Brevet FR2360145A1 — publié le 19780224

L'invention concerne essentiellement un appareil destiné à la mémorisation d'images, comprenant un couple photo conducteur-cristal liquide associé a des moyens électriques de polarisation, a une source lumineuse éclairant ledit couple et des moyens de lecture. L'invention a trait à un dispositif capable d'enregistrer des informations lumineuses, ces dispositifs étant utilisables notamment dans le domaine des écrans de visualisation. De tels dispositifs sont connus par exemple du brevet délivré en France, sous le numéro 2 109 512. Ce brevet décrit plus particulièrement un convertisseur d'images à mémoire, comportant un couple photoconducteur-cristal liquide, le cristal liquide étant un mélange nématique-cholestérique, de sanire à obtenir un effet mémoire. L'invention a pour but d'obtenir un appareil destiné à la mémorisation d'images, capable d'un effet mémoire de longue durée, d'une haute résolution et d'une plus grande stabilité chimique et électrochimique. L'invention part du fait connu que seuls les cristaux liquides du type nématique-cholestérique et smectique, présentent un effet mémoire, et que ces derniers possèdent en outre, du fait qu'ils ne sont pas un mélange, une meilleure stabilité chimique ct électrochimique. Conformément à l'invention, l'appareil est caractérisé en ce que ledit cristal liquide est un cristal liquide smectique-A. Selon une réalisation préférentielle, l'appareil est caractérisé en ce que le cristal liquide smetique-A est initialement orient2. Les cristaux liquides smectiques-A sont initialement orientés, afin d'obtenir un monodomaine. L'orientation initiale est bien-connue et peut être obtenue par un traitement des faces intérieures de la cellule contenant le cristal liquide. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé , fera mieux comprendre comment 1' invention peut entre réalisée, La figure est une vue d' e Ecctîon plane de l'appareil selon l'invention. La figure représente l'association d'un photoconducteur if par exemple un composé de sélénium, et d'un cris- tal liquide 2. Selon une réalisation effectuée, la couche du. photoconducteur avait une épaisseur de 10 microns, et celle du cristal liquide de 6 microns. Des moyens électriques 3, telles que des électrodes en In2-x Snx O3-y , permettent de polariser le couple photoconducteur-cristal liquide. La polarisation peut se faire de manière continue ou alternative. Une source lumineuse 4, telle qu'un laser He-Ne, illumine point par point le photoconducteur 1, polarise, créant ainsi des charges électriques aux endroits iiîumine's, et donc un transfert de a ten- sion appliquez du photoconducteur sur le cristal liquide. Des plaques de verre 5, séparées par. des cales d'épaisseur 6 par exemple en mylar contiennent le couple photoconducteur-cristal liquide. Une couche antiréfléchissante 7 peut etre déposée sur les faces exte-rieures de l'appareil, afin de diminuer Les pertes de lumières, dues aux réflexions. La lecture de l'information enregistrée dans le cristal liquide -', peut se faire par réflexion, Un miroir dié- lectrique 8 est déposé entre le photoconducteur 1 et le cristal liquide 2. Un tel miroir diélectrique 8 peut etre réalisé en sulfure de zinc, ZnS ou fluorure de calcium CaF2, en une epaisseur voisine du micron. Selon l'invention, le cristal liquide utilisé est un cristal liquide smectique-A. Les principaux corps utilisés sont essentiellement les trois corps suivants : - le n-p butoxybenzilidine-n octylaniline dont l'anisotropie de la constante diélectrique #a est négative. - le cyano-4' octyloxybiphenyl (M24) et - le cyano-4' octylbiphenyl (K24) ces deux corps ayant l'anisotropie de la constante diélectrique #a positive, et ce dernier corps (K24) possédant une phase smectique-A à la température ambiante, entra 21 et 31,5 C. Pour un corps dont l'anisotropie de la constante diélectrique est positive, l'orientation initiale du smecti- que est planaire, et le champ électrique qui règne entre les électrodes 3 est un champ désorientant. Pour un corps dont l'anisotropie de la constan- te diélectrique est négative, l'orientation initiale choisic est homéotrope. L'orientation initiale des cristal: liquides du type smectique est bien connue ct s'obtient par un traitement des surfaces intérieures de la cellule contenant le cristal liquide. Pour obtenir un aligneront planaire, c'est-à-dire tel que les molécules soient parallèles entre elles et à la surface,il suffit par example de déposer une chouche de SiO sous incidence oblique à 70 sur les surfaces intérieures de la celle le. Cette orientation s'effectue pour le cristal on phase n- matique et persiste après refroidissement en la phase smectique. Sous l'action d'un champ électrique, la réorientation du cristal liquide smectique-A, initialement transparent, passe par la vréation de défauts qui diffusent fortement la lumière et qui persistent après coupure dudit champ. Dans le cas du cristal liquide smectique K24, l'épaisseur de la cellule était de 10 microns, et la température a 0,5 C en dessous de la température de transition smectique A-nématique, d'environ 31,5 C une tension do '50 volts crée des défauts, en un temps de 5 millisecondes. Cette structure diffusante utilisée préférentiellement dans nos réalisations, apparaît noire sur fond blanc, cn effectuant une lecture par réflexion ; en interpe- sant une optique de Schlieren, on l'obtient blanche sur fond noir. Pour effacer cette structure diffusante, il suffit de chauffer la cellule sans tension au-dessus do la température de transition smectique-nématique, et de refroidir ensuite lentement de la phase n'matique an la phase smectique. Pour un temps d'application plus long, par example de 7 millisecondes, les molécules du smectique-A se réorientent perpendiculairement à l'orientation initiale et suivant les conditions de tempéra- ture, pour une température voisine de la température de transition smectique-nématique, après coupure du champ, on obtient une structure diffusante stable et pour une température d'au inois 50C en dessous dc cette e température de transition, la structure reste dans son état réorienté. Le couple photoconducteur-cristal liquide, et accessoirement le miroir diélectrique sont soumis à une tension, par l'intermédiaire des électrodes 3, en oxyde d'étain et d'indium. La répartition de la tension entre le photo conducteur et lo cristal liquide s'effectue par couplage capacitif ou résis- tif suivant les valeurs des résistances et des capacités de chaque couche, et de la fréquence de la tension appliquée. Lorsque le photoconducteur est éclairé, la répartition de tension se modifie, de telle manière qu'aux endroits éclairés, la tension s'applique principalement au cristal liquide. D'une manière générale, le photoconducteur pré- sente une résistance par cm de l'ordre de 109 à 1011 #et une capacite par cm2 de l'ordre de 10-10 à 10-9 Farad, le miroir diélectrique présente une résistance par cm de l'ordre dde 2 10-9 10-8 et une capacité par cm de l'ordre. de 10 9 à @@ Farad, alors que le cristal liquide, du type smectique - A, présente une résistance par cm de l'ordre de 107 # et une capacité par cm de l'ordre de 10-9 Farad. Dans l'exemple réalisé, par association d'un photoconducteur de composé de sélénium et d'un cristal liquide du type smectique-A, avec ou sans miroir diélectrique, le photo conducteur présentait une résistance par cm de 1010 # et une capacité par cm de 6.10-10 Farad, alors que le cristal liquide présentait une résistance par cm de 6.106 # et une capacité par cm de 10-9 Farad. Dans ce cas, la répartition de la tension entre les diverses couches se fait, dans un premier temps, de manière capacitive ; puis dans la couche la moins résistante, ici le cristal liquide smectique-A, la tension va dans un deuxième temps, diminuer vers zéro par relaxation diélectrique. Pour le cristal liquide smectique-A, le temps de relaxation est de l'ordre de 10 msec. Pour une tension appliquée de 150 volts, sur le système non éclairé, la tension sera après quelques dizaines de millisecondes, d'au moins i35 volts sur le photoconducteur, de 15 volts sur le miroir diélectrique et sera nulle sur le cristal liquide. Sur le système éclair6, par un laser de longueur d'onde adapté à la sensibilité spectrale du photoconducteur, d'une puissance voisine de i mW, focalise en des taches d'un' diamètre de 25 microns, pendant une durée qui peut varier entre 1 et 10 sec, alors une tension de l'ordre de 100 volts va être transférée du photoconducteur sur le cristal liquide. Ce transfert de tension provient du transfert des charges photocréées à la surface illuminée du photoconducteur, jusqu'à l'autre surfaee plus proche du cristal liquide.Ces charges sont alors stockées, en raison de la grande résistivité du photoconducteur, pendant un temps suffisamment long, pour que la ten sion appliquée au cristal liquide soit suffisante pour le faire changer d'état, avant qu'elle ne redevienne nulle, par le phénomene de relaxation dielectrique dans le cristal liquide. Il est a' remarquer que le temps d'inscription, c'est-à-dire le temps d'éclairement du photoconducteur par le laser, est de l'ordre de 1 sec, alors que le temps nécessaire au changement d'état du cristal liquide smectique-A, d'épais- seur voisine de 6 microns, à une température de 0,5 C en dessous de la teinperature de transition smectique-nématique, soumis à une tension de 100 volts, est de l'ordre de 10 millise- condes. Il suffit donc d'éclairer le photoconducteur en des temps beaucoup plus courts que le temps nécessaire au changement de phase du cristal liquide, ce qui permet d'effectuer des vitesses de balayage du photoconducteur plus rapides, donc Ltob tenir de meilleures performances des écrans de visualisation. Pour obtenir une haute résolution, le champ électrique,modulé spatialement dans le plan de la cellule par la source lumineuse éclairant le photoconducteur, est appliquée de préférence par un photoconducteur continu et non par une matrice. On obtient ainsi une résolution de l'ordre de 40 point@@m. Dans le cas d'utilisation d'un photoconducteur continu plan, il faut cependant s'assurer que le temps d'élargissement de la tache soit plus lent, que le temps nécessaire pour changer d'é- tat localement le cristal liquide. En fait, dans l'exemple réalise, avec un photoconducteur amorphe, à base de sélénium, le temps pour lequel la densité de charge surfacique du phtocon- ducteur diminue de -oitie est approximativement égal à 095 seconde. a source lumineuse éclairant ledit photocon- ducteur peut être aussi bien un laser He-Ne, une diode électro luninescente ou une diode laser de puissance voisine de 1 mW. Le diamètre du faisceau focalisé sur le photoconducteur est d l'ordre de 25 microns et la vitesse d'inscription des informations de l'ordre de 100 k bits/sec à 1 M bit/sec. L'effacement de la cellule s'effectue par chauffage par exemple par effet Joule dans l'électrode en contact direct avec le cristal liquide-en l'absence de tension, en phase nématique, puis refroidissement lent en phase smectique. Il est bien évident que toutes modifications non essentielles apportées à cette réalisation, tels que la juxtaposition de diaphragmes pour augmenter le contraste, ou d'opti- ques de Schlieren ppur inverser l'éclairement de 1' image et du fond ne sauraient sortir du ca-dre-de la présente invention. REVENDICATIONS t. Appareil destiné a la mémorisation d'images co-- prenant un couple photoconducteur-cristal liquide assoclo des moyens électriques de polarisation, à une source lumineuse éclairant ledit couple et à des noyens de lecture caractérisé e ce que ledit cristal liquide est un cristal liquide smecti- que-A. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal liquide smectique-A est initialement orienté. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé cn ce que le cristal liquide smectique-A est tel que l'anisotropie de la constante dielectrîque est positive. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal liquide smectique-A est tel que l'anisotropie de la constante diélectrique est négative. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cristal liquide est initialement orienté, suivant l'orientation planaire. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cristal liquide est initialement orienté, suivant l'orientation homéotrope. 7. Appareil selon l'une des revendications i a 6, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le photoconducteur et le cristal liquide, une couche d'un matériau diélectrique, tel que ZnS ou CaF2 capable de réfléchir la lumière. 8. Procédé d'inscription d'informations au moyen d'une source lumineuse, sur un appareil selon l'une des reven dications i a 7, caractérisé en ce que le temps d'inscription est inférieur au temps de changement d'état du cristal liquide. 9. Procédé d'inscription d'informations, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le temps d'inscription est au moins mille fois plus petit que le temps de changement d'état du cristal liquide. 10 Utilisation d'un appareil selon l'une des reven- dications i > 7, comme écran de visualisation.