Brevet FR2607301A1 — publié le 19880527

DlsDosltlf d'affichane modulaire à cristaux llauldes. La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage modulaire à cristaux liquides, du type comprenant un écran, plusieurs modules à cristaux liquides et à affichage matriciel correspondant à des parties adjacentes de l'image à afficher sur l'écran, et une source de lumière destinée à illuminer l'écran par transmission à travers les modules. La plupart des dispositifs d'affichage géant déjà connus utilisent plusieurs écrans disposés côte à côte. Cette disposition a le grave inconvénient que les bords des écrans constituent un quadrillage obscur. L'article "A Continuous Very-Large-Area Liquid-Crystal Color Display" de Matsukawa et autres, dans SID 1985, volume XVI, pages 58-61, décrit un dispositif du type ci-dessus défini ne présentant pas cet inconvénient, du fait qu'un guide optique constitué par une galette de fibres optiques légèrement divergentes est interposée entre chaque module et la fraction de l'écran à laquelle elle correspond. Cette disposition présente elle aussi des inconvénients. Les galettes de fibres optiques, même de faible épaisseur, représentent une masse considérable. Les lampes fluorescentes d'éclairage parallèle qui doivent être placées à distance notable des modules, donnent au dispositif un encombrement élevé en profondeur. L'invention vise à fournir un dispositif d'affichage du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de réaliser des écrans de relativement grandes dimensions avec un encombrement en profondeur réduit et assure une bonne homogénéité d'éclairement et une bonne définition. Dans ce but l'invention propose un dispositif caractérisé en ce que, entre chaque module et la portion correspondante de l'écran, sont interposés un objectif de projection et une lentille de champ réduisant la divergence du faisceau provenant de l'objectif à quelques degrés et placée à proximité de l'écran. La lentille de champ sera généralement constituée par une lentille de Fresnel dont la distance entre stries est inférieure au pas des pixels projetés sur l'écran (pas qui est égal à l'intervalle entre éléments adjacents de la matrice du module multiplié par le grandissement de l'objectif). Ce résultat peut aisément être atteint : par exemple dans le cas où chaque module comporte des éléments répartis avec un pas de 150 pm et où le grandissement est 5, une lentille de Fresnel dont l'écartement entre stries est de 0,2 mm donne des résultats pleinement satisfaisants. Tous les modules sont avantageusement illuminés à partir d'une même source d'éclairage, par l'intermédiaire d'un ensemble comprenant une fibre optique et un condenseur par module. En prévoyant dans chaque objectif un diaphragme réglable, il est possible d'équilibrer l'éclairement de toutes les parties de l'image et une variation du flux lumineux fourni par la source d'éclairage n'altère pas l'homogénéité. Il est important de noter que l'utilisation d'un objectif agrandisseur semblait a priori impossible. En effet, le faisceau de sortie d'un tel objectif est forcément divergent. Le lobe de diffusion d'un écran translucide présente toujours un maximum dans le sens du rayon incident, de sorte qu'il semble inévitable que le spectateur ait l'impression d'un éclairement irrégulier, les emplacements de maxima de brillance variant d'ailleurs suivant sa position par rapport à l'écran.En réduisant la divergence à une valeur de l'ordre de grandeur du degré (typiquement 1 à 3 ) à l'aide de la lentille de champ on fait pratiquement disparaître ce phé nomène ; mais, grâce à la légère divergence résiduelle, il reste possible de réserver la place nécessaire aux supports de lentille sans pour autant que subsistent des brèches entre parties adjacentes de l'image. Il est possible de réduire la profondeur du dispositif à une valeur faible en "repliant" les faisceaux de sortie des objectifs à l'aide de miroirs. Il est possible de constituer le dispositif tout entier de façon modulaire, chaque module comportant une lentille de Fresnel, le miroir de repliement, l'objectif de projection, le condenseur et un embout de réception de fibre optique. Pratiquement, on peut réaliser un dispositif ayant un écran de 1 m2 à partir de modules de 38 x 28 mm, existant à l'heure actuelle dans le commerce, avec une profondeur ne dépassant pas 250 mm. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement, en élévation, une fraction d'un écran de projection et l'un des ensembles qui lui sont associés et permettent chacun de former une fraction de l'image sur une partie de l'écran ; - la figure 2 montre schématiquement l'allure d'une indicatrice de diffusion par l'écran, pour un faisceau d'illumination fortement divergent - la figure 3 montre une constitution possible des ensembles d'illumination avec repliement du faisceau pour diminuer l'encombrement. On décrira tout d'abord, en faisant référence à la figure 1, un ensemble 10 permettant de former une image sur une partie rectangulaire d'un écran 11 et donc, par juxtaposition avec d'autres ensembles identiques, de faire un affichage graphique éventuellement coloré. Chaque ensemble 10 comporte un module 12 d'affichage à cristaux liquides prévu pour travailler par transmission. Ce module a une constitution matricielle et peut être regardé comme constitué de pixels répartis suivant un réseau rectangulaire et matérialisés chacun par un transistor de commutation associé à deux électrodes d'excitation des cristaux optiques. Les transistors sont adressables par lignes et colonnes suivant une technologie bien connue. Il existe déjà dans le commerce des modules utilisables, par exemple à 320 x 240 pixels répartis suivant un pas de 150 pm, mettant en oeuvre des cristaux liquides nématiques en hélice. Certains de ces modules, par exemple ceux fabriqués par la société SEIKO en technologie TFT (fine film transistors), permettent un affichage trichrome.Pour cela, le module porte un réseau de filtres colorés répartis suivant une mosaique triangulaire. On ne décrira pas ici le mode de commande électrique du module, étant donné qu'il peut être entièrement classique. Chaque module 12 est muni d'un circuit d'éclairage propre comportant une fibre optique 14 et un condenseur 16 dirigeant vers le module un faisceau de lumière parallèle. Un objectif 18 forme, de l'objet constitué par la couche de cristaux liquides du module, une image réelle. On utilisera généralement un objectif de projection ayant une focale de 35 ou 50 mm placé de façon à donner un grandissement de l'ordre de 5. Il est nécessaire d'utiliser un objectif de projection dont les aberrations géométriques sont corrigées pour éviter une déformation en barillet de l'image qui apparaitrait à la frontière entre parties adjacentes de l'écran 11. Dans la pratique, il est nécessaire que les déformations géométriques aux bords ne dépassent pas 1/4 de pixel. L'objectif 18 est muni d'un diaphragme de réglage d'intensité de faisceau de sortie, non représenté. Si le dispositif était utilisé dans ces conditions pour former directement une image sur l'écran 11, le faisceau arrivant sur ce dernier serait fortement divergent, comme indiqué sur la figure 2. Or, l'indicatrice de diffusion d'un rayon lumineux 20 présente généralement une répartition autour de ce rayon du genre montré en 22 sur la figure 2. Il s'ensuivrait que, pour une même intensité d'éclairement en un point, la brillance apparente pour un observateur placé en 24 peut être très différente. Ce problème est résolu, dans le cas de l'invention, en disposant une lentille de champ 26 sur le trajet du faisceau de sortie de l'objectif 18, à proximité immédiate de l'écran. La lentille de champ 26 est prévue pour ramener la divergence du faisceau à quelques degrés au maximum. On peut notamment utiliser une lentille de champ dont la face tournée vers l'écran est à 10 mm environ de ce dernier et qui ramène la divergence à 1- environ. il est souhaitable de laisser subsister cette divergence résiduelle, de façon que les images formées sur des parties adjacentes de l'écran 11 soient effectivement jointives, ce qui ne pourrait pas être le cas dans le cas d'un faisceau strictement parallèle, puisque les lentilles 26 doivent être séparées par des moyens permettant de les fixer. Les lentilles de champ 26 peuvent être constituées par des lentilles de Fresnel à échelons dont les stries ont une distance mutuelle inférieure au pas des pixels, tronquées suivant quatre plans deux à deux parallèles pour correspondre à 'image rectangulaire à former. Dans la pratique, on pourra généralement utiliser des lentilles de Fresnel à 5 stries/mm, faciles à réaliser par des techniques courantes. Grâce à la lentille de Fresnel, pour les angles de vision qui ne s'écartent pas trop de la normale l'indicatrice correspond à une diffusion homogène de la lumière, à condition d'utiliser un écran suffisamment diffusant tel qu'une plaque de verre dépoli. Toutes les fibres optiques 14 peuvent être illuminées par une meme source 28 (figure 1). Pour cela elles sont réunies, à proximité de la source 28, en un faisceau, toutes les tranches terminales étant au même niveau et polies. Pour compenser l'hétérogénéité d'éclairement inévitable par la source 28, il suffit d'ajuster les diaphragmes des objectifs 18 : toute variation ultérieure d'intensité de la source ne modifiera pratiquement pas la répartition du flux lumineux, de sorte que l'homogénéité, une fois réalisée, subsistera. Pour réduire l'encombrement en épaisseur du dispositif, il peut être avantageux de replier le faisceau de sortie de l'objectif 18. La figure 3 montre un ensemble 10 comportant un miroir de repliement 30 qui permet de réduire notablement l'encombrement en profondeur. il est évidemment nécessaire que l'angle de repliement ne gêne pas la mise en place d'un ensemble adjacent. Comme le montre la figure 3, l'invention permet de donner au dispositif une constitution modulaire : la lentille de champ 26, l'objectif 18, le module 12 et le condenseur 16 peuvent être regroupés dans un boîtier 32 et tous les boîtiers sont ultérieurement montés dans un même châssis pour illuminer des parties adjacentes de l'écran 11. Bien que cette solution soit généralement moins avantageuse, l'écran peut lui même être fractionné en plusieurs éléments. Des dispositifs du genre montré en figure 3, permettent de visualiser des images sur un écran de 1 m2 avec des définitions élevées, par fractions de 250 mm x 250 mm par exemple. Il est possible de disposer ainsi de l'équivalent d'une diapositive éventuellement animée, pouvant être regardée sous des incidences différant de la normale sans déformations ou variations gênantes de brillance. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage modulaire à cristaux liquides, comprenant un écran (11), plusieurs modules à cristaux liquides et à affichage matriciel correspondant à des parties adjacentes de l'image à afficher sur l'écran, et une source de lumière destinée à illuminer l'écran par transmission à travers les modules, caractérisé en ce que, entre chaque module (12) et la portion correspondante de l'écran, sont interposés un objectif de projection (18) et une lentille de champ (26) réduisant la divergence du faisceau provenant de l'objectif à quelques degrés et placée à proximité de l'écran. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté risé en ce que la lentille de champ est constituée par une lentille de Fresnel (26) dont la distance entre stries est inférieure au pas des pixels projetés sur 1 'écran. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que tous les modules sont illuminés à partir d'une même source d'éclairage (28), par l'intermédiaire d'un ensemble comprenant une fibre optique (14) et un condenseur (16) par module. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque objectif comporte un diaphragme réglable. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la divergence résiduelle du faisceau est de 1 à 3-. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un miroir de repliement du faisceau est interposé entre chaque objectif et la lentille de champ correspondante. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque module et des éléments optiques correspondants constituent un ensemble intégré.