Brevet FR2580110A1 — publié le 19861010

Procédé de commande d'un dispositif d'affichage matriciel affichant des niveaux de gris La présente invention concerne un procédé de commande d'un dispositif d'affichage matriciel affi- chant des niveaux de gris. Elle s'applique en particulier en optoélec- tronique et principalement dans la commande de cellules à cristal liquide, utilisées notamment comme convertis- seurs d'informations électriques en informations opti- ques, pour le traitement des images optiques en temps réel, et pour l'affichage analogique. La figure la représente schématiquement un dispositif d'affichage matriciel à bandes croisées selon l'art antérieur, la figure lb représentant ce dispositif en vue éclatée. Sur la figure la sont représentées deux parois isolantes 1, 3 en regard l'une de l'autre, maintenues écartées par un joint de scellement 2 disposé sur Leurs pourtours et entre lesquelles est introduit un matériau 4 possédant une caractéristique optique telle qu'une opacité, une transparence, une absorption, une diffu- sion, une biréfringence. Sur la face interne de la paroi 1 est répartie une première famille de m lignes d'électrodes, notées Mi, parallèles, avec i entier tel que lis m, consti- tuées par des bandes conductrices continues et sur la face interne de t'autre paroi 3 est répartie une deuxiè- me famille de p colonnes d'électrodes, notées Nj, paral- lèles, avec j entier tel que 14 j 4 p, constituées égaLe- ment par des bandes conductrices, les m lignes et Les p colonnes d'électrodes étant croisées. Ces m Lignes et ces p colonnes d'électrodes servent à véhiculer, respec- tivement, des signaux lignes et des signaux colonnes ap- propriés à l'excitation du matériau 4. Cette excitation peut être notamment électrique, magnétique ou thermique, elle dépend du matériau 4 intercalé entre les lignes et les coLonnes d'électrodes. Les signaux d'excitation sont produits de façon connue par une source d'aLimenta- tion 6. Sur La figure lb, représentant ce dispositif en vue éclatée, on voit La première famiLLe de m Lignes d'électrodes, notées Mi et la deuxième famille de p colonnes d'électrodes, notées Nj, réparties respective- ment sur Les parois 1 et 3. Les m Lignes et les p colonnes d'électrodes étant croisées, une zone MiNj du matériau est définie par la région de recouvrement de la Ligne M. et de la colonne Nj. Chaque zone MiNj définit un point image élé- mentaire du dispositif d'affichage; ce dernier comprend donc mxp points images répartis en matrice. Dans le cas particulier du cristal liquide que L'on prendra comme exempte dans le reste du texte pour plus de clarté, L'excitation est du type électrique. Ainsi L'application de tensions électriques sur les Li- gnes, notées M. et les colonnes, notées Nj, d'électrodes entraîne l'apparition d'un champ électrique au sein du cristal liquide dans les zones de recouvrement MiNj cor- respondantes provoquant une orientation coLlective des molécules de cristal liquide dans ces zones. En utilisant l'orientation sélective des mo- lécules et l'excitation ponctuelle du cristal Liquide, on fait apparaître une image sur l'ensemble du disposi- tif d'affichage en le définissant point par point. Le chronogramme de la figure 2 permet de com- prendre le principe de commande connu d'un dispositif d'affichage matriciel permettant d'afficher des niveaux de gris. Le signaL A représente la tension électrique appliquée à une électrode ligne Mi. t, Les signaux B, C et D représentent Les diffé- rentes tensions électriques appliquées à une électrode colonne Nj suivant l'affichage désiré. Les signaux A, B, C et D sont des signaux rec- tangulaires, d'amplitude alternativement positive puis négative et donc de moyenne nulle. L'inversion de poLa- rité de ces signaux permet de protéger Le matériau d'affichage, notamment le cristal Liquide, des courants continus et de prolonger ainsi sa durée de vie. Le signal A est un signal impulsionnel de pé- riode T, T étant généralement de l'ordre de 40 ms. Le signal A est non nul uniquement pendant un temps Ligne, noté TL, et sa polarité s'inverse à La moitié du temps TL. Le temps TL est égal à la période T divisée par le nombre de lignes m du dispositif d'affichage: TL=T/m. Chacune des lignes du dispositif d'affichage reçoit ainsi un signal ligne identique à celui représen- té sur la figure 2 en A mais retardé d'un temps txTL par rapport à celui-ci, t étant un entier tel que 1 Stm-1. Les signaux colonnes B, C et D sont continus, ce sont des signaux d'amplitude successivement positive, puis négative, et d'amplitude inférieure à celle des si- gnaux lignes. L'amplitude de ces signaux présente un front de montée 11 et un front de descente 13 à chaque temps ligne TLet 2m fronts sur L'ensemble du temps T, m correspondant au nombre de lignes. Sur cette figure, le signal colonne B est en opposition de phase avec le signal ligne A, pendant Le premier temps TL de la période T. Le signal résultant, pendant ce premier temps TL, dans une zone MiNj, correspondant au recouvrement 4 2580110 d'une Ligne Mi sur laqueLle on applique le signal ligne A et d'une colonne N. sur Laquelle on applique te signal ) colonne B, est un signal dont l'amplitude est la somme des amplitudes, en valeur absolue, du signal ligne A et du signal colonne B. L'amplitude résuttante est supé- rieure à cettlle de la tension de seuil Vs du cristal Liquide, Vs correspondant à la tension minimale néces- saire pour exciter le cristal liquide. De ce fait, dans la zone de recouvrement MiNj, L'apparition d'un champ électrique va provoquer une orientation des molécules de cristal liquide dans cette zone MiNj et l'affichage d'un point blanc. Sur le reste du temps T, le signal ligne A étant nul, Le signal résultant sera celui du signal co- tonne B. L'amplitude d'un signal colonne est inférieure à l'amplitude de la tension de seuil, le signal résuL- tant est donc insuffisant pour exciter le matériau. Aussi, L'affichage résultant est celui obtenu lors du premier temps Ligne TL, c'est-à-dire blanc, le signal étant mémorisé sur le reste du temps T. Le signal colonne C est identique au signal B, mais de polarité inverse. Il est donc en phase avec le signal ligne A pendant Le premier temps TL. Le signal résultant pendant ce temps TL, dans une zone M.N. correspondant au recouvrement d'une Ligne Mi, sur laquelle on applique un signal ligne A et d'une colonne N. sur laquelle on applique un signal colonne C est un signal dont l'amplitude est la différence des amplitudes, en valeur absolue, du signal ligne A et du signal colonne C. L'amplitude résultante est donc infé- rieure à cette de la tension de seuil Vs. Aussi, dans la zone de recouvrement MiNj, le cristal liquide n'est pas excité et on a l'affichage d'un point noir. Sur le reste du temps T, comme précédemment, le signal résultant étant celui du signal colonne C, l'affichage résultant reste noir. Le signal colonne D est identique à celui du signal C, mais en retard d'un temps 8 par rapport à celui-ci, avec È (TL. Ce signal D est intermédiaire entre Le signal B et le signal C. Il est, pendant un temps ligne TL, deux fois successivement en phase puis en opposition de phase avec le signal Ligne A. Au point d'intersection M.N. d'une ligne Mi sur laquelle on applique un signal ligne A et d'une colonne N. sur laquelle on applique un signal colonne D, on a donc l'affichage de gris. La différence de phase Ad entre le signal Li- gne appliqué à une Ligne M et un signal colonne B, C ou D appliqué à une colonne N. détermine l'état d'affichage J du point image M.Nj: Ad = 2x TL L Aussi, lorsque Af=0, le point MiNj est noir, Lorsque A6=180 , Le point MiNj est blanc et enfin, Lors- que 0 (A( 1800, te point MiNj est gris. En faisant varier Ad, c'est-à-dire en faisant varier le retard 6 du signal colonne, on peut obtenir différents niveaux de gris. Les 2m fronts des différents signaux colonnes B, C et D à chaque période T sont à l'origine de phénomè- nes de couplage entre lignes et colonnes, provoquent une dégradation de l'image affichée. Pour diminuer les phénomènes de couplage, on réduit, de façon connue, Le nombre de fronts des signaux colonnes à chaque période T. Le chronogramme de La figu- re 3 représente les différents signaux appliqués aux Li- gnes et aux colonnes d'électrodes suivant un procédé de commande connu permettant de diminuer les phénomènes de couplage. Sur cette figure, Le signal E représente le signal appliqué à une électrode ligne M. et les signaux F, G et H représentent les signaux appliqués à une éLec- trode colonne Nj suivant l'affichage désiré. Ces signaux sont des signaux rectangulaires, périodiques, de période T. Ils subissent une inversion de polarité à chaque demi-période notée T/2. Le signal Ligne E est impulsionnet, it est non nul pendant un temps Ligne TL, avec TL=T/(2.m), m repré- sentant le nombre de lignes d'électrodes du dispositif d'affichage. Sur chaque Ligne Mi, on applique un signal ligne du même type que le signal ligne E mais retardé d'un temps txTL par rapport à celui-ci avec I. t$ m-1. Le signal colonne F est continu, iL présente seulement 2 fronts par période T. Il est en opposition de phase avec l'impulsion du signal ligne E et permet donc un affichage de blanc. De même, le signal colonne G est continu et présente 2 fronts par période. IL est en phase avec l'impulsion du signal ligne E et permet un affichage de noir. Par contre, pour afficher du gris, te signal colonne H correspondant doit conserver pendant chaque temps TL au moins un front de montée 15 et un front de descente 17 pour être successivement en phase, puis en opposition de phase avec les différentes impulsions des signaux lignes. Le signal colonne présente donc 2(m-1) fronts sur une période T. Le signal colonne H est en retard d'un temps 6 par rapport au signal ligne E. La différence de phase Ad entre ces signaux est donnée par la relation suivan- te: TL L L'affichage de gris conduit donc également à des phénomènes de couplage entre les lignes d'électrodes et les colonnes d'électrodes sur lesquelles on applique un signal colonne H. La demande de brevet n 8 022 930 du 27 octo- bre 1980 décrit un procédé de commande permettant d'af- ficher plusieurs niveaux de gris. Dans ce procédé, on applique sur Les Lignes d'électrodes une série de signaux périodiques, de pério- de T, et à valeur moyenne nulle. Ces signaux sont divi- ses à chaque période T en n fractions de temps diffé- rents telles que La kième fraction de temps soit égale à 2k1 È, o k est un entier tel que 1 4k Dans ce procédé de commande permettant d'affi- cher plusieurs niveaux de gris, il existe des phénomènes de couplage importants entre Les lignes et Les cotonnes d'électrodes qui provoquent une dégradation de L'image affichée. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et notamment de diminuer Les couplages entre les Lignes et Les colonnes d'électrodes d'un dispositif d'affichage, en répartissant n fractions de temps diffé- rentes, non plus à l'intérieur d'un signal Ligne continu comme dans le procédé de commande décrit précédemment, mais dans des séquences d'adressage impuLsionneLtLes suc- cessives. De façon plus précise, L'invention a pour ob- jet un procédé de commande d'un dispositif d'affichage matriciel, affichant des niveaux de gris comprenant un 8- matériau d'affichage dont on peut modifier une caracté- ristique optique intercalée entre une première famille de m lignes d'électrodes, notées Mi, parallèles et une deuxième famille de p colonnes d'électrodes, notées Nij, parallèles, i et j étant des entiers tels que 1 Ji m et 1 j p, les Lignes et Les colonnes étant croisées, une zone MiNj du matériau étant définie par ta région du matériau recouvert par la ligne M et ta colonne Nj, Les Lignes et Les cotonnes d'électrodes véhiculant des si- gnaux provoquant une excitation du matériau; ce procédé est caractérisé en ce que pour exciter la zone MiNj du matériau, on applique sur la ligne Mi une première série de signaux impuLsionnels et sur la colonne Nj une deuxième série de signaux continus, la première et La deuxième séries de signaux étant périodiques, de période T, avec inversion de poLarité à chaque demi-période T/2, chaque demi-période étant divisée en n fractions de temps différentes telles qu'à chaque fraction de temps, Le signal de la deuxième série est, soit en phase, soit en opposition de phase avec te signal de La première série correspondante, Le signal de La deuxième série présentant au maximum 2n inversionsde polarité sur une période T. Selon un mode de commande, tes n fractions de temps différentes sont telles que La kiéme fraction de temps soit égale à 2(k-1)m6 o k est un entier tel que 1 4k n, m représentant Le nombre de Lignes du disposi- tif d'affichage et C un intervalle de temps utile à L'excitation du matériau. Selon un autre mode de commande, à chaque fraction k de temps correspond un signal Ligne non nul 2(k-1)y de durée 2. Selon un autre mode de commande, les n frac- (k-1 tions de temps ont des durées 2(k 1)m décroissantes, k variant de façon décroissante de n à 1. Selon une variante du procédé de commande, Les n fractions de temps ont des durées 2 (k-1) croissan- tes, k variant de façon croissante de 1 à n. Selon un mode préféré du procédé de commande, Les signaux appliqués aux lignes et aux colonnes d'élec- trodes sont des signaux rectangulaires. Selon un autre mode préféré du procédé de com- mande, le matériau d'affichage est un film de cristal liquide, Les signaux d'excitation appliqués aux lignes d'électrodes et aux colonnes d'électrodes étant des tensions électriques. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limi- tatif. La description est faite en référence aux figures 1 à 4 annexées, dans lesquelles: - les figures la et lb, déjà décrites, repré- sentent schématiquement, en coupe et en vue éclatée, un dispositif d'affichage matriciel à bandes croisées, - la figure 2, déjà décrite, représente un chronogramme des différents signaux appliqués aux élec- trodes d'un dispositif d'affichage suivant un procédé de commande connu, la figure 3, déjà décrite, représente un chronogramme des différents signaux appliqués aux élec- trodes d'un dispositif d'affichage permettant de dimi- nuer une partie des couplages entre les électrodes li- gnes et les électrodes colonnes suivant un principe de commande également connu, - la figure 4 représente le chronogramme des signaux appliqués aux électrodes lignes et aux électro- des colonnes suivant le procédé de commande conforme à l'invention. Sur la figure 4 est représenté un signal ligne I appliqué à une électrode ligne Mi et des signaux co- tonnes J, K, L1, L2, L3, L4, L5 et L6 appliques à une électrode colonne Nj, suivant L'affichage désiré. Le si- gnal J permet l'affichage de blanc, le signal K de noir et Les signaux Lg, avec g entier tel que 1 4(g6 dans cet exemple, permettent L'affichage de 6 gris différents. Ces signaux sont périodiques, de période T avec inversion de poLarité à chaque demi-période T/2. Les signaux représentés sont rectangulaires mais ils auraient pu être par exemple sinusoïdaux. Chaque demi- période est divisée selon le procédé de l'invention en n fractions de temps différentes, chaque fraction k de temps ayant une durée de 2(k-1) m o k est un entier tel que 14 ki n, m représente Le nombre de lignes du dispositif d'affichage et t un intervalle de temps uti- Lte à L'excitation du matériau, notamment du cristal Li- quide. Ces n fractions de temps sont réparties sur cha- que demi-période T/2 soit en durée croissante, k variant de 1 à n, soit en durée décroissante comme dans L'exem- pLe de La figure, k variant alors de n à 1. Le signal ligne I est impulsionnet, iL est non nul sur chaque fraction de temps 2(k-1)m pendant iême 1/m èe de ce temps, c'est-à-dire pendant 2(k-l) appe- Lé temps ligne TL. Les m lignes de La ceLLuLe reçoivent chacune un signal du même type que celui représenté en I, mais retardé de txTL avec l1te (m-1). Dans l'exempte de la figure, chaque demi-pé- riode est divisée en trois fractions de temps (n=3) de durée décroissante, k prenant successivement les vateurs 3, 2 et 1. Ainsi, ces trois fractions de temps ont des durées respectives de 4mo, 2m temps respectivement de 44, 2tet Le signaL colonne J est continu d'amplitude négative pendant la première demi-période T/2 puis posi- tive pendant la deuxième demi-période T/2. Ce signal J est donc en opposition de phase avec le signal ligne I à chaque fois que celui-ci est non nul. La superposition d'un signal ligne et du signal colonne J permet donc d'afficher du blanc. De même, Le signal colonne K est continu, mais d'amplitude positive pendant La première demi-période T/2 puis négative pendant la deuxième demi-période T12o Ce signal K est donc en phase avec les impulsions non nulles du signal Ligne I. La superposition d'un signal ligne et du signal colonne K permet donc d'afficher du noir. Les différents signaux, notes L avec 1 ge 6 g sont intermédiaires des signaux J et K. Ces signaux sont continus, et d'ampLitudesal- ternativement positives et négatives sur une demi-pério- de T/2, le changement de polarité s'effectuant au passa- ge d'une fraction de temps à une autre. Chaque signalt Lg est donc au moins une fois en phase et en opposition de phase avec chacun des signaux lignes, sur une demi-pé- riode T/2. Dans l'exemple de la figure, chaque demi-pé- riode étant divisée en 3 fractions de temps, Le nombre de fronts de ces signaux colonnes n'excède pas le nombre 3. On a de cette manière, 6 façons de faire varier la polarité d'un signal pour avoir des signaux colonnes Lg différents entre eux et présentant au moins une amplitu- de positive et négative sur une demi-période T/2. Ces signaux L permettent donc d'afficher 6 niveaux de gris g différents. Ainsi, pour n fractions de temps, on a 2 si- gnaux colonnes dont un signal colonne permettant d'affi- cher du blanc et un autre du noir. On peut donc avoir pour n fractions de temps 2 -2 signaux colonnes permet- tant d'afficher du gris. Le choix de n permet d'obtenir un nombre plus ou moins important de niveaux de gris. Chacun des signaux colonnes présente un nombre de fronts inférieur ou égal à 2n sur une période T, n représentant Le nombre de fractions de temps divisant une demi-période T/2. Ce procédé de commande a donc per- mis de diminuer Le nombre de fronts des signaux coLonnes par rapport à ceux connus de L'art antérieur et donc de diminuer Les coupLages entre Lignes et cotonnes. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un dispositif d'affi- chage matriciel, affichant des niveaux de gris, compre- nant un matériau (4) dont on peut modifier une caracté- ristique optique intercalé entre une première famille de m lignes d'électrodes, notées-M., parallèles et une deuxième famille de p colonnes d'électrodes, notées Nj, parallèles, i et j étant des entiers tels que 1 i des signaux provoquant une excitation du matériau, ca- ractérisé en ce que pour exciter la zone MiNj du maté- riau, on applique sur la ligne Mi une première série de signaux impulsionnels (I) et sur la colonne N. une J deuxième série de signaux continus (J, K, L1, L2,... L6), la première et la deuxième séries de signaux étant périodiques, de période T, avec inversion de polarité à chaque demi-période T/2, chaque demi-période T/2 étant divisée en n fractions de temps différentes telles qu'à chaque fraction de temps le signal de la deuxième série est soit en phase, soit en opposition de phase avec le signal de la première série correspondante, ledit signal de la deuxième série présentant au maximum 2n inversions de polarité sur une période T. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les n fractions de temps diffé- rentes sont telles que la k ime fraction de temps soit égale à 2(k 1)mt o k est un entier tel que 14 k( n, m représentant le nombre de lignes du dispositif d'affi- chage et un intervalle de temps utile à l'excitation du matériau ( 4). 3. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à chaque fraction k de temps correspond un signaL Ligne (I) non nuL de durée 2 ok-l). 4. Procédé de commande seton l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Les n fractions de temps ont des durées 2(k-1)m décroissan- tes, k variant de façon décroissante de n à 1. 5. Procédé de commande selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ces n fractions de temps ont des durées 2(k-1)m croissantes, k variant de façon croissante de I à n. 6. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications-1 à 5, caractérisé en ce que les si- gnaux (I, J, K, Ll,...,t L6) appliqués aux lignes et aux colonnes d'électrodes sont des signaux rectangulaires. 7. Procédé de commande selon L'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que Le maté- riau (4) est un film de cristal Liquide, les signaux d'excitation (I, J, K,L1,..., L6) appliqués aux lignes d'électrodes et aux colonnes d'électrodes étant des ten- sions électriques.