CH620774A5

CH620774A5 -

Info

Publication number: CH620774A5
Application number: CH679478A
Authority: CH
Inventors: Eric Saurer; Fereydoun Gharadjedaghi; Claude Laesser; Rene Viennet; Yves Ruedin
Original assignee: Ebauches Sa
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1980-12-15
Also published as: DE2855668A1; GB2023864A; GB2023864B

Description

La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant deux polariseurs entre lesquels est disposée une cellule d'affichage comportant deux 55 plaques transparentes emprisonnant entre elles un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive et à ordre nématique, au moins localement, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement des molécules dudit cristal liquide. fi0

Il est à remarquer que l'on connaît des cellules d'affichages dites nématiques tordues (twisted nematic), décrites par exemple dans le brevet américain No 3 918 796, dont le principe de fonctionnement est le suivant: on joue sur le fait qu'une couche de cristal liquide nématique dont les molécules sont orientées selon un axe sur l'une des plaques et selon un axe perpendiculaire au premier sur l'autre plaque fait tourner le plan de polarisation de la lumière de 90°. Si des polariseurs croisés sont placés à l'avant et à l'arrière de la cellule, une seule des composantes de la lumière est absorbée et la cellule est transparente. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes de la cellule, il se crée un champ induisant une structure homéotrope des molécules du cristal liquide. De ce fait, le plan de polarisation ne tourne plus dans les zones où règne ledit champ, de sorte que la deuxième composante de la lumière est ainsi absorbée et que lesdites zones sont alors absorbantes. En plaçant les polariseurs parallèlement l'un à l'autre, on obtient une cellule à affichage complémentaire de celles décrite ci-dessus, c'est-à-dire absorbante dans les zones non activées et transparente dans les zones activées.

Le but de l'invention est de réaliser un dispositif d'affichage ayant des caractéristiques équivalentes à celles décrites précédemment mais permettant, de plus de simplifier la détermination de la topologie des électrodes de la cellule, de diminuer la consommation d'énergie et de réaliser des zones affichant des informations permanentes, dans le même plan que les segments d'affichage, sans opération supplémentaire et sans augmenter la consommation de la cellule.

Ce but est atteint grâce aux moyens revendiqués.

Le dessin représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'objet de l'invention.

Les figs. 1 à 3 sont des coupes partielles de trois formes d'exécution de dispositifs d'affichage électro-optique passif.

Il est à remarquer que, dans toutes ces figures, les épaisseurs des éléments représentés ont été exagérées afin d'accroître la clarté du dessin.

Le dispositif d'affichage électro-optique passif représenté à la fig. 1 comprend deux polariseurs 1 et 2, dont les axes de passage al et a2 sont parallèles, entre lesquels est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques transparentes 3 et 4, par exemple en verre, maintenues à distance l'une de l'autre par un cadre 5 auquel lesdites plaques sont assemblées de façon étanche, ménageant ainsi une enceinte dans laquelle est emprisonné un cristal liquide nématique 6, à anisotropie diélectrique positive.

La plaque antérieure 3 porte, sur sa face interne, des électrodes de commande transparentes 7, en Sn02 par exemple, alors que la plaque postérieure 4 porte, sur sa face interne, une électrode de commande 8, également en Sn02. La plaque 3 est revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 9, laquelle est elle-même revêtue d'une couche d'alignement homéotrope 10. Cette dernière est interrompue au droit des zones d'affichage, en des emplacements désignés par

11 au dessin, qui forment des segments. Quant à la plaque 4, elles est entièrement revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 12 dont la direction d'alignement est perpendiculaire à celle de la couche 9. Un diffuseur 13 est placé derrière le polariseur postérieur 2.

Dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage 11, les molécules du cristal liquide sont en contact d'une part avec la couche d'alignement homéotrope 10 de la plaque 3 et d'autre part avec la couche d'alignement planaire homogène

12 de la plaque 4. Comme le montre le dessin, la couche 10 produit un alignement homéotrope des molécules du cristal liquide, alors que la couche 12 produit un alignement planaire homogène desdites molécules qui sont à la fois parallèles au plan de la cellule et perpendiculaires à celui du dessin. Cet agencement ne fait pas tourner l'orientation du plan de polarisation de la lumière que laisse passer le polariseur 1. En conséquence, et du fait que le polariseur 2 est orienté parallèlement au polariseur 1, seule une des composantes de la lumière est absorbée dans ladite aire qui, néanmoins, reste claire.

Dans les zones d'affichage (segments) 11, les molécules du cristal liquide sont en contact avec les couches d'alignement planaire homogène 9 et 12. Comme les directions d'alignement

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de ces deux couches sont sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre, elles induisent dans le cristal liquide une structure hélicoïdale faisant tourner le plan de polarisation de la lumière issue du polariseur 1 d'un angle d'environ 90°. Les polariseurs 1 et 2 étant parallèles, il en résulte que les deux composantes de la lumière sont absorbées, de sorte que les zones 11 non activées sont complètement absorbantes et apparaissent en sombre.

Dans les zones d'affichage activées, telle la zone 11 située à droite à la fig. 1, le champ électrique E* induit dans le cristal liquide une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule. Le plan de polarisation de la lumière n'est donc plus modifié dans son orientation. De la sorte, les zones 11 activées deviennent transparentes et se confondent alors avec l'aire environnante, transparente également.

La forme d'exécution de la fig. 2 diffère de celle de la fig. 1 par le fait que, en dehors des zones d'affichage 11, la plaque postérieure 4 est également recouverte d'une couche d'alignement homéotrope, désignée par 14.

Il résulte de l'agencement décrit ci-dessus que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, le cristal liquide a une structure homéotrope. Le plan de polarisation de la lumière n'est donc pas modifié et ladite aire est ainsi transparente, comme dans le cas de la fig. 1. Quant au fonctionnement des zones d'affichage 11, il est identique à celili de la fig. 1.

La forme d'exécution de la fig. 3 diffère de celle de la fig. 1 par le fait que, d'une part, le dispositif fonctionne en transmission, le diffuseur 13 ayant été supprimé, et que, d'autre part, les axes de passage al et a2 des polariseurs 1 et 2, respectivement, sont perpendiculaires l'un à l'autre. De plus, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, la couche de cristal liquide a une structure homogène planaire et, de ce fait, ne modifie pas le plan de polarisation de la composante de la lumière qui a traversé le polariseur 1. Cette composante est donc absorbée par le polariseur 2. L'aire située en dehors des zones d'affichage apparaîtra donc sombre. Au droit des zones d'affichage 11, et en l'absence de champ électrique E , les couches d'alignement 9 et 12 induisent dans la couche de cristal liquide une structure hélicoïdale ayant pour propriété de faire tourner de 90° environ le plan de polarisation de la composante de la lumière ayant traversé le polariseur 1. Cette composante ne sera donc pas absorbée par le polariseur 2. L'aire située au droit des zones d'affichage apparaîtra donc transparente en l'absence de champ E . Ainsi, dans les deux premières formes d'exécution, l'affichage se présente en sombre sur aire claire, ce qui est généralement apprécié pour les affichages travaillant en réflexion, alors que, dans la troisième forme d'exécution, travaillant en transmission, l'affichage se présente en claire sur aire sombre. Dans ces trois cas, la commande est inversée, l'application du champ électrique ayant pour effet «d'effacer» les zones d'affichage qui ne doivent pas être visibles.

Un affichage en sombre sur fond clair est obtenu avec un dispositif dont les polariseurs sont parallèles entre eux, alors que, pour un affichage en clair sur fond sombre, les polariseurs sont perpendiculaires l'un à l'autre. Le dispositif fonctionnera quelle que soit l'orientation relative des polariseurs et des couches d'alignement. Toutefois, si les axes des polariseurs sont perpendiculaires à la direction d'alignement de l'une ou l'autre des couches d'alignement planaire, on évite l'apparition de couleurs d'interférence.

Il est à remarquer que la présente disposition supprime les contraintes usuelles auxquelles est soumise la détermination de la topologie des électrodes. En effet, là où la projection du dessin d'une électrode de la plaque antérieure sur la plaque 5 postérieure croise le dessin d'une électrode de celle-ci, il se crée un champ électrique qui tend à orienter les molécules du cristal liquide selon une structure homéotrope, structure ne modifiant pas le plan de polarisation de la lumière. Toutes les structures décrites pour l'aire située en dehors des zones d'affichage ayant io un tel comportement, les points de croisement ne risquent donc pas d'être visibles intempestivement. La réalisation du dessin des réseaux des électrodes portées par les deux plaques en est grandement facilitée. Ainsi, une des plaques pourrait-elle être entièrement recouverte d'une couche conductrice. Cette amé-15 lioration peut être considérée comme une simplification importante.

Les couches d'alignement utilisées pourront être réalisées de diverses manières:

L'alignement homéotrope pourra être obtenu à l'aide d'alu-2o mine, de fluorure de magnésium (cf. demande de brevet alle-mend No 23 30 909 de la maison SIEMENS), ou encore d'oxyde de magnésium, qui pourront être déposés de toute manière connue, par exemple par pulvérisation cathodique, par déposition en phase vapeur ou par évaporation sous vide, selon 25 une incidence sensiblement normale au substrat. On pourra encore utiliser un Surfactant tel que, par exemple, la lécithine.

Quant à l'alignement planaire homogène, il pourra être obtenu à l'aide d'oxyde de silicium ou autre, notamment selon les techniques exposées par J.L. JANNING dans Applied Phy-30 sics Letters, Vol. 21, 1972, pages 173 et suivantes. Les couches d'alignement planaire peuvent également être réalisées par simple frottement du substrat, la direction de ce frottement définissant la direction de l'alignement.

Il convient de noter qu'il faut bien comprendre que «pla-35 naire» ne signifie pas que les axes des molécules sont exactement parallèles au plan de la cellule, comme aussi «homéotrope» ne signifie pas que ces axes sont exactement perpendiculaires à ce plan. Le parallélisme et la perpendicularité ne sont que les cas limites.

40 II est à remarquer que, par exemple, pour imposer un sens de rotation à l'hélice telle que représentée dans les zones d'affichage 11 de gauche aux différentes figures du dessin, on peut ajouter au cristal liquide nématique un composé optiquement actif ayant pour effet d'induire, en l'absence de contraintes 45 extérieures, une structure en hélice. Un tel mélange est à ordre local nématique (Voir E.B. Priestey, RCA Review, Vol. 35, mars 1974, p. 84 et suivantes).

Enfin, il convient de relever que l'on pourra prévoir, dans le présent dispositif, des zones d'affichage permanent, c'est-à-dire 50 des zones de même construction que les zones d'affichage mais dépourvues d'électrodes de commande qui, par conséquent, resteront constamment contrastées. De telles zones pourront, par exemple, constituer un cadre entourant l'ensemble des zones d'affichage.

55 De même, la présente disposition pourra aisément se combiner avec la disposition classique dans laquelle ce sont les segments à afficher qui doivent être activés. On pourrait, en effet, imaginer une cellule d'affichage comprenant, dans la même enceinte, deux aires d'affichage, l'une réalisée suivant la pré-60 sente disposition et l'autre du type nématique tordu.

1 feuille dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant deux polariseurs entre lesquels est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques transparentes emprisonnant entre elles un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive et s à ordre nématique, au moins localement, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement des molécules dudit cristal liquide, caractérisé par le fait que, au droit des zones d'affichage, les plaques sont recouvertes de couches d'alignement sensiblement planaire n> homogène, telles que la direction d'alignement définie par la couche d'alignement de la plaque antérieure est sensiblement perpendiculaire à la direction d'alignement définie par la couche d'alignement de la plaque postérieure, induisant ainsi dans la couche du cristal liquide, en l'absence de champ électrique, une 15 structure hélicoïdale, alors que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, les couches d'alignement des deux plaques définissent des directions d'alignement des molécules du cristal liguide telles qu'il existe un plan, perpendiculaire au plan de la cellule, dans lequel s'inscrivent les grands axes des molécules du 20 cristal liquide dans toute l'épaisseur de la couche.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les axes des deux polariseurs sont perpendiculaires à la direction d'alignement induite par l'une des couches d'alignement dans les zones d'affichage. 25
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les polariseurs sont parallèles, étant tous deux perpendiculaires à la direction d'alignement induite par la même couche d'alignement.
4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait 30 que les polariseurs sont perpendiculaires l'un à l'autre, étant respectivement perpendiculaires à la direction d'alignement induite par les couches d'alignement de chacune des plaques.
5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, la couche 35 d'alignement de l'une des plaques induit un alignement sensiblement planaire homogène alors que la couche d'alignement de l'autre plaque induit un alignement homéotrope.
6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, les 40 couches d'alignement déposées sur les plaques induisent des alignements planaires homogènes, les directions d'alignement étant parallèles entre elles et à la direction de la couche d'alignement dont est revêtue l'une des plaques dans les zones d'affichage. 45
7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, les couches d'alignement déposées sur les plaques induisent des alignements homéotropes.

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