Brevet FR2260155A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples dans lequel plusieurs cellules de cristaux liquides juxtaposées les unes en face des autres, permettent l'affichage d'un dessin souhaité en commandant la lumière polarisée au moyen d'une instruction arbitraire donnée au motif de chaque couche à partir de l'extérieur Jusqu'à présenta quelques dispositifs d'affichage à cristaux liquides en couches multiples ont déjà été décrits, et il est connu qu'en utilisant de telles cellules en couches multiples, certaines caractéristiques spéciales, qu'une cellule à couche unique ne peut pas fournir, peuvent tre obtenues telles qu'une prolongation de la durée de service apparente, une augmentation du nombre d'élé- ments de dessin dans une surface réduite, et la facilité de l'affi- chage de motifs de types divers. La présente invention fournit des caractéristiques particulières que les dispositifs d'affichage à cristaux liquides en couches multiples ne présentent pas, en modifiant la composition du dispositif d'affichage Un premier objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples doté de fonctions nouvelles. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif à cristaux liquides en couches multiples qui permet l'inversion des images d'un positif à un négatif Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples capable de fournir des affichages sans couleur ou des affichages en couleursdiverses, en choisissant la couleur de la lumière polarisée parmi diverses couleurs. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples qui peut permettre, en superposant des éléments d'image, l'affichage d'images qualitativement différentes de celles que fourniraient des dispositifs d'affichage à cristaux liquides en couches multiples classiques. Ces objets ainsi que d'autres peuvent tre atteints par un dispositif d'affichage électro-optique comprenant une paire de polariseurs, des cellules d'affichage à milieu nématique enroulé, ayant une structure empilée et disposées entre ces polariseurs et des moyens pour appliquer sélectivement un champ électrique aux bornes d'un matériau de cristal liquide disposé dans lesdites cellules d'affichage à milieu nématique enroulé, commandant ainsi la polarisation et fournissant une image d'affichage quand le champ électrique dépasse une tension de seuil. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif à cristaux liquides selon la présente invention, démonté pour expliquer son procédé de fabrication ; Les figures 2 et 3 représentent des vues données à titre d'explication pour représenter la façon dont la lumière polarisée est commandée quand une tension est appliquée et quand elle n'est pas appliquée en utilisant un dispositif à cristaux liquides selon la présente invention ; Les figures 4 et 5 sont des diagrammes schématiques repré- sentant des dispositifs d'affichage à cristaux liquides à deux couches selon la présente invention ; La figure 6 représente un autre mode de réalisation du dispositif d'affichage électro-optique selon la présente invention ; Les figures 7A à 7D sont destinées à représenter l'appli- cation de la présente invention à la formation d'images de chiffres ; Les figures 8A à 8K représentent des applications du dispositif selon la présente invention à la formation d'images de symboles. Les cellules à cristaux liquides à couche unique selon la présente invention sont utiles quand l'orientation moléculaire de la couche de cristal liquide dans la cellule est tournée sensiblement de 90 dans la direction perpendiculaire à la cellule. Le polariseur peut tre choisi arbitrairement parmi des polariseurs incolores ou. colorés. Les polariseurs sont utilisés de préférence sous forme de feuilles et l'utilisation de polariseurs rectilignes ou circulaires peut tre effectuée. Des cellules à cristaux liquides individuelles sont formées par exemple de la façon suivante. Comme cela est représenté en figure 1, deux feuilles de substrat de verre 1 et 2, ayant des surfaces avec des axes de direction de paroi 3, et 4 par lesquels les axes longs des molécules de cristaux liquides sont orientés respectivement dans une direction définie, sont disposé de sorte que les axes de direction des parois 3 et 4 font un angle droit l'un par rapport à l'autre et qu'ils sont maintenus parallèles à une certaine distance l'un de l'autre. Dans l'espace entre ces deux feuilles, est disposé un cristal liquide nématique d'anisotropie inductive positive. Sur la surface interne du substrat de verre, l'action de surface, qui oriente les axes longs des molécules du cristal liquide, est orientée dans une direction selon la surface de la feuille. Cet axe de direction pour l'orientation moléculaire est appelé axe de direction de paroi. L'orientation de l'axe long des molécules des cristaux liquides dans une direction peut tre atteint en frottant les surfaces de la feuille dans une direction avec un tissu de coton, en déposant du SiO à partir de sa phase vapeur obliquement sur ces feuilles ou en formant une couche moléculaire de polycyclohexane en utilisant du N-méthyl-3-aminopropylméthoxysilane sur la surface de la feuille et ensuite celle-ci est frottée. La commande de la lumière polarisée dans le dispositif à cristaux liquides selon la présente invention peut tre effectuée comme cela est représenté dans les figures 2 et 3 respectivement, quand la tension est appliquée et n'est pas appliquée. Dans les cas représentés dans ces figures, le polariseur 5 et le dispositif à cristaux liquides 6 sont disposés de sorte que la direction de la surface de polarisation du polariseur est perpendiculaire ou parallèle à l'axe de direction de paroi du à cristaux liquides. Quand aucune tension n'est appliquée, en raison de la structure enroulée de la couche de cristal liquide, la lumière polarisée 7 passe à travers la couche de cristal liquide en tournant de 90 par rapport à la lumière polarisée 8. Quand une tension est ap pliquée, les axes longs de la molécule de cristal liquide sont orientés dans la direction perpendiculaire à la surface de la feuille et pour cette raison, la lumière polarisée 9 émerge de la couche de cristal liquide sans subir de changement de direction par rapport à la lumière polarisée 10. Puisque le dispositif d'affichage à cristaux liquides se Ion la présente invention est formé de cellules de cristaux liquides assemblées en couches multiples, quand la tension est appliquée sur des couches choisies arbitrairement, la direction de la lumière polarisée peut tre modifiée par ces couches. En conséquence, par l'intermédiaire du choix de telles combinaisons, l'inversion de la couleur d'affichage peut tre effectuée. La structure à deux couches, quand elle est utilisée comme composition fondamentale, peut comprendre des structures telles que celles du dispositif représenté en figures 4 et 5. Dans ces schémas, les références 11 et 12 désignent des polariseurs, les références 13,14 et 15, des cellules de cristaux liquides et la référence 16 le circuit de commande. La figure 4 représente un dispositif dans lequel deux ensembles de cellules de cristaux liquides placés selon la technique classique, sont disposés en juxtaposition. La figure 5 représente l'agencement du dispositif d'afL'i- chage à cristaux liquides à deux couches 15 selon la nouvelle structure de la présente invention dans laquelle trois feuilles de substrat de verre sont juxtaposées de façon parallèle à une distance définie les unes des autres, et, dans les intervalles entre ces feuilles, du cristal liquide est placé formant ainsi une structure à deux couches. Le substrat de verre 17 au centre et les deux substrats de verre 18 et 19 se faisant face, sur lesquels divers motifs sont formés, sont disposés en sorte que leurs axes de direction de paroi soient mutuellement à angle droit, c'est-à-dire entre le substrat de verre central 17 et le substrat de verre 18 et entre le substrat de verre 17 et le substrat de verre 19 et en outre, les axes de direction de paroi des deux surfaces du substrat de verre 17 sont parallèles ou à angle droit. Les polariseurs placés dans le chemin lumineux des deux c3tés de ce dispositif d'affichage à cristal liquide à couches multiples sont disposés de sorte que l'axe de direction de paroi du substrat de verre du c8té du polariseur du dispositif de cristal liquide qui lui est adjacent et la direction de la surface de polarisation du polariseur sont parallèles ou perpendiculaires l'un à 1'autre. Les structuresdes dispositifs à cristaux liquides en couches multiples peuvent treconsidéréescomme des extensions de cette structure de couche. Ceux-ci comprennent bien sûr toute combinaison des structures des figures 4 et 5. Avec le dispositif de la figure 4, dans laquelle les cellules de cristaux liquides 13 et 14 portent des motifs formes de façon arbitraire, les motifs respectifs sont superposes ou non dans le chemin lumineux observe. -Quand ces motifs ne sont pas superposés, l'image d'affichage est produite à l'instant de l'éclairage par les motifs formés sur les cellules de cristaux liquides respectives de façon unitaire ou en combinaison. Quand ces motifs sont superposés, chaque motif est affiché indépendamment si chacune des cellules de cristal liquide est éclairée indépendamment mais si les deux cellules sont éclairées ensemble, la couleur d'affichage peut tre inversée en réglant la direction de polarisation pour la partie en superposition. Le tableau 1 représente les résultats des expériences sur les changements de couleur d'affichage aux emplacements de superposition quand les polariseurs 11 et 12 sont de couleur neutre. TABLEAU 1 Moded'éclairage Couleur d'affichage 0 (D (D'Q (a) x x Blanc Noir (b) o x Noir Blanc (c) x o Noir Blanc (d) o o Blanc Noir En se référant au tableau 1, I 7 et (2 ? désignent respectivement les cellules à cristaux liquides des première et seconde couches, les repères o et x désignent respectivement le fait que la tension est appliquée ou non et (a), (b), (c) et (d) sont des codes désignant une telle combinaison. Les symboles désignent les directions des surfaces de polarisation des polariseurs placés des deux cotés du dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples, le premier symbole indiquant que les directions de polarisation sont parallèles et le second qu'elles sont perpendiculaires. Comme cela est clair à partir du tableau 1, la couleur d'affichage peut tre inversée en faisant tourner le sens de la surface de polarisation du polariseur, et en outre, l'inversion de l'affichage est rendue possible, tout en commandant électroniquement la sélection des motifs. La figure 6 représente un autre mcde de réalisation du dispositif d'affichage électro-optique selon la présente invention. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il est composé de plus de trois polariseurs, dont au moins deux ont des couleurs différentes, d'au moins une cellule d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés formée d'une pluralité de couches empilées, d'au moins une cellule d'affichage a cristaux liquides nématiques enroulés à couche unique et de moyens qui permettent l'application sélective de tension sur l'une quelconque des couches de cristaux liquides, les cellules d'affichage en couches multiples susmentionnées et les cellules d'affichage en couche unique étant disposées alternativement dans 1'espace délimité par les polariseurs susmentionnés. Dans le dispositif représenté dans cette figure 6, la cellule en couche unique 23 et les cellules d'affichage en couches multiples 24 et 25 sont disposées dans les espaces limités par les trois polariseurs 20,21 et 22. Dans ce dispositif, un dispositif d'affichage est doté de la fonction d'affichage polychromatique en plus de la fonction d'inversion d'image d'affichage d'un positif en un négatif. Dans une expérience, des polariseurs rectilignes colorés en rouge, vert et bleu respectivement qui sont utilisés comme polariseurs 20, 21 et 22 sont disposés de sorte que leurs surfaces de polarisation soient perpendiculaires les unes aux autres. Quand la tension est appliquée de façon sélective, sur les cellules de cristaux liquides 23,24 et 25, un changement des couleurs d'affichage aux endroits de superposition est obtenu comme cela est représenté dans le tableau 2. TABLEAU 2 Mode d'éclairage Couleur d'affichage 25 > -o 0 0 (a) x x x Bleu (b) o x x Vert (c) x o x Incolore (d) I x x o Incolore (e) ; o o x Rouge (f) o x o Rouge (g) x o o Bleu (h) o o Vert Les symboles o, x et ont les mmes significations que dans le tableau 1. Les couleurs de la surface d'affichage peuvent tre modifiées en combinant les couleurs des polariseurs et les directions des surfaces de polarisation ainsi que l'éclairage. L'inversion de couleurs de la surface d'affichage peut tre réalisée par l'intermédiaire d'une commande effectuée en appliquant sélectivement une tension sur les cellules d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés, empilées de façon contiguë (dans le dispositif de la figure 6, les cellules à cristaux liquides 24 et 25 sont actionnées). Alors, quand un nombre supplémentaire de polariseurs et de cellules d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés est Juxtaposé, en appliquant une tension (dans le dispositif de la figure 6, la cellule à cristal liquide 23 est actionnée), on rend possible un affichage en couleurs renforcé. Mais au moins deux des polariseurs doivent avoir des couleurs mutuellement différentes. Un nombre plus grand de couleurs des surfaces d'affichage sera commandé quand les couleurs des polariseurs prévus sont toutes différentes les unes des autres. Dans les paragraphes suivants, des applications du dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples selon la présente invention, vont etre décrites en plus grand détail en se ré férant à quelques exemples. EXEMPLE 1 Contrairement au dispositif classique, le panneau d'affichage à cristaux liquides en couches multiples selon la présente invention permet l'inversion des couleurs d'affichage. En utilisant cette propriété, les applications mentionnées ci-dessous sont possibles. Les figures 7A à 7D représentent une application du dispositif à l'affichage numérique dans les calculateurs de bureau électronque, etc. dans lequel les motifs numériques sont formés sur la première couche 20 désignée par A et la seconde couche 21 désignée par B est vierge. Quand le calculateur de bureau électronique est dans son fonctionnement normal, la première couche 20 est seule ac tionnée, donnant par là un affichage numérique tel que représenté par C par exemple. Si le circuit de calcul tombe en panne, la seconde couche 21 va tre actionnée par un signal d'erreur. Alors l'inversion de la couleur d'affichage a lieu, comme cela est représenté en figure 7D, contribuant par là à une détection facile d'erreurs possibles. EXEMPLE 2 Le dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples selon la présente invention a une structure à trois couches, par exemple. Dans ce qui suit, son application pour fournir des affichages d'images de symboles est représentée. Par exemple, des symboles respectifs peuvent tre tracés sur la première couche 22, la seconde couche 23 et la troisième couche 24, comme cela est représenté en figure 8A à 8C et ces couches sont juxtaposées. La sélection des couches parmi ces trois couches peut tre faite de huit façons au moyen de commandes électroniques. Ainsi, huit images de symboles différents peuvent tre obtenues comme cela est représenté en figures 8D à 8K. Dans l'art antérieur, l'affichage était possible pour seulement quatre images de symboles 8D à 8G. Il est clair que l'affichage de motifs complexes de types différents peut tre permis dans ce dispositif en comparaison des dispositifs d'affichage de cristaux liquides en couches multiples classiques. De façon générale, avec le dispositif d'affichage à cris taux liquides en couches multiples d'une structure à n couches, le nombre N de façonsselon tension est sélectivement appliquée sur les combinaisons données de cellules de cristaux liqui- des, peut tre déterminé en utilisant la formule suivante : N = Cn + Cn + C2n +, Cnn 1 + Cn (où C désigne des combinaisons, c'est-à-dire que C2, par exemple, représente le nombre de façons dans lequel deux cellules sont choisies parmi n cellules). Dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples selon la présente invention, des images d'affichage superposées sont éteintes, quand la tension est appliquée sur les cellules à cristaux liquides d'ordres impairs. Comme cela a été décrit dans ce qui précède, le dispositif d'affichage à cristaux liquides en couches multiples peut tre utilisé pour obtenir des lettres, des nombres, des symboles et autres images diverses d'affichage et il permet de produire des affichages de couleurs diverses en choisissant les couleurs des polariseurs. En comparaison des dispositifs classiques, il peut tre utilisé pour des applications de qualité telles que la réalisation de l'in- version des couleurs d'affichage et l'obtention d'images d'afficha- ge de motifs complexes de divers types. En outre, il est utilisable non seulement pour les dispositifs d'affichage du type par transmission mais également pour ceux du type par réflexion. Il présente ainsi des avantages industriels considérables. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'tre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à 1'homme de l'art. REVENDICATIONS 1-Dispositif d'affichage électro-optique comprenant une paire de polariseurs, caractérise en ce qu'il comprend des cellules d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés ayant une structure empilée et disposées entre ces polariseurs, et des moyens pour appliquer sélectivement un champ électrique aux bornes d'un matériau de cristal liquide dans ces cellules d'affichage nématiques enroulées. 2-Dispositif d'affichage électro-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés présentent une structure enroulée ayant un angle d'enroulement d'environ 90 C et en ce que ces cellules d'affichage à cristaux liquides nématiques enroulés et ces polariseurs sont disposés de sorte qu'un plan de polarisation d'un polariseur est perpendiculaire ou parallèle à la direction orientée des axes longs des molécules de cristaux liquides nématiques de façon adjacente à la surface interne des cellules d'affichage à cristaux liquides némati- ques enroulés et au plan de polarisation du polariseur suivant.