Brevet FR3070095A1 — publié le 20190215

B16386 1 SYSTEME D'AFFICHAGE ET DE DETECTION Domaine La présente demande concerne un système d'affichage et de détection et plus particulièrement un système d'affichage associé à un capteur d'image. Exposé de l'art antérieur Pour certaines applications, il est souhaitable de pouvoir détecter une empreinte digitale d'un utilisateur au moyen d'un capteur d'empreintes digitales intégré à un écran d'affichage. A titre d'exemple, un écran muni d'un capteur d'empreintes digitales pourrait équiper des téléphones portables. Il existe des systèmes d'affichage et de détection comprenant un écran d'affichage et un capteur d'images optique qui pourraient permettre la réalisation d'un capteur d'empreintes digitales. Le brevet US 9570002 décrit un exemple d'un tel système d'affichage et de détection comprenant un écran d'affichage et un capteur d'images infrarouges. La plupart des écrans d'affichage sont partiellement réfléchissants et il est nécessaire, pour le confort de l'utilisateur, d'atténuer d'éventuels reflets. Ainsi, ces écrans d'affichage sont généralement équipés d'un système antireflet. Un exemple de système antireflet est décrit en relation avec la figure 1. B16386 2 La figure 1 est une vue éclatée et simplifiée d'un écran d'affichage partiellement réfléchissant 1 recouvert d'un système antireflet 3. Le système antireflet 3 est positionné devant l'écran 5 d'affichage 1. Le système antireflet 3 comprend un polariseur rectiligne 5 et une lame quart d'onde 7. La lame quart d'onde 7 est positionnée entre le polariseur rectiligne 5 et l'écran d'affichage 1. Les axes de la lame quart d'onde 7 sont orientés à 45 degrés par rapport à l'axe du polariseur rectiligne 5. 10 Le fonctionnement d'un système antireflet de ce type est le suivant. Un faisceau lumineux Ri non polarisé incident traverse, dans un premier temps, le polariseur rectiligne 5 et devient un faisceau lumineux Ri à polarisation rectiligne. La lame quart d'onde 7 transforme ensuite le faisceau lumineux Ri en un 15 faisceau lumineux R2 à polarisation circulaire droite ou gauche. Ce faisceau R2 est partiellement réfléchi par l'écran d'affichage 1 en un faisceau lumineux réfléchi R3. Le faisceau lumineux réfléchi R3 a une polarisation circulaire inverse à celle du faisceau lumineux R2, c'est-à-dire gauche ou droite. La lame 20 quart d'onde 7 transforme alors le faisceau lumineux R3 en un faisceau lumineux R4 à polarisation rectiligne. La direction de polarisation du faisceau lumineux R4 est alors orthogonale à celle du faisceau lumineux Ri. Le polariseur 5 empêche alors le faisceau lumineux R4 de passer. Il serait souhaitable de pouvoir réaliser un système d'affichage équipé d'un système antireflet comprenant un capteur d'images optique, par exemple un capteur d'empreintes digitales. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un système 30 d'affichage et de détection comprenant : un capteur d'images ; un écran d'affichage ; et un système antireflet recouvrant l'écran d'affichage et le capteur d'image, ce système antireflet comprenant un polariseur 35 rectiligne commandable électriquement. B16386 3 Selon un mode de réalisation, le système antireflet comprend en outre une lame quart d'onde. Selon un mode de réalisation, le polariseur rectiligne commandable électriquement est un polariseur à cristaux liquides. 5 Selon un mode de réalisation, l'écran d'affichage recouvre le capteur d'images. Selon un mode de réalisation, l'écran d'affichage comprend une couche photoémettrice et une couche d'encapsulation recouvrant la couche photoémettrice. 10 Selon un mode de réalisation, la couche photoémettrice est une couche de type OLED. Selon un mode de réalisation, l'écran d'affichage comprend un substrat transparent sur lequel repose la couche photoémettrice. 15 Selon un mode de réalisation, le système antireflet est recouvert d'un revêtement transparent. Selon un mode de réalisation, le revêtement transparent est en verre. Selon un mode de réalisation, le capteur d'images 20 comprend une matrice de capteurs organiques. Selon un mode de réalisation, le système comprend, en outre, un filtre angulaire, entre le capteur d'images et l'écran d'affichage, adapté à bloquer les rayons incidents dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à une face du 25 filtre angulaire est supérieure à un seuil et à laisser passer au moins certains rayons incidents dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la face est inférieure au seuil. Un mode de réalisation prévoit également l'utilisation du système d'affichage et de détection tel que défini précédemment 30 pour la détection d'au moins une empreinte digitale d'un utilisateur. Selon un mode de réalisation, le capteur d'images joue le rôle d'une surface tactile. Un mode de réalisation prévoit également un procédé de 35 commande du système d'affichage et de détection tel que défini B16386 4 précédemment, dans lequel le polariseur rectiligne commandable électriquement est désactivé à chaque utilisation du capteur d'images. Brève description des dessins 5 Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, illustre un système 10 antireflet ; la figure 2 est un schéma simplifié d'un système d'affichage et de détection ; et la figure 3 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation d'un système d'affichage et de détection. 15 Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. 20 Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que le terme "dessus", il est fait référence à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, l'expression "environ" signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près. 25 Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 10 pin. Un pixel d'une image correspond à l'élément unitaire de l'image affichée par un écran d'affichage. Lorsque l'écran d'affichage est un écran d'affichage d'images couleur, il comprend en général pour l'affichage de chaque pixel de l'image au moins trois composants d'émission et/ou de régulation de l'intensité lumineuse, également appelés sous-pixels d'affichage, qui B16386 5 émettent chacun un rayonnement lumineux sensiblement dans une seule couleur (par exemple, le rouge, le vert ou le bleu). La superposition des rayonnements émis par ces trois sous-pixels d'affichage fournit à l'observateur la sensation colorée 5 correspondant au pixel de l'image affichée. On appelle dans ce cas pixel d'affichage de l'écran d'affichage l'ensemble formé par les trois sous-pixels d'affichage utilisés pour l'affichage d'un pixel d'une image. La figure 2 est un schéma simplifié d'un système 10 d'affichage et de détection 10 adapté à afficher une image et à détecter une image, par exemple une empreinte digitale. Le système d'affichage et de détection 10 comprend un écran d'affichage 12. L'écran d'affichage 12 est par exemple constitué d'un empilement comprenant successivement : 15 - un substrat transparent 14 par exemple en un polymère ou un verre ; - une couche photoémettrice 16 reposant sur le substrat 14 et en contact avec celui-ci ; et - une couche d'encapsulation transparente 18, par exemple en un 20 polymère, reposant sur la couche photoémettrice 16 et en contact avec celle-ci. Le substrat 14 et la couche d'encapsulation 18 sont transparents à la lumière visible et aux infrarouges. La couche photoémettrice 16 comprend une matrice de 25 pixels d'affichage. Chaque pixel d'affichage comprend un composant optoélectronique adapté à émettre un rayonnement électromagnétique, appelé aussi composant électroluminescent. Chaque composant électroluminescent correspond par exemple à une diode électroluminescente, notamment à une diode 30 électroluminescente organique (OLED, de l'anglais Organic LightEmitting Diode). Les pixels d'affichage peuvent, en outre, comprendre des pistes conductrices et des éléments de commutation, notamment des transistors, non représentés, permettant la sélection des pixels d'affichage. B16386 6 Le système d'affichage et de détection 10 comprend en outre un système antireflet 20 du type de celui décrit en relation avec la figure 1. On y retrouve le polariseur rectiligne 5 et la lame quart d'onde 7. Le système antireflet 20 est disposé sur et 5 en contact avec l'écran d'affichage 12, c'est-à-dire que la lame quart d'onde 7 repose sur et en contact avec la couche d'encapsulation 18 de l'écran d'affichage 12. Le système d'affichage et de détection 10 comprend en outre un capteur d'images 22. A titre d'exemple, le capteur 10 d'images 22 est situé sous l'écran d'affichage 12, c'est-à-dire que le substrat 14 de l'écran d'affichage 12 repose sur et en contact avec le capteur d'images 22. Le capteur d'images 22 comprend une matrice de capteurs de photons, ou photodétecteurs. Les photodétecteurs sont disposés de façon à ce qu'un rayonnement 15 incident les atteigne après avoir traversé l'écran d'affichage 14. A titre d'exemple, les photodétecteurs sont positionnés au niveau des interstices entre les pixels d'affichage de la couche photoémettrice 16 afin de recevoir un rayonnement lumineux passant que les pixels d'affichage. Les photodétecteurs peuvent être 20 recouverts d'un revêtement de protection transparent, non représenté. Le capteur d'images 22 comprend, en outre, des pistes conductrices et des éléments de commutation, notamment des transistors, non représentés, permettant la sélection des photodétecteurs. Les photodétecteurs peuvent être réalisés en 25 matériaux organiques. Les photodétecteurs peuvent correspondre à des photodiodes organiques (OPD, de l'anglais Organic Photodiode) ou à des photorésistances organiques. A titre d'exemple, le capteur d'images 12 peut être utilisé pour détecter l'empreinte digitale d'au moins un doigt 30 d'un utilisateur. De préférence, le capteur d'images 12 peut être utilisé pour détecter simultanément les empreintes digitales de plusieurs doigts de l'utilisateur. Selon un mode de réalisation, le capteur d'images 12 peut jouer le rôle d'une surface tactile, dans lequel la localisation d'un objet ou organe sur le système 35 d'affichage et de détection 10 est déterminée par les B16386 7 photodétecteurs. Le système d'affichage et de détection 10 peut alors être utilisé comme interface utilisateur interactive contrôlable par simple glissement du doigt ou de la main sur la surface tactile. Une telle interface utilisateur interactive peut 5 être utilisée notamment pour commander des téléphones mobiles, des ordinateurs, des postes de télévision, des véhicules automobiles, des billetteries automatiques, des équipements industriels, des équipements médicaux, etc. Le système d'affichage et de détection 10 comprend en 10 outre un revêtement de protection 24 transparent reposant sur et en contact avec le système antireflet 20. Ce revêtement est transparent à la lumière visible et aux infrarouges. Le revêtement de protection 24 est par exemple une lame de verre ou une couche transparente en un polymère. 15 Selon un premier mode de fonctionnement, un objet ou organe, par exemple un doigt, peut être éclairé par une source externe au système d'affichage et de détection qui émet un rayonnement qui traverse ou est réfléchi par l'objet ou organe. L'objet ou organe émet alors un rayonnement lumineux non polarisé 20 en direction des photodétecteurs du capteur d'images 22. Ce rayonnement non polarisé traverse le polariseur 5 et 50 % de son intensité est perdue. Selon un deuxième mode de fonctionnement, l'objet ou l'organe n'est pas éclairé par une source externe, il est alors 25 éclairé par un rayonnement lumineux non polarisé émis par la couche photoémettrice 16 de l'écran d'affichage 12. Le rayonnement lumineux se polarise et perd une partie de son intensité en traversant le polarisateur 5. Ce rayonnement lumineux se reflète sur l'objet ou l'organe et est réfléchi. Le rayonnement réfléchi 30 traverse le polariseur 5 et perd à nouveau une partie de son intensité. Ainsi, un inconvénient de ce système d'affichage et de détection 10 est que le polariseur 5 du système antireflet 20 diminue la luminosité de l'image de l'objet ou organe sur le 35 capteur d'images 22. B16386 8 La figure 3 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation d'un système d'affichage et de détection 30 adapté à détecter une image, par exemple une empreinte digitale. Le système d'affichage et de détection 30 comprend certains des éléments du 5 système d'affichage et de détection 10 décrit en relation avec la figure 2, à savoir l'écran d'affichage 12, comprenant le substrat 14, la couche photoémettrice 16 et la couche d'encapsulation 18, le capteur d'image 22 et une couche transparente 24. 10 Le système d'affichage et de détection 30 comprend en outre un système antireflet 32 comprenant la lame quart d'onde 7 décrite en relation avec la figure 2 et un polariseur rectiligne commandable électriquement 34. Un polariseur rectiligne commandable électriquement est un polariseur qui, sous l'influence 15 d'un champ électrique, peut soit devenir polarisant soit perdre son caractère polarisant. Un exemple de polariseur rectiligne commandable électriquement est un polariseur à cristaux liquides. Les cristaux liquides sont sensibles à l'influence d'un champ électrique. Dans 20 le cas de cristaux liquides nématiques, les cristaux liquides ne sont pas polarisants au repos. Lorsqu'on leur applique un champ électrique les cristaux liquides s'organisent et deviennent polarisants. Dans le cas de cristaux liquides cholestériques, les cristaux liquides sont polarisants au repos. Lorsqu'on leur 25 applique un champ électrique, les cristaux liquides perdent leur caractère polarisant. On peut alors prévoir un circuit de commande du polariseur rectiligne 34. Ce circuit de commande peut comprendre un interrupteur qui, suivant le type des cristaux liquides 30 constituant le polariseur, s'ouvre ou se ferme pour appliquer ou non un champ électrique au polariseur rectiligne 34. Cet interrupteur peut être commandé manuellement ou par un signal émis à chaque fois que l'on souhaite utiliser le capteur d'image, par exemple pour acquérir une empreinte digitale. B16386 9 Un avantage de ce mode de réalisation est que l'on peut activer ou désactiver le polariseur rectiligne 34 à volonté. Lorsque l'on souhaite utiliser le capteur d'images, on désactive le polariseur rectiligne 34 de sorte qu'il ne polarise plus la 5 lumière qui le traverse. Dans le cas d'un polariseur à cristaux liquides nématiques, la désactivation du polariseur rectiligne 34 est obtenue en interrompant l'application d'un champ électrique sur les cristaux liquides pour qu'ils perdent leur caractère polarisant. Dans le cas d'un polariseur à cristaux liquides 10 cholestériques, la désactivation du polariseur rectiligne 34 est obtenue en soumettant les cristaux liquides à un champ électrique pour qu'ils perdent leur caractère polarisant. La luminosité de l'image produite par le capteur n'est alors pas diminuée par le polariseur rectiligne 34. 15 Lorsque l'on souhaite utiliser l'écran d'affichage 12 seul sans le capteur d'images 22, on active le polariseur rectiligne 34 de sorte qu'il polarise la lumière qui le traverse. Le système antireflet 32 fonctionne alors comme celui décrit en relation avec la figure 1 et élimine les éventuels reflets du 20 système d'affichage et de détection 30. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'intensité lumineuse de l'écran peut s'adapter à chaque activation ou désactivation du polariseur 25 rectiligne 34 afin de respecter les normes sur l'éclairement maximal d'un écran. Le système d'affichage et de détection peut comprendre une surface tactile en plus du capteur d'images 22 qui peut-être alors dédié à l'acquisition d'empreintes digitales. 30 Dans les modes de réalisation décrits précédemment, l'écran d'affichage 12 recouvre le capteur d'images 22. A titre de variante, le capteur d'images peut être formé directement au niveau de la couche émettrice dans l'écran d'affichage, par exemple en disposant les photodétecteurs dans les interstices 35 entre les pixels d'affichage dans la couche photoémettrice 16. B16386 10 De plus, le système d'affichage et de détection peut en outre comprendre un filtre angulaire disposé entre l'écran d'affichage 12 et le capteur d'images 22. Le filtre angulaire est adapté à filtrer le rayonnement incident en fonction de 5 l'incidence du rayonnement par rapport à la face supérieure du filtre angulaire, notamment pour que le capteur d'images 22 reçoive seulement les rayons dont l'incidence par rapport à un axe perpendiculaire à la face supérieure du filtre angulaire est inférieure un angle d'incidence maximale inférieur à 450, de 10 préférence inférieur à 300, plus préférentiellement inférieur à 20°, encore plus préférentiellement inférieur à 10°. Le filtre angulaire 16 est adapté à bloquer les rayons du rayonnement indicent dont l'incidence par rapport à un axe perpendiculaire à la face supérieure du filtre angulaire est inférieure est 15 supérieure à l'angle d'incidence maximale. Le filtre angulaire peut comprendre une matrice de trous délimités par des murs opaques audit rayonnement. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra 20 combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité REVENDICATIONS1. Système d'affichage et de détection (30) comprenant : un capteur d'images (22) ; un écran d'affichage (12) ; et un système antireflet (32) recouvrant l'écran d'affichage (12) et le capteur d'image (22), ce système antireflet comprenant un polariseur rectiligne commandable électriquement (34). 2. Système d'affichage et de détection (30) selon la 10 revendication 1, dans lequel le système antireflet (32) comprend en outre une lame quart d'onde (7). 3. Système d'affichage et de détection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le polariseur rectiligne commandable électriquement (34) est un polariseur à cristaux 15 liquides. 4. Système d'affichage et de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'écran d'affichage (12) recouvre le capteur d'images (22). 5. Système d'affichage et de détection selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'écran d'affichage (12) comprend une couche photoémettrice (16) et une couche d'encapsulation (18) recouvrant la couche photoémettrice (16). 6. Système d'affichage et de détection selon la 25 revendication 5, dans lequel la couche photoémettrice (16) est une couche de type OLED. 7. Système d'affichage et de détection selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'écran d'affichage (12) comprend un substrat transparent (14) sur lequel repose la couche 30 photoémettrice (16). 8. Système d'affichage et de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système antireflet (32) est recouvert d'un revêtement transparent (24). B16386 12 9. Système d'affichage et de détection selon la revendication 8, dans lequel le revêtement transparent (24) est en verre. 10. Système d'affichage et de détection selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le capteur d'images (22) comprend une matrice de capteurs organiques. 11. Système d'affichage et de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant, en outre, un filtre angulaire, entre le capteur d'images (22) et l'écran d'affichage (12), adapté à bloquer les rayons incidents dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à une face du filtre angulaire est supérieure à un seuil et à laisser passer au moins certains rayons incidents dont l'incidence par rapport à une direction orthogonale à la face est inférieure au seuil. 12. Utilisation du système d'affichage et de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour la détection d'au moins une empreinte digitale d'un utilisateur. 13. Utilisation selon la revendication 12, dans lequel le capteur d'images (22) joue le rôle d'une surface tactile. 14. Procédé de commande du système d'affichage et de détection (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le polariseur rectiligne commandable électriquement (34) est désactivé à chaque utilisation du capteur d'images (22).