Brevet FR2794884A1 — publié le 20001215

Etat de la technique. La présente invention concerne un afficheur à cristaux liquides comportant des éléments images tous répar- tis de la même manière en au moins deux zones, qui se distin- guent par leur structure prédéterminée de cristaux liquides. Selon le document " Development of a Dualdomain TFT-LCD by Optical Patterning " (H. Klausmann, SID Digest of Technical Papers, 1998, Anaheim, USA), on connaît un affi- cheur à cristaux liquides avec des cellules de cristaux li- quides à domaine dual. Cette cellule à cristaux liquides à domaine dual comporte un seul élément de point image subdivi- sé en deux zones. Dans ces zones, le cristal liquide présente une orientation différente. Cela développe la plage angulaire de vue de l'afficheur à cristaux liquides. Avantages de l'invention. L'afficheur à cristaux liquides selon l'invention offre l'avantage que les zones distinctes d'un élément de point image qui ont des orientations différentes, peuvent être commandées électriquement de manière séparée. Les élé- ments de point image de même forme pour l'afficheur à cris- taux liquides sont juxtaposés. Les zones d'orientation de même type d'un élément de point image ont le même angle de vue. Cet angle de vue est seulement limité à droite pour une direction d'orientation du cristal liquide mais cela signifie que pour les différentes plages d'angles de vue de l'afficheur à cristaux liquides se- lon l'invention, on ne peut voir exclusivement qu'une image créée par les zones d'éléments images correspondant à une seule orientation du cristal liquide. Le dispositif selon l'invention permet, contrairement à l'état de la technique, de commander électroniquement de manière séparée les diffé- rentes zones. Cela permet ainsi de faire apparaître simulta- nément des images différentes dans les différentes plages d'angles de vue. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - les zones différentes d'un élément image peuvent être sé- lectionnées par différents conducteurs en colonnes, ou en lignes, ou par différentes électrodes transparentes de fa- çade avant, - la différence dans la structure des cristaux liquides est réalisée en basculant le cristal liquide, l'amplitude de l'angle de basculement du cristal liquide étant de préfé- rence comprise dans une zone entre 0 et 30 , - on réalise une différence dans la structure des cristaux liquides par une torsion du cristal liquide, chaque fois opposée de 90 . La possibilité d'assurer la commande électrique par différents conducteurs en colonnes, ou différents conduc- teurs en lignes ou en répartissant les électrodes de la fa- çade avant, permet une adaptation de la conception souhaitée de l'élément image. De plus, il est possible de s'adapter aux pilotes utilisés et aux circuits de commande. Il faut tenir compte de ce que les pilotes en lignes sont en général plus avantageux que les pilotes en colonnes. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention - en fonction de l'angle de vue, on voit en même temps une première image ou une seconde image, en fonction de l'angle de vue, on a une image visible ou une suppression de représentation d'image, ou - une image est visible dans toute la plage d'affichage. Il est avantageux qu'en complément de la possibi- lité de voir deux images différentes simultanément dans deux directions de vue différentes, il y a également d'autres pos- sibilités de représentation. D'une part, il y a la possibili- té de commuter l'afficheur à cristaux liquides pour une direction de vue sombre ou claire, c'est-à-dire de ne pas af- ficher d'information d'image. Au contraire, pour l'autre di- rection de vue, il apparaît une information d'image. De plus, il est possible d'afficher la même information d'image pour les deux directions de vue. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, dans une plage d'angles de vue dans laquelle peuvent apparai- tre deux images différentes, la combinaison de deux images partielles donne une représentation tridimensionnelle de l'image. Dans cette plage d'angles de vue, limitée, il est en outre possible de réaliser une représentation stéréoscopique de l'image. Cela est par exemple avantageux pour représenter en trois dimensions une carte terrestre, par exemple pour son application en combinaison avec un système de navigation. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'éclairage arrière de l'afficheur se fait avec au moins deux guides de lumière, différents, et au moins deux sources de lumière différentes dont la lumière est dirigée par les gui- des de lumière dans des plages d'angles de vue différentes. L'éclairage par l'arrière par deux guides de lumière modifiés de manière appropriée avec deux sources de lumière différen- tes offre l'avantage d'un éclairage arrière séparé des diffé- rents points image. Ainsi, il est par exemple possible que chaque observateur règle la luminosité d'affichage indivi- duellement pour sa plage angulaire de vue. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue de dessus de l'afficheur à cris- taux liquides selon l'invention, correspondant à un mode de réalisation avec affichage passif à cristaux liquides, - la figure 2 est une vue de dessus de l'afficheur à cris- taux liquides selon l'invention dans sa réalisation sous la forme d'un afficheur à matrice active avec différents conducteurs en colonnes pour chaque zone d'un élément de point image, - la figure 3 montre une réalisation de l'afficheur à cris- taux liquides selon l'invention avec différents conduc- teurs en lignes pour chaque zone d'un élément de point image, - la figure 4 montre une réalisation selon l'invention de l'afficheur à cristaux liquides avec une subdivision de l'électrode de la façade avant, - la figure 5 montre une variante selon l'invention de cette réalisation, - la figure 6 montre un développement de l'afficheur à cris- taux liquides utilisant deux guides de lumière et deux sources de lumière pour l'éclairage par l'arrière, séparé, des différentes zones d'angles de vue. Description des exemples de réalisation. Le cristal liquide de l'afficheur à cristaux li- quides est situé entre deux plaques de verre qui peuvent com- porter des couches supplémentaires, par exemple des couches d'orientation. Sur un côté du verre, au repos, toutes les mo- lécules allongées de cristaux liquides ont leur grand axe pa- rallèle à la surface du verre. Toutes les molécules à cristaux liquides sont dirigées avec leur grand axe dans une certaine direction. La direction du grand axe de la molécule de cristaux liquides varie ainsi en fonction de la distance de la cellule de sorte que l'on a une rotation de la molécule de 90 selon la distance de la cellule. Une possibilité d'établir des zones d'orientations différentes consiste à orienter alors le cristal liquide pour que dans une zone il corresponde à une rotation d'un angle +90 et dans l'autre zone à une rotation de l'angle de -90 . Il est également pos- sible de modifier par la distance des cellules l'angle de l'axe longitudinal par rapport à la surface du verre. Une orientation différente de la photo s'obtient si, dans une zone, l'axe longitudinal de la molécule de cristal liquide d'un côté du verre fait avec la surface du verre un angle +0 et dans l'autre zone un angle -0. Cet angle sera appelé ici angle de basculement du cristal liquide. L'amplitude de cet angle est de préférence comprise entre 0 et 30 . Dans les exemples de réalisation suivants on détaillera le second type d'orientation de cristaux liquides, à savoir celle obtenue par un angle de basculement différent. La figure 1 montre un afficheur à cristaux liqui- des réalisé sous la forme d'une matrice X-Y. L'afficheur est commandé par des conducteurs en colonnes 1 et des conducteurs en lignes 2, 3; ces conducteurs sont perpendiculaires les uns aux autres. Les conducteurs en colonnes ou en lignes se trouvent sur des supports en verre différents entre lesquels il y a le cristal liquide non représenté. L'adressage de l'écran image est passif, c'est-à-dire qu'il n'existe pas de commutateur actif (par exemple un transistor en film mince) à chaque point image. Au lieu de cela, l'information est ins- crite, séquentiellement en lignes dans l'écran image par des signaux appropriés aux conducteurs en lignes et en colonnes. Chaque élément image est formé par l'intersection d'une co- lonne 1 et de deux conducteurs en lignes 2, 3. Seuls les con- ducteurs importants pour un tel élément image, sélectionné, portent des références. Comme matière pour les électrodes en lignes et en colonnes on utilise de l'oxyde zinc-indium, transparent (ITO). A la figure 1 on a choisi un élément image 4 et pour mieux le caractériser, on l'a entouré d'un trait interrompu. Cet élément est subdivisé en deux zones 5, 6. Dans cet exemple de même que dans les exemples suivants, les différentes zones sont choisies de mêmes dimensions. Dans la zone 5, par orientation photographique du cristal liquide ou par un autre procédé comparable, on a basculé la structure du cristal liquide de l'angle +0. Dans l'autre zone 6, la structure du cristal liquide est basculée au contraire de l'angle -0. Chacune des deux zones comporte un conducteur en lignes 2, 3 qui recouvre toutes les moitiés de point image, voisines, de même orientation du cristal liquide. Comme le basculement différent du cristal liquide produit une modifi- cation de l'angle de vue, les plages d'angles de vue apparte- nant à l'angle +0 et à l'angle - du cristal liquide se commandent séparément par des conducteurs en lignes, diffé- rents. La figure 2 montre un autre exemple de réalisa- tion de l'afficheur à cristaux liquides selon l'invention. L'afficheur à cristaux liquides est réalisé ici comme matrice active. On a choisi un élément image 20. La commande se fait par un conducteur en lignes 21 et par des conducteurs en co- lonnes 22, 23. L'élément image 20 est subdivisé en deux zones 24, 25 ayant chaque fois leur propre transistor de commande 26, 27. Ces zones se partagent un conducteur de mémoire 28, commun. Dans la zone supérieure 24, la structure du cristal liquide est basculée de l'angle +0 et dans la zone infé- rieure 25 elle est basculée de l'angle -0. Pendant une ca- dence de ligne X, la zone 24 et une zone 31 de l'élément image adjacent en haut deviennent simultanément transparen- tes. Pendant la cadence de ligne suivante (X+1), la zone 25 et une zone 32 de l'élément image adjacent, situé en dessous, sont commandées simultanément. Ainsi, il faut décaler l'information de colonne pour toutes les zones d'éléments images inférieurs 25, 31, etc... chaque fois d'une cadence de ligne par rapport à l'information des zones d'images supé- rieures 24, 32, etc..., dans la mesure o l'information est inscrite ligne par ligne dans l'afficheur. L'information d'images pour la zone d'éléments images supérieurs et infé- rieurs ne peut pas se chevaucher. Le conducteur de mémoire 28, distinct, fonctionne, en plus de son rôle de mémoire, également comme matrice de noir entre les zones. Une éven- tuelle perte d'ouverture optique liée au nombre double de conducteurs en colonnes peut se compenser par un plus fort éclairage par l'arrière. En particulier dans le cas des ap- plications aux véhicules automobiles qui disposent en perma- nence d'une source de courant suffisante, cette augmentation de la puissance demandée pour l'éclairage arrière est sans difficulté. La figure 3 montre une autre réalisation de l'afficheur à cristaux liquides selon l'invention. Il s'agit également d'un afficheur à cristaux liquides à matrice active avec un élément image 40, sélectionné. La commande de cet élément image se fait par un conducteur en colonne 41 et par des conducteurs en lignes 42, 43. La commande d'une zone d'images supérieure 44 se fait par le transistor 46 et celle d'une zone d'images inférieure 45 se fait par le transistor 47. L'orientation du cristal liquide se distingue ainsi d'une ligne à l'autre. Cela permet de représenter des images diffé- rentes dans différentes plages d'angles de vue. Au contraire de la représentation de la figure 2, dans le cas présent il n'y a par élément image qu'une colonne et deux conducteurs en lignes. Cela est avantageux car les pilotes en lignes sont moins coûteux que les pilotes en colonnes. La figure 4 montre un autre dispositif selon l'invention. L'afficheur à cristaux liquides est dans ce cas également réalisé comme matrice active. On a choisi un élé- ment image 50. Cet élément se commande par un conducteur en ligne 51 et un conducteur en colonne 52 avec le transistor 53. L'élément de point image 50 est subdivisé en deux zones à structures de cristal liquide différentes. Le cristal liquide de la zone 54 correspond à un angle de basculement +0; le cristal liquide de la zone 55 a un angle de basculement -G. Entre les électrodes transparentes de façade avant 55, 56 et la matrice à transistors, des conducteurs en lignes et en co- lonnes, se trouve le cristal liquide non représenté, compris entre les deux plaques de verre. Les électrodes de façade avant 55, 56 ont la forme de doigts pour ne pas se chevau- cher. Elles sont séparées électriquement. L'électrode de fa- çade avant 60 recouvre la zone inférieure des éléments de points images tous avec un cristal liquide d'un angle de bas- culement -0, par exemple 55. L'électrode de façade avant 61 recouvre la zone supérieure des éléments de points images ayant tous un cristal liquide avec un angle de basculement +0, par exemple 54. On propose deux modes de commande. Pour le pre- mier mode de commande, on applique une tension alternative rectangulaire aux deux électrodes de la façade avant. En plus, l'une des deux électrodes de façade avant, par exemple l'électrode 60, reçoit un signal alternatif à une fréquence de répétition d'images ou mieux avec une fréquence double de répétition d'images pour éviter le scintillement. La tension de ce signal alternatif est choisie pour que par exemple tou- tes les zones de points images appartenant à l'électrode de façade avant 60 soient commutées à l'état sombre. Le second mode de commande consiste à appliquer des tensions alternati- ves de forme rectangulaire d'amplitudes différentes aux deux électrodes de façade avant 60, 61. Les tensions sont choisies pour qu'à une faible amplitude, on ait une représentation normale de l'image et que pour une amplitude plus élevée, les zones correspondantes des éléments images apparaissent en sombre. Ces deux types de commandes permettent trois mo- des de fonctionnement: 1. Les deux électrodes de lignes fonctionnent en parallèle. L'information peut bien se lire des deux côtés. 2. Une seule des deux lignes est commandée. L'image n'apparaît que d'un côté (seulement du côté droit ou seu- lement du côté gauche). 3. On applique des signaux de colonnes différents par la commande à chaque électrode de façade avant. On aperçoit ainsi deux images différentes à partir de positions de vue différentes. Par la tension alternée appliquée aux électrodes de la façade avant, la représentation dans une plage d'angles de vue passe chaque fois d'un état clair ou sombre de l'afficheur vers une représentation d'image. La figure 5 montre une variante particulière de cette réalisation pour laquelle les électrodes digiformes de la façade avant sont remplacées par des électrodes en forme de lignes 70, 71, combinées par des liaisons conductrices minces 80, 81, par exemple des couches métalliques faiblement ohmiques. La figure 5 montre uniquement les électrodes de la façade avant 70, 71 et les combinaisons conductrices 80, 81. Pour la commande il n'y a pas de différence par rapport au dispositif de la figure 4. La figure 6 montre un autre mode de réalisation de l'afficheur à cristaux liquides selon l'invention. Il s'agit dans ce cas d'un type particulier d'éclairage par l'arrière avec deux sources lumineuses en forme de tiges 90, 91, par exemple des lampes fluorescentes à cathode froide (CCFL) avec des réflecteurs 92, 93. La lumière émise par les sources lumineuses 90, 91 est couplée par les réflecteurs 92, 93 dans deux guides de lumière 94, 95 munis à leur surface d'une structure de prisme. Cette structure de prisme est for- mée pour que la lumière ne soit émise que dans une plage d'angles de vue, sélectionnée. Grâce à la commande séparée des deux sources de lumière 90, 91, on a ainsi pour chaque plage d'angle de vue, une commande séparée de clarté. Dans le véhicule automobile, par exemple le conducteur et l'accompagnateur peuvent régler individuellement la luminosi- té. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Afficheur à cristaux liquides comportant des éléments images tous répartis de la même manière en au moins deux zo- nes, qui se distinguent par leur structure prédéterminée de cristaux liquides, caractérisé en ce que chaque zone distincte d'un élément image peut être commandée électriquement de manière indépendante. 2 ) Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones différentes d'un élément image peuvent être sélec- tionnées par différents conducteurs en colonnes. 30) Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes zones d'un élément image peuvent être sélec- tionnées par différents conducteurs en lignes. 4 ) Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que différentes zones peuvent être sélectionnées par différentes électrodes transparentes de façade avant. 5 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la différence dans la structure des cristaux liquides est réalisée en basculant le cristal liquide, l'amplitude de l'angle de basculement du cristal liquide étant de préférence comprise dans une zone entre 0 et 30 . 6 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu' on réalise une différence dans la structure des cristaux li- quides par une torsion du cristal liquide, chaque fois oppo- sée de 90 7 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu' en fonction de l'angle de vue, on voit en même temps une pre- mière image ou une seconde image. 8 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu' en fonction de l'angle de vue on a une image visible ou une suppression de représentation d'image. 9 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu' une image est visible dans toute la plage d'affichage. ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que dans une plage d'angles de vue dans laquelle peuvent apparaî- tre deux images différentes, la combinaison de deux images partielles donne une représentation tridimensionnelle de l'image. 11 ) Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'éclairage arrière de l'afficheur se fait avec au moins deux guides de lumière, différents, et au moins deux sources de lumière différentes dont la lumière est dirigée par les gui- des de lumière dans des plages d'angles de vue différentes.