Brevet FR2763734A1 — publié le 19981127

La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent de sécuriser les afficheurs à cristal liquide. Par sécurisation, on entend tout système qui permet d'indiquer clairement à l'observateur qui regarde l'afficheur que celui-ci présente une panne, au moins partielle, et que les informations ou l'absence d'information, qui apparaissent sur cet afficheur peuvent être au moins en partie fausses. Un tel procédé est particulièrement utile pour les afficheurs destinés à indiquer en temps réel des informations importantes, voire vitales, pour la conduite à tenir, par exemple les afficheurs installés sur les aéronefs. Les instruments de contrôle et de navigation d'un avion étaient à l'origine mécaniques ou électromécaniques et il était courant d'y inclure un dispositif, dit flag , présentant sommairement l'apparence d'un drapeau, qui apparaissait dans le champ de vision pour indiquer la panne de l'instrument. Au cours du temps on a remplacé tout ou partie de ces appareils par des dispositifs de visualisation électronique permettant d'afficher ces indications, et bien d'autres en plus, sous une forme à la fois beaucoup plus souple et beaucoup plus parlante. Ces appareils utilisaient au départ des tubes à rayons cathodiques alimentés par un générateur d'images. L'évolution de ces dispositifs a amené à remplacer les tubes à rayons cathodiques par des écrans plats à cristal liquide, généralement rétro-éclairés, qui sont à la fois plus robustes, plus légers et moins encombrants, et qui n'utilise pas de haute tension. Dans le cas d'un tube à rayon cathodique, la sécurisation du tube proprement dit s'effectue en surveillant les courants et les tensions des différentes électrodes et des dispositifs de balayage. Cette surveillance n'implique qu'environ une dizaine de points de contrôle, ce qui est relativement facile à mettre en oeuvre. L'écran à cristal liquide, appellé aussi panneau ou matrice, comporte quant à lui environ 1000 lignes et 1000 colonnes définissant à leurs croisements des points élementaires d'affichage et correspondant chacune à une connexion d'entrée. La surveillance de tout ces points d'entrée n'est pas à priori envisageable. Même si l'on pouvait la faire, les moyens utilisés augmenteraient sans doute les risques de panne, de sorte que le bilan de l'ensemble serait sûrement négatif. Pour permettre de sécuriser un tel dispositif, I'invention propose un procédé de sécurisation d'un afficheur à cristal liquide, du type comprenant une couche de cristal liquide susceptible d'être excitée pour faire tourner le plan de polarisation de la lumière qui la traverse, et deux couches polarisantes entourant cette couche de cristal liquide, principalement caractérisé en ce que l'on choisit les orientations respectives de ces trois couches pour que l'ensemble soit transparent à la lumière lorsque la couche de cristal liquide n'est pas excitée. Selon une autre caractéristique on oriente les couches polarisantes pour que leurs axes de polarisation soient perpendiculaires. Selon une autre caractéristique, lorsque l'afficheur comprend en outre des moyens d'excitation de la couche de cristal liquide qui comportent un ensemble de colonnes formées de points élémentaires rouges, verts bleus regroupés selon un ensemble de pixels et deux organes de commande de ces colonnes, on réparti les commandes des colonnes entre ces deux organes de manière à conserver en cas de panne de l'un d'eux une image dégradée comportant toutes les couleurs et sur laquelle est superposé un peigne coloré. Selon une autre caractéristique, lorsque les pixels sont organisés sous une forme carrée QUAD comportant deux points élémentaires rouge et bleu selon une diagonale et deux points élémentaires verts selon l'autre diagonale, on fait commander par l'un des organes de commande les colonnes de rang 1 + 4N, et 2 + 4N et que l'on fait commander par l'autre organe de commande les colonnes de rang 3 + 4N, et 4 +4N. Selon une autre caractéristique, lorsque les pixels sont organisés selon une forme allongée comportant trois points élémentaires rouge, vert, bleu successifs correspondant à des colonnes successivement rouges, vertes, bleues, on commande avec l'un des organes de commande toutes les colonnes rouges,vertes, bleues de rang impaire et avec l'autre organe de commande toutes les colonnes rouges, vertes, bleues de rang paire. Selon une autre caractéristique, lorsque l'on commande l'affichage des colonnes en inversant la polarité des tensions de commande entre deux écritures successives, on effectue cette inversion de polarité avant l'entrée des organes de commande. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue schématique en perspective cavalière éclatée des couches d'un panneau à cristal liquide; - la figure 2, une vue de face d'un tel panneau muni de ses moyens de commande; - la figure 3, une vue en coupe partielle de ce panneau et de l'un de ces dispositifs de commande; - la figure 4, une vue schématique de la disposition des points élémentaires d'affichage d'un tel panneau en liaison avec leurs moyens de commande selon l'art antérieur; - la figure 5, la même vue que la figure 4 mais pour un panneau selon l'invention; et - la figure 6, la même vue que la figure 5 mais pour une disposition différente des points élémentaires d'affichage. La structure de base d'un panneau à cristal liquide comporte généralement, comme représenté sur la figure 1, une couche mince de cristal liquide 101 entourée par deux couches polarisantes 102 et 103. Dans le cas, le plus utilisé en instrumentation, d'un dispositif rétroéclairé, une source lumineuse 104 est située d'un côté de l'ensemble pour permettre de regarder le dispositif de l'autre côté par transparence. La couche de cristal liquide 101 fait tourner à l'état normal la polarisation de la lumière de 900. Eile comporte des moyens, non représentés sur la figure, qui permettent en appliquant une tension à cette couche de supprimer cet effet et pour que le plan de polarisation de la lumière entrant par une face sorte de l'autre face avec une polarisation identique à celle en entrée pour la tension maximale pour laquelle le panneau est prévu. La flèche sur la couche dans la figure représente la polarisation de la lumière en sortie de cette couche. Les couches polarisantes 102 et 103 par contre sont du type classique et ne laissent donc passer que la lumière ayant une polarisation correspondant aux flèches représentées sur la figure, soit dans le cas d'une lumière non polarisée au départ 50% de l'intensité de celle-ci. Alors que la figure 1 ne représente qu'une seule configuration, on a le choix dans la pratique entre deux configurations, celle de la figure où les polariseurs sont parallèles, et une autre non représentée où les polariseurs sont croisés. Dans la configuration de la figure 1, la lumière émise par la lampe 104 est polarisée selon une direction par la couche 102. La couche 101 de cristal liquide non excité par une tension électrique fait tourner le plan de polarisation de la lumière émergeant de la couche 102 à 900 par rapport à celle-ci. La lumière émergeant de la couche 101 est alors arrêtée par la couche 103 dont la direction de polarisation est parallèle à celle de la couche 102. Lorsque par contre la couche 101 de cristal liquide est excitée par un champ électrique de valeur adéquate , celle-ci ne fait plus tourner le plan de polarisation de la lumière provenant de la couche 102 et la transmet telle quelle. Ce plan de polarisation n'ayant pas changé, la lumière ayant transmis la couche 101 traverse intégralement la couche 103 et peut être perçue par l'observateur situé de l'autre côté de cette couche par rapport à la lampe 104. Cet observateur observe donc ainsi une image lumineuse. Le contenu de celle-ci varie selon la configuration des électrodes appliquant le champ électrique sur la couche 101 dans une configuration opérationnelle du panneau à cristal liquide. Inversement, dans une structure ou les plans de polarisation des couches 102 et 103 sont croisés, la lumière polarisée par la couche 102 voit son plan de polarisation tourner lorsqu'elle traverse la couche 101 dans le cas ou celle ci n'est pas excitée. Elle peut alors traverser la couche 103, dont le plan de polarisation est croisé avec celui de la couche 102. Dans cette configuration à polariseurs croisés , L'image est alors lumineuse lorsque la couche de cristal liquide n'est pas excitée. Inversement elle est noire lorsque la couche est excitée. Ces deux configurations de base sont les plus courantes, mais il est possible d'en trouver d'autres en fonction des cristaux liquides utilisés et de la technologie dans laquelle on les emploies. A partir de cette configuration de base, où l'on peut observer une surface uniformément noire ou lumineuse, on peut obtenir un dispositif permettant d'afficher des pictogrammes divers, en déposant sur les deux faces de la couche 101 des électrodes ayant la forme de ces pictogrammes. Ces électrodes peuvent en outre être éventuellement commandées de manière sélective. Les informations ainsi affichables sont relativement figées. Pour obtenir alors un dispositif permettant d'afficher les informations de manière plus versatile, on utilise deux jeux d'électrodes linéaires croisées entre les deux faces qui définissent sur l'ensemble de la couche de cristal liquide un réseau serré de points élémentaires que l'on peut adresser séparément en sélectionnant les différentes électrodes, qui sont appelées colonnes dans un sens et lignes dans l'autre. Le réseau de points pouvant être très fins on peut ainsi afficher des images détaillées. En utilisant un filtre tricolore, cette image peut être en couleurs. A ce niveau, les sources de pannes proviennent essentiellement des causes suivantes - rupture de ligne ou de colonne; - court-circuit entre lignes ou colonnes adjacentes; - court-circuit d'une ligne avec une colonne; -vieillissement de la cellule. Pour commander un tel panneau ou matrice LCD, on utilise généralement une disposition telle que représentée sur la figure 2, dans laquelle des cartes de circuits électroniques reçoivent des signaux multiplexés contenant les informations à afficher sur la matrice LCD 201 et génèrent à partir de ces signaux les signaux de commande proprement dits à appliquer aux lignes et aux colonnes. Selon une technique habituelle, une carte lignes 202 reçoit les signaux de synchronisation verticaux et horizontaux et génère les signaux à appliquer aux lignes de la matrice 201, par l'intermédiaire de drivers ligne 203 permettant d'obtenir les tensions et puissances nécessaires. II y a habituellement une seule carte lignes qui est fixée sur l'un des côtés de la matrice, mais on peut trouver dans certaines dispositions deux cartes lignes, I'une à droite, L'autre à gauche. On utilise par contre généralement deux cartes colonnes 204 et 205 qui sont fixées en haut et en bas de la matrice. Ces cartes colonnes reçoivent les informations de données de l'image à partir de bus numériques parallèles rapides. Les informations arrivant sur ces bus sont décodées pour séparer les informations correspondant à chaque colonne. Ces informations individuelles sont ensuite converties en analogique pour obtenir des signaux de puissance appliqués par les drivers colonnes 206 et 207 aux diverses colonnes de la matrice 201. Généralement la conversion numérique/analogique se fait au niveau des drivers colonnes, qui combinent ainsi les fonctions de conversion en analogique et d'amplification de puissance pour avoir les niveaux nécessaires à l'attaque des colonnes. Compte tenu de la densité des connexions a raccorder sur le panneau, on utilise pour effectuer ces raccordements, comme représenté sur la figure 3, un système dans lequel les puces électroniques 208 formant les drivers sont reportés sur un support souple sur lequel sont gravées les pistes d'entrée et de sortie de ces puces. Cette disposition correspond à la technologie connue sous le nom de TAB . Dans ces conditions, le TAB est fixé sur la carte de circuit imprimé 204 et des connexions d'entrée sont réunis par des soudures 209 aux pistes du circuit imprimé. Les connexions 212 de sortie quant à elles forment un peigne dont les dents sont très serrées et présentant un pas correspondant à celui des lignes ou des colonnes sur le panneau 201. Le raccordement de ces dents aux lignes ou aux colonnes s'effectue par un collage 10 en utilisant une colle qui assure à la fois les contacts électriques entre le TAB et le panneau et la fixation mécanique du TAB sur le panneau. Cette colle, de type connu, permet d'avoir une résistivité faible dans le sens de l'épaisseur du film de colle et forte dans le sens du plan de ce film, de manière à obtenir les connexions voulues sans avoir de court-circuits entre elles. Pour des raisons d'encombrements, on est généralement amené à plier le TAB de manière à ce que les cartes 204 soient perpendiculaires au plan du panneau 201, pour ne pas augmenter de manière excessive la surface inactive du dispositif de visualisation finalement obtenu par rapport à la surface active présentée par le panneau à cristal liquide. Pour permettre ce pliage sans casser les connexions formant le peigne de sortie relié aux lignes ou aux colonnes, on élimine le support plastique du TAB selon des rainures, ici au nombre de 2, s'étendant au niveau de la pliure parallèlement à l'axe de pliage. Cette élimination, qui se fait par voie chimique, met ainsi à nu les connexions 212 qui peuvent donc plier sans se rompre. Le support plastique, qui subsiste aux extrémités des fenêtres ainsi dégagées, permet le maintien de l'ensemble pendant la pliure pour éviter de faire supporter à ces connexions des efforts de traction ou des déplacements latéraux, ce qui limite les contraintes à celles résultant de la pliure et empêche des contacts parasites. Dans ces conditions, les sources de pannes à ce niveau proviennent essentiellement des ruptures des connexions dans les pistes, et dans une plus faible mesure des pannes des circuits intégrés et des ruptures des entrées arrivant sur ces circuits intégrés. Toutes les pannes ainsi identifiées provoquent au niveau de l'affichage un certain nombre de désordres, dont les inventeurs ont constaté qu'ils correspondent tous à un éclaircissement des zones (lignes, colonnes, croisements) du panneau concernées par les pannes dans le cas ou l'on utilise la configuration à polariseurs croisés. Afin que cette panne attire de manière sure l'attention de l'observateur du dispositif de visualisation, I'invention propose d'utiliser une configuration dans laquelle l'absence d'excitation des lignes ou des colonnes se traduise par le blanchiment des régions concernées par la panne, ce qui permet d'obtenir une manifestation positive correspondant à cette panne. Cette configuration est ici celle à polariseurs croisés. Par ailleurs, dans les applications pour l'aviation civile auxquelles l'invention est plus particulièrement destinée, les volumes de production ne permettent pas d'utiliser, notamment pour les drivers, des circuits intégrés spécifiques. On est donc conduit à utiliser des circuits intégrés du commerce, en particulier ceux qui sont destinés aux afficheurs prévus pour les ordinateurs de type PC. Ces circuits intégrés comprennent en entrée 3 BUS en parallèle, que nous appellerons BUS 1, BUS 2 et, BUS 3 pour la carte haute et BUS 4, BUS 5 et, BUS 6 pour la carte basse. Le rôle des drivers colonnes est de démultiplexer les informations circulant sur ces BUS pour les appliquer sur les colonnes. Dans une configuration, représentée plus particulièrement sur la figure 4, les points élémentaires du panneau 201, répartis selon les trois couleurs rouge (R), verte (G), et bleue (B) sont regroupées dans des structures dites QUAD correspondant à des carrés 213 comportant sur une diagonale un point rouge et un point bleu, et sur l'autre diagonale deux points verts. On a ainsi une succession de colonnes rouges/vertes et vertes/bleues. Le mode de connexion habituellement utilisé pour commander ces colonnes à partir des cartes 204 et 205, consiste comme sur la figure 4, à commander les colonnes successives alternativement avec la carte haute et avec la carte basse. Ainsi toutes les colonnes impaires seront commandées par la carte haute à partir des BUS 1, 2 et 3. Toutes les colonnes paires seront quant à elles commandées par la carte basse à partir des BUS 4,5, et 6. On constate que dans cette configuration tous les points rouges sont commandé par la carte du haut et tous les points bleus par la carte du bas. Les points verts sont commandés pour une moitié par la carte du haut et pour l'autre moitié par la carte du bas. Ainsi donc une panne totale sur l'une des deux cartes entraîne la disparition de l'image rouge ou de l'image bleue. Cette situation est particulièrement gênante dans le cas d'un afficheur de visualisation, où l'on utilise souvent des couleurs pures, contrairement aux afficheurs d'imagerie, où les couleurs sont généralement des couleurs obtenues à partir de mélanges rouge/ vert/bleu. Pour un afficheur de visualisation on risque donc de perdre la totalité des informations correspondant à une couleur, ce qui est particulièrement gênant pour le rouge, lequel est généralement affecté à des informations d'importance vitale. L'invention propose donc de répartir les commandes de la manière présentée sur la figure 5, où la carte haute commande les deux premières colonnes, la carte basse les deux colonnes suivantes, la carte haute les deux colonnes d'après, et ainsi de suite.... En d'autres termes, la carte haute commande les colonnes 1 + 4 n et 2 + 4n et la carte basse les colonnes 3 + 4n et 4 + 4n. Dans ces conditions, en présence d'une panne totale de l'une des deux cartes, d'une part l'image correspondante ne disparaît pas complètement, puisque les symboles tracés sur l'afficheur sont toujours d'une épaisseur supérieure à 1 pixel. D'autre part, et compte tenu de la configuration en polariseurs croisés explicitée plus haut, I'observateur constate l'apparition d'un peigne vertical coloré, qui se superpose à l'image dégradée, mais néanmoins subsistante, et indique sans aucun risque de confusion l'apparition d'une panne sur l'une des deux cartes. Ce mode des commandes des colonnes n'est pas limité aux matrices du type QUAD, mais il s'étend, en utilisant un séquencement adéquate des commandes des colonnes, aux autres types de matrices où les points élémentaires sont répartis de manière différente. Ainsi, dans le cas d'un panneau de type connu sous le nom de STRIP , où, comme représenté sur la figure 6, le pixel 223 est formé de trois points élémentaires rouge, vert, bleu alignés, on utilisera une répartition des commandes entre la carte haute 224 et la carte basse 225 dans laquelle la carte haute commandera les trois premières colonnes, la carte basse les trois suivantes, la carte haute les trois d'après et ainsi de suite... On commande ainsi avec la carte haute toutes les colonnes rouges, vertes, bleues impaires et avec la carte basse toutes les colonnes rouges, vertes, bleues paires. L'essentiel est que dans toute les configurations la perte de l'une des deux cartes de commande des colonnes n'entraîne pas la disparition complète d'une couleur, mais entraîne par contre l'apparition d'un peigne vertical coloré indicateur de la panne. On sait enfin que l'on utilise de manière courante pour commander les afficheurs à cristal liquide un système d'inversion de polarité, destiné à pallier les défauts dû à la présence d'ions dans le cristal liquide, dans lequel on inverse la polarité des signaux de commande d'une écriture à la suivante, en inversant bien entendu la valeur de la commande appliquée en entrée pour obtenir l'affichage de la même donnée. Dans l'art connu cette inversion se fait essentiellement au niveau des drivers de colonnes. L'invention propose d'effectuer cette inversion au niveau de la génération d'images, plus particulièrement au niveau des dispositifs procédant au lissage des informations. De cette manière, le noir sera obtenu en ayant tous les fils des BUS à 0 pendant une écriture, et tous ces mêmes fils à 1 pendant l'écriture suivante, les informations correspondantes arrivant par les BUS d'entrée des cartes hautes et basses. Dans ces conditions une panne sur ces BUS ne permettra pas d'avoir cette alternance de 0 et de 1 sur les liaisons, et le fond de l'image deviendra lumineux au lieu d'être noir. Cette circonstance permettra donc à l'observateur de déceler l'existences d'une panne. Ce mode de commande nécessite bien sur pour obtenir le bon affichage de commuter les tensions de références entre deux écritures successives. Une panne au niveau de ces générateurs se traduira là aussi par l'apparition d'un fond lumineux. L'utilisation de ce moyen permet donc de sécuriser en même temps les générateurs de tensions de référence. REVENDICATIONS 1- Procédé de sécurisation d'un afficheur à cristal liquide, du type comprenant une couche de cristal liquide (101) susceptible d'être excitée pour faire tourner le plan de polarisation de la lumière qui la traverse, et deux couches polarisantes (103,102) entourant cette couche de cristal liquide caractérisé en ce que l'on choisit les orientations respectives de ces trois couches pour que l'ensemble soit transparent à la lumière lorsque la couche de cristal liquide n'est pas excitée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on oriente les couches polarisantes (103,102) pour que leurs axes de polarisation soient perpendiculaires. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'afficheur comprend en outre des moyens d'excitation de la couche de cristal liquide qui comportent un ensemble de colonnes formées de points élémentaires rouges, verts bleus regroupés selon un ensemble de pixels (203) et deux organes (204,205) de commande de ces colonnes, caractérisé en ce que l'on réparti les commandes des colonnes entre ces deux organes de manière à conserver en cas de panne de l'un d'eux une image dégradée comportant toutes les couleurs et sur laquelle est superposé un peigne coloré. 4 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel les pixels (213) sont organisés sous une forme carrée QUAD comportant deux points élémentaires rouge et bleu selon une diagonale et deux points élémentaires verts selon l'autre diagonale, caractérisé en ce que l'on fait commander par l'un des organes de commande (214) les colonnes de rang 1 + 4N, et 2 + 4N et que l'on fait commander par l'autre organe de commande (215) les colonnes de rang 3 + 4N, et 4 +4N. 5 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel les pixels (223) sont organisés selon une forme allongée comportant trois points élémentaires rouge, vert, bleu successifs correspondant à des colonnes successivement rouges, vertes, bleues, caractérisé en ce que l'on commande avec l'un des organes de commande (224) toutes les colonnes rouges,vertes, bleues de rang impaire et avec l'autre organe de commande (225) toutes les colonnes rouges, vertes, bleues de rang paire. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel on commande l'affichage des colonnes en inversant la polarité des tensions de commande entre deux écritures successives, caractérisé en ce que I' on effectue cette inversion de polarité avant l'entrée des organes de commande (204,205).