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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2512239A1
Family ID 4795128
Probable Assignee Thomson Csf
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF DE VISUALISATION A COMMANDE ELECTRIQUE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN ECRAN A ACCES MATRICIEL QUI UTILISE UNE
VARISTANCE 19 COMME ELEMENT DE COMMUNICATION POUR COMMANDER
L'ORIENTATION DES MOLECULES COMPOSANT UNE COUCHE DE CRISTAL LIQUIDE
18.
L'INVENTION A POUR OBJET L'ELIMINATION DES SURFACES PASSIVES DU
SUBSTRAT VARISTANCE 19 ET LEUR REMPLACEMENT PAR UN ISOLANT 24 A FAIBLE
CONSTANTE DIELECTRIQUE.
L'INVENTION S'APPLIQUE A LA VISUALISATION D'IMAGES TRANSMISES SOUS
FORME D'UN SIGNAL VIDEO, POUR LA TELEVISION ET LES PERIPHERIQUES DE
VISUALISATION EN TELETRANSMISSION.
Description
_________________________________________________________________
A
DISPOSITIF DE VISUALISATION A COMMANDE ELECTRIQUE
La presente invention se rapporte a un ecran a acces matriciel qui
permet de representer une figure en la decomposant en un ensemble de
points ou elements dont l'aspect varie en fonction de signaux de
commande appliques a des electrodes delimitant ces elements Cet ecran
utilise un materiau dont les proprietes optiques peuvent etre modulees
electri- quement Les signaux de commande sont appliques aux electrodes
via des resistances non lineaires jouant le role d'elements de
commutation.
Le principe de l'ecran plat est la decomposition de l'ecran en M
elements identiques, generalement carres ou rectangulaires Ces
elements peuvent etre adresses individuellement La definition de
l'ecran est fonction du nombre de points susceptibles de recevoir une
information Chaque point doit donc etre soumis a un champ electrique
Ceci est facilement conce- vable pour un ecran forme de quelques
dizaines de points Pour des ecrans a forte definition (superieure a
1,5 104 points) l'acces direct, avec un fil, a chaque element devient
pratiquement impossible Pour cette raison on a imagine un affichage de
type matriciel facilement realisable Chaque element de -l'ecran est
alors defini par l'intersection de deux reseaux de conducteurs
orthogonaux appeles lignes et colonnes: le nombre de con- nexions
passe de M N a M+N Pour un ecran a forte resolution le gain en
connexions est considerable.
L'adressage d'un element de l'ecran au moyen de tensions de com- mande
appliquees a la ligne et a la colonne qui le concernent n'a pas besoin
d'etre maintenu si l'on adopte une technique de multiplexage te
Miporel permettant par recurrence de rafraichir l'etat de l'ecran
Cette technique se fonde sur un effet de persistance qui peut etre
physiologique ou disponible au sein de l'element de l'ecran Dans le
cas de dispositifs d'affichage a cristaux liquides, on peut assimiler
la cellule elementaire a un condensateur dont la constante de temps
est suffisante pour maintenir la charge entre deux adressages
transitoires successifs Pour appliquer la tension de com- mande en un
temps bref, on monte en serie avec la cellule capacitive une
resistance non lineaire, c'est-a-dire un element du type varistance
qui est
12239 pratiquement isolant en deca d'un seuil de tension et qui
devient de plus en plus conducteur au-dela de ce seuil Une facon
commode de realiser collectivement les elements varistances consiste a
utiliser comme substrat un bloc de materiau varistance qui occupe la
meme etendue que l'ecran.
Cette facon de proceder aboutit a creer aux bornes de chaque element
varistance une capacite parasite nuisible au bon fonctionnement de
l'ecran.
En vue de pallier cet inconvenient, l'invention prevoit d'usiner le
substrat en materiau varistance de facon a ne laisser subsister que
des ilots formant les resistances non-lineaires Pour restituer la
planeite du substrat, les depressions entourant les ilots sont
comblees avec un materiau dielec- tric de permittivite sensiblement
inferieure a celle du materiau varis- tance. L'invention a pour objet
un dispositif de visualisation a ecran destine a visualiser des images
par commande electrique de cellules d'affichage elementaire formees a
la surface d'un substrat realise dans un materiau dont la resistance
est une fonction decroissante de la tension appliquee; chaque cellule
comportant un materiau dont les proprietes optiques varient en
fonction d'un champ electrique cree par deux electrodes formant
conden- sateur; chaque cellule etant reliee a des connexions
electriques par un element varistance correspondant a une portion
dudit substrat, caracterise en ce que la face dudit substrat en regard
desdites cellules comporte des evidements qui delimitent des ilots;
lesdits evidement etant combles par un materiau dielectrique de
permittivite inferieure a celle dudit substrat; chaque ilot etant
affecte a Pintegration dudit element resistif.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-apres et
des figures annexees parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en
coupe d'une cellule elementaire suivant Part anterieur, la figure 2
est un schema electrique equivalent, la figure 3 est une vue en coupe
d'une partie de l'ecran selon l'invention, la figure 4 est une vue de
dessus d'une partie de l'ecran, la figure 5 est une vue partielle en
coupe d'un ecran concu avec une structure transversale.
12239
Sur la figure 1 on a represente une vue en coupe d'une cellule
elementaire suivant l'art anterieur Un substrat 2 en materiau resistif
du type varistance est recouvert d'un isolant 3 supportant une
electrode 6 La lame 5 surplombe le substrat 2 auquel elle est
rattachee par des entretoises non representees; cette lame est
transparente et supporte une electrode 4.
Entre les electrodes 4 et 6 est enserree une couche de cristal liquide
1.
Cette cellule represente un element d'un ecran a acces matriciel par
exemple Les tensions de commande de la couche de cristal liquide 1
sont amenees par l'intermediaire de connexions de lignes et de
colonnes Lorsque les lignes et les colonnes relient entre elles
plusieurs cellules, la commande d'une cellule cree un champ electrique
de commutation mais d'autres cellules a ne pas commuter peuvent etre
le siege de champs electriques indesirables parasites.
En effet pour qu'un point de l'ecran (ij) determine par la ligne i et
par la colonne j soit soumis a un champ electrique Eij la ligne i doit
etre au potentiel Vi et la colonne j au potentiel Vj A cause de ces
potentiels presents sur la ligne i et sur la colonne j, d'autres
points du materiau electro-optique peuvent etre le siege de champs
electriques inferieurs donnant naissance a des etats non desires Pour
remedier a ce defaut, il faut que chaque element de l'ecran ne
reagisse qu'a partir d'une certaine tension de seuil A cet effet il
est connu d'utiliser comme element de commutation une varistance mise
en serie avec chaque point a exciter.
Suivant ce principe chaque point de l'ecran est mis en serie avec une
varistance (VOR) Cette derniere est une ceramique dont la conductivite
varie fortement au-dela d'une tension de seuil Vs La reponse theorique
d'une telle association depend alors principalement de cette tension
de seuil Vs: pour V Vs, l'impedance de la varistance chute et
l'element electro- optique recoit un courant de charge ou de decharge
Quand la tension V redevient inferieure a Vs, l'impedance de la
varistance est de nouveau elevee par rapport a celle du cristal
liquide et la capacite constituee par la cellule se decharge lentement
avec une constante de temps T proportion- nelle a cette capacite et a
la resistance de fuite du systeme Il suffit donc de rafraichir un tel
affichage en un temps inferieur a ce temps de stockage par une
nouvelle impulsion de tension telle que V and #x003E;Vs En fixant Vs a
une valeur tres superieure au seuil du materiau electro-optique, on
peut obtenir des temps de reponse plus courts et donc des taux de
multiplexage N eleves N = T t avec: T = temps ecoule entre deux
rafraichissements de charge et t temps de charge determine par le
produit R C dans la phase de fonctionnement avec depassement du seuil
Vs.
Dans ce type d'affichage la ceramique varistance est utilisee comme
substrat Deux types de structure sont realisables: une structure dite
transversale dans laquelle le courant de varistance traverse
l'epaisseur du substrat Son principal inconvenient est de necessiter
une faible epaisseur des substrats si lon veut que la tension de seuil
Vs soit raisonnablement basse (typiquement 20 a 70 V pour 0,1 mm). une
structure dite longitudinale dans laquelle le courant de varis- tance
circule parallelement a la surface du substrat Cette structure permet
d'utiliser des substrats plus epais mais necessite des prises de
contact de faibles dimensions difficiles a realiser a travers des
isolants de forte epaisseur. Dans le cas de la figure 1, il s'agit
dune structure longitudinale o l'effet varistance estobtenu en surface
L'electrode 6 est par exemple carree ou rectangulaire et delimite la
cellule L'electrode 4 fait partie d'une des colonnes du reseau
matriciel Les electrodes 4 et 6 sont placees en face l'une de l'autre
Les lignes 7 sont situees sur le substrat 2 qui assure la liaison
electrique entre les lignes et les electrodes 6.
Ces structures posent de nombreux problemes de realisation lies a la
forte constante dielectrique de la ceramique varistance constituant le
substrat 2: l'ordre de grandeur de E apparent va de 100 r a 100 c O a
S etant la permittivite du vide Il faut appliquer la tension sur la
varistance sans exciter l'element electro-optique La figure 2 est un
schema electrique equivalent de la cellule decrite ci-dessus Rv
represente la resistance de
12239 l'element varistances assurant la liaison entre une ligne 7 et
une electrode 6.
Cxl est la capacite du condensateur forme par la couche de cristal
liquide enserree entre les electrodes 4 et 6 On voit que lorsque l'on
applique une tension Vc aux bornes de la cellule et que l'element
varistance n'est pas conducteur, le cristal liquide est soumis a une
tension parasite V=c Cp xr Dans un fonctionnement en impulsions il
faut donc reduire la capacite parasite Cp de la varistance par rapport
a celle Cxl de l'element electro-optique Un moyen de diminuer la
partie de Cp due entre autre au voisinage des electrodes 6 et 7 est de
choisir une couche d'isolant 3 assez epaisse Pour cela il faut
utiliser des epaisseurs d'isolant importantes (superieures a 25
microns) ce qui rend difficile la prise de contact de faible surface
On constate qu'une partie importante de la capacite Cp est due au
couplage electrostatique avec un milieu de forte constante
dielectrique La surface active de varistance etant faible par rapport
a la surface de l'ecran, un moyen efficace de diminuer la capacite Cp
est de susbstituer aux volumes de forte permittivite qui environnent
la varistance des volumes de materiau isolant de faible constante
dielectrique, compatible avec le materiau electro-optique utilise.
Sur la ligne 3, a titre d'exemple non limitatif, on a represente une
vue partielle en coupe d'un ecran comprenant une couche de materiau
electro- optique 18 commandee par une varistance 19 On a choisi
d'utiliser dans la presente invention une couche de cristal liquide
comme materiau electro- optique. Il est connu d'appliquer un champ
electrique a un cristal liquide pour modifier l'orientation de ses
molecules afin de moduler la lumiere incidente.
Les materiaux mesomorphes sont faits de molecules longiformes
orientables en presence d'une paroi solide, suivant une direction
commune qui peut etre soit parallele soit perpendiculaire au plan de
la paroi La direction de cette orientation depend des natures
respectives du materiau cristal liquide et de la paroi L'orientation
des longues molecules du cristal liquide est en outre grandement
facilitee par l'introduction de traces de surfactants appropries dans
le materiau mesomorphe, ainsi que par un traitement prealable des
parois en contact avec le film (frottis de la paroi, evaporation sous
incidence rasante d'un film d'silicon oxide) Suivant l'effet desire,
on utilisera un materiau mesomorphe presentant l'une ou l'autre des 3
phases suivantes: smectique, nematique et cholesterique Il est
avantageux dc utiliser pour ce type d'ecran un melange
nematique-cholesterique qui presente un leger effet memoire, dans
lequel on peut disperser des parti- cules formant un pigment
dichroique de facon a obtenir un effet modulateur base sur la
selection dichroique.
Sur la figure 3, la couche de cristal liquide 18 est enserree dans
l'espace laisse libre entre la lame transparente 20 (en verre par
exemple) d'une part et le substrat en varistance 19 supportant une
couche fisolant 23 d'autre part Cet espace d'une dizaine de microns
est defini par des cales d'epaisseur non representees Dans cette
realisation, la couche de cristal liquide est par exemple transparente
a l'etat de repos Poiur commander l'orientation des molecules du
cristal liquide 18 on peut utiliser soit un champ electrique pour
obtenir un effet de birefringence soit ut couant de conduction pour
obtenir un effet de diffusion dynamique.
Il est egalement du domaine de l'invention d'utiliser une couche de
cristal liquide constituee par un melange nematique-cholesterique
presen- tant un etat diffusant au repos et de la rendre transparente
par l'application d'un champ electrique qui oriente ses molecules dans
la direction du champ.
La varistance peut-etre constituee par un agglomerat de poudre d'zinc
oxide (zinc oxide) qui contient des particules d'bismuth oxide Bi 2
03) et d'manganese oxide (Mn O 2) afin d'ameliorer les
caracteristiques de la varistance Les varistances presentent la
propriete d'avo'r une resistane non-lineaire et fortement dependante
de la tension a laquelle elles sont soumises Le substrat 19 est choisi
parmi les materiaux dont la carac- teristique I = f(V) presente un
coude particulierement prononce autour dk'une tension de seuil Vs.
Sur la figure 3, chaque element de l'ecran est defini par une
electrode 13 dont les dimensions sont de l'ordre du millimetre Cette
electrode qui doit etre reflechissante est realisee en aluminium Une
coudche disolant 23 de 1 a 2 microns d'epaisseur isole du substrat en
varistance 19 la couche de cristal liquide 18 et les electrodes 13 Les
electrodes sont placees suivant des rangees paralleles entre elles
Chaque rangee cofelectrodes est ee-nbne parallele a une connexion de
ligne 22 servant a amener les tensions
12239 necessaires a l'adressage matriciel Les connexions de colonnes
21 sont transparentes et sont constituees par un depot d'tin oxide ou
d'indium, ou d'un melange de ces deux oxydes Ces colonnes sont placees
orthogona- lement par rapport aux rangees d'electrodes 13, chaque
colonne recouvrant toutes les electrodes des rangees qu'elle croise
Les tensions de commande destinees aux electrodes 13 sont amenees par
l'intermediaire de lignes 22 d'environ 50 microns de largeur La
largeur de ces lignes doit etre faible par rapport aux dimensions des
electrodes 13 En effet en recevant toute la tension d'adressage dont
une partie seulement sera transferee aux electrodes 13, les lignes 22
sont capables d'exciter l'element electrooptique 18 La taille reduite
de ces lignes peut rendre cet effet negligeable Il entre aussi dans le
cadre de l'invention, pour remedier a ce probleme, de recouvrir les
lignes 22 d'un isolant ou de les rendre non reflechissantes.
La liaison entre les lignes 22 et les electrodes 13 se fait par
l'intermediaire du substrat en varistance 19, a travers la couche
isolante 23 qui peut etre un photopolymere Pour chaque electrode une
liaison avec la varistance 19 a ete realisee en percant la couche
isolante 23 par un trou 9 dans lequel un plot Il sert a assurer le
contact electrique entre l'electrode 13 et la varistance 19 Un trou 10
et un plot de contact 12 sont amenages pour assurer la liaison entre
les lignes 22 et la varistance 19 Les plots de liaison 11 et 12 sont
places le plus pres possible l'un de l'autre de facon a diminuer la
tension de seuil Vs de la varistance Dans les precedentes
realisations, du fait de la forte constante dielectrique du materiau
vari- stance, on utilisait des epaisseurs importantes pour l'isolant
23 (superieures a 25 microns) afin d'eliminer certaines capacites
parasites Avec de telles epaisseurs il etait difficile de percer
l'isolant 3 de trous 10 et 9 de faibles diametres afin d'obtenir des
contacts de faible surface.
L'invention a aussi pour objet un ecran o chaque electrode 13 est
adressee individuellement et o les colonnes 21 sont remplacees par une
electrode unique.
Afin d'eliminer les zones non actives de la varistance et de reduire
les capacites parasites introduites au systeme par la varistance du
fait de sa forte constante dielectrique, la face interieure du
substrat 19 presente des zones en saillie 14 de surface reduite
separees par des cuvettes 15 Ces cuvettes sont realisees par
photogravure a l'aide d'un acidou d'une base ou par tout autre
procede, par exemple mecanique, puis sont remplies a laide d'un
isolant 24 tel qu'une resine ou un email a faible coefficient
dielectrique et pouvant etre eventuellement serigraphie En cas de
necessite on peut etre amene a rectifier la face superieure du
substrat pour permettre des depots d'isolants et d'electrodes en
couche mince On n'a plus alors de probleme d'isolants epais et de
contacts de faible surface a travers cet isolant On peut aussi
realiser la structure superieure en couche mince ou epaisse selon la
resolution de l'ecran requise.
La figure 4 est une vue de dessus d'une partie de l'ecran en supposant
enleve la lame 20 et la couche de cristal liquide 18 On voit sur cette
figure que les zones 14 presentent une surface reduite par rapport au
reste du substrat 19.
Pour augmenter le temps de stockage T de l'information dans l'element
electro-optique on peut introduire une capacite de stockage en
parallele sur l'element de visualisation A cet effet on dispose entre
l'isolant 24 et la couche isolante 23 et en vis-a-vis de chaque
electrode 13 une deuxieme electrode 8 Les deux electrodes 13 et 8
separees par la couche isolante 23 forment donc un condensateur Les
figures 3 et 4 montrent comment sont disposees les electrodes 8 Pour
augmenter la capacite de chaque element de la couche de cristal
liquide on branche en parallele sur chaque element la capacite ainsi
formee L'electrode 13 est une electrode commune Les electrodes 8 sont
reliees aux colonnes qui leur font face par lintermediaire du
conducteur 16 Chaque conducteur 16 est relie exterieurement a la
colonne de meme rang.
L'ecran decrit ci-dessus est realise selon une structure
longitudinale, mais on pourrait concevoir aussi bien une structure
transversale Les lignes seraient alors disposees sur la face externe
du substrat en varistance La figure 5 est une vue partielle en coupe
d'un ecran concu avec une structure transversale Les lignes 25 sont
deposees dans des logements 17 realises sur la face externe du
substrat 19 L'isolant 24 ayant une constante dielectrique tres faible,
les lignes de champ creees par l'application d'une tension aux bornes
d'un element de l'ecran se referment suivant un trajet pratiquement
parallele a la direction d'alignement des lignes 25 et des plots de
contact 11.
Puisque les zones actives du substrat ont ete fortement reduites, il
n'est plus necessaire avec cette structure de disposer d'un substrat
de faible epaisseur.
Les caissons dielectriques 24 contribuent largement a reduire la
capacite parasite Cp.
La conception d'un ecran selon l'invention elimine le probleme des
contacts de faible surface a travers un isolant epais Elle permet de
realiser facilement une capacite de stockage pour chaque element de
l'ecran et de reduire la capacite parasite de la varistance par
rapport a celle de l'element electro-optique.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Dispositif de visualisation a ecran destine a visualiser des images
par commande electrique de cellules d'affichage elementaire formees a
la surface d'un substrat (19) realise dans un materiau dont la
resistance est une fonction decroissante de la tension appliquee,
chaque cellule comportant un materiau (18) dont les proprietes
optiques varient en fonction d'un champ electrique cree par deux
electrodes (13,21) formant condensateur, chaque cellule etant reliee a
des connexions electriques (22) par un element varistance
correspondant a une portion dudit substrat, caracterise en ce que la
face dudit substrat en regard desdites cellules comporte des
evidements (15) qui delimitent des lots (14); lesdits evidements etant
combles par un materiau dielectrique (24) de permittivite inferieure a
celle dudit substrat, chaque ilot (14) etant affecte a l'integration
dudit element resistif.
2 Dispositif de visualisation a ecran selon la revendication 1, carac-
terise en ce que les tensions delivrant le champ electrique aux
cellules sont distribuees par-un reseau matriciel de lignes (22) et de
colonnes (21).
3 Dispositif de visualisation a ecran selon l'une des revendications 1
ou 2, caracterise en ce que le materiau (18) est un cristal liquide.
4 Dispositif de visualisation a ecran selon la revendication 3, carac-
terise en ce que le cristal liquide est un melange
nematiquecholesterique.
5 Dispositif de visualisation a ecran selon l'une des revendications 3
ou 4, caracterise en ce que le cristal liquide comprend un pigment
dichroqque.
6 Dispositif de visualisation a ecran selon l'une quelconque des
revendications 3 a 5, caracterise en ce qu'un traitement d'au moins
une surface en contact avec ladite couche est realise pour favoriser
une orientation preferentielle des molecules formant le cristal
liquide.
7 Dispositif de visualisation a ecran selon lune quelconque des
revendications 2 a 6, caracterise en ce que des secondes electrodes
(8) sont placees sur Pisolant (4) vis-a-vis desdites electrodes (13),
l'isolant (23) etant enserre entre lesdites electrodes (8,13), les
electrodes (8) correspondant a une meme colonne (21) etant reliees
exterieurement par une bande conduc- trice 16 a ladite colonne.
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