moyens comprennent une couche de matériau photoconducteur telle que du sulfure de zinc disposée de façon à recevoir tout ou partie du rayonnement transmis par la cellule et à rétro-agir sur le point de fonctionnement de la cellule rendant ainsi identiques les coefficients de transmission de toutes les cellules du panneau.Des moyens supplémentaires destinés à transformer le rayonnement ultra-violet issu de la cellule en rayonnement visible, comprennent une couche de substance photoluminescente choisie en fonction de la couleur désirée pour la cellule. Des moyens d'adressage permettant d'appliquer à des cellules sélectionnées des signaux porteurs de l'information à afficher dans lesdites cellules. Dans un mode de réalisation préféré ces moyens d'adressage comprennent une cellule auxiliaire associée à chaque cellule principale, comprenant une cellule à cristaux liquides fonctionnant en tout ou rien, qui est éclairée par la même source de rayonnements ultra-violets que le panneau et dont la transparence est modifiée par l'un des signaux d'adressage, et une couche de matériau photorésistant soumise au rayonnement issu de la cellule à cristaux liquides auxiliaire et transmettant le second signal d'adressage porteur de l'information à afficher à la cellule principale adressée. Brève Description des Figures La figure 1 représente une cellule à cristaux liquides avec ses moyens d'auto-ajustement, et d'adressage. La figure 2 représente le schéma électrique équivalent. La figure 3 montre les courbes représentant, le flux lumineux transmis par les cellules en fonction de la tension de polarisation. La figure 4 montre la famille de courbes pour différentes valeur de la tension d'alimentation +V, caractéristique de la cellule photo-résistante associée à la cellule principale. La figure 5 montre la combinaison des courbes des figures 3 et 4 expliquant l'effet d'auto-ajustement. Les figures 6 et 7 représentent un exemple de disposition de cellules dans un élément image trichrome et un élément-image monochrome. La figure 8 représente le panneau d'affichage avec sa source d'éclairement. Les figures 9A et 9B sont des coupes le long des lignes AA' et BB' d'une cellule principale et auxiliaire et de la cellule associé de l'élément d'image trichrome. Le dispositif d'affichage conforme à l'invention est constitué d'un ensemble de cellules à cristaux liquides, disposées dans un panneau utilisable comme écran d'un terminal. Pour constituer un panneau d'affichage monochrome, chaque élément d'image (pixel) comporte une cellule et pour un panneau d'affichage polychrome, chaque élément d'image comporte plusieurs cellules, une pour chaque couleur. Chaque élément d'image peut être adressé et contrôlé par un dispositif d'adressage matriciel, de façon classique, chaque cellule étant connectée à une ligne d'adressage horizontale et à une ligne d'adressage verticale pour contrôler l'affichage d'une information désirée dans la cellule. Une cellule avec des moyens d'adressage est représentée sur la figure 1, et le schéma électrique équivalent est représenté sur la figure 2. Une cellule principale 1 à cristaux liquides de type classique, est destinée à l'affichage et une cellule auxiliaire 2 à cristaux liquides de type classique est destinée à l'adressage. La cellule 1 a une de ses plaques (9) connectée à un potentiel d'alimentation qui est la masse dans le mode de réalisation décrit et son autre plaque (8) connectée à une borne d'une capacité C. L'autre borne de la capacité C étant connecté à la masse. Cette cellule est éclairée par l'carrière par une source de rayonnements ultra-violets continus et uniformes afin de rendre lumineux le panneau d'affichage. Le rayonnement ultra-violet traversant la cellule à cristaux liquides va exciter une substance photoluminescente 3 choisi en fonction de la couleur que l'on désire obtenir au point considéré. Pour faire varier la quantité de lumière émise par la substance photoluminescente, il faut faire varier la tension U aux bornes de la cellules. A cause de la dispersion des caractéristiques de transmission des. différentes cellules qui constitueront le panneau, chaque cellule 1 à cristaux liquides a sa courbe propre représentant la quantité de lumière $ la traversant, proportionnelle au coefficient de transmission de la cellule, en fonction de la tension de polarisation U qui lui est appliquée. Comme on peut voir sur la figure 3 sur laquelle sont représentées trois courbes correspondant à trois cellules, pour une tension Uo par exemple on obtient trois coefficients de transmission distincts. Entre la cellule 1 et la substance photoluminescente 3, on place une cellule 4 constituée d'une mince couche de matériau photo-résistant qui agira comme détecteur et élément de contre-réaction pour uniformiser les niveaux de gris des cellules du panneau. Ce matériau dont la résistance électrique Z (voir le schéma électrique équivalent de la figure 2) est fonction de la lumière qui le traverse est choisi pour avoir une efficacité maximum sur la longueur d'onde émise par la source de rayonnements UV choisie et très faible dans la lumière visible de sorte que la lumière incidente n'ait pas d'effet perturbateur. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau photorésistant choisi est le sulfure de zinc, dont l'effet photorésistant présente un maximum sur la raie à 0,35 p émise principalement par la source W classique. La cellule 1 et la cellule photo-résistante 4 sont disposées en série entre la masse et un potentiel d'alimentation +V. La figure 4 représente la famille de courbes éclairement/tension de la cellule photo-résistante pour différente valeur du potentiel d'alimentation +V. Elles montrent que la tension que laisse subsister la cellule 4 aux bornes de la cellule 1 diminue lorsque l'éclairement augmente. La figure S est une combinaison des courbes de la figure 3 et d'une courbe de la figure 4 pour une valeur +V donnée. Elle montre que le point de polarisation U de chacune des cellules à cristaux liquides du panneau s 'auto-ajuste pour donner un éclairement quasi-uniforme. Pour une première cellule on obtient un point de polarisation a, caractérisé par une tension U1, pour une deuxième cellule un point de polarisation b, caractérisé par une tension U2 et pour une troisième cellule, un point de polarisation c caractérisé par une tension U3. La cellule 4 a donc un effet de contre-réaction qui fait que lorsque l'éclairement augmente, la tension aux bornes de la cellule 1 augmente, ce qui fait diminuer l'éclairement jusqu a ce que l'équilibre soit atteint. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise des moyens d'adressage particuliers qui comportent une cellule auxiliaire 2, associée à chaque cellule 1. Il est bien entendu que tout autre moyen d'adressage classique par exemple à élément de commutation semi-conducteur peut être utilisé. La cellule auxiliaire 2 est éclairée par l'arrière par le même rayonnement UV que la cellule principale. Elle constitue avec une autre cellule photo-résistante 5 un commutateur opto-électrique qui marche en tout ou rien. La cellule 2 a une de ses plaques connectée à la masse et son autre plaque connectée à une ligne d'adressage 6, par exemple la ligne d'adressage horizontale. Une tension de commande appliquée à la ligne d'adressage pour sélectionner la cellule principale associée rend transparent la cellule 2 de telle sorte que la cellule 5 devient conductrice (état ON). La cellule 5 est connecté d'une part au noeud X et d'autre part à une seconde ligne d'adressage 7 par exemple, ligne verticale. La tension pour provoquer au point sélectionné, l'affichage désiré, est appliqué à la ligne 7 et force par l'intermédiaire de la cellule 5 une tension de polarisation aux bornes de la cellule principale pour obtenir le niveau d'affichage désiré dans la cellule principale. Une capacité supplémentaire C est connectée aux bornes de la cellule à cris taux liquides principale pour assurer une mémorisation de durée suffisante de la tension d'affichage entre deux adressages successifs. Un masque optique est destiné à soustraire le matériau photorésistant de la cellule à l'action de la lumière ambiante. Comme dans tout adressage matriciel, une seule cellule est sélectionnée, cette cellule étant soumise aux tensions de commande sur les lignes verticale et horizontale auxquelles elle est connectée. En effet, en l'absence de signal d'adressage sur la ligne 6, la cellule 2 à cristaux liquides n'est pas transparente et la cellule 5 a une résistance infinie (état OFF), ce qui fait qu'aucun affichage ne peut être réalisé dans la cellule principale associée. Par ces moyens d'adressage opto-electriques, la diaphonie est éliminée du fait que la commutation se fait par tout ou rien et que le circuit RC constitue par la capacité C et la résistance R de la cellule 5 a une faible impédance au moment de la commutation, par opposition à l'impédance des transistors à effet de champ utilisés dans l'art antérieur. A titre d'exemple, on a représenté sur les figures 6 et 7, la disposition des trois cellules principales et auxiliaires pour constituer un élément d'image trichrome et d'une cellule principale associée à une cellule auxiliaire pour constituer un élément d'image monochrome. Dans cet exemple, le point trichrome a une hauteur variant de 360 à 600 microns et la hauteur de la cellule varie de 120 à 200 microns. La hauteur du point monochrome est de 125 microns. La figure 8 représente schématiquement un panneau d'affichage comprenant un ensemble d'éléments d'image (par exemple trichromes) disposés comme sur la figure 6. Les cellules constituant ces éléments sont disposées entre un panneau avant non transparent aux ultra-violets 10 et un panneau arrière 11 transparent aux ultra-violets. Les deux panneaux sont séparés par des entretoises 12. La source de rayonnements ultra-violets peut être constituée d'un panneau 13 comprenant deux plaques de verre séparées par des entretoises 14, enfermant de la vapeur de mercure basse pression, excitée par un champ électrique haute fréquence. Ce panneau a la même dimension que tout le panneau d'affichage pour l'éclairer uniformément. Tout autre source homogène de rayons UV peut lui être substituée. La figure 9A représente une coupe suivant la ligne AA' d'une cellule du type représenté sur la figure 6 et la figure 9B représente une coupe suivant la ligne BB'. La panneau avant 10 comporte un substrat de verre 20 sur lequel sont disposés la substance photoluminescente 3 recouverte partiellement d'une bande 4 de sulfure de zinc pour constituer le photodétecteur 4 de la figure 1. La cellule principale 1 de la figure 1 est formée au dessus de l'élément 3, et est constitué entre les deux plaques métalliques 8 et 9. La plaque 8 est séparée de la cellule 4 par un diélectrique 21. La cellule auxiliaire est constituée par la couche de sulfure de zinc 5 recouerte d'une métallisation, qui constitue la ligne d'adressage horizontale 6. La capacité C est formée entre deux métallisations 22 et 23 séparés par un diélectrique 24, la métallisation 22 étant en contact avec la plaque 8 au point X de la figure 1, un matériau isolant 26 sépare les éléments d'image. La couche diélectrique 24 au dessous de la cellule 5 constitue le masque optique. La ligne d'adressage 7 est constituée d'une métallisation disposée à coté de la couche de sulfure de zinc 5. La cellule auxiliaire à cristaux liquides 2 est constituée au-dessus de la couche 5. Les cellules principales et auxiliaires sont partiellement séparées par un diélectrique 27. Le panneau arrière il est constitué par un substrat de verre 30 recouvert d'une couche métallique constituant la plaque 9 et d'un diélectrique 28. Le matériau à cristaux liquides est placé entre les deux panneaux avant et arrière. La figure 93 montre la coupe suivant la ligne BB > sur laquelle on peut voir les entretoises 12 de la figure 8, la couche photoconductrice constituant la cellule 3, et la ligne d'adressage 6. Toutes les opérations successives nécessaires pour l'obtention d'un panneau d'affichage qui nécessitent un positionnement de masques seront réalisées sur le meme substrat 20, l'autre substrat 30 ne comportant qu'une métallisation uniforme recouverte d'une couche diélectrique, le tout transparent aux rayon UV incidents. I1 ne se pose donc pas de problèmes d'alignement lors de l'assemblage final des deux substrats. Pour réaliser un tel dispositif d'affichage une seule technologie simple est utilisée puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir à mettre en place dans le panneau des éléments semiconducteurs. En résumé, le dispositif, objet de l'invention permet un adressage matriciel des cellules d'affichage sans utiliser des composants électroniques complexes rapportés aux noeuds d'intersection des lignes d'adressage. Chaque cellule est émettrice de lumière dans une couleur donnée. On peut agir indépendamment et de façon continue sur la luminosité de chaque cellule principale, de telle sorte que l'on peut réaliser en affichage d'image vidéo ou un affichage numérique. La dispersion des caractéristiques de chaque cellule due aux imperfections de fabrication est éliminée par la cellule photorésistante 4. La luminosité globale de l'écran peut atteindre les niveaux requis pour une projection sur grand écran. La résolution peut largement dépasser 100 points/mm2 et même atteindre 1000 points/mm2. En conséquence, le panneau de la présente invention peut être utiliser pour un affichage d'une image télévision couleur et dans toutes les applications d'affichage informatique traditionnel jusqu'aux écrans graphiques à très haute résolution. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage comprenant un panneau de cellules à cristaux liquides adressables en matrice, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13) pour produire un éclairement du panneau par un rayonnement ultra-violet, des cellules à cristaux liquides principales (1) définissant les éléments d'image du panneau, des moyens (4) d'auto ajustement du niveau de gris associés à chaque cellule, comprenant une couche de matériau photo-résistant disposée de façon à recevoir tout ou partie de l'éclairement transmis par la cellule associée et à rétro-agir sur le point de fonctionnement de la cellule, rendant ainsi identiques les coefficients de transmission de toutes les cellules du panneau, des moyens destinés à transformer le rayonnement ultra-violet issu de la cellule principale en rayonnement visible. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le matériau photo-résistant est du sulfure de zinc. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens destinés à transformer le rayonnement ultra-violet issu de la cellule principale en rayonnement visible, comprennent une couche de substance photo-luminescente choisie en fonction de la couleur désirée pour la' cellule. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3 comportant des moyens d'adressage des différentes cellules caractérisé en ce que ces moyens comprennent une cellule auxiliaire opto-électrique associée à chaque cellule principale comprenant une cellule à cristaùx liquides (2) éclairée par les moyens d'éclairement du panneau, et dont la transparence est modifiée par un premier signal d'adressage, une couche de matériau photo-résistant (5) soumise à l'éclairement issu de la cellule à cristaux liquides auxiliaire et transmettant un second signal d'adressage porteur de l'information à afficher dans la cellule principale adressée placé à l'intersection des lignes d'adressage recevant les premier et second signaux d'adressage. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens d'adressage comprennent un moyen de mémorisation (C) connecté aux bornes de la cellule principale, destinés à conserver l'information à afficher entre deux adressages successifs de la même cellule. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce qutun masque optique est placé derrière la couche de matériau photo-résistant pour soustraire ledit matériau à l'action de la lumière ambiante.