FR2578705A1 - Procede de formation d'elements de couleur a commande electronique et affichage en couleur base sur ce procede - Google Patents

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Abstract

PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'ELEMENTS DE COULEUR A COMMANDE ELECTRONIQUE ET AFFICHAGE EN COULEUR BASE SUR CE PROCEDE, COMPRENANT UNE MATRICE 9 DE PORTES DE LUMIERE, UN SYSTEME DE SOURCE DE LUMIERE QUI COMPORTE UN ENSEMBLE DE SOURCES DE COULEUR PRIMAIRE 6, 7, 8 POUR LES COULEURS PRIMAIRES, ET DES CIRCUITS DE COMMANDE 1 A 4 POUR REGLER LA TRANSMISSION DES PORTES DE LUMIERE DANS LA MATRICE 9 DE PORTES DE LUMIERE A UN NIVEAU CORRESPONDANT A L'INTENSITE DE LA COULEUR PRIMAIRE RESPECTIVE DANS LE SPECTRE DE COULEUR COMPOSITE DE L'ELEMENT D'IMAGE AFFICHE.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de formation d'éléments
d'image à commande individuelle de couleur sur un écran d'affichage en couleur, au moyen d'au
moins deux portes de lumière et d'une source de lumière com-
mune pour les portes de lumière, émettant séparément au moins deux couleurs primaires, comprenant un système de source de lumière, activé séparément pour chaque couleur
primaire de manière à engendrer la source de lumière commu-
tée qui contient les différentes composantes de couleur pri-
maire, et des circuits de commande afin de régler la trans-
mission de chaque porte de lumière pour obtenir l'intensité de couleur désirée. L'invention vise également un affichage
en couleur basé sur ce procédé.
Les procédés de l'art antérieur figurent dans les publications suivantes: (1) R. Vatne, P.A. Johnson, Jr., P.J. Bos: Affichage en Couleur à Séquence d'Images à Cristaux Liquides/Tube à Rayons Cathodiques,
SID 83 DIGEST, pages 28...29.
(2) P.J. Bos, P.A. Johnson, Jr., K.R. Koehler/Beran: Dispositif de Commutation Optique à Cristaux Liquides
SID 83 DIGEST, pages 30...31.
(3) G. Haertling: Affichages en Couleur PLZT,
SID 84 DIGEST, pages 137...140.
(4) H. Kamamori, M. Suginoya, Y. Terada, K. Iwasa: Affichage Graphique Multicolore à Cristaux Liquides à Couches Tricolores formées par Dépôt Electrolytique
SID 84 DIGEST, pages 215...218.
(5) W.A. Barrow, R.E. Coovert, C.N. King: Sulfure de Strontium: Matière Hôte pour un Nouveau Luminophore Bleu Electroluminescent à Film mince de Haut Rendement
SID 84 DIGEST, pages 249...250.
(6) Affichages Electroluminescents,
Compte-Rendu 6475, page 83.
(7) W.F. Goede:
Technologies pour Affichage en Couleur de Haute Ré-
solution, 1982 International Display Research Conference, 1982 IEE, pages 60...63. (8) T. Uchida, S. Yamamoto, Y. Shivata: Affichage à Cristaux Liquides à Matrice à Couleur Complète avec Couches de Couleur sur les Electrodes, 1982 International Display Research Conference, 1982
IEE, pages 166...170.
(9) Displays, Octobre 1984, page 212.
(10)S. Morozumi, K. Oguchi, S. Yazawa, T. Kodaira, H. Ohshima, T. Mano: Affichages Vidéo à Cristaux Liquides en Couleur et Noir et Blanc adressés par Transistors à Couche Mince de Polysilicium,
SID 83 DIGEST, pages 156...157.
(11)M. Yoshida, K. Tanaka, K. Taniguchi, T. Yamashita, Y. Kakishara, T. Inoguchi: Dispositif Electroluminescent à Couche Mince AC qui émet de la Lumière Blanche,
SID 80 DIGEST, pages 106...107.
(12)J. Chevalier, J-P Valves: Tubes à Rayons Cathodiques à Luminophore et Cathodes Imprégnées pour Affichages en Aéronautique,
SID 82 DIGEST, pages 60...61.
(13)Tableau de Comparaison des Performances d'Affichages à Grand Ecran
SID 82 DIGEST, page 107.
(14)M.G. Clark, I.A. Shanks:
Tube à Rayons Cathodiques en Couleur à Séquence d'Ima-
ges utilisant un Commutateur de Couleur à Cristaux Liquides
SID 82 DIGEST, pages 172...173.
(15) J.A. Roese, L.E. McCleary, A.S. Khalafalla: Ordinateur Graphique Tridimensionnel utilisant des Céramiques Electrooptiques PLZT,
SID 78 DIGEST, page 16.
(16) SID 78 DIGEST, page 16.
(17) Publication de Brevet Britannique 2 061 587 (M. Stolov).
(18) B.E. Rogowitz: Réglage de Scintillement: Technique de Mesure du Scintillement perçu d'un Affichage Vidéo,
SID 83 DIGEST, pages 172...173.
(19) Mukao et al. (Hitachi Co. Ltd): Microdispositifs Nikkei
Numéro Spécial, Printemps 1985.
(20) R. Blinc, N.A. Clark, J. Goodby, S.A. Pikin, K.Yoshino: Ferroelectrics, Vol. 58, Nos 1/2/3/4 (1984) + Vol.59,
Nos 1/2 (1984).
(21) Publication de Brevet Finlandais 60 333 (J. Antson
et al).
La solution le plus généralement appliquée pour un affichage en couleur électronique est le tube à masque, usuel dans les postes de télévision en couleur, qui est
basé sur des triades adjacentes d'éléments de couleur, ha-
bituellement excités par trois faisceaux d'électrons (7).
Dans un tel affichage, l'ensemble de l'écran est constitué d'un grand nombre de ces éléments d'image de couleur. Une perception de couleur homogène avec ce type d'affichage en couleur nécessite une distance d'observation suffisante, entre l'observateur et l'écran,pour permettre aux éléments
de couleur de la triade de couleur de se fondre,dans la vi-
sion de l'observateur, en un élément d'image de couleur per-
sue de façon non discrète.
On connaît également des affichages en couleur basés sur des éléments de couleur adjacents, excités par
des moyens autres que l'excitation par faisceau d'électrons.
Par exemple, l'affichage à plasma fluorescent à commande ma-
tricielle est en principe capable de produire un affichage
équivalent à celui du tube d'image à masque (16). Ces dis-
positifs d'affichage sont classés comme des composants d'af-
fichage actifs, caractérisés par une émission active de lu-
mière à partir des éléments de couleur. Un affichage en couleur à commande parallèle
d'éléments de couleur adjacents peut également être cons-
titué d'une matrice de portes de lumière à transmission de lumière réglable, complétée par des filtres de couleur sur
le chemin de la lumière et une source de lumière à l'arriè-
re de l'affichage (4,8,10). Une telle matrice de portes de
lumière est généralement réalisée avec des cellules à cris-
taux liquides (LC) dans lesquelles chaque élément d'image comprend typiquement trois cellules de lumière à commande parallèle individuelle, chaque cellule étant accordée de
manière à transmettre l'une des couleurs primaires par l'in-
termédiaire de son filtre bleu, vert ou rouge. De manière
correspondante, le spectre de source de lumière doit conte-
nir une énergie suffisante à toutes les longueurs d'onde des couleurs primaires. L'affichage en couleur à matrice de
portes de lumière à cristaux liquides comportant des fil-
tres de couleur a été appliqué à des récepteurs de télévi-
sion de petite dimension, avec les avantages d'un faible
poids et d'un profil bas par rapport au tube d'image usuel.
L'un des inconvénients des affichages en couleur à commuta-
teurs de lumière de couleur primaire adjacents est le ren-
dement de transmission relativement faible, parmi d'autres facteurs dûs au fait que l'émission de la source de lumière pour chaque couleur primaire est effectivement transmise seulement à travers un tiers de la surface de l'élément
d'image. En pratique, la surface effective de porte de lu-
mière est même plus petite, en raison des zones perdues iné-
vitables entre les portes de lumière.
Toutes les solutions d'affichage à éléments de couleur adjacents sont limitées par une convergence de
couleur insuffisante, liée directement à la distance rela-
tive entre les éléments de couleur primaire. Cet inconvé-
nient est particulièrement apparent dans des affichages graphiques en couleur et autres affichages en couleur dans lesquels une définition élevée est nécessaire. Une solution pour une meilleure convergence de couleur est le tube d'image dit à pénétration, dans lequel la couche d'émission de lumière sur l'écran du tube-image
est constituée de couches de substances luminescentes super-
posées ayant différentes longueurs d'onde d'émission pour les couleurs primaires (12). La longueur d'onde émise peut être choisie par modification de l'énergie du faisceau
d'électrons excité et réglage, de cette façon, de la pro-
fondeur de pénétration de manière à atteindre la couche de substance luminescente de longueur d'onde désirée. Toutefois, les tubes d'image du type à pénétration ne couvrent pas tout le spectre de couleur perceptible. En raison des circuits
électroniques de commande compliqués de la tension d'accé-
lération du faisceau d'électrons, les fonctions de commande dans ce type de tube-image sont complexes. Par suite, on
utilise le tube-image à pénétration seulement dans des ap-
plications spéciales.
Une autre solution récemment proposée est un affichage en couleur à combinaison comportant des images de couleur séquentielles de deux couleurs primaires. Dans ce cas, les champs d'image pour les deux couleurs primaires
sont engendrés au moyen d'un seul tube-image de couleur com-
plété par des polariseurs de couleur pour la séparation des couleurs et des séparateurs de couleur à cristaux liquides
pour la sélection d'images de couleur séquentielles. Toute-
fois, l'échelle des teintes dans cet affichage est limitée
à l'échelle des deux couleurs primaires et de leurs combinai-
sons. Dans ce système, l'obtention d'une image en couleur sans scintillement présuppose que le séparateur de couleur
LC, dans ce cas le séparateur à polarisation, peut fonction-
ner à une fréquence de l'ordre de 100 à 120 Hz. Les temps d'allumage et d'extinction de la cellule à cristal liquide
LC, décrite dans la référence (20), sont de 1 ms environ.
C'est suffisant pour satisfaire à cette condition. Les limi-
tations de base de cette solution sont le spectre limité de couleurs dans les combinaisons des deux composantes de couleur primaire et la forte perte d'intensité qui est due
au faible rendement de transmission dans le polariseur.
Dans un affichage à projection d'image en cou-
leur, l'image en couleur est généralement l'addition des images de couleur primaire engendrées séparément à partir des canaux de couleur primaire. Ces images sont combinées dans un système de lentille optique qui projette les-images
de couleur primaire sur un même écran (13).
Le procédé d'affichage en couleur suivant l'in-
vention vise à éviter les inconvénients des solutions usuelles précitées et à proposer un procédé complètement nouveau et une solution pour la commande de couleur dans
les éléments de couleur d'un affichage, comprenant un sys-
tème de source de lumière-et des éléments d'image consti--
tués par des portes de lumière.
Conformément à la présente invention, le pro-
cédé "Synchrogate" effectue la commande de couleur des élé-
ments d'image dans un affichage en couleur au moyen de por-
tes de lumière, synchronisées à des impulsions séquentiel-
les de couleur primaire qui sont engendrées individuelle-
ment dans le système de source de lumière incorporé. Par
conséquent, les portes de lumière agissent comme des com-
mutateurs à commande de transmission pour la source de lu-
mière à projection arrière dans le système. La transmission
d'une porte de lumière est amenée au niveau approprié pen-
dant le temps d'activation de la composante de couleur pri-
maire, de manière à correspondre à l'intensité de la com-
posante de couleur primaire dans le spectre de couleur to-
tal de l'élément d'image. Les couleurs primaires sont en-
gendrées dans le système de source de lumière sous la forme
de courtes impulsions individuelles de lumière colorée, sé-
quentiellement pulsée à une cadence qui est suffisamment élevée pour la perception continue et sans scintillement de la couleur additionnée de l'élément d'image. Le procédé "Synchrogate" facilite la génération de couleurs d'addition au moyen d'une porte de lumière pour chaque élément d'image,
et on obtient une parfaite convergence de couleur.
L'affichage en couleur Synchrogate conforme à
la présente invention comprend,dans son mode en "vue di-
recte",un écran d'affichage comportant une matrice d'élé-
ments d'image du type à porte de lumière ou un groupe de portes de lumière, un système de source de lumière placé à l'arrière de l'affichage pour engendrer les impulsions
de lumière de couleur primaire, et un circuit de synchroni-
sation pour commander de façon synchrone ces éléments de
base au moyen de circuits de commande.
Dans le mode en "projection", l'affichage Syn-
chrogate-comprend le système de source de lumière, une matrice de portes de lumière, leurs circuits de commande, et un système optique pour projeter l'image, engendrée dans le système de portes de lumière, sur un écran de projection sépare. Plus précisément, le procédé suivant l'invention
est caractérisé en ce que les composantes de couleur primai-
re, rouge, vert ou bleu, sont engendrées dans le système de
source de lumière sous la forme de cycles de lumière alter-
nés, émettant une couleur primaire à la fois, avec une fré-
quence de répétition d'au moins 25 Hz, et la couleur de chaque élément d'image est engendrée par réglage de la transmission de chaque porte de lumière,en synchronisme avec le cycle d'émission de couleur primaire de chaque composante de couleur primaire, dans le rapport requis pour produire
la perception désirée de couleur d'addition.
De façon correspondante, l'affichage en couleur suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une section de synchronisation, prévue pour activer à une fréquence de répétition d'au moins 25 Hz, individuellement et séquentiellement,les couleurs primaires du système de source de lumière, et des circuits de commande sont pré- vus pour piloter chaque porte de lumière en synchronisme avec la section de synchronisation de sorte que, lorsqu'une quelconque des sources de couleur primaire est dans l'état
activé, l'intensité de lumière transmise par l'intermédiai-
re de la porte de lumière correspondanteest respectivement proportionnelle à la grandeur de la composante de couleur primaire dans la couleur additive, engendrée par la porte
de lumière.
L'invention permet d'obtenir des avantages importants. Ainsi, la convergence de couleur est parfaite,
de façon inhérente, puisque toutes les composantes de cou-
leur de base sont commandées par la même porte de lumière.
Cela ne peut être obtenu dans aucun affichage à éléments de couleur primaire adjacents. Lorsqu'on utilise la même
porte de lumière pour chaque couleur primaire comme élé-
ment d'image commandé, on obtient une transmission triple, et en pratique même plus grande, par rapport à un élément d'image comprenant ds elmnents de couleur adjacents. Cela présente l'avantage supplémentaire que chaque source de couleur primaire est activée seulement pendant la durée de
la composante de couleur primaire correspondante de l'élé-
ment d'image. Conformément à l'invention, le procédé donne
un rendement de transmission de lumière qui dépasse le tri-
ple du rendement d'affichages à éléments de couleur adja-
cents.
La pureté de couleur ou monochromaticité d'une couleur primaire obtenue par filtrage à partir d'une source de spectre continu est généralement moins bonne que celle d'une source de lumière monochromatique. Par conséquent, le
procédé suivant l'invention procure l'avantage supplémentai-
re d'une plus grande gamme de teintes dans le système de coordonnées de couleur. En outre, l'un des avantages du système est la réduction à un tiers des éléments de porte de lumière commandés individuellement, par rapport à la solution basée sur des éléments de couleur adjacents. Cela
simplifie la construction de la matrice de portes de lumiè-
re. La matrice de portes de lumière de l'affichage Synchro-
gate prévoit également les filtres de couleur dans la ma-
trice de portes de lumière. Par rapport à la solution à portes de lumière adjacentes, les portes de lumière dans la présente invention doivent fonctionner à une cadence sensiblement triple, ce qui est toutefois possible avec des constructions connues de porte de lumière. Par exemple, les types de porte de lumière indiqués dans les références 2,
3,15,19,20 ont une vitesse suffisante pour cette fonction.
Ces avantages sont indiqués ainsi que d'autres avantages et caractéristiques dans les Tableaux 1 et 2, ajoutés en annexes,dans lesquels l'affichage Synchrogate est comparé aux affichages en couleur de l'art antérieur, basés sur la combinaison d'une porte de lumière et d'une source de lumière. La comparaison concerne les solutions
d'affichage des publications en référence (4 et 1), la pre-
mière étant un affichage en couleur en parallèle à éléments de porte de lumière adjacents et à filtres et la dernière
étant un affichage en couleur à séquence d'images dans le-
quel les images de couleur primaire alternée sont séparées
avec une porte de lumière. La solution d'affichage présen-
tée dans la publication en référence (17), comprenant la combinaison d'une source de lumière à sélection de couleur à l'arrière et un affichage à portes de lumière, n'est pas un affichage en couleur fonctionnel mais plutôt un affichage
monochrome avec une possibilité de sélection pour un affi-
chage de couleur par modification de la couleur de la sour-
ce de lumière de projection à l'arrière.
L'expression "fréquence de scintillement critique"
dans le Tableau de comparaison,en relation avec les afficha-
ges Synchrogate et à séquence d'images,désigne la fréquence de répétition de la lumière ou des images, à laquelle l'oeil humain intègre la lumière répétitive ou les images répétitives en une lumière continue ou une information
d'image. En pratique, la fréquence de scintillement criti-
que dépend de la brillance, du type de surface, du con-
traste et de facteurs de la lumière ou de l'image liés à
l'observateur. De façon typique, la fréquence de scintil-
lement critique est supérieure à 25 Hz, voir la référence (18).
Outre les dispositions qui précèdent, l'inven-
tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti-
ront de la description qui va suivre.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du com-
plément de description ci-après, qui se réfère aux dessins
annexés dans lesquels: les figures la et lb sont respectivement une vue de face et une vue de côté d'un mode de réalisation de l'affichage conforme à l'invention; la figure 2a est un schéma de principe d'un mode de réalisation de l'affichage conforme à l'invention; la figure 2b représente sous forme schématique
et à plus grande échelle un mode de réalisation d'un cir-
cuit de commande de porte de lumière à cristal liquide; la figure 2c représente schématiquement et à plus grande échelle un mode de réalisation d'un circuit
de commande de porte de lumière à cristal liquide en asso-
ciation avec des bascules d'entrée; la figure 3a est le diagramme de cadencement de
signal pour les différentes parties d'un mode de réalisa-
tion de l'invention, pendant un balayage horizontal complet; la figure 3b est le diagramme de cadencement de
signal pour les différents composants d'un mode de réali-
sation de l'invention pendant un balayage horizontal com-
1 1 plet, en association avec des bascules d'entrée, les figures 4a et 4b représentent un autre mode de réalisation de l'invention, en vue de face et en vue de côté, respectivement; les figures 5a et 5b représentent un troisième mode de réalisation de l'invention, en vue de face et en vue de côté respectivement; les figures 6a et 6b représentent un quatrième mode de réalisation de l'invention, en vue de face et en vue de côté respectivement; les figures 7a et 7b représentent un cinquième mode de réalisation de l'invention, en vue de face et en vue de côté respectivement;
la figure 8a est un schéma d'un dispositif con-
forme à l'invention, pour une application en affichage par projection;
la figure 8b illustre le filtre tournant de sépa-
ration de couleur, en vue de face, pour le dispositif re-
présenté sur la figure 8a; les figures 9a, 9b et 9c illustrent un mode de réalisation de l'invention, pour une application dans un affichage dit hybride; et
les figures 10a et lOb illustrent une comparai-
son entre les zones des éléments de couleur sur l'écran d'affichage et les portes de lumière associées, pour un
affichage à éléments de couleur adjacents et pour un affi-
chage conforme à l'invention, respectivement.
Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière
une limitation.
Le dispositif d'affichage mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention comprend les composants de base représentés sur les figures la et lb: une matrice 9 de portes de lumière et un système de source de lumière comportant des sources de lumière 6, 7 et 8 de couleurs primaires, et des circuits de commande 1 à 4 qui commandent le fonctionnement synchrone de la matrice 9 de portes de lumière et du système de sources de lumière 6, 7, 8 de fa-
çon appropriée, conformément au procédé de l'invention.
La matrice 9 de portes de lumière est réalisée avec des éléments 10 de porte de lumière qui sont amenés,
pendant la formation de l'image de couleur primaire corres-
pondante, à un niveau de transmission qui correspond à l'intensité de la couleur primaire affichée dans l'élément d'image. Un temps de réponse de l'ordre de 2 ms ou moins
est requis pour l'élément de porte de lumière 10. Une pé-
riode de quelques millisecondes tiR, tiG, (Figures 3a et 3b) est disponible pour placer l'information de champ
d'image dans la matrice 9 de portes de lumière. Afin d'ob-
tenir le rendement le plus élevé possible, la source de lu-
mière 6,7, 8 est activée seulement pendant le temps taR, taG, taB pendant lequel l'information d'image correspondant
à chaque couleur primaire rouge R, vert G, bleu B, est to-
talement transférée à la matrice 9 de portes de lumière et les éléments 10 de porte de lumière sont commandés en ce
qui concerne leurs niveaux de transmission correspondants.
Sur la base de la technologie de l'art antérieur,-
la solution la plus directe pour réaliser la matrice de portes de lumière est une matrice de portes de lumière à cristaux liquides commandée par des transistors à couche mince, sensiblement de la même façon que dans les matrices de portes de lumière suivant l'art antérieur comportant des éléments adjacents de porte de lumière à filtrage de couleur. Un affichage conforme à l'invention peut être réalisé au moyen des blocs principaux ci-après, représentés
sur les figures 2a et 2b.
Bloc 1: Mémoire de signal vidéo pour transformer le signal d'entrée en une forme sérielle compatible avec l'affichage.
Bloc 2: Circuits de commande d'entrée de don-
nées, pour commander les colonnes c1 cm de la matrice de portes de lumière. Bloc 3: Sélecteurs pour les rangées r rn
de la matrice de portes de lumière.
Bloc 4: Circuits de cadencement et d'alimenta-
tion en énergie.
Bloc 5: Système de source de lumière qui com-
prend des sources de lumière émettant une couleur primaire
6,7 et 8, activées séparément, pour les couleurs rouge, ver-
te et bleue, respectivement.
Bloc 9: Matrice de portes de lumière à cristaux liquides dans laquelle les éléments de porte sont commandés
par un agencement de transistor à couche mince solidaire.
* Bloc 15 (figure 2b): L'électrode de grille G
d'un transistor à couche mince 15, pilotant un élément in-
dividuel de porte de lumière 10, est connectée aux rangées r. de la matrice qui sont commandées par les sélecteurs de J rangée du bloc 3. L'électrode de drain D du transistor 15 à couche mince est connectée aux lignes de colonne c. de la matrice 9, par l'intermédiaire desquelles un circuit 2 de commande de données envoie l'information d'intensité
de l'élément correspondant, par l'intermédiaire de l'élec-
trode de source S du transistor à couche mince au point
12, au condensateur constitué par l'élément à cristal li-
quide. L'autre électrode de l'élément 16 à cristal liquide
est une électrode commune 17.
Bloc 49: Circuits de commande des sources de
lumière 6,7,8 dans le système 5 de source de lumière.
L'affichage dit Synchrogate conforme à l'inven-
tion présuppose les performances suivantes de l'élément 10 de porte de lumière: a. temps de réponse inférieur ou égal à 2 ms, et
b. niveau de transmission réglable pour toutes les compo-
santes du spectre de couleur primaire.
La condition de réponse requise est mieux satis-
faite, parmi les solutions de l'art antérieur, par des por-
tes de lumière de type PLZT (3, 15) et des portes de lumiè- re à cristaux liquides ferroélectriques (19,20). La cellule de type Pi (2) remplit également les conditions de réponse requises. La transmission des types de cellules cités est réglable par un champ électrique transversal appliqué à la cellule pour toutes les composantes de couleur primaire
R, G, B.
Du fait notamment d'une tension de commande plus faible, les cellules LC ont donné un meilleur résultat que les cellules PLZT dans des constructions de matrice de
portes de lumière comportant un grand nombre de cellules.
On obtient les meilleurs résultats avec des matrices LC commandées par des transistors à couche mince (TFT). Dans les solutions de l'art antérieur, chaque élément LC dans la matrice de portes de lumière est typiquement commandé par un TFT dont les électrodes de grille et de drain sont
connectées à des lignes de rangée et de colonne r. et c.
de la matrice 9 de portes de lumière (figure 2b). La ten-
sion de commande appliquée par l'intermédiaire de chaque ligne de colonne ci est transférée,à travers le canal du TFT, qui est rendu conducteur par le signal d'activation
venant de la ligne de sélection de rangée, au condensa-
teur constitué par la cellule LC. Afin d'augmenter la
constante de temps de la cellule, le condensateur équiva-
lent est généralement mis en parallèle avec un condensateur à film mince, de manière à obtenir le temps de stockage de ms, normalement nécessaire pour des cellules dans des affichages à éléments de couleur adjacents. La solution d'affichage conforme à l'invention fonctionne même avec
un temps de stockage de cellule de matrice de 1/3 x 20 ms.
Au contraire, le temps de réponse doit être inférieur ou égal à 5 as alors que les solutions basées sur des matrices à éléments de couleur adjacents admettent typiquement un
temps de réponse plus long, inférieur ou égal à 30 as.
Une variante (figure 2c) pour une cellule comman-
dée par un transistor à couche mince consiste à inclure un autre TFT comme bascule d'entrée qui permet de transférer l'information du champ d'image suivant dans la matrice, pendant l'affichage du champ précédent, sans interférer avec le champ affiché. Le signal d'intensité est mis en mémoire dans un condensateur 60 et il est commuté à l'élément de porte de lumière par mise en conduction d'un transistor à couche mince 61 dans tous les éléments de couleur primaire,
au moyen d'une électrode 62. La figure 3a représente le diagramme de cadence-
ment de signal pour un affichage conforme à l'invention, dans lequel la matrice 9 de portes de lumière est réalisée dans la construction dite TFTLC. La méthode de commande
pour la matrice 9 est "une ligne à la fois". Le cadence-
ment du signal est commandé par une unité 4 de cadencement
qui est synchronisée au signal vidéo d'entrée.
La séquence tt de fonctionnement de base (par exemple 20 ms) comprend trois sous-séquences successives tR' tG et tB pendant lesquelles les images secondaires de couleur rouge, verte et bleue sont engendrées. En outre, chacune des trois sous-séquences comprend deux cycles de fonctionnement de base dont les premiers tiR, tiG et tiB transfèrent l'information vidéo de chaque image secondaire,
par l'intermédiaire des lignes de colonne cl...cm, aux élé-
ments d'une rangée (r1...rn) de la matrice 9 de portes de lumière, une à la fois. Les tensions de commande appliquées aux éléments LC sont indiquées sur la figure 3a par les
formes d'onde r, c.. cm; rn, c1 cm. Les deuxièmes cy-
cles de base taR taG taB sont réservés pour l'activation
de la source de lumière, de sorte que l'impulsion de lumiè-
re de la source de lumière rouge est engendrée pendant taR,
l'impulsion verte venant de la source de lumière verte pen-
dant taG et l'impulsion bleue venant de la source de lumiè-
re bleue pendant taB, respectivement. En plus des cycles de base, les sous-séquences tR, tG, tB doivent réserver du temps pour le changement d'état de porte de lumière LG et les retards d'extinction de la source de lumière tRI G' t B' La figure 3b représente les séquences, les sousséquences et les cycles de base correspondants,pour une matrice de
portes de lumière à mémoires d'entrée. Dans cette construc-
tion, les cycles de base ta et ti peuvent avoir lieu simul-
tanément. Une séquence supplémentaire pour l'impulsion de validation de la mémoire d'entrée est nécessaire, avec une
durée du même ordre que l'impulsion d'écriture d'entrée.
Le système de source de lumière 5 de l'affichage comprend des sources de lumière pour les couleurs primaires R, G qui sont commandées individuellement pendant une durée
d'impulsion inférieure ou égale à 3 ms.
Les sources de couleur primaire 6, 7, 8, qui doi-
vent être également vues par l'observateur, peuvent être
réalisées au moyen de l'une quelconque des diverses cons-
tructions de source de lumière de l'art antérieur. Une
source de lumière optimale est une source de lumière trans-
parente, à surface plane et à profil bas, émettant les cou-
leurs primaires rouge R, verte G et bleue B et permettant de placer toutes les sources de couleur primaire 6,7,8 d'un affichage en couleur typique en alignement dans la direction d'observation. Une source de lumière répondant à
ces conditions est, par exemple, la cellule électrolumines-
cente à film mince conforme à l'annexe (211, consistant en
une construction électroluminescente (figures 5a et 5b) pro-
duite par technologie de couche mince sur une plaque de verre 18,sous la forme d'une couche électroluminescente 24
avec des électrodes transparentes 23, 25.
Par conséquent, dans cette construction, les sources électroluminescentes de lumière primaire, ou lampes EL, sont placées derrière la matrice 9 de portes de lumière, en superposition les unes aux autres,dans la dimension de
la matrice de portes de lumière. Les lampes électrolumines-
centes R, G, B peuvent être commandées dans leur mode de résonance qui leur impose des conditions de rendement plus
faibles que dans l'affichage électroluminescent multiplexé.
Les sources de couleur primaire peuvent également
être construites comme représenté sur les figures 4a, 4b.
Dans ce mode de réalisation, le champ de lumière émis par
les sources de couleur primaire 19, 20, 21 placées de fa-
çon adjacente ou parallèle est homogénéisé par un diffu-
seur 22, par exemple un verre dépoli, prévu entre la source
de lumière et la matrice de portes de lumière. Chaque sour-
ce de couleur primaire R, G, B est sous la forme d'un grou-
pe de diodes émettrices de lumière commandées en parallèle,
par exemple des colonnes 19, 20, 21.
D'autre part, le champ de source de lumière peut être construit sous la forme d'un émetteur fluorescent sous vide, contenant à une densité suffisante des zones formées de bandes ou de points de chaque couleur primaire, ou une
combinaison de celles-ci (figures 6a,6b). Dans cette cons-
truction, des bandes fluorescentes 31,32,33 sont disposées en parallèle, pour les couleurs primaires R, G, B, sur une plaque de verre 18. Une structure de cathode 50 est espacée
de ces bandes 31, 32, 33. Les bandes 31, 32, 33 et la struc-
ture de cathode 50 sont contenues dans une enceinte sous vide, comprenant une plaque de diffusion 22, des éléments
de fermeture 30 et des entretoises 26. Les matières fluo-
rescentes d'émission de couleur primaire sont imprimées en bandes étroites sur des électrodes d'anode distinctes 27, 28, 29. La sélection des impulsions de lumière R, G
et B est effectuée par commutation d'anode.
Dans le mode en projection (figures 8a, 8b) la source de lumière 41, 42 est très facilement réalisée avec une seule source 41,42 d'émission de lumière blanche, par
exemple-une lampe à décharge de gaz au xénon, qui est pul-
sée pour améliorer le rendement, et un filtre 37 de sépara-
tion de couleurs primaires placé sur le chemin de transmis-
sion de lumière et qui tourne en synchronisme avec les si-
gnaux de commande de la matrice 9 de portes de lumière. Le filtre 37 est mis en rotation par un moteur
électrique-39,par l'intermédiaire d'un arbre 38, en synchro-
nisme avec un signal de commande venant d'une unité de com-
mande 40 qui commande la matrice 9. La plaque de filtre circulaire 37 est subdivisée par des secteurs noirs 41 en trois régions de filtres transparents 38, 39, 40 pour les
trois couleurs primaires, rouge, vert et bleu, respecti-
vement. La lumière émise par la source de lumière 41 est transmise par l'intermédiaire de la séparation de couleur à un réflecteur 42 et, de là, à travers le système de porte de lumière optique 43 à 46,sous la forme de la combinaison
colorée désirée, sur un écran 47.
Une construction de source de lumière comprenant
des tubes fluorescents 34, 35, 36 de couleur primaire mono-
chromatique ou des tubes à décharge de néon équivalents est
représentée sur les figures 7a, 7b. Les conditions de répon-
se à la montée et à la descente pour ces sources de lumière peuvent être remplies par des matières fluorescentes du type lanthanide excitées par rayonnement ultraviolet. Dans
ce cas également, la fonction du diffuseur 22 est d'homogé-
néiser l'intensité de la surface d'émission pour la matrice
9 de portes de lumière.
Les modes de réalisation de l'invention, décrits
ci-dessus, se rapportent à des réalisationsconformes à l'in-
vention qui sont basées sur l'utilisation d'une matrice de
portes de lumière à cristaux liquides avec circuit de comman-
de par transistor à couche mince intégré. Lorsque la résolu-
tion d'image désirée est faible, l'invention couvre égale-
ment des solutions dans lesquelles les éléments d'image individuels sont constitués par des éléments de porte de
lumière distincts dans une construction hybride, éventuel-
lement avec un circuit de commande séparé. Cette réalisa-
tion permet l'emploi de circuits intégrés usuels pour la
- commande des portes de lumière, comme suggéré pour un af-
fichage de panneau d'instruments, représenté sur les figu- res 9a, 9b, 9c. Dans cette solution, la structure support pour la matrice de portes de lumière est une plaque de verre 51. Une couche 52 de matière isolante opaque est imprimée sur la surface de la plaque de verre 51, partout sauf sur les zones des éléments de porte de lumière. Un tracé conducteur 53 est imprimé sur le dessus de la couche isolante 52. Cela constitue le câblage entre les contacts 54 des éléments de porte de lumière et les contacts 55 des
circuits de commande.
Les éléments de porte de lumière et les circuits de commande sont fixés à la plaque de verre 51 au moyen
d'une technologie de montage de surface. Un affichage in-
dividuel 56 à portes de lumière peut comprendre des élé-
ments 58 de porte de lumière, connectés séparément, qui sont commandés par des lignes de signal reliées au bord de
l'affichage à portes de lumière.
Si la construction est basée sur des éléments de porte de lumière de type PLZT, une tension de commande
de l'ordre de 150 à 200 volts est nécessaire, pour les cir-
cuits de commande 57. Ils peuvent être du même type que pour les affichages électroluminescents et à plasma. Un circuit de commande de ce type commande habituellement 32
ou 64 éléments de porte de lumière.
Bien que les réalisations décrites comme exemples des dispositifs conformes à l'invention se rapportent à l'utilisation de trois couleurs primaires, il est entendu
que l'invention couvre également l'utilisation, par exem-
ple, de deux, quatre couleurs primaires ou même davantage.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in-
vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de ré-
alisation et d'application qui viennent d'être décrits de
façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou-
tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du techni-
cien en la matière sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention.
TABLEAU 1
Affichage à Affichage à Affichage éléments adjacents séquence Synchrogate (construction à d'images filtres parallèles)
Source de lumière émetteur à combinai- Tube-image émet- émetteurs de cou-
son de couleurs pour tant une combi- leurs primaires les couleurs primainaison de couleurs, séparés res. pour deux couleurs primaires Génération d'image dans la matrice de à la source de dans la matrice de portes de lumière lumière portes de lumière
Réglage d'intensité réglage de transmis- réglage du niveau réglage de transmis-
pour couleurs primaires sion des portes de de l'élément d'ima- sion des portes de lumière ge aux portes de lumière ___ ___ __ ___ __ ___ __ ____ _lumière Séparation des cou- filtres dans la ma- polariseurs de couinhérent dans les leurs primaires trice de portes de leur et séparateur sources de couleur lumière de porte de lumière séparées Opérations synchrones aucune séparateur de porte sous-champsde couleur de lumière primaire d'image en couleur dans matrice de portes de lumière Image d'addition Commande d'émetteur de couleur de couleur primaire Spectre de couleur toutes les couleurs combinaisorsde deux toutes les couleurs dans le spectre de couleurs primaires dans le spectre de couleur primaire couleur primaire _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ t-fl
TABLEAU 2
Affichage à Affichage à Affichage éléments adjacents séquences synchrogate (construction à d'images filtres parallèles) Convergence de couleur Incomplète Complète Complète Nombre de portes de 3 x nombre d'éléments 1 Nombre d'éléments lumière d'image d'image Conditions de réponse 20 ms 3 ms < 2 ms des portes de lumière Intervalle de commande 30 gs 3 ms < 5 as d'une porte de lumière Multiplicateur de (P-S)(P/3-S) (P-S) _ champ/couleur primaire2 (voir figure 10a) (voir figure 10b)

Claims (15)

Revendications
1. Procédé de formation d'éléments d'image avec commande de couleur individuelle sur un écran d'affichage en couleur, utilisant au moins deux portes de lumière (10)
et un système de source de lumière (5) commun pour les por-
tes de lumière, qui émet séparément au moins deux couleurs primaires (R,G, B), comprenant:
- un système de source de lumière (5), activé sépa-
rément pour chaque couleur primaire (R,G,B) de ma-
nière à produire la source de lumière commutée qui contient les différentes composantes de couleur primaire et - des circuits de commande (1 à 4) pour commander la
transmission de chaque porte de lumière (10)de ma-
nière à obtenir l'intensité de couleur désirée, caractérisé en ce que: les composantes de couleur primaire (R,G,B) sont engendrées dans le système de source de lumière (5) dans des cycles de lumière alternés, émettant une couleur primaire à la fois, avec une fréquence de répétition d'au moins 25 Hz, et - la couleur de chaque élément d'image est engendrée par réglage de la transmission de chaque porte de
lumière (10) en synchronisme avec le cycle d'émis-
sion de couleur primaire de chaque composante de
couleur primaire dans le-rapport requis pour engen-
drer la perception d'addition de couleur désirée.
2. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que le système de source de lumière (5) est
activé séparément pour chacune des trois couleurs primai-
res (R,G,B).
3. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que la séquence de base de chaque ligne de si-
gnal vidéo est divisée par le nombre de couleurs primaires
(R,G,B),en un nombre correspondant de sous-séquences suc-
cessives (tR, tGtB), chaque sous-séquence étant elle-même divisée en cycles de fonctionnement de base (ti et ta), dont l'un (ti) est utilisé pour transférer l'information de signal vidéo à chaque porte de lumière (10) et l'autre (ta) pour activer le système de source de lumière (5) afin de produire l'impulsion de lumière de la couleur primaire
correspondante (R,G,B).
4. Procédé suivant la revendication 3, caracté-
risé en ce que les cycles de base (ti, ta) se produisent
dans chaque sous-séquence (tRtGtB) séquentiellement (fi-
gure 3a).
5. Procédé suivant la revendication 3, caracté-
risé en ce que les cycles de base (ti, ta) se produisent
dans chaque sous-séquence (tRtGtB) simultanément (figu-
re 4b).
6. Procédé suivant la revendication 3, utilisant la matrice (9) de portes de lumière, caractérisé en ce que l'information de signal vidéo est transférée à chaque porte de lumière (10) à partir du circuit de commande (2) d'entrée de données, par l'intermédiaire de lignes de colonne (cl1 cm) sous forme parallèle pour une rangée (r1 rn) à la fois.
7. Affichage en couleur, comprenant: - au moins deux portes de lumière (10) comme éléments d'affichage, - un système de source de lumière (5) à l'arrière de l'affichage, construit de façon émettre au moins deux couleurs primaires différentes (R,G,B), et - des circuits de commande (1...3) pour commander la
transmission de chaque porte de lumière (10) confor-
mément à des signaux de commande désirés, f caractérisé en ce que:
- l'affichage en couleur comprend une section de syn-
chronisation (4), construite de manière à activer à
une fréquence de répétition d'au moins 25 Hz, indivi-
duellement et séquentiellement, les couleurs primaires (R,G,B) du système de source de lumière (5) et - les circuits de commande (1,2,4) sont construits de manière à commander chaque porte de lumière (10) en synchronisme avec la section de synchronisation (4) de sorte que, lorsqu'une quelconque des sources de
couleur primaire (R,G,B) est dans l'état activé, l'in-
tensité de lumière transmise à travers la porte de lu-
mière correspondante (10) est respectivement propor-
tionnelle à la grandeur de la composante de couleur primaire dans la couleur additive, engendrée par la
porte de lumière (10).
8. Affichage en couleur suivant la revendication 7, comprenant un système de source de lumière (37,41,42)avec une source d'émission à large spectre (41,42), caractérisé en ce que la synchronisation de couleur est procurée par un filtre tournant (32) de séparation de couleur (figures 8a, 8b), placé à l'avant de la source de lumière (41,42) et, en association avec la source de lumière, engendrant les
différentes composantes de couleur primaire (R,G,B).
9. Affichage en couleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le système de source de lumière comprend des structures électroluminescentes à couche mince (23...25), superposées dans la direction d'observation, pour
émettre les couleurs primaires (R,G,B) (figures 5a,5b).
10.Affichage en couleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le système de source de lumière comprend une structure de groupes de diodes d'émission de lumière (19,20,21) pour émettre les différentes couleurs
primaires (R,G,B) (figures 4a,4b).
11.Affichage en couleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le système de source de lumière
comprend une construction fluorescente sous vide compor-
tant des zones d'émission de couleur primaire (31,32,33) pour émettre les différentes couleurs primaires (R,G,B)
(figures 6a,6b).
12. Affichage en couleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le système. de source de lumière comprend une structure de tubes fluorescents (34,35,36) ou
d'émetteurs de lumière analogues (figures 7a,7b).
13. Affichage en couleur suivant l'une quelconque
des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le champ
d'émission de couleur est homogénéisé par un diffuseur (22)
placé à l'avant des sources de lumière.
14. Affichage en couleur suivant la revendication -
7, caractérisé en ce que les éléments de porte de lumière (56,58) sont constitués par des composants discrets montés
sur une plaque de verre (51), servant de substrat conduc-
teur et de cadre structurel de l'affichage (figures 9a,9b, 9c).
15. Affichage en couleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de commande pour le pilotage d'une porte de lumière individuelle comprend une mémoire d'entrée, constituée d'un transistor à couche mince
(61) et d'un condensateurde stockage (60), pour transfé-
rer l'information d'image simultanément à tous les éléments d'image au moyen d'un signal sur une ligne d'électrode de
validation (62) commune pour tous les éléments d'image (fi-
gure 2c).
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