Brevet FR2291515A1 — publié le 19760611

La présente invention due aux travaux de Monsieur Jacques ROBERT du Commissariat a l'Energie Atomique et de Messieurs Robert TOBAZEON, Jean Claude LACROIX et Noël FELICI du Centre National de la Recherche Scientifique, a pour objet un procédé de commande en tension continue d'une cellule à cristaux liquides. Elle trouve une application en optoélectronique et notamment dans l'affichage de caractères alphanumériques. On connaît de nombreux dispositifs d'affichage de caractères alphanumériques qui utilisent les cristaux liquides. Certains font appel au phénomène de diffusion dynamique de la lumière (en terminologie anglosaxonne "Dynamic Scattering Mode"), d'autres tirent parti du phénomène d'orientation collective des molécules d'un cristal liquide sous l'action d'un champ électrique. La présente invention se rapporte à la commande d'un dispositif qui appartient à la première catégorie. Pour provoquer le phénomène de diffusion dynamique de la lumière, on applique à un film de cristaux liquides un champ électrique qui produit l'injection et le transit d'ions au sein de ce film. Ces ions en transit cisaillent le liquide et lui donnent un mouvement turbulent cellulaire, qui provoque le phénomène de diffusion de la lumière. Cette diffusion entraîne, en transmission, une opacité du film de cristaux liquides. Dans ce régime de fonctionnement, la tension appliquée pour produire ce champ peut être continue ou alternative de basse fréquence (inférieure à 300 Hz). On sait que pour augmenter la durée de vie de tels dispositifs, des moyens de purification des cristaux liquides peuvent être utilisés, qui font appel à des résines échangeuses d'ions, ou a des membranes électrodialytiques. Ces corps effectuent la purification du cristal liquide par échange ionique. On peut penser munir les parois d'une cellule à cristaux liquides de tels vernis électrodialytiques transparents en contact, avec d'une part, les dépôts conducteurs jouant le rôle d'électrodes et, d'autre part, le film de cristaux liquides. Néanmoins, dans le cas général, le rôle joué par ces vernis est uniquement un rôle de purification, ce qui exclut l'injection de charges dans le film de cristaux liquides, injection qui est nécessaire pour obtenir l'effet souhaité de diffusion de la lumière. Aussi, ces membranes ou vernis électrodialytiques sont-ils le plus souvent utilisés dans une cuve de purification disposée en dehors de la cellule d'affichage proprement dite, mais en communication avec celle-ci par une canalisation dans laquelle circule le cristal liquide. Les travaux du demandeur sur les vernis électrodialytiques ont permis de montrer que certains vernis, qui jouent ce rôle connu de purification électrodialytique peuvent jouer également un rôle d'injection de charges lorsqu'une tension de valeur appropriée leur est appliquée. Dans ces conditions, l'utilisation de vernis sur les électrodes de la cellule d'affichage ne fait plus obstacle au mécanisme d'injection de charges. Selon la présente invention, on fait donc jouer aux vernis électrodialytiques un double rôle de purification et d'injection, le premier correspondant à un état non diffusant du cristal liquide, ce qui permet d'afficher une première valeur d'une donnée binaire, par exemple un "O", et le second à un état diffusant, ce qui permet l'affichage de la deuxième valeur de ladite donnée binaire, par exemple un "1". De façon plus précise, la présente invention a pour objet un procédé de commande d'une cellule d'affichage à cristaux liquides fonctionnant en régime de diffusion dynamique de la lumière, ladite cellule comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre deux parois planes recouvertes chacune par un dépôt conducteur Jouant le rôle d'électrode et par une couche électrodialytique disposée entre ledit dépôt conducteur et ledit film, caractérisé en ce qu'on fait jouer aux couches électrodialytiques un double rôle - a) - le premier, de purification des cristaux liquides, en appliquant auxdites couches une première tension continue comprise dans une plage correspondant au phénomène d'électrodialyse, ce qui entraîne pour lesdits cristaux liquides un premier état optique non diffusant, corres pondant à l'affichage d'une première valeur d'une donnée binaire, - b) - le second, d'injection de charges dans le film de cristaux liquides, en appliquant auxdites couches une seconde tension continue dont la valeur est située en dehors de la plage d'électrodialyse et qui est telle qu'elle provoque une injection de charges dans ledit film, ce qui entraîne pour lesdits cristaux liquides un second état optique diffusant correspondant à l'af fichage d'une seconde valeur de ladite donnée binaire. Dans une première variante, lesdites première et seconde tensions ont même polarité et dans une seconde variante, ces tensions ont des polarités opposées. La présente invention a également pour objet un dispositif d'affichage à cristaux liquides qui met en oeuvre le procédé qui vient d'être défini et qui est caractérisé en ce qutil comprend - une cellule à cristaux liquides fonctionnant en régime de diffusion dynamique de la lumière, ladite cellule comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre deux parois planes recouvertes chacune par un dépôt conducteur jouant le rôle d'électrode et par une couche électrodialytique disposée entre ledit dépôt conducteur et ledit film, - un circuit de commande comprenant d'une part des moyens pour délivrer une première et une seconde tensions continues, la valeur de la première tension étant située dans la plage correspondant au phénomène d'électrodialyse des couches et celle de la seconde tension étant située hors de ladite plage, ladite seconde tension étant telle que des charges soient injectées par les couches dans ledit film, et d'autre part, des moyens pour appliquer aux électrodes l'une ou l'autre des deux dites première et seconde tensions selon 1 'affichage désiré. De toute façon, les caractéristiques et avantages de 1 'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif etnullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un schéma d'une cellule à cristaux liquides utilisant des couches électrodialytiques déposées sur les électrodes - la figure 2 représente une caractéristique couranttension d'une cellule d'électrodialyse - la figure 3 est un diagramme des tensions pouvant être utilisées conformément à l'invention, ces tensions étant de même polarité - la figure 4 représente un exemple de circuit électronique engendrant les tensions de commande de la figure 3 - la figure 5 représente une variante des circuits de commande permettant d'appliquer des tensions rectangulaires de polarités opposées - la figure 6 représente des tensions de commande présentant un pic, ce qui permet d'accélérer le phénomène dtélectrodialyse pendant la phase de repos - la figure 7 représente le schéma d'un circuit permettant d'obtenir les signaux de la figure 6. Sur la figure 1 est représentée une cellule 10 d'affichage à cristaux liquides qui est commandée par des moyens 12. Pour plus de clarté les échelles ne sont pas respectées. La cellule 10 comprend un film 14 de cristaux liquides, intercalé entre deux plaques planes 16 et 18 recouvertes de dépôts conducteurs 20 et 22, eux-mêmes recouverts de vernis électrodialytiques 24 et 26. L'épaisseur correcte du film 14 est assurée par des cales d'épaisseur 28. Les moyens 12 sont constitués par une source de tensions continues reliée aux dépôts 20 et 22 qui jouent ainsi le rôle d'électrodes. Les vernis électrodialytiques 24 et 26 sont transparents et au moins un des dépôts 20 et 22 est également transparent, l'autre pouvant être éventuellement réfléchissant si la cellule d'affichage travaille en réflexion. Les travaux du demandeur ont montré que la caractéristique courant-tension d'une cellule d'électrodialyse constituée par un dépôt de vernis électrodialytique en contact avec un cristal liquide a la forme qui est représentée sur la figure 2. Cette figure représente la courbe du courant I traversant la cellule en fonction de la tension continue V appliquée au vernis, par rapport à une référence qui peut être, par exemple, le cristal liquide. Cette caractéristique montre que, pour des valeurs de la tension continue V comprise entre O et une valeur de l'ordre de Vs, il existe une plage correspondant au phénomène connu d'électrodialyse ; dans cette plage le courant n'augmente sensiblement pas lorsque la tension augmente.En dehors de cette plage, c'est-à-dire soit au-delà de la tension VS soit pour des tensions négatives, des phénomènes d'injection de charges apparaissent qui se traduisent par une augmentation considérable du courant I en fonction de la tension appliquée V. C'est cette possibilité d'injection qui est mise en oeuvre dans l'invention. Ainsi, selon que la tension continue qui est appliquée au vernis est située dans la plage correspondant au phénomène d'électrodialyse ou hors de cette plage, on peut soit bénéficier du phénomène de purification soit provoquer l'apparition de la diffusion dans les cristaux liquides. La commande d'un "O" ou d'un "1" sur l'un des éléments de la cellule 10 s'effectue donc, selon l'invention, en appliquant sur les électrodes définissant ledit élément l'un ou l'autre de ces deux types de tension. Dans une première variante, on applique à la cellule à cristaux liquides soit une tension VO inférieure au seuil Vs pour obtenir un premier état optique du cristal liquide qui ne correspond à aucune diffusion de la lumière, ce qui peut correspondre à l'affichage d'un "O", soit une tension V1 de même signe que Vg mais supérieure à VS pour obtenir une injection de charges et, par suite, un effet de diffusion de la lumière, ce qui permet d'afficher un "1". Le diagramme des tensions illustré par la figure 3 représente à titre d'exemple, des signaux de tension qui permettent d'afficher selon cette première variante, successivement un "O" et un "1". La figure 4 représente le schéma d'un circuit électronique permettant d'appliquer l'une ou l'autre de ces tensions VO et V1. L'élément de la cellule d'affichage (point ou segment), dont on désire commander 1 'état optique, porte la référence 30 ; La connexion 29 est portée à une tension continue V1 par une source continue non représentée. L'élément 30 est soumis à la tension V1 si le transistor 32 conduit et à une tension plus faible VO si le transistor 32 est bloqué. L'état de ce transistor est commandé par la porte logique 34 sur laquelle sont appliqués les signaux définissant la donnée à afficher. Dans la variante du procédé illustrée par la figure 3, les tensions continues appliquées ont mêmes polarités, mais on peut utiliser, dans une seconde variante, des tensions de polarités opposées, les unes positives et de valeur inférieure à Vs et les autres négatives. Un circuit permet tant de produire de telles tensions est représenté sur la figure 5. Sur cette figure, l'élément à commander (point ou segment) porte la référence N6 et ses électrodes sont reliées, d'une part, à un transistor 38 et, par une résistance R1, à une connexion 39 portée au potentiel Vg + V'1 par rapport à la connexion 40 et, d'autre part, à une diode Zener 42 et à ladite connexion 39 par une résistance R2. La tension aux bornes de la diode Zener est égale à V'1. Lorsque le transistor 38 est dans l'état saturé, la tension aux bornes de l'élément 36 est V A - V B = - V'1. Lorsque le transistor 38 est bloqué, la tension V - V B est égale à (Vo + V'1) - V' 1 = VO. La porte logique 44 commande l'état du transistor 38.On obtient donc encore l'affichage d'un "O" pour la tension appliquée Vg et l'affichage d'un "1" pour la tension -V'1. Sur la figure 6, est représenté un diagramme des tensions qui correspond encore au cas où les tensions appli quées sont de polarités opposées, mais où il existe, pendant une courte période, un pic de tension qui permet d'accélérer le phénomène d'électrodialyse, ce qui a pour effet de bloquer très rapidement le transit des ions au sein du cristal liquide. Selon le diagramme de la figure 6, la tension nécessaire à l'affichage d'un "O" ne prend pas instantanément la valeur VO, mais présente un pic 50 à partir duquel la tension décroît vers la valeur d'équilibre VO, avec une certaine constante de temps. Le pic de tension 50 peut approcher avantageusement la valeur VS sans toutefois l'excéder. De tels signaux de commande peuvent être obtenus par un circuit du genre de celui qui est représenté sur la figure 7 et qui ne diffère de celui qui est représenté sur la figure 5 que par l'adjonction d'un circuit résistance-capacité de valeurs respectivement R3 et C1 dans le circuit d'émetteur du transistor 38 et d'un condensateur de valeur C2 en parallèle sur la diode Zener 42. Dans un tel circuit, la valeur des éléments est déterminée de telle sorte que la différence entre la tension V à laquelle est portée la connexion 39 et la tension V2 aux bornes de la diode Zener soit égale à V'1. La constante de temps avec laquelle la tension V reprend la valeur V0 après l'avoir dépassée est égale à R1 R3 C1 R1 + R3 La résistance de valeur R2 sert à alimenter la diode Zener 42 et l'on peut choisir les valeurs de R2 et de C2 pour que R2 C2 soit très supérieur à cette constante de temps. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une cellule d'affichage à cristaux liquides fonctionnant en régime de diffusion dynamique de la lumière, ladite cellule comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre deux parois planes recouvertes chacune par un dépôt conducteur jouant le rôle d'électrode et par une couche électrodialytique disposée entre ledit dépôt conducteur et ledit film, caractérisé en ce qu'on fait jouer aux couches électrodialytiques un double rôle - a) le premier, de purification des cristaux liquides, en appliquant auxdites couches une première tension continue comprise dans une plage correspondant au phénomène d'électrodialyse, ce qui entraîne pour lesdits cristaux liquides un premier état optique non diffusant, corres pondant à l'affichage d'une première valeur d'une donnée binaire, - b) le second, d'injection de charges dans le film de cristaux liquides, en appliquant auxdites couches une seconde tension continue dont la valeur est située en dehors de la plage d'électrodialyse et qui est telle qu'elle provoque une injection de charges dans ledit film, ce qui entraîne pour lesdits cristaux liquides un second état optique diffusant correspondant à l'affichage d'une seconde valeur de ladite donnée binaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesditespremière et seconde tensions sont de même polarité. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde tensions sont de polarités opposées. 4. Dispositif d'affichage à cristaux liquides, mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - une cellule cristaux liquides fonctionnant en régime de diffusion dynamique de la lumière, ladite cellule comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre deux parois planes recouvertes chacune par un dépôt conducteur jouant le rôle d'électrode et par une couche électrodialytique disposée entre ledit dépôt conducteur, et ledit film, - un circuit de commande comprenant d'une part des moyens pour délivrer une première et une seconde tensions continues, la valeur de la première tension étant située dans la plage correspondant au phénomène d'électrodialyse des couches et celle de la seconde tension étant située hors de ladite plage, ladite seconde tension étant telle que des charges soient injectées par les couches dans ledit film et, d'autre part, des moyens pour appliquer aux électrodes l'une ou l'autre des deux dites première et seconde tensions selon l'affichage désiré.