Brevet FR2666676A1 — publié le 19920313

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES ET A LAMPE FLUORESCENTE La présente invention concerne un dispositif d'affichage comportant un affichage à cristaux liquides pourvu de deux plaques de verre séparées par une matière à cristaux liquides, chacune desdites plaques de verre supportant une couche servant d'électrode, et une lampe fluorescente plate formée par deux plaques de verre séparées par une chambre à décharge à gaz. Les dispositifs usuels d'affichage à panneau plat rétro-éclairé se composent généralement d'un affichage plat à cristaux liquides derrière lequel est placé un éclairage formé par exemple par plusieurs tubes fluorescents, un réflecteur et un diffuseur Plus récemment, on a proposé d'utiliser des lampes à décharge sous la forme de panneaux plats pour un éclairage par l'arrière Des exemples de telles lampes sont décrits dans les demandes de brevets WO 90/09676, JP-A-5846568, EP-A-0283014, GB-A-2217905, WO 87/04562, JP-A-57180067, JP-A- 59127357, GB 9115185 et GB 9105626 Ces lampes en panneaux plats ont pour avantages de donner un éclairage plus uniforme que les lampes tubulaires et d'être plus robustes et compactes que celles-ci. Dans beaucoup d'applications, il est souhaitable que l'épaisseur totale de l'affichage, y compris son éclairage, soit aussi petite que possible sans réduction de la robustesse de l'affichage Cependant, l'impor- tance de la réduction de l'épaisseur de l'affichage est limitée, du fait de l'épaisseur des deux plaques de verre de l'éclairage et des deux plaques de verre formant l'affichage Par ailleurs, tout intervalle entre la plaque avant de l'éclairage et la plaque arrière de l'affichage peut conduire à des réflexions multiples susceptibles de réduire la lisibilité et le niveau lumineux Même si la surface avant de l'éclairage arrière est collé à la surface arrière de l'affichage, cela n'évite pas complètement les problèmes précités, car il est très difficile d'éliminer complètement toutes les bulles d'air entre les deux surfaces Tout écart dans les indices de réfraction des plaques de verre ou de la matière de collage produira aussi une réflexion à l'interface Le collage peut aussi représenter une zone faible En outre, comme les plaques de verre formant respectivement l'affichage et l'éclairage doivent être assez solides pour prévenir des dégâts pendant le montage, l'épaisseur totale des deux plaques collées l'une à l'autre est plus grande que nécessaire. La présente invention a pour but de créer un dispositif d'affichage permettant d'éviter les inconvénients susmentionnés. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que l'une desdites plaques de verre de la lampe constitue l'une des plaques de verre de l'affichage à cristaux liquides, de sorte que l'affichage à cristaux liquides est intégré à la lampe et que l'actionnement de la lampe produit une illumination de l'affichage à cristaux liquides. De préférence, la lampe fluorescente est une lampe à cathode froide et l'affichage à cristaux liquides est un affichage dichroïque La lampe peut comporter un ensemble de colonnettes entre les deux plaques de la lampe pour soutenir les plaques Les plaques de verre peuvent être en verre de soude. Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif comporte une couche filtrante composée de zones présentant différentes propriétés respectives de transmission de couleurs, cette couche filtrante étant supportée par l'autre plaque de verre de l'affichage, et lesdites zones de la couche filtrante sont alignées individuellement avec des élec- trodes de l'une des couches servant d' électrode L'autre plaque de verre de la lampe peut porter un réflecteur sur sa surface extérieure et un polariseur placé entre elle et le réflecteur. Dans une autre forme de réalisation particulière, le dispositif comporte un second affichage à cristaux liquides comportant deux plaques de verre séparées par une matière à cristaux liquides, chaque plaque de verre du second affichage à cristaux liquides supportant une couche servant d'électrode, et l'autre plaque de la lampe constituant l'une des plaques de verre du second affichage à cristaux liquides, de sorte que le second affichage à cristaux liquides est intégré à la lampe et que l'actionnement de la lampe produit une illumination des deux affi- chages à cristaux liquides. Le dispositif peut comporter un capteur sensible à une inversion du dispositif, pour commander une modification de l'information délivrée par le dispositif d'affichage. On décrira ci-dessous des exemples de dispositifs d'affichage selon la présente invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une première forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation; et les figures 3 et 4 sont des vues en perspective illustrant deux autres formes de réalisation. En référence à la figure 1, le dispositif d'affichage représenté comporte un éclairage arrière formé par une lampe fluorescente 1 à cathode froide, en forme de panneau plat, et un affichage dichrolque à cristaux liquides (LCD) 2, placé au-dessus de la lampe Dans le dessin, les épaisseurs sont fortement exagérées par rapport aux longueurs. La lampe 1 est du type décrit dans la publication WO 90/09676, mais il peut s'agir de n'importe quelle autre lampe fluorescente à panneau plat La lampe 1 comporte deux plaques planes parallèles 10 et 11 en verre de soude, ces plaques étant pourvues d'un ensemble de colon- nettes de support en forme de tronc de pyramide 12, arrangées en lignes et en colonne sur les surfaces mutuellement opposées des plaques 10 et 11, de façon que les sommets plats des pyramides correspondantes de chaque plaque soient appliqués l'un contre l'autre et soutiennent les plaques en empêchant leur déformation vers l'intérieur On pourrait prévoir d'autres formes de support entre les deux plaques Les deux plaques sont scellées l'une à l'autre le long de leur pourtour et la chambre 5 se trouvant entre elles est remplie d'un mélange gazeux pour décharge à basse pression, tandis qu'un revêtement au phosphore 6 est déposé sur les surfaces internes des deux plaques Deux électrodes 13 et 14 s'étendent le long des côtés opposés de la chambre à décharge 5 à l'intérieur de la lampe, de sorte que, lorsqu'elles sont sous tension, la décharge qui se produit entre elles provoque la production de lumière par le revêtement au phosphore 6 Un polariseur 15 est fixé sur la surface extérieure de la plaque inférieure 11 et peut comprendre un film à retard Une couche d'aluminium 16 est déposée sur la surface inférieure du polariseur 15 pour servir de réflecteur La couche réfléchissante peut être plate ou profilée afin d'augmenter la proportion de lumière transmise à travers les colonnettes 12. La plaque 10, en plus de former la plaque supérieure ou avant de la lampe 1, constitue aussi la plaque inférieure ou arrière de l'affichage à cristaux liquides (LCD) 2 et donc une plaque intermédiaire dans le dispositif La mise sous tension de la lampe 1 a pour effet d'illuminer l'affichage LCD 2. Un arrangement matriciel d'organes de commutation 20 tels que des transistors ou des diodes est disposé directement sur la surface supé- rieure de la plaque 10 pour former, à sa surface supérieure, une couche d'électrodes individuelles 21 Un grand nombre de conducteurs 22 s' étend jusqu'aux rangées et aux colonnes d'organes de commutation , permettant un adressage individuel aux électrodes 21, de la manière habituelle La surface supérieure des électrodes 21 est revêtue d'une couche inférieure d'alignement 23 d'une substance orga- nique polaire dont le rôle est d'imposer une rotation aux molécules d'une matière usuelle à cristaux liquides 24, laquelle est enfermée dans l'espace étroit entre la plaque intermédiaire 10 et la plaque supé- rieure 25 de l'affichage LCD 2 Une mince couche semi-transparente 26 d'oxyde d'étain à l'indium est déposée directement sur la surface infé- rieure de la plaque supérieure 25 pour constituer l'électrode supé- rieure commune de l'affichage LCD 2 La connexion électrique exté- rieure de la couche d'électrode 26 se fait par un conducteur 27 Une couche filtrante 28 est imprimée par sérigraphie sur la surface infé- rieure de la couche d'électrode 26 La couche filtrante 28 est en matière polyamide transparente ou similaire et elle comporte un arran- gement matriciel de zones rouges, vertes et bleues ayant le même alignement et la même taille que les électrodes individuelles 21 des transistors 20 disposés sur la plaque 10 En pratique, la taille des zones filtrantes 28 et des électrodes 21 sera beaucoup plus petite ce que l'on a représenté ici D'autres détails sur la fabrication de couches filtrantes appropriées sont donnés dans l'article de Kamamori et al "Multicolor Graphic LCD with Tricolor Layers Formed by Electrodeposition", SID 84 Digest pp 215-216 Si l'on veut un affichage monochrome, la couche filtrante 28 sera omise Sur la surface infé- rieure de la couche filtrante 28 se trouve une couche supérieure d'alignement 17 qui est identique à la couche inférieure d'alignement 23 La plaque supérieure 25 est scellée sur son pourtour à la plaque intermédiaire 10, après introduction de la matière à cristaux liquides 24, au moyen d'une fermeture en verre 29. Sur la plaque supérieure 25 est placé un film à retard 30 en polycar- bonate étiré qui est fortement biréfringent Ce film 30 est facultatif et, quand il est prévu, sert à retarder la phase du rayonnement qui le traverse Le rayonnement qui tombe sur le film 30 et qui est pola- risé elliptiquement sera polarisé linéairement après avoir traversé le film Un polariseur 31 est placé sur le film à retard 30. La construction et le fonctionnement de l'affichage LCD 2 sont clas- siques, sauf que la plaque inférieure de l'affichage LCD est constituée par la plaque inférieure 10 de la lampe 1 Habituellement, les affi- chages LCD sont réalisés au moyen de verre d' aluminosilicate ou de verre d' aluminoborosilicate, parce que ceux-ci ont une très faible teneur en alcalis Les ions alcalins présents dans le verre de soude, qui est moins cher, sont supposés induire une instabilité dans la matière formant la couche de transistors en film mince et contaminer la matière à cristaux liquides Cependant, on pense maintenant que le verre de soude moins coûteux peut être utilisé dans les affichages LCD, voir l'article d'Uchikoga et al "Soda Lime Glass as a Substrate for TFT-LCD' s, Japan Display 1989, pp 426-428 Un autre problème qui jetait auparavant un doute sur la possibilité d'employer le verre de soude dans les affichages LCD résidait dans son fort retrait au cours des processus tels que le dépôt chimique en phase vapeur. Toutefois, ce problème peut être évité par un recuit préalable du verre à 5000 C avant le traitement. Le dispositif selon la présente invention a plusieurs avantages par rapport aux dispositifs antérieurs o l'affichage LCD est un composant séparé par rapport à l'éclairage arrière Premièrement, en n'utilisant que trois plaques de verre au lieu de quatre, on obtient un dispositif plus mince et plus léger que les dispositifs antérieurs Ceci est spécialement important dans les dispositifs de grande étendue, parce que tout accroissement du poids du dispositif le rend plus sensible aux déformations, ce qui pourrait avoir un effet néfaste sur le fonctionnement de l'affichage LCD Deuxièmement, la présente construction évite la présence de deux interfaces verre/air entre l'éclairage et l'affichage Ceci réduit les pertes de rayonnement aux interfaces et évite des réflexions multiples entre les surfaces Troisiè- mement, la construction intégrée de l'affichage et de l'éclairage donne une structure plus robuste que dans les dispositifs antérieurs o l'affichage est séparé de l'éclairage Ainsi, le dispositif selon la présente invention est moins susceptible de dommages sous l'effet de vibrations ou de chocs mécaniques Même si l'affichage et l'éclairage de certains des dispositifs antérieurs sont collés l'un à l'autre, il en résulte tout de même que l'épaisseur totale des deux verres collés est plus grande que ce qui est nécessaire avec la présente invention Un joint collé représente aussi une zone de faiblesse mécanique et de perte de rayonnement De plus, l'opération de collage augmente le nombre d'étapes de fabrication, donc le coût du dispositif. Etant donné que l'affichage à cristaux liquides LCD est partiellement intégré au moyen de rétro-éclairage, il y aura un bon transfert thermique entre l'éclairage et l'affichage Ceci peut être un avantage dans les cas o le dispositif est utilisé dans un environnement froid, puisque l'on peut alors renoncer à des organes séparés pour chauffer l'affichage La chaleur engendrée par l'éclairage peut être suffisante pour maintenir la plaque intermédiaire à environ 45 C Ce chauffage réduit aussi les fluctuations de température qui pourraient avoir un effet néfaste sur l'affichage. Les lampes fluorescentes à cathode froide, telles que décrites ci- dessus, ont une longue durée de vie par rapport aux lampes à élec- trode chauffée La durée de vie de la lampe peut donc être semblable à celle de l'affichage LCD, de l'ordre de 15 000 à 20 000 heures. Le dispositif d'affichage décrit ci-dessus est du type dichroique, mais il faut noter que l'on pourrait employer différents autres types d'affichage à cristaux liquides, tels que des affichages nématiques, des affichages "supertwist", des affichages ferro-électriques ou des affichages TN à polymère dispersé Ces autres formes de réalisation impliquent la nécessité d'un polariseur additionnel pour polariser le rayonnement venant de l'éclairage Ce polariseur additionnel pourrait être placé entre l'éclairage 1 et l'affichage LCD 2, par exemple entre 1 ' électrode commune 20 et la couche filtrante 23 Dans une autre exé- cution, le polariseur pourrait être placé sur la surface inférieure de l'éclairage, entre la plaque inférieure 11 et le réflecteur 15 De cette manière, le polariseur va polariser la lumière réfléchie par le réflec- teur 15 de telle sorte qu'une proportion significative de la lumière sortant de la plaque intermédiaire 10 sera polarisée Toutefois, comme la lumière doit traverser le polariseur dans les deux sens, cela réduit le niveau total de rayonnement et la proportion de lumière polarisée dans celui-ci. Un dispositif d'affichage selon la présente invention est utilisable dans de nombreuses applications, notamment dans les instruments de bord des véhicules, dans les écrans de télévision plats de grande taille ou dans des applications publicitaires. Un autre dispositif d'assemblage selon l'invention est représenté à la figure 2 Il comporte un éclairage arrière 1 ' qui est identique à celui de la figure 1, sauf qu'il n'a pas de couche réfléchissante sur sa plaque inférieure 11 ' Au contraire, la plaque inférieure 11 ' constitue l'une des plaques d'un second affichage LCD 2 " qui est identique à l'affichage LCD supérieur 2 ' De cette manière, la lumière délivrée par l'unique éclairage arrière 1 ' est utilisée pour éclairer en même temps l'affichage supérieur et l'affichage inférieur Un dispositif à double face de ce type peut être utilisé dans diverses applications Par exemple, on peut l'utiliser dans un panneau d'affichage publicitaire tel que celui de la figure 3, disposé verticalement et entraîné en rotation autour d'un axe vertical par un moteur 131 Les affichages occupant les faces opposées du dispositif peuvent être agencés pour afficher les mêmes messages ou des messages différents. Dans une autre exécution, le dispositif d'affichage peut être incorporé dans un terminal d'affichage portable 40, notamment pour un ordi- nateur Des informations différentes peuvent être affichées sur les faces opposées 41 et 42 du dispositif Le terminal 40 peut comporter par exemple un capteur tel qu'un commutateur à basculement 43, sensible à un retournement du terminal, pour commander un change- ment des informations présentées De cette manière, le terminal peut être agencé de façon à imiter un livre en affichant différentes pages de chaque côté, l'information affichée changeant chaque fois que l'on retourne le terminal Le capteur peut aussi être sensible au retour- nement du terminal dans différents sens, c' est-à-dire de droite à gauche ou de gauche à droite, pour que le terminal passe à l'affichage des pages suivantes ou des pages précédentes selon le cas. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s' étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier En particulier, le dispositif d' affichage selon l'invention peut présenter d'autres caractéristiques connues, telles qu'une membrane tactile placée sur le polariseur 31 pour permettre d'entrer ou de sélectionner des données. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'affichage comportant un affichage à cristaux liquides pourvu de deux plaques de verre séparées par une matière à cristaux liquides, chacune desdites plaques de verre supportant une couche servant d'électrode, et une lampe fluorescente plate formée par deux plaques de verre séparées par une chambre à décharge à gaz, carac- térisé en ce que l'une ( 10) desdites plaques de verre de la lampe ( 1) constitue l'une des plaques de verre de l'affichage à cristaux liquides ( 2), de sorte que l'affichage à cristaux liquides est intégré à la lampe et que l'actionnement de la lampe ( 1) produit une illumination de l'affichage à cristaux liquides ( 2). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lampe fluorescente ( 1) est une lampe à cathode froide. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'affichage à cristaux liquides ( 2) est un affichage dichroïque. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lampe ( 2) comporte un ensemble de colonnettes ( 12) entre les deux plaques ( 10 et 11) de la lampe pour soutenir les plaques. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques de verre ( 10 et 11) sont en verre de soude. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une couche filtrante ( 28) composée de zones présentant différentes propriétés respectives de transmission de couleurs, en ce que la couche filtrante ( 28) est supportée par l'autre plaque de verre ( 25) de l'affichage ( 2), et en ce que lesdites zones de la couche filtrante ( 28) sont alignées individuellement avec des électrodes de l'une des couches servant d'électrode ( 21 et 26). 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'autre plaque de verre ( 11) de la lampe ( 1) porte un réflecteur ( 16) sur sa surface extérieure. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite autre plaque de verre ( 11) porte un polariseur ( 15) placé entre cette plaque ( 11) et le réflecteur ( 16). 9 Dispositif d' affichage selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce qu'il comporte un second affichage à cristaux liquides ( 2 ") comportant deux plaques de verre ( 11 ' et 25 ") séparées par une matière à cristaux liquides ( 24 "), en ce que chaque plaque de verre du second affichage à cristaux liquides supporte une couche servant d'électrode, et en ce que l'autre plaque ( 11 ') de la lampe ( 1 ') constitue l'une des plaques de verre du second affichage à cristaux liquides ( 2 "), de sorte que le second affichage à cristaux liquides est intégré à la lampe et que l'actionnement de la lampe produit une illumination des deux affichages à cristaux liquides. 10 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur ( 43) sensible à une inversion du dispositif, pour commander une modification de l'information délivrée par le dispositif d'affichage.