Brevet FR2903224A1 — publié le 20080104

La présente invention concerne un dispositif d'affichage comprenant au moins un élément lumineux ou pixel, des moyens d'alimentation propres à alimenter en énergie électrique le ou chaque élément, la luminance du ou de chaque élément étant fonction de l'énergie électrique alimentant le ou chaque élément, et des moyens de détection de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant, le ou chaque élément étant apte à être alimenté par une énergie électrique propre à varier en fonction de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant. II est connu un dispositif d'affichage comprenant des émetteurs de lumière alimentés par des batteries, une photodiode propre à détecter l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant et des moyens de commande aptes à commander les batteries afin d'augmenter l'énergie électrique alimentant les émetteurs lorsque l'irradiance du rayonnement ambiant est supérieure à une valeur prédéfinie. Un dispositif antérieur est connu du document US 6 028 327 ou US 2005/0260777. Un tel dispositif d'affichage permet d'ajuster le niveau de luminance de l'écran en fonction de l'irradiance de la lumière ambiante. Toutefois, ce dispositif d'affichage consomme plus d'énergie électrique qu'un dispositif d'affichage classique car les émetteurs consomment davantage d'énergie électrique lorsque la luminance de l'écran est augmentée. En conséquence, il est nécessaire de recharger les batteries régulièrement. Or, après un certain nombre de rechargements, les batteries ne sont plus utilisables et doivent être changées. L'invention a pour but de proposer un dispositif d'affichage alternatif qui consomme moins d'énergie électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'affichage du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection aptes à capter le rayonnement lumineux ambiant, à le convertir en énergie électrique et à alimenter le ou chaque élément avec cette énergie électrique pour augmenter le niveau de luminance de ou de chaque élément en fonction de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant. 2903224 2 Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif d'affichage comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens d'alimentation et les moyens de détection sont connectés en série, et le dispositif d'affichage comporte des moyens de 5 passage propres à court-circuiter lesdits moyens d'alimentation ; - les moyens propres à court-circuiter les moyens d'alimentation comprennent une diode présentant une anode et une cathode, ladite anode étant connectée aux moyens d'alimentation ; - les moyens de détection comprennent au moins une cellule 10 photovoltaïque ; - les moyens de détection comprennent pour chaque élément lumineux, au moins une cellule photovoltaïque propre à alimenter un unique émetteur ; et - chaque élément lumineux est un élément lumineux ou pixel d'un 15 dispositif d'affichage de type OLED ou un élément lumineux d'un écran LCD. L'invention a également pour objet un feu de circulation comportant un dispositif d'affichage selon l'une quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus. L'invention a également pour objet un ordinateur comportant un 20 dispositif d'affichage selon l'une quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : 25 - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'affichage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une cellule photovoltaïque utilisée dans le dispositif d'affichage selon le premier mode de réalisation de l'invention ; 30 - les figures 3 à 5 sont des graphes représentant l'évolution au cours du temps de la tension à la grille et à la source d'un modulateur ainsi que de l'intensité traversant un émetteur du dispositif d'affichage illustré sur la figure 1 ; et 2903224 3 - la figure 6 est une vue schématique d'un dispositif d'affichage selon un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un dispositif d'affichage 2 selon un premier mode de réalisation de l'invention. 5 Un tel dispositif d'affichage est dit à matrice active. Il comprend une pluralité d'émetteurs 4 de lumière formant un réseau de lignes et de colonnes, des moyens d'alimentation 6 des émetteurs et des moyens de commande 8 de l'émission des émetteurs. Par souci de simplification, un seul émetteur 4, un seul moyen d'alimentation 6 et une partie des moyens 10 de commande 8 ont été représentés sur la figure 1. Les émetteurs 4 du dispositif d'affichage sont des diodes électroluminescentes organiques connues généralement sous l'acronyme OLED. Ils comprennent une anode et une cathode. Ils sont chacun associés à un pixel lorsque le dispositif d'affichage est monochrome ou à un sous 15 pixel lorsque le dispositif d'affichage est polychrome. Ils sont propres à émettre une intensité lumineuse directement proportionnelle au courant qui les traverse. Les moyens d'alimentation 6 des émetteurs comprennent un générateur 7 de tension continue tel que par exemple une batterie, apte à 20 délivrer une tension électrique Vdd. Les moyens de commande 8 du dispositif d'affichage comprennent un circuit d'adressage 10 pour chaque émetteur, un réseau d'électrodes comprenant des électrodes de sélection de lignes 12 et des électrodes d'adressage de colonnes 14. 25 Le circuit d'adressage 10 est connecté à chaque émetteur 4 du dispositif d'affichage. Dans ce circuit, l'anode de l'émetteur 4 forme l'interface avec la matrice active et la cathode de l'émetteur 4 est connectée à une électrode de masse 16 ou à une tension négative. Le circuit d'adressage 10 comprend un modulateur de courant 18, un 30 interrupteur 20 et une capacité de stockage 22. Le modulateur de courant 18 est un transistor à couches minces basé sur une technologie utilisant du silicium poly-cristallin (poly-Si) ou du silicium amorphe (a-Si) ou du silicium monocristallin ou microcristallin ou sur une 2903224 4 technologie organique déposé en couche mince sur un substrat de verre. De tels composants comprennent trois électrodes : une électrode de drain et une électrode de source S entre lesquelles circule un courant de drain modulé, et une électrode de grille G à laquelle est appliquée une tension de 5 donnée Vdatal. Les transistors à couches minces TFT (Thin Film Transistor) sont de type N ou P. Le modulateur 18 représenté sur la figure 1 est de type P. Sa source S est connectée indirectement aux moyens d'alimentation 6 et son drain est relié directement à l'anode de l'émetteur 4, de sorte qu'en 10 fonctionnement, le courant de drain modulé circule entre sa source et son drain. L'interrupteur 20 est également un transistor basé sur la technologie utilisant du silicium poly-cristallin (poly-Si) ou du silicium amorphe (a-Si) ou du silicium monocristallin ou microcristallin ou sur une technologie organique 15 déposé en couche mince. L'une de ces électrodes (drain ou source) est reliée à l'électrode d'adressage 14 et l'autre électrode (drain ou source) est reliée à la grille du modulateur 18. Sa grille est connectée à l'électrode de sélection 12. La capacité de stockage 22 est connectée entre la grille et la source 20 du modulateur 18 pour maintenir une tension constante sur la grille du modulateur 18 et pour maintenir ainsi la brillance de l'émetteur 4 pendant une durée de trame d'image. Le réseau d'électrodes de sélection 12 et d'adressage 14 permet de sélectionner et d'adresser un émetteur spécifique 4 parmi l'ensemble des 25 émetteurs du dispositif d'affichage. Chaque électrode de sélection 12 est reliée à la grille des interrupteurs 20 d'une ligne et est apte à transmettre une tension de sélection Vselect à l'ensemble des émetteurs 4 de cette ligne pour ouvrir les interrupteurs 20. La tension de sélection Vseiect est une donnée logique de 30 sélection des émetteurs. Chaque électrode d'adressage 14 est reliée à la source ou au drain des interrupteurs 20 d'une colonne et est apte à adresser une tension de 2903224 5 donnée Vdatal à l'une des électrodes (drain ou source) des interrupteurs 20 de cette colonne. L'intensité du courant passant dans l'émetteur 4 est proportionnelle à l'amplitude de la tension de donnée Vdatal qui est appliquée à l'électrode 5 d'adressage 14. Le dispositif d'affichage 2 comprend en outre une cellule photovoltaïque 24 connectée en série aux moyens d'alimentation 6 et une diode de Schottky 26 reliée sur une branche 28, en parallèle à la cellule photovoltaïque 24. 10 La cellule photovoltaïque 24 est apte à détecter et à capter le rayonnement lumineux ambiant 29, à le convertir en énergie électrique pour alimenter l'émetteur 4. Ainsi, la cellule photovoltaïque 24 est propre à détecter l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant et à alimenter l'émetteur 4 à l'aide de 15 l'énergie lumineuse 29 captée. Le rayonnement ambiant 29 est soit un rayonnement solaire soit un rayonnement issu d'une autre source lumineuse, telle que par exemple une lampe. Lorsque le dispositif d'affichage selon l'invention équipe un ordinateur 20 ou un téléphone, la source lumineuse est de préférence indépendante de celui-ci. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la cellule photovoltaïque 24 comprend une couche 30 de matériau semi-conducteur de type P et une couche 32 de matériau semi-conducteur de type N 25 déposée sur la couche 30. La cellule photovoltaïque 24 comprend en outre des contacts électriques 36 et 38 disposés de part et d'autre des couches 30 et 32 et un film 40 anti-réflexion disposé sur le contact 36. Le contact électrique 36 correspond à la borne négative de la cellule 30 photovoltaïque 24 et est relié au générateur de tension 7. Le contact électrique 38 correspond à la borne positive de la cellule photovoltaïque 24 et est relié à la source du modulateur 18. 2903224 6 Les contacts 36 et 38 sont aptes à prélever le courant électrique induit par le transport de charges électriques entre la couche 30 de matériau semi-conducteur de type P et la couche 32 de matériau semi-conducteur de type N. En effet, lors de la réception des photons du rayonnement lumineux 5 29, les charges électriques et les trous des semi-conducteurs de type N et de type P se déplacent pour créer un courant électrique entre les contacts 36 et 38. Lorsque le matériau semi-conducteur des couches 30 et 32 est constitué de silicium, la tension générée par la cellule photovoltaïque 24 est 10 par exemple comprise entre 0,45 et 0,5 V. La tension entre les contacts 36 et 38 de la cellule photovoltaïque 24 est relativement indépendante de l'irradiance du rayonnement lumineux intercepté par la surface de réception de la cellule. Le courant induit entre les contacts 36 et 38 est par contre apte à augmenter significativement avec 15 l'accroissement de l'irradiance des rayonnements captés. Une cellule photovoltaïque qui présente une surface de 100 cm2 est par exemple propre à générer un courant d'environ 2,2 A, 1,4 A et 0,4 A et une tension d'environ 0,5 V quant elle est soumise à un rayonnement lumineux d'irradiance de 1000 W m-2 s-', de 600 W m-2 s-' et respectivement 20 de 200 W m"2 s-'. La branche 28 et la diode 26 constituent des moyens autorisant le passage du courant uniquement de la cathode du générateur 7 à la source du modulateur 18. Selon le mode de réalisation décrit, la diode de Schottky 26 présente 25 un seuil de déclenchement VD par exemple égal à 0,2 V. L'anode de la diode de Schottky 26 est connectée à la borne positive des moyens d'alimentation. La cathode de la diode de Schottky est reliée à la source du modulateur 18 de sorte que, lorsque la cellule photovoltaïque n'est pas éclairée, le courant issu des moyens d'alimentation 6 est propre à 30 traverser la diode de Schottky 26 pour alimenter l'émetteur 4 via le modulateur 18. En variante, plusieurs cellules photovoltaïques 24 sont connectées en série et reliées à la source du modulateur 18 et à la borne positive des 2903224 7 moyens d'alimentation 6 pour augmenter la tension d'alimentation de l'émetteur 4. En variante, plusieurs cellules photovoltaïques 24 sont connectées en parallèle et reliées à la source du modulateur 18 et à la borne positive des 5 moyens d'alimentation 6 pour augmenter le courant d'alimentation de l'émetteur 4. En fonctionnement, à l'instant t1, le dispositif d'affichage 2 est disposé dans un environnement peu lumineux, tel que par exemple à l'intérieur d'un bureau ou dans un moyen de transport souterrain. 10 Dans cette demande de brevet, il est considéré qu'un environnement peu lumineux correspond à un environnement dans lequel l'irradiance est inférieure à 100 w m-2 et qu'un environnement lumineux correspond à un environnement dans lequel l'irradiance est supérieure à 100 w m-2. Un potentiel Vdd correspondant à la tension d'alimentation des 15 moyens d'alimentation 6 est appliqué à la source du modulateur 18. Au cours d'une étape d'initialisation Al, une tension Vselect est appliquée à l'électrode de sélection de ligne 12. Parallèlement, une tension de donnée Vdatal est appliquée à l'électrode d'adressage de colonnes 14. L'interrupteur 20 relié à la fois à l'électrode de sélection de lignes 12 20 sélectionnée et à l'électrode d'adressage de colonnes 14 adressée s'ouvre. Le potentiel à la grille du modulateur 18 et à la borne de la capacité devient égal à Vdatal Lorsque la différence de potentiel entre la grille et la source du modulateur 18 est supérieure à la tension de seuil de déclenchement du 25 modulateur 18, un courant de drain IOLED s'établit entre le drain et la source du modulateur 18. Il traverse l'émetteur 4 qui s'illumine au cours d'une étape d'illumination B1. La différence de potentiel entre la grille et la source du modulateur 18 est égale à Vdd û VD û Vdatal. Le courant de drain traversant l'émetteur IoLED est égal à 11. 30 Lorsque le dispositif d'affichage est disposé dans un environnement peu lumineux, la branche 28 et la diode 26 permettent de court-circuiter la cellule photovoltaïque 24, cette dernière se comportant comme un circuit ouvert. 2903224 8 A l'instant t2, le dispositif d'affichage 2 est disposé dans un environnement plus lumineux tel que par exemple à l'extérieur ou dans une pièce fortement éclairée. La cellule photovoltaïque 24 capte le rayonnement lumineux 29 et 5 fournit une tension V, qui se stabilise par exemple à 0,5 V après une phase transitoire. Lorsque le dispositif d'affichage est disposé dans un environnement lumineux, la diode 26 se comporte comme une charge afin que la tension fournie par le générateur 7 et la tension fournie par la cellule photovoltaïque 10 24 s'additionnent. Comme la cellule photovoltaïque 24 est connectée en série aux moyens d'alimentation 6, un potentiel égal à Vdd + VP est appliqué à la source du modulateur 18. La différence de potentiel entre la grille et la source du modulateur 18 est alors égale à Vdd + Vp û Vdatal. 15 Le courant de drain IOLED traversant l'émetteur 4 est égal à 12 au cours d'une étape d'illumination B2. Comme l'intensité du courant de drain IOLED varie proportionnellement à l'accroissement de la différence de potentiel entre la grille et la source du modulateur 18, le courant de drain 12 traversant l'émetteur 4 présente une intensité supérieure à l'intensité du 20 courant de drain Il généré au cours de l'étape BI pour la même tension de donnée Vdatal Au cours d'une étape d'initialisation A2 d'une nouvelle trame d'image, au moment t3, une tension de donnée Vdata2 inférieure à la tension de donnée Vdatal est appliquée à l'électrode d'adressage 14. Parallèlement, une 25 tension de sélection Vselect est appliquée à la grille du modulateur 18. L'interrupteur 20 est ouvert de sorte que la tension à la grille du modulateur 18 et à la borne de la capacité 22 est égale à Vdata2. Comme la cellule photoélectrique 24 est toujours disposée dans un environnement lumineux, la différence de potentiel entre la grille et la source 30 du modulateur 18 est de Vdd + Vp - Vdata2. Le courant de drain IOLED traversant l'émetteur 4 est égal à 13, au cours d'une étape d'illumination B3. Le courant de drain 13 traversant 2903224 9 l'émetteur 4 présente alors une intensité inférieure au courant 12 ayant traversé l'émetteur 4 au cours de l'étape B2. Au moment t4, le dispositif d'affichage 2 est disposé dans un environnement moins lumineux. La cellule photovoltaïque 24 ne génère plus 5 la tension d'alimentation Vp. La différence de potentiel entre la grille et la source du modulateur 18 est égale à Vdd û VD û Vdata2. Le courant de drain 14 traversant l'émetteur 4 présente une intensité inférieure à l'intensité du courant de drain 13 généré au cours de l'étape B3 pour la même tension de donnée Vdata2. 10 Ainsi, le niveau de luminance de l'émetteur 4 varie en fonction de l'irradiance du rayonnement capté par la cellule photovoltaïque 24. La figure 6 représente un dispositif d'affichage à matrice active selon un second mode de réalisation de l'invention. Dans ce second mode de réalisation, le modulateur 18 utilisé dans le 15 circuit d'adressage 10 est de type N. Le dispositif d'affichage selon ce second mode de réalisation comprend les mêmes composants que le dispositif d'affichage selon le premier mode de réalisation. Ceux-ci ont été référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau. 20 Dans ce second mode de réalisation, la source du modulateur 18 est connectée à la cathode de l'émetteur 4. L'anode de l'émetteur 4 est reliée à la cathode du générateur 7. L'anode du générateur 7 est reliée d'une part à la cellule photovoltaïque 24 et d'autre part à la cathode de la diode de Schottky 26. La cellule photovoltaïque 24 est connectée en série au 25 générateur 7. L'anode de la diode de Schottky 26 et un des contacts de la cellule photovoltaïque 24 sont reliés d'une part au drain du modulateur 18 et d'autre part à la capacité 22. Lorsque la cellule photovoltaïque 24 est placée dans un environnement lumineux, le potentiel à la source du modulateur 18 varie 30 d'une valeur sensiblement égale à la valeur de tension générée par la cellule photovoltaïque 24. La différence de potentiels entre la grille et la source du modulateur 18 augmente de façon à augmenter le courant de drain traversant l'émetteur 4 et le modulateur 18. 2903224 10 Selon un troisième mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 7, les moyens d'alimentation 6 et la cellule photovoltaïque 24 sont propres à alimenter un émetteur d'un dispositif de rétro éclairage d'un écran plasma ou d'un écran LCD. 5 Le dispositif d'affichage selon l'invention peut être utilisé dans un feu de circulation, dans un ordinateur, un assistant numérique personnel ou un téléphone. La cellule photovoltaïque 24 est placée derrière l'écran OLED ou LCD. 10 En variante, le modulateur de courant 18 est un transistor à couches minces basés sur un substrat semi-conducteur, organique ou métallique. En variante, la cellule photovoltaïque 24 est organique et est associée à une matrice active organique. En variante, la diode Schottky 26 est remplacée par un semi- 15 conducteur qui autorise le passage du courant uniquement dans un sens, tel que par exemple un transistor monté en diode ou un ensemble de deux transistors disposés tête bêche. Avantageusement, la cellule photovoltaïque 24 est propre à détecter la présence de lumière et à alimenter l'émetteur 4 proportionnellement à 20 l'irradiance illuminant la cellule photovoltaïque 24. Ainsi, la luminance du dispositif d'affichage 2 est ajustée automatiquement à l'éclairage ambiant. Lorsque le dispositif d'affichage est disposé par un utilisateur dans un environnement très lumineux, le dispositif d'affichage est propre à augmenter automatiquement sa luminance et son contraste afin que 25 l'utilisateur puisse lire les données affichées sur celui-ci. Avantageusement, la luminance de l'écran est adaptée à la luminosité ambiante sans diminuer l'autonomie électrique du dispositif d'affichage. Avantageusement, ce dispositif d'affichage est très simple à fabriquer. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage (2) comprenant : - au moins un élément lumineux (4) ou pixel ; - des moyens d'alimentation (6) propres à alimenter en énergie électrique le ou chaque élément (4), la luminance du ou de chaque élément (4) étant fonction de l'énergie électrique alimentant le ou chaque élément (4) ; - des moyens de détection (24) de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant (29) ; le ou chaque élément (4) étant apte à être alimenté par une énergie électrique propre à varier en fonction de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant (29) ; caractérisé en ce que les moyens de détection (24) sont en outre aptes à capter le rayonnement lumineux ambiant (29), à le convertir en énergie électrique et à alimenter le ou chaque élément (4) avec cette énergie électrique pour augmenter le niveau de luminance de ou de chaque élément (4) en fonction de l'irradiance du rayonnement lumineux ambiant (29). 2. Dispositif d'affichage (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation (6) et lesdits moyens de détection (24) sont connectés en série, et en ce qu'il comporte des moyens (26, 28) propres à court-circuiter lesdits moyens d'alimentation (6). 3. Dispositif d'affichage (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens propres à court-circuiter les moyens d'alimentation (28, 26) comprennent une diode (26) présentant une anode et une cathode, ladite anode étant connectée aux moyens d'alimentation (6). 4. Dispositif d'affichage (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de détection (24) comprennent au moins une cellule photovoltaïque. 5. Dispositif d'affichage (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de détection (24) comprennent pour chaque élément lumineux, au moins une cellule photovoltaïque (24) propre à alimenter un unique émetteur (4). 2903224 12 6.Dispositif d'affichage (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque élément lumineux (4) est un élément lumineux ou pixel d'un dispositif d'affichage de type OLED ou un élément lumineux d'un écran LCD. 5 7. Feu de circulation, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Ordinateur, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.