Brevet FR3063353A1 — publié le 20180831

Ecran, dispositif de génération d'image et afficheur tête haute DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne les systèmes d'affichage. Elle concerne plus particulièrement un écran, un dispositif de génération d'image comprenant un tel écran et un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif. L'invention s'applique particulièrement avantageusement dans le cas où l'on souhaite obtenir une image particulièrement lumineuse (comme par exemple dans les afficheurs tête haute de véhicule), ce qui entraîne un échauffement notable de l'écran. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le principe des afficheurs tête haute pour véhicule est de projeter des images, notamment utiles à la conduite, directement dans le champ de vision d'un conducteur. Pour cela, les afficheurs tête haute comprennent en général un dispositif de génération d'images adapté à générer des images et un dispositif de projection des images générées adapté à transmettre ces images vers une lame partiellement transparente placée dans le champ de vision du conducteur. La plupart des dispositifs de génération d'images utilisés aujourd'hui comprennent une source de lumière rétroéclairant un écran à cristaux liquide adapté à générer les images. Cet écran absorbe une partie de la lumière qui le rétroéclaire, ce qui provoque son échauffement thermique, en particulier lorsque la luminosité ambiante rend nécessaire la projection d'une image particulièrement lumineuse. Or, la température de l'écran est critique pour son bon fonctionnement, ce dernier risquant d'être endommagé, voire d'être rendu défectueux, par une température trop élevée. L'échauffement de l'écran peut par conséquent réduire sa durée de vie et conduire à son remplacement. Il est donc nécessaire de trouver des solutions visant, dans ce contexte notamment mais également dans d'autres contextes, à refroidir un tel écran, ou à éviter son échauffement. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un écran comprenant deux plaques formant entre elles un interstice de réception de 3063353 2 cristaux liquides (en phase nématique), une pluralité d'entretoises d'espacement desdites plaques, une pluralité de transistors conçus chacun pour appliquer un champ électrique aux cristaux liquides, et une pluralité de pistes conductrices de connexion auxdits transistors, caractérisé en ce que lesdites entretoises sont 5 longitudinales et disposées chacune au droit d'une desdites pistes conductrices. De telles entretoises permettent une conduction de la chaleur dans leur longueur, par exemple jusqu'à un bord de l'écran, sans toutefois gêner le passage de la lumière à travers l'écran. Certaines entretoises au moins sont ainsi par exemple reliées à un 10 dissipateur thermique (par exemple à des éléments de dissipation thermique, qui peuvent être au moins en partie saillants en dehors de l'écran). On peut prévoir en pratique que certaines entretoises au moins soient reliées à une extrémité à un support, ce qui peut faciliter l'assemblage de l'ensemble et/ou permettre une bonne évacuation de la chaleur vers ce support 15 notamment, par exemple si on prévoit en outre que les entretoises reliées au support sont reliées au dissipateur thermique par l'intermédiaire du support. Le dissipateur thermique comprend par exemple en pratique des ailettes formées sur ledit support. Selon une possibilité de réalisation, le support peut s'étendre dans une 20 direction perpendiculaire à la direction d'extension des entretoises, par exemple le long d'un bord de l'écran. Un autre support (s'étendant par exemple selon ladite direction perpendiculaire à la direction d'extension des entretoises, éventuellement le long d'un autre bord de l'écran) peut alors également porter des entretoises ; les 25 entretoises peuvent dans ce cas s'étendre sur une partie seulement de l'étendue de l'écran dans la direction d'extension des entretoises (éventuellement sur plus de la moitié de cette étendue), ce qui permet de ménager des espaces permettant le remplissage des cristaux liquides dans l'interstice lors de la fabrication de l'écran. 30 Selon une autre possibilité, au moins une entretoise comprend au moins une région ayant une première épaisseur correspondant à l'espacement des plaques et au moins une région ayant une seconde épaisseur inférieure à la première épaisseur. La région ayant la seconde épaisseur permet elle aussi le remplissage des cristaux liquides dans l'interstice lors de la fabrication de l'écran. 3063353 3 L'invention propose également un dispositif de génération d'image comprenant un écran tel que mentionné ci-dessus et une source de lumière disposée de manière à éclairer l'écran. L'invention propose enfin un afficheur tête haute comprenant un tel 5 dispositif de génération d'image et un dispositif de projection d'images adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente les images générées par le dispositif de génération d'image. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à 10 titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur tête haute pour véhicule ; 15 - la figure 2 est une vue partielle en section d'un écran utilisable dans l'afficheur tête haute de la figure 1 ; - la figure 3 représente schématiquement une partie des éléments de l'écran de la figure 2 ; - la figure 4 représente schématiquement un autre exemple de réalisation 20 envisageable pour les entretoises ; - la figure 5 représente schématiquement une première variante de réalisation d'une entretoise ; et - la figure 6 représente schématiquement une seconde variante de réalisation d'une entretoise. 25 Sur les figures, les proportions ne sont pas respectées afin de faire mieux ressortir la constitution des écrans présentés ci-dessous à titre d'exemples. Sur la figure 1, on a schématiquement représenté les éléments principaux d'un afficheur 1 tête haute destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile. 30 Un tel afficheur 1 est adapté à créer une image virtuelle I dans le champ de vision d'un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations éventuelles qu'elle contient sans avoir à détourner le regard. À cet effet, l'afficheur 1 comprend une lame partiellement transparente 2 3063353 4 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération d'images 3 adapté à générer des images et un dispositif de projection 4 d'images adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 2, les images générées par le dispositif de génération d'images 3. 5 Plus précisément, la lame partiellement transparente 2 est ici un combineur 2, c'est-à-dire une lame partiellement transparente dédiée à l'afficheur tête haute 1. Un tel combineur 2 est ici placé entre le pare-brise 9 du véhicule et les yeux du conducteur. 10 En variante, la lame partiellement transparente pourrait être confondue avec le pare-brise du véhicule. Autrement dit, dans cette variante, c'est le pare-brise du véhicule qui a la fonction de lame partiellement transparente pour l'afficheur tête haute. Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d'images comprend un miroir 15 de repliement 4 agencé de manière à réfléchir les images générées par le dispositif de génération 3 d'images en direction de la lame partiellement transparente 2. Ici, ledit miroir de repliement est un miroir plan. En variante, le dispositif de projection d'images pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d'autres éléments optiques tels qu'une lentille par 20 exemple. Le dispositif de génération 3 d'images comprend quant à lui au moins une source de lumière 6, un écran 5 rétroéclairé par cette source de lumière 6, et un réflecteur 7. On a ainsi schématiquement représenté par la flèche L sur les figures la transmission de la lumière de la source de lumière 6 vers l'écran 5. 25 La source de lumière 6 comprend au moins une diode électroluminescente (ou LED pour "Light Emitting Diode"), et en général une pluralité de telles diodes électroluminescentes. L'écran 5 est un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display'), ici à transistors en couches minces (ou TFT pour "Thin-Film Transisto(). 30 Les éléments principaux d'un tel écran sont visibles sur la section partielle représentée en figure 2. Comme visible sur cette figure, l'écran 5 comprend, dans cet ordre dans le sens du trajet de la lumière L (c'est-à-dire de la partie située du côté de la source de lumière 6 au côté situé vers le dispositif de projection 4), les éléments 3063353 5 (ou lames) en forme de plaque qui suivent : - un polariseur d'entrée 20; - une première plaque transparente 12; - une seconde plaque transparente 14; 5 - une matrice d'éléments colorés 16; - une troisième plaque transparente 18; - un polariseur de sortie 22. La première plaque transparente 12 porte, sur sa face tournée vers la seconde plaque transparente 14, un réseau de pistes conductrices 30 destinées à 10 alimenter des transistors (ici des transistors en couches minces). Les pistes conductrices 30 ne sont généralement pas transparentes, mais ne recouvrent qu'une partie de la face susmentionnée de la seconde plaque transparente 14 et ménagent ainsi entre elles des fenêtres 31 de passage de la lumière. 15 Comme décrit plus en détail plus loin, des entretoises 32 (ou "espaceurs", terme plus proche du terme anglais généralement utilisé : "spacers") sont interposées par endroits entre la première plaque transparente 12 et la seconde plaque transparente 14 de manière à ménager entre ces plaques 12, 14 (dans les régions sans entretoise 32) un interstice 34 de réception de cristaux 20 liquides. Le polariseur d'entrée 20 et le polariseur de sortie 22 sont ici des filtres polariseurs par absorption. Le polariseur d'entrée 20 et le polariseur de sortie 22 ont respectivement un premier axe et un second axe perpendiculaires entre eux (dans le cadre de la technologie dite "normalement éteint', ou NB pour "normally 25 black"). (On rappelle que l'axe d'un polariseur est la direction de polarisation rectiligne du faisceau lumineux après passage à travers le polariseur.) Ainsi, si aucun transistor n'est activé, le faisceau lumineux entre le polariseur d'entrée 20 et le polariseur de sortie 22 sera polarisé selon le premier axe (axe du polariseur d'entrée 20) et aucune lumière ne sera donc émise en 30 sortie du polariseur de sortie 22. Par activation adaptée de certains transistors (au moyen du réseau de pistes conductrices 30), la polarisation de parties correspondantes du faisceau lumineux est modifiée (par l'effet des cristaux liquides présents dans l'interstice 34 et soumis à un champ électrique généré par les transistors précités) de sorte que 3063353 6 de la lumière est émise en sortie du polariseur de sortie 22 au niveau des régions qui correspondent à ces parties du faisceau lumineux. Pour chaque pixel de l'écran 5, la matrice d'éléments colorés 16 comprend une pluralité d'éléments colorés (ici un élément rouge, un élément vert 5 et un élément bleu) à travers chacun desquels il est possible de faire passer une intensité réglable de lumière par activation adaptée du transistor correspondant, comme indiqué ci-dessus. On obtient ainsi une couleur souhaitée pour chaque pixel, par combinaison additive des lumières traversant les différents éléments colorés de ce 10 pixel. Bien que l'exemple décrit ici utilise un écran de technologie "normalement éteint' comme déjà indiqué, l'invention s'applique aussi dans le cas de la technologie d'écran "normalement passant', à savoir dans le cas d'écrans qui laissent passer la lumière lorsque les transistors ne sont pas activés. 15 Comme visible en figure 3, dans l'exemple décrit ici, chaque entretoise 32 est longitudinale et s'étend selon une première direction d'extension de l'écran 5 (ici selon la hauteur), sur une partie seulement de l'étendue de l'écran selon cette première direction. Chaque entretoise 32 est réalisée dans un matériau isolant 20 électriquement, mais bon conducteur thermique, par exemple de la famille des polymères de conductivité thermique supérieure 1 W/m.K. Afin de ne pas entraver le passage de la lumière à travers l'écran 5, chaque entretoise 32 s'étend au droit d'une piste conductrice du réseau de pistes conductrices 30 (sans recouvrir les fenêtres 31 de passage de la lumière 25 adjacentes). Du fait qu'elle ne s'étend pas sur la totalité de l'étendue de l'écran (ici dans selon sa hauteur), chaque entretoise 32 présente ici une extrémité libre. Chaque entretoise 32 est par ailleurs reliée (ici à son extrémité opposée à son extrémité libre) à un support 36, 38 situé au niveau d'un bord de l'écran 5. 30 Chaque support 36, 38, qui a ici une forme de tige, s'étend selon la seconde direction d'extension de l'écran 5 (cette seconde direction étant perpendiculaire à la première direction mentionnée plus haut). Chaque support 36, 38 est par ailleurs relié à des éléments de dissipation de chaleur 40, par exemple des ailettes formées sur le support 36, 38 3063353 7 concerné. Certains au moins des éléments de dissipation de chaleur 40 peuvent être éventuellement saillants en dehors de l'écran 5. La chaleur générée au sein de l'écran 5, notamment entre la première plaque transparente 12 et la seconde plaque transparente 14, peut ainsi être 5 évacuée via les entretoises 32, puis les supports 36, 38 afin d'être évacuée au niveau des éléments de dissipation 40. On évite ainsi que les cristaux liquides n'atteignent leur température de transition vers l'état de liquide isotrope (parfois dénommée par l'appellation anglais "clearing point'), au-delà de laquelle les cristaux liquides ne produisent 10 plus l'effet escompté. Comme visible en figure 3, on prévoit ici deux supports 36, 38 disposés respectivement sur deux bords opposés de l'écran 5 et portant chacun une pluralité d'entretoises 32. Afin d'assurer une évacuation de la chaleur partout dans l'écran 5, on 15 prévoit par ailleurs que chaque entretoise 32 s'étende sur plus de la moitié de la première direction d'extension susmentionnée : il existe ainsi dans cette première direction une zone de chevauchement entre les entretoises 32 portées par un support 36 et les entretoises 32 portées par l'autre support 38. Comme déjà indiqué, les entretoises 32 ne s'étendent pas ici sur la 20 totalité de l'étendue de l'écran 5 selon cette première direction de sorte que les parties de l'interstice 34 définies entre deux entretoises 32 voisines communiquent entre elles, ce qui simplifie le remplissage de l'interstice 34 par les cristaux liquides lors de la fabrication de l'écran 5. Selon un mode de réalisation envisageable, les entretoises 32 peuvent 25 être des fils (ou des tubes) portés par l'un des deux supports 36, 38 de sorte que les entretoises 32 peuvent être respectivement positionnées au droit des pistes conductrices 30 par positionnement de chacun des supports 36, 38 au niveau du bord de l'écran 5. Selon ce mode de réalisation, chaque entretoise 32 est donc cylindrique, avec un diamètre correspondant à l'épaisseur souhaitée de l'interstice 30 34. Les entretoises 32 sont par exemple réalisées par des polymères ou des fils d'acryliques (tel que le methyl methacrylate). Selon un autre mode de réalisation envisageable, les entretoises 32 peuvent être formées (par exemple par lithographie) au cours du processus de fabrication des couches de l'écran 5, par exemple sur le réseau de pistes 3063353 8 conductrices 30 ; en variante, les entretoises 32 peuvent être formées sur la seconde plaque transparente 14 (formée solidairement à la matrice d'élément colorés 16), par exemple lors d'une étape de timbrage (en anglais "seal printing"). Dans les deux cas, les entretoises 32 sont formées avant assemblage de la 5 première plaque transparente 12 (portant le réseau de pistes conductrices 30) et de la seconde plaque transparente 14 (solidaire de la matrice d'éléments colorés 16). Les entretoises 32 peuvent dans ce cas également être réalisées par des polymères ou des fils d'acryliques (tel que le methyl methacrylate). La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation envisageable pour les 10 entretoises. Ces entretoises 132 sont des entretoises longitudinales reçues au sein d'un écran du même type que celui décrit ci-dessus, et qui ne sera donc pas décrit à nouveau. Dans cet exemple, certaines au moins des entretoises 132 (ici toutes les entretoises 132) s'étendent, dans la première direction d'extension de l'écran 5 (ici 15 dans le sens de la hauteur de l'écran 5), sur la quasi-totalité de l'étendue de l'écran 5 selon cette première direction. Les entretoises 132 sont disposées au droit des pistes conductrices d'un réseau de pistes conductrices 130 (ces pistes conductrices visant, comme indiqué plus haut, la connexion à des transistors conçus pour appliquer un champ 20 électrique aux cristaux liquides). Les entretoises 132 sont reliées à l'une de leurs extrémités, à un support 136 (ici en forme de tige), qui s'étend le long d'un bord de l'écran 5, selon une seconde direction perpendiculaire à la première direction. Le support 136 est au contact d'éléments de dissipation de chaleur 140, 25 par exemple des ailettes formées ou fixées sur le support 136. Ces éléments de dissipation de chaleur 140 peuvent éventuellement être saillants en dehors de l'écran. La chaleur générée au sein de l'écran 5, notamment entre la première plaque transparente 12 et la seconde plaque transparente 14, peut ainsi être 30 évacuée via les entretoises 132, puis le support 136 afin d'être évacuée au niveau des éléments de dissipation 140. Comme visible en figure 4, on prévoit ici en outre que chaque entretoise 132 soit reliée à son autre extrémité (c'est-à-dire à son extrémité opposée à l'extrémité liée au support 136) à un segment 139 orienté selon la seconde 3063353 9 direction (c'est-à-dire avec la même orientation que le support 136). Les segments 139 peuvent permettre de faciliter le positionnement des entretoises 132 (au droit des pistes conductrices du réseau de pistes conductrices 130) et/ou de faciliter (en bordure d'écran) la dissipation de la chaleur conduite par 5 les entretoises 132. Les différents segments 139 (reliés respectivement aux différentes entretoises 132) sont toutefois séparés les uns et des autres, comme bien visible en figure 4, ce qui permet, lors de la fabrication de l'écran 5, le remplissage par des cristaux liquides des parties d'interstice situées entre deux entretoises 132 10 voisines. Selon une autre possibilité de réalisation, il est possible de prévoir une pluralité d'entretoises longitudinales 232, 332 s'étendant dans une première direction, sur toute l'étendue de l'écran dans cette direction, et deux supports en forme de tige (semblables aux supports 36, 38 de la figure 3) s'étendant chacun 15 sur un bord de l'écran selon une seconde direction perpendiculaire à la première direction. Ces entretoises 232, 332 s'étendent ici encore au droit de pistes conductrices de connexion à des transistors, comme décrit précédemment. Au moins un desdits supports est relié à des éléments de dissipation de 20 chaleur, tels que des ailettes de dissipation thermique. Certaines au moins des entretoises 232, 332 sont reliées à une de leurs extrémités à l'un des deux supports et à l'autre extrémité à l'autre support. Afin de permettre le remplissage de l'interstice situé entre les deux plaques transparentes par des cristaux liquides lors du procédé de fabrication de 25 l'écran, chaque entretoise 232, 332 comporte, dans sa longueur, des régions 231, 331 ayant une première épaisseur (qui correspond à l'épaisseur souhaitée de l'interstice afin d'assurer son rôle d'entretoise) et des régions 233, 333 ayant une seconde épaisseur, inférieure à la première épaisseur, afin de permettre le passage des cristaux liquides. 30 Comme représenté en figure 5, les variations d'épaisseur de l'entretoise 232 sont par exemple obtenues en prévoyant successivement des régions 232 ayant un premier diamètre et des régions 233 ayant un second diamètre inférieur au premier diamètre. En variante, les régions 333 ayant la seconde épaisseur sont par 3063353 10 exemple obtenues par déformations locales d'une entretoise 332 ayant initialement une épaisseur uniforme (les régions 331 ayant la première épaisseur ne subissant en revanche aucune déformation), comme schématiquement représenté en figure 6. REVENDICATIONS1. Ecran (5) comprenant : - deux plaques (12, 14) formant entre elles un interstice (34) de réception de cristaux liquides, - une pluralité d'entretoises (32; 132 ; 232 ; 332) d'espacement desdites plaques (12, 14), - une pluralité de transistors conçus chacun pour appliquer un champ électrique aux cristaux liquides, et - une pluralité de pistes conductrices (30 ; 130) de connexion auxdits transistors, caractérisé en ce que lesdites entretoises (32; 132; 232; 332) sont longitudinales et disposées chacune au droit d'une desdites pistes conductrices (30 ; 130). 2. Ecran selon la revendication 1, dans lequel certaines entretoises (32 ; 132) au moins sont reliées à un dissipateur thermique (40 ; 140). 3. Ecran selon la revendication 1 ou 2, dans lequel certaines entretoises (32 ; 132) au moins sont reliées à une extrémité à un support (36 ; 38 ; 136). 4. Ecran selon la revendication 3 prise dans la dépendance de la revendication 2, dans lequel les entretoises (32 ; 132) reliées au support (36 ; 38 ; 136) sont reliées au dissipateur thermique (40 ; 140) par l'intermédiaire du support (36 ; 38 ; 136). 5. Ecran selon la revendication 3 prise dans la dépendance de la revendication 2 ou selon la revendication 4, dans lequel le dissipateur thermique (40 ; 140) comprend des ailettes formées sur ledit support (36 ; 38; 138). 6. Ecran selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le support (36 ; 38; 136) s'étend dans une direction perpendiculaire à la direction d'extension des entretoises (32 ; 132). 3063353 12 7. Ecran selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel un autre support (38) porte des entretoises (32) et dans lequel les entretoises (32) s'étendent sur une partie seulement de l'étendue de l'écran (5) dans la direction d'extension des entretoises (32). 5 8. Ecran selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une entretoise (232 ; 332) comprend au moins une région (231 ; 331) ayant une première épaisseur correspondant à l'espacement des plaques (12, 14) et au moins une région (233 ; 333) ayant une seconde épaisseur inférieure à la 10 première épaisseur. 9. Dispositif de génération d'image (3) comprenant un écran (5) selon l'une des revendications 1 à 8, et une source de lumière (6) disposée de manière à éclairer l'écran (5). 10. Afficheur tête haute (1) comprenant un dispositif de génération d'image (3) selon la revendication 9 et un dispositif de projection d'images (4) adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente (2) les images générées par le dispositif de génération d'image (3). 15 20