Brevet FR2712108A3 — publié le 19950512

FR 2712108 A3 19950512 FR 9407532 A 19940620 L'invention a trait au domaine des dispositifs d'affichage électronique et notamment des dispositifs d'affichage qui utilisent une matrice de dispositifs éclairants, qui sont actionnés individuellement pour produire des caractères alphanumériques éclairés et des symboles graphiques éclairés. Des dispositifs d'affichage électronique, qui utilisent une matrice de dispositifs éclairants, sont bien connus dans la technique. Les dispositifs d'affichage de ce type, tels que ceux décrits dans les brevets US N 4 603 495 et 5 043 716, comprennent une pluralité de diodes photoémissives (LED), qui sont montées sur une plaquette à circuits imprimés, sous la forme d'un réseau bidimensionnel. Le circuit électronique raccordé à la plaquette à circuits imprimés excite de façon sélective les diodes LED pour afficher une variété de caractères et symboles éclairés. Pour réduire le coût et simplifier la fabrication, il est usuel de fixer les pastilles ou tranches semiconductrices des diodes LED directement sur la plaquette à circuits imprimés et de disposer un réflecteur profilé au-dessus des tranches formant diodes LED. Pour protéger les tranches formant diodes LED, on recouvre le réflecteur par un matériau en forme de feuille transparente, ou bien on place un composé transparent d'empotage par-dessus les tranches. Dans les deux cas, la surface avant de ces réseaux d'affichage est plane. Dans d'autres dispositifs d'affichage de ce type, comme par exemple ceux décrits dans les brevets mentionnés précédemment, on place une lentille convexe au-dessus de chaque tranche formant diodes LED. Bien que des dispositifs d'affichage électronique de ce type soient très satisfaisants pour de nombreuses applications, leur utilisation dans des magasins de vente au détail a été limitée. Dans un tel environnement, la lumière ambiante est très intense et la lumière émise par des dispositifs d'affichage électronique n'est pas suffisante pour être vue clairement ou attirer l'attention par elle-même. Pour améliorer la visibilité, une matrice noire est souvent imprimée sur le matériau en forme de feuille transparente, sur des zones situées entre les tranches formant diodes LED. Une telle matrice noire augmente le contraste entre les zones photoémissives et les zones non photoémissives sur le matériau en forme de feuille transparente, qui constitue la surface extérieure du dispositif d'affichage. Ce type de matrice améliore la capacité de lecture du message affiché. Cependant, l'opération d'impression est une autre étape dans la fabrication du dispositif et requiert un alignement précis de la configuration imprimée avec les zones du matériau en forme de feuille transparente, à travers lesquelles la lumière est émise dans le dispositif d'affichage assemblé. On peut également souhaiter créer des dispositifs d'affichage polychrome, dans lesquels deux ou un plus grand nombre de diodes LED, qui émettent des lumières colorées différentes, sont placées au niveau de différentes cellules d'éclairement du réseau bidimensionnel. En activant de façon sélective l'une des diodes LED, -l-a lumière émise par cette cellule possèdera la couleur associée. En outre, les deux diodes LED peuvent être activées simultanément pour l'émission d'une lumière, qui est un mélange des couleurs des deux diodes LED. Cependant, étant donné que les deux diodes LED de la cellule ne peuvent pas être situées au niveau du foyer du réflecteur et de la lentille, l'angle d'observation diffère pour chaque diode LED et on n'obtient pas un mélange uniforme des couleurs. Conformément à l'invention, un dispositif d'affichage électronique comprend une plaquette à circuits imprimés possédant une pluralité des dispositifs photoémis sifs montrés sur la face avant de cette plaquette selon un réseau défini. Une matrice de réflecteurs est disposée pardessus la plaquette à circuits imprimés et possède une pluralité d'ouvertures qui la traversent et sont alignées, dans le réseau, avec les dispositifs photoémissifs. Chaque ouverture forme un tube formant guide de lumière servant à diriger la lumière produite par l'un des dispositifs photoémissifs en direction de la face avant du dispositif d'affichage. Une matrice de lentilles est disposée devant la face avant de la matrice de réflecteurs et comprend une pluralité de lentilles qui sont alignées avec les tubes formant guides de lumière, une lentille étant disposée devant chaque tube formant guide de lumière. De préférence, chacune des lentilles possède une surface avant convexe possédant une structure grossière afin de diffuser la lumière émanant d'un dispositif photoémissif. Un panneau est placé par-dessus la matrice de lentilles et comprend une pluralité d'ouvertures, qui sont alignées avec les lentilles du réseau de manière à former des ouvertures dans lesquelles passe la lumière émise par le dispositif d'affichage. Le panneau comporte également un écran de protection contre la lumière, qui fait saillie à partir d'une face avant de manière à empêcher la lumière ambiante de pénétrer dans les ouvertures. Un but général de la présente invention est de fournir un dispositif d'affichage électronique qui possède une luminosité et une visibilité améliorées. Ceci est obtenu en partie en empêchant la lumière ambiante d'occulter la lumière délivrée par le dispositif d'affichage. Un autre moyen d'atteindre cet objectif consiste à appliquer un revêtement réfléchissant aux surfaces des tubes formant guides de lumière, qui sont formés dans la matrice de réflecteurs. Un autre but est de fournir un mécanisme qui diffuse la lumière émise par les dispositifs photoémissifs afin d'accroître l'angle d'observation du dispositif d'affichage. Ce mécanisme contribue également à réaliser le mélange de couleurs de lumières produites par une pluralité de dispositifs photoémissifs, au niveau d'une extrémité d'entrée du tube formant guide de lumière. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une vue isométrique d'un dispositif d'affichage électronique qui met en oeuvre la présente invention; - la figure 2 est une vue isométrique éclatée d'une matrice d'affichage, qui fait partie du dispositif d'affichage électronique de la figure 1; et - la figure 3 représente une coupe transversale de l'une des cellules d'éclairement situées dans la matrice d'affichage de la figure 2. En se référant initialement à la figure 1, un dispositif d'affichage électronique 1 est logé dans un boîtier 2 possédant une ouverture rectangulaire ménagée dans sa paroi avant 3 et dans laquelle est placé un ensemble d'affichage 4. Comme cela sera décrit plus loin de façon plus détaillée, l'ensemble d'affichage 4 comprend une pluralité de dispositifs éclairants 5 qui sont disposés côte-à-côte suivant des lignes et des colonnes. Un circuit électronique (non représenté sur les dessins) est monté dans le boîtier 2 et est programmé de manière à actionner séparément chaque dispositif éclairant 5 de sorte qu un message ou une image est produit collectivement dans l'ouverture rectangulaire. Le dispositif d'éclairement préféré 5 utilisable dans cette application est une diode photoémissive (LED). Une diode LED peut être commandée directement par un circuit logique TTL, ce qui a pour effet qu'une telle diode est un dispositif relativement bon marché à faire fonctionner et ne contient aucun filament, ce qui fait qu'il s'agit d'une source de lumière relativement fiable. Cependant, les diodes LED produisent une quantité de lumière limitée et, lorsque le dispositif d'affichage électronique 1 est utilisé en des endroits où le niveau de la lumière ambiante est élevé, la lumière doit être délivrée d'une manière efficace à l'observateur si l'on veut voir clairement le message ou l'image. L'ensemble d'affichage 4 est formé au moyen de la mise en place d'un certain nombre de modules d'affichage côte-à-côte suivant un réseau horizontal. D'autres ensembles d'affichage peuvent être formés par un réseau vertical de tels modules ou bien par un réseau bidimensionnel de modules. En référence aux figures 2 et 3, chaque module d'affichage 10 comprend quatre éléments de base : une plaquette à circuits imprimés 12, une matrice de réflecteurs 14, une matrice de lentilles 16 et un panneau avant 18, qui sont appliqués les uns contre les autres dans le module assemblé. La plaquette à circuits imprimés 12 comprend une pluralité de tranches formant diodes LED 20 disposées selon un réseau bidimensionnel de lignes et de colonnes sur la plaquette à circuits imprimés. Le module peut être conçu pour des affichages monochromatiques ou des affichages polychromes. Pour un affichage monochromatique, une seule tranche formant diode LED est disposée au niveau de chaque cellule d'éclairement du réseau bidimensionnel, alors que pour un affichage polychrome, deux ou plusieurs tranches formant diodes LED 20 sont disposées dans chaque cellule. Par exemple, la figure 3 représente une cellule d'éclairement du module d'affichage 10, qui comporte deux tranches formant diodes LED 21 et 22. Les tranches formant diodes LED 21 et 22 sont fixées resstivement par un coinpasant époxy à 1' ar- gent à des plots conducteurs 25 et 26 plaqués d'or, situés sur la face avant 24 de la plaquette à circuits imprimés 12. Une fois que la résine époxy à l'argent a durci, on fixe par ultrasons un fil 28 ou 29 par une extrémité à la tranche formant diode LED 21 ou 22 et, par une autre extrémité, à un plot électrique conducteur 31 ou 32. On recouvre alors les tranches formant diodes LED 21 et 22 par une cloche 34 formée d'un polymère à base d'uréthane, tel que le "Hysol PC 18", qui protège les tranches formant diodes LED et les fils 28 et 29 pendant le reste des traitements de fabrication. On recouvre alors les parties à nu de la face avant 24 de la plaquette à circuits imprimés 12 et notamment les plots conducteurs 31 et 32, avec une couche 36 d'un matériau électriquement isolant, comme par exemple de l'encre Taiyo S-222(NA401), pour former un masque non conducteur autour de chacune des cloches 34. La matrice de réflecteurs 14 est disposée au voisinage de la face avant 24 de la plaquette à circuits imprimés 12 et, de façon idéale, en est séparée par une faible distance. Des ouvertures profilées traversent la matrice de réflecteurs 14 et sont alignées avec la matrice de tranches formant diodes LED 20 pour former des tubes formant guides de lumière 40. Comme cela est représenté de façon détaillée sur la figure 3, chaque tube formant guide de lumière 40 est une ouverture concave qui est ouverte à l'opposé des tranches formant diodes LED 21 et 22, l'extrémité ouverte plus petite 42 étant adjacente à la plaquette à circuits imprimés 12, tandis que l'extrémité ouverte plus large 44 est distante de la plaquette à circuits imprimés. La matrice de réflecteurs 14 est formée par moulage d'un matériau polymérique, sur lequel on applique alors un placage de chrome de sorte que chaque tube formant guide de lumière 40 est un réflecteur produisant une réflexion uniforme qui dirige la lumière produite par les tranches formant diodes 21 et 22 qui lui sont associées, en direction d'un observateur. Étant donné que le chromage rend la surface extérieure de la matrice de réflecteurs 14 électriquement conductrice, le masque formé par la couche isolante 36 empêche l'apparition de courts-circuits électriques dans le cas où la matrice de réflecteurs 14 vient en contact avec la plaquette à circuits imprimés. La matrice de lentilles 16 est appliquée contre la surface 45 de la matrice de réflecteurs 14 qui est distante de la plaquette à circuits imprimés 12. La matrice de lentilles 16 est formée par un moulage d'un matériau polymérique acrylique transparent et comprend des lentilles convexes séparées 46, qui sont alignées avec la matrice de tubes formant guides de lumière 40. Une surface arrière convexe unie 48 de chaque lentille 46 pénètre dans la grande ouverture 44 du tube formant guide de lumière associé 40. Un intervalle d'air existe entre la surface arrière convexe 48 et le dôme protecteur 34 situé audessous des tranches formant diodes LED 21 et 22. Dans des ensembles d'affichage antérieurs, la région de l'intervalle d'air était remplie par une résine époxy transparente, ce qui nécessitait la mise en oeuvre d'une autre étape de fabrication et une application soigneuse de la résine époxy afin de ne pas remplir insuffisamment ou exagérément chaque tube formant guide de lumière avec la résine époxy. Une partie saillante cylindrique de chaque lentille 46 s'étend à partir de la face avant de la matrice de lentilles 16 et se termine au niveau d'une surface avant convexe 50 formant la partie avant de la lentille. La surface convexe avant 50 possède une texture grossière, qui diffuse la lumière qui traverse la lentille à partir des deux tranches formant diodes LED 21 et 22. Par exemple, la surface avant convexe 50 de la lentille 46 peut posséder une texture grossière superficielle de la classe SPI D-3 ou une texture plus grossière. Le panneau 18 est disposé sur la surface avant de la matrice de lentilles 16 et comporte quatre parois latérales 54 qui renferment la structure combinée formée de la matrice de lentilles 16, de la matrice de réflecteurs 14 et de la plaquette à circuits imprimés 12, cette dernière formant la surface arrière de l'ensemble. Deux parois latérales adjacentes possèdent chacune un couple de languettes 55 qui font saillie à partir de ces parois, et les deux parois latérales adjacentes opposées 54 possèdent des fentes 53. Lorsque plusieurs modules 10 sont disposés côteà-côte de manière à former un dispositif d'affichage électronique 1, les languettes 55 d'un module pénètrent dans les fentes 53 du module en aboutement. Ceci provoque le verrouillage des modules adjacents 10 selon une disposition alignée. Le panneau 18 possède une pluralité d'ouvertures qui s'étendent sur sa surface extérieure principale 56 selon un réseau bidimensionnel, dans lequel les ouvertures sont alignées avec les lentilles 46 et les tubes formant guides de lumière 40. Les ouvertures fournissent des passages a travers lesquels la lumière produite par les tranches formant diode T.T. 20 est émise par le module d'affichage 10. Le panneau 18 est formé d'une matière plastique opaque, qui est de préférence noire de manière à établir un contraste visuel élevé par rapport à la lentille 46, qui pénètre dans les ouvertures 58 du panneau. L'utilisation d'un panneau opaque sombre 18 sur l'avant de la matrice de lentilles 16 supprime la nécessité d'imprimer un réseau opaque sombre sur la surface avant du réseau de lentilles. Un capot courbe incurvé séparé 60 est disposé audessus et s'étend partiellement autour de chacune des ouvertures 58 situées dans le panneau 18. Les capots 60 forment un écran de protection contre la lumière qui est située sur la surface avant 56 du panneau 18 et empêche de façon conséquente une pénétration de la lumière ambiante dans les ouvertures. De façon spécifique, lorsque le module 10 est utilisé en tant que partie d'un dispositif d'affichage, on l'oriente de manière que les capots 60 soient situés au-dessus des ouvertures 58 qui leur sont associées. Avec cette orientation, les capots protègent les ouvertures vis-à-vis de la lumière ambiante, qui provient de façon typique du dessus du dispositif d'affichage. Cette protection améliore le niveau de luminosité perçu pour la lumière émise par chaque cellule d'éclairement, ce qui intensifie l'impact visuel et la perceptibilité du dispositif d'affichage. En se référant à nouveau aux figures 2 et 3, on voit que la structure résultante garantit qu'une lumière, qui est produite par les tranches formant diodes LED 21 et 22 lorsqu'une énergie électrique est appliquée aux plots conducteurs 25, 26, 31 et 31, est délivrée efficacement à un observateur. En outre, la surface réfléchissante concave des tubes formant guides de lumière 40 a pour effet de diriger la lumière émise en direction de l'extérieur à travers la face avant du module et d'intensifier une telle lumière projetée vers l'extérieur. La surface avant 50 de texture grossière de chaque lentille 46 diffuse la lumière et augmente l'angle d'observation pour chaque cellule du module d'affichage. -- Il apparaîtra aux spécialistes de la technique que l'on peut apporter un certain nombre de modifications à la forme de réalisation préférée de 1 invention, sans sortir du cadre de cette dernière. Par exemple, on peut modifier la disposition et la forme des tubes formant guides de lumière 40 et la matrice de lentilles appariée 16 pour obtenir d'autres effets visuels. Les tubes formant guides de lumière peuvent être rectangulaires et l'image résultante peut être un affichage familier à sept segments à la place de l'affichage à matrice de points décrit ici. Dans un tel cas, chaque lentille 46 possède une forme cylindrique sur toute son étendue en longueur plutôt qu'une forme sphérique en forme de dôme selon la réalisation préférée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage électronique, caractérisé en ce qu'il comprend une plaquette à circuits imprimés (12) possédant une pluralité de dispositifs photoémissifs (20) montés sur sa face avant et disposés suivant un réseau; une matrice de réflecteurs (14) disposée pardessus ladite plaquette à circuits imprimés (12) et possédant une pluralité d'ouvertures traversant cette plaquette et qui sont alignées avec les dispositifs photoémissifs (20) du réseau de manière à former des tubes formant guides de lumière (40) qui s'étendent en avant de chaque dispositif photoémissif; une matrice de lentilles (16) disposée sur une surface avant de ladite matrice de réflecteurs (14) et possédant une pluralité de lentilles (46), qui sont alignées avec les tubes formant guides de lumière, de telle sorte qu'une lentille (46) est disposée au-dessus de chaque tube formant guide de lumière; et un panneau (18) disposé au-dessus de ladite matrice de lentilles (16) et possédant une pluralité d'ouvertures (58) qui sont alignées avec les lentilles du réseau de manière à former des ouvertures par lesquelles la lumière est émise à partir du dispositif d'affichage (4), et possédant un écran de protection contre la lumière (60), qui fait saillie à partir d'une surface avant (56) dudit panneau pour empêcher la lumière ambiante de pénétrer dans les ouvertures (58). 2. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube formant guide de lumière (40) est formé, dans ladite matrice de réflecteurs (14), sous la forme d'une ouverture concave qui s'élargit à partir du dispositif photoémissif (20), avec une extrémité ouverte plus petite située au voisinage de la plaquette à circuits imprimés, et une extrémité ouverte plus large (44) située à distance de ladite plaquette à circuits imprimés (12). 3. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des surfaces de ladite matrice de réflecteurs (14), qui forment les tubes formant guides de lumière (40), sont recouverts d'une couche d'un matériau réfléchissant. 4. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de ladite matrice de réflecteurs (14) sont chromées, et qu'une couche formée d'un matériau électriquement isolant est disposée au-dessus des configurations conductrices situées sur la surface avant (24) de ladite plaquette à circuits imprimés (12). 5. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran de protection contre la lumière (60) dudit panneau comprend un élément situé entre deux ouvertures adjacentes dudit panneau. 6. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran de protection contre la lumière (60), que comporte ledit panneau, comprend au niveau de sa surface avant une pluralité de capots incurvés, dont chacun s'étend au moins em partie autour de l'une des ouvertures (58). 7. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des lentilles (46) possède des surfaces avant et arrière convexes (50,48), la surface arrière convexe (48) pénétrant dans un tube formant guide de lumière (40) associé. 8. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des lentilles (46) possède une surface avant convexe (50) possédant une texture grossière et qui diffuse la lumière délivrée par un dispositif photoémissif (20). 9. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des lentilles (46) possède une surface avant convexe (50) possédant une texture grossière de la classe SPI D-3 ou plus grossière de manière à diffuser la lumière délivrée par un dispositif photoémissif (20). 10. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit panneau (18) est formé par un matériau opaque noir, qui crée un contraste visuel pour la lumière émise par les tubes formant guides de lumière (40). 11. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un couple de dispositifs photoémissifs (20) sont positionnés sur ladite plaquette à circuits imprimés (12) de manière à émettre une lumière dans chaque tube formant guide de lumière (40), chaque dispositif du couple de dispositifs photoémissifs produisant une lumière d'une couleur différente, et que la surface avant convexe (50) de chaque lentille (46) possède une structure grossière qui diffuse la lumière traversant ladite matrice de lentilles et mélange différentes couleurs de lumière. 12. Dispositif d'affichage électronique, caractérisé en ce qu'il comporte une plaquette à circuits imprimés (12) possédant une pluralité de dispositifs photoémissifs (20) montés sur sa face avant (24) et disposés suivant un réseau; une matrice de réflecteurs (14) disposée pardessus ladite plaquette à circuits imprimés (12) et possédant une pluralité d'ouvertures traversant cette plaquette et qui sont alignées avec les dispositifs photoémissifs du réseau de manière à former des tubes formant guides de lumière (40) qui s'étend en avant de chaque dispositif photoémissif (20); une matrice de lentilles (16) disposée sur une surface avant de ladite matrice de réflecteurs (14) et pos sédant une pluralité de lentilles (46), qui sont alignées avec les tubes formant guides de lumière (40) dans le réseau, pour fournir une lentille disposée au-dessus de l'extrémité distante de chaque tube formant guide de lumière (40), chacune des lentilles possédant des surfaces avant et arrière convexes (50,48), la surface arrière convexe (48) pénétrant dans un tube formant guide de lumière (40) associé, tandis que la surface avant convexe (50) de chaque lentille possède une structure grossière qui diffuse la lumière traversant ladite matrice de lentilles et un panneau (18) disposé sur une surface avant de ladite matrice de lentilles (14) et possédant une pluralité d'ouvertures qui sont alignées avec les tubes formant guides de lumière (40) du réseau de manière à former des ouvertures par lesquelles la lumière est émise à partir du dispositif d'affichage (4). 13. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque tube formant guide de lumière (40) est réalisé, dans ladite matrice de réflecteurs (14), sous la forme d'une ouverture concave qui s'élargit à partir du dispositif photoémissif (20), avec une extrémité ouverte plus petite située au voisinage de la plaquette à circuits imprimés (12) et une extrémité ouverte plus large (44) située à distance de ladite plaquette à circuits imprimés. 14. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que des surfaces de ladite matrice de réflecteurs (14), qui forment les tubes formant guides de lumière (40), sont recouvertes par une couche d'un matériau réfléchissant. 15. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que les surfaces de ladite matrice de réflecteurs (14) sont chromées, et une couche d'un matériau électriquement isolant est placée sur des configurations conductrices situées sur ladite pla quette à circuits imprimés (12). 16. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit panneau (18) comporte, au niveau de sa surface avant (56), une pluralité de capots (60) dont chacun s'étend au moins partiellement autour de l'une des ouvertures (58). 17. Dispositif d'affichage électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface avant convexe (50) de chaque lentille (46) possède une texture de la classe SPI D-3 ou une texture plus grossière.