Brevet FR2543720A1 — publié le 19841005

L'invention se rapporte à une cellule de cristaux liquides présentant une absorption lumineuse variable sur des surfaces déterminées par la forme d'électrodes planes. Les molécules des cristaux liquides cholesté- riques sont organisées selon des structures hélicoî- dales A l'état de repos, ces structures présentent des orientations quelconques selon une distribution parfaitement aléatoire, autrement dit, la structure de la matière est parfaitement isotrope. Cette solution introduite dans le volume délimité par deux plaques de verre à parois conductri- ces intérieures en regard, ne perd pas cette distribu- tion aléatoire Elle devient ordonnée lorsqu'on appli- que une tension électrique continue entre les deux plaques de verre par l'intermédiaire des électrodes. Soumises à un champ électrique, les molécules s'ali- gnent dans le sens du champ. On sait, par ailleurs, que les proprié- tés dichroîques d'une matière lui permettent d'absorber de façon différente les rayons lumineux selon leur polarisation. L'idée générale de l'invention consiste à combiner ces deux propriétés pour obtenir une absor- ption lumineuse variable, réglable extérieurement dans une certaine proportion à partir du niveau du champ électrique. Selon l'invention, on réalise une solution cholestérique-dichroique de cristaux liquides en utilisant une solution dichroique noire et une solution cholestérique positive obtenue à partir d'une solution nématique à laquelle on ajoute un faible pourcentage de cristaux liquides chotestériques initiateurs qui transforment la solution nématique en solution cholesté- rique La solution finale cholestérique dichroique noire est introduite dans le volume intérieur délimité par deux plaques de verre parallèles à faces intérieu- res non traitées présentant sur l'une des faces d'une plaque une électrode continue et homogène et sur la face en regard de l'autre plaque des électrodes découpées en surfaces simples ou multiples selon des contours déterminés par les formes, graphismes, signes: lettres, objets, signes à faire apparaître. On utilise une solution cholestérique-dichroi- que noire afin d'obtenir, à l'état de repos, une structure suffisamment désordonnée pour constituer un écran opaque noir et qui reste parfaitement noir même lorsqu'éclairé en lumière indirecte par l'arrière. En présence d'un champ électrique, la cellule devient transparente ou tout au moins translucide aux emplacements couverts par les électrodes en raison de l'alignement des molécules et de l'absorption lumineuse devenue très faible. Les applications visées par l'invention sont multiples Elles concernent pour la plupart l'affichage de toutes les informations non seulement sous forme alpha-numérique, mais aussi sous la forme graphique la plus appropriée symbolique, bande dessinée, représentations graphiques, dessins animés En effet, il s'avère possible d'envisager une structure tramée formant une matrice de points élémentaires qui permet, par composition de points, d'obtenir les formes et les signes les plus divers. D'autres applications se situent dans le domaine du jouet et des jeux. La cellule se lon l'invention offre plusieurs avantages simultanés les faces internes des plaques de verre peuvent rester brutes On peut se dispenser de traiter les surfaces comme dans une réalisation antérieure pour obliger les molécules à s'orienter dans la même direc- tion. Le contraste s'avère important d'o une visualisation confortable pour le lecteur. La vitesse d'affichage peut être élevée. Le procédé de fabrication s'avère simple et économique, facile à automatiser. On évite l'emploi d'un polariseur et 3 2543720 corrélativement la difficulté de devoir aligner le polariseur et la direction cristalline. D'autres caractéristiques techniques et O avantages de la cellule de cristaux liquides à absorp- tion lumineuse selon l'invention ressortiront de la description qui suit effectuée à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin accompagnant dans lequel Les figures la et lb sont des vues schémati- ques en coupe illustrant les orientations des molécules sans et avec application d'un champ électrique. La figure 2 est une vue en perspective de la cellule sous tension électrique. Les figures 3 a et 3 b sont des vues schémati- ques générales en coupe transversale et en plan d'une variante à excitation par la même tension. La figure 4 est une vue de détail en coupe au niveau d'un groupe de points élémentaires d'une application à points commandée par réseau matriciel. La figure 5 est une vue de détail en 2) 5 plan de la même variante. La cellule à absorption lumineuse variable selon l'invention est formée de deux plaques de v-erre 1 et 2 non traitées, revêtues d'électrodes en couches minces conductrices Pour l'une, en principe la plaque arrière, la couche 3 est continue et homogène Pour l'autre, 4, elle n'est présente qu'à des endroits déterminés et selon les formes souhaitées, par exemple, , 6, 7, graphismes, motifs, signes alpha-numériques qui permettront l'affichage des informations, résul- tats Elles sont reliées par une liaison électrique à une commande électrique extérieure. Pour la plaque avant, les zones conductrices localisées sont par exemple formées -à partir d'une X 4 2543720 couche mince conductrice continue sur laquelle les surfaces non conductrices sont enlevées par un traite- ment chimique, action d'un acide, ou tout autre mo>en. Bien entendu, on peut également ne déposer la couche conductrice qu'en surfaces distinctes défi- nies par les nécessités graphiques de l'affichage par exemple en utilisant la technique des caches. Les parois de la cellule revêtues de leurs électrodes de formes et de surfaces appropriées, t 10 on remplit le volume intérieur par une solution S de cristaux liquides, solution dite positive car elle réagit à une tension électrique positive. Cette solution présente les particularités suivantes: On réalise une solution positive de cristaux liquides cholestériques à partir d'une solution némati- que additionnée d'un faible pourcentage de cristaux initiateurs cholestériques, pourcentage situé entre 1 et 10 ', de préférence 5 %. On ajoute en faible pourcentage à cette solution de cristaux liquides cholestériques, une solution de cristaux liquides à propriétés dichroîques dans le noir. Les propriétés dichroîques de cette solution dans le noir confèrent -à la solution de cristaux liquides une absorption très marquée de la lumière en l'absence de champ électrique On améliore de ce fait grandement le contraste. En présence d'un champ électrique, cette absorption descend à un niveau faible Ainsi, la zone située sous chaque électrode diffuse la lumière lors de l'application d'un champ électrique alors que les surfaces voisines restent parfaitement noires, quelle que soit la polarisation de la lumière Le contraste s'améliore encore si la plaque est éclairée en lumière indirecte par l'arrière. Les molécules activées par le champ électri- que s'alignent et permettent à la solution de devenir transparente ou tout au moins d'apparence laiteuse. _ 5 2 2543720 Il convient d'observer, à ce niveau, que les faces intérieures des parois n'ont pas à être traitées pour obtenir l'effet recherché Cette facilité constitue un progrès important par rapport à la tec hni- que antérieure selon laquelle les parois devaient être traitées mécaniquement striage, rainurage pour contraindre les molécules à s'orienteer dans la même direction. On peut aussi augmenter les possibilités d'affichage en prévoyant une couche conductrice supplé- mentaire servant de référence de tension et en portant l'une ou l'autre, ou l'une et l'autre à la même ten- sion Dans ce cas, l'excitation consiste à annuler la tension entre les électrodes d'affichage par l'application d'une même tension. Une des formes de réalisation de cette variante est illustrée en figures 3 a et 3 b Dans cette réalisation, la plaque arrière A est revêtue d'une couche continue homogène et conductrice 9. La plaque avant B présente un revêtement conducteur à discontinuités constituant le fond Des zones conductrices d'affichage Il sont couchées sur les zones libres du fond et entourées par un intervalle 12 non conducteur Elles sont reliées par une liaison électrique appropriée à une commande électrique exté- rieure. Le fonctionnement est le suivant Dans une première phase, la couche continue 9 est portée à une tension V, le fond 10 et les zones 11 sont au potentiel zéro * tout est transparent Dans une deuxième phase, 9 est portée à une tension V, 10 est au potentiel zéro et Il à la tension V Dans ce cas, les figures apparaissent noires sur fond blanc ou d'apparence laiteuse. Inversement, si 10 est porté à la tension V et Il au potentiel zéro, les figures apparaissent blanches (transparentes ou laiteuses) sur fond noir. On peut ainsi jouer sur l'alternance blanc- noir pour constituer une composition de figures stati- b 2543720 ques ou en mouvement. Une autre variante d'application selon l'idée générale de l'invention est représentée en figures 4 et 5 EL Le consiste à former sur un substrat 13 par exemple une plaquette de silicium, un circuit intégré 14 du type MOS recouvert d'un réseau 15 de traits conducteurs en disposition croisée selon lignes 16 et colonnes 17 pour former une matrice Bien enten- du, les points de contact et les isolations convenables sont prévus pour commander sélectivement chaque transis- tor MOS élémentaire 18 sur son drain 19 et sa porte Dans cette configuration, le réseau de lignes pourra être relié aux portes 20 et le réseau de colon- nes aux drains 19 ou inversement La source 21 est est reliée à la zone adjacente de la couche -22 de cristaux liquides par un pont conducteur 23 traversant la couche d'isolant 24 Une paroi en verre 25 revêtue sur sa face interne d'une mince couche conductrice 26 recouvre l'ensemble. La couche conductrice 26 constitue la premiè- re électrode de mise sous tension La deuxième électro- de est formée par le pont conducteur 23 qui assure le contact avec la source du transistor élémentaire MOS correspondant. L'espace compris entre la zone élémentaire délimitée par la base du pont 23 et l'électrode 26 constitue le point élémentaire 27 de cristaux liquides susceptible de modifications optiques. Ce point élémentaire 27 est placé dans le circuit de drain du transistor élémentaire adjacent. Il devient transparent lorsque le transistor est alimenté et commandé sur sa porte Le point élémentaire 27 de cristaux liquides est alors sous tension entre les électrodes correspondantes. La présence de tension sur les électrodes ou portions d'électrodes en regard de part et d'autre du point élémentaire 27 résulte de la commande en tension de la ligne 16 et de la colonne 17 concernées au croisement desquelles est situé le point élémentaire 27. Il en est de même pour tous les points e lémentdires '7 situés au nivedu de 1 ' intersection d'une ligne et d'une colonne. Par une commande matricielle appropriée, on peut réaliser un affichage par points qui conduit à la composition de tous les signes graphiques connus, lettres, chiffres Cet affichage pourra être stati- que, mais aussi en mouvement. La protection ne saurait se limiter aux seules variantes décrites, elle s'étend au contraire à toutes les modifications directes, adjonction d'éléments inopérants, substitution par des matières, matériaux ou moyens équivalents. S 2543720 REVEND ICATIONS 1 Cellule de, présentation d'informations à absorption lumineuse variable et à fort contraste, constituée de deux plaques de verre ( 1) et ( 2) délimi- tant un volume intérieur rempli d'une solution de cristaux liquides caractérisée en ce que les faces internes en regard des plaques de verre sont laissées brutes et revêtues, pour l'une, d'une couche homogène conductrice ( 3) et pour l'autre, de zones conductrices ( 5), ( 6) et ( 7) de forme et d'étendue souhaitées pour les besoins de l'affichage et en ce que la solu- tion de cristaux liquides est composée de cristaux liquides cholestériques additionnée d'un faible pourcen- tage d'une solution dichroîque noire. 2 Cellule selon la revendication 1 caractéri- sée en ce que la solution de cristaux liquides cholesté- riques est réalisée à partir d'une solution nématique par addition d'un faible pourcentage de cristaux cholestériques. 3 Cellule selon la revendication 1 caractéri- sée en ce que l'une des plaques présente ses motifs, graphismes, lettres, chiffres et autres signes à afficher par des électrodes ( 11) isolées du fond conducteur. 4 Cellule selon les revendications 1 et 3 caractérisée en ce que les électrodes ( 11) sont formées sur un fond isolant et séparées du fond conduc- teur voisin ( 10) par un intervalle périphérique iso- lant ( 12), les électrodes étant reliées électriquement à une commande extérieure. 5 Cellule selon la revendication 1 caractéri- sée en ce que la plaque de verre arrière est remplacée par un substrat de silicium ( 13) revêtu d'un circuit intégré ( 14) en liaison avec un réseau matriciel de lignes et de colonnes conductrices délimitant des points élémentaires ( 27) de cristaux liquides de la solution ci-dessus, chaque point étant relié électriquement au circuit drain-source du transistor intégré élémentaire ( 18) concerné et à une électrode commune ( 26). 6 Cellule selon la revendication 5 caractéri- sée en ce que les lignes ( 16) sont reliées électrique- ment aux portes ( 20) des transistors élémentaires ( 18) et en ce que les -colonnes ( 17) sont reliées électriquement aux drains ( 19) ou inversement. 7 Cellule selon la revendication 5 caractéri- sée en ce que le réseau de lignes et colonnes est revêtu d'une couche d'isolant ( 24) délimitant avec la paroi en verre ( 25) recouverte d'une couche conduc- trice ( 26) un volume ( 22) rempli de la solution de cristaux liquides. 8 Cellule selon les revendications 5, 6 et 7 caractérisée en ce que la deuxième électrode destinée à mettre sous tension le point ( 27) de cris- taux liquides est un pont conducteur ( 23) assurant la liaison électrique entre la couche de cristaux liquides ( 22) et la source ( 21) du transistor élémentai- re adjacent. _ 9 -