Brevet FR2923030A1 — publié le 20090501

ECRAN A CRISTAL LIQUIDE La présente invention concerne un écran à cristal liquide et plus particulièrement la structure arrière de cet écran permettant une encapsulation améliorée. Les producteurs d'écrans LCD fournissent ces écrans à des utilisateurs qui vont les intégrer dans un produit final, tel qu'une planche de bord ou un dispositif portable par exemple. Les écrans sont fournis encapsulés dans une structure mécanique rigide formant un cadre. La figure 1 illustre un exemple d'encapsulation arrière d'un écran LCD. L'exemple représenté correspond à une configuration de base comprenant un cadre 10 enserrant une cellule LCD, c'est à dire une plaque 1 et une contreplaque 2 assemblées de manière étanche pour former une cavité contenant le cristal liquide XL, entre les deux plaques, et deux polariseurs assemblés (ou plus exactement laminés), chacun par collage : un polariseur avant 3 laminé sur la contreplaque 2 et un polariseur arrière 4 laminé sur la plaque 1. La plaque 1 est plus grande que la contreplaque 2, offrant ainsi une zone périphérique la en débord de la contreplaque. Cette zone périphérique est prise en étau entre un cadre extérieur 10.a et un cadre intérieur 10.b qui forment la structure mécanique 10 d'encapsulation de l'écran. En face avant A, on trouve habituellement un joint j entre le cadre extérieur et la face avant de la plaque 1, dans la zone périphérique la. En face arrière B c'est habituellement une entretoise 12 qui est utilisée entre le cadre intérieur 10.b et le plan arrière de la cellule. Lorsque l'on utilise un polariseur arrière 4 du type non durci au stockage en chaleur humide, l'assemblage polariseur sur plaque est sensible à l'humidité. Pour ces raisons, on prévoit une structure d'encapsulation arrière configurée pour étanchéifier cet assemblage sur tout le tour de la cellule. Cette structure d'encapsulation comprend ainsi, outre le cadre intérieur 10.b et l'entretoise 12, une lame transparente sensiblement de même dimension que la plaque, typiquement une lame de verre 13, combinée à un cadre adhésif double face 14 placé entre la plaque 1 et cette lame de verre 13 : la plaque, la lame et le cadre adhésif forment une cavité étanche dans laquelle le polariseur est enfermé : dans ces conditions, le polariseur arrière 4 est en retrait d'une largeur dl du bord de la plaque 13 et de la lame de verre 13, c'est à dire que sa surface est sensiblement plus petite que celle de la plaque et de la lame. Le cadre adhésif utilisé est de type VHB ("Very High Bonding') c'est à dire fortement adhésif. Il est disposé en bord de plaque et/ou lame, et a une largeur d2 inférieure au retrait dl. II a une épaisseur e2 qui assure un espacement de quelques centaines de micromètres entre la lame de verre 13 et le polariseur 4. Cet espacement est nécessaire pour éviter des contacts entre les deux plans 4 et 13 en regard, contacts qui auraient pour effets optiques indésirables, la formation de franges d'interférence. L'entretoise 12 est pincée entre le cadre intérieur 10.b et la face arrière de la lame de verre 13. Elle a sensiblement la même largeur que le cadre adhésif. Selon la destination du produit et les qualités optiques recherchées, il peut être nécessaire d'intégrer des fonctions optiques supplémentaires à l'arrière, telle que par exemple une fonction diffuseur, ou amplificateur de flux optique, ou prépolariseur... Ceci peut se faire facilement dans la configuration décrite, en insérant en face arrière du polariseur, d'autres films optiques supplémentaires, dans l'espace 5 entre la lame de verre 13 et le polariseur 4. Par exemple, un diffuseur 200 est illustré sur la figure 1. Ce diffuseur est intégré de façon flottante,-c'est à dire qu'il n'est pas collé à l'un ou l'autre plan du polariseur 4 ou lame 12- ; il "flotte" dans le gap d'air entre le polariseur 4 et la lame de verre 13. Le diffuseur peut également être laminé sur la lame arrière de manière à éviter son flottement dans la cavité et donc son gondolement en environnement thermique. Une telle encapsulation arrière présente les conditions mécaniques, optiques et d'étanchéité nécessaires. Notamment, l'étanchéité est assurée par le cadre adhésif VHB : le terme "cadre" signifiant que l'adhésif est continu sur tout le pourtour de la cellule. Cependant, elle présente différents inconvénients : - le cadre VHB a un coût élevé de fabrication : en effet, le cadre est réalisé par enlèvement de la matière centrale dans une feuille de matériau adhésif : toute cette partie centrale est perdue. - le cadre VHB utilise le bord périphérique la de la plaque 1, en dehors de la zone optique active Z de la cellule. La largeur e2 du cadre VHB dépend de la largeur de cette zone. Cette caractéristique empêche d'utiliser certaines cellules LCD bon marché du commerce dans lesquelles la plaque et la contreplaque sont découpées à ras de la zone active sur deux côtés en moins. Ceci est une limitation gênante car on cherche de plus en plus même dans des applications contraignantes de type avionique, à utiliser les composants du commerce dits COTS, pour réduire les coûts. Dans d'autres cellules, la zone périphérique est très étroite, trop étroite pour réaliser un cadre VHB de largeur suffisante pour garantir l'étanchéité. Typiquement en dessous de trois millimètres environ, un cadre VHB n'est pas étanche. A cette difficulté se rajoutent celles de réaliser et de manipuler un cadre VHB trop fin. - le gap d'air dans l'espace 5 entre le polariseur 4 et la lame de verre 13 entraîne une forte sensibilité de l'écran LCD aux variations de pression atmosphérique. Cette sensibilité est d'autant plus grande que la distance entre les deux plans 4 et 13 est grande. Cette sensibilité à la variation de pression est très gênante pour des écrans LCD dédiés aux applications avioniques, avec des risques soit d'ouverture lors de fortes variations de pression, soit de collage d'interfaces lisses (calle arrière avec polariseur ou DBEF, diffuseur avec cale arrière,...) - selon les conditions de stockage de l'écran, un film optique tel que 200, placé à l'arrière de la cellule dans l'espace 5 entre les deux plans 4 et 12, peut gondoler. Des gondolements se traduisent sur le plan optique, par des non-uniformités du rétro-éclairage LCD et donc à une qualité d'image dégradée. la réparation, par exemple pour remplacer le film gondolé, 25 nécessite le démontage de la structure mécanique. Pour ces différentes raisons, on utilise de préférence un polariseur arrière 4 du type durci au stockage en chaleur humide, ce qui permet de s'affranchir des problèmes d'étanchéité à l'interface plaque arrière/polariseur, et donc de la structure mécanique lame de verre plus cadre adhésif de la 30 figure 1 : le polariseur 4 durci peut être réalisé sur toute l'étendue de la plaque 1, comme illustré sur la figure 2. L'ensemble plaque et polariseur peut alors être directement pincé entre le cadre extérieur 10.a et le cadre intérieur 10.b, via le joint j en face avant et l'entretoise 12 en face arrière, puisqu'il n'y a pas de problème d'étanchéité à l'interface plaque 1 et polariseur arrière 4. L'entretoise 12 peut directement venir s'appuyer contre la face arrière du polariseur 4. Selon la destination du produit et les qualités optiques recherchées, ou pour parfaire les propriétés optiques de l'écran, il peut être nécessaire d'intégrer des fonctions optiques supplémentaires en face arrière, telle que par exemple une fonction diffusante ou amplificateur de flux optique. Dans la configuration de la figure 2, l'intégration d'un film optique 200 se fait en plaquant le film contre le polariseur arrière 4. Cependant, comme le polariseur présente une surface arrière lisse, ceci ne peut se faire ~o qu'en utilisant un film optique présentant une rugosité de surface non nulle. La rugosité nécessaire est obtenue par traitement approprié de la surface, par toute technique connue, et par exemple, dans le cas d'un diffuseur en PMMA (PolyMethyl MethAcrylate, thermoplastique du type plexiglas) : moulage de la pièce dans un moule structuré, embossage, gravure chimique 15 ou physique,....Sinon, si le film optique présente également une surface lisse, l'assemblage introduirait des défauts cosmétiques de type interférence ou anneaux de Newton. L'empilement polariseur 4/diffuseur 200 simplifie l'encapsulation du module LCD dans la structure mécanique 10, puisque l'ensemble peut 20 être pris en étau, via le joint et l'entretoise, entre le cadre extérieur et le cadre intérieur sans élément mécanique supplémentaire, et sans cadre adhésif contrairement à l'encapsulation illustrée à la figure 1. Cependant, on a pu observer en pratique que du liquide arrive à s'infiltrer par capillarité à l'interface des plans diffuseur 200 et polariseur 4, 25 par la tranche de la cellule. Du liquide peut ainsi être piégé entre les deux plans des surfaces en contact du diffuseur et du polariseur, comme illustré sur la figure 3. Ce liquide piégé à différents endroits o1, o2 entraîne alors des défauts de non uniformité d'éclairement. Une fois piégé, le liquide ne peut pas s'évaporer facilement. Même si on sèche l'écran, il peut rester des traces 30 d'eau séchée, et/ou des restes d'eau, qui auront les mêmes effets optiques inacceptables. Plus généralement, comme on peut être intéressé à intégrer plusieurs films optiques à l'arrière, chacun assurant une fonctionnalité optique particulière, le problème de l'étanchéité de l'interface se pose à 35 chaque fois. Enfin le remplacement d'un film optique présentant un défaut, nécessite nécessairement le démontage de la structure mécanique, ce qui n'est pas souhaitable. L'invention a pour objet un écran LCD avec une configuration du 5 ou des films optiques en face arrière du polariseur qui facilite l'encapsulation avec les qualités recherchées. L'invention a pour objet de résoudre un problème technique d'encapsulation, que l'on peut formuler comme suit : proposer une structure d'encapsulation arrière peu coûteuse, simple à mettre en oeuvre, résistante 10 aux variations de pression atmosphérique et sans problèmes d'étanchéité pour un module LCD comprenant au moins un film optique à l'arrière du polariseur ; une structure qui puisse être utilisée quelles que soient les qualités de stockage en milieu humide du polariseur ; une structure qui soit évolutive, permettant l'intégration d'autres fonctionnalités optiques (DBEF, 15 BEF, diffuseur holographique, diffuseur...) à l'arrière de la cellule tout en respectant toujours les conditions énumérées ci-dessus. Telle que caractérisée, l'invention concerne donc un écran LCD dont une structure d'encapsulation de la face arrière de l'écran comprend un polariseur et au moins un film optique, caractérisé en ce que ledit film optique 20 est plaqué contre ledit polariseur, l'une au moins des faces dudit film et du polariseur plaquées l'une contre l'autre, étant à rugosité de surface non nulle, en ce qu'un cordon de colle périphérique assurant l'adhésion dudit film au dit polariseur est dispensé sur la tranche dudit film sur tout son pourtour. 25 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont détaillés dans la description suivante en référence aux dessins illustrés d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un module à cristal 30 liquide encapsulé dans un cadre, suivant un premier mode d'encapsulation arrière; - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un module à cristal liquide encapsulé dans un cadre, présentant un deuxième mode d'encapsulation arrière; - la figure 3 illustre le problème des infiltrations d'eau avec une encapsulation suivant la figure 2; - la figure 4 illustre dans une vue en coupe partielle, un premier mode d'encapsulation arrière selon l'invention; -la figure 5 illustre une généralisation de ce mode d'encapsulation, pour un module LCD comprenant un film optique arrière supplémentaire; - la figure 6 illustre une première variante de ce mode d'encapsulation; et - la figure 7 illustre une deuxième variante de ce mode 10 d'encapsulation. Dans la demande, on entend : - par module LCD, l'ensemble formé de la cellule LCD et de ses polariseurs avant et arrière, et par plaque, la plaque de la cellule LCD contre 15 laquelle est placé le polariseur arrière; - par polariseur arrière 4 un polariseur pur, c'est à dire un polariseur qui n'assure que sa fonction de polarisation, ou bien un polariseur combiné à une autre fonction optique, par exemple une fonction amplificateur de flux optique, anti-reflet ou de limitation des réflexions de la lumière 20 ambiante, obtenu par laminage d'un film optique correspondant, en utilisant une colle d'indice adaptée, pour ne pas avoir de problème d'interférence optique (Anneaux de Newton et/ou franges d'interférence). - par surface rugueuse d'un film, une surface rendue non lisse par tout moyen, par exemple par travail de la surface (gaufrage, emboutissage, 25 moulage .. ), ou par rajout de constituant, par exemple par mélange de billes, ou de fibres au matériau avant formation du film . L'invention propose de réaliser en face arrière du module LCD, un empilement compact d'un film ou de plusieurs films optiques contre la face arrière du polariseur arrière 4, l'empilement étant en retrait du bord de la 30 plaque 1, et réalisé en sorte qu'une face lisse du polariseur ou d'un film optique de l'empilement est toujours plaquée contre une face rugueuse d'un autre film et un cordon de colle dispensé sur la tranche de l'empilement, sur tout son pourtour. On peut aussi avoir un polariseur avec une face rugueuse plaquée contre une face lisse d'un film optique... DTD: Dans une variante l'empilement et le polariseur ont les mêmes dimensions et le cordon de colle couvre la tranche de l'empilement et du polariseur. Ce cordon de colle assure plusieurs fonctions : - une fonction mécanique d'assemblage permettant de solidariser l'empilement au module LCD, - une fonction d'isolation/étanchéité vis à vis de l'extérieur de chaque interface : l'interface entre le polariseur et un film optique et l'interface entre deux films optiques successifs, - une fonction mécanique d'amortissement des variations de pression permettant de rendre l'empilement et l'assemblage de l'empilement au module LCD insensibles aux variations de pression atmosphérique et notamment aux fortes décompressions subies par les écrans LCD en environnement avionique. En pratique, la dispense de colle est réalisée de la manière suivante : l'empilement est plaqué mécaniquement contre la face lisse du polariseur 4 pendant toute l'opération de dispense et de polymérisation de la colle. De cette manière, le volume d'air emprisonné dans l'empilement et entre l'empilement et le polariseur est minimisé, ce qui contribue à obtenir un écran encapsulé insensible aux variations de pression atmosphérique ; l'épaisseur de colle est ajustée pour qu'elle isole chacune des interfaces dans l'empilement et entre l'empilement et le polariseur arrière de l'ambiance extérieure et étanchéifie donc toute la structure contre des infiltrations éventuelles ; et le cordon de colle permet de solidariser l'empilement au module. Si le polariseur du module LCD est non durci, le cordon de colle couvre aussi la tranche du polariseur et étanchéifie l'interface plaque 1/polariseur 4. L'invention permet ainsi de réaliser un écran LCD avec un empilement en face arrière à la fois compact, sans gap d'air, résistant aux variations de pression atmosphérique, sans défauts optiques type anneau de Newton ou franges d'interférence, et étanche. Selon que l'on utilise un polariseur durci ou non, l'encapsulation d'un tel écran est obtenue de manière simple dans le premier cas, en prenant la plaque 1 et le polariseur 4 en étau via un joint j en face avant et une entretoise 12 en face arrière, entre le cadre extérieur 10.a et le cadre intérieur 10.b; dans le deuxième cas seule la plaque 1 est prise en étau entre les deux cadres. L'invention va maintenant être illustrée à l'aide de plusieurs modes 5 de réalisation. La figure 4 illustre un premier mode de réalisation d'un écran LCD comportant un film optique diffuseur 200 à l'arrière du module LCD, applicable dans le cas où le polariseur 4 à l'arrière de la cellule LCD est du type durci au stockage en milieu humide. 10 Le polariseur 4 est dispensé sur sensiblement toute l'étendue de la plaque 1 de la cellule. Comme indiqué en liminaire, c'est un polariseur pur ou un polariseur combiné à une autre fonction optique par laminage d'un film optique, au moyen d'une colle d'indice adaptée (polariseur/DBEF par exemple). Ce type d'assemblage connu ne présente pas de problème 15 d'étanchéité à l'interface ni à l'arrière du film, ni de problèmes d'interférences optiques. Le diffuseur 200 est plaqué contre le polariseur arrière 4, mais en retrait du bord du polariseur, d'une distance d3. Il présente une surface rugueuse qui est plaquée contre la surface lisse du polariseur : de cette 20 façon, il ne peut y avoir génération d'anneaux de Newton ou de franges d'interférences. Un cordon de colle 100 est dispensé sur tout le tour du diffuseur, sur sa tranche, couvrant la jointure du diffuseur et du polariseur. Ce cordon de colle assure plusieurs fonctions : 25 - une fonction mécanique d'assemblage permettant de solidariser le diffuseur 200 au reste du module, - une fonction d'isolation de l'espace plan du diffuseur/ plan du polariseur de l'extérieur, assurant ainsi l'étanchéité de l'interface, - une fonction mécanique d'amortissement des variations de 30 pression permettant de rendre l'empilement collé module/polariseur/diffuseur insensible aux variations de pression et notamment aux fortes décompressions subies par les écrans LCD en environnement avionique. L'écran est encapsulé en pinçant la plaque 1 et le polariseur 4 35 dans la structure mécanique 10. La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui permet avantageusement d'intégrer un réchauffeur en face arrière, sans nuire aux qualités optiques de l'écran. L'empilement comprend dans l'exemple un film optique 200, par exemple un diffuseur, dont les deux faces sont rugueuses. De manière plus détaillée, le film optique 200 est alors pris en sandwich entre deux plans lisses, celui du polariseur (ou du polariseur + un film DBEF laminé) et celui d'une dalle transparente. Cette dalle 300 peut alors avantageusement être équipée d'un réchauffeur, typiquement une résistance chauffante. La dalle sera par exemple en verre et plus généralement dans un matériau qui ne s'altère pas avec la température issue du réchauffeur 300. Le cordon de colle est dispensé comme indiqué précédemment, pour obtenir une épaisseur propre à couvrir les deux interfaces polariseur/film optique 200 et film optique 200 /dalle en verre 300. Suivant cette réalisation, aucun liquide ne peut s'infiltrer, même lors d'un stockage en chaleur humide, entre les plans lisses et les plans rugueux de l'empilement polariseur 4/film 200/cale en verre 300. Plus généralement, l'empilement optique peut comprendre plusieurs films optiques plaqués les uns contre les autres. La dalle de verre est alors plaquée contre le dernier film optique de l'empilement. La face arrière du dernier film de l'empilement optique contre laquelle la plaque de verre est plaquée est alors à rugosité de surface non nulle. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un écran, avec un empilement arrière comprenant non plus un mais plusieurs films optiques, dans l'exemple un diffuseur 200 et un film amplificateur DBEF 400. Dans l'exemple le film DBEF est celui qui est placé tout contre le polariseur et le diffuseur est placé contre le film DBEF. Chaque film de l'empilement comprend au moins une face rugueuse, et l'empilement est réalisé en sorte qu'à chaque interface comportant une face lisse, celle-ci est nécessairement plaquée contre une face rugueuse en sorte que l'empilement ne peut entraîner d'anneau de Newton ni de franges d'interférence à aucune interface. Le cordon de colle est dispensé comme précédemment sur sensiblement toute l'épaisseur de la tranche de l'empilement, pour couvrir toutes les interfaces. Les modes de réalisation décrits en référence aux figures 4 à 6, s'appliquent dans le cas où le polariseur est du type durci au stockage en chaleur humide, en sorte qu'il épouse sensiblement toute la surface de la plaque 1 du module LCD, et qu'il est pris en étau avec cette plaque entre les deux cadres de la structure mécanique 10. Dans le cas où le polariseur 4 est sensible à l'environnement de stockage (chaleur humide), ce qui est notamment le cas des modules LCD du commerce (composants COTs), il faut disposer le polariseur 4 en retrait du bord de la plaque comme sur la figure 1, pour assurer son étanchéité avec le cordon de colle. Dans ce cas, le cordon de colle 100 dispensé selon l'invention couvre l'épaisseur de l'empilement et du polariseur : c'est ce qui est représenté à la figure 7. Cette figure détaille également une protection du polariseur 3 en face avant quand ce dernier n'est pas du type durci, par une lame transparente, par exemple en verre, assemblée au polariseur par de la colle 6 d'indice optique adaptée assurant la protection du polariseur avant. La configuration à l'arrière d'un module LCD réalisée selon l'invention est évolutive et permet facilement l'intégration de nombreuses fonctionnalités optiques (DBEF, BEF, diffuseur holographique,...) à l'arrière de la cellule tout en respectant les conditions énumérées ci-dessus : empilement de films optiques sur le polariseur avec un traitement des surfaces des films pour ne jamais avoir deux surfaces lisses plaquées l'une contre l'autre, et cordon de colle dispensé sur la largeur de tranche de l'empilement assurant l'adhésion de l'empilement au module, son étanchéité et la résistance de l'empilement aux variations de pression atmosphérique. Cette configuration facilite en outre la réparation d'un film défaillant de l'empilement : il suffit d'enlever le joint, pour retirer l'empilement, remplacer le ou les films défaillants, voire le polariseur dans le cas où il n'est pas durci et reformer l'empilement et le plaquer contre le polariseur 4 pendant la dispense et la polymérisation de la colle, le tout sans toucher à la structure mécanique 10. REVENDICATIONS 1. Ecran LCD comportant un module LCD avec un polariseur (4) en face arrière d'une plaque (1), caractérisé en ce qu'il comprend un empilement optique en face arrière du polariseur (4) comprenant au moins un film optique (200) plaqué contre ledit polariseur, l'une au moins des faces dudit film et du polariseur plaquées l'une contre l'autre, étant à rugosité de surface non nulle, et en ce qu'un cordon de colle (100) est dispensé sur la tranche de l'empilement sur tout son pourtour. 2. Ecran LCD selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure comprend un empilement de films optiques plaqués les uns contre les autres, tel qu'à chaque interface entre deux films optiques (200, 300), l'un au moins à une face à rugosité de surface non nulle. 3. Ecran LCD selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un film optique est un diffuseur. 4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit polariseur (4) est un polariseur à fonction optique supplémentaire intégrée par laminage d'un film optique. 5. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, encapsulé dans une structure mécanique (10) comprenant un cadre extérieur (10.a) et un cadre intérieur (10.b), caractérisé en ce que le cordon de colle est dispensé dans l'espace délimité entre le cadre intérieur et l'empilement. 6. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le polariseur (4) et le film optique et/ou l'empilement de films optiques ont sensiblement les mêmes dimensions, en retrait par rapport au bord du module, et en ce que ledit joint couvre la tranche de l'ensemble du polariseur et de l'empilement optique. 7. Ecran selon la revendication 6, encapsulé dans une structure mécanique (10) comprenant un cadre extérieur (10.a) et un cadre intérieur (10.b), caractérisé en ce que ladite plaque (1) du module est prise en étau entre lesdits cadres extérieur et intérieur. 8. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le polariseur est du type durci au stockage en chaleur humide, et recouvre sensiblement la surface de la plaque (1) du module, eten ce que l'empilement optique est en retrait par rapport au bord du polariseur. 9. Ecran selon la revendication 8, encapsulé dans une structure mécanique (10) comprenant un cadre extérieur (10.a) et un cadre intérieur (10.b), caractérisé en ce que ladite plaque (1) du module et le polariseur (4) sont pris en étau entre lesdits cadres extérieur et intérieur. 10. Ecran LCD, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une dalle de verre intégrant un réchauffeur de surface, ladite dalle étant plaquée contre le film ~o ou le dernier film de l'empilement optique, la face du film optique plaquée contre la dalle de verre étant à rugosité de surface non nulle.