Brevet FR2551558A1 — publié le 19850308

La présente invention concerne un dispositif de reproduction à cristal liquide et plus particulièrement un perfectionnement à un dispositif de reproduction à cristal liquide à effet de champ pour une commande multiplexée dans le temps. Un dispositif de reproduction à cristal liquide nématique spiralé ainsi dénommé conventionnel présente une structure hélicoïdale spiralée à 90 d'un cristal liquide nématique ayant une anisotropie diélectrique 10 positive et scellé entre deux substrats ayant des électrodes transparentes disposées sur celui-ci en des modèles ou dessins de reproduction souhaitée. Des plaques polarisantes sont disposées sur les surfaces externes des substrats de telle manière que les axes polarisants (ou les axes d'a'sorption) de ceux-ci deviennent perpendiculaires ou parallèles aux axes majeurs ou grands axesdec mnolécuies de cristal iiuide adjacentes au substrat. re façon à spiraler les mollcules de cristal liquide de substrat de 90, par exempile, un procédé dénomé à riction est utilisé rou frortter une surface d'uni substrat qui contate les molécules de cristal liquide par un tissu se lc une directien Dans ce cas, les axes majeurs ou grand axede S oldcules de cristal liquide adjacentes à la surface de-iennert parallèles à cette direction (c'est-à-dire a direction de friction cu de froht:ement) Deux surfaces frictionnées sont espacées de manière à s'opposer 11 uncà 13 'autre tandis que leurs directions de friction sont spiral{ej de 90 Ces subsi brats frictionnés sont ensuit e scel l S avec un agent de scellement, et un cristal l quide 30 de cristal liquide sont spiralés de 900 entre les substrats. Les plaques po larisantes disposées sur la cellule de cristal liquide résultante ont des axes de polarisation 2 2551558 d'absorption sensiblement parallèles aux molécules de cristal liquide adjacentes à celles-ci, respectivement. Dans un dispositif de reproduction à cristal liquide du type à réflexion conventionnel qui est fréquemment utilisé, un dispositif de réflexion est disposé sur la surface externe de la plaque polarisante inférieure. La lumière incidente de la surface supérieure du dispositif est linéairement polarisée par la plaque polarisante ou polariseur Dans une partie d'une couche de cristal liquide 10 qui n'est pas appliquée avec un voltage, le plan de polarisation de la lumière polarisée linéairement est mis en rotation autour de 90 le long de la structure hélicoïdale et est transmis au travers de la plaque polarisante inférieure ou analyseur La lumière est ensuite 15 réfléchie par le dispositif de réflection et retourne à la surface supérieure du dispositif Cependant, dans une partie de la couche de cristal liquide qui est appliquée avec un voltage, lorsque la structure hélicoïdale est détruite, le plan de polarisation de la lumière polarisée 20 linéairement ne sera pas mis en rotation Par conséquent, la lumière polarisée est linéairement transmise au travers de la plaque polarisante supérieure et bloquée par la plaque polarisante inférieure et n'atteindra pas le dispositif de réflection De cette manière, les signaux électriques peuvent être convertis en image optique selon la présence ou absence de potentiel électrique appliqué au travers de la couche de cristal liquide. Des paramètres de performance pour une quantification de cormmande multiplexée dans le temps dans une description 30 subséquente serontbriévement décrits ci-dessous. La figure 1 est un graphe montrant les caractéristiques de voltage en abscisse (valeur efficace)-luminance en ordonnée (en pourcentage) d'un dispositif de reproduction à cristal liquide de type à réflection conventionnel Le 35 graphe représente la luminance relative de la lumière réfléchie en fonction du voltage appliqué en abscisse Une -3 2551558 valeur initiale de luminance et de 100 %, et la valeur finale (une valeur à un voltage appliqué suffisamment élevée) est de 0 % En général, un voltage de seuil Vth est donné à 90 % de luminance relative, et un voltage de saturation Vsat est donné à une luminance relative de 10 % de manière à déterminer les caractéristiques du cristal liquide Cependant, en pratique, un point est suffisamment brillant lorsque la luminance relative est supérieure à 90 %, de sorte que le point est considéré pour être dans un état hors service Lorsque la luminance relative est inférieure à 50 %, le est suffisamment sombre, et ainsi le point est considéré pour être dans un état hors service Des voltages correspondants à des luminances relatives de 90 % et de 50 % sont donnés comme le voltage de seuil Vth et le voltage de saturation Vsat, respectivement, ci-après. En d'autres termes, le voltage de seuil Vth est donné comme un voltage maximum admissible correspondant à l'état hors service, et le voltage de saturation Vsat est donné comme 20 un voltage minimum permissible correspondant à l'état hors service. Les caractéristiques électrooptiques du dispositif de reproduction à cristal liquide se modifient selon l'angle de vue Ces caractéristiques limitent un domaine d'angle de vue dans lequel on obtient une ponctualité de reproduction. Un angle de vue O sera décrit en référence à la figure 2 En référence à la figure 2, une direction de friction d'un substrat supérieur 11 d'un dispositif de reproduction I un cristal liquide est représentéepar le numéro de référence 2, une direction de friction d'un substrat inférieur 12 est représenté&par le numéro de référence 3, et un angle de spiralage entre les molécules de cristal liquide adjacentes au substrat supérieur, et les molécules de cristal liquide adjacentes au substrat inférieur est 4 2551558 représenté par le numéro de référence 4 Les axes X-Y sont tracés le long de la surface du dispositif 1 de reproduction à cristal liquide L'axe X définitune direction pour diviser l'angle de spiralage 4 des molécules de cristal liquide. L'axe Z définitune normale au plan X-Y Un angle entre une direction de regard 5 et l'axe Z est défini comme angle de vue ou de regard O Dans ce cas, à titre de simplicité, la direction de regard ou de vue 5 est tracée dans le plan X-Z L'angle de regard ou de vue O à la figure 2 est considéré comme étant positif Puisque le contraste devient élevé lorsqu' il est regardé à partir d'une direction dans le plan X-Y, cette direction est dénommée la direction de regard ou de vue 5. Les dispositifs de reproduction à cristal liquide commercialement disponibles conventionnels ont des angles de vue ou de regard tombant dans un domaine de 10 à 40 . En conséquence, en référence à la figure 1, lorsqu'un voltage correspondant à la luminance de 90 % à l'angle de vue O de 10 est représenté conmeun voltage de seuil Vthl, le 20 voltage correspondant à la luminance à 50 % au même angle de vue est représenté comme un voltage de saturation Vsatl, et un voltage correspondant à la luminance à 90 % à un angle de vue de 40 % est représenté par un voltage de seuil Vth 2, la netteté de la caractéristique luminance-voltage,V, 25 la dépendance de l'angle de vue, Z 0, et la capacité de multiplexion en fonction du temps, m sont définis comme suit: Y = Vsatl/Vth 1 X = Vth 2/Vthl m = Vth 2/Vsatl En supposant que les courbes caractéristiques de luminance-voltage sont idéales, les deux courbes à des angles de vue O de 10 et 400 ne diffèrent pas, les courbes sont assez escarpées pour un voltage de seuil et 35 un voltage de saturation présentant la même valeur. La commande multiplexée dans le temps du dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel dépend de An d si An est l'anisotropie l'indice de réfraction, c'est-à-dire 1 'anisotropie optique du cristal liquide, etd est la distance entre les substrats supérieur et inférieur Lorsque n.d est grand (par exemple, supérieur à 0,8 /m), la profondeur de la caractéristique de luminance-voltage devient bonne (faible), et la dépendance d'angle de vue est mauvaise (faible) Cependant, lorsque Ln d est faible,(par exemple inférieur à 0,8/m), la profondeur de la caractéristique luminance-voltage Ydevient mauvaise (grande) et la dépendance d'angle de vue -4 devient bonne (grande) Cependant, la capacité de multiplexion dans le temps m ( = 0/ {) devient bonne (grande), lorsque Jn d 15 est diminué Un exemple typique est résumé au tableau 1. TABLEAU 1. 25 i F 1,150 1,084 ô ó | 0,965 0,877 {m j 0,839 0,808 L_ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ i _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ La commande multiplexée dans le temps sera briévement dé,crite en référence à une reproduction de matrice Comme représenté à la figure 3, les électrodes en bande Y 6 2551558 (électrodes de signal) 13 et les électrodes en bande X (électrodes de balayage) 14 sont formées sur les substrats inférieurs et supérieurs 12 et 11, respectivement Les parties de cristal liquide aux intersections des électrodes X et Y 14 et 13 sont choisies pour être à l'état en service ("ON") ou en l'état hors service ("OFF") de manière à reproduire des caractères ou analogues En référence à la figure 3, N électrodesde balayage Xl, X 2,, Xn sont balayées de manière répétée dans l'ordre indiqué d'une manière multiplexée dans le temps Lorsqu'une électrode de balayage donnée (par exemple, X 3 à la figure 3) est choisie, un signal de reproduction de sélection ou nonsélection est simultanément appliqué à tous les points P 31, P 32, et P 3 m sur l'électrode de balayage donnée 15 au travers de l'électrode de signal 13 constitué par l'électrode Y 1, Y 2, et Ym selon un signal de reproduction. En d'autres termes, l'opération en service/hors service ("ON/OFF") des points aux intersections des électrodes de balayage et des électrodes de signal est déterminée par 20 une combinaison des pulsions de voltage appliquéesaux électrodes de balayage et de signal Dans ce cas, le nombre d'électrodes de balayage X correspond au nombre des multiplexions dans le temps. Le dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel a des mauvaises caractéristiques de commande multiplexées dans le temps comme représenté au tableau 1, et ces caractéristiques permettraient une multiplexion dans le temps de seulement un maximum de 32 ou 64 Cependant, la demande s'est accrue pour accroître la qualité de l'image du dispositif de reproduction à cristal liquide et d'augmenter le nombre de données à reproduire Tout dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel ne peut pas satisfaire ces nécessités. C'est ainsi un but de la présente invention de fournir un dispositif de reproduction à cristal liquide ayant une structure cellulaire entièrement différente de 7 2551558 de celle du dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel, en fournissant ainsi les caractéristiques de commande multiplexées dans le temps excellentes et de là une qualité de l'image excellente même si le nombre de multiplexions dans le temps est supérieur à 32 De façon à réaliser le but prescrit de la présente invention, on fournit un dispositif de reproduction à cristal liquide, dans lequel un angle de spiralage d'une structure hélicoidale des molécules de cristal liquide tombent dans le domaine entre 160 et 200 , une paire de plaques polarisantes sont disposées avant et après la structure hélicoidale des molécules de cristal liquide d'une manière telle que les axes d'absorption (ou axes de polarisation) des plaques polarisantes sont inclines d'un angle prédéterminé par 15 rapport aux molecules de cristal liquide adjacentes au substrat. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence 20 aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est un graphe représentant, comme précédemment mentionné, les caractéristiques de luminance (en ordonnées et en pourcentage)-voltage(en abscisse et en valeur efficace) d'un dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel utilisé dans la définition des caractéristiques multiplexées dans le temps; la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de reproduction à cristal liquide pour expliquer la direction de mesure des caractéristiques de commande multiplexées 30 dans le temps; la figure 3 est une représentation pour expliquer la commande multiplexée dans le temps; les figures 4, 5 et 6 sont des représentations pour expliquer la relation entre la direction d'alignement des 35 molécules de cristal liquide, la direction de spiralage, 8 -2551558 et les axes des polariseurs d'un dispositif de reproduction à cristal liquide selon un mode de réalisation de la présente invention, respectivement; la figure 7 est une représentation pour expliquer 5 la relation entre la direction de friction et les grands axes ou axes majeurs des molécules de cristal liquide; et la figure 8 est une représentation pour expliquer la relation entre les grands axes des molécules de cristal liquide, l'angle de spiralage et les axes des polariseurs 10 d'un dispositif de reproduction à cristal liquide selon un autre mode de réalisation de la présente invention Les modes préférés de la présente invention seront décrits en référence aux dessins annexes. La figure 4 représente la relation entre la direction 15 (par exemple, une direction de friction) des grands axes des molécules de cristal liquide, un angle de spiralage de celle-ci, et des axes d'absorption (ou axes polarisants) et polariseurs d'un dispositif de reproduction à cristal liquide selon un mode de réalisation de la présente invention 20 lorsque le dispositif de reproduction à cristal liquide est regardé ou vu de la direction supérieure La figure 5 est une vue en perspective représentant cette relation. Les mêmes numéros de référence qu'à la figure 4 dénotent les mêmes parties qu'à la figure 2. Une direction de spiralage 10 (indiquée par une flèche courbée) et un angle de spiralaged Qdes molécules de cristal liquide 17 sont définis par une direction de friction 6 d'un susbstrat supérieur 11, une direction de friction 7 d'un substrat inférieur 12, et le type et une quantité de matériau 30 chiral ajoutés à un cristal liquide nématique En particulier, la direction de spiralage est déterminée par le type de matériau chiral L'angle de spiralage est déterminé par lesdirections de friction 6 et 7 des électrodes supérieures et inférieures 11 et 12 La stabilité d'orientation des molécules de cristal 9 2551558 liquide est déterminée par un pas spécifique du matériau chiral, une quantité de celui-ci, une épaisseur de la couche de cristal liquide. Une valeur maximale de l'angle de spiralage o est limitée à 200 parce que la dispersion de la lumière tend à se produire lorsque le dispositif de reproduction de cristal liquide est dans un état en service ("ON") à ou près du voltage de seuil La limite inférieure de l'angle de spiralage,determinepar le contraste et les 10 caractéristiques de commande multiplexges dans le temps, est donnéepour être égale à 160 . U Fn anqle j 3 entre un axe d'absorption (ou un axe polarisant) d'une plaque polarisante 15 et un axe d'absorption ou axe polarisant) d'une plaque polarisante 16 tombent de 15 préférence dans le domaine entre O et 30 lorsque le orot-raste, la brillance, la couleur ect analogue sont consicd(rés Un angle 1 (un angle indcu plus étroit) entre l'axe d'absorption 'ou axe polarisant) de la plaque polarisante sup:eue 15 et la direction de fr-ic-tion à du substrat 2 f sup&::ieur 1, et un angqle i 2 (un angle inclu plus étroit) entre un aie d'ao rition (ou axe polarisant) de la plaque polarisante i férieure 16 et la direction de friction 7 du subs'rat infér:e:u 12 respectivement tordbmnt dans le domaine de ^ 3 C I;n 3 k O b O l e fonritraste, la brillance, la couleur e 5 tot anailloce sont c dr, Lorste t'an-soopie optique du cristal liquide et l'épaisseu: (j Tm) de la couche de cristal liquide sont données pour dûtre J N et d, respectivement le dispositif de reproduction à cristal liiuide selon la présente in venion 30 dépend gjrande-Len de nsd, c Iest-à-dire, une différence de pas optique Lorsque la différence de pas optique satisfait la cold Jition O 8 Um c a n d C 1,2,jm en considération du contraste, de la brillance, des couleurs et analogues, on obtient des résultats satisfaisants L'anisotropie optique dj) ' N généralement dépend d'une longueur d'onde L'anisotropie optique est augmentée lorsque la longueur dtonde est courte, tandis qu'elle est diminuée lorsque la longueur d'onde devient grande ou longue La valeur An d'anisotropie optique dans cette description est mesurée en utilisant O un faisceau laser He-Ne d'une longueur de 6 328 A à une température de 25 C Lorsque l'anisotropie optique est mesurée à une autre longueur d'onde, elle peut être légèrement différente de celle mesurée selon la présente invention. La construction et les résultats mesurés du dispositif 10 de reproduction de cristalliquide selon un mode de réalisation de la présente invention seront décrits ciaprès. La figure 6 représente la relation entre la direction de friction des substrats, la direction de spiralage et la structure hélicoïdale des molécules de cristal liquide, les axes polarisants (ou axes d'absorption) des polariseurs lorsque le dispositif de reproduction à cristal liquide est regardé de la direction supérieure. Un cristal liquide utilisé dans ce dispositif comprend 20 un cristal liquide nématique Ce cristal liquide nématique contient commne constituant majeur une quantité totale de 79 % d'un cristal liquide biphènyle et d'un cristal liquide de cyclohexane ester (ECH) Le cristal liquide nématique contient en outre comme additif 0,5 % en poids d'un matériau chiral 5811 (C 6 H 130 OQ O CO Qc CHC 6 H 13) disponible chez Merk L'anisotropie optique ôn ce cristal liquide nématique est de 0,123, et le composé de celui-ci est donné au tableau A. L { ô { ôo I LH çi 8 H J H O J 8 HD J Xi ú 1 IZ 1130 9 Z THZ 30 03 X LH, ou TZ SHZ 3 o 9 Z ô}JO 6 H G 3 H 730 6 ly l J (sp Tod u@ %-) sarieue INVS Od Wu 3 S v fnv 318 av 1 855 LSSZ Il 12 2551558 En référence à la figure 6, les directions 6 et 7 des substrats supérieur et inférieur 11, et 12, respectivement sont parallèles l'une à l'autre La direction de spiralage 10 et l'angle de spiralage de 180 sont déterminés par un matériau chiral 5811. Un axe d'absorption 8 de la plaque polarisante supérieure 15 est parallèle à un axe d'absorption 9 de la plaque polarisante inférieure 16 (c'est-à-dire, R 3 = O ), et l'angle 1 entre l'axe d'absorption 8 et la direction de friction 6 et l'angle 2 entre l'axe d'absorption 9 et la direction de friction 7 sont respectivement de 45 . La relation entre la direction de friction 6 et du substrat supérieur 11, la direction de friction 7 du 15 substrat inférieur 12 et la structure hélicoïdale des molécules de cristal liquide 17 est décrite en référence à la figure 6 Lorsque les substrats sont frictionnés, de faibles pentes 11 a et 11 b, (ou 12 a et 12 b) ayant une direction d'inclinaison différente sont formées de 20 manière cyclique et répétées le long de la direction de friction, comme représenté à la figure 7 De façon alignée, les molécules de cristal liquide pour être sensiblement parallèles les unes aux autres entre les substrats, les directions des substrats supérieur et 25 inférieur doivent être sensiblement alignées l'une relativement à l'autre, comme représenté à la figure 7, de manière à obtenir une bonne qualité d'image. Un grand nombre de dispositifs à cristal liquide avec diverses valeurs d'épaisseur d des couches de cristal 30 liquide résultant en diverses valeurs de différences de pas optiques An d ont été construites en testant les couleurs de reproduction et la brillance de reproduction. Les résultats d'essais sont représentés au tableau 2. On a trouvé que la parité des couleurs et la brillance 35 du dispositif de reproduction à cristal liquide sont les meilleures ou satisfaisantes lorsque la différence de pas optique I n d est d'environ 1,(tm En outre, on a également trouvé qu'il n'y a pas de problème en pratique lorsque la différence de pas optique A n d tombe dans le domaine de 0,7/rm à 1,2 gm, de préférence 0,90 à 1,10 /m lorsque la relation représentée à la figure 6 est établie. TABLEAU 2. 15 n.d (/tm) Brillance Couleur sombre jaune à brun rougeâtre sombre bleu à pourpre 076 $or 7 bre légèrement bleu Of 85 légèrement vert brillant O t o,98 br J 11 at I vert jauràtre iant orange rougeâtre 1,30 l -t rement pourpre i Rougeâtre sombre 1,45 sombre vert bleuâtre Les résu Jtats mesurés des caractéristiques de corimande multiplexés dans le temps de la cellule à cristal liquide 30, ayant la difference de pas optique L n d de 0,98 Lm sont résumés dans le tableau 3 selon le dispositif à cristal liquide de la présente invention La profondeur de la carac- 14 2551558 téristique luminance-voltage, {, la dépendance de l'angle de regard ou de vue A O et la capacité de multiplexion dans le temps m sont grandement améliorés. TABLEAU 3. 5. - y-__ _ __ _ _ _ 1 033 A O 0 988 m 0 956 _ 1 A la figure 6, les axes d'absorption des plaques polarisantes peuvent être disposés à la place de l'axe polarisant pour obtenir le même effet Dans le mode de réalisation ci-dessus, un melange de cristal liquide de biphényle est de cristeux liquide ECH est utilisé. Cependant, tout autre cristal liquide nématique ayant l'anisotropie diélectrique positive peut être utilisé pour obtenir le même effet que dans le mode de réalisation 20 ci-dessus La direction de spiralage de la structure hélicoïdale et la direction inverse des aiguilles d'une montre d'un mode de réalisation ci-dessus Cependant, comme représenté à la figure 8, la direction de spiralage peut être la direction des aiguilles d'une montre pour 25 obtenir le même effet que dans le mode de réalisation ci-dessus. Le type de matériau chiral n'est pas particulièrement limité au matériau chiral décrit ci-dessus lorsque les relations entre la direction de friction et les directions 30 de spiralage représentées aux figures 4, 6 et 7 sont maintenues. Selon la présente invention comme décrit ci-dessus, contrairement au dispositif de reproduction à cristal liquide conventionnel, le dispositif de reproduction a cristal liquide ayant les caractéristiques de commande multiplexées dans le temps excellentes et les caractéristiques 2551558 de reproduction de qualité élevée est obtenu de manière tout à fait innatendue. Naturellement, l'invention comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons. 16 2551558 R E V E N D I C AT I O N S 1 Dispositif de reproduction à cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un cristal liquide nématique ayant une anisotropie diélectrique positive, ajouté avec un matériau chiral, et scellé entre une paire de substrats supérieur et inférieur de manière à constituer une structure hélicoïdale spiralée dans un domaine de 160 à 200 le long d'une direction d'épaisseur de ceux-ci, et des axes polarisants ou des axes d'absorption d'une paire de plaques polarisantes disposés sur lesdits 10 substrats supérieur et inférieur sont inclinés d'un angle prédéterminé par rapport aux grands'axes des molécules de cristal liquide adjacentes auxdits substrats supérieur et inférieur, respectivement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes polarisants ou axes d'absorption précités de ladite paire de plaques polarisantes constituent un angle inclu dans le domaine de 00 à 30 . 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe d'absorption de l'axe polarisant précité 20 de chacune des plaques polarisantes et une direction d'un axe correspondant des grands axes des molécules de cristal liquide adjacentes au substrat supérieur précité constituent un angle indcu dans un domaine de 30 à 60 . 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce qu'un produit An dd'une épaisseur d( "m) d'une couche à cristal liquide et une anisotropie optique A N tombent dans un domaine de 0,7,gm à 1,2,m.