Brevet FR2811089A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne en général des systè- mes d'affichage, et plus particulièrement un système d'affi- chage pour émettre une image d'affichage sous un angle réduit d'observation afin d'éviter des réflexions non sou- haitées de l'image affichée vers un observateur. Les systèmes d'affichage, et plus particulièrement ceux ayant une application dans des instruments d'avionique, émettent des images d'affichage sous un angle d'observation relativement large. Pour les applications en avionique, les images d'affichage sont émises à l'intérieur de l'habitacle d'un avion pour être vues par un pilote. Des réflexions des images affichées depuis la verrière de l'avion peuvent gêner la vision du pilote vers l'extérieur de l'avion, créant po- tentiellement une situation dangereuse. Un dispositif typique d'affichage pour un instrument d'avionique est un système d'affichage rétroéclairé à cris- taux liquides (LCD). En général, les afficheurs de ce type comprennent un diffuseur disposé dans un boîtier de disposi- tif entre la source de rétroéclairage et le groupe d'élé- ments d'affichage à cristaux liquides pour distribuer la lumière issue d'une source non uniforme de rétroéclairage, telle qu'une lampe fluorescente, par exemple, dans une enve- loppe de visualisation qui amène la lumière à apparaître uniforme à un observateur. Un deuxième diffuseur peut être inclus dans un filtre de système d'imagerie pour vision noc- turne (NVIS) disposé aussi entre la source de rétroéclairage et le groupe d'éléments d'affichage à cristaux liquides. Le but de ce deuxième diffuseur est de prédiffuser la lumière issue de collimateurs optiques du filtre NVIS. Des films de commande d'éclairement, telles que le produit LCF-P de la société 3M, par exemple, ont été propo- sés pour réduire ou éliminer, la nuit, des réflexions de fenêtre d'un afficheur dans des applications à l'automobile et à l'aéronautique. L'utilisation recommandée de films de commande d'éclairement consiste à les appliquer à la surface extérieure de l'élément d'affichage. Pour plus d'informa- tions sur de tels films de commande d'éclairement et leurs applications, on se référera à une brochure sur les produits de la Division "Systèmes de Sécurité" de la société 3M por- tant le numéro 75-0500-1433-3-C, datée de 1997. Les films de commande d'éclairement montés à l'exté- rieur, bien qu'ils soient capables d'éliminer des réflexions d'image d'affichage provenant de la verrière de l'habitacle d'un avion, présentent des performances médiocres en ré- flexion spéculaire (lumière crue) et en pouvoir réfléchis- sant diffus qui rendent difficile une observation en lumière ambiante (soleil). La présente invention surmonte les incon- vénients mentionnés précédemment des systèmes d'affichage de l'art antérieur pour éliminer plus efficacement les ré- flexions vers l'observateur d'images affichées sans affecter les performances en réflexion spéculaire et en pouvoir ré- fléchissant diffus. Selon la présente invention, un système d'affichage pour émettre une image d'affichage sous un angle réduit d'observation afin d'éviter des réflexions non souhaitées vers un observateur de ladite image d'affichage comprend: un boîtier ayant une ouverture frontale et un dispositif de rétroéclairage disposé en lui; un groupe d'éléments optoé- lectroniques d'affichage disposés dans l'ouverture frontale et commandés électriquement pour projeter l'image d'afficha- ge vers l'observateur quand ils sont éclairés par le dispo- sitif de rétroéclairage; et un film de commande de lumière disposé dans le boîtier entre le dispositif de rétroéclaira- ge et le groupe optoélectronique pour commander la surface d'éclairement transmise au groupe depuis le dispositif de rétroéclairage afin de réduire l'angle d'observation de l'image d'affichage. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, se référant aux dessins donnés uniquement à titre d'exemple et non limitatifs. La figure 1 est une représentation d'un habitacle qui peut servir d'environnement approprié pour la présente invention. La figure 2 est une vue éclatée en perspective de composants montrant un exemple d'un système classique d'affichage. La figure 2A est une vue éclatée en perspective de composants d'un système classique de rétroéclairage conve- nant à une utilisation dans le système d'affichage de la figure 2. La figure 2B est une vue éclatée en perspective de composants d'un boîtier classique convenant pour contenir le système d'affichage de la figure 2. La figure 3 est une vue éclatée en perspective de composants d'un système d'affichage adapté à une mise en oeuvre des principes de la présente invention. La figure 4 est une vue de dessus représentant un film de commande de lumière convenant à une utilisation dans le mode de réalisation de système d'affichage de la figure 3. La fig. 4A est une vue de dessus agrandie du film de commande de lumière représenté à la figure 4. La figure 5 est une représentation d'un habitacle pour montrer un angle réduit d'observation du mode de réali- sation de système d'affichage de la figure 3. Comme indiqué ci-dessus, la figure 1 est une repré- sentation d'un environnement d'habitacle convenant à la mise en oeuvre d'un système d'affichage faisant partie d'un ins- trument d'avionique devant être observé par le pilote d'un avion. En se référant à la figure 1, un pilote 10 est assis dans un habitacle 12 d'un avion. L'habitacle 12 est entouré par une verrière 14 et comprend un tableau de bord 16. Un instrument d'avionique comprenant un système 18 d'affichage est disposé dans l'habitacle 12 sur le tableau de bord 16 pour être observé par le pilote 10 le long d'une ligne 20 de visualisation directe. Comme décrit ci-dessus, sans l'utili- sation de l'invention du demandeur, le pilote 10 peut être confronté à des réflexions parasites de l'image affichée, comme celle représentée dans une zone 22 sur la verrière 14, par exemple. Un système typique 18 d'affichage de l'instrument d'avionique est représenté plus en détail dans la vue en perspective éclatée des composants du système d'affichage de la figure 2. En se référant à la figure 2, un circuit d'in- terface de données pour interfacer l'afficheur avec l'ins- trument d'avionique est disposé sur une carte 30 de circuit imprimé qui est montée sur un boitier 32 de réflecteur au moyen d'éléments 34 de vissage. La carte 30 de circuit im- primé est espacée du boîtier 32 par des entretoises 36 qui reçoivent les éléments 34 de vissage et fixent la carte de circuit imprimé au boîtier 32. Entre la carte 30 de circuit imprimé et le boitier 32, se trouve un sous-ensemble 31 de rétroéclairage (non représenté) disposé dans le système 18 pour émettre de la lumière vers l'avant d'un boitier qui sera décrit plus en détail ci-dessous. Le dispositif de ré- troéclairage peut être, par exemple, une lampe fluorescente, une lampe à incandescence, un panneau électroluminescent ou un dispositif similaire. La figure 2A est une représentation éclatée montrant un exemple d'un sous-ensemble 31 de rétroé- clairage destiné à une utilisation dans le présent mode de réalisation. En se référant à la figure 2A, une lampe fluo- rescente 90 est disposée sur un côté d'une plaque 92 usinée d'aluminium qui sert de dissipateur de chaleur pour le dis- positif de rétroéclairage. La lampe fluorescente 90 peut être disposée en serpentin à travers un côté de la plaque 92 et peut prendre, par exemple, la forme d'un M arrondi. Des cathodes 94 de la lampe fluorescente sont disposées sur l'autre côté de la plaque 92 et reliées au moyen de fils (non représentés) à une carte 96 de circuit imprimé disposée aussi sur l'autre côté de la plaque 92. La carte 96 comprend aussi un circuit électronique d'interface pour commander le fonctionnement de la lampe 90. Des protubérances 98 de dis- sipateur de chaleur sont prévues sur l'autre côté pour ac- croître la surface de celui-ci et donc augmenter l'efficacité du dissipateur de chaleur. Un connecteur 100 est monté sur la carte 96 pour établir une liaison avec une carte 102 d'alimentation qui sert à alimenter en énergie la lampe fluorescente par l'intermédiaire du connecteur 100. Diverses vis 104 et d'autres éléments 106 d'assemblage sont utilisés pour assembler la carte 102 à la plaque 92 d'une manière classique. En revenant à la figure 2, un passage pour la lumiè- re émise en provenance du dispositif 31 de rétroéclairage est pratiqué à travers le boîtier 32 pour permettre l'éclai- rage d'un groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux liqui- des. Le boîtier 32 comprend aussi des circuits 38 d'interconnexion pour coupler électriquement des dispositifs d'attaque de grille et des dispositifs 42 d'attaque de colonne du groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux li- quides aux circuits d'interface de données de la carte 30 de circuit imprimé. Le groupe d'éléments à cristaux liquides peut être d'un type fabriqué par la société Planar Systems sous le numéro de modèle SISM AM3ATI-001, par exemple. Pris en sandwich entre le boîtier 32 et le groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux liquides, se trouvent une couche 46 de collimation, un filtre d'imagerie pour vision nocturne avec un diffuseur 48, une bague 50 d'alignement et un diffu- seur 52 dans l'ordre allant de l'avant à l'arrière du systè- me 18. La couche 46 de collimation peut être du type fabriqué par la société 3M Corporation, par exemple. Le fil- tre 48 d'imagerie pour vision nocturne peut être du type fabriqué par la société Oxley, Inc., lamifié avec un diffu- seur du type fabriqué par la société Nitto sous la référence LDS-19W, par exemple. Et le diffuseur 52 peut être du type fabriqué par la société Physical Optics Corporation sous la référence LSD95x25PC20, par exemple. Un capteur 53 de tempé- rature qui peut être du type fabriqué par la société Analog Devices sous la référence AD590, par exemple, est disposé sur le groupe d'éléments d'affichage à cristaux liquides et interconnecté au circuit 38 du boîtier 32. La fixation de l'assemblage susmentionné de composants du boîtier 32 est assurée par une monture 54 utilisant des vis 56. Des joints 58 sont disposés entre la monture 54 et le groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux liquides. Le groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux liquides est commandé électriquement par l'instrument d'avionique par l'intermédiaire du circuit électronique 30 d'interface et du circuit 38 d'inter- connexion pour projeter une image d'affichage d'une ouvertu- re frontale d'un boîtier (voir ci-dessous) vers le pilote (observateur) quand il est éclairé par le dispositif 31 de rétroéclairage. La figure 2B représente un boîtier 110 convenant pour contenir les composants du système 18 d'affichage. En se référant à la figure 2B, le boîtier 110 comprend une ou- verture frontale 112 à travers laquelle le système 18 peut être disposé dans le boîtier et à travers laquelle le groupe d'éléments 44 d'affichage à cristaux liquides peut émettre une image d'affichage vers l'observateur. Une collerette 114 d'affichage est montée autour de la périphérie du boîtier sur l'ouverture 112 et comprend deux boutons 116 et 118 de commande qui peuvent être reliés électriquement à la car- te 30 d'électronique pour commander diverses caractéristi- ques de l'image affichée. Montés entre la collerette 114 et le boîtier 110, se trouvent un joint 120 et un masque 122 qui peuvent être fabriqués en un matériau à base de laiton avec un revêtement noir d'oxyde, par exemple, pour empêcher la lumière de s'échapper par les côtés de l'ouverture 126 entre la collerette 114 et le boîtier 110. Le boîtier com- prend aussi des trous 124 et 126 de ventilation, par exem- ple, pour permettre à de l'air chaud de passer du boîtier vers l'extérieur. De plus, le boîtier 110 peut comprendre une ou plusieurs plaques amovibles 128 de couverture pour un accès au système 18 d'affichage dans le boitier dans des buts d'essais, d'entretien ou autres. Le système 18 d'affi- chage peut être fixé au boîtier 110 par des vis 130 de mon- tage pénétrant dans les parois latérales du boîtier. En fonctionnement, le sous-ensemble 31 de rétroé- clairage émet une lumière qui traverse la couche 46 de col- limation, le filtre NVIS/diffuseur 48, le diffuseur 52, pour arriver sur l'afficheur 44 à cristaux liquides. En consé- quence, une lumière diffusée est projetée sur un polariseur arrière de l'afficheur 44 à cristaux liquides. Les pixels de colonne et de rangée de l'afficheur 44 à cristaux liquides qui sont pris en sandwich entre l'arrière et un polariseur avant servent d'obturateurs pour la lumière, mais n'ont pas beaucoup d'effet sur les propriétés angulaires de la lumière pénétrant dans l'afficheur et sortant de lui. Ainsi, la lu- mière sortant de l'afficheur 44 par l'ouverture 126 du boî- tier 110 aura des propriétés angulaires semblables à celles de la lumière pénétrant dans l'afficheur. Des images proje- tées par l'afficheur à cristaux liquides vers l'observateur sont définies par des données numériques fournies au circuit d'interface de données. Ces données numériques qui défi- nissent l'image sont envoyées à la carte 30 d'interface qui actualise l'image de l'afficheur en sélectionnant une rangée de l'afficheur à la fois. La carte 30 d'interface charge les informations numériques pour chaque pixel d'une rangée sé- lectionnée dans son ou ses dispositifs d'attaque de colonne qui convertissent les données numériques pour chaque pixel en une tension discrète pour chaque sortie individuelle de colonne. Ensuite, la carte 30 d'interface indique à son cir- cuit d'attaque de rangée d'activer ou de sélectionner la première rangée de l'afficheur. Les tensions discrètes de chaque sortie de dispositif d'attaque de colonne peuvent maintenant charger ou décharger leurs pixels correspondants de la rangée sélectionnée. Ensuite, la sortie sélectionnée de dispositif d'attaque de rangée est désactivée et la ran- gée suivante est sélectionnée. Ce processus se répète jusqu'à ce que toutes les rangées de l'afficheur 44 aient été adressées, après quoi la première rangée est sélection- née et le processus se répète de nouveau. La tension appli- quée à chaque pixel fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui détermine si la lumière polarisée par le po- lariseur arrière de l'afficheur traversera le polariseur avant ou sera absorbée par le polariseur avant. Une rotation du plan de polarisation de la lumière ne modifie pas la di- rection de propagation, cependant. Chaque pixel contient aussi un filtre de couleur, soit rouge, soit vert, soit bleu, soit blanc. La lumière colorée qui traverse le polari- seur avant est vue par l'observateur comme l'image, et la lumière de pixels qui sont bloqués par le polariseur avant n'est pas vue (noir). Dans un mode de réalisation de la présente invention tel que représenté à la figure 3, le diffuseur 52 du système d'affichage est remplacé par un élément 60 formant film de commande de lumière, qui est utilisé pour commander la sur- face d'éclairement lumineux transmis au groupe 44 d'éléments d'affichage à cristaux liquides depuis le sous-ensemble 31 de rétroéclairage afin de réduire l'angle de visualisation de l'image d'afficheur envoyée à un observateur depuis le groupe 44 d'éléments d'affichage à cristaux liquides. Il existe un film commercialisé par la société 3M Corporation sous la référence LCF ou LCF-P convenant à cette applica- tion. Pour plus de détails sur ce film, on se référera à la publication de spécification de produit de la Division "Sys- tèmes de Sécurité" de la société 3M portant le numéro de publication 75-0500-1433-3-C et datée de 1997. Des illustrations en vue de dessus d'un exemple de film 60 de commande de lumière pour une utilisation dans le mode de réalisation de système d'affichage sont représentées aux figures 4 et 4A. Pour le présent mode de réalisation, la couche de commande de lumière est du type fabriqué par 3M sous la référence LCF-P ABR2 AG48, type 011 Thk.034. La figure 4A est une vue de dessus agrandie du film de la figu- re 4 qui en montre les détails. En se référant à la figure 4A, le film 60 comprend une couche de micro-volets étroitement espacées représentée en 62, qui peut avoir une épaisseur prédéterminée de l'ordre de 0,010 pouce (0,254 mm) par exemple, et qui peut être alignée à un angle prédétermi- né de fente qui peut être de l'ordre de 0 degré, par exem- ple. Un côté 64 de chaque micro-volet peut comprendre un matériau mat absorbant la lumière, ayant un descripteur 3M de 90 % de brillant du côté visible, par exemple, et l'autre côté 66 de chaque micro-volet peut comprendre un matériau de type brillant ayant un descripteur 3M brillant sur le côté arrière, par exemple, qui réfléchit la lumière. Le film 60 de commande de lumière peut aussi comprendre des couches protectrices 68 en un matériau de polycarbonate, par exem- ple, recouvrant la couche de micro-volets 62. Ces couches protectrices peuvent avoir une épaisseur de 0,010 pouce (0,254 mm), par exemple. Finalement, un revêtement antire- flet peut être appliqué du côté sortie du film 60. Pour plus de détails sur les micro-volets 62, on se référera à la pu- blication 3M susmentionnée. En se référant à l'illustration en vue de dessus de la figure 4, en fonctionnement, une lumière provenant du sous-ensemble 31 de rétroéclairage, qui a un diagramme d'éclairement à grand angle représenté en 72, pénètre dans un côté 74 du film 60 et ressort de l'autre côté 76 avec un diagramme réduit d'éclairement représenté en 78, par exem- ple. Dans le présent exemple, la lumière entrant dans le film peut avoir un diagramme qui a environ 90 degrés de- puis un axe central du film et la lumière sortant du film peut avoir un diagramme de 45 degrés depuis le centre. Les micro-volets dans le film 60 de commande de lumière rédui- sent l'angle auquel la lumière est projetée sur l'afficheur 44 à cristaux liquides. Le rapport d'aspect des micro-volets détermine la proportion de réduction angulaire obtenue. Com- me on l'a décrit ci-dessus, les éléments de pixel de l'affi- cheur 44 servent d'obturateurs et ont un effet de dispersion très réduit sur la lumière qui pénètre dans l'afficheur. Ainsi, la lumière sortant de l'afficheur aura une réduction semblable d'angle. Cette surface réduite d'éclairement du groupe 44 d'éléments d'affichage à cristaux liquides entraî- ne un angle réduit de visualisation de l'image d'affichage provenant du système 18 d'affichage, tel celui représenté dans l'illustration de l'habitacle de la figure 5. En consé- quence, toute réflexion parasite depuis la verrière 14 sera projetée derrière le pilote 10 comme représenté par une zone , par exemple. REVENDICATIONS 1. Système d'affichage pour émettre une image d'af- fichage sous un angle réduit d'observation afin d'éviter des réflexions non souhaitées vers un observateur de ladite ima- ge d'affichage, ledit système d'affichage comprenant: un boîtier (110) ayant une ouverture frontale (112); un dispositif (31) de rétroéclairage disposé dans ledit boîtier; un groupe (44) d'éléments optoélectroniques d'affi- chage commandés électriquement pour projeter ladite image d'affichage vers ledit observateur quand le groupe est éclairé par ledit dispositif (31) de rétroéclairage, ledit groupe (44) étant disposé dans ladite ouverture frontale (112) dudit boîtier (110); et un film (60) de commande de lumière disposé dans ledit boîtier (110) entre ledit dispositif (31) de rétroé- clairage et ledit groupe (44) pour commander la surface d'éclairage lumineux transmise audit groupe depuis ledit dispositif de rétroéclairage afin de réduire l'angle d'ob- servation de l'image d'affichage. 2. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit groupe (44) comprend un groupe d'éléments d'affichage à cristaux liquides. 3. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif (31) de rétroéclaira- ge comprend un type de lampe choisi dans le groupe compre- nant les lampes fluorescentes, à incandescence et électroluminescentes. 4. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit film (60) de commande de lumière comprend une pluralité de micro-volets (62) étroitement es- pacés ayant une épaisseur prédéterminée et alignées à un angle prédéterminé de fente pour permettre à la lumière is- sue dudit dispositif (31) de rétroéclairage de se propager avec un angle prédéterminé d'éclairage vers ledit groupe (44) d'éléments optoélectroniques d'affichage. 5. Système d'affichage selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits micro-volets (62) dudit film (60) de commande de lumière sont comprennent un matériau absorbant la lumière. 6. Système d'affichage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film (60) de commande de lumière comprend un couche mince de matériau recouvrant les micro-volets. 7. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (18) d'affichage fait par- tie d'un instrument d'avionique disposé dans l'habitacle (12) d'un avion, et que l'observateur est un pilote (10) situé au voisinage immédiat du système d'affichage. 8. Système d'affichage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les réflexions non souhaitées compren- nent des réflexions d'une verrière (14) de l'avion, et que l'angle réduit de visualisation de l'image d'affichage met les réflexions sur ladite verrière hors de la vue du pilote. 9. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre NVIS (48) pour vision nocturne et un diffuseur (52) disposés dans le boi- tier (110) entre le dispositif (31) de rétroéclairage et le film (60) de commande de lumière. 10. Système d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (46) de collima- tion disposée dans le boîtier (110) entre le dispositif (31) de rétroéclairage et le film (60) de commande de lumière.