Brevet FR2984578A1 — publié le 20130621

Dispositif de visualisation sécurisé à matrice à cristaux liquides nématiques twistés Le domaine de l'invention est celui des visualisations de cockpit dont les afficheurs comportent une matrice à cristaux liquides encore appelée « LCD » pour « Liquid Crystal Display ». Ces écrans de visualisation sont maintenant montés dans tous types d'aéronefs à voilure fixe ou tournante tant pour le domaine civil que militaire. Un écran LCD fonctionne sur le principe d'un adressage matriciel. Comme on le voit sur la figure 1, l'écran LCD est composé de pixels élémentaires colorés organisés en matrice. Six pixels P sont représentés sur la figure 1 avec différentes teintes de gris représentant les couleurs des pixels. Chaque pixel P est composé d'une fine épaisseur de cristal liquide comprise entre deux électrodes, une première électrode dite de commande et une seconde contre-électrode B appelée « backplane » commune à toute la matrice et symbolisée par des ellipses sur la figure 1. La différence de potentiel ou ddp entre les électrodes est commandée par un transistor dit « TFT » pour « Thin Film Transistor ». Cette différence de potentiel agit sur l'orientation des molécules de cristal liquide et donc sur leur transmission de la lumière. Chaque transistor TFT se trouve à l'intersection d'une ligne L et d'une colonne de commande C. La grille G de chaque transistor TFT est reliée à une ligne particulière et le drain D à une colonne particulière. Un générateur d'images vidéo pilote au travers de circuits électroniques appelés « drivers » les transistors TFT se trouvant à l'intersection des différentes lignes et des différentes colonnes en fonction de l'image à afficher. Les drivers sont organisés en « drivers lignes » ou « Row Drivers » et en « drivers colonnes » ou « Column Drivers ». Les drivers colonnes reçoivent les informations vidéo à afficher qui sont validées par les drivers lignes. Les drivers colonnes convertissent les informations numériques du générateur vidéo en tensions analogiques proportionnelles aux références de tensions appelées « GMA » pour GamMA Voltage. Ces tensions sont appliquées sur les drains D des transistors TFT. Les drivers lignes appliquent sur les grilles G ou « gates » des TFTs d'une même ligne une tension d'ouverture ligne « VG_on» afin d'appliquer au cristal liquide les tensions analogiques fournies par les drivers colonnes, les autres lignes étant maintenues fermées par la tension de fermeture ligne « VG_off ». Une fois la ligne écrite, les drivers colonnes présentent les nouvelles tensions analogiques et les drivers lignes ouvrent la ligne suivante, et ainsi de suite pour toutes les lignes de l'écran matriciel. Les écrans LCD utilisés sont généralement basés sur la technologie dite « Twist Nematic » ou « TN » car elle offre l'avantage d'offrir plus de transmission optique que les autres technologies. Les figures 2a et 2b représentent en fonction du temps t les tensions appliquées en volts dans deux configurations d'utilisation. Dans la première configuration dite « LCD NOIR », le cristal liquide est opaque, dans la seconde dite « LCD BLANC », il est transparent. La tension de la « backplane » représentée par un trait en pointillés sur les figures 2a et 2b est continue et positionnée vers 6 volts. Dans les deux cas, afin de ne pas créer un marquage, le cristal liquide reçoit une ddp alternativement positive puis négative correspondant aux « phase positive » et « phase négative » des figures 2a et 2b. Dans la première configuration représentée en figure 2a, le cristal liquide est opaque si la ddp est supérieure à 4 volts. Les tensions colonnes 20 varient alors entre 0 et 12 volts, c'est-à-dire de +1- 6 volts autour de la tension de 6 volts de la backplane. Dans la seconde configuration représentée en figure 2b, le cristal liquide est transparent si la ddp est quasi nulle ou inférieure à 1 volt. Les tensions colonnes varient alors entre 5 et 7 volts, c'est-à-dire de +1- 1 volt 25 autour de la tension de 6 volts de la backplane. L'inconvénient de cette technologie est qu'elle présente naturellement un écran blanc dit « Normally White » lorsque celui-ci est défectueux ou non commandé. Cet écran blanc de forte luminosité par rapport à un affichage traditionnel à fond sombre du type « PFD » pour 30 « Primary Flight Display » peut gêner le pilote. La figure 3 représente un ensemble de deux visualisations duales notées LCD1 et LCD2. On entend par visualisation duale une visualisation comprenant une seule matrice LCD agencée de façon à afficher deux images totalement indépendantes ou ségréguées. Plus précisément, une 35 visualisation duale comporte deux alimentations indépendantes, deux boîtes à lumière indépendantes, deux générations graphiques indépendantes, deux ensembles de drivers lignes et colonnes indépendantes. Ainsi, une première panne quelconque n'entraîne pas la perte totale du dispositif de visualisation. Sur la figure 3, la visualisation de gauche LCD1 est parfaitement fonctionnelle et présente deux affichages notés D1 G et D1 D. La partie gauche D2G de la visualisation de droite LCD2 est en panne et affiche un écran blanc. Seule la partie droite D2D est opérationnelle. De façon à retrouver un écran noir, la panne de ce type d'écran entraîne soit l'extinction automatique de la boîte à lumière qui éclaire la matrice de façon à retrouver un écran noir, soit l'extinction manuelle de l'équipement par le pilote. Cette extinction a pour conséquence la perte de l'équipement complet. Cette sanction est très pénalisante dans le cas d'une visualisation duale présentant deux types d'affichage différents et indépendants car elle induit la perte du deuxième affichage, perturbant ainsi les reconfigurations d'écran nécessaires pour satisfaire les contraintes de certification et de sécurité de l'appareil. Le dispositif selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il permet de forcer un affichage noir sur un écran LCD de type nématique twisté même si celui-ci n'est plus commandé après, par exemple, une panne des drivers lignes ou des drivers colonnes. Dans le cas d'utilisation d'un écran dual, le dispositif selon l'invention permet également de garder le deuxième affichage opérationnel sans que le pilote ne soit gêné par l'affichage en panne devenu blanc. Ainsi, ni le système, ni le pilote n'ont à s'occuper de la défaillance du LCD. Le dispositif selon l'invention a donc une double action : ne pas présenter une image erronée et éviter de gêner le pilote. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de visualisation comportant une matrice à cristaux liquides active de type 30 nématique twisté, ladite matrice comprenant un premier ensemble de pixels, un premier ensemble de lignes et de colonnes et un premier dispositif électronique de commande ; chaque pixel étant commandé par un transistor comprenant une source, un drain et une grille, la grille étant reliée à une ligne, le drain à une colonne et la source à l'électrode de commande du pixel ; la tension appliquée à chaque ligne de commande étant soit une 5 tension d'ouverture VG_on suffisante pour ouvrir les transistors, soit une tension de fermeture VG_off suffisante pour fermer les transistors ; la tension appliquée GMA sur chaque colonne étant fonction de la transmission optique prédéterminée du pixel ; le dispositif de visualisation comportant des premiers moyens de 10 détection du bon fonctionnement du premier dispositif électronique de commande, caractérisé en ce que, en cas de détection d'un mauvais fonctionnement du premier dispositif électronique de commande, le dispositif de visualisation comporte des premiers moyens de coupure agencés de 15 façon à forcer à zéro les tensions de fermeture VG_off des lignes et les tensions GMA des colonnes, de façon que la transmission de tous les pixels du premier ensemble de pixels soit minimale. Avantageusement, le dispositif est dual, c'est-à-dire que la matrice à cristaux liquides comprend : 20 un second ensemble de pixels, un second ensemble de lignes et de colonnes, un second dispositif électronique de commande, des seconds moyens de détection et des seconds moyens de coupure indépendants des premiers ensemble de pixels, de lignes, de colonnes, du premier dispositif électronique de commande et des premiers moyens de coupure. 25 Avantageusement, les moyens de coupure sont des transistors disposés entre les circuits d'alimentation des lignes et des colonnes et la masse électrique, lesdits transistors étant commandés par les premiers ou les seconds moyens de détection de bon fonctionnement. Avantageusement, les moyens de détection de bon 30 fonctionnement comprennent : Soit des moyens de détection d'images figées, une image correspondant à l'ensemble des tensions GMA appliquées aux différents pixels pendant une durée élémentaire d'affichage ; Soit des moyens de vérification de la consommation de courant 35 des lignes et/ou des colonnes de commande. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 déjà commentée représente un arrangement de pixels d'une matrice LCD active ; Les figures 2a et 2b également commentées représentent la variation de ddp en volts appliquée à un pixel pour le rendre soit transparent, soit opaque ; La figure 3 précédemment commentée représente un système de visualisation de cockpit selon l'art antérieur comprenant deux dispositifs de visualisation duals dont un des affichages est en panne ; La figure 4 représente un schéma d'implantation électrique des moyens de coupure des tensions lignes selon l'invention ; La figure 5 représente un schéma d'implantation électrique des moyens de coupure des tensions colonnes selon l'invention ; La figure 6 représente un système de visualisation de cockpit selon l'invention comprenant deux dispositifs de visualisation duals dont un des affichages est en panne. Dans ce qui suit, on a adopté les mêmes termes que précédemment pour désigner les principaux éléments d'un dispositif de visualisation. Le dispositif de visualisation selon l'invention comporte 25 classiquement une matrice à cristaux liquides active de type nématique twisté comprenant : - un premier ensemble de pixels, un premier ensemble de lignes et de colonnes, un premier dispositif électronique de commande et des premiers moyens de surveillance ou de 30 détection du bon fonctionnement du premier dispositif électronique de commande ; - chaque pixel étant commandé par un transistor comprenant une source, un drain et une grille, la grille étant reliée à une ligne, le drain à une colonne et la source à l'électrode de commande 35 du pixel ; - la tension appliquée à chaque ligne de commande étant soit une tension d'ouverture VG_on suffisante pour ouvrir les transistors, soit une tension de fermeture VG_off suffisante pour fermer les transistors ; - la tension appliquée GMA sur chaque colonne étant fonction de la transmission optique prédéterminée du pixel. Le dispositif de visualisation comporte également une électronique de surveillance du bon fonctionnement de l'écran. Le dispositif de visualisation selon l'invention comporte de plus des premiers moyens de coupure. Le but de ces moyens de coupure est d'aménager le dispositif de visualisation de façon que l'on puisse obtenir un écran noir quelque soit la commande du générateur vidéo et quelque soit l'état de l'écran fonctionnel ou en panne. Pour réaliser cette fonction, deux actions sont nécessaires. Premièrement, il faut ouvrir toutes les lignes fermées en forçant la tension de fermeture VG_off à zéro volt. Ainsi, quelque soit l'état des drivers lignes, tous les transistors TFTs vont fuir et permettre de laisser passer les tensions analogiques présentées par les drivers colonnes. Une deuxième action est nécessaire au niveau des drivers colonnes afin d'appliquer quelque soit la commande vidéo une tension analogique permettant d'afficher du noir. Ceci est réalisé en forçant toutes les tensions GMAs à 0 volt. Ainsi la ddp vue par le cristal liquide est directement liée à la tension appliquée sur la backplane. Ces actions sont commandées par l'électronique de surveillance du bon fonctionnement de l'écran. Il existe divers principes techniques permettant cette surveillance. On citera, à titre de premier exemple, des moyens de détection d'images figées, une image correspondant à l'ensemble des tensions GMA appliquées aux différents pixels pendant une durée élémentaire d'affichage. Les images figées sont considérées comme critiques dans les systèmes avioniques dans la mesure où elles peuvent passer inaperçues de l'équipage pendant un certain temps. On citera également, à titre de second exemple, des moyens de vérification de la consommation de courant électrique des lignes et/ou des colonnes de commande. Le résultat de cette surveillance vient commander d'une part, le forçage à zéro de la tension VG_off et d'autre part, écrouler les tensions GMAs pour forcer l'écran au noir. On peut également forcer la tension VG_on à zéro afin de ne pas 5 voir la ligne qui est en cours d'écriture au moment de la panne. A titre de premier exemple, la figure 4 représente les moyens de coupure à mettre en oeuvre pour réaliser la fonction de remise à zéro des tensions VG_on et VG_off. Celles-ci sont généralement obtenues grâce à un convertisseur « boost » en tension comme on le voit sur la figure 4. Il suffit de 10 venir bloquer ce convertisseur « boost » pour forcer ces deux tensions à zéro volt. Ceci est réalisé au moyen de trois transistors TFTc, le premier disposé à l'entrée du convertisseur qui isole le convertisseur de sa tension d'alimentation VREF, les deux autres sur les deux voies de sortie VG_on et VG_off du convertisseur qui sont mises à la masse, ces trois transistors sont 15 commandés par l'électronique de surveillance EdS du dispositif de visualisation. A titre de second exemple, la figure 5 représente les moyens de coupure à mettre en oeuvre pour réaliser la fonction de remise à zéro des tensions GMAs. Celles-ci sont réalisées par un pont de résistances R. On 20 coupe la tension d'alimentation de ce pont au moyen de deux transistors TFTc qui isole le pont de résistance de sa tension d'alimentation VREF' et qui met le pont de résistances R à la masse. Comme précédemment, ces deux transistors sont commandés par l'électronique de surveillance EdS du dispositif de visualisation. 25 Ces dispositions simples permettent en modifiant légèrement l'électronique de base d'un écran LCD, de pouvoir forcer un LCD TN « normalement blanc » à afficher du noir et ce quelque soit l'état opérationnel dudit écran. 30 Ce dispositif offre toujours l'avantage de ne jamais présenter d'image erronée au pilote. Dans le cas d'une visualisation simple, il permet de minimiser la gêne visuelle du pilote dans la mesure où l'écran d'affichage, même en panne, ne provoque pas d'éblouissement. Dans le cas d'une visualisation duale, les moyens de coupure précédents sont dupliqués pour chaque zone d'affichage. Le système n'est plus obligé de couper l'équipement complet lorsqu'un seul des affichages est touché comme on le voit sur la figure 6 qui utilise les même notations que la figure 3. Le demi-écran encore fonctionnel D2D de l'afficheur LCD2 est maintenu, permettant ainsi de conserver les capacités de reconfigurations comme l'exige les impératifs de sécurité aéronautique. Ainsi, dans le système de visualisation de la figure 3, la panne de l'affichage du demi-écran D2G entraînait à la fois l'apparition de l'écran blanc et la perte de l'affichage des informations dites « PFD », informations essentielles pour le pilotage. Dans le cas du système de visualisation de la figure 6, la panne de l'affichage du demi-écran D2G entraîne à la fois l'apparition de l'écran noir beaucoup plus ergonomique et la reconfiguration de l'affichage des informations dites « PFD » sur la partie D2G encore fonctionnelle de l'afficheur LCD2. REVENDICATIONS1. Dispositif de visualisation comportant une matrice à cristaux liquides active de type nématique twisté, ladite matrice comprenant un premier ensemble de pixels (P), un premier ensemble de lignes (L) et de colonnes (C) et un premier dispositif 5 électronique de commande, chaque pixel étant commandé par un transistor (TFT) comprenant une source, un drain (D) et une grille (G), la grille étant reliée à une ligne, le drain à une colonne et la source à l'électrode de commande du pixel, la tension appliquée à chaque ligne de commande étant soit une 10 tension d'ouverture VG_on suffisante pour ouvrir les transistors, soit une tension de fermeture VG_off suffisante pour fermer les transistors, la tension appliquée (GMA) sur chaque colonne étant fonction de la transmission optique prédéterminée du pixel, le dispositif de visualisation comportant des premiers moyens de 15 détection (EdS) du bon fonctionnement du premier dispositif électronique de commande, caractérisé en ce que, en cas de détection d'un mauvais fonctionnement du premier dispositif électronique de commande, le dispositif de visualisation comporte des premiers moyens de coupure (TFT) agencés 20 de façon à forcer à zéro les tensions de fermeture VG_off des lignes et les tensions GMA des colonnes, de façon que la transmission de tous les pixels du premier ensemble soit minimale. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que le dispositif est dual, c'est-à-dire que la matrice à cristaux liquides comprend : un second ensemble de pixels, un second ensemble de lignes et de colonnes, un second dispositif électronique de commande, des seconds moyens de détection et des seconds moyens de coupure indépendants des 30 premiers ensemble de pixels, de lignes, de colonnes, du premier dispositif électronique de commande et des premiers moyens de coupure. 3. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de coupure sont des transistors (TFT) disposés entre les circuits d'alimentation des lignes et des colonnes et la masse électrique, lesdits transistors étant commandés par les premiers et/ou les seconds moyens de détection de bon fonctionnement. 4. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection de bon fonctionnement comprennent des moyens de détection d'images figées, une image correspondant à l'ensemble des tensions (GMA) appliquées aux différents pixels pendant une durée élémentaire d'affichage. 5. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection de bon 15 fonctionnement comprennent des moyens de vérification de la consommation de courant des lignes et/ou des colonnes de commande.