Brevet FR2860607A1 — publié le 20050408

CELLULE A CRISTAUX LIQUIDES A CAPTEURS THERMIQUES INTEGRES Le domaine de l'invention est celui des cellules à cristaux liquides utilisées comme imageurs. L'invention est plus particulièrement destinée aux imageurs devant fonctionner dans une gamme de température importante, soit pour des applications militaires soit pour des applications aéronautiques embarquées. Les cellules à cristaux liquides comprennent essentiellement une couche de cristal liquide placée entre deux dalles de verre dont l'une comporte un circuit électronique d'adressage permettant d'adresser une matrice de dots élémentaires. On montre que les propriétés de biréfringence du cristal liquide dépendent des tensions qui lui sont appliquées. En plaçant la cellule entre polariseurs, on peut ainsi moduler la lumière par l'application de tensions variables. La variation de transmission en fonction de la tension appliquée donne l'échelle de teintes de gris de l'afficheur. Les afficheurs couleur comportent une matrice de pixels colorés comprenant chacun trois dots de couleur différente. En appliquant des tensions différentes à chaque dot élémentaire, on génère ainsi la couleur souhaitée. Les propriétés de biréfringence du cristal liquide dépendent également de la température. Lorsque l'on utilise une cellule à cristal liquide dans une gamme de température importante dont l'amplitude va typiquement de 40 degrés à + 70 degrés pour certaines applications aéronautiques embarquées, l'échelle de gris varie fortement, les transmissions des dots élémentaires évoluent et les couleurs des pixels changent. II est nécessaire, par conséquent, de tenir compte de la valeur de la température pour maintenir une échelle de teintes de gris et des couleurs constantes. On compense alors les variations de biréfringence dues à la température en ajustant les tensions de commande de façon à obtenir la modulation de lumière souhaitée et à conserver des pixels de couleur constante. La mesure de la température de la cellule est donc fondamentale dès que l'on veut conserver une image de bonne qualité en environnement thermique sévère. Cette mesure a d'autres avantages. En effet, on utilise généralement des systèmes de réchauffage et de ventilation permettant de limiter les effets de la température sur la cellule à cristaux liquides. Connaissant la température de la cellule, on peut alors asservir lesdits systèmes de façon fine de façon à éviter que la température de la cellule soit trop importante. La mesure de la température de la cellule se fait classiquement avec des capteurs de température discrets implantés généralement sur les cartes électroniques de commande situées au voisinage de la cellule. Cette méthode présente plusieurs inconvénients. D'une part, la mesure est approximative. En effet, il existe généralement entre la cellule et la carte des systèmes de réchauffage ou de ventilation qui perturbent la mesure de température. D'autre part, le nombre de capteurs est souvent limité dans certaines applications qui peuvent ne comporter qu'un seul capteur. La perte d'un capteur entraîne alors la perte de la mesure et par conséquent, une dégradation de l'image. Enfin, l'implantation de capteurs discrets sur la cellule rompt le procédé technologique de fabrication de la matrice et introduit par conséquent des coût supplémentaires. L'objet de l'invention est d'implanter les capteurs de température directement sur la surface de la dalle au contact avec le cristal liquide pendant le procédé de réalisation de la cellule, de façon à avoir une information de température la plus exacte possible. Plus précisément, l'invention a pour objet une cellule à cristal liquide de type imageur comprenant au moins une première et une seconde dalle de verre, la face supérieure de la première dalle comportant une électronique d'adressage en couches minces, la face inférieure de la seconde dalle comportant une contre électrode également en couche mince, une couche de cristal liquide étant disposée entre la dite face supérieure de la première dalle et la dite face inférieure de la seconde dalle, caractérisée en ce que au moins un capteur de température est disposé soit sur la face supérieure de la première dalle, soit sur la face inférieure de la seconde dalle. Avantageusement, le capteur de température est une résistance réalisée en couche mince, ladite résistance est implantée sur la face 35 supérieure de la première dalle en périphérie de ladite dalle et en dehors de la zone utile de l'imageur et la résistance a la forme d'un ruban de faible largeur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 5 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: É La figure 1 représente une vue éclatée d'une cellule à cristal liquide. É La figure 2 représente un schéma d'implantation du capteur selon l'invention sur une dalle de verre. É La figure 3 représente un schéma d'implantation de l'ensemble des capteurs selon l'invention sur une dalle de verre. É La figure 4 représente un schéma de l'électronique de traitement desdits capteurs. La figure 1 représente une vue éclatée d'une cellule 1 à cristal liquide. Elle comprend essentiellement: É une première dalle de verre 2 comprenant sur sa face supérieure 24 un circuit électronique d'adressage matricielle qui commande une zone d'affichage 21. Ce circuit électronique est réalisé en couches minces et les lignes et les colonnes de la matrice sont reliées à leurs électroniques d'adressage respectives par des connectiques 22 et 23 situés en périphérie de la dalle. On appelle zone périphérique la partie de la face supérieure de la dalle 2 située en dehors de la zone d'affichage 21; É Une couche de cristal liquide 7; É Une seconde dalle de verre 3 comportant une contre électrode 31 également réalisée en couches minces et une connectique 32. La figure 2 représente le capteur 4 selon l'invention. Sur cette figure, il est disposé sur la face supérieure de la dalle 2 dans la zone périphérique. Le capteur est une résistance réalisée dans une des couches constituant l'électronique d'adressage par les techniques traditionnelles de masquage. La couche est préférentiellement une couche conductrice d'ITO (acronyme de Indium-Titane-Oxyde). A titre d'exemple non limitatif, pour minimiser l'encombrement du capteur, la résistance a la forme d'un serpentin. L'épaisseur du dépôt est de quelques centaines de nanomètres, sa largeur E de quelques microns, typiquement 8 microns et sa longueur de quelques centimètres, typiquement 3 centimètres. La résistance ainsi obtenue vaut quelques dizaines de kiloOhms. Bien entendu, d'autres dispositions sont possibles. Ainsi, la résistance peut être constituée d'une ligne résistive traversant la face supérieure de la première dalle dans une de ses dimensions ou être disposée sur la face inférieure de la seconde dalle comportant une contre électrode. La connexion des résistances s'effectue par deux pistes 41 reliées aux connectiques 22 ou 23. La résistance RTx du capteur vaut: RTx = RTO.(1+D.(Tx-To)) Avec RTx: Résistance du capteur à une température Tx RTo: Résistance du capteur à une température To choisie comme limite basse de mesure; D: coefficient de dérive en température de la résistance. Ce coefficient D dépend du matériau utilisé. Il vaut 0.7 pour mille pour l'ITO et par conséquent une variation de plus de 100 degrés de la température entraînera une variation significative de près de 10 pour cent de la valeur de la résistance. A titre d'exemple non limitatif, la figure 3 représente un schéma d'implantation de l'ensemble des capteurs 4 sur une dalle de verre 2. Quatre capteurs sont représentés. Ils sont implantés deux à deux sur deux cotés parallèles de la dalle de verre. Ils sont connectés à l'extérieur de la dalle par des pistes reliées aux connexions principales 23 des lignes ou des colonnes du circuit électronique d'adressage matriciel. Les résistances sont ainsi reliées à des électroniques de traitement 61 qui peuvent être implantées sur les cartes électroniques d'adressage 5 et 6 des lignes et des colonnes. L'électronique de traitement comprend des moyens permettant de transformer la variation de résistance due à la température en caractéristique électrique. Ces résistances peuvent être disposées en parallèle à l'entrée de l'électronique de traitement comme indiqué sur la figure 3. Cette disposition permet de conserver une mesure dans le cas où une résistance serait coupée comme on le verra au paragraphe suivant. L'implantation des résistances de mesure de la température présente des avantages importants: É Elle permet d'être réalisée pendant la fabrication du circuit électronique d'adressage. Par conséquent, une simple modification d'un masque servant à la réalisation dudit circuit permet d'obtenir les résistances de mesure. Le coût de ces capteurs est donc particulièrement faible. É II est possible d'implanter les capteurs au plus près du cristal liquide et par conséquent la mesure obtenue est très juste. É II est possible de multiplier les capteurs sans surcoût et par conséquent d'augmenter la fiabilité et la précision de la mesure. Si les capteurs sont pilotés par des électroniques de traitement différentes, la mesure de température est redondante. On peut ainsi facilement détecter une chaîne de mesure en panne. É Ces résistances constituent un bon indicateur de la qualité du circuit électronique d'adressage. En effet, il est très facile de mesurer la valeur des résistances pour vérifier qu'elles ont été correctement déposées. Si une ou plusieurs résistances sont défectueuses, il est très probable que l'ensemble du circuit est également défectueux. La technologie de fabrication des résistances par dépôt de couches minces induit une grande variabilité de la valeur de la résistance. On considère que la dispersion est de l'ordre de 40 %. D'autre part, il est possible qu'au cours de la fabrication, une résistance ait été coupée. Dans ce cas, si elle est montée en parallèle avec une résistance équivalente, la valeur finale de la résistance double. Par conséquent, si l'on veut avoir une mesure précise, l'électronique de traitement 61 doit comporter des moyens de réglage permettant d'obtenir une caractéristique électrique de sortie représentative de la variation relative de la résistance en fonction de la température donnée et indépendante de la valeur initiale de la résistance. II existe plusieurs dispositifs électroniques permettant de réaliser cette fonction. A titre d'exemple non limitatif, la figure 4 décrit un de ses dispositifs. Il comprend essentiellement trois étages d'amplification bâtis autour d'amplificateurs opérationnels standards notés Al, A2 et A3. Ces amplificateurs sont par exemple de type OPA 4243. Sur le schéma représenté, ce dispositif traite deux capteurs résistifs de résistance sensiblement identique RTx à la température Tx, les deux résistances étant montées en parallèle. Il peut bien entendu s'adapter à toute autre combinaison de résistances. On notera Rtxp la résistance équivalente à ces deux résistances RTx. L'amplificateur Al permet de fournir une tension réglable notée VsA1 à partir de deux tensions d'entrée Vref et A.Vref. A est un paramètre réglable. Vref est la référence de tension commune aux amplificateurs Al et A3. L'amplificateur A2 monté en inverseur a un gain dépendant de la résistance Rtxp. Il permet de prélever la valeur des résistances et de les transformer en caractéristique électrique. On note sa tension de sortie VsA2. L'amplificateur A3 permet d'adapter la tension de sortie en fonction des variations de résistance de façon à obtenir une tension normalisée. On note Vtemp cette tension de sortie. Une capacité C est placé en parallèle avec les capteurs résistifs afin de diminuer le bruit de mesure. Sa valeur vaut environ 10 nF. Comme indiqué sur la figure 4, le dispositif comprend huit résistances différentes numérotées de R1 à R8 et une résistance nommée Rnom située entre le premier et le second étage d'amplification. Dans les calculs cidessous, on confondra le nom de la résistance avec sa valeur. Les deux résistances Ro sont des résistances de 0 Ohm et elles sont mises en série avec les résistances RTx. Ainsi, si un des capteurs ne fonctionne pas correctement, on peut le supprimer en déconnectant simplement sa résistance série Ro. Pour simplifier les calculs, on choisit de prendre les égalités suivantes: R1 =R2=R3=R4=R5=R7=R Et R6 = R8 = B.R On a alors les trois équations suivantes: [I] Vtemp = B.(VsA2-Vref) [2] VsA2 = -VsA1.(Rtxp/Rnom) [3] VsA1 = Vref.(A-1) A partir de ces équations, on calcule la tension de sortie Vtemp en fonction de la tension d'entrée Vref. On obtient l'équation [4] ci-dessous. [4] Vtemp = Vref.B.[(1-A).(Rtxp/Rnom) 1] Comme on l'a vu, la valeur de la résistance Rtxp dépend de la température suivant la relation: [5] Rtxp = Rto.(1+D.(Tx-To)) Avec Rto: Résistance du capteur à une température To o choisie comme limite basse de mesure et D: coefficient de dérive en température de la résistance. En remplaçant Rtxp par sa valeur dans l'équation 5, on obtient: [6] Vtemp = Vref.B.[(1-A).(Rto/Rnom).(1+D.(Tx-To)) 1] Si le paramètre A vaut: A = 1- (Rnom/Rto), alors l'équation [6] se simplifie et l'on obtient: [7] Vtemp = Vref.B.D.(Tx-To) Dans ce cas, Vtemp ne dépend plus que du coefficient de dérive en température de la résistance et de la température. Le réglage de A est très simple. En effet, à la température To, la tension de sortie est nulle lorsque le paramètre A est correctement réglé. Ce réglage peut se faire soit par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique numérique ou DAC (acronyme anglo saxon de Digital Analogic Converter) ou par un ou plusieurs potentiomètres électroniques réglables ou EEPOT. Pour que le dispositif fonctionne correctement, il est important que le paramètre A reste positif, ce qui revient à dire que le résistance Rnom doit rester inférieure à la résistance Rto. Un étalonnage sur plusieurs cellules permet de connaître la dispersion de la valeur de la résistance Rto et d'étalonner ainsi Rnom. Le paramètre B permet de régler l'amplitude de la tension de sortie en fonction de la gamme de température. Par exemple, avec une gamme de température de 140 degrés, une tension Vref de 5 volts et un coefficient de dérive en température D de 7E-4, si B vaut 10, alors Vtemp variera entre O et 4.9 volts, soit encore une sensibilité de 35 mVolts par degrés, nettement suffisante pour asservir les tensions de commande de la cellule à cristal liquide. L'ensemble du dispositif électronique de traitement peut être situé soit sur les cartes d'adressage encore appelé carte driver soit sur tout autre carte électronique de traitement dans la mesure où il n'y pas nécessité d'avoir de courtes distances entre les capteurs de mesures et l'électronique de traitement. REVENDICATIONS 1. Cellule à cristal liquide (1) de type imageur comprenant au moins une première et une seconde dalle de verre (2,3), la face supérieure (21) de la première dalle comportant une électronique d'adressage en couches minces, la face inférieure de la seconde dalle (31) comportant une contre électrode également en couches minces, une couche de cristal liquide (7) étant disposée entre la dite face supérieure de la première dalle et la dite face inférieure de la seconde dalle, caractérisée en ce que au moins un capteur de température (4) est disposé soit sur la face supérieure de la première dalle, soit sur la face inférieure de la seconde dalle. 2. Cellule à cristal liquide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur de température (4) est une résistance réalisée en couche mince. 3. Cellule à cristal liquide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résistance est implantée sur la face supérieure de la première dalle en périphérie de ladite dalle et en dehors de la zone utile de l'imageur. 4. Cellule à cristal liquide (1) selon les revendications 2 ou 3, 25 caractérisée en ce que la résistance a la forme d'un ruban de faible largeur. 5. Cellule à cristal liquide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les résistances sont implantées sur la face supérieure de la première dalle, chaque résistance étant constituée d'une ligne résistive traversant la dalle dans une de ses dimensions. 6. Cellule à cristal liquide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que au moins deux des capteurs sont disposés électriquement en parallèle. 7. Imageur à cristal liquide comportant au moins une cellule à cristal liquide selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte une électronique de traitement comprenant des moyens permettant de transformer la variation de résistance due à la température en caractéristique électrique. 8. Imageur à cristal liquide selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens électroniques comportent des moyens de réglage permettant d'obtenir ladite caractéristique électrique en fonction de la o température et du coefficient de dérive en température de la résistance, ladite caractéristique étant notamment une tension électrique.