Brevet FR2584520A1 — publié le 19870109

DisDositif d'affichage comoortant un réseau matriciel de sources lumineuses L'invention a pour objet un dispositif d'affi- chage du type comportant des sources lumineuses répar- ties en grand nombre suivant un réseau matriciel et des moyens de commutation permettant d'appliquer sélective- ment une alimentation électrique aux sources. L'inven- tion trouve de nombreuses applications dans le domaine des panneaux lumineux lisibles à distance et fournissant des indications graphiques ou alphanumériques, fixes ou mobiles. On connaît déjà de tels dispositifs d'affichage. Lorsque le dispositif comprend un nombre élevé de sources, on réalise un multiplexage temporel consistant à commander successivement l'allumage des sources appro- priées de lignes successives, ce qui permet de commander m x n sources à l'aide de m + n éléments de puissance seulement. On compte sur la rémanence des sources ali- mentées et sur la persistance des impressions réti- niennes pour éviter une sensation de scintillement. Cette solution présente de graves inconvé- nients la luminosité apparente de chaque source est réduite par rapport à sa luminosité à l'état alimenté en permanence. Il est nécessaire d'adopter une fréquence de rafraîchissement élevée. L'invention vise à fournir un dispositif d'af- fichage lumineux répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'atteindre une luminosité apparente très proche de la luminosité maximale et d'adopter une fré- quence de balayage modérée, compatible notamment avec les fréquences habituelles de balayage télévision. Dans ce but, l'invention propose un dispositif du type ci-dessus défini, dans lequel les moyens de commutation comprennent, pour chaque source, au moins un composant électronique statique bistable amené dans l'état conducteur par une commande électrique impul- sionnelle et restant dans cet état jusqu'à ce que le niveau d'alimentation revienne au-dessous d'une valeur prédéterminée. On voit que l'on associe ainsi les avantages de systèmes à allumage permanent, non multiplexés, c'est- à-dire surtout une brillance maximale et l'absence de scintillement, à ceux des systèmes matriciels multi- plexés, et notamment le nombre réduit de composants. Le composant bistable peut notamment être un thyristor ou plus généralement un des composants connus de façon générique sous la dénomination "redresseurs commandés au silicium", un des composants i plusieurs couches tels que ceux connus sous les noms de diac et triac et même d'autres composants dont la caractéris- tique courant-tension a une partie à pente négative (diode tunnel et transistor unijonction par exemple). Tous ces exemples présentent sur les relais auto- entretenus l'avantage de pouvoir travailler à fréquence élevée, d'avoir un coût faible, d'être entièrement statiques et d'être commandés en tension plutôt qu'en courant et d'être miniaturisables. On voit que chaque composant joue un double rôle. Il assure une mémorisation de durée illimitée et il constitue interface entre signal de commande et ali- mentation de la source lumineuse. La séquence de mise en oeuvre du dispositif peut être relativement classique et s'effectuer ligne par ligne, avec ou sans entrelacement (les lignes pouvant avoir une orientation quelconque). Le cycle permettant de donner aux sources d'une ligne l'état désiré consiste à amener toutes les sources dans un même état donné (extinction en général), par exemple par amenée de la tension appliquée aux composants de la ligne à une première valeur déterminée, à porter ensuite la tension à une seconde valeur permettant la commutation de com- posants déterminés de la ligne par un signal impulsion- nel avant de ramener la tension à une troisième valeur intermédiaire entre les précédentes et choisie pour maintenir dans l'état de conduction les composants qui ont été commutés. L'invention propose également un dispositif permettant de sélectionner la luminosité de chaque source parmi plusieurs valeurs. Pour cela, chaque compo- sant comporte plusieurs éléments distincts alimentant la source en parallèle, fournissant chacun un courant dé- terminé et commandé indépendamment des autres. En uti- lisant par exemple trois éléments qui fournissent des courants dans les rapports 1, 2 et 4 lorsqu'ils sont conducteurs, il est possible de donner, à une source ayant une luminosité proportionnelle au courant, une luminance ayant l'un quelconque de huit niveaux. Les sources peuvent être de nature très diverse et pourront être choisies en fonction de l'application envisagée et des vitesses de défilement éventuellement nécessaires, dans le cas d'image mobile. On utilisera souvent des diodes électroluminescentes ou DEL mais dans certains cas les sources à incandescence ou à décharge seront acceptables. En cas d'emploi de OEL, qui ne sont disponibles qu'en un nombre de couleurs limité, deux DEL peuvent être associées pour fournir une couleur supplé- mentaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réali- sation donnés à titres d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 est un synoptique de principe montrant un fragment d'un dispositif suivant un premier mode de réalisation, - la Figure 2 est un chronogramme montrant les signaux qui apparaissent à divers emplacements du dis- positif de la Figure 1, - la Figure 3 est un schéma montrant une des sources d'un dispositif suivant une variante de réali- sation et de composant bistable qui lui est associé, permettant de donner à la source une luminosité quel- conque parmi huit valeurs, - la Figure 4 est un schéma montrant une réa- lisation possible dans laquelle les composants bistables sont des diac. Le dispositif dont un fragment est montré en Figure 1 peut être regardé comme comportant m x n sources dont trois seulement, 10i,j, 10i+1.j et i+ 1sont représentés. On supposera que chaque source 10 est constituée par une DEL reliée en perma- nence à une source continue à tension VO (12 volts par exemple). Le circuit d'alimentation propre à chaque DEL comporte une résistance 12 en série avec le composant de commutation, représenté par un thyristor 14. Dans le montage illustré, à balayage ligne à ligne, tous les thyristors 14 d'une même ligne sont reliés à un conduc- teur commun 16., 16.,... dont la tension V est comman- dable pour pouvoir prendre plusieurs valeurs, dont au moins une est égale à VO et dont une autre est telle qu'elle permette de maintenir les thyristors à l'état conducteur une fois qu'ils sont amorcés. Par réglage de VO, on peut ajuster la luminosité du dispositif dans une plage relativement large. La commutation de ligne est effectuée par un circuit qui, dans le cas particulier donné à titre d'exemple sur la figure, est différent pour les lignes paires et les lignes impaires. Chaque ligne impaire par exemple est reliée à un transistor de commutation. Le transistor de commutation 18. par exemple a son émetteur relié au conducteur de ligne 16. et son collecteur a la masse. La polarisation de base est assurée, à partir des sorties Q2ú et Q2(i+1) d'un circuit 24 de commutation de ligne. Pour cela, la base est reliée directement à la sortie Q2(i+1) et elle est reliée à la sortie Q2i par un montage en cascade comprenant un inverseur 20 et un élément à seuil 22 (diode zener en général). L'entrée de l'inverseur 20 est également reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 32, au niveau logique Vl commun aux composants numériques du dispositif. L'élément de seuil est prévu pour fixer la polarisation du transistor 18 associé à une valeur telle que la tension Vi sur le conducteur de ligne 16. ait alors une valeur bien déter- minée VA (6 Volts par exemple), dont le rôle apparaîtra plus loin lors de la description du fonctionnement. Le circuit de commutation 24 peut être constitué par un simple registre à décalage dont l'entrée d'horloge 26 reçoit un signal élaboré à partir d'une base de temps commune 28 dans le cas illustré, fournie par un micro- processeur de commande dans le cas le plus fréquent. L'horloge sera généralement à la fréquence de balayage colonne et en conséquence le signal d'horloge appliqué au circuit 24 sera alors élaboré par un élément 30, qui peut être un diviseur associé à un monostable, Le balayage colonne peut également être assuré par un registre à décalage 34 recevant, sur son entrée d'horloge 35, le signal provenant de la base de temps 28, L'entrée de porte ou "strobe" des registres 24 et 34 est mise au niveau logique Vl de façon à être excitée en permanence. L'entrée de validation 0E du registre 34 est également en permanence au niveau logique Vl, tandis que l'entrée de validation 0E du registre 24 est reliée à un circuit de balayage 36 dont la fonction apparaîtra plus loin. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Un dispositif de remise à zéro (non représenté) peut être prévu pour que, dans l'état initial du système lors de la mise en tension, toutes les positions des registres 24 et 34 soient occupées par des zéros, les niveaux logiques sur toutes les sorties Q étant égaux à un, la sortie s'effectuant généralement par un transis- tor monté en émetteur commun, à collecteur ouvert. Sur chacune des lignes 16, la tension est égale à une valeur VR dite de maintien, la différence VO-VR étant choisie de façon à maintenir le thyristor correspondant 14 à l'état de conduction une fois qu'il a été amorcé, même si la polarisation de gâchette est supprimée. La commande des sources de chaque ligne à son tour s'effectue de la même façon. Celle correspondant à la ligne 16. apparaît sur le chronogramme de la Figure 2. Au cours de l'intervalle de temps qui se termine i l'instant t1, les données correspondant à la ligne 16i sont introduites en série par l'entrée de données DC du registre 34, à la cadence fixée par l'horloge appliquée sur l'entrée 35. A l'issue de cette opération, les positions du registre 34 sont occupées par des zéros et des uns correspondant à la répartition entre sources i allumer et sources à laisser éteintes. Le registre 24 intervient alors, sous la com- mande des circuits 36 et 30, pour reproduire dans la ligne 16. la répartition mémorisée dans le registre 34. Le circuit 30 est prévu pour appliquer un premier coup d'horloge sur l'entrée 26 afin de commuter les bascules des positions 2i-1 et 2i du registre (lignes en tirets sur la Figure 2). Le circuit 36 est synchronisé avec l'horloge 28 de façon qu'une transition apparaisse sur l'entrée OE après le coup d'horloge qui a provoqué la commutation des bascules d'ordre 2i-1 et 2i, ce qui évite l'adressage de la ligne précédente. La transition provenant du circuit 36 provoque l'apparition, sur la sortie Q2i' du niveau bas complé- ment du niveau déjà mémorisé dans la bascule corres- pondante et le passage du transistor 18i à l'état bloqué. La tension Vi s'établit en conséquence à VO et toutes les sources de la ligne 16i s'éteignent. Au coup d'horloge suivant, à l'instant ti+.t il y a commutation de la bascule d'ordre 2i+1 et passage de la sortie O2i+l au niveau bas. Le transistor 18i passe à l'état saturé et la tension totale VO se trouve appli- quée aux bornes de chaque montage en cascade d'un élé- ment 10i, d'une résistance 12 et d'un thyristor 14. Les sorties parallèles du registre 34 appliquent en même temps sur les gâchettes des thyristors une tension ayant l'un ou l'autre de deux niveaux de commande et corres- pondant l'un à l'allumage, l'autre au maintien à l'état éteint. Enfin, lors du retour de l'entrée de validation 0E du registre 24 à son état d'origine, les deux sorties Q2i et Q2i+1 étant montées au niveau haut, la tension fournie par le transistor revient-au niveau de maintien Vr. Le mode de fonctionnement qui vient d'être dé- crit n'est pas le seul possible et de nombreux autres types de commande, mettant en oeuvre des composants différents de ceux montrés en Figure 1, peuvent être adoptés. Par ailleurs, le dispositif peut être associé-à un circuit fournissant un signal de balayage télévision, en noir et blanc, le rapport cyclique d'allumage des sources excitées et la fréquence étant suffisamment éle- vés pour qu'on puisse accepter une cadence de balayage du réseau de sources à 50 Hz. Le circuit peut appartenir à un récepteur d'émission, à une caméra, à un magnéto- scope, etc. Comme cela a déjà été indiqué, il est possible de constituer chaque source et son organe de commutation associé de façon à disposer de plusieurs niveaux de luminosité. Dans le mode de réalisation montré en Figure 3, chaque source comporte deux diodes électrolumines- centes en cascade. Ces deux diodes peuvent émettre sur la même longueur d'onde ou, au contraire, sur deux longueurs d'onde différentes pour disposer d'une couleur supplémentaire. Dans le cas illustré en Figure 3, chaque composant associé à une source comprend trois thyristors 401 402 et 403 montés en parallèle, chacun placé en série avec une résistance 421, 422 ou 423. Les résis- tances ont avantageusement des valeurs en progression géométrique, permettant de disposer de huit niveaux de luminosité. Chaque colonne, la colonne d'ordre j par exemple, comportera trois conducteurs de commande QI' Qj2 et Qj3 et la donnée correspondant à chaque point du réseau matriciel sera constituée de trois bits appliqués chacun à l'une des trois lignes. Cette disposition permet en particulier de re- produire les images de télévision en noir et blanc avec une quantification moins grossière que dans le cas de la Figure 1. Les composants de commutation peuvent être autres que des thyristors. En particulier, la Figure 4 montre un exemple d'utilisation de diac 44. L'invention ne se limite pas aux modes particu- liers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples. Elle est au contraire susceptible de nombreuses variantes. Par exemple, il est possible d'ob- tenir un affichage en plusieurs couleurs en prévoyant, pour chaque source, plusieurs émetteurs de lumière com- mandés indépendamment et émettant à des fréquences dif- férentes. On peut par exemple disposer pour chaque source de trois couleurs avec deux émetteurs optiques seulement. Par ailleurs, le dispositif peut être réalisé en utilisant toutes les technologies usuelles, et en particulier en technologie hybride, sur support à couche épaisse. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage lumineux comportant des sources lumineuses réparties en grand nombre suivant un réseau matriciel et des moyens de commutation permet- tant d'appliquer sélectivement une alimentation élec- trique aux sources, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent, pour chaque source (10), au moins un composant électronique statique bistable (14) amené dans l'état conducteur par une commande électrique impulsionnelle et restant dans cet état jusqu'à ce que le niveau d'alimentation revienne au-dessous d'une valeur prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le composant bistable est constitué par un thyristor. 3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le composant est constitué par un élément dont la caractéristique courant-tension a une partie à pente négative. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit composant est d'un type permettant de régler l'intensité du cou- rant électrique qui le traverse. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que chaque composant est constitué par plu- sieurs éléments de commande (40, 402 403) placés en parallèle, fournissant un courant électrique d'intensité déterminée dans leur état conducteur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que chaque élément est constitué par un com- posant de commutation en série avec une impédance résistive, les impédances associées aux divers éléments étant en progression géométrique et les courants fournis par les différents éléments s'ajoutant dans la source pour en modifier la luminosité. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les éléments associés à une même source sont commandés indépendamment les uns des autres. 8. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que chaque source comporte plusieurs éléments électroluminescents de couleur différente, munis chacun d'une commande propre.