Brevet FR2224779A1 — publié le 19741031

Cette invention concerne des éléments d'affichage électro-optiques perfectionnés, et plus particulièrement des dispositifs d'affichage à cristal liquide, qui utilisent une modulation de la lumière. Dans le domaine des éléments d'affichage, une technologie développée depuis relativement peu de temps, et se rapportant aux dispositifs d'affichage à cristal liquide, prend actuellement une importance de plus en plus grande. De tels dispositifs ont une structure relativement simple. Ils sont formés essentiellement par deux plaques espacées, dont I'une au moins est transparente, un composé organique mésomorphe nématique est enfermé entre les plaques et des électrodes conductrices prévues sur les faces internes en vis à vis des plaques et disposées de façon à représenter des signes différents par utilisation sélective de diverses combinaisons de segments. Une source de tension, de préférence à courant alternatif, est montée de façon à appliquer un champ entre les jeux d'électrodes à l'intérieur de la chambre formée entre les plaques. L'application d'un champ influence le composé constituant lq cristal liquide et change de ce fait ses caractéristiques de transmission ou de réflexion de la lumière.Ces dispositifs d'affichage à cristal liquide ont ste utilisés dans de nombreuses applications, en particulier dans les calculatrices de poche, les montres-bracelets, les jauges multiples et divers autres instruments électroniques. L'avantage de tels dispositifs d'affichage réside en ce qu'il peuvent être directement commandés par des microplaquettes de circuits intégrés du fait qu'ils ne consomment que peu d'énergie et fonctionnent à des tensions d'alimentation relativement basses, habituellement entre 15 et 30 volts. Bien que les éléments d'affichage à cristal liquide classiques consort ment peu de courant, il serait désirable de réduire encore leurs besoins en courant, en particulier dans les petits éléments électroniques qui comportent une source de courant de capacité limitée tels que, par exemple, les montrebracelets électroniques. En conséquence un but de cette invention est de réaliser un élément électro-optique perfectionné. Un autre but de cette invention est de réaliser un élément d'affichage à cristal liquide perfectionné ayant des besoins en courant de fonctionnement réduits. Encore un autre but de cette invention est d'établir un mode de fonctionnement nouveau et original des dispositifs d'affichage à cristal liquide. Ces buts de l'invention sont atteints, ainsi que d'autres, en réalisant un dispositif d'affichage électro-optique qui comporte des première et seconde plaques espacées, un composé de cristal liquide enfermé entre lesdites plaques, des électrodes disposées sur les plaques définissant une configuration de signes sous forme de segments, caractérisé en ce qu'une surface de l'une desdites plaques forme un fond pour ladite configuration de signes qui présente un contraste relativement marqué avec la surface de l'électrode disposée sur la plaque. Cette surface de fond a des caractéristiques de réflectance similaires à celles du composé de cristal liquide lorsqu'il est activé. Le dispositif d'affichage, en fonctionnement, affiche les signes en réduisant le contraste entre la surface de la seconde plaque et l'électrode disposée sur cette plaque, en excitant le composé entre les deux plaques. Les signes sont formés en effacant sélectivement des parties de la configuration d'électrode par excitation des électrodes de façon à former une région diffusant la lumière dans le composé qui recouvre les parties d'électrode à fort contraste qui ne sont pas nécessaire pour représenter le signal désiré. L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de face d'un dispositif d'affichage à cristal liquide qui représente quatre éléments composés de segments séparés qui peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention; La figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préférentiel d'un dispositif d'affichage à cristal liquide de l'invention qui fonctionne dans le mode de réflexion; La figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif d'affichage à cristal liquide de l'invention qui fonctionne également dans le mode de réflexion; et La figure 4 est une vue en coupe d'encore un autre mode de réalisation préférentiel du dispositif d'affichage à cristal liquide de l'invention qui fonctionne selon le mode de transmission(de préférence à rayons parallèles3. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide comportent normalement deux plaques espacées dont l'une au moins est soit transparente, soit translucide. L'espacement entre les plaques est maintenu par un organe d'espacement ou par un joint d'étanchéité approprié qui, en combinaison avec les plaques, forme une enceinte fermés. L'espacement entre les plaques est normalement compris entre 3 et 50 microns et, de préférence, entre 5 et 25 microns. Un composé de cristal liquide convenable qui présente des propriétés optiques isotropes est disposé dans l'enceinte. Il existe de nombreux types de matières appropriées pour les affichages à cristal liquide dont plusieurs sont décrites dans le brevet des E.U.A nO 3.656.834. En général, ces matières ont des molécules qui se disposent d'elles mêmes selon des groupements ordonnés et présentent ainsi de nombreuses caractéristiques des cristaux. Par exemple, on sait que certaines matières cristallines présentent des propriétés qui varient suivant les différents axes du cristal et sont en conséquence anisotropes. Les cristaux liquides présentent également des propriétés anisotropes. Dans le sens où leurs arrangements moléculaires présentent une organisation semblable à celle d'un cristal Calors que la matière est effectivement, liqui det, ces arrangements sont appelés phases de cristal liquide. Les trois paramètres de la structure de la molécule du cristal liquide qui accroissent sa capacité à former des phases de cristal liquide sont la longueur, la rigidité et la planéité. Toutes ces caractéristiques accroissent la tendance des molécules à s'aligner et à s'empiler en groupes ordonnés comme des stères de bois. L'état ordonné ou désordonné des molécules du cristal liquide produit des effets sur la lumière qui frappe ou qui traverse la matière de cristal liquide.En l'absence d'influences sxtérieures sur l'alignement, les directions des axes des molécules dans une matière de cristal liquide nématique varient au hazard d'un emplacement à un autre. La transition entre les axes non orientés des molécules et les axes orientés des molécules dans un champ électrique est en général abrupte, l'emplacement des changements abrupts se trouvant sur le bord du champ. Lorsqu'une région dans un composé de cristal liquide, est soumise à un champ électrique ou analogue, la région dont les molécules sont, de ce fait, alignées présente une diffusion réfléchissante de la lumière qui produit un affichage visible bien défini. Des électrodes conductrices qui peuvent être raccordées à une source de courant sont prévues sur les faces opposées de l'enceinte.En général, les électrodes sont fabriquées vue d > ;ière transparente, surtout celles disposées sur la plaque transparente ou translucide. Lorsqu'une source de courant- est connec tée aux-bornes des électrodes, un courant s'écoule qui provoque l'alignement des molécules. Par suite du changement d'indice de réfraction, il se produit une diffusion de la lumière qui forme ainsi un segment d'affichage visible. En pratique, on utilise un courant alternatif pour éviter les effets d'érosion de l'électro-déposition. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide peuvent utiliser soit la lumière réfléchie, auquel cas la plaque supérieure est transparente ou translucide, soit la lumière transmise, auquel cas les deux plaques sont transparentes ou translucides. Dans ce dernier type d'affichage, la source de lumière est disposée derrière le dispositif d'affichage, comme représenté sur la figure 4. Sur le dessin auquel on se réfèrera maintenant, la figure 1 représente une configuration d'affichage typique employée pour représenter des chiffres qui peut être utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif d'affichage 10 comporte deux plaques espacées, entre lesquelles est disposée une matière de cristal liquide, et une configuration d'électrodes indiquée par les segments constituant les chiffres. La configuration représentée est constituée par les segments 1 à 7. Diverses combinaisons des segments sont sélectivement utilisées pour représenter tout chiffre choisi. Par exemple, pour représenter le chiffre 8 tous les segments de 1 à 7 doivent être visibles. Pour représenter le chiffre 9 tous les segments sauf le segment 7 doivent être visibles. Dans les éléments d'affichage à cristal liquide classiques, les segments des signes nécessaires pour représenter le nombre désiré sont activés en provoquant l'écoulement d'un courant entre les électrodes espacées à l'intérieur de l'enceinte. Les électrodes qui ne sont pas nécessaires pour représenter le chiffre choisi ne sont pas activées et ne necessitent pas en conséquence de courant. Cette invention utilise ce qu'on appellera ci-après un mode de fonctionnement "négatif". Ce procédé consiste à utiliser un mode inverse d'activation des segments-par rapport à la technique antérieure. Pour la représentation des chiffres utilisant la configuration représentée sur la figure 1, les éléments sont tous visibles dans l'état non activé.Les segments de signe qui ne sont pas nécessaires pour afficher le chiffre choisi sont alors rendus invisibles par l'activation des segments choisis. Par exemple, pour afficher le chiffre 9, seul le segment désigné par la référence 7 est activé ce qui a pour effet qu'il se confond avec le fond et devient ainsi invisible. L'activation de chaque segment consomme du courant et, dans de nombreuses applications. telles que celles relatives aux calculatrices manuelles de poche et plus part il culièrement celles relatives aux montres à fonctionnement électronique, il est désirable de n'utiliser que la quantité en plus faible possible de courant pour la représentation des signes affichés désirés. Dans le cas d'une montre, l'accumulateur ou pile doit avoir, de préférence, une durée de vie de l'ordre d'une année. La consommation de courant nécessaire pour la représentation des signes doit donc de préférence être réduite au minimum. Le tableau ci après donne une comparaison des segments de signe qui doivent être activés à la fois dans le mode de fonctionnement de la technique antérieure et dans le mode de fonctionnement "négatif" do l'invention. Nombre d'éléments activés Chiffre Mode de fonctionnement Mode de fonctionnement de la technique négatif 1 2 5 2 s t 3 5 2 4 4 3 5 5 2 6 6 1 7 3 4 c a O 9 6 1 0 6 1 Une analyse du tableau ci-dessus indique que le nombre moyen de segments activés dans le mode de la technique antérieure est de 4,9 tandis que dans le mode "négatif" de fonctionnement de cette invention est de 2,1. Ce mode négatif de fonctionnement représente ainsi des économies à la fois en ce qui concerne l'énergie requise et également la durée de vie du cristal liquide étant donné qu'une région beaucoup plus petite de la surface d'affichage est excitée. Le mode de fonctionnement "négatif" est rendu possible en harmonisant le fond 12 du dispositif d'affichage aux caractéristiques de réflectance du composé de cristal liquide activé. Les segments 1 à 7 doivent également nettement contraster avec le fond 12 et sont ainsi visibles lorsqu'ils ne sont pas activés. Sur la figure 2 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un mode de réalisation préférentiel de l'invention utilisé pour la mise en oeuvre du mode de fonctionnement "négatif" de l'invention. Le dispositif d'affichage 20 comporte une première plaque 22 qui est transparente ou translucide et est espacée d'une seconde plaque 24. La plaque 24 est, de préférence, un élément semi-conducteur de silicium dans lequel est incorporé une quantité relativement faible de dopant. Des éléments d'espacement et d'étanchéité appropriés 26 servent à maintenir un espacement uniforme entre l'élément 24 et la plaque 22. Une matière de cristal liquide 28 est emprisonnée entre les plaques.Un élément d'électrode 30 ayant toute configuration désiré. telle que, par exemple, celle représentée sur le dispositif d'affi chage 10 est appliqué sur la surface inférieure de la plaque ?2. L'électrode 30 est transparente ou translucide et peut être fabriquée dans un type quelconque de matière appropriée, par exemple en oxyde d'étain ou en oxyde d'indium. Une couche de fond 32, de préférence en aluminium anodisé, est prévue sur l'élément semi-conducteur 24 et comporte une ouverture 24 dont la forme correspond à la forme d'ensemble de la configuration d'affichage du signe. Lorsqu'on la regarde de dessus à travers la plaque 22, l'ouverture 34 est clairement visible sur le fond formé par le revêtement 32 en AI fi Une source de courant alternatif 36 a ses bornes connectées à l'élément de base semi-conducteur 24 et à l'électrode 30.Il est bien entendu que l'électrode 30 représentée sur la figure 2 peut être constituée par des segments individuels ayant une configuration quelconque désirée, typiquement la configuration représentée sur le dispositif d'affichage 10. Chacun des segments est individuellement connecté à la source de courant 36 et peut être sélectivement activé. La matière de cristal liquide, généralement un composé organique mésomorphe nématique 28 est choisie de telle sorte que, lorsqu'elle est à l'état activé, la région formée présente des caractéristiques de réflection similaires à celles de la couche de fond 32.Un avantage particulier qui résulte de l'utilisation d'une plaque de semi-conducteur 24 réside en ce que les circuits servant à commander l'activation des divers segments des éléments du dispositif d'affichage peuvent être fabriqués directement sur la plaque de semi-conducteur monocristallin 24. Sur la figure 3 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention. Le dispositif d'affichage 40 comporte une plaque de dessus transparente ou translucide 22 qui est munie d'une électrode 30 ayant la configuration désirée, une plaque de verre constituant un fond 42 et des moyens d'espacement et d'étanchéité 26. Une électrode 44 est prévue sur la plaque de verre 42 et a une configuration qui correspond essentiellement à la configuration de l'électrode 30 de la plaque 22.Les deux électrodes 30 et 44 (ou seulement l'une d'elles) peuvent être divisées en segments , et sont raccordées à une source de courant de la façon représentée schématiquement sur la figure 2. Oe préférence, l'électrode 44 est constituée par une unique couche conductrice tandis que l'électrode 30 est divisée en segments tels que, par exemple, les segments représentés sur la figure 1. Un revêtement opaque 46 est prévu de préférence sur la surface inférieurs ou dessous de la plaque 42. Le revêtement 46 est choisi de façon à présenter un contraste visuel net avec la surface de l'électrode 44, laquelle a une réflectance moyenne ou élevée et peut être une matière conductrice telle que l'aluminium, te chrome, l'argent, le platine ou analogue.Le revêtement 46 doit également avoir des caractéristiques de réflectance qui correspondent sensiblement à celles ds la matière de cristal liquide activée. Une matière de cristal liquide 28 est disposée dans l'enceints formée entre les plaques et les moyens d'espacement 26. Ainsi, on fonctionnement, comme dans le mode de réalisation 20, des segments choisis de la configuration du signe peuvent être rendus invisibles ou "effacés" en faisant passer un courant électrique entre le segment choisi et l'électrode de base 44 pour produire l'effet de diffusion de la lumière qui cache la région choisie du signe la faisant se confondre avec le revêtement du fond 46. De préférence, l'électrode 44 est en aluminium et le revêtement 46 est en matière quelconque qui présente les caractéristiques précitées, telles que par exemple, une mince pellicule de matière plastique colorée, une pointure, des métaux déposés par évaporation, des oxydes déposés par évaporation et de l'aluminium anodisé. Sur la figure 4 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention qui est également susceptible de fonctionner dans le mode "négatif" de l'invention. Le dispositif d'affichage 50 comporte une plaque supérieurs 22 en matière transparente ou translucide, une plaque inférieure 52 en verre qui est soit transparente soit translucide, des moyens d'espacement et d'étanchéité 26 et un composé de cristal liquide 28. L'électrode 30 disposée sur la plaque 22 et, de même, l'électrode opposée 54 sont en une matière conductrice et transparente ou translucide typiquement de l'oxyde d'étain ou de l'oxyde d'indium.Un revêtement opaque 56 est prévu sur la plaque 52, de préférence sur la surface inférieure ou dessous de cette plaque, le revêtement 56 comportant une ouver- ture 58 qui correspond à la configuration d'ensemble du signe désiré. L'électrode 54 correspond à l'ouverture 58 ou alternativement couvre la totalité de la surface intérieure de la plaque 52. Les électrodes 30 et 54 sont raccordées à une source de courant comme représenté sur la figure 2 et fonctionnent pour créer un champ dans le segment désiré du signal qui arrête la lumière émanant de l'ouverture 56 et provenant, par exemple, de la source de lumière 60. En fonctionnement, la lumière de la source 60 est observés en regardant le dispositif d'affichage du cOté supérieur opposé à celui où se trouve la source.Lorsqu'aucun segment du signe n'est activé, l'ensemhle de la configuration du signe est visible. Lorsque les segments choisis de la confi-guration de signe sont activés, l'effet de diffusion des molécules alignées du cristal liquide cache les segments activés. Ainsi. la lumière émanant de la source 60 est cachée et le chiffre représenté est constitue par les segments transparents ou non activés du signe. De préférence, les caractérîs- tiques de réflection de la lumière du revêtement 56 correspondent étroitement aux caractéristiques de réflection de la lumière de la matière de cristal liquide activée. Bien que l'invention ait été plus particulièrement décrits et représentée en se référant à ses modes de réalisation préférentiels, les spécialistes de la technique comprendront aisément que diverses modifications tions de forme et de détail peuvent leur être apportées sans sortir du cadre ni s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.-Dispositif d'affichage électro-optique comportant une première plaque transparente ou translucide et une seconde plaque espacée, un composé de cristal liquide enfermé entre lesdites plaques, une première électrode formée d'au moins une matière semi-transparente disposée sur la première plaque, une seconde électrode, disposée sur la seconde plaque définissant une configuration de signe, par exemple appartenant à l'ensemble de signes alphanumériques, caractérisé en ce qu'il comporte une surface de ladite seconde plaque qui présente un contraste net avec la surface de ladite seconde électrode, ladite surface ayant des caractéristiques de réflectance similaires à celles du composé de cristal liquide lorsqu'il est activé, ledit dispositif, en fonctionnement, représentant les signes en réduisant le contraste entre ladite surface de ladite seconde plaque et ladite électrode disposée sur ladite seconde plaque, en excitant le composé de cristal liquide entre les deux électrodes précitées. 2.-Oispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite seconde plaque est opaque et que ledit dispositif fonctionne dans le mode de réflection. 3.-Dispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite seconde plaque est en silicium et ladite surface de ladite seconde plaque est une mince couche d'A1203. 4.-Dispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite seconde électrode est constituez par une ouverture formée à travers ladite couche de surface d'A1203. 5.-Dispositif d'affichage éléctro-optique selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite seconde plaque est en verre et ladite seconde électrode disposée sur ladite seconde plaque est une couche d'une matière choisie dans le groupe constitué par l'aluminium, le chrome, l'argent, et le platine, tandis que ladite surface de la seconde plaque est constituée par un revêtement qui contraste nettement avec ladite matière de la seconde électrode. ô.-Oispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit revêtement est une couche d'A1203 appliquée sur la seconde plaque opposée à celle portant ladite électrode. 7.-Dispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite seconde plaque est une plaque de verre et ladite seconde électrode est en une matière qui est au moins semi-transparente, ledit dispc.sitif fonctionnant dans le mode de transmission. 6.-Dispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite surface de la seconde plaque est une couche d'A1203 comportant des ouvertures ayant une forme correspondant à celle de la seconde électrode. 9.-Dispositif d'affichage électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la première électrode au moins est constituée par sept segments allongés séparés organisés de façon à former le chiffre arabe huit.