Brevet FR2569293A1 — publié le 19860221

Ecran matriciel polychrome sans couplage entre les - lignes et les colonnes La présente invention a pour objet un écran matriciel polychrome sans couplage entre les lignes et les colonnes de commande. Elle trouve une application en opto-électronique, dans la réalisation d'afficheurs polychromes à cristaux liquides utilisés notamment com- me convertisseurs d'informations électriques en infor- mations optiques. Les écrans matriciels, monochromes et poly- chromes, comprennent de façon connue une cellule d'af- fichage constituée par deux parois isolantes transpa- rentes et par un matériau comprenant une pluralité de zones réparties en matrice et intercalées entre une première famille d'électrodes recouvrant l'une des deux parois et définissant p lignes de commande et une se- conde famille d'électrodes recouvrant l'autre paroi, constituée de bandes conductrices parallèLes et défi- nissant q colonnes de commande, La Ligne i, o i est un entier teL que 1 i p, et la colonne j, o j est un entier tel que 1 j. q, définissant une desdites zones du matériau et comprenant des moyens permettant de dé- Livrer sur les lignes et les colonnes des signaux d'excitation appropriés servant à exciter une propriété optique du matériau. On connaît de nombreux dispositifs de ce gen- re pour lesquels l'excitation est--éLectrique et qui utilisent 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 réfraction, 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... Dans les écrans matriciels polychromes, cha- que point d'image élémentaire est constitué de plu- sieurs des zones définies par l'intersection d'électro- des, par exemple trois zones alignées, recouvertes cha- cune d'un filtre coloré, par exemple respectivement rouge, vert et bleu. En chacun de ces points d'image, l'intensité de chacune de ces couleurs peut être com- mandée indépendamment, ce qui permet d'obtenir, par combinaison, toutes les nuances du spectre visible. A titre d'exemple, la figure 1 représente la structure d'un écran matriciel trichrome de type connu. Dans cet écran, chaque point d'image Xij est défini par l'intersection de la ligne de commande d'indice i, constituée d'une unique électrode 2, et de la colonne de commande j constituée de trois électrodes 4,6, 8. Ces électrodes sont transparentes et sont recouvertes chacune d'un filtre coloré, qui, sur la figure, sont respectivement rouge, vert et bleu pour les électrodes 4, 6 et 8. Un procédé de commande connu d'un tel écran matriciel consiste, par exemple dans le cas d'une cel- lule à cristaux liquides o l'excitation est de nature électrique, à appliquer sur la ligne d'indice i une tension Vxi périodique, de valeur moyenne nulle et sur les autres lignes une tension nulle, et à appliquer simultanément sur chaque électrode de chaque colonne de commande des tensions périodiques de valeur moyenne nulle, de même durée et de même fréquence que la ten- sion de ligne Vxi, mais qui sont déphasées par rapport à celle-ci d'une quantité tij. La transmission optique est maximale lorsque cette phase est de 180 et cette transmission est nulle (extinction) lorsque cette phase est de 0 . Entre ces deux valeurs la transmission est atténuée, l'extinction étant d'autant plus importante que la phase est proche de 0 . Avec cette structure et ce procédé de comman- de, un fond uni, par exemple rouge, est obtenu de La manière suivante. Sur chaque électrode rouge, i.e. cha- que électrode de coLonne recouverte d'un filtre rouge, telle que l'électrode 4, on applique un signal de ten- sion présentant un déphasage de 180 par rapport au signal de ligne, et on applique sur les électrodes ver- te et bleue un signal de tension en phase avec le si- gnal de ligne. Dans le cas de l'affichage d'un fond uni, une majorité des électrodes de colonne sont donc adressées avec un déphasage déterminé. Cette configuration con- duit à un couplage entre les lignes et Les colonnes qui affectent la qualité visuelle de l'image affichée. On va maintenant expliquer l'origine du phé- nomène de couplage en référence à la figure 2 sur La- quelle on a représenté des signaux appliqués sur Les électrodes de ligne et de colonne ainsi que tes signaux parasites engendrés. Selon le procédé de commande clas- sique, toutes les électrodes de ligne sont reliées à la masse sauf l'électrode d'indice i o 1 i p, à laquel- le on applique un créneau de tension tel que le signal a de la figure 2. On applique par ailleurs simultané- ment sur chaque électrode de colonne une tension pério- dique. La différence de phase entre le signal de ligne a appliqué sur L'électrode d'indice i et le signal ap- pliqué sur une électrode de colonne détermine le fac- teur de transmission optique du volume de cristal li- quide situé au droit de l'intersection de ladite élec- trode de Ligne et de ladite électrode de colonne. Ce déphasage est quelconque. Toutefois, pour simplifier l'explication du phénomène de couplage, on supposera dans la suite du texte que tous les signaux appliqués sur les électrodes de colonne sont soit en phase, soit en opposition de phase avec le signal de ligne a. Ces signaux portent respectivement les réfé- rences b et e sur la figure 2. Par effet capacitif, il apparaît sur les électrodes de ligne reliées à la masse un signal de tension parasite tel que le signal c. L'origine de ce signal parasite est la suivante. A une date t comprise entre O et T, o T est la période des signaux de tension appliqués sur Les électrodes, les tensions sur les électrodes sont constantes et égales à +V ou -V. Sur une électrode de colonne soumise à une tension +V, il apparaît alors, au droit de ladite électrode de colonne et d'une électrode de ligne i reliée à la masse une charge électrique -Q et sur ladite électrode de ligne une charge électrique +Q. Sur une électrode de colonne soumise à une tension -V, la charge électrique créée sera inversée ainsi que la charge électrique apparais- sant sur chacune des électrodes de ligne. La somme algébrique:,Q des charges électri- ques présentes sur la ligne i n'est pas nulle en géné- ral. Elle ne l'est que s'il y a autant d'électrodes de colonne soumises à une tension +V que d'électrodes de colonne soumises à une tension -V. A une date t compri- T se entre 2 et T on aura de manière symétrique une charge - tQ sur la ligne i. A la date 2, il y a donc un apport de -2 charges électriques sur la ligne i. Le matériau d'affi- chage étant isolant, ces charges sont apportées par l'électrode de ligne i. Le signal c traduit le courant électrique que constitue ce transfert de charges. Ce signal c est en phase avec le signal de colonne majori- taire, c'est-à-dire qu'il est en phase avec le signal b si les signaux de colonne sont en majorité en phase avec le signal a et qu'il est en phase avec le signaL e si en majorité les signaux de colonne sont en opposi- tion de phase avec le signal a. A titre d'exemple, Le signal c représenté sur la figure 2 est en phase avec le signal b. A cause de l'effet capacitif parasite, la tension appliquéeau matériau situé à L'intersection d'une ligne non sélectionnée et d'une colonne sur la- quelle est appliqué le signal b n'est pas égale au signal b, mais au signal d égal à la différence entre les signaux b et c. De même, le matériau situé à l'in- tersection d'une ligne non sélectionnée et dont le si- gnal de colonne est représenté par le signal e est soumis à une tension représentée par le signal f égal à la différence entre les signaux e et c, au lieu d'être soumis à une tension représentée par le signal e. Or, on sait que l'excitation du matériau, et donc sa transmission optique varie comme Le carré de la tension c'est-à-dire comme l'aire D, F., du signal d, f. Cette différence d'aire des signaux d et f entraîne, du point de vue visuel, une mauvaise homogé- néité de l'image ainsi que des traînées sur l'écran. Selon l'art connu, pour essayer de limiter l'effet de ce couplage, on a été conduit à utiliser des circuits intégrés de commande des lignes d'électrodes ayant un temps d'accès très faible. Cette solution n'est pas sans poser des problèmes puisque pour obtenir un temps d'accès faible, le circuit intégré doit avoir une résistance à l'état passant Ron très faible, ce qui nécessite des circuits intégrés à géométrie importante. D'autre part, pour bénéficier pleinement du faible temps d'accès de ces circuits de commande, on doit uti- liser des électrodes très conductrices dont le coût de revient est élevé telles que des électrodes en In203 ou Zn2o3 de 125 nm d'épaisseur présentant une résistance de 40./Acm2. L'objectif de L'invention est de supprimer Le coupLage entre Les Lignes et Les coLonnes de commande d'un écran matricieL polychrome. Ce résuLtat est obtenu d'une part par L'utiLisation d'une structure originaLe de L'écran et d'autre part par un procédé de commande tel que La somme algébrique des signaux de commande des électrodes de coLonne soit nuLle à chaque instant. La suppression du coupLage entre Les Lignes et Les coLonnes permet un relâchement des contraintes sur Le temps d'accès des circuits intégrés de commande des lignes de l'écran matriciel. Ceci permet de dimi- nuer la géométrie de ces circuits et d'utiliser des électrodes moins conductrices et donc d'un prix de re- vient moins élevé. De manière plus précise, l'invention a pour objet un écran matriciel polychrome commandé électri- quement comprenant un matériau dont on peut modifier La caractéristiqUe optique, ce matériau étant intercalé entre une première famille de p lignes de commande pa- rallèles et une seconde famile de q colonnes de com- mande parallèLes, les lignes et les colonnes étant croisées, un point d'image Xij de l'écran étant défini par la région du matériau recouvert par la ligne i, o i est un entier tel que I Xi 1, et en ce que chaque colonne de commande comporte n électrodes colonnes transparentes parallèLes, o n est un entier pair tel que n>,2, les électrodes de ligne et les électrodes de colonne ser- vant à véhiculer des signaux électriques provoquant une excitation du matériau propre à modifier sa caractéris- tique optique, lesdites électrodes de colonne recevant 2569 9-293 des signaux électriques tels que dans chaque cotonne de commande lesdits signaux électriques s'annulent par paires, chacune des m.n zones d'un point d'image for- mées par l'intersection d'une électrode de ligne de la ligne de commande dudit point d'image et d'une électro- de colonne de la colonne de commande dudit point d'ima- ge étant recouverte d'un filtre coloré. Dans chaque colonne de commande, on a donc pour chaque électrode de colonne soumise à un signal électrique donné, une électrode de colonne soumise au signal électrique opposé. Il faut bien voir qu'il ne s'agit pas d'un couplage qui, à une électrode donnée d'une colonne de commande associe de manière définitive une autre électrode donnée de la même colonne de com- mande. Les paires d'électrodes de colonne ne sont pas figées mais sont au contraire modifiées sans cesse en fonction de la couleur désirée du point d'image. Selon une caractéristique préférée, les si- gnaux électriques appliqués aux électrodes des colonnes de commande sont des signaux périodiques. Les signaux électriques appliqués à deux électrodes appariées sont alors en opposition de phase. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, illustre la structure d'un écran matriciel polychrome selon l'art connu, - la figure 2, déjà décrite, est un chrono- gramme montrant le couplage entre les lignes et les colonnes dans un écran matriciel polychrome selon l'art connu et les défauts visuels induits par ce couplage, - la figure 3 illustre la structure d'un écran matriciel polychrome selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est un graphique de représenta- tion des couleurs selon la Convention Internationale d'Eclairage, - la figure 5 illustre la structure d'un écran matriciel polychrome selon un second mode de réalisation de l'invention. La figure 3 illustre la structure d'un écran matriciel polychrome selon un premier mode de réalisa- tion de L'invention. Dans cet écran, chaque ligne de commande i, o 1 X i {p, est constituée d'une unique électrode 10. Par ailleurs, conformément à l'invention, chaque cotonne de commande j, o I j sq, est consti- tuée d'un nombre pair d'électrodes. Dans L'écran de la figure 3, chaque colonne de commande comprend quatre électrodes parallèLes 12, 14, 16 et 18. Ces électrodes sont transparentes et sont recouvertes chacune d'un filtre coloré de couleurs respectives C1, C2, C3 et C4. Pour supprimer le couplage entre les lignes et les colonnes qui apparaît dans les écrans matriciels polychrome selon L'art connu, on applique aux électro- des de colonne des signaux électriques tels que, à l'intérieur de chaque colonne de commande, lesdits si- gnaux s'annulent par paires. Le procédé de commande de l'écran matriciel polychrome de L'invention consiste à appliquer aux deux électrodes de colonne d'une même paire des signaux de tension opposés. Dans le cas o les signaux de tension sont périodiques, ceci équivaut à déphaser l'un des si- gnaux de 180 avec l'autre. La valeur du déphasage en- tre L'un de ces signaux et le signal de tension appLi- qué sur-l'électrode de ligne est quelconque. Le procédé de commande de l'écran matriciel polychrome de l'invention impose des relations entre Les signaux de tension appliqués sur Les électrodes de cotonne. IL est donc clair que les tonalités de cou- leurs qui correspondent à des signaux ne respectant pas ces relations ne peuvent pas être obtenues. En particulier, on ne peut pas sélectionner la couleur C1 du filtre coloré de l'électrode 12, car il faudrait appliquer sur cette électrode un signal de tension déphasé de 180 par rapport au signal de ten- sion de ligne et sur chacune des électrodes 14, 16 et 18 un signal de tension en phase avec le signal de ligne. Les électrodes de colonne ne seraient alors plus appariées. Cette contrainte sur les signaux appliqués sur les électrodes de colonne n'est toutefois pas gê- nante car, par un choix judicieux des couleurs Cl, C2, C3 et C4 des filtres colorés, on peut accéder par com- binaison de ces couleurs à la majeure partie des nuan- ces du spectre visible. Ceci apparaît clairement sur la figure 4 qui représente le diagramme chromatique XYZ selon la Convention Internationale de l'EcLairage. Ce diagramme comprend une courbe 20 dite spectrum locus qui est te lieu des radiations monochro- matiques. Cette courbe est représentée pour les radia- tions visibles comprises entre 400 et 780 nanomètres. Cette courbe 20 est fermée par une droite 22 dite des pourpres purs qui représente le lieu des couleurs obte- nues par addition du rouge extrême (780 nanomètres) et du violet extrême (400 nanomètres) du spectre visible. Chaque point de la surface fermée définie par la courbe et la droite 22 correspond à une couleur composite particulière. A titre d'exemple, la région 24 centrée sur le point G de coordonnées x=1/3 et y=1/3 représente la couleur blanche. Sur ce diagramme, on a representé, selon un exemple de réalisation de l'écran matriciel, Les cou- leurs C1, C2, C3 et C4 des filtres colorés. Ces filtres ont des couleurs composites dont les tonalités sont 1 0 respectivement Le vert, le jaunevert, Le rouge et le violet. A l'aide de ces quatre fiLtres colorés, et en commandant l'écran matriciel conformément à L'inven- tion, on peut notamment obtenir les couleurs représen- tées par les points H, I, J et K de la figure 4. Les tonalités de ces couleurs composites sont respective- ment Le vert-jaunâtre, le jaune-orangé, le rosé-pourpré et Le bleu-vert. Ces couleurs sont obtenues en appli- quant sur les électrodes de colonne les signaux de ten- sion indiqués dans le tableau suivant. TABLEAU Couleur de Phase entre le signal de ligne et le l'électrode signal appliqué sur l'électrode de de colonne colonne C1 180 180 (O ( C2 180 (O 180 O C3 O O 1800 1800 C4 o 1 0 t C4 DO 0 1800 (O 1800 Couleur com- H I J K posite résul- tante Un blanc moyen (région 24 de la figure 4) peut également être obtenu en appliquant sur les élec- trodes de colonne des signaux de tension déphasés de +90 par rapport au signal de tension de ligne. Il suf- fit d'adresser deux électrodes de colonne quelconques avec un déphasage de +90 sur le signal de tension de ligné et les deux autres électrodes de colonne avec un déphasage de -90 . L'utilisation d'autres déphasages entre les signaux de tension de colonne et le signal de tension de lignes permet l'obtention d'autres couleurs. 69293 On a décrit en référence à la figure 3 un écran matriciel polychrome selon l'invention dont cha- que point d'image Xij est constitué par L'intersection d'une électrode de ligne avec quatre électrodes de co- tonne. Bien entendu, ceci ne saurait constituer une li- mitation de l'invention qui concerne aussi les écrans matriciels polychromes dont Le nombre d'électrodes de colonne, pour chaque point d'image, est égal à 2 6, 8, etc... L'invention comprend également les écrans matriciels polychromes dont les électrodes de colonne sont commandées conformément au procédé de l'invention et dans lesquelles à chaque point d'image est associée une pluralité d'électrodes de ligne. Un exemple de réa- lisation d'un tel écran matriciel polychrome est repré- senté sur la figure 5. Sur cette figure, chaque point d'image Xij est défini par l'intersection entre la Ligne de comman- de i comprenant deux électrodes de ligne 26, 28 et La colonne de commande j comprenant deux électrodes de colonne 30, 32. Les intersections entre ces électrodes de ligne et ces électrodes de colonne définissent des régions o l'on peut modifier la caractéristique opti- que du matériau. Des filtres colorés C1, C2, C3 et C4 sont disposes sur les électrodes de colonne au droit de chacune de ces régions. Le procédé de commande de cet écran matriciel polychrome est le suivant. De manière classique, les électrodes de ligne sont sélectionnées l'une après l'autre, les électrodes de ligne non sélectionnées - étant reliées à la masse. La commande des électrodes de colonne se fait conformément à l'invention en appli- quant un signal de tension sur l'une des deux électro- des de la colonne et en appliquant un signal de tension déphasé de 1800 sur l'autre électrode de colonne. -2569293 Le tableau suivant résume Le déphasage à ap- pliquer aux signaux des étectrodes de colonne 30, 32 par rapport aux signaux des électrodes de Ligne 26, 28 pour obtenir les couleurs composites H, I, J et K de la figure 4. TABLEAU Référence de l'éLectrode Phase des électrodes de colonne de Ligne séet 32 Lectionnée 26 180 et 0 0 et 180 180 et 0 0 et 180 28 180 et 0 o0 et 1800 0 et 1800 180 et 09 couleur com- posite résul H K I J tante Conformément à l'invention, un blanc moyen est obtenu en adressant l'une des deux colonnes avec un déphasage de +90 par rapport au signal de L'électrode de Ligne sélectionnée et l'autre électrode de colonne avec un déphasage de -90 par rapport à cette électrode de ligne. L'utilisation de déphasages différents entre Les électrodes de colonne et les électrodes de ligne permet l'obtention d'autres couleurs. La structure et le procédé de commande de l'écran matriciel polychrome de l'invention permettent de relâcher les contraintes de temps d'accès qui exis- tent sur les écrans selon l'art connu. Le couplage entre Les lignes et les colonnes étant supprimé, il n'est plus nécessaire d'avoir un * faible temps d'accès. On peut donc utiliser des cir- cuits d'adressage plus lent qui sont plus petits et on peut employer des électrodes faiblement conductrices à coût de revient faible telles que des électrodes en In203 ou Zn203 de 25 nm d'épaisseur présentant une ré- sistance de 200 JI/cm2. REVENDICATIONS 1. Ecran matriciel polychrome commandé élec- triquement comprenant un matériau dont on peut modifier la caractéristique optique, ce matériau étant intercalé entre une première famille de p lignes de commande pa- rallèles et une seconde famille de q colonnes de com- mande parallèles, les lignes et les colonnes étant croisées, un point d'image X.. de l'écran étant défini par la région du matériau recouvert par la ligne i, o i est un entier tel que 1 i 4p, et par la colonne j, o j est un entier tel que 1 chaque colonne de commande comporte n électrodes de co- lonnes transparentes parallèles (12, 14, 16, 18, 30, 32), o n est un entier pair tel que n 2, les électro- des de ligne et les électrodes de colonne servant à véhiculer des signaux électriques provoquant une exci- tation du matériau propre à modifier sa caractéristique optique, lesdites électrodes de colonne recevant des signaux électriques tels que dans chaque colonne de commande lesdits signaux électriques s'annulent par paires, chacune des m.n zones d'un point d'image for- mées par L'intersection d'une électrode de ligne de la Ligne de commande dudit point d'image et d'une électro- de de colonne de la colonne de commande dudit point d'image étant recouverte d'un filtre coloré (C1, C2, C3 et C4). 2. Ecran matriciel polychrome selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les signaux électri- ques appliqués aux électrodes des colonnes de commande sont des signaux périodiques.