Brevet FR2746948A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher une image tridimensionnelle, et de manière plus particulière, un dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher une image tridimensionnelle avec lequel une image tridimensionnelle peut être vue sans utiliser de verres spéciaux polarisés ni de verres formant obtura- teur. De manière générale, un dispositif d'affichage d'image tridimensionnelle avec lequel une image tridimen- sionnelle peut être vue sans utiliser de verres spéciaux polarisés ni de verres formant obturateur est un disposi- tif dans lequel les images optiques sont divisées en par- ties gauche et droite en utilisant un système optique spécial tel qu'un objectif lenticulaire. La structure d'un tel dispositif d'affichage d'image tridimensionnelle est décrite comme suit en référence à la figure 1. Le dispositif général d'affichage d'image tri- dimensionnelle de la figure 1 comporte une caméra droite 10 et une caméra gauche 20, un multiplexeur 30 de signaux d'image, une source 40 de signaux d'image tridimension- nelle, un démultiplexeur 50 de signaux d'image et un pan- neau 60 d'affichage d'image. Ici, les caméras gauche et droite 10 et 20 for- mant respectivement des signaux d'image gauche et d'image droite de sorte que la forme d'un objet peut être obser- vée en trois dimensions. Le multiplexeur 30 forme un si- gnal d'image tridimensionnelle par couplage des signaux d'image droite et d'image gauche produits dans la caméra droite 10 et la caméra gauche 20, respectivement. La source 40 de signaux d'image tridimensionnelle fournit un signal d'image tridimensionnelle séparé tel qu'un signal d'image tridimensionnelle produit par un programme de lo- giciel ou un dispositif ayant le signal d'image tridimen- sionnelle mémorisé sur un support d'enregistrement, au- quel on accède de manière sélective lorsque les circons- tances l'exigent par l'intermédiaire d'un commutateur SW. Le démultiplexeur 50 de signaux d'image sépare et traite le signal d'image tridimensionnelle de sorte que le si- gnal d'image tridimensionnelle fourni par le multiplexeur de signaux d'image 30 ou la source 40 de signaux d'image tridimensionnelle peut être affiché sur le panneau d'af- fichage d'image 60. Le panneau d'affichage d'image 60 comporte un panneau d'affichage d'image 1 ayant un écran 2 tel qu'un tube à rayons cathodiques, un affichage à cristaux liquides, un panneau d'affichage au plasma et un affichage par électroluminescence, qui affiche de manière indépendante chaque pixel et un système optique 3 pour diviser les images gauche et droite pour former séparé- ment l'image tridimensionnelle prise par les deux caméras et 20. Ici, le système optique 3 agencé à l'avant de l'écran 2 focalise les signaux d'image gauche et d'image droite G et D dans les yeux gauche et droit 4b et 4a de chaque observateur par un groupe de micro-lentilles agen- cées en parallèle ayant une dimension appropriée à la di- mension des pixels. Un objectif lenticulaire, une len- tille prismatique, un diffuseur de lumière, et une mi- cro-lentille cylindrique sont utilisés en tant que sys- téme optique 3. Dans le dispositif ci-dessus d'affichage d'image tridimensionnelle, les signaux d'image gauche et d'image droite correspondent aux yeux gauche et droit et l'écran 2 du panneau d'affichage d'image 1 est formé de pixels rouges, verts et bleus agencés uniformément pour former les pixels respectifs. Les pixels peuvent être agencés pour former divers motifs, cependant, dans prati- quement tous les panneaux d'affichage d'image, les trois pixels sont agencés de manière alternée dans la direction horizontale ou verticale (non-représenté), ou comme re- présenté sur la figure 3, trois pixels séparés 21, 22 et 23 correspondant au rouge, au vert et au bleu sont agen- cés de manière alternée sous forme d'une ligne horizon- tale et des pixels séparés de la même couleur sont agen- cés en tant que ligne verticale. Un tel agencement de pixels colorés selon la figure 3 est principalement ap- pliqué dans un dispositif d'affichage à cristaux liqui- des. La figure 5 représente l'agencement de pixels et d'électrodes d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces ou TFT LCD. Sur la figure 5, les références numériques 31, 32, 33, 34, 35 et 36 indiquent respectivement un film conducteur trans- parent, une grille et un condensateur de stockage, une ligne active, une ligne de source (de données), un trou de contact et un transistor en couches minces ou TFT. L'agencement des pixels et des électrodes dans un tel TFT LCD est décrit en référence à la figure 6. Sur la figure 6, m lignes de grille (électrodes de balayage; gl, g2, *..--, gm) correspondant aux trois pixels séparés de rouge, vert et bleu sont agencées horizontalement et n lignes de source (électrodes de données; dlRd, dlVd, dlBd, d2Rg, d2Vg, d2Bg,..., dnRg, dcVg, dnBg) correspon- dant aux pixels séparés d'une même couleur sont agencées verticalement. Dans le dispositif d'affichage à cristaux li- quides à transistors en couches minces ayant l'agencement de pixels colorés représenté sur la figure 5, la couleur peut être mélangée ou une variation de celle-ci peut être produite puisque les lentilles unitaires du système opti- que spécial pour créer une différence temporelle sont formées verticalement et agencées horizontalement comme représenté sur la figure 1 et qu'un phénomène de rupture de couleur 21', 22' et 23' dans lequel les couleurs res- pectives constituées de rouge, vert et bleu 21, 22 et 23 sont vues séparément selon le point de vision d'un obser- vateur comme représenté sur la figure 4. Par conséquent, un panneau d'affichage d'image ayant l'agencement de pixels colorés représenté sur la figure 3 ne peut pas être utilisé dans le dispositif d'affichage d'image tri- dimensionnelle utilisant un système optique spécial tel que l'objectif lenticulaire. C'est un but de la présente invention de four- nir un dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher une image tridimensionnelle dans laquelle les couleurs rouge, vert et bleu de pixels séparés ne sont pas mélangées, une variation n'est pas produite, et un phénomène de rupture de couleur dans lequel les couleurs respectives rouge, vert et bleu sont vues séparément se- lon le point de vision d'un observateur n'apparaissent pas. Pour aboutir au but ci-dessus, il est fourni un dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à af- ficher une image tridimensionnelle, comportant une caméra droite et une caméra gauche, produisant respectivement des signaux d'image droite et d'image gauche pour permet- tre à un observateur d'observer des objets en trois di- mensions, des moyens de traitement de signaux d'image pour combiner les signaux d'image droite et d'image gau- che produits respectivement par les caméras droite et gauche et les transformer en signal d'image tridimension- nelle et traiter le signal d'image tridimensionnelle en le divisant de manière à être affiché sous la forme d'une image tridimensionnelle, un panneau d'affichage à cris- taux liquides dans lequel les pixels respectifs sont com- mandés de manière indépendante par le signal d'image tri- dimensionnelle divisé pour former des images droite et gauche, et un système optique disposé devant le panneau d'affichage à cristaux liquides, pour diviser les images droite et gauche du panneau d'affichage à cristaux liqui- des, dans lequel le panneau d'affichage à cristaux liqui- des comporte trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu, qui sont agencés dans une ligne verticale et les pixels séparés d'une même couleur sont agencés dans une ligne horizontale, des lignes d'électrodes de balayage s'étendant dans la direction horizontale, en correspondance respectivement avec trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu, et des lignes d'élec- trodes de données s'étendant dans la direction verticale, correspondant respectivement avec trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. Dans la présente invention, le panneau d'affi- chage à cristaux liquides est un panneau d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces, ayant un transistor en couches minces pour activer un cristal liquide dans les pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. Chaque ligne d'électrodes de balayage comporte trois lignes de grille des transistors en couches minces qui sont mises en contact électriquement l'une avec l'au- tre et les trois lignes de grille sont formées pour cor- respondre respectivement aux pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. Les lignes de source verticales sont agencées de manière alternée trois par trois dans la di- rection horizontale de manière à correspondre respective- ment aux pixels verticaux séparés constitués de rouge, vert et bleu, et les deux lignes de source sont agencées aux deux bords des pixels et les lignes de source agen- cées au centre sont déviées et agencées au niveau de l'un ou l'autre bord des deux bords de manière à ne pas recou- vrir les lignes de source. Les transistors en couches minces correspondant aux lignes de source et aux pixels respectifs sont agencés au niveau de l'extérieur des pixels respectifs et sont utilisés en tant que lignes de données. Le but et les avantages indiqués ci-dessus de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode préféré de réalisation de celle-ci, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente de manière schématique la construction d'un dispositif général d'affichage d'image tridimensionnelle, - la figure 2 représente une image tridimen- sionnelle perçue par un système optique destiné à diviser les images des yeux gauche et droit, - la figure 3 représente l'agencement des pixels colorés d'un dispositif habituel d'affichage à cristaux liquides, - la figure 4 représente une image tridimen- sionnelle perçue par l'intermédiaire de l'agencement des pixels colorés de la figure 3, - la figure 5 représente un agencement de pixels dans un dispositif habituel d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces (TFT LCD), - la figure 6 représente l'agencement d'élec- trodes basé sur l'agencement de pixels représenté sur la figure 5, - la figure 7 représente l'agencement de pixels colorés du dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher l'image tridimensionnelle selon la présente invention, - la figure 8 représente l'image tridimension- nelle perçue par l'intermédiaire de l'agencement des pixels colorés de la figure 7, - la figure 9 représente l'agencement d'élec- trodes constituées d'un transistor en couches minces basé sur l'agencement des pixels colorés de la figure 7, - les figures 10 et 11 représentent l'agence- ment d'une électrode de grille du dispositif d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces basé sur l'agencement de pixels colorés de la figure 7, - la figure 12 représente l'agencement d'élec- trodes d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces destiné à afficher l'image tridimensionnelle selon la présente invention, et - la figure 13 représente l'agencement d'élec- trodes de grille et de source d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces des- tiné à afficher l'image tridimensionnelle représentée sur la figure 12. Un dispositif d'affichage d'image tridimension- nelle selon la présente invention va être décrit ci- dessous en référence aux dessins annexes. Un dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher une image tridimensionnelle selon la présente invention comporte fondamentalement une caméra droite 10 et une caméra gauche 20, un multiplexeur 30 de signaux d'image, une source 40 de signaux d'image tridi- mensionnelle, un démultiplexeur 50 de signaux d'image et un affichage à cristaux liquides sous la forme d'un pan- neau d'affichage d'image 60 comme représenté sur la fi- gure 1, dont les fonctions ont été décrites précédemment. Seul l'agencement des pixels rouge, vert et bleu formant l'écran d'un affichage à cristaux liquides utilisé en tant que panneau d'affichage d'image 60 est différent. L'agencement des pixels colorés est décrit comme suit en référence à la figure 7. Dans le dispositif d'affichage à cristaux li- quides destiné à afficher l'image tridimensionnelle selon la présente invention, les trois pixels séparés consti- tués de rouge, vert et bleu sont agencés de manière al- ternée dans une ligne verticale et les pixels séparés ayant la même couleur sont agencés dans une ligne hori- zontale pour former l'écran du panneau d'affichage d'image 60 (voir la figure 1). Les images colorées des pixels séparés ne se recouvrent pas, un changement n'est pas produit en agençant les pixels colorés rouge, vert et bleu dans la direction verticale et, comme représenté sur la figure 4, un phénomène de rupture de couleur dans le- quel les couleurs rouge, vert et bleu sont vues séparé- ment sur une surface D selon le point de vision d'un ob- servateur, ne survient pas. Il est possible d'obtenir une image couleur tridimensionnelle nette correspondant à la couleur d'un objet puisque des images rouge, verte et bleue sont respectivement formées sur des surfaces A', B' et C' comme représenté sur la figure 8. Sur la figure 8, les références numériques 4a et 4b, 5, 6, 21, 22, 23, 21', 22' et 23' indiquent res- pectivement les yeux droit et gauche d'un observateur, un trajet lumineux, une lentille d'un système optique, un pixel rouge, un pixel vert, un pixel bleu, une image rouge, une image verte et une image bleue. L'application d'un tel agencement de pixels sur le TFT LCD est représentée sur la figure 9. Dans le TFT LCD représenté sur la figure 9, les pixels (colorés) sé- parés (RG, VG, BG, RD, VD et BD) constitués de rouge, vert et bleu sont agencés alternativement dans la direction verticale et les pixels séparés ayant la même couleur sont agencés dans la direction horizontale. Des films conducteurs transparents 31 sont formés selon un motif en bande sur l'avant d'un substrat (non-représenté) sur la partie supérieure des pixels. Un condensateur 32 de grille et de stockage est formé en correspondance avec les pixels colorés séparés, en formant ainsi une ligne de grille dans la direction horizontale. Une ligne active 33 est un trajet à travers lequel s'écoulent des électrons et à travers lequel un signal, qui pénètre dans une ligne de données commutée par une grille, est transmis à tra- vers un drain et atteint l'électrode de pixel. Une ligne de source 34 (de données) est formée dans la direction verticale, en correspondance avec le transistor en cou- ches minces 36 qui est inclus dans chaque pixel séparé. En particulier, une ligne de source 34 au niveau de cha- que pixel (le transistor en couches minces correspondant aux pixels verts) est formée pour passer à travers le centre des pixels colorés. Un trou de contact 35 est un point de contact dans lequel le signal transmis en prove- nance de la source est rassemblé au niveau d'une ligne active de la direction du drain vers l'électrode de pixel à travers le drain. Le TFT 36 est agencé et activé pour chaque pixel coloré. L'agencement des électrodes dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides ayant une telle structure destinée à afficher une image tridimensionnelle va être décrit ci-dessous en référence aux figures 10 et 11. Tout d'abord, comme représenté sur la figure , il existe un procédé dans lequel une ligne de grille gl qui relie les TFT agencés dans les pixels colorés est inclinée verticalement, formée à l'intérieur de l'un de ceux-ci et ainsi de suite, est agencée. Ensuite, comme représenté sur la figure 11, il existe un procédé dans lequel les grilles des TFT agencés dans chaque pixel co- loré rouge, vert et bleu, sont respectivement reliées par trois lignes de grille séparées gi qui sont mises en con- tact électriquement les unes avec les autres. Ici, comme représenté sur la figure 10, le procédé d'agencement d'une ligne de grille au niveau de chaque pixel présente un problème en ce sens que la ligne de grille apparaît dans l'image lors de l'activation du dispositif d'affi- chage à cristaux liquides puisque la ligne de grille passe à travers le centre du pixel. Aussi, dans les deux procédés ci-dessus, puis- qu'une ligne de source (par exemple la ligne de source du TFT correspondant au pixel vert) a une ligne dans chaque pixel coloré, tout en passant à travers le centre de ce- lui-ci, comme représenté sur la figure 9, les lignes de source sont représentées dans l'image pendant l'activa- tion de l'affichage à cristaux liquides. La structure d'un dispositif d'affichage qui élimine les problèmes mentionnés ci-dessus est représentée sur la figure 12. Dans le dispositif d'affichage à cristaux li- quides à transistors en couches minces destiné à afficher l'image tridimensionnelle, une ligne de grille horizon- tale 32 est formée en préparant trois lignes horizonta- les, une au niveau de chaque pixel coloré, et en les re- liant les unes aux autres comme représenté sur la figure 11 et une ligne de source verticale 34 (ligne de données) est formée en déviant la ligne de source vers un bord du pixel comme représenté sur la figure 12. Une description détaillée de ceci va maintenant être faite en référence à la figure 13. Dans le dispositif d'affichage à cristaux li- quides à transistors en couches minces destiné à afficher l'image tridimensionnelle, les pixels colorés de rouge, vert et bleu sont agencés dans la direction verticale et les pixels de même couleur sont agencés dans une ligne s'étendant dans la direction horizontale. Les trois li- gnes de grille respectives correspondant aux pixels rouge, vert et bleu sont préparées et, comme représenté sur la figure 13, les lignes horizontales de grille des pixels respectifs sont reliées électriquement pour former des lignes 1 de grille (g1, g2, -..-, gm) correspondant aux pixels colorés respectifs. Par conséquent, le nombre de lignes de grille est multiplié par trois. Aussi, les lignes de source 6, 7 et 8 (électrodes de données; dlRd, dlVd, d1Bd, d2Rg, d2Vg, d2Bg,..., dnRg, d.Vg, dnBg) cor- respondant aux pixels colorés constitués de rouge, vert et bleu des paires respectives de pixels correspondant aux signaux d'image droite et d'image gauche sont en de- 1l hors des zones de pixels 2, 9 et 10 et sont préparées au niveau des bords de ceux-ci, comme représenté sur la fi- gure 13. Par conséquent, les TFT destinés à activer le dispositif d'affichage à cristaux liquides ayant les sources reliées aux lignes de source sont agencés au ni- veau des bords des pixels colorés respectifs. En fait, les lignes de source ont les mêmes lignes que celles d'un TFT LCD habituel. Le TFT LCD destiné à afficher l'image tridimen- sionnelle selon la présente invention a un avantage en ce sens qu'une connexion interne d'activation habituelle peut être utilisée puisqu'il a la même dimension de pixels que celle du TFT LCD habituel et peut être fabri- qué en modifiant certaines des positions des TFT corres- pondant aux pixels et les lignes de grille et en réagen- çant un filtre coloré. Le rapport d'ouverture est réduit de 60 % dans le TFT LCD habituel à 50 % du fait de la dé- viation de la ligne de données (de source) comme repré- senté sur la figure 12. Aussi, il existe une petite perte de brillance puisque pratiquement toute la lumière affi- chée par le système optique lenticulaire est focalisée sur les yeux de l'observateur. Dans le dispositif d'affichage à cristaux li- quides destiné à afficher l'image tridimensionnelle selon la présente invention, les pixels colorés séparés consti- tués de rouge, vert et bleu du panneau d'affichage à cristaux liquides sont agencés dans une ligne verticale et les pixels colorés séparés ayant la même couleur sont agencés dans la direction horizontale. Aussi, les cou- leurs de l'image ne sont pas formées sur la même surface ni ne s'étalent l'une contre l'autre sur la même surface, et les couleurs ne sont pas formées de manière séparée en reliant électriquement les lignes de grille correspondant aux pixels colorés les unes aux autres et en déviant les lignes de source (de données) de manière à ce qu'elles ne passent pas à travers la surface d'un pixel, mais sont agencées au bord de celui-ci. Ainsi, il est possible d'obtenir une image tridimensionnelle ayant des couleurs appropriées correspondant aux couleurs des sujets à vi- sionner dans laquelle les lignes de données ne sont pas représentées dans l'image. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage à cristaux liquides destiné à afficher une image tridimensionnelle, caracté- risé en ce qu'il comporte: des caméras droite et gauche (10, 20) produisant respectivement des signaux d'image droite et d'image gauche pour permettre à un observateur d'observer des ob- jets en trois dimensions, des moyens de traitement de signaux d'image (30, 40, 50) pour combiner les signaux d'image droite et d'image gauche produits respectivement par lesdites camé- ras droite et gauche et les transformer en signal d'image tridimensionnelle et traiter le signal d'image tridimen- sionnelle en le divisant de manière à être affiché sous la forme d'une image tridimensionnelle, un panneau (1) d'affichage à cristaux liquides dans lequel les pixels respectifs sont commandés de ma- nière indépendante par ledit signal d'image tridimension- nelle divisé pour former des images droite et gauche, et un système optique (3) disposé devant ledit panneau d'affichage à cristaux liquides, pour diviser les images droite et gauche dudit panneau d'affichage à cris- taux liquides, dans lequel ledit panneau d'affichage à cris- taux liquides comporte: trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu (21, 22, 23), qui sont agencés dans une ligne verticale et les pixels séparés d'une même couleur sont agencés dans une ligne horizontale, des lignes d'électrodes de balayage (32) s'étendant dans la direction horizontale correspondant respectivement auxdits trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu, et des lignes d'électrodes de données (34) s'éten- dant dans la direction verticale en correspondance res- pectivement avec lesdits trois pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. 2. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que les li- gnes horizontales d'électrode de balayage, s'étendant dans la direction verticale en correspondance respective- ment avec lesdits pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu, sont reliées électriquement trois par trois de manière à être activées en même temps. 3. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit panneau d'affichage à cristaux liquides est un panneau d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces ayant un transistor en couches minces (36) destiné à activer un cristal liquide dans lesdits pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. 4. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque pixel comporte une ligne de grille (32) desdits transis- tors en couches minces et les lignes de grille sont dé- formées verticalement et formées pour correspondre res- pectivement auxdits pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. 5. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque ligne d'électrode de balayage comporte trois lignes de grille desdits transistors en couches minces qui sont mi- ses en contact électriquement les unes avec les autres et les trois lignes de grille sont formées pour correspondre respectivement auxdits pixels séparés constitués de rouge, vert et bleu. 6. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lignes de données verticales (34) sont formées de sorte que les lignes de source dudit panneau d'affichage à cristaux liquides à transistors en couches minces corres- pondent respectivement auxdits pixels de la direction verticale. 7. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites lignes de source verticales sont agencées alternativement trois par trois dans la direction horizontale de manière à correspondre respectivement aux pixels verticaux sépa- rés constitués de rouge, vert et bleu, et les deux lignes de source sont agencées au niveau des deux bords desdits pixels et les lignes de source agencées au centre sont déviées et agencées au niveau de l'un ou l'autre bord des deux bords de manière à ne pas recouvrir lesdites lignes de source. 8. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tran- sistors en couches minces correspondant auxdites lignes de source et auxdits pixels respectifs sont agencés à l'extérieur desdits pixels respectifs. 9. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système optique (3) destiné à diviser les images gauche et droite est formé d'une lentille sélectionnée parmi le groupe constitué d'un objectif lenticulaire, d'une len- tille ayant une configuration de prisme, d'une lentille de diffusion optique et d'une micro-lentille.