CH623661A5

CH623661A5 -

Info

Publication number: CH623661A5
Application number: CH679578A
Authority: CH
Inventors: Eric Saurer; Fereydoun Ghardjedaghi; Claude Laesser; Rene Viennet; Yves Ruedin
Original assignee: Ebauches Sa
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1981-06-15
Also published as: DE2900969A1; GB2023865B; GB2023865A; JPS5526593A

Description

La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant un réflecteur devant lequel est placée une lame quart d'onde en avant de laquelle est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques de verre transparentes emprisonnant entre elles un mélange formé d'un cristal liquide au moins à ordre local nématique, à anisotropie diélectrique positive, additionné de molécules dichroïques, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement.

Il s'agit de cellules connues en soi, telles que, par exemple, décrites par Nagasaki dans le brevet USA N° 3900248.

L'inconvénient de ces cellules réside dans le fait que, pour un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive, l'affichage s'effectue en clair sur fond sombre, ce qui est généralement peu apprécié. Un affichage en sombre sur fond clair peut être obtenu en utilisant un cristal liquide à anisotropie diélectrique négative. Cette solution cependant a pour inconvénient principal de nécessiter des tensions de commande plus élevées.

Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en apportant à ce type de cellules une modification telle que l'affichage s'effectue en sombre sur fond clair, avec un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive, et que la détermination de la topologie des électrodes de commande de la cellule en soit simplifiée.

Le dessin illustre l'état de la technique et représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est une coupe d'une partie d'un dispositif d'affichage électro-optique tel que décrit dans le brevet USA N° 3900248, et les fig. 2 et 3 sont des coupes partielles de deux formes d'exécution de dispositifs d'affichage suivant l'invention.

Il est à remarquer que, dans toutes ces figures, l'épaisseur des éléments représentés a été exagérée afin d'accroître la clarté du dessin.

Le dispositif électro-optique d'affichage représenté à la fig. 1 comprend une cellule d'affichage formée de deux plaques de verre 1 et 2 portant des électrodes transparentes 3 et 4, respectivement, revêtues intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 5, respectivement 6. Entre ces plaques 1 et 2 est disposé un cristal liquide nématique 7 à anisotropie diélectrique positive, chargé de molécules dichroïques, dont l'axe d'absorption de la lumière est parallèle au grand axe desdites molécules, par exemple du méthylorange. Un réflecteur 8 est placé derrière la plaque postérieure 2, avec interposition d'une lame quart d'onde 9. Cette dernière est placée de façon telle que ses axes neutres fassent un angle de 45° avec la direction d'orientation, au repos, des molécules du cristal liquide adjacentes à la plaque postérieure 2 de la cellule. De plus, la caractéristique optique de la lame quart d'onde 9 est centrée sur le pic d'absorption des molécules dichroïques. La lame quart d'onde pourrait aussi être achromatique.

Cette cellule fonctionne de la façon suivante :

Les molécules dichroïques étant orientées parallèlement aux molécules du cristal liquide 7, il en résulte qu'en l'absence d'un champ électrique, elles sont parallèles au plan de la cellule. En conséquence, pour une intensité de la lumière incidente non polarisée, normalisée à 1, la composante de la lumière traversant la cellule, parallèle à l'orientation des molécules dichroïques,

aura, à sa sortie à l'arrière de la cellule, une intensité:

Isar || = 2 e_aL> alors que l'intensité de la composante perpendiculaire est égale à Isarj_=2, a étant le coefficient d'absorption du mélange selon la direction du grand axe des molécules dichroïques et L étant l'épaisseur de la couche du mélange.

La lumière traverse alors la lame quart d'onde 9, est réfléchie par le réflecteur 8, puis retraverse la lame quart d'onde, ce qui a pour effet de faire tourner son plan de polarisation de 90°. De la sorte, l'intensité de la composante de la lumière, qui est parallèle à l'orientation des molécules dichroïques et qui entre par l'arrière de la cellule, est égale à rl^ar ||=ï=Isarj> alors que l'intensité de la composante perpendiculaire est égale à:

Itiar j_= 2 e aL==Isar ||-

Au retour, la composante perpendiculaire ne subit aucune modification, de telle sorte qu'à la sortie de la cellule, on a: Isar[=2e_c"L-

Par contre, la composante parallèle sera absorbée de telle sorte que l'intensité de sortie de cette composante soit aussi égale à:

Isar II ~lfi "L-

Prise globalement, l'intensité de sortie est égale à: Isar=e_clL-

Dans le cas où les molécules dichroïques sont perpendiculaires au plan de la cellule, il n'y a pas d'absorption. La luminosité n'est donc pas affectée, comme cela se produit avec l'utilisation d'un polariseur.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Le dispositif d'affichage représenté à la fig. 2 comprend une cellule constituée par deux plaques de verre transparentes 10 et 11, séparées par un cadre 12, et qui emprisonnent entre elles un mélange 13 constitué par un cristal liquide nématique, ou au moins à ordre local nématique, à anisotropie diélectrique positive, additionné de molécules dichroïques.

La plaque antérieure 10 porte, sur sa face interne, des électrodes de commande transparentes 14, en SnC>2 par exemple, alors que la plaque postérieure 11 porte, sur sa face interne, une électrode de commande 15, en Sn02 également. La plaque 10 est en outre revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 16 des molécules du mélange 13. Cette couche 16 est elle-même recouverte d'une couche d'alignement homéotrope 17, interrompue au droit des zones d'affichage (segments), désignées par 18. La plaque postérieure 11 de la cellule est revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 19, elle-même recouverte d'une couche d'alignement homéotrope 20, interrompue au droit des zones d'affichage 18.

Le dispositif d'affichage comporte, située derrière la cellule, une lame quart d'onde 21 et, situé derrière cette lame 21, un réflecteur 22.

Dans l'aire de la cellule située hors des zones d'affichage 18, les molécules du mélange ont une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule, dans toute l'épaisseur de la couche du mélange 13. La lumière incidente n'est ainsi pas absorbée et ladite aire de la cellule est dès lors transparente, ayant l'aspect du fond, notamment sa couleur.

Dans les zones d'affichage (segments) non soumises à l'action d'un champ électrique, telle la zone 18 située à gauche à la fig. 2, les molécules du mélange 13 ont, sous l'effet des couches d'alignement planaire homogène 16 et 19, une structure planaire, la couche du mélange fonctionnant alors comme un polariseur. Il en résulte qu'une composante de la lumière incidente est absorbée à l'aller, puis, grâce à la rotation de 90° du plan de polarisation de la lumière que produit la lame quart d'onde traversée deux fois, la seconde composante de la lumière est absorbée au retour. Dans ces zones, le fonctionnement est le même que celui décrit pour la fig. 1 (état de la technique). Ainsi, en l'absence de champ, les zones d'affichage 18 sont toutes absorbantes, l'aire environnante étant transparente.

L'application d'un champ électrique E à celles des zones d'affichage que l'on ne désire pas voir apparaître, telle la zone 18 de droite à la fig. 2, a pour effet d'orienter les molécules du mélange 13 suivant une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule. Les zones ainsi activées n'absorbent plus la lumière et deviennent transparentes, se confondant alors avec l'aire environnante qui l'est aussi. L'affichage s'effectue ainsi par commande inversée.

La forme d'exécution de la fig. 3 se distingue de la précédente par le fait que la couche d'alignement planaire homogène 16 recouvrant intérieurement la plaque antérieure 10 est supprimée, et par le fait que la couche d'alignement homéotrope 17, interrompue au droit des zones d'affichage 18, est remplacée par une couche 23 d'alignement homéotrope ininterrompue, ce qui est plus facile à réaliser. Quant au reste, la cellule d'affichage du dispositif de la fig. 3 est identique à celle de la fig. 2.

Dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage, le comportement est le même que celui décrit pour le dispositif de la fig. 2. Dans les zones d'affichage (segments) non soumises à l'action d'un champ électrique, telle la zone 18 de gauche à la fig. 3, les molécules du mélange 13 adjacentes à la plaque 10 ont un alignement homéotrope sous l'action de la couche d'alignement 23, alors que celles qui sont adjacentes à la plaque 11 ont un alignement planaire homogène, sous l'effet de la couche d'alignement 19. De la sorte, on est en présence d'une structure mixte, les molécules du mélange passant progressivement d'un alignement homéotrope sur la plaque 10 à un alignement planaire homogène sur la plaque 11. Il en résulte que, dans ces zones d'affichage 18

623 661

non activées, la première composante de la lumière est absorbée à l'aller et la deuxième au retour, de sorte que ces zones sont absorbantes.

Si une tension est appliquée aux électrodes 14 et 15, il se crée, dans la zone d'affichage 18 concernée, un champ électrique Ë ayant pour effet de conférer aux molécules du mélange 13 une structure homéotrope qui est transparente. Ces zones activées s'effacent alors, puisqu'elles cessent d'être visibles par rapport à l'aire environnante.

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

L'alignement homéotrope pourra être obtenu à l'aide d'alumine, de fluorure de magnésium (cf. demande de brevet allemand N° 2330909 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 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 Physics Letters», vol. 21,1972, p. 173 et suiv. 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 planaire 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.

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 postérieure croise le dessin d'une électrode de celle-ci, il se crée un champ électrique qui tend à orienter les molécules du mélange selon une structure homéotrope, laquelle est précisément la structure du mélange dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage. 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 être entièrement recouverte d'une couche conductrice. Cette amélioration peut être considérée comme une simplification importante.

On peut encore noter que, si on ajoute au mélange un composé optiquement actif tel que défini dans le brevet USA N° 3833287, par exemple du CB 15 de la firme anglaise BDH, la présente disposition s'approche alors de celle figurant dans la demande de brevet USA N° 06/22199 du 20 mars 1979 décrivant une cellule d'affichage du type White Taylor modifiée de façon analogue à celle dont la cellule Nagasaki est modifiée ici. Un tel composé optiquement actif induit une structure hélicoïdale dans le mélange, du moins en l'absence de contraintes. Ce mélange, s'il n'est pas nématique, est en tout cas à ordre nématique localement. Le pas de l'hélice est fonction de la concentration en composé optiquement actif. Si le pas de l'hélice est grand par rapport à la longueur d'onde de la lumière incidente, un régime guide d'onde s'établit dans la couche du mélange (cf. «The Physics of Liquid Crystals», P.G. De Gennes, Oxford University Press, 1975, pp. 224 à 226). Même si le pas de l'hélice est tel que le régime guide d'onde n'est que partiel, les deux composantes de la lumière incidente restent inégalement absorbées en l'absence de la lame quart d'onde. Il va de soi que, si l'on ajoute un composé optiquement actif au cristal liquide nématique, l'épaisseur de la couche du mélange sera inférieure à la valeur critique telle que définie dans la demande de brevet USA N° 22199, au moins dans l'aire située hors des zones d'affichage.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

623 661

4

Enfin, il convient de relever que l'on pourra prévoir, dans le présent dispositif, des zones d'affichage permanent, c'est-à-dire 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.

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 5 aires d'affichage, l'une réalisée suivant la présente disposition et l'autre telle que décrite par Nagasaki.

R

1 feuille dessins

Claims

623 661

1. Dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant un réflecteur devant lequel est placée une lame quart d'onde en avant de laquelle est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques de verre transparentes emprisonnant entre elles un mélange formé d'un cristal liquide à ordre nématique au moins localement, à anisotropie diélectrique positive, additionné de molécules dichroïques, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement, caractérisé par le fait que le mélange est en contact avec une couche d'alignement planaire homogène, au droit des zones d'affichage de l'une desdites plaques au moins, alors que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, les deux plaques sont recouvertes d'une couche d'alignement homéotrope des molécules du mélange, ces deux couches d'alignement induisant une structure homéotrope desdites molécules, telle que la lumière incidente ne soit pas absorbée par les molécules dichroïques, de sorte que cette aire soit ainsi transparente, alors que, au droit des zones d'affichage non soumises à l'action d'un champ électrique, l'alignement planaire homogène des molécules du mélange sur au moins l'une des plaques ait pour effet que les deux composantes de la lumière incidente soient absorbées par les molécules dichroïques, l'une à l'aller, l'autre au retour, la lame quart d'onde, traversée deux fois, tournant le plan de polarisation de la lumière de 90°, ce qui a pour effet de rendre ces zones d'affichage absorbantes, tandis que, en présence d'un champ électrique, la structure du mélange est homéotrope, donc transparente, les zones d'affichage non activées restant seules observables.

2. Dispositif d'affichage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux plaques de la cellule sont recouvertes, au droit des zones d'affichage, d'une couche (16) d'alignement planaire homogène des molécules du mélange, ces molécules ayant ainsi une structure planaire.

2

REVENDICATIONS

3. Dispositif d'affichage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que seulement une plaque porte une couche d'alignement planaire homogène, l'autre plaque (10) de la cellule étant recouverte intérieurement d'une couche ininterrompue (18) d'alignement homéotrope des molécules du mélange, de manière que, au droit des zones d'affichage, les molécules du mélange en contact avec la première plaque (11) aient un alignement planaire et que les molécules en contact avec l'autre plaque (10) aient un alignement homéotrope.

4. Dispositif d'affichage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit cristal liquide à anisotropie diélectrique positive est de type nématique.

5. Dispositif d'affichage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange de cristal liquide et de molécules dichroïques contient en outre un composé optiquement actif.