FR2868585A1 - Procede d'affichage destine a ameliorer la luminosite d'un dispositif a cristaux liquides - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'affichage d'images destiné à améliorer l'affichage dans les dispositifs à cristaux liquides. L'invention s'applique plus particulièrement aux dispositifs de projection ou rétro-projection séquentiel couleur comprenant une valve LCOS (pour Liquid Crystal On Silicon en langue anglaise et commandés en mode PWM (Pulse Width Modulation). Dans ce type de dispositif, le temps de réaction des cristaux liquides est, pour certaines transitions de la tension de commande des cristaux liquides, non négligeable par rapport à la durée de la trame vidéo. Il en résulte un déficit ou un excédent de la lumière transmise par les cristaux liquides. Selon l'invention, on propose de faire varier le flux lumineux produit par la source de lumière du dispositif à chaque transition de la tension de commande du cristal liquide pour compenser cet excédent ou ce déficit.

Description

PROCEDE D'AFFICHAGE DESTINE A AMELIORER LA LUMINOSITE

D'UN DISPOSITIF A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention concerne un procédé d'affichage d'images destiné à améliorer la luminosité d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides. L'invention s'applique plus particulièrement aux dispositifs de projection ou rétro-projection séquentiel couleur comprenant une valve LCOS (pour Liquid Crystal On Silicon en langue anglaise).

Un rétroprojecteur classique à affichage séquentiel couleur est représenté schématiquement à la figure 1. II comprend principalement un contrôleur vidéo 2 délivrant séquentiellement des informations vidéo rouges, vertes et bleues à une valve 1 de cristaux liquides. Cette valve est une matrice d'éléments de cristal liquide organisés en rangées et en colonnes. Une source de lumière blanche 3, associée à une roue de couleur 4, illumine alternativement la valve 1 avec une lumière rouge, verte et bleue. Le flux lumineux produit par la source de lumière blanche 3 est constant. La roue de couleur 4 comporte 3 segments de couleur: un segment rouge, un segment vert et un segment bleu. La lumière issue de la roue de couleur est donc rouge, verte ou bleue. La rotation de la roue de couleur 4 est synchronisée sur la transmission des informations vidéo à la valve 1 par le contrôleur vidéo 2 pour que, lorsque la valve traite les informations vidéo d'une couleur donnée, elle soit illuminée par une lumière de même couleur. Les éléments à cristaux liquides de la valve 1 réfléchissent alors une quantité de lumière en fonction des informations vidéo qui leur sont fournies. Cette lumière est ensuite transmise vers l'écran du rétroprojecteur par l'intermédiaire d'un bloc optique.

L'affichage avec un tel rétroprojecteur des informations vidéo dans le cas d'un affichage séquentiel couleur est par exemple tel qu'illustré à la figure 2. La trame vidéo est divisée en 6 sous-trames de durée T affectées chacune à l'affichage d'une couleur et numérotées de 1 à 6. Comme la roue de couleur comprend 3 segments de couleur, un rouge, un vert et un bleu, la roue effectue 2 révolutions pendant la trame vidéo.

Actuellement, les temps de réaction non négligeables des cristaux liquides perturbent le rendement lumineux du dispositif.

Les figures 3A et 3B illustrent les temps de réaction d'un cristal liquide normalement blanc lorsqu'il est commandé en modulation temporelle (ou mode PWM). Dans ce mode, le cristal liquide est commandé par des impulsions de tension dont la durée définit le niveau vidéo affiché par le cristal. Plus particulièrement, la figure 3A montre la lumière transmise par un cristal normalement blanc lorsqu'on applique entre ses électrodes d'entrée le signal impulsionnel de tension de la figure 3B. En l'absence de tension appliquée entre ses électrodes d'entrée, le cristal laisse passer une quantité de lumière maximale. Comme montré à la figure 3B, le signal de tension comprend en alternance des impulsions positives avec des impulsions négatives pour réduire au maximum la composante continue de la tension de commande du cristal liquide et éviter ainsi le marquage du cristal liquide.

Toutes les impulsions ont la même amplitude. Seule leur durée varie et détermine la quantité de lumière transmise par le cristal. Dans l'exemple de la figure 3B, une première impulsion de durée Ti est appliquée pendant une première partie d'une sous-trame destinée à afficher une première information vidéo. Une deuxième impulsion de durée T2 est appliquée pendant une deuxième partie d'une sous-trame destinée à afficher une deuxième information vidéo. Le cristal liquide transmet de la lumière lorsqu'il n'y a pas de tension entre ses électrodes d'entrée. Comme indiqué précédemment, les temps de réaction du cristal liquide ne sont pas négligeables par rapport à la durée T. Pour un cristal liquide normalement blanc, le temps de réaction dans le cas d'une transition tension haute (positive ou négative) vers tension basse (nulle) est égal à environ 1,5 ms. Ce temps de réaction est noté tm sur la figure 3A. Dans le cas d'une transition tension basse vers tension haute, il est égal à environ 0,3 ms et est noté td. Les temps tm et td sont calculés respectivement pour un pourcentage de lumière transmise passant de 10% à 90% et inversement.

Les figures 4A et 4A illustrent les temps de réaction d'un cristal liquide normalement noir. Les temps de réaction tm et td sont intervertis, à savoir tm 0,3 ms et td Z' 1,5 ms. Le cristal liquide ne transmet de la lumière que lorsqu'il y a une tension entre ses électrodes d'entrée.

En effet, le cristal liquide, qu'il soit normalement blanc ou noir, met moins de temps à réagir lorsqu'on vient lui appliquer une tension entre ses électrodes que lorsqu'on vient la supprimer car les contraintes de torsion au sein du cristal liquide sont moins élevées lorsque le cristal liquide quitte son état de repos que lorsqu'il y revient. Les temps de réaction correspondent en fait au temps nécessaire aux molécules du cristal liquide pour changer d'orientation. Ils ne sont pas négligeables par rapport à la durée de la trame vidéo. Ils le sont encore moins lorsque six informations vidéo (2 par couleur) sont à afficher séquentiellement pendant une trame vidéo. C'est le cas avec un affichage séquentiel couleur classique où la durée T est alors égale à un sixième de la période de trame. Dans le cadre d'un système séquentiel 3 couleurs fonctionnant à 50 Hz, T est égale à 3,3 ms.

Pendant les transitions de la tension, la transmission de la lumière par le cristal liquide est perturbée. Il en résulte, dans le cas d'un cristal liquide normalement blanc, un déficit dans la lumière transmise lors des transitions haute tension vers basse tension et un excédent dans la lumière transmise lors des transitions basse tension vers haute tension. Globalement, on perd de la lumière sur une trame à cause de l'asymétrie des temps de réponse. C'est l'inverse dans le cas d'un cristal liquide normalement noir.

Pour réduire l'effet de ces temps de réaction sur la quantité de lumière transmise lors de ces périodes de transition de la tension, il est connu d'utiliser une technique dite "d'overdrive". Cependant, cette technique n'est applicable que lorsque le cristal liquide est commandé en modulation d'amplitude. Elle ne l'est pas lorsque les cristaux liquides sont commandés en mode PWM comme dans le cas présent.

Selon l'invention, on cherche à réduire, voire supprimer, ces effets. Pour cela, on propose de compenser ces effets en agissant, pendant ces périodes de transition, sur le flux lumineux produit par la source de lumière.

Aussi, l'invention concerne un procédé d'affichage d'une image dans un dispositif d'affichage comportant une valve d'éléments de cristal liquide et une source de lumière pour illuminer ladite valve, chaque élément de ladite valve étant destiné à afficher le niveau vidéo d'un pixel de ladite image et à transmettre une quantité de lumière proportionnelle à ce niveau vidéo, ledit élément étant commandé par une impulsion de tension appliquée au cristal liquide de l'élément, l'amplitude de ladite impulsion étant constante et sa durée variable selon le niveau vidéo à afficher par ledit élément, caractérisé en ce que, au voisinage d'au moins l'un des fronts montant et descendant de l'impulsion de tension, on ajuste la quantité de lumière fournie par la source de lumière à ladite valve de manière à compenser, au moins partiellement, les perturbations de la quantité de lumière transmise par la valve liées aux temps de réaction du cristal liquide.

On va ainsi compenser le déficit ou l'excédent de lumière transmise en augmentant ou en abaissant la quantité de lumière fournie par la source de lumière.

De préférence, on ne compensera que les déficits et les excédents de lumière non négligeables. En effet, on pourra considérer que, pour les transitions impliquant un temps de réaction de 0,3 ms, le déficit ou l'excédent de lumière qui en résulte est négligeable. C'est le cas pour les transitions basse tension vers haute tension pour les 2 types de cristal liquide (normalement blanc et normalement noir).

Ainsi, si le cristal liquide est normalement blanc, on va transmettre à la valve une quantité de lumière supplémentaire pendant une première durée à partir du front descendant de l'impulsion de tension. Cette première durée correspondant au temps de réaction tm d'un cristal liquide normalement blanc. Pour cela, on va par exemple augmenter brutalement la quantité de lumière transmise à la valve au moment du front descendant de l'impulsion de tension puis la faire décroître jusqu'à s'annuler au bout de ladite première durée.

De même, si le cristal liquide est normalement noir, on va diminuer la quantité de lumière transmise à la valve pendant une seconde durée à partir du front descendant de l'impulsion de tension. La seconde durée correspondant au temps de réaction td d'un cristal liquide normalement noir. Pour cela, on va par exemple diminuer brutalement la quantité de lumière transmise à la valve au moment du front descendant de l'impulsion de tension puis l'augmenter pendant ladite seconde durée pour revenir à sa valeur initiale.

La variation de la quantité de lumière transmise à la valve est par exemple obtenue en agissant sur le courant traversant la lampe formant la source de lumière.

La présente invention concerne également un dispositif d'affichage d'une image comportant - une valve d'éléments de cristal liquide, chaque élément de ladite valve étant destiné à afficher le niveau vidéo d'un pixel de ladite image et à transmettre une quantité de lumière proportionnelle à ce niveau vidéo, - une source de lumière pour illuminer ladite valve, - un contrôleur vidéo pour commander par des impulsions de tension à appliquer aux cristaux liquides des éléments de la valve, la durée des impulsions étant variable selon le niveau vidéo à afficher par les éléments, caractérisé en ce que le contrôleur vidéo est apte à modifier, au voisinage d'au moins l'un des fronts montant et descendant de l'impulsion de tension, le courant alimentant la source de lumière de manière à faire varier la quantité de lumière fournie par la source de lumière.

Comme le temps de réaction des cristaux liquides peut varier avec la température, le dispositif comprend avantageusement un capteur pour mesurer la température de la valve et la transmettre au contrôleur vidéo qui va alors commander la source de lumière en fonction de cette information de température.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1, déjà décrite, est un schéma simplifié d'un dispositif d'affichage à valve de cristaux liquides de l'art antérieur, - la figure 2, déjà décrite, illustre le séquencement des informations vidéo dans la cadre d'un affichage séquentiel couleur; les figures 3A et 3B illustrent la quantité de lumière transmise par un élément de cristal liquide de la valve lorsque le cristal liquide est normalement blanc; - les figures 4A et 4B illustrent la quantité de lumière transmise par un élément de cristal liquide de la valve lorsque le cristal liquide est normalement noir; - les figures 5A et 5B, à comparer aux figures 3A et 3B, illustrent le principe de l'invention dans le cas d'un cristal normalement blanc; - les figures 6A et 6B, à comparer aux figures 4A et 4B, illustre le principe de l'invention dans le cas d'un cristal normalement noir; - la figure 7 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif d'affichage mettant en oeuvre l'invention; et - la figure 8 représente une deuxième réalisation d'un dispositif d'affichage mettant en oeuvre l'invention.

Le principe de l'invention est de compenser le déficit ou l'excédent de lumière transmise par la valve en début ou en fin d'impulsion en augmentant ou en diminuant la quantité de lumière incidente fournie par la source de lumière à la valve.

Dans les cas qui sont décrits ci-après illustrés par les figures 5A, 5B, 6A et 6B, le déficit ou l'excédent de lumière pour les transitions basse tension vers haute tension n'est pas compensé car il est négligeable, le temps de réaction du cristal liquide correspondant à ces transitions étant seulement de 0,3 ms.

Les figures 5A et 5B, à comparer aux figures 3A et 3B, illustrent le principe de l'invention dans le cas d'un cristal liquide normalement blanc. Selon l'invention, on augmente la quantité de lumière produite par la source de lumière 3 pendant et après le front descendant de l'impulsion de tension de manière à compenser au moins en partie le déficit de lumière dû au temps de réaction tm non négligeable du cristal liquide lorsque la tension entre ses électrodes d'entrée diminue brusquement.

La figure 5A montre l'augmentation de la lumière incidente fournie à la valve lors des fronts descendants du signal appliqué au cristal et le gain en lumière transmise obtenu. Ce gain est indiqué par une zone hachurée. La figure 5B est identique à la figure 3B.

Dans l'exemple de la figure 5A, le flux lumineux produit par la source de lumière 3 du dispositif est brusquement augmenté d'une quantité AL au moment du front descendant de l'impulsion de tension. Cet apport supplémentaire de lumière décroît ensuite linéairement pour s'annuler au bout d'une durée AT correspondant au temps de réaction tm. Les valeurs AL et AT sont prédéfinies afin de compenser au mieux les perturbations de la lumière transmise liées aux temps de réaction de cristaux liquides.

La valeur AT n'est pas nécessairement fixe. Elle peut varier en fonction de la température de la valve. En effet, les temps de réaction du cristal liquide ont tendance à baisser lorsque la température du cristal liquide augmente (car la viscosité du cristal liquide augmente lorsque la température augmente). Selon un mode de réalisation préféré, une valeur AT différente est définie pour plusieurs plages de température. Par exemple, on définit une valeur AT pour les plages de température [30 C - 40 C], [40 C - 50 C] et [50 C - 60 C]. Cette valeur est alors employée par le contrôleur vidéo du dispositif d'affichage pour commander la source de lumière.

2868585 7 Les figures 6A et 6B, à comparer aux figures 4A et 4B, illustrent le principe de l'invention dans le cas d'un cristal liquide normalement noir.

Dans ce cas, on diminue la quantité de lumière produite par la source de lumière 3 pendant et après le front descendant des impulsions de tension de manière à compenser au moins en partie l'excédent de lumière dû au temps de réaction td non négligeable du cristal liquide lorsque la tension entre ses électrodes d'entrée diminue brusquement.

La figure 6A montre la baisse de lumière incidente lors des fronts descendants du signal appliqué au cristal et le gain en lumière transmise obtenu. Ce gain est indiqué par une zone hachurée. La figure 6B est identique à la figure 4B.

De même que pour la figure 5A, la valeur AT correspondant au temps de réaction td peut être réglée selon la température de la valve.

Il faut noter par ailleurs que, dans le cas d'un cristal liquide normalement noir, si la durée de l'impulsion de tension est comprise entre TAT et T, on peut décider de ne pas toucher à la lumière incidente pour ne pas risquer de détériorer la quantité de lumière à transmettre pour l'information vidéo suivante.

La figure 7 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif d'affichage mettant en oeuvre l'invention. Ce dispositif comporte, comme dans la figure 1, un contrôleur vidéo 2, une valve d'éléments à cristal liquide 1, une source de lumière blanche 3 et une roue colorée 4. Ces composants sont agencés entre eux comme dans la figure 1. Pour mettre en oeuvre l'invention, le contrôleur vidéo 2 comprend des moyens pour générer des signaux de commande (AL, AT) et un signal de synchronisation et les transmettre à la source de lumière 3. Le signal de synchronisation indique dans le cas d'une valve de cristaux normalement blanc les fronts descendants du signal de tension de la figure 5B et dans le cas d'une valve de cristaux normalement noirs les fronts descendants du signal de tension de la figure 6B.

Les signaux de commande transmis à la lampe définissent la quantité de lumière (AL, AT) à produire en sus ou en moins de la valeur initiale. Le signal de synchronisation est utilisé par la source de lumière pour déterminer les instants où le flux lumineux de la source doit varier.

L'augmentation/diminution de la valeur de la lumière incidente est obtenue en faisant varier par exemple le courant dans la lampe de la source de lumière 3. Il existe déjà des contrôleurs de lampe permettant de moduler le courant traversant la lampe. Ils sont utilisés pour nettoyer les électrodes de la lampe et améliorer la stabilité du flux lumineux. Ces derniers sont généralement équipés d'une entrée de synchronisation pour générer l'impulsion de courant à un moment approprié. On se propose d'utiliser cette entrée pour recevoir le signal de synchronisation provenant du contrôleur vidéo 2. Les informations (AL, AT) sont par ailleurs transmises par le contrôleur vidéo au circuit de contrôle de la source de lumière 3.

La figure 8 décrit un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'affichage mettant en oeuvre l'invention. La source de lumière blanche 3 et la roue colorée 4 sont remplacées par une source à diodes électroluminescentes rouges, vertes et bleues. On fait passer un courant supplémentaire dans les diodes pour produire l'apport de lumière supplémentaire.

On peut prévoir dans le dispositif un capteur de température pour mesurer la température de la valve 1 et des moyens dans le contrôleur vidéo pour adapter la valeur AT en fonction de la température mesurée.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'affichage d'une image dans un dispositif d'affichage comportant une valve (1) d'éléments de cristal liquide et une source de lumière (3) pour illuminer ladite valve, chaque élément de ladite valve étant destiné à afficher le niveau vidéo d'un pixel de ladite image et à transmettre une quantité de lumière proportionnelle à ce niveau vidéo, ledit élément étant commandé par une impulsion de tension appliquée au cristal liquide de l'élément, l'amplitude de ladite impulsion étant constante et sa durée variable selon le niveau vidéo à afficher par ledit élément, caractérisé en ce que, au voisinage d'au moins l'un des fronts montant et descendant de l'impulsion de tension, on ajuste la quantité de lumière fournie par la source de lumière (3) à ladite valve de manière à compenser, au moins partiellement, les perturbations de la quantité de lumière transmise par la valve liées aux temps de réaction du cristal liquide.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si le cristal liquide est normalement blanc, on transmet à la valve une quantité de lumière supplémentaire pendant une première durée (AT) à partir du front descendant de l'impulsion de tension, ladite première durée correspondant au temps de réaction du cristal liquide lors du front descendant de l'impulsion de tension.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de lumière transmise à la valve augmente brutalement au moment du front descendant de l'impulsion de tension puis décroît jusqu'à s'annuler au bout de ladite première durée (AT).

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si le cristal liquide est normalement noir, on diminue la quantité de lumière transmise à la valve pendant une seconde durée (AT) à partir du front descendant de l'impulsion de tension, ladite seconde durée correspondant au temps de réaction du cristal liquide lors du front descendant de l'impulsion de tension.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de lumière transmise à la valve décroît brutalement au moment du front descendant de l'impulsion de tension puis augmente pendant ladite seconde durée pour revenir à sa valeur initiale.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la variation de la quantité de lumière transmise à la valve est obtenue en agissant sur le courant traversant une lampe ou un groupe de diodes électroluminescentes formant la source de lumière.

7. Dispositif d'affichage d'une image comportant - une valve (1) d'éléments de cristal liquide, chaque élément de ladite valve étant destiné à afficher le niveau vidéo d'un pixel de ladite image et à transmettre une quantité de lumière proportionnelle à ce niveau vidéo, une source de lumière (3) pour illuminer ladite valve, - un contrôleur vidéo (2) pour commander par des impulsions de tension à appliquer aux cristaux liquides des éléments de la valve, la durée des impulsions étant variable selon le niveau vidéo à afficher par les éléments, caractérisé en ce que le contrôleur vidéo (2) est apte à modifier, au voisinage d'au moins l'un des fronts montant et descendant de l'impulsion de tension, le courant alimentant la source de lumière de manière à faire varier la quantité de lumière fournie par la source de lumière.

8. Dispositif d'affichage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une roue colorée (4), insérée entre la source de lumière (3) et la valve (1), et dont le mouvement de rotation est synchronisée sur les impulsions produites par le contrôleur vidéo (2) dans le cas d'un affichage séquentiel couleur.

9. Dispositif d'affichage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de température pour mesurer la température de la valve (1) et fournir une information de température au contrôleur vidéo (2) et en ce que ledit contrôleur vidéo commande la source de lumière (3) en fonction de ladite information de température.