Brevet FR2789836A1 — publié le 20000818

La présente invention concerne un procédé de réglage de la tension de contre-électrode d'une valve à cristaux liquides, plus particulièrement des valves à cristaux liquides utilisées dans des projecteurs tels que les projecteurs LCD couleurs. La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. De manière connue, une valve à cristaux liquides comporte deux substrats transparents. Sur un des substrats est déposée une contre-électrode tandis que l'autre substrat comporte essentiellement des électrodes de pixel disposées en lignes et en colonnes. Entre les électrodes des deux substrats sont insérés les cristaux liquides. Sur le substrat portant les électrodes de pixel, est aussi réalisé un certain nombre de lignes et de colonnes permettant de connecter, éventuellement par l'intermédiaire de dispositifs de commutation, chaque électrode de pixel à des dispositifs de commande de la valve. Chaque électrode de pixel constitue avec la contre-électrode un point-image. Ainsi, lorsqu'un champ électrique est appliqué entre la contre-électrode et une électrode de pixel, les molécules de cristaux liquides en général du type nématique en hélice, s'orientent de manière à laisser passer ou non la lumière donnant au niveau du point-image un certain niveau de gris. Dans les valves à cristaux liquides connues, il est important que la tension aux bornes du cristal liquide ait une valeur moyenne égale à 0 volt. Dans le cas des valves à cristaux liquides du type " driver " intégré dans lesquelles les circuits de commande ou " driver " sont réalisés sur le même substrat que la valve, la contre-électrode reçoit une tension alternative, à savoir une tension positive pendant une première trame suivie d'une tension négative pendant la trame suivante. En début de fonctionnement, on règle manuellement la tension appliquée sur la contre-électrode de telle sorte que la tension moyenne aux bornes du cristal liquide, à savoir entre l'électrode de pixel et la contre-électrode, soit nulle. Toutefois, après quelques heures de fonctionnement, on observe l'apparition d'une composante continue aux bornes du cristal liquide qui provient le plus souvent de la dérive des transistors des circuits de commande. Cette dérive de la composante continue aux bornes du cristal liquide apparaît aussi dans le cas des valves à cristaux 2 2789836 liquides dont la contre-électrode reçoit une tension fixe. En effet, dans ce cas, le signal appliqué sur l'électrode de pixel est inversé périodiquement car, pour un bon fonctionnement, la valve à cristaux liquides doit être adressée en alternatif et le décalage de tension apparaît donc au niveau de la tension de l'électrode de pixel. La présente invention a pour but de proposer un procédé de réglage automatique de la tension de contre-électrode d'une valve à cristaux liquides qui permet de maintenir la tension moyenne aux bornes du cristal liquide à une valeur nulle au cours du temps. La présente invention a donc pour objet un procédé de réglage de la tension de contre-électrode d'une valve à cristaux liquides comportant les étapes suivantes: - adressage de la valve mettant en évidence la variation de transmission du flux lumineux, - mesure du flux lumineux en sortie de la valve, - transformation du flux lumineux en un signal alternatif, traitement du signal alternatif dans une boucle de réaction consistant à modifier le signal appliqué sur la contre- électrode de manière à minimiser l'amplitude du signal alternatif et, - mémorisation des valeurs de réglage correspondant à la tension de contre-électrode ajustée. Selon un mode de réalisation préférentiel, la variation du flux lumineux est mise en évidence à l'aide d'une mire dans laquelle, pour les trames impaires, seules les lignes impaires sont activées, les lignes paires étant au niveau noir et pour les trames paires, seules les lignes paires sont activées, les lignes impaires étant au niveau noir. Dans ce cas, si la tension moyenne de contre-électrode n'est pas nulle, on génère un papillotement sur l'image généralement appelé " flicker " en langue anglaise à une fréquence correspondant à la fréquence trame sur deux. Différents dispositifs peuvent être utilisés pour réaliser la détection et la mesure du flux lumineux en sortie de la valve. De préférence, selon la présente invention, la mesure du flux lumineux est réalisée à l'aide d'une fibre optique associée à un photodétecteur 3 2789836 transformant le flux lumineux en un signal électrique. Cette fibre optique est positionnée en limite du champ de visualisation pour ne pas perturber l'image. D'autre part, pour détecter le maximum de flux, une des extrémités de la fibre optique est coupée en biseau à 45 de manière à réaliser une réflexion totale de la lumière, I'autre extrémité portant le photodétecteur tel qu'une photodiode. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la mesure du flux lumineux est réalisée à l'aide d'une plaque de verre positionnée dans le champ de visualisation, un des bords de la plaque portant un photodétecteur, I'ensemble des bords, à l'exception de la partie recevant le photodétecteur, étant recouvert d'un matériau absorbant. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le signal issu du photodétecteur est traité dans un moyen de calcul inséré dans la boucle de réaction à l'aide d'un algorithme de convergence. Selon encore une autre caractéristique de la présente invention, ce procédé est utilisé de préférence dans un projecteur couleur comportant trois valves à cristaux liquides, la tension de contre-électrode de chaque valve étant réglée successivement à l'aide dudit procédé. La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une valve à cristaux liquides, un dispositif d'éclairage de la valve en projection, un dispositif de mesure du flux lumineux associé à un photodétecteur, un convertisseur analogique/numérique transformant le signal issu du photodétecteur en un signal numérique, un microcalculateur mettant en oeuvre un algorithme de convergence de manière à minimiser l'amplitude du signal issu du photodétecteur, un circuit-mémoire pour stocker les valeurs de réglage de la tension de contre-électrode et des moyens pour ajouter les valeurs de réglage à la tension de contre-électrode. 4 2789836 Le dispositif décrit ci-dessus peut comporter de plus un circuit d'amplification compris entre le photodétecteur et le convertisseur analogique/numérique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation préférentiel, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à la présente invention appliquée à un projecteur LCD couleur, les figures 2a et 2b sont respectivement une vue de dessus et de face du cube du projecteur montrant le positionnement de la fibre optique, la figure 3 est un schéma électrique du circuit d'amplification 1 5 du signal issu du photodétecteur, la figure 4 est un organigramme d'un algorithme de convergence mis en oeuvre dans la présente invention, et la figure 5 est un mode de réalisation d'un circuit pour ajouter la valeur de correction à la tension de contre-électrode. La présente invention sera décrite en se référant à un projecteur LCD couleur comportant trois valves à cristaux liquides dans lequel chaque valve est une valve LCD du type à " driver " intégré. De ce fait, la tension appliquée sur la contre-électrode est une tension en créneaux présentant une valeur de +V ou de -V à la fréquence-trame. Il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut s'appliquer à d'autres types de valves à cristaux liquides, notamment des valves dont la tension de contre-électrode est une tension continue, le signal appliqué sur l'électrode de pixel étant inversé à chaque trame. La présente invention peut aussi s'appliquer à d'autres appareils que des projecteurs LCD. Comme représenté sur la figure 1, le projecteur LCD couleur comporte essentiellement trois valves à cristaux liquides 1A, 1 B, 1C, à 2789836 savoir une valve pour la couleur bleue 1 A, une valve pour la couleur verte 1 B, une valve pour la couleur rouge 1C. Ces valves sont positionnées respectivement sur trois faces d'un cube 2 ou système de prismes dont le rôle est de recombiner les faisceaux lumineux issus de chacune des valves en un seul faisceau lumineux envoyé vers l'objectif 3. Le cube 2 est un système bien connu dans les projecteurs couleurs. Il est en fait constitué de prismes accolés tels que la surface 20 réfléchit la lumière issue de la valve 1A, la surface 21 réfléchit la lumière issue de la valve 1C et le faisceau lumineux sortant de la valve 1 B passe en direct, I'ensemble donnant un faisceau lumineux F, comme représenté sur la figure 2A. Le projecteur comporte aussi de manière connue un dispositif d'éclairage, un intégrateur et des systèmes de miroirs dichroiques ainsi que des lentilles pour envoyer les faisceaux lumineux vert, bleu, rouge sur les différentes valves. Ces éléments ne faisant pas explicitement partie de 1 5 I'invention, ils ne seront pas décrits plus en détail. Conformément à la présente invention et comme représenté sur les figures 2A et 2B, pour la mise en oeuvre du procédé, on prévoit sur la face avant du cube 2a, un cadre 4 permettant de fixer une fibre optique 5 qui est utilisée pour mesurer le flux lumineux en sortie des différentes valves. Comme représenté de manière plus précise sur la figure 2B, la fibre optique 5 est placée à la limite du champ de visualisation pour ne pas perturber l'image en sortie du cube. Une des extrémités de la fibre optique est coupée en biseau à 45 de manière à réaliser une réflexion totale de la lumière à l'intérieur de la fibre et son autre extrémité porte un photodétecteur 6 connecté à un circuit de traitement du signal qui sera décrit de manière plus détaillée ci-après. A la place de la fibre optique 5, on a envisagé d'utiliser une plaque de verre placée devant le cube, le bord supérieur de la plaque recevant le photodétecteur, le reste des bords étant revêtu d'une couche absorbante noire. Cette solution a donné certains résultats mais la perte du flux est supérieure à 4 %. D'autre part, si l'on traite les surfaces pour qu'elles soient antireflet, le signal en sortie du photodétecteur est trop faible pour pouvoir être analysé correctement. Le photodétecteur utilisé est en fait une photodiode, plus particulièrement une photodiode de type " blue enhanced " qui permet une bonne détection du flux lumineux quelle que soit la valve optique en fonctionnement. 6 2789836 Comme représenté sur la figure 1, la sortie de la photodiode est connectée à un circuit amplificateur 7 donnant en sortie une tension alternative qui est envoyée en entrée d'un convertisseur analogique/numérique 8 dont la sortie est envoyée sur un micro- contrôleur 9. Le micro-contrôleur 9 met en oeuvre, conformément à la présente invention, un algorithme de convergence permettant de minimiser l'amplitude de la tension alternative en sortie du circuit 7. Comme représenté sur la figure 1, une mémoire 10 constituée, dans le mode de réalisation représenté par une EEPROM, est connectée au micro- contrôleur 9 et au circuit programmable 11 constitué par un FPGA pour " Field Programmable Gate Array" en langue anglaise. Ce circuit est le circuit habituellement utilisé comme circuit de commande des valves à cristaux liquides. La sortie du FPGA est envoyée à travers trois i15 modulateurs de largeur d'impulsion référencés pwm b, pwm v, pwm r vers une interface analogique 12 dont les trois sorties commandent respectivement la tension de contre-électrode des trois valves 1A, 1B, 1C. On décrira maintenant avec référence à la figure 3, un mode de réalisation du circuit d'amplification prévu en sortie de la photodiode 6. Ce circuit comporte essentiellement un circuit de transimpédance constitué d'un amplificateur opérationnel 70 dont l'entrée - est reliée à la cathode de la photodiode tandis que l'entrée + est reliée à l'anode de la photodiode 6. Comme représenté sur la figure 3, la sortie de l'amplificateur 70 est rebouclée sur son entrée - par l'intermédiaire d'un filtre RC constitué d'une résistance Rf et d'une capacité Cf en parallèle. La valeur de la résistance Rf est choisie en fonction du gain souhaité tandis que la valeur de la capacité Cf permet de régler la bande passante de l'amplificateur. Le système doit pouvoir mesurer des ondulations à la fréquence du "flicker". On obtient ainsi en sortie du circuit 70 une tension alternative U1 telle que représentée sur le graphique référencé G. L'amplificateur 70 est suivi d'un étage inverseur passe-bas comportant un amplificateur opérationnel 71 dont l'entrée - est connectée par I'intermédiaire d'une résistance R1 à la sortie de l'amplificateur 70 et dont la borne + est reliée à la masse. La sortie de l'amplificateur 71 est connectée sur son entrée - par l'intermédiaire d'un filtre RC comportant 7 2789836 en parallèle une résistance R2 et une capacité C. La résistance R2 est choisie équivalente à la résistance R1 de manière à réaliser l'inversion du signal. La capacité C réalise un filtrage de sorte que l'on obtienne en sortie une tension sensiblement continue U1 comme représenté par la courbe G' en sortie de l'amplificateur 71. Le circuit comporte de plus un troisième étage constitué d'un amplificateur 72 qui reçoit sur son entrée - respectivement la sortie de l'amplificateur 70 à travers une résistance R4, la sortie de l'amplificateur 71 à travers une résistance R3 et une tension de référence V à travers une résistance R6. L'entrée + de l'amplificateur 72 est connectée à la masse. Sa sortie est connectée à son entrée - par l'intermédiaire d'un filtre RC comportant en parallèle une capacité C1 et une résistance R5. Les résistances R3 et R4 sont choisies de manière à être égale. L'amplificateur 72 réalise donc la différence entre la tension continue issue de l'amplificateur 71 et le signal complet issu de l'amplificateur 70. On obtient donc en sortie de l'amplificateur 72, un signal alternatif amplifié G" représentant le " flicker " détecté par la photodiode, ce signal étant centré sur une tension continue donnée par la tension V et la résistance R6 de manière à se trouver dans la plage d'entrée du convertisseur analogique/numérique. Le signal alternatif amplifié obtenu en sortie du circuit 7 tel que décrit ci-dessus est représenté par la courbe G" sur la figure 3. IL est envoyé sur un convertisseur analogique/numérique permettant de transformer ce signal alternatif en un code numérique à 10-bits. Le signal numérique sera alors exploité par un micro-contrôl61eur de type CMOS tel que, par exemple, le micro- contrôleur connu sous la dénomination PIC16C73. Ce micro-contrôl61eur permet de mettre en oeuvre un algorithme de convergence tel qu'un algorithme permettant de modifier l'amplitude du signal alternatif issu du circuit 7 jusqu'à ce que cette amplitude devienne minimale. L'algorithme de base utilisé est représenté sur la figure 4, le signal utilisé est un signal échantillonné comportant par exemple 1 000 échantillons à une fréquence de 10 KHz, ce qui correspond à l'utilisation de 5 trames. Le critère choisi est la minimisation de l'amplitude de ce signal en utilisant un algorithme simple de type " pas à pas ". Ainsi, dans une première étape A, on réalise la soustraction de la valeur Vmax à la valeur Vmin du signal échantillonné donnant une valeur A new correspondant à la nouvelle amplitude. Dans une seconde étape B, cette valeur A new est comparée 8 2789836 à l'ancienne valeur A old qui a été stockée en mémoire. Si A new est supérieur à A old, un nouveau pas AV new = (AV old) est produit et un compteur de fin d'opération est incrémenté de 1. Si A new est inférieur à A old, un nouveau pas AV new = AV old est produit. Dans une troisième étape C, la valeur de la tension appliquée sur la contre-électrode est incrémentée du nouveau pas. Les nouveaux paramètres sont stockées dans la mémoire EEPROM 10 puis, dans une étape D, un test de condition d'arrêt est réalisé. Ce test consiste, dans le mode de réalisation représenté, à comparer la valeur du compteur à une valeur fixe et à 1 0 amorcer le processus lorsque cette valeur est atteinte. Différentes conditions d'arrêt peuvent être définies. La condition la plus simple est d'arrêter le processus lorsque l'amplitude A new est inférieure à une valeur donnée. Toutefois, le signal pouvant être bruité, il y a des possibilités de bouclage. L'autre critère utilisé ici i 5 consiste à arrêter le processus après un nombre limité de changement de sens de convergence. Il est possible d'utiliser en plus une comparaison des valeurs près du minimum. D'autres algorithmes, notamment des algorithmes à pas variables, peuvent aussi être utilisés. Ils nécessiteront simplement plus de puissance de calcul. Lorsqu'une amplitude minimale a été détectée, la valeur de réglage de la tension de contre-électrode est stockée dans la mémoire EEPROM 10 pour être utilisée lors de la mise sous tension ultérieure du projecteur. Cette valeur est envoyée vers le FPGA 11 o elle est ajoutée ou soustraite suivant le sens de la correction à la tension de contre- électrode en créneaux appliquée sur la valve par l'intermédiaire d'un circuit du type de celui représenté sur la figure 4. L'EEPROM 10 stocke des valeurs numériques correspondant aux différentes tensions "d'offset" des trois valves du projecteur. Pour réaliser une correction, cette valeur numérique est envoyée sur le FPGA 11 qui envoie pour chaque valve un signal modulé en largeur. Le signal modulé en largeur est un signal numérique réalisé sur la base d'un décompteur 10 bits dans le mode de réalisation représenté, dont la valeur de chargement détermine le rapport cyclique. Dans le cas présent, la valeur de chargement est constituée par la valeur stockée 9 2789836 dans 'EEPROM 10. Lorsque l'on charge cette valeur dans le décompteur, le signal PWM passe à l'état haut. la valeur du décompteur décroît jusqu'à zéro. A ce moment, le signal PWM passe à l'état bas. Ainsi, plus la valeur de chargement est grande et plus la valeur moyenne du signal PWM tend vers + 5 volts. Inversement, plus la valeur de chargement est faible et plus la valeur moyenne du signal PWM tend vers 0 volt. Comme représenté sur la figure 4, le signal PWM est envoyé sur un filtre comportant une résistance R20 et une capacité C20. La résistance R20 est montée en série avec l'entrée + d'un amplificateur 200 tandis que la capacité C20 est montée entre l'entrée + et la masse. L'entrée - de l'amplificateur 200 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R21. Le filtre R20/C20 a pour but de restituer la valeur moyenne du signal en créneau PWM qui correspond à la tension de décalage ou "d'offset". La sortie de l'amplificateur 200 est connectée 1 5 sur la base d'un transistor de puissance 201 dont le collecteur est connecté à une tension V+ et dont l'émetteur est relié à l'entrée - de l'amplificateur 200 par l'intermédiaire d'une résistance R22. L'ensemble formé de l'amplificateur 200 et du transistor 201 réalise un circuit amplificateur présentant un gain de 1 + R22/R21. Ce gain est calculé de sorte que pour un rapport cyclique de 1/2, la contre-électrode soit correctement ajustée. On obtient donc sur l'émetteur du transistor 201 une tension VH. D'autre part, comme représenté sur la figure 4, la tension VToggle définissant l'amplitude de la tension de la contre- électrode de la valve LCD est entrée sur la borne - d'un amplificateur 202 à travers une résistance R23. Cet amplificateur 203 est suivi d'un transistor de puissance 204 dont l'émetteur est connecté à la borne - de l'amplificateur 203 par une résistance R24. La borne + de l'amplificateur 203 est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R25. On obtient donc sur l'émetteur du transistor 204 une tension VL. D'autre part, la borne + de l'amplificateur 203 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance R26 au point de tension VH.. L'ensemble constitué des circuits 201, 202, 203, 204 se comporte comme un sommateur entre la tension de décalage et le signal VH- VL. Le circuit de la figure 4 comporte aussi une porte CMOS 205 montée entre le point de tension VH et le point de tension VL. Cette porte est constituée d'un transistor PMOS 206 et d'un transistor NMOS 207 dont les portes sont connectées ensemble et reçoivent le signal en créneaux de contre- électrode référencé BP. La 2789836 sortie de cette porte CMOS est envoyée sur un circuit tampon ou " buffer " 208 dont la valeur est appliquée sur la contre-électrode. Il est évident que le circuit de la figure 4 représente un mode de réalisation adapté au circuit FPGA mais que d'autres circuits pourraient aussi être utilisés tels que des potentiomètre numériques ou des convertisseurs numériques/analogiques. Pour réaliser le procédé d'ajustement automatique de la présente invention, celui-ci est mis en oeuvre après avoir fait fonctionner le projecteur. Pour cela on applique sur une première valve, par exemple la valve 1A, une mire définie de manière à obtenir un " flicker" à 50 hertz, par exemple. Cette mire est telle que pour les trames impaires, seules les lignes impaires sont activées, les lignes paires étant au niveau noir et pour les trames paires, seules les lignes paires sont activées, les lignes impaires étant au niveau noir. Le flux détecté par la fibre optique en sortie du cube est alors traité par les circuits des figures 1, 3 et 4 comme décrit ci-dessus et les valeurs obtenues sont stockées dans I'EEPROM 10 pour être réutilisées lors de la prochaine mise sous tension du projecteur. Le même procédé est appliqué successivement pour la valve 1 B et la valve 1C, la mémoire stockant les trois valeurs de tension de décalage Il est évident pour l'homme de l'art que d'autres circuits et d'autres algorithmes que ceux décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre du procédé tel que revendiqué. 1 1 2789836 REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage de la tension de contre-électrode d'une valve à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - adressage de la valve mettant en évidence la variation du flux lumineux, - mesure du flux lumineux en sortie de la valve, - transformation du flux lumineux en un signal alternatif, - traitement du signal alternatif dans une boucle de réaction consistant à modifier le signal appliqué sur la contre-électrode de manière à minimiser l'amplitude du signal alternatif, et - mémorisation des valeurs de réglage correspondant à la tension de contre-électrode ajustée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation du flux lumineux est mise en évidence à l'aide d'une mire dans laquelle pour les trames impaires, seules les lignes impaires sont activées, les lignes paires étant au niveau noir et pour les trames paires, seules les lignes paires sont activées, les lignes impaires étant au niveau noir. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fréquence déterminée correspond à la fréquence trame sur deux. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure du flux lumineux est réalisée à l'aide d'une fibre optique associée à un photodétecteur transformant le flux lumineux en un signal électrique. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fibre optique est positionnée en limite du champ de visualisation, une des extrémités étant coupée en biseau pour réaliser la réflexion totale de la lumière, I'autre extrémité portant le photodétecteur. 6. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure du flux lumineux est réalisée à l'aide d'une plaque de verre 12 2789836 positionnée dans le champ de visualisation, un des bords de la plaque portant un photodétecteur, I'ensemble des bords à l'exception de la partie recevant le photodétecteur étant recouvert d'une couche d'un matériau absorbant. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal issu du photodétecteur est traité dans un moyen de calcul à l'aide d'un algorithme de convergence. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans un projecteur couleur comportant trois valves à cristaux liquides, la tension de contre- électrode de chaque valve étant réglée successivement. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre après fonctionnement du projecteur, les valeurs stockées étant utilisées pour le réglage de la tension de contre-électrode lors de la mise en marche suivante. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une valve à cristaux liquides (1A, lB, 1C), un dispositif d'éclairage de la valve en projection, un dispositif de mesure (5) du flux lumineux associé à un photodétecteur (6), un convertisseur analogique/numérique (8) transformant le signal issu du photodétecteur en un signal numérique, un microcalculateur (9) mettant en oeuvre un algorithme de convergence de manière à minimiser l'amplitude du signal issu du photodétecteur, un circuit mémoire (10) pour stocker les valeurs de réglage de la tension de contre-électrode et des moyens (11, 12) pour ajouter les valeurs de réglage à la tension de contre-électrode. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un circuit d'amplification (7) compris entre le photodétecteur et le convertisseur analogique/numérique.