Brevet FR2608818A1 — publié le 19880624

DISPOSITIFS D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention se rapporte à des dispositifs d'affichage à cristaux liquides, couramment désignés par l'abréviation LCD (Liquid Crystal Display). De tels dispositifs sont utilisés dans une diversité d'objectifs, par exemple pour afficher des informations sur des tableaux de bord, des panneaux d'affichage, des pendules, et similaires. ConformSment à un mode de réalisation, un LCD comprend une cellule présentant des parois de verre transparentes opposées, qui sont scellées de façon étanche sur leurs bordures et qui contiennent un cristal liquide. Les molécules du cristal liquide sont arrangées selon un alignement en hélice ou en spirale à 900C, de telle sorte que, dans le plan des parois de verre, la maJorité des molécules de cristal liquide soient parallèles. Des plaques de polarisation sont positionnées à l'avant et à l'arrière de la cellule pour polariser dans un plan toute lumière passant à travers la cellule. Si les plans de polarisation des deux plaques sont parallèles, la cellule est dite fonctionner selon un mode à images négatives, c'est-àdire que, lorsqu'aucune tension n'est appliquée, le dispositif apparaîtra comme étant opaque. Si les plans de polarisation des deux plaques sont disposées à 90', le dispositif fonctionne selon un mode à images positives, c'est-a-dire que, lorsqu'aucune tension n'est appliquée, le dispositif apparaîtra comme étant transparent. En l'absence de tension, la lumière polarisée dans un plan fait apparaître la cellule transparente ou opaque en fonction de l'orientation du dispositif de polarisation dans un plan. Si une tension est appliquée, les molécules se réorientent elles-mêmes pour être parallèles au champ électrique, et la cellule apparaît comm- étant opaque ou noire. Une telle cellule est connue sous l'appellation "nématique en hélice" ou "TIn" (Twisted Jematic). Conformément à un autre mode de réalisation, un LCD comprend une cellule dite "Guest Host", désignée dans ce qui suit par l'abréviation GH. De telles cellules sont sensiblement analogues aux cellules TN, mais avec l'addition d'un colorant dichroïque ou d'une substance colorante analogue, ' en outre, le dispositif d'affichage à cristaux liquides GH ne nécessite qu'un seul dispositif de polarisa- tion dans un plan. Lorsqu'une tension est appliquée, la cellule apparaît comme étant sensiblement incolore. Lorqu'aucune tension n'est appliquée, la cellule apparaît comme étant colorée selon la nature du colorant dichroïque ou de la substance colorante. Diversescombinaisons de cellules, de moyens polariseurs et de filtres ont été proposés. Tous les LCDs étant des dispositifs passifs par définition, ils sont observés par l'incidence de lumière, et trois méthodes d'éclairage sont connues: un affichage par réflexion dans lequel le LCD n'est éclairé que par la lumière réfléchie provenant d'une source se trouvant devant l'affichage; un dispositif LCD par transmission dans lequel l'éclairage du dispositif est provoqué par une source de lumière se trouvant derrière l'affichage; et un LCD du type par transflexion , qui est une combinaison des méthodes d'éclairage ci-dessus. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'affichage à cristaux liquides qui peut fonctionner sous l'effet de la lumière extérieure, pour fournir au moins deux effets de couleur différents, et qui est compact. Conformément à un premier aspect de l'invention, on propose un système LCD compact, capable d'être excité par la lumière extérieure incidente, comprenant des moyens polariseurs avant et des moyens polariseurs arrière, une cellule nématique en hélice TE et une cellule hôte GH contenant un colorant dichroYque ou une substance colorante analogue, et des moyens colorés, les moyens colorés étant à bande spectrale relativement large, et le colorant dichroïque ou la substance colorante analogue de la cellule hôte GH étant à bande spectrale relativement étroite à l'intérieur de la bande large des moyens colorés, le système étant disposé de telle sorte que de la lumière polarisée dans un plan, sortant des moyens polariseurs arrière,tombe sur la cellule hôte GR. Conformément à un mode de réalisation spécifique, la présente invention propose un système LCD compact capable d'être excité, suivant le mode par réflexion, par la lumière extérieure incidente, comprenant des moyens polariseurs avant, une cellule nématique en hélice TN, des moyens polariseurs arrière, une cellule hôte GH contenant un colorant dichroique, et une plaque réflectrice colorée, la couleur de la plaque réflectrice colorée étant de bande spectrale relativement large et le colorant de la cellule hôte GH, d'une bande plus étroite à l'intérieur de la bande large, le système étant disposé de telle sorte que de la lumière polarisée dans un plan sorte des moyens polariseurs arrière et traverse la cellule hôte GH pour tomber sur la plaque réflectrice colorée et soit ensuite réfléchie en retour, à travers la cellule hôte GH, les moyens polariseurs arrière et la cellule nématique en hélice, sur les moyens polariseurs avant. Conformément à un autre mode de réalisation spécifique, l'invention propose un système LCD compact, capable d'être excité suivant le mode par transmission par la lumière incidente à partir d'une source de lumière arrière, comprenant des moyens polariseurs avant, une cellule nématique en hélice TI, une cellule hôte GH contenant un colorant dichroïque, des moyens polariseurs arrière et un filtre coloré, la couleur du filtre coloré étant d'une bande spectrale relativement large et le colorant dichroïque de la cellule hôte GH étant d'une bande spectrale plus étroite à l'intérieur de la bande large, le système étant disposé de telle sorte que de la lumière À polarisée dans un plan sorte des moyens polariseurs arrière et traverse la cellule hôte GH pour tomber sur la cellule nématique en hélice TN, et soit ensuite transmise à travers les moyens polariseurs avant. Conformément à un troisième mode de réalisation, la présente invention propose un système LCD compact qui peut être disposé par rapport & des sources de lumière se trouvant devant ou derrière le LCD ou à Une combinaison des deux. La cellule nématique en hélice TN du système conforme à l'invention peut être disposée pour fonctionner suivant un mode d'affichage à images positives ou négatives. L'affichage est, de préférence, une matrice telle qu'une matrice de points. Pour mieux illustrer l'obJet de la présente invention, on en décrira plus en détail ci-après, à titre purement indicatif et non limitatif, un exemple de réalisation avec référence au dessin annexé. Sur ce dessin: - la Figure 1 est une représentation schématique de la structure d'un système LCD par réflexion à deux couleurs conforme à la présente invention; et - la Figure 2 est une représentation schématique de la structure d'un système LCD par transmission à deux couleurs conforme à la présente invention. Les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour décrire les mêmes parties dans les deux modes de réalisation représentés. Le dispositif LCD de la Figure 1 comprend un sandwich fait d'un polariseur avant Fd'un dispositif LCD qui est une cellule TI,d'un polariseur arrière Bd'un dispositif LCD qui est une cellule GHet d'un réflecteur coloré CR. La couleur du réflecteur CR peut être d'une bande spectrale large, et celle de la cellule GH,d'lunebande spectrale plus étroite se situant à l'intérieur de la bande large; dans un exemple préféré, le réflecteur CR est orange, et le mélange colorant dichroïque de la cellule GH fournit un état "HORS SERVICE" coloré en rouge, et un état "EN SERVICE" incolore. La cellule TN est disposée pour fonctionner suivant un mode à images positives. A l'utilisation, la lumière ambiante tombe sur la cellule TN et traverse le polariseur arrière B, et elle sort en étant polarisée dans un plan. Lorsque la cellule GH se trouve dans l'état "HORS SERVICE", c'est-à-dire qu'aucune tension n'est appliquée, cette lumière traverse la cellule GH colorée en rouge. La lumière rouge sortante est réfléchie du réflecteur CR coloré en orange, et l'affichage apparaît à l'observateur comme présentant un fond rouge. Lorsque la cellule GH se trouve dans l'état NEX SERVICE", c'est-à-dire lorsqu'il existe une tension appliquée, la lumière polarisée dans un plan, incidente reste non colorée et se réfléchit à partir du réflecteur CR coloré en orange, de telle sorte qu'à l'observateur, la couleur de fond apparaisse comme étant orange. La lumière réfléchie retra- verse la cellule GH pour tomber dans la cellule TN, donnant un état "HORS SERVICE" coloré et un état "EN SERVICE" sombre dans la cellule TN, selon le cas. Ainsi, la commutation de la cellule GH vers l'état "HORS SERVICE" ou "EN SERVICE" donne naissance à un fond respectivement rouge ou orange. On soulignera que, parce que la lumière tombant sur la cellule GH à partir de la cellule TN est polarisée dans un plan, aucun moyen polariseur supplémentaire n'est nécessaire. Ainsi, moins de composants sont nécessaires, et le dispositif est compact. Le dispositif LCD de la Figure 1 peut être utilisé avec des niveaux élevés d'éclairage ambiant, incluant la lumière solaire directe. Dans un exemple spécifique, la cellule LCD de la Figure 1 est utilisée dans un tableau de bord de véhicule pour afficher un symbole illustrant le niveau de contenu d'un réservoir ou l'état du système du véhicule; par exemple, pour indiquer un niveau bas de carburant (état non critique du véhicule) (couleur orange), ou pour indiquer que la pression d'huile à moteur est tombée à un niveau dangereusement bas (condition critique du véhicule) (couleur rouge). Dans le mode de réalisation de la Figure 2, le réflecteur coloré CR est remplacé par un filtre coloré CF à bande spectrale large, et la lumière traverse le filtre, en provenance de la source de lumière arrière (non représentée) pour pénétrer dans le dispositif qui fonctionne suivant le mqde d'affichage par transmission. Le colorant dichroïque de la cellule GH est choisi pour fournir une couleur à bande spectrale étroite se trouvant dans la bande large du filtre coloré CF. Le dispositif fonctionne suivant le méme principe que le mode de réalisation de la Figure 1. La cellule TN peut fonctionner en mode à images positives ou négatives, et la cellule GH est commutée dans l'état #EN SERVICE" ou "HORS SERVICE", comme cela a été expliqué en liaison avec la Figure 1. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés. Par exemple, les deux disposi- tifs LCD, TN et GH, lorsqu'ils sont immédiatement adjacents, peuvent présenter une paroi de cellule commune; les couleurs ne sont pas nécessairement orange et rouge; plus de deux couleurs peuvent être employées; des moyens polariseurs supplémentaires et des filtres peuvent être présents. Les dispositifs LCD peuvent être utilisés dans des véhicules automobiles, des avions et similaires, et dans d'autres appareils, tels que des photocopieurs, des calculatrices, etc. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'affichage à cristaux liquides, qui est de forme compacte et qui est capable d'être excité par la lumière extérieure incidente, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens polariseurs avant (F) et des moyens polariseurs arrière (B), une cellule nématique en hélice (TN) et une cellule hôte (GH) contenant un colorant dichroïque ou une substance colorante analogue, et des moyens colorés (CR; CF), les moyens colorés (CR; CF) étant de bande spectrale relativement large et le colorant dichroïque ou la substance colorante analogue de la cellule hôte (GH) étant de bande spectrale relativement étroite à l'intérieur de la bande large des moyens colorés (CR; CF), le système étant disposé de telle sorte que de la lumière polarisée dans un plan, sortant des moyens polariseurs arrière (B), tombe sur la cellule hôte (GH). 2 - Dispositif LCD compact, capable d'être excité suivant le mode par réflexion par la lumière extérieure incidente, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens polariseurs avant (F), une cellule nématique en hélice (TN), des moyens polariseurs arrière (B), une cellule hôte (GH) contenant un colorant dichroïque, et une plaque réflectrice colorée (CR), la couleur de la plaque réflectrice colorée (CR) étant d'une bande spectrale relativement large, et le colorant de la cellule hôte (GH), d'une bande plus étroite & l'intérieur de la bande large, le système étant disposé de telle sorte que de la lumière polarisée dans un plan sorte des moyens polariseurs arrière (B) et traverse la cellule hôte hélice (TN>, sur les moyens polariseur avant (F). 3 - Dispositif LCD compact, adapté pour être excité suivant le mode par transmission pardelalumi&re incidente provenant d'une source de lumière arrière, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens polariseurs avant (F), une cellule nématique en hélice (TR), une cellule hôte (GH) contenant un colorant dichroïque, &es moyens polariseurs arrière (B) et un filtre coloré 4 - Dispositif LCD compact selon l'une des revendications 1 à 3 et disposé relativement à des sources de lumière se trouvant devant ou derrière le dispositif LCD ou à une combinaison des deux. - Dispositif LCD compact selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la cellule nématique en hélice (TN) est disposée pour fonctionner suivant un mode d'affichage à images positives ou négatives. 6 - Dispositif LCD compact selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'affichage est du type à matrice de points.