Brevet FR2489564A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un procédé et un dispositif de visualisation utilisant un effet thermo-optique avec mémoire dans une couche mince de cristal liquide disquo- tique. On sait que l'effet thermo-optique, dans un cristal liquide, est utilisable pour la visualisation. Les cristaux liquides utilisés dans l'art connu sont les cholestériques et les smectiques. Les cristaux liquides disquotiques, lors de leur découverte récente, ne paraissaient pas susceptibles de présenter un effet thermo-optique utilisable pour la visualisation. En effet, les conditions à remplir pour une telle utilisation sont les suivantes Le cristal liquide, placé en couche mince entre deux lames transparentes, est porté à une température inférieure de quelques degrés centigrades à la températu- re à laquelle la phase mésomorphe utilisée (smectique ou cholestérique) présente une transition en une autre phase mésomorphe ou une phase liquide isotrope. Il est fait en sorte que la couche soit uniformément orientée, soit grâce à un traitement préalable de la face des lames supports en contact avec la couche, soit par application d'un champ électrique. Elle est ainsi parfai- tement et uniformément transparente. Un faisceau lumineux d'inscription, généralement choisi dans le domaine du proche infrarouge, est modulé en intensité par un signal transmettant l'image à inscrire et balaye la cellule point par point. Lorsque l'énergie apportée en un point par le faisceau a été suffisante pour échauffer localement le cristal liquide jusqu'au delà du point de transition, et à condition que les conditions de refroidissement favorisent un retour rapi- de à la température initiale, il se forme alors une texture microscopiquement ordonnée, par exemple en structure à conique focale dans le cas des smectiques, mais macroscopiquement désordonnée. Elle est suffisam- ment diffusante, dans le cas de certains cholestériques et de certains smectiques, pour donner un bon contraste par rapport aux points o l'état de transparence a été conservé. Cet état est précisément celui des points o l'énergie lumineuse du faisceau modulé a été insuf- fisante pour provoquer la transition. En outre, il y a un effet "mémoiret",l'information pouvant être conservée par l'état diffusant qui est susceptible de se maintenir bien au delà d'une centaine d'heures. En projetant l'image de la cellule, par exemple par un dispositif optique, sur un écran, les points non diffusants de la cellule apparaissent comme des points brillants et les points diffusants comme des points sombres. Il existe des variantes de la méthode de visualisa- tion décrite ci-avant. Mais dans tous les cas, la possibilité de visualisation avec mémoire n'est possible que si la transition inverse obtenue par refroidisse- ment rapide crée une structure macroscopiquement désor- donnée et de plus stable, comme c'est le cas de la structure en conique focale des smectiques. Une autre possibilité d'utilisation avantageuse des cristaux liquides pour la visualisation repose sur la possibilité de supprimer volontairement le désordre créé par le refroidissement rapide en appliquant pendant la durée de ce refroidissement rapide un champ électrique transverse alternatif ayant une fréquence de l'ordre du kilohertz. Les points qui ont subi la transition revien- nent, sous l'influence orientante du champ,en phase mésomorphe, macroscopiquement ordonnée, donc transparente, L'utilisation d'un champ Variable permet alors de supprimer la modulation du faisceau pendant la phase d'inscription. Les cristaux liquides disquotiques, quant à eux, présentent, s'agissant, notamment des dérivés hexa- substitués du triphénylène, les mésophases suivantes: - une mésophase DF dite disquotique à fluide; - une mésophase DB que l'on a qualifié de texture mosaïque; - exceptionnellement d'autres mésophases, telles que la phase disquotique inclinée. La mésophase DF présente un ordre dans lequel seul le parallélisme des petits disques constitués par les molécules de cristal liquide est rigoureux, à l'agitation thermique près. A la différence de la struc- ture en conique focale des smectiques, il n'y a pas de loi régissant la distance entre deux groupes de molécules situés dans deux plans parallèles. Une telle structure est transparente et ne présente aucun effet diffusant. La mésophase DB correspond à des empilements de molécules en colonnes. Dans ces colonnes les molécules sont parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe de chaque colonne. En ce qui concerne l'effet du champ électrique, dans la phase DF, on sait que les disques moléculaires peuvent être orien- tés en raison de l'existence d'une anisotropie diélec- trique, qui, dans le cas des dérivés hexasubstitués du triphénylène est le plus souvent positive. En revan- che la mésophase DB est insensible au champ électrique. L'invention a pour but d'utiliser, aux fins de visualisation, les propriétés thermo-optiques de certains cristaux disquotiques, notamment de dérivés hexasubsti- tués du triphénylène. On peut escompter un avantage sur la rapidité de réponse du fait de la "rigidité" relativement importante de certaines phases disquotiques. Dans un premier procédé selon l'invention, on constitue une cellule de cristal liquide disquotique en phase DF ou inclinée comportant une couche de cristal liquide uniformément orientée entre deux lames supports transparentes en lumière visible et on utilise des moyens de balayage de la cellule, point par point, à l'aide d'un faisceau lumineux d'inscription de longueur d'onde tel- le que la cellule absorbe une partie de l'énergie lumineuse. Ce premier procédé est caractérisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription dans laquelle le faisceau est modulé en intensité de telle sorte qu'en chaque point le cristal liquide soit porté ou non en fonction de l'information à inscrire, à une température telle que le cristal liquide soit en phase DF ou en phase isotrope; b) une étape de refroidissement dans laquelle les conditions de dissipation de chaleur soient telles que le cristal liquide atteigne rapidement la température de la phase DB ou la phase disquotique "inclinée". Dans un deuxième procédé selon l'invention, on constitue une cellule de cristal liquide disquotique en phase DF ou inclinée comportant une couche de cristal liquide uniformément orientée entre deux lames supports transparentes et revêtues d'électrodes transparentes en lumière visible, et on uti- lise des moyens de balayage de la cellule, point par point, à l'aide d'un faisceau lumineux d'inscription, des moyens étant en outre prévus pour appliquer entre les électrodes des impulsions de tension électrique pendant l'étape de refroidisse- ment. Ce deuxième procédé est caractérisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription dans laquelle le faisceau balaye les différents points de la cellule avec une intensité constante; - b) une étape de refroidissement dans laquelle les conditions de dissipation de chaleur sont telles que le cristal liquide atteigne rapidement la tempéra- ture de la phase DB ou le plan disquotique "incliné" des impulsions de tension étant appliquées pendant l'étape de refroidissement entre les électrodes de la cellule. Dans un troisième procédé selon l'invention, on réalise une cellule de cristal liquide équipée d'une matrice de lignes et de colonnes. Les lignes sont maté- rialisées par des éléments chauffants excités sélective- ment par une tension électrique. Les colonnes, croisées avec l'ensemble des lignes, reçoivent des tensions de valeur déterminée en fonction de l'information à ins- crire. Ce troisième procédé est caractérisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription au cours de laquelle les points de la cellule, situés sur une même ligne d'éléments chauffants sont portés à une température telle que le cristal liquide soit en phase DF ou en phase isotrope; b) une étape de refroidissement au cours de laquel- le les points de la cellule, situés sur une même colonne, deviennent plus ou moins diffusants en fonction de la tension appliquée. D'autres caractéristiques de l'invention ressorti- ront de la description qui suit, notamment des exemples non limitatifs qui l'accompagnent. Parmi les dérivés hexasubstitués du triphénylène, dont le squelette est le suivant R R R Cn peut citer comme produits auxquels l'invention est applicable les produits caractérisés par les définitions suivantes du radical R: Exemple I: R = C9 H19- 0 - - C0 dont les transitions sont symbolisées ci-après: K 149 C DB 183 C DF 228 C I o K représente la phase cristalline, DBet DF les phases disquotiques connues et I la phase isotrope. L'énergie nécessaire pour l'inscription d'une information est de 0,3 joule par cm Exemple II: R = C8 H17 - C"0 c- - dont les transitions sont: K - phase disquotique-"inclinée" - DF - I. Il est possible d'utiliser pour appliquer le procédé de l'invention, des mélanges des produits purs avec d'autres dériyés hexasubstitués du triphénylène. Les températures de transition sont ainsi abaissées. Les dispositifs utilisant le procédé de l'invention sont pratiquement les mêmes que ceux qui ont été décrits dans la demande de brevet 74 20 715 déposée le 14 Juin 1974 par la Demanderesse. Les tensions appliquées entre les électrodes transparentes dans le deuxième procédé sont de 30 Volts efficaces à une fréquence de 5kHz pour une couche de cristal liquide d'épaisseur égale à 10 microns. Ces impulsions de tension permettent un effacement sélectif en des points prédéterminés, à condition d'être appliqués au moment o le faisceau balaye le point de la cellule o l'on désire qu'aucune information ne soit inscrite. L'invention est applicable - aux valves thermo-optiques avec possibilité d'effacement sélectif; - aux écrans à accès matriciel avec chauffage par les lignes et application de la tension du signal à inscrire par les colonnes; on se repportera à la demande de brevet No 77 13 738 déposée le 5 Mai 19j7 par la Demanderesse, concernant un "Dispositif de visua- lisation d'images et système de télévision utilisant un tel dispositif". L'intérêt de l'utilisation des cristaux liquides disquotiques à la place des smectiques ou des cholesté- riques est du à deux facteurs principaux: IO/ on obtient plus facilement une orientation uniforme par rapport aux parois de la cellule de cristal liquide; 2 / on obtient un temps de réponse plus court à l'action d'un champ électrique, notamment dans le cas des mésophases DB et "disquotique inclinée". A titre d'exemple, en cas d'effacement sélectf, les impul- sions de tension électrique peuvent être beaucoup plus courtes que la dixième de seconde, durée qui est nécessaire pour passer de l'état diffusant à l'état transparent dans le cas des smectiques. Enfin on constate un effet mémoire aussi durable que celui des cristaux liquides habituels. REVENDICATIONS 1. Procédé de visualisation, utilisant l'effet thermo-optique, du type, dans lequel on constitue une cellule de cristal liquide disquotique en phase DF ou en phase inclinée comportant une couche de cristal liquide uniformément orientée entre deux lames supports transparentes, des moyens étant prévus pour balayer la cellule point par point, à l'aide d'un faisceau lumineux d'inscription, le pro- cédé étant caractérisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription dans laquelle le faisceau est modulé en intensité de telle sorte qu'en chaque point le cristal liquide est porté ou non, en fonction de l'information à inscrire, à une température telle que le cristal liquide soit en phase DF ou en phase isotrope; b) une étape de refroidissement dans laquelle les conditions de dissipation de la chaleur soient telles que le cristal liquide atteigne rapidement la tempéra- ture de la phase DB ou de la phase dite "disquotique inclinée". 2. Procédé de visualisation, utilisant l'effet thermo-optique, du type dans lequel on constitue une cellule de cristal liquide disquotique en phase DF ou en phase inclinée comportant une couche de cristal liquide uniformément orientée entre deux lames supports transparentes et revêtues d'électrodes transparentes, des moyens étant prévus pour balayer la cellule point par point, à l'aide d'un faisceau lumineux d'inscription et pour appliquer aux électrodes des impulsions de tension électrique, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription dans laquelle le faisceau balaye les différents points de la cellule avec une intensité constante; b) une étape de refroidissement dans laquelle les conditions de dissipation de chaleur sont telles que le cristal liquide atteigne rapidement la température de la phase DB ou de la phase dite "disquotique inclinée", des impulsions de tension électrique étant appliquées pendant le refroidissement entre les électrodes de la cellule. 3. Procédé de visualisation, utilisant l'effet thermo-optique, du type dans lequel on constitue une cellule de cristal liquide disquotique en phase DF ou en phase inclinée comportant une couche de cristal liquide uniformément orientée entre deux lames supports transparentes, la cellule étant équipée d'une matrice de lignes et de colonnes, o les lignes sont matérialisées Dar des éléments chauffants excités sélectivement par une tension électrique, et o les colonnes, croisant avec l'ensemble des lignes, reçoivent des tensions de valeur déterminée en fonction de l'information à inscrire, ledit procédé étant carac- térisé en ce qu'il comporte: a) une étape d'inscription au cours de laquelle les points de la cellule, situés sur une même ligne d'éléments chauffants, sont portés à une température telle que le cristal liquide soit en phase DF ou en phase isotrope; b) une étape de refroidissement au cours de laquel- le les points de la cellule, situés sur une même colonne, deviennent plus ou moins diffusants en fonction de la tension appliquée. 4. Procédé de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le cristal liquide est un dérivé hexasubstitué du triphény- lène. 5. Procédé selon la revendicatcion 4, caractérisé en ce que le dérivé du triphénylène répond à la formule suivante: R R avec R = C9 H19 - 0 -KLIC- 0o - 6 Procédé selon la revendication ', caractérisé en ce que le dérivé du triphénylène répond à la formule générale: R R R. R avec R = C8 H17 - 0 -D- C0 - 7. Dispositif de visualisation utilisant l'effet thermo-optique caractérisé en ce qu'il constitue le moyen de mise en oeuvre du procédé selon l'une cuel- conque des revendications 1 à 5.