Brevet FR2920551A1 — publié le 20090306

Dispositif à écran plat comportant un boîtier de protection transparent Le domaine de l'invention est celui des écrans à cristaux liquides (LCD). Pour certaines applications, un dispositif d'affichage comportant un LCD doit résister à un environnement sévère, notamment dans le domaine de l'aéronautique civil ou militaire. Le dispositif doit permettre d'avoir une lisibilité correcte du LCD, tout en conservant une épaisseur minimisée. II doit pouvoir évoluer dans des milieux contraignants sujets aux vibrations et aux chocs sans casser. Il doit être capable de résister aux dilatations entre les éléments différents, tel que le verre et le métal composant le dispositif, lors des variations rapides de température. Il est donc nécessaire de protéger le LCD qui est l'élément le plus sensible de l'empilage et les verres qui entourent le cristal liquide. Dans le cas de vibrations par exemple, un défaut se traduit par l'apparition de halos blancs. Pour toutes ces raisons citées précédemment, les empilages de verre du type LCD doivent être amortis. Couramment, les cellules sont mises en compression ou alors collées en périphérie de leur surface. On connaît un premier dispositif d'affichage selon le document US 6,606,132-B2 compressant un écran LCD entre des lames de verre présentant des fréquences de résonnance et des coefficients d'expansion thermique similaires à ceux du LCD. Un deuxième dispositif est exposé dans le document CN 2,616,924-Y. II montre un cadre serrant l'empilage optique à base d'un système de visserie. Une troisième solution, exposée en figure 1, est l'utilisation de cales réglables 12 et 15 et le montage de joints en silicone 14 qui font office d'amortisseur sur le pourtour du verre. Cette solution comporte des pièces de structure 17 et des intercalaires 18 pressant les différentes couches de l'empilage optique entre elles. Ces pièces de structures sont assemblées mécaniquement par les vis de fixation 16. Ce dispositif assure une côte précise sur l'empilage de verre et permet d'ajuster précisément la pression exigée sur l'épaisseur des différentes lames de verre. Selon les lots de verre fournis, l'épaisseur des lames peut varier et les différentes cales 'offrent la possibilité d'ajuster précisément le montage. En contrepartie, cette solution demande de posséder un jeu de cales conséquent pour répondre à la variété des épaisseurs de verre. Cette contrainte impacte alors le coût de la solution. De plus, ajuster le jeu de cales et la pression précisément augmente fortement le temps de montage de la solution. Une dernière solution est constituée d'un élément de tarage permettant de maîtriser l'effort sur la cellule LCD et assurer le taux de compression sur les joints amortisseurs. La pression est exercée par un vérin extérieur et est maintenue par des vis transverses. Le principal inconvénient de cette solution est qu'elle impose des moyens de production lourds pour le tarage par rapport à la durée de montage. Ces solutions ont le désavantage d'être volumineuses et coûteuses. A cela, s'ajoute l'impossibilité de développer autour d'elles un procédé de production de série. Aujourd'hui les nouvelles exigences requièrent de proposer un produit possédant de bonnes performances en terme de résistances aux contraintes thermiques, électromagnétiques, vibratoires et chocs tout en ne nécessitant pas de moyens industriels trop complexes ou trop coûteux. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif d'affichage proposant une solution qui se différencie de celles présentées ci-dessus. Le dispositif d'affichage comprend un écran de visualisation comportant une surface de collage et une structure mécanique et comporte également une première lame de verre située entre l'observateur et l'écran, une deuxième lame de verre, lames toutes deux planes et parallèles entre elles, face arrière de chaque lame définie comme étant du côté de la source lumineuse du dispositif, et des intercalaires disposés entre la première et la deuxième lame de verre; l'ensemble de la première lame de verre, de la deuxième lame de verre et des intercalaires formant un boîtier de protection; l'épaisseur du boîtier obtenu étant supérieure à l'épaisseur de l'écran; l'écran étant collé de toute sa surface, sur une seule des deux lames, sur la partie centrale d'une des faces à l'intérieur du boîtier. Dans notre invention, l'écran est une matrice à cristaux liquides et le dispositif d'affichage comporte une source lumineuse disposée entre le fond de la structure et la matrice. Le boîtier de protection isole le LCD de la structure mécanique. Le principe de protection n'est plus de compresser ou de coller le LCD au sein du dispositif d'affichage mais de réaliser un empilage de verre rigide et de l'assembler à la structure pour la rigidifier et protéger le LCD. Les deux lames de verre de protection agissent ainsi comme deux poutres maîtresses venant rigidifier la structure. Pour réaliser l'assemblage du boîtier de verre à la structure, la périphérie de la face arrière de la deuxième lame du boitier est collée à l'intérieur de la structure mécanique rigide. Une colle souple est utilisée et fait office de maintien mécanique, d'amortissement, d'ajustement des tolérances et de jeu de montage. Ses propriétés viscoélastiques lui permettent de rester souple dans une plage de température étendue et d'amortir les chocs et vibrations. En cas de choc thermique, les lames de verre peuvent se dilater sans créer de stress sur la cellule LCD. En cas d'impact sur le verre avant, l'effort sera transmis sur la structure via la lame de verre avant et la lame de verre arrière sans impact sur le LCD. En cas de vibration, seuls les verres avant et arrière travaillent. Le boîtier de verre offre deux configurations de montage du LCD. Soit il est collé à l'intérieur du boîtier sur la face arrière de la première lame de verre de protection, soit sur la face avant de la deuxième lame de verre. Dans la première disposition, l'écran est au plus près du verre avant et de cette manière on privilégie l'atténuation de la réflexion spéculaire. Dans la deuxième configuration, l'écran est collé directement sur la deuxième lame de verre du boîtier. Dans notre dispositif, la deuxième lame de verre peut être aussi un réchauffeur constitué d'un substrat de verre. On favorise ainsi la conduction de la chaleur à l'écran LCD. Afin d'améliorer le comportement mécanique du dispositif d'affichage, il est envisageable d'adapter la fréquence de résonnance par un ou plusieurs plots. Dans ce cas, la structure mécanique comporte un fond et le dispositif d'affichage au moins un plot assurant la connexion mécanique entre le boîtier et le fond. Ce plot sert alors à amortir le boîtier de verre sur la structure mécanique. Il est positionné entre la zone éclairante et l'écran LCD, et pour ne pas gêner l'éclairage de l'écran, ce plot peut être transparent. Le dispositif d'affichage à l'avantage d'offrir une protection au LCD beaucoup plus efficace contre les variations de température élevées, 5 les chocs, ainsi que les vibrations. L'empilage des verres rend le produit plus compact sur la profondeur mais aussi sur l'épaisseur de l'empilage dû à l'absence de monture. Un autre atout de l'absence de monture en face avant est de présenter un produit plus esthétique. Le LCD est visualisé sur toute sa 10 surface sans que les bords soient cachés par une monture. On obtient ainsi une façade épurée qui présente à l'observateur un écran de visualisation complètement intégré dans l'habitacle. La réalisation du collage du boîtier entre la source de lumière et le LCD permet de réduire l'encombrement du dispositif sur sa largeur. 15 Dans cette configuration, il est possible d'étendre la zone de colle jusqu'à la zone utile d'éclairage du LCD, surface plus faible que la surface de l'écran. Dans la configuration inverse, collage du boîtier effectué entre le LCD et l'observateur, il faut que la zone de colle soit positionnée en périphérie du LCD pour ne pas cacher à l'observateur une partie de 20 l'écran. L'avantage qui en résulte est la diminution de la distance entre la zone utile du LCD et le bord du produit. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 25 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: La figure 1 représente la vue en coupe d'une solution antérieure d'empilage de verre utilisant des cales réglables; La figure 2 est une vue en trois dimensions d'une solution antérieure utilisant un élément de tarage; 30 La figure 3 montre un premier mode de réalisation en coupe avec l'écran LCD collé sur le dessous du verre de protection avant; La figure 4 est un deuxième mode de réalisation en coupe avec l'écran LCD collé sur le dessus du verre de protection arrière; La figure 5 est un troisième mode de réalisation en coupe utilisant un plot amortisseur, positionné entre le deuxième verre de protection et le fond du boîtier; La figure 6 représente une vue simplifiée en trois dimensions de l'empilage de verre du premier mode de réalisation sans la structure mécanique rigide; La figure 7 est une demi-coupe de l'invention présentant les différentes couches de verres et leurs agencements dans le dispositif d'affichage. Les figures 1 et 2 montrent deux solutions antérieures de compression présentées précédemment. Sur la figure 1, Le LCD 11 est pressé sur le réchauffeur 13 posé sur le joint en silicone 14 qui fait office d'amortisseur. Les cales 12 et 15 servent à assurer le même taux de compression sur les joints en serrant les vis 16. Sur la seconde figure, la flèche 21 représente la pression exercée sur l'élément de tarage 24. Le taux de compression est maintenu sur les joints amortisseurs du LCD 23 par les vis transverses 22. Ces deux solutions présentent des inconvénients en termes de coût, d'encombrement et de fabrication. L'invention se décline en trois configurations décrites dans les figures 3, 4 et 5. La particularité du dispositif d'affichage est de protéger les verres de l'écran 34, éléments les plus fragiles, à l'intérieur d'un boîtier de verre faisant aussi office de structure. Ce boitier de verre est constitué d'une première lame de verre de protection 32, d'une seconde lame de verre de protection 35 et d'intercalaires 39. La figure 3 montre le dispositif où l'ensemble écran 34 est fixé par une couche de colle 33 à l'intérieur du boîtier sur le dessous de la première lame de verre de protection 32. Cette configuration a pour effet de favoriser l'atténuation de la réflexion spéculaire, la colle réalisant une adaptation d'indice. La figure 4 montre la deuxième configuration dans laquelle l'écran 34 est fixé à l'intérieur du boitier par une couche de colle 43 sur le dessus de la deuxième lame de verre de protection 35. La deuxième lame de verre peut être un réchauffeur ou un diffuseur. Dans cette disposition, l'écran est au plus près de ces éléments et ainsi favorise l'effet du réchauffeur mais aussi celui du diffuseur. La figure 5 est la configuration dans laquelle la tenue mécanique de l'empilage est améliorée avec un plot 53. La structure mécanique comporte un fond 36 et le dispositif d'affichage au moins un plot assurant la connexion mécanique entre le boîtier 35 et le fond 36. Ce plot est transparent afin de ne pas gêner l'éclairage de la source lumineuse. Plusieurs plots peuvent être utilisés pour adapter les fréquences de résonnance. Cette troisième configuration peut être complémentaire aussi bien de la première que de la deuxième configuration. Dans l'exemple de la figure 5, l'écran est collé sur la face arrière de la première lame de verre. La figure 6 est une vue en trois dimensions qui montre uniquement le boîtier de verre, constitué de la première lame de protection 32, la deuxième lame 35 et les intercalaires 39. L'ensemble écran 34 est disposé selon la configuration décrite dans la figure 3. L'élément 49 est la carte électronique contrôlant l'écran. Cette carte est reliée par une connectique souple disposée entre les intercalaires. A titre d'exemple non limitatif, la figure 7 détaille un dispositif d'affichage selon l'invention par une vue de coupe représentant l'empilage optique. Il s'agit d'un exemple de configuration susceptible d'être utilisée dans un environnement aéronautique. Le premier verre de protection 32, situé entre l'observateur 31 et l'ensemble écran 34, est constitué de deux verres, 321 et 323, et comporte un blindage électromagnétique 322 pour l'écran. A titre d'exemple l'épaisseur des verres 321 et 323 est de 1.1 mm et celle du blindage de 0.6 mm. Cet élément 32 sert à rigidifier la structure du dispositif d'affichage et à protéger l'écran 34 des perturbations électromagnétiques de l'environnement extérieur et protège aussi l'environnement extérieur d'éventuelles émissions parasites de l'écran. Pour une application à l'intérieur d'un habitacle d'avion, l'écran ne doit pas émettre de champs électromagnétiques parasites. Le joint 40 est un conducteur souple. Il s'agit d'une reprise de masse permettant de garder le contact électrique, même en vibration entre le blindage électromagnétique 322 et la structure 38. Ce joint sert aussi à maintenir l'étanchéité de l'intérieur du dispositif d'affichage contre les fluides et poussières et d'empêcher la lumière émise par la source 36 d'être vue en périphérie du LCD. Dans notre exemple, la source lumineuse 36 est constituée de diodes électroluminescentes, mais d'autres technologies, comme les diodes électroluminescentes organiques ou tubes fluorescents, pourraient être utilisées dans le dispositif. Le deuxième verre de protection 35 du boîtier, situé entre la source lumineuse 36 et l'ensemble écran 34, fait office de structure et comprend aussi un réchauffeur composé d'un substrat de verre 352 de 1.1 mm. Ce réchauffeur sert à maintenir l'écran 34 dans une gamme de température de fonctionnement correct. Sur le réchauffeur est déposé un diffuseur 351 de 1 mm. Ces deux ensembles de verre de protection, 32 et 35, sont les éléments principaux de protection du boîtier de verre. Dans cet exemple, ils ont une autre fonction, blindage électromagnétique pour le verre 32 et réchauffeur pour le verre 35, dû fait de l'application aéronautique, mais il est tout à fait possible de développer l'invention en utilisant de simples lames de verre. Ils sont assemblés par des intercalaires de verre 39. Ces intercalaires constitués de substrat de verre 392 sont collés au verre de protection avant 32 par une première couche de colle 393, et au verre de protection arrière 352 par une deuxième couche de colle 391. Les différents éléments du boîtier de verre sont réalisés dans un même matériau. A l'intérieur du boîtier décrit précédemment, est fixé par une couche de colle optique transparente à ultra-violet 33 un ensemble 34 comportant une matrice à cristaux liquides. Cet ensemble inclut successivement un polariseur avant 341 de 0.375 mm, la matrice contre électrode LCD 342 de 0.6 mm, l'électronique de commande 343 de 0.6 mm comprenant des transistors, communément appelés TFT (Thin Film Transistor), le polariseur arrière 344 de 0.22mm et le film 345 augmentant la luminosité, appelé DBEF (Dual Brightness Enhancement Film). La couche de colle 33 de 0.3 mm est utilisée sur toute la surface de l'ensemble 34, qui est ainsi collé sur la partie centrale du verre de protection du boîtierä A titre d'exemple, la somme des épaisseurs des éléments de l'écran 34 et de la colle 33 est de 2.095 mm. L'épaisseur des intercalaires de verre 39 est supérieur à cette valeur. Ainsi L'écran 34 est collé uniquement à un des verres de protection. L'ensemble du boîtier de verre est fixé à la structure 38 par une couche de colle 37. Cette couche de colle est déposée uniquement sur la périphérie de la surface arrière du deuxième verre de protection. Cette colle possède des propriétés viscoélastiques permettant de résister aux variations de température élevées ainsi qu'aux chocs et vibrations. A titre d'exemple, on peut utiliser les colles servant dans l'industrie automobile pour le collage des pare-brises. La sérigraphie 41 est opaque aux rayons ultra-violets et sert à protéger la colle et à masquer les composantes de l'empilage. Les efforts qui sont exercés sur le verre avant 32 du dispositif d'affichage sont entièrement transmis au verre arrière 35 par les intercalaires 39. Le verre 35 fait office de structure et donc transmet ces efforts sur la structure 38. Le principe de ce dispositif d'affichage est d'isoler un LCD à l'lintérieur d'un boîtier de protection. Cet ensemble fragile ne doit pas être compressé entre les verres de protection auquel cas les efforts seraient transmis à la structure au travers de cet élément. Des validations ont démontré une résistance aux chocs, aux vibrations mais aussi à la variation de température beaucoup plus élevée que les solutions antérieures et ce, pour un dispositif plus compact et applicable à toutes tailles d'écran. D'autre part, c'est une solution plus facile à mettre en oeuvre pour une mise en production de série. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage comprenant un écran de visualisation (34) comportant une surface de collage et une structure mécanique (38) caractérisé en ce que le dispositif d'affichage comporte également : - une première lame de verre (32) située entre l'observateur et l'écran, - une deuxième lame de verre (35), lames toutes deux planes et parallèles entre elles, face arrière de chaque lame définie comme étant du côté de la source lumineuse du dispositif, - et des intercalaires (39) disposés entre la première et la deuxième lame de verre; l'ensemble de la première lame de verre (32), la deuxième lame de verre (35) et les intercalaires (39) formant un boîtier de protection; l'épaisseur du boîtier obtenu étant supérieure à l'épaisseur de l'écran ; l'écran (34) étant collé de toute sa surface sur une seule des deux lames sur la partie centrale de la face à l'intérieur du boîtier. 2. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie de la face arrière de la deuxième lame du boîtier (35) est collée avec une couche de colle (37) à l'intérieur de la structure mécanique rigide (38). 3. Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième lame de verre de protection (35) du boîtier est aussi un réchauffeur constitué d'un substrat de verre (352). 4. Dispositif d'affichage selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première lame de verre de protection (32) du boîtier comporte un blindage électromagnétique (322) pour l'écran. 5. Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran (34) est fixé par une couche de colle (33) à l'intérieur du 30boîtier sur la face arrière de la première lame de verre de protection (32). 6. Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en que l'écran (34) est fixé par une couche de colle (43) à l'intérieur du boitier sur la face avant de la deuxième lame de verre de protection (35). 7. Dispositif d'affichage selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la structure mécanique (38) comporte un fond (36) et le dispositif d'affichage au moins un plot (53) assurant la connexion entre le boîtier et le fond (36). 8. Dispositif d'affichage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le plot (53) est transparent. 9. Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran (34) est une matrice à cristaux liquides et le dispositif d'affichage comporte au moins une source lumineuse disposée entre le fond (36) et l'écran (34).