Brevet FR2763732A1 — publié le 19981127

La présente invention concerne un dispositif de visualisation muni conjointement d'un écran à cristaux liquides et d'une source additionnelle de lumière. Parmi les applications de l'invention, I'on peut citer les panneaux routiers à messages variables ou plus généralement les panneaux de visualisation d'informations d'assez grande surface, utilisant des afficheurs à cristaux liquides et notamment ceux destinés à être utilisés à l'extérieur, ou dans une ambiance lumineuse importante. L'on connaît déjà divers dispositifs de présentation d'informations utilisant des afficheurs à cristaux liquides pour présenter des images sur une grande surface dans une ambiance lumineuse importante. Certains panneaux à messages variables permettant de présenter des informations aux usagers de la route sont fabriqués à l'aide d'afficheurs à cristaux liquides. L'aspect de ces panneaux est agréable, en particulier sous forte illumination extérieure. Le document FR-A-2.713.812 Ecran matriciel modulaire décrit par exemple un mode de réalisation applicable à ce type de panneaux. Mais ces panneaux sont généralement monochromes, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent présenter que des images noir et blanc, ou de manière plus générale, des images en une seule couleur en dehors de la couleur du fond de l'image. En effet, la présentation d'images colorées à l'aide d'afficheurs à cristaux liquides implique généralement l'utilisation de filtres colorés absorbants, qui demandent l'utilisation d'un éclairage arrière encore plus puissant que l'éclairage ambiant naturel. En particulier, il n'est pas possible d'utiliser des afficheurs à cristaux liquides multichromes en employant uniquement la lumière ambiante comme source d'éclairage. Or, I'emploi de sources additionnelles de lumière puissante pour des panneaux routiers pose des problèmes de consommation électrique et de maintenance. Malheureusement les panneaux à messages variables monochromes sont d'un emploi limité: en effet, le code de la route impose l'utilisation d'au moins deux couleurs (dont le rouge) pour la représentation de la plupart des panneaux routiers. Certains grands écrans vidéo , comme les écrans NISTAR développés par la société Philips, sont réalisés à l'aide d'un assemblage de modules à cristaux liquides, chaque module comprenant une matrice de points, chaque point étant muni d'un filtre rouge, vert ou bleu. Ces écrans sont destinés à être implantés sur des lieux publics, à l'occasion d'événements particuliers. Ils sont munis d'un éclairage arrière très puissant afin de pouvoir être lisibles en plein soleil, ce qui les rend largement consommateurs d'énergie, et qui nécessite une maintenance assez fréquente. Certains panneaux à messages variables sont réalisés à partir de diodes électroluminescentes, qui sont particulièrement bien adaptées pour fournir de la lumière rouge. Ce type de panneaux est cependant d'un aspect médiocre: les triangles ou les cercles rouges des panneaux de signalisation sont assez bien rendus, mais l'aspect des symboles ou des fonds en couleur blanche est peu satisfaisant. D'autre part, I'intensité lumineuse émise par les diodes (à l'exception des diodes rouges) est souvent faible par rapport aux exigences imposées par l'éclairement solaire. La présente invention vise à remédier à l'ensemble des inconvénients des dispositifs ci-dessus, en permettant de réaliser des panneaux d'affichage mixtes qui intègrent des cristaux liquides et des sources additionnelles de lumière colorée (dont des diodes rouges), afin de permettre par exemple la réalisation de panneaux à messages variables colorés qui cumulent les avantages des panneaux à cristaux liquides et des panneaux à diodes, sans présenter leurs inconvénients respectifs. Dans ce but, I'invention propose un dispositif de visualisation à messages variables, comprenant un afficheur à cristaux liquides destiné à présenter un affichage de fond et au moins une source additionnelle de lumière permettant au moins un affichage supplémentaire simultané. Conformément à l'invention, la source additionnelle de lumière est disposée par rapport à l'afficheur à cristaux liquides de façon que l'affichage supplémentaire soit visible sans que l'état de fonctionnement de l'afficheur à cristaux liquides ne puisse l'influencer. Dans le cadre de la présente invention, I'afficheur à cristaux liquides est considéré comme une plaque unique ou un ensemble de plaques juxtaposées, pouvant être commandé électriquement de façon à alterner entre deux états de fonctionnement appelés par la suite éteint et allumé . Lorsque la plaque unique ou au moins une des plaques juxtaposées est allumée, celle-ci constitue un fond au moins partiellement illuminé en une couleur différente de celle que la plaque présente lorsqu'elle est éteinte. L'origine de cette luminosité est sans importance pour la présente invention. Elle peut indifférémment provenir d'une ou de plusieurs lampes constituant une source principale de lumière disposée avant ou derrière la (ou les) plaque(s) ou, par exemple, d'une plaque électroluminescente. Pour simplifier la description, nous supposons que l'afficheur à cristaux liquides présente un fond noir lorsqu'il est éteint et un fond clair, quelle que soit la couleur précise, lorsqu'il est allumé. Par ailleurs, la source additionnelle de lumière destinée à la réalisation d'un affichage supplémentaire sur le fond du dispositif de visualisation est dite additionnelle car elle s'ajoute à la source lumineuse mise en oeuvre dans l'afficheur à cristaux liquides. Le terme source additionnelle de lumière indique tout point lumineux sur le champ de visualisation du dispositif de visualisation, quelle que soit l'origine de la lumière correspondante. Ainsi, la source additionnelle de lumière peut être constituée par une lampe, une photodiode, I'extrémité libre d'une fibre optique ou tout autre élément susceptible d'engendrer ou de transmettre de la lumière, de façon que le point lumineux se distingue du fond constitué par l'afficheur à cristaux liquides, aussi bien par son intensité lumineuse que sa couleur. L'invention concerne également les caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - La source additionnelle de lumière est située derrière l'afficheur à cristaux liquides par rapport à l'observateur. Afin que la lumière émise par la source additionnelle de lumière puisse traverser l'afficheur à cristaux liquides sans être soumise à la traversée des deux polariseurs successifs placés de part et d'autre de l'afficheur à cristaux liquides, le premier polariseur dans la direction d'émission de lumière vers l'observateur est découpé et enlevé c'est-à-dire pourvu au moins d'une ouverture dans la zone située en regard de la source additionnelle de lumière. Par ouverture formée dans le polariseur, on signifie soit une découpe formée dans le polariseur, soit une forme particulière du polariseur par rapport à celle du dispositif de visualisation dans son ensemble ayant pour effet de neutraliser l'effet du polariseur dans la zone située en regard de la source additionnelle de lumière. L'afficheur à cristaux liquides est pourvu sur sa face arrière d'au moins d'autant de découpes ou d'ouvertures que de sources additionnelles de lumière prévues. Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque l'afficheur à cristaux liquides est réalisé de telle sorte qu'il soit opaque, c'est-à-dire qu'il ne transmette pas ou ne reflète pas de lumière, lorsque aucune tension ne lui est appliquée. Dans ce cas, I'observateur peut quand même voir la lumière émise par la source additionnelle de lumière, puisque cette dernière ne traverse qu'un seul polariseur, le second des deux polariseurs, laissant passer la lumière émise par cette source additionnelle de lumière. - Afin d'étancher optiquement chaque source additionnelle de lumière sur l'ouverture correspondante du polariseur arrière et d'éviter toute lumière parasite, le dispositif comprend autant de dispositifs de masquage ou de caches que de sources additionnelles de lumière. Cette disposition concerne essentiellement le cas où le polariseur arrière comporte autant d'ouvertures ou de découpes que de points lumineux. Toutefois, lorsque l'afficheur à cristaux liquides est pourvu de davantage d'ouvertures que de sources additionnelles de lumière utilisées dans une application particulière ou si l'afficheur à cristaux liquides est réalisé à partir d'éléments standardisés, chaque élément ayant un nombre prédéfini d'ouvertures, ou encore dans le cas d'un retrait d'une source additionnelle de lumière défectueuse par exemple, I'emplacement non occupé et notamment l'ouverture correspondante, est couverte de façon à ce qu'aucune lumière parasite ne puisse traverser l'afficheur à cristaux liquides. Ce masquage est réalisé par des moyens appropriés de masquage, par exemple par un deuxième type de cache. - La source additionnelle de lumière est située dans une zone non active de l'afficheur à cristaux liquides. - L'afficheur à cristaux liquides a une structure matricielle de pixels, c'est-à-dire une disposition matricielle de points d'image ou éléments d'image constituant le fond de l'affichage. Sur un tel afficheur à cristaux liquides, chacune des sources additionnelles de lumière est située dans une des zones interpixels de l'afficheur. - La source additionnelle de lumière est située devant l'afficheur à cristaux liquides par rapport à l'observateur. Par opposition aux différentes dispositions décrites jusqu'ici, cette dernière disposition ne nécessite pas que le polariseur arrière soit pourvu d'ouvertures ou soit localement absent. Pour obtenir que les sources additionnelles de lumière ne soient visibles que lorsqu'elles sont allumées et que leurs dispositifs d'interconnexion soient le moins possible visibles, notamment dans une ambiance lumineuse extérieure élevée, les sources additionnelles de lumière et leurs dispositifs d'interconnexion sont avantageusement placés devant des zones non actives de l'afficheur à cristaux liquides. dans le cas contraire, un cache particulier peut être prévu pour chaque source additionnelle de lumière et son dispositif d'interconnexion. - La source additionnelle de lumière est une diode électroluminescente, ou l'extrémité libre d'une fibre optique. II est bien entendu que la diode électroluminescente et la fibre optique ne sont que des exemples de type de source additionnelle de lumière permettant une installation à relativement faible consommation d'énergie. D'autres types de source additionnelle de lumière présentant les avantages d'une faible consommation d'énergie et d'une grande luminosité peuvent également être choisis. De même, il est possible, dans le cadre de la présente invention, de disposer une partie des sources additionnelles de lumière à l'arrière de l'afficheur à cristaux liquide et l'autre partie des sources additionnelles de lumière devant l'afficheur. - L'afficheur à cristaux liquides présente, en fonctionnement, un affichage de fond dans une première couleur et la source additionnelle ou les sources additionnelles de lumière présentent, en fonctionnement, un affichage supplémentaire simultané dans au moins une deuxième couleur différente de la première couleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels: La Figure 1 représente une coupe partielle d'un afficheur à cristaux liquides selon l'invention. La Figure 2 représente le polariseur arrière de l'afficheur de la Figure 1. La Figure 3 représente les zones actives de l'afficheur de la Figure 1. La Figure 4 représente une vue avant de l'ensemble afficheur à cristaux liquides et sources additionnelles de lumière selon l'invention, et La Figure 5 représente la position respective des sources additionnelles de lumière et des zones actives de l'afficheur de la Figure 1. Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend un afficheur à cristaux liquides 1 comportant une plaque à cristaux liquides 2 pourvu sur chacune de ses deux grandes surfaces d'un premier polariseur 3 et d'un second polariseur 4. L'afficheur 1 est monté sur un support rigide et transparent 5, réalisé par exemple en Plexiglas (marque déposée). L'afficheur 1 est illuminé par une lampe 6 ou source principale de lumière disposée à l'arrière de l'afficheur 1 par rapport à un observateur. Dans cette disposition préférée, la lampe 6 ou source principale de lumière émet de la lumière de façon que cette lumière traverse le support 5 et l'afficheur 1 pour parvenir à l'observateur. Cette situation est schématiquement représentée par la ligne 7. Toutefois, cette traversée de l'afficheur est soumise à la condition d'une commande appropriée des polariseurs 3 et 4. En effet, dans l'état éteint de l'afficheur à cristaux liquides 1, I'afficheur est rendu opaque et la lumière issue de la lampe 6 ne peut parvenir à l'observateur. II faut donc rendre l'afficheur 1 en état allumé pour que la lumière issue de la lampe 6 puisse traverser l'afficheur 1. Dans la plupart des applications, le dispositif de visualisation de l'invention comprendra une pluralité d'afficheurs à cristaux liquides 1 juxtaposés. L'ensemble des afficheurs est alors illuminé par la lampe 6 ou une pluralité de telles lampes 6. Le dispositif de visualisation comprend également une pluralité de sources additionnelles de lumière 8 insérées dans des évidements 9 dont la plaque de support 5 est pourvue. A chaque évidement 9 correspond une ouverture 10, en général une découpe circulaire, pratiquée dans le premier polariseur 3. Grâce à cette disposition, la lumière émise par chacune des sources additionnelles de lumière 8 peut traverser l'afficheur à cristaux liquides 1 sans être soumise à la traversée des deux polariseurs successifs 3, 4. La lumière émise par cette source additionnelle de lumière 8 peut donc parvenir à l'observateur indépendamment de l'état de commande de l'afficheur à cristaux liquides 1. Cette situation est représentée schématiquement par la ligne 11. Le dispositif de visualisation est pourvu aux endroits où sont situées les sources additionnelles de lumière 8, de dispositifs de masquage 12 réalisés en un matériau et ayant une forme telle qu'aucune lumière ne puisse traverser le dispositif entre la source additionnelle de lumière et le bord de l'évidement correspondant pratiqué dans le polariseur. Dans sa version la plus simple, chacun des dispositifs de masquage 12 comprend un manchon 13 et un capuchon 14. Le manchon 13 constitue un revêtement intérieur de l'évidement 9 et de l'ouverture 10, dans lequel est insérée, optiquement étanche, une diode électroluminescente 8. Le capuchon 14 est posé sur la partie arrière de la diode 8 dépassant du support 5 et complète ainsi ce masquage à la partie arrière de ladite diode 8. Le capuchon 14 comprend des passages nécessaires pour les conducteurs électriques de la diode. Dans le cas où la source additionnelle de lumière 8 est constituée par l'extrémité libre d'une fibre optique, le capuchon 14 comprendra un seul passage pour la fibre optique. Grâce à cette disposition, le dispositif d'affichage à cristaux liquides 1, dans l'état éteint paraîtra entièrement noir à l'exception de points lumineux engendrés par la lumière émise par les sources additionnelles de lumière. Cette disposition est particulièrement importante dans les cas où la lampe 6 illumine l'afficheur à cristaux liquides 1 avec une lumière forte pour rendre l'affichage bien visible dans une ambiance lumineuse forte. Le dispositif de visualisation ainsi conçu permet un affichage de fond dans une couleur dépendant entre autres de la couleur de la nature du support transparent, mais non incolore 5 et éventuellement de la couleur de la lumière émise par la lampe 6. Outre cet affichage de fond, le dispositif de visualisation permet un ou plusieurs affichages supplémentaires simultanés obtenus par un choix approprié de couleurs ou luminosités, et par une commande appropriée des sources additionnelles de lumière 8. Lorsque le dispositif de visualisation comprend une surface d'affichage constituée par une pluralité d'afficheurs à cristaux liquides 1 juxtaposés, les sources additionnelles de lumière 8 peuvent être situées dans une zone non active 15 de chacun des afficheurs 1. Les Figures 2 et 3 montrent des dispositions matricielles respectivement de douze ouvertures circulaires 10 pratiquées dans le polariseur arrière 3 et de douze zones non actives 15 aménagées adjacentes à des zones actives correspondantes 16. A titre d'exemple, la Figure 4 représente une vue avant d'un ensemble afficheur à cristaux liquides et sources additionnelles de lumière, dans un état où trois zones actives 16 sont rendues transparentes pour laisser passer la lumière blanche issue de la lampe 6, et trois diodes lumineuses 8, émettant par exemple une lumière rouge, sont allumées. La position respective des diodes électroluminescentes 8 et des zones actives 16 de l'afficheur à cristaux liquides 1 est représentée sur la Figure 5. Il est bien entendu que le nombre d'afficheurs 1 juxtaposés peut être supérieur aux douze éléments représentés ce qui permet d'obtenir des écrans de grande taille qui permettent de délivrer au public des informations colorées variables. En effet, aussi bien qu'il soit possible d'attribuer une ou plusieurs couleurs particulières à l'affichage de base, par un choix approprié de la couleur du support 5 de la plaque unique ou des plaques juxtaposées formant le fond et/ou de la lumière de la lampe 6, il est également possible de disposer les sources additionnelles de lumière 8 selon toutes formes géométriques possibles, outre la disposition matricielle régulière représentée sur les Figures, et de choisir les sources additionnelles de lumière 8 en une ou plusieurs couleurs différentes. Une commande électrique appropriée rend alors possible de produire un ou plusieurs affichages supplémentaires par rapport à l'affichage de base, et de les allumer simultanément avec l'affichage de base et, éventuellement, simultanément entre eux. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation à messages variables, comprenant un afficheur à cristaux liquides (1) destiné à présenter un affichage de fond et au moins une source additionnelle de lumière (8) permettant au moins un affichage supplémentaire simultané, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est disposée par rapport à l'afficheur à cristaux liquides (1) de façon que l'affichage supplémentaire soit visible sans que l'état de fonctionnement de l'afficheur à cristaux liquides (1) ne puisse l'influencer. 2. Dispositif selon la revendication 1, I'afficheur à cristaux liquides (1) étant pourvu d'un polariseur avant (4) et d'un polariseur arrière (3), caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est située derrière l'afficheur à cristaux liquides (1) par rapport à l'observateur et en ce que le polariseur arrière (3) est découpé (10) en regard de la source additionnelle de lumière, de façon à ne pas intercepter la lumière émise par cette source additionnelle de lumière (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polariseur arrière (3) est pourvu d'au moins une ouverture (10) en regard de laquelle est disposée la source additionnelle de lumière (8). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend autant de caches (12) que de sources additionnelles de lumière (8), les caches (12) permettant d'étancher optiquement les sources additionnelles de lumière (8) par rapport aux ouvertures (10) du polariseur arrière (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est située dans une zone non active (15) de l'afficheur à cristaux liquides (1). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, I'afficheur à cristaux liquides (1) ayant une structure matricielle de pixels, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est située dans une des zones interpixels de l'afficheur à cristaux liquides. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est située devant l'afficheur à cristaux liquides (1) par rapport à l'observateur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est une diode électroluminescente. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source additionnelle de lumière (8) est constituée par l'extrémité libre d'une fibre optique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'afficheur à cristaux liquides (1) présente, en fonctionnement, un affichage de fond dans une première couleur et en ce que la source ou les sources additionnelles de lumière (8) présente(nt), en fonctionnement, un affichage supplémentaire simultané dans au moins une deuxième couleur différente de la première couleur.