Brevet FR2786907A1 — publié le 20000609

ECRAN DE VISUALISATION A CRISTAUX LIQUIDES A STRUCTURE RENFORCEE La présente invention se rapporte aux écrans de visualisation d'image à cristaux liquides, particulièrement à ceux montés dans des dispositifs de visualisation d'image du type dit "embarqué", tels qu'utilisés par exemple dans des avions, des hélicoptères, etc.... Les écrans de visualisation d'image à cristaux liquides sont maintenant bien connus, et d'un usage courant. Ils constituent des écrans plats servant à la visualisation d'images monochromes ou polychromes. Ils sont montés dans divers dispositifs de visualisation eux-mêmes utilisés dans des domaines différents, qui souvent imposent des critères de fabrication qui leur sont propres. Ainsi les écrans à cristaux liquides montés dans les dispositifs de visualisation du type "embarqué" ci-dessus mentionné, sont construits suivant des critères plus rigoureux que pour des appareils destinés au grand public. Leur fabrication est prévue pour répondre à des tests sévères, entre autres des tests de vibration, grâce notamment à un renfort de leur structure. La figure 1 représente de manière schématique, par une vue en coupe, un écran à cristaux liquides 1, dont la structure est renforcée de manière classique. L'écran 1 comprend une faible épaisseur de cristal liquide 2 enfermé entre une première et une deuxième plaques de verre 3, 4, transparentes, appelées respectivement plaque TFT 3 et plaque contre- électrode 4. La première plaque 3 est généralement appelée "TFT" (de l'anglais "Thin Film Tansistor"') du fait que c'est elle qui porte le réseau de transistors (non représentés), servant à définir des cellules à cristaux liquides, et à les commander sous l'effet de signaux de tensions appliqués par rapport à une contre-électrode (non représentée), portée par la deuxième plaque 4, qui par suite est appelée plaque contre-électrode 4. La plaque TFT 3 est plus grande que la plaque contre-électrodes 4, cette dernière étant la plaque orientée du côté d'un observateur (non représenté) qui regarde l'écran 1. Ces deux plaques 3, 4 sont solidarisées l'une à l'autre par un cordon de colle 5 formé à la périphérie de la plaque contre-électrode 4. Les plaques TFT et contre-électrodes 3, 4 sont portées par un ensemble mécanique représenté par une paroi 6, contre laquelle uniquement la plaque TFT est pressée par l'intermédiaire de joints 8. En conséquence, lors d'essais en vibration, la contre-électrode 4 détermine un déséquilibre, un a balourd" sur la plaque TFT 3, qui nuit au comportement de cette dernière. La contre-électrode 4 en effet n'étant pas maintenue mécaniquement, elle tend à amplifier des déformations et des déplacements présentés par la plaque TFT. Toute déformation même minime de la plaque TFT entraîne une lo variation (quelques dixièmes de micromètres) de l'épaisseur de cristal liquide contenu entre les deux plaques 3, 4, variation qui même si elle est minime engendre une perturbation gênante sur l'image affichée: cette perturbation se manifeste dans l'image, par exemple, par des effets de taches et de vaguelettes blanchâtres. A ce problème bien connu, la solution généralement appliquée consiste à améliorer le maintien de la plaque TFT, en la rigidifiant à l'aide d'une plaque de renfort 7 plus ou moins épaisse suivant le renfort désiré. Il est à observer que la plaque de renfort 7 est nécessairement transparente et doit présenter certaines qualités optiques, pour laisser passer une lumière (non représentée) destinée à être modulée par l'écran 1 afin de former l'image affichée par ce dernier. La plaque de renfort 7 est fixée à la plaque TFT 3 par collage à l'aide d'une couche 9 d'une colle dite optique; elle est fixée sur la plaque TFT 3, sur une face de cette dernière opposée à la plaque contre- électrode 4. La présence de la plaque de renfort 7 renforce la rigidité mécanique de la plaque TFT, laquelle ainsi se comporte de façon satisfaisante dans les tests de vibration. Cette solution est satisfaisante sur le plan de la rigidité mécanique conférée à la plaque TFT, mais sa mise en oeuvre fait appel à un procédé particulièrement lourd, qui exige un grand nombre d'étapes successives, dont certaines sont délicates et peuvent donner lieu à des résultats incertains. On peut citer notamment des étapes de préparation de la colle, de dégazage, de passage d'un " primaire "sur les surfaces à coller, de dépose de colle, de nettoyages (de débordements notamment), de polymérisation, etc.. Toutes ces étapes doivent être effectuées avec une grande minutie pour éviter de dégrader la qualité de l'image notamment par la présence de bulles dans la colle, de poussières, etc..). Il s'en suit que le résultat obtenu peut être très variable, et d'une qualité difficile à stabiliser sans avoir recours à une automatisation du procédé; mais une automatisation dans ce cas est très délicate et donc d'un coût si élevé qu'elle ne peut être justifiée que pour des fabrications de grandes séries. De plus, d'une part le collage peut engendrer des contraintes mécaniques qui peuvent nuire à la qualité du collage et aussi engendrer des déformations, et d'autre part, le collage peut soulever des problèmes de dilatation thermique différentielle (verre/ colle). Toutes ces contraintes peuvent se traduire par des défauts cosmétiques sur l'image. Citons par exemple l'apparition d'un cadre blanchâtre en périphérie d'image noire. Pour répondre aux différents inconvénients et problèmes soulevés dans l'art antérieur par la fixation de la plaque de renfort sur la plaque TFT, et en conservant une même structure générale que celle décrite ci- dessus en référence à la figure 1, I'invention propose de solidariser les plaques TFT et de renfort par un moyen de fixation autre que la colle, beaucoup plus simple à utiliser, et qui donc ne présente pas les inconvénients ci-dessus exposés d'un collage classique. Selon l'invention, un écran de visualisation à cristaux liquides, comportant une première et une seconde plaque transparentes assemblées l'une à l'autre et entre lesquelles est contenu du cristal liquide, la première plaque étant mécaniquement renforcée par une troisième plaque transparente, est caractérisé en ce que la première et la troisième plaques sont solidarisées l'une à l'autre à l'aide d'un élément adhésif comportant au moins un film adhésif double face. Il est courant d'utiliser des films adhésifs double face. Ces films sont constitués à l'aide d'une substance qui a la propriété d'adhérer fortement aux surfaces sur lesquelles elle est pressée. Ils sont commercialisés par exemple par la firme "3M" sous le nom 'VHB 3M". L'une des différence entre une colle et une telle substance adhésive, est que cette dernière ne connaît pas d'étape de polymérisation, et que même si dans le temps elle durcit un peu, elle conserve beaucoup de la souplesse qu'elle avait à sa mise en oeuvre, au contraire de la colle qui tend à durcir complètement; une autre différence avantageuse par rapport à la colle, est que cette substance adhésive présente une certaine consistance et une résistance à l'écrasement. Les films adhésifs double face sont adhésifs par chacune de leurs deux faces, et peuvent donc servir à assembler deux objets. Ils sont faciles à couper, et sont disponibles dans le commerce avec des dimensions variables, allant par exemple de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres en largeur. On trouve ces films adhésifs principalement sous deux formes: - dans la première forme, le film adhésif double face comporte un film souple servant de support, dont chaque face est enduite de la substance adhésive telle que ci- dessus définie. Ils sont présentés généralement en rouleaux, le film adhésif étant enroulé sur lui-même avec un film isolant, c'est à dire un film sur lequel la substance n'adhère pratiquement pas. - dans sa seconde forme, le film adhésif double face est fait uniquement par la masse de substance adhésive; pour son stockage, il coopère avec un film "isolant" auquel donc il adhère très peu, et à l'aide duquel il est enroulé sur lui-même pour être stocké là aussi, sous la forme d'un rouleau. Deux objets peuvent ainsi être assemblés, chacun adhérant à l'une des faces de la même couche de substance adhésive. Aussi, par le terme "film adhésif double face", nous entendons désigner aussi bien le cas d'un film adhésif double face fait d'un film support enduit d'une substance adhésive sur chacune de ses faces, que le cas d'une unique couche de substance adhésive sans film support, et pouvant adhérer par chacune de ses faces. L'invention sera mieux comprise, et d'autres avantages qu'elle présente apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 déjà décrite, représente par une vue en coupe, une structure d'écran de visualisation à cristaux liquide de l'art antérieur; - la figure 2 montre de manière schématique par une vue en coupe semblable à celle de la figure 1, un premier mode de réalisation d'une structure d'écran de visualisation à cristaux liquide conforme à l'invention; - la figure 3 montre de manière schématique, une structure d'écran de visualisation à cristaux liquide suivant l'invention, dans une variante du mode de réalisation montré à la figure 2; - la figure 4 représente schématiquement une structure d'écran de visualisation à cristaux liquide conforme à l'invention, suivant un second mode de réalisation. La figure 2 représente de façon schématique un écran de visualisation à cristaux liquides 10 conforme à l'invention, par une même vue en coupe que celle montrant à la figure 1 I'écran de l'art connu. La structure générale de l'écran 10 de l'invention est la même que celle représentée à la figure 1, et la seule différence réside dans la façon de solidariser l'une à l'autre les plaques TFT et de renfort. L'écran 1 de l'invention comprend donc une faible épaisseur de cristal liquide 2 enfermé entre une plaque TFT 3 et une plaque contre- électrode 4, ces dernières étant liées l'une à l'autre par un cordon de colle 5. Les plaques TFT et contre-électrodes 3, 4 sont portées par un ensemble mécanique représenté par une paroi 6, contre laquelle la plaque TFT est pressée par l'intermédiaire de joints 8. Une plaque de renfort 7 est solidarisée à la plaque TFT 3 pour la rigidifier. Suivant une caractéristique de l'invention, la plaque TFT 3 et la plaque de renfort 7 sont fixées l'une à l'autre à l'aide d'un élément adhésif 11 comportant au moins un film 12 adhésif double face. Dans l'exemple non limitatif représenté à la figure 2, I'élément adhésif 11 est constitué par un unique film adhésif double face 12. L'élément adhésif 11 est donc située entre les deux plaques 3, 7, en contact avec l'une par l'une des faces adhésive et en contact avec l'autre par l'autre face adhésive. L'élément adhésif 11 a une épaisseur E1 qui dans l'exemple de la figure 2 est donnée par l'épaisseur el du film adhésif double face 12; cette épaisseur el de l'ordre par exemple de 0,5 mm, est celle que comporte le film adhésif 12 après un écrasement qu'il subit quand il est pressé entre la plaque TFT 3 et la plaque de renfort 7, pour adhérer avec force à ces dernières. Il est à noter que cet écrasement tend à réduire (de manière relativement modérée) I'épaisseur du film adhésif double face, dans des proportions susceptibles de varier en fonction de sa nature; par exemple dans le cas d'un film adhésif double face de type "acrylique", ayant une épaisseur au départ de l'ordre de 0,55 mm, son écrasement lui confère une épaisseur el de l'ordre de 0,5mm, soit une réduction d'épaisseur de l'ordre de 10%. Suivant une autre caractéristique de l'invention, I'élément adhésif 11 c'est à dire le film adhésif double face 12 est disposé vers la périphérie des plaques TFT 3 et de renfort 7, de manière à être placé autour d'une zone centrale qui correspond à une zone dite "zone image" Zi, définie à l'interface de la plaque TFT 3 et de la plaque de contre- électrode 4. Les limites de la zone image sont légèrement en retrait des bords extérieurs 18 de la plaque contre-électrode 4 (par exemple de 2 à 3 mm). La zone image Zi correspond aux limites extérieures d'images qui en fonctionnement sont affichées par l'écran 1. L'utilisation de film adhésif double face, pour solidariser la plaque de renfort 7 et la plaque TFT 3 conformément à l'invention, permet des progrès importants: - d'une part elle évite, comme c'est le cas pour l'utilisation d'une colle, de mettre en oeuvre un procédé aux résultats incertains, dont la mise en oeuvre est lourde et qui comporte un grand nombre d'étapes délicates (qui ont déjà été citées précédemment); on peut estimer à environ 60% le gain de temps apporté par l'utilisation d'un film adhésif double face, et avec des résultats meilleurs. Par sa souplesse, le film adhésif double face évite aussi les contraintes mécaniques apportées par l'utilisation d'une colle, et évite les problèmes de dilatations thermiques différentielles qui apparaissent sur toute la surface dans le cas d'un collage traditionnel; - d'autre part, l'utilisation de film adhésif double face permet de réaliser une configuration nouvelle, qu'il est très difficile voire impossible à obtenir avec un collage classique, et qui consiste à libérer les plaques TFT 3 et de renfort 7 de la présence de toute colle dans la zone image Zi; ceci a une conséquence bénéfique en ce qu'elle évite d'altérer les qualités optiques de ces plaques 3, 7 dans la zone particulièrement sensible qu'est la zone image Zi. Comme mentionné plus haut, les images sont produites à partir d'un rayonnement lumineux qui traverse les plaques TFT et de renfort 3, 7, il est donc important de ne pas dégrader ce rayonnement sous peine de dégrader l'image. Avec un film adhésif double face, il est facile de déposer ce dernier avec un positionnement suffisamment précis, pour qu'il n'empiète pas dans la zone image, alors qu'un tel positionnement avec une colle est pratiquement impossible du fait notamment de la fluidité présentée par la colle. Des essais, en vibration notamment, ont montré un comportement excellent voire surprenant des films adhésifs double face, utilisés dans la configuration représentée à la figure 2. Ces essais ont été effectués avec une plaque TFT 3 d'une épaisseur E2 de 1,1 mm renforcée par une plaque de renfort 7, d'une épaisseur de 2 mm à l'aide d'un élément adhésif 11 fait d'un unique film adhésif 12 double face (d'épaisseur el de 0,5 mm), disposé en périphérie (largeur de l'adhésif = 5 mm) c'est-à- dire autour de la zone image Zi, comme dans l'exemple de la figure 2: ces essais ont montré qu'une telle plaque TFT se comporte en vibration comme avec une plaque de renfort d'épaisseur 1,8 mm collée par toute sa surface à la plaque de renfort 7. Il y a donc un bénéfice important pour une très faible différence de comportement, qu'il est facile de compenser si nécessaire en augmentant l'épaisseur E2 de la plaque de renfort. Il est à noter qu'il peut être utile d'effectuer quelques essais, pour déterminer l'épaisseur el du film adhésif double face 12 la plus appropriée, en fonction notamment des dimensions et épaisseurs des plaques 3, 4, 7. Cette épaisseur el d'un film adhésif 12 double face est importante car elle conditionne la bonne tenue de la plaque de renfort 7: en effet, un film adhésif 12 double face ayant une épaisseur el par exemple trop grande, peut devenir trop souple, et risque de se comporter comme un terme élastique aux vibrations; si au contraire cette épaisseur est trop faible, la plaque de renfort 7 peut, en vibration, créer des chocs en venant buter contre la plaque TFT 3. Il est possible cependant de conférer à l'élément adhésif 11, à la fois le degré de souplesse voulu et l'épaisseur E1 correspondant à I'écartement recherché entre la plaque TFT 3 et la plaque de renfort 7. A cet effet, suivant l'invention l'élément adhésif 11 est réalisé avec une structure composite. La figure 3 représente l'élément adhésif 1 1 à structure composite, utilisé dans une même configuration que celle de la figure 2, c'est à dire autour de la zone image Zi. La structure composite de l'élément adhésif 11 est obtenue en associant deux films adhésifs double face 13, 14 à une couche 15 d'un matériau différent. On obtient ainsi une structure de type sandwich, avec la couche 15 en partie centrale, emprisonnée entre les deux films adhésifs double face 13, 14, dont la face extérieure de l'un adhère à la plaque TFT 3 et la face extérieure de l'autre adhère à la plaque de renfort 7. En choisissant pour constituer la couche 15, par exemple un matériau ayant une structure plus ferme que celle des films adhésifs double face 13, 14, on réduit la souplesse de l'élément adhésif 11. La couche 15 constitue un substrat intermédiaire qui permet de donner à l'élément adhésif 11 soit une plus grande épaisseur El, soit une plus grande résistance soit ces deux caractéristiques. La couche 15 peut donc être formée d'un matériau plus rigide qu'un film adhésif, par exemple une feuille de plastique, ou en fibres de verre, ou en métal ou même en verre etc... Il peut être avantageux toutefois que la couche 15 soit opaque à la lumière, en vue de réduire d'éventuels passages de lumière par les côtés au niveau de la jonction des plaques TFT 3 et de renfort 7. Dans l'exemple montré à la figure 3, I'épaisseur E1 de l'élément adhésif 11 résulte de la superposition du film adhésif double face 13 supérieur, de la couche 15 et du film adhésif double face 14 inférieur, ayant des épaisseurs respectivement el, e2, e3 qui s'ajoutent. Les films adhésifs double face 13, 14 peuvent avoir des valeurs d'épaisseurs el, e3 différentes, ou identiques comme dans l'exemple non limitatif représenté o leur épaisseur est par exemple de 0,25 mm; la couche 15 peut être en fibres de verre avec une épaisseur de l'ordre de 0,30; par suite, I'épaisseur E1 conférée à l'élément adhésif 11 est de l'ordre de 0,8 mm. Bien entendu, l'élément adhésif 11 peut être formé par la superposition de plusieurs sandwichs tels que celui constitué par les films adhésifs double face 13, 14 et la couche 15, avec éventuellement des caractéristiques différentes quand aux dimensions et/ou la nature de la couche 15. Si, quelle qu'en soit la raison, on désire rigidifier la plaque TFT 3 en la solidarisant à la plaque de renfort 7 sur une plus grande surface, plus grande que celle qui résulte d'un positionnement de type périphérique de l'élément adhésif 11 tel que représenté aux figures 2 et 3, il est également possible de solidariser l'une à l'autre ces deux plaques 3, 7 par l'élément adhésif 11 sur toute la surface disponible; la surface disponible est celle qui correspond aux surfaces en regard de ces deux plaques 3, 7. La figure 4 représente la plaque TFT 3 solidarisée sur toute la surface disponible à la plaque renfort 7, par un élément adhésif 11. Dans ce cas, l'élément adhésif 11 est formé par un unique film adhésif double face 16 choisi de préférence avec une bonne transparence, pour ne pas affecter les qualités optiques de la zone image Zi. Il est à noter que dans ce cas aussi, l'épaisseur el du film adhésif double face 16 est importante, car si elle est trop grande elle risque, en lo vibration, d'introduire un terme élastique et de nuire à la bonne tenue de la plaque de renfort 7. La solution montrée à la figure 3 d'un élément adhésif 11, comportant un sandwich fait de deux films double face 13,14 séparés par une couche 15 d'un matériau différent, peut aussi être utilisée dans cette version de l'invention, à la condition que la couche 15 soit faite d'un matériau transparent, un film plastique ou du verre par exemple. Bien entendu, cette version de l'invention exige particulièrement d'éviter d'introduire des défauts optiques (bulles, poussières) dans la zone image Zi. REVENDICATIONS 1. Ecran de visualisation à cristaux liquides, comportant une première et une seconde plaque (3, 4) transparentes, assemblées l'une à l'autre et entre lesquelles est contenu du cristal liquide (2), la première plaque (3) étant mécaniquement renforcée par une troisième plaque (7) au moins partiellement transparente, caractérisé en ce que la première et la troisième plaques (3,7) sont solidarisées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un élément adhésif (11) comportant au moins un film adhésif double face (12,13,14, 16). 2. Ecran de visualisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément adhésif (11) comporte au moins un ensemble de type sandwich fait de deux films adhésifs double face (13, 14) séparés par une couche (15) d'un matériau différent. 3. Ecran de visualisation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les deux films adhésifs double face (13,14) ont des épaisseurs (el,e2) identiques. 4. Ecran de visualisation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les deux films adhésifs double face (13,14) ont des épaisseurs (el,e2) différentes. 5. Ecran de visualisation suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que la couche (15) est en un matériau ayant une structure plus ferme que celle présentée par les films adhésifs double face (13,14). 6. Ecran de visualisation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément adhésif (11) est disposé entre la première et la troisième plaques (3, 7) autour d'une zone appelée zone image (Zi). 7. Ecran de visualisation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche (15) de matériau différent est en fibre de verre. 8. Ecran de visualisation suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche (15) de matériau différent est opaque à la lumière. 9. Ecran de visualisation suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément adhésif (11) est disposé entre la première et la troisième plaques (3, 7) sur sensiblement toute la surface disponible. 10. Ecran de visualisation suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la couche (15) de matériau différent est transparente à la lumière. 11. Ecran de visualisation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un film adhésif double face (12,13,14,16) est du type formé uniquement par une masse de substance adhésive. 12. Ecran de visualisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que au moins un film adhésif double face (12,13,14,16) est du type comportant un film support dont chaque face est enduite d'une substance adhésive.