Brevet FR2010053A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte à un dispositif utilisant un cristal liquide , et pouvant servir de plaquette de déphasage en fonction d'une tension , de monochromètre accordable par une tension , de filtre de couleur ou de panneau d'affichage en couleurs L'utilisation de cristaux électro-optiques dont le fonctionnement repose sur la rotation du plan de'polarisation d'une lumière polarisée sous l'action d'un champ électrique est connue . C'est ainsi, par exemple , qu'un déphasage électrooptique d'une lumière polarisée se produit dans des cristaux de dihydrophosphate de potassium , de tantalate de potassium et de chlorure cuivreux . Le fonctionnement de ces dispositifs est fondé sur la biréfringence du cristal , laquelle ne peut être modifiée qu'entre des limites relativement étroites .De plus une limitation est imposée aux dimensions de ce dispositif par la difficulté d'obtenir de grands cristaux Dans le cas présent , un dispositif à cristal liquide se compose de polariseurs croisés entre lesquels est interposée une couche d'un cristal liquide incolore . Ces cristaux liquides ont un axe moléculaire rectiligne et un moment dipolaire dans un champ électrique le long dudit axe .Le dispositif comporte des moyens pour aligner les molécules du cristal liquide de façon à produire une rotation contrôlée d'une lumière polarisée traversant celui-ci , et une source de lumiére collimatée, lumière qui est dirigée à travers les polariseurs croisés et à travers la couche de cristal liquide D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre , donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif , en référence à la figure unique du dessin annexé , gui est une vue latérale en coupe d'un mode de réalisation de celle-ci L'invention est fondée sur la découverte que certains cristaux liquides , en partnculier ceux de la classe nématique qui ont un axe moléculaire rectiligne et un moment dipolaire dans un champ électrique s le long de cet axe , peuvent faire tourner une lumière blanche polarisée qui les traverse de manière à permettre de choisir la couleur de la lumière-sortant du dispositif . La figure montre un mode de réalisation de l'invention qui constitue un monochromètre accordable et/ou un filtre de couleur à bon marché . Ce même mode de réalisation peut également servir pour créer des panneaux d'affichage en couleurs plats. Le dispositif de la figure comprend une source de lumière blanche 11 qui peut , par exemple , être une lampe à filament de tungstène .La lumière issue de la source Il est dirigée à travers une lentille de collimation 12 qui produit un faisceau lumineux collimaté 13. A sa sortie de la lentille 12, le faisceau 13 passe à travers un premier polariseur 14 qui lui confère une polarisation simple . Le faisceau 13 est ensuite dirigé vers un dispositif à cristal liquide 15 oui comprend deux plaaues de verre transparentes 16 et 17 ou de toute autre matière transparente ap propre , entre lesquelles est interposé un cristal liquide 18. Le cristal liquide 18 est un cristal incolore ayant un axe moléculaire linéaire et un moment dipolaire dans un champ électrique le long dudit axe , de sorte que ses molécules tendent à s'aligner avec leurs axes moléculaires parallèles à la direction du champ électrique appliqué . Un cristal liquide approprié est l'acide p-n-méthoxycinnamique . Parmi les autres substances convenables, on peut mentionner l'acide p-n butoxybenzoique , le p-n-éthoxy benzylidène-p-aminobenzonitrile et d'autres p-n-alkoxybenzylidène p . Le dispositif doit être utilisé à une température à laquelle le cristal est en phase liquide . Cette température est souvent supérieure à la température ambiante e, de ce fait un dispositif auxiliaire de cnauffage ( non-représenté) peut être nécessaire . En général, l'épaisseur de la couche de cristal liquide se situe entre environ 6 et 12 microns De part et d'autre du dispositif 15, des contact 19 et 20 sont prévus pour appliquer au cristal liquide un champ électrique au moyen d'une source électrique variable appropriée 21 s Les contacts 19 et &commat;t 20 qui, de préférence , sont places sur les faces intérieures des plaques de verre , sont également transparents .C'est ainsi , par exemple , que les contacts 1g et 20 pourraient être constitués par une couche conductrice d'oxyde de zinc transparente, bien connue . Un second polariseur22 , est orienté à 90 par rapport au premier polariseur 14 , et placé sur le côté du dispositif à cristal liquide oppose à celui de ce dernier En l'absence d'un champ électrique externe , les molécules du cristal liquide forment des essaims orientés au hasard . Quand on applique un champ électrique , ces essaims ont tendance à s'aligner . Leurdegré d'alignement est fonction de l'intensité du champ et produit une biréfringence ayant une dépendance analogue .Dans ce cas, l'indice de réfraction est fonction de la direction de polarisation de la lumière incidente par rapport à l'axe de l'essaim et aux axes moléculaires des cristaux liquides constituant ces essaims Par conséquent , quand un faisceau collimaté de lu mièvre blanche polarisée frappe une couche de cristal liquide , comme décrit en regard de la figure , son plan de polarisation est tourné dans une mesure qui dépend de l'intensité du champ appliquée à la couche de cristal liquide . te degré de rotation, dans un champ donné et pour une couche de cristal liquide donnée , est différent pour chaque longueur d'onde .Quand on fait passer la lumière sortant du cristal liquide à travers un second polariseur qui se croise avec le premier , comme décrit à propos de la figure , la couleur de la lumière qui émerge finalement du dispositif est fonction du champ appliqué et correspond à la couleur ayant la longueur d'onde qui a été déphasée en arrière de 1800 . Ce déphasage peut s'écrire mathématiquement : A 2A 2 nl, où A est la longueur d'onde particulière qui est déphasée en arrière de 1800 de sorte qu'elle est transmise par les polariseurs croisés idn est la variation de l'indice de réîraotion due à la biréfringence et 1 est l'épaisseur de la couche de cristal liquide . La variation de l'indice de réfraction due à la/réfringence est fonction de la tension appliquée. Dans un dispositif tel que celui décrit en regard de la figure , où le cristal liquide est constitué par une couche d'une épaisseur de 10-3 centimètres d'acide p-n-méthoxycinnami que interposée entre deux plaques de verre couvertes d'une couche conductrice d'oxyde d'étain à une température d'environ 1800 C , le rayonnement émergent est vert avec une tension~d'environ- 42 V appliquée de part et d'autre de la couche de cristal liquide , rouge pour une tension d'environ 49 volts et bleu dans le second ordre avec une tension appliquée de 70 volts Ces nouveaux dispositifs peuvent fonctionner aussi bien amec des champs alternatifs que connus .De plus, ces dispositifs peuvent opérer avec des champs magnétiques ainsi qu'avec des champs électriques , puisque les champs magnétiques produisent , eux aussi , un alignement des molécules des cri s taux liquides nématiques o Il est bien évident que si l'on utilise un faisceau de lumière monochromatique à la place de la lumière blanche de l'exemple ci-dessus , ce même dispositif peut être utilisé comme modulateur a d'amplitude et comme commutateur pour une telle lumière monochromatique Une autre utilisation pour ce nouveau dispositif est celui d'un dispositif d'affichage en couleurs . truand il est utilisé de cette manière , les électrodes conductrices trans pare es sont, de préférence , constituées par des grilles croisées, comme il est connu , de sorte que chaque point d'inter- section de ces grilles peut être commandé séparément en ce qui concerne la couleur finalement produite par le dispositif à ce point B DICASIONS 1 . Un dispositif à cristal liquide caractérisé en ce qu'il comprend des polariseurs croisés entre lesquels est interposée une couche de cristal liquide incolore , ledit cristal comprenant des cristaux liquides ayant un axe moléculaire linéaire et un moment dipolaire dans un champ électrique le long dudit axe , des moyens pour aligner lesdites molécules du cristal liquide de façon à produire une rotation contrôlée de la lumière polarisée traversant celui-ci , une source de lumière collimatée , lumière qui est dirigée à travers lesdits polariseurs croisés et a' travers ladite couche de cristal liquide 2 .Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer un champ électrique variable à ladite couche de cristal liquide et des moyens pour diriger un faisceau de lumière collimatée à travers ladite couche 3 . Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit champ électrique est un champ électrique continu et ledit faisceau lumineux est une lumière blanche 4 . Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit champ électrique est un champ alternatif et où ledit faisceau lumineux est de la lumière blanche > . Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit faisceau lumineux est de la lumière blanche et dans lequel des moyens sont prévus pour commander séparément la lumière émise par les différentes régions du dispositif 6 . Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le-dit faisceau lumineux est monochromatique