Brevet FR2220839A1 — publié le 19741004

L'invention a pour objet un dispositif d'affichage à cristal liquide, formé d'au moins une cellule étanche dont les parois comprennent deux plaquettes isolantes pourvues l'une et l'autre dlune électrode disposée, sur sa plaquette, selon un tracé déterminé et dont l'intérieur contient ce cristal liquide, l'une des plaquettes étant percée d'un trou de remplissage destiné à l'introduction du cristal liquide et obturé par un queusot. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide, qui sont déjà bien connus, sont constitués par au moins une cellule dont l'enveloppe comprend deux plaquettes isolantes opposées, par exemple en verre, sur la surface interne desquelles sont placées des électrodes, par exemple en oxyde d'étain, en oxyde d'indium ou en aluminium, disposées selon un contour donné reproduisant le tracé qu'on veut afficher. Le cristal liquide est emprisonné entre ces plaquettes opposées.Comme cristal liquide, on utilise couramment des liquides nématiques, tels que du -p-méthoxybenzylidineZp-butylaniline et du - p-éthoxybenzylidine-p-butylaniline. Lorsqu'unie tension électrique est appliquée entre les électrodes se faisant face, il se crée, sous l'effet du champ électrique engendré ainsi et dans la portion du cristal liquide qui est comprise entre ces électrodes, une multitude de régions microscopiques, appelées domaines, qui ont des dimensions de tordre de quelques dizaines de microns. Les frontières délimitant ces domaines ont la propriété de diffracter la lumière qui vient à traverser cette portion de cristal liquide. On peut donc, en utilisant cet effet électro-optique, afficher (c'est-à-dire rendre visible) tout tracé désiré. Cet effet électro-optique dépend du champ électrique engendré par la tension appliquée entre les électrodes. Par conséquent, si l'on veut obtenir un affichage satisfaisant, il faut d'une part garantir avec précision le maintien d'une distance donnée entre les électrodes se faisant face et, d'autre part, empêcher le mieux possible l'intrusion dtimpuretés et la formation de bulles lors de l'introduction du cristal liquide dans l'enveloppe et lors du scellement de la cellule.La distance entre les électrodes étant de tordre de quelques microns à quelques dizaines de microns, ltintroduction du cristal liquide dans un espace aussi étroit ne va pas-sans présenter plusieurs difficultés, et diverses méthodes ont été proposées pour les résoudre. L'une de ces méthodes connues consiste à déposer sur l'une des plaquettes plusieurs gouttes de cristal liquide, à appliquer sur l'ensemble l'autre plaquette de façon à former un sandwich, à presser ce sandwich de manière à étaler le liquide dans tout l'espace séparant ces plaquettes, enfin à sceller le pourtour de ce sandwich à l'aide d'une matière de scellement. Comme le cristal liquide est une substance organique grasse qui a le pouvoir de repousser la matière de scellement, l'opération de scellement est souvent difficile, voire impossible. De plus, il n'est pas aisé d'éliminer le cristal liquide qui a pu souiller le pourtour à sceller. Selon une autre méthode connue, on perce un trou en un endroit déterminé de l'enveloppe, déjà équipée de ses électrodes, et l'on recourt aux forces capillaires pour faire pénétrer le liquide à travers ce trou, cela en plongeant l'enveloppe dans le cristal liquide. Cependant, comme ce liquide a, en général, une viscosité élevée, cette méthode de remplissage est lente. En outre, l'immersion de l'enveloppe dans le liquide peut entre la cause d'une pollution de ce dernier. Selon une troisième méthode connue, on évacue, par l'un des trous d'une paire de trous percés en des endroits déterminés de l'une des plaquettes, l'air que contient l'enveloppe et on introduit simultanément le liquide par l'autre trou. Le danger, avec cette méthode, est que des bulles peuvent rester emprisonnées aux quatre coins de l'enveloppe. Aucune de ces méthodes, on le voit, ne permet d'assurer un remplissage rapide, sans création de bulles et sans introduction d'im puretés, de sorte qu'un affichage satisfaisant ne peut autre espéré avec des cellules fabriquées de cette manière. En outre, meme si ces méthodes permettaient d'obtenir un remplissage correct, on se heurterait à une difficulté due à la différence entre la valeur du coefficient de dilatation thermique du cristal liquide et celle du matériau dont est formée l'enveloppe. Cette différence est considérable et, en outre, la pression de vapeur du liquide est en général élevée, de sorte que lors d'un abaissement de la température, le liquide subit une contraction plus prononcée que l'enveloppe, ce qui met le liquide dans un état propice à la formation de bulles.De plus, la création de bulles est facilitée, lors du fonctionnement, par le frisottement qui se produit ausein du liquide, et particulièrement à basse température, sous l'effet de la tension électrique appliquée pour l'affichage. D'un autre côté, lors d'un fonctionnement à température élevée, par exemple entre 400C et 80 C, la pression dans la cellule hermétiquement scellée croit, du fait de la dilatation du liquide, jusqu'à provoquer l'éclatement de la cellule. L'invention vise à réaliser un dispositif d'affichage à cristal liquide qui ne souffre pas de ces inconvénients. Ce dispositif est caractérisé par le fait que celle des plaquettes qui est munie du queusot est pourvue d'un logement débouchant à l'intérieur de la cellule, en un endroit de la plaquette qui est située en dehors de l'électrode portée par cette dernière. Au dessin annexé, donné à titre d'exemple: la figure 1 est une coupe transversale d'un dispositif connu de l'art antérieur; les figures 2a et 2b sont des coupes transversales d'une forme d'exécution du dispositif conforme à l'invention, représentée àdeux stades successifs de sa fabrication; la figure 3 est une coupe transversale, analogue à celle de la figure 2b, mais se rapportant à une première variante; et la figure 4 est une coupe transversale d'une seconde variante. Les éléments identiques apparaissant sur ces différentes figures sont désignés par des chiffres de référence identiques. Le dispositif d'affichage connu à cristal liquide représenté à la figure 1 comprend deux plaquettes isolantes 1 et 2, toutes deux transparentes, portant chacune une électrode 5, respectivement 6, ayant la forme du tracé que l'on désire afficher. Les plaquettes I et 2 sont séparées par une entretoise 3 qui les maintient écartées de 1 à 50 microns et les bords de ltassemblage ainsi formé sont scellés de manière hermétique à l'aide d'une matière organique pour scellement étanche 4. L'électrode 5 située sur la plaquette transparente 1 est reliée à un conducteur 51 qui est posé sur cette plaquette et qui assure la liaison de cette électrode avec l'extérieur. De même, l'électrode 6 que porte la plaquette transparente 2 est reliée à un conducteur 61 qui est posé sur cette plaquette et qui relie cette électrode avec l'extétieur. Le cristal liquide est désigné par le chiffre de référence 7. Dans le dispositif représenté à la figure 2a, la plaquette est pourvue d'un logement 8 qui constitue une caractéristique de l'invention. Ce logement est disposé en un endroit où il n'interfère pas avec le tracé à afficher et, ici, il est placé à l'écart de l'électrode 5. La plaquette 2 est encore pourvue d'un trou 10, placé lui aussi en un endroit où il n'interfère pas avec le tracé à afficher. Le chiffre de référence 9 désigne un moyen de remplissage, qui a, dans cet exemple, la forme d'un entonnoir. Cet entonnoir comprend, en haut, une entrée 92 et, en bas, une portion tubulaire 93 pourvue d'un boudin dtarret 91 limitant à une valeur prédéterminée la profondeur à laquelle cet entonnoir peut être enfoncé dans le trou 10. Le remplissage de la cellule ainsi constituée s'opère de la manière suivante. Le cristal liquide est tout d'abord versé dans la partie ouverte 92 située au haut du moyen de remplissage. Mais le cristal liquide ne peut pénétrer dans la cellule du fait de la pression qui règne dans la chambre 70, existant à l'intérieur de la cellule. Aussi place-t-on la cellule dans une enceinte à vide, par exemple une cloche, ce qui a pour effet d'évacuer, par le trou 10, le tube 93 et son ouverture 92, l'air occlus dans la chambre 70. Puis on casse le vide dans l'espace entourant la cellule, ce qui rétablit à l'extérieur de celle-ci la pression atmosphérique et force le liquide à traverser le moyen de remplissage 9 et à pénétrer dans la chambre 70. On scelle ensuite le tube 93 de manière à former le queusot 94 visible à la figure 2b. La cellule d'affichage est alors terminée. Dans cette forme d'exé- caution, le logement 8 joue le rôle suivant. Etant donné que le cristal liquide possède, en général, une pression de vapeur élevée, il est difficile de réaliser un vide suffisant dans la chambre 70.Par exemple si cette chambre a 10 microns d'épaisseur, 5 cm de long et 5 cm de large, et si le remplissage a lieu sous une pression de l'ordre de 5 Tox; on peut compter voir se former dans cette chambre, sous des conditions normales de température et de pres 2 sion, une bulle ayant unesurface de l'ordre de 0 > 17 mm . Si la hauteur qui est à disposition de cette bulle est de 10 microns, comme dans le cas présent, son diamètre doit atteindre 4, 6 mm, environ. Le fait que, conformément à l'invention, de telles bulles peuvent oestre piégées dans le logement 8 assure qu'aucune d'elles ne restera dans la partie utile 70 servant à l'affichage: cet affichage ne sera donc pas gelé. I1 est recommandé d'éloigner le plus possible l'un de l'autre le logenient 8 et le trou 10. En effet, les cristaux liquides les plus usuels contiennent des additifs destinés à accroître leur affinité pour les électrodes, des additifs destinés à étendre la plage des températures où ils peuvent travailler, ou des substances destinées à conférer aux molécules cristallines qui les constituent une orientation donnée. Si le cristal liquide est introduit lentement dans la cellule, la portion qui pénètre la première a plus de possibilité d'entrer encontact, au cours de sa progression, avec les électrodes.Cela signifie que les additifs contenus dans cette portion ont une tendance plus marquée à store retenus par ces électrodes, de sorte que la composition de cette portion de tete est modifiée par rapport aux portions du cristal liquide qui sont introduites subséquemment. Or la portion ainsi dénaturée du cristal liquide est préjudiciable à l'affichage. Avec un logement piège situé à une plus grande distance du trou de remplissage, cette portion dénaturée du cristal liquide sera poussée vers ce logement, y restera confinée et n1 aura pas d'effet préjudiciable sur l'affichage. De plus, il est avantageux, lors du remplissage, de chauffer le cristal liquide jusqu a une température de 800C à 1800C. Cela, en effet, abaisse sa viscosité et le rend plus uniforme, d'où une plus grande facilité pour l'obtenir tion du vide, donc pour le remplissage de la cellule. D'une manière générale il est très important, dans les dispositifs d'affichage à cristal liquide, que ce dernier ne soit pas mis en présence d'humidité ou de substances actives telles que l'oxygène ou la vapeur d'eau : c'est là une condition impérative pour obtenir un fonctionnement stable et fiable. Dans l'exemple ci-dessus, le respect de ces conditions est assuré en faisant se succéder les opérations décrites dans l'ordre suivant : chauffage, création du vide, introduction du cristal liquide. On peut étendre la plage des températures de fonctionnement du dispositif en munissant la cellule construite de la manière qu'on vient de voir dtun autre élément positif. C'est ce qu'on va décrire maintenant, en se référant aux figures 3 et 4. En général, les éléments constitutifs de la cellule proprement dite, notamment les plaquettes 1 et 2, ont un coefficient de dilatation thermique qui est fort différent de celui du cristal liquide lui-mme. Ainsi si les plaquettes sont faites en verre sodique, le coefficient de dilatation linéaire vaut -6 o 9 à 10 x 10 i C, alors que le coefficient de dilatation volumique d'un cristal liquide, par exemple fait de p-méthoxybenzylidine-p-butylaniline et de -p es -4 o p-éthoxybenzylidi pe,Lbutylaniline est de 6 à 7 x 10 / C. Par conséquent, o lors d'une variation de température de 20 C, par exemple, le cristal liquide subit une variation de volume de 1 à 1, 5 %, alors que la dilatation du verre sodique est pratiquement négligeable.Lorsque la température de fonctionnement de la cellule d'affichage diminue, des bulles vont donc se former du fait que la pression dans la cellule aura diminué. En outre, si la température ambiante vient à diminuer au cours du fonctionnement de la cellule, le cristal liquide situé dans la zone d'affichage devient le siège d'un frisottement, de sorte que la formation de bulles dans cette zone et dans son voisinage se trouve facilitée. Dtun autre côtés si la température de travail s'élève, par exemple si la température ambiante vient à augmenter de 400C à 80 0cl la cellule court le risque de se rompre sous l'effet de l'accroissement de pression interne consécutif à la dilatation volumique du cristal liquide qui sty trouve enfermé. Dans la variante visible à la figure 3, on emprisonne au sommet du queusot 94 un gaz inerte, tel que de l'azote, de l'argon ou du néon, exempt d'humidité aussi bien que d'oxygène: c'est ce que représente la bulle 95. Dans la seconde variante, représentéé à la figure 4, 4 > dans le logement décrit plus haut qu'on emprisonne un gaz inerte 81, également exempt d'humidité et/ou d'oxygène. Le gaz inerte peut etre de n'importe quelle nature: il suffit qu'il ne contienne ni humidité ni oxygène, et qu'il soit exempt de réactivité à l'égard du cristal liquide et/ou d'autres effets nuisibles. Un tel gaz inerte introduit volontairement est utile lors du fonctionnement à basse comme à haute température. En effet, à basse température, il prévient la formation des bulles causées par la contraction du liquide, et, à haute température, il assure, par son effet de coussin amortisseur, la protection de la cellule contre les dangers de la dilatation thermique du liquide.Ainsi, avec une quantité de gaz inerte occupant un volume sphérique de 1 mm de diamètre à l'intérieur d'une cellule ayant une épaisseur de 10 microns, on peut Stre assuré d'un fonctionnement en régime continu sans formation de bulles meme si la température s'abaisse jusqu'à atteindre le o point de solidification du cristal liquide lui-meme, soit moins de -30 C, tandis qu'avec les dispositifs à cristal liquide de type connu, la formation o de bulles apparat déjà à +5 C. Dans l'autre sens, le fonctionnement en ré- gime continu d'une cellule construite de la manière indiquée est garanti jus o qu'à une température de 50 C sans risque de rupture. Bien que la forme de réalisation décrite ci-dessus, ainsi que ses variantes, concerne un dispositif d'affichage à électrodes opposées, il est bien évident que l'invention s'applique aussi à un dispositif d'affichage dans lequel l'une des plaquettes, voire les deux, est transparente. Les électrodes peuvent avoir n'importe quelle configuration, par exemple etre constituées par deux peignes, les dents de l'un étant intercalées entre les dents de l'autre, ou etre constituées par des films conducteurs transparents, tels que des films NESA, remplaçant des electrodes réfléchissantes. Enfin, le dispositif d'affichage peut comprendre plusieurs unités d'affichage juxtaposées de manière à constituer un dispositif d'affichage à plusieurs caractères. De même, le logement 8, qui, dans les exemples décrits, est entièrement noyé dans une des parois de la cellule, peut fort bien avoir un fond faisant saillie hors de la plaquette. La forme de ce logement n'est pas forcément rectangulaire : elle peut fort bien comporter des arrondis. Comme on le voit, c'est la présence d'un logement ménagé dans l'une des parois de la cellule, en un emplacement adéquat, qui permet de piéger les bulles contenues dans le cristal liquide ainsi que dans la portion de ce cristal liquide qui est dénaturée du fait qu'elle est introduite en premier lieu. En outre, en in,corporant volontairement un gaz inerte dans le logement piège, on obtient un fonctionnement stable dans une gamme de températures supérieures à ce que permettent les dispositifs connus. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage à cristal liquide, formé d'au moins une cellule étanche dont les parois comprennent deux plaquettes isolantes pourvues l'une et l'autre d'une électrode disposée, sur sa plaquette, selon un tracé déterminé et dont l'intérieur contient ce cristal liquide, l'une des plaquettes étant percée d'un trou de remplissage destiné à l'introduction du cristal liquide et obturé par un queusot, caractérisé par le fait que celle des plaquettes qui est munie du queusot est pourvue d'un logement débouchant à l'intérieur de la cellule, en un e ndroit de la plaquette qui est situé en dehors de l'électrode portée par cette dernière. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fond du logement est situé dans l'épaisseur de la plaquette. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fond du logement fait saillie en dehors de la cellule, au-delà de l'épaisseur de la plaquette. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le logement est situé en un endroit qui est le plus éloigné possible du trou de remplissage. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le logement contient ungaz. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le gaz est un gaz inerte vis-à-vis du cristal liquide et exempt d'humidité et/ou d'oxygène. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le queusot contient un gaz. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le trou de remplissage est situé en un endroit de la plaquette qui est situé en dehors de l'électrode portée par cette dernière. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le queusot est fait en une matière inerte vis-à-vis du cristal liquide. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le gaz est un gaz inerte vis-à-vis du cristal liquide et exempt d'humidité et/ou d'oxygène.