FR2968096A1 - Dispositif d'affichage comportant un capteur de temperature ir de l'ecran - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'affichage (100) comportant un écran à cristaux liquides (11), un support optoélectronique d'éclairage (20) et un capteur (22) de mesure de la température de l'écran (11), le support optoélectronique d'éclairage (20) s'étendant sur un plan parallèle à celui de l'écran (11) et étant disposé avec un écart choisi par rapport à l'écran (11), caractérisé en ce que le capteur (22) de mesure de la température de l'écran (11) est un capteur infrarouge monté en regard de l'écran sur le support optoélectronique d'éclairage (20) apte à mesurer les rayons infrarouges émis par l'écran (11). L'invention s'applique aux visualisations de cockpit d'aéronef et autres applications industrielles.

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE COMPORTANT UN CAPTEUR DE TEMPERATURE IR DE L'ECRAN

Le domaine de l'invention concerne les dispositifs d'affichage à écran à cristaux liquides (LCD pour « Liquid Cristal Display » en anglais) comportant un capteur de mesure de la température de l'écran.

La mesure de la température de l'écran d'un dispositif d'affichage à écran plat est obligatoire pour activer et désactiver en toute sécurité et exactitude la fonction réchauffage nécessaire pour le fonctionnement à froid du LCD. La difficulté de ces décisions réside notamment dans les cas d'arrêt et redémarrage rapide du dispositif d'affichage, qui peuvent induire des situations de température LCD dé corrélée de celle de la structure du produit de visualisation. Selon l'état de la technique, la fonction de mesure de la température classique dans des afficheurs LCD pour environnement professionnel critique et militaire, est réalisée jusqu'ici par sonde thermomètre électrique ou électronique (sonde métallique filaire, composant thermistance, composant intégré silicium). La sonde mesure la température par conduction, et est implantée plus ou moins loin du centre de la dalle LCD, mais toujours à l'extérieur. Elle est donc plus ou moins impactée par la température de la structure mécanique entourant la dalle.

La meilleure solution est celle d'une résistance métallique filaire s'imbriquant avec la résistance filaire de dissipation du réchauffeur, ceci dans le plan d'une plaque verre qui sera collée sur la surface de la dalle LCD. Mais cette solution est chère et délicate (sérigraphie de la plaque réchauffeur et thermomètre délicate, avec deux métaux différents, mesure sensible de la faible résistance résultante, et minimum de deux points supplémentaires de reprise électrique sur la plaque avec une très faible impédance requise). La solution la plus simple étant de mesurer la température sur des cartes électroniques périphériques à la dalle LCD, malheureusement avec une plus ou moins grande constante de temps thermique par rapport au coeur de la dalle. Pour compenser les retards de variation de température, les dispositifs de l'état de la technique adoptent alors une solution rustique mais assez peu satisfaisante de gestion séquentielle (le réchauffeur est démarré si la structure de la visualisation est suffisamment basse, et l'action dure alors selon une temporisation ...).

Les solutions intermédiaires consistant à implanter un micro boîtier électronique thermomètre ou autre sur la dalle, mais en périphérie de la surface imageur, n'est pas satisfaisante car le défaut de la solution simpliste persiste avec un résultat trop lié à la température de la structure. En outre, c'est une solution de moins en moins envisageable dans un contexte où les produits doivent se contenter du réemploi des dalles LCD développées pour les gros marchés de l'affichage (composants COTS « commercial off-the-shelf » en anglais).

On connaît par exemple le document brevet WO2010028393 décrivant un dispositif d'affichage comportant un capteur de mesure de la température de l'écran. Ce document décrit l'utilisation d'un filament réchauffeur comme sonde, en temps partagé après reconfiguration.

L'objectif de l'invention est de palier les problèmes précités.

Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'affichage comportant un écran à cristaux liquides, un support optoélectronique d'éclairage et un capteur de mesure de la température de l'écran, le support optoélectronique d'éclairage s'étendant sur un plan parallèle à celui de l'écran et étant disposé avec un écart choisi par rapport à l'écran.

Selon une caractéristique essentielle, le capteur de mesure de la température de l'écran est un capteur infrarouge monté en regard de l'écran sur le support optoélectronique d'éclairage apte à mesurer les rayons infrarouges émis par l'écran.

Selon un mode de réalisation préféré, l'écran est recouvert au moins partiellement par un film réchauffeur sur la surface en regard du capteur de mesure de la température, et de préférence le film réchauffeur comporte une zone d'épargne de sorte que la zone de mesure des rayons infrarouges ne soit pas couverte par le film réchauffeur. Selon une variante la zone d'épargne comprend une pluralité d'épargnes disjointes permettant ainsi d'obtenir un minimum de 5 réchauffement local si nécessaire.

Avantageusement, le film réchauffeur est un film d'oxyde métallique parcouru par une pluralité de lignes de courant, et la densité des lignes de courant varie le long d'un axe transversal au film réchauffeur. 10 Selon l'une quelconque des variantes précédentes, le support optoélectronique d'éclairage comprend une pluralité de composants lumineux disposés en regard de l'écran, et le capteur de mesure de la température de l'écran est positionné entre deux composants lumineux. 15 Selon une autre variante, le support optoélectronique d'éclairage comprend une pluralité de composants lumineux disposés sur sa tranche et un guide de lumière apte à répartir la lumière sur la surface de l'écran, et le capteur de mesure de la température de l'écran est positionné en regard du dos du guide de lumière et au niveau d'une ouverture dans un réflecteur 20 présent au dos du guide. Selon l'une quelconque des variantes, les composants lumineux sont des diodes électroluminescentes.

Grâce à l'invention, il est possible de mesurer la température de 25 l'écran LCD loin des bords de l'image, sans altérer l'image, et ce même avec un écran LCD du marché pour lequel il n'a pas été prévu de capteur de mesure de la température de l'écran. II est donc possible d'utiliser des écrans bon marché pour des applications critiques pour lesquelles le contrôle de la température de l'écran est indispensable. 30 Par ailleurs, l'invention permet de connaître la température réelle de l'empilage LCD quelles que soient les variations de l'ambiance cockpit, de déterminer la performance réelle de l'éventuel réchauffeur et d'obtenir une mesure de température loin des bords de l'image, pour ne pas être faussée 35 par la température de la structure de l'appareil et son inertie.

Dans le cas d'un capteur intégré et intelligent qui est usuellement trouvé pour une application automobile ou médical, le composant par sa liaison numérique peut délivrer en sus de la température du corps visé, celle de sa référence dans son boîtier. Cette double mesure permet de redonder et de sécuriser, ou bien remplacer pour économie, la mesure de la température du substrat des LEDs qu'il est par ailleurs nécessaire de surveiller.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente un schéma illustrant, selon un premier mode de réalisation, une coupe d'un empilement de composants optoélectroniques formant une dalle LCD d'un dispositif d'affichage selon l'invention comprenant un réchauffeur. La figure 2 représente un schéma illustrant, selon un second mode de réalisation, une coupe d'un empilement de composants optoélectroniques formant une dalle LCD avec un réchauffeur d'oxyde métallique d'un dispositif d'affichage selon l'invention. La figure 2 se distingue de la figure 1 en ce que le réchauffeur comprend une épargne dans le champ du capteur IR.

Le principe de l'invention consiste à implémenter dans un dispositif d'affichage un capteur de mesure de la température sensible aux rayonnements infrarouges qui regarde les IR émis par la face arrière de la dalle LCD du dispositif d'affichage. La face avant de la dalle est définie comme la face en regard de l'utilisateur du dispositif d'affichage. Usuellement, une dalle LCD comprend plusieurs composants : l'écran LCD, divers films et lames optiques montés sur l'une ou les deux faces de l'écran LCD. Un film peut être un dépôt d'un matériau ou composé de matériaux métalliques et une lame optique peut être souple ou rigide. Une face de l'écran LCD peut être recouverte par un film ou plusieurs films déposés en alternance. Une face de l'écran LCD peut également être recouverte par une lame optique ou plusieurs lames optiques montées en superposition. Une face de l'écran LCD peut également être recouverte par une combinaison de films et de lames optiques montées en superposition. Pour les applications critiques justifiant le besoin de connaître la température de l'écran LCD, l'empilage de la dalle LCD comprend un réchauffeur classiquement mis en oeuvre par un film d'oxyde métallique. Le film réchauffeur est un dépôt uniforme sur toute la surface de la dalle LCD qui est alimenté électriquement entre deux barres conductrices sur deux de ses cotés. Le dépôt résistant est fait sur un verre additif, généralement plaqué sur la face arrière de la dalle avec ses films. La couche métallique étant pour raisons d'assemblage et de reprise d'alimentation électrique, en couche extérieure sur la face en regard avec le capteur infrarouge. Toutefois, selon une alternative de réchauffeur pour l'invention, cela peut être une résistance filaire zigzagante sur la surface de l'image.

Un dispositif d'affichage à écran LCD selon l'invention comprend un moyen d'éclairage de l'écran pouvant être en éclairage direct, c'est-à-dire que les composants lumineux sont montés en regard de la dalle LCD, ou en éclairage indirect, c'est-à-dire que les composants lumineux sont montés en périphérie de la dalle et le rayon lumineux est guidé par des moyens optiques vers la surface de la dalle. Dans les deux cas, un support optoélectronique portant les composants lumineux, et le guide de lumière le cas échéant, est nécessairement monté dans le dispositif d'affichage selon un écart choisi avec la dalle LCD, typiquement avec un écart d'environ un à quelques centimètres.

La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif d'affichage 100 selon l'invention. Ce mode de réalisation est un dispositif 100 comprenant une dalle LCD 10 éclairée en direct par un tapis de plusieurs diodes électroluminescentes 21 montées sur un support optoélectronique d'éclairage 20. La dalle LCD 10 comprend un écran LCD 11, puis monté en superposition successivement sur la face arrière, un diffuseur 12 complété par divers film, une plaque réchauffeur 13 et un film 14 dont les propriétés sont telles que l'empilage de la dalle LCD 10 a une émissivité de rayons IR constante sur l'ensemble de la surface de la dalle. Le film 14 recouvre la surface de la dalle LCD 10. Toutefois, la présence du film 14 est optionnelle. Les différentes couches sont fixées par un film adhésif ou par une couche de colle répartie sur la surface de chacune des couches 11, 12, 13 et 14. D'autres moyens de fixation adaptés à la pose de films et lames optiques pour une dalle LCD sont possibles.

Le dispositif d'affichage 100 comprend dans sa partie arrière un support optoélectronique d'éclairage 20 sur lequel sont montés des composants lumineux de type LED 21. Le support optoélectronique d'éclairage 20 comprend un circuit imprimé 23 ayant une ou plusieurs couches de plans conducteurs et des moyens électroniques d'alimentation et de contrôle adaptés pour alimenter et contrôler les LEDs 21. Les LEDs sont réparties sur la surface du circuit imprimé 23. Comme représentées sur la figure 1, les LEDs sont montées en éclairage direct.

Selon l'invention, le support optoélectronique d'éclairage 20 comprend un capteur 22 de mesure de température sensible aux rayons IR. Le capteur thermique 22 est un capteur infra rouge, quelle que soit sa technologie, avec ou sans référence énergétique intégrée, que ce soit un capteur simple nécessitant des données et un calcul supplémentaires, ou bien un capteur intelligent calculant lui-même la valeur de température de la cible. Le capteur 22 est choisi de sorte qu'il ne soit pas gêné par le spectre solaire de la fraction de lumière ambiante qui rentrerait dans la cavité de rétro éclairage à travers le LCD. C'est l'insensibilité classique qui permet ce type de mesure par exemple dans un cockpit de voiture. En outre, les propriétés du capteur sont telles qu'il n'est pas gêné par le spectre de la lumière émise par les LEDs (dans le cas de LEDs dites blanches, ou dans le cas de LEDs RGB, « Red, Green, Blue » en anglais).

Préférentiellement, le capteur 22 est monté dans la zone centrale du support 20 de sorte que la température mesurée soit le moins perturbée par la température du cadre ou support (non représenté sur la figure 1) du dispositif d'affichage 100. Toutefois, le capteur peut être monté en d'autres zones du support 20. Selon un mode de réalisation plus sophistiqué, le support 20 peut comporter plusieurs capteurs 22 répartis sur sa surface permettant ainsi d'obtenir une mesure de la température de la dalle LCD 10 plus précise. Selon un mode de configuration, le support 20 est positionné à environ 2 cm de la face inférieure de la dalle 10.

Selon un mode de configuration, le capteur 22 est inséré dans le substrat du support 20 en traversant, comme représenté sur la figure 1. Selon une alternative le capteur est un composant monté en surface (CMS) sur le substrat.

La figure 2 représente un second mode de réalisation 200 comprenant une dalle LCD 10 avec un réchauffeur de type film d'oxyde de métal. Ce mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation par le film 15. Ce dernier remplace le film 14 du premier mode de réalisation. La dalle LCD comprend sur la couche extérieure de la face arrière de l'empilage 10 un film d'oxyde métallique. Comme décrit précédemment, il s'agit d'un dépôt uniforme sur toute la surface de la dalle LCD qui est alimenté électriquement entre deux barres conductrices sur deux de ses cotés. Le dépôt résistant est fait sur un verre additif, généralement plaqué sur la face arrière de la dalle avec ses films. La couche métallique étant pour raisons d'assemblage et de reprise d'alimentation électrique, en couche extérieure sur la face en regard avec le capteur infrarouge.

Le flux infrarouge émis par la masse de la dalle provient en quasi-totalité de la lame LCD 11 et non pas du très fin film d'oxyde métallique 15.

Ce flux traverse donc le film 15. Mais comme la transmission optique du film 15 n'est pas uniforme en fréquence, il existe un taux apparent d'émissivité de la dalle qui n'est pas constant en fonction de la température. Pour cela, le film 15 comprend une zone d'épargne 16 dans la surface du dépôt métallique, la zone d'épargne 16 est localisée à la zone vue par le capteur 22. La zone d'épargne peut être de toute forme et peut être constituée d'une ou de plusieurs épargnes disjointes. Cette dernière variante permet d'améliorer le réchauffement. La zone d'épargne 16 étant limitée dans le plan, le manque local de réchauffement est compensé par l'augmentation de densité des lignes de 35 courant à sa périphérie, et par conduction thermique dans la dalle.

L'uniformité de réchauffement, comme celle de la transmission optique utile, peuvent être partiellement conservées par une épargne partielle (conservation dans la zone de bandes d'ITO), avec pour contre partie un résidu d'effet de coefficient d'émissivité variable. Grâce à l'épargne (quelle que soit sa forme ou son homogénéité) réalisée dans le film, le défaut du coefficient d'émissivité variable résultant est supprimé. La zone d'épargne 15 est limitée au champ vu par le capteur.

Le support optoélectronique d'éclairage 20 est similaire à celui du mode de réalisation 100 de la figure 1. Comme pour le premier mode de réalisation, des variantes d'éclairage sont possibles. Cela peut être un éclairage direct ou indirect par un guide de lumière. Le montage et la disposition du support sont similaires à ceux du premier mode de réalisation 100.

L'invention s'applique aux dispositifs d'affichage pour cockpit d'aéronefs militaires, de transport civil et de sécurité civile. Le mode de réalisation choisi, par exemple entre celui de la figure 1 et celui de la figure 2 dépend de la vitesse requise pour la disponibilité opérationnelle au démarrage en condition froide extrême. L'invention s'applique également aux dispositifs d'affichage industriels ou autre, à base d'écran LCD rétro éclairé qu'il est nécessaire de réchauffer de manière contrôlée.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage (100 ;200) comportant un écran à cristaux liquides (11), un support optoélectronique d'éclairage (20) et un capteur (22) de mesure de la température de l'écran (11), le support optoélectronique d'éclairage (20) s'étendant sur un plan parallèle à celui de l'écran (11) et étant disposé avec un écart choisi par rapport à l'écran (11), caractérisé en ce que le capteur (22) de mesure de la température de l'écran (11) est un capteur infrarouge monté en regard de l'écran sur le support optoélectronique d'éclairage (20) apte à mesurer les rayons infrarouges émis par l'écran (11).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran est recouvert au moins partiellement par un film réchauffeur (15) sur la surface 15 en regard du capteur (22) de mesure de la température.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le film réchauffeur (15) comporte une zone d'épargne (16) de sorte que la zone de mesure des rayons infrarouges ne soit pas couverte par le film réchauffeur (16). 20
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone d'épargne comprend une pluralité d'épargnes disjointes.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, le film réchauffeur (15) étant un film d'oxyde métallique parcouru par une pluralité de lignes de courant, caractérisé en ce que la densité des lignes de courant 25 varie le long d'un axe transversal au film réchauffeur (15).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support optoélectronique d'éclairage (20) comprenant une pluralité de composants lumineux (21) disposés en regard de l'écran (11), caractérisé en ce que le capteur de mesure de la température de l'écran est positionné 30 entre deux composants lumineux (21).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le support optoélectronique d'éclairage comprend une pluralité de composants lumineux disposés sur sa tranche et un guide de lumière comprenant unréflecteur apte à répartir la lumière sur la surface de l'écran, caractérisé en ce que le capteur de mesure de la température de l'écran est positionné en regard du dos du guide de lumière au niveau d'une ouverture dans le réflecteur présent au dos du guide.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les composants lumineux (21) sont des diodes électroluminescentes.