Brevet FR2566156A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne des affichages à cristaux liquides et, plus particulièrement, un affichage à cristaux liquides par transmissionréflexion à deux cellules dans lequel le contraste dans le mode de transmission est au moins égal sinon meilleur que dans le mode de réflexion. -" On utilise -largement les dispositifs à cristaux liquides pour diverses applications d'affichage. L'une des raions principales de la popularité des affichages à cris- taux. liquides.est leur petite taille et leur faible consom- mation énergétique. Les cellules à cristaux liquides du type invité-hôte sont.particulièrement populaires car elles n'exigent pas de polariseurs; elles' possèdent des facultés de coloration; et 1lles sont intrinsèquement plus lumineuses -' que'celles utilisant:des,'.polariseurs.-' - S15 L'une des formes les plus importantes des cellules à cristaux liquides du type invité-hôte utilise un colorant invité pléochroïque qui possède un comportement optique ani- sotropique; c'est-à-dire', qu'il absorbe. la lumière seulement - ' suivant un axe (le-grand'. axe) et'-transmet',a' l.umière seuie-: ment suivant l'autre axe. Les cristaux liquides h6tes con- -,.' tiennent un matériau'optiquement ôactif [pour-coneférer 'un ordre en hélice aux.molécules de-cristaux. liquides de sorte- que les. molécules de colorant s'alignent spontanément elles-mêmes avec les molécules de cristaux liquides ordon--. -2- nées en hélice. En l'absence d'un champ électrique, avec les molécules de colorant alignées suivant un ordre hélicoYdal, (c'est-à-dire, avec leurs grands axes parallèles aux élec- trodes de la cellule), elles absorbent la lumière. Lorsqu'on applique un champ électrique à une partie quelconque de la Icellule, les molécules de cristaux liquides ordonnées en hélice se déroulent dans cette partie, c'est-à-dire, les molécules prennent un ordre homéotropique (avec les axes directeurs nématiques orthogonaux aux électrodes de la cel- lule).-Les grands axes 'ou axes absorbant la lumière des mo- lécules de colorant prennent également un ordre homéotropi-. que et sont- par conséquent orientés pour transmettre de la lumière à travers les parties excitées de la cellule. Le contraste de la. cellule, c'est-à-dire, le con- traste entre les éléments d'affichage de la cellule et les parties de fond non excitées de la cellule, est une caracté- ristique importante de toute cellule car ce contraste affec- te la lisibilité globale et l'aspect de l'affichage. Le réglage du. contraste est particulièrement im-' portant pour les affichages à cristaux liquides par. trans- mission-réflexion car ce contraste' peut y varier selon le mode-' de fonctionnement. L'expression "transmission-réfle- xion" est utilisée de manière-très générale pour désigner un -agencement dans lequel on peut faire fonctionner une cellule à cristaux liquides dans un mode de réflexion, un mode de transmission, ou dans les deux- modes à la fois. Dans le mode de réflexion, la lumière.(soit naturelle soit d'une source - particulière) pénètre par l'avant de la 'cellule, traverse la solution d'invité-hôte vers un élément de transmission-ré- flexion au.dos de la cellule qui: réfléchit 80-95% de; la -lu- mière incidente. 'La:lumière réfléchie traverse à nouveau la solution en direction de l'avant de la cellule. Dans le mode de transmission, d'autre part,- de la lumière issue d'une source à l'arrière-de la 'cellule éclaire l'élément de transmissi.onréflexion-- qui laisse passer une 2566 156 i;ll i. le ( el l l ll ll r i.' ' I i v'r'S Ir! si olill iOll c{: r i s itaux ! itq irl.:i 1ll I ylp- ilnvl t[- i vlrS I:iV illll Ie lIa ('*e I l'le. Dlisr. f i-. f I j ih lg'- 'à (. I ll e iti l hil f'oi t i roiliiIll, Ia. lis I l m()(o l dr'. i anil l'ill i - i'l0, oli p)ót:, VOil '- q eI: 1 l llis i re trave rse Setll le - Ii', 111 I lis'- It) ' i 1;I ióllll ion 1,;1 1 oS tl lft 1:1 Ia t. r lV:rse v (:I IX loi ' (!acian' l, """dIt,. d t 1 ri ' l x i on. I. 'al) sor l)t. i'onl (I l.1 lmi c re ),r '1 n c ior;tl,1o' i a' I le; Is:r I i. r n o llo x('i tv[rs (111 fonld. est :ul' r.(( 1 a (11 tt/'lr c'ó,I ct i! ast t e " i Sl)m(' t. globa' l l ' i d; i 1 a l Il' ag - ).i1 I L 'ililII 1 sio 11 - rI f lex on c 111' l t lili itii. 'el,; iligillIilL an it. I '$'.l) ji'i% Siii r ie i.. I il l i oul. 1,ll concenl rlt: il on dl ç'ol o; rail. outi Ins; etix à.i ln fi Is. 1 Ilé i inilt ale' étailt (Ie si ce la aug- r. ill t, il l -gIlllîliónil l1es c O)'lt ri'stt s t,Ces coll rastos, b ciln que (l jltl - In t -à dI Ints 'les dl:ux dlot es, sontt.- suf fisan ltó a.ent éc vés ni 1iS l e. d.ux iiotile s ( savo ir, 100 pou r I en ré l' ex i on. et 25 poil r I en t.'asls i sslosi). po ur tre arpprol)i-ies. O! 1:i tl otvé r -.ueîîdl.aûtl l qu! cetl l-- nutl sait à la Itnli nllosité' dc 1:a c-elltle t il il ZIt le'o- mlode ie r éflexion. --1)1 a trouvA qu'il était po'ssiblecl ail';'liorer le c)nt r-.lite, l'1iil aL fit ichae A ctristaux (liquides dlans ie modle de t'atnfi.smsinor s l, tecà drclalrcl elt par l' r ièt. al'in ti e tic ainte- lir t, ill colit raste. aU moilns éigal a Clcli liti iorte de réflexionl 2r '' i'î-e militilt tif fi- t illisi lbl e sui - 'i 1 ' li isilos i t é 'n îl - al is s nt.un i, g-r'..t' ie-.iitI letix c0l tilLes. eh cas('l2ó. À.I.i ',,n t- ot,_e tc Il ilt est pl:Itrc'6 derrir.' '1rélélitent. rl e t.l'fnsitiîision*-F.fé. xtOll. l.. L'é0crtó IcJe '. la iconcentration di e. l o rant. de-,S letix Ce liils' solkt doe.p'ré'fétce ilc ildent i - t().uai.... I.- I-.léni!î', d'-nt t ich. uage,Inls Ia seCodÀe. celulile solt ..... -. À....' ...DTD: .'il it'-..ae. r ' 'e.ux de. 1pe.lmlnièro c'lllle; el les deIlx oer{Cl-À * ro. 5.r1t It lll.e:i vde-lx e-xc i técs sim îuil t.nélniti dalns le modie,e I/' I nt 'Il - 11 i * i - tI..o 1DUs le iu)de,c tr:i smi issiot la Ilt liti'''e i ralver:se :. r nd.- IuIx -c lili '. et le s coi't r:stt cs SoIt ré-gls pol -eI tr'-e aUil moins égaux dans les deux modes. De cette manière, l'épais- seur et la concentration de colorant, de la cellule avant peuvent être telles 'qu'elles rendent optimale la luminosité' cependant qu'on améliore le contraste dans 'le mode de trans- mission par l'addition de la seconde cellule.. . .....DTD: Par -conséquent,- 'l'invention a 'pour objet de fournir: - - un ensemble d'affichage à. 'cristaux liquides ayant un meilleur. contraste aussi bien dans le mode de 'transmission que le mode de réflexion; - un affichage à cristaux liquides par trans- mission-réflexion du type. invité-hôte qui:a au moins le même contraste lorsqu'il fonctionne dans le 'mode de transmission que Iorsqu'il fonctionne dans le mode de réflexion. ' ' On. atteint les divers objectifs et avantages de l'invention grâce à 'un dispositif d'affichage à cristaux liquides par transmission-réflexion dans lequel une.seconde cellule à cristaux liquides 'est placée entre un élément de transmission-réflexion et la source lumineuse arrière. Les deux:.cellules sont- spatiaiement alignées:de façon..que tous. les éléments d'affichage des deux cellules coïncfdent. 'Les éléments d'affichage:en'coïncidence sont 'électriquement're--- lié..les-de.façon à être' simultanément 'excités.lorsque les cel'-' lules fonctionnent:.dans le mode de transmission. Les trajets lumineux dans. la solution d'invité-hôte, et l'absorption de la lumière sont tels qu'il n'y a pas de perte de contraste. dans le mode de transmission..... . "'-, À. La' suite de,':la description. se- 'réfère aux;figures 'À annexées qui représentent respectivement':: ' '-" ---., '.': - Figure: une:vue schématique du,système-d'affi-'. chage à cristaux: liquides (ACL) à deux-cellules-en cascade - et.les trajets lumineux dans les deux modes de fonctionne- ment;. -'' -- Figure.2, une vue isométrique. éclatée montrant. la manière dont sont interconnectés les éléments d'affichage - 5 6- 15 $-- -. des deux cellules; '' - ' -' -Figure"3, une vue en perspective isométrique du système ACL à deux cellules monté;-et.. " - Figure 4, -une vue en perspective partiellement -'$."arrachée du connecteur.. élastomérique utilisé pour intercon- -.necter les éléments d!affichage -en coïncidence' des:.deux cellules... :-' '.- La figure.:l' représente deux cellules:'à cristaux liquides en'cascade 10 et 11 séparées par un élément de transmission-réflexion 12 placé entre l'arrière de la cellu- le 10 et 'l'avant' de la cellule 11..Une source lumineuse 13 -.placée derrière la cellule ll est excitée par l'interrupteur ' 9 lorsqu'on fait fonctionner.1-iensemble.des deux cellules en. cascade dans le mode de' transmission. -,:.-,Les cellules-à cristaux'liquides, qui sont.repr-. s'entées schématiquement se composent chacune d'une paire de - - substrats optiquement transparents 14 et 15 qui sont scellés a. l'aide d'un' joint en-fritte de verreou en matière plasti- que' n' n représenté,' pour former une.. chambre dans laquelle :..ue,' non' repn. ' o. -- ".:20 'se "trouve-.retenue la':solution de' -cristaux. liquides du type i.-'-nvité-hote l7.-.Des "lectrodes '"conductrices. optiquement... transparentes, '.non -représentées, -.de'. pre. fé rence:.en 'oxyde d'i'.. .: dndium-étain, sont déposées sur'.les surf'cesé.intérieures -' À:...'.'; .:.::.>.:r.. - '>."..:.. -.- -,.::: -..'V.-q,,..,.-- "'...:-!: ' '- " '. '.,.':"-:''- - ':'".,''' ', '-' '..... ' d'..es substrats'-de-'-'chaque cellule sous. la forme.d'iéléments --'25 d'affichage. -Ces éléments d'affichage peuvent prendre la orm.e.,..... *.....,. - ma ch,-- f'.'.'"..forme':de.di'versesmar'ques, barrés,- parties de...barre',:chif'. -.-. :-'.:..".fres',-l:iettres,-:. e'tc. --Par.-exemple;-les:chiffres. 'peuvent: être '.'. N!i ó.:-:,du'::aty:peé' àsept -:segments: bien"connu dans:i'equel:l'exóitation'.' s':.':''"'sélective des. segments. selon difféerentes combinaisons permet".:' :30 de 'ereproduir les"chiff r l ' 9L9 "es" cd-:'.ce lules comme n :-;.:-[:e montrera:et décrira ci-après en liaison avec les:: autres. figures, sont agencées.pour que les. eléments--d'affichage-. '- '.coïncident et soient 'électriquement reliés au. moyen- de '.con-':. necteurs élastomériques afin -d'exciter simultanément:.desé. 35. éléments d'affichage correspondants.. '. - 6 - L'agencement à deux cellules assure que le con- -traste de l'affichage 'à cristaux liquides n'est pas infé-' rieur dans le mode de transmission à celui du mode de réfle- xion..Dans le mode de réflexion,. la lumièreéambiante repré- S sentéèe par la flèche 18, pénètre par l'avant de. la.cellule , traverse la solution de cristaux liquides et est.réfié- chie par l'élément de transmission-réflexion 12 -et revient en traversant la solution de -cristaux liquides vers la.,per- sonne qui regarde., Ainsi, le contraste dans le mode de ré- flexion est déterminé par le taux d'absorption de la'lumière lorsque la lumière traverse deux fois les parties de fond non excitées de la solution dichroique de cristaux liquides. ÀDans un affichage à cellule:unique,.la-lumière traverse.seu- l'. ement une fois la solution -de cristaux liquides dans- le mode. de transmission, tandis.qu'elle la. traverse deux fois lorsque l'affichage fonctionne dans le mode de réflexion. Par suite, le contraste d'un affichage à cellule unique est plus faible dans le mode de transmission que dans.son mode - ' de'.réflexion. '' -- -. ... ..... -':En fournissant un affichage.à- deux cellules en. cascade, la lumière issue.de'la source 13, comme indiqué par l -a flèche. 19, traverse la solution dans.les deux cellules et.-: :":l'absorption de-' la lumière dans les,.parties non excitées des':..- - cellules est:' la.mme..pour less 'deux 'modes de fonctionnement.'. - En fait,'on peut construire la cellule arrière-.(en termes "?'::?d'. épaisseur, concentration decolorant, etc).de' teile'-.sorte. '- que le.'contraste.'dans-. le moe de. transmission..soit:Dplus_7éle-..' v' -' ue'dans l emode de réflexion.-'' ' ': ' --'.-''. . La figure 2 est une vue isométrique, éclatée- des. 3 0ce ell ules.en cascade. ': ':.:-. '. - -!::!:-" ':'':À L'afúfichag.e -à 'deux cellul'es-en cascade,secompose': des cellules l'10.et 11, d'un élément de- transmission-réfle- xion 12 entre les cellules, et.des-'connecteurs é astoméri-' '' -,-ques 20 et 21 placés de'façon à 'exciter les cellules:à par-.. -. - tir d'une plaquette de circuit imprimé de commande 22.- Cha- - 7 - que cellule se compose de' plaques. avant et arrière en verre transparent 23 et 24 scellées autour de leurs bords pour former une cavité interne qui est remplie avec une solution se composant de cristaux liquides hÈtes, d'un ingrédient. S5 optiquement actif, et d'un colorant dichroïque ou d'une. com- - binaison de colorants dichroXques. La-plaque arriè.re'de cha- que.. cellule est'plus étroite que la plaque.avant-pour faci- liter lée'contact entre des connecteurs 20-et 21.. les. pattes conductrices aux bords des plaques avant et la source d'énergie. Comme' cela est classique. avec des dispositifs d'affichage à cristaux liquides, la surface intérieure des plaques avants des deux cellules est revêtue avec un maté- riau conducteur tel que de l'oxyde d'indium-étain. selon des motifs prédéterminés pour former les éléments d'affichage de la cellule. Selon une forme, les éléments sont des caractè- res fractionnés en sept segments tels ceux représentés en 25 ou d'autres caractères ou indices tels ceux, représentés en 26 et-27.'La couche'conductrice- sur la surface intérieure de 20.-la. plaque arrière constitue.. une..masse, électri'que. kinsi, -'"'-'lorsqu'on établit- un champ électrique entre un segment con- ducteur. quelconque sur la plaque:avant et la plaque arrière, -l'alignement'- des' cristaux liquides entre les" électrodes c'. hange pour:-:transmettre -la. lumière. On peut réaliser les segments: de la-. cellule arrière avec une taille supérieure a -:.. ceux'de la cellule avant. Ceci...est' bé néfique..,au système de deux' façons: - -' - "/..:.,.'--1. Cela.élimine.la nécessité-de.-tolérances étroites:pour l'alignement de'la cellule arrière avec la cellule avant, et. :30..' 2. Comme-. le.segment arrière.-est plus grand,'i.. L-permettra -- a plus de lumière d'atteindre' le segment avant,-.'-dans':le mode' à éclairage par l'arrière, et accroîtra ainsi la luminosité du segment avec une 'luminance réduite.. -. Les électrodes conductrices formant-les caractères fractionnés 25 ou les. autres éléments 26 et 27 possèdent des - 8.- pattes conductrices 28 -'qui, se prolongent au bord des plaques de cellules. Les pattes conductrices 28 sont reliées par des connecteurs. élastomériques 21 et.22 aux circuits de commande sur la plaquette 22 qui excitent sélectivement les 'éléments d'affichage. Les connecteurs élastomériques 21 et 22, comme on l'expliquera plus en détails ci-après en liaison avec la figure 4, contiennent. des couches alternativement en maté- riau conducteur et non-conducteur, chaque couche conductrice reliant la plaquette de commande et une patte conductrice sur la plaque avant de chaque cellule. La cellule arrière 11l est placée dans des encoches 29 des connecteurs élastoméri- ques de sorte qu'on peut exciter simultanément les pattes conductrices correspondantes 28 par les deux cellules.. Les lignes en traits interrompus 30 de-la figure 2 illustrent la manière dont chacune des couches conductrices du connecteur élastomé'rique 21 entre en contact avec les pattes conductri- ces respectives. 28 sur les deux cellules de l'ensemble à deux cellules. La figure 3 représente une réalisation du ACL à deux cellules à l'état monté avec le porte-cellule en partie arraché pour montrer un des connecteurs élastomériques. Ain- . si, la' figure 3 représente un porte-cellule ou boîtier 31 qui supporte les cellules et un 'élément de transmission-ré- flexion. L'ensemble 'de cellules est fixé par le joint 32 et un élément de verrouillage en L 33. Une source lumineuse.34 montée'près d'un diffuseur 35 constitue la source d'éclaire- ment à l'arrière des cellules pendant le mode de transmis- sion. Une paire'de- plaquettes 'de 'circuits de commande' 36 et 37 supporte les pièces de commande'et autre électronique de 30. commande-38' -et-' 39. Les circuits 'de commande. sont 'fixés à l'élément de verrouillage 33 et au porte-cellule 31 au moyen des-éléments souples de support de. circuit 40 et 41. Un en- semble de conducteurs souples en forme de'L 42 sont montés sur les éléments -de support et relient les circuits de 'com- ' mande de l'affichage sur les' plaquettes 36 et 67 aux couches -9g conductrices des connecteurs élastomériques. La figure 4 illustre une partie arrachée du boî- tier ou porte-cellule 45. Un joint 46 est disposé entre le bord intérieur du boîtier 45 et l'avant de la cellule 10io. La plaque arrière transparente 47 de chaque cellule est plus étroite que la plaque avant de sorte que la plaque avant plus large et les pattes conductrices sur ces plaques en- trent en contact avec les extrémités du connecteur élastomé- rique 47. L'élément de transmission-réflexion 52 est disposé entre la face arrière de la cellule avant et la face avant de la cellule arrière. La plaque avant de la cellule arrière s'engage dans l'encoche 48 du connecteur élastomérique de façon à établir un trajet conducteur entre les connecteurs souples 49 et les pattes conductrices, non représentées, aux bords des plaques avant des deux cellules. Comme représenté dans la partie arrachée de la figure 4, le connecteur élastomérique se compose de couches alternativement conductrices et isolantes 50 et 51. Les cou- ches conductrices se composent de particules de carbone noyées dans une matrice de caoutchouc pour réaliser un tra- jet conducteur souple. Des connecteurs électriques de ce type sont disponibles dans le commerce auprès de diverses sources. Un connecteur du commerce est vendu par Hultronics Company de Hatbord, Pa. sous la marque STAX CONNECTOR. Les cristaux liquides hôtes dans chacune des cel- lules peuvent être classiquement une solution de biphényle/-. pyrimèdène du type vendu par Hoffman-LaRoche Company de Nutley, New. Jersey, ou par EM Chemicals de Hawthorne, New Jersey. En variante, on peut aussi utiliser des composés comme des phénylcyclohexanes, des biphénylcyclohexanes, des cyanoesters,. des dioxannes et des terphényles. Le matériau optiquement actif qui provoque. l'ordonnancement en hélice des molécules de cristaux liquides, avec leur axe directeur nématique ou optique parallèle en substrat en l'absence de champ électrique, est de préférence un composé cholestérique - 10 - ou en variante un dopant qui est un biphényle optiquement actif tel que celui vendu par E.M. Merck Company sous la marque CE-15. Les nonanoates de cholestérol sont d'autres composés cholestériques qui agissent comme un matériau opti- quement actif. Le colorant ou les colorants dichroïques qui sont incorporés en tant qu'invité dans les cristaux liquides hôtes peuvent être de tout type et sont bien connus dans le. commerce. Ainsi, des colorants dichroYques de diverses cou- -Jleurs et des familles chimiques (comme les colorants azoï- ques, les anthroquinones) sont disponibles auprès de sources telles que EM Chemicals.et Hoffman-LaRoche. On peut voir de la description qui précède qu'on a réalisé un agencement de deux cellules en cascade dans le- quel le contraste d'une cellule à cristaux liquides dans le mode de transmission est amélioré au moyen d'un affichage supplémentaire situé entre l'élément de transmission-réfle- xion et la source lumineuse. Les deux cellules sont alignées de sorte que tous les éléments d'affichage coïncident et les éléments en coïncidence sont reliés électriquement ensemble pour que, lors de l'excitation de l'ensemble d'affichage à deux cellules dans le mode de transmission, le contraste dans ce mode de transmission soit au moins aussi important que dans le mode de réflexion. Ceci constitue une améliora- tion très importante des ensembles à cellules à cristaux liquides à transmission-réflexion car, par le passé, le con- traste des ensembles à cellule unique à transmission-réfle- xion était mauvais dans le mode de transmission. - 1l1- REVENDICATIONS 1. Système d'affichage à cristaux liquides par transmission-réflexion caractérisé en ce qu'il comprend: (a) deux cellules à cristaux liquides (10, 11) du type invité hôte, comportant chacune des cris- taux liquides hôtes, un' matériau opt.iquement actif et un ou plusieurs colorants dichroïques pour absorber la lumière dans les parties de. fond non excitées de la sotution d'invité-hôte, (b) chacune des cellules.ayant des éléments d'af- fichage (25, 26, 27) identiques qui lorsqu'ils sont excités permettent le passage de la lu- mière, ces cellules étant disposées pour ali- gner tous les éléments d'affichage et la par- tie de fond des deux cellules, (c). un élément de transmission-réflexion (12) pla- cé entre les cellules pour réfléchir la lumiè- re traversant la cellule avant vers cette cel- lule avant dans le mode de réflexion, et transmettre la lumière à travers les deux cel- lules dans le mode de transmission, (d) une source lumineuse (13) placée derrière 'les cellules et l'élément de transmission-réfle- xion qui est excitée pendant le mode de trans- mission grâce à quoi le trajet lumineux à tra- vers les deux cellules dans le mode de trans- mission est essentiellement le même que le trajet lumineux à travers une cellule dans le mode de réflexion 'pour maintenir au moins le 30. même contraste dans les deux modes de fonc- tionnement, et - (e) des' moyens (20-22) pour exciter' simultanément les deux Cellules dans le mode de transmission. 2. Système d'affichage à 'cristaux liquides à deux cellules en cascade, caractérisé en ce qu'il comprend en -. 2566156 - 12 - combinaison: (a) deux cellules à cristaux liquides du type h6te-colorant dichroïque invité (10, 11) sépa- rées par un élément de transmission-réflexion (12) pour réfléchir la lumière entrant par la cellule avant et transmettre la lumière tra- versant la cellule arrière; (b) une-source lumineuse (13) placée derrière les cellules utilisées dans le mode de transmis- sion, (c) ces cellules ayant des éléments d'affichage identiques (25, 27) et ainsi les trajets lumi- neux et l'absorption de lumière pour la lumiè- re transmise étant au moins aussi grands que pour la lumière réfléchie, (d) des moyens (20, 22) pour exciter simultanément des éléments d'affichage choisis des deux cel- lules dans le mode de transmission grâce à quoi le contraste de l'affichage dans le mode de transmission est au moins aussi élevé que dans le mode de réflexion. - 3. Affichage selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les moyens d'excitation simultanée des deux cellules comprennent un moyen de connexion (20, 21) couplé entre une source d'énergie et des éléments d'affichage cor- respondants. 4. Affichage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de connexion contient un ensemble d'élé- ments conducteurs pour mettre en contact des pattes de con- nexion (28) associés à des éléments d'affichage correspon- dants. - -' 5. Affichage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de connexion comprend un ensemble de cou- ches conductrices séparées par des couches non condutrices.