FR2465287A1 - MEANS IMPROVING THE ILLUMINANCE OF A LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL AND DISPLAY DEVICES THUS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
MOYENS PERMETTANT UNE UTILISATION MAXIMALE DE LA LUMIERE AMBIANTE INCIDENTE. ILS COMPRENNENT: A.DES MOYENS OPTIQUES 24 ADJACENTS A LA FACE ARRIERE MENTIONNEE DE LA CELLULE, REFLECHISSANT ET TRANSMETTANT PARTIELLEMENT LA LUMIERE INCIDENTE QUI TOMBE SUR CETTE CELLULE ET EN SORT; ET B.DES MOYENS REFLECTEURS 26, PLACES PARALLELEMENT AUX, ET A UNE CERTAINE DISTANCE DES MOYENS OPTIQUES DE MANIERE A ETRE EN CONCORDANCE AVEC CES DERNIERS MOYENS, CES MOYENS REFLECTEURS REFLECHISSANT VERS LES MOYENS OPTIQUES LA LUMIERE QU'ILS TRANSMETTENT, SENSIBLEMENT SUR LES MEMES TRAJETS QUE CEUX EMPRUNTES PAR LA LUMIERE QU'ILS RECOIVENT, DE SORTE QUE LES MOYENS OPTIQUES DIFFUSENT LA LUMIERE DANS LA CELLULE D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES SUR UN LARGE CONE DE VISION CENTRE SUR LES RAYONS ENTRANTS DE LA LUMIERE QUI TOMBE SUR LA FACE AVANT DE CETTE CELLULE. APPLICATION AUX AFFICHAGES A CRISTAUX LIQUIDES PAR REFLEXION.MEANS ALLOWING MAXIMUM USE OF INCIDENT AMBIENT LIGHT. THEY INCLUDE: A. OPTICAL MEANS 24 ADJACENT TO THE MENTIONED REAR FACE OF THE CELL, REFLECTING AND PARTIALLY TRANSMITTING THE INCIDENT LIGHT WHICH FALLS ON THIS CELL AND EXIT; AND B. REFLECTOR MEANS 26, PLACED PARALLEL WITH THE, AND AT A CERTAIN DISTANCE FROM THE OPTICAL MEANS SO AS TO BE IN AGREEMENT WITH THESE LAST MEANS, THESE REFLECTOR MEANS REFLECTING TOWARDS THE OPTICAL MEANS THE LIGHT THAT THEY TRANSMIT ON THE SAME, SENSITIVE PATHS THAT THOSE TAKE BY THE LIGHT THAT THEY RECEIVE, SO THAT THE OPTICAL MEANS DIFFUSE LIGHT INTO THE LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL ON A LARGE CONE OF VISION CENTERED ON THE ENTERING RAYS OF THE LIGHT FALLING ON THE FACE OF THIS CELL. APPLICATION TO REFLECTION LIQUID CRYSTAL DISPLAYS.
Description
L'invention concerne, d'une manière générale, lesThe invention relates, in general, to the
dispositifs d'affichage à cristaux liquides et a, plus parti- liquid crystal display devices and, more particularly,
culièrement, trait à un dispositif d'affichage dont les pro- in particular, relates to a display device whose
priétés d'éclairement sont améliorées. Illuminance properties are improved.
Pour une conduite sûre et efficace de certains avions, notamment de gros avions de transport à plusieurs moteurs et d'avions militaires, il est nécessaire que le pilote et les autres membres de l'équipage aient constamment connaissance For the safe and efficient operation of certain aircraft, including large multi-engine transport aircraft and military aircraft, it is necessary for the pilot and other crew members to be constantly aware of
de diverses informations concernant les conditions de naviga- various information concerning the conditions of
tion et de fonctionnement de l'avion, telles que l'attitude, l'altitude et la direction, le régime des moteurs, la pression d'huile, la quantité restante de carburant, pour n'en citer que quelques unes. Ces conditions de navigation et de fonctionnement sont généralement fournies à partir de détecteurs électroniques ou électromécaniques, les informations correspondantes étant traitées dans des circuits de détection associés et visualisées and attitude, engine speed, oil pressure, remaining fuel, just to name a few. These navigation and operating conditions are generally provided from electronic or electromechanical detectors, the corresponding information being processed in associated and visualized detection circuits.
à l'aide de moyens d'affichage électro-optiques et électro- using electro-optical and electronic display means
mécaniques combinés, montés dans le poste de pilotage dans le combined mechanical, mounted in the cockpit in the
champ de vision du pilote et de l'équipage. field of vision of the pilot and the crew.
Les moyens d'affichage électro-optiques et électro- Electro-optical and electronic display means
mécaniques sont généralement montés dans le poste de pilotage de manière à être vus sous un certain angle, vers la droite, la gauche ou vers le bas par rapport à la direction normale de vision. Avec le seul éclairement qui, dans le poste de pilotage, est donné par la lumière traversant le pare-brise de l'avion, la seule partie éclairée dans une certaine mesure des moyens d'affichage se situe dans un quart de sphère supérieur et latéral à ces moyens. Le niveau d'éclairement ambiant étant généralement faible dans le poste de pilotage, notamment la nuit, il est d'une extrême importance que les moyens d'affichage soient aussi lumineux que possible afin que les informations affichées soient Mechanical mounts are generally mounted in the cockpit so as to be seen at an angle, to the right, left or down from the normal direction of vision. With the only illumination which, in the cockpit, is given by the light passing through the windshield of the airplane, the only part illuminated to a certain extent with the display means is in a quarter of an upper and lateral sphere to these means. Since the level of ambient lighting is generally low in the cockpit, especially at night, it is extremely important that the display means be as bright as possible so that the information displayed is
lisibles pour le pilote et l'équipage. readable for the pilot and the crew.
Les dispositifs électro-optiques actuellementutilisés, pour l'affichage des informations alphanumériques concernant les conditions de navigation et de fonctionnement d'un avion, font appel aux propriétés réflectrices et transmettrices des dispositifs d'affichage à cristaux liquides et à celles des dispositifs d'affichage à diodes émettrices de lumière. Les dispositifs d'affichage à cristaux liquides sont de construction The electro-optical devices currently used for displaying alphanumeric information concerning the navigation and operating conditions of an aircraft use the reflective and transmitting properties of liquid crystal display devices and display devices. with light emitting diodes. Liquid crystal display devices are of construction
moins onéreuse et de plus faible consommation que les disposi- less expensive and of lower consumption than the
tifs d'affichage à diodes émettrices de lumière; mais ils light emitting diode displays; but they
exigent un éclairage extérieur pour que les informations affi- require external lighting for the information to be displayed
chées soient visibles pour l'équipage. Lorsqu'il s'agit de dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type transmet- teur, une source de lumière extérieure est placée derrière la are visible to the crew. In the case of transmitter-type liquid crystal display devices, an external light source is placed behind the
cellule d'affichage à crist xliquides,de sorte que cette cel- crystal display cell xliquides, so that this cell
lule est éclairée par la lumière qui la traverse. Lorsqu'il s'agit de dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type lule is illuminated by the light that runs through it. When it comes to liquid crystal display devices of the type
réflecteur, la lumière ambiante qui tombe sur la cellule d'af- reflector, the ambient light falling on the cell of
fichage à cristauxliquidesrend cette cellule lumineuse. Le fonctionnement de ce dernier type de cellule étant basé sur la lumière ambiante incidente, il est souhaitable, notamment lorsque liquid crystal display makes this light cell. Since the operation of this latter type of cell is based on incident ambient light, it is desirable, especially when
les niveaux d'éclairement ambiant sont faibles, de rendre maxi- the levels of ambient lighting are low, making it
male la lumière réfléchie par la cellule pour que les informa- the light reflected by the cell so that information
tions affichées soient aussi lumineuses que possible. L'inven- displayed are as bright as possible. The inventors
tion a donc pour objectif de rendre maximal l'éclairement d'un The aim of this is therefore to maximize the illumination of a
dispositif d'affichage.à cristaux liquides du type réflecteur. reflective type liquid crystal display device.
Selon une forme de réalisation recommandée conforme à l'invention, on établit dés moyens améliorant l'éclairement des dispositifs d'affichage à cristaux liquides en rendant maximale According to a preferred embodiment according to the invention, it is established means improving the illumination of liquid crystal display devices by maximizing
la lumière réfléchie par la cellule d'affichage à cristaux li- the light reflected by the LCD display cell
quides, ces moyens se composant d'un diffuseur partiellement réflecteur et partiellement transmetteur, composé d'une couche de verre opalin ou analogue, qui est fixé sur la face arrière de la cellule. Des moyens réflecteurs, dont la configuration est définie pour qu'ils réfléchissent la lumière sur les mêmes these means consisting of a partially reflective and partially transmitting diffuser, composed of an opaline glass layer or the like, which is fixed on the rear face of the cell. Reflector means, whose configuration is defined so that they reflect light on the same
trajets que ceux suivis par la lumière incidente qu'ils reçoi- than those followed by the incident light they receive.
vent, sont placés parallèlement à une certaine distance du dif- wind, are placed parallel to a certain distance from the
fuseur de manière à être en correspondance optique avec ce dif- fuser so as to be in optical correspondence with this diffe-
fuseur. La lumière ambiante qui tombe sur la cellule d'affichage meltagun. Ambient light falling on the display cell
à cristaix liquideset est transmise par le diffuseur est réflé- cristaix liquidsand is transmitted by the diffuser is
chie par le réflecteur vers ce diffuseur en suivant les mêmes trajets d'incidence et de retour, ce qui évite toute perte de lumière. Le diffuseur diffuse la lumière qui lui est renvoyée the reflector towards the diffuser following the same incidence and return paths, which avoids any loss of light. The diffuser diffuses the light that is sent back to it
par le réflecteur à l'intérieur d'un large cône de vision cen- by the reflector inside a large cone of central vision
tré sur la direction des rayons incidents de la lumière ambiante qui tombent sur la cellule d'affichage à cristaux liquides, l'utilisation de la lumière ambiante étant ainsi rendue maximale, ainsi que la luminosité du dispositif d'affichage à cristaux liquides. the direction of incident rays of ambient light falling on the liquid crystal display cell, thus maximizing the use of ambient light, as well as the brightness of the liquid crystal display device.
L'invention a en conséquence pour objectif un dispo- The object of the invention is therefore to provide a
sitif d'affichage à cristaux liquidespermettant de rendre maxi- LCD display system making it possible to
male l'utilisation de la lumière ambiante incidente afin que male the use of incident ambient light so that
ce dispositif soit aussi lumineux que possible. this device is as bright as possible.
L'invention a également pour objectif un dispositif The invention also aims at a device
d'affichage à cristaux liquides dont la luminosité est suffi- liquid crystal display which is sufficiently luminous
sante pour un affichage correct, notamment des informations concernant les conditions de navigation et de fonctionnement for correct display, including information on navigation and operating conditions
à bord d'un avion.on board an airplane.
La suite de la description se réfère aux dessins The rest of the description refers to the drawings
annexés qui représentent:annexed which represent:
- figure 1, une vue de côté d'un dispositif d'affichage à cris- - Figure 1, a side view of a display device with crys-
taux liquides du type réflecteur, connu, liquid levels of the reflector type, known,
- figure 2, une vue de côté d'un dispositif d'affichage à cris- FIG. 2, a side view of a crisper display device
taux liquides conforme à l'invention. liquid levels according to the invention.
Le dispositif connu illustré figure 1 comporte une The known device illustrated in FIG.
cellule d'affichage à cristaux liquides 12 du type réflecteur. liquid crystal display cell 12 of the reflector type.
La cellule 12 se compose de deux plaques transparentes 14 et 16, parallèles et placées à une certaine distance l'une de l'autre, formées chacune par une couche de verre, de plastique The cell 12 consists of two transparent plates 14 and 16, parallel and placed at a distance from each other, each formed by a layer of glass, of plastic
ou analogue. On a donné les références 14a et 14b, respective- or the like. References 14a and 14b, respectively, were given
ment, aux faces opposées avant et arrière de la plaque 14. De même, on a donné les références 16a et 16b, respectivement, the opposite front and rear faces of the plate 14. Similarly, references 16a and 16b, respectively, have been given
aux faces opposées avant et arrière de la plaque 16. opposite front and rear faces of the plate 16.
Deux électrodes transparentes 18a et 18b sont respec- Two transparent electrodes 18a and 18b are
tivement fixées sur la face arrière 14b de la plaque 14 et sur la face avant 16a.de la plaque 16. Les électrodes 18a et 18b sont chacune formées par dépôt d'une couche mince d'oxyde The electrodes 18a and 18b are each formed by deposition of a thin layer of oxide, and are fixed to the rear face 14b of the plate 14 and to the front face 16a of the plate.
d'indium-étain, ou analogue, sur les faces 14b et 16a, respec- of indium-tin, or the like, on the faces 14b and 16a, respectively
tivement, des plaques. L'une des électrodes 18a et 18b a géné- plates. One of the electrodes 18a and 18b has gen-
ralement la forme d'un caractère, d'un symbole ou de toute autre the shape of a character, a symbol or any other
indication, alors que la surface de l'autre électrode est pleine. indication, while the surface of the other electrode is full.
Une couche 20 est placée entre les électrodes 18a et 18b; elle est constituée par un matériau constituant les cristaux liquides, tel que du cyanobiphény)e,contenu dans des moyens appropriés A layer 20 is placed between the electrodes 18a and 18b; it consists of a material constituting the liquid crystals, such as cyanobiphenyl, contained in appropriate means
(non représentés) qui sont disposés entre les électrodes. (not shown) which are arranged between the electrodes.
Chacun des deux conducteurs électriques 22a et 22b est Each of the two electrical conductors 22a and 22b is
électriquement raccordé à l'une des électrodes 18a et 18b. electrically connected to one of the electrodes 18a and 18b.
Lorsqu'un potentiel est appliqué entre les conducteurs 22a et 22b, un champ électrique est créé entre les électrodes 18a et 18b, modifiant l'alignement moléculaire des cristaux liquides qui constitue la couche 20 et permettant la transmission de la lumière ambiante au travers de cette couche. La lumière qui When a potential is applied between the conductors 22a and 22b, an electric field is created between the electrodes 18a and 18b, modifying the molecular alignment of the liquid crystals which constitutes the layer 20 and allowing the transmission of the ambient light through this layer. The light that
traverse la couche 20 descristaux liquides, ainsi que l'élec- through the layer 20 of liquid crystals, as well as
trode 18b et la plaque 16, est réfléchie par un réflecteur rugueux, légèrement diffuseur, 23, généralement constitué par une couche mince de matériau réflecteur tel que de l'aluminium ou de l'argent, cette couche étant déposée sur la face 16b de la plaque 16 qui est légèrement dépolie, à l'arrière de la cellule d'affichage, le lobe central de la lumière diffusée par ce réflecteur 23 étant centré sur l'angle de réflexion spectral B défini à partir de la normale N au réflecteur, cet angle B étant égal à l'angle 0< d'incidence que font les rayons entrants de la lumière ambiante avec cette normale. La lumière réfléchie forme donc un cône d'incidence de la lumière diffusée dont l'angle au sommet, de l'ordre de 20 à 30o, est centré sur l'angle de réflexion spectral B. L'utilisation des dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type réflecteur, pour visualiser les informations concernant les conditions de navigation et de fonctionnement d'un avion, a le désavantage de conduire à une réflexion d'une faible partie de la lumière ambiante dans le quart des sphères qui se situe au-dessus et sur les côtés du dispositif, soit trode 18b and the plate 16, is reflected by a rough reflector, slightly diffuser, 23, generally consisting of a thin layer of reflective material such as aluminum or silver, this layer being deposited on the face 16b of the plate 16 which is slightly frosted, at the rear of the display cell, the central lobe of the light diffused by this reflector 23 being centered on the spectral reflection angle B defined from the normal N to the reflector, this angle B being equal to the angle θ of incidence that the incoming rays of ambient light make with this normal. The reflected light thus forms a cone of incidence of the scattered light whose angle at the apex, of the order of 20 to 30o, is centered on the spectral reflection angle B. The use of the display devices to reflector-type liquid crystals, to visualize information concerning the navigation and operating conditions of an aircraft, has the disadvantage of leading to a reflection of a small part of the ambient light in the quarter of the spheres which is top and sides of the device, either
exactement là o l'éclairement ambiant est le plus grand pou- exactly where ambient lighting is the largest
ces dispositifs fixés dans le poste de pilotage. these devices fixed in the cockpit.
On a illustré figure 2 un nouveau dispositif d'affi- FIG. 2 illustrates a new display device
chage à cristaux liquides du type réflecteur, dont l'éclairement est amélioré et qui comporte une cellule 12 de type classique reflector-type liquid crystal display, whose illumination is improved and which comprises a cell 12 of conventional type
ayant une configuration identique à celle de-la cellule d'affi- identical in configuration to that of the display cell.
chage 12 illustrée figure 1. Un diffuseur 24, partiellement réflecteur et partiellement transmetteur, est juxtaposé sur la face 16b de la plaque 16 de la cellule. Un rétroréflecteur 26, qui renvoie la lumière incidente sur les mêmes trajets que ceux chage 12 illustrated Figure 1. A diffuser 24, partially reflective and partially transmitting, is juxtaposed on the face 16b of the plate 16 of the cell. A retroreflector 26, which returns the incident light on the same paths as those
empruntés par cette lumière, est placé parallèlement au diffu- borrowed by this light, is placed parallel to the diffusion
seur 24, à une certaine distance de ce diffuseur. 24, at a distance from this diffuser.
Le diffuseur 24 peut avoir la configuration d'un dif- The diffuser 24 may have the configuration of a different
fuseur de surface ou celle d'un diffuseur plein. Dans cet exemple de réalisation recommandé, o le diffuseur 24 a la configuration d'un diffuseur plein et se trouve formé par une couche de verre opalin ou analogue, le rétroréflecteur 26 se compose d'un microréseau de rétroréflecteurs effilés à base cubique. Chaque rétroréflecteur du microréseau à la forme d'un prisme et réfléchit sensiblement toute la lumière incidente même si cette lumière est sensiblement décalée par rapport à l'axe central du rétroréflecteur considéré. On se reportera au Handbook RCA Electro-optique, publié par la RCA Corporation, surface fuser or that of a full diffuser. In this preferred embodiment, where the diffuser 24 has the configuration of a solid diffuser and is formed by a layer of opal glass or the like, the retroreflector 26 is composed of a microarray of tapered retroreflectors with cubic base. Each retroreflector of the microretwork has the shape of a prism and substantially reflects all the incident light even if this light is substantially offset from the central axis of the retroreflector considered. Reference is made to the RCA Electro-Optical Handbook, published by the RCA Corporation,
pour une explication plus approfondie concernant les rétro- for a more in-depth explanation of the retro-
réflecteurs effilés à base cubique (édition de 1974, pages tapered reflectors with cubic base (1974 edition, pages
217-224).217-224).
La configuration du rétroréflecteur 26 étant celle d'un microréseau de rétroréflecteurs effilés à base cubique, il est souhaitable de remplir les vides formés entre ce microréseau et le diffuseur 24 à l'aide d'une couche 28 de matériau transparent, tel que du verre ou du plastique, dont l'indice de réfraction Since the configuration of the retroreflector 26 is that of a microarray of tapered retroreflectors with a cubic base, it is desirable to fill the voids formed between this microarray and the diffuser 24 with a layer 28 of transparent material, such as glass. or plastic, whose refractive index
est approximativement égal à celui du matériau du rétroréflec- is approximately equal to that of the retroreflective material
teur, afin d'adapter les surfaces en regard et d'éviter la to adapt the surfaces facing each other and to avoid
formation de pièges de lumière internes. Il est également sou- formation of internal light traps. He is also
haitable de prévoir une couche de matériau réflecteur 29 à la surface du microréseau de rétroréflecteurs, pour accroître desirable to provide a layer of reflective material 29 on the surface of the microarray of retroreflectors, to increase
l'angle sur lequel chaque rétroréflecteur du microréseau ren- the angle at which each microarray retroreflector
voie la lumière.see the light.
En fonctionnement, lorsque l'alignement moléculaire de la couche 20 de cristaux liquides est modifié par application d'un potentiel électrique entre les conducteurs 22a et 22b, la lumière ambiante est transmise au travers de cette couche 20, de l'électrode 18b et de la plaque 16, et est diffusée par le In operation, when the molecular alignment of the liquid crystal layer 20 is changed by applying an electrical potential between the leads 22a and 22b, the ambient light is transmitted through this layer 20, the electrode 18b, and the plate 16, and is broadcast by the
diffuseur 24. La lumière diffusée tombant sur le rétroréflec- diffuser 24. The scattered light falling on the retroreflec-
teur 26 est renvoyée vers le diffuseur 24, sur les mêmes tra- 26 is returned to broadcaster 24, on the same
jets que ceux suivis par la lumière diffusée incidente. Donc, la lumière réfléchie, qui a été préalablement diffusée par le diffuseur 24, est à nouveau rediffusée par ce diffuseur, sur un cône de diffusion plus large centré sur la direction des rayons entrants de lumière ambiante qui tombent sur la cellule d'affichage à cristaux liquides 12. Par suite, le diffuseur 24 et le rétroréflecteur 26 utilisent avantageusement, de manière maximale, la lumière ambiante disponible, rendant l'affichage throws than those followed by the scattered light incident. Thus, the reflected light, which has been previously diffused by the diffuser 24, is again re-diffused by this diffuser, on a wider diffusion cone centered on the direction of the incoming rays of ambient light which fall on the display cell. As a result, the diffuser 24 and the retroreflector 26 advantageously utilize, to a maximum extent, the available ambient light, making the display
aussi lumineux que possible.as bright as possible.
Les caractéristiques goniophotométriques de réflexion et de transmission du diffuseur 24, soit ses caractéristiques directionnelles de répartition de la lumière par réflexion et The goniophotometric reflection and transmission characteristics of the diffuser 24, namely its directional characteristics of light distribution by reflection and
transmission, sont choisies pour conduire à l'angle souhaité. transmission, are chosen to lead to the desired angle.
du cône de vision, soit généralement un angle de l'ordre de à 300. L'épaisseur du diffuseur est généralement de l'ordre of the cone of vision, is generally an angle of the order of 300. The thickness of the diffuser is generally of the order
de 0,025 mm à 0,50 mm.from 0.025 mm to 0.50 mm.
On vient donc de décrire un dispositif comportant un diffuseur et un rétroréflecteur qui améliore l'éclairement de dispositifs d'affichage à cristaux liquides et leur donne la plus grande luminosité possible, par rétrodiffusion dans la cellule à cristaux liquides de la lumière ayant traversé cette cellule, et formation d'un cône large de vision centré sur la direction des rayons entrants de lumière ambiante qui tombent sur ladite cellule. Le diffuseur et le rétroréflecteur peuvent être ajoutés à la cellule à cristaux liquides sans que le coût en soit sensiblement augmenté, et le dispositif conforme à l'invention constitue donc un moyen peu onéreux pour améliorer We have just described a device comprising a diffuser and a retroreflector which improves the illumination of liquid crystal display devices and gives them the greatest possible brightness, by backscattering in the liquid crystal cell of the light that has passed through this cell. and forming a wide vision cone centered on the direction of incoming ambient light rays falling on said cell. The diffuser and the retroreflector can be added to the liquid crystal cell without the cost being substantially increased, and the device according to the invention is therefore an inexpensive way to improve
l'éclairement des dispositifs d'affichage à cristaux liquides. the illumination of liquid crystal display devices.
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