La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage à cristal liquide pour pièce d'horlogerie comprenant un ensemble formé d'une couche de cristal liquide interposée entre deux plaques solides portant des revêtements conducteurs constituant des électrodes, ces dernières étant connectées à un dispositif de commande électronique.
Depuis un certain temps déjà, on sait qu'il est possible d'utiliser des cristaux liquides pour la réalisation d'éléments statiques d'affichage analogique ou digital dans des pièces d'horlogerie, notamment des pièces d'horlogerie électroniques. Les cristaux liquides utilisés dans ce but se présentent sous forme de couches minces disposées entre des plaques portant des électrodes. Normalement, c'est-à-dire lorsqu'elle n'est pas excitée par un courant électrique, la couche de cristal liquide est transparente comme de l'eau. En revanche, elle devient opaque lorsqu'une différence de tension est établie entre ses deux faces. Cette propriété permet de réaliser des cellules visualisant l'indication horaire. soit sous forme analogique, soit sous forme digitale.
Comme l'activité optique des liquides utilisés consiste simplement dans le fait qu'ils deviennent opaques lorsqu'ils sont soumis au champ électrique et que le contraste entre les régions soumises au champ et celles qui sont hors du champ est fourni en fait par la lumière irradiant les cellules de l'extérieur, la production du phénomène désiré ne nécessite qu'une consommation de puissance extrêmement faible.
Cette circonstance favorise naturellement l'utilisation de dispositifs d'affichage à cristal liquide dans des pièces d'horlogerie autonomes de petites dimensions comme par exemple les montres de poche ou les montres-bracelets. En effet, la consommation de puissance est alors suffisamment réduite pour que l'on puisse songer à alimenter ces garde-temps au moyen de piles de petites dimensions ayant une durée d'utilisation suffisamment longue pour que leur emploi soit intéressant.
Toutefois, dans les dispositifs d'affichage qui ont été décrits et réalisés jusqu'à maintenant, il était nécessaire pour que l'indication horaire soit bien visible, que le cristal liquide soit assez fortement éclairé. Le contraste entre les régions opaques et les régions transparentes de la couche liquide apparait alors d'une façon très nette. Cependant ce contraste s'atténue dès que la lumière ambiante s'affaiblit et peut disparaitre lorsque le dispositif d'affichage est placé dans des endroits relativement sombres, ce qui empêchait jusqu'a maintenant une utilisation généralisée de ces élé- ments à cristal liquide dans des pièces d'horlogerie portatives comme des montres-bracelets ou des montres de poche.
Le but de la présente invention est ainsi de réaliser un dispositif d'affichage du type mentionné au début qui présente un contraste suffisamment marqué entre les zones excitées et les zones non excitées du cristal liquide même lorsque la lumière ambiante
est relativement faible.
Dans ce but, le dispositif d'affichage selon l'invention est ca
ractérisé en ce que lesdites plaques et les électrodes qu'elles por
tent sont au moins partiellement transparentes et en ce qu'une se
conde couche de cristal liquide et une troisième plaque pourvue
d'électrodes sur sa face en contact avec la seconde couche de cris
tal liquide sont disposées sous ledit ensemble.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme de
réalisation du dispositif d'affichage selon l'invention.
La fig. 1 est une vue partielle en perspective éclatée de ladite
forme de réalisation du dispositif d'affichage, et
la fig. 2 une vue en coupe à plus petite échelle de ce dispositif.
La fig. I montre une cellule faisant partie d'un ensemble figu
rant une indication horaire complète. L'ensemble des seg
ments 3a, 3b, etc.. est disposé de façon qu'en portant à un poten
tiel déterminé par l'intermédiaire des bandes de connexion 6a, 6b,
etc.. certains sous-ensembles de segments on puisse figurer dans la
même cellule tous les chiffres de O à 9. Ces segments 3 sont dépo
sés sur la plaque inférieure 4 qui supporte le dispositif et qui for
me le fond de la cellule. Cette plaque est relevée le long de sa périphérie. Elle est disposée en regard d'une plaque intermédiaire 2 conductrice sur ses deux faces et constituant une seconde électrode.
Celle-ci peut être constituée par un revêtement mince couvrant l'ensemble de la surface de la plaque ou par un réseau de fils également très mince de façon à être inapparents. Si les fils sont suffisamment rapprochés, L'effet est le même que si l'on a une couche homogène couvrant toute la plaque. La cellule double représentée à la fig. 1, comporte encore une plaque supérieure 1 semblable à la plaque 4. Cependant, la face interne de cette plaque 1 est revêtue d'une couche métallique transparente qui couvre toute sa surface à l'exception des bandes correspondant aux segments 3.
Pour réaliser cette disposition, on voit qu'il est nécessaire de laisser libre dans la couche 5, le contour complet des segments 3 à l'exception de deux languettes 7 qui font communiquer électriquement les zones internes de la figure représentée par les segments 3 avec le reste de la couche 5. La couche 5 présentera donc autant d'images négatives telle que celle qui est visible à la fig. 2 qu'il y a de chiffres dans l'indication horaire à représenter.
La cellule est complétée par des entretoises 8 et 9 ainsi que par des bandes latérales non représentées qui la ferment de façon étanche sur ses quatre côtés. Les connexions 10 sont agencées de façon à pouvoir être raccordées à un bloc de commande constituant un circuit intégré distribuant les impulsions de façon à réaliser la visualisation de l'information horaire. Le bloc électronique est représenté en 1 1 à la fig. 2 qui montre une coupe passant par trois cellules partagées dans leur longueur.
Le fonctionnement de cet assemblage est le suivant: I'électrode centrale que constitue la plaque 2 peut être considérée comme électrode de référence. Elle est maintenue à un potentiel constant.
D'autre part, I'électrode 5 peut également être maintenue à un potentiel constant différent de l'électrode 2, de façon que toute la zone du cadran à l'exception des figures dans lesquelles se forment les chiffres, apparaisse opaque et donne au cadran son allure fondamentale. Quant aux segments 3. certains d'entre eux, c'est-àdire ceux qui ne participent pas à la formation de la représentation du chiffre à indiquer seront portés par le bloc électronique de commande à une tension différente de celle de la plaque intermédiaire 2, de façon que le liquide situé entre les électrodes 2 et 4, devienne opaque au droit de ces segments.
On comprend que dans ces conditions. le liquide contenu entre les électrodes 2 et 1 étant opaque dans toute sa masse, sauf aux endroits qui ne participent pas à la formation du chiffre, le chiffre lui-même apparaisse visible par réflexion de la lumière sur les segments 3 qui ne sont pas excités. On a constaté que cette disposition permettait de visualiser les chiffres d'une façon plus précise et mieux lisible qu'avec une seule épaisseur de liquide. Les électrodes 3 peuvent être soit opaques, soit semi-transparentes, soit transparentes. Dans le premier cas, ce sont les segments 3, formant le signe horaire qui seront rendus visibles directement à travers les deux épaisseurs de liquide et qui prendront une allure métallique contrastant avec l'allure que prennent les zones environnantes sous l'effet de la diffusion dynamique qui se produit dans le cristal liquide sous tension.
Dans le second cas, c'est-à-dire si les segments 3a sont semi-transparents, L'allure de la cellule sera la même que dans le premier cas lors d'un éclairage ambiant d'intensité suffisante, mais il sera possible de disposer une ou plusieurs lampes au revers de la cellule et de rendre les signes lumineux dès que l'éclairage ambiant sera insuffisant. Enfin. dans le troisième cas, c'est-à-dire si les segments 3 sont transparents, il y aura lieu de prévoir un fond réfléchissant ou absorbant sous la cellule. Les signes pourront alors apparaître avec une allure métallique, de différentes couleurs ou en noir sur le fond plus clair du cadran.
Pour rendre les signes visibles dans l'obscurité, on pourra disposer une ou plusieurs lampes sur le pourtour de la cellule et au-dessus de celle-ci afin d'éclairer les segments.
Cette disposition permet de masquer entièrement les bandes de connexion des électrodes au bloc de commande et de donner aux indications horaires un contour plus précis ce qui pourrait égale ment être obtenu en remplaçant la première couche de cristal liquide par une plaque mince de verre dont la surface est dépolie sauf aux emplacements des ouvertures en forme de 8. Cependant, elle permet en outre d'inverser à volonté l'apparence des signes.
En effet, un simple changement de la programmation du dispositif de commande permet de rendre les signes opaques pendant que le reste de la cellule reste transparent. Il suffit pour cela de laisser la même tension aux électrodes 2 et 5 et de mettre au contraire sous une tension continue ou alternative par rapport à l'électrode 2 les segments 3 qui forment le chiffre ou la lettre désirée.
Lorsque la disposition qui vient d'être décrite est appliquée à une pendulette, on pourra facilement équiper cette pièce d'horlogerie d'une cellule photo-électrique ou d'un autre dispositif photosensible qui commande un contact de façon à allumer automatiquement la ou les lampes lorsque la lumière ambiante est insuffisante pour permettre la lecture de l'heure.
Pour améliorer l'esthétique, il sera possible de placer la ou lesdites lampes latéralement et de les masquer sous les bords du dispositif d'affichage. D'autre part, on pourra également réaliser la plaque 4 en un verre dépoli translucide de façon à égaliser la répartition de la lumière et revêtir les faces internes du boîtier de couches réfléchissantes de métal ou de verre.
On pourrait également utiliser différentes astuces d'éclairages latéraux, par exemple éclairage latéral de la plaque en verre arrière 4. ou éclairage latéral par une fenêtre pratiquée dans les entretoises. Pour ces deux versions, on rend la face externe de la plaque de verre arrière 4 plus foncée, par exemple brun, vert, noir, etc. Dans ces conditions la partie opaque représentant l'information du cristal liquide est plus claire que son environnement immédiat.
Pour des raisons de dimensions, la lumière extérieure ambiante ou artificielle peut être amenée et répartie sur le pourtour des cellules de cristal liquide par des fibres optiques. D'autre part, différentes couleurs d'éclairage permettent de différencier les informations les unes des autres.
On peut aussi utiliser des verres ou matières plastiques existants dans le commerce, qui ont la particularité d'être réfléchissants d'un côté et transparents de l'autre ou opaques d'un côté et transparents de l'autre. L'utilisation judicieuse de ces différents produits permet de construire des pièces d'horlogerie pouvant donner avec un maximum de contraste, de jour comme de nuit, une lecture très fiable des informations.
Pour renforcer le contraste de l'indication horaire formée par le dispositif d'affichage décrit, on peut également utiliser une disposition qui crée un effet de relief et qui, si les dimensions relatives des divers éléments sont judicieusement choisies, améliore considérablement la visibilité, de même que l'esthétique du dispositif d'affichage. Ainsi, par exemple, on peut obtenir un effet de relief et un renforcement du contraste au moyen d'un dispositif tel que celui de la fig. 1, si la plaque intermédiaire 2 porte des électrodes en segments susceptibles de former l'indication horaire alors que les électrodes 3 et 5 sont des électrodes générales s'étendant sur toute la surface des plaques 1 et 4.
Dans ce cas, I'élec- trode générale qui recouvre la plaque 4 peut être une électrode opaque non réfléchissante donnant au fond de la face visible du dispositif d'affichage, non pas l'aspect d'un miroir, mais l'aspect d'une surface unie qui, le cas échéant, peut être blanche, noire ou colorée.
The present invention relates to a liquid crystal display device for a timepiece comprising an assembly formed by a layer of liquid crystal interposed between two solid plates bearing conductive coatings constituting electrodes, the latter being connected to a device. electronic control.
For some time now, it has been known that it is possible to use liquid crystals for producing static analog or digital display elements in timepieces, in particular electronic timepieces. The liquid crystals used for this purpose are in the form of thin layers arranged between plates carrying electrodes. Normally, that is, when it is not excited by an electric current, the liquid crystal layer is transparent like water. On the other hand, it becomes opaque when a voltage difference is established between its two faces. This property is used to create cells displaying the time indication. either in analog form or in digital form.
As the optical activity of the liquids used consists simply in the fact that they become opaque when subjected to the electric field and that the contrast between the regions subjected to the field and those which are out of the field is in fact provided by the light irradiating the cells from the outside, the production of the desired phenomenon requires only extremely low power consumption.
This circumstance naturally favors the use of liquid crystal display devices in autonomous timepieces of small dimensions such as, for example, pocket watches or wristwatches. Indeed, the power consumption is then sufficiently reduced for it to be possible to consider powering these timepieces by means of small-sized batteries having a sufficiently long duration of use for their use to be interesting.
However, in the display devices which have been described and produced until now, it was necessary for the time indication to be clearly visible, for the liquid crystal to be quite strongly illuminated. The contrast between the opaque regions and the transparent regions of the liquid layer then appears very clearly. However, this contrast diminishes as soon as the ambient light weakens and may disappear when the display device is placed in relatively dark places, which hitherto prevented a widespread use of these liquid crystal elements in the environment. portable timepieces such as wristwatches or pocket watches.
The object of the present invention is thus to provide a display device of the type mentioned at the beginning which exhibits a sufficiently marked contrast between the excited areas and the non-excited areas of the liquid crystal even when the ambient light.
is relatively small.
For this purpose, the display device according to the invention is ca
ractérisé in that said plates and the electrodes which they por
tent are at least partially transparent and in that a
second layer of liquid crystal and a third plate provided
of electrodes on its face in contact with the second layer of cris
liquid tal are arranged under said assembly.
The accompanying drawing shows, by way of example, one form of
embodiment of the display device according to the invention.
Fig. 1 is a partial exploded perspective view of said
embodiment of the display device, and
fig. 2 a sectional view on a smaller scale of this device.
Fig. I shows a cell that is part of a fig set
with a full time indication. The set of seg
ments 3a, 3b, etc. is so arranged that by carrying to a poten
tiel determined by means of the connection strips 6a, 6b,
etc. .. some subsets of segments can be included in the
same cell all digits from 0 to 9. These 3 segments are depo
sés on the lower plate 4 which supports the device and which
me the bottom of the cell. This plate is raised along its periphery. It is placed opposite an intermediate plate 2 which is conductive on its two faces and constitutes a second electrode.
This can be formed by a thin coating covering the entire surface of the plate or by a network of wires also very thin so as to be invisible. If the wires are sufficiently close together, the effect is the same as if we have a homogeneous layer covering the entire plate. The double cell shown in fig. 1, further comprises an upper plate 1 similar to the plate 4. However, the internal face of this plate 1 is coated with a transparent metal layer which covers its entire surface except for the bands corresponding to the segments 3.
To achieve this arrangement, we see that it is necessary to leave free in the layer 5, the complete outline of the segments 3 with the exception of two tabs 7 which electrically communicate the internal areas of the figure represented by the segments 3 with the rest of layer 5. Layer 5 will therefore present as many negative images such as the one visible in FIG. 2 that there are numbers in the time indication to represent.
The cell is completed by spacers 8 and 9 as well as by side bands, not shown, which close it in a sealed manner on its four sides. The connections 10 are arranged so as to be able to be connected to a control unit constituting an integrated circuit distributing the pulses so as to display the time information. The electronic block is shown at 1 1 in FIG. 2 which shows a section passing through three cells divided in their length.
The operation of this assembly is as follows: the central electrode formed by the plate 2 can be considered as a reference electrode. It is maintained at a constant potential.
On the other hand, the electrode 5 can also be maintained at a constant potential different from the electrode 2, so that the entire area of the dial, except for the figures in which the figures are formed, appears opaque and gives the dial its fundamental allure. As for the segments 3.some of them, that is to say those which do not participate in the formation of the representation of the number to be indicated will be brought by the electronic control unit to a voltage different from that of the intermediate plate 2 , so that the liquid located between electrodes 2 and 4 becomes opaque in line with these segments.
We understand that under these conditions. the liquid contained between the electrodes 2 and 1 being opaque throughout its mass, except in places which do not participate in the formation of the figure, the figure itself appears visible by reflection of light on the segments 3 which are not excited . It has been found that this arrangement makes it possible to visualize the figures in a more precise and more legible way than with a single thickness of liquid. The electrodes 3 can be either opaque, or semi-transparent, or transparent. In the first case, it is the segments 3, forming the hour sign which will be made visible directly through the two layers of liquid and which will take on a metallic appearance contrasting with the appearance taken by the surrounding areas under the effect of the diffusion. dynamics that occur in the energized liquid crystal.
In the second case, that is to say if the segments 3a are semi-transparent, the appearance of the cell will be the same as in the first case during ambient lighting of sufficient intensity, but it will be possible to place one or more lamps on the back of the cell and to make the signs light up as soon as the ambient lighting is insufficient. Finally. in the third case, that is to say if the segments 3 are transparent, it will be necessary to provide a reflecting or absorbing background under the cell. The signs can then appear with a metallic look, in different colors or in black on the lighter background of the dial.
To make the signs visible in the dark, one or more lamps can be placed around the perimeter of the cell and above it in order to illuminate the segments.
This arrangement makes it possible to completely hide the strips connecting the electrodes to the control unit and to give the time indications a more precise outline, which could also be obtained by replacing the first layer of liquid crystal by a thin plate of glass whose surface is frosted except at the locations of the 8-shaped openings. However, it also allows the appearance of the signs to be reversed at will.
Indeed, a simple change in the programming of the control device makes it possible to make the signs opaque while the rest of the cell remains transparent. It suffices for this to leave the same voltage at the electrodes 2 and 5 and on the contrary to put under a direct or alternating voltage with respect to the electrode 2 the segments 3 which form the desired number or letter.
When the arrangement which has just been described is applied to a clock, this timepiece can easily be fitted with a photoelectric cell or other photosensitive device which controls a contact so as to automatically switch on the one or more. lamps when there is insufficient ambient light to read the time.
To improve aesthetics, it will be possible to place said lamp (s) laterally and to hide them under the edges of the display device. On the other hand, it is also possible to make the plate 4 from a translucent frosted glass so as to equalize the distribution of the light and to coat the internal faces of the housing with reflective layers of metal or glass.
One could also use various side lighting tricks, for example lateral lighting of the rear glass plate 4 or lateral lighting through a window made in the spacers. For these two versions, the external face of the rear glass plate 4 is made darker, for example brown, green, black, etc. Under these conditions, the opaque part representing the information of the liquid crystal is clearer than its immediate environment.
For reasons of size, ambient or artificial exterior light can be brought and distributed around the periphery of the liquid crystal cells by optical fibers. On the other hand, different lighting colors make it possible to differentiate information from one another.
It is also possible to use existing glasses or plastic materials on the market, which have the particularity of being reflective on one side and transparent on the other or opaque on one side and transparent on the other. The judicious use of these different products makes it possible to construct timepieces capable of giving, with maximum contrast, day and night, a very reliable reading of information.
To reinforce the contrast of the time indication formed by the display device described, it is also possible to use an arrangement which creates a relief effect and which, if the relative dimensions of the various elements are judiciously chosen, considerably improves the visibility, of same as the aesthetics of the display device. Thus, for example, it is possible to obtain a relief effect and a reinforcement of the contrast by means of a device such as that of FIG. 1, if the intermediate plate 2 carries electrodes in segments capable of forming the time indication, while the electrodes 3 and 5 are general electrodes extending over the entire surface of the plates 1 and 4.
In this case, the general electrode which covers the plate 4 can be an opaque, non-reflecting electrode giving the background of the visible face of the display device, not the appearance of a mirror, but the appearance of a mirror. 'a smooth surface which, where appropriate, may be white, black or colored.