FR2595493A1

FR2595493A1 - Flat screen display system

Info

Publication number: FR2595493A1
Application number: FR8603286A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Le Pesant; Bruno Mourey; Robert Hehlen
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-09-11

Abstract

This flat screen display system comprises a lens 3 of the Fresnel lens type and of generally rectangular shape so as to obtain uniform contrast. This system is applicable especially in liquid crystal flat screens.

Description

SYSTEME DE VISUALISATION A ECRAN PLAT
L'invention concerne un système de visualisation à écran plat et notamment un système d'affichage présentant la propriété d'être d'épaisseur réduite.FLAT SCREEN DISPLAY SYSTEM
The invention relates to a flat screen display system and in particular a display system having the property of being of reduced thickness.

L'invention est applicable notamment aux écrans de visualisation à cristaux liquides, notamment écrans constitués de modules juxtaposés fonctionnant en transmission avec éclairage par l'arrière et formation de l'image sur un écran diffusant. The invention is applicable in particular to liquid crystal display screens, in particular screens made up of juxtaposed modules operating in transmission with rear lighting and image formation on a diffusing screen.

On connait des systèmes possédant un dispositif optique de projection comportant plusieurs éléments, dont une ou plusieurs lentilles de Fresnel. L'une de ces lentilles de Fresnel est généralement disposée au contact de l'écran à cristal liquide et donc l'image de sa structure se superpose à celle de l'image de la matrice à cristaux liquides fournie par l'objectif de projection. Systems are known which have an optical projection device comprising several elements, including one or more Fresnel lenses. One of these Fresnel lenses is generally placed in contact with the liquid crystal screen and therefore the image of its structure is superimposed on that of the image of the liquid crystal matrix provided by the projection objective.

La structure des lentilles de Fresnel utilisées étant circulaire, la superposition d'une telle lentille à un écran cristal liquide, dans lequel une image affichée a une organisation matricielle, conduit à des déformations de l'image. The structure of the Fresnel lenses used being circular, the superposition of such a lens on a liquid crystal screen, in which a displayed image has a matrix organization, leads to distortions of the image.

L'invention propose d'éliminer l'effet parasite de l'image de la lentille de Fresnel en donnant à celle-ci une géométrie particulière. The invention proposes to eliminate the parasitic effect of the image of the Fresnel lens by giving it a particular geometry.

C'est pourquoi, l'invention concerne un système de visualisation à écran plat comportant un dispositif d'affichage d'images lumineuses comprenant des éléments d'images arrangées sous la forme de matrices planes de dimensions déterminées, en lignes et colonnes, caractérisé en ce qu'il comporte également, accolé au dispositif d'affichage un dispositif optique de type lentille de
Fresnel, de mêmes dimensions que la matrice et dont les éléments réfractants, qui la constituent aient la forme de rectangles homothèques de façon à avoir quatre réseaux linéaires réfractants inscrits chacun dans une portion de rectangle et se raccordant selon les diagonales du rectangle.This is why, the invention relates to a flat-screen display system comprising a device for displaying light images comprising image elements arranged in the form of plane matrices of determined dimensions, in rows and columns, characterized in what it also includes, attached to the display device an optical device of the lens type
Fresnel, of the same dimensions as the matrix and whose refracting elements, which constitute it, have the form of homotheque rectangles so as to have four linear refracting networks each inscribed in a portion of rectangle and connecting along the diagonals of the rectangle.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention vont être détaillés dans la description qui va suivre en se reportant aux figures annexes qui représentent:
- la figure 1, un exemple de réalisation du système de visualisation de l'invention;
- la figure 2, une vue en coupe de la lentille de Fresnel de la figure 1.The various objects and characteristics of the invention will be detailed in the description which follows, referring to the annexed figures which represent:
- Figure 1, an embodiment of the display system of the invention;
- Figure 2, a sectional view of the Fresnel lens of Figure 1.

En se reportant à la figure 1, on va donc décrire un exemple de réalisation de l'invention. Cette figure représente sous forme d'une vue en perspective éclatée le système de visualisation de l'invention. Referring to Figure 1, we will therefore describe an embodiment of the invention. This figure represents in the form of an exploded perspective view the display system of the invention.

Les écrans matriciels concernés par l'invention ont généralement une structure en "grille" à maille rectangulaire (carrée en particulier). The matrix screens concerned by the invention generally have a "grid" structure with a rectangular mesh (in particular square).

Les points d'image de cette structure sont adressés, pour former l'image, au moyen d'électrodes transparentes séparées par des intervalles d'isolement. Ces intervalles ne sont pas adressés électriquement. The image points of this structure are addressed, to form the image, by means of transparent electrodes separated by isolation intervals. These intervals are not addressed electrically.

Selon l'invention, la lentille de champ disposée au contact de la matrice à cristaux liquides a une structure non pas circulaire (éléments de cônes) comme c'est communément le cas, mais rectangulaire (éléments de pyramides) avec une périodicité égale ou multiple de celle de la maille de la matrice. Ainsi, cette structure de la lentille de Fresnel se projette-t-elle sur l'image des intervalles non adressés de la matrice à cristaux liquides, ce qui fait disparaître son image parasite. According to the invention, the field lens placed in contact with the liquid crystal matrix has a structure not circular (elements of cones) as is commonly the case, but rectangular (elements of pyramids) with an equal or multiple periodicity of that of the mesh of the matrix. Thus, this structure of the Fresnel lens is projected onto the image of the unaddressed intervals of the liquid crystal matrix, which makes its parasitic image disappear.

Sur la figure 1, on trouve donc alignés selon un même axe
XX':
- une source lumineuse 1
- un écran diffuseur de lumière 4
- un écran plat à cristal liquide 2
- une lentille 3 du type lentille de Fresnel
- un objectif de projection 5;
- un écran diffuseur 6.In Figure 1, we therefore find aligned along the same axis
XX ':
- a light source 1
- a light diffusing screen 4
- a flat liquid crystal screen 2
- a lens 3 of the Fresnel lens type
- a projection objective 5;
- a diffuser screen 6.

L'écran à cristal liquide 2 comporte une cellule matricielle à cristal liquide telle que 20 composée de points images (ou pixels) arrangés en lignes et colonnes et commandés par des électrodes de lignes et de colonnes transparentes. Ces lignes et ces colonnes de cellule à cristal liquide sont séparées sur la figure I par un quadrillage pour illustrer l'arrangement matriciel. Le pas de ce quadrillage a pour valeur pl pour les lignes horizontales et p2 pour les lignes verticales. The liquid crystal screen 2 comprises a liquid crystal matrix cell such as 20 composed of image points (or pixels) arranged in rows and columns and controlled by electrodes of rows and transparent columns. These rows and columns of liquid crystal cells are separated in Figure I by a grid to illustrate the matrix arrangement. The pitch of this grid has the value pl for the horizontal lines and p2 for the vertical lines.

La lentille 3 est réalisée sous la forme d'une lentille type lentille de Fresnel, mais au lieu d'être circulaire comme les lentilles de Fresnel classiques, elle est de forme générale rectangulaire. Sa réalisation en vue de coupe de la figure 2 fournit des éléments réfractants tels que 30 et 31 terminés chacun par une arête 32. The lens 3 is produced in the form of a Fresnel lens type lens, but instead of being circular like conventional Fresnel lenses, it is generally rectangular in shape. Its embodiment in section view of FIG. 2 provides refracting elements such as 30 and 31 each terminated by an edge 32.

Comme représentés en figure 1, ces éléments réfractants sont linéaires. On a ainsi quatre réseaux réfractants constitués chacun d'éléments parallèles. L'ensemble des quatre réseaux donne une lentille dont les arêtes supérieures 32 des éléments réfractants forment des rectangles homothétiques.As shown in Figure 1, these refracting elements are linear. There are thus four refracting gratings each consisting of parallel elements. The set of four arrays gives a lens whose upper edges 32 of the refracting elements form homothetic rectangles.

Les dimensions extérieures H' et L' de cette lentille 3 sont sensiblement égales aux dimensions H et L de la matrice de l'écran 2. La lentille 3, lorsqu'elle est plaquée contre l'écran 2 a le même encombrement que lui. The external dimensions H 'and L' of this lens 3 are substantially equal to the dimensions H and L of the matrix of the screen 2. The lens 3, when pressed against the screen 2 has the same size as it.

La répartition des arêtes 32 (ou discontinuités entre deux éléments réfractants) est telle que lorsqu'on accole la lentille à l'écran, une arête (32) comcide toujours avec une ligne ou une colonne du quadrillage séparant les lignes et colonnes de cellules à cristal liquide. The distribution of the edges 32 (or discontinuities between two refracting elements) is such that when the lens is attached to the screen, an edge (32) always comcides with a line or a column of the grid separating the lines and columns of cells to liquid crystal.

A titre d'exemple sur la figure 1, on a choisi de représenter une lentille 3 avec des arêtes régulièrement espacées. Dans ce cas le pas p'l des arêtes horizontales est égal ou multiple du pas pl des lignes horizontales du quadrillage de l'écran 2. De même, le pas p'2 des arêtes verticales est égal ou multiple du pas p2 des lignes verticales. By way of example in FIG. 1, we have chosen to represent a lens 3 with regularly spaced edges. In this case the step p'l of the horizontal edges is equal or multiple of the step pl of the horizontal lines of the grid of the screen 2. Likewise, the step p'2 of the vertical edges is equal or multiple of the step p2 of the vertical lines .

Pour simplifier, à titre d'exemple sur la figure 1, on a représenté le pas p'l égal au pas pl et le pas p'2 égal au pas p2. To simplify, by way of example in FIG. 1, the step p'l equal to the step pl and the step p'2 equal to the step p2 is shown.

L'écran 2 et la lentille 3 peuvent être de forme rectangulaire ou carree. The screen 2 and the lens 3 can be rectangular or square.

La source lumineuse éclaire l'écran à cristal liquide 2 à travers un écran diffuseur de lumière 4 qui uniformise la lumière sur l'écran. The light source illuminates the liquid crystal screen 2 through a light diffusing screen 4 which standardizes the light on the screen.

L'image de l'écran est transmise à la lentille 3 puis, par l'objectif 5, à l'écran diffuseur 6. L'image de l'écran à cristal liquide est ainsi affichée sur l'écran 6.The image of the screen is transmitted to the lens 3 then, by the objective 5, to the diffusing screen 6. The image of the liquid crystal screen is thus displayed on the screen 6.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, l'écran 2 est un écran à cristal liquide, cependant on pourrait utiliser tout autre dispositif émetteur d'image dans lequel l'image est constituée d'éléments d'image arrangés de manière matricielle. In the exemplary embodiment of FIG. 1, the screen 2 is a liquid crystal screen, however one could use any other image emitting device in which the image consists of image elements arranged in a matrix manner .

Comme décrit précédemment, la lentille 3 devra de même avoir des pas de répartition p'l et p'2 des arêtes (32), égaux ou multiples des pas de lignes et des pas de colonnes de l'arrangement matriciel. La lentille 3 sera placée contre l'écran avec les arêtes (32) colncidant avec des espaces de lignes ou des espaces de colonnes de la matrice d'éléments d'image. As described above, the lens 3 must likewise have distribution steps p'l and p'2 of the edges (32), equal or multiple of the line steps and column steps of the matrix arrangement. The lens 3 will be placed against the screen with the edges (32) coinciding with line spaces or column spaces of the matrix of picture elements.

On voit donc que le système de visualisation de l'invention permet d'obtenir un système de visualisation plan et d'épaisseur réduite tout en évitant des effets d'affichage parasites. It can therefore be seen that the display system of the invention makes it possible to obtain a planar display system of reduced thickness while avoiding parasitic display effects.

L'intérêt de l'invention est de permettre l'utilisation, sans effet parasite géométrique, d'une lentille de Fresnel comme lentille de champ et d'un objectif télécentrique pour éclairer un écran à cristaux liquides en faisceau parallèle et donc obtenir un contraste uniforme, puisque ce contraste est fonction de l'angle d'inclinaison des rayons par rapport à la normale à la surface de l'écran. The advantage of the invention is to allow the use, without geometric parasitic effect, of a Fresnel lens as a field lens and of a telecentric objective to illuminate a liquid crystal screen in parallel beam and therefore obtain a contrast uniform, since this contrast is a function of the angle of inclination of the rays relative to the normal to the surface of the screen.

Claims

1. Flat screen display system comprising a display device (2) of light images comprising image elements (20) arranged in the form of plane matrices of determined dimensions (H, L) of rows and columns d image elements, characterized in that it also comprises, attached to the display device (2), an optical device (3) of the Fresnel lens type, of the same dimensions as the matrix and of which the refracting elements (30 , 31) which constitutes it have the form of homothetic rectangles so as to have four refracting linear networks each inscribed in a portion of rectangle and connecting along the diagonals of the rectangle.

2. Display system according to claim 1, characterized in that each refracting element (30, 31) has an upper edge (32) located between two rows or two columns of image elements of the matrix.

3. Display system according to claim 2, characterized in that the edges of each refracting network are distributed at a constant pitch equal to or greater than the pitch of the rows and columns of the matrix.

4. Display system according to claim 1, characterized in that the display device (2) is a liquid crystal screen illuminated by a light source (1) which projects the image of the liquid crystal cell (2) on the optical device 3.

5. Display system according to claim 4, wherein the liquid crystal screen (2) comprises a plurality of display elements arranged in rows and columns, characterized in that each refracting element (30, 31) has its upper edge (32) located between two rows or two columns of display elements.

6. Display system according to claim 5, characterized in that the pitch of the edges (32) of the refracting elements (30, 31) is equal to or greater than the pitch of the rows and columns of the liquid crystal screen.

7. Display system according to claim 1, characterized in that it comprises a diffusing screen (6) receiving the image of the display device (2) retransmitted by the optical device (3).