Brevet FR2608301A1 — publié le 19880617

- -i- 2608301 La présente invention concerne une source lumineuse pour dispositif de visualisation à cristaux liquides et, plus particulièrement, une source hybride de lumière fluores- cente/incandescente. Les dispositifs de visualisation à panneau plat en cristaux liquides comprennent généralement un panneau en cristaux liquides, une source lumineuse destinée à l'éclai- rage du dispositif étant placée à l'arrière du panneau. Dans de nombreux cas, le dispositif de visualisation à cristaux liquides doit être vu dans une lumière ambiante très intense par exemple, le dispositif de visualisation à cristaux liquides utilisé dans le poste de pilotage d'un avion doit être visible à des valeurs de la lumière ambiante pouvant être aussi élevée que 3,4 sb. Dans de telles conditions d'ambiance, la luminance pour le dispositif de visualisation doit être de 0,68 sb. La source lumineuse destinée au dispositif de visualisation doit être capable de fournir cette valeur de la luminance et doit être également en mesure de le faire à des températures extrêmement faibles, c'est-à- dire à des températures aussi basses que -50 à 55 C. C'est le fonctionnement à ces températures extrêmement basses qui est à l'origine de problèmes avec les sources de lumière spectrale qui, sans cela, seraient un candidat de premier choix pour une telle application. Plus précisément, les - 2 - 2608301 lampes fluorescentes qui sont capables de fournir une luminance élevée (supérieure à 0,68 sb à une température de -50 C) donnent de très mauvaises performances aux basses températures. De fait, autour d'une température de -50 C, les sources de lumière fluorescente sont essentiellement inopé- rantes. D'autre part, les sources de lumière incandescente sont insensibles à la température, c'est-à-dire que leur lumière est essentiellement constante dans une gamme de températures allant de -60 C à +70-75 C. Bien que les sources de lumière incandescente soient efficaces aux basses tempéra- tures, la lumière qu'elles produisent est néanmoins assez faible (de l'ordre de 20,5 x 10- 2 à 23,9 10 2 sb) et leur rendement est assez bas par rapport aux lampes fluorescentes. On a trouvé qu'on peut obtenir une haute intensité et un fonctionnement de rendement élevé aux basses températures avec un ensemble lumineux hydride dans lequel une multitude de lampes incandescentes et de lampes fluorescentes sont placées en étant contiguës et parallèles les unes aux autres. Aux basses températures, les éléments des lampes incandes- centes fournissent de la lumière pour le dispositif de visualisation tout en agissant en source de chaleur rayon- nante pour les lampes fluorescentes contiguës. L'effet de chauffage des lampes incandescentes élève la température dans le voisinage immédiat des lampes fluorescentes à une valeur suffisante pour permettre à celles-ci de fonctionner et de produire une lumière efficace même si la température ambiante dans laquelle la source lumineuse et le panneau plat fluorescent fonctionnent est égale ou inférieure aux valeurs auxquelles les lampes fluorescentes sont inopérantes ou donnent une lumière très faible. La présente invention a, par conséquent, pour objet principal une source lumineuse pour un dispositif de visuali- sation à cristaux liquides qui soit capable de fonctionner avec un haut rendement et de donner une lumière élevée aux très basses températures. - 3 - 2608301 La présente invention a pour autre objet un dispositif de visualisation à cristaux liquides comportant une source lumineuse hybride par nature qui incorpore des éléments incandescents ainsi que des éléments fluorescents pour tirer profit des meilleures caractéristiques de fonctionnement de ceux-ci. La présente invention a encore pour objet une source lumineuse hybride incandescente/fluorescente fonctionnant aux basses températures. On atteint les objets et avantages de la présente invention avec un agencement dans lequel la source lumineuse pour le- panneau de visualisation à cristaux liquides est constituée d'une multitude de lampes fluorescentes et de lampes incandescentes allongées montées sur un panneau de support dans un ensemble parallèle, les lampes fluorescentes et les lampes incandescentes étant montées alternativement en étant contiguës les unes aux autres. L'énergie rayonnante émise par chaque lampe incandescente lorsqu'elle fonctionne aux basses températures agit en source de chaleur pour les lampes fluorescentes situées de chaque côté. Il en résulte que la température régnant dans le voisinage immédiat de chaque lampe fluorescente est portée à une valeur sensible- ment supérieure à la température ambiante, ce qui permet aux lampes fluorescentes de fonctionner à des températures ambiantes auxquelles elles sont normalement inopérantes ou auxquelles elles émettent une lumière très faible. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en perspective, en partie en crevé, d'un panneau de visualisation incorporant la source lumineuse hybride fluorescente/incandescente. figure 2, une courbe de la caractéristique d'émission de la lumière d'une lampe fluorescente et d'une lampe incandescente en fonction de la température; figure 3, une courbe de la caractéristique d'émission 4 - 2608301 de la lumière de la source lumineuse hybride fluorescente/in- candescente. Les dispositifs de visualisation à cristaux liquides, comme cela est bien connu, sont typiquement constitués de deux substrats en verre transparent séparés par un matériau d'étanchéité pour définir une cavité renfermant une solution de cristaux liquides. La surface intérieure des plaques en verre transparent comporte les éléments de visualisation qui peuvent se présenter sous la forme de signes, de symboles ou de descriptions. Ainsi, une plaque arrière métallique est déposée sur la surface intérieure d'un substrat et des électrodes conductri- ces transparentes individuelles (disposées sous une forme désirable, telle que, par exemple, sous forme de rangées et de colonnes) sont placées sur la surface intérieure de l'autre substrat. Les électrodes transparentes sont consti- tuées d'un métal transparent, par exemple d'oxyde d'indium et d'étain, ou analogue. La figure 1 représente un élément (1) d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides monté dans un logement 2. Le logement 2 comporte une ouverture 3 dans laquelle un couvercle 4 est supporté pour permettre la vision du dispositif de visualisation. A l'extrémité inférieure du logement se trouve un panneau électronique d'attaque 6 qui supporte les dispositifs électroniques d'attaque des rangées et des colonnes afin d'exciter sélectivement les éléments individuels d'image d'un panneau de visualisation à cristaux liquides en matrice. Immédiatement à l'arrière du panneau à cristaux liquides, un élément diffuseur 7 reçoit la lumière provenant de la source hybride de lumière 9 se trouvant immédiatement à son arrière. A l'arrière de la source lumineuse 9, une plaquette 10 à circuits imprimés est montée sur un support 11. La plaquette 10 supporte l'alimentation et les autres circuits d'excitation. La source hybride 9 de lumière fluorescente/incandes- cente comprend une multitude de lampes fluorescentes 12 - 5 - 2608301 montées horizontalement sur la plaquette 10. Des lampes incandescentes 13 sont placées entre les lampes fluorescentes de sorte que la source 9 est constituée d'une alternance d'ensembles de lampes fluorescentes et de lampes incandes- centes. Les lampes fluorescentes et les lampes incandescentes sont placées de façon à réaliser un échange de chaleur entre elles. Plus précisément, l'énergie rayonnante émise par les lampes incandescentes élève la température dans le voisinage immédiat des lampes fluorescentes de sorte que la température de ces dernières est sensiblement supérieure à la température ambiante à l'intérieur du logement, ce qui permet aux lampes fluorescentes de fonctionner d'une manière plus efficace que la température ambiante ne le permettrait normalement. Aux températures extrêmement basses, c'est-à-dire à -50 C ou moins, les lampes incandescentes constituent la source principale de lumière pour le dispositif de visualisation à panneau en cristaux liquides. Simultanément, l'énergie rayon- nante émise par les lampes incandescentes chauffe les lampes fluorescentes et augmente leur lumière. Dans un laps de temps relativement court, de l'ordre de 10 minutes ou moins, le système hybride fonctionnant à la température ambiante de - C augmente la température des surfaces des lampes fluores- centes à une valeur d'environ 40 C au-dessus de l'ambiance, permettant à l'intensité lumineuse de s'élever sensiblement bien que la température ambiante reste extrêmement faible. La figure 2 illustre graphiquement la sortie photopique d'une lampe fluorescente et d'une lampe incandescente en fonction de la température. Ainsi, en figure 2, la sortie photopique en stilb est tracée sur une échelle logarithmique en ordonnée et la température en C l'est linéairement en abscisse. La courbe 20 représente la sortie photopique en fonction de la température d'une lampe fluorescente et la courbe 21 est la sortie photopique d'une lampe incandescente - 6 - 2608301 en fonction de la température. Les valeurs données par la courbe 20 en figure 2 représentent les sorties photopiques d'une lampe fluorescente fonctionnant à 38 volts, 0,7 ampère, c'est-à-dire à une puissance d'entrée de 21,8 watts. La courbe 21 représente la sortie lumineuse d'une lampe incan- descente fonctionnant à 12,1 volts et 1,55 ampère, c'est-à- dire à une puissance d'entrée de 18,8 watts. Pour la courbe , on remarquera qu'au-dessous de -20 C, la sortie de la lampe fluorescente est extrêmement faible, d'environ de 137 104 sb, et à une température de 50 C, d'environ 34 10- 4 sb (c'est-à-dire moins de 1,7 sb/watt). Dans de telles condi- tions ambiantes, qui ne sont pas rares dans un avion, celui- ci pouvant être parqué de nuit à une température extrêmement froide, une source lumineuse constituée de lampes fluores- centes donnera un éclairage très faible. L'éclairage de la lampe fluorescente n'atteint pas 1,03 à 1,36 sb tant que la température ambiante n'est pas approximativement de 20 à 60 C. Ainsi, à ses conditions optimum de fonctionnement de 40 à 60 C, la sortie d'une lampe fluorescente est environ 1,36 sb ou approximativement 0,068 sb/watt. La luminance d'une lampe incandescente, comme cela est illustré par la courbe 21, est essentiellement constante avec la température. Cependant, le rendement d'une lampe incandes- cente est relativement faible par rapport au rendement optimum d'une lampe fluorescente. Plus précisément, la luminance d'une lampe incandescente d'une puissance de 19 watts est approximativement 0,2 sb, soit environ 0,01sb/watt; rendement qui est presque inférieur d'un ordre de grandeur au rendement optimum d'une lampe fluorescente. La figure 3 illustre la réponse photopique de la source hybride de lumière incandescente/fluorescente de la présente invention en fonction du temps et montre l'effet de l'énergie rayonnante provenant de la lampe incandescente sur une lampe fluorescente fonctionnant initialement à une température - 7 - 2608301 ambiante de -55 C. Comme on le fera ressortir en détail ci- après, en moins de 10 minutes, la température réelle de la lampe passe de -55 C à environ + 20 C, ce qui a pour effet d'élever la luminance de la lampe fluorescente d'une valeur pratiquement nulle à environ 0,54 sb. En figure 3, la luminance photopique en sb est indiquée en ordonnées et le temps en minutes est donné en abscisse. La courbe 23 représente la luminance totale du système hybride d'éclairage (lampe fluorescente + lampe incandescente). Les puissances appliquées à la lampe incandescente et à la lampe fluores- cente sont les mêmes que dans le cas de la figure 2, c'est-à- dire qu'une puissance de 21,8 watts est appliquée à la lampe fluorescente et de 18,8 watts à la lampe incandescente. On a placé l'ensemble à l'origine dans un four dit Tenny à une température de -55 C pendant 1 heure avant le commencement du test. Lorsqu'on a mis sous tension les lampes (temps 0), la température ambiante mesurée dans le local était -53 C, et la luminance d'environ 0, 236 sb. La luminance est ainsi, à l'origine, essentiellement celle de la lampe incandescente car (comme cela est illustré en figure 2), la luminance de la lampe incandescente est d'environ 0,233 sb pour la totalité de la gamme de température. Après mise sous tension, la luminance du système hybride croît rapidement avec le temps. Dix minutes après, la température ambiante a atteint -19 C. Cependant la luminance dépasse 0,78 sb. Comme environ 0,233 sb représente la luminance constante des lampes incandescentes, le complément (0,547 sb) représente la luminance des lampes fluorescentes. On remarquera dans la courbe 20 de la figure 2 que la luminance de la lampe fluorescente croît rapidement jusqu'à 0,547 sb à la température de + 20 C. Il apparaît ainsi que la lampe incandescente élève la température de surface de la lampe à une valeur supérieure d'environ 40 C à la température ambiante et permet à la lampe fluorescente de fonctionner à des rendements et des luminances beaucoup plus élevés que ne - 8 - 2608301 le permettraient les températures ambiantes données. Il apparaît donc qu'une source de lumière hybride fluorescente/incandescente fonctionne d'une façon très effi- cace à des températures extrêmement basses, c'est-à-dire à des températures auxquelles les lampes fluorescentes de rendement élevé sont normalement inopérantes ou fonctionnent avec des luminances très faibles. Il apparaît donc clairement qu'une source lumineuse est capable de fonctionner à des températures extrêmement basses avec des luminances élevées, et avec le haut rendement des sources de lumière fluorescente qui sont normalement incapables de fonctionner de manière efficace et effective à de telles températures. -9- REVENDICATIONS 1. Système de visualisation à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un dispositif de visualisation à cristaux liquides (1); b) une source lumineuse (9) placée à l'arrière du dispositif de visualisation, cette source lumineuse compor- tant: 1) un moyen de support (10); 2) au moins une lampe fluorescente (12) et une lampe incandescente (13) montées sur le support; la lampe incandescente étant placée de manière à agir en source de chaleur pour la lampe fluorescente afin d'élever la température de cette dernière pour la porter au-dessus de la température ambiante, d'o il résulte que la luminance de la lampe fluorescente est supérieure à ce qu'elle serait à la température ambiante. 2. Système de visualisation à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse comprend une multitude de lampes fluorescentes et de lampes incandescentes. 3. Système de visualisation à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lampes fluorescentes et les lampes incandescentes sont placées dans des enembles parallèles. 4. Système de visualisation à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ensembles parallèles comprennent une alternance de lampes fluorescentes et de lampes incandescentes. 5. Source de lumière hybride, fluorescente et incandes- cente, caractérisé en ce qu'elle comprend: a) un moyen de support; b) au moins une lampe fluorescente et une lampe incandescente montées sur le support; - 10 - 2608301 - 10 - c) la lampe incandescente étant placée de manière à agir en source de chaleur pour la lampe fluorescente afin de porter sa température à une valeur supérieure à la tempéra- ture ambiante. 6. Source de lumière hybride selon la revendication 5, caractérisé en ce que les lampes sont montées selon une relation permettant un échange de chaleur, et la lampe fluorescente est exposée à la chaleur rayonnante émanant de la lampe incandescente. 7. Source de lumière hybride selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'elle comprend une multitude de lampes fluorescentes et de lampes incandescentes. 8. Source de lumière hybride selon la revendication 7, caractérisé en ce que la multitude de lampes est montée dans des ensembles parallèles. 9. Source hybride de lumière selon la revendication 8, caractérisé en ce que les enembles parallèles comprennent une alternance de lampes incandescentes et de lampes fluores- centes.