Brevet FR2666908A2 — publié le 19920320

FR 2666908 A2 19920320 FR 9011547 A 19900919 -1- La présente invention concerne des perfection- nements aux dispositifs optiques bistables à cristaux liquides et commande électrochirale, décrits dans la demande de brevet français déposée le 30 01 1990 sous le no 90 01 066. Cette demande de brevet français 90 01 066 sera dénommée demande de brevet principal par la suite. On a décrit, dans la demande de brevet principal, un dispositif optique à cristaux liquides du type compre- nant deux plaques transparentes pourvues d'électrodes de commande et un matériau cristal liquide placé entre les plaques et dont les molécules sont susceptibles d'occuper alternativement au moins deux états stables, dans lequel des ions chiraux sont dissous dans le matériau cristal liquide, et il est prévu des moyens d'alimentation élec- trique aptes à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques orientées sélectivement dans un sens ou dans l'autre. La présente invention vient maintenant perfec- tionner ce dispositif en proposant des moyens d'alimen- tation électrique conçus pour appliquer successivement au dispositif: un signal de commande apte à casser l'ancrage du cristal liquide sur les plaques et à induire une orientation généralement homogène du cristal liquide, puis une impulsion de contrôle, d'amplitude plus faible que le signal de commande, et de polarité choisie selon l'état final requis. Les perfectionnements ainsi proposés permettent notamment une commande simple par multiplexage d'un afficheur bistable. Pour cela, selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif optique, dans lequel les électrodes de commande sont agencées en N li- gnes et M colonnes définissant une matrice de NM pixels -2- à leurs intersections, est caractérisé par le fait que les signaux de commande sont appliqués successivement sur les N électrodes de ligne, tandis qu'à la fin de chaque signal de commande, des impulsions de contrôle de polarité respectivement choisie, sont appliquées simultanément sur l'ensemble des M électrodes de colonne. Les impulsions nécessaires au multiplexage du dispositif à cristal liquide sont ainsi beaucoup plus simples que celles utilisées par le passé, notamment pour le multiplexage des smectiques ferroélectriques C*. Des exemples de signaux de commande jusqu'ici proposés pour les smectiques ferroélectriques C* sont décrits dans les documents suivants: 1) J M Geary, Proceedings of SID'85, pp 128-130 ( 1985), 2) S T. Lagerwall, J Wahl and N A Clark, Proceedings of Inter- national Display Research Conference, Ferroelectric Liquid Crystals for Displays, pp 213-220 ( 1985), 3) S. Shimoda, K Ito, T Harada, M Taguchi, K Iwara, M Kai, Proceedings of Japan Display'86, pp 460-462 ( 1986). Selon la présente invention, le signal de commande peut comprendre deux impulsions carré successives de polarités opposées ou encore comprendre une série d'impul- sions haute fréquence. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'amplitude du signal de commande est comprise entre 1 et 100 volts, typiquement entre 10 et 20 volts tandis que la durée du signal de commande est su- périeure à 1 ps, typiquement comprise entre 20 et 50 ps. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'amplitude des impulsions de contrôle est comprise entre 0,1 et 10 volts, typiquement entre 0,1 et 5 volts,tandis que la durée des impulsions de contrôle est supérieure à 10 ps, typiquement comprise entre 25 et 50 Ps. Le début des impulsions de contrôle peut -3- coincider avec la fin du signal de commande. En variante, le début des impulsions de contrôle peut précéder la fin du signal de commande. Il est important que les impulsions de contrôle persistent après la findu signal de commande pendant au moins 10 à 50 ys. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un exemple de signaux de commande et de signaux de contrôle conformes à la présente invention, la figure 2 représente sous forme de tableau, les différents états obtenus en fonction des signaux de contrôle appliqués, et la figure 3 représente schématiquement un afficheur matriciel commandé par multiplexage conformément à la présente invention. Rappel de la structure et du fonctionnement de l'afficheur décrit dans la demande de brevet principal N O 90 01 066 On a décrit dans la demande de brevet principal un dispositif optique à cristal liquide comprenant des ions chiraux dissous dans le matériau cristal liquide et des moyens d'alimentation électrique aptes à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpen- diculaire aux plaques. De préférence, le dispositif comprend plus pré- cisément deux sortes d'ions chiraux chiralement opposés l'un à l'autre (pas de vis à gauche et pas de vis à droite). Lorsqu'une impulsion de tension est appliquée entre les électrodes du dispositif, et donc qu'un champ électrique est appliqué perpendiculairement aux plaques, -4- les ions chiraux sont déplacés contre les électrodes, les ions positifs vers la cathode et les ions négatifs vers l'anode. Les chiralités de ces ions chiraux sont de signes opposés par rapport à chaque normale orientée à chaque surface respective puisque leurs chiralités sont opposées, mais de même signe par rapport à un système de repère commun. Une impulsion de tension de polarité donnée permet ainsi de faire passer le cristal liquide d'un premier état stable dans un second état stable. Une impulsion de tension de polarité opposée permet de faire passer le cristal liquide inversement du second état stable vers le premier état stable. Ces deux états stables seront dénommés A et B par la suite. Objet de l'invention Comme indiqué précédemment, pour contrôler l'état du dispositif optique à cristal liquide, les inventeurs proposent d'appliquer successivement au dispositif 1) un signal de commande apte à casser l'ancrage du cristal liquide sur les plaques et à induire une orien- tation généralement homogène du cristal liquide, puis 2) une impulsion de contrôle, d'amplitude plus faible que le signal de commande, et de polarité choisie selon l'état final requis. De préférence, le signal de commande, qui génère un champ électrique normal aux plaques, définit une orientation homogène, homéotrope, par couplage avec les molécules d'un matériau cristal à anisotropie diélectrique positive. Un exemple de signaux successifs de commande et de contrôle conformes à la présente invention est repré- senté sur la figure 1 annexée. On aperçoit sur la figure 1 annexée un signal -5- de commande Ca suivi d'une impulsion de contrôle Co. Le signal de commande Ca est appliqué au temps 1 et se termine au temps 2 Il dure le temps I Le signal de commande Ca est formé d'une suc- cession d'impulsions de-polarités opposées (deux impul- sions Cal et Ca 2 selon la figure 1) ayant pour fonction de briser l'ancrage des molécules cristal liquide sur les plaques et de définir une texture sensiblement homogène du cristal liquide, de préférence homéotrope, tout en conservant une répartition sensiblement homogène des ions chiraux dans la cellule. Le signal de commande doit pour cela avoir une amplitude V qui dépasse un seuil Vs fonction du temps r d'application, soit l VI > Vs (t). En pratique, l'amplitude du signal de commande Ca est de préférence compris entre 1 et 100 volts, typiquement et 20 volts. Par ailleurs, la durée Z du signal de commande Ca est avantageusement supérieure à 1 psi typiquement comprise entre 20 et 50 ps. Le signal de commande Ca peut être un signal haute fréquence. Selon la présente invention, le signal de comman- de Ca est suivi d'une impulsion Co, dite de contrôle, d'amplitude + v, inférieure à Vs (t). L'amplitude ivi de l'impulsion de contrôle Co peut être très faible En pratique, on peut prendre 0,1 volt 4 v t 10 volts, typiquement 0,1 volt L'impulsion de contrôle Co est maintenue entre les temps 2 et 3, c'est-àdire pendant un temps Z' avec ps C Z' 400 typiquement Z' est compris entre 25)is et 50 ps. L'impulsion de contrôle Co permet de contrôler la polarité du champ dans la cellule entre les instants -6- 2 et 3 o le système va commuter de l'orientation homéo- trope homogène obtenue par le signal de commande Ca d'amplitude V à l'instant 2, vers l'un des états A ou B. L'impulsion de contrôle Co permet en effet, selon sa polarité, d'attirer un premier type ou un second type d'ions chiraux vers une première plaque et inverse- ment pour la seconde. En utilisant une excitation successivement par un signal de commande Ca et une impulsion de contrôle Co conformes à la présente invention, comme indiqué sur la figure 1, on constate les effets suivants. Supposons un système qui commute de l'état A vers l'état B sous l'effet d'une impulsion de commande unique positive d'amplitude V, en l'absence d'impulsion de contrôle comme indiqué dans la demande de brevet principal, et qui inversement commute de l'état B vers l'état A sous l'effet d'une impulsion de commande unique négative, en l'absence d'impulsion de contrôle. Selon la présente invention, après un signal de commande Ca, une impulsion de contrôle positive Co entraîne le basculement de A vers B et une impulsion de contrôle négative Co entraîne le basculement de B vers A. Finalement, l'état obtenu après retour à l'équi- libre ne dépend que de la polarité de l'impulsion de contrôle Co. Les moyens proposés par la présente invention permettent donc de séparer les fonctions: le signal de commande Ca d'amplitude V casse l'orientation de surface, et l'impulsion de contrôle Co contrôle par son signe l'état final A ou B. La table de commutation obtenue est donnée sur la figure 2 o on a supposé |VI 'v S ( 7 t) Application au multiplexage d'un afficheur nématique bistable. Les moyens précités permettent un contrôle simple -7- de l'afficheur, par multiplexage. Supposons comme représenté schématiquement sur la figure 3, un afficheur matriciel comprenant N électro- des de ligne référencées 18-1 à 18-N sur une première plaque et M électrodes de colonne référencées 19-1 à 19-M sur la seconde plaque. Chaque pixel défini par l'intersection d'une électrode de ligne et d'une électrode de colonne est identifié par ses coordonnées i, j. Le procédé de multiplexage conforme à la pré- sente invention est le suivant. On ouvre successivement chaque ligne 18-1 à 18-N, par exemple la ligne i, en l'excitant par un signal de commande Ca d'amplitude V(IVI > Vs(r)) Le signal de commande Ca est appliqué sur la ligne i selon l'illustra- tion schématique de la figure 3, les autres lignes ne reçoivent pas de signal (V = 0) A la fin de l'excitation par le signal de commande V, toute la ligne i est effacée, les molécules du cristal liquide prennent une orientation homéotrope. On envoie ensuite en parallèle des impulsions de contrôle Co d'amplitude + v sur toutes les colonnes M simultanément, suivant l'état désiré des différents pixels i, j ( 1 4 j A M) de la ligne i Les impulsions de contrôle Co d'amplitude + v sont appliquées juste à la fin du signal de commande Ca d'amplitude V Les pixels ij ( 14 j e M) de cette ligne sont alors placés dans les états A ou B, suivant le signe de la petite impulsion de contrôle v Les autres lignes, non ouvertes (V = 0), sont insensibles à l'impulsion de contrôle Co et conser- vent leurs états A ou B Pour plus de commodité, on pourra commencer l'application de l'impulsion de contrôle Co avant la fin du signal de commande Ca L'important est que l'impulsion de contrôle Co persiste 10 à 50 ps après la fin du signal de commande Ca. -8- Après la ligne i, on ouvrira successivement les lignes i + 1, i + 2, etc, qui seront effacées et réins- crites, pour tracer la nouvelle image Chaque ligne est donc successivement effacée, par un signal de commande Ca d'amplitude V pendant le temps b, et réinscrite par une impulsion de contrôle Co d'amplitude v pendant le temps Z' qui succède à Z Le temps total pour effacer et inscrire une ligne est donc, selon le procédé précité Z + t', ajustable en variant le signal de commande Ca et l'impulsion de contrôle Co Le temps total pour effacer et inscrire une image complète est alors N(t + Z'). Cependant, on peut avantageusement ouvrir la ligne i + 1 avec un signal de commande Ca, pendant le temps L' d'inscription de la ligne précédente i avec des impulsions de contrôle Co Le temps total d'inscrip- tion d'une image complète est alors seulement N x Z au lieu de N(T + t I'). En conclusion, le système d'afficheur bistable, décrit dans la demande de brevet principal N O 90 01 066 peut être multiplexé très simplement grâce aux moyens proposés par la présente invention. Pour cela, on excite séquentiellement chaque électrode de ligne par un signal de commande alternatif Ca d'amplitude V compris entre 1 et 100 volts, typiquement 10 et 20 volts de durée supérieure à 1 ps, typiquement compri- se entre 20 et 50 ps, qui casse l'orientation de surface et efface la ligne. On applique juste après le signal de commande Ca, une impulsion de contrôle Co d'une amplitude v comprise entre 0,1 et 10 volts, et de durée supérieure à 10 ps, typi- quement comprise entre 25 et 50 ps, en parallèle sur toutes les colonnes L'état final des pixels ne dépend que de la polarité de l'impulsion de contrôle Co. En pratique, on peut alors prendre une impulsion de contrôle Co ayant une amplitude de l'ordre de 0,1 volt. -9- L'excitation séquentielle des lignes est pour- suivie pour balayer toute l'image. Ce procédé de multiplexage conforme à la présente invention est beaucoup plus simple que ceux proposés précédemment pour le multiplexage des smectiques ferro- électriques smectiques C* Pour ces derniers, en effet, on utilise généralement, outre une impulsion d'effacement, une double impulsion d'écriture, toutes ces impulsions ( 4 par exemple), étant à forte tension Le procédé conforme à la présente invention n'utilise qu'une "forte" tension V de commande, et une faible tension + v de contrôle. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui vien- nent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. -10- REVENDICATIONS 1 Dispositif optique à cristaux liquides du type comprenant deux plaques transparentes pourvues d'électrodes de commande et un matériau cristal liquide placé entre les plaques et dont les molécules sont sus- ceptibles d'occuper alternativement au moins deux états stables, dans lequel des ions chiraux sont dissous dans le matériau cristal liquide, et il est prévu des moyens d'alimentation électrique aptes à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques orientées sélectivement dans un sens ou dans l'autre, selon l'une des revendications de la demande de brevet principal, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation électrique sont conçus pour appli- quer successivement au dispositif: un signal de commande (Ca) apte à casser l'ancrage du cristal liquide sur les plaques et à induire une orien- tation généralement homogène du cristal liquide, puis une impulsion de contrôle (Co), d'amplitude plus faible que le signal de commande (Ca), et de polarité choisie selon l'état final requis. 2 Dispositif optique selon la revendication 1, dans lequel les électrodes de commande sont agencées en N lignes ( 18-1 à 18-N) et M colonnes ( 19-1 à 19-M) défi- nissant une matrice de NM pixels à leurs intersections, caractérisé par le fait que les signaux de commande (Ca) sont appliqués successivement sur les N électrodes de ligne, tandis qu'à la fin de chaque signal de commande, des impulsions de contrôle (Co) de polarité respective- ment choisie sont appliquées simultanément sur l'ensemble des M électrodes de colonne. 3 Dispositif optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le signal de commande (Ca) comprend deux impulsions successives de polarités opposées (Cal, Ca 2). -il- 4 Dispositif optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le signal de commande (Ca) comprend des impulsions successives de polarités opposées (Cal, Ca 2). 5 Dispositif optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le signal de commande (Ca) comprend une série d'impulsions haute fréquence. 6 Dispositif optique selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'amplitude du signal de commande (Ca) est comprise entre 1 et 100 volts, typique- ment entre 10 et 20 volts. 7 Dispositif optique selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la durée du signal de commande (Ca) est supérieure à 1 psi typiquement comprise entre 20 et 50 ps. 8 Dispositif optique selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'amplitude des im- pulsions de contrôle (Co) est comprise entre 0,1 et 10 volts, typiquement entre 0,1 et 5 volts. 9 Dispositif optique selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la durée des impulsions de contrôle (Co) est supérieure à 10 ps, typiquement comprise entre 25 et 50 ps. Dispositif optique selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le début des impulsions de contrôle (Co) coïncide avec la fin du signal de com- mande (Ca). 11 Dispositif optique selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le début des impulsions de contrôle (Co) précède la fin du signal de commande (Ca). 12 Dispositif optique selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que les impulsions de contrôle (Co) persistent après la fin du signal de com- mande (Ca) pendant au moins 10 à 50 is. 13 Dispositif optique selon l'une des reven- -12- dications 1 à 12 prise en combinaison avec la revendi- cation 2, caractérisé par le fait que le début du signal de commande (Ca) sur l'électrode de ligne i + 1 coïncide sensiblement avec la fin du signal de commande (Ca) sur l'électrode de ligne i.