Brevet FR2343269A1 — publié le 19770930

L'invention concerne un dispositif de repro duction d'image muni d'une couche de cristal liquide nématique â anisotropie diélectrique positive (## > ##) d'organes pour appliquer un champ électrique perpendiculairement à la couche, ainsi que d'organes pour donner, en l'absence de champ, une orien station préférentielle aus molécules du cristal liquide, paralla- le à la couche. Les dispositifs de reproduction d'image à crital liquide sont des dispositifs passifs, ctest-a-dire des dispositifs qui eux-mêmes n'engendrent pas de lumière. et sont utilises pour la reproduction d'images et, en particulier, pour la reproduction de symboles alphanumériques et autres. Les dispositifs en question trouvent leur emploi par exemple dans des instruments de mesure, des horloges et des calculatrices de poche, et ont généralement la propriété favorable de ne consommer que relativement peu d'énergie.Etant donné lesdites applications, la personne observant les images se trouve généralement du même côté du dispositif que la source de lumière (généralement la lu mière environnante), ce qui signifie que le dispositif doit opérer dans le mode de reflexion. Dans l'article "Voltage-dependent optical activity of a twisted nematic cristal de la publication "Applied Physics Letters", Volume 18, N- 4, 15 février 1971, pages 127 et 128, il est décrit quota un cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique positive, ce qui veut dire que dans la direction qui est parallèle à l'axe des molécules oblongues, la constante diélectrique est plus grande que dans la direction perpendiculaire â ladite direction, il est possible de donner unetexture planairc pour laquelle l'axe des molécules est toumé de 900 d'une face â l'autre de la couche de cristal liquide.Cette texture a la par ticularité d'imposer une rotation de 900 à la direction de polarisation d'un faisceau de lumière polarisée. Un champ électrique qui agit perpendiculairement à la couche de cristal liquide fait disparaitre cette texture, car les molécules s'orientent perpen diculairement à la couche en relation avec l'expression ## > ## , de sorte que, dans ce cas, la lumière polarisée ntest plus influencre Du fait de placer un tel dispositif entre des polariseurs, l'emploi de tension électriques permet de. commander la transmission de lumiere. Si un tel dispositif fonctiolme dans le mode de réflexion, la lumière doit passer a deux reprises chachue polariseur. Etant donné que des polariseurs utilisés dans la pratique présentent également une absorption relativement grande de la lumière polarisée dans le sens de passage d'un tel poariseur, lesdits polariseurs influencent de façon tr Un but de l'invention est d'augumenter l'intensité susceptible d'être atteinte a l'aide des dispositifs de reproduction d'image du genre envisagé. Un autre but dc l'invention est d'éviter ltem- ploi de polariseurs dans ce genre de dispositifs de reproduction d'image. Conformément a l'invention, dans le cas d'un dispositif de reproduction d'image du genre mentionné dans le préambule, il est dissous dans le cristal liquide un cdorant dichroï- que, et le dispositif est muni d'organes servait a réfléchir la lumière qui traverse la couche de cristal liquide avec la direction de polarisation tournée de 900. Un colorant dichroïque a la particularité d'absorber uniquement de la lumière dont la direction de polarisation est parallèle à la direction longitudinale des molécules oblongues du colorant. Un tel colorant laisse passer la lumière n'ayant pas cette direction de polarisation. Par ailleurs les molécules du colorant dichroïque acquièrent l'orientation des molécules du cristal liquide dans lequel ils sont dissous. Cela a comme conséquence qu' l'état non excité, par suite de la rotation de 900 de la direction de polarisation de la lumière réfléchie, toute la lumière est absorbée soit durant l'aller, soit durant le retour (après réflexion). A l'état d'excitation, il n'est absorbe aucune lumiere. Les organcs utilisés pour réfléchir la lumière dont la direction de polarisation est tournée rie 90 sont formés de préférence par une plaque d retardement quart d'onde dite #/4, représentant la lonqueur d'onde de la lumière et une couche réfléchissante, les directions prillcipales optiques de ladite plaque formant un angle d'environ 45 avec l'orientation pré férentielle du cristal liquide du côté plaque Par l'expression plaque de retardement #/4 n, il y a lieu d'entendre ici une plaque en matériau biréfringent dont J'épaisseur est telle que la composante de lumière a longueur d'onde A , polarisée dans la première direction principale optique de la-plaque, est déphasée de (ou un nombre impair de fois A ) par rapport à la composante de lumière polarisée dans l'autre direction principale optique. A remarquer que l'emploi d'un colorant dichrot- que dissous dans un cristal liquide cholestérique est connu de l'article "New absorptive mode reflective liquid-crystal display device" de la publication "Journal of applied physics", volume 45, pages 4718 à 4723, parue en novembre 1974. Toutefois, les dispositifs de reproduction d t image décrits dans cet article rendent indispensable l'emploi d'une tension de commutation relativement élevée. Les organes permettant de réfléchir la lumiere qui a pu traverser une couche de cristal liquide et dont la direction de polarisation a été tournée de 90- , ces moyens étant formés par une plaque de retardement 1/4 > et une couche réfléchissant, sont connus dans le brevet français numero 2 255 623 . Toutefois, dans cette demande, il est décrit un dispositif de reproduction dtima- ge dans lequel la couche de cristal liquide nématique doit avoir, à l'état non excité, une structure en hélice tournant de 45 , tandis que par ailleurs le dispositif doit être muni d'un polariseur se trouvant du côté de la personne observant les images. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 et 2 servent à expliquer le principe de l'invention. La figure 3 représente un dispositif de reproduction d'image conforme à l'invention. Les figures I et 2 illustrent en perspective et schématiquement d'une part une couche de cristal liquide nématique 1 à anisotropie diélectrique positive dans lequel est dissous un colorant dichroïque, et d'autre part une plaque de retardement % # indiquée par la référence 2, ainsi qu'une couche ré fléchissante 3. Les directions principales optiques de cette plaque de retardement sont concrétisées par les flèches 4, 5 et forment des angles de 450 avec les plans horizontal et vertical. L'épaisseur et l'anisotropie optique de la plaque 2 sont telles que la composante de lumière à longueur d'onde À , polarisée dans la direction de la flèche 4, est déphasée- de % Â (ou éven tellement un nombre impair de fois # ) par rapport à la composante de lumière polarisée dans la direction de la flèche 5. Sur la figure 1, la couche 1 n'est pas soumi se a l'influence d'un champ électrique. Comme indiqué schématiquement sur la figure, les molécules oblongues du cristal liquide sont orientés préférentiellement suivant la verticale. Sur la figure 2, la couche 1 est soumise à l'influence d'un champ électrique agissant perpendiculairement à la couche. Etant donné que dans le cristal liquide est respectée l'expression ta > # # on obtient que les molécules oblongues da cristal liquide s'orientent parallèlement au champ èlectrique, c'est-à-dire suivant l'horizontale, comme indiqué schématiquement. Les molécules oblongues du colorant dichroïque acquièrent la direction des molécules du cristal liquide et sont donc verticales aussi sur la figure 1, et horizontales aussi la figure 2 Toutes les composantes a' direction de polarisation verticale de la lumière non polarisée qui sur la figure 1 frappe la couche 1, sont abserbées par les molécules du colorant dichroïque orienté suivant la verticale, de sorte que la lumière est polarisée horizontalement durant l'aller entre la couche i et la plaque 2.La composante de lumière a direction de polarisa- tion suivant la flèche k est déphasée de # par rapport à la composante de lumière à direction de polarisation suivant la flèche 5 par le passage de cette composante dans la plaque , sa réfle- xion sur la couche 3 et son nouveau passage dans la plaque 2. Durant le retour, la lumière est alors polarisée suivant la verticale entre la plaque 2 et la couche 1, et est absorbée par le colorant dichrolque dans la couche 1. On peut remarquer que la lumière entre la plaque 2 et la couche 3 est polarisée circulairement, le sens de cette polarisation circulaire (vu dans le sens de propagation de la lumière) étant inversé par réflexion sur la couche 3. On constate donc a l'état non excité (absence de champ électrique sur la couche i), toute la lumière est absorbée par en couche 1. La lumière non polarisée qui sur la figure 2 frappe la couche 1 est autorisée à passer sans entrave, et reste non polarisée également apres avoir traversé à deux reprises la plaque 2, en raison de ce que toutes les directions de polarisation sont pressentes. On constate donc qu'à l'état excité (un champ électrique agissant perpendiculairement a la couche 1), la couche 1 laisse passer toute la lumière. Etant donné que pour le fonctionnement décrit ci-dessus, il n'est pas nécessaire du tout d'utiliser des polariseurs, on évite quasi entierement l'absorption parasitaire de lumière i l'état excite, et on réalise a l'état d'excitation, une très forte intensité. La figure 3 illustre la construction d'un dispositif de reproduction d'image1 base sur le principe qui a été expliqué en référence aux figures 1 et 2. Le dispositif comporte une plaque frontale 6, en verre, ainsi qutune plaque arrière 7, en verre également, une distance de 20/u étant respectée entre ces plaques 6 et 7 tandis que tout au long du pourtour des plaques, l'étanchéité est assurée par un joint 8, en polyéthylène L'épaisseur des plaques G et 7 est égale à 2 mm, et les faces de plaque situées en regard sont munies d'électrodes transparentes 9, 10, 11 et 12, en oxyde d'étain.Les électrodes 9, 10 et Il appartiennent par exemple â un ensemble de sept électrodes qui sont rangées de façon à acquérir la forme du chiffre stylé 8 pour pouvoir reproduire de façon connue les chiffres de 1 à 9. Entre les plaques 6 et 7 se trouve une couche 15 en cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique positive dans lequel est dissous un colorant dichroique. Par ailleurs sur la plaque arrière 7 se trouve une plaque de retardement # indiquée par la référence 13 et réalisée en mica, l'épaisseur de cette plaque étant égale à environ 25 /u. Sur ladite plaque 13, on a déposé par évaporation un film en aluminium réfléchissant 18. Quant a la figure 3, il a été admis au'une différence de tension est réalisée entre les électrodes 10 et 12, ce qui peut être cnnstaté par l'alignement indiqué schématiquement au sujet du cristal liquide. A l'état non excité, par exemple entre les électrodes 9, 12 et 11, 12, l'orientation préférentielle des molécules du cristal liquide est parallèle aux plaques d'appui, et forme, dans une couche qui est limitrophe de la plaque 7, un angle de 450 avec les directions principales optiques de la plaque 13. Dans une couche qui est limitrophe de la plaque 6, l'orien- tation préférentielle des molécules du cristal liquide peut être la même ou ê;tre différente. Si la direction près de la plaque 6 est autre que la direction près de la plaque 7, on dit que le cristal liquide a une configuration en hélice, ce qui signifie que l'orientation des molécules tourne progressivement d'une plaque vers l'autre.Une telle configuration fait tourner progressivement la direction de polarisation de la lumière à l'intérieur du cristal liquide. Etant donné que les molécules du colorant dichrolqe participent également au mouvement de rotation en h6- lice éventuellement présent, l'absorption de lumière à direction de polarisation déterminée a lieu de façon identique qu'en l'abscence de configuration en hélice. C'est donc seulement l'orienta tioz préférentielle du côté de la plaque 1 qui est déterminante pour la direction des directions principales optiques de la plaque 13. De façon connue, il est possible d'obtenir une orientation préférentielle si dans une seule direction, les plaques 6 et 7 sont soumises à une friction à l'aide par exemple de papier utilisé pour nettoyer des lentilles. Des cristaux liquides et colorants dichroiques convenant pour être utilisés dans un dispositif conforme à l'invention sont connus de l'état actuel de la technique. Un cristal liquide nématique adéquat dans lequel est respectée l'expression t et présentant une température nématique adéquate est formé par exemple par un mélange qui, dans un rapport molaire de 2:1, est formé par du 4'-cyano-phényl-4-n-heptylbenzoate et 4'-cyanophényl- 4-n-butylbenzoate. Un colorant dichrolque adéquat est par exemple le 1-(5-notro-2-thiazolylazo)-phdnyl-4-N-pyrrolidine. A titre d'exemple d'autre cristaux liquides convenant pour être utilisés dans un dispositif conforme à l'invention, on cite: le 4-cyano-4'-n-pentylbiphényl, le 4-cyano-4'-n-hexylbiphényl, le 4-cyano-4'-n-heptylbiphényl, le 4-cyano-4'-n-octylbiphényl, le 4-cyano-4'-n-propoxybiphényl, le 4-cyano-4'-n-pentoxybiphényl, le 4-cyano-4'-n-hexoxybiphényl, le 4-cyano-4'-n-heptoxybiphényl, le 4-cyano-4'-n-octoxybiphényl, et le 4-cyano-4'-n-pentyl-p-terphényl, ainsi que les mélanges de ces produits. Â titre d'exemple d'autres colorants dichroïques convenant pour être utilisés dans un dispositif conforme à l'inven- tiont on cite: REVENDICATIONS 1. Dispositif de reproduction d'image muni d'une couche de cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique positive ces # # ), d'organes pour appliquer un champ électrique perpendiculairement à la couche, ainsi que d 'organes pour donner, en l'absence de champ, une orientation préférentielle aux molécules du cristal liquide, parallèle à la couche, caractérisé en ce qu'il est dissous dans le cristal liquide un colorant dichroique, et le dispositif est muni d'organes servant a réfléchir la lumière qui traverse la couche de cristal liquide avec la direction de polarisation tournée de goe. 2. Dispositif de reproduction d'image selon la revendication 1, comportant une couche de cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique positive (## > ##) entre une plaque frontale et une plaque arrière, ces plaques étant munies d electrodes pour l'application d'un champ électrique dans. la couche perpendiculairement aux plaques, alors qu1en l'absence de champ, les molécules du cristal liquide ont une orientation préférentielle déterminée d'avance qui est parallèle a ladite couche, caractérisé en ce que dans le cristal,liquide est dissous un colorant dichroNque, tandis que du côté de la plaque arrière, le dispositif comporte une couche réfléchissante ainsi qu'une plaque de retardement quart d'onde dite % entre la plaque arrière et la couche réfléchissante, les directions principales optiques de ladite plaque de retardement i N formant un angle d'environ i5 avec l'orientation préférentielle des molécules du cristal liquide sur la plaque arrière.