Brevet FR2274082A1 — publié le 19760102

La- présente invention se rapporte à un dispositif d'horlogerie électronique, et elle concerne plus particulièrement une montre ou horloge électronique utilisant une cellule d'affichage à cristaux liquides pour indiquer l'heure1 et comprenant au moins une couche diélectrique formant une structure capacitive, faisant partie intégrante de la cellule d'affichage à cristaux liquides. Les composants principaux d'une montre électronique à cristaux liquides sont: une cellule d'affichage à cristaux liquides, une alimentation(généralement une pile miniaturisée de 1,5 V, comme on en trouve actuellement dans le commerce) un oscillateur à quartz pour le chronométrage, des circuits diviseurs pour diviser la fréquence de sortie primaire de l'oscillateur à quartz, des circuits de comptage, de décodage et d'attaque pour accumuler les minutes et les heures et attaquer une cellule d'affichage à cristaux liquides, et un transformateur élévateur destiné à transformer la basse tension d'alimentation (généralement en une tension d'environ 15 V) pour attaquer une cellule d'affichage à cristaux liquides. Ces composants et leur fonctionnement sont décrits dans un article intitulé "C/MOS Digital Wristwatch Feeturing Liquid Crystal Dispaly" de Nunzio A.Luce, publié dans ELECTRONICS, 10 Avril 1972, pages 93 et suivantes. I1 est connu depuis un certain temps qu'il est fâcheux qu'un signal continu traverse la cellule d'affichage à cristaux liquides. La présence d'un tel signal continu diminue notablement la durée de vie de la cellule. Gracie à des perfectionnements apportés aux matières cristKlines liquides,depuis le moment oulton avait suggéré initialement d'utiliser ces matières pour des cellules d'affichage de dispositifs d'horlogerie, la durée de vie de ces matières dans des conditions d'excitation alternative a été notablement améliorée, de telle sorte que la cellule d'affichage à cristaux liquides peut à présent durer nettement plus longtemps que la durée de vie de la pile utilisée pour alimenter le dispositif d'horlogerie à cristaux liquides. On a découvert cependant qu'il se pose un problème, lorsque la tension de la pile diminue. Cette diminution de tension aboutit en fin de compte à la- production d'un signal continu à travers la cellule à cristaux liquides. Plus particulièrement, on a trouve que, lorsque la tension de pile diminue à environ 1,1 V ou moins, elle devient insuffisante pour entrainer l'oscillateur générateur de base de temps incorporé dans le dispositif dthorlo- gerie électronique. Cet oscillateur est utilisé non seulement pour engendrer une base de temps, mais aussi comme source d'un signal alternatif qui est appliqué aux circuits d'attaque du dispositif d'affichage à cristaux liquides.Lorsque l'on utilise des cellules d'affichage à cristaux liquides ayant la structure antérieure, il passe un signal continu à travers la cellule à cristaux liquides, lorsque l'oscillateur cesse de fonctionner. Ce signal continu persiste jusqu'au remplacement de la pile. Pendant cet intervalle de temps, la durée de vie totale de la cellule d'affichage à cristaixliquidespourrait être réduite nettement esdeçà de sa durée de vie potentielle. Un autre problème qui se présente encore dans la fabrication du dispositif d'affichage pour des dispositifs d'horlogerie électronique consiste en de légers courts-circuits à travers la cellule et une absence d'uniformité de la conductibilité d'un point à l'autre de la cellule. On a trouvé un moyen pour éliminer notablement le problème précité de passage de courant continu, tout en augmentant fortement en même temps le rendement de fabrication des cellules d'affichage à cristaux liquides, en empêchant les courts-circuits provenant de micro-particules, et en obtenant aussi une cellule plus uniforme, en ce que la conductibilité de la matière cristalline liquide est plus uniforme sur l'étendue de la cellule. Le dispositif d'horlogerie électronique digital comprend en combinaison une cellule d'affichage électro-optique, une alimentation, une source de fréquence, et des circuits de chronométrage et d'attaque, et il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens faisant corps avec ladite cellule d'affichage pour augmenter notablement la capacité de ladite cellule d'affichage. La cellule d'affichage faisant partie d'un dispositif d'horlogerie électronique digital, comprend une plaque de support postérieure, une couche conductrice sur elle, une plaque de support antérieure opposée à la plaque de support postérieure et écartée de celle-ci, ladite plaque de support antérieur comportant une couche conductrice, l'une au moins des couches conductrices ayant une configuration formant des caractères numériques segmentés, une matière électro-optique cristalline liquide dans l'intervalle compris entre les plaques de support et des moyens pour fermer hermétiquement la cellule d'affichage, et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une couche diélectrique sur l'une au moins des couches conductrices, ladite couche diélectrique étant disposée entre une couche conductrice et ladite couche cristalline liquide. La description détaillée qui va suivre, et les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre somment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés: La figure 1 est une vue en plan de la face d'une cellule d'affichage à cristaux liquides selon l'invention, la figure 2 est une vue en élévation et en coupe de la cellule d'affichage à cristaux liquides représentée sur la figure 1; la figure 3 est un schéma de montage équivalent d'une cellule d'affichage à cristaux liquides selon l'invention. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides de la montre est, de préférence, attaqué par un courant bi-directionnel. Comme techniques utilisables pour attaquer le dispositif d'affichage, il y a lieu de citer la commutation et la synchronisation alternatives et la commutation bidirectionnelle directement à partir du décodeur. Pour réduire les effets électro-chimiques, par exemple le dépôt électrolytique, de la cellule d'affichage à cristaux liquides, il est important de réaliser une isolation pour le courant continu de façon à empêcher le courant continu de traverser les cristaux liquides. On a observé en pratique que, lorsque la tension de la pile tombe à environ 1 à 1,1 V, il n'y a plus suffisamment de tension pour entrainer l'oscillateur, de sorte que l'oscillateur s'arrête. Lorsque cela se produit, il apparait un courant de signal continu aux bornes de la cellule d'affichage à cristaux liquides, au lieu du signal bidirectionnel normal. La présence de ce courant continu détériore la cellule d'affichage à cristaux liquides, en raison d'effets électro-chimiques. Du fait que les dispositifs d'horlogerie comme les montres-bracelets demandent une fiabilité et une stabilité durables à la fois en ce qui concerne le fonctionnement et son aspect esthétique, il est important d'empêcher cette détérioration électro-chimique de la cellule d'affichage à cristaux liquides. En se référant aux figures 1 et 2, ces figures représentent une cellule d-'affichage à cristaux liquides 10 qui est typiquement une cellule d'affichage digitale numérique segmentée à caractères multiples comportant au moins quatre caractères. La face de la cellule 10 est représentée sur la figure 1 et elle comprend quatre caractères dont deux pour indiquer les heures, 11 et 12, et deux pour indiquer les minutes, 13 et 14, et elle comprend d'autres indices, comme l'indice 15 qui figure l'indication de deux points (:) entre les caractères des heures 11 et 12 et les caractères des minutes 13 et 14. Le premier caractère des heures Il doit seulement représenter le nombre 1, si l'on utilise un cycle de 12 heures, ou un 1 ou un 2, si l'on utilise un cycle de 24 heures.La cellule à cristaux liquides 10 comprend typiquement comme il est bien connu dans la technique, un bloc hermétiquement clos comprenant une composition cristalline liquide entre deux électrodes, l'une des électrodes étant une électrode commune à tous les caractères d'affichage, et l'autre étant segmentée comme le montre la figure 1. Bien entendu, la cellule d'affichage pourrait, en variante, se présenter sous la forme d'une face de montre usuelle avec des chiffres ou caractères la périphérie comprenant un grand nombre de graduations d'heures et de minutes pouvant être excitées sélectivement et dirigées radialement à partir dé la portion centrale de la cellule d'affichage. En outre, la cellule d'affichage peut également comprendre des caractères pour indiquer la date et d'autres informations. La cellule affichage 10 selon l'invention représentée sur la figure 2 comprend un bloc hermétiquement clos comprenant une plaque de support postérieure 21 sur laquelle se trouve une couche réflectrice conductrice 22, une première couche diélectrique 23 recouvrant ladite couche réflectrice 22, une plaque de support antérieure 24 écartée de la plaque de support postérieure 21 et comportant une couche conductrice transparente segmentée 25 sur l'une de ses surfaces, une seconde couche diélectrique transparente 26 sur ladite couche conductrice transparente segmentée 25 et une couche de cristaux liquides actifs 27 remplissant l'intervalle compris entre les couches diélectriques 23 et 26 se trouvant sur les plaques de support. Le dispositif peut être rendu étanche au moyen de parois latérales en verre 28 interposées entre les plaques de support. Bien que l'on ait représenté et que l'on préfère en fait deux couches diélectriques, l'invention envisagée n'exige qu'une couche diélectrique sur l'électrode, empêchant le passage du courant continu. La présence de ces couches diélectriques empêche notablement le courant continu de traverser la cellule et empêche ainsi la cellule d'affichage à cristaux liquides de se détériorer en raison d'effets électro-chimiques. Par conséquent, ces couches améliorent notablement la fiabilité et la stabilité à long terme de la cellule d'affichage à cristaux liquides. Les nouvelles couches diélectriques sont extrêmement importantes pour des applications à faible puissance telles que des montres bracelets, du fait qu'une faible instabilité de la matière cris talline liquide peut entraîner une augmentation de la puissance tirée.On a trouvé que non seulement les couches diélectriques empêchent les cristaux liquides de se détériorer en raison d'ef fets électro-chimiques, comme on l'a indiqué, mais qu'elles ont en outre l'avantage d'augmenter notablement le rendement de fa brication utile de la cellule d'affichage à cristaux liquides par rapport à des cellules ne comprenant pas la couche diélectri que, en réduisant les courts-circuits internes à travers la cel lule d'affichage qui se produisent souvent à cause de microparticules comme la saleté, la poussière, les produits de conden sation de fumée, etc. Les couches diélectriques ont pour rôle de recouvrir ces micro-particules et d'empêcher les courts-cir cuits. On a trouvé que des particules ayant des résistances d'un mégohm peuvent être considéré comme des courts-circuits dans un segment de petite surface.Non seulement la couche diélectri que recouvre des micro-particules, mais elle recouvre d'autres impuretés éventuellement présentes à la surface du substrat et pouvant provoquer des réactions chimiques fâcheuses sur la ma tière cristalline liquide. Les cellules à cristaux liquides utilisant des couches diélectriques se sont avérées présenter une uniformité de conduc tibilité d'un point à l'autre plus grande sur toute la surface de la cellule d'affichage, ce qui entrain une plus grande uni formité et une plus grande stabilité d'affichage et réduit éga lement la consommation d'énergie due à la présence de courts circuits, et tend également à réduire le scintillement de dispo sitifs d'horlogerie pouvant fonctionner à faibles fréquences. Tous ces avantages sont importants dans des dispositifs d'horlo gerie électroniques, Un autre avantage de la couche diélectrique consiste en la possibilité de choisir une matière du revêtement ou une épaisseur de revêtement de façon à modifier sélectivement la couleur apparente du dispositif d'affichage. La création de différentes couleurs en utilisant des couches d'épaisseur quart d'onde d'une couleur désirée constitue une technique connue qui n'a pas été appliquée antérieurement à des dispositifs d'horlogerie. En se référant à la figure 3, cette figure représente un circuit équivalent typique d'une cellule d'affichage à cristaux liquides selon l'invention, pouvant être déterminé par mesure de l'impédance, résistance et capacité, de la cellule. Le circuit est représenté sous la forme d'un premier condensateur 41 en série avec un montage en parallèle d'un second condensateur 42 et d'une résistance 43. Typiquement, le premier condensateur 41, en série avec le montage parallèle, a une capacité égale à au moins 4 fois et, en général de 4 à 1.000 fois la capacité du second condensateur 42. Plus la couche de cristaxliquidesest épaisse, plus le rapport est élevé. On peut représenter les cellules à cristaux liquides antérieures par un circuit comprenant seulement le montage en parallèle du second condensateur 42 de faible capacité et de la résistance 43.Typiquement, les capacités d'une ciW lule ayant une couche de cristaux liquides de 1,27 micron d'épais seur et deux couches diélectriques de silice et d'alumine d'environ 2.000 angstroms d'épaisseur, sont: 20.000 à 100.000 picofa 2 rads/cm2 pour le premier condensateur 41, et environ 100 à 5.000 2 picofarads/cm2 pour le second condensateur 42. La capacité ef- fective de la cellule dépend non seulement de la composition du cristal liquide, mais également de l'épaisseur de la couche de cristaux liquides, de la matière utilisée pour la couche diélectrique et de l'épaisseur de la couche diélectrique. Comme exemples de matières utiles pour la couche diélectrique, il y a lieu de citer la silice, le monoxyde de silicium, le fluorure de magnésium et l'alumine. Ces couches ont des épaisseurs typiques de 200 à 10.000 angstroms, mais elles peuvent être plus épaisses ou moins épaisses. La matière diélectrique doit être inerte vis-à-vis de la matière cristalline liquide, et avoir une constante diélectrique élevée. On peut utilise des diélectriques colorés,comme des oxydes de métaux de transition, pour obtenir un affichage coloré sur le dispositif d'horlogerie. -REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'horlogerie électronique digital comprenant en combinaison une cellule d'affichage à cristaux liquides, une alimentation, une source de fréquence et des circuits de chronométrage et d'attaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble diélectrique faisant corps avec la cellule d'affichage, empêchant la cellule d'être traversée par du courant continu. 2.- Dispositif d'horlogerie électronique digital comprenant en combinaison une cellule d'affichage à cristaux liquides, une alimentation, une source de fréquence et des circuits de chronométrage et d'attaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour augmenter notablement la capacité de la cellule d'affichage, de façon à empêcher dans une large mesure le courant électrique continu de la traverser pendant des périodes d'interruption de fonctionnement de ladite source de fréquence. 3.- Dispositif d'horlogerie électronique digital comprenant en combinaison une cellule d'affichage à cristaux liquides, une alimentation, une source de fréquence et des circuits de chronométrage et d'attaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une cellule d'affichage ayant un circuit équivalent comprenant un premier condensateur en série avec un montage en parallèle d'un second condensateur et d'une résistance. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport des capacités du premier condensateur et du second condensateur est au moins égal à 4 : 1. 5.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la capacité du premier condensateur et de celle du second condensateur est compris entre 4 : 1 et 1.000 : 1. 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la capacité du premier condensateur est comprise entre 2 20.000 et 100.000 picofarads/cm2 et en ce que la capacité du second condensateur est comprise entre 100 et 5.000 picofarads par centimètre carré. 7.- Dispositif d'horlogerie électronique digital comprenant en combinaison une cellule d'affichage à cristaux liquides, une alimentation, une source de fréquence et des circuits de chronométrage et d'attaque, caractérisé en ce que ladite cellule d'af- fichage à cristaux liquides comprend un premier élément de support et un second élément de support séparés l'un de l'autre, une couche conductrice disposée sur une surface de chaque élé ment de support, l'une au moins des couches ayant une configuration permettant d'indiquer le temps, une couche diélectrique disposée sur l'une au moins des couches conductrices et une couche de cristaux liquides remplissant l'intervalle compris entre les plaques de support et les couches conductrices. 8.- Dispositif d'horlogerie électronique digital comportant une cellule d'affichage à cristaux liquides comprenant une plaque de support postérieure, une couche conductrice sur elle, une plaque de support antérieure transparente opposée à la plaque de support postérieure et écartée de celle-ci, ladite plaque de support antérieure comportant une couche conductrice transparente, l'une au moins des couches conductrices ayant une configuration formant des caractères numériques segmentés, une matière électrooptique à base de cristaux liquides dans l'intervalle compris entre les plaques de support, et des moyens pour étanchéiser la cellule d'affichage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche diélectrique sur l'une au moins desdites couches conductrices, cette couche diélectrique étant disposée entre une couche conductrice et la couche de cristaux liquides. 9.- Dispositif d'horlogerie électronique digital selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une couche diélectrique est disposée sur chacune des couches conductrices. 10.- Dispositif d'horlogerie électronique digital selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche diélectrique est constituée par une matière choisie parmi la silice, le monoxyde de silicium, l'alumine et le fluorure de magnésium. 11.- Dispositif d'horlogerie électronique digital selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche diélectrique a une épaisseur donnant une caractéristique colorée à l'affichage. 12.- Dispositif d'horlogerie électronique digital selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche diélectrique se trouvant sur la plaque de support supérieure est équivalente au quart d'une longueur d'onde prédéterminée dans la région visible du spectre. 13.- Dispositif d'horlogerie électronique digitale selon la revendication 8,caractérisé en ce que la couche diélectrique a au moins 200 angstroms d'épaisseur. 14.- Dispositif d'horlogerie électronique digital selon la revendication 8,caractérisé en ce que la couche diélectrique a 200 à 10.000 angstroms d'épaisseur.