Brevet FR2294501A1 — publié le 19760709

La présente invention concerne les dispositifs d'affichage à cristeaux liquides dans lesquels des parties d'un affichage sont adressées sous forme matricielle. On forme habituellement des dispositifs d'affichage à cristaux liquides par disposition d'une couche d'environ 12 microns d'épaisseur entre des la @es de verre ayant, à leur face interne, des électrodes transparentes. l'application d'une tension aux électrodes provoque une variation des propriétés optiques des cristaux liquides entre @es é- lectrodes, la suppression de la tension permettant aux @ri@- taux liquides de reprendre leur état original. Ainsi, par exemple, une partie de l'affichage peut paraître transparente sur un fond coloré ou inversement, et les dispositifs d'affichage des montres numériques utilis@nt avantageusement cette caractéristique. Dans le cas des dispositifs simples, par exemple des montres numériques, un petit nombre seulement d'électrodes est nécessaire.Cependant, dans un plus grand dispositif d'affichage, la disposition d'une paire d'électrodes pour chaque partie qui doit être adressée peut être difficile ou impossible en pratique. Un procédé d'adressage de grands dispositifs d'affichegs utilisé couramment dans des ensembles électro-optiques conprend l'adressage matriciel, c'est-à-dire l'utilisation j'une série de longues électrodes de colonns sur une lame ce verre et d'une série de longuer électrodes de rangée sur l'autre lame de verre. Ainsi, l'application d'une tension à une électrode particulaire de @@@@n et une électrode particulière de r@@g@e provoque l'adressage des existaux liquides compris à l'intersection de ces deux électrodes. On peut utiliser un procédé analogue pour le multiplexage de l'adressage de dispositifs d'affichage numérique à sept bâtonnets. Malheureuserent, le temps nécessaire an @@@@gement de propriétés optiquer d'un cristal liquide lors de l'application d'une tension électrique, c'est-à-dire dans son état sous tension, et le temps nécessaire au retour à l'état original sans tension, après retrait de la tension, sont souvent inco@patibles avec le multiplexe@@ du l'adressage matriciel. Ce phénomène est dû au fait que l'ensemble de ltaffichage ne peut pas être adressé avant que des parties de l'affichage soient revenues à leur état non adressé. L'invention concerne un procédé d'adressage d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides, de type matriciel, comprenant l'application d'une tension d'effacement à plusieurs zones actives des cristaux liquides afin qu'ils passenbà l'état sous tension, l'application d'une tension sensiblement nulle à des électrodes choisies, successivement, pendant un temps suffisant pour que la propriété optique varie dans les cristaux liquides à l'intersection des électrodes choisies, et l'application, à d'autres moments, d'une tension aux électrodes afin qu'une tension soit maintenue dans la couche de cristaux liquides, à une valeur de consigne proche de la valeur de seuil. Un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend une cellule à cristaux liquides qui comporte une couche de matière à cristaux liquides placée entre deux lames dont l'une au moins est transparente, chaque lame portant à sa face interne des électrodes distantes formant plusieurs intersections le long de la couche de cristaux liquides, l'appareil comprenant de plus un circuit d'application de tension aux électrodes afin que les cristaux liquides passent à leur état sous tension, un circuit d'application d'une tension aux électrodes afin qu'une tension d'entretien proche d'une tension de seuil soit maintenue dans la couche de cristaux liquides, et un circuit d'application d'une tension nulle aux intersections choisies, successivement. Les tensions peuvent entre appliquées par une alimentation triphasée, une phase étant appliquée aux électrodes d'une lame et une autre à celle de l'autre lame afin que la valeur efficace soit maintenue près de la valeur de seuil. La troisième phase est appliquée aux des électrodes et donne une tension nulle à une intersection. Dans une variante, on peut utiliser deux formes d'onde de tension ayant des tensions et des fréquences qui diffèrent. Dans une variante, la tension peut entre appliquée par une alimentation biphasée ayant deux formes d'onde analogues déphasées de 600 et une tension nulle. Les deux formes d'onde déphasées de 600 doivent avoir une configuration aussi sinusordale que possible car, lorsque la forme d'onde est trop déformée, par exemple sous forme rectangulaire, le dispositif ne fonctionne pas. Les cristaux liquides sont sensibles à la valeur efficace de l'onde pourvu que sa fréquence soit telle que sa période soit bien inférieure au temps de réponse des cristaux liquides. Une tension nulle est appliquée à une électrode et la première ou la seconde/d r onae de tension est appliquée à l'autre électrode de l'intersection afin qu'une tension de seuil soit appliquée au niveau d'une intersection. La première ou la seconde forme d'onde de tension est appliquée aux deux électrodes lorsque la tension nulle doit exister à une intersection entre deux électrodes. Un grand dispositif d'affichage ayant des électrodes x, y formant des rangées ou des colonnes peut être adressé par application d'une tension d'effacement qui fait passer les cristaux liquides à leur état sous tension, rangée par rangée, avec adressage de la rangée précédemment effacée, afin que la tension nulle soit appliquée sélectivement à certaines zones actives. Dans une variante, un bloc de rangées peut être effacé puis adressé. Dans certains dispositifs d'affichage, l'ensemble peut être effacé et les rangées individuelles peuvent entre adressées ; des trames successives peuvent entre adressées de façon alternée du haut en bas puis de bas en haut afin que liaffichage ait une meilleure uniformité. L'expression "zones actives" de cristaux liquides désigne les zones qui se trouvent aux intersections des électrodes opposées. Les cristaux liquides peuvent entre d'un type nématique positif contenant 1 à 90 % d'une matière cholestérique. Un tel mélange, lorsqu'il forme une mince couche dans une cellule à cristaux liquides, disperselalumière lorsqu'il est sans tensions aucun champ électrique n'étant appliqué dans la couche. L'application d'une tension d'effacement, par exemple 30 V efficaces, pour une couche de 12 microns d'épaisseur contenant environ 10 10 en poids de matière cholestérique, provoque un réalignement des molécules de cristaux liquides parallèlement au champ appliqué, c'est-à-dire dans l'état sous tension. Dans cet état, la couche est transparente. Le temps de passage de l'état sans tension à l'état sous tension dépend de la quantité de matière cholestérique présente, de l'épaisseur de la couche et de la tension appliquée.A une tension critique appelée tension de seuil, les molécules commencent à passer de lté- tat sans tension à lrétat sous tension. Lorsque la tension est brutalement supprimée, de part et d'autre de la couche, les molécules de cristaux liquides reprennent leur état sans tension en 60 es environ pour une couche de 12 microns d'épaisseur contenant 33 56 de matière cholestérique. Cependant, lorsqu'une tension de valeur efficace proche de la valeur critique est appliquée à la couche après mise de la cellule à état sous tension, les cristaux liquides conservent leur état pendant un temps qui peut atteindre 40 s environ et mtme plus.Dans tous les cas, le mélange de cristaux liquides peut contenir une quantité convenable, par exemple 0,25 à 10 56 en poids, d'un colorant dichroSque ou pléochroi- que, ou un mélange de tels colorants. Dans ce cas, les cristaux liquides sont opaques ou colorés à l'état sans tension et deviennent transparents ou incolores ou changent de couleur lorsqu'ils sont sous tension. D'autres caractéristiques et avantages de l t inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une élévation frontale d'un dispositif d'affichage à matrice 3 x 3 ; et - la figure 2 est une coupe du dispositif de la figure 1. Une cellule 1, représentée sur les figures 1 et 2, comprend deux lames de verre 2, 3. La lame 2 porte trois électrodes transparentes 4, 5, 6 en forme de rubans, constituant des électrodes de colonne ou x alors que la lame 3 porte des électrodes analogues 7, 8, 9 formant des électrodes de rangée ou-y. Par exemple, les électrodes sont formées d'oxyde d'étain de 500 microns d'épaisseur, déposé sous forme d'une couche continue et attaquée à la configuration voulue. Une mince couche 10 de matière à cristaux liquides de 6 à 40 microns d'épaisseur,par exemple en matière nématique de n-pentyl-cyanobiphényle contenant une matière cholestérique est placée entre les lames 2, 3. Une colle Il à base de résine époxyde ferme les bords de la cellule 1 de manière étanche.Chaque électrode a des connexion électriques. Des tensions alternatives sont appliquées à la cellule 1 par une alimentation sinusoïdale triphasée (non représentée) Si V représente la valeur efficace de la tension d'alimentation, on peut représenter l'alimentation de chaque phase par V/O, V/120, V/240. On peut montrer que V/0 - V/120 = #3V /-30 V/120 - V240 = #3V /90 V/240 - V/0 = #3V /210 Lors du fonctionnement une tension d'effacement de valeur suffisamment élevée est appliquée entre les électrodes x et y afin que les molécules de cristaux liquides soient alignées parallèlement au champ appliqué. A chaque intersection des électrodes x, y (zone active), la matière 10 à cristaux liquides est transparente et la lumière traverse la cellule 1.Lorsque la tension d'effacement a éte appliquée, une tension de seuil est appliquée comme décrit dans la suite. Une' tension V/120 est appliquée à chaque électrode x et une tension V/240 est appliquée à chaque électrode y. A chaque intersection des électrodes, la tension est V/120 - V/240 = #3V/90 et #3V est sensiblement égal à la tension de seuil Vth. Chaque intersection continue à parattre transparente pendant un temps qui peut atteindre 40 s et plus. On suppose maintenant qu'on veut rendre opaque l'intersection x2, y2, ctest-à-dire que la matière à cristaux liquides doit disperser la lumière, comme représenté par la référence 12 sur la figure 1.Une tension V/0 est appliquée auxXdeux électrodes X2, y2 si bien'qu'il apparaît une ten sion nulle dans les cristaux liquides 10, à leur intersection. Pour toutes les autres intersections, une tension continue à entre appliquée. Par exemple à l1intersec- tion x2y1, la tension de x2 et VZO est de y1 et VL240, si bien que VL240 - VZO = P3VZ210. Lorsque l'întersection x2y2 devient opaque, le retour de la tension V nta pas un effet suffisant pour que l'intersection paraisse transparente.Ainsi, la tension #3V est appliquée à nouveau à x2y2 et une autre intersection peut être adressée par la tension nulle. L'ensemble de la cellule 1 est adressé le cas échéant et le processus se répète, ctest-à-dire qu'une tension d'effacement est appliquée à ensemble de la cellule, les tensions de seuil sont appliquées à la cellule et des intersections choisies sont adressées. L'effacement précité d'une image facilite la compréhension des diverses étapes de fonctionnement. Dans les dispositifs d'affichage de grande dimension, il est avantageux que l'effacement porte à chaque fois sur une seule rangée et que l'adressage soit réalisé avec une tension nulle sur une rangée antérieurement effacée. Dans le cas d'une matière nématique formant une couche de 12 microns d'épaisseur et contenant 10 56 de matière cholestérique, la tension d'effacement est par exemple de 80 V, la tension de seuil, c2est-à-dire #3V, étant d'environ 20 V. Dans ces conditions, les cristaux liquides deviennent transparents en 10 s, et dispersent en environ 1 ms lorsque la tension nulle est appliquée aux électrodes. Ainsi, une matrice de 103 éléments pourrait être adressée intersection par intersection ou 103 lignes pourraient être adresséesligne par ligne en une seconde. La forme d'onde triphasée peut être une forme d'on- de rectangulaire ou sinusoIdale. Les cristaux liquides sont sensibles à la valeur efficace de l'onde pourvu que sa fré quencecorresponde à une période nettement inférieure au temps de réponse des cristaux liquides. Un oscillateur ayant une fréquence d'oscillation égale à 6f peut transmettre un signal à un registre à décalage de sortie à trois étages montés en parallèle, afin qu'il fasse avancer un 1 ou deux 0 dans le registre lors de la formation d'une forme d'onde rectangulaire. Chaque étages de sortie du registre est reliée à une entrée de trois dispositifs bistables dont les états changent lorsque l'étage correspondant du registre contient un 1.Les signaux de sortie des dispositifs bistables forment les trois formes d'onde rectangulaires nécessaires de fréquence f, séparées par un déphasage de 1200. Cette fréquence doit être suffisamment élevée, par exemple d'environ 10 kHz, afin que, pour les sgnaux VZ120 - V/240, la période pendant laquelle la tension nulle est appliquée à une intersection soit faible et ne permette pas le retour des cristaux liquides à leur état sans tension. Dans un autre mode de réalisation de l'inventions la cellule est adressée par des signaux à deux fréquences différentes f1 et f2 ayant des formes d'onde dont l'amplitude maximale est V1 et V2. On peut montrer que la valeur efficace de |V2 + est égale à la L 52 f ~3 (V1 + V2). Lorsque 1 2 WV Lorsque valeur efficace de c'est-à-dire les électrodes x, y de la figure 1 peuvent être adressées de la manière suivante. Chaque ensemble x, y reçoit initialement une tension d'effacement mettant les cristaux liquides 10 à leur- > état transparent, c'est-à-dire sous tension, cha que électrode x recevant alors une tension - 3/2V1 et chaque électrode y une tension V2 - 1/2V1. En conséquence, la tension à chaque intersection x, y est -(V1 + V2) dont la valeur efficace est sensiblement égale à la tension efficace voulue de seuil. Lorsqu'on veut adresser l'intersection x2y2, on applique une tension -2Vl aux deux électrodes x2y2, si bien qu'il apparatt une tension nulle et les cristaux liquides dispersent à l'intersection x2y2. Toutes les autres intersections conservent une tension efficace proche de la valeur de seuil. Par exemple, l'intersection x2y1 reçoit une tension 2V1 - (V2 ~ 1/2V1) = V1 - V2 qui a la même valeur effi cace -(V1 + V2). Les fréquences f1, f2 doivent entre telles que f1 > > f2 ou f1 L'alimentation triphasée V/0, V/120, V/240 peut étire modifiée de la manière suivante afin qu'elle assure une alimentation biphasée. Lorsque, dans l'exemple déjà considéré, une forme d'onde -VZ240 est appliquée à toutes les électrodes x et y en plus des tensions existantes V/O, V/120, V/240, la tension pour les électrodes x est V/90(V/120 - V/240) pour- x3 et V/30(V/0 - V/240)pour x2, et, pour les électrodes y, la tension est 0 (V/240 - VZ240)pour y3 et V/30 (V/0 - VL240) pour y2. Ainsi, deux formes d'onde déphasées de 600 sont nécessaires et peuvent être appliquées V/O et VL60, en plus d'une tension nulle. Ces formes d'onde V/0, V/60 et 0 peuvent entre appliquées au dispositif d'affichage de la figure i de la manière suivante. Des tensions alternatives sont appliquées à la cellule 1 par une alimentation biphasée sinusoïdale (à déphasage de 600), non représentée. Si V représente l'amplitude efficace de la tension d'alimentation, la tension pour chaque phase peut entre représentée par V/0, V/60. On peut montrer que [V/60 - V/0]RMS = [V/0]RMS = [V/60]RMS, l'indice RMS indiquant qu'il s'agit de tensions efficaces. Lors du fonctionnement, une tension d'effacement d'amplitude suffisamment élevée est appliquée entre les é- lectrodes x et y et provoque un alignement des molécules de cristaux liquides parallèlement au champ appliqué. La tension d'effacement peut être obtenue par application de +V/60 aux électrodes x et -V/60 aux électrodes y afin que la tension à une intersection soit égale à 2V. A chaque intersection des électrodes x, y (zone active), la matière 10 à cristaux liquides est transparente et la lumière traverse la cellule 1. Lorsque la tension d'effacement a été appliquée, une tension de seuil est appliquée de la manière suivante, Une tension V60 est appliquée à chaque électrode x et une tension nulle est appliquée à chaque électrode y.A chaque intersection, la tension est donc V/60 ei VRMs est sensiblement égale à la tension de seuil Vth. Chaque inter section conti-iiue à parattre transparente pendant un temps pouvant atteindre 40 s environ et plus. On suppose main tenant que l'intersection x2, y2 doit parattre opaque c'est-à-dire-que les cristaux liquides doivent disperser la lumière comme représenté par la référence 12 sur la figure 1. Une tension V/O est appliquée aux deux électrodes X2, Y2 si bien qu'il apparatt une tension nulle dans les cristaux liquides 10 à leur intersection. Toutes les autres inter sections continuent à recevoir la tension V.Par exemple, à l'intersection x2, -y1, la tension de 1'électrode x2 est V/O et la tension de l'électrode y1 est nulle, la tension résultante- étant V/O. A l'intersection x1, y2, la tension de x1 est V/60 et celle de y2 est V/O, si bien que la tension résultante est V/60 - V/O dont la valeur efficace est égale à V, c'est-à-dire à la tension de seuil. Lorsque l'intersection x2, y2 devient opaque, le retour de V a un effet insuffisant pour que l'intersection devienne transpa rente.Ainsi, V est réappliqué à x2y2 et une autre inter section peut entre adressée par la tension nulle. L'ensemble de la cellule 1 est adressé le cas échéant et le processus recommence, c'est-à-dire qu'une tension d'effacement est appliquée à l'ensemble de la cellule, une tension de seuil est appliquée à la cellule et les intersections choisies sont adressées. Comme indiqué précédemment, l'effacement total présente ses inconvénients et, dans les dispositifs de grande dimension, les tensions VLO, V/60 et 0 peuvent entre utilisées dans une installation assurant un effacement de rangée. Les exemples données illustrent l'adressage d'élé ments individuels de la matrice. Le schéma d'adressage peut aussi être utilisé pour l'adressage de la rangée d'affi chage à un moment donné, suivant les techniques connues. Cette technique n'est pas limitée aux matrices x - y. Elle convient aussi aux dispositifs d'affichage en coordonnées Polaires r-e et aux dispositifs d'affichage numérique à 7 bStonnets. REVENDICATIONS 1. Procédé d'adressage de dispositifs dtaffichage à cristaux liquides, comprenant une couche de matière à cristaux liquides placée entre des lames transparentes qui portent des électrodes formant plusieurs intersections, si bien que l'affichage peut être adressé sous forme matricielle par application séquentielle de tensions aux électrodes, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend lsapplication d'une tension d'effacement à des zones de la couche afin que la matière à cristaux liquides prenne l'état qu'elle a sous tension, l'application d'une tenSion nulle à des zones choisies de la matière à cristaux liquides afin que ces zones prennent l'état qutelles occupent normalement sans tension, et l'application d'une tension de seuil à la couche de cristaux liquides à d'autres moments. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tensions sont représentées par trois formes d'onde analogues de tension déphasées de 1200. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les formes d'onde ont des fréquences différentes. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tensions comprennent deux formes d'onde analogues déphasées de 600 et une tension nulle, appliquées aux électrodes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'une tension d'effacement par rangée, puis l'adressage par rangée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend l'effacement d'une partie au moins de l1ensemtle de l'affichage à la fois. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière à cristaux liquides est une matière nématique contenant une certaine quantité de matière cholestérique. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière à cristaux liquides contient au moins un colorant pléochroTque.