Brevet FR2719936A1 — publié le 19951117

DISPOSITIF DE VISUALISATION A CRISTAUX LIQUIDES, A MATRICE ACTIVE La présente invention concerne les dispositifs de visualisation à cristaux liquides, du type dit à matrice active, comprenant un écran afficheur ayant une couche mince de cristaux liquides disposée entre une contre-électrode plane et des électrodes (définissant chacune un condensateur et un élément d'image, ou pixel, avec la contre-électrode) disposées de telle sorte que chacun des pixels correspond à une ligne et une colonne, chaque électrode étant reliée à un élément de commande, tel qu'un transistor en couche mince, permettant ou bien de la porter au potentiel d'un conducteur de colonne qui est commun à tous les pixels de la colonne à laquelle elle appartient, ou bien de l'isoler et de rendre son potentiel flottant, suivant la tension appliquée à un conducteur de ligne commun à tous les éléments de commande dune même ligne. Chaque élément de commande constitue ainsi un commutateur qui, à l'état fermé, permet de porter l'électrode au potentiel du conducteur de colonne et, à l'état ouvert, isole l'électrode. Pour éviter l'accumulation de charges résiduelles, qui donneraient naissance à des images fantômes, on inverse en général la polarité de la tension appliquée aux condensateurs à intervalles réguliers, par exemple à la fréquence de rafraîchissement d'images. Ainsi la valeur moyenne , dans le temps, de la tension appliquée au condensateur de chaque pixel est nulle. I1 sera essentiellement question par la suite, pour la clarté de l'exposé, d'écrans monochromes. Mais l'invention est également applicable aux écrans d'affichage en couleur, ayant au moins trois jeux de pixels, respectivement verts, rouges et bleus. Chacun des L conducteurs de ligne et chacun des C conducteurs de colonne est relié à un circuit d'attaque ou "driver* qui détermine la tension appliquée au conducteur. Il faut donc L+C circuits d'attaque, plus généralement un pour la contre-électrode, s'il y a LxC=P pixels. Lorsque la matrice est rectangulaire, le nombre L+C est très supérieur au nombre minimum de circuits nécessaires pour commander P pixels, égal à 2FP ou à l'entier supérieur le plus proche, F correspondant au cas d'une matrice carrée. Toute augmentation du nombre de circuits d'attaque accroît le prix, la complexité et le risque de défaut du dispositif. Ces conséquences sont d'autant plus graves que l'écran a une forme plus allongée. Or la tendance est actuellement de réaliser des écrans larges, par exemple ayant 1920x480 pixels dans le cas des écrans colorés. La présente invention vise à fournir un dispositif du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique lorsque l'écran est rectangulaire, notamment en ce qu'il permet de réduire le nombre de circuits d'attaque. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif dans lequel - chaque conducteur de colonne est commun à un même nombre entier a, supérieur à 1, de colonnes adjacentes et comporte un seul circuit d'attaque prévu pour appliquer successivement a tensions de commande au cours d'un cycle d'écriture d'une même ligne de pixels, et - a conducteurs de ligne sont affectés à chaque ligne de pixels, chacun étant relié à L/a éléments de commande répartis au pas des conducteurs et les circuits d'attaque de chacun des a conducteurs d'une même ligne sont prévus pour fermer les éléments commutateurs correspondants pendant l'intervalle des temps où les conducteurs de colonne sont portés à la tension qui est à appliquer aux L/a éléments commutateurs affectés aux conducteurs de ligne respectifs. En général, on adoptera a=2 pour les écrans habituels. Dans le cas envisagé plus haut d'un écran à 480x1920 pixels, on réduit ainsi le nombre de circuits de commande à 1920, c'est-à-dire que l'on a un gain de 20% sur le nombre total de circuits de commande. On inscrit alors un point sur deux horizontalement sur chaque ligne, puis les points résiduels de la même ligne. En général, l'avantage apporté par l'invention ne se réduit pas à la réduction du nombre total de circuits de commande. En effet, les circuits de commande de colonne sont plus coûteux que ceux affectés aux lignes, car ils doivent être beaucoup plus rapides que les circuits de commande de ligne, qui n'ont à réaliser que des commutations. Le gain de prix est donc largement supérieur à 20% dans le cas envisagé plus haut, puisque le nombre des circuits de commande de colonne est réduit de moitié. Les éléments de commande peuvent être autres que des transistors. On peut par exemple utiliser des diodes métalisolant-métal, dites diodes MIM, commandées par polarisation, ou des diodes en couche mince à réinitialisation, dites diodes TFDR. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe, montrant la constitution actuelle d'un fragment d'un écran monochrome à cristaux liquides - la figure 2, similaire à la figure 1, est un schéma de principe d'un dispositif conforme à l'Invention, suivant un mode particulier de réalisation de cette dernière - la figure 3 est un chronogramme montrant l'allure des signaux qui apparaît à divers emplacements du dispositif de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue en plan d'un fragment de l'écran d'un dispositif suivant l'invention, montrant un aspect possible des masques utilisés pour un écran trichro me, utilisant une disposition en ligne des trois pixels de couleurs différentes constituant un pixel coloré ou macropixel. L'écran de visualisation dont un fragment est montré schématiquement en figure 1 a une constitution classique. Il comporte une couche mince de cristaux liquides placée entre deux lames transparentes. Dans le cas d'un écran travaillant en transmission de lumière, l'ensemble ainsi constitué est monté entre un polariseur et un analyseur. L'une des lames porte une contre-électrode. On supposera tout d'abord que l'écran comporte une contre-électrode unique, portée à une tension Vice. Cette contre-électrode constitue l'une des armatures 20 des condensateurs formant chacun un élément d'image ou pixel. L'autre lame transparente porte des électrodes de commande 22 définissant chacune un pixel et constituant un condensateur avec la contre-électrode 20. Ces électrodes peuvent être constituées par des dépôts conducteurs transparents. On supposera par la suite qu'il y a LxC pixels, répartis en L lignes L1, L2, L3 ..., et C colonnes, C1, C2, . La figure 1 montre un mode de commande classique. Chaque pixel est commandé par un transistor à effet de champ en couche mince (habituellement désigné par l'abréviation TFT). Tous les transistors Tll, T12, T,3, d'une même ligne L1 sont rendus simultanément conducteurs en portant le conducteur de ligne L1 correspondant à un potentiel déterminé (par exemple +15 Volts) alors que les conducteurs de ligne de toutes les autres lignes sont portés à un potentiel de blocage des transistors (par exemple -5 Volts). Les transistors passants communiquent la tension V. du conducteur de colonne correspondant à l'électrode 22 associée. L'information constituée par la tension Vc appliquée est ensuite conservée pendant la durée d'une image, la constante de temps de décharge du condensateur étant choisie suffisamment longue à cet effet. Classiquement, la commande des conducteurs de colonne est effectuée à partir d'un registre à décalage 24 constituant mémoire de ligne, dans lequel l'avance est provoquée par un signal d'horloge provenant d'une base de temps 26. L'entrée de données 28 du registre à décalage reçoit le signal par l'intermédiaire d'un échantillonneur 30 également commandé par la base de temps 26. Une fois l'ensemble de l'informa- tion correspondant à une ligne reçue, elle est transférée dans une mémoire tampon 32. Le contenu de toutes les cellules de cette mémoire est simultanément appliqué aux conducteurs de colonne C1, C2, ... par des circuits datta- que 34,, 34,, ..., à réception d'une commande provenant de la base de temps 26. La ligne qui doit recevoir l'information est sélectionnée par adressage à l'aide des circuits d'attaque des conducteurs de ligne 36. Dans le mode particulier de réalisation de l'invention illustré en figure 2, où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, chaque circuit d'attaque de colonne, ou "driver" est affecté à deux colonnes adjacentes. Par exemple la sortie du circuit d'attaque 3412 est reliée aux conducteurs de colonnes C1 et C2. L'entrée de ce circuit de commande 3412 est reliée au tampon 32 par l'intermédiaire d'un multiplexeur ou commutateur 38 permettant de transmettre à sa sortie le contenu de l'une ou l'autre de deux cellules adjacentes de la mémoire tampon 32. Pour un même nombre L de lignes, le nombre de conducteurs de lignes est doublé par rapport à la disposition montrée en figure 1. Tous les transistors impairs Tll, T13, ... de la ligne L1 par exemple sont commandés par un conducteur de lignes L'1 tandis que tous les transistors pairs T12, T,4, etc sont commandés par un autre conducteur de lignes L"1. Ainsi le nombre total de circuits de commande de lignes est égal à 2L, tandis que le nombre de circuits de commande de colonnes n'est plus que de C/2. Le mode de commande de la contre-électrode reste inchangé. Le chronogramme de la figure 3 montre les durées d'ouverture des commutateurs des lignes successives L'1, L"1, L'2, L"2, etc et les durées correspondantes d'application du signal vidéo sur les conducteurs de colonnes C1, C2, .... On voit que le signal vidéo n'est appliqué sur un conducteur de colonne que pendant une durée T/2 moitié de la durée d'application T dans le cas du dispositif de la figure 1. Les caractéristiques des transistors à effet de champ, constitués par des transistors en couche mince, et des condensateurs sont prévues de façon que la tension aux bornes du condensateurs soit sensiblement égale à la tension de colonne appliquée au bout du temps T/2. La répartition physique des conducteurs et des électrodes peut être celle donnée schématiquement en figure 4 dans le cas d'un écran trichrome. Les plages indiquées en gris et portant les références R, V et B désignent les électrodes définissant les pixels rouges, verts et bleus. Chaque électrode est prolongée par une excroissance qui constitue le drain d'un transistor en couche mince respectif. Un même conducteur de colonne, C34 par exemple, attaque les sources des transistors à effet de champ appartenant à deux colonnes adjacentes affectées toutes deux à des pixels rouges. Le conducteur de colonne suivant C56 est lui aussi affecté à deux colonnes, mais cette fois de pixels bleus. Du fait du caractère trichrome, on est conduit, pour affecter un conducteur de colonne à une seule couleur, de le placer entre deux pixels affectés aux deux autres couleurs. Les sources sont attaquées par des branches latérales alternées des conducteurs de colonne. Une piste formant un conducteur de ligne donné constitue les grilles d'un transistor sur deux de chaque ligne. Par exemple le conducteur de ligne L'2 constitue la grille du transistor à effet de champ d'un pixel sur deux de la ligne 2 de la matrice. Le conducteur de lignes L"2 constitue la grille des autres transistors à effet de champ, correspondant aux autres pixels de la ligne 2. L'encombrement supplémentaire dans le sens vertical constitué par le doublement du nombre de conducteurs de lignes est sans inconvénient pratique : en règle générale, chaque pixel est séparé de son voisin par une bande opaque pour tenir compte des tolérances de fabrication et éviter des interférences entre pixels voisins. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier la disposition des pixels colorés peut être différente, par exemple en triades. Il est possible d'utiliser une contre-électrode fractionnée, suivant la disposition décrite dans la demande de brevet français nO 92 08159. Il est également possible d'affecter aux pixels des surfaces différentes, comme cela est décrit dans la demande de brevet FR NO 93 04196. Dans le cas d'un écran allongé dans le sens vertical, la disposition décrite ci-dessus peut être inversée, de façon à réduire le nombre de circuit de commande de lignes en augmentant corrélativement le nombre de circuit de commande de colonne. Comme au surplus les circuits de commande euxmêmes restent inchangés, sauf en ce qui concerne la durée d'application du signal vidéo, il est possible de ne mettre en oeuvre l'invention que sur une partie de l'écran, lorsque le nombre de lignes et/ou de colonnes n'est pas divisible par le rapport a choisi. I1 doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes, ainsi plus généralement qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. REVENDTCATIONS 1. Dispositif de visualisation à écran à cristaux liquides, à matrice active, comprenant une couche mince de cristaux liquides disposés entre une contre-électrode plane (20) et des électrodes (22), chacune constituant un condensateur et définissant un pixel avec la contre-électrode, disposées de telle sorte que chacun des pixels correspond à une ligne et une colonne, chaque électrode étant reliée à un élément de commande, tel qu'un transistor en couche mince (T,l, T12,...), permettant ou bien de la porter au potentiel d'un conducteur de colonne qui est commun à tous les pixels de la colonne à laquelle elle appartient, ou bien de l'isoler et de rendre son potentiel flottant, suivant la tension appliquée à un conducteur de ligne commun à tous les éléments de commande d'une même ligne, caractérisé en ce que chaque conducteur de colonne est commun à un même nombre entier a, supérieur à 1, de colonnes adjacentes et comporte un circuit d'attaque (3412, 3434,...) prévu pour appliquer successivement a tensions de commande au cours d'un cycle d'écriture d'une même ligne de pixels, a conducteurs de ligne (L'1-L"1, L'2-L"2, ...) sont affectés à chaque ligne de pixels, chacun desdits conducteurs de ligne étant relié à L/a éléments de commande répartis au pas a, et les circuits d'attaque de chacun des a conducteurs d'une même ligne sont prévus pour fermer les éléments commutateurs correspondants pendant l'intervalle de temps où les conducteurs de colonne sont portés à la tension qui est à appliquer aux L/a éléments commutateurs affectés aux conducteurs de ligne respectifs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande de chaque conducteur de colonne est relié par un multiplexeur de commutation (38) à a cellules successives d'une mémoire tampon (32) chargée en parallèle par un registre à décalage (24) recevant des échantillons d'un signal vidéo d'entrée. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs de colonne attaquent les sources de transistors à effet de champ à couche mince dont le drain est constitué par une excroissance des électrodes, les conducteurs de ligne constituant les grilles des transistors. 4. Dispositif d'affichage trichrome selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conducteurs de colonne, affectés chacun à une couleur, sont disposés chacun entre deux colonnes d'électrodes affectées aux deux autres couleurs. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément de commande est une diode métalisolant-métal ou une diode en couche mince à ré-initialisation.