Brevet FR2630851A1 — publié le 19891103

-- 1 -- AFFICHEUR A SURFACE TACTILE INCORPOREE, NOTAMMENT POUR LA REALISATION D'UN TERMINAL DE COMMUNICATION. La présente invention concerne un afficheur, par exemple à cristaux liquides, à surface tactile incorporée, notamment pour la réalisation d'un terminal de communication, du type permettant à un opérateur de transmettre ou de recevoir des informations, par exemple dans le cadre d'un échange convi- vial avec un processeur. D'une manière générale, on sait que dans le but de réaliser de tels terminaux, il a déjà été proposé de disposer sur une surface d'affichage, notamment sur l'écran d'un tube catho- dique, une plage tactile transparente telle que par exemple un clavier transparent à contacts ou un système de commuta- - tion capacitif, inductif ou équivalent. Dans ce cas, la surface d'affichage peut alors servir à visualiser au travers de la plage tactile des motifs servant à délimiter des zones d'appui de cette plage faisant office de touches, selon la-composition désirée. La surface d'affi- chage peut en outre servir à associer à ces zones d'appui des symboles ou des légendes indiquant Ieur fonction. Bien entendu, la position et la forme des surfaces d'appui ainsi que les légendes qui leur sont associées peuvent varier selon le mode de fonctionnement du processeur et de son programme d'application. - 2 - Or, l'un des inconvénients de cette solution consiste en ce que les informations lumineuses fournies par la surface d'affichage sont inévitablement atténuées par le dispositif tactile et ne sont bien visibles que si l'axe de vision de l'opérateur se trouve bien orienté par rapport à cette surface d'affichage. Cet inconvénient est considérablement amplifié dans le cas o la surface d'affichage est celle d'un afficheur à cris- taux liquides fonctionnant par transmission ou par réflexion ou combinaison des deux effets. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résou- dre ce problème en intégrant un dispositif de sélection tactile de type capacitif à la cellule de l'afficheur à cristaux liquides. Elle propose, d'une façon générale, un afficheur à surface tactile incorporée faisant intervenir une cellule d'affi- chage du type comprenant une couche réalisée en un ou plusieurs matériaux présentant des propriétés électro-opti- ques aptes à rendre visible tout ou partie de sa surface sous l'effet d'une excitation électrique, de manière à provoquer la visualisation d'un élément d'image, et au moins une contre-électrode disposée sur l'autre face de ladite couche. Selon l'invention, cet afficheur est plus particulièrement caractérisé en ce que ladite contre-électrode est utilisée en tant qu'élément sensible d'une surface tactile et est connectée à des circuits électroniques de mesure aptes à détecter des perturbations d'un signal électrique appliqué à cette contre-électrode par suite de la présence d'un élément conducteur tel qu'un doigt d'un opérateur à proximité de cette contre-électrode. Avantageusement, le principe de détection de proximité du doigt de l'opérateur sur une ou plusieurs contre-électrodes -3- consistera en l'application à ces zones d'une tension haute fréquence, et par détection du courant haute fréquence dérivé à la suite de la proximité d'un doigt de l'opérateur. Par ailleurs, la gestion des plages de détection tactile et en particulier la détermination des zones d'appui de cette plage associées à des fonctions est assurée par un calcula- teur. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe transversale schématique d'un afficheur du type à matrice active, à surface tactile selon l'invention; La figure 2 est une vue de dessus de la métallisation servant à la fois de commun de la cellule à cristaux liquides et d'élément sensible de la surface tactile de l'afficheur représenté sur la figure 1; La figure 3 est un schéma de principe d'un circuit de commande d'un afficheur à surface tactile du type de celui représenté sur la figure 1; La figure 4 est un diagramme représentatif des tensions utilisées dans le circuit représenté figure 3. Tel que représenté sur la figure 1, l'afficheur à surface tactile présente une structure similaire à celle d'une cellule à cristaux liquides classique et comprend en consé- quence, entre deux plaques en matière transparente 1, 2 une couche de cristal liquide 3, la face interne de la plaque 2 portant une pluralité d'électrodes 4, alimentées par les éléments de commande 9, disposées selon une configuration matricielle (matrice active) tandis que la face interne de - 4 - la plaque 1 porte une "métallisation" 5 comparable au "commun" d'une cellule classique à cristaux liquides. Bien entendu, selon une telle structure, l'affichage peut être obtenu soit par réflexion, soit par transmission, ou combinaison des deux effets, par l'utilisation de moyens connus: éclairage, réflecteur, etc... Conformément à l'invention, la "métallisation" 5 est en outre utilisée en tant qu'élément sensible de manière à conférer à la plaque la fonction de surface tactile. A cet effet, comme ceci est visible sur la figure 2, cette "métallisation" 5 est divisée en une pluralité de zones 6 respectivement reliées à des plots de connexion périphéri- ques 7 par des plages conductrices 8. Il est clair que le nombre de zones 6 sera déterminé en fonction de la résolu- tion de détection souhaitée. La conformation et la disposi- tion de ces zones 6 ainsi que des plages conductrices 8 et des plots de connexion 7 peuvent être très variées. L'exemple représenté figure 2 n'est qu'un mode d'exécution permettant d'obtenir une résolution satisfaisante. Bien entendu, les interstices entre les zones 6 seront aussi faibles que possible de manière à ne pas diminuer la résolu- tion de l'afficheur. Ils seront de préférence situés en regard des zones "interpixel" de cet afficheur (espacement entre les électrodes 4). Dans l'exemple représenté sur la figure 3, l'application d'une tension d'activation sur les électrodes 4 de la matri- ce active est assurée par des transistors à effet de champ 9, de préférence situés à l'intérieur de la cellule. Il convient de noter à ce sujet que, bien évidemment, tout autre type d'élément de commande pourrait également être utilisé dès l'instant o il peut posséder un état haute impédance similaire. Ces transistors 9 reçoivent, sur leur gâchette, une tension de commande VG (tensions de lignes de la matrice) et sur leur source, une tension de source V (tensions de colonnes de la matrice), ces deux tensions étant délivrées par un générateur d'alimentation des élé- ments d'image 15 piloté par un signal de synchronisation élaboré (bloc 16) à partir d'un calculateur 12. Parallèle- ment, sur chacune des zones 6 du "commun" est appliqué un potentiel commun de valeur moyenne V1. Dans cet exemple, le procédé de détection de proximité du doigt de l'opérateur sur une ou plusieurs plages consiste: - à appliquer en outre séquentiellement sur chacune des zones 6 un potentiel alternatif haute fréquence V2, de préférence à nombre entier d'alternances, déterminé de telle façon qu'il n'altère pas la valeur moyenne du poten- tiel V1 et ne perturbe pas le milieu cristallin de la cellule, - à mesurer le courant haute fréquence dérivé consécutif à une variation d'impédance de la charge, (ou à effectuer la mesure de cette variation), - à assurer un pilotage de la surface tactile au moyen d'un dispositif ayant pour rôle, outre la commande, de réaliser et d'interpréter la mesure de courant pour en déduire la zone de détection sollicitée. A cet effet, les n zones 6 de la "métallisation" 5 sont reliées, d'une part, à un potentiel commun V1 à travers n résistances R et, d'autre part, à un circuit multiplexeur, par exemple analogique, 11 piloté par le calculateur 12, et dont le râle est de distribuer des paquets d'impulsions ou d'ondes haute fréquence produits par un générateur 13 à une cadence et une périodicité appropriées. Un circuit de mesure 14 du courant absorbé lors de l'émis- sion de chacun des paquets d'impulsions transmet alors au -6- calculateur 12 un signal lui permettant de déterminer une zone 6 sollicitée et qui a, de ce fait, engendré une varia- tion significative du courant détecté. On comprendra aisément que, bien que liés par construction, les deux systèmes (affichage/détection tactile) doivent être alimentés de façon telle que l'un des systèmes ne vienne pas perturber l'autre. A cet effet, comme ceci se trouve illustré sur la figure 4, l'application du potentiel V2 (visible sur la courbe Vcomi qui correspond à la tension appliquée à une électrode 6 située au-dessus d'une zone de pixels sélectables par les lignes 1 et 2 de la matrice) est synchronisée sur le signal de commande VG des transistors 9, de telle façon qu'aucun transistor 9 situé sous une zone 6 ne soit activé, et soit à l'état haute impédance lors de l'application de la tension V2 à cette zone. De cette façon, il n'y a pas de modifica- tion du champ électrique dans les condensateurs constitués par les électrodes 4 et les zones 6, les transistors 9 situés sous une zone 6 étant à l'état ouvert lors de l'émis- sion de la tension V2 sur cette zone 6. Dans cet exemple, la tension de commande VG d'une ligne de n pixels se présente sous la forme d'un signal périodique à créneaux rectangulaires de période tl, tandis que la tension VS appliquée à la source des transistors 9 présente une forme crénelée à trois niveaux de tensions V1, 2V1 et 0. Ces deux signaux sont alors agencés de manière à ce que l'activation d'un pixel puisse être obtenue grâce à la mise en phase de VG sur les niveaux 0 et 2V1 de VS, de manière à obtenir sur l'électrode 4 correspondante un signal crénelé VE d'amplitude 2V1 et de période déterminée par le nombre de lignes à sélecter (ce signal VE correspondant ici à la tension présente sur l'électrode 4 sélectée par activation de la ligne No 1 par le signal VG). -7- Dans ce cas, la différence de potentiel V1 - VE (signal de tension VLCD) entre cette électrode 4 et la zone 6 se présentera sous la forme d'un signal alternatif d'amplitude + ou - V1 et de période 2t1 qui assure l'excitation du pixel. Par contre, lorsque les signaux VG et VS sont en phase sur les niveaux V1 de Vs, la différence de potentiel V1 - VE entre cette électrode 4 et la zone 6 correspondante se maintiendra à une valeur nulle de sorte que le pixel sera inactive. Il est clair que l'afficheur à cristaux liquides et à surfa- ce tactile incorporé tel que celui précédemment décrit peut être utilisé dans de nombreuses applications. Ainsi, il pourra notamment servir à la réalisation d'un terminal de communication à composition variable pouvant, par exemple, comprendre au moins une aire d'affichage capa- ble d'afficher des informations sous la forme de symboles, d'image ou de texte, et au moins une région permettant à l'opérateur de transmettre des informations, cette région incluant alors des plages tactiles pouvant comprendre une ou plusieurs zones de détection 6, délimitées et, éventuelle- ment, identifiées par des motifs obtenus par une excitation appropriée des pixels de la cellule à cristaux liquides. L'aire d'affichage et les plages tactiles de ladite région pourront en outre être délimités par une grille amovible - 30 pouvant être choisie parmi une pluralité de grilles de conformation différente. Dans ce cas, ce terminal pourra comprendre des moyens d'identification de la grille et des moyens permettant de configurer automatiquement la ou les aires d'affichage et/ou les plages tactiles en fonction de la grille utilisée. -8- Revendications 1. Afficheur à surface tactile incorporée faisant intervenir une cellule d'affichage du type comprenant une couche (3) réalisée en un ou plusieurs matériaux présentant des propriétés électro-optiques aptes à rendre visible tout ou partie de sa surface, sous l'effet d'une excitation électrique, un premier réseau d'électrodes disposées sur l'une des faces de ladite couche, et sur chacune desquelles peut être appliquée une tension électrique de manière à provoquer la visualisation d'un élément d'image, et au moins une contre-électrode (6) disposée sur l'autre face de ladite couche, caractérisé en ce que ladite contre-électrode (6) est utili- sée en tant qu'élément sensible d'une surface tactile et est connectée à des circuits électroniques de mesure aptes à détecter des perturbations d'un signal électrique (V2) appliqué à cette contre-électrode (6) par suite de la présence d'un élément conducteur tel qu'un doigt d'un opéra- teur, à proximité de cette contre-électrode. 2. Afficheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite cellule d'affichage est de type à cristaux liquides, en ce que la susdite couche est une couche en cristal liquide (3), et en ce que la susdite contre-électrode (6) est portée à un potentiel commun (V1). 3. Afficheur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de contre- électrodes (6) formant un deuxième réseau, ces contre-élec- trodes étant respectivement connectées à un circuit électro- nique de mesure apte à détecter des perturbations d'un signal électrique appliqué à chacune de ces contre-électro- des. 4. Afficheur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la couche de cristal liquide (3) est disposée entre deux plaques (1, 2) en matière transparente, la face interne de l'une de ces plaques (2) portant les susdites électrodes (4), et la face interne de l'autre plaque (1) portant une "métallisation" (5) divisée en une pluralité de zones constituant chacune une contre-électrode (6). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les interstices entre les contre- électrodes (6) sont situés en regard des zones comprises entre les éléments d'image déterminés par les électrodes (4) du premier réseau. 6. Afficheur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les contre-électrodes (6) sont portées à un potentiel présentant une valeur moyenne déterminée (Vl1), et en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer séquentiellement, sur chacune des susdites contre-électro- des (6), une tension alternative à haute fréquence (V2) déterminée de manière à ce qu'elle n'altère pas la valeur moyenne du susdit potentiel (Vl) et des moyens permettant de détecter le courant dérivé ou la variation d'impédance, engendré pendant chacune de ces applications, par la présen- ce d'un élément conducteur tel qu'un doigt d'un opérateur à proximité de cette contre-électrode (6). 7. Afficheur selon l'une des revendications 1là 6, caractérisé en ce que la tension électrique, appliquée à une - électrode du premier réseau en vue de provoquer la visuali- sation d'un élément d'image, est transmise par au moins un élément de commande (9) intégré ou non à la cellule, et capable d'isoler ladite électrode. 8. Afficheur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les contre-électrodes (6) sont portées à un potentiel commun par l'intermédiaire de résistances respectives (R), et sont connectées à un circuit multi- plexeur (11) piloté par un calculateur (12) de manière à distribuer séquentiellement, sur ces contre-électrodes, des - 10 - paquets d'impulsions haute fréquence (V2) produits par un générateur (13), et en ce qu'il comprend un circuit de mesu- re (14) du courant absorbé lors de l'émission de chacun des paquets d'impulsions, ce circuit de mesure (14) étant conçu de manière à transmettre au calculateur (13) un signal en réponse à la détection d'une variation d'impédance signifi- cative de la présence d'un élément conducteur à proximité d'une contre-électrode (6). 9. Afficheur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'application de la tension alternati- ve à haute fréquence (V2) sur les contre-électrodes (6) est synchronisée mais décalée par rapport à l'application sur les électrodes (4) de la première série, de la tension électrique servant à provoquer la visualisation des éléments d'image. 10. Afficheur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le calculateur (12) commande le géné- rateur (13), de façon à ne délivrer les paquets d'impulsions (V2) sur une contre-électrode (6) que lorsque tous les éléments de commande (9) des électrodes (4) situées sous cette contre-électrode (6) sont, à cet instant, à l'état haute impédance. 11. Afficheur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le calculateur (12) assure la synchro- nisation du circuit multiplexeur (11), et d'un générateur d'alimentation des éléments d'image (15).