Brevet FR2847997A1 — publié le 20040604

i Dispositif d'affichage à détection de proximité et procédé d'utilisation de ce dispositif L'invention se rapporte à un dispositif d'affichage comportant des moyens de détection de proximité et à un procédé d'utilisation de ce dispositif. On utilise de tels dispositifs notamment pour la réalisation de terminaux de communication du type permettant à un opérateur de 5 transmettre et de recevoir des informations dans le cadre d'un échange convivial avec un processeur. L'invention trouve une application particulière pour les écrans des terminaux interactifs comportant des écrans à cristaux liquides, à plasma, à diodes électroluminescentes ou à émission par effet de champ. Des écrans connus comportent deux plaques dont l'une au moins est transparente. Entre ces plaques on dispose des molécules de cristal liquide. Pour exciter les molécules de cristal liquide et modifier la polarité d'un rayon lumineux qui les traverse, l'écran comporte des électrodes transparentes situées sur des faces internes des deux plaques. L'une de ces 15 électrodes est communément appelée contre-électrode. On applique un signal de commande, en général basse fréquence, entre les électrodes pour exciter les molécules de cristal liquide et ainsi obtenir l'affichage souhaité. Il est connu de réaliser des terminaux de communication interactifs en disposant sur le dispositif une ou plusieurs couches tactiles 20 transparentes à contact ou à effet capacitif, inductif ou équivalent. Le dispositif peut alors servir à délimiter des zones d'appuis de cette plage selon une composition désirée. L'appui sur la couche se fait habituellement par un doigt d'un opérateur. Les inconvénients associés à ces procédés connus sont relatifs au cot du composant sensible ajouté sur l'écran et au fait que 25 les informations visuelles fournies par le dispositif sont inévitablement altérées par les plages tactiles rapportées. Pour remédier à ce problème le brevet européen EP 0 340 096 propose d'utiliser la surface de la contre-électrode d'un écran à cristaux liquides en remplacement de couches tactiles rapportées. Cette contre30 électrode a une surface importante en rapport avec la surface du doigt de l'opérateur, ce qui convient bien à la détection d'un doigt par effet capacitif. A titre d'exemple, un tel écran permet l'affichage de caractères numériques composés chacun de sept segments qui peuvent être soit allumés ou éteints. Une contre-électrode de ce type d'écran recouvre en général un ou plusieurs emplacements prédéfinis de caractères. Le brevet EP 0 340 096 décrit l'application d'un signal haute fréquence à la contre-électrode. Le signal haute fréquence est atténué par la 5 présence du doigt d'un utilisateur à proximité de l'écran et en regard de la contre-électrode. La détection de l'atténuation du signal haute fréquence permet de détecter la présence du doigt. Le brevet EP 0 340 096 décrit l'application indépendante du signal de commande et du signal haute fréquence afin de ne pas se 10 perturber l'un l'autre; cette application indépendante nécessite d'interrompre un des signaux pour appliquer l'autre. Ceci ne permet pas de modifier l'affichage et de détecter la présence du doigt simultanément. L'invention vise à pallier ce problème en proposant des moyens permettant d'appliquer simultanément le signal de commande et le signal 15 haute fréquence. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'affichage électronique comprenant des moyens de détection de proximité d'un élément conducteur situé à proximité d'une zone d'affichage du dispositif, le dispositif comportant une couche de matériau présentant des propriétés électro20 optique aptes à rendre visible tout ou partie de sa surface sous l'effet d'une excitation électrique, au moins une première électrode disposée sur une première face de la couche, une seconde électrode disposée sur une seconde face de la couche en regard d'au moins une première électrode, des moyens pour générer un signal de commande des électrodes en fonction 25 d'une image à afficher sur la zone d'affichage, des moyens pour générer un signal haute fréquence appliqué à la seconde électrode, des moyens pour détecter une éventuelle modification du signal haute fréquence, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de mixage du signal haute fréquence et du signal de commande. L'invention a également pour objet un procédé d'utilisation du dispositif décrit précédemment, caractérisé en ce que les moyens pour générer un signal de commande fournissent un signal périodique comportant des alternances positives et négatives, en ce que les moyens pour générer un signal haute fréquence injectent un signal haute fréquence à quantité sensiblement égale pendant autant d'alternances positives et que d'alternances négatives du signal de commande. L'invention est particulièrement adaptée à des dispositifs 5 d'affichage statiques ou faiblement multiplexés. En effet, ces types d'afficheurs ne comportent pas d'interrupteur électronique réalisés directement sur les électrodes permettant l'affichage. En présence d'un tel interrupteur sur une électrode son ouverture permet d'élever l'impédance de cette électrode et d'appliquer le signal haute fréquence à la contre-électrode 10 située en regard. En l'absence d'interrupteur sur l'électrode, on peut moins facilement élever l'impédance de l'électrode et l'application du signal haute fréquence risque de modifier l'affichage. L'invention permet de pallier ce problème en maîtrisant le mixage 15 du signal haute fréquence du signal de commande. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donnée à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel: la figure 1 représente en coupe un dispositif d'affichage dédié; 20 - les figures 2a et 2b représentent un exemple d'électrodes d'un dispositif d'affichage conforme à l'invention; - la figure 3 représente une modélisation schématique du fonctionnement d'un dispositif d'affichage; la figure 4 représente schématiquement un dispositif 25 d'affichage conforme à l'invention. Le dispositif d'affichage représenté sur la figure 1 comporte deux plaques isolantes 1 et 2 disposées l'une au-dessus de l'autre. Au moins l'une des deux plaques 1 ou 2 est transparente. Le dispositif comporte également 30 une couche 3 réalisée dans un matériau présentant des propriétés électrooptiques aptes à transmettre ou non un rayonnement lumineux sous l'effet d'une excitation électrique. Ce matériau comporte par exemple du cristal liquide. Le dispositif comporte deux premières électrodes 4 et 5 ayant par exemple la forme d'un pictogramme. Ces deux premières électrodes sont 35 disposées sur une première face 6 de la couche 3. Le dispositif comporte en outre une seconde électrode 7 également appelée contre-électrode 7, disposée sur une seconde face 8 de la couche 3. La seconde électrode 7 est disposée en regard des deux premières électrodes 4 et 5 de telle sorte qu'un signal de commande appliqué entre l'une des premières électrodes et la seconde électrode 7 modifie l'état du cristal liquide entre les électrodes. Sur la figure 1 seules trois électrodes 4, 5 et 7 ont été représentées à titre d'exemple. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en couvre quel que soit le nombre d'électrodes. La figure 2a représente un exemple de pictogramme réalisé à 10 l'aide des électrodes 4 et 5. Le pictogramme de l'électrode 4 représente trois flèches concourantes et le pictogramme de l'électrode 5 représente une silhouette humaine assise. Ces deux pictogrammes peuvent représenter par exemple l'état de la ventilation dans un véhicule automobile. L'électrode 4 est reliée électriquement par une plage 9 à un plot de connexion 10. Il en est 15 de même pour l'électrode 5 qui est reliée par une plage 11 a un plot de connexion 12. Les plots 10 et 12 permettent d'appliquer aux électrodes 4 et 5 le signal de commande du dispositif. Les plots 10 et 12 sont situés sur un bord 16 du dispositif. La figure 2b représente l'électrode 7 et sa plage de raccordement 20 électrique 14. La plage 14 permet d'alimenter l'électrode 7 par un plot 15 situé sur le bord 16 du dispositif. Dans l'exemple de réalisation représenté, un contour 17 extérieur de l'électrode 7 est sensiblement ovale. Lorsque l'électrode 7 est placée en regard des électrodes 4 et 5, ces dernières sont situées à l'intérieur du contour 17. Autrement dit, l'électrode 7 recouvre 25 complètement les électrodes 4 et 5. Ainsi la surface de l'électrode 7 est supérieure à la somme des surfaces des électrodes 4 et 5. Pour assurer un fonctionnement correct de la détection de proximité par effet capacitif, l'électrode 7 doit avoir une surface d'au moins 9 mm2. L'effet capacitif est obtenu en posant un doigt d'un utilisateur sur le dispositif en regard de 30 l'électrode 7. Une capacité est alors créée entre l'électrode 7 et le doigt. En injectant un signal électrique haute fréquence, par exemple 2MHz, sur l'électrode 7, on peut détecter la présence du doigt en analysant un éventuel affaiblissement du signal haute fréquence d à l'existence de la capacité créée entre le doigt et l'électrode 7. Des essais ont montré que si la surface de l'électrode 7 est inférieure à 9 mm2, l'affaiblissement du signal haute fréquence si faible qu'il est pratiquement impossible à détecter. Avantageusement, l'électrode 7 est détourée en regard des plages 9 et 10. Plus précisément, la modification d'état du cristal liquide est obtenue 5 en appliquant un signal de commande basse fréquence, par exemple à 100 Hz, entre d'une part l'électrode 7 et d'autre part au moins une des électrodes 4 ou 5. Les plages 9 et 11 sont en partie en regard de l'électrode 7 ou plus précisément à l'intérieur du contour 17 de l'électrode 7. Si l'électrode 7 occupe entièrement la surface située à l'intérieur du contour 17, les parties 10 des plages 9 et 11 en regard de l'électrode 7 sont alors visibles en même temps que les pictogrammes formés par les électrodes 4 et 5. Pour pallier ce défaut et ne laisser apparaître que les pictogrammes, l'électrode 7 est détournée en regard des plages. Un détourage 18 est bien visible sur la figure 2b. Les deux figures 2a et 2b sont représentées à la même échelle et 15 en les superposant, le détourage 18 recouvre la partie des plages 9 et 11 située à l'intérieur du contour 17. Cette superposition préfigure de la disposition des électrodes 4, 5 et 7 dans le dispositif. Sur la figure 2b, on distingue également un autre détourage 19 réalisé dans l'électrode 7, permettant, une fois les électrodes 4, 5 et 7 superposées de séparer 20 visuellement le corps 19 de la tête 20 dans la représentation de la silhouette humaine réalisée à l'aide de l'électrode 5. Avantageusement, le dispositif comporte plusieurs contreélectrodes (7). Pour assurer la détection de présence d'un élément conducteur à proximité de chaque contre-électrode 7, chacune est alimentée 25 séparément. Plus précisément, chacune possède sa propre plage 14 aboutissant chacune à un plot 15 distinct. La figure 3 permet d'expliquer le fonctionnement d'une cellule élémentaire d'affichage formée par une première électrode, par exemple 30 l'électrode 4 et une seconde électrode 7 située en regard. Des molécules de cristal liquide sont placées entre les deux électrodes 4 et 7 et forment un matériau isolant de quelque jum d'épaisseur. Les deux électrodes forment alors une capacité Cpsb appelée également capacité de la cellule élémentaire LCD. Le raccordement électrique de la première électrode 4 est 35 assuré par la plage 9 formant une résistance Rlss dont la valeur est avantageusement adaptée par gravure de la plage d'alimentation 9 de la première électrode 4. Plus précisément, la valeur de la résistance Rlss est adaptée en modifiant la longueur et/ou la largeur et/ou l'épaisseur de la plage d'alimentation 9. Si la valeur de la résistance Rlss est insuffisante, on peut ajouter en série avec la plage 9 une résistance additionnelle Rscs par exemple sous forme de composant discret. Des pertes capacitives dans le raccordement électrique de l'électrode 4 peuvent être modélisées par une capacité Cp2 reliée entre une borne de la résistance Rscs non raccordée à la plage 9 et la 10 masse 25 électrique. Le raccordement électrique de la seconde électrode 7 est assuré par la plage 14 formant une résistance Rlsb. Des pertes capacitives dans le raccordement électrique de l'électrode 7 peuvent être modélisées par une capacité CpI reliée entre l'extrémité de la plage 14 non raccordée à 15 l'électrode 7 et la masse 25. Une capacité Cinj raccordée au point commun de la capacité Cpl et de la plage 14 permet d'injecter sur la seconde électrode 7 un signal haute fréquence. La figure 4 complète les éléments décrits sur la figure 3 en décrivant la façon dont un signal de commande et un signal haute fréquence 20 sont appliqués aux électrodes 4 et 5. Plus précisément le dispositif comporte des moyens pour générer le signal de commande 30 formés par une source alternative de tension basse fréquence et raccordés entre d'une part la borne de la résistance Rscs non raccordée à la résistance Rlss et d'autre part le point commun de la plage 14 et de la capacité d'injection Cinj. Les moyens 25 pour générer le signal de commande 30 sont, à leurs points communs avec la résistance Rscs, raccordés à la masse 25 par l'intermédiaire d'une impédance de charge formée par exemple d'une résistance R et d'une capacité C raccordés en parallèle. Cette impédance est un exemple de modélisation de l'impédance de sortie du générateur. Le dispositif comporte 30 en outre des moyens pour générer un signal haute fréquence 31 raccordés entre la masse 25 et la borne de la capacité d'injection Cinj non raccordée à la plage 14.Le signal haute fréquence est alternatif. Selon l'invention, le dispositif comporte de moyens de mixage du signal haute fréquence et du signal de commande. Ces moyens comportent 35 une résistance Rscb raccordée en série avec la source de tension basse fréquence 30. La valeur de la résistance Rscb est par exemple comprise entre 1 kilo-ohms et 100 kilo-ohms. Avantageusement, la valeur de la résistance Rscb est au moins de l'ordre de grandeur de l'impédance du condensateur d'injection Cinj à la 5 fréquence du signal haute fréquence. Ainsi le fait de mixer le signal de commande et le signal haute fréquence au moyen de la résistance Rscb n'atténue pas trop le signal haute fréquence. Par exemple, si le signal haute fréquence a une fréquence de 2 MHz, et si on choisit une capacité d'injection Cinj de 10 pF, la valeur retenue pour la résistance Rscb ne sera pas 10 inférieure à environ 5 kilo-ohms. Avantageusement, la valeur de résistance Rlsb de la plage d'alimentation 14 de l'électrode 7 est inférieure à 5 k ohms afin de limiter l'atténuation des signaux reçus par l'électrode 7. Avantageusement, la valeur de la résistance Rlss est adaptée de 15 telle sorte qu'une constante de temps t formée par la capacité Cpsb et la résistance Rlss soit au moins d'un ordre de grandeur plus petite qu'une période du signal de commande. On entend par un ordre de grandeur plus petite, environ dix fois plus petite. Ainsi le signal de commande aura une tension beaucoup plus importante aux bornes de la capacité Cpsb qu'aux 20 bornes de la résistance Rlss. Comme on l'a vu précédemment, la résistance Rlss peut être complétée par la résistance additionnelle Rscs. Dans ce cas, on devra tenir compte des deux résistances Rlss et Rscs pour le calcul de la constante de temps t Avantageusement, la valeur de la constante de temps est 25 supérieure ou égale à une période du signal haute fréquence. Ainsi le signal haute fréquence aura une tension beaucoup plus importante aux bornes de la résistance Rlss, complétée éventuellement de la résistance additionnelle Rscs, qu'aux bornes de la capacité Cpsb. Ainsi La cellule LCD sera peu perturbée par l'application de la tension haute fréquence. Avantageusement, lorsque le dispositif comporte au moins deux électrodes 4 et 5 de surface différente disposée en regard d'une seconde électrode 7, la valeur de la résistance Rlss, complétée éventuellement de la résistance additionnelle Rscs, de chaque électrode 4 ou 5 croit avec l'inverse de la surface de l'électrode 4 ou 5 considérée. Autrement dit, plus la surface 35 d'une électrode 4 ou 5 est petite plus on augmentera la valeur de la résistance Rlss, complétée éventuellement de la résistance additionnelle Rscs, pour ainsi conserver une même constante de temps t pour toutes les premières électrodes 4 et 5. L'invention a également pour objet un procédé d'utilisation d'un 5 dispositif précédemment décrit, procédé dans lequel les moyens pour générer un signal de commande 30 fournissent un signal périodique comportant des alternances positives et négatives. Les moyens pour générer un signal haute fréquence 31 injectent un signal haute fréquence à quantité sensiblement égale pendant autant d'alternances positives et que 10 d'alternances négatives du signal de commande 30 Ceci permet d'éviter d'éventuelles dissymétries dans l'application du signal haute fréquence à la cellule LCD. En effet une telle cellule peut être endommagée en cas d'application d'une composante de tension continue aux bornes de ses électrodes, composante continue résultante d'application dissymétrique d'un 15 signal. Avantageusement, le signal haute fréquence est interrompu lors des commutations entre les alternances positives et négatives du signal de commande 30. En effet lors de ces commutations, l'application du signal haute fréquence pourrait conduire, de la même façon que précédemment, à 20 un déséquilibre de tension pouvant induire l'application d'une composante continue aux bornes des électrodes. Cette contrainte temporelle sur l'injection du signal haute fréquence est beaucoup moins pénalisante que celle existante dans une réalisation conforme à l'enseignement du brevet EP 0 340 096 dans laquelle il fallait interrompre le signal de commande pour 25 injecter le signal haute fréquence. Avantageusement, la durée et/ou l'amplitude du signal haute fréquence délivré par les moyens pour générer un signal haute fréquence 31 est telle que la valeur efficace du signal haute fréquence est inférieure à une tension de seuil de la couche 3. On définit la tension de seuil de la couche 3 30 comme une tension apte faire changer l'état du cristal liquide, à le faire passer d'un état transparent à un état opaque ou l'inverse. Plus précisément, la tension de seuil dépend des composants de la cellule elle-même et également du taux de multiplexage de la cellule. Dans le cas d'un dispositif comportant plusieurs cellules, la plus petite tension de seuil sera celle de la 35 cellule ayant la plus petite constante de temps t. Par ailleurs, l'amplitude du signal haute fréquence agit directement sur la valeur efficace du signal haute fréquence et on entend par durée du signal haute fréquence la durée à l'intérieur d'une alternance du signal de commande ainsi que le nombre d'alternance du signal de commande o le signal haute fréquence apparaît. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage électronique comprenant des moyens de détection de proximité d'un élément conducteur situé à proximité d'une zone d'affichage du dispositif, le dispositif comportant une couche (3) de matériau présentant des propriétés électro-optique aptes à rendre visible tout ou partie 5 de sa surface sous l'effet d'un signal de commande électrique, au moins une première électrode (4, 5) disposée sur une première face (6) de la couche (3), une seconde électrode (7) disposée sur une seconde face (8) de la couche (3) en regard d'au moins une première électrode (4, 5), des moyens pour générer un signal de commande (30) des électrodes en fonction d'une 10 image à afficher sur la zone d'affichage, des moyens pour générer un signal haute fréquence (31) appliqué à la seconde électrode, des moyens pour détecter une éventuelle modification du signal haute fréquence, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de mixage (Rscb) du signal haute fréquence et du signal de commande. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour générer le signal de commande comportent une source de tension basse fréquence (30) dont la première borne est reliée à la première électrode (4,5) et dont une seconde borne est reliée à la seconde électrode 20 (7), en ce que les moyens pour générer le signal haute fréquence (31) sont reliés à la seconde électrode (7), en ce que les moyens de mixage comportent une première résistance (Rscb) raccordée en série avec la source de tension basse fréquence. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la première résistance (Rscb) est comprise entre 1 kilo-ohms et kiloohms. 4. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 2 ou 3, 30 caractérisé en ce que les moyens pour générer le signal haute fréquence (31) sont reliés à la seconde électrode (7) par l'intermédiaire d'un condensateur d'injection (Cinj), et en ce que la valeur de la première résistance (Rscb) est au moins de l'ordre de grandeur de l'impédance du condensateur d'injection (Cinj) à la fréquence du signal haute fréquence. il 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde électrode (7) est reliée aux moyens pour générer le signal de commande (30) et aux moyens pour générer le signal 5 haute fréquence (31) par une plage d'alimentation (14) dont la valeur de résistance (Rlsb) est inférieure à 5 k ohms. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première électrode (4, 5) et la seconde électrode (7) 10 forment une capacité (Cpsb), en ce que la première électrode (4, 5) est reliée aux moyens pour générer le signal de commande par l'intermédiaire d'une seconde résistance (Rlss + Rscs) dont la valeur est adaptée de telle sorte qu'une constante de temps (t) formée par la capacité (Cpsb) et la seconde résistance (Rlss + Rscs) soit au moins d'un ordre de grandeur plus petite 15 qu'une période du signal de commande. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur de la constante de temps (t) est supérieure ou égale à une période du signal haute fréquence. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la valeur de la seconde résistance (Rlss + Rscs) est adaptée par gravure d'une plage d'alimentation (9, Rlss) de la première électrode (4, 5). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la valeur de la seconde résistance (Rlss + Rscs) est adaptée en modifiant la longueur et/ou la largeur et/ou l'épaisseur de la plage d'alimentation (9, Rlss) de la première électrode (4, 5). 10. Dispositif l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la seconde résistance (Rlss + Rscs) comporte une résistance additionnelle (Rscs) connectée en série avec la plage d'alimentation (9, Rlss) de la première électrode (4, 5). 35 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux premières électrodes (4, 5) de surface différente disposées en regard d'une seconde électrode (7), en ce que la valeur de la seconde résistance (Rlss + Rscs) de chaque première 5 électrode (4, 5) croit avec l'inverse de la surface de la première électrode (4, 5) considérée. 12. Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour générer 10 un signal de commande (30) fournissent un signal périodique comportant des alternances positives et négatives, en ce que les moyens pour générer un signal haute fréquence (31) injectent un signal haute fréquence à quantité sensiblement égale pendant autant d'alternances positives et que d'alternances négatives du signal de commande (30). 15 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le signal haute fréquence est interrompu lors des commutations entre les alternances positives et négatives du signal de commande (30). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la durée et/ou l'amplitude du signal haute fréquence délivré par les moyens pour générer un signal haute fréquence (31) sont telles que la valeur efficace du signal haute fréquence est inférieure à une tension de seuil de la couche (3).