Brevet FR2353873A1 — publié le 19771230

La présente invention concerne un écran matriciel à cristaux liquides et, plus précisément, à cristaux liquides des types nématique utilisable pour la diffusion dynamique dès la température ambiante et cholestérique mélangés, à effet de mémoire, cristaux enfermés entre deux plaques parallèles en matériau transparent, séparées par des cales de faible épaisseur et intérieurement revêtues de deux grilles respectivement d'électrodes minces, semi-transparentes, parallèles et croisées d'une plaque à l'autre. Un tel écran permet l'affichage à distance d'une image graphe ou que/alphanumérique à résolution élevée et sa conservation sur écran pendant une période de temps assez longue (plusieurs heures au moins). On coimait àéjà un écran du type ainsi défini. Les caracté- ristiques indiquées pour cet écran sont les suivantes. Il comporte 120x120 ou 260x260 points avec un pas de 2 points par mm. Les tensions d'adressage sont de 15 V pour les lignes et de 4 V pour les colonnes. La durée de l'effet memoire est de plusieurs mois. Mais cet écran connu de l'art antérieur présente l'inconvénient d'une vitesse d'adressage relativement lente: les impulsions de ligne ont en effet une durée unitaire de 100 à 120 me (lidilisecondes). La présente invention a pour but de perfectionner un tel écran en le rendant capable d'un temps d'adressage d'au plus 10 secondes pour une image carrée de 106 points (1000x1000), ce qui représente une cadence d'écriture de ligne au plus égale à 10 ms (millisecondes). À cette fin, un écran du type initialement défini se caracté- rise suivant l'invention en ce que les deux plaques ont leurs faces internes revalues de couches minces de substances amenant les molécules de cristaux liquides les plus proches des plaques à storienter perpendiculairement à elles. Ces revêtements peuvent, suivant l'izrvention,faire l'objet de différentes formes de réalisation. Suivant une première forme de réalisation, après dépôt des électrodes, les plaques ont Qté trie puées dans une solution d'un corps surfactant tel qu'alcoxysilane, notamment de celui dit DMOAP, puis séchées vers 11000, ce qui a pour effet d'éliminer le solvant et de réduire le dépôt à une couche monomoléculaire. Suivant une seconde forme de réalisation, après dépôt des électrodes, les plaques ont été munies, de préférence par pulvérisation cathodique, d'une couche mince (de quelques centaines d'angstrms) soit d'oxyde d'indium, soit de chrome. Suivant une troisième forme de réalisation, ce sont les élec- trodes elles-mêmes des plaques qui ont été formées par dépôt d'oxyde d1 indium. Dans tous les cas, les plaques ainsi revêtues permettent d'atteindre le but poursuivi par l'invention qui est de gagner au moins un facteur 10 dans la vitesse d'adressage de écran, coins le montreront plus clairement la lecture de la description qui suit d'un exemple préférez de réalisation et l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la fig. 1 est une vue en coupe d'un écran à cristaux liquides suivant l'invention - la fig. 2 est une vue de face de l'écran de la fig. 1 - la fig. 3 est un schéma de la circuiterie associée à l'écran pour assurer son fonctionnement. Tel qu'il est représenté à la fig. 1, un cra snivant l'inven- tion comporte, comme il est connu, deux plaques 1, 1' en matériau transparent, par exemple en verre de quelques millimètres d'épais- seur, parallèles et espacées l'une de l'autre par des cales 2 de faible épaisseur (par exemple de 6 m). Ces plaques sont intérieurement revêtues de deux grilles respectivement d'électrodes 3, 3' minces, semi-transparentes, parallèles et croisées d'une plaque à l'autre (voir fig. 2). Ces grilles d'électrodes sont généraloeient obtenues chacune par dépôt sous vide d'une couche mince (quelques milliers d'angstroms) d'oxydes d'indium et d'étain, dépôt suivi de photogravure. Dans l'espace intérieur formé par les plaques et les cales est enfermé un mélange 4 de cristaux liquides de types nématique à diffusion dynswique dès la température ambiante et cholestérique, mélange donnant comme il est connu un effet mémoire. Le corps nématique peut être en particulier celui dit MBBA (p-méthoxybenzy- lidène-p-n-butyl ni Une) seul ou en mélange avec celui dit EBBA (-éthoxybenzylidène-p-n-butvl aniline). Le corps cholestérique peut être, en particulier, choisi dans l'ensemble comprenant carbonate de cholestérol et d'oléol, chlorure de cholestérol, nonanoate de cholestérol ou leurs mélanges.Les proportions en poids sont d'environ 4 à10 % de corps cholestérique par rapport au mélange. L'écran décrit ici diffère de celui connu du même type en ce que, après dépôt des électrodes et avant scellement de l'écran renfermant les cristaux liquides, les deux plaques 1, 1' sont rev*- tues intérieurement dtune couche mince (non représentée) d'une substance ayant pour effet d'amener les molécules de cristaux liquides les plus proches placlues à s'orienter perpendiculaire ment à celles-ci. On utilise de préférence un corps surfactant, en particulier un alcoxysilane, notamment celui dit DMOAP (chlorure de N,N-diméthyl- N-octadécyl-amonopropyl-triméthoxy-silyle) On se propose de décrire maintenant sommairemant, à l'aide de la fig. 3, la circuiterie associée à l'écran 10, bien quElle ne fasse pas partie à proprement parler de l'invention. La commande de l'écran est supposée se faire à partir d'un signal analogue à un signal vidéo de télévision, mais non répétitif, comprenant d'une part un signal d'information SI donnant séquentiellement la constitution de l'image ligne après ligne en signaux élémentaires dits d'échantillonnage qui sont en tout ou rien et digitalisés, d'autre part un signal de synchronisation SS dont les signaux élémentaires sont un signal de début d'image et des signaux de fins de lignes. Les signaux SS sont reçus par un générateur d'impulsions 1 1 dit horloge, à trois fréquences, dont - F5 fréquence d'arrivée des signaux d'échantillonnage fréquence ligne gale à la précédente, divisée par le nombre de points dans chaque ligne - FD fréquence d'écriture égale à la fréquence FS ou multiple de celle-ci. Dès l'apparition du signal SS de début d'image, les signaux SI d'une première ligne d'image à afficher sur l'écran sont reçus par un registre série-parallèle 12 qui les emmagasine à la cadence des impulsions FS qu'il reçoit de l'horloge 11. À l'apparition du signal SS de fin de première ligne, une première impulsion FL est transmise simultanément au registre 12, à un bloc de commande de signaux d'écriture 13 qui reçoit également les impulsions Fl de l'horloge 11, et à un bloc compteur et sélecteur de lignes 14 (dont une sortie de fin d'image fait retour à l'horloge 11 pour remise à zéro de celle-ci). La première impulsion FL reçue par le registre 12 lui fait transférer son contenu à un bloc d'interface colonnes 15; la mbme première impulsion FL reçue par le bloc 13 lui fait émettre un signal de commande d'écriture, transmis à la fois au bloc d'inter- face colonnes 15 et à un bloc de multiplexage et d'amplificateurs de ligne 16, recevant lui-même les signaux de sortie du bloc précité 14 compteur et sélecteur de lignes. Finalement, 1' écran reçoit simultanément, d'une part du bloc 16 sur son électrode de première ligne une tension alternative de valeur crête V1 et de fréquence FE, d'autre part du bloc 15 sur ses différentes électrodes de colonnes des tensions alternatives de valeur crête V2 et de même fréquence FB, mais qui sont ohaoune en phase ou en opposition de phase avec la tension precédente, suivant que le point à afficher à l'intersection de ladite colonne et de la première ligne est par exemple un blanc ou un noir, correspondant par exemple à un ZERO ou à un UN du signal élémentaire SI d'origine. La première impulsion FL ayant vidé le registre 12, celui-ci entreprend l'emmagasinage à fréquence FS des signaux SI de la deuxième ligne d'image à afficher sur l'écran. Et le cycle recommence. Il résulte de ce qui précède que chaque point de l'écran est soumis successivement s - à une tension alternative +V pendant l'adressage des lignes 2 précédentes - à une tension alternative V1+V2 ou V1-V2 pendant l'adressage de sa ligne - à une tension alternative tV2 pendant l'adressage des lignes suivantes. La durée de ces impulsions est telle que la tension V1+V2 est suffisante pour provoquer la diffusion du mélange de cristaux liquides, alors que la tension V1-V2 ne l'est pas. D'autre part, la tension V2 est choisie inférieure à la tension de seuil de l'effet, c'est-à-dire que la tension V2 appliquée pendant plusieurs secondes est insuffisante pour induire une inscription appréciable. Les tensions V1 et V2 pourraient également être continues, mais l'emploi de tensions alternatives permet d'augmenter la durée de vie du cristal. L'effacement de l'écran se fait par application d'une tension alternative de l'ordre de V1 de fréquence relativement élevée (quel- ques kilohertz) sur 1'ensemble de l'écran à partir d'un bloc d'effacement 17. EXEMPLE Nature et proportions en poids des constituants - nématique à 60 * de MBBE et 40 % de EBBA 92 % - cholestérique à 100 * de chlorure de cholestérol 8 % Température de 1 'essai 25,5'C Epaisseur dti mélange de cristaux liquides 6 pa Signaux d'écriture alternatifs rectangulaires de fréquence FE 125 Hz - Tensions crête #V1 75 V V2 7V Durée d'adressage de chaque ligne 8 us donc écran de 1000 lignes 8 s Si l'on applique en un point quelconque de l'écran, une tension V2 de 7 V pendant 8 secondes (pour simuler les tensions parasites) et une tension d'inscription V+V2 de 75+7 - 82 V pendant 8 ms à un instant quelconque au cours de l'intervalle précédent, le point devient diffusant et si on recommence la même expérience au même point en remplaçant la tension précédente par une tension de noninscription V1-V2 = 75-7= 68 V, le point considéré revient à un état très peu diffusant, proche de l'état initial. On constate d'autre part que - l'image est maintenue au cours d'une période de tordre d'au moins plusieurs semaines - elle est effacée en 1 à 2 secondes. On peut tenter d'expliquer les résultats obtenus par la théorie suivante qui n' engage pas les demandeurs. Dans l'art antérieur, les cristaux liquides se trouvaient initialement former une structure dite planaire, ce qui veut dire que les molécules de cristaux liquides étaient toutes sensiblement alignées parallèlement aux pXçsss donc petpendiculairement au champ électrique de commande d'écriture. Or, dans un tel champ, les molécules ée trouvent d'abord en état d'équilibre instable, le champ n'agit stir elles que lorsque les fluctuations autour de leur direction moyenne, quelles qu'en soient les causes notamment d'origine thermique, les écartent de leur orientation d'équilibre. Au contraire, dans la structure suivant l'invention, les molécules se trouvent avoir dès l'abord et en majorité une orientation différente de la précédente, et telle que le champ électrique a sur elles une action plus forte et plus rapide, ce qui entratne une réduction du temps nécessaire à l'inscription de l'image. Mais cette réduction du temps d'inscription n'est pas le seul effet bénéfique du perfectionnement apporté par l'invention. On peut en effet grace à lui, tout en conservant l'effet mémoire, réduire aussi l'épaisseur de cristaux liquides, ce qui en soit contribue aussi à réduire le temps d'inscription et(ou) les tensions de commande. Ctest ainsi qu'en reprenant l'exemple chiffré ci-dessus, si l'on prend un écran de mee épaisseur mais où les cristaux liquides ont 11 alignement planaire classique et qu'on le nette en oeuvre dans des conditions identiques (tensions, température), on n'obtient pas l'effet mémoire mais seulement une rémanence de l'ordre de quelques dizaines de secondes. RVE ND IC ATIONS 1 - Ecran matriciel à cristaux liquides des types nématique à diffusion dynamique dès la température ambiante et cholestérique mélangés, à effet de mémoire,crlStanx enfermés entre deux plaques parallèles en matériau transparent, séparées par des cales de faible épaisseur et intérieurement revêtues de deux grilles respectivement d'électrodes minces, semi-transparentes, parallèles et croisées d'une plaque à l'autre, caractérisé an ce que les deux plaques ont leurs faces internes revêtues de couches minces de substances amenant les molécules de cristaux liquides les plus proches des plaques à s'orienter perpendiculairement à elles. 2 - Ecran matriciel à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après dépôt des électrodes, les plaques ont été trempées dans une solution d'un corps surfactant tel qu'alcoxysilane, notamment de celui dit DMOAP, puis séchées vers 11OC. 3 - Ecran matriciel à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que, apràs dépôt des élèctrodes, les plaques ont été munies, de préférence par pulvérisation cathodique, d'une couche mince d'oxyde dtindius ou de chrome. 4 - écran matriciel à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce qu les électrodes elles-mames ont été formées par dépôt d'oxyde d'indium. 5 - Ecran matriciel à cristaux liquides selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit cristal liquide nématique est celui dit MBBA, seul ou en mélange avec celui dit EBBA, en ce que le cristal liquide cholestérique est choisi dans l'ensemble comprenant carbonate de cholestérol et & oléol, chlorure de cholestérol, nonanoate de cholestérol ou leurs mélanges, et en ce que la proportion en poids de corps cholestérique par rapport au mélange est de 4 à 10 %.