Brevet FR2737315A1 — publié le 19970131

L'invention concerne le domaine des afficheurs électrooptiques à cristaux liquides. Ces afficheurs comportent un réseau géométrique de cellules électrooptiques élémentaires formant chacune un pixel dont l'état est commandé sélectivement de manière à obtenir l'apparition sur l'afficheur des caractères ou motifs graphiques voulus. ns peuvent être utilisés soit en vision directe (observation en lumi- ère ambiante par réflexion ou avec rétroéclairement) soit par transparence dans des projecteurs, l'afficheur étant alors utilisé comme élément d'occultation dans le plan focal d'un système optique comprenant par ailleurs une source lumineuse, un objectif et un écran de projection. Plus précisément, la structure générale de ces afficheurs électrooptiques à cristaux liquides comporte deux lames parallèles disposées en vis-à-vis portant, l'une, une série d'électrodes de pixel discrètes en forme de bandes allongées parallèles et, l'autre, une contre-électrode commune s'étendant en vis-à-vis des électrodes de pixel. Ces lames enferment entre elles un matériau contenant des molécules de cristaux liquides dont l'orientation de la texture est sensible à l'application d'un champ électrique entre électrode de pixel et contre-électrode, et portent sur leur face interne une couche d'alignement propre à imposer, avant application du champ électrique, une pré-inclinaison dans le plan transversal aux molécules de cristaux liquides immédiatement adjacentes à cette couche. L'un des inconvénients de ces afficheurs connus, qui sera décrit plus en détail par la suite en référence à la figure 1, est la présence fréquente d'un "défaut d'alignement" apparaissant principalement le long de l'un des côtés de chaque pixel et dû au fait que la direction du champ électrique en cet endroit, compte tenu d'un effet de bord, n'est pas exactement rectiligne et perpendiculaire au plan de l'écran, comme cela serait nécessaire pour un fonctionnement théoriquement optimal de la cellule électrooptique. Cette déformation locale du champ électrique peut introduire des domaines de rétro-inclinaison ou reverse tilt, ce qui affecte fortement le contraste et le comportement dynamique de l'afficheur. L'un des buts de l'invention est de remédier à cet inconvénient par ticulier en proposant une structure d'afficheur électrooptique modifiée permettant de supprimer ou, à tout le moins, de très fortement atténuer le défaut de bord, et donc les effets qui y sont attachés, et de créer une direction préférentielle pour le basculement des molécules. À cet effet, l'afficheur de l'invention, qui est du type général exposé plus haut, est caractérisé en ce que la surface de la contre-électrode est divisée en une série de bandes parallèles qui, en direction longitudinale, s'étendent dans la même direction que les bandes formant les électrodes de pixel, et, en direction transversale, présentent un pas égal à celui de ces dernières, et, par rapport aux intervalles formés entre électrodes de pixel, les intervalles formés entre les bandes de contre-électrode sont décalés en direction transversale, ce décalage ayant un sens et une valeur permettant de contrer la composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord au voisinage de l'intervalle entre bandes d'électrodes de pixel ; de cette manière, on compense la rétro-inclinaison locale des molécules de cristaux liquides qui, en l'absence d'intervalle entre bandes de contre-électrode, apparaîtrait du fait de cette composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord. Les bandes de contre-électrode ont avantageusement, en direction transversale, une largeur sensiblement égale à celle des bandes d'électrodes de pixel. Les cristaux liquides peuvent notamment être des cristaux du type nématique en hélice, ou autre, les lames portant respectivement un polariseur et un analyseur croisés. Les électrodes de pixel peuvent être notamment adressées par une matrice active de transistors à film mincie, une électrode de grille de commande étant disposée dans les intervalles formés entre électrodes de pixel, ou se trouvant sous une des électrodes de pixel. 0 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés (sur les différentes figures, les mêmes références numériques désignent des éléments semblables). La figure 1 illustre de façon schématique la structure et le fonctionnement d'un afficheur électrooptique de l'art antérieur, de manière à illustrer le défaut que vise à remédier l'invention. La figure 2 est homologue de la figure 1, pour une structure modifiée selon l'invention. La figure 3 représente un résultat de simulation de la distribution de l'orientation moléculaire dans un afficheur de l'art antérieur. La figure 4 est homologue de la figure 3, pour ce même afficheur modifié selon les enseignements de l'invention. 0 La figure 1 illustre le principe général de fonctionnement d'un afficheur électrooptique à cristaux liquides, que celui-ci soit utilisé en vision directe ou dans un système à projection, et comportant des pixels commandés sélectivement de manière à composer l'image ou les caractères à afficher. Essentiellement, cet afficheur comporte deux lames parallèles 10, 12 transparentes formant substrats et portant chacune des électrodes, également transparentes. Les électrodes 14 de la lame 10, que l'on appellera "électrodes de pixel", définissent par leur étendue la géométrie du pixel et sont connectées à un système d'adressage (en lui-même connu et non illustré) composé de lignes ("lignes de sélection") et de colonnes ("lignes de données") aux intersections desquelles sont situées chacune des électrodes de pixel.Le pilotage de ces dernières peut notamment être réalisé par une matrice active de transistors à film mince (technologie dite "TFI"'): les grilles de ces transistors forment les lignes de sélection et sont commandées par des circuits périphériques qui balayent les lignes et rendent passants les transistors de chaque ligne ; par les lignes de données connectées à d'autres circuits de commandes périphériques, on peut ainsi polariser sélectivement les électrodes de pixel et modifier les propriétés optiques du cristal liquide situé en vis-à-vis de cette électrode, permettant ainsi la formation de l'image sur l'écran. L'électrode 16 de la lame 12, que l'on appellera "contre-électrode", est commune à plusieurs pixels ; dans le cas d'un écran adressé par une matrice active, elle recouvre en général tout l'écran. Les lames 10, 12 enferment entre elles un matériau 18 contenant des molécules de cristaux liquides dont les propriétés optiques peuvent varier en fonction du champ électrique local, donc d'une tension de polarisation appliquée entre les électrodes 14 et 16. Ces cristaux liquides peuvent être notamment du type "nématique en hélice", dont les caractéristiques de polarisation lumineuse varient en fonction du champ électrique ambiant. L'invention n'est cependant pas limitée à ce type de cristaux liquides et s'applique également à d'autres matériaux, tels que par exemple les cristaux liquides à structure cholestérique, qui sont également susceptibles d'un effet électrooptique. Les lames 10 et 12 portent en outre, sur leur face en contact direct avec le matériau contenant les cristaux liquides, des couches dites d'alignement 20, 22 propres à imposer en l'absence de tout champ électrique une pré-inclinaison dans le plan transversal des molécules de cristaux liquides immédiatement adjacentes à cette couche (déposée en surface des électrodes). La nécessité de ces couches d'alignement tient au fait qu'en général les molécules de cristaux liquides tendent à s'aligner dans le sens du champ électrique (ce cas est le cas le plus général, mais n'est pas limitatif, car il existe d'autres matériaux qui s'alignent perpendiculairement à la direction du champ ; l'invention leur est également applicable mutatis mutandis, l'état de repos correspondant à l'état actif dans le cas général, et inversement). Pour éviter la formation de domaines où les molécules seraient inclinées dans le sens opposé, on impose un léger angle de pré-inclinaison (schématisé en 24, 26 sur la figure 1) pour donner une direction préférentielle à la déformation de l'état d'alignement des molécules de cristaux liquides lorsque le champ électrique sera appliqué. Ces couches d'alignement 20, 22 peuvent être par exemple, de manière en elle-même connue, des couches en polyimide ayant subi un léger brossage ou une légère impression, ou bien des couches en monoxyde de silicium déposées obliquement (à cet égard, on notera que, sur la figure, l'inclinaison des hachures des couches 20 ou 22 correspond à la direction de pré-inclinaison que l'on souhaite imposer aux molécules). Enfin, les lames 10, 12 portent un polariseur et un analyseur, par exemple sous forme de films, respectivement 28, 30, déposés chacun sur leur surface externe et permettant de révéler le phénomène électrooptique de modification de la texture des cristaux liquides. Cette structure connue présente l'inconvénient suivant. Comme on peut le voir sur la figure 1, compte tenu des effets de bord, à la périphérie de chaque pixel le champ électrique E (produit par l'application d'une tension entre électrodes de pixel et contre-électrode) n'est pas dirigé exactement perpendiculairement aux lames 10, 12 et, près de l'un des bords de chaque électrode de pixel (le bord droit sur la figure 1, compte tenu de la pré-inclinaison dans le sens contraire des aiguilles d'une montre donnée aux molécules de cristaux liquides par les couches d'alignement 20 et 22), le champ électrique présente une composante horizontale qui s'oppose à la direction préférentielle de déformation de l'état d'alignement, mentionnée plus haut, que l'on cherchait précisément à imposer par les couches d'alignement. Ce phénomène a pour conséquence de créer localement un domaine, visiblement notamment en 32 sur la figure 1, dans lequel l'inclinaison des molécules est en sens inverse de la légère pré-inclinaison imprimée par la couche 22. Ces domaines, dits "de rétro-inclinaison", se forment habituellement le long d'un seul des quatre côtés de l'électrode de pixel, et leur dimension et leur emplacement exact dépendent notamment de la valeur de l'angle de pré-inclinaison. Ils affectent notablement le contraste de l'affichage au bord du pixel et le comportement dynamique de l'afficheur en ralentissant les changements d'état. Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose de modifier la structure de la contre-électrode de la manière illustrée schématiquement figure 2. La contre-électrode, qui était une électrode continue 16 dans le cas de la structure connue illustrée figure 1, est maintenant divisée en une série de bandes 34 parallèles entre elles et séparées par des intervalles respectifs 36, de manière à former une structure périodique ayant le même pas que les électrodes de pixel 14 situées en vis-à-vis. La largeur de l'intervalle 36 séparant les bandes 34 est de préférence, mais de façon non limitative, du même ordre de grandeur que l'intervalle 38 séparant les électrodes de pixel, avantageusement avec des largeurs sensiblement égales. Les bandes 34 sont orientées parallèlement au bord de l'électrode de pixel sujet au phénomène de rétro-inclinaison, et sont alignées par rapport aux électrodes de pixel, en direction transversale avec un léger décalage (c'est-à-dire un léger déphasage des deux structures périodiques) des bandes 34 par rapport aux électrodes de pixel 14. Le léger décalage 40 permet de déformer localement le champ électrique en inversant le sens de sa composante transversale au voisinage du domaine 32 où se produit le défaut auquel on veut remédier. En d'autres termes, les bandes 34 sont positionnées par rapport aux électrodes de pixel de manière que la direction du champ électrique au voisinage des bords corresponde à la direction préférentielle définie par l'angle de pré-inclinaison des molécules de cristaux liquides à l'endroit de la couche d'alignement. De la sorte, comme on peut le voir en 32 sur la figure 2, le défaut de rétro-inclinaison a disparu et les molécules de cristaux liquides prB sentent la pré-inclinaison voulue sur toute l'étendue du pixel, faisant ainsi disparaître le défaut antérieur. Les figures 3 et 4 sont des résultats de simulations de l'orientation moléculaire des cristaux liquides, respectivement dans le cas de l'art antérieur et dans celui de l'invention. Sur ces figures, pour la clarté de la représentation, on a dilaté d'un facteur deux la figure dans le sens vertical. On a également représenté sur cette figure l'électrode de grille 42, située au milieu de l'intervalle 38 séparant deux électrodes de pixel successives 14, et dont la largeur d, qui est du même ordre que l'épaisseur de la cellule, est d'environ le tiers de l'intervalle 38. Dans l'exemple illustré, l'angle de pré-inclinaison est de l'ordre de 1,50, la tension de commande sur l'électrode de pixel est de plus ou moins deux fois la tension de seuil du cristal liquide, la tension négative sur la ligne de grille est six fois cette même tension de seuil, et la contre-électrode est au potentiel zéro. Sur la figure 3, on peut voir en 32 un domaine de rétro-inclinaison. La figure 4 illustre cette même structure de cellule, modifiée selon les enseignements de l'invention. La contre-électrode est maintenant conformée en une série de bandes parallèles 34 séparées par un intervalle 36 sensiblement de même largeur que l'intervalle 38 séparant les électrodes de pixel 14, le décalage transversal 40 étant de l'ordre de la moitié de l'épaisseur d de la cellule. La figure montre clairement la disparition dans la région 32, par la mise en oeuvre de la présente invention, du domaine de rétro-inclinaison des molécules. REVENDICATIONS 1. Un afficheur électrooptique à cristaux liquides, comportant deux lames parallèles (10, 12) disposées en vis-à-vis portant, l'une, une série d'électrodes de pixel discrètes (14) en forme de bandes allongées parallèles et, l'autre, une contre-électrode commune s'étendant en vis-à-vis des électrodes de pixel, ces lames enfermant entre elles un matériau (18) contenant des molécules de cristaux liquides dont l'orientation de la texture est sensible à l'application d'un champ électrique (E) entre électrode de pixel et contre-électrode, les lames portant sur leur face interne une couche d'alignement (20, 22) propre à imposer, avant application du champ électrique, une pré-inclinaison dans le plan transversal (24, 26) aux molécules de cristaux liquides immédiatement adjacentes à cette couche, afficheur caractérisé en ce que la surface de la contre-électrode est divisée en une série de bandes parallèles (34) qui, en direction longitudinale, s'étendent dans la même direction que les bandes formant les électrodes de pixel, et, en direction transversale, présentent un pas égal à celui de ces dernières, et en ce que, par rapport aux intervalles (38) formés entre électrodes de pixel, les intervalles (36) formés entre les bandes de contre-électrode sont décalés en direction transversale, ce décalage (40) ayant un sens et une valeur permettant de contrer la composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord au voisinage de l'intervalle entre bandes d'électrodes de pixel, de manière à compenser la rétro-inclinaison locale des molécules de cristaux liquides qui, en l'absence d'intervalle entre bandes de contreélectrode, apparaîtrait du fait de cette composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord. 2. L'afficheur électrooptique de la revendication I, dans lequel les bandes de contre-électrode ont, en direction transversale, une largeur sensiblement égale à celle des bandes d'électrodes de pixel. 3. L'afficheur électrooptique de la revendication 1, dans lequel les cristaux liquides sont des cristaux du type nématique en hélice, les lames portant respectivement un polariseur et un analyseur croisés. 4. L'afficheur électrooptique de la revendication 1, dans lequel les électrodes de pixel sont adressées par une matrice active de transistors à film mince, une électrode de grille de commande (42) étant disposée dans les intervalles (38) formés entre électrodes de pixel.