Procédé de modulation de la lumière et dispositif électro-optique
d'affichage d'informations.
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d'information.
On connaît divers dispositifs d'affichage, qui fonctionnent par rotation
et orientation d'amas de cristaux liquides nématiques anisotropes. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 322 485, décrit un dispositif électrooptique qui comprend une couche de cristaux liquides nématiques avec un fond réfléchissant et ce qu'il faut pour établir un champ électrique modulé suivant une image près de la surface de la couche de cristaux liquides. Quand on porte à un potentiel une électrode transparente pour créer un champ, il se produit une rotation et une nouvelle orientation des molécules, et la transmission et la réflectivité du milieu nématique sont modifiées dans les zones où règne le champ électrique.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 499 112, plus récent, indique qu'on peut obtenir des effets optiques analogues en faisant traverser par un courant un cristal liquide nématique contenant une matière conductrice, telle qu'un agent ionique, pour produire dans le milieu nématique une turbulence non destructrice qui crée une diffusion de la lumière fonction du courant. Cet effet optique, qu'on a appelé la "diffusion dynamique", demande la circulation d'un courant, ainsi que l'introduction d'additifs ioniques, tels que des agents ayant une activité superficielle, pour obtenir les résultats cherchés.
D'une manière générale, on classe les cristaux liquides utilisables dans les dispositifs électro-optiques en deux types : les produits positifs et les produits négatifs. Cette classification est basée sur le signe de l'anisotropie
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optique ou à la direction de l'orientation préférée des molécules du liquide cristallin et où ÿ 1 est la composante perpendiculaire de la permettivité. Par
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un champ électrique, les molécules étant principalement parallèles au champ. Le terme "effet de champ" se rapporte simplement au fait que tous les effets optiques obtenus sont basés uniquement sur la tendance des cristaux liquides à s'orienter dans un champ électrique de manière que l'axe de la plus grande constante diélectrique soit parallèle aux lignes de champ établi entre les électrodes opposées. Cet effet est en opposition avec la diffusion dynamique qui, comme déjà dit, exige la conductivité de la composition de cristaux liquides. D'une manière générale, les cristaux liquides ayant une anisotropie diélectrique
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l'effet de diffusion dynamique puisque les molécules tendent à s'aligner <EMI ID=6.1>
conséquent" le même produit ne peut pas, suivant la technique connue, être utilisé dans les deux types de dispositifs. D'autre part, les dispositifs qui utilisent la modification d'orientation d'un cristal.liquide par un champ électrique sont généralement limités à l'orientation dans une direction ou dans l'autre (c'està-dire, parallèlement ou perpendiculairement au champ). Pour pouvoir répéter ce changement d'orientation, il- est nécessaire que le produit soit replacé, par une action thermique, à son orientation initiale avant de pouvoir, à nouveau, être excité par-le champ électrique. Ce retour thermique est généralement lent : il demande environ de 150 ms à 500 ms, et c'est la limitation essentielle à l'utilisation des cristaux liquides.
Par conséquent, il est utile de pouvoir disposer de dispositifs que diffusent ou modulent la lumière indépendamment de la présence d'additifs conducteurs et qui, de plus, présentant une plus brève durée de réponse, tout en ne demandant qu'un faible débit de courant.
Récemment, on a trouvé que de nombreux liquides nématiques présentent une
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permittivité diélectrique, parallèle à l'axe optique, quand ils sont soumis à des champs électriques alternatifs de fréquences croissantes. Ce phénomène est désigné, en anglais, par le mot "relaxation". On trouvera des précisions sur ce phénomène dans les documents suivants : (1) A.J. MARTIN et al. : ProceedinR
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DEJEU et al. : Phys. Lett., volume 39 A, n[deg.] 5, p. 355 (juin 1972) ; W.H. DEJEU & T.W. LATHOUWER, Nematic Phenyl Benzoatas in Electric Fields (partie 1 et partie 11).(Exposés faits à la quatrième Conférence Internationale sur les cristaux liquides à Kent, Ohio, Etats-Unis d'Amérique, 21-25 août 1972) ; (4) GENOVA et al.,Proceeding of the Fourth International Liquid Crystal Conférence (août
1972). Bien que cette propriété physique soit bien connue maintenant, pour certains cristaux liquides, c'est simplement, jusqu'à présent, une simple curiosité scientifique.
On a trouvé, suivant l'invention, qu'on peut utiliser cette propriété pour moduler la lumière avec des cristaux liquides sans que des additifs conducteurs soient nécessaires. L'invention concerne la modulation de la lumière, y compris la suppression totale de la lumière par occultation, et elle concerne plus spécialement les moyens optiques d'affichage présentant un grand contraste.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on a trouvé un procédé et un dispositif permettant d'afficher une image de cristaux liquides qu'on règle par application de champs électriques de fréquences différentes. Ces dispositifs d'affichage peuvent former une image ou ne pas en présenter (effacement complet) <EMI ID=9.1>
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ment la formation de l'image en établissant un état 1 (avec image) ou un état II
(sans image) sans utilisation d'agents apportant un conductivité électrique et sans traitement thermique produisant un changement de l'état moléculaire.
Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, on a trouvé des compositions à base de photoconducteurs et de cristaux liquides (dits éléments "PC-LC"), ayant une plus grande sensibilité photographique et demendant de moindres densités de courant que les éléments analogues utilisant la diffusion dynamique.
Suivant un mode particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, on a trouvé des procédés et des dispositifs qui permettent d'afficher des images très contrastées et des images colorées.
Considérée dans toute sa généralité, l'invention a essentiellement pour objet un procédé de modulation de la lumière,qui comprend les opérations suivantes :
1 - On illumine une composition de cristaux liquides qui :
(a) présente une anisotropie diélectrique positive, à la fréquence zéro ;
(b) présente une perte diélectrique pour la composante de la permittivité parallèle à l'axe optique de la composition ; et
(c) présent une inversion d'anisotropie diélectrique quand elle est soumise à un champ électrique de fréquence plus grande que la fréquence de croisement pour laquelle l'anisotropie diélectrique est nulle ;
2 - On soumet cette composition à un champ électrique d'une première fréquence de manière qu'elle s'oriente afin que son axe optique devienne parallèle au champ externe appliqué ; et
3 - On soumet cette composition à un champ électrique d'une seconde fréquence de manière qu'elle s'oriente afin que son axe optique devienne perpendiculaire
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Au dessin annexé :
- la figure 1 est un graphique montrant les variations de la permittivité diélectrique d'une composition représentative à base de cristaux liquides en fonction de la fréquence d'un champ appliqué ;
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utilisant le procédé suivant l'invention ;
- la* figure 3 est une représentation schématique d'une composition PC-LC utilisable suivant l'invention ; et
- la figure 4 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention.
On a trouvé suivant l'invention que des compositions à base de cristaux liquides très divers peuvent être utiliséescomme matièresaussi bien positives <EMI ID=13.1>
que négative^ pour préparer de nouveaux panneaux d'affichage. Cette faculté de changer le signe d'anisotropie diélectrique d'un cristal liquide provient partiellement de la perte diélectrique présentée par ;Fil, composante de la permittivité diélectrique parallèle au champ appliqué. Les compositions à base de cristaux liquides, utilisables pour atteindre les buts de l'invention, comprennent les cristaux liquides qui (a) présentent une anisotropie diélectrique positive en présence d'un champ continu et qui (b) présentent une perte diélectrique concer.nant d'importance telle qu'il en résulte une inversion de l'anisotropie diélectrique. On préfère surtout utiliser des compositions qui présentent cette inversion quand on les soumet à des champs électriques ayant des fréquences accoustiques, comprises, par exemple, entre environ 10 Hz et environ 20 kHz.
Un exemple type de cristal liquide, utilisable dans l'invention, et qui devient positif par application d'un champ de basse fréquence est le 4-(4-pentylbenzoyloxy)-2-chlorobenzoate de 4-pentylphényle. Mais, si on le soumet à une fréquence plus grande (c'est-à-dire à une fréquence plus grande qu'environ 5 kHz), il devient négatif. C'est cette inversion de l'anisotropie diélectrique qui permet le changement de l'orientation de la composition de cristaux liquides, utilisée dans l'invention. Ainsi, la modification de la fréquence du champ appliqué à un cristal liquide ayant cette propriété a pour conséquence un changement
de l'orientation moléculaire.
Les fréquences, entre lesquelles se:produit l'inversion d'anisotropie diélectrique et qu'il faut appliquer aux nouvelles compositions pour les utiliser, varient d'une composition à structure de cristal liquide à une autre à même
type de structure, et elles varient aussi avec la température. Les températures auxquelles on peut utiliser l'invention sont limitées à la zone de températures pour laquelle la composition utilisée est à l'état mésomorphe. Suivant un mode avantageux de réalisation, les températures de fonctionnement et la zone d'état mésomorphe sont comprises entre environ -20[deg.]C et environ 100[deg.]C.
La figure 1 illustre, pour une composition typique, à structure de cristal liquide, utilisable dans l'invéntion, et pour une température donnée constante, la variation de la permittivité diélectrique avec la fréquence. La composante
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maximale, pour les fréquences moindres qu'une fréquence fl, jusqu'à une valeur minimale pour les fréquences plus grandes qu'une autre fréquence f2 ; il existe une fréquence, dite "de croisement" et désignée par f , pour laquelle l'aniso-
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grande valeur. Comme [pound] ne croit pas de manière-significative pour las fréquences <EMI ID=19.1>
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On obtient la modification optimale d'orientation pour la plus grande.valeur
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plus basse est comprise entre environ 0,5 f et environ 0,1 f . De manière analogue, quand on choisit la fréquence la plus grande (pour produire l'inversion d'anisotropie), on obtient des résultats qui sont particulièrement intéressants pour des fréquences comprises entre environ 2 f et environ 10 f . D'une manière générale, les compositions qui conviennent particulièrement à la mise en oeuvre de l'invention sont celles dont la fréquence de croisement est comprise entre environ 500 Hz et environ 10 kHz, et avantageusement entre environ 1 kHz et environ 5 kHz.
Puisque f croit avec la température, on peut travailler à une seule fréquence et obtenir l'inversion d'anisotropie diélectrique par variation de la température. Toutefois, un tel procédé est trop lent et nécessite un appareil compliqué pour le chauffage et le refroidissement rapides. Suivant un mode préférable de mise en oeuvre de l'invention, on fait varier la fréquence tout en maintenant la température pratiquement constante et comprise entre environ
-20[deg.]C et environ 100[deg.]C. La figure 2 représente schématiquement une cellule 9 d'affichage suivant l'invention. La cellule 9 comprend deux parois 10, 11 transparentes, rapprochées et conductrices de l'électricité ; suivant un exemple typique, ces parois portent des couches 12, 13 respectivement, conductrices d'oxyde d'indium, déposées sur les faces internes en regard.
La distance d entre les parois est géné- <EMI ID=23.1>
de liquide nématique emplit le volume entre les parois 10, 11 de la cellule d'affichage.
On soumet la composition 14 à un champ électrique d'amplitude suffisante et de fréquence appropriée afin de modifier l'orientation des molécules de cristaux liquides et/ou de conserver l'orientation de celle-ci. Cette orientation n'est pas modifiée tant que la tension appliquée n'a pas atteint un seuil Vth' seuil qui dépend de la composition précise utilisée mais qui est très habituellement compris entre environ 0,5 V et environ 50 V. Pour soumettre à un champ électrique la composition de cristaux liquides, on relie un générateur 15 électrique aux couches 12, 13 conductrices de la figure 2. La différence de potentiel appliquée peut être continue ou alternative et est, le plus souvent de l'ordre d'environ
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applications diverses, le générateur 15 peut fournir simultanément une ddp continue réglable et/ou une ou plusieurs ddp alternative, réglables en amplitudes .........
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grande que la fréquence critique f à une valeur f. plus petite que cette fréquence critique, les molécules de cristaux liquides vont rapidement passer d'une orientation parallèle aux parois 10, 11 à une orientation perpendiculaire à ces parois.
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vingt fois par seconde (sans toutefois se faire f c fois par seconde), l'observateur ne verra qu'un état intermédiaire, les molécules étant en train de passer d'une structure ordonnée à l'autre structure ordonnée. Dans cet état intermédiaire, les molécules diffusent les rayonnements incidents ; cette diffusion, produite
par la variation d'anisotropie électrique, est appelée "diffusion diélectrique"
et est d'un type absolument différent de la diffusion dynamique bien connue, qui est un phénomène dû à la conductivité et non un phénomène dû à un champ électrique. La cellule opaque diffusante peut cesser de l'être par application brusque d'un champ électrique alternatif d'une fréquence quelconque. Dans ce nouvel état, la lumière venant d'une source 16 et non transmise, est réfléchie sous un angle égal à l'angle d'incidence, comme indiqué par la flèche B. Quand la fréquence du
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ratt trouble.
Cet aspect trouble des cristaux liquides nématiques résultant, comme exposé ci-dessus, d'une modification dé l'orientation moléculaire, ne persiste pas
lorsqu'on cesse de lui appliquer un cham�lectrique. Dans des applications connues des compositions nématiques, on ajoute une petite quantité d'un composé cholestérique dans une composition essentiellement formée de cristaux liquides,
ce qui fait persister longtemps l'état trouble. Des mélanges qui permettent une certaine conservation des données enregistrées sont décrits par HEILMEIER & GOLDMACHER dans l'article intitulé "A New Electric Field Controlled Reflective Optical Storage Effect in Mixed-Liquid Crystals Systems", paru dans Applied Physics Letters, pages 132-133, en août 1968. Cette technique connue de conser-
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vation des données peut avantageusement/combinée à l'invention. Par exemple, on peut utiliser la technique de diffusion diélectrique décrite ci-dessus pour emmagasiner une image formée par une interruption d'orientation moléculaire
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conservée par addition d'une petite quantité d'un.composé cholestérique, qui n'a pas besoin de présenter les propriétés relatives à l'anisotropie diélectrique décrites ci-dessus, propriétés qui sont nécessaires pour les constituants principaux des compositions de cristaux liquides suivant l'invention.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel une composition 20 est enfermée dans une cellule limitée, d'une part,
par une paroi 21 transparente, portant une couche 22 conductrice de l'électri-
cité et d'autre part, par un élément photoconducteur comprenant une couche 23 <EMI ID=31.1>
est réglable en amplitude et en fréquence. D'une manière générale, le photoconducteur agit essentiellement comme une électrode photosensible et la composition de cristaux liquides se comporte comme décrit dans les autres modes de réalisation de l'invention.
La figure 4 représente un mode particulièrement avantgeux de réalisation de l'invention. L'appareil comprend une cellule 9 ayant des parois 10, 11, conçue exactement comme la cellule de la figure 2. Cette cellule 9 est associée à deux filtres 17, 18 polarisants, formant une optique auxiliaire. La cellule 9 peut, facultativement, comprendre une couche 19 réfléchissant ou absorbant la lumière. Cette couche 19 est supprimée si la cellule est utilisée par transmission.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, les axes optiques des molécules voisines à la paroi 10 de la cellule sont parallèles entre eux et parallèles à
la paroi 10. De même, les axes optiques des molécules voisines à la paroi 11 sont parallèles entre eux et parallèles à la paroi 11. Les axes optiques des molécules proches de la paroi 10 sont orthogonaux à ceux des molécules proches
de la paroi 11. Ceci a pour conséquence que les axes optiques des molécules tournent d'un quart de tour dans l'épaisseur de la couche de cristaux liquides. Cette configuration, existant en l'absence de champ, est appelée "texture nématique vrillée". On obtient facilement cette configuration, par exemple, en frottant les faces internes des parois 10, 11 et en faisant en sorte que les directions des frottements sur les deux faces soient orthogonales. On doit orienter les filtres 17, 18 polarisants de manière que leurs axes soient parallèles ou perpendiculaires à la direction de frottement des électrodes qui leur\ sont adjacentes. D'autre part, les filtres doivent être orientés l'un par rapport à l'autre de manière que leurs axes soient parallèles ou bien croisés.
Quand aucun champ n'est établi (état(A) - , la cellule 9 est fortement biréfringente. Si l'on soumet alors la composition 14 à base de cristal liquide
à un champ électrique ayant une fréquence moindre que la fréquence f (état(B), toutes les molécules vont's'orienter de manière que leurs axes optiques soient parallèles entre eux et perpendiculaires aux parois 10, 11 de la cellule. Ce dernier état/est connu sous le nom de "texture nématique homéotropique" pour une rayonnement incident normal aux parois 10, 11, la biréfrigérence disparaît. Soit dans l'état (A), soit dans l'état (B), le contenu de la cellule est optiquement transparent et le contraste optique entre les états (A) et (B) est
obtenu en utilisant les filtres polarisants 17, 18 suivant diverses orientations. Quand l'orientation des cristaux liquides est la texture nématique homéotropique, la lumière traverse la composition 14 sans altération et l'observateur I ne
voit pas de lumière provenant de la source 16 quand les filtres 17, 18 polarisants sont croisés. De même, si la cellule est utilisée par réflexion, (autrement <EMI ID=32.1>
18 polarisants sont croisés.
Quand la composition 14 de cristaux liquides présente la texture nématique vrillée, la lumière venant de la source 16 tourne de 90[deg.] tors de la traversée de.la composition 14. Par conséquent, la lumière traversera le filtre 17 et sera vue par l'observateur 1 quand on utilise la cellule 9 par transmission. Quand on l'utilise par réflexion, c'est-à-dire quand il existe une couche 19 réfléchissante, la lumière de la source 16 traversera le filtre 17 et sera réfléchie par la couche 19, si bien qu'elle traversera une nouvelle fois la cellule 9 et les optiques auxiliaires, c'est-à-dire les filtres 17, 18 polarisants et sera finale-
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La cellule de la figure 4, associée aux filtres polarisants croisés, appa-
aucune
rait donc claire quand/tension n'est appliquée. Pour qu'elle apparaisse noire, il suffit alors simplement d'établir un champ électrique de fréquence plus petite que la fréquence critique f . Avec une telle fréquence, la composition présente une anisotropie diélectrique positive et a donc la texture homéotrope, que la lumière traverse sans changement. Or, les filtres polarisants croisés ne laissent pas passer la lumière et, par conséquent, la cellule d'affichage paraît noire quand un champ de fréquence moindre que la fréquence critique est appliquée.
sa
Pour rendre à la cellule/transparence, il n'est pas nécessaire d'appliquer un traitement de relaxation de l'état moléculaire. Suivant l'invention, la cellule qui a été rendue noire peut, de manière analogue, retrouver sa transparence en un temps approximativement égal à la durée de passage à l'état opaque. Le retour à la transparence est rapidement obtenu par établissement d'un champ électrique ayant une fréquence plus grande que la fréquence critique f ; ceci produit une inversion de l'anisotropie diélectrique. La vitesse de retour décroît comme le carré du champ électrique appliqué, avec une valeur limite d'environ
10 à 25 ms. La composition 14 se comporte maintenant comme un produit négatif et, sous l'influence d'un champ électrique de fréquence plus grande que la fréquence critique, les molécules s'orientent pour que leurs axes optiques soient de nouveau parallèles aux parois de la cellule. Quand aucun champ n'est appliqué, les molécules adoptent cette orientation et la composition 14 restera ainsi avec la texture nématique vrillée.
Comme il a été dit, les cristaux liquides utilisables, dans la mise en oeuvre de l'invention, sont ceux qui (a) présentent une anisotropie diélectrique positive pour une fréquence nulle et qui (b) présentent une inversion d'anisotropie diélectrique quand on établit un champ électrique alternatif de fréquence croissante (dans la gamme des fréquences accoustiques). Au point de
vue pratique, les compositions les plus intéressantes sont celles qui présentent, an plus des caractéristiques ci-dessus, l'état mésomorphe aux températures <EMI ID=34.1>
à l'état mésomorphe dans un intervalle de températures compris entre 20[deg.]C et 100[deg.]( peuvent être avantageusement associées avec d'autres cristaux liquides pour obtenir un mélange mésomorphe dans l'intervalle de températures qu'on s'est fixé.
Des exemples typiques de compositions nématiques utilisables dans la mise en oeuvre de l'invention sont celles dont la molécule comprend une suite linéaire d'au moins trois noyaux aromatiques, qui sont avantageusement des groupes phénylène, reliés par un groupe de liaison qui contient un nombre égal d'atomes dans la chaîne.
Des groupes de liaison avantageux sont les groupes -O-C(O)-, -CH=CH-, -CO-Nt <EMI ID=35.1> dans la chaîne principale ou fixé sur cette chaîne. D'une manière générale, les cristaux liquides nématiques utilisables dans la mise en oeuvre de l'invention sont ceux qui présentent les propriétés relatées ci-dessus et concernant l'anisotropie diélectrique et qui correspondent à la formule générale.
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où (LINK) représente un groupe bivalent de liaison, tel que défini ci-dessus, R , R<2> et R3 représentent indépendamment des groupes aromatiques, avantageusement des groupes phénylène non substitué ou phénylène substitué, ayant comme substituant un atome d'halogène (par exemple, un atome de chlore, de fluor, etc.), un groupe cyano, un groupe méthyle ou un groupe nitro, au moins un atome d'halogène ou un groupe cyano étant avantageusement présent sur au moins un des trois
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n'interférant pas, tels que (a) un groupe alkyle à chaîne linéaire ou ramifiée ayant de un à environ dix-huit atomes de carbone et ayant habituellement de un à environ douze atomes de carbone, par exemple un groupe méthyle, éthyle, isopropyle, isobutyle, octyle, décyle, dodécyle, pentadécyle, etc., y compris les groupes substitués alkyle correspondants ayant de petits substituants polaires ne contenant pas plus de huit atomes (avantageusement pas plus de cinq atomes); un tel substituant peut être par exemple, un groupe méthoxy, éthoxy, cyano, un atome d'halogène ou autre substituants analogue, (b) un groupe cyano, (c) un
un a
groupe alcoxy à chaîne linéaire ou ramifiée ayant de/environ dix-huit atomes de carbone et, avantageusement, de un à environ douze atomes de carbone, par exemple un groupe méthoxy, éthoxy, isobutoxy, hexoxy, dodécoxy, etc., ce groupe alcoxy pouvant être substitué/Ses petits substituants polaires légers, comme décrit ci-dessus pour le groupe alkyle, (d) un groupe alkylcarbonyloxy ayant de un à environ douze atomes de carbone dans le motif alcoyle, (e) un groupe alcoxycarbonyloxy ayant de un à environ douze atomes de carbone dans le motif <EMI ID=38.1>
représente un motif carbonyloxy. Des composés nématiques particulièrement utiles sont la plupart des benzoyloxy-benzoates de phényle substitués tels que ceux décrits à la demande du brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 388 516, déposée le
15 août 1973. On remarquera que la capacité de compositions cristallines liquides particulières à subir une inversion de l'anisotropie diélectrique produite par la fréquence du champ appliqué peut être commodément déterminée par les procédés décrits à la présente demande.
Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la composition cris-
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sente une texture vrillée inhérente, indépendante de l'orientation renforcée par l'effet de paroi comme dans le cas de la texture nématique vrillée précitée. Les
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si les réflexions sont effectuées en lumière visible. Ainsi, si le pas est comparable aux longueurs d'onde de la lumière visible, le contenu de la cellule
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suivant la longueur d'onde. L'observation de cette couleur est optimale lorsque tous les axes des hélices sont perpendiculaires aux parois de la cellule.
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pendiculaire aux parois de la cellule, on dit que la structure résultante est "planaire". Si la composition cholestérique présente une inversion de l'aniso- tropie diélectrique lors de l'accroissement de la fréquence du champ rég nant '
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planaire colorée à une autre texture. En appliquant une ddp suffisante d'une
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cholestérique et le cristal liquide présente une texture nématique homéotropique, comme on l'a indiqué précédemment. Quand une telle condition existe, la
cellule 9 (sans les filtres polarisants 17 et 18) est transparente et apparait noire lorsqu'on la regarde sur un fond noir. Donc, la couche 19 est absorbante, l'observateur II verra noires les plages ou règne le champ.
Lorsqu'on fait disparaitre le champ, le contenu de la cellule reprend
par relaxation la texture vrillée caractéristique des compositions cholestériques; toutefois, le cristal liquide est incapable de prendre la texture planaire et conserve son apparence opaque. On obtient facilement la texture planaire en
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Les compositions cholestériques ayant les propriétés diélectriques décrites offrent la possibilité de passer rapidement de la texture cholestérique planaire à la texture nématique homoétropique. Les dispositifs utilisant la transition de la texture cholestérique planaire à la texture nématique homéotropique sont satisfaisants du point de vue esthétique, puisque les deux états sont optiquement clairs. En outre, la texture planaire permet l'affichage des informations
en couleur grâce à la caractéristique de réflexion brillante de la phase cholestérique. Il est bien connu que cette couleur caractéristique dépend du pas de la texture planaire et qu'on la choisit aisément suivant la formule de la composition. De plus, on obtient un bon contraste sans avoir recours à des optiques auxiliaires tels que des filtres polarisants, et un simple fond noir ou réfléchissant est suffisant. Ces caractéristiques sont avantageuses par rapport à celles que l'on obtient normalement dans les dispositifs électro-optiques à cristaux liquides.
Avec des composés dont le signe de l'anisotropie diélectrique est constant, on ne peut afficher des données par passage d'une texture diffusante trouble à (a) une texture cholestérique planaire pour les compositions ayant une anisotropie négative, ou à (b) la texture nématique homéotropique pour les compositions ayant une anisotropie positive.
Des compositions cristallines liquides particulièrement utiles sont celles que l'on dénomme ici cristaux liquides "nématiques.chiraux" et qui présentent
les propriétés précitées de pertes diélectriques. Les compositio-ns nématiques chirales présentent la mésophase cholestérique (c'est-à-dire hélicoïdale), mais ne
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tiques, avec toutefois une exception importante. Ils en effet, au moins un
atome de carbone substitué asymétrique faisant partie d'un groupe terminal. Un atome de carbone asymétrique est un atome de carbone qui est relié à quatre atomes ou groupes différents. Si une molécule a un tel centre asymétrique, elle ne sera pas identique à son image spéculaire et sera donc active optiquement. Une discussion plus générale des compositions de cette classe est contenue dans " Liquid Crystal Systems for Electro-Optical Storage Effects" par J.A. Castellano et al, (Rapport définitif /décembre 1971, préparé sous contrat A. F.
No. F 33615-70-C-1590, projet No. 7360).
Parmi les compositions cholestériques que l'on utilise avantageusement,
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moins un atome de carbone asymétrique faisant partie d'un groupe terminal sur une composition nématique-qui (a) a une anisotropie diélectrique positive en présence d'un champ de fréquence nulle et (b) présente une inversion de l'anisotropie diélectrique en fonction de la fréquence croissante d'un champ établi dans l'intervalle des fréquences sonores, comme on l'a indiqué précédemment. Des groupes terminaux contenant un atome de carbone asymétrique sont, par exemple, ceux de la formule :
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où m est un nombre entier positif dont la valeur est comprise entre zéro et cinq et est avantageusement zéro ou un,
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un groupe alkyle substitué, ayant de un à environ dix atomes de carbone, un groupe alcoxy ayant de un à environ dix atomes de carbone, un atome d'halogène, un groupe cyano, ou un groupe nitro. Les groupes terminaux précités peuvent
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tel qu'un atome d'oxygène, un groupe carbonyloxy ou un groupe oxycarbonylvinyle.
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carbone. Les compositions nématiques chirales que l'on utilise-avantageusement
composes
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contenant un atome de carbone asymétrique du type précité.
Parmi les divers cristaux liquides du type décrit ci-dessus, on citera . plus particulièrement, les compositions correspondant à la formule :
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tation permet d'améliorer l'affichage de données complexes grâce à des dispositifs à effet de champ. On affiche une image en utilisant une cellule dont la configuration est, dans l'ensemble, analogue à celle de la figure 2, les parois 10
et 11 portant des bandes conductrices, les bandes d'une paroi étant orthogonales à celles de l'autre paroi de manière à former un quadrillage. Chaque bande est reliée séparément à une source de tension électrique. On forme ainsi une cellule d'affichage à conducteurs croisés qui permet d'établir sélectivement un champ électrique à n'importe quelle partie de la grille. Les cristaux liquides convenant le mieux l'affichage d'images sont ceux pour lesquels la différence
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la réorientation and V on la tension nécessaire pour obtenir le contraste désiré.
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ment afficher une image avec un dispositif à effet de champ. Les compositions ayant une faible perte diélectrique en fonction de la fréquence, telles que décrites et définies ci-dessus permettent d'apporter un remède à cette situation.
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croître V jusqu'à une valeur V' , la nouvelle différence de tension V'
on on m
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Pour toutes précisions supplémentaires sur l'aspect et la texture des
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of Structures and Physical Properties of Liquid Crystals. CRS Press, 1971.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
EXEMPLE 1 - On prépare de la manière suivante une cellule de structure analogue à celle représentée à la figure 2. Deux plaques 10 et 11 de verre portant, respectivement, deux couches 12 et 13 minces, transparentes et conductrices, d'oxyde d'étain sont montées pour former des électrodes transparentes séparées
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Le volume médian entre les électrodes transparentes est empli d'un cristal liquide, le 4-(4-pentylbenzoyloxy)-3-chlorobenzoate de 4-pentylphényle, qui est maintenu à l'état mésomorphe. Les électrodes transparentes sont reliées à un générateur 15 électrique fournissant une tension alternative de 130 V (entre
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ou inversement. On observe l'état trouble à la fois pour la lumière transmise
et pour la lumière réfléchie, par suite de la modification d'orientation provoquée
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fréquence élevée ou une tension dé basse fréquence.' La diffusion de la lumière que l'on observe est un phénomène transitoire, dont la durée de réponse est relativement courte, qui ne se produit que lorsque la fréquence change. Pour
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alternative appliquée, croit tandis que [pound] , ne présente aucun changement notable, pour l'une ou l'autre fréquence. Lors de l'établissement d'un champ électrique externe de 1 kHz, les molécules tendent à s'aligner parallèlement au champ
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10 kHz, les molécules s'alignent perpendiculairement au champ électrique,
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rapide des molécules qui se traduit par la diffusion diélectrique.
D'autres cristaux liquides qui fonctionnent à 10 kHz suivant le procédé conforme à l'invention, lorsqu'ils sont à l'état mésomorphe, sont les compositions suivantes et des mélanges de celles-ci.
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parties égales de cristaux liquides présentant les structures suivantes :
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les suivantes.
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est d'environ 4 kHz. On emplit une cellule analogue à celle de la figure 2, dont les parois 10 et 11 sont'distantes l'une de l'autre de 12 p, avec le mélange précité qui est un fluide nématique à température ambiante. Avant%plissage, on frotte les parois internes de la cellule avec un tampon de coton, dans des directions orthogonales les unes aux autres. A la suite de ce frottement, la composition de cristaux liquides présente une texture "nématique vrillée",
comme on l'a décrit précédemment. On place la cellule entre deux filtres 17 et
18 polarisants croisés, de manière que la direction polarisante du filtre 17 soit parallèle à la direction du frottement sur la paroi 11 voisine de la cellule et que celle du fitre 18 polarisant soit parallèle à la direction du frottement sur la paroi 10. La transmission de ce dispositif est maximale sans qu'aucune tension
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obtient un contraste Tétat B/Tétat A de 1:10 (Cas A). En appliquant 10 V à
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de 1:10 à 8,0 V (Cas B). Alors que l'affichage (par exemple, l'affichage à demi-
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le Cas A, il est possible dans le Cas B, car les données numériques sont les suivantes :
Cas A - Tensions pour un rapport de contraste 1:10
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<EMI ID=89.1>
<EMI ID=90.1>
Cas B - Tensions pour un rapport de contraste 1:10
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C'est là un résultat important parce que les cristaux liquides sans perte diélectrique à basse fréquence ne permettent par cette opération. En fait, tous les cristaux liquides ont une perte diélectrique, dans le sens utilisé ici; toutefois, la fréquence de croisement est supérieure à environ 100 kHz et, de ce fait, est au delà du domaine pratique ou utile. On obtient l'affichage sur le même dispositif en changeant la fréquence de la tension appliquée. L'amplitude
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représenté par la courbe ci-dessous.
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Le fait de changer la fréquence et de maintenir constante l'amplitude de la tension appliquée a l'avantage qu'une force d'entraînement est présente lorsqu'on passe d'un état à un autre. Ceci réduit la durée d'effacement d'environ une seconde à environ vingt cinq millisecondes.
EXEMPLE 3 - On prépare un mélange de cristaux liquides en utilisant des parties égales des compositions suivantes :
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<EMI ID=98.1>
pour obtenir une composition cholestérique (chira� nématique) ayant un maxi- mum de réflexion pour une longueur d'onde voisine de 600 nm.
Il est possible d'obtenir d'autres couleurs, suivant la teneur du mélange en composition optiquement active (composition No. 2 dans lequel l'astérisque indique le carbone symétrique) et en composé non optiquement actif (composition No. 1).
Ce mélange se comporte de la même manière que le mélange de l'exemple 2, en ce qui concerne la perte diélectrique. On emplit de ce mélange une cellule analogue à celle représentée à la figure 1 et dont les parois sont écartées de
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polarisant circulaire de sens correct pour supprimer la réflexion du fond continu par les parois de la cellule. Lorsqu'on établit un champ électrique de
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le contenu de la cellule conserve la texture planaire et réfléchit la lumière dans la bande de 600 nm. Lorsqu'on cesse d'appliquer la tension, la composition de cristaux liquides conserve la texture planaire et le pouvoir réfléchissant ne décroit que peu à peu. Si l'on applique 9,5 x 10 V/m à 100 Hz, la texture planaire est détruite et la texture nématique présente alors un alignement homéotropique. La réflexion décroit jusqu'à devenir presque nulle. Lorsqu'on cesse d'appliquer la tension, la réflexion ne croit que lentement au cours du temps. Un essai de retour à la texture planaire par relaxation thermique ne donne qu'un résultat faible, pratiquement négligeable. Le changement du contraste à environ 600 nm (c'est-à-dire Réflexion -(état B) en fonction du changement
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de fréquence est représenté ci-dessous.
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l'utilisation d'une composition présentant une perte diélectrique entre 100 Hz et
10 kHz permet, par l'application d'un potentiel électrique de fréquence variable, de passer d'un état à un autre (à 10 kHz, texture planaire cholestérique d'aspect coloré ; à 10 Hz, texture nématique homéotropique noire), ce qui n'est pas possible autrement, puisque un procédé par relaxation interne dans la phase cholestérique donne des résultats/faible que la composition de cristaux liquides ne revient jamais à la texture initiale. Les durées nécessaires pour amener le dispositif à l'état homéotropique ou à l'état cholestérique sont comparables
à celles de l'exemple 2.
On peut préparer la composition optiquement active de l'exemple 3, (1) en faisant réagir l'alcool 2-méthyl-butylique optiquement actif sur le chlorure
de p-toluènesulfonyle, (2) en faisant réagir le produit de la réaction (1) sur un réactif de Grignard à groupe phényle, (3) en acétylant le produit de la réaction (2) ; (4) en oxydant le produit de la réaction (3) par l'hypochlorite de potassium utilisé comme agent oxydant et (5) en transformant le produit de la réaction (4) en dorure d'acide qui, à son tour-, est traité par l'alcool approprié pour,former le cristal liquide optiquement actif.
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