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WO2007116162A1 - Perfectionnements, aux afficheurs bistables a cristaux liquides nematiques - Google Patents

Perfectionnements, aux afficheurs bistables a cristaux liquides nematiques Download PDF

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WO2007116162A1
WO2007116162A1 PCT/FR2007/050965 FR2007050965W WO2007116162A1 WO 2007116162 A1 WO2007116162 A1 WO 2007116162A1 FR 2007050965 W FR2007050965 W FR 2007050965W WO 2007116162 A1 WO2007116162 A1 WO 2007116162A1
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WO
WIPO (PCT)
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voltage
line
pixel
equalization
column
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2007/050965
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English (en)
Inventor
Stéphane Joly
Christophe Body
Jean-Denis Laffitte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nemoptic SA
Original Assignee
Nemoptic SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nemoptic SA filed Critical Nemoptic SA
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Priority to US12/296,024 priority patent/US8487856B2/en
Priority to EP07731780A priority patent/EP2008265A1/fr
Priority to CN2007800208597A priority patent/CN101460990B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to the field of liquid crystal displays.
  • the present invention relates to nematic liquid crystal bistable displays.
  • the present invention is particularly applicable to bistable displays with nematic liquid crystals, anchoring breaking, two stable textures differ by a twist of about 180 °.
  • the primary object of the present invention is to improve the performance of bistable display devices.
  • a second aim is to propose an addressing principle for bistable display devices making it possible to obtain controlled and uniform gray levels throughout the display.
  • BiNem nematic liquid crystal bistable displays with anchor break, two stable textures differ by a 180 ° twist. They are described in documents [1] and [2].
  • a BiNem display consists of a chiralized nematic liquid crystal layer placed between two substrates formed of two glass slides, one "master” 30, the other "slave” 32. Electrodes line 34 and column 36, respectively disposed on each of the substrates, receive electrical control signals and allow to apply on the nematic liquid crystal an electric field perpendicular to the surfaces. Anchoring layers 38 and 40 are deposited on the electrodes. On the master blade, the anchoring 38 of the liquid crystal molecules is strong and slightly inclined, on the slave blade, the anchoring 40 is weak and flat or very slightly inclined.
  • Two bistable textures can be obtained. They differ from each other by a twist of ⁇ 180 ° and are topologically incompatible.
  • U is called a uniform or slightly twisted texture and T is a twisted texture.
  • the spontaneous pitch of the nematic is chosen substantially equal to a quarter of the thickness of the cell, to make the energies of U and T essentially equal. Without a field there is no other state with a lower energy: U and T have a true bistability.
  • the two states U and T are very different and can display black and white images with a contrast greater than 100.
  • E an almost homeotropic texture called H is obtained.
  • the anchoring is said to be "broken”: at the breaking of the electric field, the cell evolves towards one or other of the stable states U and T (see Figure 1).
  • the control signals used induce a strong flow of the liquid crystal in the vicinity of the master blade 30, the hydrodynamic coupling 42 between the master blade and the slave blade induces the texture T. Otherwise, the texture U is obtained by coupling. elastic 44, helped by the possible inclination of the weak anchor.
  • the term “switching" of a BiNem screen element will be used for the liquid crystal molecules to pass through the homeotrope (anchoring break), then to evolve towards one of the two stable states U or T at the breaking of the electric field.
  • the hydrodynamic coupling [6] between the slave blade and the master blade is related to the viscosity of the liquid crystal.
  • the hydrodynamic flow 46 is strong enough, near the slave blade 32, it inclines the molecules in the direction that induces the texture T; they turn in opposite directions on both blades.
  • the return to the equilibrium of the molecules near the slave blade is a second motor of the flow, it reinforces it and helps the homogeneous passage of the pixel in texture T.
  • the passage of the texture H under field to the texture T is obtained thanks to a flow therefore a displacement of the liquid crystal in the direction where is inclined the anchoring of the molecules on the master blade (see Figure 2).
  • the BiNem displays are most often matrix screens formed of N x M pixels, made at the intersection of perpendicular conductive strips deposited on the master and slave substrates.
  • An example of a display of 4 rows 50 and 4 columns 52 made according to the state of the art is given in FIG. 3.
  • On the row electrodes are applied sequentially the so-called excitation signals making it possible to switch the set of pixels in the line.
  • the first part of the line excitation signal makes it possible to break the anchorage on the whole of the line.
  • a signal is applied on its column. This signal makes it possible to select the final texture of this pixel, independently of the other pixels of the line.
  • the set of column signals is applied simultaneously to all the pixels of the line.
  • the display is addressed when all the lines have been successively excited.
  • the application of multiplexing signals makes it possible, by the combination of line and column signals, to select the final state of the N x M pixels of the matrix forming the display: the switching voltage applied to the pixel during the excitation time of the line forms a pulse which, in a first phase (VlL, Tl), breaks the anchoring, then in a second phase (V2L, T2) , determines the final texture of the pixel (see Figure 4).
  • VlL, Tl first phase
  • V2L, T2 the applied voltage either stops abruptly, causing a voltage drop sufficient to induce the twisted texture T, or decreases progressively, possibly by trays, and creates the uniform texture U.
  • the amplitude of the pixel voltage determining the speed of the voltage drop is generally low. It is performed by so-called “column” multiplexing signals and contains the image information. It is therefore the column voltage that allows, once the anchor "broken", to select the final texture of the pixel. The amplitude of the pixel voltages allowing the breaking of the anchorage is higher. It is performed by so-called “line” multiplexing signals and is independent of the content of the image. In the following, the lines of the electrodes of the display are used to apply the "line” signals, and columns the electrodes for the application of the "column” voltages.
  • the application of the multiplexing signals makes it possible to select the texture of all the pixels of a line, successively scanning each line of the screen, and simultaneously applying the column signals determining the state of each pixel of the excited line.
  • An example of multiplexing signals according to the state of the art is given in FIG.
  • Ln corresponds to the line n
  • C m corresponds to the column m
  • C m + i corresponds to the column m + 1
  • P (n, m) corresponds to the pixel n
  • m + i corresponds to the pixel P (n, m + 1).
  • voltage signals VlL and V2L of a duration T 1 and T 2 respectively are applied while on the column m, voltages VC of duration T c are applied.
  • the column signals are alternately positive and negative.
  • the lines of the multiplexed BiNem display are oriented perpendicular to the direction of the hydrodynamic flow.
  • This phenomenon can be used judiciously to produce a bistable display of the BiNem type with gray levels. Indeed, if the pixels operate independently, it is possible to adjust the electrical signal to switch at T part of the pixel and thus obtain shades of gray by gradual variation of the switched surface of the pixel (see Figures 6 and 7) .
  • Figure 6 comprises four parts, 6a, 6b, 6c and 6d.
  • FIG. 6a there is shown a white square 60 for which the texture of the pixel is T.
  • the black parts in FIGS. 6b, 6c and 6d (square 62, 64 and 66) correspond to the texture U.
  • Figure 6b corresponds to a level of light gray, for which the texture T in white is predominant
  • Figure 6c corresponds to a dark gray level for which the texture U is predominant and
  • Figure 6d corresponds to black (U texture).
  • FIG. 7 represents the optical state of the pixels of a 160x480 display according to the state of the art as a function of the column voltage Vc addressed.
  • the texture T pass-through is clear and the U texture is non-passing and dark.
  • the double arrow D1 represents the direction of the row electrodes.
  • control signals adapted to control the speed of the displacement of the liquid crystal and thus progressively control the extent of one of the two stable states within each of the pixels, in order to obtain levels of gray checked inside each of these.
  • the aforementioned control signals may proceed by modulation of various parameters, and in particular the voltage level of the column signals and / or the duration thereof, as shown in FIG. 8.
  • FIG. 8a shows the signals for a line L n
  • FIG. 8b represents the signals for the line L n + I
  • FIG. 8c represents the column signals Cm with a modulation of the amplitude Vc of the column signal
  • FIG. 8d represents the column signal Cm with a modulation of duration Tc of this column signal
  • FIG. 8d represents the modulation of the ⁇ Tc phase of the column signal Cm.
  • a reference electro-optical curve is defined for the BiNem displays: the optical state after switching or texture percentage T as a function of the voltage V2L (FIGS. 4 and 6).
  • the precise display of the gray levels in multiplexing is done by modulating the parameters of the column signals, in particular their level of voltage and / or their duration, in order to move along the optical response curve around the selected operating point.
  • FIG. 10 A simplified example of producing gray levels by modulating the amplitude of the voltage of the column signals around V2LD is given in FIG. 10, which comprises two parts,
  • V2L D of the operating point makes it possible to obtain, according to the electro-optical response curve, a gray level comprising 60% of texture T inside the pixel.
  • Vrmsac IV 2 (t) dt t + ⁇ t (D
  • the value of the RMS voltage before switching is variable. Indeed, if we do not use technologies of "active matrix" type based on transistors, a pixel of a given line is subject to all the voltages applied to the column where it is located. FIG. 5 shows that the pixel (n, m) at the intersection of the line n and the column m is subjected to all the voltages applied to the column m.
  • the voltage Vrmsac (n, m) also depends on the column and line times, respectively Tcrtip and T ⁇ gn e , according to the following formula (see formula 1):
  • Vrmsac (n, m) Root square root mean square RMS as seen by the pixel at the intersection of line n and column m before it is switched,
  • the value of Vrmsac typically varies between 0 volts (for example for the pixels on the first line of the screen in the scanning direction) and 3 volts.
  • Vrmsac has a constant value.
  • the voltage and duration of the column signal are adjusted according to the gray level "g" to be obtained.
  • gray level "g" there are 16 distinct voltage values
  • Tc g Each level of gray "g” thus brings its specific contribution to the voltage Vrmsac.
  • the mean square voltage applied to a given pixel before switching depends on the gray levels displayed on the previous pixels located on the same column according to the formula (2).
  • a prototype BiNem definition screen of 16 lines x 16 columns, brushed at 90 ° from the direction of the electrodes line has been realized.
  • the width of the column electrodes is about 0.27 mm, their length is about 5 mm, the isolation between columns is about 0.015 mm.
  • the width of the lines is about 0.27 mm, their length about 5 mm, the insulation between lines is about 0.015 mm.
  • the elementary pixel 80 is shown in Figure 11 which shows an enlarged view of a portion of the prototype. In this figure the direction D2 is the direction of brushing. On the assembled cell, the brushing directions of the master and slave blades are parallel.
  • the display is equipped with a rear reflector, a front polarizer and a front lighting device to work in reflective mode: the texture T is passing (it appears clear), the texture U is non-passing (it appears dark).
  • An adapted control electronics delivering 16 line signals and 16 column signals, completes the device and allows addressing in multiplex mode of the display.
  • the screen is addressed by line signals on line 4 (L4) (FIG. 12a) and by identical column signals on all of the columns 1 to 16 (FIG. 12b).
  • the applied signals are shown in Fig. 12.
  • VlL 20V;
  • T1 500 ⁇ s;
  • T2 750 ⁇ s;
  • TL 50 ⁇ s;
  • This signal makes it possible to simulate column data type pulses, similar to those actually seen by a pixel during multiplex addressing. These pulses will be called "pre-column pulses".
  • the adjustment of the voltage V ad: ⁇ thus makes it possible to directly modify the mean square voltage applied to the pixels of the line n before they are switched according to the formula:
  • Vrmsac (pixel) (4)
  • the specific RMS value of the threshold of disappearance of the texture U is variable according to the type of signals used (for example according to the values of VlL, V2L, T1, T2 ).
  • a given pixel When addressing a BiNem screen in multiplex mode, a given pixel sees a mean square voltage due to the signals sent on the column on which it is located when addressing the previous lines.
  • VlL 20V
  • V2L 6V
  • T1 500 ⁇ s
  • T2 750 ⁇ s
  • TL 50 ⁇ s
  • Tc T2
  • ie T line 1300 ⁇ s
  • Vc5 4V
  • FIG. 15 shows the switching results of the multiplexing cell according to these signals when Vci- 4 changes from -2 V to -4V. More precisely, FIG. 15 shows the effects of the Vrmsac voltage on the switching of the line 5 during a multiplex type scan by using the signals shown in FIG. 14 for three values of Vci- 4 . It is clear that the value of the voltage
  • Vrmsac applied to the pixels of line 5 during a multiplex type scan influences their response to switching signals.
  • This part shows the influence of the mean square voltage applied on a pixel before its commutation, in the case where the switching signal which is applied to this pixel takes different values VC 5 .
  • Figure 16 shows the evolution of the crossing threshold of the T texture to the texture U on a pixel of the line 5, depending on the value of the column voltage VC 5 applied thereto, and the voltage applied to Vrmsac the latter before the switching signal.
  • abscissa the value Vc5 for line 5 in Volt
  • the ordinate the texture percentage T on the pixel.
  • the pixel situated at the intersection of the line n, l ⁇ n ⁇ N, and of the column m, 1 ⁇ m ⁇ M, denoted P (n, m), has a gray level which will be noted "g (n, m)".
  • the voltage Vrmsac (n, m) 2 applied to the pixel P (n, m) is then the sum of the contributions due to the signals applied to the column m during the addressing of the lines p such that p ⁇ n.
  • Vcontrib g ( P , m ) 2 of the column signal (voltage Vc g ( P , m ) and duration Tc g ( P , m )) which was used to address this pixel
  • V / rrmmssaacc ((n, m) 2 seen by the pixel P (n) , m) is defined by the following formula
  • Line ⁇ 5 The voltage Vrmsac seen by the pixel P (n, m) then depends on the gray levels displayed on the n-1 preceding lines according to the formula:
  • a first solution to solve the limitation due to the Vrmsac voltage inherent to addressing in passive multiplexing mode of a bistable screen would be to maintain the variations of this voltage below a sufficiently low value given. It will be possible, for example, to lengthen the interlining time (and hence the Tngn e ) sufficiently that, whatever the column voltage applied, the difference between the contributions to the voltage Vrmsac of each gray level remains less than one tenth of a volt. This method has the drawback of lengthening the addressing time of an image.
  • thermotropic nematic liquid crystal mixture used is not sensitive to the absolute value of the applied voltage.
  • ⁇ is the characteristic time of reorientation of the average direction of the molecules of the liquid crystal mixture.
  • the control of the value of the mean square voltage applied to a pixel (n, m) is therefore a requirement of the nematic liquid crystal displays in the context of a "passive matrix" addressing [11].
  • the calculation of the square root of the mean square voltage applied to the pixel (n, m) takes into account, on the one hand, the differences in potentials applied via all the column signals of the column m, and d On the other hand, and contrary to the case of the bistable display, the potential difference on the line n at the time of its excitation, ie when a line signal is applied on this line.
  • the present invention proposes a bistable nematic liquid crystal matrix display device in which the average voltage, preferably the square root of the mean square voltage applied to each pixel of the display before its switching is made identical, regardless of the content of the image to be displayed.
  • the equalization of a mean voltage calculated differently is also applicable.
  • the mean square voltage at the terminals of all the pixels of each line is fixed at a constant value at the instant preceding the excitation thereof. This makes it possible to obtain a texture of the liquid crystal molecules identical to all the pixels of this line before its excitation. In this way, the present invention ensures precise control of the switching of each of the pixels of this line to the chosen texture. This is so for each line.
  • the mean squared voltage becomes zero when the whole of the bistable screen has been addressed, or when the part to be refreshed of the same screen has been assaulted.
  • Vrmsac The mean square voltage Vrmsac seen by each pixel of the display device before switching can be adjusted beyond the value imposed by the addressing signals of the columns representing the image data and independently of the latter.
  • the Vrmsac equalization signals can be applied via the column signals of the display, or via a combination of line and column signals.
  • One embodiment of the present invention consists in adding an equalization signal of the voltage Vrmsac at each line time; for example, this equalization signal is applied during the excitation time of the line, in particular at the beginning of the line excitation signal.
  • the equalization signal of the voltage Vrmsac is applied via the column signals, for each of the gray levels "g" to be reproduced in the image, a torque (column voltage Vc g / duration d 'impulse column Tc g ) to represent the image data, and a complementary torque (equalization voltage RMS Vcomp g / equalization time RMS Tcomp g ) in order to adjust the voltage Vrmsac to a value common to the entire display, noted Vrmsac *.
  • the values of the voltage and the duration of the equalization signal RMS are thus adjusted for each gray level as a function of the desired value Vrmsac *.
  • the RMS equalization signal can for example be calculated for all gray levels "g" by keeping the voltage Vcomp constant and adjusting the duration Tcomp g , or keeping the duration Tcomp constant and adjusting the voltage Vcomp g .
  • Vcomp g and Tcomp g may be varied in any way. It will also be possible to vary both Vcomp g and Tcomp g , or to vary the value of the voltage applied to all or part of the row electrodes, or a combination of these different possibilities.
  • Vrmsac * is greater than or equal to IV.
  • Another embodiment of the present invention consists of the addition of a voltage equalization signal.
  • Vrmsac all p lines, with p> 1.
  • the equalization signal is applied during the excitation time of the line in question (one line every p lines), for example at the beginning of the line excitation signal.
  • the Vrmsac equalization signal via the column signals can be performed while no physical line of the screen is addressed, when addressing so-called "virtual" lines.
  • the excitation signal of the line is bipolar, so as to limit the average voltage seen by the pixel in order to avoid the electrochemical degradations of the liquid crystal, and the equalization signal is applied during the first polarity of the signal; line excitation.
  • the present invention proposes to control the mean square value applied to each pixel of a bistable display before switching to a constant value at a given temperature. The present invention is totally different from what is practiced for standard displays
  • TN and STN for example.
  • the square root of the RMS voltage must take into account the potential difference applied to the selected line.
  • a constant mean square voltage across a pixel is equivalent to obtaining a state that is always identical on the pixel considered.
  • a first advantage of the regulation of the square root of the mean square voltage applied to each pixel of the display device before it is switched is to clearly improve the uniformity of the image. Any variation of the switching thresholds due to Vrmsac voltage variations from one pixel to another on the same column is indeed controlled.
  • Another advantage of the present invention is that it is not necessary to lengthen the addressing time of a line to obtain a faithful reproduction of the gray levels.
  • Another advantage of the present invention is its simplicity of implementation. Indeed, the regulation of the square root of the mean square voltage seen by each pixel of the display device before its switching does not require additional image memory, or taking into account the image information of the preceding lines or the previous frame .
  • the invention thus generally relates to a method of addressing a bistable nematic liquid crystal matrix screen having two stable textures without an applied electric field, this screen comprising two substrates between which the liquid crystal is arranged, the first substrate comprising row-addressing electrodes and the second substrate comprising column-addressing electrodes, the addressing of the pixels being of the passive multiplex type, the rows being addressed one by one while all the columns are addressed simultaneously during the time excitation of each line, the switching of each pixel from one state to another being controlled by a switching voltage applied between the substrates at the pixel corresponding to the moment of its switching.
  • the method according to the invention is characterized in that an electric voltage applied between the substrates for each pixel is chosen such that a time average value of this voltage, preferably the root mean square value, from the beginning of the command displaying the image until the instant immediately preceding the switching, has a predetermined value independent of the information to be displayed, which is the same for all the pixels of the image.
  • the average electrical voltage is at least equal to the maximum average electrical voltage that can be obtained with the display of the uniform gray level giving the highest contribution to the average voltage considered.
  • At least one equalization pulse is applied to the column corresponding to the pixel that is to be switched. In this case, according to one embodiment, to obtain the same predetermined value of the average voltage at each line, at least one equalization pulse is provided for each line.
  • the at least one equalization pulse is applied to the column corresponding to the pixel during the excitation of the line of the corresponding pixel.
  • a selection pulse of the desired texture is applied to the column corresponding to the pixel, which is preceded by at least one equalization pulse, the selection pulse and the at least one equalization pulse having voltages such that the average corresponds to the predetermined average voltage value.
  • the equalization pulse is, for example, applied during the excitation of the line of the pixel to be switched, in particular at the beginning of the excitation of the line of the pixel to be switched.
  • the line excitation signal has two successive portions of different polarities and the equalization signal is applied during the first part of the excitation signal.
  • the at least one equalization pulse is applied to the column corresponding to the pixel during the excitation of a line preceding that of the corresponding pixel.
  • the equalization pulses are applied during the excitation of a line on p, where p is a predetermined number greater than 1.
  • the at least one equalization pulse is applied between the excitation signals of two consecutive lines, this equalization pulse being thus applied in the absence of signals. of line excitation.
  • the equalization pulses are applied in a period corresponding to the period separating a predetermined number p 'of lines.
  • at least one equalization pulse is applied to the columns prior to the excitation signal of the first line.
  • the desired average value of the voltage on each pixel, immediately before the switching of this pixel is obtained by choosing the amplitude and / or the duration of the equalization pulses applied periodically.
  • this determined number of pixels is subjected to equalization pulses.
  • the respective twists of the two stable textures of the liquid crystal differ by about plus or minus 180 °.
  • the first texture is uniform or slightly twisted.
  • the invention also relates to a display device using the addressing method defined above and comprising a bistable nematic liquid crystal matrix screen, this screen comprising two substrates between which the liquid crystal is arranged, the first substrate having row addressing electrodes and the second substrate having column addressing electrodes.
  • FIG. 1 shows the operating principle of a BiNem type display
  • FIG. 2 represents the hydrodynamic flow present in the cell during a sudden interruption of the electric field
  • FIG. 3 represents a BiNem display 4 rows x 4 columns in accordance with the state of the art
  • FIG. 4 shows the control signals for the simultaneous switching of the pixels of the same line
  • FIG. 5 shows the signals used for the multiplexing of a BiNem screen
  • FIG. 6 shows the principle of producing gray levels according to the state of the art
  • FIG. 7 shows the optical state of the pixels of a 160x480 display according to the state of the art as a function of the column voltage Vc addressed;
  • FIG. 8 represents an example of modulation of the parameters of the column signal for the realization of gray levels by "curtain effect" according to the state of the art,
  • FIG. 9 represents an example of an electro-optical curve of a BiNem display
  • FIG. 10 shows the principle of obtaining gray levels along the electro-optical curve of a BiNem display by modulation of the amplitude of the column voltages
  • FIG. 11 shows the switching of the pixels in multiplex mode with a BiNem display
  • FIG. 12 shows the signals applied on the columns and on the line 4 of the 16 ⁇ 16 prototype
  • FIG. 13 shows the effects of the voltage Vrmsac on the switching of the line 4, using the signals of FIG. 12,
  • FIG. 14 shows the signals used for a multiplex type scan
  • FIG. 15 shows the effects of the Vrmsac voltage on the switching of line 5 during a type scan. multiplexed using the signals described in FIG. 14, for 3 values of Vci- 4 ,
  • FIG. 16 shows the evolution of the switching thresholds T-> U as a function of the voltage Vrmsac seen by the pixel,
  • FIG. 17a shows an example of an addressing scheme implementing the equalization of the Vrmsac voltage according to one embodiment of the invention, where the equalization column pulse is inserted all the lines;
  • FIG. 17b shows an example of an addressing scheme implementing the Vrmsac voltage equalization according to an embodiment of the invention, wherein the equalization column pulse is inserted all the lines and the excitation signal of the line is bipolar,
  • FIG. 18 shows an example of implementation of the equalization of the Vrmsac voltage according to an embodiment of the invention on a BiNem 160x160 display in multiplex mode
  • FIG 2 shows an example of addressing implementing the equalization of the voltage Vrmsac diagram according to still another embodiment of the invention wherein the pulse equalization column is inserted in virtual lines, with a virtual line all the 3 physical lines,
  • FIG. 19 shows an example of implementation of the equalization of the voltage Vrmsac according to the invention by the addition of virtual lines and pre-taps columns before the first line of the scan
  • FIG. 20 shows an example of a result of the implementation of the equalization of the voltage Vrmsac according to the invention
  • FIG. 21 shows an example of nonuniformity of a gray level independent of the Vrmsac equalization
  • FIG. 22 shows the effect of the increase of the voltage Vrmsac in zone A according to the invention.
  • Vrmsac (max) is defined as the maximum Vrmsac voltage that is obtained by displaying the gray level that gives the highest contribution to the Vrmsac voltage.
  • Vcomp a compensation or equalization voltage.
  • Tcomp g (Vrmsac * 2, line - Vc g 2 .Tc g ) / Vcomp 2 (11)
  • the voltage Vcomp can be chosen equal to any value that allows complete equalization of the voltage Vrmsac for all gray levels.
  • Vrms g 2 the contribution to the total square Vrmsac voltage provided by the column signals corresponding to each of the gray levels
  • Vrms g 2 (Vc g 2, Tc g / line) + (Vcomp 2. Tcomp g / line)
  • Vc g 2, Tc g / line [Vcomp 2 . (Vrms * 2. Line - Vc g 2 .Tc g ) / Vcomp 2 /
  • the signal applied to a column of the display is therefore, for each line, composed of two parts: a "useful" part which serves to select the gray level to be displayed, and a part of equalization of the voltage Vrmsac to standardize its value on the entire display.
  • part A shows the variation of the line voltage as a function of time t
  • Parts C and D show an equalization pulse 84 2 and 84 3 for gray levels respectively "s” and "t”, and a column pulse respectively 86 2 and 86 3 imposing gray levels.
  • "S” for pulse 86 2 and "t” for pulse 86 3 It will be noted that in part B concerning line 1, there is no equalization pulse for the level "h".
  • part E shows the signal seen by the pixels of line 3.
  • This signal is equal to Vlign - Vcolonne line 3.
  • the variant shown in Figure 17b is similar to that shown in Figure 17a; it is distinguished by the fact that the line excitation signal is bipolar as shown in part A of Figure 17b.
  • the other parts B, C, D, E correspond to the parts of the same references in FIG. 17a.
  • equalization pulses 84 2 and 84 3 and pulses 86 2 and 86 3 are provided to impose the gray levels, respectively "s" and "t".
  • Vrmsac (max) is equal to 1.5 V and obtained for gray 0 or 7.
  • Vcomp 3V
  • the voltage Vc g to be applied to the columns to obtain the gray level g is determined experimentally.
  • the Vrmsac EQ column pulse is inserted at each line time.
  • the position of the Vrmsac equalization column pulse may be chosen anywhere during the line time, provided that it does not overlap the selection column signal representing the image data.
  • the equalization column signal is applied near the beginning of the line excitation signal, as shown in FIGS. 17a and 17b.
  • the voltage Vcomp (or more generally the voltages Vcomp g for each gray level) may for example be chosen equal to the maximum voltage allowed by the column drivers (which will be called Vdriver_ma ⁇ ). However, it will be noted that, depending on its position , the column signal due to Vcomp may interfere with the signals dedicated to the addressing. This is the case if it is located at the beginning of the line signal, during the anchor breaking phase (VlL, Tl). It is understood that when the voltage Vcomp is present on the columns, the liquid crystal is subjected to a total voltage equal to the difference between Vligne and Vcomp.
  • Vcomp g , Tcomp g the total absolute voltage seen by a pixel is greater than the voltage of anchor break represented by VlL.
  • I Vcomp I is the absolute value of Vcomp.
  • Vrmsac equalization signals in order to limit the effects of migration of electric charges within the liquid crystal, and thus to increase the lifetime of the display.
  • This embodiment is particularly desirable in the case of a high rate display, for example to display video.
  • the alternating mode of the polarity of the Vrmsac equalization column pulses may be chosen, according to the state of the art, at each frame, at each line, or according to any time period.
  • the excitation signal of the line may be bipolar, so as to limit the average voltage seen by the pixel, in order to avoid electrochemical degradation of the liquid crystal, and the equalization signal is applied during the first polarity of the line excitation signal, as shown in FIG. 17b.
  • the shape of the first polarity is not limited to the shape shown in Figure 17b, for example a two-plate form is also possible.
  • the dimensions of the pixels are identical to those of the previously described prototype.
  • FIG. 18a shows the image obtained when the equalization of the voltage Vrmsac is not activated: it is observed that the transition to the texture T is not complete. All lines theoretically to be 100% T (clear) have a non-zero and variable proportion of texture U, in the form of small dark bands.
  • FIG. 18b shows the image obtained when the equalization of the voltage Vrmsac according to the invention is activated. We choose :
  • the equalization column pulse is inserted every p lines.
  • Figure 18i shows the implementation of Vrmsac equalization according to this option.
  • p 4: nothing is inserted when addressing the lines n, n + 1, n + 2, then the equalization signal is inserted in the column signal during the addressing of line n + 3, and so on until the last line.
  • the pulses 92 and 94 are column pulses for compensation of the voltage Vrmsac.
  • the parameters of the equalization voltage are different because they are calculated taking into account the contributions of the column voltages on p lines and not for a line.
  • the first option previously described makes it possible to equalize the mean square voltage applied to the pixels prior to the application of the line selection signal. It relies on the addition of pulses on the columns at times such that they do not interfere with the "useful" impulses (the image information). This technique becomes tricky when the addressing time of a line is comparable to the duration of the texture selection column signal. In this case, it is impossible to overlay the influence of the selection pulse with that of the equalization pulse.
  • a third option is to use the addressing time of a line to apply to the columns an equalizing voltage of Vrmsac, and not applying any line selection voltage during this line period.
  • This technique amounts to addressing a "virtual" line (with an equalization voltage) for each block of p physical lines, p> 1.
  • the lines L n + 3 and L n + 7 are virtual.
  • the advantage of this embodiment is also to make possible the equalization of the Vrmsac value of the voltage applied to the pixels before the application of a switching signal, even in cases where the line period is less than the sum of the durations the selection pulse and the equalization pulse.
  • a disadvantage of this embodiment is to lengthen the refresh time of the entire screen by a duration proportional to the refresh time of a line and the ratio of the number of lines of a block p to the total number of lines of the screen.
  • pre-pulses applied before the excitation of the first line of a display is partly a function of this method.
  • Vcomp g 2 (Vrmsac * 2, line - Vc g 2 .Tc g ) / Tcomp (14)
  • This embodiment may be more judicious for a simplified control of the management of the column drivers.
  • This mode is compatible with the various options previously described: insertion of the equalization all the lines, all the p lines, or during virtual lines.
  • Variant 3 Adjustment of the voltage Vrmsac seen by the pixels of the display to a value Vrmsac *> Vrmsac (max)
  • the maximum value present in the image data is used as the chosen value Vrmsac *. It is possible to adjust this value to a higher Vrmsac * voltage. An advantage of doing so is to control the position of the switching threshold from the T to the U to optimize the quality of the display.
  • Vrmso is a freely chosen value for fitting Vrmsac *.
  • the rest of the calculations are then identical to the one given by the formula (11) in the case of an adjustment to constant Vcomp, or to the formula (14) in the case of an adjustment to constant Tcomp.
  • This mode is compatible with the various options previously described: insertion of the equalization all the lines, all the p lines, or during virtual lines.
  • Variant 4 Equalization of the RMS voltage seen by the pixels of the first addressed lines
  • the first line of the screen sees a zero voltage prior to the application of the switching signal, even when the equalization of RMS is used.
  • the column pre-impulsions have a temporal distribution such that they correspond to virtual lines before the first line of the image, with a period equal to Tii gne .
  • the values of the voltages and times of the column signals applied during these virtual lines can be taken as values identical to those of the first line, or any other value which would be suitable for the desired image quality.
  • the virtual lines can be replaced by a single column pre-pulse of a duration and a voltage adapted to the desired voltage value.
  • Figure 20 shows the result on the beginning of the display of a display of 160 lines by 160 columns as described above.
  • the signals used are the same as those in FIG. 18.
  • the reference 100 corresponds to the beginning of the display of the lines.
  • the first lines of the display do not receive any equalization signal. We note that they do not have a 100% T texture as expected but have a non-zero proportion of parasitic U (dark) texture.
  • the first lines of the display receive an equalization signal of 10 column prepulses. There is a decrease in the proportion of parasitic U texture.
  • the first lines of the display receive an equalization signal of 20 column prepulses.
  • the proportion of parasitic U texture has become almost zero.
  • RMS equalization pre-pulses before the start of the display can also be performed via the row electrodes.
  • the first lines of the display may selectively receive the RMS equalization signals before starting to scan the image.
  • Variant 5 case of a partial refreshing of the image
  • the principle of equalizing the RMS before the start of the scan can be extended to the case of a partial refresh of the image.
  • This mode is compatible with the various options previously described: insertion of the equalization all the lines, all the p lines, or during virtual lines.
  • the local value of the left and right operating points of a BiNem type display may differ from one pixel to another in the case, for example, of non-uniformity of the anchor layers due to poor control of the parameters. deposition or brushing. It can also be affected by gap variations of the cell (due for example to particles).
  • zone A a zone darker corresponding to pixels having a texture amount T less than that desired.
  • This nonuniformity can be due to poor control of the manufacturing parameters of the display.
  • a solution to remedy this non-uniformity may then consist of a modification of the voltage RMS Vrmsac A * seen by the pixels of the zone A (in the case of this example it will take Vrmsac A *> Vrmsac *), using the regulation RMS voltage according to the invention, so as to change the switching threshold of the pixels of the zone A to values of voltage and column time compatible with those of the rest of the display (see Figure 22).
  • the column voltage Vc is on the abscissa, and on the ordinate the texture percentage T.
  • the gray level in zone A is indicated by reference 116 and the desired gray level "g" in numeral 118.
  • the RMS voltage seen by a pixel of the display depends on the column signals which were used to address the pixels of the preceding lines located on the same column. It is typically necessary to take into account from ten to twenty previous lines to evaluate the RMS voltage seen by a pixel at the time of its switching.
  • the regulation of the RMS voltage Vrmsac A * in a given area A of the display such as Vrmsac A * ⁇ Vrmsac * (Vrmsac * being the equalized RMS voltage according to the invention for the pixels of the remainder of the display), in using the means of the invention, can be done in the continuity of the display, providing a gradual variation of the RMS voltage Vrmsac * to Vrmsac A *.
  • it will be done by introducing virtual lines. Precise control of the switching thresholds on the entire display is thus allowed, with a slight increase in the refresh time of an image.

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Abstract

L' invention concerne un procede d'adressage d'un ecran matriciel a cristal liquide nematique bistable presentant deux textures stables sans champ electrique applique. L'adressage des pixels est de type multiplexe passif. Le procede est tel qu'on choisit Ia valeur de Ia tension electrique appliquee entre les substrats pour chaque pixel de fa?on telle qu'une valeur moyenne de cette tension, de preference Ia valeur quadratique moyenne, depuis Ie debut de Ia commande d'affichage de 1' image jusqu'a 1' instant precedant immediatement Ia commutation, presente une valeur predeterminee et independante de 1' information a afficher, qui est Ia meme pour tous les pixels de 1' image. De preference, pour obtenir Ia valeur predeterminee de Ia tension moyenne on applique au moins une impulsion d' egalisation (842, 843) sur Ia colonne correspondant au pixel que l'on souhaite commuter.

Description

PERFECTIONNEMENTS AUX AFFICHEURS BISTABLES A CRISTAUX LIQUIDES
NEMATIQUES
Domaine
La présente invention concerne le domaine des afficheurs à cristaux liquides.
Plus précisément la présente invention concerne les afficheurs bistables à cristaux liquides nématiques. La présente invention s'applique en particulier aux afficheurs bistables à cristaux liquides nématiques, à cassure d'ancrage dont deux textures stables diffèrent par une torsion d'environ 180°.
But de l'invention
Le but premier de la présente invention est d'améliorer les performances des dispositifs d'affichage bistables.
Un second but est de proposer un principe d'adressage des dispositifs d'affichage bistable permettant l'obtention de niveaux de gris maîtrisés et uniformes sur l'ensemble de l'afficheur.
Ces deux résultats sont obtenus par l'utilisation de signaux d'adressage qui permettent d'uniformiser les seuils de passage d'une texture à l'autre sur l'ensemble du dispositif d'affichage. Etat de la technique
Dispositifs à bistables à cristaux liquides nématiques
Plusieurs dispositifs bistables à cristaux liquides nématiques ont déjà été proposés.
L'un d'eux auquel s'applique tout particulièrement la présente invention est connu sous la dénomination "BiNem" . Ces afficheurs BiNem sont des afficheurs bistables à cristal liquide nématique à cassure d'ancrage dont deux textures stables diffèrent par une torsion de 180°. Ils sont décrits dans les documents [1] et [2] .
Un afficheur BiNem, selon ce procédé est constitué d'une couche de cristal liquide nématique chiralisé placée entre deux substrats formés de deux lames de verre, l'une "maître" 30, l'autre "esclave" 32. Des électrodes ligne 34 et colonne 36, disposées respectivement sur chacun des substrats, reçoivent des signaux électriques de commande et permettent d'appliquer sur le cristal liquide nématique un champ électrique perpendiculaire aux surfaces. Des couches d'ancrage 38 et 40 sont déposées sur les électrodes. Sur la lame maître, l'ancrage 38 des molécules de cristal liquide est fort et légèrement incliné, sur la lame esclave, l'ancrage 40 est faible et à plat ou très légèrement incliné .
Deux textures bistables peuvent être obtenues . Elles diffèrent entre elles par une torsion de ±180° et sont topologiquement incompatibles . On dénomme U une texture uniforme ou faiblement tordue et T une texture tordue. Le pas spontané du nématique est choisi sensiblement égal au quart de l'épaisseur de la cellule, pour rendre les énergies de U et T essentiellement égales. Sans champ il n'existe aucun autre état avec une énergie plus basse : U et T présentent une vraie bistabilité.
Optiquement, les deux états U et T sont très différents et permettent d'afficher des images en noir et blanc avec un contraste supérieur à 100. Sous fort champ électrique E une texture presque homéotrope dénommée H est obtenue. Sur la surface esclave 40, les molécules sont normales à la plaque au voisinage de sa surface, l'ancrage est dit « cassé »: à la coupure du champ électrique, la cellule évolue vers l'un ou l'autre des états stables U et T (voir figure 1) . Lorsque les signaux de commande utilisés induisent un fort écoulement du cristal liquide au voisinage de la lame maître 30, le couplage hydrodynamique 42 entre la lame maître et la lame esclave induit la texture T. Dans le cas contraire, la texture U est obtenue par couplage élastique 44, aidé par l'inclinaison éventuelle de l'ancrage faible . Dans la suite on désignera par « commutation » d' un élément d'écran BiNem le fait pour les molécules de cristal liquide de passer par l'homéotrope (cassure d'ancrage), puis d'évoluer ensuite vers un des deux états stables U ou T à la coupure du champ électrique.
Le couplage hydrodynamique [6] entre lame esclave et lame maître est lié à la viscosité du cristal liquide. A l'arrêt du champ, le retour à l'équilibre des molécules ancrées sur la lame maître crée un écoulement près de celle-ci. L'écoulement se propage dans toute l'épaisseur de la cellule en moins d'une microseconde .
Si l'écoulement hydrodynamique 46 est assez fort, près de la lame esclave 32, il y incline les molécules dans la direction qui induit la texture T; elles tournent en sens inverse sur les deux lames. Le retour à l'équilibre des molécules près de la lame esclave est un deuxième moteur de l'écoulement, il le renforce et aide au passage homogène du pixel en texture T. Ainsi le passage de la texture H sous champ à la texture T est obtenu grâce à un écoulement donc un déplacement du cristal liquide dans la direction où est incliné l'ancrage des molécules sur la lame maître (voir figure 2) .
Le couplage élastique entre les deux lames donne une très légère inclinaison des molécules près de la lame esclave, dans la texture H sous champ; même si le champ appliqué tend à les orienter perpendiculairement aux lames. En effet l'ancrage fort incliné de la lame maître maintient inclinées les molécules adjacentes. L'inclinaison près de la lame maître est transmise par l'élasticité d'orientation du cristal liquide jusqu'à la lame esclave; sur celle-ci la force de l'ancrage et une éventuelle inclinaison de celui-ci amplifie l'inclinaison des molécules. [7]. Quand à l'arrêt du champ, le couplage hydrodynamique est insuffisant pour lutter contre l'inclinaison résiduelle des molécules près de la lame esclave, les molécules près des deux lames reviennent à l'équilibre en tournant dans le même sens : la texture U est obtenue . Ces deux rotations sont simultanées, elles induisent des écoulements en sens inverse qui se contrarient. Le débit total est presque nul. Il n'y a donc pas de déplacement global du cristal liquide pendant le passage de la texture H à la texture U.
Les afficheurs BiNem sont le plus souvent des écrans matriciels formés de N x M pixels, réalisés à l'intersection de bandes conductrices perpendiculaires déposées sur les substrats maître et esclave. Un exemple d'un afficheur de 4 lignes 50 et 4 colonnes 52 réalisé selon l'état de l'art de la technique est donné figure 3. Sur les électrodes lignes sont appliquées séquentiellement les signaux dits d'excitation permettant de faire commuter l'ensemble des pixels de la ligne. La première partie du signal d'excitation ligne permet de casser l'ancrage sur l'ensemble de la ligne. Pendant la deuxième partie du signal d'excitation ligne, pour chaque pixel de la ligne un signal est appliqué sur sa colonne. Ce signal permet de sélectionner la texture finale de ce pixel, indépendamment des autres pixels de la ligne. L'ensemble des signaux colonnes est appliqué simultanément à l'ensemble des pixels de la ligne. L'afficheur est dit adressé quand toutes les lignes ont été successivement excitées. Ainsi, l'application de signaux de multiplexage permet, par la combinaison de signaux ligne et colonne, de sélectionner l'état final des N x M pixels de la matrice formant l'afficheur : la tension de commutation appliquée au pixel pendant le temps d'excitation de la ligne forme une impulsion qui, dans une première phase (VlL, Tl), casse l'ancrage, puis dans une seconde phase (V2L, T2) , détermine la texture finale du pixel (voir figure 4) . Typiquement, à la demande, pendant cette seconde phase, la tension appliquée soit s'arrête brusquement en provoquant une chute de tension suffisante pour induire la texture tordue T, soit descend progressivement, éventuellement par plateaux, et crée la texture uniforme U. L'amplitude de la tension pixel déterminant la rapidité de la chute de tension est généralement faible. Elle est réalisée par des signaux de multiplexage dits «de colonne » et contient l'information d'image. C'est donc la tension colonne qui permet, une fois l'ancrage « cassé », de sélectionner la texture finale du pixel. L'amplitude des tensions pixels permettant la cassure de l'ancrage est plus élevée. Elle est réalisée par des signaux de multiplexage dits «de ligne» et est indépendante du contenu de l'image. Dans la suite, on appelle lignes les électrodes de l'afficheur permettant d'appliquer les signaux «de ligne», et colonnes les électrodes permettant l'application des tensions «de colonne». L'application des signaux de multiplexage permet de sélectionner la texture de tous les pixels d'une ligne, en balayant successivement chaque ligne de l'écran, et en appliquant simultanément les signaux colonnes déterminant l'état de chaque pixel de la ligne excitée. Un exemple de signaux de multiplexage selon l'état de la technique est donné figure 5.
Sur cette figure Ln correspond à la ligne n, Cm correspond à la colonne m, Cm+i correspond à la colonne m+1 et P(n,m) correspond au pixel n,m et Pn,m+i correspond au pixel P(n,m+1). Sur chaque ligne, on applique des signaux de tensions VlL et V2L d'une durée respectivement Tl et T2 tandis que sur la colonne m on applique des tensions VC de durée Tc. Les signaux de colonne sont alternativement positifs et négatifs . Selon un mode préférentiel, les lignes de l'afficheur BiNem multiplexe sont orientées perpendiculairement à la direction de l'écoulement hydrodynamique.
Lorsque la commutation se fait sur des pixels de faibles dimensions, (typiquement dans le cas d'un afficheur
BiNem, les pixels ont quelques centaines de micromètres de côté) il apparaît une inhibition de la sélection de la texture T aux bordures des pixels suivant la direction de l'écoulement du cristal liquide. Ce phénomène est interprété comme un ralentissement de l'écoulement du cristal liquide aux limites du pixel au cours de la commutation en T. [9] .
Dans le cas d'un adressage en mode multiplexe sur un afficheur bistable de type BiNem, on peut observer une texture U sur les bords du pixel dans la direction D2 du brossage (figure 3) .
Ce phénomène peut être judicieusement utilisé pour réaliser un afficheur bistable de type BiNem à niveaux de gris . En effet, si les pixels fonctionnent indépendamment, il est possible d'ajuster le signal électrique pour faire commuter en T une partie du pixel et obtenir ainsi des teintes de gris par variation progressive de la surface commutée du pixel (voir figures 6 et 7) .
La figure 6 comprend quatre parties, 6a, 6b, 6c et 6d.
Sur la figure 6a, on a représenté un carré blanc 60 pour laquelle la texture du pixel est T. Les parties en noir sur les figures 6b, 6c et 6d (carré 62, 64 et 66) correspondent à la texture U.
La figure 6b correspond à un niveau de gris clair, pour laquelle la texture T en blanc est prédominante ; La figure 6c correspond à un niveau de gris foncé pour laquelle la texture U est prédominante et ;
La figure 6d correspond au noir (texture U) .
La figure 7 représente l'état optique des pixels d'un afficheur 160x480 selon l'état de l'art en fonction de la tension colonne Vc adressée. Sur cette figure 7 la texture T passante est claire et la texture U est non passante et sombre. La double flèche Dl représente la direction des électrodes lignes .
En utilisant une configuration optimale de la direction de brossage de la lame esclave vis à vis de l'orientation des électrodes de ligne, on obtient deux domaines distincts à l'intérieur d'un même pixel: un domaine T et un domaine U, séparés par une frontière unique, généralement rectiligne. La taille élevée des domaines donne une stabilité optimale. Le contrôle de la position de cette frontière dans le pixel détermine ainsi un ensemble de niveaux de gris . Les moyens mis en œuvre à cette fin sont décrits dans les documents [9] et [10].
Ils comprennent l'application de signaux de commande adaptés pour contrôler la vitesse du déplacement du cristal liquide et contrôler ainsi progressivement l'étendue de l'un des deux états stables à l'intérieur de chacun des pixels, afin d' obtenir des niveaux de gris contrôlés à l ' intérieur de chacun de ceux-ci. Les signaux de commande précités peuvent procéder par modulation de différents paramètres, et notamment le niveau de tension des signaux de colonne et/ou la durée de ceux-ci, comme montré sur la figure 8.
Ainsi la figure 8a représente les signaux pour une ligne Ln, la figure 8b représente les signaux pour la ligne Ln+I, la figure 8c représente les signaux de colonne Cm avec une modulation de l'amplitude Vc du signal de colonne, la figure 8d représente le signal de colonne Cm avec une modulation de durée Tc de ce signal de colonne et la figure 8d représente la modulation de la phase ΔTc du signal de colonne Cm.
Dans le cas d'un afficheur a niveau de gris, il est important que l'état optique final de chaque pixel, défini par le rapport entre la surface occupée par la texture t et la surface totale du pixel, puisse être contrôle précisément pour chacun des pixels de l'écran. Faute de quoi, l'uniformité d'affichage d'une image pour un niveau de gris donne laisserait a désirer (une formulation équivalente serait de dire que le nombre de niveaux de gris distincts effectivement disponibles serait réduit) . Par exemple, pour réaliser 8 niveaux de gris distincts sur un pixel il est important de pouvoir contrôler la position de la frontière entre les zones u et t avec une précision minimale de 100/8 = 12.5% de la surface du pixel. Typiquement, si le pixel est un carre de cote de dimension égale a 200 μm, il est indispensable de contrôler la position de la frontière avec une précision d'au minimum 25 μm.
Limitations présentées par les afficheurs BiNem réalisés selon l'état de la technique Réalisation de niveaux de gris en mode multiplexe
On définit pour les afficheurs BiNem une courbe électro-optique de référence : l'état optique après commutation ou pourcentage de texture T en fonction de la tension V2L (figures 4 et 6) . Cette courbe de référence (effectuée avec une tension appliquée aux colonnes de valeur nulle Vc=O) illustrée sur la figure 9, fournit des indications sur les paramètres à utiliser pour le multiplexage de l'afficheur.
En abscisse de cette figure 9 on a porté la tension V2L et en ordonnée le pourcentage de texture T. On observe la présence de deux points de fonctionnement possible V2LG (gauche) et V2LD (droite) . L'homme de l'art comprend en effet qu'en faisant évoluer la tension V2L respectivement d'un côté ou de l'autre de ces 2 points de fonctionnement V2LG et V2LD, le pourcentage de texture T évolue rapidement entre 100% et 0%, respectivement 0% et 100%.
L'affichage précis des niveaux de gris en multiplexage se fait en modulant les paramètres des signaux colonnes, notamment leur niveau de tension et/ou leur durée, afin de se déplacer le long de la courbe de réponse optique autour du point de fonctionnement choisi.
Un exemple simplifié de la réalisation de niveaux de gris en modulant l'amplitude de la tension des signaux colonnes autour de V2LD est donné figure 10, qui comprend deux parties,
10a et 10b. Sur la première partie (figure 10a) on a représenté en ordonnées la tension de ligne Ul en volt et, en abscisses, vers la droite, le temps t et sur la gauche le pourcentage de texture T. Sur la gauche de ce diagramme de la figure 10a la courbe 70 constitue la courbe électro-optique et le point 72 est un point de fonctionnement tel que Vc = 0 volts, soit 50% de texture T.
Sur la seconde partie, 10b, on a porté en ordonnées la tension colonne Vc, en volt V, et en abscisses sur la droite le temps t et, sur la gauche, comme sur la figure 10a, le pourcentage de texture T.
Une tension colonne Vci qui se retranche à la valeur
V2LD du point de fonctionnement permet d'obtenir, suivant la courbe de réponse électro-optique, un niveau de gris comprenant 60% de texture T à l'intérieur du pixel. On obtient de même 30% ou 90% de texture T avec, respectivement, les tensions colonnes
Vck et Vcj .
Influence de la tension quadratique moyenne PMS Sur les cellules BiNem, on observe une dépendance de la valeur des points de fonctionnement en fonction de la tension moyenne appliquée au pixel avant qu' il ne reçoive les signaux de commutation, et particulièrement en fonction de la racine carrée de la valeur quadratique moyenne (ou tension RMS pour « Root Mean Square ») de la tension appliquée au pixel avant sa commutation que nous appellerons Vrmsac, définie par : t+δt
Vrmsac = I V2(t)dt t+δt (D
Jdt En effet, la valeur de la tension RMS avant commutation définie précédemment détermine la texture du cristal liquide dans le pixel considéré avant sa commutation. Comme nous allons le montrer cette texture initiale influence directement la courbe électro optique obtenue pour le pixel considéré.
Dans un adressage passif multiplexe, tel que décrit dans l'état de l'art, la valeur de la tension RMS avant commutation est variable. En effet si on ne fait pas appel aux technologies de type « matrice active » à base de transistors, un pixel d'une ligne donnée est soumis à l'ensemble des tensions appliquées sur la colonne où il est situé. La figure 5 montre en effet que le pixel (n,m) à l'intersection de la ligne n et de la colonne m est soumis à l'ensemble des tensions appliquées sur la colonne m. La racine carrée de la tension quadratique moyenne Vrmsac(n,m) appliquée sur ce pixel avant sa commutation, c'est à dire avant l'excitation de la ligne à laquelle il appartient, dépend notamment des tensions Vcmp appliquées sur la colonne m lors de l'adressage des p lignes précédant celle du pixel considéré, tel que p<n. La tension Vrmsac(n,m) dépend également des temps colonne et ligne, respectivement Tcrtip et Tϋgne, selon la formule suivante (cf. formule 1) :
Vrmsac(n, m) =
Figure imgf000012_0001
= Racine carrée de la tension quadratique moyenne RMS vue par le pixel à l'intersection de la ligne n et de la colonne m avant sa commutation,
où Tiigne est le temps d'adressage d'une ligne (tel que défini sur la figure 8), soit : Tligne= Tl + T2 + TL. La valeur de Vrmsac varie typiquement entre 0 Volts (par exemple pour les pixels situés sur la première ligne de l'écran dans le sens du balayage) et 3 Volts.
Dans le cas particulier d'un adressage en noir et blanc, on n'utilise généralement que deux possibilités de signaux colonnes, qui ont la même durée Tc et une valeur de tension absolue égale Vc (une alternance est positive, l'autre négative) . Vrmsac se simplifie alors suivant la formule (3) :
Vrmsac (3)
Figure imgf000013_0001
Dans ce cas particulier Vrmsac a une valeur constante.
Dans le cas d'un adressage visant à obtenir des niveaux de gris, la tension et la durée du signal colonne sont ajustées en fonction du niveau de gris «g » à obtenir. Pour 16 niveaux de gris, il existe donc 16 valeurs distinctes de tension
Vcg et/ou 16 valeurs distinctes de durée de l'impulsion colonne
Tcg. Chaque niveau de gris « g » apporte ainsi sa contribution spécifique à la tension Vrmsac. La tension quadratique moyenne appliquée à un pixel donné avant sa commutation dépend donc des niveaux de gris affichés sur les pixels précédents situés sur la même colonne suivant la formule (2) .
Influence de la tension Vrmsac sur la commutation des pixels d'une ligne isolée
Un prototype d'écrans BiNem de définition de 16 lignes x 16 colonnes, brossé à 90° de la direction des électrodes ligne a été réalisé. La largeur des électrodes colonne est d'environ 0.27 mm, leur longueur est d'environ 5 mm, l'isolement entre colonnes est d'environ 0.015 mm. La largeur des lignes est d'environ 0.27 mm, leur longueur environ 5 mm, l'isolement entre lignes est d'environ 0.015 mm. Le pixel élémentaire 80 est montré sur la figure 11 qui représente une vue agrandie d'une partie du prototype. Sur cette figure la direction D2 est la direction de brossage. Sur la cellule assemblée, les directions de brossage des lames maître et esclave sont parallèles. L'afficheur est muni d'un réflecteur arrière, d'un polariseur avant et d'un dispositif d'éclairage avant pour fonctionner en mode réflectif : la texture T est passante (elle apparaît claire) , la texture U est non passante (elle apparaît sombre) . Une électronique de pilotage adaptée, délivrant 16 signaux lignes et 16 signaux colonnes, complète le dispositif et permet l'adressage en mode multiplexe de l'afficheur.
Les pixels du prototype sont observés sous un grossissement compatible avec l'observation des textures présentes sur les pixels. Une impulsion de tension Vpre = 20 V et de durée 1 ms est envoyée sur l'ensemble du prototype préalablement à l'adressage montré sur la figure 12 afin de passer l'ensemble des pixels en texture T. On appellera « pré-T » cette impulsion.
On se place donc systématiquement dans l'observation de la commutation d'une texture initiale T vers une texture U.
Dans cette partie, on s'intéresse au cas de la commutation d'une ligne, toutes les autres lignes étant connectées à la masse.
L'écran est adressé par des signaux ligne sur la ligne 4 (L4) (figure 12a) et par des signaux de colonne identiques sur l'ensemble des colonnes 1 à 16 (figure 12b). Les signaux appliqués sont montrés sur la figure 12. VlL = 20V ; Tl = 500 μs ; T2 = 750 μs ; TL = 50 μs ;
Le signal d'adressage de la ligne 4 est typiquement un signal à deux plateaux VlL et V2L, dont la valeur de V2L est ici ajustée (V2L =11 V) pour obtenir un état U sur tous les pixels de la ligne 4. Les colonnes sont adressées à l'aide d'un signal périodique de période Tiigne (Tligne = 1300 μs) , en forme de créneau de tension, d'amplitude Vad:ι et de durée Tad:ι (Tadj = 750 μs) , comprenant p périodes. Ce signal permet de simuler des impulsions de type données colonnes, similaires à celles réellement vues par un pixel lors d'un adressage multiplexe. On appellera ces impulsions "pré-impulsions colonne". L'ajustement de la tension Vad:ι permet ainsi de modifier directement la tension quadratique moyenne appliquée sur les pixels de la ligne n avant leur commutation suivant la formule :
Vrmsac (pixel) = (4)
Figure imgf000015_0001
La figure 13 montre l'effet obtenu pour différentes valeurs de Vad:ι sur la commutation T->U des pixels de la ligne 4 (n=4) .
Toutes choses égales par ailleurs, l'augmentation de la tension Vrmsac appliquée sur les pixels de la ligne 4 avant la commutation modifie considérablement leur réponse aux signaux d'adressage. Pour une valeur croissante de Vrmsac la fraction de texture U obtenue après la commutation T->U diminue.
On vérifie expérimentalement que le seuil de tension correspondant à la disparition totale de la texture U sur les pixels de la ligne 4 en fonction des pré-impulsions colonne dépend de Vad:ι et du rapport
Figure imgf000015_0002
suivant une loi de type RMS donnée par la formule (4) .
La valeur RMS spécifique du seuil de disparition de la texture U (dans l'exemple environ 1.5V) est variable selon le type de signaux employés (par exemple selon les valeurs de VlL, V2L, Tl, T2 ...) .
II a également été vérifié expérimentalement que les mécanismes de commutation de la texture U vers la texture T sont affectés de façon similaire par la présence d'une tension quadratique moyenne appliquée sur les pixels à commuter, antérieurement à l'application du signal de commutation.
Influence de la tension Vrmsac en mode d'adressage multiplexe : cas simplifié d'une image uniforme en T à l'exception d'une ligne
Lors de l'adressage d'un écran BiNem en mode multiplexe, un pixel donné voit une tension quadratique moyenne due aux signaux envoyés sur la colonne sur laquelle il se situe lors de l'adressage des lignes précédentes.
En adressant successivement les lignes Ll, L2 jusqu'à
L5 du prototype de 16x16 pixels, il est possible d'étudier l'influence de la tension quadratique moyenne Vrmsac sur les pixels de la ligne 5 en fonction des données colonnes envoyées lors de la commutation des lignes 1 à 4.
Les diagrammes de la figure 14 montrent les signaux utilisés à cette fin. Les paramètres sont :
Le signal de pré -T similaire à celui décrit précédemment, commun à toutes les lignes de l'afficheur, d'amplitude Vpre = 20V et de durée Tp = 1 ms. VlL = 20V , V2L = 6V Tl = 500μs, T2 = 750μs, TL = 50μs, Tc = T2 , soit Tligne = 1300 μs Vci-4= Vcl=Vc2=Vc3=Vc4= -2V ou -3V ou -4V Vc5 = 4V
La tension colonne Vci-4 appliquée lors de la sélection des lignes 1 à 4 est identique. Elle permet de commuter ces lignes en texture T et d'ajuster la valeur de la tension Vrmsac (5) appliquée sur la ligne 5. Ainsi pour :
- Vci-4 = -2 V la tension Vrmsac (5) = 1.52V (selon la formule (2))
- Vci-4 = -3 V la tension Vrmsac (5) = 2.32V (selon la formule (2)) - Vci-4 = -4 V la tension Vrmsac(5) = 3.1V (selon la formule (2)) II est à noter que pour des valeurs de Vci-4 entre -IV et -4V les lignes 1 à 4 commutent toujours vers la texture T.
Dans ce cas simplifié, la tension colonne appliquée à toutes les colonnes lors de la sélection de la ligne 5 est fixée à VC5 = +4 Volts afin de commuter la totalité de cette ligne en texture Uniforme.
La figure 15 montre les résultats de commutation de la cellule en multiplexage selon ces signaux lorsque Vci-4 évolue de -2 V à -4V. Plus précisément la figure 15 montre les effets de la tension Vrmsac sur la commutation de la ligne 5 lors d'un balayage de type multiplexe en utilisant les signaux montrés sur la figure 14 pour trois valeurs de Vci-4. II apparaît clairement que la valeur de la tension
Vrmsac appliquée sur les pixels de la ligne 5 au cours d'un balayage de type multiplexe influe sur leur réponse aux signaux de commutation. Plus l'amplitude de Vrms (5) est élevée, plus la commutation T—>U devient difficile sur la ligne 5, jusqu'à devenir impossible pour les valeurs de VlL et V2L choisies.
Modification de la commutation due à la présence d'une tension Vrmsac - cas d'une image quelconque
Dans cette partie on présente l'influence de la tension quadratique moyenne appliquée sur un pixel avant sa commutation, dans le cas où le signal de commutation qui est appliqué à ce pixel prend différentes valeurs VC5. C'est le cas général correspondant à l'affichage d'une image quelconque.
La figure 16 montre l'évolution du seuil de passage de la texture T vers la texture U sur un pixel de la ligne 5, en fonction de la valeur de la tension colonne VC5 qui lui est appliquée, et de la tension Vrmsac appliquée sur ce dernier avant le signal de commutation. Sur ce diagramme on a porté en abscisses la valeur Vc5 pour la ligne 5 en Volt, et en ordonnées, le pourcentage de texture T sur le pixel .
Il apparaît nettement que lorsque la tension Vrmsac augmente la valeur de la tension colonne VC5 à appliquer pour obtenir, par exemple 50% de texture T, augmente également.
La perturbation de la commutation due à la tension Vrmsac vue par le pixel se traduit par un glissement du point de fonctionnement tel que montré sur la figure 10.
On comprendra que dans ces conditions il devient impossible de contrôler avec précision les niveaux de gris sur une image.
En effet, l'application d'une tension colonne donnée ne résultera pas en une même fraction de texture U et de texture T dans le pixel considéré suivant que les tensions colonnes appliquées sur les pixels précédemment adressés étaient faibles ou élevées, donc suivant le contenu de l'image.
Dans le cas de l'affichage d'une image à niveaux de gris sur un afficheur comprenant N lignes et M colonnes, le pixel situé à l'intersection de la ligne n, l≤n<N, et de la colonne m, 1 ≤m<M, noté P(n,m), possède un niveau de gris que l'on notera « g(n,m) ».
La tension Vrmsac (n,m)2 appliquée sur le pixel P(n,m) est alors la somme des contributions dues aux signaux appliqués sur la colonne m lors de l'adressage des lignes p tel que p<n.
Si on considère le niveau de gris g(p,m) inscrit sur le pixel P(p,m) situé à l'intersection de la ligne p<n et de la colonne m, la contribution Vcontribg(P,m)2 du signal colonne (de tension Vcg(P,m) et de durée Tcg(P,m)) qui a servi à adresser ce pixel, à V /rrmmssaacc ((n,m)2 vue par le pixel P(n,m) est défini par la formule suivante
Vr 2 Tr
Vcontrih 2 - g(p'm) g(p'm) g(p'm) (n - 1) .Tligne <5> La tension Vrmsac vue par le pixel P(n,m) dépend alors des niveaux de gris affichés sur les n-1 lignes précédentes suivant la formule :
Vrmsac (n, m) = (6)
Figure imgf000019_0001
Limitation de la tension Vrmsac vue par les pixels de l'afficheur
Une première solution pour résoudre la limitation due à la tension Vrmsac inhérente à l'adressage en mode de multiplexage passif d'un écran bistable serait de maintenir les variations de cette tension en dessous d'une valeur suffisamment faible donnée. On pourra par exemple rallonger le temps interligne (et donc le Tngne) suffisamment pour que, quelle que soit la tension colonne appliquée, l'écart entre les contributions à la tension Vrmsac de chaque niveau de gris reste inférieur au dixième de volt. Cette méthode présente l'inconvénient d'allonger le temps d'adressage d'une image.
Dispositifs classiques (TN et STN) à cristal liquide
Pour les afficheurs monostables, par exemple et de façon non exhaustive les afficheurs type Twisted Nematic (TN) , voire Super Twisted Nematic (STN) , le mélange de cristaux liquides nématiques thermotropes utilisé n'est pas sensible à la valeur absolue de la tension appliquée V(n, m) sur le pixel considéré, mais à la racine carrée de sa valeur quadratique moyenne dans la mesure où la fréquence f du signal électrique appliqué est telle que f»(l/τ), où τ est le temps caractéristique de réorientation de la direction moyenne des molécules du mélange de cristaux liquides . Dans ces deux cas (TN et STN) , la valeur de la tension quadratique moyenne appliquée sur un pixel détermine la texture du cristal liquide et donc la transmission optique du pixel. Le contrôle de la valeur de la tension quadratique moyenne appliquée sur un pixel (n, m) est donc une exigence des afficheurs à cristaux liquides nématiques dans le cadre d'un adressage de type « matrice passive » [11] . Le calcul de la racine carrée de la tension quadratique moyenne appliquée sur le pixel (n, m) prend en compte, d'une part, les différences de potentiels appliquées par l'intermédiaire de tous les signaux colonnes de la colonne m, et d'autre part, et ce contrairement au cas de l'afficheur bistable, la différence de potentiels sur la ligne n au moment de son excitation, c'est à dire au moment où un signal ligne est appliqué sur cette ligne. L'homme de l'art parle de la tension quadratique moyenne V^1*(n, m) pour maintenir un pixel dans l'état « on » ou encore de la tension quadratique moyenne VRMS 0^(TI, m) pour maintenir un pixel dans l'état « off ». Le maintien d'une texture donnée conduisant à un état optique blanc, noir ou gris d'un pixel quelconque est conditionné par le maintien d'une tension quadratique moyenne idoine aux bornes de chacun des pixels . Une tension quadratique moyenne identique sur tous les pixels aboutit à un gris uniforme sur tout l'écran.
Base de l'invention
Pour pallier les inconvénients inhérents à l'état de la technique, la présente invention propose un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide nématique bistable dans lequel la tension moyenne, préférentiellement la racine carrée de la tension quadratique moyenne appliquée sur chaque pixel de l'afficheur avant sa commutation est rendue identique, indépendamment du contenu de l'image à afficher. Dans ce qui suit on ne traite que le cas de l'égalisation de la tension quadratique moyenne ; mais cet exemple n'est pas limitatif, l'égalisation d'une tension moyenne calculée différemment est applicable également. Dans un mode passif multiplexe où l'adressage s'effectue ligne à ligne, la tension quadratique moyenne aux bornes de tous les pixels de chaque ligne est fixée à une valeur constante à l'instant précédent l'excitation de celle-ci. Cela permet d'obtenir une texture des molécules de cristal liquide identique de tous les pixels de cette ligne avant son excitation. Par ce biais, la présente invention assure le contrôle précis de la commutation de chacun des pixels de cette ligne vers la texture choisie. Il en est ainsi pour chaque ligne.
La tension quadratique moyenne devient nulle lorsque l'ensemble de l'écran bistable a été adressé, ou lorsque la partie devant être rafraîchie de ce même écran a été agressée.
Selon des modes de la réalisation de la présente invention :
- Le choix des bornes temporelles pour le calcul de la valeur de la tension moyenne fixée est arbitraire.
- La tension quadratique moyenne Vrmsac vue par chaque pixel du dispositif d'affichage avant sa commutation peut être ajustée au delà de la valeur imposée par les signaux d'adressage des colonnes représentant les données images et indépendamment de ces derniers .
- Les signaux d' égalisation de Vrmsac pourront être appliqués via les signaux colonnes de l'afficheur, ou encore via une combinaison des signaux lignes et colonnes.
- Une réalisation de la présente invention consiste en l'ajout d'un signal d'égalisation de la tension Vrmsac à chaque temps ligne ; par exemple ce signal d'égalisation est appliqué pendant le temps d'excitation de la ligne, notamment au début du signal d'excitation ligne.
- Dans le cas où le signal d'égalisation de la tension Vrmsac est appliqué via les signaux colonnes, pour chacun des niveaux de gris « g » à reproduire dans l'image, on définira typiquement un couple (tension colonne Vcg/ durée d'impulsion colonne Tcg) pour représenter la donnée image, et un couple complémentaire (tension d'égalisation RMS Vcompg / durée d'égalisation RMS Tcompg) afin d'ajuster la tension Vrmsac à une valeur commune à tout l'afficheur, notée Vrmsac*. Les valeurs de la tension et de la durée du signal d'égalisation RMS sont ainsi ajustées pour chaque niveau de gris en fonction de la valeur Vrmsac* souhaitée.
- Le signal d'égalisation de RMS pourra par exemple être calculé pour tous les niveaux de gris « g » en gardant constante la tension Vcomp et en ajustant la durée Tcompg, ou en gardant constante la durée Tcomp et en ajustant la tension Vcompg.
- On pourra également choisir de faire varier à la fois Vcompg et Tcompg, ou de faire varier la valeur de la tension appliquée sur tout ou une partie des électrodes lignes, ou une combinaison de ces différentes possibilités.
- La valeur d' égalisation Vrmsac* est supérieure ou égale à IV.
- Une autre réalisation de la présente invention consiste en l'ajout d'un signal d'égalisation de la tension
Vrmsac toutes les p lignes, avec p >1.
Par exemple, le signal d'égalisation est appliqué pendant le temps d'excitation de la ligne en question (une ligne toutes les p lignes) , par exemple au début du signal d'excitation ligne.
Le signal d'égalisation de Vrmsac via les signaux colonnes peut être effectué alors qu'aucune ligne physique de l'écran n'est adressée, lors de l'adressage de lignes dites « virtuelles ». - Le signal d'excitation de la ligne est bipolaire, de manière à limiter la tension moyenne vue par le pixel afin d'éviter les dégradations électrochimiques du cristal liquide, et le signal d'égalisation est appliqué pendant la première polarité du signal d'excitation ligne. La présente invention propose de contrôler la valeur quadratique moyenne appliquée sur chaque pixel d'un afficheur bistable avant sa commutation à une valeur constante à température donnée. La présente invention se différencie totalement de ce qui est pratiqué pour les afficheurs standards
(TN et STN par exemple) . Pour les afficheurs standards, la racine carrée de la tension quadratique moyenne prend impérativement en compte la différence de potentiels appliquée sur la ligne sélectionnée. De plus pour les afficheurs standards une tension quadratique moyenne constante aux bornes d'un pixel équivaut à obtenir un état toujours identique sur le pixel considéré.
Avantages de l'invention Un premier avantage de la régulation de la racine carrée de la tension quadratique moyenne appliquée sur chaque pixel du dispositif d'affichage avant sa commutation est d'améliorer de façon nette l'uniformité de l'image. Toute variation des seuils de commutation due aux variations de tension Vrmsac d'un pixel à un autre sur une même colonne est en effet maîtrisée.
Un autre avantage de la présente invention est qu' il n'est pas nécessaire d'allonger le temps d'adressage d'une ligne pour obtenir une restitution fidèle des niveaux de gris . Un autre avantage de la présente invention est sa simplicité d' implémentation. En effet, la régulation de la racine carrée de la tension quadratique moyenne vue par chaque pixel du dispositif d'affichage avant sa commutation ne nécessite pas de mémoire image supplémentaire, ou de prise en compte des informations images des lignes précédentes ou de la trame précédente.
Un autre avantage de la présente invention, est que la régulation de la tension Vrmsac permet de pallier les non uniformités des points de fonctionnement générées par d' autres paramètres variables de l'afficheur. L'invention concerne ainsi, de façon générale, un procédé d'adressage d'un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable présentant deux textures stables sans champ électrique appliqué, cet écran comprenant deux substrats entre lesquels est disposé le cristal liquide, le premier substrat comportant des électrodes d'adressage de lignes et le second substrat comportant des électrodes d'adressage de colonnes, l'adressage des pixels étant de type multiplexe passif, les lignes étant adressées une par une alors que toutes les colonnes sont adressées simultanément pendant le temps d'excitation de chaque ligne, la commutation de chaque pixel d'un état à un autre étant commandée par une tension électrique de commutation appliquée entre les substrats au niveau du pixel correspondant au moment de sa commutation.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on choisit une tension électrique appliquée entre les substrats pour chaque pixel de façon telle qu'une valeur moyenne temporelle de cette tension, de préférence la valeur quadratique moyenne, depuis le début de la commande d'affichage de l'image jusqu'à l'instant précédant immédiatement la commutation, présente une valeur prédéterminée et indépendante de l'information à afficher, qui est la même pour tous les pixels de l' image .
Dans une réalisation, la tension électrique moyenne est au moins égale à la tension électrique moyenne maximale qu'il est possible d'obtenir avec l'affichage du niveau uniforme de gris donnant la contribution la plus élevée à la tension moyenne considérée.
Dans une réalisation, pour obtenir la valeur prédéterminée de la tension moyenne on applique au moins une impulsion d'égalisation sur la colonne correspondant au pixel que l'on souhaite commuter. Dans ce cas, selon une réalisation, pour obtenir la même valeur prédéterminée de la tension moyenne à chaque ligne, on fournit à chaque ligne au moins une impulsion d'égalisation.
Selon une réalisation, l'au moins une impulsion d'égalisation est appliquée sur la colonne correspondant au pixel lors de l'excitation de la ligne du pixel correspondant.
Selon une réalisation, pour obtenir le niveau de gris désiré sur chaque pixel, on applique sur la colonne correspondant au pixel, une impulsion de sélection de la texture désirée qui est précédée par au moins une impulsion d'égalisation, l'impulsion de sélection et l'au moins une impulsion d'égalisation ayant des tensions telles que la moyenne corresponde à la tension moyenne de valeur prédéterminée. Dans ce cas, l'impulsion d'égalisation est, par exemple, appliquée lors de l'excitation de la ligne du pixel à commuter, notamment lors du début de l'excitation de la ligne du pixel à commuter.
Selon une réalisation, le signal d'excitation de la ligne présente deux parties successives de polarités différentes et le signal d'égalisation est appliqué pendant la première partie du signal d'excitation.
Dans une réalisation, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, l'au moins une impulsion d' égalisation est appliquée sur la colonne correspondant au pixel lors de l'excitation d'une ligne précédant celle du pixel correspondant. Par exemple, les impulsions d'égalisation sont appliquées lors de l'excitation d'une ligne sur p, p étant un nombre prédéterminé supérieur à 1.
Dans une réalisation, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, l'au moins une impulsion d'égalisation est appliquée entre les signaux d'excitation de deux lignes consécutives, cette impulsion d'égalisation étant ainsi appliquée en l'absence de signaux d'excitation de ligne. Par exemple, les impulsions d'égalisation sont appliquées selon une période correspondant à la période séparant un nombre prédéterminé p' de lignes. Dans une réalisation, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, on applique sur les colonnes au moins une impulsion d'égalisation, préalablement au signal d'excitation de la première ligne. Dans une réalisation, la valeur moyenne désirée de la tension sur chaque pixel, immédiatement avant la commutation de ce pixel, est obtenue en choisissant l'amplitude et/ou la durée des impulsions d'égalisation appliquées périodiquement.
Dans une réalisation, préalablement à l'affichage en mode multiplexe de chaque image, on applique à tous les pixels un signal leur conférant le même état, c'est-à-dire la même texture.
Dans une réalisation, pour modifier une partie d'image comportant un nombre déterminé de pixels, on soumet ce nombre déterminé de pixels à des impulsions d'égalisation.
Dans une réalisation, les torsions respectives des deux textures stables du cristal liquide diffèrent de l'ordre de plus ou moins 180°. Par exemple, la première texture est uniforme ou faiblement tordue. L'invention concerne aussi un dispositif d'affichage faisant appel au procédé d'adressage défini ci-dessus et comprenant un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable, cet écran comportant deux substrats entre lesquels est disposé le cristal liquide, le premier substrat présentant des électrodes d'adressage de lignes et le second substrat comportant des électrodes d'adressage de colonnes. Description détaillée de l'invention
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 montre le principe de fonctionnement d'un afficheur de type BiNem, - la figure 2 représente l'écoulement hydrodynamique présent dans la cellule lors d'une coupure brutale du champ électrique,
- la figure 3 représente un afficheur BiNem 4 lignes x 4 colonnes conforme à l'état de la technique,
- la figure 4 montre les signaux de commande pour la commutation simultanée des pixels d'une même ligne,
- la figure 5 montre les signaux utilisés pour le multiplexage d'un écran BiNem, - la figure 6 montre le principe de réalisation de niveaux de gris selon l'état de l'art,
- la figure 7 montre l'état optique des pixels d'un afficheur 160x480 selon l'état de l'art en fonction de la tension colonne Vc adressée, - la figure 8 représente un exemple de modulation des paramètres du signal colonne pour la réalisation de niveaux de gris par "effet rideau" selon l'état de l'art,
- la figure 9 représente un exemple de courbe électro-optique d'un afficheur BiNem, - la figure 10 montre le principe d'obtention de niveaux de gris le long de la courbe électro-optique d'un afficheur BiNem par modulation de l'amplitude des tensions colonnes,
- la figure 11 montre la commutation des pixels en mode multiplexe avec un afficheur BiNem,
- la figure 12 montre les signaux appliqués sur les colonnes et sur la ligne 4 du prototype 16x16,
- la figure 13 montre les effets de la tension Vrmsac sur la commutation de la ligne 4, en utilisant les signaux de la figure 12,
- la figure 14 montre les signaux utilisés pour un balayage de type multiplexe,
- la figure 15 montre les effets de la tension Vrmsac sur la commutation de la ligne 5, lors d'un balayage de type multiplexe en utilisant les signaux décrits figure 14, pour 3 valeurs de Vci-4, la figure 16 montre l'évolution des seuils de commutation T->U en fonction de la tension Vrmsac vue par le pixel,
- la figure 17a montre un exemple de schéma d'adressage implémentant l'égalisation de la tension Vrmsac selon une réalisation de l'invention, où l'impulsion colonne d'égalisation est insérée toutes les lignes, - la figure 17b montre un exemple de schéma d'adressage implémentant l'égalisation de la tension Vrmsac selon une réalisation de l'invention, où l'impulsion colonne d'égalisation est insérée toutes les lignes et où le signal d'excitation de la ligne est bipolaire, - la figure 18 montre un exemple d' implémentation de l'égalisation de la tension Vrmsac selon une réalisation de l'invention sur un afficheur BiNem 160x160 en mode multiplexe,
- la figure 18i montre un exemple de schéma d'adressage implémentant l'égalisation de la tension Vrmsac selon une autre réalisation de l'invention où l'impulsion colonne d'égalisation est insérée toutes les p lignes, avec p=4,
- la figure I82 montre un exemple de schéma d'adressage implémentant l'égalisation de la tension Vrmsac selon encore une autre réalisation de l'invention où l'impulsion colonne d'égalisation est insérée lors de lignes virtuelles, avec une ligne virtuelle toutes les 3 lignes physiques,
- la figure 19 montre un exemple d' implémentation de l'égalisation de la tension Vrmsac selon l'invention par l'ajout de lignes virtuelles et de pré puises colonnes avant la première ligne du balayage,
- la figure 20 montre un exemple de résultat de 1' implémentation de l'égalisation de la tension Vrmsac selon 1' invention,
- la figure 21 montre un exemple de non uniformité d'un niveau de gris indépendante de l'égalisation de Vrmsac, - la figure 22 montre l'effet de l'augmentation de la tension Vrmsac dans la zone A selon l'invention.
Variante 1 : Exemple d'égalisation de la tension Vrmsac vue par les pixels de l'afficheur à la valeur Vrmsac*=Vrmsac (max) , avec Vcomp fixée
On définit Vrmsac (max) comme étant la tension Vrmsac maximale que l'on obtient en affichant le niveau de gris qui donne la contribution la plus élevée à la tension Vrmsac.
Dans cet exemple, on choisit de maintenir la tension Vrmsac* vue par chacun des pixels de l'afficheur égale à Vrmsac (max) en ajoutant un signal d'égalisation adapté à chaque niveau de gris. Un exemple de signaux implémentant l'égalisation de tension Vrmsac selon cette variante est montré figures 17a et 17b.
Pour cet exemple on recherche tout d' abord le niveau de gris « h » pour lequel les paramètres VCh et tCh donnent la contribution maximale à la tension Vrmsac, ce qui détermine Vrmsac (max) :
Vrmsac*2 = Vrmsac (max)2 = max (Vcg 2 . Tcg / Tligne) = Vrmsh 2 (10) Puis dans cet exemple on effectue l'égalisation à
Vrmsac* à chaque ligne :
1 1^1 (10a)
Vrmsacln, m) = > Vrmsac *2 .Tliσne
V(n - 1).Tligne £j
Pour cela pour chaque niveau de gris « g », on calcule la durée du signal d'égalisation à apporter en fonction de Vcomp fixée, Vcomp étant une tension de compensation ou d'égalisation. Tcomp g = (Vrmsac*2. Tligne - Vcg 2.Tcg) / Vcomp2 (11) La tension Vcomp pourra être choisie égale à toute valeur qui permette l'égalisation complète de la tension Vrmsac pour tous les niveaux de gris .
Ainsi, la contribution à la tension Vrmsac carrée totale apportée par les signaux colonnes correspondant à chacun des niveaux de gris, notée Vrmsg 2, sera constante :
Vrmsg 2 = (Vcg 2 . Tcg / Tligne) + (Vcomp2 . Tcompg / Tligne)
= (Vcg 2 . Tcg / Tligne) + [Vcomp 2 . (Vrms*2. Tligne - Vcg 2.Tcg) / Vcomp 2 /
Tligne] = Vrmsac*2 = Vrmsac (max)2 (12)
Le signal appliqué à une colonne de l'afficheur est donc, pour chaque ligne, composé de deux parties : une partie « utile » qui sert à sélectionner le niveau de gris à afficher, et une partie d' égalisation de la tension Vrmsac pour uniformiser sa valeur sur l'ensemble de l'afficheur.
Ces deux parties du signal colonne dépendent uniquement du niveau de gris à afficher. Elles sont indépendantes de la position du pixel sur l'afficheur, ou du contenu de l'image à afficher en dehors du pixel considéré.
Sur les diagrammes de la figure 17a, la partie A montre la variation de la tension ligne en fonction du temps t, la partie B montre la tension colonne Vcol pour la ligne 1 avec Vrmsh=Vrmsac (max) pour le niveau de gris « h » . Sur les parties C et D, on montre une impulsion d'égalisation 842 et 843 pour les niveaux de gris respectivement « s » et « t », et une impulsion de colonne, respectivement 862 et 863 imposant des niveaux de gris « s », pour l'impulsion 862 et « t » pour l'impulsion 863. On notera que dans la partie B concernant la ligne 1, il n'y a pas d'impulsion d'égalisation pour le niveau « h » .
Sur ce diagramme de la figure 17a enfin la partie E montre le signal vu par les pixels de la ligne 3. Ce signal est égal à Vligne - Vcolonne ligne 3. La variante représentée sur la figure 17b est analogue à celle représentée sur la figure 17a ; elle s'en distingue par le fait que le signal d'excitation ligne est bipolaire comme montré sur la partie A de la figure 17b. Les autres parties B, C, D, E correspondent aux parties de mêmes références de la figure 17a. Ainsi on prévoit des impulsions d'égalisation 842 et 843 ainsi que es impulsions 862 et 863 pour imposer les niveaux de gris, respectivement « s » et « t ».
Dans l'exemple de la table (1), Vrmsac(max) est égale à 1.5 V et obtenue pour le gris 0 ou 7. En fixant Vcomp=3V, on utilise la formule (11) pour calculer Tcompg pour chaque niveau de gris "g" donnés dans la table (1) :
La tension Vcg à appliquer sur les colonnes pour obtenir le niveau de gris g est déterminée expérimentalement.
Niveau de gris « g » % de texture T Vc9 (V) Vrmsac* (V) Vcomp (V) signal Tcompg (μs) signal d'égalisation d'égalisation
0 0 2 1,5 3 0 1 14 1,4 1,5 3 163 2 29 0,9 1,5 3 272 3 43 0,3 1,5 3 326 4 57 -0,3 1,5 3 326 5 71 -0,9 1,5 3 272 6 86 -1,4 1,5 3 163 7 100 -2 1,5 3 0
Table (D
Choix des paramètres de l'impulsion colonne pour l'égalisation de la tension Vrmsac
Insertion de l'impulsion colonne d'égalisation à chaque temps ligne
Dans une première option, l'impulsion colonne d'égalisation de Vrmsac est insérée à chaque temps ligne. La position de l'impulsion colonne d'égalisation de Vrmsac pourra être choisie n'importe où durant le temps ligne, à condition qu'elle ne chevauche pas le signal colonne de sélection représentant les données images . Le signal colonne d'égalisation est appliqué à proximité du début du signal d'excitation de la ligne, tel que montré figures 17a et 17b.
Elle sera de préférence positionnée, si le temps interligne le permet, pendant le temps interligne TL, ou en début de temps ligne, durant la phase de cassure d'ancrage (VlL, Tl) .
La tension Vcomp (ou plus généralement les tensions Vcompg pour chaque niveau de gris) pourra par exemple être choisie égale à la tension maximale autorisée par les drivers colonnes (que l'on appellera Vdriver_maχ) • Cependant, on notera que, selon sa position, le signal colonne dû à Vcomp peut interférer avec les signaux dédiés à l'adressage. C'est le cas s'il est situé en début de signal ligne, pendant la phase de cassure d'ancrage (VlL, Tl) . On comprend en effet que lorsque la tension Vcomp est présente sur les colonnes, le cristal liquide est soumis à une tension totale égale à la différence entre Vligne et Vcomp.
Dans le cas des figures 17a et 17b, il apparaît que la tension appliquée sur les pixels de la ligne 3 est égale à (VlL - Vcomp) durant la durée du signal Vcomp. Les caractéristiques du signal de sélection (cassure d'ancrage) sont donc modifiées.
On pourra avantageusement choisir une polarité de tension du signal Vcomp opposée à celle de la tension ligne, de sorte que pendant la présence du signal colonne (Vcompg, Tcompg) , la tension absolue totale vue par un pixel soit supérieure à la tension de cassure d'ancrage représentée par VlL.
Dans une variante (non montrée) des figures 17a et 17b, on choisit des signaux de compensation de polarité négative permettant ainsi d'obtenir une tension totale vue par les pixels de la ligne 3 : Vpixel = (VlL - Vcomp) = (VlL + |Vcomp|) > VlL (13) où I Vcomp I est la valeur absolue de Vcomp.
On pourra également choisir une valeur peu élevée de Vcomp afin de limiter l'interférence avec les signaux dédiés à l'adressage. Choisir une valeur peu élevée de Vcomp permet par ailleurs d'obtenir un pas temporel nécessaire pour les Tcompg plus élevé (formule (11) ) , ce qui facilite la mise en œuvre du contrôle électronique des drivers colonnes .
On pourra, dans certains cas, choisir d'alterner la polarité des signaux d'égalisation de Vrmsac afin de limiter les effets de migration de charges électriques au sein du cristal liquide, et ainsi augmenter la durée de vie de l'afficheur. Ce mode de réalisation est particulièrement souhaitable dans le cas d'un affichage à cadence élevée, par exemple pour afficher de la vidéo. Le mode d'alternance de la polarité des impulsions colonnes d'égalisation de Vrmsac pourra être choisi, selon l'état de l'art, à chaque trame, à chaque ligne, ou selon une période temporelle quelconque.
De même le signal d'excitation de la ligne peut être bipolaire, de manière à limiter la tension moyenne vue par le pixel, ceci afin d'éviter les dégradations électrochimiques du cristal liquide, et le signal d'égalisation est appliqué pendant la première polarité du signal d'excitation ligne, tel que montré sur la figure 17b. La forme de la première polarité n'est pas limitée à la forme montrée sur la figure 17b, par exemple une forme à deux plateaux est également possible.
Les figures 18a et 18b montrent un exemple de réalisation de l'égalisation de Vrmsac avec Vrmsac*=Vrmsac (max) sur un afficheur de 160x160 pixels. Les dimensions des pixels sont identiques à ceux du prototype précédemment décrit. Les signaux utilisés sont les suivants : Signal ligne : VlL = V2L = 18 V Tl = T2 = 500 μs TL = 80 μs Signaux colonnes : Signal donnant du T (texture claire) :
Vci=2V ; Tci = 300μs ; Vrmsaci = 1.05 V Signal donnant du U (texture sombre) :
Vc2=5V ; Tc2 = 180μs ; Vrmsac2 = 2.04 V
Signal donnant l'égalisation de RMS pour la texture T : VCOnIp1=SV ; Tcompi = 130μs ;
On cherche à inscrire une image constituée d'une bande sombre (texture U) sur un fond clair (texture T) .
Sur les figures 18a et 18b la flèche D correspond au sens de balayage des lignes.
La figure 18a montre l'image obtenue lorsque l'égalisation de la tension Vrmsac n'est pas activée : on observe que le passage vers la texture T n'est pas complet. Toutes les lignes devant théoriquement être 100% en T (claires) présentent une proportion non nulle et variable de texture U, sous forme de petites bandes sombres .
La figure 18b montre l'image obtenue lorsque l'égalisation de la tension Vrmsac suivant l'invention est activée. On choisit :
Vrmsac*=Vrmsac (max) =Vrmsac2=2.04V.
Au signal colonne donnant du T est ajouté une impulsion colonne d'égalisation RMS d'amplitude Vcomp = 5V et de durée Tcompi = 130μs. La tension Vrmsac vue par tous les pixels de l'afficheur est alors égale à 2.04 V. Toutes les lignes devant être claires sont bien à 100% en T, on ne distingue plus aucune partie sombre en U.
Insertion de l'impulsion colonne d'égalisation toutes les p lignes Dans une seconde option, l'impulsion colonne d' égalisation est insérée toutes les p lignes .
La figure 18i montre l' implémentation de l'égalisation de Vrmsac selon cette option. Dans cet exemple, on choisit p = 4 : rien n'est inséré lors de l'adressage des lignes n, n+1, n+2, puis le signal d'égalisation est inséré dans le signal colonne lors de l'adressage de la ligne n+3, et ainsi de suite jusqu'à la dernière ligne. Sur le diagramme inférieur de cette figure 18i les impulsions 92 et 94 sont des impulsions colonnes de compensation de la tension Vrmsac.
Bien entendu, comparativement à la première option, les paramètres de la tension d'égalisation sont différents, car calculés en tenant compte des contributions des tensions colonnes sur p lignes et non pas pour une ligne.
Insertion de l'impulsion colonne d'égalisation lors de lignes virtuelles
La première option précédemment décrite permet d'égaliser la tension quadratique moyenne appliquée sur les pixels antérieurement à l'application du signal de sélection ligne. Elle repose sur l'ajout d'impulsions sur les colonnes à des instants tels qu'elles n'interfèrent pas avec les impulsions « utiles » (l'information image). Cette technique devient délicate lorsque la durée d'adressage d'une ligne est comparable à la durée du signal colonne de sélection de texture. Il est dans ce cas impossible de ne plus superposer l'influence de l'impulsion de sélection avec celle de l'impulsion d' égalisation.
Une troisième option est d'utiliser le temps d'adressage d'une ligne pour appliquer aux colonnes une tension d'égalisation de Vrmsac, et en n'appliquant aucune tension de sélection ligne durant cette période ligne. Cette technique revient à adresser une ligne « virtuelle » (avec une tension d'égalisation) pour chaque bloc de p lignes physiques, p > 1. La figure I82 montre un tel mode préconisant l'utilisation de lignes virtuelles, avec p = 4. Toutes les 4 lignes physiques, l'égalisation 92i, 94i, via la tension colonne est effectuée lors de l'adressage de la ligne virtuelle. Sur cette figure I82, les lignes Ln+3 et Ln+7 sont virtuelles.
L' intérêt de cette réalisation est également de rendre possible l'égalisation de la valeur Vrmsac de la tension appliquée aux pixels avant l'application d'un signal de commutation, même dans les cas où la période ligne est inférieure à la somme des durées de l'impulsion de sélection et de l'impulsion d'égalisation.
Un inconvénient de cette réalisation est d'allonger le temps de rafraîchissement de la totalité de l'écran d'une durée proportionnelle au temps de rafraîchissement d'une ligne et au rapport du nombre de lignes d'un bloc p sur le nombre total de lignes de l'écran.
On peut noter que l'utilisation de pré-impulsions appliquées avant l'excitation de la première ligne d'un afficheur, relève en partie de cette méthode.
Variante 2 : Exemple d'égalisation de la tension Vrmsac vue par les pixels de l'afficheur à la valeur Vrmsac*=Vrmsac (max) , avec Tcomp fixé
Dans un mode de réalisation de l'égalisation de la tension Vrmsac, on pourra choisir de fixer Tcomp à une valeur donnée, puis pour chaque niveau de gris « g », de calculer la tension Vcompg du signal d'égalisation à apporter en fonction du Tcomp fixé et du Vrmsac* = Vrmsac (max) :
Vcomp g 2= (Vrmsac*2. Tligne - Vcg 2.Tcg) / Tcomp (14)
Les considérations concernant le choix de Tcomp sont similaires à celles exposées dans la variante 1. Ainsi, la contribution à la tension Vrmsac totale apportée par les signaux colonnes correspondant à chacun des niveaux de gris sera constante :
VrrtiSg2 = (Vcg 2 . Tcg / Tligne) + (Vcompg 2 . Tcomp / Tligne) = (Vcg 2 . Tcg / Tligne) +
[Tcomp . (Vrms*2. Tligne - Vcg 2.Tcg) / Tcomp / Tligne] = Vrmsac*2 (15)
Ce mode de réalisation peut s'avérer plus judicieux pour un contrôle simplifié de la gestion des drivers colonnes.
Ce mode est compatible avec les diverses options précédemment décrites : insertion de l'égalisation toutes les lignes, toutes les p lignes, ou lors de lignes virtuelles.
Variante 3 : Ajustement de la tension Vrmsac vue par les pixels de l'afficheur à une valeur Vrmsac* > Vrmsac(max)
Dans l'exemple des variantes 1 et 2, on utilise comme valeur choisie Vrmsac* la valeur maximale présente dans les données image. Il est possible d'ajuster cette valeur à une tension Vrmsac* supérieure. Un avantage de procéder ainsi est de contrôler la position du seuil de commutation du T vers le U pour optimiser la qualité de l'affichage.
On aura alors, si l'on reprend l'exemple précédent :
Vrmsac*2 = max (Vcg 2 . Tcg / Tligne) + Vrms0 2 (16) = Vrmsac (max)2 + Vrmso2
où Vrmso est une valeur librement choisie pour l'ajustement de Vrmsac*. Le reste des calculs est alors identique à celui donné par la formule (11) dans le cas d'un ajustement à Vcomp constant, ou à la formule (14) dans le cas d'un ajustement à Tcomp constant. Ce mode est compatible avec les diverses options précédemment décrites : insertion de l'égalisation toutes les lignes, toutes les p lignes, ou lors de lignes virtuelles.
Variante 4 : Egalisation de la tension RMS vue par les pixels des premières lignes adressées
Dans cette variante de la présente invention on propose d'ajouter des impulsions colonnes correspondant à des lignes « virtuelles » avant l'excitation de la première ligne de l'écran. Ce mode de réalisation permet d'ajuster la tension qui sera vue par les premières lignes de l'afficheur. Elle pourra être utilisée en complément ou indépendamment du principe d'égalisation de la tension RMS précédemment décrit.
En effet, lorsque l'affichage d'une image démarre, la première ligne de l'écran voit une tension nulle antérieurement à l'application du signal de commutation, même lorsque l'égalisation de RMS est utilisée.
Ce phénomène se traduit par des perturbations et des non uniformités des niveaux de gris en début d'image.
Expérimentalement, il a été constaté que ce phénomène s'étend sur une dizaine de lignes en début d'affichage de l' image.
On propose donc d'étendre le principe d'égalisation de la RMS en ajoutant des pré-impulsions colonnes visant à stabiliser la valeur de la tension RMS avant le début effectif du balayage d'une image. Dans un premier mode de réalisation, montré sur la figure 19, les pré-impuisions colonnes ont une répartition temporelle telle qu'elles correspondent à des lignes virtuelles avant la première ligne de l'image, avec une période égale à Tiigne. On pourra prendre comme valeurs des tensions et temps des signaux colonnes appliqués pendant ces lignes virtuelles des valeurs identiques à celles de la première ligne, ou toutes autres valeurs qui conviendraient à la qualité d' image souhaitée . Dans un second mode de réalisation on pourra remplacer les lignes virtuelles par une seule pré-impulsion colonne, d'une durée et d'une tension adaptée à la valeur de tension souhaitée .
Par exemple, pour obtenir une tension de 1 volt sur la première ligne, on pourra, préalablement à l'adressage de la dite première ligne, envoyer entre 10 et 50 impulsions colonnes de tension égale à 2 volts, de durée lOOμs, et espacées de 300μs. Sur le diagramme inférieur de la figure 19 on a représenté 6 pré-impulsions colonnes 96 avant le départ de l'affichage. La référence 98 correspond au début de l'affichage. On pourra également obtenir le même effet de tension RMS en appliquant sur les colonnes une tension continue de 1 Volt pendant quelques millisecondes .
La figure 20 montre le résultat sur le début de l'affichage d'un afficheur de 160 lignes par 160 colonnes tel que décrit précédemment.
Les signaux utilisés sont les mêmes que ceux de la figure 18. La référence 100 correspond au début de l'affichage des lignes .
Sur la figure 20a, les premières lignes de l'afficheur ne reçoivent aucun signal d'égalisation. On constate que celles- ci ne présentent pas une texture 100% T comme attendu mais comportent une proportion non nulle de texture U (sombre) parasite.
Sur la figure 20b, les premières lignes de l'afficheur reçoivent un signal d'égalisation de 10 préimpulsions colonnes. On constate une diminution de la proportion de texture U parasite.
Sur la figure 20c, les premières lignes de l'afficheur reçoivent un signal d'égalisation de 20 préimpulsions colonnes. La proportion de texture U parasite est devenue quasi nulle.
On constate donc que l'ajout de 10 à 20 pré-impulsions d'égalisation de la RMS avant le début de l'affichage permet effectivement d'empêcher les perturbations observées sur les premières lignes de l'afficheur.
L'ajout des pré-impulsions d'égalisation de la RMS avant le début de l'affichage pourra s'effectuer également via les électrodes de lignes . Par exemple, les premières lignes de l'afficheur pourront recevoir de façon sélective les signaux d'égalisation de RMS avant de commencer le balayage de l'image.
Variante 5 : cas d'un rafraîchissement partiel de l'image
Le principe d'égalisation de la RMS avant le départ du balayage peut être étendu au cas d'un rafraîchissement partiel de l' image .
Dans le cas où on ne souhaite modifier qu'une partie de l'image, par exemple un ensemble de PxK pixels situés à l'intersection des lignes N à N+P et des colonnes M à M+K, on pourra choisir de soumettre les PxK pixels concernés à des tensions d'égalisation de la RMS tels que décrit précédemment. Comme dans le cas précédent, on pourra appliquer ces signaux d'égalisation de RMS soit via les électrodes de colonnes, soit en utilisant à la fois les électrodes de lignes et de colonnes .
Ce mode est compatible avec les diverses options précédemment décrites : insertion de l'égalisation toutes les lignes, toutes les p lignes, ou lors de lignes virtuelles.
Variante 6 : utilisation de la régulation de la tension RMS pour compenser les non uniformités des points de fonctionnement dues à d'autres caractéristiques de l'afficheur
La valeur locale des points de fonctionnement gauche et droit d'un afficheur de type BiNem peut différer d'un pixel à un autre dans le cas, par exemple, d'une non uniformité des couches d'ancrage due à un mauvais contrôle des paramètres de dépôt ou de brossage. Elle peut aussi être affectée par des variations de gap de la cellule (dues par exemple à des particules) .
II est alors judicieux d'utiliser les signaux de régulation de tension RMS afin de compenser ces non uniformités inhérentes à un afficheur donné.
Dans l'exemple de la figure 21, on considère un afficheur du type de celui de la figure 18 selon la variante 1, sur lequel on souhaite afficher un niveau de gris « g » uniforme en utilisant la compensation de tension RMS telle que décrite dans la variante 1 (Vrmsac* = 2.04) .
On observe que l'afficheur possède cependant une zone (appelée zone A) plus sombre correspondant à des pixels ayant une quantité de texture T inférieure à celle souhaitée.
Cette zone présente donc un seuil de commutation T—>U à tension Vrmsac*=2.04 V inférieur à celui du reste de l'écran, comme montré sur la figure 22. Cette non uniformité peut être due à un mauvais contrôle des paramètres de fabrication de 1' afficheur.
Une solution pour remédier à cette non uniformité pourra alors consister en une modification de la tension RMS VrmsacA* vue par les pixels de la zone A (dans le cas de cet exemple il faudra VrmsacA* > Vrmsac*) , en utilisant la régulation de tension RMS selon l'invention, de façon à faire évoluer le seuil de commutation des pixels de la zone A vers des valeurs de tension et de temps colonne compatibles avec ceux du reste de l'afficheur (cf figure 22) .
Sur le diagramme de la figure 22 la tension colonne Vc est en abscisses, et en ordonnées on a porté le pourcentage de texture T. La courbe 110 est la courbe de réponse électrooptique de l'afficheur à tension RMS égalisée à Vrmsac*=2, 04, la courbe 112 est la courbe de réponse électro-optique de la zone A à tension RMS égalisée à Vrmsac*=2, 04 Volt et la courbe 114 est la courbe de réponse électro-optique de la zone A à tension RMS égalisée à VrmsacA* = 2,1 Volt. En ordonnées on a indiqué par la référence 116 le niveau de gris dans la zone A et par la référence 118 le niveau de gris « g » souhaité.
La tension RMS vue par un pixel de l'afficheur dépend des signaux colonnes qui ont servi à adresser les pixels des lignes précédentes situés sur la même colonne. Il est typiquement nécessaire de tenir compte d'une dizaine à une vingtaine de lignes précédentes pour évaluer la tension RMS vue par un pixel au moment de sa commutation.
La régulation de la tension RMS VrmsacA* dans une zone A donnée de l'afficheur telle que VrmsacA* ≠ Vrmsac* (Vrmsac* étant la tension RMS égalisée selon l'invention pour les pixels du reste de l'afficheur), en utilisant les moyens de l'invention, pourra se faire dans la continuité de l'affichage, en prévoyant une variation progressive de la tension RMS de Vrmsac* vers VrmsacA* . De préférence cependant, elle se fera en introduisant des lignes virtuelles. Un contrôle précis des seuils de commutation sur l'ensemble de l'afficheur est ainsi permis, moyennant un léger rallongement du temps de rafraîchissement d'une image.
DOCUMENTS CITES
- Doc [1] : FR 2740 894
- Doc [2] : C .Joubert , proceeding SID 2002, p. 30-33, "Ultra low power bright reflective displays using binem technology fabricated by standard manufacturing equipment" .
- Doc [3] : Demande de brevet FR 02 01448
- Doc [4] : Demande de brevet FR 02 04940
- Doc [5] : FR 2824400 - Doc [6] : M. Giocondo, I. Lelidis, I. Dozov, G. Durand, Eur. Phys. J. AP 5, 227 (1999) ..
- Doc [7] : I. Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, Phys. Rev. E., 58, 7442 (1998) .
- Doc [8] : FR0106045 - Doc [9] : FR0305934
- Doc [10] : C. Joubert et al, proceeding IDWO4, pl711, "A new approach to gray scale in biNem LCDs".
- Doc [11] : Liquid Crystal Displays, addressing schemes and electrooptical effects, Ernst Lueder, John Wiley and Sons, Ed 2001, chapter 12 (p 167)

Claims

REVENDIC-VTIONS
1. Procédé d'adressage d'un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable présentant deux textures stables sans champ électrique appliqué, cet écran comprenant deux substrats entre lesquels est disposé le cristal liquide, le premier substrat comportant des électrodes d'adressage de lignes et le second substrat comportant des électrodes d'adressage de colonnes, l'adressage des pixels étant de type multiplexe passif, les lignes étant adressées une par une alors que toutes les colonnes sont adressées simultanément pendant le temps d'excitation de chaque ligne, la commutation de chaque pixel d'un état à un autre étant commandée par une tension électrique de commutation appliquée entre les substrats au niveau du pixel correspondant au moment de sa commutation, caractérisé en ce qu'on choisit la valeur de la tension électrique appliquée entre les substrats pour chaque pixel de façon telle qu'une valeur moyenne temporelle de cette tension, de préférence la valeur quadratique moyenne, depuis le début de la commande d'affichage de l'image jusqu'à l'instant précédant immédiatement la commutation dudit pixel, présente une valeur prédéterminée et indépendante de l'information à afficher qui est la même pour tous les pixels de l'image.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la tension électrique moyenne est au moins égale à la tension électrique moyenne maximale qu'il est possible d'obtenir avec l'affichage du niveau uniforme de gris donnant la contribution la plus élevée à la tension moyenne considérée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel pour obtenir la valeur prédéterminée de la tension moyenne on applique au moins une impulsion d'égalisation sur la colonne correspondant au pixel que l'on souhaite commuter.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 3 dans lequel on choisi d'obtenir la même valeur prédéterminée de la tension moyenne à chaque ligne, en fournissant à chaque ligne au moins une impulsion d'égalisation (842, 843) .
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel, pour obtenir le niveau de gris désiré sur chaque pixel, on applique sur la colonne correspondant au pixel, une impulsion de sélection (862, 863) de la texture désirée qui est précédée par au moins une impulsion d'égalisation (842, 843) , l'impulsion de sélection et l'au moins une impulsion d'égalisation ayant des tensions telles que la moyenne corresponde à la tension moyenne de valeur prédéterminée.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel l'impulsion d'égalisation est appliquée lors de l'excitation de la ligne du pixel à commuter.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l'impulsion d'égalisation est appliquée lors du début de
1 ' excitation de la ligne du pixel à commuter .
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel le signal d'excitation de la ligne présente deux parties successives de polarités différentes et dans lequel le signal d'égalisation (842, 843) est appliqué pendant la première partie du signal d'excitation.
9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7 dans lequel l'au moins une impulsion d'égalisation est appliquée sur la colonne correspondant au pixel lors de l ' excitation de la ligne du pixel correspondant.
10. Procédé selon la revendication 3 dans lequel, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, l'au moins une impulsion d'égalisation est appliquée sur la colonne correspondant au pixel lors de l'excitation d'une ligne précédant celle du pixel correspondant.
11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel les impulsions d'égalisation (92,94) sont appliquées lors de l'excitation d'une ligne (Ln+3, Ln+7) sur p, p étant un nombre prédéterminé supérieur à 1.
12. Procédé selon la revendication 1 , 2 ou 3 dans lequel, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, au moins une impulsion d'égalisation est appliquée entre les signaux d'excitation de deux lignes consécutives, cette impulsion d'égalisation étant ainsi appliquée en l'absence de signaux d'excitation de ligne.
13. Procédé selon la revendication 11 dans lequel les impulsions d'égalisation sont appliquées selon une période correspondant à la période séparant un nombre prédéterminé p' de lignes.
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel, pour obtenir ladite valeur prédéterminée pour la tension moyenne, on applique sur les colonnes au moins une impulsion d'égalisation, préalablement au signal d'excitation de la première ligne.
15. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la valeur moyenne désirée de la tension sur chaque pixel, immédiatement avant la commutation de ce pixel, est obtenue en choisissant l'amplitude et/ou la durée des impulsions d'égalisation appliquées périodiquement.
16. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel, préalablement à l'affichage en mode multiplexe de chaque image, on applique à tous les pixels un signal leur conférant le même état, c'est-à-dire la même texture.
17. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel pour modifier une partie d'image comportant un nombre déterminé de pixels, on soumet ce nombre déterminé de pixels à des impulsions d'égalisation.
18. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les torsions respectives des deux textures stables du cristal liquide diffèrent de l'ordre de plus ou moins 180°.
19. Procédé selon la revendication 17 dans lequel la première texture est uniforme ou faiblement tordue.
20. Dispositif d'affichage faisant appel au procédé d'adressage selon l'une des revendications précédentes et comprenant un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable, cet écran comportant deux substrats entre lesquels est disposé le cristal liquide, le premier substrat présentant des électrodes d'adressage de lignes et le second substrat comportant des électrodes d'adressage de colonnes.
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