Brevet FR2737021A1 — publié le 19970124

Procédé de commutation d'une cellule de cristal liquide smetique C chiral La présente invention est un procédé de commutation d'une cellule de cristal liquide smectique C chiral présentant un ancrage planaire en géométrie page de livre ou Booshelf alignée par les parois, caractérisé en ce qu'il comporte au moins la succession d'opérations suivantes: - I'on impose un premier champ électrique fort substantiellement parallèle aux parois d'ancrage suivant une direction faisant un angle compris entre 90 degrés (exprimé en degrés d'angle) par rapport à la normale au plan des couches smectiques; - I'on interrompt brutalement ledit champ fort; - I'on impose un champ électrique d'orientation normal aux faces d'ancrage et de sens choisi exactement simultané à l'interruption du premier champ parallèle fort. Suivant une variante de ce procédé, on impose un second champ électrique fort de sens inverse du premier champ électrique fort immédiatement consécutif à l'interuption dudit premier champ électrique fort. Avantageusement suivant l'invention, ce champ électrique fort est de courte durée, de façon à permettre une rotation de pi sur deux des molécules de cristal liquide sur le cône smectique. Avantageusement, ledit premier champ électrique fort est appliqué à 45 degrés de la direction normale aux plans smectiques. Suivant une voie de mise en oeuvre de ce procédé. on utilisera une couche de cristal smectique C chiral en cellule bistable en configuration stabilisée par les surfaces de très faible épaisseur ou ultraminces, de façon à permettre un alignement parfaitement orthogonal aux parois de la cellule des plans smectiques sans formation de structure en chevron, suivant le dispositif décrit et breveté par Messieurs Clark et Lagerwall (année de dépôt:1980). Avantageusement suivant l'invention, et afin de permettre une division de la couche électrooptique en pixels ou éléments individuels adressables correctement, on divise matériellement ladite couche en domaines indépendants de forme carrée limités par des parois d'un matériau secondaire. Avantageusement, ces divisions matérielles seront réalisées par photogravure d'une couche de matériau secondaire photosensible d'épaisseur voulue et égale à celle de la cellule, déposée sur l'une des faces de celle-ci. Afin de permettre une division de la couche électrooptique en pixels adressables par de très fables quantités d'énergie, on oriente les directions respectives des couches smectiques et les directions des côtés des carrés de façon à ce que les deux états d'orientation de la ferroélectricité soient d'énergies exactement équivalentes. Suivant une première voie de mise en oeuvre de ce demier perfectionnement de l'invention, on disposera la direction normale aux couches smectiques parallèlement à un côté desdits domaines de forme carrée. Selon une seconde voie de mise en oeuvre de ce perfectionnement susdit, on orientera la normale aux couches smectiques parallèlement à l'une des médianes desdits domaines de forme carrée. Selon une troisième voie de mise en oeuvre de ce perfectionnement susdit, on limitera les cellules par des matériaux identiques présentant vis-à-vis dudit cristal liquide constituant la couche électrooptique des conditions d'ancrages identiques. L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: Figure 1 on a présenté schématiquement le fonctionnement du procédé suivant l'invention. Figure 2 on a présenté schématiquement, vue en plan1 la structure d'une couche électrooptique suivant l'invention. Figure 3 on a représenté schématiquement, vue en coupe, la structure de ladite couche. Figure 4 et 5 on a représenté schématiquement, vu en plan et en coupe, un dispositif permettant la mise en oeuvre de l'invention. Figure 1 on a représenté schématiquement les différentes étapes caractérisant le procédé suivant l'invention. En étape A on a représenté une couche de cristal liquide smectique C chiral (1) en cellule mince stabilisée par les surfaces présentant un ancrage planaire sur l'une des faces (2) d'une cellule à faces parallèles, la couche présentant une polarisation uniforme dirigée de (2) vers (3), par exemple. Cette cellule est limitée d'un côté et de l'autre par deux matériaux support (4) et (5). En étape B on applique un champ électrique fort E parallèle aux faces parallèles (2) et (3) de la cellule, champ E induisant l'orientation du dipole électrique permanent des molécules de cristal liquide dans une direction parallèle, ou offrant le couplage électrostatique maximum, avec ledit champ E Lors de l'interruption de ce champ E , et simultanément à cette interruption, on impose un léger champ E perpendiculaire aux faces d'ancrage dont la direction détermine le sens de basculement et l'orientation finale de l'ancrage de ladite couche électrooptique vers l'un ou l'autre des deux états stables C1 ou C2. Figure 2 on a représenté schématiquement, vue en plan1 la division de la couche électrooptique (1) en domaines (7) de formes carrées limités par des parois (6) d'un matériau diélectrique secondaire montrant la direction de frottement F, ou normale aux couches smectiques, des parois d'ancrage (2) et (3). Figure 3 on a représenté la même division de la couche électrooptique (1) en domaines (7) limités par des parois (6) d'un matériau diélectrique secondaire entre les deux parois (2) et (3) limitant ladite couche. Figure 4 et 5 on représente schématiquement, vu en plan et en coupe, un dispositif permettant la mise en oeuvre de l'invention. Ce dispositif comporte: - un premier support (18) constitué d'une épaisseur de matériau comportant une face plane (17); - une couche de matériau conducteur (9) de l'électricité recouvrant ladite face plane; - une couche ou épaisseur de matériau secondaire diélectrique (14); - une couche de matériau électrooptique (1), cristal liquide smectique C chiral en cellule mince stabilisée par les surfaces (SSFLC), divisée en domaines de forme carrée (7) par des parois (6) d'un matériau secondaire (6); - un jeu d'électrodes de ligne appariées constitué (12) (13) d'une pluralité d'électrodes conformées en bandes ou segments parallèles supportés par la face opposée de la couche électrooptique (1) à celle faisant face à la couche de matériau conducteur (9) et localisée sous les divisions (6) de la couche (1), jeu servant à l'application du champ E parallèle;; - un moyen pour adresser une différence de potentiel entre paires desdites électrodes de ligne appariées (12) (13) constitué de deux générateurs sélectifs de tension connectés par un bus d'adressage auxdites électrodes de ligne; - un dispositif d'adressage du champ normal aux faces E constitué d'une pluralité de surfaces ou portions de surfaces (8) localisées au-dessous de chaque domaine (7) parallèlement aux faces d'ancrage du côté de la couche (1) électrooptique portant les électrodes de ligne (11) (12), surfaces ou portions de surfaces (3) reliées par un segment ou connecteur électrique de jonction (10) intermédiaire, à un connecteur électrique de colonne (11) (16) conformés en bandes parallèles, arbres de colonnes disposés de part et d'autre des domaines (7) sous les parois (6) délimitant ces domaines, segments ou surfaces (8) (11) (12) (10) constituées d'un ou de plusieurs matériaux électriquement conducteurs; - un moyen pour adresser une différence de potentiel entre surface (8) et couche (9) de matériau conducteur, constitué d'au moins un générateur sélectif de tensions connecté aux électrodes de colonne (16) (11), et d'une source de potentiel constant connecté à la couche (9); - une couche de matériau secondaire diélectrique (15) intercalée entre les électrodes de ligne (12) (13) et les électrodes de colonne (16) (11) (10) (8); - un matériau support diélectrique (19) limité par une face plane (20). Les pixels sont constitués par les domaines (7) . Leur adressage s'effectue suivant un quadrillage X - Y par les électrodes lignes (12) (13) et colonne (11) (16) à champs croisés E E Avantageusement, les électrodes de colonne (11) (16) sont appariées de façon à adresser soit les lignes paires (p) ou soit les lignes impaires (i). Avantageusement, les surfaces (8) (8') sont adressées par paires sur une même ligne par un même arbre de distribution de champ colonne (11) (16) . Avantageusement, les supports (15) et (11) sont constituées d'un verre d'indice de réfraction 1,7. Avantageusement, les supports (18) et (15) sont constitués d'une couche de polyimide d'indice de refraction de 1,7 dont l'épaisseur est de l'ordre de grandeur du côté des domaines (7). Avantageusement, la couche (1) est constituée d'un cristal liquide smectique chiral présentant un angle de précession du cône smectique de 90 degrés et est divisée en pixels ou domaines (7) de 3 micromètres de côté et de 0,5 micromètre d'épaisseur, couche orientée de façon à orienter les couches smectiques parallèlement à la médiane aux domaines carrés (7). Avantageusement, les couches smectiques sont orientées parallèlement à l'un des côtés des domaines de forme carrée (7). Avantageusement, le dispositif comprend une couche conductrice (9) constituée d'un oxyde d'indium et d'étain (ITO) transparente. Avantageusement, les électrodes (12) (13) (8) (11) (16) (10) sont constituées d'aluminium déposé en couche mince et photogravé. Avantageusement, le champ électrique fort transversal parallèle aux faces de la cellule est compris entre 10 et 500 volts par micron. Avantageusement, le champ électrique faible perpendiculaire aux faces d'ancrage est compris entre 0,1 et 20 volts par micron. Avantageusement, l'orientation moyenne d'ancrage du cristal liquide est obtenue sous l'effet du champ seul, et ce que l'on ne réalise pas de traitement d'alignement sur les faces de la cellule proprement dite. Avantageusement, le support (15) de la couche (7) est muni d'un dispositif de thermostation permettant de maintenir la couche électrooptique à une température élevée. REVENDICATIONS 1 - Procédé de commutation d'une cellule de cristal liquide smectique C chiral (1) présentant un ancrage planaire en géométrique page de livre ou Bookshelf alignée par les parois (2) (3), caractérisé en ce qu'il comprend au moins la succession d'opérations suivantes: - I'on impose un premier champ électrique fort substantiellement parallèle aux parois d'ancrage suivant une direction faisant un angle compris entre 90 degrés et 10 degrés par rapport à la normale au plan des couches smectiques. - I'on interrompt brutalement ledit champ fort. - I'on impose un champ électrique d'orientation normal aux faces d'ancrage et de sens choisi exactement simultané à l'interruption du premier champ parallèle fort. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on impose un second champ électrique fort de sens inverse du premier champ électrique fort immédiatement consécutif à l'interruption dudit premier champ électrique fort. 3 - Procédé selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que ledit premier champ électrique fort est appliqué à 45 degrés de la direction normale aux plans smectiques. 4 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit deuxième champ électrique fort est de courte durée, de façon à permettre une rotation de pi sur deux des molécules de cristal liquide sur le cône smectique. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on utilisera une couche de cristal liquide smectique C chiral (1) en cellule bistable en configuration stabilisée par les surfaces de très mince épaisseur. 6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la couche électrooptique (1) est divisée en domaines indépendants de forme carrée (7) limités par des parois (6) d'un matériau secondaire. 7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la direction de la normale aux plans smectiques est parallèle à un côté desdits domaines de forme carrée (7). 8 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la direction de la normale aux couches smectiques est parallèle à l'une des médianes desdits domaines de forme carrée (7). 9 - Procédé selon la revendication 6, 7, ou 8 caractérisé en ce que les cellules sont limités par des matériaux identiques (2) (5) présentant des conditions d'ancrage identiques. 10 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier support (18) constitué d'une épaisseur de matériau comportant une face plane (17); - une couche de matériau conducteur (9) de l'électricité recouvrant ladite face plane; - une couche ou épaisseur de matériau secondaire diélectrique (14); - une couche de matériau électrooptique (1), cristal liquide smectique C chiral en cellule mince stabilisée par les surfaces (SSFLC), divisée en domaines de forme carrée (7) par des parois (6) d'un matériau secondaire (6);; - un jeu d'électrodes de ligne appariées constitué (12) (13) d'une pluralité d'électrodes conformées en bandes ou segments parallèles supportés par la face opposée de la couche électrooptique (1) à celle faisant face à la couche de matériau conducteur (9) et localisée sous les divisions (6) de la couche (1), jeu servant à l'application du champ E parallèle; - un moyen pour adresser une différence de potentiel entre paires desdites électrodes de ligne appariées (12) (13) constitué de deux générateurs sélectifs de tension connectés par un bus d'adressage auxdites électrodes de ligne;; - un dispositif d'adressage du champ normal aux faces E constitué d'une pluralité de surfaces ou portions de surfaces (8) localisées au-dessous de chaque domaine (7) parallèlement aux faces d'ancrage du côté de la couche (1) électrooptique portant les électrodes de ligne (11) (12), surfaces ou portions de surfaces (3) reliées par un segment ou connecteur électrique de jonction (10) intermédiaire, à un connecteur électrique de colonne (11) (16) conformés en bandes parallèles, arbres de colonnes disposés de part et d'autre des domaines (7) sous les parois (6) délimitant ces domaines, segments ou surfaces (8) (11) (12) (10) constituées d'un ou de plusieurs matériaux électriquement conducteurs; ; - un moyen pour adresser une différence de potentiel entre surface (8) et couche (9) de matériau conducteur, constitué d'au moins un générateur sélectif de tensions connecté aux électrodes de colonne (16) (11), et d'une source de potentiel constant connecté à la couche (9); - une couche de matériau secondaire diélectrique (15) intercalée entre les électrodes de ligne (12) (13) et les électrodes de colonne (16) (11) (10) (8); - un matériau support diélectrique (19) limité par une face plane (20). 1 1 - Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que les électrodes de colonne (11) (16) sont appariées de façon à adresser soit les lignes paires (p) ou soit les lignes impaires (i).