FR2786597A1 - Adressage numerique d'un ecran plat de visualisation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'adressage numérique d'un écran plat de visualisation organisé en réseau matriciel et dont au moins une première électrode reçoit une consigne numérique d'éclairement réglant la largeur d'impulsions à appliquer pendant un temps d'adressage (t1) d'une deuxième électrode perpendiculaire. Ce procédé consiste à rendre non-constante l'amplitude d'émission lumineuse au cours du temps d'adressage de la deuxième électrode.
Description
ADRESSAGE NTMRIQUE D'UN ÉECRAN PLAT DE VISUALISATICN
La présente invention concerne les écrans plats de visualisation. Elle concerne plus particulièrement les écrans plats dans lesquels les consignes respectives d'éclairement des
différents pixels sont appliquées de façon numérique à une élec-
trode de l'écran. Un exemple d'écran de visualisation auquel s'applique plus particulièrement la présente invention est un écran plat à effet de champ, par exemple du type à micropointes. La figure 1 représente très schématiquement et partiellement la structure d'un écran plat à micropointes. Cet écran comprend des électrodes de cathode, ici des micropointes 1, destinées à émettre des électrons vers des électrodes d'anode 2 séparées des cathodes par un espace vide 3. Des électrodes de grille 4 sont associées aux électrodes de cathode 1, généralement dans une direction perpendiculaire, de façon
à former un réseau matriciel émetteur d'électrons.
Un exemple d'écran à micropointes du type auquel s'appli-
que la présente invention et son principe de fonctionnement sont décrits dans le brevet américain n 4940916 du Ccamissariat à
1' Energie Atcmique.
On notera que la représentation de la figure 1 est très schématique. En particulier, cette représentation a pour objet de distinguer les différents potentiels d'adressage des électrodes et
non d'exposer de façon détaillée la structure de l'écran à micro-
pointes. Ainsi, à la figure 1, une seule micropointe par pixel a été représentée alors que les micropointes sont, en pratique, au nombre
de plusieurs milliers par pixel d'écran.
L'anode 2 est portée à un potentiel VA (par exemple, plu- sieurs centaines de volts) sensiblement plus élevé que le potentiel
de la cathode pour attirer les électrons émis par les micropointes.
Dans un écran mnochrome, l'anode est, en général, portée en perma-
nence à son potentiel d'adressage. Dans un écran couleur, on utilise généralement trois anodes de couleur différente (bleue, verte, rouge) qui sont alors adressées séquentiellement par tramre de chaque couleur. Les électrodes de grille 4 sont organisées en rangées dans une première direction et sont séquentiellerment polarisées, dans un balayage ligne, à un potentiel d'adressage, généralemrent à
un potentiel VG, positif par rapport aux électrodes de cathode 1.
Les électrodes de cathode 1 sont organisées en colonnes dans une
deuxième direction perpendiculaire à la première et sont simultané-
ment adressées par des signaux respectifs VK, VK, pendant l'adres-
sage d'une ligne de grille, le courant d'émission d'électrons repré-
sentant, pour chaque rangée de la grille, la brillance du pixel
défini par l'intersection de la colonne de la cathode et de la ran-
gée de la grille.
On distingue essentiellement deux procédés d'adressage
d'un écran de visualisation du type décrit ci-dessus.
Dans une première famille d'écrans, le potentiel d'adres-
sage des électrodes de cathode représente la brillance du pixel
défini par l'intersection de la colonne de la cathode et de la ran-
gée de la grille. Les colonnes sont donc portées à des potentiels respectifs coapris entre un potentiel d'émission maximale et un potentiel d'absence d'émission (par exemple, respectivement 0 et 30 volts pour une grille dont le potentiel d'adressage est de l'ordre
de 80 volts).
Dans une deuxième famille d'écrans à laquelle s'applique plus particulièrement la présente invention, la brillance est définie par la durée d'adressage (largeur d'impulsion d'adressage)
de la colonne considérée pendant la durée (temps de ligne) d'adres-
sage de la grille.
La figure 2 illustre, de façon très schématique et sous forme de chronogrammnnes, un exemple d'adressage de cathode par modu- lation de largeur d'impulsions. Dans un tel mode d'adressage, toutes les colonnes de cathode sont, pendant la durée tl d'adressage de chaque ligne de grille 4, adressées par des signaux respectifs VK,
VK,, correspondant chacun à une impulsion dont la largeur est fonc-
tion de l'éclairement souhaité pour le pixel défini par l'inter-
section de la ligne et de la colonne considérée. Dans l'exemple illustré par la figure 2, la colonne adressée par le signal VK, a une consigne d'éclairement plus importante que celle adressée par le signal VK dans la mesure o les périodes pendant lesquelles la différence de potentiel entre l'électrode de grille et l'électrode de cathode est élevée (par exemple, supérieure au seuil de 50 volts d'émission des électrons) sont plus importantes. Ainsi, dans la modulation de largeur d'impulsions opérée pour adresser les colonnes d'un écran de visualisation du type auquel s'applique la présente
invention, un éclairement maximal correspond généralement à une lar-
geur d'impulsion minimale. On notera toutefois qu'il suffit d'inver-
ser l'impulsion pour obtenir une règle d'éclairement différente en fonction des largeurs d'impulsions, et que le principe de modulation de largeur d'impulsions pour fixer la quantité d'électrons émis
reste le nmme.
La modulation de la largeur des impulsions d'adressage des électrodes de cathode s'effectue, le plus souvent, de façon numérique. Ainsi, comme l'illustre respectivement les figures 3A et 3B, les intensités lumineuses respectives Ik, et Ik des pixels
considérés ci-dessus sont fixées par des mots binaires, respective-
ment Wk, et Wk. Dans l'exemple représenté aux figures 3A et 3B, plus l'intensité lumineuse souhaitée est élevée, plus le mot binaire représente un nombre élevé (par exemple 1.0.1 pour la colonne K' et
0.1.1. pour la colonne K).
Un adressage numérique se prête particulièrement bien aux écrans matriciels dans lesquels une des électrodes est adressée par des signaux impulsionnels dont la largeur des impulsions fixe la
consigne de brillance. En effet, cette modulation de largeur d'im-
pulsions s'effectue généralement à partir d'une horloge (pointillés, figure 2) de fréquence plus élevée que celle des trains d'impulsions correspondant généralement à la fréquence de balayage ligne, donc le
plus souvent par un découpage en nombre entier de cycles d'horloge.
Toutefois, les écrans classiques souffrent d'une mauvaise
reproduction de l'éclairement, en particulier, d'une faible défini-
tion perceptible pour les nuances entre deux niveaux de brillance
voisins dans les régions de l'écran de faible éclairement.
Un objet de la présente invention est d'améliorer la per-
ception des niveaux d'éclairement par l'utilisateur dans les niveaux
sombres.
La présente invention vise également à proposer un nou-
veau procédé d'adressage numérique d'un écran de visualisation qui
met en oeuvre une telle amélioration.
La présente invention vise également à proposer un pro-
cédé dont la mise en oeuvre soit particulièrement simple et qui
minimise les modifications à apporter à l'adressage numérique clas-
sique d'un tel écran.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé d'adressage numérique d'un écran plat de visualisation
organisé en réseau matriciel et dont au moins une première élec-
trode reçoit une consigne numérique d'éclairement réglant la lar-
geur d'impulsions à appliquer pendant un temps d'adressage d'une
deuxième électrode perpendiculaire, ce procédé consistant à ren-
dre non-constante l'amplitude d'émission lumineuse au cours du
temps d'adressage de la deuxième électrode.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, ladite variation non-constante suit une loi établie à par-
tir de la relation liant la sensibilité de l'oeil à l'éclaire-
ment.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé est appliqué à un écran plat de visualisation dans lequel la première électrode est constituée par une cathode à émission de champ, la deuxième électrode étant constituée par une grille associée à la cathode.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé consiste à faire varier le potentiel d'adressage
de la deuxième électrode au cours dudit temps d'adressage.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé consiste à augmenter de façon non-linéaire le potentiel d'adressage des lignes de grille pendant chaque temps
de ligne.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé consiste à faire varier la fréquence d'une hor-
loge de modulation de largeur d'impulsions d'adressage de la pre-
mière électrode.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, la variation de la fréquence d'horloge est effectuée modulo
le temps d'adressage de la deuxième électrode.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé consiste à faire varier le potentiel d'adressage d'une troisième électrode au cours du temps d'adressage de la
deuxième électrode.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, la troisième électrode est constituée par une anode catho-
doluminescente.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven-
tion, le procédé consiste à faire varier la tension d'adressage de la première électrode au cours du temps d'adressage de la
deuxième électrode.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la
description suivante de modes de mise en oeuvre et de réalisation
particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles:
les figures 1, 2, 3A et 3B qui ont été décrites précé-
demment sont destinées à exposer l'état de la technique et le pro-
blème posé;
la figure 4 illustre, de façon très schématique, la sen-
sibilité de l'oeil humain en fonction de la luminosité; la figure 5 illustre, sous forme de chronogranToes, un premier mode de mise en oeuvre de la présente invention;
les figures 6A et 6B représentent l'intensité d'éclaire-
ment en fonction du mot binaire d'adressage selon deux consignes prises pour exemple; et la figure 7 illustre, sous forme de chronogrannes, un
deuxième mode de mise en oeuvre de la présente invention.
Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé-
rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. De plus, toujours pour des raisons de clarté, les chronograrnes ne sont
pas à l'échelle.
La présente invention tire son origine d'une observation
de la sensibilité de l'oeil en fonction de l'éclairement. Cette sen-
sibilité n'est pas linéaire mais est approximativement logarithmi-
que, c'est-à-dire que deux niveaux de gris voisin se distinguent
mieux s'ils sont sombres que s'ils sont clairs.
La figure 4 illustre l'influence de cette sensibilité
logarithmique de l'oeil sur l'adressage d'un écran de façon numéri-
que. Cette figure représente la réponse de l'oeil E en fonction de l'intensité lumineuse L. Dans un écran adressé numériquement, l'axe de 1' intensité lumineuse I est découpé (échantillonné) pour coder cette intensité sous forme binaire, par exemple sur 3 bits (8 états) dans l'exemple représenté. La non-linéarité de la sensibilité de l'oeil à cette intensité lumineuse conduit à ce que deux consignes adjacentes (0. 0.0, 0.0.1) de faible éclairement se traduisent par des réponses
fortement différentes de l'oeil, tandis que deux consignes adjacen-
tes (1.0.1, 1.1.0) de forte intensité lumineuse se traduisent par
des réponses de l'oeil très proches l'une de l'autre.
De plus, on constate que là o la non-linéarité de la réponse de l'oeil traduit une forte sensibilité de l'oeil (niveaux sombres), l'échantillonnage des consignes de luminance conduit à ce que deux niveaux voisins sont fortement différents l'un de l'autre en termes de niveaux de luminance (par exemple, niveaux de gris). Il en découle que les différences de niveaux perçues par l'oeil sont,
dans la plage des niveaux de faible intensité lumineuse, plus impor-
tantes que les différences de niveaux enregistrées.
On notera que ce problème de discordance entre la répar-
tition des consignes de luminance et la sensibilité de l'oeil se pose essentiellement dans les écrans pour lesquels la conmiande en luminance est numérique. En effet, dans les autres types d'écran, par exemple les tubes à rayons cathodiques, tous les niveaux de gris voulus peuvent être affichés en raison du caractère analogique de la commande. Il en est de nmême pour les écrans à cristaux liquides qui
sont cnommandés de façon analogique.
Une caractéristique de la présente invention est de faire
varier l'amplitude d'émission lumineuse au cours du temps d'adres-
sage d'une ligne de balayage. Ainsi, selon la présente invention, on prévoit de rendre non-constante l'intensité lumineuse émise au cours de l'adressage de l'électrode de l'écran soumise à un balayage ligne, c'està-dire de rendre non-constant le courant d'émission pendant le temps d'une ligne. Dans le cas d'un écran à micropointes, cela revient, par exemple, à faire varier l'amplitude du courant au
cours de l'adressage de chaque ligne de grille.
Selon l'invention, on fait en sorte que la différence d'amplitude d'émission lumineuse, donc de quantité d'électrons émis dans le cas d'un écran à effet de champ, soit plus faible pour deux consignes binaires adjacentes de faible éclairement que pour deux
consignes binaires toujours adjacentes mais de fort éclairement.
La figure 5 illustre, sous forme de chronogranmes, un
premier mode de mise en oeuvre de la présente invention. Les chrono-
granTmes de la figure 5 représentent le signal VG d'adressage d'une ligne de grille pendant un temps de ligne tl et un exemple de signaux d'adressage Vk et Vk, de colonnes de cathode pendant ce temps de ligne. La représentation de la figure 5 est à rapprocher de
celle de la figure 2.
Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, le
potentiel VG d'adressage des lignes de grille est modulé, de préfé-
rence de façon analogique, pendant le temps tl de sélection de cha-
que ligne de la grille. Ainsi, à chaque temps de ligne, le potentiel
de la ligne adressée est porté à une première valeur V0 (par exem-
ple, de l'ordre de 75 volts) et cette valeur croît jusqu'à atteindre un potentiel V1 (par exemple, d'environ 80 volts) à la fin du temps
de ligne.
Selon ce premier mode de réalisation, les signaux Vk et Vk, d'adressage des colonnes de la cathode ne sont pas modifiés par
rapport au cas classique (figure 2).
Coame précédemment, la période pendant laquelle une
cathode émet est celle pendant laquelle elle est portée à un poten-
tiel bas alors que la grille est portée à un potentiel haut d'adressage. Les figures 6A et 6B illustrent l'effet de la présente invention sur les intensités lumineuses respectives Ik' et Ik pour deux mots binaires, respectivement Wk, et Wk, pris pour exemple. Les figures 6A et 6B sont à rapprocher des figures 3A et 3B exposées précédermment.
Ccwme l'illustre ces figures 6A et 6B, la modulation ana-
logique de la tension de grille VG, conduit à rendre non-linéaire la relation entre l'intensité lumineuse et la consigne binaire. Aux
figures 6A et 6B, on a représenté par un pointillé pnl l'interpola-
tion (de pente croissante) des valeurs moyennes respectives des
intensités lumineuses en fonction des consignes. L'allure non-
linéaire de cette interpolation pnl est à rapprocher du pointillé pl des figures 3A et 3B qui représente également l'interpolation des
valeurs moyennes des intensités lumineuse mais qui est linéaire.
La non-linéarité, apportée selon l'invention à la rela-
tion entre l'intensité lumineuse et la consigne binaire (pointi-
lié pnl), dépend de la correction que l'on souhaite effectuer en
fonction de la sensibilité de l'oeil. Cette correction, condi-
tionnée ici par l'allure donnée à la modulation analogique du potentiel des lignes de grille à chaque temps de ligne tl, sera adaptée en fonction des applications. La définition d'une telle
allure est à la portée de l'homme du métier à partir des indica-
tions fonctionnelles données ci-dessus.
A titre d'exemple particulier de réalisation, la durée d'un temps de ligne est de l'ordre de 20 à 40 gs pour un écran à micropointes classique. Cette durée est parfaitement compatible
avec la modulation opérée selon la présente invention.
La figure 7 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre de la présente invention. Cette figure illustre, sous forme de
chronogrammes, les allures respectives de deux signaux de catho-
des Vk et Vk, au cours d'un temps de ligne tl dans lequel une
ligne de grille est adressée par un signal VG.
Une caractéristique de ce deuxième mode de mise en oeu-
vre est de faire varier la fréquence de l'horloge CLK de modula-
tion de la largeur de chaque impulsion de commande de la cathode au cours du temps de ligne. Ainsi, comme l'illustre la figure 7, le signal d'horloge CLK ne présente pas la même fréquence au
cours d'un temps de ligne. Dans le mode de réalisation repré-
senté, cette fréquence augmente avec le déroulement du temps de ligne. Dans l'exemple représenté à la figure 7 on a, comnme en
relation avec la figure 2, considéré de façon arbitraire que le nom-
bre de cycles d'horloge présents au cours d'un temps de ligne correspondait au nombre d'états sur lequel sont codées les consignes
d'éclairement appliquées aux colonnes de la cathode.
Ainsi, comme l'illustre la figure 7, la modulation de largeur des impulsions des signaux Vk et Vk,, opérée à partir du signal d'horloge CLK, conduit à une non-linéarité de la largeur de ces impulsions pour un écart de même valeur du nombre de bits de
consignes d'éclairement.
Pour réaliser une variation de la fréquence du signal
d'horloge CLK modulo le temps de ligne on pourra, par exemple, uti-
liser une horloge plus rapide dont on prélève un nombre de paquets plus important au début du temps de ligne par rapport à la fin du temps de ligne, ou moduler cette horloge de façon analogique. Un avantage de la présente invention est qu'elle améliore la qualité des images visualisées en améliorant la perception des différences des niveaux d'éclairement dans les régions sombres d'une
image en réduisant les écarts entre deux niveaux consécutifs.
Un autre avantage de la présente invention est qu'elle peut être mise en oeuvre de façon particulièrement simple et avec des modifications mineures des circuits d'adressage classiques des
écrans de visualisation.
Le choix entre l'un ou l'autre des modes de réalisation illustrés cidessus à titre d'exemple dépendra de l'application et du type de circuit utilisé. En particulier, on préférera utiliser le premier mode de réalisation si l'on souhaite ne pas modifier l'adressage des colonnes des cathodes. A l'inverse, on choisira le second mode de réalisation si on souhaite maintenir un adressage
classique des lignes de grille.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'honme de l'art. En particulier, d'autres moyens que ceux décrits ci-dessus pour faire varier l'intensité lumineuse au cours d'un temps de ligne pourront être utilisés pourvu qu'ils respectent les fonctionnalités décrites ci- dessus. Par exemple, on pourra faire varier le potentiel d'adressage de l'anode (ou des anodes) modulo le temps de ligne. Une telle variation qui se traduit par une variation de la tension anode-cathode provoque une variation du courant d'émission, donc de
l'intensité lumineuse au cours du temps de ligne. On pourra égale-
ment prévoir, par exemple, de faire varier la tension d'adressage de la cathode, modulo le temps des lignes de grille, ce qui, de façon similaire, rend non-constant le courant d'émission, modulo le temps
de ligne.
De plus, bien que l'invention ait été décrite en relation
avec un écran dans lequel les consignes de luminances sont condi-
tionnées par la cathode, la transposition de l'invention à un écran
dans lequel le balayage ligne s'effectue, côté cathode est à la por-
tée de l'homme du métier. Par ailleurs, on notera que si, pour des questions de clarté, l'invention a été exposée en relation avec un codage sur
trois bits des consignes de luminance, ce nombre de bits est géné-
ralement plus élevé.
En outre, on notera que les impulsions d'adressage dont on module la largeur pourront être constituées, chacune, d'un train d'impulsions qui, pour le deuxième mode de mise en oeuvre, auront une fréquence au moins égale à la fréquence la plus basse du signal
CLK de fréquence variable.
Claims (10)
1. Procédé d'adressage numérique d'un écran plat de visualisation organisé en réseau matriciel et dont au moins une
première électrode (1) reçoit une consigne numérique d'éclaire-
ment réglant la largeur d'impulsions à appliquer pendant un temps d'adressage (tl) d'une deuxième électrode (4) perpendiculaire,
caractérisé en ce qu'il consiste à rendre non-constante l'ampli-
tude d'émission lumineuse au cours du temps d'adressage de la
deuxième électrode.
2. Procédé d'adressage selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que ladite variation non-constante suit une loi éta-
blie à partir de la relation liant la sensibilité de l'oeil à l'éclairement.
3. Procédé d'adressage selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce qu'il est appliqué à un écran plat de visuali-
sation dans lequel la première électrode est constituée par une cathode à émission de champ (1), la deuxième électrode étant
constituée par une grille (4) associée à la cathode.
4. Procédé d'adressage selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à faire
varier le potentiel d'adressage (VG) de la deuxième électrode (4)
au cours dudit temps d'adressage (tl).
5. Procédé d'adressage selon les revendications 3 et 4,
caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter de façon non-
linéaire le potentiel d'adressage (VG) des lignes de grille (4)
pendant chaque temps de ligne (tl).
6. Procédé d'adressage selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à faire
varier la fréquence d'une horloge (CLK) de modulation de largeur
d'impulsions d'adressage de la première électrode (1).
7. Procédé d'adressage selon la revendication 6, carac-
térisé en ce que la variation de la fréquence d'horloge (CLK) est
effectuée modulo le temps d'adressage (tl) de la deuxième élec-
trode (4).
8. Procédé d'adressage selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à faire
varier le potentiel d'adressage d'une troisième électrode (2) au
cours du temps d'adressage (tl) de la deuxième électrode (4).
9. Procédé d'adressage selon les revendications 3 et 8,
caractérisé en ce que la troisième électrode est constituée par
une anode cathodoluminescente (2).
10. Procédé d'adressage selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à faire
varier la tension d'adressage de la première électrode (1) au
cours du temps d'adressage (tl) de la deuxième électrode (4).
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