Brevet FR2490379A1 — publié le 19820319

CELLULE D'AFFICHAGE ELECTRO-OPTIQUIE PASSIF La présente invention a pour objet une cellule d'affichage électrooptique passif comportant une couche d'un matériau électro-optique passif, intercalée entre deux plaques dont l'une au moins est transparente. Le brevet USA No. 4.137.524 décrit une telle cellule qui comporte en outre des électrodes de commande et une contre-électrode disposées de part et d'autre de la couche de matériau électro-optique. Une électrode- écran est disposée entre les électrodes de commande et le maté- riau électro-optique. Cette électrode-écran est perçée d'une ouverture en regard de chacune des électrodes de commande. Si le matériau électrooptique utilisé est un cristal liquide nématique, des polariseurs sont disposés de part et d'autre de la cellule leurs directions de pola- risation faisant un angle de 900 l'une avec l'autre. Des couches d'alignement sont en outre déposées sur les faces internes des deux plaques pour induire, en l'absence champ électrique, la disposition en hélice bien connue dans les cellules d'affichage de type nématique tordu. Dans une telle cellule, la forme et les dimen- sions des ouvertures pratiquées dans l'écran déterminent la forme et les dimensions des segments. Ceux-ci sont constitués par les zones de la cellule qui peuvent être rendues individuellement visibles ou invisibles par rap- port au fond de l'affichage et qui forment, par leurs diverses combinaisons, les différents signes tels que chif- fres, lettres ou autres symboles que l'on désire afficher. Dans la zone du fond de l'affichage, c'est-à-dire 30. en dehors des zones correspondant à ces ouvertures, l'aspect de la cellule ne dépend que de la tension appli- quée entre l'écran et la contre-électrode. Si cette ten- sion est nulle, le fond de la cellule apparaît clair. Si cette tension est suffisante pour que le champ qu'elle crée dans le cristal liquide provoque l'alignement des molécules -2- de ce dernier dans une direction perpendiculaire aux pla- ques, le fond de la cellule apparaît sombre, A l'emplacement des segments, c'est la tension appliquée entre les électrodes de commande et la contre- électrode qui détermine l'aspect de la cellule. La cel- lule est claire dans ces zones si cette tension est nulle, et sombre si elle a une valeur suffisante. La présence de l'écran permet donc de réaliser un affichage des informations en sombre sur fond clair, c'est-à-dire en positif, ou en clair sur fond sombre, c'est-à-dire en négatif. Dans d'autres formes d'exécutions, un colorant dichroique est ajouté au cristal liquide, ainsi que, éven- tuellement, un composé chiralique. Un des polariseurs au moins peut alors être supprimé. Contrairement au cas pré- cédent, la cellule apparaît sombre en l'absence de champ électrique et claire en présence d'un tel champ. Le fonc- tionnement de la cellule est donc exactement l'inverse de celui qui a été décrit ci-dessus, mais la cellule présente également la propriété de permettre un affichage positif ou négatif. Dans tous les cas, la présence de l'écran em- pêche en outre que le tracé des pistes conductrices qui relient les électrodes aux bornes de la cellule ne de- vienne visible, malgré le fait que la contre-électrode couvre toute la plaque postérieure. Les problèmes posés par le dessin de la contre-électrode d'une cellule clas- sique et par l'alignement réciproque des électrodes et de la contre-électrode sont ainsi supprimés. Il est souhaité pouvoir afficher plus d'infor- mations que ne peut en afficher une cellule normale. Lorsque la cellule est destinée à être utilisée dans une montre électronique équipée d'un grand nombre de fonctions horaires ou non horaires, il est par exemple souhaité qu'elle puisse afficher des informations sous la forme de chiffres indiquant l'heure ou de lettres indiquant le jour de la semaine ou le nom du mois. Ce problème peut -3être résolu en utilisant des caractères formés d'un nombre voulu de segments,mais au détriment de l'esthétique de ces caractères. Il est parfois également souhaité que cette cellule puisse afficher des informations de nature très différente telle qu'une mappemonde permettant de repérer la position des fuseaux horaires dont l'heure est indi- quée. Ce problème peut être résolu-par la superposition de deux cellules d'affichage distinctes, mais au détri- ment du prix de revient et de l'épaisseur du dispositif. Un des buts de la présente invention est de proposer une cellule d'affichage qui permette de doubler le nombre d'informations numériques, alphabétiques ou autres qui peuvent être affichées, sans augmentation ni 1S de la surface ni de l'épaisseur de la cellule, avec en plus tous les avantages de la cellule décrite par le brevet USA No 4.137.524. Dès lors que l'on augmente le nombre d'infor- mations numériques, alphabétiques ou autre que l'on peut afficher avec une même cellule, on est confronté à des problèmes de connexion des différentes électrodes de commande, notamment le nombre de sorties devenant très élevé. Un autre but de la présente invention est de réduire le nombre de sorties d'une telle cellule d'affi- chage électro-optique passif. Les buts que propose la présente invention sont atteints grâce au fait que chacune des plaques porte sur sa face interne des électrodes de commande et au moins une électrode-écran, les électrodes-écran étant percées d'ouvertures en regard d'une partie de la surface de chaque électrode de commande qui lui est associée, ces ouvertures définissant la forme des segments affichés, au fait qu'au moins l'une des plaques porte au moins deux électrodes- écran, et qu'au moins deux ouvertures de l'électrode -écran de l'autre plaque sont en regard d'une électrode de com- mande commune, chacune de ces ouvertures étant en regard -4- d'une électrode-écran différente de la première plaque, et au fait que les ouvertures associées à une quelconque des électrodes de commande sont toutes pratiquées dans une même électrode-écran. Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution de la présente cellule d'affichage. La figure 1 est une vue en coupe de la cellule, les électrodes de commande et les électrodes-écran étant coupées suivant les lignes I-I; II- II; III-III; et IV-IV de la figure 2. La figure 2 est une vue partielle éclatée il- lustrant les électrodes de commande et les électrodes- écran. La figure 3 illustre un exemple précis de la façon dont la cellule est commandée pour afficher le nom- bre "1 2 3 14". La figure 4 illustre une autre configuration des électrodes de commande et des électrodes-écran d'une cellule d'affichage. La cellule d'affichage représentée aux figu- res 1 et 2 comprend deux plaques de verre transparentes, l'une antérieure VI et l'autre postérieure V2, séparées par un cadre d'assemblage C, en verre fritté par exemple, ménageant entre elles un espace E rempli de cristal li- quide nématique. L'ensemble ainsi formé est interposé entre deux polariseurs Pi et P2, croisés, c'est-à-dire dont les directions de polarisation de la lumière sont* sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre. Un réflec- teur-diffuseur R est disposé à l'arrière de la cellule. La plaque de verre antérieure Vl porte, sur la face tournée vers l'intérieur, un premier jeu d'élec- trodes de commande, numérotées de 1 à 19 et un premier jeu d'électrodesécran 20 et 21, une couche isolante Il étant intercalée entre les électrodes de commande et les électrodes-écran. Ces électrodes, la couche isolante et les électrodes-écran sont transparentes. La couche isolante Il et les électrodes-écran sont percées d'ouvertures situées chacune en face de l'une des électrodes de commande. Comme la plaque Vl,la plaque postérieure V2 est transparente et est munie d'un second jeu d'électrodes, de commande 22 à 35, d'un second jeu d'électrodes-écran 36 et 37, une couche isolante 12 étant intercallée entre les électrodes de commande et les électrodes-écran. Ces électrodes, la couche isolante 12 et les électrodes-écran sont aussi transparentes. Toujours comme sur la plaque Vl, la couche isolante I2 et le second jeu d'électrodes-écran sont per- cées d'ouvertures situées, chacune en face de l'une des électrodes du second jeu d'électrodes de commande. La forme, les dimensions et la disposition des ouvertures pratiquées dans la couche isolante Il et dans les électrodes-écran 20 et 21 définissent la configuration des segments qui peuvent être affichés au moyen des élec- trodes de commande 1 à 19. La forme, les dimensions et la disposition des ouvertures pratiquées dans la couche isolante 12 et dans les électrodes-écran 36 et 37 définissent une seconde configuration de segments.Ces segments peuvent être affi- chés au moyen des électrodes de commande 22 à 35. Les électrodes de la plaque Vl, numérotées de 1 à 6, et 11 sont associées à une seule ouverture pra- tiquée dans les électrodes-écran 20 ou 21, tandis que les électrodes 7 à 10 et 12 à 19 sont associées à deux ouver- tures pratiquées dans les électrodes-écran 20 ou 21, les parties des électrodes de commande désignées par la lettre a étant en regard des premières ouvertures, les parties désignées par b, en regard des secondes ouvertures. Le premier jeu d'électrodes-écran est formé de deux électrodes 20, 21 dont l'une 20 est divisée en deux parties 20a, 20b reliées par une plage conductrice c. Les électrodes-écran 20 et 21 comportent des -6- ouvertures définissant des segments ayant la forme des chiffres arabes allant de 'I1' à "31". Il faut noter que, dans ce cas, chaque segment représente un signe en soi. Les électrodes de commande 1 à 19 et les électrodes-écran 20, 21 sont disposées de telle façon qu'en regard de chaque ouverture des électrodes-écran se trouve une élec- trode de commande, cette électrode de commande couvrant entièrement ladite ouverture. Ainsi, le chiffre "1" est représenté par une ou- verture pratiquée dans la partie 20a de l'électrode-écran 20. En regard de cette ouverture se trouve l'électrode de commande 1. Cette électrode n'est associée qu'à une ouverture. Le chiffre "2" est représenté par une ouver- ture pratiquée dans la partie 20a de l'électrode-écran 20. En regard de cette ouverture se trouve la surface 16a de l'électrode de commande 16. La surface 16b de cette même électrode de commande est située en regard de l'ouverture représentant le chiffre "7"-qui est pratiqué-e dans la partie 20b de l'écran 20. Les électrodes de commande nu- mérotées de 1 à 6 et de 16 à 19 sont associées aux ouver- tures pratiquées dans l'électrode-écran 20. Les électrodes de commande numérotées de 7 à 15 sont associées à l'élec- trode-écran 21. La plaque arrière de la cellule porte un se- cond jeu de quatorze électrodes de commande numérotées de 22 à 35, chacune des électrodes étant associée à deux segments. Ces électrodes de commande sont recouvertes par un second jeu de deux électrodes-écran 36 et 37. Les élec- trodes-écran 36 et 37 comportent des ouvertures repré- sentant quatre éléments d'affichage à sept segments. Les éléments d'affichage sont numérotés de 38 à 41. Pour chaque élement d'affichage, les ouvertures définissant les différents segments sont identifiées par une lettre allant de a à g. En regard de chaque ouverture se trouve une électrode de commande. Dans ce cas, chaque électrode de commande est associée à deux ouvertures. Ainsi par exemple l'électrode de commande 22 est associée - 7 - aux ouvertures 38a et 39a pratiquées dans l'électrode- écran 36. Les électrodes de commande numérotées de 22 à 28 sont associées aux ouvertures pratiquées dans 1'élec- trode-écran 36. Les électrodes de commande numérotées de 29 à 35 sont associées aux ouvertures pratiquées dans l'électrode-écran 37. La plaque avant V1 et la plaque arrière V2 de la cellule sont alignées l'une par rapport à l'autre. La partie 20a de l'électrode-écran 20 est en regard de l'élé- ment 38 pratiqué dans l'électrode-écran 36. La partie 20b de l'électrode-écran 20 est en regard de l'élément 41 pra- tiqué dans l'électrode-écran 37. L'électrode-écran 21 est en regard des éléments 39 et 40 pratiqués respectivement dans les électrodes- écran 36 et 37. L'électrode-écran 36 est en regard des ouvertu- res pratiquées dans la partie 20a de l'électrode-écran 20 représentant les chiffres "1" "2", "8", "9"> "15", "16", "22", "23", "29", et "30" et des ouvertures pratiquées dans l'électro-écran 21 représentant les chiffres "3" "4", "10",, "11" "17", " 18" "24", "25", et "31". L'électrode- écran 37 est en regard des ouvertures pratiquées dans l'é- lectrode-écran 21 représentant les chiffres "5", "6", "12", "13", "19", "20", "26", et "27" et des ouvertures prati- quées dans la partie 20b de l'électrode-écran 20 repré- sentant les chiffres "7", "14", "21", et "28". Chacune des plaques V1 et V2 est en outre re- vêtue intérieurement, sur toute sa surface, d'une couche d'alignement planaire homogène des molécules du cristal liquide, non représentée au dessin. Ces couches d'aligne- ment sont telles que, en l'absence d'un champ électrique, les molécules du cristal liquide qui sont en contact avec elles sont toutes sensiblement parallèles aux plaques V1 et V2 et en outre sensiblement parallèles à la direction de polarisation des polariseurs Pl respectivement P2. Une couche de protection, en oxyde de silicium -8- par exemple, également non représentée, peut-être, si nécessaire, déposée sur toute la surface des plaques Vl et V2, avant le dépôt des couches d'alignement. Pour faire apparaître une information relative aux ouvertures pratiquées dans l'une des électrodes-écran, on procède de la manière suivante L'électrode de commande associée à l'ouverture correspondant au segment à afficher est portée à un pre- mier potentiel. - L'électrode-écran dans laquelle est pratiquée l'ouverture correspondant au segment à afficher est por- tée à un deuxième potentiel. Les électrodes de commande correspondant aux segments qui ne doivent pas être affi- chés et correspondant à des ouvertures de cette première électrode-écran sont au même deuxième potentiel que l'élec- trode-écran. L'ensemble formé de l'électrode-écran ne pré- sentant pas le segment àafficher mais qui se trouve en regard de celui-ci ainsi que les électrodes de commande associées à cette électrode-écran est porté à un troisième potentiel. Les ensembles formés des électrodes- écran ne présentant pas le segment à afficher et n'étant pas si- tués en regard de celui-ci, ainsi que les électrodes de commande qui lui sont associées sont portées à un quatriè- me potentiel. Ces potentiels sont tels que - la différence entre le premier et le troisiè- me potentiel est supérieure à la tension de seuil du ma- tériau électro-optique intercalé entre les deux plaques Vl et V2. - Les différences entre le premier et le qua- trième potentiel, le deuxième et le troisième, le deuxième et le quatrième potentiel, sont toutes inférieures à la tension du seuil du matériau électro-optique. La figure 3 donne un exemple précis sur la manière dont la cellule est commandée. La cellule doit - 9 - afficher le nombre "1 2 3 4". Cette information est affi- chée au moyen des éléments d'affichage 38 à 41. La comman- de de l'affichage s'effectue en deux séquences successi- ves, la première pour l'affichage des chiffres "1" et "4", la seconde pour l'affichage des chiffres "2" et "3". L'électrode-écran 20 et les électrodes de com- mande 1 à 6 et 16 à 19 sont à un même potentiel. L'élec- trode-écran 21 et les électrodes de commande 7 à 15 sont elles aussi à un même potentiel. Chacun de ces ensembles équipotentiels joue le rôle de contre-électrode. L'information est affichée en activant les segments 38b et 38c pour le "1", 39a, 39b, 39d, 39e, et 39g pour le "2"; 40a, 40b, 40c, 40d, 40g, pour le "3" et 41b, 41c, 41f, 41g pour le "4". La tension de seuil du matériau électro-optique est comprise entre 1 et 3 (unité relative). Dans un premier temps, l'ensemble équipotentiel comprenant l'électrodeécran 20 est porté à un potentiel +2, désigné précédemment comme "troisième potentiel". Le second ensemble comprenant l'électrode-écran 21 est porté à un potentiel 0 (quatrième potentiel). Les électrodes- écran 36 et 37 sont à un potentiel +1 (deuxième potentiel). La différence de potentiel entre les électrodes-écran 36 et 37 et les ensembles équipotentiels est égale à 1 dans les deux cas, donc inférieure à latension de seuil. Ces plages-là ne sont pas activées. Durant ce premier temps, la cellule commande l'affichage des chiffres "1" et "4". Pour ce faire, les électrodes 22 à 26 sont au potentiel +1, les électrodes 27 et 28 sont au potentiel -1 (pre- mier potentiel). Ces électrodes commandent l'affichage du chiffre "1". Les électrodes 30, 31 et 35 sont au potentiel +1, les électrodes 29 et 32 à 34 sont au poten- tiel -1. Ces électrodes commandent l'affichage du chif- fre "4". La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 20 et les électrodes au poten- tiel -1 est égale à 3. Cette valeur est supérieure à la tension de seuil du matériau électro-optique. Ces plages - 10 - sont donc activées, La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 21 et les électrodes au poten- tiel -1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil. Ces plages ne sont pas activées. La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 20 et les électrodes au poten- tiel +1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil. Ces plages ne sont pas activées. La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 21 et les électrodes au poten- tiel +1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil. Ces plages ne sont pas activées. Seuls apparaissent ainsi les chiffres "1" et "4".- Dans un deuxième temps, l'ensemble équipotentiel comprenant l'électrode-écran 20 est porté au potentiel 0. Le second ensemble, comprenant l'électrode-écran 21 est porté au potentiel +2. Les électrodes-écran 36 et 37 sont portées au potentiel +1. La différence de potentiel entre les électrodes-écran 36 et 37 et les ensembles équipoten- tiels est égale à 1 dans les deux cas-Cette valeur est inférieure à la tension de seuil. Ces plages ne sont pas activées. Durant ce deuxième temps, la cellule commande l'affichage des chiffres "2" et "3". Pour ce faire, les électrodes 22, 24, 25, 26, 28 sont portées au potentiel -1 et les électrodes 23, 27 sont portées au potentiel +1. Ces électrodes commandent l'affichage du chiffre "2". Les électrodes 29 et 30 sont au potentiel +1 et les électro- des 31 à 35 sont au potentiel -1. Ces électrodes comman- dent l'affichage du chiffre "3". La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 21 et les électrodes au poten- tiel -1 est égale à 3. Cette valeur est supérieure à la tension de seuil du matériau électro-optique. Ces plages sont donc activées. La différence de potentiel entre l'ensemble com- - il - prenant l'électrode-écran 20 et les électrodes au poten- tiel -1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil du matériau électro-optique. Ces plages ne sont pas activées. La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 21 et les électrodes au po- tentiel +1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil du matériau électro-optique. Ces pla- ges ne sont pas activées. La différence de potentiel entre l'ensemble comprenant l'électrode-écran 20 et les électrodes au po- tentiel +1 est égale à 1. Cette valeur est inférieure à la tension de seuil du matériau électro-optique. Ces plages ne sont pas activées. Tant que l'information "1 2 3 4" doit être affichée, le processus se répète cycliquement à une fré- quence suffisamment élevée pour que les quatre chiffres apparaissent simultanément et continuellement du fait de l'inertie des molécules du cristal liquide. * La commande d'une information au moyen des électrodes portées par la plaque avant Vl, se fait de la même manière. Dans ce cas, le premier ensemble équipoten- tiel est formé de l'électrode-écran 36 et des électrodes de commande 22 à 28. Le deuxième ensemble équipotentiel est formé par les électrodes de commande 29 à 35 et I électrode-écran 37. La solution décrite précédemment correspond à un multiplexage à deux temps, aussi bien pour la commande des informations associées à la plaque supérieure que pour celles associées à la plaque inférieure. Il va de soi qu'on peut aussi réaliser un multi- plexage des informations associées à l'une des plaques seulementla commande des autres informations se faisant selon le mode décrit dans la. demande de brevet suisse No 2934/80-2. La solution telle que représentée à la fi- gure 1 peut être modifiée de telle sorte que seules les informations associées à la plaque avant soient comman- - 12 - dées dans un mode multiplexé. La structure de la cellule est alors modifiée en ce sens que la plaque avant a la même structure d'électrode de commande mais une seule électrode-écran et que, sur la plaque arrière, une élec- trode de commande est associée à chaque ouverture des électrodes-écran qui restent au nombre de deux. Il va de soi que le multiplexage pourrait se faire de manière encore plus poussée. Ceci conduirait à augmenter le nombre d'électrodes- écran, mais à diminuer le nombre d'électrodes de commande. Dans une autre variante, il est imaginable de faire apparaître simultanément des-informations asso- ciées aux deux plaques de la cellule. Si on procédait de cette manière pour la cellu- le représentée à la figure 1, on aurait alors un multi- plexage à 4 temps, les deux premiers temps pour faire apparaître l'information associée à l'une des plaques les deux suivants pour l'information associée à l'autre plaque. Grâce à cette disposition en deux parties des électrodes-écran 20, 21 et 36, 37 il est possible de di- minuer pratiquement de moitié le nombre de sorties ali- mentant les électrodes de commande ce qui est particu- lièrement intéressant pour une cellule ayant un taux d'informations élevé. Il est également possible grâce à cette solu- tion de réaliser des cellules d'affichage pour lesquelles la configuration des électrodes de commande n'aurait pas pu être réalisée autrement. La figure 4 illustre une cellule permettant un affichage selon une matrice à seize segments. Dans cet exemple, le premier jeu d'électrodes de commande comprend quatre électrodes 42, 43, 44 et 45, chaque électrode comprenant deux parties désignées par les-lettres a et b. Les électrodes de commande 42 et 44 sont asso- ciées aux ouvertures 54, 55, respectivement 56 et 57 d'une électrodeécran 47. Les électrodes de commande 43 et 45 - 13 - sont associées aux ouvertures 58, 59 respectivement 60, 61 d'une seconde électrode-écran 46. Cet ensemble se trouve sur la plaque supérieure. La plaque inférieure comprend un second jeu d'électrodes de commande 48, 49, 50, 51 chaque électrode comprenant deux parties désignées par a et b. Les élec- trodes de commande 48 et 49 sont associées aux ouver- tures 62, 63 et 64, 65, les électrodes 50 et 51 aux ou- vertures 66, 67 et 68, 69. Une telle cellule est commandée selon un mode de multiplexage à 4 temps. Les premier, deuxième, troisième et quatrième temps permettent de commander l'affichage relatif aux segments associés aux ouvertures portées respectivement par les électrodes-écran 46, 47, 52 et 53. En plus de la diminution de connexions, cette solution permet, par rapport à une cellule classique, de simplifier grandement la topologie des électrodes. - 14 - REVENDICATIONS 1. Cellule d'affichage électrooptique passif comportant une couche d'un matériau électro-optique passif intercalé entre deux plaques dont l'une au moins est transparente caractérisée par le fait que chacune des plaques porte sur sa face interne des électrodes de com- mande et au moins une électrode-écran, les électrodes- écran étant percées d'ouvertures en regard d'une partie de la surface de chaque électrode de commande qui lui est associée, ces ouvertures définissant la forme des segments affichés; par le fait qu'au moins l'une des plaques porte au moins deux électrodes-écran, et qu'au moins deux ouvertures de l'électrode-écran de l'autre plaque sont-en regard d'une électrode de commande commune, chacune de ces ouvertures étant en regard d'une électrode-écran différente de la première plaque, et par le fait que les ouver- *tures associées à une quelconque des électrodes de commande sont toutes pratiquées dans une même électrode-écran. 2. Cellule selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que les deux plaques portent au moins deux électrodesécran chacune et par le fait qu'au moins deux ouvertures de chacune de ces électrodes-écran sont associées à une même électrode de commande. 3. Cellule selon la revendication 2, caracté- risée par le fait que l'une des électrodes-écran portée par l'une des plaques est divisée en deux portions situées de part et d'autre de l'autre électrode-écran portée par cette même plaque.